JP3664271B2 - 多極着磁用ヨーク - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、永久磁石部材の着磁用ヨーク、特にリング磁石等を多極着磁するための着磁用ヨークに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動機のロータやステータ用として、半径方向に多極着磁されたリング状あるいは円柱状の永久磁石が使用されている。例えば、リング状永久磁石（以下、単にリング磁石ともいう）を多極着磁する場合には、図１に示すような着磁用ヨーク１０１が使用される。着磁用ヨーク１０１は、例えば電磁軟鉄により円筒状に形成され、その孔部１０２の内周面には軸方向に沿って多数の装着溝１０４が並列に形成されている。また、図３に示すように、これら装着溝１０４の全てのものにまたがって、励磁用のコイル線材１０５がヨーク１０１の端部側で折り返されながら装着される。そして、リング磁石１０３を孔部１０２内に同心的に配置し、コイル線材１０５に通電することにより、図５に示すように、リング磁石１０３は、その外周面を着磁面として半径方向に多極着磁される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のようなリング磁石１０３は、モータの小型化ないし高性能化を図るため、最近では、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石材料やＳｍ−Ｃｏ系磁石材料等の希土類磁石材料により形成されたものが多く使用されている。希土類磁石材料は保磁力が極めて大きいため、十分な着磁を行うためには、それに打ち勝つ大きな着磁磁界を印加する必要がある。しかしながら、上記従来の着磁用ヨークにおいては、その構成材料である電磁軟鉄の飽和磁束密度と透磁率が希土類磁石の着磁に必ずしも十分であるとは言い難く、磁石の部位によっては着磁磁界が不足して、表面磁束密度の不足や偏り（いわゆる着磁ムラ）等を生じ易い問題がある。特に、図８（ａ）に示すように、コイル線材１０５の折返部１０６が形成されていない側は、形成されている側に比べて磁石１０３の表面磁束密度が不足しやすい傾向にある。
【０００４】
本発明の課題は、高性能の希土類磁石に対しても、十分かつ均一に着磁を行うことができる多極着磁用ヨークを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の多極着磁用ヨークは、被着磁体の着磁面と対向するヨーク面を有するヨーク本体と、そのヨーク面に複数本並列に形成されたコイル線材用の装着溝とを備える。それら複数の装着溝に沿って励磁用コイル線材が装着され、その励磁用コイル線材に通電することにより、上記着磁面を着磁する磁界を発生させる。ここで、ヨーク本体は、Ｃｏを２５〜６０重量％の範囲内で含有する鉄系合金により構成される。Ｃｏの含有量が上記範囲外のものとなると、材料の飽和磁束密度ないし透磁率が減少して着磁磁界の不足を招くことにつながる。Ｃｏの含有量は、望ましくは４５〜５５重量％とするのがよい。また、上記鉄系合金においては、Ｃｏを除く残部は実質的にＦｅにより構成されるが、合金の透磁率と飽和磁束密度を極端に低下させない範囲内で他の合金元素を添加することもでき、例えば、材料の靱性向上の観点から、Ｖを１〜３重量％の範囲内で添加することもできる。
【０００６】
ここで、上記装着溝をその長手方向においてヨーク本体の両端部にそれぞれ開放するものとし、励磁用コイル線材をヨーク本体の両端部において折り返しながら、装着溝の全てのものにまたがって装着することができる。
【０００７】
上記装着溝は、その横断面において、溝深さ方向の第一の深さ位置に第一の溝部を、また第二の深さ位置に第二の溝部を備え、かつそれら第一及び第二の溝部が、それら各溝部の溝幅よりも狭い連結溝部により互いに連結されたものとすることができる。この場合、各装着溝は、その長手方向において前記ヨーク本体の両端面にそれぞれ開放するものとすることができる。そして、励磁用コイル線材は、ヨーク本体の両端面において交互に折り返されつつ、隣接して並ぶ各装着溝に対し、その第一又は第二の溝部に順次、互い違いに装着される２つの線材部分を備えたものとすることができる。その第二の線材部分は、その折返部が生ずる側の端面が第一の線材部分とは互いに逆となるように交互に折り返され、かつ各装着溝に対し、その線材の装着される溝部が第一の線材部分とは互いに逆となるように、その第一もしくは第二の溝部に装着される。
