(57)【要約】      （修正有）【課題】希土類磁石のような大きな着磁磁界を必要とする磁石に所望の着磁パターンで多極着磁することができ、かつ十分な強度に着磁することができ、さらに電線の絶縁に対する信頼性が高い着磁コイルおよびその製造方法を提供する。【解決手段】着磁コイルは、外周に着磁パターンに応じた配線溝４が形成された軟磁性材料からなる内側ヨーク１と、前記配線溝４の中にこの配線溝４に沿わせて配線された電線５と、前記内側ヨーク１の外側を覆う軟磁性材料からなる外側ヨーク７とを有し、少なくとも前記電線５を前記配線溝４に配線してから、前記内側ヨーク７の中心部に着磁対象となる永久磁石を挿入する磁石挿入孔９を加工したものであり、前記配線溝４の底面に前記電線保護用の表面処理が施されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に着磁パターンに応じた配線溝が形成された軟磁性材料からなる内側ヨークと、前記配線溝の中にこの配線溝に沿わせて配線された電線と、前記内側ヨークの外側を覆う軟磁性材料からなる外側ヨークとを有し、少なくとも前記電線を前記配線溝に配線してから、前記内側ヨークの中心部に着磁対象となる永久磁石を挿入する磁石挿入孔を加工したものであり、前記配線溝の底面に前記電線保護用の表面処理が施されていることを特徴とする永久磁石の着磁コイル。
【請求項２】
請求項１において、前記表面処理は、前記配線溝の底面に絶縁テープを貼着したものである永久磁石の着磁コイル。
【請求項３】
請求項１において、前記表面処理は、前記配線溝の底面に絶縁皮膜を形成したものである永久磁石の着磁コイル。
【請求項４】
軟磁性材料からなる内側ヨークの外周面に着磁パターンに応じた配線溝を形成する工程と、前記配線溝の底面に電線保護用の表面処理を施す工程と、底面に表面処理が施された配線溝の中にこの配線溝に沿わせて電線を配線する工程と、配線溝に電線が配線された内側ヨークの外周を軟磁性材料からなる外側ヨークで覆う工程と、配線溝に電線が配線された内側ヨークに着磁対象となる永久磁石を挿入するための磁石挿入孔を形成する工程とを含むことを特徴とする永久磁石の着磁コイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁性流体によって軸を支持する磁性流体軸受用の永久磁石等の着磁に用いられる着磁コイルおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性流体軸受は、軸と外輪との間に潤滑材として磁性流体を介在させ、軸が回転することで磁性流体に生じる流体圧力によって軸を支持する。このような磁性流体軸受の軸受剛性を大きくするには、軸の非回転時でも磁性流体により軸受隙間を一定の大きさに保つ必要があり、そのために、軸または外輪の一方の磁性流体に接する面に永久磁石を埋め込んで複数の磁極を形成するか（例えば特許文献１）、または軸または外輪の一方を多極着磁された永久磁石で構成し（例えば特許文献２）、これら複数の磁極により磁性流体を軸と外輪間で分散して保持することが提案されている。
【０００３】
しかし、軸または外輪の一方の表面に永久磁石を埋め込んで複数の磁極を形成するのは、小さい永久磁石をたくさん埋め込む必要があるため製造が難しく、コストが高くなるという問題がある。したがって、軸または外輪の一方を多極着磁された永久磁石で構成するのが望ましいが、現在、永久磁石を効率良くに所望の着磁パターンで多極着磁する方法は確立されていない。特許文献２には、多極着磁された永久磁石の例が複数示されているが、その着磁方法については開示されていない。
【０００４】
特許文献３には、複写機、センサ等に使用されるマグネットロールに多極着磁する方法が開示されている。この着磁方法によれば、特許文献２に示されている着磁パターンで着磁することも可能かと思われる。しかし、この着磁方法で使用する着磁コイルは、非磁性ボビンに形成したコイルまたは巻線間に軟磁性材料が配合された樹脂を充填したものであり、大きな着磁磁界を発生させることは困難である。
磁性流体軸受に使用する磁石は、軸受剛性を大きくするために希土類磁石のような強い磁石であるのが好ましい。希土類磁石のような強い磁石を十分な強度に磁化するには大きな着磁磁界が必要であり、上記着磁コイルでは十分に着磁することができない。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２１８７９２号公報
