JP2013240224A - Built-in magnetization method of permanent magnet type motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石形モータの組込着磁方法に関する。 The present invention relates to a built-in magnetization method for a permanent magnet type motor.
近年、希土類磁石の高性能化が急速に進み、従来よりも高磁力・高保磁力の磁石が次々と開発され登場している。モータの高性能化にはこれらの磁石の採用が不可欠であるが、モータの外で予め着磁した磁石片を界磁鉄心の内部や表面に組み込む時にその高磁力のために取扱性に難があり、生産性を低下させている。この問題を解消する手段として、磁石を未着磁の状態で界磁鉄心に組み込んでおき、ロータとステータを組み立てた時に電機子巻線に大電流(着磁電流)を流すことで磁石を着磁する、いわゆる組込着磁が有効である。 In recent years, the performance of rare earth magnets has advanced rapidly, and magnets with higher magnetic coercive force and higher coercive force have been developed and appeared one after another. Adoption of these magnets is indispensable for improving the performance of motors. However, when a magnet piece pre-magnetized outside the motor is incorporated in or on the surface of the field core, it is difficult to handle due to its high magnetic force. Yes, productivity is reduced. As a means to solve this problem, the magnet is incorporated in the field core in an unmagnetized state, and the magnet is attached by passing a large current (magnetization current) through the armature winding when the rotor and stator are assembled. So-called built-in magnetization that magnetizes is effective.
しかし希土類磁石の高磁力化・高保磁力化が進むのに伴って必要な着磁電流も増大傾向にあり、着磁電源の大型化や、電機子巻線の絶縁皮膜へのダメージ増大といった課題がある。この課題に対して、希土類磁石が高温で飽和着磁磁場が低下することを利用して着磁電流の低減を図る組込着磁方法が開示されている。 However, as the magnetism of rare earth magnets increases and the coercivity increases, the required magnetizing current is also increasing, and there are problems such as increasing the size of the magnetizing power supply and increasing damage to the insulation film of the armature winding. is there. In order to solve this problem, a built-in magnetization method that reduces the magnetization current by utilizing the fact that the saturation magnetization magnetic field of a rare earth magnet decreases at a high temperature is disclosed.
特許文献1では、請求項2にモータ内部(実施例の説明によればフレームの内側と解釈できる)の乾燥工程を利用して永久磁石が高温の状態で組込着磁を行う方法が開示され、請求項3にモータ外周(実施例の説明によればフレームの外側表面と解釈できる)の焼付け塗装工程を利用して永久磁石が高温の状態で組込着磁を行う方法が開示されている。
In Patent Document 1,
特許文献2では、請求項1にロータとシャフトを焼嵌めにより固定する時を利用して高温の状態で組込着磁を行う方法が開示されている。
しかし特許文献1に記載の従来技術では、永久磁石が組み込まれたロータだけでなく、着磁時に高温状態にする必要のないステータまでもが加熱される。ステータ巻線が高温になると巻線抵抗が上昇するため所定の着磁電流を流すのに必要な電圧が高くなり、高温かつ高電圧のために巻線表面の絶縁皮膜に与えるダメージが増大するという問題がある。また、乾燥工程あるいは焼付け塗装工程の直後に製造ラインのトラブル等で一旦モータの温度が低下した場合には、再度モータ全体を別途加熱する必要が生じるといった問題がある。また、そもそも乾燥工程や焼付け塗装工程が無いモータに対しては適用することが困難である。 However, in the prior art described in Patent Document 1, not only a rotor in which a permanent magnet is incorporated, but also a stator that does not need to be brought to a high temperature state during magnetization is heated. When the stator winding becomes hot, the winding resistance rises, so the voltage required to pass a predetermined magnetizing current increases, and the damage to the insulation film on the winding surface increases due to the high temperature and high voltage. There's a problem. Further, when the temperature of the motor once decreases due to a trouble in the production line immediately after the drying process or the baking coating process, there is a problem that the entire motor needs to be separately heated again. In addition, it is difficult to apply to motors that do not have a drying process or baking coating process.
