JP2020028185A - Magnet structure, manufacturing method of magnet structure, and manufacturing method of rotating electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁石構造体、磁石構造体の製造方法および回転電機の製造方法に関する。 The present invention relates to a magnet structure, a method for manufacturing a magnet structure, and a method for manufacturing a rotating electric machine.
下記特許文献１には、風力発電機に用いられる磁石構造体が開示されている。近年、風力発電機の大型化に応じて、高磁力の磁石構造体に対する要求が高まっており、磁石構造体に含まれる磁石の大型化とともに磁石構造体自体の大型化も求められている。 Patent Document 1 below discloses a magnet structure used for a wind power generator. In recent years, as the size of a wind power generator has increased, the demand for a magnet structure having a high magnetic force has been increasing. As the size of the magnet included in the magnet structure has increased, the size of the magnet structure itself has also been increased.
上述した磁石構造体を組み立てる方法として、磁石を着磁した後に磁石構造体に組み立てる方法と、未着磁の磁石で磁石構造体を組み立てた後に磁石構造体ごと着磁する方法がある。 As a method of assembling the magnet structure described above, there are a method of assembling the magnet structure after magnetizing the magnet, and a method of assembling the magnet structure after assembling the magnet structure with an unmagnetized magnet.
前者の方法では、特に大型の磁石構造体の場合に、組み立て作業時において磁石に強力な磁気吸引力や磁気反発力が働くため、安全に作業をおこなうことが難しい。 In the former method, especially in the case of a large-sized magnet structure, it is difficult to perform the operation safely because a strong magnetic attraction force or a magnetic repulsion force acts on the magnet during the assembly operation.
後者の方法では、組み立て作業時は磁石は未着磁であるため、安全に作業をおこなうことができる。 In the latter method, since the magnet is not magnetized during the assembling operation, the operation can be performed safely.
しかしながら、大型の磁石構造体を着磁する場合、実用上十分に着磁することが難しく、磁石内の着磁バラツキが大きくなる傾向がある。大型の磁石構造体を実用上十分に着磁したり、大型の磁石構造体の磁石内の着磁バラツキを抑えたりするためには、大電力で大型の着磁装置が必要であった。 However, when magnetizing a large-sized magnet structure, it is difficult to sufficiently magnetize it for practical use, and the magnetization variation in the magnet tends to increase. In order to magnetize a large-sized magnet structure sufficiently for practical use, or to suppress variation in magnetization in the magnet of the large-sized magnet structure, a large-sized magnetizing device with large power is required.
本発明は、着磁の容易化が図られた磁石構造体、磁石構造体の製造方法および回転電機の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a magnet structure, a method for manufacturing a magnet structure, and a method for manufacturing a rotating electric machine, in which magnetization is facilitated.
本発明の一形態に係る磁石構造体の製造方法は、風力発電機に用いられるともに、磁石を含む磁石構造部品が複数積層された磁石構造体の製造方法であって、各磁石構造部品が、互いに平行な一対の端面を有する保持体を備えるとともに、磁石として、保持体に収容され、端面の法線方向に対して平行に延びる一対の磁石を備え、一対の磁石が、端面において、上下方向に延びる基準線を挟むように位置し、かつ、基準線の下方に向かうに従って近づくようにそれぞれ傾斜しており、複数の磁石構造部品のそれぞれについて、管状のコイル内にコイル軸線と基準線とが平行となるように配置するとともに該コイルを用いて着磁する着磁工程と、着磁工程において着磁された複数の磁石構造部品を、保持体の端面同士が対面するように積層して、磁石構造部品の積層体を得る積層工程と、積層工程において得られた磁石構造部品の積層体を、積層方向から拘束具により拘束する拘束工程とを含む。 The method for manufacturing a magnet structure according to one embodiment of the present invention is a method for manufacturing a magnet structure in which a plurality of magnet structure components including magnets are stacked, which are used for a wind power generator, wherein each magnet structure component is A holder having a pair of end faces parallel to each other is provided, and a pair of magnets are housed in the holder as magnets and extend in parallel to the normal direction of the end faces. Are positioned so as to sandwich the reference line extending in the direction, and are inclined so as to approach toward the lower side of the reference line. For each of the plurality of magnet structural components, the coil axis and the reference line are located in the tubular coil. A magnetizing step of arranging in parallel and magnetizing using the coil, and laminating a plurality of magnet structural components magnetized in the magnetizing step such that end faces of the holder face each other. Comprising a lamination step of obtaining a laminate of the magnet configuration component, a laminate of the magnet configuration component obtained in the lamination step, a restricting step of constraining the restraint from the lamination direction.
上記磁石構造体の製造方法においては、磁石構造体は複数の磁石構造部品を備えた構成を有し、着磁工程では複数の磁石構造部品のそれぞれについて着磁をおこなう。そして、積層工程および拘束工程において着磁された複数の磁石構造部品を組み立てることで磁石構造体が得られる。着磁工程における着磁対象が磁石構造体全体よりも小さい磁石構造部品であるため、磁石構造体全体を着磁する着磁装置よりも小さな着磁装置を用いて容易に着磁することができる。 In the above method for manufacturing a magnet structure, the magnet structure has a configuration including a plurality of magnet structural components, and in the magnetizing step, the plurality of magnet structural components are magnetized. Then, a magnet structure is obtained by assembling a plurality of magnet structure components magnetized in the laminating step and the restraining step. Since the object to be magnetized in the magnetizing step is a magnet structural component smaller than the entire magnet structure, it is possible to easily magnetize using a magnetizing device smaller than the magnetizing device for magnetizing the entire magnet structure. .
