JP2023146109A - 着磁装置及び着磁方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの種類の増加に伴なう着磁装置の種類の増加を抑制する。【解決手段】着磁装置１０は、ロータ１００を保持するロータ固定部１６を有する保持部材１２と、薄板状の支持板と、支持板の内部に内蔵されたコイル２８と、を有するコイル部材１４と、保持部材１２に設けられ、複数のコイル部材１４を、ロータ固定部１６の中心に対して放射状に配置して固定するコイル固定部１８と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、モータに使用されるロータに対する着磁装置及び着磁方法に関する。

温室効果ガスを排出せず、環境性能に優れた電気自動車に注目が集まっている。電気自動車には、駆動源として、高出力なモータが搭載される。また、航空機や各種作業用機器についても電動化が進められており、汎用機器の分野でも、エンジンからモータへの置き換えが進められている。

モータの中でも、ロータに永久磁石を有するＰＭモータは、効率に優れ環境性能が高いとされる。このようなモータに用いられるロータは、製造工程の最終段階で磁性体を磁化させる着磁工程を有する。例えば、特許文献１は、ロータに配列された多極の磁性体に対する着磁装置及び着磁方法を開示する。

特開２００５－２２４０５５号公報

モータの使用箇所の増大に伴って、ロータの直径や極数が多様化している。従来の着磁装置は、ロータの種類ごとに着磁装置が必要なため、ロータの種類の増加に伴って、設備の無駄が増えるという問題がある。

本発明は、上記した課題を解決することを目的とする。

以下の開示の一観点は、磁性体を有するロータを保持する保持部材と、薄板状の支持板と、前記支持板の内部に内蔵され前記支持板の平面に沿って巻き回されたコイルと、を有するコイル部材と、前記コイルの前記磁性体に最も接近する部分の電流の向きが前記ロータの軸線方向に一致するように、前記コイル部材を前記ロータの外周部に配置して固定するコイル固定部と、を有し、前記コイル部材は、前記コイルの周辺に右ネジの法則による同心円状の磁場を発生させ、前記同心円状の磁場により前記磁性体を着磁する、着磁装置にある。

別の一観点は、磁性体を有するロータの外周部に、薄板状の支持板と、前記支持板の内部に内蔵され前記支持板の平面に沿って巻き回されたコイルと、を有するコイル部材を配置するコイル配置工程と、前記コイル部材に電流を供給して前記磁性体を磁化させる着磁工程と、を有し、前記コイル配置工程は、前記コイルが前記磁性体に最も接近する部分の電流の向きが前記ロータの軸線方向に一致するように、前記コイル部材を配置して固定し、前記着磁工程は、前記コイルの周辺に右ネジの法則による同心円状の磁場を発生させ、前記同心円状の磁場により前記磁性体を着磁する、着磁方法にある。

上記観点の着磁装置及び着磁方法は、多様な直径及び極数を有するロータに柔軟に対応できるため、設備の無駄を抑制できる。

図１は、実施形態に係る着磁装置の斜視図である。 図２は、図１のコイル部材の斜視図である。 図３は、図１の保持部材の平面図である。 図４は、図１の着磁装置の作用を説明する図である。

本実施形態に係る着磁装置１０は、ロータ１００の着磁に用いられる。ロータ１００は、例えばＰＭモータに使用される。ロータ１００は、軟磁性材よりなるロータ本体１０２と、着磁対象となる磁性体１０４とを有する。磁性体１０４は、硬磁性体であり、本実施形態の着磁方法によって着磁されると、永久磁石となる。ロータ１００は、円柱状の形状を有する。ロータ１００の外周部には、複数の磁性体１０４が周方向に等間隔で配置されている。磁性体１０４の周方向の配置数は、ロータ１００の極数と同じである。磁性体１０４は、例えば、外周側がＮ極又はＳ極となるように径方向に着磁される。ロータ１００は、外周側がＮ極に着磁された磁性体１０４と、外周側がＳ極に着磁された磁性体１０４とが、周方向に交互に現れるように、着磁される。

着磁装置１０は、保持部材１２と、コイル部材１４と、ロータ固定部１６と、コイル固定部１８と、を有する。保持部材１２は、上端に平坦な載置面１２ａを有する。保持部材１２は、載置面１２ａにロータ１００を保持するロータ固定部１６と、コイル部材１４を保持するコイル固定部１８とを有する。

