JP2014121116A - 着磁装置及び着磁方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータに埋め込まれた磁石用磁性部材をより確実に着磁できる着磁装置を提供する。
【解決手段】この着磁装置４では、磁石用磁性部材３が埋め込まれた円筒状のロータをその軸方向に複数のコアモジュール１０に分割し、コアモジュール１０毎に磁石用磁性部材３の着磁を行う。この着磁装置４は、コアモジュール１０の軸方向両端面にそれぞれ対向配置される軸方向着磁部６，７を備える。軸方向着磁部６，７は、磁石用磁性部材３にコアモジュール１０の周方向の磁路を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁石埋込型ロータに設けられた永久磁石を着磁するための着磁装置及び着磁方法に関する。

ロータの内部に永久磁石を埋め込んだ構造からなるＩＰＭモータ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｍｏｔｏｒ）が知られている。このＩＰＭモータに用いられる磁石埋込型ロータの製造方法としては、例えば特許文献１に記載の方法が知られている。特許文献１では、複数の磁石挿入孔が放射状に形成された円筒状のロータを用意し、その磁石挿入孔に着磁前の磁石用磁性部材を埋め込んだ後、ロータの外周を覆うように着磁装置を配置している。そして着磁装置がロータの外周面からその内部に磁束を供給することにより、ロータに埋め込まれた磁石用磁性部材を着磁している。

特開２０１０−１９３５８７号公報

ところで、特許文献１のように着磁装置によりロータの外周面から磁束を供給する場合、ロータに埋め込まれた磁石用磁性部材に供給可能な磁束量は、ロータの外周面の表面積、及び着磁装置から供給可能な単位面積当たりの磁束量により決定される。ここで着磁装置から供給可能な単位面積当たりの磁束量には限界があるため、磁石用磁性部材の着磁面の表面積に対してロータの外周面の表面積が小さい場合、磁石用磁性部材に十分な磁束を供給することが困難となり、その着磁が不十分となる。そして磁石用磁性部材の着磁が不十分な場合、着磁後の永久磁石から十分な磁束が発生せず、ロータの外周面での磁束密度が小さくなる。これはモータのステータコイルに鎖交する有効磁束量の減少を招き、ロータの出力トルクを低下させる要因となる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロータに埋め込まれた磁石用磁性部材をより確実に着磁できる着磁装置及び着磁方法を提供することにある。

上記課題を解決する着磁装置は、円筒状のロータに埋め込まれた磁石用磁性部材を着磁する着磁装置であって、前記ロータの軸方向端面に対向配置される軸方向着磁部を備え、前記軸方向着磁部は、前記ロータの軸方向と交差する磁路を前記磁石用磁性部材に形成する。

また上記課題を解決する着磁方法は、円筒状のロータに埋め込まれた磁石用磁性部材を着磁する着磁方法であって、前記ロータの軸方向端面に対して着磁装置の軸方向着磁部を対向配置し、前記ロータの軸方向と交差する磁路を前記磁石用磁性部材に形成する。

これらの構成及び方法によれば、磁石用磁性部材の着磁表面の表面積がロータの外周面の表面積よりも大きい場合であっても、磁石用磁性部材に十分な磁束を供給することができるため、磁石用磁性部材をより確実に着磁できる。

上記着磁装置について、前記軸方向着磁部は、前記磁石用磁性部材に対向配置される永久磁石と、前記磁石用磁性部材の着磁方向において前記永久磁石を挟み込むように配置される一対の着磁ヨークと、を有し、前記永久磁石は、一方の着磁ヨークと隣接する部分の磁極が、他方の着磁ヨークと隣接する部分の磁極と異なることが好ましい。

この構成によれば、永久磁石から発生する磁束が、「一対の着磁ヨークのうちの一方の着磁ヨーク→ロータ→磁石用磁性部材→ロータ→一対の着磁ヨークのうちの他方の着磁ヨーク」の順で通過する。これによりロータの軸方向と交差する磁路を磁石用磁性部材に容易に形成することができる。

上記着磁装置について、前記着磁ヨークと隣接する前記永久磁石の隣接面が、前記ロータの軸方向端面に向くように前記ロータの軸方向に対して傾斜していることが好ましい。
この構成によれば、永久磁石及び一対の着磁ヨークのそれぞれの隣接面がロータの軸方向に平行な場合と比較すると、永久磁石の磁極の面積をより大きくし、ロータに供給される磁束量を増加させることができる。このため磁石用磁性部材をより確実に着磁できる。