また、特許文献2に記載の従来技術では、温度管理が困難であるという問題がある。ロータは放熱により温度低下する一方であり、その速度は雰囲気の温度・湿度等の環境により左右される。一度適温のタイミングを逃すと同じ温度状態に再現することは困難である。
Further, the conventional technique described in
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、希土類磁石が高温で飽和着磁磁場が低下することを利用して着磁電流の低減を図る組込着磁において、巻線表面の絶縁皮膜に与えるダメージを軽減し、また温度管理を容易にする永久磁石形モータの組込着磁方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and in the built-in magnetization for reducing the magnetizing current by utilizing the fact that the saturation magnetization magnetic field of a rare earth magnet is lowered at a high temperature, the insulating film on the surface of the winding is applied. An object of the present invention is to provide a built-in magnetizing method for a permanent magnet motor that reduces the damage given and makes temperature management easy.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る永久磁石形モータの組込着磁方法は、環状のロータ鉄心とこのロータ鉄心の外周側に設けられた複数の磁石挿入穴に装着された複数の希土類磁石と前記ロータ鉄心の中央の穴に嵌合し回転自在に支持されたシャフトとを有するロータと、このロータの外側で空隙を隔てて対向して配置された環状のステータ鉄心とこのステータ鉄心に巻装された巻線とを有するステータと、前記ロータおよび前記ステータを収容するとともに前記シャフトを軸支するフレームとを備えた永久磁石形モータの組込着磁方法であって、前記シャフトに軸方向の貫通穴を予め設けておき、前記フレームの内側に前記ステータを固定し、前記ステータの内側に前記ロータを配置して前記ロータを前記フレームに組付けるステップと、前記貫通穴に熱媒を流通させて前記ロータを加熱するステップと、前記希土類磁石が室温よりも高温の所定の温度に達した状態で、前記巻線に電流を流すことにより前記希土類磁石を着磁するステップと、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a built-in magnetizing method for a permanent magnet type motor according to the present invention includes an annular rotor core and a plurality of magnet insertion holes provided on the outer peripheral side of the rotor core. A rotor having a plurality of rare earth magnets mounted on the shaft and a shaft that is rotatably supported by being fitted into a central hole of the rotor core, and an annular ring disposed opposite to the outside of the rotor with a gap. An embedded magnetizing method for a permanent magnet type motor comprising a stator having a stator core and a winding wound around the stator core, and a frame for accommodating the rotor and the stator and supporting the shaft. The shaft is provided with an axial through hole in advance, the stator is fixed inside the frame, the rotor is arranged inside the stator, and the rotor is placed in the frame. A step of heating the rotor by circulating a heat medium through the through hole, and passing a current through the windings when the rare earth magnet has reached a predetermined temperature higher than room temperature. And magnetizing the rare earth magnet.
この発明によれば、ロータのみを加熱することにより、巻線表面の絶縁皮膜に与えるダメージを軽減でき、また温度調整は熱媒の加熱冷却および流量を制御することで実施できるので、温度管理も容易になるという効果を有する。 According to the present invention, by heating only the rotor, damage to the insulating film on the surface of the winding can be reduced, and temperature adjustment can be performed by controlling the heating and cooling of the heating medium and the flow rate. It has the effect of becoming easy.
