JP3977052B2 - 着磁装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒状の永久磁石材料を着磁する装置に関するものである。又、この着磁装置は、電磁駆動モータ等のアクチュエータ等に組み込まれる永久磁石を着磁する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の円筒状の永久磁石材料を着磁する着磁装置を図１１に示す。
【０００３】
図１１において、１０１は円筒状の永久磁石材料、１０２は着磁ヨーク、１０３はコイル、１０４は空気である。コイル１０３は着磁ヨーク１０２に１本の導線を巻いて構成しており、コイル１０３に電流を流すことによって着磁装置内に着磁磁界を発生する。この時、図１１の黒丸は紙面の裏から表方向への電流の流れ、×印は紙面の表から裏への電流の流れを示している。これによって、矢印で示すような磁束の流れが発生し、この着磁磁界内に設置した永久磁石材料１０１は着磁され永久磁石となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１１に示す着磁装置内の空気１０４部分の透磁率は小さいので、図１１に示すように磁束が永久磁石材料１０１の内径まで通らない。その為、図１２に示すように磁石表面での周方向の磁束密度分布の波形は尖っているもののピークの絶対値が小さく、所望の強さの着磁をすることが難しかった。その結果、この永久磁石１０１を電磁駆動モータ等のアクチュエータ等に搭載すると、要望したトルクが出ないことがあった。
【０００５】
（発明の目的）
本発明の目的は、磁石表面でのピークの絶対値が高い円筒状の永久磁石を着磁できる新タイプの着磁装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とする永久磁石の着磁装置である。
（１）永久磁石材料を挿入する円筒状の穴を有する着磁ヨークと、前記ヨークにコイルを巻きつけ、前記コイルに電流を流すことによって発生する磁束によって永久磁石材料を少なくとも４極に着磁する装置において、前記円筒状の穴の円周上で、前記磁束における磁束密度分布がピークとなるように、前記円筒状の穴内に、透磁率が高い部材からなる中心部と前記中心部より透磁率が低い部材からなる外周部を有する軸を設けたことを特徴とする永久磁石の着磁装置。
（２）前記軸は磁性材料からなる中心部と非磁性材料からなる外周部の二層構造とすることを特徴とする（１）に記載の永久磁石の着磁装置。
（３）前記透磁率が高い部材は、前記軸に垂直な断面での形状が突起部分を有することを特徴とする（１）に記載の永久磁石の着磁装置。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
以下に、円筒状の永久磁石を着磁する着磁装置について説明する。図１〜図４は本発明の実施例１の着磁装置を示す図である。図１は着磁装置の平面図、図２は軸部の断面の拡大図、図３は図１の一部の拡大図、図４は磁石表面における周方向の磁束密度分布図である。
【００１２】
図１及び図２において、１は永久磁石材料、２は着磁ヨーク、３はコイル、４は軸である。永久磁石材料１はフェライトから構成しており、円筒形状をしている。又、ここでは、永久磁石材料１を４極に着磁する場合を示している。
【００１３】
着磁ヨーク２は鉄から構成している。着磁ヨーク２は中央に円筒状の永久磁石材料１を挿入する円筒状の穴を有しており、その周りにコイル３を通す穴を４個有している。コイル３は着磁ヨーク２に１本の導線を巻いて構成している。軸４は着磁ヨーク２の円筒状の穴内に挿入する円筒状の永久磁石材料１の円筒内に設けられる。即ち、着磁ヨーク２の円筒状の穴内に設けられる。軸４は中心部の透磁率の高い軟磁性部材４ａと、その外周部が非磁性部材４ｂからなる二層構造をしている。ここでは、部材４ａは鉄、部材４ｂはプラスチック樹脂を使用している。
