JP2005210882A - 永久磁石型電動機の着磁方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧縮機内部が見えない構造でも、小型設備で正確に回転子を固定子に対して位置整合し、未着磁の磁性部材を着磁する永久磁石型電動機の着磁方法および装置を提供する。
【解決手段】 本発明にかかる永久磁石型電動機の着磁方法は、巻線の３相から２相の組み合わせに係るインダクタンスを測定する第１ないし第３インダクタンス測定ステップ（Ｓ２０１ないしＳ２０３）、それら３つのインダクタンス測定値（第１ないし第３インダクタンス測定値）より回転子の固定子に対する相対的位置関係を特定するステップ（Ｓ２０５）、ならびに、回転子を、０度を含む所定角だけ回転させた後、回転子の未着磁の磁性部材を、固定子の巻線の所定相に通電することにより着磁するステップ（Ｓ２０５ないしＳ２１０）、を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は永久磁石型電動機に関し、特にその回転子の着磁の方法および着磁装置に関する。

従来の永久磁石型電動機は、磁性材からなる固定子コアに装着された巻線への通電により回転磁界を発生する固定子と、その固定子コア内に回転可能に配置され、永久磁石を有する回転子とを備えている。永久磁石型電動機は省エネルギー化の観点から、例えば空気調和機用圧縮機の電動機として使用されている。

このような永久磁石型電動機の組立時に回転子を固定子内に挿入する場合、回転子の磁性部材が着磁されていると、その強力な磁力により回転子が固定子コアの内周面に吸いついて移動不能にロックされることがあり、回転子を固定子内に挿入することが困難となる。

このため、従来、磁性部材を未着磁状態としたままで回転子を固定子コアに挿入し、その挿入後、固定子の巻線に着磁用電圧を印加して磁界を発生させ、その磁界により回転子の未着磁の磁性部材を着磁する方法が採られている。

この場合、回転子の未着磁の磁性部材を良好に着磁させるために、着磁前に固定子に対して回転子を回転させ、固定子に対する回転子の位置を所定の位置に合わせる必要がある。すなわち、未着磁の磁性部材の磁極となる部分を固定子巻線により発生する磁束の磁極位置に対応させるよう回転子の位置を固定子に整合させる必要がある。

この固定子に対する回転子の位置合わせを行なう方法として、従来、治具、目視や画像処理による位置合わせ、固定子巻線への通電による位置合わせ、固定子巻線のある一相間のインダクタンスの測定、等の方法がある。

固定子巻線への通電による位置合わせとは、定電圧装置などを用いて固定子巻線にある一定の電圧を印加することにより、固定子コアに静止磁界を発生させ、その静止磁界によるリラクタンストルクによって回転子を回転移動させ、回転子の磁極を固定子コアの磁極位置と整合させる方法である。

特許文献１はインダクタンスの測定による着磁位置合わせの方法を開示する。この方法は、巻線を有する固定子に対し未着磁の磁性部材を有する回転子を回転可能に配置した状態で未着磁の磁性部材を着磁し、回転子の未着磁の磁性部材を永久磁石とする永久磁石型電動機の着磁方法において、巻線に着磁位置検出用の電圧を印加して磁束密度分布を生じさせ、磁束密度分布に対する回転子の位置を相対的に変化させたときの巻線の両端間のインダクタンスを測定し、そのピーク値を着磁位置とするという方法である。
特開平１１−２４３６７１号公報

しかしながら、治具、目視、画像処理による位置合わせの場合、圧縮機内部の固定子と回転子の位置関係が見える構造でなければ位置合わせを行なうことができないという問題点がある。

また通電による位置合わせの場合、巻線への通電によって回転子を回転移動させなければならないため、巻線に通電する電流量が大きくなる。またこの方法で位置整合に必要な精度を得るためには、さらに電流値を大きくする必要がある。このように電流量が大きくなるため、温度上昇が大きくなるとともに、容量の大きな設備が必要となり、大型設備が必要となるという問題点がある。

また、特許文献１の開示する方法では、たとえ圧縮機内部が見えない構造でも着磁位置を整合させることができるという利点はあるが、回転子の回転によるインダクタンス値の変化量がそれを測定する機器の分解能に対して大きくない場合、ピークを示す回転子の角度の検出に含まれる誤差が大きくなるという問題を有する。その結果、インダクタンス値の変化量が大きくない場合には最適な着磁位置を検出できず、良好な着磁が行なえない。

従い本発明の目的は、圧縮機内部が見えない構造でも、小型設備で回転子を固定子に対して正確に位置整合し、未着磁の磁性部材を着磁する永久磁石型電動機の着磁方法および装置を提供することである。

