JPS6245786B2

JPS6245786B2 -

Info

Publication number: JPS6245786B2
Application number: JP56026178A
Authority: JP
Inventors: Fumio Tajima; Tsunehiro Endo; Kunio Myashita; Hiroshi Okuda; Koji Seshimo
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-02-26
Filing date: 1981-02-26
Publication date: 1987-09-29
Also published as: JPS57142165A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、永久磁石回転機の着磁方法およびそ
の着磁装置に係り、その回転子内に磁石を有する
永久磁石回転機、特に、固定子部の巻線を着磁巻
線として利用するようにした数十ワツト以上の永
久磁石回転機の着磁方法およびその着磁装置に関
するものである。

最近、省エネルギーの点で、モータの可変速化
が望まれ、これによつて磁石モータとインバータ
との組み合せによる永久磁石可変速モータを駆動
部に使用する可変速システムが増えてきた。

上記の磁石モータは、効率が高い反面、インバ
ータ部の故障時など、固定子部の巻線に大電流が
流れた場合、その逆起磁力により、永久磁石の磁
束量が減少する、いわゆる減磁の問題を有するも
のである。

一般に、永久磁石可変速モータに係る磁石モー
タ本体は、装置内に組み込まれ、前記の減磁を起
した場合に容易に取りはずし、かつ分解して再着
磁を行なうことが困難であることが多い。

このため、永久磁石の減磁時に、容易で、かつ
信頼性が高く性能のよい再着磁法が望まれてお
り、これはまた、初期の組立着磁時にも係るもの
として、その開発が要請されているものである。

このような着磁方法の従来例としては、上記容
量に係るこのクラスの磁石モータでの製品種別例
が少ないことから、当該着磁手法は限定される
が、その一例として位置決め着磁法がある。

以下、まず、この位置決め着磁法について説明
する。

第１図において、イは、永久磁石回転機に係る
磁石モータの一部断面正面図、ロは、そのＹ−Ｙ
線に沿う回転子の断面図である。

すなわち、固定子１は、ハウジング３の内部に
固定子鉄心４と固定子巻線５を収納している。

回転子２は、シヤフト６上にヨーク７、永久磁
石８を配置し、バインド９によつて固定してい
る。

また、この回転子２は、エンドブラケツト１
０、ベアリング１１とによつて上記固定子１に回
転自在に保持されるものである。

ここで、上記の固定子巻線５は、３相に巻回さ
れ、永久磁石８は、円筒状の磁石を使用するもの
とする。

そして、第２図は、上記固定子巻線５を着磁巻
線として利用した、従来手法の位置決め着磁法に
係るものの略示的構成による説明図である。

その構成は、着磁期間中、常時電流を流し、固
定子巻線５の起磁力の軸（図中の破線矢印Ａ）
と、回転子２の永久磁石８の軸（図中の実線矢印
Ｂ）とを一致させておくための位置決め電源と、
固定子巻線５に、回転子２の永久磁石８を着磁す
るための電流を供給する着磁電源と、この着磁電
源が位置決め電源へ流入するのを阻止するダイオ
ードDFとからなるものである。

以上の構成で、まず、位置決め電源より固定子
巻線５に電流を通電し、回転子２の永久磁石８の
軸と固定子巻線５の起磁力の軸とを一致させ、そ
の後、着磁電源から、回転子２の永久磁石８を再
着磁しうる電流を供給する。

なお、ここで、位置決め電源は、回転子２の位
置を動かしうる程度の小さな直流電源でよいもの
である。

第３図は、上記の位置決め電源、着磁電源とし
て使用される、さきに開発した、単パルス着磁器
の作動をあわせて示す着磁装置の構成図である。

すなわち、電源Ｅより充電電流抑制抵抗Ｒを介
してコンデンサCdに充電された電荷は、図中、
固定子巻線５のａ相巻線からｂ相巻線への位置決
め電流i₁を通し、さきの固定子巻線５の起磁力の
軸Ａに回転子２の永久磁石８の軸Ｂを位置決めす
る。

次に、この状態で、サイリスタTHへON信号
を加えると上記電荷は放電し、上記と同様の経路
をたどつて着磁電流i₂が流れ、これによつて永久
磁石８に着磁するようにしたものである。

上記により、その着磁装置の構成において、位
置決め、着磁電流i₁，i₂の固定子巻線５への電源
端子は共通端子として構成されているものであ
る。

なお、Ｄはダイオード、Rsは位置決め電流制
御抵抗であり、Ｓ_THはサイリスタ信号を示すもの
である。

ここで、コンデンサCdは、数千マイクロフア
ラド以上で、着磁電流は、数百アンペアに達する
ものであり、その電圧は３百〜４百ボルトであ
る。

次いで、第４図は、上記の、固定子巻線５を利
用して永久磁石８を着磁する、位置決め着磁法の
位置決め着磁の原理説明図である。

同図のイは、回転子２の周方向展開部分図で、
ロは、固定子巻線５に係る巻線起磁力分布図、ハ
は、空隙磁束分布図である。

まず、固定子巻線５に位置決め電源からの電流
によつて生ずる、固定子巻線起磁力は、ロの点線
Amごとく生じ、回転子２の永久磁石８を、第２
図のところで述べたように、固定子巻線起磁力の
中心と一致させる。