他の形態に係る磁石構造体の製造方法において、着磁工程では、複数の磁石構造部品のそれぞれについて、基準線の方向における磁石構造部品とコイルとの相対位置を変えて複数回の着磁をおこなう。磁石の着磁態様を所望の着磁態様により近づけるため、磁石構造部品とコイルとの相対位置を変えて着磁を複数回繰り返してもよい。 In the method of manufacturing a magnet structure according to another aspect, in the magnetizing step, for each of the plurality of magnet structure components, the relative position between the magnet structure component and the coil in the direction of the reference line is changed to perform the magnetization multiple times. Do it. In order to bring the magnetized manner of the magnet closer to the desired magnetized manner, the magnetizing may be repeated a plurality of times by changing the relative position between the magnet structural component and the coil.
他の形態に係る磁石構造体の製造方法において、コイルの断面形状が矩形環状である。この場合、磁石構造部品がコイル内に収容された際のコイル内部の隙間を小さくすることができ、着磁の効率化が図られる。 In a method of manufacturing a magnet structure according to another aspect, the cross-sectional shape of the coil is a rectangular ring. In this case, the gap inside the coil when the magnet structural component is accommodated in the coil can be reduced, and the efficiency of magnetization can be improved.
他の形態に係る磁石構造体の製造方法において、積層工程では、各磁石構造部品を、積層方向に沿って延びるガイド部材により案内する。この場合、磁石構造体を容易に組み立てることができる。 In the method of manufacturing a magnet structure according to another aspect, in the laminating step, each magnet structural component is guided by a guide member extending along the laminating direction. In this case, the magnet structure can be easily assembled.
他の形態に係る磁石構造体の製造方法において、拘束工程では、拘束具として、積層方向において各磁石構造部品を貫通するシャフトや、磁石構造部品の積層体を収容可能なケース、積層方向に沿って延びるとともに各磁石構造部品と係合するレールを用いることができる。 In a method of manufacturing a magnet structure according to another aspect, in the restraining step, as a restraining tool, a shaft that penetrates each magnet structure component in the stacking direction, a case capable of accommodating the stack of magnet structure components, and a case along the stacking direction. A rail can be used that extends and engages with each magnet component.
本発明の一形態に係る回転電機の製造方法は、磁石を含む磁石構造部品が複数積層された複数の磁石構造体と、複数のステータとを備える回転電機を製造する回転電機の製造方法であって、各磁石構造部品が、互いに平行な一対の端面を有する保持体を備えるとともに、磁石として、保持体に収容され、端面の法線方向に対して平行に延びる一対の磁石を備え、一対の磁石が、端面において、上下方向に延びる基準線を挟むように位置し、かつ、基準線の下方に向かうに従って近づくようにそれぞれ傾斜しており、複数の磁石構造部品のそれぞれについて、管状のコイル内にコイル軸線と基準線とが平行となるように配置するとともに該コイルを用いて着磁する着磁工程と、着磁工程において着磁された複数の磁石構造部品を、保持体の端面同士が対面するように積層して、磁石構造部品の積層体を得る積層工程と、積層工程において得られた磁石構造部品の積層体を積層方向から拘束具により拘束して、磁石構造体を得る拘束工程と、拘束工程において得られた複数の磁石構造体と、複数のステータとを、回転軸の周りに配置する配置工程とを含む。 A method for manufacturing a rotating electrical machine according to one embodiment of the present invention is a method for manufacturing a rotating electrical machine that includes a plurality of magnet structures in which a plurality of magnet structural components including magnets are stacked, and a plurality of stators. Each magnet structural component includes a holding body having a pair of end faces parallel to each other, and includes, as magnets, a pair of magnets housed in the holding body and extending parallel to a direction normal to the end faces. Magnets are located on the end face so as to sandwich a reference line extending in the vertical direction, and are inclined so as to approach downward from the reference line, and for each of the plurality of magnet structural parts, a tubular coil is provided. A magnetizing step of arranging the coil axis and the reference line so as to be parallel to each other and magnetizing by using the coil, and a plurality of magnet structural components magnetized in the magnetizing step, The laminating step of obtaining a laminated structure of the magnet structural parts by laminating them so as to face each other, and constraining the laminated body of the magnet structural parts obtained in the laminating step by a restraint from the laminating direction to obtain a magnet structure The method includes a restraining step, and an arranging step of arranging the plurality of magnet structures and the plurality of stators obtained in the restraining step around a rotation axis.
上記磁石構造体の回転電機の製造方法においては、磁石構造体は複数の磁石構造部品を備えた構成を有し、着磁工程では複数の磁石構造部品のそれぞれについて着磁をおこなう。そして、積層工程および拘束工程において着磁された複数の磁石構造部品を組み立てることで磁石構造体が得られる。さらに、配置工程において、得られた複数の磁石構造体と複数のステータとを回転軸の周りに配置することで、回転電機が得られる。着磁工程における着磁対象が磁石構造体全体よりも小さい磁石構造部品であるため、磁石構造体全体を着磁する着磁装置よりも小さな着磁装置を用いて容易に着磁することができる。 In the method for manufacturing a rotating electric machine having the above-described magnet structure, the magnet structure has a configuration including a plurality of magnet structure components, and in the magnetizing step, each of the plurality of magnet structure components is magnetized. Then, a magnet structure is obtained by assembling a plurality of magnet structure components magnetized in the laminating step and the restraining step. Furthermore, by arranging the obtained plurality of magnet structures and the plurality of stators around the rotation axis in the arranging step, a rotating electric machine is obtained. Since the object to be magnetized in the magnetizing step is a magnet structural component smaller than the entire magnet structure, it is possible to easily magnetize using a magnetizing device smaller than the magnetizing device for magnetizing the entire magnet structure. .
