(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のロータ鉄心とこのロータ鉄心の外周側に設けられた複数の磁石挿入穴に装着された複数の希土類磁石と前記ロータ鉄心のシャフト嵌合穴に嵌合し回転自在に支持されたシャフトとを有するロータと、このロータの外側で空隙を隔てて対向して配置された環状のステータ鉄心とこのステータ鉄心に巻装された巻線とを有するステータと、前記ロータおよび前記ステータを収容するとともに前記シャフトを軸支するフレームとを備えた永久磁石形モータの組込着磁方法であって、
前記シャフトに軸方向の貫通穴を予め設けておき、前記フレームの内側に前記ステータを固定し、前記ステータの内側に前記ロータを配置して前記ロータを前記フレームに組付けるステップと、
前記貫通穴に熱媒を流通させて前記ロータを加熱するステップと、
前記希土類磁石が室温よりも高温の所定の温度に達した状態で、前記巻線に電流を流すことにより前記希土類磁石を着磁するステップと、
を含むことを特徴とする永久磁石形モータの組込着磁方法。
【請求項２】
前記熱媒は、前記貫通穴の一端から他端へまたは他端から一端へ軸方向にのみ流通することを特徴とする請求項１に記載の永久磁石形モータの組込着磁方法。
【請求項３】
前記貫通穴は前記シャフトを軸方向に貫通する単一の穴であり、
前記熱媒は、前記貫通穴の一端から他端へ一方向に流れることを特徴とする請求項１または２に記載の永久磁石形モータの組込着磁方法。
【請求項４】
前記シャフトは、前記フレームを貫通していることを特徴とする請求項３に記載の永久磁石形モータの組込着磁方法。
【請求項５】
前記貫通穴は前記シャフトを軸方向に貫通する一対の穴から成り、
前記シャフトの一端における前記一対の穴の口同士がパイプで接続され、
前記シャフトの他端における前記一対の穴の一方の口から流入した熱媒が、前記一対の穴の一方、前記パイプ、および前記一対の穴の他方を流れて、前記シャフトの他端における前記一対の穴の他方の口から流出することを特徴とする請求項１または２に記載の永久磁石形モータの組込着磁方法。
【請求項６】
前記シャフトは、前記パイプが接続された側のその一端が前記フレーム内に配置されることを特徴とする請求項５に記載の永久磁石形モータの組込着磁方法。
【請求項７】
前記シャフトの外形は、周方向に複数の凹凸を有する形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の永久磁石形モータの組込着磁方法。
【請求項８】
前記シャフトと前記ロータ鉄心のシャフト嵌合穴との嵌合部に熱伝導グリスが塗布されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の永久磁石形モータの組込着磁方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石形モータの組込着磁方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、希土類磁石の高性能化が急速に進み、従来よりも高磁力・高保磁力の磁石が次々と開発され登場している。モータの高性能化にはこれらの磁石の採用が不可欠であるが、モータの外で予め着磁した磁石片を界磁鉄心の内部や表面に組み込む時にその高磁力のために取扱性に難があり、生産性を低下させている。この問題を解消する手段として、磁石を未着磁の状態で界磁鉄心に組み込んでおき、ロータとステータを組み立てた時に電機子巻線に大電流（着磁電流）を流すことで磁石を着磁する、いわゆる組込着磁が有効である。
【０００３】
しかし希土類磁石の高磁力化・高保磁力化が進むのに伴って必要な着磁電流も増大傾向にあり、着磁電源の大型化や、電機子巻線の絶縁皮膜へのダメージ増大といった課題がある。この課題に対して、希土類磁石が高温で飽和着磁磁場が低下することを利用して着磁電流の低減を図る組込着磁方法が開示されている。
【０００４】
特許文献１では、請求項２にモータ内部（実施例の説明によればフレームの内側と解釈できる）の乾燥工程を利用して永久磁石が高温の状態で組込着磁を行う方法が開示され、請求項３にモータ外周（実施例の説明によればフレームの外側表面と解釈できる）の焼付け塗装工程を利用して永久磁石が高温の状態で組込着磁を行う方法が開示されている。
【０００５】
特許文献２では、請求項１にロータとシャフトを焼嵌めにより固定する時を利用して高温の状態で組込着磁を行う方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１７８５０７号公報
