JP4251071B2

JP4251071B2 - 永久磁石形モータの減磁方法、永久磁石形モータの破砕方法

Info

Publication number: JP4251071B2
Application number: JP2003418947A
Authority: JP
Inventors: 和彦馬場; 仁川口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2020-01-24
Also published as: JP2004104999A

Description

本発明は、永久磁石形モータをリサイクルする際の永久磁石の減磁方法及び、破砕方法に関するものである。

従来は、永久磁石形モータに用いられた永久磁石を減磁することなく、永久磁石の磁力を保持したまま破砕機にかけてモータを破砕した後、材料の分別を行っていた。

また、永久磁石形モータの減磁方法として、モータの温度を永久磁石のキュリー温度（永久磁石の磁力がなくなる温度）以上まで上昇させて、永久磁石の減磁を行うことが知られていた。

永久磁石形モータを用いた電機製品を粉砕、選別してリサイクルする方法において、永久磁石の磁力を保持したまま破砕、選別する方法では、永久磁石は、磁性体で構成された設備の各場所に付着して悪影響を及ぼしていた。特に、破砕時に鉄屑や、破砕機の刃に付着し、鉄屑や磁石が破砕機から出てこないなどの問題を生じ、破砕機の破砕能力の低下や刃の劣化を引き起こしていた。また、破砕機から出てきて、材料を選別した場合でも、鉄屑に付着した磁石片は、鉄屑と同じ所に回収されるため、鉄の品質が下がるという問題があった。
また、モータを破砕する前にモータの温度を永久磁石のキュリー温度の約４００℃以上まで上昇させて、永久磁石の減磁を行う方法においては、モータの温度を上昇させるのに炉などの大きな設備が必要になるのと、多大なエネルギーが必要となりリサイクルのコストアップにつながっていた。
また、圧縮機等のように永久磁石形モータが組み込まれ、製品化されたものでは、モータ以外の部品に温度制約条件が存在する場合があり、リサイクル時に製品ごとキュリー温度まで上昇させることが必ずしも許容されるとは限らないという問題があった。

本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、永久磁石形モータに用いられた永久磁石を簡単な設備のみで減磁を行い、リサイクル時に破砕機の刃や磁性部に磁石片が付着するのを防止することを目的とする。

この発明は、永久磁石形モータを所定の温度条件下にする工程と、ステータ電機子巻線の所定の端子間に時間と共に減衰する交流電流を印加する工程と、を備え、前記所定の温度を、モータの巻線皮膜の溶解温度以下であって、前記永久磁石形モータの永久磁石を構成する素材によって前記所定の温度を設定するようにしたものである。

以上のように、この発明によれば、ステータのコイルの所定の端子間に、減衰する交流電流を印加することで、電源のみの簡単な設備だけで永久磁石の減磁を容易に行うことができる。また、永久磁石の温度をキュリー点以上まで上昇させるなどの多大なエネルギーを必要としないので、省エネ化、及び、リサイクルの低コスト化が図れる。

以下、この発明の実施の形態を図を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は一般的な３相４極の永久磁石形モータの構造を示す断面図である。図において、１は内周面に軸方向へ延びる複数のスロット２ａ、２ｂ…・２ｆが設けられている円筒状のステータコアであり、隣接するスロット２ａ、２ｂ…・２ｆ間にはティース部３a、３ｂ…・３ｆが形成されている。４はティース部３ａ、３ｂ…・３ｆに直接巻き付けられているコイルである。図２は、モータの内径側から展開して見たコイルの結線図であり、本図で示すように、コイルはＵ相とＶ相とＷ相の３つの相より構成され、３相Ｙ結線となるように集中巻線が施されている。５はステータコア１及びコイル４を有するステータである。

６はステータ５の軸線上に配置され、ステータ５に対して回転可能なロータ軸、７はロータ軸６に固定されているロータコア、８はロータコア７の外周面に固定されている複数の永久磁石であり、これらの永久磁石８は、フェライト又はネオジなどを主成分に構成され、Ｎ極とＳ極とが交互になるように着磁される。９はロータ軸６、ロータコア７及び永久磁石８を有するロータであり、このロータ９とステータ５との間には、空隙１０が設けられている。

