JPH05291042A - 永久磁石の着磁方法、その装置、及び永久磁石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、永久磁石の着磁を容易にする着磁
方法、装置および永久磁石を提供する。 【構成】 被着磁材料８と着磁ヨーク５とを磁路を形成
するように配置し、励磁巻線６に励磁電流を供給して前
記磁路に磁束を通し、被着磁材料８を磁化する永久磁石
の着磁方法において、磁性材料を積層し、融着した積層
融着磁性材料５ａにより着磁ヨーク５を作製し、この着
磁ヨーク５を被着磁材料８とともに前記磁路を形成する
ように配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石の着磁方法、
その装置及び永久磁石に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石は、モータ等に多く使用され、
モータの性能を決定するものである。永久磁石には、従
来多く使用されているフェライト磁石をはじめサマリウ
ムコバルト磁石、最近使用されるようになったネオジュ
ウム磁石があり、特にサマリウムコバルト磁石、ネオジ
ュウム磁石のエネルギー積は高く、モータ等の高性能
化、小型化に寄与してきている。

【０００３】しかし、永久磁石のエネルギー積が高い
と、着磁することが難しくなる。着磁が十分に行えない
と、いくら高いエネルギー積を持つ永久磁石でも、その
性能を発揮できなく、モータ等に使用した場合、高い界
磁磁束を得ることができない。一方、着磁するために着
磁装置に使用される着磁ヨークは、厚板を切り出して作
られたり、或いは珪素鋼板を積層したものを使用したり
している。着磁の場合は、磁束密度が２Ｔ以上になるの
で、一般に純鉄系の材料として、電磁厚板等の厚板が使
用される。厚板を切り出して作る場合、着磁時の衝撃に
は極めて強いが、加工費が高く、また電気抵抗が低いの
で、パルス着磁の場合に渦電流が流れ易く、高い磁束密
度が発生しにくい等の難点を持っている。一方、珪素鋼
板を積層したものを使用する場合には、電気抵抗が高
く、渦電流による問題は生じにくく、また打ち抜き加工
で打ち抜きを作ることができ、低加工費であるが、ヨー
クの強度が弱く、着磁する場合に生じる衝撃に対し問題
があると言われている。

【０００４】そこで、高電気抵抗であり、機械強度も高
く、着磁ヨークのように複雑な形状を、低コストで得る
ことができるヨークが求められており、しかも、そのヨ
ーク磁気回路の磁気抵抗が低いものが望まれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、既に述べた
従来技術の問題点を解決し、磁気回路特性が優れ、高電
気抵抗、高機械強度であり、複雑な形状を低コストで得
ることができるヨークを使用することにより、磁石の着
磁を容易にする着磁方法、装置及び永久磁石を提供する
ことを目的としてなされた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の永久磁石の着磁
方法は、被着磁材料と着磁ヨークとを磁路を形成するよ
うに配置し、励磁巻線に励磁電流を供給して前記磁路に
磁束を通し、被着磁材料を磁化する永久磁石の着磁方法
において、磁性材料を積層し、融着した積層融着磁性材
料により着磁ヨークを作製し、この着磁ヨークを被着磁
材料とともに前記磁路を形成するように配置する。

【０００７】本発明の永久磁石の着磁装置は、着磁ヨー
ク、着磁ヨークに巻かれた励磁巻線、および励磁巻線に
励磁電流を供給する電源からなる永久磁石の着磁装置に
おいて、前記着磁ヨークが積層融着磁性材料からなって
いる。

【０００８】また、本発明の永久磁石は、被着磁材料が
上記着磁方法により着磁されたものからなっている。

【０００９】以下に、本発明を詳細に説明する。

【００１０】まず、積層融着磁性材料とは、磁性材料等
の表面に、銅や錫、亜鉛等をメッキし、加工等を必要に
応じて行った後、目的に応じた積層や組み合わせをし、
その後、加熱し、焼き付き等を生じさせ、一体化或いは
成形するものである。

