JP2008282974A - 回転体への着磁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転体の回転軸の軸端面に、永久磁石を用いて、着磁強度及び着磁パターンのばらつきの少ないＮ極とＳ極を着磁することができる回転体への着磁装置を提供する。
【解決手段】回転体１の回転軸まわりの位置を所定の向きに固定し、その回転軸を回転不能かつ軸端側への移動不能に保持し、その軸端面を所定の位置に位置決めする回転体位置決め装置１０と、同一平面上にＮ極とＳ極を有する永久磁石５を一体的に保持する磁石保持器２０と、永久磁石のＮ極とＳ極の中間ラインを軸端面２ａの中心と一致させ、かつ永久磁石の表面を軸端面２ａと平行に保持しながら磁石保持器２０を軸端面に対して垂直に接近させ離脱させる移動装置３０とを備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、回転体の回転軸の軸端面をＮ極とＳ極に磁化するため着磁装置に関する。

回転体の一部に着磁する手段として、例えば、特許文献１、２が既に提案されている。

特許文献１は、限られた角度範囲の回転角の絶対位置検出を精度良く行うことができ、小型化も可能な回転センサ付軸受を目的とする。
そのため、この発明の回転センサ付軸受１は、図６に示すように、転がり軸受部６２と回転センサ６３とを備える。転がり軸受部６２は、回転側軌道輪５２、固定側軌道輪５３、および転動体５４からなる。転がり軸受部６２は、回転側軌道輪５２に取付けられた磁石からなる被検出部５７と、この被検出部５７に対向したアナログ出力型の磁気センサからなる磁気検出部５８とで構成される。上記被検出部５７の磁気検出部５８に対する磁気特性のうち、直線性がある範囲のみを回転角の検出に使用するものである。

特許文献２は、従来よりもニュートラルゾーンを狭小化でき、さらにランニングコストなどを低減可能な構成からなる着磁装置を目的とする。
そのため、この発明では、図７に示すように、着磁ヨーク７１の一部又は全部を永久磁石７２に換えることによって、コイル７３と永久磁石７２の両方からの発生磁界によって着磁を行うことが可能となり、同じ強度の着磁磁界であれば永久磁石からの発生磁界の分だけ、着磁コイルの発生磁界、すなわち着磁コイルへの印加電流を少なくできるため、より線径の細い着磁コイルを使用できることで、ニュートラルゾーンを狭小化できるものである。

特開２００５−２８３３６４号公報、「回転センサ付軸受およびその回転センサの被検出部着磁方法」 特開２００６−２８６８８５号公報、「着磁装置」

回転体の回転バランス計測では、アンバランス量を求めるために、回転体（例えば車両用過給機）の加速度を検出する加速度センサと、シャフト（回転軸）の回転数（例えば、５万ＲＰＭ）を計測する非接触式回転検出センサの２種類のセンサを一般的に備える。しかし、回転数が高くなると、加速度センサ自体や回転検出センサのマーカーの添付によるバランスの偏りにより回転軸が振れ、高速回転できなくなり、回転バランスを修正できなくなることがある。

図５は、本発明の着磁装置により着磁した回転体を用いた回転バランス計測の模式図である。
この回転バランス計測では、回転体１の回転軸２の軸端面２ａをＮ極とＳ極に磁化し、回転体１を回転支持体４２により高速回転可能に支持し、回転体１を高速回転して加速度センサ４４により回転支持体４２の加速度を検出し、同時に、軸端面２ａに近接して設けられた磁気センサ４６により位相が９０°ずれた２つの正弦波信号を出力させる。
この２つの正弦波信号から回転角検出器４７により回転軸２の回転角度を検出し、検出された加速度と回転角度から演算処理装置４８により回転体のバランス修正量とその角度を演算する。

上述した回転バランス計測を実施するために、回転体１の回転軸２の軸端面２ａを予めＮ極とＳ極に磁化しておく必要がある。
なお、軸端にＮ極とＳ極を持った磁石を取り付けることによっても、磁気センサ４６により回転を検出することはできるが、回転体に別の磁石を取り付けるとアンバランスの要因となり、かつ高速回転時に脱落のおそれがある。
そのため、回転軸２の軸端面自体をＮ極とＳ極に着磁することが、回転体の場合、特に要望される。

