(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料から成る円筒状のヨークと、
このヨークの内周で周方向に相互に所定の間隔を空けて配された複数の主磁極と、
周方向に隣合う前記主磁極同士の間に配された複数の補助極とを備えた磁石式固定子において、
前記ヨーク内の所定位置に、未着磁の前記複数の主磁極と未着磁の前記複数の補助極とを組み付けて、その内周に前記主磁極と同数の着磁磁極を備えた着磁手段を配置し、この着磁手段によって前記主磁極および前記補助極を着磁する着磁方法であって、
前記着磁手段は、前記主磁極と対向する前記着磁磁極の外周面の周方向長さが前記主磁極の内周面の周方向長さより長く設けられ、その着磁磁極の周方向端部が前記補助極の周方向内側まで延在されており、周方向に隣合う前記主磁極の内周面同士が異極となる様に各主磁極をそれぞれ径方向に着磁するとともに、前記主磁極の周方向側面と対向する前記補助極の周方向側面が、その対向する前記主磁極の内周面の極性と同一極性となる様に各補助極をそれぞれ周方向に前記主磁極と同時に着磁することを特徴とする磁石式固定子の着磁方法。
【請求項２】
請求項１に記載した磁石式固定子の着磁手段であって、
励磁巻線が巻回される前記着磁磁極の両側面が略平行に設けられていることを特徴とする磁石式固定子の着磁手段。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁石式固定子における磁極（永久磁石）の着磁方法及び着磁手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、磁石式固定子を備えた回転電機において、回転子に働く有効磁束を増大させるために、図５に示す様に、周方向に隣合う主磁極３（永久磁石）同士の側面相互間に補助極４となる永久磁石を配置することが知られている（特開昭５０−６５８０４号公報参照）。なお、補助極４は、主磁極３の側面に対向する磁極面が、その主磁極３の内周面と同一極性となる様に着磁されている。
複数の主磁極と複数の補助極とを有する磁気回路において、その各主磁極と各補助極とを同時に着磁する方法としては、特開昭６３−４８８０７号公報に記載されている様に、各主磁極と各補助極とにそれぞれ対応する着磁磁極を有する着磁手段を用いるのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報（特開昭６３−４８８０７号）に記載された着磁方法で前記の図５に示す固定子１の主磁極３と補助極４とを同時に着磁する場合には、図１１及び図１２に示す様な着磁装置１００が必要となる。この着磁装置１００は、主磁極３に対応する着磁磁極１１０と補助極４に対応する着磁磁極１２０とを備え、各着磁磁極１１０、１２０にそれぞれ励磁巻線１１１、１２１が施されている。この着磁装置１００は、図１３に示す様に、ヨーク２内に組み付けられた主磁極３の内周に、その主磁極３と対向して着磁磁極１１０を配置し、主磁極３同士の間に配された補助極４とヨーク２とを径方向から挟み込む様にして着磁磁極１２０を配置して使用する。
【０００４】
この様に、主磁極３に対応する主磁極用着磁磁極１１０と補助極４に対応する補助極用着磁磁極１２０とを備え、各着磁磁極１１０、１２０にそれぞれ励磁巻線１１１、１２１を施す必要があり、且つ励磁巻線１１１と励磁巻線１２１との巻線パターンが相異なるため、励磁巻線の結線構造が複雑で、着磁装置本体の構造も複雑になり製作が難しく高価となる。
また、限られたスペース内に主磁極用着磁磁極１１０と補助極用着磁磁極１２０とを配置する必要があるため、特に着磁対象品の極数が多い場合や、体格が小さい場合には、着磁装置１００のスペース面での制約が厳しくなる。