上記着磁装置について、前記永久磁石の着磁方向が、前記着磁ヨークとの隣接面に対して直交する方向に設定されていることが好ましい。
この構成によれば、永久磁石から着磁ヨークに供給される磁束量が最も多くなるため、ロータに供給される磁束量を増加させることができる。このため磁石用磁性部材をより確実に着磁できる。

上記着磁方法について、前記ロータは、円筒状のコアモジュールを軸方向に複数積層して構成されるものであり、前記磁石用磁性部材の着磁を、前記コアモジュール毎に行うことが好ましい。

この方法のように、ロータを構成する複数のコアモジュール毎に磁石用磁性部材の着磁を行えば、軸方向に長いロータであっても磁石用磁性部材に十分な磁束を供給することができるため、磁石用磁性部材をより確実に着磁できる。

これらの着磁装置及び着磁方法によれば、ロータに埋め込まれた磁石用磁性部材をより確実に着磁できる。

ロータの斜視構造を示す斜視図。 実施形態の着磁装置の斜視構造を示す斜視図。 実施形態の着磁装置についてその径方向着磁部の平面構造を示す平面図。 実施形態の着磁装置についてその軸方向着磁部及びロータの一部を示す斜視図。 実施形態の着磁装置についてその軸方向着磁部及びロータの外周部分の一部を平面上に展開した展開図。 ロータの平面構造の一部を示す平面図。 実施形態の着磁装置についてその軸方向着磁部及びロータの外周部分の一部を平面上に展開した展開図。 着磁装置の変形例についてその軸方向着磁部の外周部分の一部を平面上に展開した展開図。 着磁装置の他の変形例についてその軸方向着磁部及びロータの外周部分の一部を平面上に展開した展開図。 着磁装置の他の変形例についてその軸方向着磁部及びロータの外周部分の一部を平面上に展開した展開図。

以下、着磁装置及び着磁方法の一実施形態について図１〜図７を参照して説明する。はじめに図１を参照して、着磁対象であるロータの構造について説明する。
図１に示すように、ロータ１は円筒状をなしている。ロータ１には、その軸方向に貫通する８個の磁石挿入孔２がロータ１の中心軸ｍを中心に放射状に等角度間隔で形成されている。磁石挿入孔２は、直方体状であり、ロータ径方向に直交する断面形状が矩形状をなしている。これらの磁石挿入孔２に着磁前のボンド磁石からなる磁石用磁性部材３が埋め込まれている。

また本実施形態では、磁石用磁性部材３の着磁効率を高めるべく、図中に実線で示すようにロータ１をその軸方向に３つのコアモジュール１０に分割し、コアモジュール１０毎に磁石用磁性部材３を着磁している。各コアモジュール１０は、円筒状の電磁鋼板を軸方向に複数積層して構成されている。なお各コアモジュール１０の軸方向、周方向、及び径方向は、ロータ１の軸方向、周方向、及び径方向とそれぞれ一致している。

次に図２〜図７を参照して着磁装置について説明する。
図２に示すように、着磁装置４は、コアモジュール１０の外周面に対向配置される円筒状の径方向着磁部５と、コアモジュール１０の軸方向の両端面にそれぞれ対向配置される円筒状の第１及び第２の軸方向着磁部６，７とからなる。

径方向着磁部５は、コアモジュール周方向に交互に配置された永久磁石５０及び着磁ヨーク５１をそれぞれ８個ずつ備えており、それらが図示しない非磁性部材により円環状に一体的に組み付けられている。径方向着磁部５は、コアモジュール１０の外周面と所定の隙間を隔ててこれを囲むように対向配置される。

永久磁石５０は、コアモジュール１０の磁石用磁性部材３に対してそのコアモジュール径方向外側に位置するように配置されている。各永久磁石５０は、そのコアモジュール周方向の幅がコアモジュール径方向外側に向かうほど大きくなるように形成されている。各永久磁石５０は、図中に示すようにコアモジュール周方向の両側部が異なる磁極になっている。また各永久磁石５０は、コアモジュール周方向に隣り合うもの同士が同磁極で対向するように配置されている。そして各永久磁石５０の同磁極同士で対向した部分に挟み込まれるようにして着磁ヨーク５１が配置されている。

