JP6755327B2 - 着磁ヨークおよび着磁装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機の回転子を着磁する着磁ヨークと、その着磁ヨークを備えた着磁装置とに関する。

軸方向に沿って主磁極用マグネットおよび回転角検出用マグネットが配置された回転子の着磁方法の一例が特許文献１に開示されている。以下に、特許文献１に開示された着磁装置を簡単に説明する。

特許文献１に開示された着磁装置は、軸方向断面が半円状の径方向着磁面を備えた２つのヨークを有する。これら２つのヨークの軸方向の２つの端部のうち、一方の端部に、軸溝と軸溝を囲む軸方向着磁面とが設けられている。回転子を着磁する際、回転角検出用マグネットの下端面が軸方向着磁面と接触し、主磁極用マグネットの外周面が径方向着磁面と接触または近接する。このような着磁ヨークを用いることで、主磁極用マグネットを径方向に、回転角検出用マグネットを軸方向に同時に着磁することができる。

特開平０４−１０９８５０号公報

特許文献１に開示された着磁ヨークの直径は主磁極用マグネットの外周の直径より大きい。そのため、マグネットの全領域を径方向に着磁する場合、特許文献１に開示された着磁ヨークでは、主磁極用マグネットよりも小径な領域を十分に着磁することは困難である。特に、主磁極用マグネットの領域と主磁極用マグネットよりも小径な領域とが一体になったマグネットに対して着磁する場合、位置検出マグネット部を十分に着磁できなければ、電動機の性能の向上を図ることが困難になる。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、位置検出マグネット部を十分に着磁でき、電動機の性能を向上させる着磁ヨークおよび着磁装置を提供するものである。

本発明に係る着磁ヨークは、回転子が配置される鉄心を有する着磁ヨークであって、前記鉄心は、周方向に配置された複数のティースを有し、前記鉄心の軸方向の一方の側に、前記複数のティースに対向するように複数の金属片を固定する樹脂板が設けられ、前記樹脂板は、前記複数のティースと前記複数の金属片との間隙に設けられているものである。

本発明に係る着磁装置は、回転駆動用マグネット部および位置検出マグネット部を有する回転子を着磁する、本発明に係る着磁ヨークを有する着磁装置であって、前記鉄心の軸方向の一方の側に前記位置検出マグネット部が位置し、該鉄心の軸方向の一方の側よりも径方向の長さが大きい主ヨーク部に前記回転駆動用マグネット部が位置するように前記回転子が前記鉄心内に装着されるものである。

本発明によれば、着磁ヨークの内径より小径な位置検出マグネット部に対して、突出部で発生する磁界を用いて位置検出マグネット部に磁界を発生させられるため、位置検出マグネット部の着磁不足を抑制し、電動機の性能を向上させることができる。

本発明の実施の形態１における着磁装置の軸方向断面を示す図である。 図１に示した着磁ヨークの径方向断面を示す図である。 図１に示した着磁ヨークの着磁対象の回転子の一構成例を示す外観斜視図である。 本発明の実施の形態１における着磁ヨークを用いた着磁方法の手順を示すフロー図である。 図２に示した着磁ヨークに着磁対象の回転子を装着した場合の径方向断面を示す図である。 本発明の実施の形態１における着磁ヨークを用いた着磁方法を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態２における着磁装置の軸方向断面を示す図である。 図７に示した着磁ヨークの径方向断面を示す図である。 図８に示した着磁ヨークに着磁対象の回転子を配置した場合の径方向断面を示す図である。 本発明の実施の形態２における着磁ヨークを用いた着磁方法を説明するための模式図である。

実施の形態１．
本実施の形態１における着磁ヨークの構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態１における着磁装置の軸方向断面を示す図である。図２は、図１に示した着磁ヨークの径方向断面を示す図である。図３は、図１に示した着磁ヨークの着磁対象の回転子の一構成例を示す外観斜視図である。

