JP7328127B2 - 永久磁石回転子の製造方法および製造装置 - Google Patents
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Description
このような穴部に被着磁物を挿入し、コンデンサに蓄えた電荷を瞬時に放出することでコイルにパルス電流を流し、そのパルス電流によって着磁ヨークに発生した着磁磁場により、回転子に搭載された磁石の着磁を行うことができる。
そして、着磁が不十分になってしまうと、所定のモーター特性を得ることができない、さらには温度上昇時に不可逆減磁が発生しやすいといった問題を生じる。
しかし、特許文献2に記載の装置は、極小径・多極といった着磁ピッチの狭い、高い着磁磁界を必要とする永久磁石を装填したリング状永久磁石を対象としており、永久磁石回転子を加熱した後に着磁する方法ではない。
本発明は下記(1)~(8)である。
(1)中央に回転軸を有する永久磁石回転子の鉄心に着磁前永久磁石を装着し、チャッキング治具によって前記回転軸の両端部を保持して、棒状の治具付き加熱前回転子を得る加熱前準備工程と、
前記治具付き加熱前回転子を前記回転軸が水平となるように加熱部の内部に配置し、前記治具付き加熱前回転子を加熱することで治具付き加熱後回転子を得る加熱工程と、
装置軸の方向が水平となるように配置された着磁部の内部に加熱後の前記永久磁石回転子を挿入し、固定治具によって前記回転軸の両端部を保持しつつ、加熱後の前記永久磁石回転子を前記着磁部の内部に固定した状態で、前記着磁前永久磁石を着磁する着磁工程と、
を備える永久磁石回転子の製造方法。
(2)前記加熱工程において、前記着磁前永久磁石の最低温度が所定温度以上となるように前記治具付き加熱前回転子を加熱することで前記治具付き加熱後回転子を得る、上記(1)に記載の永久磁石回転子の製造方法。
(3)前記着磁工程において、前記着磁前永久磁石を着磁した後、その最高温度が所定の温度以下となるように冷却する、上記(1)または(2)に記載の永久磁石回転子の製造方法。
(4)中央に回転軸を有する永久磁石回転子の鉄心に着磁前永久磁石を装着し、チャッキング治具によって前記回転軸の両端部を保持して得られた棒状の治具付き加熱前回転子を、その一方端部から挿入孔へ挿入した後、前記回転軸が水平となるように保持した状態で前記治具付き加熱前回転子を加熱し、その後、排出孔から、前記一方端部が先行するように治具付き加熱後回転子を排出する加熱部と、
前記回転軸が水平となるように保持し、加熱後の前記永久磁石回転子における前記回転軸の両端部を固定治具によって固定した状態で、前記着磁前永久磁石を着磁することができる、装置軸の方向が水平となるように配置された着磁部と、
を備える永久磁石回転子の製造装置。
(5)前記加熱部において、前記着磁前永久磁石の最低温度が所定温度以上となるように前記治具付き加熱前回転子を加熱することができる、上記(4)に記載の永久磁石回転子の製造装置。
(6)前記着磁部において、前記着磁前永久磁石を着磁した後、その最高温度が所定の温度となるように冷却することができる、上記(4)または(5)に記載の永久磁石回転子の製造装置。
(7)前記着磁部が、
前記治具付き加熱後回転子をその一方端部から挿入孔へ装入した後、前記回転軸が水平となるように保持し、さらに、前記治具付き加熱後回転子における前記回転軸の両端部を固定治具によって固定した状態で、前記着磁前永久磁石を着磁した後、排出孔から前記一方端部が先行するように排出することができる、装置軸の方向が水平となるように配置された着磁部である、上記(4)~(6)のいずれかに記載の永久磁石回転子の製造装置。
(8)前記加熱部の内部において前記治具付き加熱前回転子を搬送する経路と、前記着磁部の内部において前記治具付き加熱後回転子を搬送する経路とが繋がっていて、1本の直線的な経路となっている、上記(7)に記載の永久磁石の製造装置。