以下に、本発明に係る永久磁石形モータの組込着磁方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a built-in magnetizing method for a permanent magnet motor according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、本実施の形態に係る永久磁石形モータの概略構成を示す断面図である。図1に示すように、本実施の形態に係る永久磁石形モータ(以下、単に「モータ」という。)は、ロータ1とステータ2とフレーム3とを備えている。なお、図1では、着磁時のモータの構成を示しており、モータはロータ1とステータ2とフレーム3で構成される状態に組み立てられている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a permanent magnet type motor according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the permanent magnet motor according to the present embodiment (hereinafter simply referred to as “motor”) includes a rotor 1, a
ロータ1は、ロータ鉄心4とシャフト5と希土類磁石6と端板7とを備えて構成される。ロータ鉄心4は、例えば所定の形状に打ち抜かれた複数の電磁鋼板を積層固着して形成される。ロータ鉄心4の形状は、例えば略円環形状である。ロータ鉄心4は、外周側にて周方向に例えば略等間隔で極数分設けられた磁石挿入穴30を有している。各磁石挿入穴30は、それぞれ軸方向に延伸し、内部に希土類磁石6が挿入され装着されている。ロータ鉄心4には、軸方向の両端面に希土類磁石6の軸方向への抜け出しを防止するための端板7がそれぞれ取り付けられている。ロータ鉄心4の中央に設けられたシャフト嵌合穴にはシャフト5が嵌合され、シャフト5はベアリング8を介してフレーム3に回転自在に支持される。ベアリング8の座面には予圧をかけるためのウェーブワッシャ9が敷かれる。シャフト5は例えば断面円形であり、シャフト嵌合穴もこれに応じた円形である。
The rotor 1 includes a rotor iron core 4, a
ステータ2は、ステータ鉄心10と巻線11とを備えて構成される。ステータ鉄心10は、例えば所定の形状に打ち抜かれた複数の電磁鋼板を積層固着して形成される。ステータ鉄心10の形状は、例えば略円環形状である。ステータ鉄心10には、内周側にて周方向に例えば略等間隔で複数のティース(図示しない)が設けられており、これらのティースにはインシュレータ(図示しない)を介して巻線11が巻装される。ステータ2は、例えば焼嵌めなどの方法でフレーム3の内側に固定され、ロータ1の外側に所定の空隙20を隔てて対向して設置される。シャフト5には、軸方向の貫通穴12が設けられる。
The
フレーム3は、ロータ1およびステータ2を収容する。フレーム3は、例えば略円筒形状であり、その軸方向の一端は開口して鍔状を成し、他端には底が設けられているがこの底にはシャフト5を貫通させる穴22が設けられている。つまり、本実施の形態では、シャフト5はフレーム3を軸方向に貫通する態様でフレーム3に軸支されている。
The
次に、図1および図2を参照して、本実施の形態に係る永久磁石形モータの組込着磁方法について説明する。図2は、本実施の形態に係る永久磁石形モータの組込着磁方法を示すフローチャートである。 Next, a built-in magnetization method for the permanent magnet motor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a flowchart showing a built-in magnetization method for the permanent magnet motor according to the present embodiment.
ステータ2は、例えば焼嵌めなどの方法でフレーム3の内側に固定される(S1)。続いて、ステータ2の内側にロータ1が配置されてフレーム3に組付けられる(S2)。なお、シャフト5には軸方向の貫通穴12を予め設けておく。この状態で、モータは図1に示す構成となる。
The
次に、シャフト5に設けられた貫通穴12の両端12a,12bにヒータ等の熱源およびポンプとつながったチューブ(図示しない)が接続され(S3)、貫通穴12に熱媒が流される(S4)。なお、図1では、熱媒の流れを実線矢印で示しており、熱媒は例えば貫通穴12の一端12aから他端12bへ一方向に流れる。貫通穴12の内部を熱媒が流通すると、シャフト5、ロータ鉄心4、希土類磁石6の順に熱が伝わり、希土類磁石6の温度が上昇する。なお、図1では、伝熱方向を点線矢印で示している。希土類磁石6の温度は、端板7に小さなのぞき穴を設けておいて直接測定しても良いし、代わりに端板7の表面の温度を測定しても良い。測定温度を基に熱媒の加熱冷却および流量を制御することで希土類磁石6を所定の温度に到達させる。希土類磁石6の温度は、少なくとも室温よりも高温に設定される。
Next, a tube (not shown) connected to a heat source such as a heater and a pump (not shown) is connected to both
希土類磁石6が所定の温度に到達すれば、ロータ1を所定の角度位置に固定し、巻線11のリード端末を着磁電源に接続して着磁電流を通電する(S5)。モータ仕様により複数回の着磁が必要な場合はこの工程を複数回繰り返す。 When the rare earth magnet 6 reaches a predetermined temperature, the rotor 1 is fixed at a predetermined angular position, the lead terminal of the winding 11 is connected to a magnetizing power source, and a magnetizing current is applied (S5). If multiple times of magnetization are required depending on the motor specifications, this process is repeated multiple times.
