(57)【要約】【課題】磁石を着磁する際に使用する着磁ヨークは、多くの場合繰り返し使用されるため、繰り返し使用後もその再現性を保つことが重要である。しかしながら、通常は、使用回数が増えると同時にヨークコアは磨耗し、寸法変化が生じる。その寸法変化により着磁した磁石の磁化パターンが当初の設計値から変化し、着磁工程の安定性が低下する。本発明は、繰り返し使用による着磁ヨークコアの磨耗を防止し、着磁性能の安定性を維持する着磁装置を提供する。【解決手段】着磁ヨークコアのスロット部分にヨークコアを保護する部材を設け、その部材を被着磁物である磁石側に突出するように構成することによって、磁石と着磁コアが直接接触するのを防止し、着磁コアの磨耗を抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨークコアのスロット部分にコイルを巻回した構造の着磁ヨークを有する着磁装置において、
前記着磁ヨークのヨークコアと、それに対向して配置される被着磁物との間に所定の空間を設け、被着磁物着脱時にヨークコアと被着磁物とを非接触状態に維持する構成であることを特徴とする着磁装置。
【請求項２】
前記ヨークコアのスロット部分にヨークコアを保護する部材が設けられた請求項１に記載の着磁装置。
【請求項３】
前記ヨークコアを保護する部材が、被着磁物側に突出した構造を有する請求項２に記載の着磁装置。
【請求項４】
前記ヨークコアを保護する部材が樹脂材で構成されることを特徴とする請求項３に記載の着磁装置。
【請求項５】
前記ヨークコアを保護する部材が無機絶縁物で構成されることを特徴とする請求項３に記載の着磁装置。
【請求項６】
前記ヨークコアを保護する部材が着脱可能な構成とすることを特徴とする請求項３に記載の着磁装置
【請求項７】
請求項２から請求項６に記載の着磁装置を用いて着磁された磁石。
【請求項８】
請求項７に記載の磁石を用いたモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータなどに用いる永久磁石を着磁するための着磁装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータなどに用いる永久磁石を着磁するための着磁装置は、一般的には着磁ヨークとそれに接続された着磁電源から構成されている。
一般的に着磁ヨークは所定の形状に加工したヨークコアに巻き線をおこない、巻き線がずれないように樹脂でモールドされたものが重要な構成要素である。そしてヨークコアはバルクの純鉄などの強磁性体材料もしくは珪素鋼板などの電磁鋼板を積層したものを用いる。そのコアに用いる材料の磁気特性は、飽和磁束密度が高いもの、保磁力が小さいものなど、一般的には軟磁気特性の優れた材料を用いる。
次に、着磁工程について、以下簡単に説明する。
最初に無着磁品の磁石などの被着磁物をヨークコア近傍に配置させる。次に着磁電源内に設置されたコンデンサに充電をおこないその後、充電した電荷を一気に放電し、接続された着磁ヨークに電流を流す。着磁ヨークに流れる電流はパルス波形の電流であり、その電流により着磁ヨークコアから磁界が発生する。その発生磁界で被着磁物である磁石に着磁をおこなうものである。
着磁ヨークは磁石を所望の特性に着磁するものであることからり、磁石への着磁はモータ特性を大きく左右するものである。また生産という視点から着磁ヨークには磁石を着磁するたびに繰り返し使用されるという特徴がある。そのため、着磁特性の再現性、繰り返し安定性の確保は着磁工程での重要な要素である。
着磁の繰り返し安定性を高めるためには、着磁ヨークの初期精度を維持すること、着磁時の被着磁物を再現性高く配置することが要求される。この着磁ヨークの初期精度を維持するため、硬い磁石から着磁ヨークコアを保護するため、コア表面に保護膜を形成する方法や、コア表面を別の金属でカバーする方法が知られている。
例えば、特許文献１には、着磁ヨークコアの保護膜としてダイヤモンドライクカーボンなどの膜を形成することが開示されている。また、特許文献２に着磁ヨークコアとその表面に着磁ヨークカバーを備える構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１５９１５号公報