図１に示すように、着磁装置２０は、図３に示す回転子７が配置される鉄心２を備えた着磁ヨーク１を有する。鉄心２は、例えば、円筒形状を有し、内周側には周方向に等間隔に配置された複数のティース２ａを有する。各ティース２ａには、コイル３が巻かれている。ティース２ａ間の空隙には樹脂４が充填されている。着磁ヨーク１の内側には円筒面５が形成されている。

図２は、図１に示す線分ＡＡにおける着磁ヨーク１の断面を示す。図１および図２に示すように、鉄心２の軸方向（矢印Ｚ方向）の２つの端部のうち、一方の端部１１において、各ティース２ａの内周側に金属片６が配置されている。金属片６は、ティース２ａに接触または近接して配置されている。金属片６の軸方向の長さは、図３に示す回転子７の位置検出マグネット部８ａの軸方向の長さに等しい。複数の金属片６の内周面は、円筒面５の直径Φ０よりも小さい直径Φ１の円筒面５ａを形成している。金属片６の径方向の長さをＤとすると、Φ０−Φ１≧Ｄの関係である。鉄心２は、軸方向で端部１１以外の領域に、円筒面５を形成する主ヨーク部１２を有する。金属片６は、ティース２ａの径方向の内側に突出しているので、鉄心２の内径を主ヨーク部１２よりも小さくする突出部１０の役目を果たす。

また、図１および図２に示すように、各金属片６は円筒面５に沿った扇形状である。金属片６がティース２ａと対向する面が円筒面５に沿っているため、金属片６はティース２ａから生じる磁界をより受けやすくなる。金属片６は、ティース２ａからの磁界を図３に示す回転子７の位置検出マグネット部８ａに伝える役目を果たす。金属片６の材質は、磁性金属である必要がある。金属片６の材料は、例えば、炭素鋼である。炭素鋼は、硬磁性材料であるため、保磁力が大きい。金属片６の配置方法として、例えば、金属片６を固定した樹脂板を着磁ヨーク１内に挿入する方法がある。

金属片６とティース２ａとに間隙がある場合、金属片６とティース２ａとの間隙に絶縁物として、例えば、樹脂板が設けられる。この場合、その間隙が大きすぎると、ティース２ａから金属片６に伝わる磁界が弱くなってしまう。そのため、金属片６とティース２ａとの間隙は、鉄心２が発生する磁界が金属片６を介して、図３に示す回転子７の位置検出マグネット部８ａを着磁できる距離が望ましい。

次に、図１および図２に示した着磁ヨーク１の着磁対象となる電動機の回転子の一例を、図３を参照して説明する。図３に示すように、回転子７は、シャフト９と、回転子マグネット８とを有する。回転子マグネット８は、位置検出マグネット部８ａおよび回転駆動用マグネット部８ｂを有する。位置検出マグネット部８ａおよび回転駆動用マグネット部８ｂが一体になっており、２つの領域に分けられている。回転駆動用マグネット部８ｂは電動機が動作する際に回転子７に回転トルクを発生させるための領域である。位置検出マグネット部８ａは回転子７の位置をホールセンサで検出するための領域である。位置検出マグネット部８ａは、回転子マグネット８の軸方向の一方の端部に設けられている。図３に示すように、位置検出マグネット部８ａの外周の直径Φ１０は回転駆動用マグネット部８ｂの外周の直径Φ１１より小さい。

次に、図３に示した回転子７を有する電動機の製造方法を説明する。プラスチックマグネット樹脂の射出成形などの方法を用いて、回転子マグネット８およびシャフト９が一体成形され、回転子７が製造される。図３を参照して説明したように、回転子マグネット８の軸方向端部の一方には、位置検出マグネット部８ａが形成される。回転駆動用マグネット部８ｂおよび位置検出マグネット部８ａは一体成形されているため、位置検出マグネット部８ａの磁極位相は回転駆動用マグネット部８ｂの磁極位相と一致している。この回転子７が後述の方法で着磁された後、シャフト９に図示しないベアリングが挿入される。その後、別途製作した図示しない固定子に回転子７が組み付けられることで電動機が完成する。