【００１１】ここで言う磁性材料とは、一般の磁性材料
で、珪素鋼板等の電磁鋼板、電磁軟鉄をはじめ、コバル
トやニッケル系等の磁性材料であり、他の磁性材料でも
この発明の着磁ヨークに使用可能ならば良く、主にメッ
キ可能なものであり、他のものでも焼き付き等を生じさ
せることが可能ならば良い。形状は制限がなく板、線、
粉末その他のどのような形状のものでも、本発明の適用
が可能ならば良い。また、この磁性材料は、最終磁気特
性が得られたものではなくとも良い。着磁ヨークとして
最終使用状態になるまでに行われる焼き付き焼鈍等の工
程で、最終磁気特性が得られるもので良い。例えば、珪
素鋼板である場合、積層融着磁性材料の素材として、冷
延板等であっても良く、焼き付き焼鈍で、磁気特性が得
られるものでも良い。

【００１２】磁性材料の表面にメッキされるものとし
て、銅、アルミニウム、ニッケル、錫、亜鉛等及びこれ
らの合金を用いることができる。メッキ厚さは、積層や
組み合わせをした磁性材料の電気抵抗を高く保てるほ
ど、小さいほどよく、また、材料間での焼き付き等を促
進して材料の積層や組み合わせ形成体の機械的強度を十
分ならしめるに必要な厚さでなければならない。材料の
表面にメッキされる材料の種類は、メッキの難易度や要
求される磁気回路特性によって決定する必要がある。磁
性材料の長さ方向に対して垂直方向に磁束を流す場合に
は、メッキ材料として、ニッケル等の磁化特性の優れた
ものを選択すると良い。逆に、磁性材料の面内や線方向
等に磁束を流す場合には、非磁性の材料をメッキすれば
良い。このメッキを施す材料は全ての材料に行う必要は
ない。焼き付き等の状態が得られ、必要な機械的強度が
得られるならば、その一部で良く、また材料の全面でな
く、表面の一部あるいは片面でも良い。また、メッキ材
料も一種類以上を組み合わせても良い。

【００１３】磁性材料を積層したり、組み合わせる場
合、使用される磁束流れに沿って、磁性材料の磁化容易
軸をできるだけ揃えるように配置したり、或いは形状磁
気異方性を利用して、磁性材料の形状や配置を利用する
と良い。例えば、一方向性電磁鋼板や二方向性電磁鋼板
等のように、磁化容易軸が材料の圧延方向に揃っている
場合には、使用する磁束流れに沿って、圧延方向にでき
るだけ合わせて配置したり、あるいは、使用する磁束流
れに沿うように、板状磁性体の板面や線状磁性体の線方
向を合わせると良い。この磁性材料を積層したり、組み
合わせる前に、最終的に着磁ヨークとして使用される形
状や既に述べた磁束流れを考慮した形状に、予め加工し
ていると良い。この加工は、切断や打ち抜きであり、必
要があれば、成形加工でも良い。この形成加工を用いた
場合には組み合わせ形成後に材料間を十分に焼き付かせ
るために接触面積を増やす場合や得られる磁性体の占積
率を高めるためにも効果的である。

【００１４】磁性材料等を積層し、組み合わせた後、材
料間を焼き付き等を行わせるための焼鈍を行う。この焼
き付け等とは、高温でのメッキ材料の溶解によるものや
メッキ材料間での化学反応や、積層や組み合わせする材
料とメッキ材料との化学反応等によるもの、さらに、高
温下で接着現象を生じせしめるものである。材料間を十
分に焼き付き等を行わせ、機械的強度の高い磁性体とす
るためには、磁性材料等の表面は、油や異物による汚れ
のない清浄なものであること及び表面粗度の小さいこと
が必要である。磁性材料等の表面を清浄するには、酸洗
や油洗を行えば良い。この焼き付き等の工程である焼鈍
での温度差による熱歪を考慮することも必要である。焼
鈍は、材料間での焼き付き等を生ぜしめるものであると
ともに、成形加工された磁性材料等の組み合わせ形成体
の歪を解放させるものである。