本発明にかかる永久磁石型電動機の着磁方法は、３相の巻線を有する固定子および未着磁の磁性部材を有する回転子を備える永久磁石型電動機の前記未着磁の磁性部材を固定子内で着磁する方法であって、
巻線の３相のうち、第１相と第２相との間に、インダクタンス測定用電圧を印加し、巻線のインダクタンスを測定する第１インダクタンス測定ステップ、
前記巻線の３相のうち、第２相と第３相との間に、インダクタンス測定用電圧を印加し、巻線のインダクタンスを測定する第２インダクタンス測定ステップ、
巻線の３相のうち、第３相と第１相との間に、インダクタンス測定用電圧を印加し、巻線のインダクタンスを測定する第３インダクタンス測定ステップ、
第１インダクタンス測定により得た第１インダクタンス測定値を絶対値とし、任意の一方向を指向する第１インダクタンスベクトル、第２インダクタンス測定により得た第２インダクタンス測定値を絶対値とし、前記第１インダクタンスベクトルを含む平面内において第１インダクタンスベクトルとの間の角度が１２０度になる方向を指向する第２インダクタンスベクトル、および、第３インダクタンス測定により得た第３インダクタンス測定値を絶対値とし、第１インダクタンスベクトルと第２インダクタンスベクトルの張る平面内において、第１インダクタンスベクトルおよび第２インダクタンスベクトルの両ベクトルとの間の角度が共に１２０度になる方向を指向する第３インダクタンスベクトル、の和によって規定される合成インダクタンスベクトルと、これら３つのベクトルおよび合成インダクタンスベクトルの含まれる平面内の直交座標の一軸との間の角度を求めることにより、回転子の固定子に対する相対的位置関係を特定するステップ、ならびに、
前のステップで特定された相対的位置関係に基づき、着磁時に望まれる前記回転子と前記固定子との位置関係を実現するため、回転子を、０度を含む所定角だけ回転させた後、回転子の未着磁の磁性部材を、固定子の巻線の所定相に通電することにより着磁するステップ、を有する。

また、本発明にかかる永久磁石型電動機の着磁方法においては、前記着磁ステップを複数回繰り返すことで、より着磁効果を高めることが可能である。

本発明にかかる永久磁石型電動機の着磁装置は、回転子を回転させるための駆動手段、回転子の回転量を計測するための計測手段、固定子内巻線のインダクタンスを測定するためのインダクタンス測定手段、回転子の未着磁の磁性部材を着磁するための着磁電源、ならびに、駆動手段、計測手段、インダクタンス測定手段、および、着磁電源を制御可能に接続され、また、計測手段およびインダクタンス測定手段からの信号を受信可能に接続された制御手段を有する。

また、前段に記載の制御手段は、測定手段をして前記巻線の３相のうち第１相と第２相との間で第１インダクタンス測定値を測定し、次に、第２相と第３相との間で第２インダクタンス測定値を測定し、さらに、第３相と第１相との間で第３インダクタンス測定値を測定し、３つのインダクタンス測定値をもとに、第１インダクタンス測定により得た第１インダクタンス測定値を絶対値とし、第１方向を指向する第１インダクタンスベクトル、第２インダクタンス測定により得た第２インダクタンス測定値を絶対値とし、第１方向と１２０度の角度をなす第２方向を指向する第２インダクタンスベクトル、および、第３インダクタンス測定により得た第３インダクタンス測定値を絶対値とし、第１インダクタンスベクトルと第２インダクタンスベクトルによって規定される平面内において、第１方向および第２方向となす角度が共に１２０度になる第３方向を指向する第３インダクタンスベクトルの和によって規定される合成インダクタンスベクトルと、第１ないし第３のインダクタンスベクトルおよび合成インダクタンスベクトルの含まれる平面内の所定の方向を指向する一軸との間の角度を求めることにより、回転子の固定子に対する相対的位置関係を特定し、特定された相対的位置関係に基づき、着磁のための回転子と固定子との位置関係を実現するため、駆動手段および計測手段を用いて回転子を、０度を含む所定の角度だけ回転させ、着磁電源を用いて固定子の巻線の所定相に通電させることにより回転子の未着磁の磁性部材を着磁する。

本発明にかかる方法および装置により、電動機内の回転子の固定子に対する位置関係を目視できない場合であっても、小型の装置により正確に回転子を固定子に対して位置整合し、未着磁の磁性部材を良好に着磁することができる。

よって、本発明にかかる着磁方法によって回転子の未着磁の磁性部材が着磁された永久磁石型電動機では、着磁効果が安定し、永久磁石の性能が安定化される。もって、永久磁石型電動機の性能が安定化される。

以下、添付の図面を参照し、本発明における実施の形態を詳細に説明する。

＜構成＞
図１は本発明に係る着磁方法を実施する装置の構成を示すブロック図である。圧縮機電動機部分１１０における、本発明に係る方法により着磁される永久磁石型電動機の固定子の３相巻線は、電極１１１を介してインダクタンス測定手段であるインダクタンス測定器１１２、および、着磁手段である着磁電源１１３と接続される。その途中に複数個のスイッチを適宜設けることにより、所望の相に対して電流を流すことが可能である。スイッチは制御手段である、制御装置１１４により開閉可能であってよい。