従って、各着磁磁極１１０、１２０に施す励磁巻線１１１、１２１の線径を小さくする、巻数を少なくする、各着磁磁極１１０、１２０のコアを小さくする等の着磁効率が低下する構造を取らざるを得ず、着磁の際に高エネルギが必要となり、エネルギ消費量が増大して着磁装置１００の発熱が大となってしまう。このため、連続に着磁すると着磁磁極１１０、１２０が発熱し、オーバヒートにより励磁巻線１１１、１２１の被膜が溶損するため、冷却時間を確保する必要があり、着磁工程のサイクルタイムが長くなって生産性が低下する。
【０００５】
更に、図５に示す固定子１では、主磁極３と補助極４の着磁方向が異なるため、着磁磁極１１０に施す励磁巻線１１１と着磁磁極１２０に施す励磁巻線１２１との巻線パターンが相異なる。このため、図１４に示す様に、例えば主磁極用着磁磁極１１０の励磁巻線１１１に着磁エネルギを加えると、励磁コイル１１１ａには、紙面の手前から向こう側（奥側）へ電流が流れ励磁コイル１１１ａの周りに右回り（時計回り）の磁束が発生し、主磁極用着磁磁極１１０のヨーク内径側外形の水平方向磁極がＮ極となる。このＮ極から主磁極３、ヨーク２、隣接する主磁極、隣接する主磁極用の着磁磁極であるＳ極（垂直方向）を経由して着磁磁界が形成され、主磁極内の異方性磁石が着磁磁界に沿って等方性になるまで着磁用エネルギを与えることで主磁極３の着磁が完了する。
また、補助極用着磁磁極１２０の励磁巻線１２１に着磁エネルギを加えると、励磁コイル１２１ａには紙面の向こう側（奥側）から手前へ電流が流れ、励磁コイル１２１ａの周りに左回り（反時計回り）の磁束が発生し、補助極用着磁磁極１２０のヨーク内径側左下方側磁極がＮ極となり、このＮ極から補助極４の左下方側から補助極内を経由して着磁磁界が形成され、主磁極３と同様に、補助極内の異方性磁石が着磁磁界に沿って等方性になるまで着磁用エネルギを与えることで補助極４の着磁が完了する。
このとき（同時着磁時）、主磁極着磁用の励磁コイル１１１ａが形成する磁界（右回り＝時計回り）と補助極着磁用の励磁コイル１２１ａが形成する磁界が相殺し合って磁力を弱めるため、着磁磁力不足により完全着磁できなかった。そのため、同時着磁は困難であったし、どうしても同時着磁するためには着磁エネルギのロスを承知の上で過大な着磁エネルギを加えなければならなかった。
さらに完全着磁するために、ヨーク２の外側にも補助極用着磁磁極１２０を設けて、内側着磁磁極と同様の磁界が形成され、補助極用着磁磁極１２０のヨーク外周側左下方側磁極がＮ極となり、このＮ極からヨーク２を通過して、ヨーク内側に配設された補助極４の左下方側から補助極内を経由し、またヨーク２を通過して着磁磁界が形成され、補助極内の異方性磁石が着磁磁界に沿って等方性になるまで着磁エネルギを与えることで補助極４の着磁を完了させているが、外周着磁は、ヨーク２が磁気飽和しない限りヨーク２の内側に設けられた補助極４は着磁できないため、外周着磁は大きなエネルギを加えて着磁しなければならない等の問題があった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、主磁極と補助極とを同時着磁でき、且つ主磁極と補助極とを個別に着磁する場合よりエネルギ消費量が少なく、且つ完全着磁できる磁石式固定子の着磁方法及び着磁手段を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の手段）
未着磁の複数の主磁極と未着磁の複数の補助極とをヨーク内の所定位置に組み付けて、その内周に着磁磁極が各主磁極と対向する様に着磁手段を配置し、この着磁手段に電気エネルギ（但し、この場合の電気エネルギは、主磁極と補助極とを別々に着磁する電気エネルギの総和より少ない）を印加することにより、周方向に隣合う主磁極の内周面同士が異極となる様に各主磁極をそれぞれ径方向に着磁するとともに、主磁極の周方向側面と対向する補助極の周方向側面が、その対向する主磁極の内周面の極性と同一極性となる様に各補助極をそれぞれ周方向に同時着磁する。
【０００７】