【特許文献２】実公平７−７３６号公報
【特許文献３】特許第２７７５２１７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記理由から希土類磁石のような強い磁石への着磁パターンは限られており、現在一般的には、図１０のように、円柱状の永久磁石１０に対して円周方向に交互に異なる磁極になるように多極着磁することが行われている。この着磁パターンの着磁に用いられる着磁コイルを図７に示す。この着磁コイルは、軟磁性金属材からなる円筒状のヨーク３１の内周面に着磁ピッチｐ３の間隔で軸方向を向く着磁極数分の溝３２を形成し（図８）、これら溝３２内に、銅線からなる電線３３を配線したものである。電線の配線方法は、溝端で電線３３を折り返して、隣合う溝３２内の電線３３の向きが互いに逆になるようにしてある。
【０００７】
ヨーク３１の中央孔３４に着磁対象である永久磁石１０を挿入し、電線３３に瞬間的に大きな着磁電流を流して着磁磁界を発生させ、永久磁石１０を着磁する。電線３３に一方向の電流を流すと、図９の断面で示す向きに電流が流れるので、図１０の着磁パターンで着磁される。軟磁性のヨーク３１に電線３３が配線されているため、着磁電流により強い磁界が発生する。このため、希土類磁石のような着磁に強い磁界を必要とする磁石でも、十分な強度に着磁することができる。
【０００８】
例えば、図１１に示す磁性流体軸受の軸４０を図１０の着磁パターンで着磁した場合、多極着磁により磁性流体４１が軸４０と外輪４２間で分散して保持されるため、同図（Ａ）のように、軸４０の非回転時でも磁性流体４１により軸受隙間を一定の大きさに保つことができる。しかし、円周方向に交互に異なる多極着磁であるため、磁性流体が軸方向に移動可能であり、軸の非回転時に、同図（Ｂ）のように外輪４２に対して軸４０が傾くおそれがある。
【０００９】
図１２および図１３に示すように、図８の着磁コイルにおける軸方向溝３２に代えて、ヨーク３１の内周面に、複数の円周方向溝３５および各円周方向溝３５と交差する１本の軸方向溝３６を形成し（図１２）、隣合う円周方向溝３５内の電線３３の向きが互いに逆になるように電線３３を配線した着磁コイル（図１３）とすれば、軸方向に交互に異なる磁極となるように多極着磁することができる。しかし、ヨーク３１の狭い中央孔３４内で図１３のように電線３３を配線することは技術的に難しい。このため、希土類磁石のような大きな着磁磁界を必要とする磁石に対して軸方向に交互に異なる磁極となるように多極着磁する着磁コイルはこれまで実現されていなかった。
【００１０】
そこで、円柱状のヨークの外周面に配線溝を形成し、この配線溝に電線を配線した後、前記ヨークの外側に別の筒状をしたヨークを被せ、最後に内側のヨークの中心部に磁石挿入孔を加工するという方法で着磁コイルを製造することを考えついた。その際、磁石挿入孔に着磁対象となる磁石を挿入したとき磁石の近傍に電線が位置するように、磁石挿入孔と配線溝とを連通させる。電線としては例えばエナメル線を使用し、配線溝に配線してから接着剤によりヨークに固定することが考えられる。
【００１１】
この製造方法によれば、円柱状ヨークの外周面に形成された配線溝に電線を配線するため、電線の配線作業が容易であり、軸方向に交互に異なる磁極となる着磁パターン用の配線や、軸方向および円周方向共に交互に異なる磁極となる着磁パターン用の配線も可能である。
しかし、接着剤で固定されたエナメル線が配線溝の底部に位置している場合、磁石挿入孔を機械加工で開ける際に、エナメル線の絶縁皮膜が傷つけられて、中の銅線とヨークとが電気的に導通状態になってしまうおそれがある。
【００１２】
この発明の目的は、希土類磁石のような大きな着磁磁界を必要とする磁石に所望の着磁パターンで多極着磁することができ、かつ十分な強度に着磁することができ、さらに電線の絶縁に対する信頼性が高い着磁コイルおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明の永久磁石の着磁コイルは、外周に着磁パターンに応じた配線溝が形成された軟磁性材料からなる内側ヨークと、前記配線溝の中にこの配線溝に沿わせて配線された電線と、前記内側ヨークの外側を覆う軟磁性材料からなる外側ヨークとを有し、少なくとも前記電線を前記配線溝に配線してから、前記内側ヨークの中心部に着磁対象となる永久磁石を挿入する磁石挿入孔を加工したものであり、前記配線溝の底面に前記電線保護用の表面処理が施されていることを特徴とする。磁石挿入孔の加工により配線溝の底面部が除去され、磁石挿入孔と配線溝とが連通するものとする。