また、インダクタンス測定器１１２、および、着磁電源１１３は、制御装置１１４に接続されており、制御装置１１４により、インダクタンス測定器１１２および着磁電源１１３を制御可能である。同時に、制御装置１１４は、圧縮機下方より軸によって回転子と連結されたロータリーエンコーダ１１５、および、回転子駆動手段である、ロータリーエンコーダ１１５に接続された軸を駆動可能なパルスモータ１１６、を制御可能である。なお、回転子駆動手段は、人力でもよく、その場合、軸等に回転量を読み取り可能な目盛り等をふり、回転量を計測して、制御装置１１４に手動で回転量を入力することも可能である。

制御装置１１４は、インダクタンス測定器１１２を用いてインダクタンスを測定する。測定値は制御装置１１４に送られ、制御装置１１４はその値をもとに回転子の現在位置を算出する。制御装置１１４は、その算出結果をもとに、回転子を着磁に適した位置まで回転させる必要性の有無を判定する。回転させる必要があると判断した場合、パルスモータ１１６を駆動させる。パルスモータ１１６の駆動力はロータリーエンコーダ１１５に接続された軸に伝えられ、電動機の回転子を回転させる。ロータリーエンコーダ１１５は逐次的に回転量を制御装置１１４に送信する。制御装置１１４はロータリーエンコーダ１１５から送られてくる回転子の回転量に関する情報をもとに、回転子の位置が着磁に適した位置になれば、パルスモータ１１６を停止させる。

つぎに、制御装置１１４は着磁用電流の通電経路を決定し、着磁電源１１３を用いて回転子の着磁を行う。ただし、着磁用電流は、制御装置１１４が自動的に決定してもよいが、本装置の操作者が手動にて制御装置１１４に指示を与えてもよい。自動的に制御装置１１４が着磁用電流を決定する場合、回転子の位置を考慮して、回転子の回転量をなるべく少なく抑えることができる着磁用電流を採用するように計画してもよい。

図２は、本発明に係る方法および装置により着磁される永久磁石型電動機２を装備した圧縮機の構成を示す概略断面図である。胴部１内の上部には永久磁石型電動機２が配置されており、その下部には圧縮機構３が配置されている。図２に示す圧縮機から圧縮機構３を取り除いた状態を、図１においては圧縮機電動機部分１１０と呼んでいる。

永久磁石型電動機２は、固定子４、および、回転子５を有する。固定子４は、巻線４ａ、および、固定子コア４ｂを有し、内部に回転子５が回転可能に配置される。固定子コア４ｂは、多数枚の電磁鋼板からなる円環状薄板を軸心方向（胴部１の上下方向）に積層して一体化された筒形状を有し、胴部１の内壁に装着されている。回転子５の中心部にはその軸心方向に貫通する軸挿通孔が形成されており、この軸挿通孔には圧縮機構のクランク軸が焼嵌にて嵌挿され固定される。このクランク軸を介し永久磁石型電動機２は圧縮機構３に駆動連結される。

図３は本実施形態における永久磁石型電動機の構成を示す上面断面図である。図３を参照すれば、固定子コア４ｂの内周面には軸心方向に延びる複数の凹溝からなる巻線挿入部４ｃが内周方向に等間隔に形成されている。図２に示す巻線４ａは、この巻線挿入部４ｃに３相の６極巻線（４ｕ、４ｖ、および、４ｗ）を集中巻するように巻装されている。以下、巻線４ａの３相をそれぞれＵ相、Ｖ相、および、Ｗ相と称する。また、回転子５は、回転子コア５ａと、未着磁の磁性部材５ｂとを有する。回転子コア５ａは、固定子コア４ｂの中央空間部にエアギャップを隔てて配設されており、その形状は多数枚の電磁鋼板製円形薄板を軸心方向に積層した筒形状を有する。未着磁の磁性部材５ｂは、この回転子コア５ａの磁石挿入孔５ｄ内に挿入されている。未着磁の磁性部材５ｂは、回転子５が固定子４に嵌挿される際には未着磁の状態である。回転子コア５ａの中心部は軸挿通孔５ｃである。

＜着磁方法＞
《概要》
上記構成の永久磁石型電動機２における未着磁の磁性部材５ｂの着磁方法について説明する。本実施形態における着磁方法は、先ず、インダクタンスの測定により圧縮機内の電動機における回転子５の、固定子４に対する相対的位置関係を特定する。その結果をもとに、回転子５内の未着磁の磁性部材５ｂに対して適切な着磁を行う。

以下、着磁方法について図４のフローチャートを用いて説明する。

《インダクタンス測定による回転子の現在位置の検出》
一般に、回転子５が固定子４に挿入された直後の状態では、回転子５の軸回転により変化可能な、回転子５の軸に垂直な平面内における回転子５の固定子４に対する相対位置は明白ではない。そのため、着磁を開始する前に、回転子５の回転位置を正確に把握する必要がある。（以下、本明細書中、用語「回転位置」は、回転子５の軸に垂直な平面内における、回転子５の回転によって変化する、回転子５の固定子４との相対位置を指し、回転子５の「角度」、または、回転子５の「位相」なる表現も実質的に同義であるものとする。）そこで、回転子５の回転位置を正確に検出することを目的としてステップＳ２０１、ないし、ステップＳ２０４を実施する。