この場合、主磁極と同数の着磁磁極を備えた着磁手段によって主磁極と補助極とを同時に着磁することができるため、着磁装置の構造がシンプルであり、製作が簡単で安価である。また、着磁対象品の極数が多い場合や体格が小さい場合でも、スペース面での制約が少ないため、着磁効率が低下する構造（例えば、着磁磁極に施す励磁巻線の線径を小さくする、励磁巻線の巻数を少なくする、着磁磁極のコアを小さくする等）を取る必要がない。その結果、従来の様に主磁極と補助極とを別々に着磁する電気エネルギの総和より少ない着磁エネルギで着磁することができるため、省エネルギ効果が望める。
更に、低エネルギでの着磁であるため、着磁装置の発熱が少なく、着磁装置の冷却時間が低減できるため、着磁工程のサイクルタイムを短縮して生産性の向上を図ることができる。
また、主磁極と同数の着磁磁極に励磁巻線を施して着磁装置を構成できるため、着磁磁極より発生する磁力が互いに打ち消しあうことがなくなるとともに外周に配置されていた着磁装置も不要となり、着磁磁力不足によって完全着磁ができないといった心配もなくなる。
【０００８】
さらに、本発明の着磁手段は、主磁極と対向する着磁磁極の外周面の周方向長さが主磁極の内周面の周方向長さより長く設けられ、その着磁磁極の周方向端部が補助極の周方向内側まで延在されている。この場合、着磁磁極の外周面の周方向長さと主磁極の内周面の周方向長さとが略等しく、着磁磁極の周方向端部が補助極の周方向内側まで延在されていない場合と比べて、着磁磁極から補助極に働く磁界が強くなる。その結果、少ない着磁エネルギでの着磁が可能となり、省エネルギ効果が望める。また、着磁装置の発熱量も少なくなるため、着磁工程のサイクルタイムを短縮して生産性の向上を図ることができる。
【０００９】
（請求項２の手段）
本発明の着磁手段は、励磁巻線が巻回される着磁磁極の両側面が略平行に設けられている。これにより、着磁磁極に対して励磁巻線を略平行に巻回できるため、巻線を容易にできる。また、磁極間スペース（巻線スペース）を大きくできるため、励磁巻線の巻数を増やすことができる。その結果、同じ着磁磁束を発生させるのに励磁巻線に流す電流を低減できるため省エネルギとなり、且つ発熱量を低減できるため、着磁工程のサイクルタイムを短縮できるメリットが生じる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は固定子の内周に着磁装置を配置した状態を示す断面図である。
本実施例の磁石式固定子１（以下、固定子１と言う）は、例えばスタータモータの界磁を形成するもので、図５に示す様に、磁性材料からなる円筒形状のヨーク２と、このヨーク２の内周で周方向に相互に所定の間隔を空けて配された４個の主磁極３（３Ａ、３Ｂ）と、周方向に隣合う主磁極３同士の間に配された４個の補助極４とから成る。主磁極３と補助極４はそれぞれ永久磁石を使用している。但し、補助極４だけは鉄等の磁性体金属を使用することもできる。
この固定子１は、以下に説明する着磁装置５によって各主磁極３と各補助極４とが同時に着磁されている。
【００１２】
着磁装置５は、図３及び図４に示す様に、主磁極３と同数（４個）の着磁磁極６（６Ａ、６Ｂ）と、この着磁磁極６の外周に巻回された励磁巻線７とから成る。各着磁磁極６は、その外周面が主磁極３の内周面に沿った円弧形状に設けられ、周方向の長さが主磁極３の内周面の周方向長さと略等しく設けられている。
この着磁装置５による主磁極３と補助極４の同時着磁方法について説明する。ａ）まず、各主磁極３と各補助極４をそれぞれヨーク２内の所定位置（図５に示す位置）に配置し、接着剤等によりヨーク２の内周面に固定する。なお、補助極４は、必ずしもヨーク２の内周面に固定する必要はなく、主磁極３の周方向側面に接着剤等によって固定しても良いし、径方向の内周面をスリーブ（図示しない）等で保持する構造としても良い。
ｂ）続いて、図１に示す様に、固定子１の内周（各主磁極３及び各補助極４の内周）に着磁装置５を配置する。この時、各着磁磁極６が各主磁極３と対向する様に配置する。
