JP3686153B2 - 永久磁石モータの着磁方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は逆突極性を有するロータ構造をとることにより、マグネットトルクにあわせてリラクタンストルクをも利用する永久磁石モータの着磁方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、鉄などの高透磁率材からなる円筒状ロータ本体に軸方向に永久磁石を埋設する等により、逆突極性を有するロータ構造とすることにより、マグネットトルクにあわせてリラクタンストルクをも利用する永久磁石モータが知られている。図7は、リラクタンストルクを有効に利用する構造として本願発明者らが開発した逆突極性を有する永久磁石モータの構造である。この永久磁石モータは、高透磁率材の鉄芯あるいは積層された電磁鋼板などで構成された円筒状ロータコア2aの内部に、永久磁石素材3a、3bを軸方向に埋め込み、これを着磁してロータ2を形成している。このロータ2が、ステータ1に施された巻線5により発生する回転磁界によりマグネットトルクおよびリラクタンストルクを発生し、回転している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記構成においては、ロータ2内に永久磁石素材3a、3bを組み込んだ状態で着磁する際、リラクタンストルクが作用し、ロータ2に回転力が働き、ロータ位置がずれ、着磁不完全という問題が発生していた。そのため、ロータ2を固定する必要があった。そして、上記のような着磁には、定格電流の数十倍から数百倍という電流を流すため、専用の着磁器に位置を確認した上でロータ2を設置し、回転防止の押さえ治具で押さえて着磁しており、生産性が低いという問題点を有していた。
【0004】
特開昭57−142165号公報の「永久磁石回転機の着磁方法およびその着磁装置」に述べられる着磁方法を図8に示す。この従来例は、ロータコア2aの表面にリング状の永久磁石素材3dを配し、ステンレスなどの管7により永久磁石3dの飛散を防止する構造のロータ2の着磁に関するものである。まず図8の(a)に示すように、位置決め電源9aよりステータ巻線5に電流を流し、ロータ2の永久磁石素材3dの軸Mと巻線5の起磁力の軸Nと一致させる。その後図8の(b)に示すように、巻線5の起磁力の軸をGの方向となるようにして、着磁電源9bからロータ2の永久磁石素材3dに着磁する電流を供給する。この従来例において、ロータ2は非突極の構造を持ち、リラクタンストルクは発生しないので、着磁時にリラクタンストルクが作用してロータ位置ずれが生ずるという問題は発生しない。
【0005】
近年、機器の高効率化にともない、マグネットトルクとあわせてリラクタンストルクをも利用する逆突極の構造をもつ永久磁石ロータが開発されている。この場合には、ロータ内に永久磁石素材を組込んだ状態で着磁する際、上述のようにリラクタンストルクが働き、ロータ位置ずれが問題となる。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するため、逆突極性を有するロータを備えた永久磁石モータの着磁方法において、永久磁石素材を備えたロータをステータに組み込んだ状態で、ロータを正規着磁位置にロックした状態で、まず正規の着磁電流の半分以下の電流を流して少なくとも一回以上仮の着磁を行った後、正規の着磁電流を流して完全に着磁を行うことを特徴とする。
【0007】
この発明によれば、最初に着磁電流の半分以下のピーク電流にて仮の着磁を行うことにより、着磁する際に発生するリラクタンストルクを小さくすることができ、ロータをロックさせる力を小さくできるため、モータを破壊することなくロータをステータに組み込んだ状態で、正確な着磁が可能となる。
【0008】
上記発明において、永久磁石素材を備えたロータをステータに組み込んだ状態で、ステータ巻線の3相のうち2相を短絡させて一方の電極とし、残りの1相を他方の電極として直流電流を流すことにより、ロータの位置を決定した後、ロータをその位置にロックし、先に短絡した2相の短絡を解除して、その2相間に着磁電流を流すことによりロータを着磁するように構成すると好適である。
【0009】
上記構成によれば、リラクタンストルクを利用した位置合わせにより、永久磁石の極中心と着磁中心を精度良く一致させることができ、ロータをステータに組み込んだ状態で、逆突極性を有するロータの正確な着磁が可能である。
【0010】
また上記発明において、永久磁石素材を備えたロータをステータに組み込んだ状態で、ステータ巻線の2相間に直流電流を流すことにより、ロータの位置を決定した後、ロータをその位置にロックし、先に電流を流した2相を短絡させて一方の電極とし、残りの1相を他方の電極として着磁電流を流すことによりロータを着磁するように構成すると好適である。
【0011】
上記構成によれば、リラクタンストルクを利用した位置合わせにより、永久磁石の極中心と着磁中心を精度良く一致させることができ、ロータをステータに組み込んだ状態で、逆突極性を有するロータの正確な着磁が可能である。
【0016】
なお上記発明において、ロータを正規着磁位置にロックする方法として、人手による方法を用いてもよい。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0019】
図1〜図5は、本発明における一実施の形態を示す図である。図において、1はアウター側のステータ、2はインナー側の逆突極性を有するロータである。ステータ1のステータヨーク1aにはティース8が形成され、各ティース8には巻線5が捲回されている。各巻線5は3相Y結線されている(3相R、S、Tの配線は図7参照)。9は直流電流である。ロータ2のロータヨーク2aには円弧状の永久磁石素材3a、3bが2層状態で埋設されている。6はロータ2に一体に固定されたシャフトである。
【0020】
図2のステータ1に施された巻線5に、図1に示すように、2相R、Sを短絡させて一方の電極とし、残りの1相Tを他方の電極として直流電流を流すことにより、図2にPa1で示す磁束が流れ、リラクタンストルクが働き、図2のロータ2の位置にロータが移動する。図2の巻線5の・と×は、互いに逆向きの電流が流れていることを示す(後述の図5、図6でも同様である。)。