【０００８】
装着溝が、上述の第一及び第二の溝部を備えた構成においては、ヨーク本体は、電磁軟鉄やＦｅ−Ｎｉ系合金等、一般の鉄系軟磁性材料により構成することもできる。
【０００９】
本発明の多極着磁用ヨークにおいては、被着磁体を挟んでヨーク本体と反対側にバックヨーク部を設けることができる。
【００１０】
本発明の多極着磁用ヨークにおいては、そのヨーク面を具体的に、リング状又は円筒状に形成された被着磁体の外周面ないし内周面に対応する形状に形成することができる。
【００１１】
【発明の作用及び効果】
本発明の多極着磁用ヨークは、被着磁体の着磁面と対向するヨーク面に沿って複数本並列に形成された装着溝に励磁用コイル線材が装着され、その励磁用コイル線材に通電することにより上記着磁面を多極着磁するものであって、ヨーク本体が、Ｃｏを２５〜６５重量％の範囲内で含有する鉄系合金により構成される。上記組成の合金を使用することにより、電磁軟鉄等で構成された従来のヨークと比較して、ヨーク材の飽和磁束密度が向上するため、より大きな着磁磁界を発生させることができ、ひいては高性能の希土類磁石も十分かつ均一に着磁することができる。また、透磁率も、電磁軟鉄等と比較して優れているので、コイル線材の通電量をそれほど大きくしなくとも、十分な強度の着磁磁界を得ることができる。特に、装着溝をヨーク本体の両端部に開放させ、励磁用コイル線材を折り返しながら、装着溝の全てのものにまたがって装着する構成の着磁用ヨークにおいては、上記合金の使用により、コイル線材の折返部が形成された側と形成されない側との間の着磁磁界強度の差が小さくなり、着磁後の磁石における表面磁束密度の偏りやばらつき等が生じにくくなる。
【００１２】
コイル線材用の装着溝に第一及び第二の溝部を備えた構成においては、装着される励磁用コイル線材のターン数を増やすことができ、それに基づく着磁磁界強度の増加により、高性能磁石を十分かつ均一に着磁することができる。そして、励磁用コイル線材が、ヨーク本体の両端面において交互に折り返されつつ、隣接して並ぶ各装着溝に対し、その第一又は第二の溝部に順次、互い違いに装着される２つの線材部分を備えた構成においては、その第二の線材部分が、その折返部が生ずる側の端面が第一の線材部分とは互いに逆となるように交互に折り返され、かつ各装着溝に対し、その線材の装着される溝部が第一の線材部分とは互いに逆となるように、その第一もしくは第二の溝部に装着されるので、両励磁用コイル線材は、ヨークの両端部において折返部を互いに補いつつヨーク本体に装着され、折返部の有無に基づく着磁磁界の不均一が解消されて、さらに効率よく着磁を行うことができる。
【００１３】
被着磁体を挟んでヨーク本体と反対側にバックヨーク部を設けた構成においては、磁石の厚さ方向においても着磁磁界の均一化を図ることができる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明のいくつかの実施例を図面を用いて説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の多極着磁用ヨークの一例を示すものである。多極着磁用ヨーク（以下、単にヨークともいう）１は、リング状の永久磁石部材を半径方向に多極着磁するためのものであって、例えばＦｅ−４９重量％Ｃｏ−２重量％Ｖ合金（いわゆるパーメンデュール合金）製のヨーク本体１０を備え、その孔部２の内周面には、軸方向に沿って多数の装着溝４が並列に形成されている。各装着溝４は、図２に示すように、ほぼ円形の断面を有する溝部４ａ、及びそれと一体的に形成されて孔部２の内周面側に開放する開放部４ｂとを有し、開放部４ｂが溝部４ａよりも細幅に形成されて、全体として鍵穴状の断面形状を有するものとなっている。このような形状のヨーク本体１０は、例えば、精密鋳造等により円筒状の予備体を形成し、その内周面に放電加工ないしレーザー加工等により装着溝４を形成して製造することができる。
【００１５】