本発明の一形態に係る磁石構造体は、風力発電機に用いられる磁石構造体であって、互いに平行な一対の端面を有する保持体と、該保持体に収容され、端面の法線方向に対して平行に延びる一対の磁石とを有し、かつ、一対の磁石が、端面において、上下方向に延びる基準線を挟むように位置し、かつ、基準線の下方に向かうに従って近づくようにそれぞれ傾斜している、複数の磁石構造部品と、保持体の端面同士が対面するように積層された磁石構造部品の積層体を、積層方向から拘束する拘束具とを備える。 A magnet structure according to an embodiment of the present invention is a magnet structure used for a wind power generator, and includes a holding body having a pair of end faces parallel to each other, and is housed in the holding body and extends in a direction normal to the end faces. And a pair of magnets extending in parallel with each other, and the pair of magnets are located on the end face so as to sandwich a reference line extending in the up-down direction, and are inclined so as to approach toward the lower side of the reference line. A plurality of magnet structural components, and a restraint that restrains a stacked body of the magnet structural components stacked such that end faces of the holder face each other in a stacking direction.
上記磁石構造体においては、磁石構造体は複数の磁石構造部品を備えた構成を有し、積層された複数の磁石構造部品が拘束具により拘束されている。このような磁石構造体では、磁石構造体全体よりも小さい磁石構造部品の形態で着磁することができるため、磁石構造体全体を着磁する着磁装置よりも小さな着磁装置を用いて容易に着磁することができる。 In the above-described magnet structure, the magnet structure has a configuration including a plurality of magnet structure components, and the stacked plurality of magnet structure components are restrained by restraints. Such a magnet structure can be magnetized in the form of a magnet structure component smaller than the entire magnet structure, so that it is easy to use a magnetizer smaller than a magnetizer that magnetizes the entire magnet structure. Can be magnetized.
本発明によれば、着磁の容易化が図られた磁石構造体、磁石構造体の製造方法および回転電機の製造方法が提供される。 According to the present invention, a magnet structure, a method for manufacturing a magnet structure, and a method for manufacturing a rotating electric machine, in which magnetization is facilitated, are provided.
以下、図面を参照して種々の実施形態および実施例について説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, various embodiments and examples will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
図１に示すように、実施形態に係る磁石構造体１は、磁石構造部品２が複数積層された積層体３を備えて構成されている。本実施形態では、積層体３は９つの磁石構造部品２を有し、９つの磁石構造部品２が一方向（図１のＸ方向）に沿って並んでいる。
As shown in FIG. 1, a magnet structure 1 according to the embodiment includes a laminated
各磁石構造部品２は、図２に示すように、一対の磁石１０と保持体２０とを備えて構成されている。
As shown in FIG. 2, each magnet
保持体２０は、たとえば積層電磁鋼板等の磁性材料で構成されている。保持体２０は、略直方体の外形を有する。保持体２０は、互いに平行な第１の端面２０ａおよび第２の端面２０ｂを有し、これらの端面２０ａ、２０ｂは保持体２０の厚さ方向において対面している。
The
以下の説明では、保持体２０の第１の端面２０ａと第２の端面２０ｂとが対面する対面方向をＸ軸方向、保持体２０の上下方向をＺ軸方向、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に直交する方向をＹ方向とも称す。
In the following description, the facing direction in which the first end face 20a and the
保持体２０は、Ｚ方向において対面する上面２０ｃと下面２０ｄとを有している。また、保持体２０は、Ｙ方向において対面する第１の側面２０ｅと第２の側面２０ｆとを有している。
The
保持体２０の外形寸法（すなわち、磁石構造部品２の外形寸法）については、一例として、Ｘ方向寸法（長さ）が１２０ｍｍ、Ｙ方向寸法（幅）が２２０ｍｍ、Ｚ方向寸法（高さ）が１１０ｍｍである。また、保持体２０の重さは、一例として１５ｋｇである。