【特許文献２】特開平６−３１５２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし特許文献１に記載の従来技術では、永久磁石が組み込まれたロータだけでなく、着磁時に高温状態にする必要のないステータまでもが加熱される。ステータ巻線が高温になると巻線抵抗が上昇するため所定の着磁電流を流すのに必要な電圧が高くなり、高温かつ高電圧のために巻線表面の絶縁皮膜に与えるダメージが増大するという問題がある。また、乾燥工程あるいは焼付け塗装工程の直後に製造ラインのトラブル等で一旦モータの温度が低下した場合には、再度モータ全体を別途加熱する必要が生じるといった問題がある。また、そもそも乾燥工程や焼付け塗装工程が無いモータに対しては適用することが困難である。
【０００８】
また、特許文献２に記載の従来技術では、温度管理が困難であるという問題がある。ロータは放熱により温度低下する一方であり、その速度は雰囲気の温度・湿度等の環境により左右される。一度適温のタイミングを逃すと同じ温度状態に再現することは困難である。
【０００９】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、希土類磁石が高温で飽和着磁磁場が低下することを利用して着磁電流の低減を図る組込着磁において、巻線表面の絶縁皮膜に与えるダメージを軽減し、また温度管理を容易にする永久磁石形モータの組込着磁方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る永久磁石形モータの組込着磁方法は、環状のロータ鉄心とこのロータ鉄心の外周側に設けられた複数の磁石挿入穴に装着された複数の希土類磁石と前記ロータ鉄心の中央の穴に嵌合し回転自在に支持されたシャフトとを有するロータと、このロータの外側で空隙を隔てて対向して配置された環状のステータ鉄心とこのステータ鉄心に巻装された巻線とを有するステータと、前記ロータおよび前記ステータを収容するとともに前記シャフトを軸支するフレームとを備えた永久磁石形モータの組込着磁方法であって、前記シャフトに軸方向の貫通穴を予め設けておき、前記フレームの内側に前記ステータを固定し、前記ステータの内側に前記ロータを配置して前記ロータを前記フレームに組付けるステップと、前記貫通穴に熱媒を流通させて前記ロータを加熱するステップと、前記希土類磁石が室温よりも高温の所定の温度に達した状態で、前記巻線に電流を流すことにより前記希土類磁石を着磁するステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、ロータのみを加熱することにより、巻線表面の絶縁皮膜に与えるダメージを軽減でき、また温度調整は熱媒の加熱冷却および流量を制御することで実施できるので、温度管理も容易になるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施の形態１に係る永久磁石形モータの概略構成を示す断面図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る永久磁石形モータの組込着磁方法を示すフローチャートである。
【図３】図３は、実施の形態２に係る永久磁石形モータの概略構成を示す断面図である。
【図４】図４は、実施の形態３におけるロータの横断面構成を示した図である。
【図５】図５は、実施の形態４において、シャフトのロータ鉄心における嵌合部の接触断面を微視的に見たときのイメージを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る永久磁石形モータの組込着磁方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る永久磁石形モータの概略構成を示す断面図である。図１に示すように、本実施の形態に係る永久磁石形モータ（以下、単に「モータ」という。）は、ロータ１とステータ２とフレーム３とを備えている。なお、図１では、着磁時のモータの構成を示しており、モータはロータ１とステータ２とフレーム３で構成される状態に組み立てられている。
【００１５】
ロータ１は、ロータ鉄心４とシャフト５と希土類磁石６と端板７とを備えて構成される。ロータ鉄心４は、例えば所定の形状に打ち抜かれた複数の電磁鋼板を積層固着して形成される。ロータ鉄心４の形状は、例えば略円環形状である。ロータ鉄心４は、外周側にて周方向に例えば略等間隔で極数分設けられた磁石挿入穴３０を有している。各磁石挿入穴３０は、それぞれ軸方向に延伸し、内部に希土類磁石６が挿入され装着されている。ロータ鉄心４には、軸方向の両端面に希土類磁石６の軸方向への抜け出しを防止するための端板７がそれぞれ取り付けられている。ロータ鉄心４の中央に設けられたシャフト嵌合穴にはシャフト５が嵌合され、シャフト５はベアリング８を介してフレーム３に回転自在に支持される。ベアリング８の座面には予圧をかけるためのウェーブワッシャ９が敷かれる。シャフト５は例えば断面円形であり、シャフト嵌合穴もこれに応じた円形である。
【００１６】