各装着溝４には、図３及び図４に示すように、励磁用のコイル線材５が装着される。装着溝４は、その長手方向においてヨーク本体１０の両端部にそれぞれ開放しており、コイル線材５はヨーク１の端部側で折り返されながら、装着溝４の全てのものにまたがって１ターンずつ装着されている。
【００１６】
図１に示すように、ヨーク１の孔部２内に被着磁体として、例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石粉末を樹脂と共に成形して得られるリング磁石３を同心的に配置し、パルス着磁電源を用いてコイル線材５に通電すると、図５に示すように、ヨーク１の内周面（ヨーク面）１ａからはリング磁石３の外周面（着磁面）を半径方向（肉厚方向）に貫く磁界が発生し、リング磁石３が半径方向に着磁されることとなる。ここで、各装着溝４内に装着されたコイル線材５を流れる電流の向きは交互に反転しており、開放部４ｂにより区切られたヨーク面１ａの各領域１ｂを貫く磁界の方向も交互に反転するものとなる。これにより、リング磁石３の着磁面３ａは、ヨーク面１ａの上記領域１ｂのそれぞれに対応して、すなわち装着溝４の形成個数に対応して周方向に区切られ、その区切られた領域のそれぞれに磁極が交互に反転するように形成されて、いわゆる多極ラジアル着磁された状態となる。
【００１７】
図６は、従来のヨークに使用されている電磁軟鉄（Ｂ）、及び本発明のヨークに使用されるパーメンデュール（Ａ）の磁化曲線をそれぞれ示すものである。パーメンデュールの飽和磁化ＩSAは電磁軟鉄の飽和磁化ＩSBよりも大きく、また透磁率もパーメンデュールの方が大きいため、パーメンデュールで構成した着磁用ヨークは、電磁軟鉄で構成したものより均一かつ大きく磁化される。これにより、希土類磁石などの高性能磁石に対しても、それを均一かつ十分に着磁するに足る磁界を発生させることができる。
【００１８】
図７（ａ）、（ｂ）は、図１に示す形状のヨークをパーメンデュール及び電磁軟鉄によりそれぞれ作製し、それらを用いてリング状のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石（高さ１５mm、内径１８mm、外径２０mm）を４８極にラジアル着磁した場合の、磁石外周面（着磁面）における表面磁束密度分布の測定例を示すものである。ここで、着磁のためにコイル線材５に通電した電流値は、電磁軟鉄製のものに対しては１２ｋＡ、パーメンデュール製のものに対しては１０ｋＡとした。電磁軟鉄製のものを使用した場合は、分布曲線のピーク部における磁束密度の平均値が１２００Ｇ程度であるのに対し、パーメンデュール製のものを使用すると、コイル線材５への通電量がやや小さいにも拘わらず、ピーク部における磁束密度の平均値は倍近くの２３００Ｇまで向上していることがわかる。
【００１９】
また、図８は、リング磁石の外周面における表面磁束密度分布を模式的に示すものであり、（ａ）は電磁軟鉄製のヨークを、（ｂ）は本発明のパーメンデュール製のものを使用した場合をそれぞれ示している。すなわち、電磁軟鉄製のヨークを使用した場合には、表面磁束密度がコイル線材の折返部５ａに対応する側で高く、形成されない側で低くなるなど不均一（着磁ムラ）を生じているのに対し、パーメンデュール製のヨークを使用すると、そのような着磁ムラが生じにくくなり、全体を均一に着磁することができる。
【００２０】
以下、上記着磁用ヨークのいくつかの変形例について説明する。図９に示すヨーク１１においては、円柱状ないし円筒状のヨーク本体１０の外周面をヨーク面１１ａとして、装着溝４が軸方向に並列に形成されている。この場合、リング状磁石３はヨーク１１の外側に同心的に配置され、その内周面側から着磁磁界が印加される。また、図１０に示すヨーク２１においては、そのヨーク面２１ａが平坦に形成され、装着溝４は互いにほぼ平行にかつ等間隔で形成されている。このようなヨーク２１を使用することにより、板状の磁石部材２３を板厚方向に多極着磁することができる。さらに図１１に示すように、ヨーク面２１ａを、円筒面の一部を構成するように凸状ないし凹状に形成し、その軸方向に沿って装着溝４を並列に形成することにより、そのヨーク面２１ａに対応する周面を有する弓型の磁石部材２３を半径方向（肉厚方向）に多極着磁することができる。
【００２１】
