JPWO2011048652A1 - 着磁装置、永久磁石式電動機の製造方法 - Google Patents

Abstract

着磁電源を使用せずに着磁を可能にした永久磁石式の着磁電源であって、被着磁片５を通すことが可能な寸法を有する磁界発生空間３と、前記磁界発生空間の互いに対向する位置に設けられた磁界方向が互いに同じ一対の永久磁石１ａ，１ｂを少なくとも含み、一方の永久磁石から磁界発生空間を貫通して他方の永久磁石に入り最終的に前記一方の永久磁石に戻る循環する磁界４ａを形成する磁気回路４と、を備えた。さらに磁気回路４は例えば、一対の永久磁石１ａ，１ｂの磁界発生空間側に設けられ、一端が永久磁石に接し他端は磁界発生空間に接し、一端から他端に向かって磁界方向と直交する面の断面積が減少する形状のポールピース２ａ，２ｂと、それぞれの永久磁石のポールピースと反対側の間を接続するヨーク２を含み得る。

Description

この発明は、着磁装置およびこれを用いた永久磁石式電動機の製造方法に関するものである。

従来、永久磁石式電動機の永久磁石を着磁するときは、パルス電源で通電して大きな磁界を発生する着磁ヨークを用いており、特に大型モータ用磁石の多極着磁では、着磁ヨーク、及び着磁電源ともに大型化してしまう問題があった。

これを解決するため、着磁電源に対し、一つのコイルと見なされる着磁コイルを、巻線抵抗が無視できる単位に分割して、着磁電源の容量と電源電圧を抑える方法がある。

このような技術を用いた従来例として、たとえば下記特許文献１では、分割された各々の着磁コイルに対応して、着磁電源の出力部を設け、各出力部を同時に動作させることにより、高電圧の高エネルギー大型電源を使用しないで容易に必要な出力電流を確保でき、かつ、小型、省電力で安価な電源を用いることによって着磁が可能な、大型マグネットの多極着磁方法を提案している。

特開平７−１０６１２９号公報(２頁０００７行、図１)

しかしながら、上記特許文献１では着磁電源が必要なため、省電力化はできても、無電力化はできないという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、着磁電源を使用せずに着磁を可能にした永久磁石式の着磁電源等を提供することを目的とする。

この発明は、被着磁片を通すことが可能な寸法を有する磁界発生空間と、前記磁界発生空間の互いに対向する位置に設けられた磁界方向が互いに同じ一対の永久磁石を少なくとも含み、一方の永久磁石から磁界発生空間を貫通して他方の永久磁石に入り最終的に前記一方の永久磁石に戻る循環する磁界を形成する磁気回路と、を備えたことを特徴とする着磁装置にある。

この発明によれば、着磁電源用設備等が不要となり、電源設備及び工場電源エネルギーのコストを不要にできる。

この発明の実施の形態１による着磁装置の構成を示す側面図である。 この発明の実施の形態２による着磁装置の構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３による着磁装置の構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態４による着磁装置の構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態４による着磁装置の構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態５による着磁装置の構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態６による着磁装置を説明するための図である。 この発明の実施の形態６による着磁装置を説明するための図である。 この発明の実施の形態７による着磁装置の構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態８による着磁装置の構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態９による着磁装置の構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１０による着磁装置の構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１１による永久磁石式電動機の製造方法で使用される永久磁石式の着磁装置の一例の斜視図である。 この発明の実施の形態１１による永久磁石式電動機の製造方法で使用される永久磁石式の着磁装置の別の例の斜視図である。 この発明の実施の形態１１による永久磁石式電動機の製造方法において界磁ヨークに貼り付けられた着磁された被着磁片を示す図である。

以下、この発明を各実施の形態に従って説明する。なお、各実施の形態において同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による着磁装置の構成を示す側面図である。図１において、着磁装置は、一対の磁界発生永久磁石１ａ，１ｂ、一対のポールピース(磁極片)２ａ，２ｂ、および磁界発生永久磁石１ａ，１ｂ間を接続するヨーク(継鉄)２で構成される磁気回路４で、循環する磁界４ａを発生させる。この磁界４ａは磁気回路４内に形成された磁界発生空間３を通る。ポールピース２ａ，２ｂおよびヨーク２は純鉄や低炭素鋼など、高透磁率の軟磁性体で構成される。

