JP2004072820A - Ａｃモータの回転子の着磁治具及びそれを用いた製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製作が容易で安全なＨａｌｂａｃｈ磁石配列を持つＡＣモータの回転子の製造方法及びその着磁治具を提供する。
【解決手段】回転軸２１と回転軸２１の周囲に設けられた回転子鉄心２２と、回転子鉄心２２の外周面に固定され未着磁の状態でＨａｌｂａｃｈ磁石配列に沿って磁化容易方向を合わせて成る複数の未着磁磁石２４と、を備えて成るＡＣモータの回転子２０を、Ｈａｌｂａｃｈ磁石配列用着磁治具４０の中央空間に配置し（図３（ａ））、着磁治具４０によって一括着磁させてすべての磁石２４を磁化容易方向に合わせて着磁することにより、磁極が１極当り複数個の永久磁石に分割されていて、各永久磁石の磁化方向が磁極中心に集中するように配置された磁石配列であるいわゆるＨａｌｂａｃｈ磁石配列を形成する（図３（ｂ））。
【選択図】　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆるＡＣモータに関し、特にその回転子の着磁治具およびこれを用いた製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来より公知のＡＣモータの一例を示す横断面図である。
図において７０は回転子で、７１は回転軸、７２は回転子鉄心、７４は永久磁石、また８０は固定子で、８８は固定子鉄心、８８ａはティース、８９は固定子巻線である。このように産業用に使用されるＡＣモータは固定子８０に固定子鉄心８８と巻線８９、回転子７０に永久磁石７４を備えている。固定子鉄心８８はけい素鋼板などの薄板材を多数枚積層して形成し、固定子８０の内側は放射状のティース８８ａとなっており、そのティース８８ａにそれぞれ絶縁被覆電線８９が巻装されている。固定子８０の中に、表面に永久磁石７４が固定された回転子７０が配置されている。前記の固定子巻線８９に三相交流電流を流すことにより回転磁界が発生し、回転子７０を回転させている。回転子７０の磁石配列としては、従来よりラジアル配向の磁石配列が知られている。
【０００３】
図６は従来のラジアル配向の磁石配列の一例を示している。
図において、回転子７０は回転軸７１の周囲に回転子鉄心７２とその周囲に永久磁石７４を偶数個（図では６個の場合を示している。）、磁極の向きを交互に逆にして周方向表面に配列して成るものである。この構成によると、製造が簡単でコストダウンになるものの、高い磁束密度が得られにくく、したがってモータの高トルク化にあまり有効ではなかった。
【０００４】
図７は図６のラジアル配向の磁石配列を得るためのＡＣモータの回転子の着磁治具の横断面図を示している。図において、９０は着磁治具、９５は着磁鉄心、９６は着磁コイル、９７は着磁鉄心のティースである。図の着磁治具９０はラジアル磁石配向の回転子を得るために、着磁鉄心のティース幅Ｔを出来る限り大きくすることにより、着磁の効率を上げていた。しかし従来の着磁治具９０では、ラジアル配向の磁石配列であるため、前述の欠点である高い磁束密度が得られにくく、したがってモータの高トルク化に有効なものとはならなかった。
ところが、これに代わるものとして、近年いわゆるＨａｌｂａｃｈ（ハルバッハ（またはハルバック））磁石配列と呼ばれる磁石配列が用いられるようになってきている。このＨａｌｂａｃｈ磁石配列を用いることにより、高い磁束密度が得られ、モータの高トルク化などに極めて有効であることが知られている。
【０００５】
図８は、Ｈａｌｂａｃｈ磁石配列を有するＡＣモータの回転子の横断面図である。図８において、２０は回転子、２１は回転軸、２２は回転子鉄心である。２３は１極分の磁極を示している（ここでは４個で１極）。２４は１極分の磁極を形成する分割された永久磁石である。図８において磁極数が６極、１極の分割数が４個の場合のＨａｌｂａｃｈ磁石配列である。各永久磁石２４の中に描かれている矢印は各永久磁石２４の磁化方向を示している。このように、Ｈａｌｂａｃｈ磁石配列は１極当り複数個の永久磁石に分割し、各永久磁石の磁化方向を少しずつ変えることにより、磁極中心に磁束が集中するように各永久磁石を配列しているので高い磁束密度が得られ、モータの高トルク化などに極めて有効である。分割数は、通常１極当り２〜５分割が用いられる。