着磁が完了すれば、貫通穴12からチューブを取り外し(S6)、モータの残りの組み立てを行う(S7)。 When the magnetization is completed, the tube is removed from the through hole 12 (S6), and the rest of the motor is assembled (S7).
なお、熱媒に利用する物質としては、例えば、水、油、空気、または水蒸気が考えられるが、シャフト5の錆発生の防止および熱の伝導効率を考慮すると油が適し、取扱性を考慮すると空気が適する。
In addition, as a substance utilized for a heat medium, water, oil, air, or water vapor | steam can be considered, for example, but oil is suitable in consideration of prevention of rust generation of the
以上の方法により、希土類磁石6が高温で飽和着磁磁場が低下することを利用して着磁電流の低減を図る組込着磁において、ステータ2を加熱することなく、ロータ1だけを加熱できるので、巻線11の表面の絶縁皮膜に与えるダメージを軽減することができる。また、温度調整は熱媒の加熱冷却および流量を制御することで実施できるので温度管理が容易である。
By the above method, only the rotor 1 can be heated without heating the
また、製造ラインのトラブル等で一旦ロータ1の温度が低下した場合でも、何度でも加熱のやり直しができる。 Moreover, even if the temperature of the rotor 1 is once lowered due to a trouble in the production line, the heating can be repeated again and again.
なお、厳密にはロータ1の外周表面から、空隙20、ステータ鉄心10、インシュレータ、巻線11の順に熱が伝わるため、巻線11の温度も上昇していくが、空気から成る空隙20および例えば樹脂や紙から成るインシュレータは伝熱性が悪いため、温度上昇の速度は大変遅く、その温度上昇は着磁工程では実質上問題とならない。
Strictly speaking, since heat is transferred from the outer peripheral surface of the rotor 1 in the order of the
また、本実施の形態では、熱媒を通流させる単一の貫通穴12を設ける構成としたが、これを複数本設ける構成でもよい。
Moreover, in this Embodiment, although it was set as the structure which provides the single through-
実施の形態2.
図3は、本実施の形態に係る永久磁石形モータの概略構成を示す断面図である。図3では、図1と同様に、着磁時のモータの構成を示しており、モータはロータ1とステータ2とフレーム3で構成される状態に組み立てられている。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the permanent magnet motor according to the present embodiment. FIG. 3 shows the configuration of the motor at the time of magnetization, as in FIG. 1, and the motor is assembled in a state constituted by the rotor 1, the
図3に示すように、シャフト5には、軸方向の貫通穴13,14が予め設けられている。すなわち、シャフト5には互いに平行で軸方向に貫通する一対の貫通穴13,14が設けられている。シャフト5の一方の端の貫通穴13,14の口同士は、例えばU字状のパイプ15で接続されている。パイプ15の接続は例えばロウ付けなどの方法による。これにより、パイプ15は貫通穴13,14の口同士を密に接続する。
As shown in FIG. 3, the
フレーム3は、例えば略円筒形状であり、その軸方向の一端は開口して鍔状を成し、他端には底が設けられている。本実施の形態では、実施の形態1と異なり、シャフト5の一端はフレーム3を貫通しない。すなわち、シャフト5のパイプ15が装着された側の端は、フレーム3の内側に存在し、その底面25と対向している。なお、本実施の形態のその他の構成については図1と同様であるので説明を省略する。