（第１インダクタンス測定Ｓ２０１）
図５（ａ）に示すように巻線４ａの第１相（図３におけるＵ相巻線４ｕ、Ｖ相巻線４ｖ、または、Ｗ相巻線４ｗ）の端子Ｔ１と第２相（図３における３相のうち第１相として選択された１相を除く２相のうちいずれか１相）の端子Ｔ２にスイッチなどを介してインダクタンス測定器１１２（例えば、ＬＣＲメータ）が接続される。そして、前記インダクタンス測定器１１２によって第１相から第２相の間に電圧が印加され、第１インダクタンスが測定される。

（第２インダクタンス測定Ｓ２０２）
次に、回転子５の角度を変化させないで第２インダクタンス測定Ｓ２０２を実施する。第１インダクタンス測定Ｓ２０１において電圧を印加した２つの相とは異なる組み合わせからなる２つの相に第１インダクタンス測定と実質的に同一の大きさの電圧を印加する。例えば、第１インダクタンス測定Ｓ２０１において電圧を印加した相が第１相および第２相であれば、第２インダクタンス測定Ｓ２０２で電圧を印加される相は第２相および第３相、または、第１相および第３相である。

第１インダクタンス測定Ｓ２０１においては、第１相をＵ相巻線４ｕ、第２相をＶ相巻線４ｖとした。第２インダクタンス測定Ｓ２０２では、図５（ｂ）に示すように第２相をＶ相巻線４ｖ、第３相をＷ相巻線４ｗとして図１に示すインダクタンス測定器１１２（図５に示すＬＣＲメータ）を接続し、インダクタンスを測定する。

（第３インダクタンス測定Ｓ２０３）
さらに、回転子５の角度を変化させないで第３インダクタンス測定Ｓ２０３を実施する。第１インダクタンス測定Ｓ２０１、および、第２インダクタンス測定Ｓ２０２において電圧を印加した２つの相の組み合わせとは異なる組み合わせからなる２つの相に第１インダクタンス測定、および、第２インダクタンス測定と実質的に同一の大きさの電圧を印加する。例えば、第１インダクタンス測定Ｓ２０１において電圧を印加した相が第１相および第２相であり、第２インダクタンス測定Ｓ２０２において電圧を印加した相が第２相および第３相であれば、第３インダクタンス測定Ｓ２０３で電圧を印加される相は第１相および第３相となる。

第３インダクタンス測定Ｓ２０３においては、第３相をＷ相巻線４ｗ、第１相をＵ相巻線４ｕとした。

（３相２相変換による回転子の角度の算出Ｓ２０４）
ステップＳ２０１からステップＳ２０３により、３つのインダクタンス測定値を得た。この３つの値を用いて回転子５の現在の角度を算出する（ステップＳ２０４）。本実施形態では、特に３相２相変換の方法を用いて回転子５の角度を計算する。

図６は、回転子５の角度の変化に伴うインダクタンス測定値の変化を示すグラフである。このグラフでは、Ｕ相４ｕとＶ相４ｖ、Ｖ相４ｖとＷ相４ｗ、および、Ｗ相４ｗとＵ相４ｕ（図５（ａ）〜（ｃ）における、第１相、第２相、および、第３相をそれぞれＵ相４ｕ、Ｖ相４ｖ、および、Ｗ相４ｗとしている。）、の各２相のインダクタンス測定値を、回転子５の角度を微小量ずつ変化させ、その都度インダクタンスを測定した結果を、プロットしている。

図６より、固定子巻線の任意の２相のインダクタンス測定値のプロットである、曲線６１ないし６３は、三角関数的プロファイルを備え、その周期は、回転子の角度にして９０度であり、各曲線６１ないし６３間の位相差は３０度である。なお、図６のインダクタンス値のプロットは、４つの磁極（磁石挿入孔５ｄ）を備えているため回転子の角度にして９０°となるが、この周期は回転子に構成される磁極数で変化する（周期は３６０°÷（回転子の極数）で表される）。また、ここで説明する磁極数とは、未着磁の状態を含め、永久磁石型電動機に構成される極数を意味しているものである。以下説明は、回転子に構成される磁極を４つとした回転子５を用いて説明する。

インダクタンス測定値がこのように変化する理由は以下のとおりである。図３に示すように本実施形態の回転子５は、４枚の未着磁の磁性部材５ｂを回転子内部に配置した、つまり磁石１枚／極の４極構造である。この回転子５の大部分を構成する回転子コア５ａは電磁鋼板であって磁束を通し易い物質であり、その内部に磁石挿入孔５ｄなる空洞を有する構造である。そして、磁石挿入孔５ｄに存在する空気は真空と同程度の透磁率を有しており、回転子コア５ａを構成する電磁鋼板とは磁束の通し易さの点で全く性質の異なる物質である。そのため、巻線４ａのインダクタンスは回転子５の固定子４に対する相対位置により変化する。つまり、回転子５を回転させることにより、磁石挿入孔５ｄが磁路を妨害する程度が周期的に変化する。そのため回転子５は４枚の未着磁の磁性部材５ｂが挿入されている状態であっても、残存する空気の透磁率と回転子コア５ａの透磁率の差が大きいため、同様のインダクタンス測定値の変化が得られる。そのインダクタンス測定値の変化の周期は９０度周期となる。また、Ｕ相４ｕとＶ相４ｖ、Ｖ相４ｖとＷ相４ｗ、および、Ｗ相４ｗとＵ相４ｕの各２相の組み合わせは、各々６０度ずつずれた配置を取っている。そのため、各曲線６１ないし６３間に６０度の位相差が現れる。各曲線の周期が９０度であるため、位相差は３０度とも表現可能である。