次に、図１に示した着磁ヨーク１を用いて回転子７を着磁する方法を説明する。図４は、本発明の実施の形態１における着磁ヨークを用いた着磁方法の手順を示すフロー図である。図５は、図２に示した着磁ヨークに着磁対象の回転子を装着した場合の径方向断面を示す図である。図６は、本発明の実施の形態１における着磁ヨークを用いた着磁方法を説明するための模式図である。図６は、図５に示した径方向断面の要部を拡大して示している。

図４に示すステップＳ１０１において、回転子７のシャフト９が鉄心２の軸方向に一致した状態で、着磁ヨーク１に回転子７が挿入される。その際、回転駆動用マグネット部８ｂの外周面が主ヨーク部１２の円筒面５に対向して極近傍に配置され、位置検出マグネット部８ａの外周面が金属片６による円筒面５ａに対向して極近傍に配置されるように、回転子７が着磁ヨーク１の鉄心２内に装着される。

回転子７が着磁ヨーク１に装着された後、着磁ヨーク１のコイル３に電流が流れる（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２の処理において、回転駆動用マグネット部８ｂには極近傍の円筒面５を形成する主ヨーク部１２の各ティース２ａから磁界がかかり径方向に着磁がなされる。また、位置検出マグネット部８ａにも、極近傍の円筒面５ａを形成する金属片６を介して、各ティース２ａから磁界がかかる。その結果、位置検出マグネット部８ａは、回転駆動用マグネット部８ｂと同様に、径方向に着磁がなされ、十分な磁力を持つことができる。さらに、回転駆動用マグネット部８ｂと位置検出マグネット部８ａは、同一のコイル３と鉄心２から発生する磁界による着磁であるため、同時に着磁される。

図６に示す例では、鉄心２の内周面側がＮ極に磁化されると、鉄心２の内周面に対向する回転駆動用マグネット部８ｂの外周面側がＳ極に磁化される。また、金属片６は、鉄心２の内周面に対向する外周面側がＳ極に磁化され、内周面側はＮ極に磁化される。そのため、金属片６の内周面に対向する位置検出マグネット部８ａの外周面側は回転駆動用マグネット部８ｂの外周面側と同じＳ極に磁化される。なお、図６に示す磁化の方法は一例であって、図６において、Ｓ極とＮ極とが逆であってもよい。

本実施の形態１の着磁ヨークは、鉄心２が周方向に配置された複数のティース２ａを有し、鉄心２の軸方向の一方の側に、鉄心２の径方向の内側に複数の金属片６が複数のティース２ａに対向して設けられたものである。

上記の回転子７を有する電動機は、回転子７の位置検出マグネット部８ａの磁界を固定子側のセンサで検知して回転子７の位置検出を行い、回転制御を行うものである。このような電動機で用いられる回転子７が着磁ヨーク内径より小径な位置検出マグネット部８ａを有していても、本実施の形態１によれば、金属片６が位置検出マグネット部８ａと鉄心２の両方に接近しているため、着磁磁界が金属片６を通って位置検出マグネット部８ａに磁界を発生させられる。そのため、位置検出マグネット部８ａの着磁不足を抑制し、位置検出マグネット部８ａは位置検出に十分な磁力を持つことができる。その結果、この回転子７を組み込んだ電動機においては、回転子７の位置検出精度が向上し、電動機の性能を向上させることができる。特に、位置検出マグネット部８ａと回転駆動用マグネット部８ｂが一体になった回転子マグネット８に対して、本実施の形態１の着磁ヨークは有効である。

本実施の形態１では、複数のティース２ａの径方向の内側には円筒面５が形成され、複数の金属片６は円筒面５に沿った扇形状である。この場合、金属片６はティース２ａが発生する着磁磁界をより受けやすくなる。