Regarding the outer dimensions of the holder 20 (that is, the outer dimensions of the magnet structural component 2), as an example, the X-direction dimension (length) is 120 mm, the Y-direction dimension (width) is 220 mm, and the Z-direction dimension (height) is 110 mm. The weight of the
保持体２０は、その全長に亘って、実質的に同一の断面形状を有する。具体的には、図３に示すように、Ｘ軸に直交するＹ−Ｚ面においてＺ軸に平行な基準線Ｚ１に関して線対称の断面形状および端面形状を有する。換言すると、保持体２０には、断面形状および端面形状を二等分する基準線Ｚ１が存在している。
The
一対の磁石１０は、たとえばネオジム磁石等の磁性材料で構成されている。一対の磁石１０はいずれも、長尺の角柱状の外形を有しており、Ｘ方向に沿って延在している。一対の磁石１０は、保持体２０の両端面２０ａ、２０ｂにおいて露出するように、保持体２０に収容されている。一対の磁石１０と保持体２０との間には実質的に隙間が存在していない。
The pair of
図４に示すように、一対の磁石１０はいずれも、複数の矩形板状の個片磁石１０ａが重ねられた構成を有している。本実施形態では、６枚の個片磁石１０ａが重ねられて一つの磁石１０が構成されている。各個片磁石１０ａの寸法については、一例として、長辺長さＬ１が１００ｍｍ、短辺長さＬ２が５０ｍｍ、厚さＬ３が２０ｍｍである。個片磁石１０ａの重さは、一例として８００ｇである。
As shown in FIG. 4, each of the pair of
図２に示すように、一対の磁石１０は、保持体２０の基準線Ｚ１を挟むように配置されている。以下、説明の便宜上、一対の磁石１０のうち、基準線Ｚ１の第１の側面２０ｅ側に位置する磁石を第１の磁石１１と称し、基準線Ｚ１の第２の側面２０ｆ側に位置する磁石を第２の磁石１２と称す。
As shown in FIG. 2, the pair of
第１の磁石１１および第２の磁石１２はいずれも、Ｘ軸に直交するＹ−Ｚ面において、長方形の断面形状および端面形状を有する。また、第１の磁石１１と第２の磁石１２とは、Ｘ軸に直交するＹ−Ｚ面においてＺ軸に平行な基準線Ｚ１に関して線対称の断面形状および端面形状を有する。さらに、第１の磁石１１と第２の磁石１２とは、Ｖ字状を構成するように傾斜配置されており、基準線Ｚ１の下方に向かう（上面２０ｃから下面２０ｄに向かう）に従って互いに近づくように傾斜している。
Each of the
ここで、第１の磁石１１および第２の磁石１２は、上述した個片磁石１０ａの長辺に対応する面として、基準線Ｚ１側を向いた第１の面１１ａ、１２ａと、第１の面１１ａ、１２ａの反対面である第２の面１１ｂ、１２ｂとを有する。そして、第１の磁石１１と第２の磁石１２とは、基準線Ｚ１の下方に向かうに従って、第１の面１１ａ、１２ａ同士および第２の面１１ｂ、１２ｂ同士が近づくように傾斜している。
Here, the
第１の磁石１１と第２の磁石１２とは、基準線Ｚ１に関して線対称であるため、基準線Ｚ１に関する傾斜角の大きさも同一である。Ｚ軸方向と法線方向Ｄとのなす角を傾斜角θと定義した場合、傾斜角θは３０°〜７０°の範囲から選ぶことができ、一例として５２°である。
Since the
また、保持体２０には、一対の貫通孔２３Ａ、２３Ｂが設けられている。一対の貫通孔２３Ａ、２３Ｂはいずれも、第１の端面２０ａから第２の端面２０ｂまでＸ方向に沿って延びて、保持体２０を貫通している。一対の貫通孔２３Ａ、２３Ｂは、保持体２０の基準線Ｚ１を挟むように配置されている。以下、説明の便宜上、一対の磁石１０のうち、基準線Ｚ１の第１の側面２０ｅ側に位置する貫通孔を第１の貫通孔２３Ａと称し、基準線Ｚ１の第２の側面２０ｆ側に位置する貫通孔を第２の貫通孔２３Ｂと称す。
Further, the holding
第１の貫通孔２３Ａおよび第２の貫通孔２３Ｂはいずれも、Ｘ軸に直交するＹ−Ｚ面において、正方形の断面形状および端面形状を有する。また、第１の貫通孔２３Ａと第２の貫通孔２３Ｂとは、Ｘ軸に直交するＹ−Ｚ面においてＺ軸に平行な基準線Ｚ１に関して線対称の断面形状および端面形状を有する。さらに、一対の貫通孔２３Ａ、２３Ｂは、一対の磁石１０の間に位置している。より詳しくは、第１の貫通孔２３Ａは第１の磁石１１と基準線Ｚ１との間に位置し、第２の貫通孔２３Ｂは第２の磁石１２と基準線Ｚ１との間に位置している。
Each of the first through
さらに、保持体２０の第１の側面２０ｅおよび第２の側面２０ｆには、保持体２０の厚さ方向に亘って延びる切り欠き部２１ａ、２１ｂがそれぞれ設けられている。切り欠き部２１ａ、２１ｂは、基準線Ｚ１に関して線対称の断面形状および端面形状を有し、いずれも略矩形状の断面形状および端面形状を有する。なお、切り欠き部２１ａ、２１ｂは、基準線Ｚ１に関して線対称であるため、Ｚ方向（すなわち上下方向）に関して同じ高さ位置に設けられている。
Further,
図１に示すように、磁石構造体１は、磁石構造部品２の積層体３を積層方向から拘束する拘束具４として、一対の拘束プレート４Ａ、４Ｂおよび２本のシャフト４Ｃ、４Ｄを備えている。一対の拘束プレート４Ａ、４Ｂは、積層方向に関する両側から積層体３を挟むように配置されている。２本のシャフト４Ｃ、４Ｄはいずれも、積層体３および一対の拘束プレート４Ａ、４Ｂを貫くように設けられている。２本のシャフト４Ｃ、４Ｄのそれぞれの両端部には、積層体３と一対の拘束プレート４Ａ、４Ｂとを締結するために、ワッシャおよびナットが取り付けられている。２本のシャフト４Ｃ、４Ｄは、保持体２０の第１の貫通孔２３Ａに挿通される第１のシャフト４Ｃと、保持体２０の第２の貫通孔２３Ｂに挿通される第２のシャフト４Ｄとで構成されている。第１のシャフト４Ｃおよび第２のシャフト４Ｄは、貫通孔２３Ａ、２３Ｂの断面寸法と同一またはわずかに小さい断面寸法を有する角棒状部材である。一対の拘束プレート４Ａ、４８および２本のシャフト４Ｃ、４Ｄは、たとえば構造用鋼で構成されている。
As shown in FIG. 1, the magnet structure 1 includes a pair of
次に、上述した磁石構造体１を製造する製造方法について、図５〜７を参照しつつ説明する。 Next, a manufacturing method for manufacturing the above-described magnet structure 1 will be described with reference to FIGS.