【特許文献２】特開平１１−３１６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の一般的な構成の着磁装置では、着磁装置を構成する着磁ヨークコアの一部と被着磁物である磁石が接触した状態で着磁ヨークに配置される。もしくは、着磁後に被着磁物である磁石とヨークコアとが相互に磁力で引き合うために、両者が接触した状態のまま磁石を取り外すことになる。このため、磁石表面と着磁ヨークコア表面が擦れあい、使用回数が増加するにつれて、着磁ヨークコアの表面形状やその寸法精度が維持できなくなるという問題があった。
【０００５】
以下、詳細に説明する。前述したように、着磁ヨークは磁石を着磁する際に使用されるものであり、多くの場合繰り返し使用される。着磁後、被着磁物である磁石と、主成分が鉄である着磁ヨークコアとは、磁力の作用によって、ほぼ接触状態になる。通常、着磁装置において着磁ヨークは固定されており、被着磁物である磁石を繰り返し着脱して着磁を実施する。このため着磁回数の増加と共に着磁ヨークコアと被着磁物である磁石との接触回数が増加する。その結果、着磁ヨークコアの一部が磨耗し、着磁ヨークコアの寸法精度に変化が生じる。その寸法変化の影響により、着磁工程の安定性が乏しくなり、着磁した磁石の磁化パターンが当初の設計値から変化する。その結果、着磁性能の維持ができず、モータ性能を悪化させることが課題である。
【０００６】
上記の課題に対し、特許文献１に記載の、着磁ヨーク表面に保護膜を形成する方法は有効な手段の一つであるが、下記に記す要因でその使用範囲は限定される。着磁ヨーク表面に保護膜を形成する方法は、バルク金属体を加工して端面を平坦にしたものに使用する場合は有効である。しかしながら、着磁ヨークコアに関しては、電磁鋼板を積層したものを用いる場合があり、その場合、加工端面にはかなりの凹凸があり、仮に保護膜を形成しても、その特性を有効に発現させることができない。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、繰り返し使用による着磁ヨークコアの磨耗を防止し、着磁性能の安定性を維持する着磁装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る着磁装置は、ヨークコアのスロット部分にコイルを巻回した構造の着磁ヨークを有する着磁装置において、前記着磁ヨークのヨークコアと、それに対向して配置される被着磁物との間に所定の空間を設けることにより、被着磁物着脱時にヨークコアと被着磁物との非接触状態を維持する構成であることを特徴とする着磁装置である。
【０００８】
上記構成により、着磁前後の被着磁物と着磁ヨークコアとが直接接触するのを防止する。  
また、本発明に係る着磁装置は、前記ヨークコアのスロット部分にヨークコアを保護する部材が設けられた着磁装置であり、前記ヨークコアを保護する部材が被着磁物側に突出した構造を有する着磁装置である。
上記構成により、被着磁物が着脱時にヨークコアと直接接触するのを防止し、ヨークコアの磨耗を抑制する。
また、本発明に係る着磁装置は、着磁ヨークコアのティース間のスロット部分に特徴がある。ヨークコアのスロット部分には、通常、コイルを巻回し、そのコイル巻線の絶縁と着磁時に生じる衝撃緩和のためモールド樹脂材が充填される。本発明の着磁ヨークはそのスロット部分を構成するモールド樹脂材をヨークコア保護部材とし、その一部を被着磁物側に突出するように構成するものである。
上記構成により、非着磁物と着磁ヨークコアとが直接接触するのを防止し、ヨークコアの磨耗を抑制する。
さらに、本発明に係る着磁装置は、着磁ヨークのスロット部分に絶縁と衝撃緩和のために充填された樹脂材の一部に無機絶縁物から成るヨークコア保護部材を設け、そのヨークコア保護部材を被着磁物側に突出するように構成するものである。
上記構成により、非着磁物と着磁ヨークコアとが直接接触するのを防止し、ヨークコアの磨耗を抑制する。さらに、無機絶縁物は樹脂材にくらべ熱伝導率が大きいため、着磁時にコイルに流れる着磁電流により発生する熱を効果的に表面側からも冷却することが可能であり、着磁ヨークのスロット内に充填された樹脂絶縁物の劣化を抑えることも可能である。
【０００９】
また、本発明は上記ヨーク保護材を着脱可能な構成とした着磁装置である。
上記構成により、ヨーク保護部材を交換して使用することが可能となり、これにより、保護部材そのものの磨耗による変形の影響を抑えられ、ヨークコアの磨耗を防止することができる。
【００１０】
