JP2018182118A - 着磁装置、及び着磁方法 - Google Patents

Abstract

【課題】等間隔に配列された複数の未着磁の磁石片を着磁する場合に、着磁率を向上させるとともに、着磁操作の効率を高めた着磁装置を提供する。【解決手段】等間隔に配列された複数の未着磁の磁石片３の着磁用の左右一対の着磁コイル５ａ、５ｂを備え、各着磁コイル５ａ、５ｂの磁石片３の配列方向に沿った幅をβ、磁石片３の配列ピッチをθ１、磁石片差３の配列方向の幅をθ２としたとき、θ１＜β＜θ１＋（θ１−θ２）／２の関係を満たすように設定されており、互いに隣り合う磁石片３同士の極性が互いに異なるように着磁する。【選択図】図３

Description

この発明は、回転電機の回転子の鉄心や固定子の鉄心、あるいはリニアモータの固定子のベース上に沿って配列配置された複数の未着磁の磁石片を着磁する着磁装置、及び着磁方法に関する。

従来技術では、回転子鉄心内または回転子鉄心上に配置された複数の未着磁の磁石片を着磁する着磁装置として、鉄心に着磁コイルが巻装されてなる着磁ヨークの磁石片の配列方向に沿った幅が、各々の磁石片の配列方向の幅よりも小さく設定し、この着磁ヨークの複数個を、所定の磁石片分だけ離間した位置にそれぞれ配置することで、隣り合う磁石片同士の極性が互いに異なるように着磁するようにした着磁装置が提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。

この従来技術の着磁装置では、互いに隣り合う磁石片に対する逆磁界の影響を抑えることができ、外径、磁石片の形状及び極数などの異なる回転電機の回転子またはリニアモータの固定子の磁石片を着磁することができる。

特開２０１４−７２２２３号公報

しかしながら、特許文献１記載の従来技術にあっては、着磁ヨークの磁石片の配列方向に沿った幅が、各々の磁石片の配列方向の幅よりも小さいため、個々の磁石片を着磁する場合にも、単一の磁石片に対して着磁ヨークの位置を変えて複数回にわたって着磁操作する必要があり、各々の磁石片の着磁操作に手間と時間を要する。

また、上記従来技術の着磁装置では、個々の磁石片を１回の着磁操作で着磁しようとした場合、磁石片の端部の磁界が弱くて十分に着磁されず、磁石片の着磁率が低下する。さらに、隣り合う磁石片同士の極性が互いに異なるように着磁する際に、着磁ヨークの位置を複数回変えて着磁すると、着磁ヨークからの漏れ磁束により着磁対象の磁石片内で磁化方向と逆の磁界が印加される恐れが生じ、磁石片の着磁率の低下を招く。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、等間隔に配列された複数の未着磁の磁石片を着磁する場合に、着磁率を向上させるとともに、着磁操作を効率良く行うことができる着磁装置、及び着磁方法を提供することを目的とする。

この発明に係る着磁装置は、等間隔に配列された複数の未着磁の磁石片について、互いに隣り合う磁石片同士の極性が互いに異なるように着磁するものであって、上記磁石片の着磁用の左右一対の着磁コイルを備え、各々の上記着磁コイルの上記磁石片の配列方向に沿った幅をβ、上記磁石片の配列ピッチをθ１、上記磁石片の配列方向の幅をθ２としたとき、
θ１＜β＜θ１＋（θ１−θ２）／２
の関係を満たすように設定されていることを特徴とする。

この発明に係る着磁方法は、上記の着磁装置を用い、上記磁石片の配列方向に沿って一対の上記着磁コイルを着磁済の磁石片の位置から次の着磁対象となる２つの隣り合う磁石片に対して位置するように移動させる移動工程と、上記移動工程後に上記着磁コイルに通電して２つの上記磁石片の極性が互いに異なるように２極同時に着磁する着磁工程と、を含むことを特徴とする。

この発明の着磁装置、及び着磁方法によれば、個々の磁石片の左右端部に生じる磁界が強くなり、個々の磁石片の着磁率を向上することができ、しかも、隣り合う２つの磁石片同士の極性が互いに異なるように一度の着磁操作で着磁することができるため、着磁操作の効率を高めることができる。