【００１５】また、最終の着磁ヨークにおいて必要な機
械的強度を有せしめるに必要な温度と時間で遂行されな
ければならない。この焼鈍工程で、成形加工された磁性
材料等の積層や組み合わせ形成体が所定の形状を維持
し、材料間での焼き付きを促進するためには、焼鈍は、
成形加工された磁性材料等の積層や組み合わせ等の形成
体を加圧状態のもとで行わなければならない。しかしな
がら、積層や成形された材料の組み合わせ形成体の自重
で同じ効果が得られるならば加圧手段を省略できる。ま
た、焼鈍は還元雰囲気下に遂行されることが好ましい。

【００１６】積層融着磁性材料の素材は、主に、既に述
べた磁性材料であるが、必要があるならば磁性材料以外
のものを一部に組み合わせても良い。例えば、着磁ヨー
クを他の部分に接着する場合に、同時に焼き付き等を行
わせても良い。

【００１７】本発明の目的には、ヨークの電気抵抗を高
くする必要がある。そのためには、積層融着磁性材料の
素材の磁性材料に、２０μΩcm以上の電気抵抗率を使用
すると良い。そのためには、素材が珪素鋼板である場
合、珪素含有量が１重量％以上７重量％以下である珪素
鋼板であると良い。

【００１８】積層融着磁性材料素材に施されるメッキ材
料として、既に述べたもののうち、銅、錫、亜鉛のうち
１つ以上またはこれらの合金であると、機械強度が高い
積層融着磁性材料が得られ易い。また、メッキ材料とし
て銅と錫を用い、積層融着磁性材料の素材として、珪素
鋼板の冷延板を用いた場合、珪素鋼板の最終焼鈍と焼き
付き焼鈍を兼ねることが可能である。

【００１９】この着磁方法を用いて、着磁ヨークを作
る。永久磁石等を、着磁即ち所定の起磁力を生じさせる
ことをするためには、外部より磁界を永久磁石に加える
必要があり、励磁巻線に電流を流し起磁力とし、このと
き生じる磁束を着磁しようとする永久磁石に効率よく流
すために着磁ヨークが使用される。この着磁ヨークは着
磁しようとする磁石と閉磁路を作るもので、着磁するた
めの励磁巻線は、一般に、この着磁ヨークに巻かれる
が、磁石等の他の場所でも着磁可能ならば良い。着磁ヨ
ークは積層融着磁性材料を作るとき、最終形状を考慮し
て作り、そのまま使用しても良いが、積層融着磁性材料
を作った後、最終形状に加工しても良い。或いは、一部
分を積層融着させるときに加工し、残りの部分を積層融
着後に加工しても良い。

【００２０】着磁装置を作るには、この着磁ヨークを用
いると良い。着磁ヨークに、着磁する磁石の種類、性能
と着磁電源容量等を考慮した巻き方を行うと良い。

【００２１】このようにして作られた着磁装置で、永久
磁石を着磁する。このとき、積層融着磁性材料は、所定
の磁気回路に適した磁性材料を組み合わせ、任意の形状
のものを使用でき、かつ、高電気抵抗素材を使用すれ
ば、着磁のとき生じるヨーク内の渦電流を抑制すること
ができるので、効率的に高い磁束密度の磁束を磁石に流
すことができるとともに、機械強度が高いので、着磁の
機械的な問題が少ない。特に、着磁ヨークが複雑になる
場合には、方向性電磁鋼板を磁束流れに沿って磁化容易
軸を配置するようにして積層融着磁性材料を作り、着磁
ヨークとすると、通常ではできない着磁も可能となる。
したがって、着磁した永久磁石は、十分に素材が有する
高エネルギー積の磁石になり、この磁石を使用した部品
や装置も従来の性能以上のものが得られる。