次に、図３、図４、図５を用いて、永久磁石形モータのステータを用いて永久磁石を減磁する方法について示す。ステータ５は、例えば、図３に示すようにルームエアコンや冷蔵庫などに用いられている圧縮機１２の筐体１３に焼きばめによって固定されている。ステータのコイルの端子は、圧縮機の上部に取り付けられたガラス端子１４に接続され、ステータのコイルへの通電を可能にしている。また、ロータ９とロータ軸６は、焼きばめによって固定することで一体化されており、ロータ軸は軸受け部１５により保持されている。

尚、圧縮機１２には冷凍サイクルとしての使用時にはＨＦＣやＨＣＦＣ等の冷媒が流れ、冷媒温度や冷媒吐出温度に起因する許容温度（例えば１３０℃）、鉱油やＨＡＢ油、エステル油等の冷凍機油の劣化を防止するための許容温度（例えば１００℃）等が存在する。また、モータのコイルを覆う皮膜は圧縮機の許容温度に応じて１３０℃位の許容温度を持っている場合がある。更に、モータの樹脂部分等も比較的許容温度が低い。これら許容温度は通常圧縮機駆動に用いられる永久磁石形モータの永久磁石のキュリー温度に比べるとかなり低い温度である。図４は、３相Ｙ結線されたモータに電流を印加して減磁する場合の結線図、図５はそのときの電流波形である。

圧縮機内に設けた永久磁石形モータの永久磁石を減磁するには、まず、Ｕ相の端子を、外部に設けた単相の電源１１の一端に接続し、Ｖ相の端子とＷ相の端子を交流電源１１のもう一方の端子に接続する。次に、電源１１を用いてモータの各端子に図５で示すように初期値が1kA程度の、時間の経過と共に減衰する交流電流を印加する。これにより、永久磁石には徐々に振幅が小さくなる交番磁界が印加されるので、永久磁石中の磁気モーメントの方位が平均化され、ヒステリシス現象による残留磁気が徐々に減少し、交流磁界の強さが零に至った状態で、永久磁石８を減磁することができる。このように永久磁石を減磁した後、モータは圧縮機に組み込まれた状態で破砕処理される。

以上のように、ステータのコイルの所定の端子間に、減衰する交流電流を印加することで、モータを圧縮機の筐体から取り出すことなく、電源のみの簡単な設備だけで永久磁石の減磁を容易に行うことができる。また、永久磁石の温度をキュリー点以上まで上昇させるなどの多大なエネルギーを必要としないので、省エネ化、及び、リサイクルの低コスト化が図れる。また、破砕機の刃や磁性部に磁石片が付着することによる破砕機の劣化を防止できる。

なお、本実施の形態では、６スロットで４極の集中巻線のモータを例に説明したが、スロット数と極数の組み合わせは、モータが回転可能であれば、全てのモータに適用可能である。また、本実施の形態では、ティースに直接巻線を巻き付ける集中巻線を例に説明したが、集中巻線の変わりに分布巻線を用いても同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、ルームエアコンや冷蔵庫に用いられている圧縮機用モータを例に説明したが、その他、例えば除湿機の圧縮機駆動用モータ、洗濯機駆動用モータ、ファンモータ、クリーナ、ＦＤＤ、電気自動車駆動用モータなど、永久磁石形モータの搭載されている全ての製品に適用可能であることは言うまでもない。

実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２による永久磁石形モータの減磁方法を示すフローチャートである。発明の実施の形態１では、永久磁石の減磁作業を行うために、温度条件に規定がなかったのに対し、本実施の形態２では、減磁作業時の温度条件を定めた点で発明の実施の形態１と異なる。即ち、モータを所定の温度条件下にする工程（ステップＳ１１）と、前記所定の温度条件下にしたモータに減衰電流を印加する工程（ステップＳ１２）とから構成される。