また、磁石挿入孔５ｄ以外にも回転子コア５ａに穴が存在し、回転子コア５ａの回転対称性が損なわれても、その穴が比較的小さいものであれば、測定されるインダクタンス測定値への影響は軽微であり、同様の測定結果が得られる。さらに、回転子５の４枚の未着磁の磁性部材５ｂは同一な性能を具備した未着磁の磁性部材５ｂを備えていなくとも、インダクタンス測定値の変化の様子に変化はない。なぜなら、インダクタンス測定値の変化は回転子５の電磁鋼板の形状によるもので、一般に空気の透磁率と回転子コア５ａの透磁率には顕著な差があるため、個々の未着磁の磁性部材５ｂの性能差によるインダクタンス測定値への影響は軽微である。また、図７に示すように、１つの磁石挿入孔５ｄに複数枚の未着磁の磁性部材５ｂ（本図においては２枚の未着磁の磁性部材５ｂ）を挿入する場合においても同様の測定結果が得られる。

これら３つの曲線６１ないし６３は正弦関数と相似形であると仮定している。つまり、これら３つの曲線は、振幅を同じくし、かつ、同量だけ縦軸正方向、および、周期の３分の１ずつ横軸方向に、平行移動された３つの正弦関数によって十分によく近似されると仮定している。

上記の仮定に基づき、ステップＳ２０１、ないし、ステップＳ２０３にて得た３つのインダクタンス値を用いた回転子５の角度の求め方について説明する。

図８（ａ）に示すような直交座標系α−βと、図８（ｂ）に示すような互いに１２０度の角をなす３つの軸からなる系とを設定する。これらの系において、原点ＯとＯ’とを合わせ、かつ、α軸とｕ軸とが一致するように重ね合わせる。図８（ｂ）の３つの軸の方向にそれぞれ、第１インダクタンス測定値、第２インダクタンス測定値、および、第３インダクタンス測定値を絶対値とするベクトルを設定する。図８（ｃ）はある回転子角度において測定された３つのインダクタンス測定値を実際にプロットした図である。図８（ｃ）に示すように、第１インダクタンス測定値、第２インダクタンス測定値、および、第３インダクタンス測定値を絶対値とする３つのベクトルを、同一平面に１２０度ずつ方向を変えて与え、よってこれら３つのベクトルの合成ベクトル７１を構成する。この合成ベクトル７１のβ軸からの偏角θはベクトル７１の直交する２軸、α、および、β方向の成分をそれぞれΑ１、および、Β１とすれば、

である。ここで、Α１＝Ｌ１−（Ｌ２＋Ｌ３）×ｓｉｎ（３０°）、Β１＝（−Ｌ２＋Ｌ３）×ｃｏｓ（３０°）である。ただし、Ｌ１、Ｌ２、および、Ｌ３はそれぞれ、第１インダクタンス測定値、第２インダクタンス測定値、および、第３インダクタンス測定値である。Α１＝０、かつ、Β１≠０の場合は、θ＝０°、また、Α１≠０、かつ、Β１＝０の場合は、θ＝９０°とする。

この偏角θより、回転子５に構成されたＮ個の磁極を有する回転子５の角度Θは、
Α１は任意、かつ、Β１＞０、
または、
Α１＞０、かつ、Β１＝０、
のとき、
Θ＝（９０°−θ）／Ｎ、
Α１は任意、かつ、Β１＜０、
または、
Α１＜０、かつ、Β１＝０、
のとき、
Θ＝｛１８０°＋（９０°−θ）｝／Ｎ、
に求まる。

次に、前段で決定した角度Θと、実際の回転子５の固定子４に対する相対位置との関係について説明する。例えば、Θ＝０（θ＝９０）なる回転子５の位置とは、図６のプロットにおいて、第１インダクタンス測定値（図６における曲線６１）が極大値を示す位置である。

インダクタンスが極大を示す、とは、そのインダクタンスを測定する際に発生させた磁束の通過を妨げる磁気抵抗要素が極小である、ことと対応している。本実施形態における磁気抵抗要素とは、回転子５における未着磁の磁性部材５ｂ（、または、磁石挿入孔５ｄ）である。図９（ａ）は、第１インダクタンス測定値（図６の曲線６１）が極大となる回転子５の角度を示す図である。図５（ａ）の第１相をＵ相４ｕ、第２相をＶ相４ｖとして電圧を印加することにより、Ｕ相４ｕ、および、Ｖ相４ｖの各立ち上がり部には、ドット、および、クロスで示される電流が流れ、回転子５内部を貫通する磁束が発生する。図中の矢印は磁束の方向を示している。図９（ａ）に示されるように、４枚の未着磁の磁性部材５ｂのうちの、互いに対面した２枚の未着磁の磁性部材５ｂの中心を、電流の流れている２相の中間点を通る固定子４の直径Ｄ_ｕｖが通るとき、未着磁の磁性部材５ｂのインダクタンスへの影響は最も小さくなり、測定されるインダクタンスは極大になる。Θ＝０なる回転子５の位置とは、本図に示されている回転子５の位置である。