【００１３】
ｃ）続いて、励磁巻線７に電流を流して各着磁磁極６を交互にＳ極とＮ極に磁化させる。これにより、着磁装置５と固定子１との間に図２に示す様な磁束の流れが形成されて、各主磁極３と各補助極４とが同時に着磁される。この時、Ｓ極の着磁磁極６Ａと対向する主磁極３Ａは、その主磁極３Ａを通る磁束の大部分が主磁極３Ａの外周側から内周側へ向かって径方向に流れるため、径方向の内周面がＮ極、径方向の外周面がＳ極として着磁される。また、Ｎ極の着磁磁極６Ｂと対向する主磁極３Ｂは、その主磁極３Ｂを通る磁束の大部分が主磁極３Ｂの内周側から外周側へ向かって径方向に流れるため、径方向の外周面がＮ極、径方向の内周面がＳ極として着磁される（図５参照）。
一方、補助極４は、Ｎ極の着磁磁極６Ｂと対向する主磁極３ＢからＳ極の着磁磁極６Ａと対向する主磁極３Ａへ向かって補助極４を周方向に磁束が通るため、主磁極３Ａの側面と対向する側面がＮ極、主磁極３Ｂの側面と対向する側面がＳ極として着磁される（図５参照）。
【００１４】
（第１実施例の効果）
本実施例によれば、主磁極３と同数の着磁磁極６を有する着磁装置５によって各主磁極３と各補助極４とを同時に着磁することができる。この着磁装置５は、補助極４専用の着磁磁極が不要であるため、構造がシンプルであり、製作が簡単で安価である。また、着磁対象品の極数が多い場合や体格が小さい場合でもスペース面での制約が少ないため、着磁効率が低下する構造（例えば、着磁磁極６に施す励磁巻線７の線径を小さくする、励磁巻線７の巻数を少なくする、着磁磁極６のコアを小さくする等）を取る必要がない。その結果、図６に示す様に、完全着磁に必要な着磁電圧（エネルギ）を、従来技術による着磁方法に比べて２０％強低減することができる。
更に、省エネルギ化によって着磁装置５の発熱量が少なくなるため、着磁装置５の冷却時間を短くして着磁工程のサイクルタイムを短縮することにより、生産性の向上を図ることができる。
また、補助極４専用の着磁磁極が不要であるため、励磁巻線７に電流を流して着磁磁極６より発生する磁力が互いに打ち消しあうことがなく、着磁磁力不足によって完全着磁ができないといった心配もなくなる。
【００１５】
（第２実施例）
図７は固定子１の内周に着磁装置５を配置した状態を示す断面図である。
本実施例は、図７に示す様に、着磁磁極６の外周面の周方向長さを、主磁極３の内周面の周方向長さより若干長くし、その着磁磁極６の周方向端部を補助極４の周方向内側まで延在させた場合の一例である。
この場合、着磁磁極６の周方向両端部がそれぞれ補助極４の周方向端部と対向するため、図８に示す様に、Ｎ極の着磁磁極６Ｂから発生した磁束の一部が、主磁極３Ｂを通ることなく直接補助極４へ流れ、更に補助極４から主磁極３Ａを通ることなく、直接Ｓ極の着磁磁極６Ａへ流れる磁気回路Φが形成される。
【００１６】
（第２実施例の効果）
本実施例では、第１実施例（着磁磁極６の外周面の周方向長さと主磁極３の内周面の周方向長さとが略等しい）と比べて、着磁磁極６から補助極４に働く磁界が強くなる。その結果、図６に示す様に、完全着磁に必要な着磁電圧（エネルギ）を、第１実施例より更に約１０％低減することができる。また、その省エネルギ効果によって着磁装置５の発熱を抑えることができるため、着磁工程のサイクルタイムをより短縮して生産性の向上を図ることができる。
【００１７】
（第３実施例）
図９は固定子１の内周に着磁装置５を配置した状態を示す断面図である。
本実施例は、第２実施例と同様に、着磁磁極６の外周面の周方向長さを、主磁極３の内周面の周方向長さより若干長くし、その着磁磁極６の周方向端部を補助極４の周方向内側まで延在させた場合の他の例である。第２実施例と異なる点は、励磁巻線７が巻回される着磁磁極６の両側面６ａが略平行に設けられている。
【００１８】
（第３実施例の効果）