互いに同じ磁界方向を有する一対の磁界発生永久磁石(以下磁石とする)１ａ，１ｂは、磁界発生空間３の両側に互いに対向して配置されている。磁界発生空間３は、被着磁片５を通すことが可能な寸法を有している。被着磁片５は、例えばネオジウム磁石(着磁前のネオジウム磁石)である。磁石１ａ，１ｂの磁界発生空間３側に隣接して設けられたポールピース２ａ，２ｂは、それぞれ、一端が磁石１ａ，１ｂに接し他端は磁界発生空間３に接し、磁界方向と直交する面の断面積が一端から他端に向かって減少するテーパ形状を有する。ヨーク２は、一対の磁石１ａ，１ｂのそれぞれのポールピース２ａ，２ｂと反対側の間を接続する。

これにより、磁石１ａ，１ｂの磁束を、磁界発生空間３に面したポールピース２ａ，２ｂの面に収束させることにより、磁束密度を向上することができ、着磁に必要な２Ｔ(テスラ)以上の磁束密度を磁界発生空間３に発生できる。このため、着磁電源用設備等が不要となり、それに伴い着磁電源等の冷却も不要となるため、着磁作業の待ち時間を短縮できる。

実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２による着磁装置の構成を示す斜視図である。図２において、着磁装置の磁気回路４は、一対の磁界発生永久磁石１ａ，１ｂと、これらの間に設けられた複数の中間永久磁石(以下中間磁石とする)１ｃから構成されている。磁石１ａ，１ｂおよび複数の中間磁石１ｃは、環状(この実施の形態では中心に空間を有する八角柱状)にハルバッハ配置されている。八角柱状の磁気回路４の中心部には、八角柱形状の磁界発生空間３が形成されている。

すなわち、例えば、一対の磁石１ａ，１ｂおよび複数の中間磁石１ｃは同じ形状を有し、それぞれ１つの八角柱を八角柱の軸(八角形の上面と下面のそれぞれの中心を通る軸)を中心に８等分した三角柱の、八角柱の中心側になる部分に外側面と並行な内側面を形成するように切り欠き部を設けた、水平断面が台形の四角柱の形状を有する。なお、磁気回路４の構成は、磁界発生空間３に磁界の方向が向いた一対の磁石を含む４個以上の偶数個の磁石を環状にハルバッハ配置し、中心に空間を有する４以上の偶数角の多角柱であればよい。

磁気回路４は磁石のみで、八角柱の軸方向と直交する面内で磁界を形成している。そして被着磁片５を、磁界発生空間３に八角柱の軸方向に沿って挿入することにより、磁界発生空間３に発生する磁界により被着磁片５への着磁が可能となる。

これにより、ポールピースを用いることなく、永久磁石のみで磁気回路を形成できるため、着磁装置の小型化ができる。また、着磁装置の軸方向の長さ、すなわち磁界発生空間３の被着磁片５の挿入方向の長さが被着磁片５の長手方向の長さより短い場合でも、被着磁片５を磁界発生空間３の内部を着磁装置の軸方向に沿って貫通させることで被着磁片５全体を着磁できるため、被着磁片５の長さに関係なく着磁できる。

実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３による着磁装置の構成を示す斜視図である。この実施の形態の着磁装置では図３に示すように、実施の形態２の着磁装置において、被着磁片５を磁界発生空間３内に導く、またはさらに磁界発生空間３内を着磁装置の軸方向に通す搬送機構であるガイドレール６を設置している。

これにより、ガイドレール６に沿って被着磁片５を磁界発生空間３内に挿入または貫通させることができる。またガイドレール６を磁界発生空間３内に精度よく固定することで(この場合ガイドレール６は位置決め機構の機能も有する)、被着磁片５を磁界発生空間３内の所望の位置(例えば磁界発生空間の中心や多角柱形状の着磁装置の軸位置)を通るように精度よく位置決めでき、着磁不良を防止できる。

実施の形態４．
図４，５はこの発明の実施の形態４による着磁装置の構成を示す斜視図である。図４は被着磁片５を着磁装置に挿入する前の状態、図５は被着磁片５を着磁装置に挿入した状態を示す。図４および図５に示すように、被着磁片５は取っ手８ａを有するトレー８上に搭載されて磁界発生空間３に挿入される。トレー８は、被着磁片５を搭載して磁界発生空間３内に挿入された時に、被着磁片５を磁界発生空間３内の所望の位置に位置決めできる寸法を有する(位置決め機構)。また、被着磁片５を磁界発生空間３内を着磁装置の軸方向に沿って貫通させることができる。これにより、被着磁片５を手作業で着磁でき、かつ被着磁片５を磁界発生空間３の所望位置に精度よく位置決めできるため、着磁不良を防止できる。