図９（ｂ）は、回転子５を図９（ａ）に示した回転子５の角度から４５度回転した位置（つまり、Θ＝４５）での状態を示す図である。回転子５がこの位置にある場合、つまり、電流の流れている２相の中間点を通る固定子４の直径Ｄ_ｕｖ上に、４枚の未着磁の磁性部材５ｂのうち隣り合う２枚の未着磁の磁性部材５ｂの隣接する端部が存在する場合、未着磁の磁性部材５ｂの磁束に与える影響は最大になり、結果、インダクタンス値は極小となる。回転子５が本図に示されている位置にあるとき、Θ＝４５である。つまり、Θの増減は回転子５の角度の増減と一致している。図９（ｂ）の示す回転子５の角度からさらに４５度回転すれば、図９（ａ）と一致する。

（回転子未着磁磁性部材の着磁Ｓ２０５〜Ｓ２１０）
上記のステップにより算出した回転子５の角度を用いて、以下のステップにより未着磁の磁性部材５ｂを着磁する。着磁は着磁電源１１３より適切な相へ着磁用電圧を印加することで行われる。

本実施形態の電動機２は、図３に示したように、４枚の未着磁の磁性部材５ｂを回転子５に備え、固定子４には３相巻線が集中巻された構成を有する。このような構成を有する電動機の場合、着磁は以下のように実施されることが望ましい。

図１０（ａ）に示すように第１着磁用電圧を３相巻線に印加する。本図においても第１相をＵ相４ｕ、第２相をＶ相４ｖ、第３相をＷ相４ｗとしている。回転子５の角度Θは図１０（ｂ）に示すように、Θ＝０の回転位置である。この回転位置は、着磁結線上、高電位側に位置する一の相のつくる磁極の真正面に、回転子５の４枚の未着磁の磁性部材５ｂのうちの任意の相対する２枚の未着磁の磁性部材５ｂが位置する角度である。着磁に先立って回転子５の角度が適当か否か判断する（ステップＳ２０５）。具体的には、ステップＳ２０４により算出された回転子５の角度がΘ＝０でなければ（ステップＳ２０５）、回転子５をパルスモータ１１６により回転させて回転子５の角度を調節してΘ＝０の位置に合わせる（ステップＳ２０６）。なお、上記ステップＳ２０５およびＳ２０６において設定される着磁用の回転子５の角度は、Θ＝０およびそれと実質的に同等な角度に限定される必要はなく、他の角度に設定することも可能である。

図１０（ａ）に示す第１着磁用電圧を印加すると、図１０（ｂ）に矢印で示す磁束が回転子５を貫き、未着磁の磁性部材５ｂの外側が、図に示す極性を持つように着磁される。Ｗ相巻線４ｗのつくる磁極の真正面に位置する未着磁の磁性部材５ｂに対しては磁束が垂直に中心から外側に向かう方向で貫く。このため、これら未着磁の磁性部材５ｂは外側をＮ極として十分に着磁される（第１着磁ステップＳ２０７）（以下、これら外側をＮ極として着磁された磁性部材を、永久磁石５ｅＮと称する。）。２枚の永久磁石５ｅＮ以外の２枚の未着磁の磁性部材５ｂに対しては、磁束は斜めに外側から中心部に向かって貫く。このため、これら２枚の未着磁の磁性部材５ｂは外側をＳ極として着磁される（以下、これら外側をＳ極として着磁された磁性部材を、永久磁石５ｅＳと称する。）。しかし、これら２枚の永久磁石５ｅＳの着磁の程度は外側をＮ極として着磁されている２枚の永久磁石５ｅＮと比較して弱く、特に破線で示す領域Ｒ１、および、Ｒ２付近では十分な着磁がなされていない。

次に、第１着磁における永久磁石５ｅＮと永久磁石５ｅＳとの間の着磁の程度の不均衡を補償するため、さらに着磁を行う（ステップＳ２０８ないしステップＳ２１０）。この第２着磁における着磁結線は図１１（ａ）に示すとおり、低電位側を１相とし、高電位側を２相としている。図１１（ｂ）に、第１相、第２相、および、第３相をそれぞれＵ相巻線４ｕ、Ｖ相巻線４ｖ、および、Ｗ相巻線４ｗとして第２着磁において発生する磁束、および、第２着磁のための回転子５の位置を示す。第２着磁のための回転子５の位置は、第１着磁において着磁の程度が比較的低かった外側をＳ極として着磁された永久磁石５ｅＳをよく着磁できる回転子５の角度であればよい。図１１（ａ）に示すように着磁用電流が流れれば、図１１（ｂ）に示すような磁束が回転子５内を貫く。第１着磁において着磁の程度が比較的低かった、領域Ｒ１およびＲ２を垂直に磁束が貫通するような回転子５の角度であればよい。本図を参照すれば、第２着磁のための回転子５の角度は第２着磁の結線において低電位側となる第２相のつくる磁極の真正面に、第１着磁において着磁の比較的弱かった部分を有する外側をＳ極として着磁された永久磁石５ｅＳが位置する角度である。