The
次に、本実施の形態に係る永久磁石形モータの組込着磁方法について説明する。この場合のフローチャートも図2と同様であるが、S3,S4の具体的内容が実施の形態1とは異なる。シャフト5には軸方向の貫通穴13,14を予め設けておき、ステータ2の焼嵌め(S1)、ロータ1の組付け(S2)を行う。この状態で、モータは図3に示す構成となる。次に、シャフト5に設けられた貫通穴13,14の一方を入口、他方を出口として、貫通穴13,14にヒータ等の熱源およびポンプとつながったチューブ(図示しない)がそれぞれ接続され、熱媒が流される。図示例では、例えば貫通穴13の一端13aを入口とし、貫通穴14の一端14aを出口としている。そして、貫通穴13の一端13aに接続されたチューブを介して流入した熱媒は、貫通穴13、パイプ15、および貫通穴14を流れた後、貫通穴14の一端14aに接続されたチューブを介して流出する。なお、図3では、熱媒の流れを実線矢印で示している。貫通穴13,14の内部を熱媒が流通すると、シャフト5、ロータ鉄心4、希土類磁石6の順に熱が伝わり、希土類磁石6の温度が上昇する。なお、図3では、伝熱方向を点線矢印で示している。希土類磁石6の温度は、端板7に小さなのぞき穴を設けておいて直接測定しても良いし、代わりに端板7の表面の温度を測定しても良い。測定温度を基に熱媒の加熱冷却および流量を制御することで希土類磁石6を所定の温度に到達させる。希土類磁石6の温度は、少なくとも室温よりも高温に設定される。以降の工程は、実施の形態1で説明した図2のS5〜S7と同様であるので省略する。
Next, a built-in magnetization method for the permanent magnet motor according to the present embodiment will be described. The flowchart in this case is the same as that in FIG. 2, but the specific contents of S3 and S4 are different from those of the first embodiment. The
このように、本実施の形態では、シャフト5に軸方向の貫通穴13,14を設け、貫通穴13の一端とこれと同じ側の貫通穴14の一端とをパイプ15で互いに密に接続し、貫通穴13,14内部に熱媒を通流させてロータ1のみを加熱するようにしたので、巻線11の表面の絶縁皮膜に与えるダメージを軽減することができる。また、温度調整は熱媒の加熱冷却および流量を制御することで実施できるので温度管理が容易である。
As described above, in the present embodiment, the
さらに、本実施の形態によれば、シャフト5の一方の端がフレーム3の外に出せない場合でも熱媒を流通させることができる。
Further, according to the present embodiment, the heat medium can be circulated even when one end of the
なお、貫通穴13,14は複数対設けることもできる。本実施の形態のその他の構成、作用、および効果は実施の形態1と同様である。
A plurality of pairs of through
実施の形態3.
図4は、本実施の形態におけるロータの横断面構成を示した図である。シャフト5は、実施の形態1と同様に、軸方向の貫通穴12を有している。しかしながら、本実施の形態では、シャフト5の外形は、単純な円形ではなく、周方向に複数の凹凸16がある断面形状とする。また、シャフト嵌合穴の形状もシャフト5の外形と同じ形状である。
FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the rotor in the present embodiment. The
このような構成により、シャフト5とロータ鉄心4との接触面積が増えて伝熱性が向上することにより、希土類磁石6の昇温時間が短くなる。
With such a configuration, the contact area between the
なお、本実施の形態のその他の構成、作用、および効果は実施の形態1と同様である。また、実施の形態2に本実施の形態を適用することもできる。 Other configurations, operations, and effects of the present embodiment are the same as those of the first embodiment. Further, the present embodiment can be applied to the second embodiment.
実施の形態4.