実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５による着磁装置の構成を示す斜視図である。この実施の形態では図６に示すように、実施の形態２の着磁装置において、磁界発生空間３内を着磁装置の軸方向に沿ってトレー８に搭載された被着磁片５が通るようにベルトコンベア９を設置固定している。これにより、自動で被着磁片５を着磁でき、かつ実施の形態４のトレー８のような形状により位置決め機構の機能を備えるトレー８を用いることにより、被着磁片５を磁界発生空間３内の所望位置に精度よく位置決めできるため、着磁不良を防止できる。

実施の形態６
図７，８はこの発明の実施の形態６による着磁装置を説明するための図である。図７はＤ型(蒲鉾型、反円筒(semicylindrical)型)の横断面形状の被着磁片５を着磁する場合の着磁装置の斜視図である。図８の(ａ)〜(ｃ)はＣ型(アーチ型)の横断面形状の被着磁片５を着磁する場合の図であり、(ａ)は斜視図、(ｂ)は被着磁片５を内側曲面を下にしてガイドレール６に搭載した場合の(ａ)の矢印Ａから見た矢視図、(ｃ)は被着磁片５を外側曲面を下にしてガイドレール６に搭載した場合の(ａ)の矢印Ａから見た矢視図である。

電動機ではＮ，Ｓ両方の極性の磁石が必要であるため、極性毎に着磁装置に挿入する被着磁片５の向きを反転させる。Ｃ型横断面形状の被着磁片５の場合、図８の(ｂ)(ｃ)に示すようにガイドレール６の内側側面を被着磁片５の両側端面の形状に合わせて形成することで、被着磁片５が内側曲面を下にして搭載されても、また外側曲面を下にして搭載されても安定して着磁装置に挿入することができる。またＤ型の被着磁片５においても、図８のガイドレールを用いて上下反転できるため、Ｎ極、Ｓ極の着磁を同様に行うことができる。

これにより、着磁装置は電源を必要としないため、着磁装置はＮ極用、Ｓ極用をそれぞれ別個に用意することが容易である。その場合、同じ構成を有する２つの着磁装置の内１つを天地反転すれば両極性に対応できる。

実施の形態７．
図９はこの発明の実施の形態７による着磁装置の構成を示す斜視図である。この実施の形態の着磁装置では図９に示すように、実施の形態２の着磁装置において、磁石１ａ，１ｂのそれぞれの磁界発生空間３の側に隣接してポールピース２ａ，２ｂを設けている。ポールピース２ａ，２ｂは磁界発生空間３を挟んで互いに向かい合うようにされている。

これにより、磁石により発生する磁気回路４の磁束をポールピースで収束させることにより、磁界発生空間３に実施の形態２の着磁装置より強い磁界を発生させることができ、着磁装置を小型化できる。さらに、実施の形態３から６のガイドレール６、トレー８、ベルトコンベア９の使用も可能である。

実施の形態８．
図１０はこの発明の実施の形態８による着磁装置の構成を示す斜視図である。この実施の形態の着磁装置では図１０に示すように、実施の形態２の着磁装置の磁気回路４において、着磁の磁束方向(磁石１ａ，１ｂの磁界を示す矢印の方向)に平行な中間磁石１ｃの少なくとも１つを抜き取って開口部１０を形成する。開口部１０は、磁界発生空間３に、着磁装置の軸方向と水平面内で直交する方向に、開口部１０から被着磁片５を挿入することができる寸法となっている。

これにより、磁界発生空間３に被着磁片５を挿入する際、磁界発生空間３への上記軸方向に垂直な方向での被着磁片５の挿入位置で着磁範囲を調整できるため、磁石組立時の磁石吸引力を抑えることにより、磁石組立作業が容易となる。さらに、実施の形態３から６のガイドレール６、トレー８、ベルトコンベア９の使用も可能である。

実施の形態９．
図１１はこの発明の実施の形態９による着磁装置の構成を示す斜視図である。図１１に示すこの実施の形態の着磁装置は、永久磁石式リニアモータの界磁側磁石を着磁するのに必要な長さを有する。直線状に２列に並んだハルバッハ配置の永久磁石列１１，１２は磁界発生空間３を挟んで互いに向かい合って配置されている。

永久磁石列１１，１２の永久磁石の並び方向と平行な磁界を有する中間永久磁石１１ａ，１２ａは、永久磁石列１１の中間永久磁石１１ａの磁束方向が、磁界発生空間３を挟んで対向する永久磁石列１２の中間永久磁石１２ａの磁束方向と互いに反対向きになるように配置されている。また、永久磁石列１１，１２の永久磁石の並び方向と直交する方向の磁界を有する磁界発生永久磁石１１ｂ，１２ｂは、永久磁石列１１の磁界発生永久磁石１１ｂの磁束方向が、磁界発生空間３を挟んで対向する永久磁石列１２の磁界発生永久磁石１２ａの磁束方向と同じ向きになるように配置されている。