本実施の形態１では、金属片６の材料は炭素鋼である。金属片６に回転子マグネット８の位置検出マグネット部８ａが対向している場合、金属片６はティース２ａが発生する着磁磁界を硬磁性により位置検出マグネット部８ａに十分に伝えることができる。

本実施の形態１における着磁ヨークを用いた着磁装置は、鉄心２の軸方向の一方の側に位置検出マグネット部８ａが位置し、主ヨーク部１２に回転駆動用マグネット部８ｂが位置するように回転子７が鉄心内に装着されるものである。ティース２ａが回転駆動用マグネット部８ｂと対向し、金属片６が位置検出マグネット部８ａと対向するため、回転駆動用マグネット部８ｂおよび位置検出マグネット部８ａに鉄心２の径方向に同時に着磁がなされ、これらのマグネットを効率的に着磁できる。

実施の形態２．
着磁ヨークの鉄心の軸方向端部の一方の領域において、実施の形態１では、各ティースの内周側に金属片が配置された構成であるが、本実施の形態２の着磁ヨークは、各ティースが径方向内側に伸長した伸長部を有する構成である。なお、実施の形態１と同様な構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本実施の形態２における着磁ヨークの構成を説明する。図７は、本発明の実施の形態２における着磁装置の軸方向断面を示す図である。図８は、図７に示した着磁ヨークの径方向断面を示す図である。図８は、図７に示す線分ＢＢにおける着磁ヨーク１の断面に相当する。

図７および図８に示すように、着磁装置２０は、図３に示した回転子７が配置される着磁ヨーク１を有する。着磁ヨーク１の鉄心２の軸方向の２つの端部のうち、一方の端部１１には、各ティース２ａから径方向の内側に延びる伸長部２ｂが設けられている。各ティース２ａは伸長部２ｂと一体になっている。複数の伸長部２ｂの内周は着磁ヨーク１の円筒面５の直径Φ０より小径な直径Φ１の円筒面５ｂが形成されている。伸長部２ｂは、ティース２ａの径方向の内側に突出しているため、鉄心２の内径を主ヨーク部１２よりも小さくする突出部１３の役目を果たす。伸長部２ｂは、ティース２ａからの磁界を図３に示した回転子７の位置検出マグネット部８ａに伝える。伸長部２ｂの径方向の長さをＤとすると、Φ０−Φ１＝Ｄの関係である。

次に、図７に示した着磁ヨーク１を用いて、実施の形態１で説明した回転子７を着磁する方法を説明する。着磁方法の手順は図４のフロー図に示した手順と同様なため、図４に示した手順で説明する。図９は、図８に示した着磁ヨークに着磁対象の回転子を配置した場合の径方向断面を示す図である。図１０は、本発明の実施の形態２における着磁ヨークを用いた着磁方法を説明するための模式図である。図１０は、図９に示した径方向断面の要部を拡大して示している。

回転子７のシャフト９が鉄心２の軸方向に一致した状態で、着磁ヨーク１に回転子７が挿入される（ステップＳ１０１）。その際、回転駆動用マグネット部８ｂの外周面が着磁ヨーク１の円筒面５に対向して極近傍に配置され、位置検出マグネット部８ａの外周面が伸長部２ｂによる円筒面５ｂに対向して極近傍に配置されるように、回転子７が着磁ヨーク１の鉄心２内に装着される。

回転子７が着磁ヨーク１に装着された後、着磁ヨーク１のコイル３に電流が流れる（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２の処理において、回転駆動用マグネット部８ｂには極近傍の円筒面５を形成する各ティース２ａから磁界がかかり径方向に着磁がなされる。また、位置検出マグネット部８ａにも、極近傍の円筒面５ｂを形成する鉄心２の伸長部２ｂを介し磁界がかかる。その結果、位置検出マグネット部８ａは、回転駆動用マグネット部８ｂと同様に、径方向に着磁がなされ、十分な磁力を持つことができる。さらに、回転駆動用マグネット部８ｂと位置検出マグネット部８ａは、同一のコイル３と鉄心２から発生する磁界による着磁のため、同時に着磁される。