軸端面自体をＮ極とＳ極に着磁するために、コイルとヨークを用いた着磁機を用いることもできる。しかし、この場合、高価なパルス電源が必要となる。

一方、強力な永久磁石に密着させて着磁することもできる。この場合、高価なパルス電源が不要であり、安価に着磁できる。
しかし、Ｎ極とＳ極を持った永久磁石に軸端面を密着させると、磁性体である回転軸２が永久磁石に強く引き付けられ、簡単には引き離せなくなる。
また、この引き離しの際、永久磁石がねじれたり、横方向にずれたりすると、Ｎ極とＳ極のいずれかが強くなり、或いはＮ極とＳ極のいずれかのみとなって軸の長手方向にＮＳ極ができる。このような着磁では上述した磁気センサによる検出が困難となる。また、着磁強度、パターンのばらつきも大きくなる。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、回転体の回転軸の軸端面に、永久磁石を用いて、着磁強度及び着磁パターンのばらつきの少ないＮ極とＳ極を着磁することができる回転体への着磁装置を提供することにある。

本発明によれば、回転体の回転軸の軸端面をＮ極とＳ極に磁化するための回転体への着磁装置であって、
回転体の回転軸まわりの位置を所定の向きに固定し、その回転軸を回転不能かつ軸端側への移動不能に保持し、その軸端面を所定の位置に位置決めする回転体位置決め装置と、
同一平面上にＮ極とＳ極を有する永久磁石を一体的に保持する磁石保持器と、
前記永久磁石のＮ極とＳ極の中間ラインを前記軸端面の中心と一致させ、かつ永久磁石の表面を軸端面と平行に保持しながら磁石保持器を軸端面に対して垂直に接近させ離脱させる移動装置と、を備えたことを特徴とする回転体への着磁装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記回転体は、タービンインペラが回転軸の一端に固定されたタービン軸であり、該回転軸は、タービンインペラに連結された拡径軸部と段付部を介してこれに連結された縮径軸部とからなり、
前記回転体位置決め装置は、タービンインペラの所定の翼を所定の向きに回転不能に固定する回り止めガイドと、
前記回転軸を所定の軸線に沿って案内する中空貫通穴と、前記段付部と係合する段付穴とを有する軸ガイドとからなる。

また、前記軸端面は、回転体の回転軸に直交する垂直面であり、
前記移動装置は、永久磁石のＮ極とＳ極の中間ラインが前記軸端面の中心と一致し、かつ永久磁石の表面が軸端面と平行になるように前記磁石保持器を保持する移動台と、
該移動台を回転体の回転軸に沿って移動可能に案内するガイドとを有する。

また、前記移動台を手動により軸端面に対して接近させるレバー機構と、前記移動台を軸端面から離脱させるバネ機構とを備える。

上記本発明の構成によれば、回転体位置決め装置により、回転体の回転軸まわりの位置を所定の向きに固定し、その回転軸を回転不能かつ軸端側への移動不能に保持し、その軸端面を所定の位置に位置決めし、
移動装置により、永久磁石のＮ極とＳ極の中間ラインを軸端面の中心と一致させ、かつ永久磁石の表面を軸端面と平行に保持しながら磁石保持器を軸端面に対して垂直に接近させ離脱させるので、回転体の回転軸の軸端面に、永久磁石を用いて、着磁強度及び着磁パターンのばらつきの少ないＮ極とＳ極を着磁することができる

従って、永久磁石を用いた簡便な手段で、精度・再現性の良い着磁を実現することができる。
また、軸ガイドにより回転軸を所定の軸線に沿って案内し、かつ回転軸の段付部と係合させることで位置決めし、回り止めガイドにより、タービンインペラの所定の翼を所定の向きに回転不能に固定することにより、タービン羽根の原点方向を固定することができる。
従って着磁の向き（回転原点）を固定できるため、タービン軸部品のトレーサビリティを取ることが可能になる。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

図１は、本発明による回転体への着磁装置の全体斜視図、図２はその側面図である。本発明の着磁装置は、図５に示したように、回転体１の回転軸２の軸端面２ａをＮ極とＳ極に２分して磁化する装置である。

回転体１は、この例では、タービンインペラ１ａが回転軸２の一端に固定されたタービン軸である。なお、回転体１は、これに限定されず、回転バランスの修正が必要なモータ類、クランクシャフト、タービン等であってもよい。

図１及び図２において、本発明の着磁装置は、回転体位置決め装置１０、磁石保持器２０、及び移動装置３０からなる。

図３は、図２の断面図である。
この図に示すように、回転軸２は、タービンインペラ１ａに連結された拡径軸部３ａと段付部３ｂを介してこれに連結された縮径軸部３ｃとからなる。また、回転軸２の軸端面２ａは、この例では、回転体の回転軸に直交する垂直面である。