この発明の着磁装置を用いて着磁された磁石片を備えた回転電機の回転子を概略的に示す平面図である。 この発明の実施の形態１による着磁装置を用いて回転子の磁石片を着磁する場合の平面図である。 図２において磁石片を着磁する部分を拡大した平面図である。 この実施の形態１による着磁装置の着磁ヨークを図２に示した着磁位置から着磁対象となる他の磁石片の位置へ回転させたときの平面図である。 この発明の実施の形態２による着磁装置を用いて回転子の磁石片を着磁する部分を拡大した平面図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の着磁装置を用いて着磁された磁石片を備えた回転電機の回転子を概略的に示す平面図である。

図１に示した回転電機の回転子１は、ダイレクトドライブモータに使用される回転電機の回転子であって、一般的な回転電機の使用方法として、ギアなどの減速機を用いて回転出力を得るのに対し、ダイレクトドライブモータは減速機を使わず、直接負荷をつないで運転するものである。

減速機を組み合わせて使用する場合、減速機のバックラッシュまたは出力の損失、騒音を生じるが、ダイレクトドライブモータは減速機を備えていないため、このような問題がなく、工作機械、搬送ロボットの回転軸等に幅広く使用されている。

一方、大きなトルクを得るために、回転子１の径が大径化しやすいといった問題がある。ダイレクトドライブモータの回転子１には、図１に示すような、回転子鉄心２の外周側の周方向に沿って永久磁石からなる複数個の磁石片３を等間隔に配置した表面磁石型の回転子１が用いられている。表面磁石型の回転子１の磁石片３としては、磁石量を最小に抑えるためにセグメント磁石が使われている。

回転子１を製作する際には、回転子鉄心２の外周の周方向に沿って複数の磁石片３を等間隔に配列するために、回転子鉄心２の軸線方向に延在する凸部を複数設け、凸部の基部で磁石片３を均等配置し、磁石片３の薄肉端部を凸部の外周部に当接させて接着等の方法で固定している。

この場合、回転子鉄心２の周方向に沿った磁石片３の配置間隔が不均一であると、コギングトルクが増大し、回転中のトルクリップルが大きくなり、騒音または振動が発生するため、等間隔になるように位置決めがなされている。また、互いに隣接する磁石片３間の間隔が広いと、コギングトルクが増大し、トルクリップルが大きくなる。このような問題発生を抑制するために、磁石片３間の間隔は比較的短くなるように設定されている。

永久磁石を構成するための各々の磁石片３の材料は、磁力の大きさによって様々あるが、例えばネオジムなどの希土類焼結磁石、フェライト焼結磁石、希土類材料またはフェライト材料と樹脂とを混練して形成されるボンド磁石等が挙げられる。ボンド磁石の構成として、単位長さ当たりの磁気抵抗が一定となるように磁石粉が樹脂材料に均一に混ぜられて構成されているため、磁石片３は径方向外側から径方向内側に向かって磁気抵抗が一定となるように形成されている。また、磁石片３の形状は、外周面が円弧であり内周面が直線であるかまぼこ型であり、回転子鉄心２の、磁石片３を配設する面の形状は、採用される磁石片３の内周面側の形状に対応している。

図２はこの発明の実施の形態１による着磁装置を用いて回転子の磁石片を着磁する場合の平面図、図３は図２において磁石片を着磁する部分を拡大した平面図である。

磁石片３が磁性を得るためには、磁界を発生させるための着磁装置４を使用して着磁される。この着磁装置４は、回転子鉄心２の周方向に沿って互いに隣り合う２つの磁石片３を２極ずつ同時に着磁するような着磁ヨーク７を備える。

この着磁ヨーク７は、回転子鉄心２の周方向に沿った左右一対の着磁コイル５ａ、５ｂを有する。そして、各着磁コイル５ａ、５ｂは、図示しない着磁電源に接続されており、着磁電源から瞬間的に大きなパルス電流が印加されると、着磁コイル５ａ、５ｂが発生させる磁界が磁石片３内を貫くことにより、磁石片３が着磁される。

ダイレクトドライブモータのように大径かつ多極の回転子１が備える多数の磁石片３を一度の着磁操作で着磁するには、着磁装置４が大型化するとともに、極数の違いで磁石片３の個数が異なる場合に十分に対応することが難しい。