【０００６】
図９はＨａｌｂａｃｈ磁石配列回転子を用いたＡＣモータの一例を示す横断面図である。図において２０はＨａｌｂａｃｈ磁石配列回転子で、２１は回転軸、２２は回転子鉄心、２４は永久磁石、また８０は固定子で、８８は固定子鉄心、８８ａはティース、８９は固定子巻線である。固定子鉄心８８はけい素鋼板などの薄板材を多数枚積層して形成し、固定子８０の内側は放射状のティース８８ａとなっており、そのティース８８ａにそれぞれ絶縁被覆電線８９が巻装されている。固定子８０の中央空間内に、表面に永久磁石２４がＨａｌｂａｃｈ磁石配列された図８の回転子２０が配置されている。そこで固定子巻線８９に三相交流電流を流すことにより回転磁界が発生し、回転子２０を回転させている。
このようなＨａｌｂａｃｈ磁石配列を持つＡＣモータの回転子２０は、ラジアル配向の磁石配列と比較して、高い磁束密度が得られ、モータの高トルク化に極めて有効である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところがこのようなＨａｌｂａｃｈ磁石配列を持つＡＣモータの回転子２０は、ラジアル配向の磁石配列と比較して、逆に、製作時に以下の問題点を有している。
（１）従来のラジアル配向の磁石配列と比べて、永久磁石の必要個数は約２〜５倍であり、その分、永久磁石の着磁や固定の回数が増加する。
（２）隣接する磁石の磁化方向が異なることにより、隣接する永久磁石間に働く力は回転力を伴うものとなることから、永久磁石の固定作業が極めて困難となる。
すなわち、Ｈａｌｂａｃｈ磁石配列を持つＡＣモータの回転子２０の製造は、従来、図１０のフローチャートに示すような方法で行われていた。すなわち、（１）ステップ７１では、各永久磁石をＨａｌｂａｃｈ磁石配列に合わせて磁石単体にて着磁し、（２）ステップ７２では回転子を磁石固定治具に装着し、（３）ステップ７３では、ステップ（１）で得られた着磁済みの各永久磁石をＨａｌｂａｃｈ磁石配列の磁化方向に合わせて回転子鉄心２２に１個ずつ接着固定するものである。
このように、従来のＨａｌｂａｃｈ磁石配列作業にあっては、着磁済みの永久磁石間に働く力は回転力を伴うものとなるため、着磁済みの永久磁石２４を１個ずつ並べていくことは極めて困難で、永久磁石２４で手を挟み怪我をする危険性があった。そのため専用の固定治具が必要となり、永久磁石の固定作業に多大の手間と時間を要することになった。
したがって本発明の目的は、これらのＨａｌｂａｃｈ磁石配列の持つ欠点を解決するもので、製作が容易で安全なＨａｌｂａｃｈ磁石配列を持つＡＣモータの回転子の製造方法及びその着磁治具を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１記載のＡＣモータの回転子の着磁治具の発明は、中心部に回転子を配置する空間を有し、前記空間の周囲に着磁鉄心を有し、前記着磁鉄心は前記回転子の磁極数に応じて一定間隔で配置された着磁鉄心のティースと、着磁鉄心のティースに巻いた着磁コイルから構成されて成るＡＣモータの回転子の着磁治具において、前記着磁鉄心のティース幅をＴ、隣接する着磁鉄心のティース間の開口部をＨとした場合、Ｋを式（１）で定義したとき、Ｋが式（２）の範囲内であることを特徴とする。
Ｋ＝Ｔ／（Ｔ＋Ｈ）・・・（１）
Ｋ＝０．４５〜０．５５　　　　　　・・・（２）
以上の構成によって、着磁電流により発生する磁界は、ティースの真下にある永久磁石には半径方向に、ティースから少し外れている永久磁石は半径方向に対して斜め方向に、ティースから大きく外れている永久磁石は半径方向に対して９０度の方向に、というようにＨａｌｂａｃｈ磁石配列の各永久磁石の磁化容易方向に沿って磁界が作用するので、各永久磁石を完全に着磁することができ、Ｈａｌｂａｃｈ磁石配列を後着磁にて形成することができる。