図３に示すように、ロータ固定部１６は、円形の凹部２０と、凹部２０の中央部から突出した固定ピン２２とを有する。固定ピン２２は、ロータ１００の軸心部に係合することで、ロータ１００を固定する。凹部２０には、様々な直径のロータ１００が収容される。ロータ固定部１６は、固定ピン２２及び凹部２０に代えて、クランプ機構等のロータ１００を固定可能な各種部材で構成されてもよい。

コイル固定部１８は、ロータ固定部１６の中心に対して放射状に延びる複数の溝部２４を有する。各々の溝部２４は、後述するコイル部材１４の厚さと略同じ幅を有し、コイル部材１４を保持して固定可能である。溝部２４は、ロータ固定部１６の径方向に延在する。溝部２４は、コイル部材１４の径方向の固定位置を自由に変更可能である。溝部２４の配置数は特に限定されないが、例えば４、６、…、といった偶数とすることができる。溝部２４は、周方向に等間隔で配置される。

コイル部材１４は、図１に示すように、略矩形の薄板形状を有する。図２に示すように、コイル部材１４は、支持板２６と、コイル２８とを有する。支持板２６は、樹脂等の非磁性材料により形成された部材である。支持板２６は、平面形状が略矩形状である。コイル部材１４は、支持板２６の側辺の一つとして、ロータ１００の外周部に向かい合うように配置される内側辺部１４ａを有する。内側辺部１４ａは、ロータ１００の軸線方向の寸法と同等又はそれよりも大きな寸法を有する。

コイル２８は、支持板２６の内部に埋め込まれて内蔵される。コイル２８は、支持板２６の中心を通り、厚さ方向に延びるコイル中心線２６ａの周囲に巻き回されている。

コイル２８は、矩形状を有する。コイル２８は、支持板２６の外周部に沿って矩形状に巻き回されている。コイル２８の配置パターンは、図示の例に限定されず、渦巻き状等の形状であってもよい。コイル２８は、内側辺部１４ａの近傍に埋め込まれ、内側辺部１４ａと平行に延びる直線部２８ｃを有する。直線部２８ｃは、直線状に延在する複数の１本又は複数本の配線を有する。直線部２８ｃは、ロータ１００の軸線方向と平行な向きに配置される。直線部２８ｃが埋め込まれた内側辺部１４ａは、ロータ１００の磁性体１０４の外周側、ロータ１００に向かい合うように配置される。直線部２８ｃの長さは、ロータ１００の軸線方向の長さと同等又はこれよりも長くすることができる。

このようなコイル２８は、電流を流すと、コイル２８の各辺に、電流の向きに対して右ネジの法則により、同心円状の磁界を発生させる。したがって、コイル２８の直線部２８ｃは、コイル部材１４の内側辺部１４ａに、同心円状の磁界を発生させる。本実施形態は、内側辺部１４ａに現れる同心円状の磁界を磁性体１０４の着磁に利用する。コイル２８への電流の供給は、コイル２８の一端と他端の端子部２８ａから行われる。端子部２８ａは、支持板２６の外周側の側辺から突出する。端子部２８ａには、不図示の配線が接続される。

図１に示すように、コイル部材１４の軸線方向の寸法は、ロータ１００の軸線方向の寸法よりも大きな値を有する。これにより、ロータ１００の軸線方向に亘って均一な磁場を発生させることができる。また、コイル部材１４は、半径方向の寸法は特に限定されない。コイル部材１４の半径方向の平面形状は、十分な着磁用の磁界を発生可能な範囲で適宜設定される。コイル部材１４の厚さは、溝部２４に嵌合できる寸法を有する。

コイル部材１４は、ロータ１００の極数（磁性体１０４の数）と同数又は、極数よりも多数配置される。図１に示すように、１つの磁性体１０４に対して２つのコイル部材１４を使用することもできる。本実施形態では、コイル２８の側辺の磁界を使用するため、従来よりも磁界が弱くなりやすい。１つの磁性体１０４に複数のコイル部材１４を使用すると、単体のコイル２８の磁界の弱さを補うことができて好適である。

着磁装置１０は、複数の溝部２４に取り付けられるコイル部材１４の数を増減させることで、ロータ１００の極数の変化に対応できる。コイル部材１４は、中心部の磁界がロータ１００の周方向と一致する向きでロータ１００の周囲に配置される。隣接するコイル部材１４は、互いに逆向きの磁界を発生するように配線が接続される。図１に示す例では、１対のコイル部材１４が１つの磁性体１０４の外周側に隣接して配置される。隣接するコイル部材１４の間隙３０は、磁性体１０４の周方向位置と略一致する。