前記表面処理は、例えば、前記配線溝の底面に絶縁テープを貼着したものとするか、または前記配線溝の底面に絶縁皮膜を形成したものとすることができる。
【００１４】
内側ヨークの磁石挿入孔に着磁対象となる永久磁石を挿入し、電線に電流を流すと、着磁磁界が発生し、この着磁磁界により永久磁石が所定の着磁パターンで着磁される。軟磁性材料からなる内側および外側ヨークに電線が配線されているため、着磁電流により強い磁界が発生する。このため、希土類磁石のような着磁に強い磁界を必要とする磁石でも、十分な強度に着磁することができる。
また、配線溝の底面に電線保護用の表面処理が施されているため、磁石挿入孔を機械加工で開ける際に、配線溝内の電線を傷つけることがない。電線がエナメル線である場合は、外側の絶縁皮膜が傷つけられて、中の銅線とヨークとが電気的に導通状態になることを防止できる。このように、磁石挿入孔の加工時に電線を傷つけることがないので、磁石挿入孔の加工が容易に効率良く行える。
【００１５】
この発明の永久磁石の着磁コイルの製造方法は、軟磁性材料からなる内側ヨークの外周面に着磁パターンに応じた配線溝を形成する工程と、前記配線溝の底面に電線保護用の表面処理を施す工程と、底面に表面処理が施された配線溝の中にこの配線溝に沿わせて電線を配線する工程と、配線溝に電線が配線された内側ヨークの外周を軟磁性材料からなる外側ヨークで覆う工程と、配線溝の底面に表面処理が施された内側ヨークに着磁対象となる永久磁石を挿入するための磁石挿入孔を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１６】
この着磁コイルの製造方法によれば、内側ヨークの外周面に形成された配線溝に電線を配線するため、配線作業が容易である。このため、軸方向に交互に異なる磁極となる着磁パターン用の配線や、軸方向および円周方向共に交互に異なる磁極となる着磁パターン用の配線を効率良く行える。内側ヨークの外周を外側ヨークで覆うため、内側ヨークに配線した電線が保護される。また、磁石挿入孔を形成する工程を最後に行うことにより、磁石挿入孔の加工が容易になる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の永久磁石の着磁コイルは、外周に着磁パターンに応じた配線溝が形成された軟磁性材料からなる内側ヨークと、前記配線溝の中にこの配線溝に沿わせて配線された電線と、前記内側ヨークの外側を覆う軟磁性材料からなる外側ヨークとを有し、少なくとも前記電線を前記配線溝に配線してから、前記内側ヨークの中心部に着磁対象となる永久磁石を挿入する磁石挿入孔を加工したものであり、前記配線溝の底面に前記電線保護用の表面処理が施されているため、希土類磁石のような大きな着磁磁界を必要とする磁石に所望の着磁パターンで多極着磁することができ、かつ十分な強度に着磁することができ、さらに電線の絶縁に対する信頼性が高い。
【００１８】
また、この発明の永久磁石の着磁コイルの製造方法は、軟磁性材料からなる内側ヨークの外周面に着磁パターンに応じた配線溝を形成する工程と、前記配線溝の底面に電線保護用の表面処理を施す工程と、前記配線溝の中にこの配線溝に沿わせて電線を配線する工程と、配線溝に電線が配線された前記内側ヨークの外周を軟磁性材料からなる外側ヨークで覆う工程と、前記内側ヨークに着磁対象となる永久磁石を挿入するための磁石挿入孔を形成する工程とを含む方法としたことにより、上記着磁コイルを容易にかつ効率良く製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、この発明の第１の実施形態である着磁コイルの製造方法を示す。この着磁コイルは、図４の着磁パターンで永久磁石１０に着磁するためのものである。図１（Ａ）に示す内側ヨーク１は、軟磁性金属材からなり、外周面に、着磁ピッチｐ１と同じ間隔で配置された複数本の円周方向溝２と、これら円周方向溝２と交差する１本の軸方向溝３とでなる配線溝４が形成されている。