回転体位置決め装置１０は、回り止めガイド１２と軸ガイド１４を有する。
回り止めガイド１２は、支持プレート１１に固定されＶ字状に配置された２枚の平板とその間に設けられた隙間溝からなり、タービンインペラ１ａの所定の翼（羽根）を所定の向きに回転不能に固定する。
軸ガイド１４は、支持プレート１１に固定され、回転軸２を所定の軸線Ｚ−Ｚに沿って案内する中空貫通穴１４ａと、段付部３ｂと係合する段付穴１４ｂとを有する。
上述した構成により、回転体位置決め装置１０により、回転体１の回転軸まわりの位置を所定の向きに固定し、その回転軸２を回転不能かつ軸端側への移動不能に保持し、その軸端面２ａを所定の位置（軸方向位置）に位置決めすることができる。

磁石保持器２０は、永久磁石５を収容する凹部を持った支持容器２２と、これにボルト等で固定される蓋部材２４とからなる。この例では、永久磁石５は、同一平面上にＮ極とＳ極を有する矩形永久磁石であり、支持容器２２の凹部は、矩形永久磁石の外周面と密着する内面を有し、永久磁石５が内部で移動しないようになっている。

永久磁石５は、磁力が３００〜４００ｍＴのフェライト系磁石であるのが好ましいが、その他の磁石でもよい。
蓋部材２４は、回転軸２の軸端部が通過可能な貫通穴を有し、かつ永久磁石５が回転軸２の軸方向に移動しないように永久磁石５の少なくとも一部を支持容器２２との間で把持している。
上述した構成により、同一平面上にＮ極とＳ極を有する永久磁石５を一体的に保持することができる。

移動装置３０は、この例では、移動台３２とリニアガイド３４を有する。
移動台３２は、永久磁石５のＮ極とＳ極の中間ライン（ニュートラルライン）が軸端面２ａの中心と一致し、かつ永久磁石５の表面が軸端面２ａと平行になるように磁石保持器２０を保持する。

リニアガイド３４は、支持プレート１１に固定されたレール３４ａと、このレールに沿って移動するリニア軸受３４ｂとからなり、リニア軸受３４ｂが移動台３２に固定され、移動台３２を回転体の回転軸２に沿って移動可能に案内する。
上述した構成により、移動装置３０により、永久磁石５のＮ極とＳ極の中間ラインを軸端面２ａの中心と一致させ、かつ永久磁石５の表面を軸端面２ａと平行に保持しながら磁石保持器２０を軸端面２ａに対して垂直に接近させ離脱させることができる。

移動装置３０は、この例では、さらにレバー機構３６とバネ機構３８を備える。
レバー機構３６は、図で支持プレート１１に下端が回転可能に取り付けられたハンドレバー３６ａとその中間と移動台３２を連結する連結ロッド３６ｂとからなり、ハンドレバー３６ａを手動で操作して、移動台３２を手動により軸端面２ａに対して接近させるようになっている。
また、バネ機構３８は、移動台３２とその離脱側（図で右側）に設けられたバネ受け台１１ａとの間に取り付けられた引っ張りバネであり、移動台３２を軸端面２ａから離脱させる方向に付勢している。

上述した回転体位置決め装置１０、磁石保持器２０及び移動装置３０は、永久磁石５により磁化しないように、非磁性体、例えばステンレス（ＳＵＳ３０３，ＳＵＳ３０４）、又はアルミニウムからなる。

図４は、上述した着磁装置の作動説明図である。この図において、（Ａ）は回転体１の取り付け時、（Ｂ）は着磁前、（Ｃ）は着磁中を示している。

上述した本発明の構成によれば、回転体位置決め装置１０により、図４Ａに示すように、回転体１を軸ガイド１４の中空貫通穴１４ａに挿入し、段付穴１４ｂに軸の段付部３ｂを係合させる。また、回り止めガイド１２により、タービンインペラ１ａの所定の翼（羽根）を所定の向きに回転不能に固定する。
この結果、図４Ｂに示すように、回転体１の回転軸２まわりの位置を所定の向きに固定し、その回転軸を回転不能かつ軸端側への移動不能に保持し、その軸端面を所定の位置に位置決めする。