図５のフローチャートに示すように、磁石構造体１を製造する際には、着磁工程Ｓ１として、複数の磁石構造部品２のそれぞれについて着磁をおこなう。具体的には、図６に示すように、未着磁の磁石１０を含む磁石構造部品２を管状のコイル３０内に配置し、コイル３０を用いて磁石構造部品２の着磁をおこなう。このとき、コイル３０をＺ方向に沿って延在させることで、コイル３０の軸線と磁石構造部品２の保持体２０の基準線Ｚ１とが平行となっている。本実施形態では、コイル３０は、矩形管状を有し、矩形環状の断面を有する。コイル３０の内面３０ａによって画成されるキャビティのＸ−Ｙ断面寸法は、磁石構造部品２のＸ−Ｙ断面寸法と同一またはわずかに大きくなるように設計されている。そのため、磁石構造部品２がコイル３０内に収容された際、Ｘ−Ｙ断面において、コイル内にはわずかな隙間しか存在しない。
As shown in the flowchart of FIG. 5, when manufacturing the magnet structure 1, each of the plurality of
着磁工程Ｓ１では、図示しない着磁電源を用いてコイル３０に電流を流すことにより、着磁磁界を発生させて、磁石構造部品２の第１の磁石１１および第２の磁石１２を着磁する。本実施形態では、第１の磁石１１の第１の面１１ａがＮ極となり第２の面１１ｂがＳ極となるように着磁され、また、第２の磁石１２の第１の面１２ａがＮ極となり第２の面１２ｂがＳ極となるように着磁される。
In the magnetizing step S1, a current is applied to the
なお、着磁工程Ｓ１において、上下方向（Ｚ方向、基準線Ｚ１方向）に関する磁石構造部品２とコイル３０との相対位置を変えて、複数回（たとえば２回）の着磁をおこなうことができる。コイル３０に生じる着磁磁界は、位置によって磁界の大きさが異なることが知られている。そのため、磁石１０の着磁態様を所望の着磁態様により近づけるため、磁石構造部品２とコイル３０との相対位置を変えて着磁を複数回繰り返すことが有効である。
In the magnetizing step S1, magnetizing can be performed a plurality of times (for example, twice) by changing the relative position between the magnet
次に、積層工程Ｓ２として、着磁工程Ｓ１において着磁された複数の磁石構造部品２を、各保持体２０の端面２０ａ、２０ｂ同士が対面するように積層して、積層体３を得る。積層工程Ｓ２では、ガイド部材として、図７に示したレール５を用いることができる。レール５は、Ｘ方向に沿って延びる長尺状部材であり、非磁性材料で構成されている。非磁性材料としては、たとえば、ステンレス鋼、樹脂またはそれらを組み合わせて用いることができる。また、樹脂としては、表面の滑り性がよいポリアセタール樹脂などを用いることができる。レール５には、各磁石構造部品２の保持体２０の切り欠き部２１ａ、２１ｂのそれぞれに対応する位置に一対の係合部５ａ、５ｂが設けられている。各係合部５ａ、５ｂは、Ｙ−Ｚ断面において切り欠き部２１ａ、２１ｂに入り込んでいる。各磁石構造部品２は、切り欠き部２１ａ、２１ｂにおいてレール５の係合部５ａ、５ｂにガイドされることでＸ方向には自在に摺動できるが、Ｙ方向やＺ方向への移動は制限されている。磁石１０が着磁された後の磁石構造部品２では、比較的大きな磁気吸引力や磁気反発力が生じるために複数の磁石構造部品２を積層することが難しい場合がある。レール５を用いることで、磁石構造部品２はＸ方向にのみ移動するため、Ｘ方向から大きな力を負荷することができ、それにより磁石構造部品２同士が密接に並んだ積層体３を得ることが容易になる。すなわち、レール５を用いることで、磁石構造体１を容易に組み立てることができる。
Next, as a laminating step S2, the plurality of magnet
そして、拘束工程Ｓ３として、積層工程Ｓ２においてレール５上で積層されている磁石構造部品２の積層体３を、図１に示した拘束具４で拘束する。拘束具４は、Ｘ方向から積層体３を拘束しており、Ｘ方向における磁石構造部品２の移動を抑制している。拘束具４で積層体３を拘束した後、積層体３からレール５を外すことで、図１に示した磁石構造体１が得られる。なお、レール５は、Ｘ方向から積層体３を拘束する拘束具として残すことができ、この場合、レール５は磁石構造体１を構成する部材の一つとなる。
Then, as a restraining step S3, the
上述の製造方法によって得られた磁石構造体１は、図８に示した発電機５０に適用することができる。
The magnet structure 1 obtained by the above-described manufacturing method can be applied to the
発電機５０は、たとえば数百メートル級の巨大な風力発電機の一部を構成する発電機である。発電機５０は、複数の磁石構造体１を備え、さらに、回転軸５２と複数のステータ５４とを備える。発電機５０は、回転軸５２の外周に固定された複数のステータ５４の周りに、ロータとして複数の磁石構造体１が配置されたアウターロータ型の発電機である。各磁石構造体１は、保持体２０の上面が発電機５０の半径方向内側を向くように配置されている。また、各磁石構造体１は、磁石構造体１の磁界の範囲内にステータ５４が位置するように、ステータ５４に近接して配置されている。さらに、磁石構造体１は、半径方向内側の面の極性が、回転軸５２の周方向に沿って交互に反転するように配置されている。発電機５０の直径は、一例として１０ｍである。たとえば、磁石構造体１を１２０極とし、ステータを１４４極とすることができる。なお、磁石構造体１は、インナーロータ型の発電機に適用することもできる。
The
発電機５０を製造する製造方法は、上述した磁石構造体１の製造方法の工程Ｓ１〜Ｓ３に加えて、配置工程を含む。配置工程では、拘束工程Ｓ３において得られた複数の磁石構造体１と、複数のステータ５４とが、回転軸５２の周りに配置される。
The manufacturing method for manufacturing the