そのため、この実施の形態１の着磁装置は、後で詳述するように、回転子鉄心２の周方向に沿って互いに隣り合う２つの磁石片３を互いに極性が異なるように２極ずつ同時に着磁するように着磁ヨーク７を構成しており、これによって、回転子１が備える複数個の磁石片３の着磁が可能となり、装置の大型化やコストアップを抑制することができる。

次に、上記の着磁装置４の具体的な構成、及び磁石片３への着磁方法について、図３、及び図４を用いてさらに詳しく説明する。

着磁装置４が備える着磁ヨーク７は、図示しない鉄心に着磁コイル５ａ、５ｂがそれぞれ所定の巻数だけ巻装されており、隣り合う一対の着磁コイル５ａ、５ｂは、極間に対して巻回の方向が逆になるように形成されている。すなわち、一方の着磁コイル５ａが時計回りに巻回されていれば、その隣の着磁コイル５ｂは、反時計回りに巻回されている。

しかも、各々の着磁コイル５ａ、５ｂの磁石片３の配列方向に沿った幅をβ、磁石片３の配列ピッチをθ１、磁石片３の配列方向の幅をθ２としたとき、
θ１＜β＜θ１＋（θ１−θ２）／２ ……（１）
の関係を満たすように設定されている。なお、ここでは、β、θ１、θ２は角度単位として示している。

磁石片３と着磁コイル５ａ、５ｂがこのような位置関係で着磁装置４が配置された状態で、パルス電流が印加されると、一対の着磁コイル５ａ、５ｂを中心として図３の破線で示すような磁束線Ｐと、この磁束線Ｐの左右の位置に破線で示す磁束線Ｑａ、Ｑｂがそれぞれ矢印の方向に生じる。

ここで、図３において着磁対象となる隣り合う２つの磁石片３を区別するために符号３ａ、３ｂを付すとすれば、磁束線Ｐは、主に着磁対象の２つの磁石片３ａおよび磁石片３ｂの内部を通過し、また、磁束線Ｑａ、Ｑｂは、磁石片３ａ、３ｂの外端部をそれぞれ通過するので、これらの隣り合う２つの磁石片３ａ、３ｂは、互いに極性が逆になるように同時に磁化される。

この場合、着磁対象となる各々の磁石片３（３ａまたは３ｂ）の内部の磁束線に着目すると、各着磁コイル５ａ、５ｂの磁石片３の配列方向に沿った幅βが、磁石片３の配列ピッチθ１と同じか小さい場合（β≦θ１の場合）には、各磁石片３の端部に生じる磁界が弱くなって着磁率が低下してしまう。

また、各着磁コイル５ａ、５ｂの幅βが磁石片３の配列ピッチθ１と互いに隣り合う磁石片３の配列方向に沿った離間間隔（θ１−θ２）／２とを合算した値（＝θ１＋（θ１−θ２）／２）よりも大きい場合には、着磁ヨーク７の着磁コイル５ａ、５ｂを次に周方向に沿って未着磁の２つの磁石片３の上に移動させて着磁する際に、各磁石片３の両端部に本来の磁化方向とは反対の逆磁界が印加されるので、同様に磁石片３の端部に生じる磁界が弱くなって着磁率が低下してしまう。

したがって、この実施の形態１のように、各着磁コイル５ａ、５ｂの磁石片３の配列方向に沿った幅βについて、上記の（１）式に示すように、下限と上限とをそれぞれ規定することにより、各々の磁石片３の左右両端部への着磁効率が向上し、着磁率を向上させることが可能となる。

図４は着磁装置の着磁ヨークを図２に示した着磁位置から、着磁対象となる他の磁石片の位置へと回転させたときの平面図である。なお、ここでは着磁ヨーク７を回転させた場合を示しているが、着磁ヨーク７の位置を固定して回転子１側を回転するようにしてもよい。

着磁ヨーク７を回転子１の未着磁の２つの磁石片３の位置へ回転させて、隣り合う２つの磁石片３の極性が互いに異なるように着磁する。この場合の着磁方法は、図３に示した通りである。そして、この着磁操作を回転子１の全周に配置された全ての磁石片３に対して実施する。