次いで、図４Ｃに示すように、移動装置３０により、永久磁石５のＮ極とＳ極の中間ラインを軸端面２ａの中心と一致させ、かつ永久磁石５の表面を軸端面２ａと平行に保持しながら磁石保持器２０を軸端面２ａに対して垂直に接近させ離脱させる。接近時の永久磁石５の表面と軸端面２ａは、密着してもよいが、所望の着磁ができる限りで隙間を設けるのがよい。
その後、レバー機構３６を戻し、バネ機構３８により移動台３２を軸端面２ａから離脱させる方向に復帰する。

上述した着磁装置の作動により、永久磁石５の表面を軸端面２ａと平行に保持しながら永久磁石５を軸端面２ａに対して垂直に接近させ離脱させるので、回転体１の回転軸２の軸端面２ａに、永久磁石５を用いて、着磁強度及び着磁パターンのばらつきの少ないＮ極とＳ極を着磁することができる。

従って、本発明の着磁装置により、永久磁石を用いた簡便な手段で、精度・再現性の良い着磁を実現することができることが確認された。
また、軸ガイド１４により回転軸２を所定の軸線に沿って案内し、かつ回転軸２の段付部３ｂと係合させることで位置決めし、回り止めガイド１２により、タービンインペラ１ａの所定の翼を所定の向きに回転不能に固定することにより、タービン羽根の原点方向を固定することができる。
従って着磁の向き（回転原点）を固定できるため、タービン軸部品のトレーサビリティを取ることが可能になる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。

従来の回転バランス計測の模式図である。 従来の回転バランス計測器の構成図である。 従来の手段による回転角と加速度の関係図である。 従来の手段による回転数（回転速度）と加速度の関係図である。 本発明による回転バランス計測の模式図である。 本発明による回転バランス計測装置の構成図である。 磁気センサ１６の出力信号図である。

符号の説明

１ 回転体、タービンインペラ１ａ、２ 回転軸、２ａ 軸端面、
３ａ 拡径軸部、３ｂ 段付部、３ｃ 縮径軸部、５ 永久磁石、
１０ 回転体位置決め装置、１１ 支持プレート、１１ａ バネ受け台、
１２ 回り止めガイド、１４ 軸ガイド、
１４ａ 中空貫通穴、１４ｂ 段付穴、
２０ 磁石保持器、２２ 支持容器、２４ 蓋部材、
３０ 移動装置、３２ 移動台、３４ リニアガイド、
３４ａ レール、３４ｂ リニア軸受、
３６ レバー機構、３６ａ ハンドレバー、
３６ｂ 連結ロッド、３８ バネ機構、
４２ 回転支持体、４４ 加速度センサ、
４６ 磁気センサ、４７ 回転角検出器、
４８ 演算処理装置

Claims (4)

1. 回転体の回転軸の軸端面をＮ極とＳ極に磁化するための回転体への着磁装置であって、
   回転体の回転軸まわりの位置を所定の向きに固定し、その回転軸を回転不能かつ軸端側への移動不能に保持し、その軸端面を所定の位置に位置決めする回転体位置決め装置と、
   同一平面上にＮ極とＳ極を有する永久磁石を一体的に保持する磁石保持器と、
   前記永久磁石のＮ極とＳ極の中間ラインを前記軸端面の中心と一致させ、かつ永久磁石の表面を軸端面と平行に保持しながら磁石保持器を軸端面に対して垂直に接近させ離脱させる移動装置と、を備えたことを特徴とする回転体への着磁装置。
2. 前記回転体は、タービンインペラが回転軸の一端に固定されたタービン軸であり、該回転軸は、タービンインペラに連結された拡径軸部と段付部を介してこれに連結された縮径軸部とからなり、
   前記回転体位置決め装置は、タービンインペラの所定の翼を所定の向きに回転不能に固定する回り止めガイドと、
   前記回転軸を所定の軸線に沿って案内する中空貫通穴と、前記段付部と係合する段付穴とを有する軸ガイドとからなる、ことを特徴とする請求項１に記載の回転体への着磁装置。
3. 前記軸端面は、回転体の回転軸に直交する垂直面であり、
   前記移動装置は、永久磁石のＮ極とＳ極の中間ラインが前記軸端面の中心と一致し、かつ永久磁石の表面が軸端面と平行になるように前記磁石保持器を保持する移動台と、
   該移動台を回転体の回転軸に沿って移動可能に案内するガイドとを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の回転体への着磁装置。
4. 前記移動台を手動により軸端面に対して接近させるレバー機構と、前記移動台を軸端面から離脱させるバネ機構とを備える、ことを特徴とする請求項３に記載の回転体への着磁装置。

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