【００１４】
上記の構成の着磁装置において、コイル３に電流を流すことによって、着磁ヨーク２が励磁され、着磁装置内に着磁磁界が発生する。この時、図１のコイル３の黒丸は紙面の裏から表方向への電流の流れ、×印は紙面の表から裏方向への電流の流れを示している。これによって、矢印で示すような磁束の流れが発生する。又、図１の部分Ａを拡大した磁束の流れを図３に示す。
【００１５】
図１１の従来例に比べ、軸４の中心部の部材４ａは透磁率が高いので、磁束が流れやすく、永久磁石材料１の内径部分近傍にまで磁束が流れる。又、永久磁石材料１の内径近傍は透磁率が低い軸４の外周部の部材４ｂに近接しているので磁束が軸４まで流れず、永久磁石１における磁束は径方向に向かない。
【００１６】
その結果、図３の矢印で示すように着磁磁束は磁来密度分布のピーク点となる方向に集まるように流れる。そして、永久磁石１の磁化分布は本着磁磁束とほぼ同じ向きに向くことになり、着磁磁化の方向は磁極の中心方向に揃うようになる。これによって、永久磁石１の円周上の磁束密度分布は図４に示すようにピークの絶対値が高くなる。この永久磁石１を電磁駆動モータ等のアクチュエータ等に搭載すると、高トルクになる。
【００１７】
ここで、上記現象を更に説明するために、図５のような着磁装置を示す。図５において、１は円筒状の永久磁石材料、２は着磁ヨーク、３はコイル、５は高い透磁率の磁性体で一層構造になっている軸である。図１と同様に、コイル３に電流を流すことによって着磁装置内に着磁磁界を発生し、永久磁石材料１は着磁され永久磁石となる。
【００１８】
これは、軸５に鉄等の透磁率の高い部材のみを用いて磁束が軸５まで流れるようにしたものである。本着磁装置を用いて着磁を行なうと、磁束の流れは軸５内に流れるものの永久磁石１の表面の円周上の磁束密度分布は図６に示すようにピーク部分の波形が平らになり、ピークの絶対値が高くならない。
【００１９】
ここで、図７に図５の部分Ａの磁束の流れを拡大して示す。図７に示すように、軸５は透磁率が高いので、磁束は永久磁石材料１内では内径から外径または、外径から内径の径方向に流れる。そして、永久磁石材料１は磁束の流れに沿って磁化されるので、永久磁石材料１は径方向に磁化されるという現象が起きる。その為、磁石単体になったとき、磁束密度分布のピーク点近傍では永久磁石１の磁化が周方向に広がった状態になるので、磁束が分散して集まらず、磁束密度分布のピーク部分の波形が平らになり、ピークの絶対値が高くならない。
【００２０】
従って、図１の着磁装置での永久磁石材料１内の磁束は図１１の従来例と図５の中間の状態で流れることになることから、より効果的に着磁磁束は磁束密度分布のピーク点となる方向に集まって流れることがわかる。そして、永久磁石１の磁化分布は本着磁磁束とほぼ同じ向きに向くことになり、着磁磁化の方向は磁極の中心方向により効果的に揃うようになる。これによって、永久磁石１の円周上の磁束密度分布は図４に示すようにピークの波形が尖っている上に絶対値が高くなる。
【００２１】
特に、我々の検討によれば、軸４の中心部の透磁率の高い部材４ａの内径が永久磁石１の内径に対して占める割合と磁束密度分布のピーク値には図８に示すような関係があることがわかった。この事から、軸４の中心部の透磁率の高い部材４ａの径を永久磁石１の内径の１／５から３／４にしたとき、磁東京度分布のピーク値を最大にできる。従って、このとき電磁駆動モータ等のアクチュエータのトルクも最大になる。
【００２２】
尚、ここでは、軸４の透磁率の高い軟磁性部材４ａの材料として鉄を用いたが、本部材は透磁率の高い軟磁性材であれば何でも良く、例えば磁性ステンレス等でも同様の効果が得られる。又、軸４の外周部の非磁性部材４ｂの材料にはプラスチック樹脂を用いたが、他の非磁性材料を用いても同様の効果が得られる。
【００２３】