本実施形態の着磁装置１０は以上のように構成される。着磁装置１０を用いた本実施形態の着磁方法は、以下の工程により行われる。

本実施形態の着磁方法は、コイル配置工程と、ロータ固定工程と、着磁工程と、を有する。コイル配置工程は、保持部材１２に、コイル部材１４を複数配置する工程である。具体的には、コイル配置工程は、コイル数選択工程と、コイル固定工程とを有する。コイル数選択工程は、着磁対象とするロータ１００の極数（磁性体１０４の周方向の数）と同じ個数又はそれよりも多い個数のコイル部材１４を用意する工程である。例えば、８極のロータ１００に着磁を行う場合には、図４に示すように、８個又は１６個のコイル部材１４が用意される。

その後、コイル部材１４の固定が行われる。コイル部材１４の固定は、溝部２４に所定個数のコイル部材１４が嵌合して行われる。コイル部材１４は、周方向に均等な間隔で配置された溝部２４に取り付けられる。また、図４に示すように、コイル部材１４は、内周側の端部が、ロータ１００の外周部の近傍に位置するように、径方向の位置の調整が行われる。溝部２４は、コイル部材１４をスライド可能であるため、コイル部材１４の径方向の位置決めを容易にする。以上により、コイル配置工程が完了する。

コイル配置工程によれば、コイル２８の直線部２８ｃが、ロータ１００の軸線方向と平行な向きに揃った状態で、磁性体１０４の近傍に配置される。コイル２８の中で、直線部２８ｃは、最も磁性体１０４に接近する部位となるように配置される。そのため、コイル２８の中で、磁性体１０４に隣接する部分に流れる電流の向きは、ロータ１００の軸線方向と平行な向きとなる。

次に、ロータ固定工程が行われる。ロータ固定工程は、コイル部材１４が配置された保持部材１２の中心部のロータ固定部１６にロータ１００を固定する工程である。ロータ固定工程において、ロータ１００の周方向の位置決めが行われる。ロータ１００は、その磁性体１０４の周方向位置が、コイル部材１４の間隙３０の周方向位置と一致するように位置決めされる。これにより、１つの磁性体１０４に対して２つのコイル部材１４が隣接して配置される。

その後、着磁工程が行われる。着磁工程では、複数のコイル部材１４に電流が供給される。図４に示すように、本実施形態では、隣接するコイル部材１４が互いに逆向きの磁界を発生するようにコイル部材１４に電流が供給される。このような電流を供給すると、コイル部材１４のコイル２８の周りに、右ネジの法則により同心円状の磁界が発生する。隣接する２つのコイル部材１４からの同心円状の磁界によって、間隙３０の内側に隣接する磁性体１０４に対して、径方向の内向きの磁界又は径方向の外向きの磁界が加えられる。このような磁界により、磁性体１０４が径方向の内向き又は径方向の外向きに磁化される。着磁工程は、径方向の外側がＮ極となるように着磁された磁性体１０４と、径方向の外側がＳ極となるように着磁された磁性体１０４とが、周方向に交互に現れるように、磁性体１０４を磁化させる。

その後、ロータ１００が保持部材１２から取り外されて、１つのロータ１００に対する着磁方法が完了する。また、所望の数のロータ１００に対する着磁が完了するまで、ロータ固定工程及び着磁工程が繰り返し行われる。

また、着磁装置１０で、直径及び／又は極数が異なるロータ１００の着磁を行う場合には、コイル配置工程によって、コイル部材１４の配置数及び配置位置の調整が行われる。そのため、本実施形態の着磁装置１０及び着磁方法は、複数種類のロータ１００に対する着磁を行うことができ、設備の無駄を抑制できる。

また、本実施形態の着磁装置１０は、コイル部材１４と磁性体１０４の配置関係を調整することで、磁性体１０４を周方向に着磁することもできる。したがって、着磁装置１０を用いることで、コイル部材１４を適切な配置とすることで、ハルバッハ配列の永久磁石群をロータ１００に形成することもできる。

本実施形態は、以下にまとめられる。

一観点の着磁装置１０は、磁性体１０４を有するロータ１００を保持する保持部材１２と、薄板状の支持板２６と、前記支持板の内部に内蔵され前記支持板の平面に沿って巻き回されたコイル２８と、を有するコイル部材１４と、前記コイルの前記磁性体に最も接近する部分の電流の向きが前記ロータの軸線方向に一致するように、前記コイル部材を前記ロータの外周部に配置して固定するコイル固定部１８と、を有し、前記コイル部材は、前記コイルの周辺に右ネジの法則による同心円状の磁場を発生させ、前記同心円状の磁場により前記磁性体を着磁する。