【００２２】

【実施例】

［実施例１］図１に示すように、Ｓｉ含有量が３％であ
る０．３mmの方向性電磁鋼板１に先ずＣｕメッキ２を１
μｍ、その後Ｓｎメッキ３を０．２μｍ施し、方向性電
磁鋼板４を準備する。上記メッキされた方向性電磁鋼板
４を、図２に示す最終形状に切り出し、目的の厚さにな
るように積層したのち本発明の焼き付け焼鈍を行って積
層融着磁性材料５ａを作製する。この積層融着磁性材料
５ａにより着磁ヨーク５を形成し、着磁ヨーク５に励磁
巻線６を施し、励磁巻線６に着磁電源７を接続して着磁
装置を構成する。

【００２３】焼き付け焼鈍は、水分を殆ど含まない５％
水素、９５％窒素の雰囲気中で、８００℃、２時間で約
３０ｇ／cm² の加圧状態で行った。着磁しようとする永
久磁石８を着磁するには、磁束の流れの一例が９で示さ
れ、この流れに沿って、磁気容易軸の方向１０に向いた
方向性電磁鋼板が配置されている。積層融着磁性材料の
１１で示される部分は、切断部が１層ごとずらされて、
方向性電磁鋼板が積層され、焼き付きしているので、着
磁ヨーク自身は機械強度が強いものになっている。図３
には、焼き付き状態を示し、１２が焼き付き部である。

【００２４】［実施例２］図４は、４極アウターロータ
型ブラシレスモータ用磁石を着磁するための着磁ヨーク
として積層融着磁性材料を使用した着磁方法の実施例で
ある。Ｓｉ含有量が３％である０．３５mmの二方向性電
磁鋼板にＣｕメッキ１μｍ、Ｓｎメッキ０．２μｍを施
したものを使用し、積層、カシメを行い、焼き付き焼鈍
を行って作った積層融着磁性材料１３ａを着磁ヨーク１
３とした。その着磁ヨーク１３に着磁巻線１４，１５を
施している。図５は、図４を横からみた図である。この
着磁ヨーク１３は、非常に長い円筒型磁石の内側を４極
に着磁するもので、積層融着磁性材料１３ａの素材の二
方向性電磁鋼板の磁化容易軸の方向１６が、各極に対応
しているので、着磁磁束の流れ易い磁気回路になってい
る。なお、符号１７は着磁ヨーク１３の保持部分を示し
ている。

【００２５】しかも、素材が３％Ｓｉを含んでいるた
め、積層融着磁性材料は高電気抵抗であるので、着磁パ
ルスに対して渦電流も流れにくいので、この着磁ヨーク
を用いると、低電力で着磁できる。また、通常の珪素鋼
板を用いると、非常に長い着磁ヨークの場合、着磁の際
の衝撃力に対する機械強度が問題となるが、この積層融
着磁性材料を用いると、ヨーク自体の強度が、２０kg／
mm² 以上が確保でき、この着磁衝撃に耐えうるものであ
る。