更に、ここでは、永久磁石材料１として、フェライト磁石を用いたが、希土類磁石、アルニコ磁石等の材料の場合でも同様の効果が得られる。又、ここでは、軸４を磁性体材料４ａの周りを非磁性体材料４ｂが囲む二層構造としたが、容易にわかるように、軸の中心部から外周部にかけて透磁率の分布が小さくなるような構成であればよい。
【００２４】
（実施例２）
次に、図９及び図１０を用いて、第二の実施例について説明する。本実施例は、実施例１と基本的には同じ構成になっており、実施例１の軸の形状が異なっている場合である。図９は実施例１の図１に対応し、図１０は実施例１の図２に対応している。以下に実施例１と異なる点を説明する。
【００２５】
６は軸であり、軸６の中心部は透磁率の高い軟磁性部材６ａであり、軸６に垂直な断面での形状がコイルの設置している方向に突起状になっている。その部材６ａの外周部は非磁性部材６ｂからなり、二層構造になっている。ここでは、実施例１と同様に、部材６ａは鉄、部材６ｂはプラスチック樹脂から構成している。
【００２６】
上記の構成の着磁装置において、実施例１と同様にコイル３に電流を流すことによって、着磁ヨーク２が励磁され、着磁装置内に着磁磁界が発生し、図９の矢印で示すような磁束の流れが発生する。本磁束は軸６の透磁率の高い部材６ａの突起部分の方向に流れようとするので、実施例１に比べて、より磁束密度分布のピーク点近傍に集まる。そして、永久磁石１の磁化分布は本着磁磁束とほぼ同じ向きに向くことになり、着磁磁化の方向は磁極の中心方向に揃うようになる。その為、磁束密度分布のピークの絶対値は高くなる。これによって、この永久磁石１を電磁駆動モータ等のアクチュエータに搭載すると、高トルクになる。
【００２７】
又、ここでは軸６を磁性体材料６ａの周りを非磁性体材料５ｂが囲む二層構造としたが、容易にわかるように、軸の中心部から外周部に向かう透磁率の分布がコイルの設置している方向に透磁率の高い部分があるような構成であればよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、磁石表面で磁束密度分布のピークの絶対値が高い円筒状の永久磁石を着磁できる新タイプの着磁装置を提供出来る。又、電磁駆動モータ等のアクチュエータ等の製品に搭載した際に、高トルクで駆動が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１を示す着磁装置の平面図
【図２】 図１の着磁装置における軸部の断面拡大図
【図３】 図１の着磁装置における部分拡大図
【図４】 図１の着磁装置における磁束密度分布図
【図５】 軸部を一層構造にした場合の着磁装置の平面図
【図６】 図５の着磁装置おける磁束密度分布図
【図７】 図５の着磁装置おける部分拡大図
【図８】 軸の中心部の透磁率の高い部材の内径が永久磁石の内径に対して占める割合と磁束密度分布のピーク値の関係を示す図
【図９】 本発明の実施例２を示す着磁装置の平面図
【図１０】 図９における着磁装置の軸部の断面拡大図
【図１１】 従来の着磁装置の平面図
【図１２】 図１１の従来の着磁装置おける磁束密度分布図
【符号の説明】
１ 永久磁石材料
２ 着磁ヨーク
３ コイル
４ 実施例１の軸
５ 一層構造の軸
６ 実施例２の軸
１０１ 従来例の永久磁石材
１０２ 従来例の着磁ヨーク
１０３ 従来例のコイル
１０４ 空気
１０５ 従来例の軸
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒状の永久磁石材料を着磁する装置に関するものである。又、この着磁装置は、電磁駆動モータ等のアクチュエータ等に組み込まれる永久磁石を着磁する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の円筒状の永久磁石材料を着磁する着磁装置を図１１に示す。
【０００３】
