永磁電動(dòng)機(jī)及其磁化方法、制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種永磁電動(dòng)機(jī)，尤其是涉及對(duì)設(shè)置在轉(zhuǎn)子上的磁鐵進(jìn)行磁化的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]作為工業(yè)設(shè)備等的驅(qū)動(dòng)力，使用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)及永磁電動(dòng)機(jī)。永磁電動(dòng)機(jī)利用設(shè)置在轉(zhuǎn)子上的永久磁鐵所產(chǎn)生的磁力，因此不存在像感應(yīng)電動(dòng)機(jī)那樣因設(shè)置在轉(zhuǎn)子上的線圈中流過的電流引起的損失，容易提高效率。此外，永磁電動(dòng)機(jī)通過使用包含釹等稀土元素的磁力強(qiáng)的磁鐵，能夠?qū)崿F(xiàn)高輸出且小型的電動(dòng)機(jī)。
[0003]一般情況下，轉(zhuǎn)子的磁芯使用鐵等磁性材料，因此在轉(zhuǎn)子上安裝被磁化的永久磁鐵時(shí)，由于作用于磁芯與永久磁鐵之間的磁力，存在難以安裝的情況。因此，進(jìn)行將未磁化的磁鐵安裝在磁芯上之后對(duì)磁鐵進(jìn)行磁化的所謂后磁化。作為后磁化方法，有使用專用的磁化磁軛的情況、以及使用定子(Stator)來進(jìn)行磁化的情況(例如，參照專利文獻(xiàn)I?3)。
[0004]專利文獻(xiàn)1:日本特開2003-243749號(hào)公報(bào)
[0005]專利文獻(xiàn)2:日本特開2010-258181號(hào)公報(bào)
[0006]專利文獻(xiàn)3:日本特開2009-124852號(hào)公報(bào)
[0007]專利文獻(xiàn)3:日本特開2005-124852號(hào)公報(bào)
[0008]以往，成為永久磁鐵的各磁鐵構(gòu)件被磁化為其整體上產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上同一方向的磁場(chǎng)(專利文獻(xiàn)2、3)。從簡(jiǎn)易地進(jìn)行磁化的方面考慮，以往的磁化方式是有利的。然而，本發(fā)明人進(jìn)行分析的結(jié)果認(rèn)識(shí)到，從改善電動(dòng)機(jī)的輸出特性方面不可欠缺的表面磁通量密度的增大的觀點(diǎn)考慮，以往的磁化方式不一定是最佳的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明是鑒于以上課題而做出的，其一個(gè)方式的例示性目的之一為，增大永磁電動(dòng)機(jī)的磁鐵構(gòu)件的表面磁通量密度。
[0010]本發(fā)明的一個(gè)方式涉及一種具備轉(zhuǎn)子的永磁電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)子具備環(huán)狀的磁芯、以及在磁芯的周方向上排列配置的多個(gè)磁鐵構(gòu)件。磁鐵構(gòu)件(i)在其中央部以與磁芯的側(cè)面大致垂直的第I方向的取向被磁化，(ii)在其兩端部以不包含第I方向的取向被磁化。
[0011]本發(fā)明的另一個(gè)方式也涉及具備轉(zhuǎn)子的永磁電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)子具備環(huán)狀的磁芯、以及在磁芯的周方向上排列配置的多個(gè)磁鐵構(gòu)件。磁鐵構(gòu)件(i)在其中央部以包含與磁芯的側(cè)面大致垂直的第I方向的取向被磁化，(?-a)在其第I端部以與第I方向相反的第2方向與朝向中央部的第3方向之間的取向被磁化，(i1-b)在其第2端部以第2方向與朝向中央部的第4方向之間的取向被磁化。
[0012]根據(jù)上述方式，與將磁鐵構(gòu)件整體磁化為實(shí)質(zhì)上同一方向的情況相比，兩端部的表面磁通量密度下降，取而代之能夠提高中央部的表面磁通量密度。本發(fā)明人進(jìn)行分析的結(jié)果認(rèn)識(shí)到，中央部分的磁場(chǎng)與兩端部的磁場(chǎng)相比，對(duì)電動(dòng)機(jī)的力矩或效率的貢獻(xiàn)更大。因此，根據(jù)該永磁電動(dòng)機(jī)，能夠提高電動(dòng)機(jī)的效率，并且/或能夠提高力矩?；蛘?，能夠減小得到相同效率/力矩所需的磁鐵構(gòu)件的體積，因此能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)機(jī)的小型化及低成本化。