【００２６】

【発明の効果】本発明の着磁方法に使用される着磁ヨー
クは、着磁しようとする磁束流れに沿って、磁化容易軸
が揃っているので、理想的な磁気回路を構成し、また、
積層融着磁性材料の素材に電気抵抗の高い磁性材料を使
用すると、渦電流を抑制できる。従って、パルス着磁を
する場合、着磁電源容量の小さいもので、従来より容易
に着磁できるので、工業的価値が大きい。さらに、この
場合、ヨークに渦電流が流れないので、ヨークでの鉄損
が低いのは言うまでもないが、渦電流が抑制されるた
め、励磁巻線に流れる電流も小さくでき、励磁巻線も導
線の電気抵抗による損失も抑えられるので、励磁巻線や
ヨークでの温度が低くでき、励磁巻線の絶縁劣化が抑え
られるだけでなく、励磁巻線をモールド等を行い固定し
ている場合、固定の耐久性が高くなり、断線等の問題も
少なくなる。一方、励磁巻線や着磁ヨークの上昇温度が
抑えられるならば、従来より大電流を流すことが可能で
あり、着磁能力を上昇させることができる。これらの温
度上昇による耐久性上昇や、着磁能力アップは、多くの
永久磁石を連続して着磁する場合には、重要であり、特
に工業的に価値がある。この着磁方法で着磁すると、工
業的な量産工程で作られる永久磁石は高エネルギー積に
着磁でき、これを使用した部品や装置は、性能アップす
ることは言うまでもない。

【００２７】本発明の着磁方法に使用される着磁ヨーク
は、また機械強度が極めて高く、着磁する場合の発生衝
撃に耐えうるものであり、励磁巻線断線等の問題も低下
し、この点でも工業的価値が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】メッキを施した方向性電磁鋼板を拡大して示す
斜視図である。

【図２】積層融着磁性材料を使用した着磁装置を示す装
置構成図である。

【図３】磁性材料の焼き付き状態を拡大して示す図面で
ある。

【図４】４極アウターロータ型ブラシレスモータ用磁石
を着磁するための着磁装置の一部を示す平面図である。

【図５】図４に示す装置の側面図である。

【符号の説明】

１ 方向性電磁鋼板 ２ Ｃｕメッキ層 ３ Ｓｎメッキ層 ４ メッキを施した方向性電磁鋼板 ５ 着磁ヨーク ５ａ 積層融着磁性材料 ６ 励磁巻線 ７ 着磁電源 ８ 被着磁材料（永久磁石） ９ 磁束の流れ １０ 方向性電磁鋼板の磁気容易軸の方向 １１ 方向性電磁鋼板の焼き付き部分 １２ 焼き付き部 １３ 着磁ヨーク １３ａ 積層融着磁性材料 １４ 着磁巻線 １５ 着磁巻線 １６ 二方向性電磁鋼板の磁化容易軸の方向 １７ 着磁ヨークの保持部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被着磁材料と着磁ヨークとを磁路を形成
   するように配置し、励磁巻線に励磁電流を供給して前記
   磁路に磁束を通し、被着磁材料を磁化する永久磁石の着
   磁方法において、磁性材料を積層し、融着した積層融着
   磁性材料により着磁ヨークを作製し、この着磁ヨークを
   被着磁材料とともに前記磁路を形成するように配置する
   ことを特徴とする永久磁石の着磁方法。
2. 【請求項２】 前記積層融着磁性材料の素材が２０μΩ
   cm以上の電気抵抗率を有するものである請求項１記載の
   着磁方法。
3. 【請求項３】 前記積層融着磁性材料の素材が珪素を１
   重量％以上、７重量％以下である珪素鋼板である請求項
   ２記載の着磁方法。
4. 【請求項４】 前記積層融着磁性材料の素材が銅、錫、
   亜鉛のうち１つ以上またはこれらの合金をメッキした磁
   性材料である請求項１，２または３記載の着磁方法。
5. 【請求項５】 着磁ヨーク、着磁ヨークに巻かれた励磁
   巻線、および励磁巻線に励磁電流を供給する電源からな
   る永久磁石の着磁装置において、前記着磁ヨークが積層
   融着磁性材料よりなることを特徴とする永久磁石の着磁
   装置。
6. 【請求項６】 前記積層融着磁性材料の素材が請求項
   ２，３または４項記載の素材よりなる請求項５の永久磁
   石の着磁装置。
7. 【請求項７】 請求項１，２，３または４項記載の着磁
   方法により被着磁材料を着磁したことを特徴とする永久
   磁石。