本発明は、中央に回転軸を有する永久磁石回転子の鉄心に着磁前永久磁石を装着し、チャッキング治具によって前記回転軸の両端部を保持して、棒状の治具付き加熱前回転子を得る加熱前準備工程と、前記治具付き加熱前回転子を前記回転軸が水平となるように加熱部の内部に配置し、前記治具付き加熱前回転子を加熱することで治具付き加熱後回転子を得る加熱工程と、装置軸の方向が水平となるように配置された着磁部の内部に加熱後の前記永久磁石回転子を挿入し、固定治具によって前記回転軸の両端部を保持しつつ、加熱後の前記永久磁石回転子を前記着磁部の内部に固定した状態で、前記着磁前永久磁石を着磁する着磁工程と、を備える永久磁石回転子の製造方法である。
このような永久磁石回転子の製造方法を、以下では「本発明の製造方法」ともいう。
このような永久磁石回転子の製造装置を、以下では「本発明の製造装置」ともいう。
初めに、本発明において加熱および着磁の対象となる永久磁石回転子の一例について、図を用いて説明する。
本発明において加熱および着磁の対象となる永久磁石回転子1(以下では「回転子1」ともいう)は、例えば図1に示すように、鉄心10の中央に回転軸12を有し、鉄心10における回転軸12の外周側にスロット14を有し、さらにスロット14内に着磁前永久磁石3を備える。
本発明における永久磁石回転子は、図1に示すようにスロットを有する態様であってもよいし、スロットを有さない態様であってもよい。
鉄心10は電磁鋼板5の他、例えば、軟磁性板材を複数積層する、または粉末を樹脂粉末と混合し圧縮成形する等により形成した圧粉磁心を使用することもできる。
スロット14は着磁前永久磁石3を挿入するための孔であり、回転軸12の軸方向に平行な方向が深さ方向となるように形成されている。
スロット14内に着磁前永久磁石3を挿入した後、図3に示すように、回転軸12に平行な方向における鉄心10の少なくとも一方における面(図3においては鉄心10の両端面)に、着磁前永久磁石3が回転軸12と平行な方向へ抜けてしまうことを防止するための端板16が取り付けられる。
着磁前永久磁石3としては結晶粒径0.1~3μm程度のネオジム磁石が好適である。ダイドー電子株式会社製PLP磁石やMQ3熱間圧延磁石を用いることができる。
本発明では、上記のような永久磁石回転子をチャッキング治具によって保持する。
チャッキング治具は回転軸の両端部を保持する治具であり、チャッキング治具によって回転軸の両端部を保持すると、チャッキング治具および回転子は全体として棒状をなす。本発明では、永久磁石回転子における回転軸をチャッキング治具によって保持してなる棒状のものであって加熱前のものを、治具付き加熱前回転子という。そして、本発明では、治具付き加熱前回転子を加熱することによって、それに含まれる着磁前永久磁石を昇温する。
チャッキング治具の材質として、例えばステンレス鋼、高合金鋼などの金属材料、もしくは断熱材としてはSiCやアルミナなどのセラミック部材あるいはガラス繊維とセラミックスの複合材料などが挙げられる。
図4は、チャッキング治具の具体例(概略斜視図)を示しており、図5は、図4に示したチャッキング治具を回転子1に装着した状態、すなわち、治具付き加熱前回転子の具体例(概略横断面図)を示している。
孔22の断面直径は、回転軸12の断面直径とほぼ同一となるように形成されている。チャッキング治具20における孔22が形成されている部分が弾性を有する場合は、孔22の断面直径が回転軸12の断面直径よりも若干小さく形成されていてもよく、この場合、チャッキング治具20によって回転軸12の両端部を強固に保持することができる。
本発明では、上記のような治具付き加熱前回転子を、その回転軸が水平となるように加熱部の内部に配置して加熱する。
ここで水平とは完全な水平を意味しない。例えば水平に対して回転軸の方向が±10度以下(好ましくは±5度以下、より好ましくは±3度以下)をなしていてもよい。
図6は加熱部の具体例(概略横断面)を示している。
図6において加熱部30は、その内部に治具付き加熱前回転子25を、その回転軸12を水平に配置した状態において加熱することができる。
ここで所定温度は、次のようにして求めることができる。
初めに、スロット内に配置する前の着磁前永久磁石を用意する。そして、着磁前永久磁石において完全着磁が得られる温度と磁界との関係Xを得る。
このような関係Xを得る方法について、具体例を挙げて説明する。