ここで、図７にフェライト磁石の減磁カーブを示す。また、図８にネオジウム、鉄、ボロンなどを主成分として構成される希土類磁石の減磁カーブを示す。横軸は保持力を示しており、保持力が小さいほど、小さな減磁界（小さな電流）で永久磁石の減磁を行えることを示している。また、縦軸は残留磁束密度であり、残留磁束密度が大きいほど磁石の磁力が大きいことを示している。本図より、フェライト磁石の場合、温度が低温になるほど、保持力が小さくなるという特性を有するのが分かる。また、希土類磁石の場合は、逆に温度が高温になるほど、保持力が小さくなるという特性を有するのが分かる。したがって、永久磁石の減磁特性は、永久磁石を構成する素材によって異なり、永久磁石の素材がフェライトを主成分に構成されている場合は、モータの温度を常温より低い温度とし、また、永久磁石の素材がネオジウム、鉄、ボロンなどを主成分として構成されている場合は、モータ温度を常温より高い温度にした後、減衰電流を印加するようにすることで、従来のようにキュリー点以上まで永久磁石の温度を上昇させることなく、常温時よりも小さい電力で信頼性の高い減磁を行うことができる。

一例としてフェライト磁石を用いたモータの場合の温度条件として−２０℃程度があげられる。また、ネオジウム、鉄、ボロンなどを主成分として構成されている場合の温度条件として１００℃程度があげられる。１００℃の条件は前述した圧縮機の許容温度以内となるものであり、他の部品が変形したりせず、その後の解体、破砕処理を円滑に行なうことができる。

実施の形態３．
図３における圧縮機１２を構成する各構成要素の許容温度を永久磁石のキュリー温度より高くすることにより、圧縮機をキュリー温度下に置いて減磁し、その後実施の形態１、２と同様に圧縮機を破砕してもよい。特に例えば永久磁石のキュリー温度が低く、圧縮機を冷凍サイクルとして使用していたときにＲ２１等のような圧縮機吐出温度が高い冷媒を用いる場合には、圧縮機の許容温度を高く設計することから、圧縮機に対してキュリー温度に耐えるためのコストをそれほどかけなくてもキュリー温度に耐えられる圧縮機とできる場合がある。そのような場合には、圧縮機をキュリー温度以上の許容温度もつ製品とすることで、永久磁石の減磁を行なうことができる。

尚、上記各実施の形態では、減磁する場合を例に説明したが、勿論消磁してもよい。

この発明における３相４極の永久磁石形モータの構造を示す断面図である。図１の永久磁石形モータのコイルの結線図である。図１の永久磁石形モータを備えた圧縮機の断面図である。モータを減磁する場合の結線図である。減磁時の電流波形を示す波形図である。この発明の実施の形態２による永久磁石形モータの減磁方法を示すフローチャートである。フェライト磁石の特性を示す減磁カーブである。希土類磁石の特性を示す減磁カーブである。

符号の説明

１ステータコア、２ａ、２ｂ…・２ｆスロット、３ａ、３ｂ…・３ｆティース、４コイル、５ステータ、６ロータ軸、７ロータコア、８永久磁石、９ロータ、１０空隙、１１電源、１２圧縮機、１３筐体、１４ガラス端子、１５軸受け部、１６Ｕ相端子、１７Ｖ相端子、１８Ｗ相端子。

Claims

永久磁石形モータを所定の温度条件下にする工程と、ステータ電機子巻線の所定の端子間に時間と共に減衰する交流電流を印加する工程と、を備え、前記所定の温度を、モータの巻線皮膜の溶解温度以下であって、前記永久磁石形モータの永久磁石を構成する素材によって前記所定の温度を設定するようにしたことを特徴とする永久磁石形モータの減磁方法。
永久磁石形モータを所定の温度条件にする工程と、ステータ電機子巻線の所定の端子間に時間と共に減衰する交流電流を印加する工程と、を備え、前記所定の温度を、モータの巻線皮膜の溶解温度以下となるように前記所定の温度を設定し前記永久磁石の温度をキュリー点以上まで上昇させないようにしたことを特徴とする永久磁石形モータの減磁方法。
前記所定の温度を、前記永久磁石の素材がフェライトを主成分で構成されている場合は常温よりも低い温度とし、前記永久磁石の素材がネオジウム、鉄、ボロンなどの希土類を主成分で構成されている場合は常温よりも高い温度としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の永久磁石形モータの減磁方法。
永久磁石形モータに設けられた永久磁石を請求項１乃至３の何れかに記載の減磁方法を用いて減磁する工程と、前記減磁したモータを破砕機にかけて破砕する工程とを含んだことを特徴とする永久磁石形モータの破砕方法。