【０００９】
請求項２記載のＡＣモータの回転子の製造方法の発明は、回転軸と該回転軸の周囲に設けられた回転子鉄心と、該回転子鉄心の外周面に固定され未着磁の状態でＨａｌｂａｃｈ磁石配列に沿って磁化容易方向を合わせて成る複数の未着磁磁石と、を備えて成るＡＣモータの回転子を、請求項１記載の着磁治具の前記空間に配置し、該着磁治具によって一括着磁させてすべての磁石を磁化容易方向に合わせて着磁することにより、磁極が１極当り複数個の永久磁石に分割されていて、各永久磁石の磁化方向が磁極中心に集中するように配置された磁石配列であるいわゆるＨａｌｂａｃｈ磁石配列を形成することを特徴とする。
以上の構成により、永久磁石を末着磁の状態で固定するので、固定作業は極めて容易になる。また、着磁作業もすべての永久磁石の固定作業後に回転子全体を着磁治具に挿入して、一度に全永久磁石を磁化方向に合わせて着磁するので着磁作業も極めて容易になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＡＣモータの回転子の製造方法及びその着磁治具の実施の形態について図に基づいて説明する。
図１はＨａｌｂａｃｈ磁石配列のＡＣモータの回転子を得る本発明に係るフローチャートである。
（１）ステップ１では、まず、Ｈａｌｂａｃｈ磁石配列を構成する各永久磁石を、未着磁の状態で、磁化容易方向が磁極中心に集中するように配列させて、固定をしていく。このようにすれば未着磁の状態であるため、各永久磁石間には何ら力は発生しないので固定作業は極めて容易となる。
（２）ステップ２で、永久磁石をすべて固定した後、回転子全体を後述する本発明に係る着磁治具に挿入する。
（３）ステップ３で、この状態において一度に全永久磁石を各永久磁石の磁化容易方向に合わせて着磁する。
以上のフローによれば、未着磁の状態での永久磁石の配列であるので、磁石間には何ら力は発生しないので固定作業は極めて容易となり、固定作業に多大の手間と時間を省くことができるようになると共に、図１０のフローのような永久磁石で手を挟み怪我をする危険性もなくなる。
【００１１】
次に本発明による着磁治具について、以下に図を用いて詳細に説明する。
図２は、本発明に係るＡＣモータの回転子の着磁治具の１例の横断面図である。図２において、４５は着磁鉄心、４６は着磁コイル、４７は着磁鉄心のティースである。４５の着磁鉄心は、通常、けい素鋼板などの薄板材を多数枚積層して形成する。４６の着磁コイルは、通常、ガラス繊維を含有する絶縁被覆電線を用いる。４６の着磁コイルは隣接する着磁鉄心のティースには、逆向きに巻装し、各着磁コイルは直列に接続される。図２の着磁治具の内部に、ＡＣモータの回転子を挿入し、４６の着磁コイルに大電流を流すことにより、内部に強力な磁場が発生し、回転子鉄心の表面に固定された永久磁石が着磁される。
ここで、着磁鉄心のティースの幅Ｔと、隣接する着磁鉄心のティース間の開口部の幅Ｈから求められる値Ｋ＝Ｔ／（Ｔ＋Ｈ）が、０．４５〜０．５５になる着磁治具を考えると、その内部に発生する磁場の磁束線の方向は、ほぼＨａｌｂａｃｈ磁石配列の磁化方向と一致する。
したがって、Ｋ＝０．４５〜０．５５となる着磁治具を用いて、前記の末着磁の状態でＨａｌｂａｃｈ磁石配列にて固定した回転子を着磁すれば、各永久磁石の磁化容易方向にほぼ合わせて着磁をすることができる。
【００１２】
図３は着磁治具４０の内部にＡＣモータの回転子２０を挿入した状態を示しており、（ａ）は永久磁石２４が着磁される前の状態、（ｂ）は永久磁石２４が着磁された後の状態を示している。永久磁石２４の矢印は着磁方向を指している。（ａ）の未着磁の状態での永久磁石は配列は、磁石間に何ら力は発生しないので固定作業は極めて容易である。
（ｂ）では（ａ）の状態で着磁コイル４６に大電流を流すことにより、内部に強力な磁場が発生し、回転子鉄心２２の表面に固定された全ての永久磁石２４が一度に着磁される。その場合の上述のように各磁石の磁化方向がＨａｌｂａｃｈ磁石配列となる方向になるように、予め各ティースの幅と開口幅を決めてあるので、図示矢印のようなＨａｌｂａｃｈ磁石配列となる。