永久磁石回転子のスロットに挿入する永久磁石と同一生産ロットから取り出した永久磁石を磁気特性測定装置によって定められたサイズ、例えば7mm立方体、に加工する。
次に、例えば日本電磁測器株式会社製パルスBH測定装置(PBH-1000)等を用いて室温(23℃)における各種の最大測定磁界(例えば、最大測定磁界が0.5T、1T、2T、5T、8T)に対する磁化-磁界曲線(J-H曲線)を取得する。各々の最大測定磁界に対するJ-H曲線からB-H曲線が得られる(B=J+μ0H)。このB-H曲線の第2象限部分(いわゆる減磁曲線)と横軸(磁界軸)との交点から保磁力bHcを求めることができる。最大磁界5T以上におけるbHcを(bHc)maxとしたときに、各最大測定磁界におけるbHcを(bHc)maxで除した値(=bHc/(bHc)max)を室温でのその最大測定磁界における着磁率と定義する。
室温に引き続き、測定温度を例えば70℃、100℃、150℃といった高温において同様の測定を行い、各温度におけるそれぞれの最大測定磁界における着磁率を求める。
なお、上記において「磁界」は磁石中を有効に横切るいわゆる「有効磁界」とする。
そして、完全着磁(着磁率が0.98以上となること)が得られる着磁前永久磁石の温度と有効磁界との値を図7から読み取る。具体的には図7(b)において、着磁前永久磁石の温度が150℃、100℃、70℃、R.T.である場合に完全着磁となることを意味する点であるP1、P2、P3、P4における有効磁界を読み取る。そして、これらの値から図8を作成する。図8は着磁前永久磁石において完全着磁が得られる温度と有効磁界との関係Xを示す図である。関係Xを式で表すことができる場合もある。
そして、加熱後に着磁する際の磁界(有効磁界(kOe))を決めれば、それを用いて関係Xから完全着磁が得られる温度を求めることができる。
この完全着磁が得られる温度が所定温度であり、着磁前永久磁石がこの温度(所定温度)以上となるように、加熱部にて治具付き加熱前回転子25を加熱することができることが必要である。
本発明では、上記のようにして加熱して得られた治具付き加熱後回転子に含まれる永久磁石回転子を、装置軸の方向が水平となるように配置された着磁部の内部に挿入し、固定治具によって回転軸の両端部を保持しつつ、永久磁石回転子を着磁部の内部の特定位置に固定した状態で着磁前永久磁石を着磁する。
図9、図10は着磁部の具体例(概略横断面)を示している。
図9、図10において着磁部40は、装置軸の方向が水平となるように配置されている。なお、装置軸とは着磁ヨークの中心軸を意味する。
また、ここで水平とは完全な水平を意味しない。例えば水平に対して装置軸の方向が±10度以下(好ましくは±5度以下、より好ましくは±3度以下)をなしていてもよい。
ここで回転軸12の端部に溝50を形成しておき、アームの端部にも溝52を形成しておき、これらの位置が合うように、2つのアームによって加熱後の回転子1の回転軸12を挟むことが好ましい。また、これらの位置が合っていることをセンサ54によって確認することが好ましい。このようにすることで、着磁ヨーク44内の所望の位置に回転子1を固定することができるからである。なお、溝50および溝52は何らかの印であればよい。
2つのアームによって加熱後の回転子1の回転軸12を挟んだ後、移動させ、さらに図10(a)に示すように、着磁ヨーク44内の所望の位置にこれを固定する。固定した後、着磁ヨーク44内で回転子1内の着磁前永久磁石を着磁し、着磁した後は、図10(b)に示すように回転子1を着磁ヨーク44から取り出す。
なお、回転子1は、治具付き加熱後回転子からチャッキング治具を取り外したものである。
図11は着磁部の具体例(概略横断面)を示している。
図11において着磁部40は、装置軸の方向が水平となるように配置されている。
そして、例えば、着磁部40の着磁ヨーク44がトンネルのような経路を有し、治具付き加熱後回転子35を、その一方端部37から挿入孔43へ装入した後、回転軸12が水平となるように保持し、さらに、治具付き加熱後回転子35を固定治具によって特定位置に固定した状態で着磁する。そして、着磁した後、排出孔46から一方端部37が先行するように排出することができる。