このように、回転子鉄心２の全周に等間隔で配置された全ての磁石片３について着磁操作を行うことにより、各々の磁石片３の両端部への着磁効率が向上し、磁石片３の着磁率を向上することができる。磁石片３内の着磁率が低いと減磁し易くなり、回転電機の効率の低下を招いたり、トルクリップルの増大により、回転時の騒音が発生したりといった問題が生じるが、この実施の形態１の着磁装置により着磁した回転子１を使用すれば、減磁しにくく、トルクリップルの抑制が図れるため、回転子１の回転特性を向上することができる。

なお、従来技術の着磁装置では、磁石ヘッドの周方向幅が磁石片の周方向幅より小さいため、個々の磁石片を完全に着磁するのに複数回の着磁操作が必要となるため、ダイレクトドライブモータのような回転電機の回転子１が大径であり、磁石片３の数も多い場合には、全体の磁石片３を着磁するには、着磁時間が大幅にかかってしまう。これに対して、この実施の形態１の構成による着磁装置４を用いれば、１回の着磁操作で互いに隣り合う２つの磁石片３を互いに極性が異なるように２極ずつ同時に着磁できるため、従来に比べて着磁時間を大幅に短縮することが可能となる。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２による着磁装置を用いて回転子の磁石片を着磁する部分を拡大した平面図である。

この実施の形態２における着磁装置４は、実施の形態１（図１〜図３）に示した構成の一対の着磁コイル５ａ、５ｂに対して、磁石片３の配列方向に沿った左右外側の位置に各着磁コイル５ａ、５ｂの巻数より少ない巻数の補助コイル６ａ、６ｂがそれぞれ巻装されている。

実施の形態１の構成と同様、隣り合う着磁コイル５ａ、５ｂは、極間に対して巻回の方向が互いに逆となるように形成されている。また、各々の補助コイル６ａ、６ｂについても、同様に、隣り合うそれぞれの着磁コイル５ａ、５ｂと巻回の方向が逆となるように巻装されている。

しかも、この場合の補助コイル６の磁石片３の配列方向に沿った幅をαとしたとき、
α＜θ１ ……（２）
の関係を満たすように設定されている。

回転子１の磁石片３を着磁するために、着磁コイル５ａ、５ｂ及び補助コイル６ａ、６ｂに大電流のパルス電流が印加される。このパルス電流の印加により、図５の破線で示すように、着磁コイル５ａ及びこれに隣り合う着磁コイル５ｂには磁束線Ｐが矢印の方向発生し、また、一方の着磁コイル５ａ及びこれに隣り合う補助コイル６ａには磁束線Ｑａが矢印の方向発生し、また、他方の着磁コイル５ｂ及びこれに隣り合う補助コイル６ｂには磁束線Ｑｂが矢印の方向に発生する。

ここで、個々の磁石片３を区別するために、図５において互いに隣り合う４つの磁石片に対して図５の左側から符号３ｃ、３ａ、３ｂ、３ｄを付すとすれば、磁束線Ｐは、主に着磁対象の磁石片３ａ、３ｂ内を通過し、これらの磁石片３ａ、３ｂが磁化される。磁束線Ｑａ、Ｑｂは、主に着磁対象である互いに隣り合う磁石片３ａ、３ｂの左右に位置する未着磁の磁石片３ｃ、３ｄ内の一端部を通過し、さらに着磁対象の磁石片３ａ、３ｂの端部も通過する。

ダイレクトドライブモータのような、大径で磁石片３を複数個使用する回転子１において、コギングトルクを低減するために、互いの磁石片３の間隔が狭く設定されているため、着磁対象の磁石片３ａ、３ｂと、着磁対象の磁石片３ａ、３ｂの隣に位置する未着磁の磁石片３ｃ、３ｄとの間隔が近いと、着磁コイル５ａ、５ｂの漏れ磁束の影響により、未着磁の磁石片３ｃ、３ｄ内に、本来の磁化方向と反対の逆磁界が印加される可能性が高まり、着磁率の低下を招いてしまう。