また、本発明の着磁用ヨークには、被着磁体を挟んでヨーク本体とは反対側にバックヨーク部を設けることができる。例えば、図１に示す形状のヨーク１の場合、図１２に示すように、その内側に配置されたリング磁石３の内側にリング状のバックヨーク部８を設けることができる。バックヨーク部８はヨーク本体１０と同材質のものを使用することができるが、異なる材質のものであってもよく、例えば電磁軟鉄等で構成されたものも使用することができる。バックヨーク部８を設けることにより、図１２に示すように、リング磁石３の内周面側で着磁磁界が発散しにくくなり、磁石の半径方向（肉厚方向）の着磁ムラを防止することができる。また、図１３に示すように、このようなバックヨーク部８は、図１０に示すような平坦なヨーク面を有する着磁用ヨーク２１に対しても設けることができる。
【００２２】
なお、ヨーク１、１１及び２１等は、上述の組成の合金に変えて、Ｆｅ−３０重量％Ｃｏ合金で構成することもできる。これにより、ヨークの磁束密度を電磁軟鉄のそれよりも２０〜３０％向上させることができる。
（実施例２）
図１４は、装着溝が２つの溝部を備えた多極着磁用ヨーク４１の構成例を示すものである。ヨーク４１は、実施例１と同様にパーメンデュール合金で構成され、図１に示すヨーク１と類似の外観を有する円筒状のヨーク本体１０を備えているが、図１５に示すように、装着溝４にはその横断面において、ヨーク１の内周面側（第一の深さ位置）に第一の溝部４ａを、また外周面側（第二の深さ位置）に第二の溝部４ｂが形成され、それら第一及び第二の溝部４ａ及び４ｂが、それら各溝部の溝幅よりも狭い連結溝部４ｃにより互いに連結されている。装着溝４は、図１６に示すように、その長手方向においてヨーク本体１０の両端部にそれぞれ開放しており、その第一及び第二の溝部４ａ及び４ｂ（図１４）には、それぞれ励磁用コイル線材の第一の線材部分１５及び第二の線材部分２５がヨーク本体１０の両端部において折り返されつつ、装着溝４の全てのものにまたがって装着されている。
【００２３】
ここで、図１５に示すように、第一の線材部分１５は、ヨーク本体１０の両端面において交互に折り返されつつ、隣接して並ぶ各装着溝４に対し、その第一又は第二の溝部４ａ及び４ｂに順次、互い違いに装着されている。また、第二の線材部分２５は、その折返部２５ａが生ずる側の端面が第一の線材部分１５とは互いに逆となるように交互に折り返され、かつ各装着溝に対し、その線材の装着される溝部が第一の線材部分１５とは互いに逆となるように、その第一又は第二の溝部４ａ又は４ｂに順次装着されている。これら第一及び第二の線材部分１５及び２５は、その一方の端部側で互いに連結するとともに、他端側をそれぞれ図示しない着磁電源に接続することができる。このようにすれば、図１６に示すように、ヨーク４１の両端部において、第一及び第二の線材部分１５及び２５は折返部１５ａ及び２５ａを互いに補いつつヨーク本体１０に装着されることとなり、着磁電源から通電することにより、図１７に示すように、折返部の有無に基づく着磁ムラを解消することができる。このような効果は、ヨーク４１をパーメンデュールに代えて電磁軟鉄等の他の鉄系軟磁性材料で構成した場合においても同様に達成することができる。また、所定の形状の硅素鋼板を板厚方向に積層することにより、ヨーク本体１０を形成することもできる。なお、第一及び第二の線材部分１５及び２５を別体の線材として形成し、その通電方向が上記構成と同じになるようにそれぞれ着磁電源に接続する構成としてもよい。
【００２４】
なお、図１８に示すように、第一の溝部４ａに装着されるコイル線材１５の折返方向と、第二の溝部４ｂに装着されるコイル線材２５の折返方向とが互いに同方向となるように、線材１５及び２５をヨーク４１に装着することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の多極着磁用ヨークの外観を示す斜視図。
【図２】図１の部分平面図。
【図３】図１の多極着磁用ヨークのヨーク面側を拡大して示す斜視図。
【図４】実施例１のヨークへのコイル線材の装着方法を模式的に示す図。
【図５】図１の多極着磁ヨークにおける着磁磁界の発生状態を示す模式図。
【図６】電磁軟鉄及びパーメンデュール合金の磁化曲線。
【図７】従来の着磁用ヨーク及び実施例１の着磁用ヨークを使用して多極着磁した磁石部材の、表面磁束密度分布の測定例を示すグラフ。