図5は、シャフト5のロータ鉄心4における嵌合部の接触断面を微視的に見たときのイメージを示す図である。図5に示すように、シャフト5とロータ鉄心4のシャフト嵌合穴との嵌合部に熱伝導グリス17を塗布するとさらに良い。シャフト5とロータ鉄心4の表面には微視的には多くの凹凸18があるため、真の接触面積は見かけの接触面積に比べて大変小さい。熱伝導グリス17を塗布することで凹凸18同士の隙間19を埋めることができる。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 5 is a diagram showing an image when the contact cross section of the fitting portion in the rotor core 4 of the
このような構成により、微視的に見たときのシャフト5とロータ鉄心4との凹凸18同士の隙間19が熱伝導グリス17で埋められて伝熱性が向上することにより、希土類磁石6の昇温時間がさらに短くなる。
With such a configuration, the
なお、本実施の形態のその他の構成、作用、および効果は実施の形態1〜3と同様である。 In addition, the other structure of this Embodiment, an effect | action, and an effect are the same as that of Embodiment 1-3.
本発明は、永久磁石形モータの組込着磁方法、特に、組込着磁方法として好適である。 The present invention is suitable as a built-in magnetizing method for a permanent magnet motor, particularly as a built-in magnetizing method.
1 ロータ
2 ステータ
3 フレーム
4 ロータ鉄心
5 シャフト
6 希土類磁石
7 端板
8 ベアリング
9 ウェーブワッシャ
10 ステータ鉄心
11 巻線
12,13,14 貫通穴
15 パイプ
16,18 凹凸
17 熱伝導グリス
19 隙間
20 空隙
22 穴
25 底面
30 磁石挿入穴
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
前記シャフトに軸方向の貫通穴を予め設けておき、前記フレームの内側に前記ステータを固定し、前記ステータの内側に前記ロータを配置して前記ロータを前記フレームに組付けるステップと、
前記貫通穴に熱媒を流通させて前記ロータを加熱するステップと、
前記希土類磁石が室温よりも高温の所定の温度に達した状態で、前記巻線に電流を流すことにより前記希土類磁石を着磁するステップと、
を含むことを特徴とする永久磁石形モータの組込着磁方法。 An annular rotor core, a plurality of rare earth magnets mounted in a plurality of magnet insertion holes provided on the outer peripheral side of the rotor core, and a shaft that is rotatably supported by being fitted into the shaft fitting hole of the rotor core And a stator having an annular stator iron core disposed opposite to the outside of the rotor with a gap and a winding wound around the stator iron core; A built-in magnetization method of a permanent magnet type motor including a frame for supporting a shaft,
An axial through hole is provided in advance in the shaft, the stator is fixed inside the frame, the rotor is arranged inside the stator, and the rotor is assembled to the frame;
Circulating a heating medium through the through hole to heat the rotor;
Magnetizing the rare earth magnet by passing a current through the winding while the rare earth magnet has reached a predetermined temperature higher than room temperature;
A built-in magnetizing method for a permanent magnet motor.
前記熱媒は、前記貫通穴の一端から他端へ一方向に流れることを特徴とする請求項1に記載の永久磁石形モータの組込着磁方法。 The through hole is a single hole that penetrates the shaft in the axial direction;
2. The built-in magnetizing method for a permanent magnet motor according to claim 1, wherein the heat medium flows in one direction from one end to the other end of the through hole.
前記シャフトの一端における前記一対の穴の口同士がパイプで接続され、
前記シャフトの他端における前記一対の穴の一方の口から流入した熱媒が、前記一対の穴の一方、前記パイプ、および前記一対の穴の他方を流れて、前記シャフトの他端における前記一対の穴の他方の口から流出することを特徴とする請求項1に記載の永久磁石形モータの組込着磁方法。 The through hole is composed of a pair of holes penetrating the shaft in the axial direction,
The mouths of the pair of holes at one end of the shaft are connected by a pipe,
The heat medium flowing in from one of the pair of holes at the other end of the shaft flows through one of the pair of holes, the pipe, and the other of the pair of holes, and the pair at the other end of the shaft. 2. The built-in magnetizing method for a permanent magnet motor according to claim 1, wherein the second magnet flows out from the other opening of the hole.
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