本実施例では、励磁巻線７が巻回される着磁磁極６の両側面６ａを略平行に設けたことにより、着磁磁極６に対して励磁巻線７を略平行に巻回できるため、巻線を容易にできる。また、第２実施例の場合と比べて、磁極間スペース（巻線スペース）を大きくできるため、励磁巻線７の巻数を増やすことができる。その結果、同じ着磁磁束を発生させるのに励磁巻線７に流す電流を低減できるため省エネルギとなり、且つ発熱量を低減できるため、着磁工程のサイクルタイムを短縮できるメリットが生じる。
なお、励磁巻線７の巻数を第２実施例の場合と同数とすれば、巻線長さを短くできるため、電気抵抗によるエネルギ損失を少なくでき、高効率な着磁手段を提供できる。
【００１９】
（第４実施例）
図１０は着磁手段の斜視図である。
本実施例は、通電により着磁装置５に蓄積される熱を外部へ伝達して放熱する放熱手段を備えた一例である。
放熱手段は、図１０に示す様に、着磁装置５の各着磁磁極６に連結された複数本（本実施例では４本）のヒートパイプ８と、このヒートパイプ８によって運ばれた熱を大気へ放出する放熱板９とから構成される。なお、ヒートパイプ８は周知のものであり、放熱板９は、熱伝導性に優れる薄い金属板（例えばアルミニウム板）を波形状に折り曲げて成形されている。また、放熱板９の他に、放熱フィンや放熱ファン等を用いても良い。
【００２０】
（第４実施例の効果）
本実施例によれば、着磁装置５に蓄積される熱をヒートパイプ８によって効率的に放熱板９へ伝達し、放熱板９より大気へ放出することにより、着磁装置５に蓄積される熱量を低減できるため、着磁装置５の温度上昇を抑えることができる。この結果、着磁工程のサイクルタイムを短縮でき、生産性の向上を図ることができる。
【００２１】
（変形例）
上記の実施例では、主磁極３と補助極４が共に４極の場合を例として説明したが、４極以外（例えば主磁極３と補助極４が共に２極の場合、あるいは主磁極３と補助極４が共に６極の場合等）の場合でも、同様に主磁極３と補助極４とを同時着磁できることは言うまでもない。
補助極４は、その周方向側面が主磁極３の周方向側面に接触した状態で配置しているが、補助極４の周方向側面と主磁極３の周方向側面との間に隙間を有する状態で配置しても良い。
第３実施例では、着磁装置５に発生する熱をヒートパイプ８によって放熱板９に伝達しているが、ヒートパイプ８以外の高能率な熱伝導体（例えば銅やアルミニウムを素材とする熱伝導体）を用いても良い。また、放熱板９は必ずしも必要ではなく、例えばヒートパイプ８の端部（着磁装置５と反対側の端部）に放熱フィンを取り付けても良い。なお、放熱板９の形状、材質、構造等は特に規定していない。
【図面の簡単な説明】
【図１】固定子の内周に着磁装置を配置した状態を示す断面図である（第１実施例）。
【図２】着磁装置による磁束の流れを示す断面図である（第１実施例）。
【図３】着磁装置の斜視図である。
【図４】着磁装置の断面図である。
【図５】固定子の軸方向正面図である。
【図６】着磁電圧と磁束量との関係を示すグラフである。
【図７】固定子の内周に着磁装置を配置した状態を示す断面図である（第２実施例）。
【図８】着磁装置による磁束の流れを示す断面図である（第２実施例）。
【図９】固定子の内周に着磁装置を配置した状態を示す断面図である（第３実施例）。
【図１０】着磁手段の斜視図である（第４実施例）。
【図１１】着磁装置の斜視図である（従来技術）。
【図１２】図１１に示す着磁装置の断面図である（従来技術）。
【図１３】着磁装置の使用状態を示す断面図である（従来技術）。
【図１４】着磁装置による磁束の流れを示す断面図である（従来技術）。
【符号の説明】
１  磁石式固定子
２  ヨーク
３  主磁極
４  補助極
５  着磁装置
６  着磁磁極
７  励磁巻線
８  ヒートパイプ（伝熱手段）
９  放熱板（放熱手段）
【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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