風力発電機に用いられるような大型の磁石構造体１は、その寸法や重量が比較的大きなものになり得る。たとえば、数百メートル級の巨大な風力発電機に組み込まれる大型の磁石構造体は、その長さが数十センチとなり、かつ、その重量は数十キロとなる。そのような大型の磁石構造体を作製するには、磁石を別途で着磁した後に磁石構造体に組み立てる方法が考えられるが、組み立て作業時において磁石に強力な磁気吸引力や磁気反発力が働くため、安全に作業をおこなうことが難しい。上述した磁石構造体１の製造方法のように、未着磁の磁石で磁石構造体を組み立てた後に磁石構造体ごと着磁する方法によれば、組み立て作業時は磁石は未着磁であるため、安全に作業をおこなうことができる。 The large-sized magnet structure 1 used for a wind power generator can be relatively large in size and weight. For example, a large magnet structure incorporated in a huge wind generator of several hundred meters has a length of several tens of centimeters and a weight of several tens of kilograms. In order to manufacture such a large magnet structure, it is conceivable to separately magnetize the magnet and then assemble it into a magnet structure, but a strong magnetic attraction force or magnetic repulsion force acts on the magnet during assembly work Therefore, it is difficult to work safely. According to the method of assembling the magnet structure with the unmagnetized magnet and then magnetizing the entire magnet structure as in the method of manufacturing the magnet structure 1 described above, the magnet is not magnetized during the assembly work. Work safely.
以上において説明したとおり、磁石構造体１およびその製造方法では、磁石構造体１は複数の磁石構造部品２を備えた構成を有し、積層された複数の磁石構造部品２が拘束具４により拘束されている。これにより、複数の磁石構造部品２が磁石構造体１として一体化されている。このような磁石構造体１では、着磁工程Ｓ１では、着磁対象が磁石構造体１全体よりも小さい磁石構造部品２となっている。そのため、磁石構造体１全体を着磁する着磁装置よりも小さな着磁装置を用いることができ、磁石構造体１の着磁を容易におこなうことができる。また、着磁工程Ｓ１における着磁対象が磁石構造体１全体よりも小さい磁石構造部品２であるため、磁石構造体１全体を着磁する場合よりも高い着磁率を実現することができ、実用上十分な着磁（いわゆるフル着磁）をおこなうことができる。さらに、着磁工程Ｓ１では、複数の磁石構造部品２がそれぞれ着磁されるため、各磁石構造部品２を均一に着磁することができ、磁石構造体１における磁石１０の着磁バラツキを抑えることができる。
As described above, in the magnet structure 1 and the method of manufacturing the same, the magnet structure 1 has a configuration including the plurality of
また、上述した磁石構造体１の製造方法において、断面形状が矩形環状であるコイル３０を用いて着磁するため、磁石構造部品２がコイル３０内に収容された際のコイル内部の隙間を小さくなっている。そのため、コイル３０に生じる着磁磁界が効率良く利用され、着磁効率の向上や着磁電源の省電力化が図られている。
In the above-described method of manufacturing the magnet structure 1, since the magnet is magnetized using the
なお、着磁工程Ｓ１において用いるコイルは、管状であれば、矩形環状のコイル３０に限らず、その他の形状であってもよい。たとえば、図９に示したような円管状のコイル３０Ａを用いることができる。コイル３０Ａは、円環状のＸ−Ｙ断面形状を有する。着磁工程Ｓ１においてコイル３０Ａを用いた場合でも、上述したコイル３０と同一または同等の着磁をおこなうことができる。
The coil used in the magnetizing step S1 is not limited to the rectangular
また、積層工程Ｓ２において用いるガイド部材は、積層方向に沿って延びて磁石構造部品２を案内できる部材であれば、レール５に限らず、その他の部材であってもよい。たとえば、上述した拘束具４のシャフト４Ｃ、４Ｄを、ガイド部材として、レール５の代わりまたはレール５とともに用いてもよい。
The guide member used in the laminating step S2 is not limited to the rail 5 and may be another member as long as it can extend along the laminating direction and guide the magnet
さらに、拘束工程Ｓ３において用いる拘束具は、磁石構造部品２の積層体３を積層方向から拘束できる部材であれば、拘束具４やレール５に限らず、その他の部材であってもよい。たとえば、図１０に示すような上面が開放されたケース６を、拘束具として用いてもよい。ケース６は、その内面６ａによって画成されるキャビティの寸法が、磁石構造体１の外形寸法と同一またはわずかに大きくなるように設計されている。そのため、磁石構造部品２の積層体３をケース６内に収容することで、積層体３が、Ｘ方向およびＹ方向から拘束される。拘束具としてケース６を用いる場合には、ケース６は磁石構造体１を構成する部材の一つとなる。ケース６は、たとえばＳＵＳ３０４（クロム１８％とニッケル８％を含むステンレス鋼）のような非磁性ステンレス鋼で構成され得る。
Further, the restraint used in the restraining step S3 is not limited to the
上述した磁石構造部品２は、図１１に示した態様の磁石構造部品２Ａであってもよい。磁石構造部品２Ａは、上述した磁石構造部品２とはセンター磁石１３を備える点で異なり、その他の点は磁石構造部品２と同一または同様である。センター磁石１３は、第１の磁石１１および第２の磁石１２同様、保持体２０に収容されており、保持体２０の厚さ方向（Ｘ方向）に沿って延びている。また、センター磁石１３は、Ｘ軸に直交するＹ−Ｚ面において基準線Ｚ１上に位置するとともに基準線Ｚ１に関して線対称の形状を有している。本実施形態では、センター磁石１３は、基準線Ｚ１に関して線対称である長方形状の断面形状および端面形状を有する。センター磁石１３は、一例として、幅（Ｙ方向長さ）が３０ｍｍ、高さ（Ｚ方向長さ）が２０ｍｍ、厚さ（Ｘ方向長さ）が２０ｍｍの個片磁石が、磁石１０同様、６枚重ねられた構成を有する。センター磁石１３の個片磁石の重さは、一例として１１０ｇである。センター磁石１３は、基準線Ｚ１の上方を向く第１の面１３ａと基準線Ｚ１の下方を向く第２の面１３ｂとを有する。センター磁石１３は、第１の面１３ａがＮ極となり第２の面１３ｂがＳ極となるように着磁され得る。