【００２０】
まず、図１（Ｂ）のように、上記内側ヨーク１の配線溝４の底面に、電線保護用の表面処理のため絶縁テープ２０を貼着する。絶縁テープ２０を貼着する代わりに、樹脂コーティングまたは絶縁塗料の塗布により絶縁皮膜を形成して表面処理してもよい。この表面処理は、配線溝４の内部（特に底面）にだけ行なうのが良く、内側ヨーク１の外周面には行わないのが望ましい。その理由は、後で内側ヨーク１の外周に外側ヨーク７を嵌合させたときに、内側ヨーク１の外周面に表面処理が行なわれていない方が、内側および外側ヨーク１，７を隙間なく密着させることができるからである。両ヨーク１，７が密着していると、ヨーク１，７の磁気抵抗が小さくなり、着磁が効果的に行われる。
【００２１】
次に、底面が表面処理された配線溝４内に、図１（Ｃ）のように電線５を配線する。電線５としては、例えばエナメル線が好適に使用できる。配線の方法は、内側ヨーク１の一端から電線５を巻き始め、円周方向溝２に１周巻いたなら、軸方向溝３を通して隣の円周方向溝２に移り、今度は前回と逆回りに円周方向溝２に１周巻き、軸方向溝３を通して隣の円周方向溝２に移る。これを内側ヨーク１の他端まで繰り返す。これにより、電線５に電流を流した場合、隣同士の円周方向溝２に流れる電流の向きが交互に反対方向になるように配線が施される。内側ヨーク１の外周面に形成された配線溝４に電線を配線するため、この配線作業は容易である。図１（Ｃ）における矢印は、電流が流れる向きを示している。この配線方法は一例であり、電線５に電流を流した場合に円周方向に流れる電流の向きが交互に反対方向になるのであれば、他の配線方法を採用してもよい。
【００２２】
図示例では、電線５を内側ヨーク１の一端から巻き始め、他端で巻き終わりにしているが、内側ヨーク１の端部で折り返し、前記同様に配線溝４に電線５を巻きながら巻き始め端まで戻って、巻き終わりとしてもよい。あるいは、巻き始め端で折り返して、さらに配線溝４に電線５を巻くようにしてもよい。このように内側ヨーク１の端部で折り返して電線５を配線すると、円周方向溝２内の電線数が複数本になるため、円周方向溝２を流れる電流が大きくなり、後で説明する着磁の際に強い磁界を得ることができる。
また、図示例では、円周方向溝２と軸方向溝３との交差部で円周方向溝２に対する電線５の巻き始め部分と巻き終わり部分とが重なっているが、電線５の太さや配線溝４の幅を調整して重ならないようにしてもよい。
【００２３】
内側ヨーク１に電線５を配線したなら、図１（Ｄ）のように、接着剤６で電線５を固めて内側ヨーク１に固定する。接着剤としては、エポキシ接着剤やモールド用樹脂剤等を使用することができるが、これに限定しない。そして、電線５が配線された内側ヨーク１を、筒状をした外側ヨーク７の中央孔８に挿入し、接着剤等で固定する。外側ヨーク７の材質は軟磁性材料とするが、金属材料である必要はない。図１（Ｅ）は、内側ヨーク１を外側ヨーク７に挿入し接着剤で固定した状態を示す。内側ヨーク１の外周が外側ヨーク７で覆われるため、配線溝４内の電線５が保護される。
【００２４】
そして、図１（Ｆ）のように、機械加工により、内側ヨーク１の中心部に磁石挿入孔９を形成することで、着磁コイルが完成する。図２は磁石挿入孔９を形成する前の状態を示す断面図、図３は磁石挿入孔９を形成した後の状態を示す断面図である。図３では、磁石挿入孔９を形成したことにより、配線溝４の底面部が除去され、磁石挿入孔９と配線溝４とが連通している。内側ヨーク１は、配線溝４間の部分だけが残存する状態となっている。配線溝４の底面に絶縁テープ２０等の表面処理が施されているため、電線５と磁石挿入孔９との間に表面処理層が介在し、磁石挿入孔９の加工の際に電線５が傷つかない。
【００２５】
この着磁コイルによる着磁の方法を説明する。磁石挿入孔９に着磁対象となる永久磁石１０を挿入し、電線５に一方向に電流を流す。電線５を流れる電流によって着磁磁界が発生し、この着磁磁界により永久磁石１０が、軸方向に交互に異なる磁極Ｎ，Ｓとなる着磁パターン（図４）で着磁される。この着磁コイルは、軟磁性材料からなる内側および外側ヨーク１，７に電線５が配線されているため、着磁電流により強い磁界が発生する。そのため、希土類磁石のような着磁に強い磁界を必要とする磁石でも、十分な強度に着磁することができる。
【００２６】