ここで治具付き加熱後回転子35が着磁部40によって着磁され、排出孔46から排出されたものが、治具付き着磁後回転子48である。
ここで加熱部30中における治具付き加熱前回転子25の滞留時間と、着磁部40中における治具付き加熱後回転子35の滞留時間をほぼ同一とすると、搬送効率がより高まり好ましい。
ここで所定の温度とは、不可逆減磁を生じない温度を意味する。不可逆減磁を生じない温度とは、B-H曲線の第2象限において、動作点が屈曲点よりも下に来ない温度を意味する。したがって、パーミアンス係数が大きいほど所定の温度は高くなる。
3 着磁前永久磁石
5 電磁鋼板
10 鉄心
11 孔
12 回転軸
14 スロット
16 端板
20 チャッキング治具
22 孔
25 治具付き加熱前回転子
27 治具付き加熱前回転子の一方端部
30 加熱部
32 挿入孔
34 排出孔
35 治具付き加熱後回転子
37 治具付き加熱後回転子の一方端部
40 着磁部
42 固定治具
43 挿入孔
44 着磁ヨーク
46 排出孔
48 治具付き着磁後回転子
Claims (8)
- 中央に回転軸を有する永久磁石回転子の鉄心に着磁前永久磁石を装着し、チャッキング治具によって前記回転軸の両端部を保持して、棒状の治具付き加熱前回転子を得る加熱前準備工程と、
前記治具付き加熱前回転子を前記回転軸が水平となるように加熱部の内部に配置し、前記治具付き加熱前回転子を加熱することで治具付き加熱後回転子を得る加熱工程と、
装置軸の方向が水平となるように配置された着磁部の内部に加熱後の前記永久磁石回転子を挿入し、固定治具によって前記回転軸の両端部を保持しつつ、加熱後の前記永久磁石回転子を前記着磁部の内部に固定した状態で、前記着磁前永久磁石を着磁する着磁工程と、
を備える永久磁石回転子の製造方法。 - 前記加熱工程において、前記着磁前永久磁石の最低温度が所定温度以上となるように前記治具付き加熱前回転子を加熱することで前記治具付き加熱後回転子を得る、請求項1に記載の永久磁石回転子の製造方法。
- 前記着磁工程において、前記着磁前永久磁石を着磁した後、着磁した前記着磁前永久磁石の最高温度が所定の温度以下となるように、着磁した前記着磁前永久磁石を冷却する、請求項1または2に記載の永久磁石回転子の製造方法。
- 中央に回転軸を有する永久磁石回転子の鉄心に着磁前永久磁石を装着し、チャッキング治具によって前記回転軸の両端部を保持して得られた棒状の治具付き加熱前回転子を、その一方端部から挿入孔へ挿入した後、前記回転軸が水平となるように保持した状態で前記治具付き加熱前回転子を加熱し、その後、排出孔から、前記一方端部が先行するように治具付き加熱後回転子を排出する加熱部と、
前記回転軸が水平となるように保持し、加熱後の前記永久磁石回転子における前記回転軸の両端部を固定治具によって固定した状態で、前記着磁前永久磁石を着磁することができる、装置軸の方向が水平となるように配置された着磁部と、
を備える永久磁石回転子の製造装置。 - 前記加熱部において、前記着磁前永久磁石の最低温度が所定温度以上となるように前記治具付き加熱前回転子を加熱することができる、請求項4に記載の永久磁石回転子の製造装置。
- 前記着磁部において、前記着磁前永久磁石を着磁した後、着磁した前記着磁前永久磁石の最高温度が所定の温度となるように、着磁した前記着磁前永久磁石を冷却することができる、請求項4または5に記載の永久磁石回転子の製造装置。
- 前記着磁部が、
前記治具付き加熱後回転子をその一方端部から挿入孔へ装入した後、前記回転軸が水平となるように保持し、さらに、前記治具付き加熱後回転子における前記回転軸の両端部を固定治具によって固定した状態で、前記着磁前永久磁石を着磁した後、排出孔から前記一方端部が先行するように排出することができる、装置軸の方向が水平となるように配置された着磁部である、請求項4~6のいずれかに記載の永久磁石回転子の製造装置。 - 前記加熱部の内部において前記治具付き加熱前回転子を搬送する経路と、前記着磁部の内部において前記治具付き加熱後回転子を搬送する経路とが繋がっていて、1本の直線的な経路となっている、請求項7に記載の永久磁石の製造装置。
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