The above-described magnet
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々の変更をおこなうことができる。たとえば、磁石構造体に含まれる磁石構造部品の数は、９つに限らず、適宜増減することができる。また、各磁石構造部品の磁石の数は、１つや４つ以上等、適宜増減することができる。また、第１の磁石および第２の磁石は、基準線Ｚ１に関して線対称でなくてもよい。さらに、第１の磁石および第２の磁石の断面形状は異なっていてもよい。第１の磁石および第２の磁石は、断面形状および端面形状が基準線Ｚ１に対して凸状（または凹状）に湾曲した弓状であってもよい。磁石の断面形状および端面形状が弓状である場合、弓状形状を内部に含む最小寸法の長方形状とみなして、法線方向Ｄや傾斜角θ等を規定することができる。第１の磁石および第２の磁石は保持体に埋設されていてもよい。また、センター磁石は、断面形状および端面形状が三角形状や台形状、弓状であってもよい。さらに、上述した実施形態では、回転電機の一種として発電機の製造方法について説明したが、本発明は、回転電機の一種であるモータの製造方法にも適用することができる。 The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made. For example, the number of magnet structural components included in the magnet structure is not limited to nine, but can be increased or decreased as appropriate. Further, the number of magnets of each magnet structural component can be appropriately increased or decreased, such as one, four or more. Further, the first magnet and the second magnet need not be line-symmetric with respect to the reference line Z1. Further, the cross-sectional shapes of the first magnet and the second magnet may be different. The first magnet and the second magnet may have an arcuate cross-sectional shape and an end surface shape that is convexly (or concavely) curved with respect to the reference line Z1. When the cross-sectional shape and the end surface shape of the magnet are arcuate, the normal direction D, the inclination angle θ, and the like can be defined by regarding the magnet as a rectangle having the minimum dimension including the arcuate shape. The first magnet and the second magnet may be embedded in the holder. Further, the center magnet may have a triangular shape, a trapezoidal shape, or an arcuate shape in cross section and end face. Furthermore, in the above-described embodiment, a method of manufacturing a generator as a type of rotating electric machine has been described. However, the present invention can also be applied to a method of manufacturing a motor that is a type of rotating electric machine.
また、シャフトの数は、２本に限らず、１本や３本以上であってもよい。シャフトの断面形状は、正方形状に限らず、長方形や円形状であってもよい。 The number of shafts is not limited to two, and may be one or three or more. The cross-sectional shape of the shaft is not limited to a square, but may be a rectangle or a circle.
１…磁石構造体、２、２Ａ…磁石構造部品、３…積層体、４…拘束具、４Ｃ、４Ｄ…シャフト、５…レール、６…ケース、１０…磁石、１１…第１の磁石、１３…センター磁石、２０…保持体、２３Ａ…第１の貫通孔、２３Ｂ…第２の貫通孔、３０、３０Ａ…コイル、５０…発電機、５４…ステータ、Ｚ１…基準線。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnet structure, 2 and 2A ... Magnet structure parts, 3 ... Laminated body, 4 ... Restrictor, 4C, 4D ... Shaft, 5 ... Rail, 6 ... Case, 10 ... Magnet, 11 ... 1st magnet, 13 ... Center magnet, 20 ... Holder, 23A ... First through hole, 23B ... Second through hole, 30, 30A ... Coil, 50 ... Generator, 54 ... Stator, Z1 ... Reference line.