[0013]本發(fā)明的另一個(gè)方式涉及在永磁電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的環(huán)狀的磁芯的側(cè)面所安裝的磁鐵構(gòu)件的磁化方法。磁化方法包括以下步驟:以與安裝磁鐵構(gòu)件的磁芯的側(cè)面大致垂直的第I方向的取向，對(duì)磁鐵構(gòu)件的中央部進(jìn)行磁化；以從與第I方向相反的第2方向到朝向中央部的第3方向之間的取向，對(duì)磁鐵構(gòu)件的第I端部進(jìn)行磁化；以及以從第2方向到朝向中央部的第4方向之間的取向，對(duì)磁鐵構(gòu)件的第2端部進(jìn)行磁化。
[0014]根據(jù)該方式，能夠提高電動(dòng)機(jī)的效率，并且/或能夠提高力矩?；蛘吣軌驕p小得到相同的效率/力矩所需的磁鐵構(gòu)件的體積，因此能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)機(jī)的小型化、低成本化。另夕卜，對(duì)中央部、第I端部、第2端部進(jìn)行磁化的步驟還可以分別執(zhí)行，也可以同時(shí)執(zhí)行一部分或全部。
[0015]另外，將以上構(gòu)成要素的任意組合及本發(fā)明的構(gòu)成要素及表現(xiàn)在方法、裝置、系統(tǒng)等之間相互置換的情況下，作為本發(fā)明的方式也是有效的。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的某一方式，能夠增大永磁電動(dòng)機(jī)的磁鐵構(gòu)件的表面磁通量密度。
【附圖說明】
[0017]圖1是表示實(shí)施方式的永磁電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0018]圖2(a)、(b)是轉(zhuǎn)子的立體圖。
[0019]圖3(a)、(b)是示意地表示磁鐵構(gòu)件的磁化方向及產(chǎn)生磁場(chǎng)的圖。
[0020]圖4(a)?(C)是示意地表示磁鐵構(gòu)件的磁化方向及產(chǎn)生磁場(chǎng)的圖。
[0021]圖5是表示圖3 (a)、(b)及圖4(a)、(C)所示的磁鐵構(gòu)件所產(chǎn)生的Y方向的表面磁通量密度By的計(jì)算結(jié)果的圖。
[0022]圖6是表示中央部、第I端部、第2端部各自的取向方向的范圍的圖。
[0023]圖7(a)、(b)是表示對(duì)磁鐵構(gòu)件進(jìn)行前磁化的磁化裝置的圖。
[0024]圖8(a)、(b)是表示對(duì)磁鐵構(gòu)件進(jìn)行后磁化的磁化裝置的圖。
[0025]符號(hào)說明
[0026]10…定子
[0027]12…定子磁軛
[0028]14 …齒
[0029]18…馬達(dá)線圈
[0030]20…轉(zhuǎn)子
[0031]22...磁芯
[0032]24…外周面
[0033]26…磁鐵插入部
[0034]28…旋轉(zhuǎn)軸
[0035]40…貫通孔
[0036]42…槽部
[0037]46…突起部
[0038]50…磁鐵構(gòu)件
[0039]52…中央部
[0040]54…第I端部
[0041]56…第2端部
[0042]200、300…磁化裝置
[0043]302…磁化專用磁軛
[0044]304…線圈
[0045]306 …齒
[0046]100…永磁電動(dòng)機(jī)
【具體實(shí)施方式】
[0047]以下，根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，參照【附圖說明】本發(fā)明。對(duì)各圖中所圖示的同一或同等的構(gòu)成要素、構(gòu)件、處理標(biāo)以同一符號(hào)，并適當(dāng)省略重復(fù)說明。此外，實(shí)施方式不限定發(fā)明，僅是示例，實(shí)施方式中所說明的所有的特征及其組合不一定是發(fā)明的本質(zhì)。
[0048]圖1是表示實(shí)施方式的永磁電動(dòng)機(jī)100的結(jié)構(gòu)的截面圖。永磁電動(dòng)機(jī)100具備定子(Stator) 10和轉(zhuǎn)子(Rotor) 20。在本實(shí)施方式中，說明16極18槽的電動(dòng)機(jī)。
[0049]定子10具備定子磁軛(以下還簡(jiǎn)稱為磁軛)12，多個(gè)齒14及多個(gè)馬達(dá)線圈18。18槽的電動(dòng)機(jī)具備18個(gè)齒14。在磁軛12的內(nèi)側(cè)，設(shè)置有在從磁軛12的外周朝向中心的方向上突起的多個(gè)齒14。馬達(dá)線圈18設(shè)置在各齒14上，集中卷繞在對(duì)應(yīng)的齒14上。磁軛12及齒14構(gòu)成在定子10的內(nèi)部產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁路，例如使用含鐵的材料。