ステータ２は、ステータ鉄心１０と巻線１１とを備えて構成される。ステータ鉄心１０は、例えば所定の形状に打ち抜かれた複数の電磁鋼板を積層固着して形成される。ステータ鉄心１０の形状は、例えば略円環形状である。ステータ鉄心１０には、内周側にて周方向に例えば略等間隔で複数のティース（図示しない）が設けられており、これらのティースにはインシュレータ（図示しない）を介して巻線１１が巻装される。ステータ２は、例えば焼嵌めなどの方法でフレーム３の内側に固定され、ロータ１の外側に所定の空隙２０を隔てて対向して設置される。シャフト５には、軸方向の貫通穴１２が設けられる。
【００１７】
フレーム３は、ロータ１およびステータ２を収容する。フレーム３は、例えば略円筒形状であり、その軸方向の一端は開口して鍔状を成し、他端には底が設けられているがこの底にはシャフト５を貫通させる穴２２が設けられている。つまり、本実施の形態では、シャフト５はフレーム３を軸方向に貫通する態様でフレーム３に軸支されている。
【００１８】
次に、図１および図２を参照して、本実施の形態に係る永久磁石形モータの組込着磁方法について説明する。図２は、本実施の形態に係る永久磁石形モータの組込着磁方法を示すフローチャートである。
【００１９】
ステータ２は、例えば焼嵌めなどの方法でフレーム３の内側に固定される（Ｓ１）。続いて、ステータ２の内側にロータ１が配置されてフレーム３に組付けられる（Ｓ２）。なお、シャフト５には軸方向の貫通穴１２を予め設けておく。この状態で、モータは図１に示す構成となる。
【００２０】
次に、シャフト５に設けられた貫通穴１２の両端１２ａ，１２ｂにヒータ等の熱源およびポンプとつながったチューブ（図示しない）が接続され（Ｓ３）、貫通穴１２に熱媒が流される（Ｓ４）。なお、図１では、熱媒の流れを実線矢印で示しており、熱媒は例えば貫通穴１２の一端１２ａから他端１２ｂへ一方向に流れる。貫通穴１２の内部を熱媒が流通すると、シャフト５、ロータ鉄心４、希土類磁石６の順に熱が伝わり、希土類磁石６の温度が上昇する。なお、図１では、伝熱方向を点線矢印で示している。希土類磁石６の温度は、端板７に小さなのぞき穴を設けておいて直接測定しても良いし、代わりに端板７の表面の温度を測定しても良い。測定温度を基に熱媒の加熱冷却および流量を制御することで希土類磁石６を所定の温度に到達させる。希土類磁石６の温度は、少なくとも室温よりも高温に設定される。
【００２１】
希土類磁石６が所定の温度に到達すれば、ロータ１を所定の角度位置に固定し、巻線１１のリード端末を着磁電源に接続して着磁電流を通電する（Ｓ５）。モータ仕様により複数回の着磁が必要な場合はこの工程を複数回繰り返す。
【００２２】
着磁が完了すれば、貫通穴１２からチューブを取り外し（Ｓ６）、モータの残りの組み立てを行う（Ｓ７）。
【００２３】
なお、熱媒に利用する物質としては、例えば、水、油、空気、または水蒸気が考えられるが、シャフト５の錆発生の防止および熱の伝導効率を考慮すると油が適し、取扱性を考慮すると空気が適する。
【００２４】
以上の方法により、希土類磁石６が高温で飽和着磁磁場が低下することを利用して着磁電流の低減を図る組込着磁において、ステータ２を加熱することなく、ロータ１だけを加熱できるので、巻線１１の表面の絶縁皮膜に与えるダメージを軽減することができる。また、温度調整は熱媒の加熱冷却および流量を制御することで実施できるので温度管理が容易である。
【００２５】
また、製造ラインのトラブル等で一旦ロータ１の温度が低下した場合でも、何度でも加熱のやり直しができる。
【００２６】
なお、厳密にはロータ１の外周表面から、空隙２０、ステータ鉄心１０、インシュレータ、巻線１１の順に熱が伝わるため、巻線１１の温度も上昇していくが、空気から成る空隙２０および例えば樹脂や紙から成るインシュレータは伝熱性が悪いため、温度上昇の速度は大変遅く、その温度上昇は着磁工程では実質上問題とならない。
【００２７】
また、本実施の形態では、熱媒を通流させる単一の貫通穴１２を設ける構成としたが、これを複数本設ける構成でもよい。
【００２８】
実施の形態２．
図３は、本実施の形態に係る永久磁石形モータの概略構成を示す断面図である。図３では、図１と同様に、着磁時のモータの構成を示しており、モータはロータ１とステータ２とフレーム３で構成される状態に組み立てられている。
【００２９】
図３に示すように、シャフト５には、軸方向の貫通穴１３，１４が予め設けられている。すなわち、シャフト５には互いに平行で軸方向に貫通する一対の貫通穴１３，１４が設けられている。シャフト５の一方の端の貫通穴１３，１４の口同士は、例えばＵ字状のパイプ１５で接続されている。パイプ１５の接続は例えばロウ付けなどの方法による。これにより、パイプ１５は貫通穴１３，１４の口同士を密に接続する。
【００３０】
フレーム３は、例えば略円筒形状であり、その軸方向の一端は開口して鍔状を成し、他端には底が設けられている。本実施の形態では、実施の形態１と異なり、シャフト５の一端はフレーム３を貫通しない。すなわち、シャフト５のパイプ１５が装着された側の端は、フレーム３の内側に存在し、その底面２５と対向している。なお、本実施の形態のその他の構成については図１と同様であるので説明を省略する。