【００１３】
図４は磁界解析の結果であり、図で２４’は図３に示す永久磁石２４の１／２極分を示している。図４より、着磁電流により発生する磁束線は、ほぼＨａｌｂａｃｈ磁石配列の磁化方向と一致していることがわかる。
【００１４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の着磁治具によれば、着磁鉄心のティースの幅Ｔと隣接する着磁鉄心のティース間の開口部の幅Ｈから求められる値ＫをＫ＝Ｔ／（Ｔ＋Ｈ）＝０．４５〜０．５５としているので、着磁電流により発生する磁界は、ティースの真下にある永久磁石には半径方向に、ティースから少し外れている永久磁石は半径方向に対して斜め方向に、ティースから大きく外れている永久磁石は半径方向に対して９０度の方向に、というようにＨａｌｂａｃｈ磁石配列の各永久磁石の磁化容易方向に沿って、磁界が作用する。したがって、各永久磁石を完全に着磁することができ、Ｈａｌｂａｃｈ磁石配列を後着磁にて形成することができる。
また、本発明の製造方法によれば、永久磁石を末着磁の状態で固定するので、固定作業は極めて容易になる。そして着磁作業もすべての永久磁石の固定作業後に回転子全体を着磁治具に挿入して、一度に全永久磁石を磁化方向に合わせて着磁するので着磁作業も極めて容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＡＣモータの回転子の製造方法の手順を示すフローチャートである。
【図２】本発明のＡＣモータの回転子の着磁治具の横断面図である。
【図３】図２の着磁治具の内部にＡＣモータの回転子を挿入した状態を示しており、（ａ）は着磁前の状態、（ｂ）は着磁後の状態を示している。
【図４】本発明の着磁治具による着磁の磁界解析結果である。
【図５】ＡＣモータの一例を示す横断面図である。
【図６】ラジアル磁石配列のＡＣモータの回転子の一例を示す横断面図である。
【図７】従来のＡＣモータの回転子の着磁治具の横断面図である。
【図８】Ｈａｌｂａｃｈ磁石配列のＡＣモータの回転子の一例を示す横断面図である。
【図９】Ｈａｌｂａｃｈ磁石配列回転子を用いたＡＣモータの一例を示す横断面図である。
【図１０】従来のＡＣモータの回転子の製造方法の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２０：回転子
２１：回転軸
２２：回転子鉄心
２３：１極分の磁極
２４：永久磁石
４０：着磁治具
４５：着磁鉄心
４６：着磁コイル
４７：着磁鉄心のティース
８０：固定子
８８：固定子鉄心
８９：固定子巻線

Claims (2)

1. 中心部に回転子を配置する空間を有し、前記空間の周囲に着磁鉄心を有し、前記着磁鉄心は前記回転子の磁極数に応じて一定間隔で配置された着磁鉄心のティースと、着磁鉄心のティースに巻いた着磁コイルから構成されて成るＡＣモータの回転子の着磁治具において、
   前記着磁鉄心のティース幅をＴ、隣接する着磁鉄心のティース間の開口部をＨとした場合、Ｋを式（１）で定義したとき、Ｋが式（２）の範囲内であることを特徴とするＡＣモータの回転子の着磁治具。
   Ｋ＝Ｔ／（Ｔ＋Ｈ）・・・（１）
   Ｋ＝０．４５〜０．５５　　　　　　・・・（２）
2. 回転軸と該回転軸の周囲に設けられた回転子鉄心と、該回転子鉄心の外周面に固定され未着磁の状態でＨａｌｂａｃｈ磁石配列に沿って磁化容易方向を合わせて成る複数の未着磁磁石と、を備えて成るＡＣモータの回転子を、請求項１記載の着磁治具の前記空間に配置し、該着磁治具によって一括着磁させてすべての磁石を磁化容易方向に合わせて着磁することにより、磁極が１極当り複数個の永久磁石に分割されていて、各永久磁石の磁化方向が磁極中心に集中するように配置された磁石配列であるいわゆるＨａｌｂａｃｈ磁石配列を形成することを特徴とするＡＣモータの回転子の製造方法。

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