図１０に示す例では、鉄心２の内周面側がＮ極に磁化されると、鉄心２の内周面に対向する回転駆動用マグネット部８ｂの外周面側がＳ極に磁化される。また、ティース２ａの伸長部２ｂの内周面側もＮ極に磁化されるため、伸長部２ｂの内周面に対向する位置検出マグネット部８ａの外周面側は回転駆動用マグネット部８ｂの外周面側と同じＳ極に磁化される。なお、図１０に示す磁化の方法は一例であって、図１０において、Ｓ極とＮ極とが逆であってもよい。

本実施の形態２の着磁ヨークは、鉄心２が周方向に配置された複数のティース２ａを有し、鉄心２の軸方向の一方の側に、複数のティース２ａから内側に延びる複数の伸長部２ｂが設けられているものである。

本実施の形態２によれば、着磁ヨークの内径より小径な位置検出マグネット部８ａに対して、鉄心２の一部である伸長部２ｂが位置検出マグネット部８ａとの距離を短くするため、着磁磁界が伸長部２ｂを通って位置検出マグネット部８ａに磁界を発生させられる。そのため、位置検出マグネット部８ａの着磁不足を抑制し、位置検出マグネット部８ａは位置検出に十分な磁力を持つことができる。その結果、実施の形態１と同様に、この回転子７を組み込んだ電動機において、回転子７の位置検出精度が向上し、電動機の性能を向上させることができる。

また、本実施の形態２における着磁ヨークを用いた着磁装置では、回転子７が鉄心内に装着されると、ティース２ａが回転駆動用マグネット部８ｂと対向し、伸長部２ｂが位置検出マグネット部８ａと対向する。そのため、回転駆動用マグネット部８ｂおよび位置検出マグネット部８ａに鉄心２の径方向に同時に着磁がなされ、これらのマグネットを効率的に着磁できる。

なお、上述した実施の形態１および２では、着磁対象の回転子が回転駆動用マグネット部８ｂと位置検出マグネット部８ａとが一体になっている場合で説明したが、軸方向に回転駆動用マグネット部８ｂおよび位置検出マグネット部８ａが離れていてもよい。

１ 着磁ヨーク、２ 鉄心、２ａ ティース、２ｂ 伸長部、３ コイル、４ 樹脂、５、５ａ、５ｂ 円筒面、６ 金属片、７ 回転子、８ 回転子マグネット、８ａ 位置検出マグネット部、８ｂ 回転駆動用マグネット部、９ シャフト、１０ 突出部、１１ 端部、１２ 主ヨーク部、１３ 突出部、２０ 着磁装置、ＡＡ、ＢＢ 線分。

Claims (4)

1. 回転子が配置される鉄心を有する着磁ヨークであって、
   前記鉄心は、周方向に配置された複数のティースを有し、
   前記鉄心の軸方向の一方の側に、前記複数のティースに対向するように複数の金属片を固定する樹脂板が設けられ、
   前記樹脂板は、前記複数のティースと前記複数の金属片との間隙に設けられている、
   着磁ヨーク。
2. 前記複数のティースの径方向の内側には円筒面が形成され、
   前記複数の金属片は前記円筒面に沿った扇形状である、請求項１に記載の着磁ヨーク。
3. 前記金属片の材料は、炭素鋼である請求項１または２に記載の着磁ヨーク。
4. 回転駆動用マグネット部および位置検出マグネット部を有する回転子を着磁する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の着磁ヨークを有する着磁装置であって、
   前記鉄心の軸方向の一方の側に前記位置検出マグネット部が位置し、該鉄心の軸方向の一方の側よりも径方向の長さが大きい主ヨーク部に前記回転駆動用マグネット部が位置するように前記回転子が前記鉄心内に装着される、着磁装置。

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