【００３１】
次に、本実施の形態に係る永久磁石形モータの組込着磁方法について説明する。この場合のフローチャートも図２と同様であるが、Ｓ３，Ｓ４の具体的内容が実施の形態１とは異なる。シャフト５には軸方向の貫通穴１３，１４を予め設けておき、ステータ２の焼嵌め（Ｓ１）、ロータ１の組付け（Ｓ２）を行う。この状態で、モータは図３に示す構成となる。次に、シャフト５に設けられた貫通穴１３，１４の一方を入口、他方を出口として、貫通穴１３，１４にヒータ等の熱源およびポンプとつながったチューブ（図示しない）がそれぞれ接続され、熱媒が流される。図示例では、例えば貫通穴１３の一端１３ａを入口とし、貫通穴１４の一端１４ａを出口としている。そして、貫通穴１３の一端１３ａに接続されたチューブを介して流入した熱媒は、貫通穴１３、パイプ１５、および貫通穴１４を流れた後、貫通穴１４の一端１４ａに接続されたチューブを介して流出する。なお、図３では、熱媒の流れを実線矢印で示している。貫通穴１３，１４の内部を熱媒が流通すると、シャフト５、ロータ鉄心４、希土類磁石６の順に熱が伝わり、希土類磁石６の温度が上昇する。なお、図３では、伝熱方向を点線矢印で示している。希土類磁石６の温度は、端板７に小さなのぞき穴を設けておいて直接測定しても良いし、代わりに端板７の表面の温度を測定しても良い。測定温度を基に熱媒の加熱冷却および流量を制御することで希土類磁石６を所定の温度に到達させる。希土類磁石６の温度は、少なくとも室温よりも高温に設定される。以降の工程は、実施の形態１で説明した図２のＳ５〜Ｓ７と同様であるので省略する。
【００３２】
このように、本実施の形態では、シャフト５に軸方向の貫通穴１３，１４を設け、貫通穴１３の一端とこれと同じ側の貫通穴１４の一端とをパイプ１５で互いに密に接続し、貫通穴１３，１４内部に熱媒を通流させてロータ１のみを加熱するようにしたので、巻線１１の表面の絶縁皮膜に与えるダメージを軽減することができる。また、温度調整は熱媒の加熱冷却および流量を制御することで実施できるので温度管理が容易である。
【００３３】
さらに、本実施の形態によれば、シャフト５の一方の端がフレーム３の外に出せない場合でも熱媒を流通させることができる。
【００３４】
なお、貫通穴１３，１４は複数対設けることもできる。本実施の形態のその他の構成、作用、および効果は実施の形態１と同様である。
【００３５】
実施の形態３．
図４は、本実施の形態におけるロータの横断面構成を示した図である。シャフト５は、実施の形態１と同様に、軸方向の貫通穴１２を有している。しかしながら、本実施の形態では、シャフト５の外形は、単純な円形ではなく、周方向に複数の凹凸１６がある断面形状とする。また、シャフト嵌合穴の形状もシャフト５の外形と同じ形状である。
【００３６】
このような構成により、シャフト５とロータ鉄心４との接触面積が増えて伝熱性が向上することにより、希土類磁石６の昇温時間が短くなる。
【００３７】
なお、本実施の形態のその他の構成、作用、および効果は実施の形態１と同様である。また、実施の形態２に本実施の形態を適用することもできる。
【００３８】
実施の形態４．
図５は、シャフト５のロータ鉄心４における嵌合部の接触断面を微視的に見たときのイメージを示す図である。図５に示すように、シャフト５とロータ鉄心４のシャフト嵌合穴との嵌合部に熱伝導グリス１７を塗布するとさらに良い。シャフト５とロータ鉄心４の表面には微視的には多くの凹凸１８があるため、真の接触面積は見かけの接触面積に比べて大変小さい。熱伝導グリス１７を塗布することで凹凸１８同士の隙間１９を埋めることができる。
【００３９】
このような構成により、微視的に見たときのシャフト５とロータ鉄心４との凹凸１８同士の隙間１９が熱伝導グリス１７で埋められて伝熱性が向上することにより、希土類磁石６の昇温時間がさらに短くなる。
【００４０】
なお、本実施の形態のその他の構成、作用、および効果は実施の形態１〜３と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、永久磁石形モータの組込着磁方法、特に、組込着磁方法として好適である。
【符号の説明】
【００４２】
１  ロータ
２  ステータ
３  フレーム
４  ロータ鉄心
５  シャフト
６  希土類磁石
７  端板
８  ベアリング
９  ウェーブワッシャ
１０  ステータ鉄心
１１  巻線
１２，１３，１４  貫通穴
１５  パイプ
１６，１８  凹凸
１７  熱伝導グリス
１９  隙間
２０  空隙
２２  穴
２５  底面
３０  磁石挿入穴
【図１】
0005631358.tif 000002
【図２】
0005631358.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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