このように構成された径方向着磁部５では、図３に矢印で示すように磁路が形成される。すなわち永久磁石５０のＮ極から発生する磁束が、「永久磁石５０のＮ極に隣接する着磁ヨーク５１→コアモジュール１０→磁石用磁性部材３→コアモジュール１０→永久磁石５０のＳ極に隣接する着磁ヨーク５１」の順で通過する。これにより磁石用磁性部材３には、コアモジュール周方向の磁路が形成される。本実施形態の着磁装置４は、コアモジュール１０に埋め込まれた磁石用磁性部材３を、図１に示すようにコアモジュール周方向に異なる磁極となるように着磁する。また着磁装置４は、ロータ周方向に隣接する磁石用磁性部材３，３同士が同磁極で対向するように着磁する。これにより、着磁後の永久磁石のＮ極同士で対向した部分によりロータ１の外周部分にＮ極が形成され、着磁後の永久磁石のＳ極同士で対向した部分によりロータ１の外周部分にＳ極が形成される。

次に、軸方向着磁部６，７の構造について説明する。なお、これらの構造は同一であるため、以下では便宜上、第１の軸方向着磁部６について代表して説明する。
図２に示すように、第１の軸方向着磁部６は、コアモジュール１０の周方向に交互に配置された永久磁石６０及び着磁ヨーク６１をそれぞれ８個ずつ備えており、これらが図示しない非磁性部材により円環状に一体的に組み付けられている。第１の軸方向着磁部６は、コアモジュール１０の軸方向の一端面と所定の隙間を隔てて対向配置される。図４は、第１の軸方向着磁部６を構成する永久磁石６０及び着磁ヨーク６１のうち、１個の永久磁石６０、及びそれを挟み込むように配置される一対の着磁ヨーク６１，６１の斜視図である。また図５は、それら永久磁石６０及び一対の着磁ヨーク６１，６１、並びにコアモジュール１０のそれぞれの外周部分を平面上に展開したものである。

図４〜図６に示すように、一対の着磁ヨーク６１，６１は、コアモジュール１０の一端面において各磁石挿入孔２で区画された略扇形状の領域Ａ１，Ａ２のそれぞれと所定の隙間を隔てて対向配置される。なお、領域Ａ１，Ａ２は図６にて点ハッチングで示す領域である。そして図４及び図５に示すように、一対の着磁ヨーク６１，６１は、コアモジュール１０の一端面の領域Ａ１，Ａ２を覆うことができるように略扇形状の底面をそれぞれ有する。また各着磁ヨーク６１は、コアモジュール径方向に直交する断面形状が台形状をなしており、その底面から上面に向かうほど、コアモジュール周方向の幅が狭くなるように形成されている。これにより着磁ヨーク６１のコアモジュール周方向における両側面６１ａ，６１ｂは、コアモジュール軸方向において所定角度をなす傾斜面となっている。そして一対の着磁ヨーク６１，６１のそれぞれの側面６１ａ，６１ｂがコアモジュール周方向において互いに対向しており、それらに挟み込まれるように永久磁石６０が配置されている。

図４及び図５に示すように、永久磁石６０も、コアモジュール径方向に直交する断面形状が台形状をなしている。より詳細には、永久磁石６０は、磁石用磁性部材３に沿ってコアモジュール径方向に延びる矩形の底面を有するとともに、その底面から上面に向かうほど、コアモジュール周方向の幅が広くなるように形成されている。これにより永久磁石６０のコアモジュール周方向における両側面６０ａ，６０ｂは、コアモジュール１０の軸方向端面に向くようにコアモジュール軸方向に対して傾斜する傾斜面となっている。そして永久磁石６０の両側面６０ａ，６０ｂと一対の着磁ヨーク６１，６１のそれぞれの側面６１ａ，６１ｂとが面一で接触している。

また第２の軸方向着磁部７も同様に構成されている。これらの軸方向着磁部６，７のそれぞれの永久磁石６０は図７に示すように着磁されている。図７は、軸方向着磁部６，７、並びにコアモジュール１０のそれぞれの外周部分を平面上に展開したものである。

図７に示すように、軸方向着磁部６，７のそれぞれの永久磁石６０は、着磁ヨーク６１と隣接する側面６０ａ，６０ｂが互いに異なる磁極になっている。また軸方向着磁部６，７のそれぞれの永久磁石６０は、コアモジュール周方向に隣り合うもの同士が同磁極で対向するように配置されている。