【図８】従来の着磁用ヨーク及び実施例１の着磁用ヨークを使用して多極着磁した磁石部材の表面磁束密度分布状態を模式的に示す図。
【図９】実施例１の着磁用ヨークの第一の変形例を示す斜視図。
【図１０】同じく第二の変形例を示す斜視図。
【図１１】同じく第三の変形例を示す斜視図。
【図１２】バックヨーク部を備えた着磁用ヨークの例を示す平面図。
【図１３】同じくその変形例を示す平面図。
【図１４】実施例２の着磁用ヨークを部分的に示す斜視図。
【図１５】その平面図。
【図１６】実施例２のヨークへのコイル線材の装着方法を模式的に示す図。
【図１７】実施例２の着磁用ヨークを使用して多極着磁した磁石部材の表面磁束密度分布状態を模式的に示す図。
【図１８】実施例２のヨークへの、コイル線材の装着方法の変形例を示す図。
【符号の説明】
１、１１、２１、３１、４１ 多極着磁用ヨーク
１ａ ヨーク面
３、２３ 磁石部材
３ａ 着磁面
４ 装着溝
４ａ 第一の溝部
４ｂ 第二の溝部
４ｃ 連結溝部
５ 励磁用コイル線材
１０ ヨーク本体
１５ 第一の線材部分
２５ 第二の線材部分
５ａ、１５ａ、２５ａ 折返部

Claims (4)

1. Ｃｏを２５〜６０重量％の範囲内で含有する鉄系合金により構成され、被着磁体の着磁面と対向するヨーク面を有するヨーク本体と、
   そのヨーク面に複数本並列に形成されたコイル線材用の装着溝であって、その横断面において、溝深さ方向の第一の深さ位置に第一の溝部を、また第二の深さ位置に第二の溝部を備え、かつそれら第一及び第二の溝部が、それら各溝部の溝幅よりも狭い連結溝部により互いに連結され、かつその長手方向において前記ヨーク本体の両端面にそれぞれ開放するものとされた装着溝とを備え、
   それら装着溝に沿って励磁用コイル線材が装着されるようになっているとともに、当該励磁用コイル線材は、前記ヨーク本体の両端面において交互に折り返されつつ、隣接して並ぶ前記各装着溝に対し、その第一又は第二の溝部に順次、互い違いに装着される第一の線材部分と、同じく前記ヨーク本体の両端面において、その折返部が生ずる側の端面が前記第一の線材部分とは互いに逆となるように交互に折り返され、かつ前記各装着溝に対し、その線材の装着される前記溝部が前記第一の線材部分とは互いに逆となるように、前記第一もしくは第二の溝部に順次、互い違いに装着される第二の線材部分とを含むものとされており、
   その励磁用コイル線材に通電することにより、前記着磁面を着磁する磁界を発生させることを特徴とする多極着磁用ヨーク。
2. 鉄系軟磁性材料により構成され、被着磁体の着磁面に対向するヨーク面を有するヨーク本体と、
   そのヨーク面に複数本並列に形成されたコイル線材用の装着溝であって、その横断面において、溝深さ方向の第一の深さ位置に第一の溝部を、また第二の深さ位置に第二の溝部を備え、かつそれら第一及び第二の溝部が、それら各溝部の溝幅よりも狭い連結溝部により互いに連結され、かつその長手方向において前記ヨーク本体の両端面にそれぞれ開放するものとされた装着溝とを備え、
   それら装着溝に沿って励磁用コイル線材が装着されるようになっているとともに、当該励磁用コイル線材は、前記ヨーク本体の両端面において交互に折り返されつつ、隣接して並ぶ前記各装着溝に対し、その第一又は第二の溝部に順次、互い違いに装着される第一の線材部分と、同じく前記ヨーク本体の両端面において、その折返部が生ずる側の端面が前記第一の線材部分とは互いに逆となるように交互に折り返され、かつ前記各装着溝に対し、その線材の装着される前記溝部が前記第一の線材部分とは互いに逆となるように、前記第一もしくは第二の溝部に順次、互い違いに装着される第二の線材部分とを含むものとされており、
   その励磁用コイル線材に通電することにより、前記着磁面を着磁する磁界を発生させることを特徴とする多極着磁用ヨーク。
3. 前記被着磁体を挟んで前記ヨーク本体とは反対側に設けられたバックヨーク部を備える請求項１または２に記載の多極着磁用ヨーク。
4. 前記ヨーク面は、リング状又は円筒状に形成された被着磁体の外周面ないし内周面に対応する形状に形成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の多極着磁用ヨーク。

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