図５は、この発明の第２の実施形態である着磁コイルの製造方法を示す。この着磁コイルは、図６の着磁パターンで永久磁石１０に着磁するためのものである。図５（Ａ）に示す内側ヨーク１１は、外周面に、着磁ピッチｐ２と同じ間隔で隔てられた２条の螺旋状溝１２，１３を、それぞれ軸心回りに１周するごとに前記着磁ピッチｐ２の２倍ずれるように形成したもので、２条ねじ状の形態を呈している。２条の螺旋状溝１２，１３で配線溝１４が構成される。
【００２７】
図５（Ｂ）のように、第１の実施形態と同様、内側ヨーク１１の配線溝１４の底面に、絶縁テープ２０等の表面処理を施してから、図５（Ｃ）のように、配線溝１４に電線１５を配線する。配線方法は、内側ヨーク１１の一端から一方の螺旋状溝１２に巻き始め、内側ヨーク１１の他端でもう一方の螺旋状溝１３に移り、この螺旋状溝１３に巻きながら巻き始め端まで戻る。これにより、電線５に電流を流した場合、螺旋状溝１２に流れる電流の向きと螺旋状溝１３に流れる電流の向きが互いに逆向きになるように配線が施される。図５（Ｃ）における矢印は、電線１５に電流を流した場合に電流が流れる向きを示している。
【００２８】
その後、前記第１の実施形態と同様に、電線１５を接着剤１６で固定してから、内側ヨーク１１を外側ヨーク１７の中央孔１８に挿入し（図５（Ｄ））、両ヨーク１１，１７を接着剤等で固定する。そして、内側ヨーク１１の中心部に磁石挿入孔１９を形成して、着磁コイルが完成する（図５（Ｅ））。
【００２９】
この着磁コイルも、磁石挿入孔１９に着磁対象となる永久磁石１０を挿入し、電線１５に電流を流して着磁を行う。電線１５を流れる電流によって着磁磁界が発生し、この着磁磁界により永久磁石１０が、軸方向および円周方向共に交互に異なる磁極Ｎ，Ｓとなる着磁パターン（図６）で着磁される。この着磁コイルの内側および外側ヨーク１１，１７も軟磁性材料からなり、これらヨーク１１，１７間に電線１５が配線されているため、着磁電流により強い磁界が発生する。そのため、希土類磁石のような着磁に強い磁界を必要とする磁石でも、十分な強度に着磁することができる。
【００３０】
上記いずれの実施形態についても、内側ヨーク１，１１の外周面に形成された配線溝４，１４に電線５，１５を配線するため、配線作業が容易である。このため、これまで製作するのが困難であった軸方向に交互に異なる磁極となる着磁パターンに着磁する着磁コイルを容易にかつ効率良く製作できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる着磁コイルの製造方法を示す説明図である。
【図２】同着磁コイルの製造過程の１状態を示す断面図である。
【図３】同着磁コイルの完成状態を示す断面図である。
【図４】同着磁コイルにより着磁される着磁パターンを示す永久磁石の斜視図である。
【図５】この発明の第２の実施形態にかかる着磁コイルの製造方法を示す説明図である。
【図６】（Ａ）は同着磁コイルにより着磁される着磁パターンを示す永久磁石の正面図、（Ｂ）はその側面図である。
【図７】（Ａ）は従来の着磁コイルの正面図、（Ｂ）はその側面図である。
【図８】（Ａ）同着磁コイルのヨークの破断正面図、（Ｂ）その側面図である。
【図９】同着磁コイルの破断側面図である。
【図１０】同着磁コイルにより着磁される着磁パターンを示す永久磁石の斜視図である。
【図１１】（Ａ）は磁性流体軸受の正常に機能している状態を示す断面図、（Ｂ）は磁性流体軸受の異常が生じた状態を示す断面図である。
【図１２】仮想の着磁コイル用のヨークの断面図である。
【図１３】同着磁コイルの断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１，１１…内側ヨーク
２…円周方向溝
３…軸方向溝
４，１４…配線溝
５，１５…電線
６，１６…接着剤
７，１７…外側ヨーク
９，１９…磁石挿入孔
１０…永久磁石
１２，１３…螺旋状溝
２０…絶縁テープ（表面処理）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2008118003.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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