これに対して、この実施の形態２の構成のように、一対の着磁コイル５ａ、５ｂの隣り合う左右位置にそれぞれ補助コイル６ａ、６ｂを配置、かつ補助コイル６の磁石片３の配列方向に沿った幅αを磁石片３の配列ピッチθ１よりも小さく（α＜θ１）設定することで、着磁コイル５ａ、５ｂの漏れ磁束の影響を打ち消し、図５に示した磁束線Ｑａ、Ｑｂの向きで着磁されるため、着磁対象の磁石片３ａ、３ｂの両隣の磁石片３ｃ、３ｄ内に逆磁界が生じるのを抑制することが可能となる。

なお、各補助コイル６ａ、６ｂの磁石片３の配列方向に沿った幅αは、上記の（２）式を満たす必要があるが、磁石片３の形状、間隔に応じて、逆磁界の影響を最も低減できるように幅αを設定するのが好ましい。

その他の構成、及び作用効果は、実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。

その他の実施の形態．
なお、この発明は、上記の実施の形態１、２の構成のみに限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、各実施の形態１、２の構成の一部を変更したり、その構成を省略することができ、また、各実施の形態１、２の構成を適宜組み合わせることが可能である。

すなわち、上記の実施の形態１、２では、ダイレクトドライブモータの回転子１を例にとって説明したが、これに限定されるものでなく、複数の磁石片３を備える大径の回転子１または固定子にこの発明を適用してもよい。

また、上記の実施の形態１、２に示す回転子１は、磁石片３を３０個用いているが、他の個数のものでも適用できる。また、表面磁石型の回転子１に限定されるものでなく、鉄心内に磁石片３を埋め込んだ埋込磁石型の回転子１または固定子であってもよい。

また、磁石片３の形状は、外周と内周とがともに円弧である瓦型、外周面が円弧であり内周面が直線であるかまぼこ型、外周と内周とがともに直線である平板型など、いずれの形状であってもよい。

このような構成の回転子または固定子を用いることで、全周に配置された全ての磁石片の内部に逆磁界が生じることを抑制しながら着磁することができるため、高効率、低騒音の回転電機を提供できる。さらに、１つの着磁装置で複数種類の回転子または固定子の磁石片へ着磁できるため、投資抑制に繋がり、低コストの回転電機を提供できる。

さらに、上記の説明では、回転子または固定子に設けられた磁石片を着磁する場合について説明したが、これに限らず、リニアモータの固定子のベース上に沿って配列配置された複数の未着磁の磁石片を着磁する場合にもこの発明を適用することが可能である。この場合、上記（１）、（２）式に示したβ、θ１、θ２、αは角度単位ではなく長さの単位が採用される。

１ 回転子、２ 回転子鉄心、３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 磁石片、４ 着磁装置、５ａ，５ｂ 着磁コイル、６ａ，６ｂ 補助コイル、７ 着磁ヨーク、
θ１ 磁石片の配列ピッチ、θ２ 磁石片の配列方向の幅、
β 各着磁コイルの磁石片の配列方向に沿った幅、
α 補助コイルの磁石片の配列方向に沿った幅。

Claims (4)

1. 等間隔に配列された複数の未着磁の磁石片について、互いに隣り合う磁石片同士の極性が互いに異なるように着磁する着磁装置であって、
   上記磁石片の着磁用の左右一対の着磁コイルを備え、各々の上記着磁コイルの上記磁石片の配列方向に沿った幅をβ、上記磁石片の配列ピッチをθ１、上記磁石片の配列方向の幅をθ２としたとき、
   θ１＜β＜θ１＋（θ１−θ２）／２
   の関係を満たすように設定されていることを特徴とする着磁装置。
2. 一対の上記着磁コイルに対して、その上記磁石片の配列方向に沿った左右外側の位置には上記着磁コイルの巻数より少ない巻数の補助コイルがそれぞれ巻装されていることを特徴とする請求項１に記載の着磁装置。
3. 各々の上記補助コイルは、その上記磁石片の配列方向に沿った幅をαとしたとき、
   α＜θ１
   の関係を満たすように設定されていることを特徴とする請求項２に記載の着磁装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の着磁装置を用い、上記磁石片の配列方向に沿って一対の上記着磁コイルが着磁済の磁石片の位置から次の着磁対象となる２つの隣り合う磁石片に対して位置するように移動させる移動工程と、上記移動工程後に上記着磁コイルに通電して２つの上記磁石片の極性が互いに異なるように２極同時に着磁する着磁工程と、を含むことを特徴とする着磁方法。

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