図１１において、１０１は円筒状の永久磁石材料、１０２は着磁ヨーク、１０３はコイル、１０４は空気である。コイル１０３は着磁ヨーク１０２に１本の導線を巻いて構成しており、コイル１０３に電流を流すことによって着磁装置内に着磁磁界を発生する。この時、図１１の黒丸は紙面の裏から表方向への電流の流れ、×印は紙面の表から裏への電流の流れを示している。これによって、矢印で示すような磁束の流れが発生し、この着磁磁界内に設置した永久磁石材料１０１は着磁され永久磁石となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１１に示す着磁装置内の空気１０４部分の透磁率は小さいので、図１１に示すように磁束が永久磁石材料１０１の内径まで通らない。その為、図１２に示すように磁石表面での周方向の磁束密度分布の波形は尖っているもののピークの絶対値が小さく、所望の強さの着磁をすることが難しかった。その結果、この永久磁石１０１を電磁駆動モータ等のアクチュエータ等に搭載すると、要望したトルクが出ないことがあった。
【０００５】
（発明の目的）
本発明の目的は、磁石表面でのピークの絶対値が高い円筒状の永久磁石を着磁できる新タイプの着磁装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とする永久磁石の着磁装置である。
（１）永久磁石材料を挿入する円筒状の穴を有する着磁ヨークと、前記ヨークにコイルを巻きつけ、前記コイルに電流を流すことによって発生する磁束によって永久磁石材料を少なくとも４極に着磁する装置において、前記円筒状の穴の円周上で、前記磁束における磁束密度分布がピークとなるように、前記円筒状の穴内に、透磁率が高い部材からなる中心部と前記中心部より透磁率が低い部材からなる外周部を有する軸を設けたことを特徴とする永久磁石の着磁装置。
（２）前記軸は磁性材料からなる中心部と非磁性材料からなる外周部の二層構造とすることを特徴とする（１）に記載の永久磁石の着磁装置。
（３）前記透磁率が高い部材は、前記軸に垂直な断面での形状が突起部分を有することを特徴とする（１）に記載の永久磁石の着磁装置。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
以下に、円筒状の永久磁石を着磁する着磁装置について説明する。図１〜図４は本発明の実施例１の着磁装置を示す図である。図１は着磁装置の平面図、図２は軸部の断面の拡大図、図３は図１の一部の拡大図、図４は磁石表面における周方向の磁束密度分布図である。
【００１２】
図１及び図２において、１は永久磁石材料、２は着磁ヨーク、３はコイル、４は軸である。永久磁石材料１はフェライトから構成しており、円筒形状をしている。又、ここでは、永久磁石材料１を４極に着磁する場合を示している。
【００１３】
着磁ヨーク２は鉄から構成している。着磁ヨーク２は中央に円筒状の永久磁石材料１を挿入する円筒状の穴を有しており、その周りにコイル３を通す穴を４個有している。コイル３は着磁ヨーク２に１本の導線を巻いて構成している。軸４は着磁ヨーク２の円筒状の穴内に挿入する円筒状の永久磁石材料１の円筒内に設けられる。即ち、着磁ヨーク２の円筒状の穴内に設けられる。軸４は中心部の透磁率の高い軟磁性部材４ａと、その外周部が非磁性部材４ｂからなる二層構造をしている。ここでは、部材４ａは鉄、部材４ｂはプラスチック樹脂を使用している。
【００１４】
上記の構成の着磁装置において、コイル３に電流を流すことによって、着磁ヨーク２が励磁され、着磁装置内に着磁磁界が発生する。この時、図１のコイル３の黒丸は紙面の裏から表方向への電流の流れ、×印は紙面の表から裏方向への電流の流れを示している。これによって、矢印で示すような磁束の流れが発生する。又、図１の部分Ａを拡大した磁束の流れを図３に示す。
【００１５】