これにより、多数の被着磁片５が配列された永久磁石式リニアモータ用の界磁側固定子１３を電源なしで着磁できる。

実施の形態１０．
図１２はこの発明の実施の形態１０による着磁装置の構成を示す斜視図である。図１２に示すこの実施の形態の着磁装置は、実施の形態８の着磁装置の各磁界発生永久磁石１１ｂ，１２ｂの磁界発生空間３側に、磁界発生永久磁石１１ｂ，１２ｂの面に隣接してポールピース２ａ，２ｂを設けている。ポールピース２ａ，２ｂはそれぞれ磁界発生空間３を挟んで互いに向かい合うようにされている。

これにより、磁界発生永久磁石１１ｂ，１２ｂにより発生する磁気回路の磁束をポールピース２ａ，２ｂにより収束させ、磁界発生空間３に実施の形態８の着磁装置より強い磁界を発生することができ、着磁装置を小型化できる。

実施の形態１１．
図１３から図１５はこの発明の永久磁石式電動機の製造方法を説明するための図である。この製造方法は、被着磁片の着磁と、着磁された被着磁片すなわち永久磁石の界磁ヨークへの貼り付けを含む。図１３，１４はこの製造方法で使用される永久磁石式の着磁装置の斜視図である。図１５は永久磁石式電動機のための界磁ヨーク１５に貼り付けられた着磁された被着磁片(磁石)を示す図である。

磁石は接着剤(図示省略)を用いて永久磁石式電動機のための界磁ヨーク１５(回転子鉄心)へ貼り付けるため、接着剤が硬化するまでの間、磁石を加圧する必要がある。そこでこの発明では、磁石を界磁ヨークに貼り付ける前に、部分的に着磁しておく。または磁石全体を若干弱い磁界で不完全に着磁させても良い。この貼り付け前の部分的着磁又は弱い着磁(事前着磁)は、図１３の永久磁石式の着磁装置を用いて行う。被着磁片５の所望の位置に所望の強度で磁界が当たるように、上述の実施の形態のように被着磁片５を着磁装置の磁界発生空間３に対して位置決めして通すことで、例えば被着磁片５の、界磁ヨークに固定された時に極間に当たる部分である、両端面付近のみを着磁する。

図１３の着磁装置は、例えば実施の形態７(図９参照)の着磁装置の界磁発生永久磁石１ａ，１ｂと界磁発生空間３の幅を拡げ、ポールピース２ａ，２ｂを界磁発生空間３の両側に沿って設けたものである。図１３の着磁装置の代わりに図１４の着磁装置を使用してもよい。図１４の着磁装置は、例えば逆方向に開口部１０を有する実施の形態８(図１０参照)の着磁装置を２つ、軸方向にずらして組み合わせたものである。

これらの着磁装置は電源を使用しないため、複数用意することでタクトタイムを短縮することが容易である。

次に、着磁された被着磁片５または界磁ヨーク１５の貼り付け面に接着剤を塗布し、被着磁片５を図１５に示すように界磁ヨーク１５に貼り付ける。この際、被着磁片５は部分的に着磁されているまたは弱い着磁がされているので、貼り付けるときに磁気吸引力による作業上の危険は無く、衝撃による被着磁片５の損傷も無い。もし、貼り付け前に被着磁片５が完全に着磁されている場合、強力な磁力で被着磁片５は界磁ヨーク１５に吸着される。このとき、不注意に貼り付けると、界磁ヨーク１５に衝突する衝撃で、被着磁片５が割れる恐れがある。そのため、完全に着磁された被着磁片５を貼り付ける場合、被着磁片５が割れないように注意しながら作業をする必要がある。

また、貼り付け後、被着磁片５はその磁気吸引力によって、接着剤が硬化する前に自重で剥がれ落ちることなく、接着部を加圧するため、他に加圧手段を用意する必要が無い。その加圧力は全ての被着磁片５で均一となるため、接着剤厚みを均一にする効果もある。逆に、被着磁片５を貼り付け後に着磁を行う場合、接着剤が硬化するまですべての被着磁片５を加圧し続けなければならない。多極の電動機になるほど加圧用の治具が大掛かりになってしまう。

最後に、被着磁片５は部分的に着磁されているまたは弱い着磁がされているだけなので、接着剤が硬化後に、残りの部分は電源により通電して着磁を行う電気式の着磁装置(図示省略)を用いて通常の着磁を行う。