上記の着磁装置は、コイル固定部へのコイル部材の追加又は削除により、ロータの極数の変更に容易に対応できる。また、着磁装置は、コイル固定部へのコイル部材の配置位置の調整で、ロータの直径の変更に対して、コイル部材の位置を容易に調整できる。したがって、着磁装置は、多様な直径及び極数を有するロータに柔軟に対応できるため、設備の無駄を抑制できる。

上記の着磁装置において、前記コイルは矩形状であり、前記ロータの軸線方向に沿って延びる直線部２８ｃを有してもよい。この着磁装置は、直線部の周囲に発生する磁場を用いることで、磁性体を着磁できる。この着磁装置は、コイル部材の配置の自由度が高まり、多様な直径及び極数を有するロータに柔軟に対応可能である。

上記の着磁装置において、前記支持板が前記ロータに向かい合って配置される内側辺部１４ａを有し、前記コイルの前記直線部は、前記内側辺部の近傍に前記内側辺部と平行に配置されてもよい。この着磁装置は、所望の数の支持板の内側辺部をロータに向かい合うように配置することで、多種類のロータに柔軟に対応できる。

上記の着磁装置において、前記コイル固定部は、複数の前記支持板を放射状に配置してもよい。この着磁装置は、内側辺部をロータに向けた支持板を、ロータの周囲に効率的に配置できる。

上記の着磁装置において、前記コイル固定部は、前記コイル部材の前記ロータに対する径方向の位置を調整可能に保持してもよい。この着磁装置は、ロータの直径の変化に容易に対応できる。

上記の着磁装置において、前記コイル固定部は、前記ロータの中心に対して放射状に延び、前記コイル部材を保持する複数の溝部２４を有してもよい。この着磁装置は、溝部に沿ってコイル部材をスライドさせることで、コイル部材の径方向の位置をロータの直径に合わせて容易に調整できる。

上記の着磁装置において、前記コイル部材は、前記コイルの中心線が前記ロータの周方向を向く向きで前記保持部材に固定されてもよい。この着磁装置は、コイル部材の周囲に発生する磁界により、磁性体を径方向に磁化できる。

上記の着磁装置において、前記ロータの前記磁性体の軸線方向の寸法よりも、前記コイル部材の前記直線部の軸線方向の寸法の方が大きくてもよい。この着磁装置は、軸線方向に均一な着磁用の磁界を発生できる。

上記の着磁装置において、前記コイル部材の配置数は、前記ロータに含まれる前記磁性体の数と同数又はそれよりも多数であってもよい。この着磁装置は、複数のコイル部材の発生磁界によって、磁性体を確実に着磁できる。

上記の着磁装置において、前記コイル部材は、１つの前記磁性体に対して周方向に隣接した位置に２つ配置され、２つの前記コイル部材の前記同心円状の磁界により１つの前記磁性体を着磁してもよい。この着磁装置は、１つの磁性体に対して２つのコイル部材の磁界を印加することにより、磁性体を確実に着磁できる。

上記の着磁装置において、前記コイル部材は、周方向の位置が、前記ロータに固定された着磁対象となる複数の磁性体の境界部分の位置に位置決めされてもよい。この着磁装置は、ロータの磁性体を径方向に着磁できる。

上記の着磁装置において、周方向に隣接する前記コイル部材の間隙３０の位置は、前記磁性体の周方向の位置に一致してもよい。この着磁装置は、ロータの磁性体を径方向に着磁できる。

上記の着磁装置において、前記コイル部材は、前記ロータに固定された着磁対象となる磁性体の個数と同数が前記コイル固定部に固定されてもよい。この着磁装置は、１回の着磁工程により、全ての磁性体に対して着磁できるため、生産性に優れる。

上記の着磁装置において、前記コイル固定部は、前記磁性体の個数よりも多い数の前記溝部を有してもよい。この着磁装置は、空いている溝部を有することで、より極数の大きなロータに対して、コイル部材の追加で対応できる。