図１１の従来例に比べ、軸４の中心部の部材４ａは透磁率が高いので、磁束が流れやすく、永久磁石材料１の内径部分近傍にまで磁束が流れる。又、永久磁石材料１の内径近傍は透磁率が低い軸４の外周部の部材４ｂに近接しているので磁束が軸４まで流れず、永久磁石１における磁束は径方向に向かない。
【００１６】
その結果、図３の矢印で示すように着磁磁束は磁来密度分布のピーク点となる方向に集まるように流れる。そして、永久磁石１の磁化分布は本着磁磁束とほぼ同じ向きに向くことになり、着磁磁化の方向は磁極の中心方向に揃うようになる。これによって、永久磁石１の円周上の磁束密度分布は図４に示すようにピークの絶対値が高くなる。この永久磁石１を電磁駆動モータ等のアクチュエータ等に搭載すると、高トルクになる。
【００１７】
ここで、上記現象を更に説明するために、図５のような着磁装置を示す。図５において、１は円筒状の永久磁石材料、２は着磁ヨーク、３はコイル、５は高い透磁率の磁性体で一層構造になっている軸である。図１と同様に、コイル３に電流を流すことによって着磁装置内に着磁磁界を発生し、永久磁石材料１は着磁され永久磁石となる。
【００１８】
これは、軸５に鉄等の透磁率の高い部材のみを用いて磁束が軸５まで流れるようにしたものである。本着磁装置を用いて着磁を行なうと、磁束の流れは軸５内に流れるものの永久磁石１の表面の円周上の磁束密度分布は図６に示すようにピーク部分の波形が平らになり、ピークの絶対値が高くならない。
【００１９】
ここで、図７に図５の部分Ａの磁束の流れを拡大して示す。図７に示すように、軸５は透磁率が高いので、磁束は永久磁石材料１内では内径から外径または、外径から内径の径方向に流れる。そして、永久磁石材料１は磁束の流れに沿って磁化されるので、永久磁石材料１は径方向に磁化されるという現象が起きる。その為、磁石単体になったとき、磁束密度分布のピーク点近傍では永久磁石１の磁化が周方向に広がった状態になるので、磁束が分散して集まらず、磁束密度分布のピーク部分の波形が平らになり、ピークの絶対値が高くならない。
【００２０】
従って、図１の着磁装置での永久磁石材料１内の磁束は図１１の従来例と図５の中間の状態で流れることになることから、より効果的に着磁磁束は磁束密度分布のピーク点となる方向に集まって流れることがわかる。そして、永久磁石１の磁化分布は本着磁磁束とほぼ同じ向きに向くことになり、着磁磁化の方向は磁極の中心方向により効果的に揃うようになる。これによって、永久磁石１の円周上の磁束密度分布は図４に示すようにピークの波形が尖っている上に絶対値が高くなる。
【００２１】
特に、我々の検討によれば、軸４の中心部の透磁率の高い部材４ａの内径が永久磁石１の内径に対して占める割合と磁束密度分布のピーク値には図８に示すような関係があることがわかった。この事から、軸４の中心部の透磁率の高い部材４ａの径を永久磁石１の内径の１／５から３／４にしたとき、磁東京度分布のピーク値を最大にできる。従って、このとき電磁駆動モータ等のアクチュエータのトルクも最大になる。
【００２２】
尚、ここでは、軸４の透磁率の高い軟磁性部材４ａの材料として鉄を用いたが、本部材は透磁率の高い軟磁性材であれば何でも良く、例えば磁性ステンレス等でも同様の効果が得られる。又、軸４の外周部の非磁性部材４ｂの材料にはプラスチック樹脂を用いたが、他の非磁性材料を用いても同様の効果が得られる。
【００２３】
更に、ここでは、永久磁石材料１として、フェライト磁石を用いたが、希土類磁石、アルニコ磁石等の材料の場合でも同様の効果が得られる。又、ここでは、軸４を磁性体材料４ａの周りを非磁性体材料４ｂが囲む二層構造としたが、容易にわかるように、軸の中心部から外周部にかけて透磁率の分布が小さくなるような構成であればよい。
【００２４】
（実施例２）