図１０（ｂ）と図１１（ｂ）を比較すれば、明らかなことだが、第１着磁Ｓ２０７における回転子５の角度と、第２着磁Ｓ２１０における回転子５の角度とは一般に異なる。このため、第１着磁Ｓ２０７の実施された回転子５の角度が第２着磁を実施するための回転子５の角度として適当か否かを判断し（ステップＳ２０８）、第２着磁に先立って回転子５を所定角だけ回転させる。本図の場合、第１着磁における回転子５の位置から、時計回りに３０度回転させている（ステップＳ２０８およびステップＳ２０９）。

第２着磁用電圧を印加すると、図１１（ｂ）にて矢印で示される磁束が回転子５を貫き、Ｖ相巻線４ｖのつくる磁極の真正面に位置する永久磁石５ｅＳに対して磁束が垂直に外側から中心に向かう方向で貫く。このため、永久磁石５ｅＳは外側をＳ極として着磁される。永久磁石５ｅＳとは第１着磁において中心部が特に着磁されていなかった領域Ｒ１、および、Ｒ２、を含む永久磁石５ｅＳである。これらの永久磁石５ｅＳにも第２着磁によって十分な着磁がなされる（ステップＳ２１０）。なお、本発明の用いる着磁の方法は、本願と同一出願人による特許出願、特願２００３−２９５２３２号にて詳細に説明されている。

以上のステップより、電動機用永久磁石５ｅＮおよび５ｅＳは精度よく十分に着磁される。なお、本実施形態では、４枚の未着磁の磁性部材５ｂを有する回転子５と、集中巻された３相６極巻線を有する固定子４を使用している。そのため、インダクタンス測定、および、着磁は上記のように実施される。しかし、本発明はこのような構成を有する電動機に限定されるものではない。未着磁の磁性部材５ｂの枚数が変化すれば回転子５の回転対称性に影響を与え、それによってインダクタンス値変化の周期性は変化する。その周期性は、回転子５に構成される極数により変化する（つまり、周期は３６０°÷（回転子の極数）で表される）。また、例えば分布巻を採用する等、固定子に巻装される巻線の巻装様式が変われば一般に、相間に電圧を印加したときに発生する磁束の形状が変化する。これら変化に対応するには、本方法で用いられた各種接続の形態を変更する必要性が生じる場合もある。例えば、着磁ステップにおいて適当な２相間に通電することにより着磁が行われる場合もある。また必要な着磁ステップが１回で完了する場合もありうる。それら変更は当業者であれば容易であり、本発明に含まれるものである。

本発明にかかる永久磁石型電動機の着磁方法および装置は、電動機内部が見えない状態でも、小型の設備によって正確に回転子を固定子に対して位置整合し、未着磁の磁性部材を着磁する有利性を有し、例えば空気調和器用圧縮機の永久磁石型電動機の着磁方法および装置として有用である。

本発明に係る装置のブロック図である。 永久磁石型電動機２を装備した圧縮機の構成を示す概略断面図である。 永久磁石型電動機の上方断面図である。 本発明に係る方法の流れ図である。 （ａ）第１インダクタンス測定に用いられる結線の一例である。（ｂ）第２インダクタンス測定に用いられる結線の一例である。（ｃ）第３インダクタンス測定に用いられる結線の一例である。 インダクタンス測定値と回転子の角度との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態における永久磁石型電動機の別の例である。 （ａ）直交座標系α−βの図である。（ｂ）３軸座標系ｕ−ｖ−ｗの図である。（ｃ）３つのインダクタンス測定値より構成される３つのベクトルおよび合成ベクトル７１の図である。 （ａ）第１インダクタンス測定値が極大値を示すときの回転子の位置を示す図である。（ｂ）第１インダクタンス測定値が極小値を示すときの回転子の位置を示す図である。 （ａ）第１着磁における結線の一例である。（ｂ）第１着磁において望ましい回転子の角度と生じる磁束分布を示す図である。 （ａ）第２着磁における結線の一例である。（ｂ）第２着磁において望ましい回転子の角度と生じる磁束分布を示す図である。

符号の説明

１ ・・ 胴部
２ ・・ 永久磁石型電動機
３ ・・ 圧縮機構
４ ・・ 固定子
４ａ・・ 巻線
４ｂ・・ 固定子コア
５ ・・ 回転子
５ａ・・ 回転子コア
５ｂ・・ 未着磁の磁性部材
５ｄ・・ 磁石挿入孔
５ｅＮ、５ｅＳ・・ 永久磁石（着磁された磁性部材）
１１０・・ 圧縮機電動機部分
１１１・・ 電極
１１２・・ インダクタンス測定器
１１３・・ 着磁電源
１１４・・ 制御装置
１１５・・ ロータリーエンコーダ
１１６・・ パルスモータ