別の一観点は、磁性体を有するロータの外周部に、薄板状の支持板と、前記支持板の内部に内蔵され前記支持板の平面に沿って巻き回されたコイルと、を有するコイル部材を配置するコイル配置工程と、前記コイル部材に電流を供給して前記磁性体を磁化させる着磁工程と、を有し、前記コイル配置工程は、前記コイルが前記磁性体に最も接近する部分の電流の向きが前記ロータの軸線方向に一致するように、前記コイル部材を配置して固定し、前記着磁工程は、前記コイルの周辺に右ネジの法則による同心円状の磁場を発生させ、前記同心円状の磁場により前記磁性体を着磁する、着磁方法にある。

上記の着磁方法は、多様な直径及び極数を有するロータに柔軟に対応できるため、設備の無駄を抑制できる。

上記の着磁方法において、前記コイルは、矩形状に巻き回され、前記磁性体に最も接近する部分に前記ロータの軸線方向に延びる直線部を有してもよい。

上記の着磁方法において、前記コイル配置工程では、前記コイル部材が、前記ロータに含まれる前記磁性体の数よりも多数配置されてもよい。この着磁方法は、磁性体を確実に着磁できる。

なお、本発明は、上記した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を取り得る。

１０…着磁装置 １２…保持部材
１４…コイル部材 １６…ロータ固定部
１８…コイル固定部 ２４…溝部
２６…支持板 ２８…コイル
３０…間隙 １００…ロータ
１０４…磁性体

Claims (13)

1. 磁性体を有するロータを保持する保持部材と、
   薄板状の支持板と、前記支持板の内部に内蔵され前記支持板の平面に沿って巻き回されたコイルと、を有するコイル部材と、
   前記コイルの前記磁性体に最も接近する部分の電流の向きが前記ロータの軸線方向に一致するように、前記コイル部材を前記ロータの外周部に配置して固定するコイル固定部と、を有し、
   前記コイル部材は、前記コイルの周辺に右ネジの法則による同心円状の磁場を発生させ、前記同心円状の磁場により前記磁性体を着磁する、着磁装置。
2. 請求項１記載の着磁装置であって、前記コイルは矩形状であり、前記ロータの軸線方向に沿って延びる直線部を有する、着磁装置。
3. 請求項２記載の着磁装置であって、前記支持板が前記ロータに向かい合って配置される内側辺部を有し、前記コイルの前記直線部は、前記内側辺部の近傍に前記内側辺部と平行に配置される、着磁装置。
4. 請求項２又は３記載の着磁装置であって、前記コイル固定部は、複数の前記支持板を放射状に配置する、着磁装置。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の着磁装置であって、前記コイル固定部は、前記コイル部材の前記ロータに対する径方向の位置を調整可能に保持する、着磁装置。
6. 請求項５記載の着磁装置であって、前記コイル固定部は、前記ロータの中心に対して放射状に延び、前記コイル部材を保持する複数の溝部を有する、着磁装置。
7. 請求項２記載の着磁装置であって、前記ロータの前記磁性体の軸線方向の寸法よりも、前記コイル部材の前記直線部の軸線方向の寸法の方が大きい、着磁装置。
8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の着磁装置であって、前記コイル部材の配置数は、前記ロータに含まれる前記磁性体の数と同数又はそれよりも多数である、着磁装置。
9. 請求項８記載の着磁装置であって、前記コイル部材は、１つの前記磁性体に対して周方向に隣接した位置に２つ配置され、２つの前記コイル部材の前記同心円状の磁界により１つの前記磁性体を着磁する、着磁装置。
10. 請求項８又は９記載の着磁装置であって、前記コイル固定部は、前記磁性体の個数よりも多い数の溝部を有する、着磁装置。
11. 磁性体を有するロータの外周部に、薄板状の支持板と、前記支持板の内部に内蔵され前記支持板の平面に沿って巻き回されたコイルと、を有するコイル部材を配置するコイル配置工程と、
    前記コイル部材に電流を供給して前記磁性体を磁化させる着磁工程と、を有し、
    前記コイル配置工程は、前記コイルが前記磁性体に最も接近する部分の電流の向きが前記ロータの軸線方向に一致するように、前記コイル部材を配置して固定し、
    前記着磁工程は、前記コイルの周辺に右ネジの法則による同心円状の磁場を発生させ、前記同心円状の磁場により前記磁性体を着磁する、着磁方法。
12. 請求項１１記載の着磁方法であって、前記コイルは、矩形状に巻き回され、前記磁性体に最も接近する部分に前記ロータの軸線方向に延びる直線部を有する、着磁方法。
13. 請求項１１又は１２記載の着磁方法であって、前記コイル配置工程では、前記コイル部材が、前記ロータに含まれる前記磁性体の数よりも多数配置される、着磁方法。

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