次に、図９及び図１０を用いて、第二の実施例について説明する。本実施例は、実施例１と基本的には同じ構成になっており、実施例１の軸の形状が異なっている場合である。図９は実施例１の図１に対応し、図１０は実施例１の図２に対応している。以下に実施例１と異なる点を説明する。
【００２５】
６は軸であり、軸６の中心部は透磁率の高い軟磁性部材６ａであり、軸６に垂直な断面での形状がコイルの設置している方向に突起状になっている。その部材６ａの外周部は非磁性部材６ｂからなり、二層構造になっている。ここでは、実施例１と同様に、部材６ａは鉄、部材６ｂはプラスチック樹脂から構成している。
【００２６】
上記の構成の着磁装置において、実施例１と同様にコイル３に電流を流すことによって、着磁ヨーク２が励磁され、着磁装置内に着磁磁界が発生し、図９の矢印で示すような磁束の流れが発生する。本磁束は軸６の透磁率の高い部材６ａの突起部分の方向に流れようとするので、実施例１に比べて、より磁束密度分布のピーク点近傍に集まる。そして、永久磁石１の磁化分布は本着磁磁束とほぼ同じ向きに向くことになり、着磁磁化の方向は磁極の中心方向に揃うようになる。その為、磁束密度分布のピークの絶対値は高くなる。これによって、この永久磁石１を電磁駆動モータ等のアクチュエータに搭載すると、高トルクになる。
【００２７】
又、ここでは軸６を磁性体材料６ａの周りを非磁性体材料５ｂが囲む二層構造としたが、容易にわかるように、軸の中心部から外周部に向かう透磁率の分布がコイルの設置している方向に透磁率の高い部分があるような構成であればよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、磁石表面で磁束密度分布のピークの絶対値が高い円筒状の永久磁石を着磁できる新タイプの着磁装置を提供出来る。又、電磁駆動モータ等のアクチュエータ等の製品に搭載した際に、高トルクで駆動が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１を示す着磁装置の平面図
【図２】 図１の着磁装置における軸部の断面拡大図
【図３】 図１の着磁装置における部分拡大図
【図４】 図１の着磁装置における磁束密度分布図
【図５】 軸部を一層構造にした場合の着磁装置の平面図
【図６】 図５の着磁装置おける磁束密度分布図
【図７】 図５の着磁装置おける部分拡大図
【図８】 軸の中心部の透磁率の高い部材の内径が永久磁石の内径に対して占める割合と磁束密度分布のピーク値の関係を示す図
【図９】 本発明の実施例２を示す着磁装置の平面図
【図１０】 図９における着磁装置の軸部の断面拡大図
【図１１】 従来の着磁装置の平面図
【図１２】 図１１の従来の着磁装置おける磁束密度分布図
【符号の説明】
１ 永久磁石材料
２ 着磁ヨーク
３ コイル
４ 実施例１の軸
５ 一層構造の軸
６ 実施例２の軸
１０１ 従来例の永久磁石材
１０２ 従来例の着磁ヨーク
１０３ 従来例のコイル
１０４ 空気
１０５ 従来例の軸
Claims (3)
- 永久磁石材料を挿入する円筒状の穴を有する着磁ヨークと、前記ヨークにコイルを巻きつけ、前記コイルに電流を流すことによって発生する磁束によって永久磁石材料を少なくとも４極に着磁する装置において、
前記円筒状の穴の円周上で、前記磁束における磁束密度分布がピークとなるように、前記円筒状の穴内に、透磁率が高い部材からなる中心部と前記中心部より透磁率が低い部材からなる外周部を有する軸を設けたことを特徴とする永久磁石の着磁装置。 - 前記軸は磁性材料からなる中心部と非磁性材料からなる外周部の二層構造とすることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石の着磁装置。
- 前記透磁率が高い部材は、前記軸に垂直な断面での形状が突起部分を有することを特徴とする請求項１に記載の永久磁石の着磁装置。
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