また、本発明は前記着磁装置を用いて着磁を行った磁石である。
上記の着磁装置で着磁した磁石は、磁石と着磁ヨークの接触による着磁ヨークコアの磨耗が抑えられるため、着磁性能の安定性が確保され、再現性の高い磁石を実現することが可能である。
【００１１】
また、本発明は上記着磁装置を用いて着磁を行った磁石を用いたモータである。
【００１２】
上記の着磁装置で着磁した磁石は、磁石と着磁ヨークの接触による着磁ヨークコアの磨耗が抑えられるため、着磁性能の安定した磁石を実現できるため、それを用いたモータは安定的な特性を確保することが可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の着磁装置によれば、被着磁物と着磁ヨークとが非接触状態で維持されるため、ヨークコアの磨耗が低減され、磁石に転写される磁化の着磁パターンをピッチ、強度共に安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１に係る着磁ヨークの断面概略図
【図２】本発明の実施例２に係る着磁ヨークの断面概略図
【図３】従来の着磁ヨークの断面概略図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係る着磁装置について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態１に係る着磁装置を構成する着磁ヨークの概略図である。
【００１６】
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る着磁ヨークは、ヨークコア１と、ティース部２と、ティース部２間に設けられたスロット部３と、ティース部２に巻回されたコイル巻線４と、スロット部３に配設されたヨークコア保護部５で構成される。着磁は、ヨークコア１と対向する位置に被着磁物６を配置し行うものである。
【００１７】
スロット部３には、通常、絶縁性向上と巻線部の保持を目的として樹脂を充填する。この充填される樹脂をヨークコア１の被着磁物対向面からの１０から５０μｍ程度突出させるように構成とすることによって、ヨークコアと被着磁物である磁石との接触を防止する機能をもたせ、ヨークコア保護部５とする。
【００１８】
本実施形態に係る着磁装置は上記構成により、着磁後にヨークコア１と被着磁物６が接触しない状態を維持することができる。
また、図２に示すようにヨークコア保護部２２を、スロット部３に充填した樹脂と無機絶縁物７との組み合わせとすることも可能である。この無機絶縁物７の材料としては、例えばアルミナがある。この構成は、ヨークコア１のスロット部３に樹脂を充填する前に、充填治具内に所定の形状の無機絶縁物７を配置し、その後に樹脂を充填することで形成する。
また、上記無機絶縁材料などのヨークコア保護部材は着脱可能な構成にすることができる。
上記のヨーク保護部を設けた着磁装置は、繰り返し着磁を行った後であっても、ヨークコアが磨耗しにくい。このため、上記着磁装置によって着磁を行うリング磁石は、着磁により転写される磁化のパターンの精度が向上し、例えば表面磁束波形の極角度のバラツキを抑えることが可能である。
また、上記リング磁石を構成部品とするモータは、その回転精度を向上させることが可能である。
【００１９】
本実施形態に係る着磁装置は、中心側に着磁ヨークコア、外周側に磁石を配置する内周着磁での構成としたが、外側に着磁ヨークコア、中心側に磁石を配置した外周着磁での構成であっても構わない。
さらに、平面板状の磁石やリング磁石の端部に着磁する場合など、着磁ヨークコアの磁界発生部と被着磁物である磁石が対向している場合には、同様の方法で着磁ヨークコアと被着磁物とを接触させない構成とすることが可能である。
（実施例）
次に本発明の実施例について説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１に示す着磁ヨークは以下の手順で作製する。
ヨークコアを所定の形状に加工を行い、その材料には純鉄を用いた。加工はワイヤー放電加工を用いておこなった。コア素材としてバルクの磁性体材料を用いたためこのような加工方法を選択した。コア素材として薄板電磁鋼板を積層したものとする場合は、レーザー加工などの加工方法を選択することも可能である。ヨークコアに対する加工ひずみや切断面の加工変質層による磁気特性の劣化をおさえるためには上記の加工方法を選択することが望ましい。