[0050]圖2(a)、(b)是轉(zhuǎn)子20的立體圖。在磁芯22上安裝旋轉(zhuǎn)軸28。轉(zhuǎn)子20具備環(huán)狀的磁芯22及多個(gè)磁鐵構(gòu)件50。磁芯22具有圓筒或圓柱形狀。磁鐵構(gòu)件50是施加外部磁場(chǎng)來磁化從而成為永久磁鐵的構(gòu)件，具有截面形狀為大致梯形或矩形的柱形狀。多個(gè)磁鐵構(gòu)件50沿著磁芯22的外周(外側(cè)面)24在周方向上排列配置。具體地說，在外周面24上形成有多個(gè)磁鐵插入部26。磁鐵插入部26是與磁鐵構(gòu)件50的位置及形狀對(duì)應(yīng)地形成的槽，磁鐵構(gòu)件50在嵌入磁鐵插入部26中的狀態(tài)下相對(duì)于磁芯22被固定。如后文所述，磁鐵構(gòu)件50的磁化既可以在將磁鐵構(gòu)件50插入磁鐵插入部26之前進(jìn)行(前磁化)，也可以在插入到磁鐵插入部26的狀態(tài)下進(jìn)行(后磁化)。
[0051]永磁電動(dòng)機(jī)100通過在馬達(dá)線圈18中流過電流來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使安裝有多個(gè)磁鐵構(gòu)件50的轉(zhuǎn)子20旋轉(zhuǎn)。
[0052]以上是永磁電動(dòng)機(jī)100的整體結(jié)構(gòu)。接著，說明磁鐵構(gòu)件50。圖3(a)、(b)及圖4(a)?(c)是示意地表示磁鐵構(gòu)件50的磁化方向及產(chǎn)生磁場(chǎng)的圖。在此，例示N極的永久磁鐵，對(duì)于S極可以理解為與N極相反地磁化磁鐵構(gòu)件50、中央部52、第I端部54。
[0053]首先，參照?qǐng)D3 (a)、(b)表示現(xiàn)有的磁鐵構(gòu)件的磁化方向。圖3 (a)、(b)的磁鐵構(gòu)件50在磁鐵構(gòu)件50的寬度方向(圖中，X軸方向)整體上以產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子20的磁芯22的外周面24垂直的方向(第I方向，圖中Y軸方向)的磁場(chǎng)的取向被磁化。具體地說，在圖3(a)中，在中央部52、第I端部54、第2端部56上全部成為取向方向(X，Y) = (O, I)。在圖3(b)中，在中央部52，成為取向方向(X，Y) = (O, I)，成為第I端部54的取向方向(X，Y)=(I, D、第2端部56的取向方向(X，Y) = (-1，I) ο
[0054]接著，參照?qǐng)D4(a)?(C)說明實(shí)施方式的磁鐵構(gòu)件50的磁化。圖4(a)?(C)的磁鐵構(gòu)件50在中央部52以與磁芯22的外周垂直的第I方向(Y軸正方向)的取向被磁化的方面與圖3(a)、(b)相同。而圖4(a)?(c)的磁鐵構(gòu)件50在其兩端部54、56被磁化為在第I方向(Y軸正方向)上不產(chǎn)生磁場(chǎng)，換言之被磁化為兩端部54、56的內(nèi)部的磁場(chǎng)不含Y軸正方向的成分。關(guān)于取向方向的Y成分，Y彡O成立。
[0055]具體地說，在圖4(a)中，在中央部52，成為取向方向(X，Y) = (0，1)，在第I端部54，成為取向方向(X, Y) = (1，O)，在第2端部56，成為取向方向(X，Y) = (_1，O)。
[0056]在圖4(c)中，成為取向方向(X，Y) = (0，I)，在第I端部54及第2端部56，成為取向方向(X, Y) = (O,-1) O
[0057]圖4(b)是圖4(a)和圖4(c)的中間取向，在第I端部54，成為取向方向(X，Y)=(1，-1)，在第2端部56，成為取向方向(X, Y) = (-1,-1) O在圖4(a)?(c)的任何情況下，都優(yōu)選磁鐵構(gòu)件50在寬度方向上對(duì)稱地磁化。
[0058]另外，在圖4 (a)?(C)中，中央部52、第I端部54、第2端部56沒有在物理上分離，希望注意到將單個(gè)磁鐵構(gòu)件50的磁化的取向不同的部位假想地、方便地區(qū)別開來稱呼。進(jìn)一步說明的話，希望注意到在通過后述的磁化技術(shù)實(shí)際上被磁化的磁鐵構(gòu)件50中，在中央部52、第I端部54、第2端部56中磁化的取向連續(xù)地變化。在這種情況下，在中央部52與第I端部54的邊界、中央部52與第2端部56的邊界，具有中間取向方向。
[0059]圖5是表示圖3(a)、(b)及圖4(a)、(c)所示的磁鐵構(gòu)件50所產(chǎn)生的Y方向的表面磁通量密度By的計(jì)算結(jié)果的圖。表面磁通量密度By為與