Claims (9)
前記各磁石構造部品が、互いに平行な一対の端面を有する保持体を備えるとともに、前記磁石として、前記保持体に収容され、前記端面の法線方向に対して平行に延びる一対の磁石を備え、
前記一対の磁石が、前記端面において、上下方向に延びる基準線を挟むように位置し、かつ、前記基準線の下方に向かうに従って近づくようにそれぞれ傾斜しており、
複数の前記磁石構造部品のそれぞれについて、管状のコイル内にコイル軸線と前記基準線とが平行となるように配置するとともに該コイルを用いて着磁する着磁工程と、
前記着磁工程において着磁された複数の前記磁石構造部品を、前記保持体の端面同士が対面するように積層して、前記磁石構造部品の積層体を得る積層工程と、
前記積層工程において得られた前記磁石構造部品の積層体を、積層方向から拘束具により拘束する拘束工程と
を含む、磁石構造体の製造方法。 A method for producing a magnet structure in which a plurality of magnet structure components including a magnet are stacked, both being used for a wind power generator,
Each of the magnet structural components includes a holding body having a pair of end faces parallel to each other, and includes, as the magnet, a pair of magnets housed in the holding body and extending parallel to a normal direction of the end face,
The pair of magnets are located on the end faces so as to sandwich a reference line extending in the up-down direction, and each of the magnets is inclined so as to approach toward the lower side of the reference line,
For each of the plurality of magnet structural components, a magnetizing step of arranging a coil axis and the reference line in a tubular coil so as to be parallel and magnetizing using the coil,
A laminating step of laminating the plurality of magnet structural components magnetized in the magnetizing step so that end faces of the holder face each other to obtain a laminated body of the magnet structural components;
A restraining step of restraining the laminate of the magnet structural components obtained in the laminating step with a restraint from the laminating direction.
前記各磁石構造部品が、互いに平行な一対の端面を有する保持体を備えるとともに、前記磁石として、前記保持体に収容され、前記端面の法線方向に対して平行に延びる一対の磁石を備え、
前記一対の磁石が、前記端面において、上下方向に延びる基準線を挟むように位置し、かつ、前記基準線の下方に向かうに従って近づくようにそれぞれ傾斜しており、
複数の前記磁石構造部品のそれぞれについて、管状のコイル内にコイル軸線と前記基準線とが平行となるように配置するとともに該コイルを用いて着磁する着磁工程と、
前記着磁工程において着磁された複数の前記磁石構造部品を、前記保持体の端面同士が対面するように積層して、前記磁石構造部品の積層体を得る積層工程と、
前記積層工程において得られた前記磁石構造部品の積層体を積層方向から拘束具により拘束して、前記磁石構造体を得る拘束工程と、
前記拘束工程において得られた複数の前記磁石構造体と、前記複数のステータとを、回転軸の周りに配置する配置工程と
を含む、回転電機の製造方法。 A method of manufacturing a rotating electrical machine for manufacturing a rotating electrical machine including a plurality of magnet structures in which a plurality of magnet structural components including magnets are stacked, and a plurality of stators,
Each of the magnet structural components includes a holding body having a pair of end faces parallel to each other, and includes, as the magnet, a pair of magnets housed in the holding body and extending parallel to a normal direction of the end face,
The pair of magnets are located on the end faces so as to sandwich a reference line extending in the up-down direction, and each of the magnets is inclined so as to approach toward the lower side of the reference line,
For each of the plurality of magnet structural components, a magnetizing step of arranging a coil axis and the reference line in a tubular coil so as to be parallel and magnetizing using the coil,
A laminating step of laminating the plurality of magnet structural components magnetized in the magnetizing step so that end faces of the holder face each other to obtain a laminated body of the magnet structural components;
Restraining the laminated body of the magnet structural component obtained in the laminating step with a restraint from the laminating direction to obtain the magnet structure;
A method for manufacturing a rotating electric machine, comprising: an arranging step of arranging the plurality of magnet structures obtained in the restraining step and the plurality of stators around a rotation axis.
互いに平行な一対の端面を有する保持体と、該保持体に収容され、前記端面の法線方向に対して平行に延びる一対の磁石とを有し、かつ、前記一対の磁石が、前記端面において、上下方向に延びる基準線を挟むように位置し、かつ、前記基準線の下方に向かうに従って近づくようにそれぞれ傾斜している、複数の磁石構造部品と、
前記保持体の端面同士が対面するように積層された前記磁石構造部品の積層体を、積層方向から拘束する拘束具と
を備える、磁石構造体。
A magnet structure used for a wind power generator,
A holder having a pair of end faces parallel to each other, and a pair of magnets housed in the holder and extending in parallel to a normal direction of the end faces, and the pair of magnets are disposed on the end faces. A plurality of magnet structural parts, which are positioned so as to sandwich a reference line extending in the up-down direction, and which are respectively inclined so as to approach toward the lower side of the reference line,
A magnet structure, comprising: a restraining member that restrains a stacked body of the magnet structural components stacked such that end faces of the holding body face each other in a stacking direction.
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