【0021】
図2のロータ2の位置でシャフト6を固定し、図3のように、ステータ巻線5における先に短絡したR、Sの2相の短絡を解除し、この2相間に図4に示す様な着磁電流を流すことにより、ロータ2に図5のPa2のような磁束が発生し、ロータ2に内設した永久磁石素材3a、3bを着磁する。
【0022】
この際、ピーク電流値が図4に示すImaxである正規の着磁電流を一度に流すと、ロータ位置が微小な角度をもって正規着磁位置からずれていた場合、あるいは製造上の誤差によりロータコア形状に微小に非対象部分を有した場合、リラクタンストルクが発生し、ロータが回転し、完全に着磁されないことがある。そこで、まずImax/2以下のピーク値をもつ電流で仮の着磁を行った後、Imaxのピーク電流値をもつ正規の電流を流し、完全に着磁を行う。これは、一度目の着磁では、電流が低いため、リラクタンストルクが小さく、永久磁石素材3a、3bは不完全ながら磁化されているので、二度目の着磁では、マグネットトルクも発生し、リラクタンストルクを打ち消すため、着磁の際の回転トルクは小さくなる。
【0023】
一般に、マグネットトルクはマグネット磁束と電流に比例し、リラクタンストルクは電流の二乗に比例する。電流進角をβとし、マグネット磁束をΨ、電流をIとすると、マグネットトルクはΨIcosβに比例し、リラクタンストルクはI2 sin2βに比例する。比例係数をc1、c2とする。着磁電流は、β=90度であるので、着磁位置からのロータの角度のズレをθとすると、マグネットトルクは
TM=−c1Ψsinθ
リラクタンストルクは
TR=c2I2 sin2θ
と表せる。
【0024】
1回目から正規の着磁電流(ピーク値Imax)を流した場合、
T1=c2Imax2 sin2θ
のトルクが働く。
【0025】
一方、1回目に流す着磁電流をそのピーク値がImax/2のものとすると、
T2=c2(Imax/2)2 sin2θ=T1/4
となり、この着磁において、不完全に着磁され、マグネット磁束がΨ’となったとすると、2回目に正規の着磁電流(ピーク値Imax)を流したとしても、働くトルクは、
T3=c2Imax2 sin2θ−c1Ψ’Imaxsinθ
となり、T1より小さくなる。
【0026】
仮の着磁を2回以上とし、ピーク電流を段階的に大きくしていけば、着磁する際にロータ2に働く回転トルクをより小さくすることが可能である。
【0027】
上記実施の形態においては、位置合わせの際、ステータ巻線5の2相R、Sを短絡させて、一方の電極とし、残りの1相Tを他方の電極として直流電流を流したが、図3のように2相R、S間に電流を流して、位置合わせを行い、図1のように、先に電流を流した2相R、Sを短絡して一方の電極とし、残りの1相Tを他方の電極として着磁電流を流してもよい。
【0028】
次に、本発明の参考例について説明する。
【0029】
図6は、順突極性を有する構造のロータ2を備えた永久磁石モータを示す(図2と共通するものは共通符号を付してその説明を省略する。)。
【0030】
図1に示すように、2相R、Sを短絡させて一方の電極とし、残りの1相Tを他方の電極として直流電流を流すことにより、ロータ2に図6に示すPa3のような磁束が発生し、リラクタンストルクが働き、図6の位置にロータ2が移動する。シャフト6を固定し、図1に示すように着磁電流を流すことによりロータ2にPa3のような磁束が発生し、永久磁石素材3cを着磁をする。
【0031】
上記参考例においては、図3のように、ステータ巻線5の2相R、S間に直流電流を流して位置合わせを行い、同じ2相R、S間に着磁電流を流して着磁を行ってもよい。
【0032】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【0033】
【発明の効果】
本発明により、ロータをステータに組み込んだ状態で、精度良く、かつ高い生産性でロータの着磁を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す回路図。
【図2】本発明の一実施の形態を示すモータの断面図。
【図3】本発明の一実施の形態を示す回路図。
【図4】本発明の一実施の形態における着磁電流波形を示す図。
【図5】本発明の一実施の形態を示すモータの断面図。
【図6】本発明の他の実施の形態を示すモータの断面図。
【図7】従来の、マグネットトルクのみならず、リラクタンストルクをも利用する構造の永久磁石モータの断面図。
【図8】非突極性を有するロータの着磁する先行技術の構成図。
【符号の説明】
1 ステータ
2 ロータ
3a、3b、3c 永久磁石素材
5 ステータ巻線
Claims (3)
- 逆突極性を有するロータを備えた永久磁石モータの着磁方法において、永久磁石素材を備えたロータをステータに組み込んだ状態で、ロータを正規着磁位置にロックした状態で、まず正規の着磁電流の半分以下の電流を流して少なくとも一回以上仮の着磁を行った後、正規の着磁電流を流して完全に着磁を行うことを特徴とする永久磁石モータの着磁方法。
- 永久磁石素材を備えたロータをステータに組み込んだ状態で、ステータ巻線の3相のうち2相を短絡させて一方の電極とし、残りの1相を他方の電極として直流電流を流すことにより、ロータの位置を決定した後、ロータをその位置にロックし、先に短絡した2相の短絡を解除して、その2相間に着磁電流を流すことによりロータを着磁することを特徴とする請求項1記載の永久磁石モータの着磁方法。
- 永久磁石素材を備えたロータをステータに組み込んだ状態で、ステータ巻線の2相間に直流電流を流すことにより、ロータの位置を決定した後、ロータをその位置にロックし、先に電流を流した2相を短絡させて一方の電極とし、残りの1相を他方の電極として着磁電流を流すことによりロータを着磁することを特徴とする請求項1記載の永久磁石モータの着磁方法。
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