次に本実施形態の着磁装置４の作用について説明する。
軸方向着磁部６，７のそれぞれの永久磁石６０及び着磁ヨーク６１は図７に矢印で示すように磁路を形成する。すなわち各永久磁石６０のＮ極の側面６０ａから発生する磁束が、「永久磁石６０のＮ極の側面６０ａに隣接する着磁ヨーク６１→コアモジュール１０→磁石用磁性部材３→コアモジュール１０→永久磁石６０のＳ極の側面６０ｂに隣接する着磁ヨーク６１」の順で通過する。これにより磁石用磁性部材３にはコアモジュール周方向の磁路が形成され、磁石用磁性部材３が着磁される。

また本実施形態では、図７に示すように、永久磁石６０及び着磁ヨーク６１のそれぞれの隣接面６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂがコアモジュール軸方向に対して傾斜している。このため、それらの隣接面６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂがコアモジュール軸方向に平行な場合と比較すると、永久磁石６０の磁極の面積をより大きくし、各永久磁石６０からコアモジュール１０に供給される磁束量を増加させることができる。このため磁石用磁性部材３をより確実に着磁できる。

さらに本実施形態の着磁装置４は、図２に示すように、径方向着磁部５及び軸方向着磁部６，７を併用することにより、コアモジュール１０の外周面及びその軸方向両端面からコアモジュール１０に磁束を供給できる。そのため、コアモジュール１０の外周面からのみ磁束を供給する従来の着磁装置と比較すると、コアモジュール１０に供給される磁束量が増加する。これにより磁石用磁性部材３をより確実に着磁できる。

以上説明したように、本実施形態の着磁装置４によれば以下の効果が得られる。
（１）コアモジュール１０の軸方向両端面に軸方向着磁部６，７をそれぞれ対向配置した。そして軸方向着磁部６，７により、コアモジュール１０に埋め込まれた磁石用磁性部材３にコアモジュール周方向の磁路を形成した。これにより磁石用磁性部材３の着磁面の表面積がロータ１の外周面の表面積よりも大きい場合であっても、磁石用磁性部材３を十分に着磁できる。

（２）軸方向着磁部６，７を、磁石用磁性部材３に対向配置される永久磁石６０、及び磁石用磁性部材３の着磁方向において永久磁石６０を挟み込むように配置される一対の着磁ヨーク６１，６１により構成した。そして永久磁石６０では、一方の着磁ヨーク６１と隣接する部分の磁極と、他方の着磁ヨークに隣接する部分の磁極とを異ならせた。これにより磁石用磁性部材３にコアモジュール周方向の磁路を容易に形成できる。

（３）着磁ヨーク６１と隣接する永久磁石６０の隣接面６０ａ，６０ｂを、コアモジュール１０の軸方向端面に向くようにコアモジュール１０の軸方向に対して傾斜させた。これによりコアモジュール１０に供給される磁束量が増加するため、磁石用磁性部材３をより確実に着磁できる。

（４）軸方向着磁部６，７を、永久磁石６０及び着磁ヨーク６１をコアモジュール周方向に円環状に交互に配置して構成した。これにより、本実施形態のように磁石用磁性部材３が放射状に埋め込まれたコアモジュール１０に対しては、その軸方向両端面に軸方向着磁部６，７をそれぞれ対向配置するだけでコアモジュール１０の全ての磁石用磁性部材３を着磁できる。これにより着磁工程が容易となる。

（５）コアモジュール１０の外周面に径方向着磁部５を対向配置した。そして径方向着磁部５によってコアモジュール１０の外周面からも磁石用磁性部材３に磁束を供給することとした。これによりコアモジュール１０に供給される磁束量が増加するため、コアモジュール１０の磁石用磁性部材３をより確実に着磁できる。

（６）ロータ１をその軸方向に３つのコアモジュール１０に分割し、コアモジュール１０毎に磁石用磁性部材３の着磁を行うこととした。これにより本実施形態のように軸方向に長いロータ１であっても磁石用磁性部材３に十分な磁束を供給することができるため、磁石用磁性部材３をより確実に着磁できる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・軸方向着磁部６，７の永久磁石６０については、その着磁方向を、着磁ヨーク６１との隣接面６０ａ，６０ｂに対して直交する方向に設定することが有効である。具体的には図８に示すように、永久磁石６０をコアモジュール周方向に２つの磁石片６２，６３に分割する。そして一方の磁石片６２の着磁方向を、その側面６０ａに対して直交する方向に設定する。また他方の磁石片６３の着磁方向を、その側面６０ｂに対して直交する方向に設定する。このような構成によれば、永久磁石６０から着磁ヨーク６１に供給される磁束量が最も多くなるため、コアモジュール１０に供給される磁束量が更に増加する。このため磁石用磁性部材３をより確実に着磁できる。なお同様の構成を径方向着磁部５の永久磁石５０に適用してもよい。また永久磁石６０の着磁方向については、着磁ヨーク６１との隣接面６１ａ，６１ｂに直交する方向でなくてもよい。