次に、加工をおこなったヨークコアをシャフトに固定した後、ヨークコアの各ティース部分にコイル巻線を行った。巻数は１ターンである。
次に、絶縁性向上と巻線部の保持を目的とし、スロット部３に樹脂を充填しコイル巻線部をモールドする。充填に用いる樹脂はエポキシ樹脂を用いた。充填工程について以下簡単に説明する。
最初に巻線を施したヨークコア１を充填用冶具に設置する。充填用冶具は略円筒形状をしており冶具内周とヨークコア１のティース部３の外周が接触するように設計されている。
充填用の冶具の内周側は略円形であるが、図１に示すヨークコア保護部５を有する着磁ヨークを作製するため、冶具のヨークコア１のスロット部４に対応する部分に窪みを設け、ヨークコア１の外周面よりも充填する樹脂の表面が突出するように形成する。充填冶具の素材としてはヨーク保護部５として突出する量が２０μｍの精度を実現するために高い加工精度が必要となるため、本発明の充填冶具は金属素材のものを用いた。また、この充填冶具は充填時に樹脂を軟化させる際、また、充填した樹脂を加熱硬化する際など、温度を上げて使用する場合があり、その際の寸法変化を押さえ所望の突出量を実現させる必要がある。このため、加熱時の伸びがコア材と同等になるように線膨張係数を考慮し、コア材と同一な鉄材を用いた。さらに、充填冶具側に樹脂が固着することを防止するため、充填冶具の表面に樹脂被着防止膜を形成したものを用いた。この防止膜は一般的なものでよいが、本実施例では、フッ素系のカーボン膜を用いた。
【００２１】
樹脂充填後加熱硬化したヨークコア１の巻線端部と端子台を接続して、ヨークコア保護部５を有する着磁ヨークとする。この着磁ヨークと着磁電源を用いた着磁装置を用いて、リング磁石への着磁を実施した。
【００２２】
ヨークコア保護部５の突出した部分とリング磁石が接触するように磁石を挿入する。次に、所定の電圧まで着磁電源のコンデンサに充電する。充電が完了した後、一度に放電し、ヨークコアの巻線部にパルス状の電流を通電し、ヨークコアより磁界を発生させる。発生した磁界により、配置した磁石に着磁を行った。着磁された磁石はヨークコア１のスロット部３に設けたヨークコア保護部５と接触しており、ヨークコア１とは接触しない状態で着磁後も維持され、これにより、着磁ヨークからの磁力の影響を受けずに、より小さい力でリング磁石を着磁ヨークから取り外すことが可能である。
表１は着磁した磁石の表面磁束を測定した結果を示したものであり初期状態の磁化パターンと繰り返し使用した後の磁化パターンとを比較した。測定位置はリング磁石の内周側に約０．３ｍｍ離した位置で実施した。評価はリング磁石の積厚方向の中心位置でリング磁石を３６０度回転させ、一周分の表面磁束波形データから、表面磁束の各ピーク値と一極あたりの角度を抽出しておこなった。
測定結果の評価として各極での表面磁束のピーク値と一極あたりの極角度のばらつきについて比較した結果を示す。極数は１６極とした。一極あたりの極角度は等分すると２２．５度である。リング磁石の内径は約２５ｍｍのものを用いた。
条件１Ａ、条件１Ｂは本発明で構成される着磁ヨークを用いて着磁を行った磁石を測定したものであり、条件２Ａ、条件２Ｂは従来の着磁ヨークを用いて行ったものである。条件１Ａと条件１Ｂの違いは繰り返し使用回数の違いであり、１Ａが１０回使用後、１Ｂが１００，０００回使用後のサンプルを評価したものである。条件２Ａ、２Ｂについても同様の検証をおこなった。
本発明の着磁ヨークを用いた条件１では表面磁束および極角度について１Ａの１０回使用後と１Ｂの１００，０００回使用後でその数値の変化はほとんど見られない。しかしながら、従来の着磁ヨークを用いた条件２では２Ａの１０回使用後と２Ｂの１００，０００回使用後では特に極角度の変化が大きい。
【００２３】
【表１】
2011151221.tif 000003
【００２４】
このことは、従来の着磁ヨークの形態では磁石と着磁ヨークコアが接触し擦れあうことにより着磁ヨークの精度が悪化してくることに起因することが推測される。
上記の結果により、本発明の着磁ヨークを用いて着磁された磁石は、従来の着磁ヨークを用いて着磁された磁石よりも着磁特性の安定性が高いことがわかる。
【００２５】
（実施例２）
図２に示す着磁ヨークは以下の手順で作製する。