このようにして製造された永久磁石式電動機の回転子は図１５に示すようになる。広く知られているように、被着磁片を貼り付け後に着磁する場合は、極間１６、すなわち被着磁片の両側端は、着磁磁界が被着磁片の磁化方向と平行にならないために着磁がし辛い。そのため、一般的に電源容量は被着磁片の両端のために大きくなる。しかし、この実施の形態では着磁磁界の両端を事前に着磁していたため、ここでの着磁電源の容量は抑えることができる。

なお、この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の可能な組み合わせを全て含むことは云うまでもない。

産業上の利用の可能性

この発明の着磁装置は、永久磁石式電動機の永久磁石の着磁に限定されることなく、その他の多くの分野における着磁作業に利用可能である。

１ａ，１ｂ 界磁発生永久磁石、１ｃ 中間磁石、２ ヨーク、２ａ，２ｂ ポールピース、３ 界磁発生空間、４ 磁気回路、４ａ 磁界、５ 被着磁片、６ ガイドレール、８ トレー、８ａ 取っ手、９ ベルトコンベア、１０ 開口部、１１，１２ 永久磁石列、１１ａ，１２ａ 中間永久磁石、１１ｂ，１２ｂ 磁界発生永久磁石、１３ 界磁側固定子、１５ 界磁ヨーク、極間１６。

Claims (9)

1. 被着磁片を通すことが可能な寸法を有する磁界発生空間と、前記磁界発生空間の互いに対向する位置に設けられた磁界方向が互いに同じ一対の永久磁石を少なくとも含み、一方の永久磁石から磁界発生空間を貫通して他方の永久磁石に入り最終的に前記一方の永久磁石に戻る循環する磁界を形成する磁気回路と、を備えたことを特徴とする着磁装置。
2. 前記磁気回路が、
   前記一対の永久磁石と、
   前記一対の永久磁石の前記磁界発生空間側に設けられ、一端が前記永久磁石に接し他端は前記磁界発生空間に接し、前記一端から他端に向かって磁界方向と直交する面の断面積が減少する形状のポールピースと、
   それぞれの前記永久磁石の前記ポールピースと反対側の間を接続するヨークと、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の着磁装置。
3. 前記磁気回路が、
   前記一対の永久磁石と、中心に前記磁界発生空間を形成するように前記一対の永久磁石間に前記一対の永久磁石も含めて環状にハルバッハ配置され前記循環する磁界を形成する複数の中間永久磁石からなることを特徴とする請求項１に記載の着磁装置。
4. 前記一対の永久磁石の各永久磁石に、一端が前記永久磁石に接し他端は前記磁界発生空間に接し、前記一端から他端に向かって磁界方向と直交する面の断面積が減少する形状のポールピースを設けたことを特徴とする請求項３に記載の着磁装置。
5. 前記被着磁片を前記磁界発生空間内に導くまたは磁界発生空間内を通す搬送機構および前記被着磁片を前記磁界発生空間内で位置決めする位置決め機構の少なくとも一方を備えたことを特徴とする請求項３または４に記載の着磁装置。
6. 前記一対の永久磁石と同じ磁界方向を有する前記複数の中間永久磁石のうちの少なくとも１つを設けずに、前記磁界発生空間への前記被着磁片の出し入れのためのスリット部としたことを特徴とする請求項３または４に記載の着磁装置。
7. 前記磁気回路が、
   それぞれ複数の永久磁石をハルバッハ配置により直線状に並べ前記磁界発生空間の互いに対向する位置に配置された第１および第２の永久磁石列からなり、
   前記第１および第２の永久磁石列が、前記磁界発生空間の互いに対向する位置に設けられ磁界方向が互いに同じ複数の前記対の永久磁石と、前記複数の対の永久磁石の間の前記磁界発生空間の互いに対向する位置に設けられ磁界方向が磁石配列方向に並行でかつ互いに反対の複数対の中間永久磁石と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の着磁装置。
8. 前記複数の対の永久磁石の各永久磁石が前記磁界発生空間側にポールピースを設けたことを特徴とする請求項７に記載の着磁装置。
9. 請求項２から６のいずれか１項に記載の永久磁石式の着磁装置により、界磁ヨークに固定する前の被着磁片の界磁ヨークに固定された時に極間に当たる部分を着磁するかまたは弱い磁界で被着磁片全体を着磁する第１の着磁工程と、
   前記第１の着磁工程で着磁された被着磁片を前記界磁ヨークに接着剤で接着する接着工程と、
   前記接着剤が硬化した後に、電源により通電して着磁を行う電気式の着磁装置により、界磁ヨークに固定された被着磁片全体の着磁を行う第２の着磁工程と、
   を備えたことを特徴とする永久磁石式電動機の製造方法。

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