Claims (6)

1. ３相の巻線を有する固定子および未着磁の磁性部材を有する回転子を備える永久磁石型電動機の前記未着磁の磁性部材を固定子内で着磁する方法であって、
   前記巻線の３相のうち、第１相と第２相との間にインダクタンス測定用電圧を印加して前記巻線のインダクタンスを測定する第１インダクタンス測定ステップ、
   前記巻線の３相のうち、前記第２相と第３相との間に前記インダクタンス測定用電圧を印加して前記巻線のインダクタンスを測定する第２インダクタンス測定ステップ、
   前記巻線の３相のうち、前記第３相と前記第１相との間に前記インダクタンス測定用電圧を印加して前記巻線のインダクタンスを測定する第３インダクタンス測定ステップ、
   前記第１インダクタンス測定により得た第１インダクタンス測定値を絶対値とし、第１方向を指向する第１インダクタンスベクトル、前記第２インダクタンス測定により得た第２インダクタンス測定値を絶対値とし、前記第１方向と１２０度の角度をなす第２方向を指向する第２インダクタンスベクトル、および、前記第３インダクタンス測定により得た第３インダクタンス測定値を絶対値とし、前記第１インダクタンスベクトルと前記第２インダクタンスベクトルによって規定される平面内において、前記第１方向および前記第２方向となす角度が共に１２０度になる第３方向を指向する第３インダクタンスベクトルの和によって規定される合成インダクタンスベクトルと、前記３つのベクトルおよび前記合成インダクタンスベクトルの含まれる平面内の所定の方向を指向する一軸との間の角度を求めることにより、前記回転子の前記固定子に対する相対的位置関係を特定するステップ、ならびに、
   前記特定された相対的位置関係に基づき、着磁のための前記回転子と前記固定子との位置関係を実現するため、前記回転子を、０度を含む所定角だけ回転させた後、前記固定子の巻線の所定相に通電することにより前記回転子の前記未着磁の磁性部材を着磁するステップ、
   を有する永久磁石型電動機の着磁方法。
2. 前記着磁ステップを２回以上繰り返し実施する、請求項１に記載の方法。
3. 前記着磁ステップが、前記３相の巻線のうちいずれか１相を高電位もしくは低電位とし、並列接続された残りの２相を低電位もしくは高電位として３相間に通電することによる、
   請求項１または２に記載の方法。
4. 前記着磁ステップが、前記３相の巻線のうちいずれか１相を高電位もしくは低電位とし、残りの２相のうちいずれか１相を低電位もしくは高電位として２相間に通電することによる、請求項１に記載の方法。
5. 前記着磁ステップの後に、更に第２着磁ステップを有し、前記第２着磁ステップが、着磁ステップにおいて高電位もしくは低電位とされた前記１相以外の１相を低電位もしくは高電位とし、並列接続された残りの２相を高電位もしくは低電位として３相間に通電することによる、
   請求項３に記載の方法。
6. 回転子を回転させるための駆動手段、
   前記回転子の回転量を計測するための計測手段、
   固定子内巻線のインダクタンスを測定するためのインダクタンス測定手段、
   前記回転子の未着磁の磁性部材を着磁するための着磁電源、ならびに、
   前記駆動手段、前記計測手段、前記インダクタンス測定手段、および、前記着磁電源を制御可能に接続され、また、前記計測手段および前記インダクタンス測定手段からの信号を受信可能に接続された制御手段を有し、
   前記制御手段が、
   前記測定手段をして前記巻線の３相のうち第１相と第２相との間で第１インダクタンス測定値を測定し、次に、前記第２相と第３相との間で第２インダクタンス測定値を測定し、さらに、前記第３相と前記第１相との間で第３インダクタンス測定値を測定し、
   前記３つのインダクタンス測定値をもとに、第１インダクタンス測定により得た第１インダクタンス測定値を絶対値とし、第１方向を指向する第１インダクタンスベクトル、第２インダクタンス測定により得た第２インダクタンス測定値を絶対値とし、前記第１方向と１２０度の角度をなす第２方向を指向する第２インダクタンスベクトル、および、第３インダクタンス測定により得た第３インダクタンス測定値を絶対値とし、前記第１インダクタンスベクトルと前記第２インダクタンスベクトルによって規定される平面内において、前記第１方向および前記第２方向となす角度が共に１２０度になる第３方向を指向する第３インダクタンスベクトルの和によって規定される合成インダクタンスベクトルと、前記３つのベクトルおよび前記合成インダクタンスベクトルの含まれる平面内の所定の方向を指向する一軸との間の角度を求めることにより、前記回転子の前記固定子に対する相対的位置関係を特定し、
   前記特定された相対的位置関係に基づき、着磁のための前記回転子と前記固定子との位置関係を実現するため、前記駆動手段および前記計測手段を用いて前記回転子を、０度を含む所定の角度だけ回転させ、
   前記着磁電源を用いて前記固定子の巻線の所定相に通電させることにより前記回転子の前記未着磁の磁性部材を着磁することを特徴とする、
   永久磁石型電動機の未着磁磁性部材着磁装置。
   

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