最初にヨークコアを所定の形状に加工をおこなう。コアの加工方法や材料に関しては実施例１と同様に行った。次に、絶縁性向上と巻線部の保持のため、スロット部３に樹脂を充填しコイル巻線部をモールドする。充填に用いる樹脂はエポキシ樹脂を用いた。充填工程が実施例１と異なるので以下説明する。
最初に巻線を施したヨークコア１を充填用冶具に設置する。充填用冶具は略円筒形状をしており冶具内周とヨークコア１のティース部３の外周が接触するように設計されている。
充填用の冶具の内周側は略円形であるが、図２に示すヨーク保護部１５を有する着磁ヨークを作製するため、冶具のヨークコア１のスロット部４に対応する部分に窪みを設け、前記窪み部分に細いアルミナの円柱形状の材料を挿入した後、樹脂を充填する。アルミナ素材のヨークコア１の外周面からの突出量は４０μｍとした。充填冶具は実施例１に使用した材料・構成としたものを用いた。
【００２６】
樹脂充填後加熱硬化し、ヨークコア１の巻線端部と端子台を接続して、無機絶縁物７であるアルミナをヨーク保護部１５とする着磁ヨークとする。この着磁ヨークと着磁電源を用いた着磁装置を用いて、リング磁石への着磁を実施した。
【００２７】
実施例１と同様にヨークコア保護部１５とリング磁石が接触するように磁石を挿入したのち、着磁電源のコンデンサに充電、放電をすることでヨークコア１より磁界を発生させ、配置した磁石に着磁を行った。着磁された磁石は実施例１同様にヨークコア１のスロット部３に設けた突出部と接触した状態になっている。そのため、磁石は着磁ヨークコアとは直接接触しない状態で着磁後も維持されている。これにより、着磁ヨークの磁力の影響を受けずに、より小さい力でリング磁石を着磁ヨークから取り外すことが可能である。
表２は着磁した磁石の表面磁束を測定した結果を示したものであり初期状態の磁化パターンと繰り返し使用した後の磁化パターンとを比較した。測定位置はリング磁石の内周側に約０．３ｍｍ離した位置で実施した。評価はリング磁石の積厚方向の中心位置でリング磁石を３６０度回転させ、一周分の表面磁束波形データから、表面磁束の各ピーク値と一極あたりの角度を抽出しておこなった。
各極での表面磁束のピーク値と一極あたりの極角度のばらつきについて比較した結果を示す。極数は１６極とした。一極あたりの極角度は等分すると２２．５度である。リング磁石の内径は約４０ｍｍのものを用いた。
条件３Ａ、条件３Ｂは本発明で構成される着磁ヨークを用いて着磁をおこなった磁石を測定したものであり、条件４Ａ、条件４Ｂは従来の着磁ヨークを用いておこなったものである。条件３Ａと条件３Ｂの違いは繰り返し使用回数の違いであり、３Ａが１０回使用後、３Ｂが１００，０００回使用後のサンプルを評価したものである。条件４Ａ、４Ｂについても同様の検証をおこなった。
本発明の着磁ヨークを用いた条件３では表面磁束および極角度について３Ａの１０回使用後と３Ｂの１００，０００回使用後でその数値の変化はほとんど見られない。しかしながら、従来の着磁ヨークを用いた条件４では４Ａの１０回使用後と４Ｂの１００，０００回使用後では特に極角度の変化が大きい。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
実施例１の結果と同様に、このことは、従来の着磁ヨークの形態では磁石と着磁ヨークコアが接触し擦れあうことにより着磁ヨークの精度が悪化してくることに起因することが推測される。
上記の結果により、本発明の着磁ヨークを用いて着磁された磁石は、従来の着磁ヨークを用いて着磁された磁石よりも着磁特性の安定性が高いことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明に係る着磁装置は、非着磁物である磁石と着磁ヨークコアとが、着脱の際に非接触状態を維持する構成であるため、高い加工精度で形成された着磁ヨークコアを着磁の際に傷つけるのを防止する。また、繰り返し使用による磨耗を抑制するため、初期状態を良好な状態で維持可能である。さらに、本発明の着磁装置で着磁した磁石は安定的に良好な特性を有するため、この磁石を搭載するモータの製造安定性確保に有用である。
【符号の説明】
【００３１】
１    ヨークコア
２    ティース部
３    スロット部
４    コイル巻線
５、１５    ヨークコア保護部
６    非着磁物
７    無機絶縁物
【図１】
2011151221.tif 000005
【図２】
2011151221.tif 000006
【図３】
2011151221.tif 000007