・上記実施形態では、軸方向着磁部６，７の永久磁石６０及び着磁ヨーク６１のそれぞれの隣接面６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂを、コアモジュール軸方向に対して傾斜させることとした。これに代えて、図９に示すように、永久磁石６０及び着磁ヨーク６１のそれぞれの隣接面６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂがコアモジュール軸方向に平行であってもよい。

・上記実施形態では、コアモジュール１０の軸方向両端面に軸方向着磁部６，７をそれぞれ対向配置したが、例えば図１０に示すように、コアモジュール１０の一方の端面にのみ軸方向着磁部６を対向配置してもよい。このような構成は、コアモジュール１０の軸方向の厚さが薄い場合に有効である。

・上記実施形態では、径方向着磁部５を省略してもよい。
・上記実施形態では、軸方向着磁部６，７を、永久磁石６０及び着磁ヨーク６１を円環状に配置して構成したが、軸方向着磁部６，７の構成はこれに限らない。軸方向着磁部６，７を構成する永久磁石６０及び着磁ヨーク６１のそれぞれの配置や形状を適宜変更することにより、例えば磁石用磁性部材がＶ字状やＵ字状、コ字状に埋め込まれたコアモジュールについても磁石用磁性部材の着磁は可能である。

・上記実施形態では、軸方向着磁部６，７の磁気発生部として永久磁石を用いたが、これに代えて、例えば着磁コイルを用いてもよい。
・上記実施形態では、各コアモジュール１０が複数の電磁鋼板からなるものであったが、単数の電磁鋼板からなるものであってもよい。また電磁鋼板に代えて電磁軟鉄を用いてもよい。

・上記実施形態では、ロータ１をその軸方向に３つのコアモジュール１０に分割し、コアモジュール１０毎に磁石用磁性部材３の着磁を行うこととした。これに代えて、ロータ１を分割せずに、そのままの状態で磁石用磁性部材３の着磁を行ってもよい。
・上記実施形態では、磁石用磁性部材３としてボンド磁石を用いたが、焼結磁石を用いてもよい。

Ａ１，Ａ２…領域、１…ロータ、２…磁石挿入孔、３，３ａ…磁石用磁性部材、３ｂ…一端面、３ｃ…他端面、４…着磁装置、５…径方向着磁部、６…第１の軸方向着磁部、７…第２の軸方向着磁部、１０…コアモジュール、６０…永久磁石、６１…着磁ヨーク、６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂ…側面（隣接面）。

Claims (6)

1. 円筒状のロータに埋め込まれた磁石用磁性部材を着磁する着磁装置であって、
   前記ロータの軸方向端面に対向配置される軸方向着磁部を備え、
   前記軸方向着磁部は、前記ロータの軸方向と交差する磁路を前記磁石用磁性部材に形成することを特徴とする着磁装置。
2. 請求項１に記載の着磁装置において、
   前記軸方向着磁部は、
   前記磁石用磁性部材に対向配置される永久磁石と、
   前記磁石用磁性部材の着磁方向において前記永久磁石を挟み込むように配置される一対の着磁ヨークと、を有し、
   前記永久磁石は、一方の着磁ヨークと隣接する部分の磁極が、他方の着磁ヨークと隣接する部分の磁極と異なることを特徴とする着磁装置。
3. 請求項２に記載の着磁装置において、
   前記着磁ヨークと隣接する前記永久磁石の隣接面が、前記ロータの軸方向端面に向くように前記ロータの軸方向に対して傾斜していることを特徴とする着磁装置。
4. 請求項３に記載の着磁装置において、
   前記永久磁石の着磁方向が、前記着磁ヨークとの隣接面に対して直交する方向に設定されていることを特徴とする着磁装置。
5. 円筒状のロータに埋め込まれた磁石用磁性部材を着磁する着磁方法であって、
   前記ロータの軸方向端面に対して着磁装置の軸方向着磁部を対向配置し、
   前記ロータの軸方向と交差する磁路を前記磁石用磁性部材に形成することを特徴とする着磁方法。
6. 請求項５に記載の着磁方法において、
   前記ロータは、円筒状のコアモジュールを軸方向に複数積層して構成されるものであり、
   前記磁石用磁性部材の着磁を、前記コアモジュール毎に行うことを特徴とする着磁方法。