さらに、この状態で、着磁電源より電流を通電
することによつて、固定子巻線５の着磁起磁力分
布は、ロの実線Bmのように生じ、これによつて
永久磁石８は着磁され、ハのような空隙磁束分布
を得るものである。

しかして、このような位置決め着磁方式は、次
のような欠点を有するものである。

すなわち、固定子巻線５を利用するため、着磁
電源からみた巻線のインピーダンスが大きくて、
充分な着磁力が得られず、かつ分布巻であること
によつて、第４図ロに示すように段階状となり、
矩形状の着磁力が得られず、特に、ロのＨ部で着
磁力不足をきたすものである。

これによつて、空隙磁束密度分布は、第４図の
ハに示すHa部の磁束が低くなり、その着磁幅Ｗ
が狭く、したがつて、トルクが小さい磁石モータ
となる欠点を有するものであつた。

本発明は、前記のように、固定子巻線を着磁巻
線として利用し、かつ位置決め着磁を行なう従来
技術に係る着磁法で生じていた着磁幅が狭くなる
欠点を解決し、着磁幅が広く、かつ信頼性が高く
性能のよい永久磁石回転機の着磁方法および、そ
の実施に直接使用される着磁装置の提供を、その
目的とするものである。

本発明の要点は、所定の第１の位置に回転子を
予め保持し、次に上記の位置と異なる第２の位置
で回転子内磁石を着磁する２段階手法とすること
をあわせ、着磁期間中における回転子の移動によ
つて、回転子内永久磁石にかかる巻線起磁力の着
磁幅を増加させるようにする永久磁石回転機の着
磁方法と、その着磁装置にある。

上記に沿う本発明に係る永久磁石回転機の着磁
方法の特徴は、回転子内部に磁石を有し、固定子
部に固定子巻線を備え、かつ両者が組立てられた
状態で当該固定子巻線に電流を通電して前記回転
子内磁石を着磁するものにおいて、位置決め電源
より固定子巻線に通電することによつて生ずる巻
線起磁力の位置に回転子を予め保持し、次いで着
磁電源より固定子巻線に通電することによつて生
ずる巻線起磁力の位置に回転子を移動させ回転子
内磁石を着磁するようにする永久磁石回転機の着
磁方法にある。

また、本発明に係る永久磁石回転機の着磁装置
の特徴は、整流電源よりの位置決め電源端子と着
磁電源端子とをそれぞれ別個に設け、これにより
永久磁石回転機における固定子巻線のそれぞれ別
相の巻線を経由して通電せしめうるように構成し
た永久磁石回転機の着磁装置にある。

次に、本発明に係る永久磁石回転機の着磁方法
の実施例を、まず説明する。

ここで、第５図は、本発明の一実施例である永
久磁石回転機の着磁方法に係るものの略示的構成
による説明図で、同図のイは位置決め操作時、同
ロは着磁操作時を示し、第６図は、その着磁電流
波形図、第７図は、その位置決め着磁の原理説明
図で、同図のイは回転子の周方向展開部分図、同
ロは固定子巻線に係る巻線起磁力分布図、同ハは
空隙磁束分布図である。

各図において、さきの第１図ないし第４図と同
一符号は、同一部分あるいは同一のものを示すも
のであり、磁石モータの構造、各電源などは、さ
きの従来例と同一である。

すなわち、本発明に係る着磁方法は、２段階の
操作によつて行なわれるものである。

まず、第５図イに示すように、位置決め電源よ
り、固定子巻線５の、たとえばａ〜ｂ相２巻線間
に電流を矢印のごとく通電すると、当該巻線の起
磁力は、図中の破線矢印Ａの位置に発生し、それ
にともない、既に組立てられている回転子２にお
ける、図中の実線矢印Ｂで示す回転子２の磁極の
軸は、上記破線矢印Ａに係る固定子巻線軸と一致
する位置に、位置決め固定される。

ここで、この位置決め電源より固定子巻線５に
通電することによつて生ずる起磁力の位置を、第
１の位置、と呼ぶこととする。

次に、第５図ロに示す結線、すなわちｃ〜ｂ相
２巻線接続とする場合には、さきと異なり、その
巻線起磁力の位置は、図中の破線矢印Ａ−１のよ
うになるものである。

そこで、この巻線起磁力の位置が、上述の第１
の位置と異なるごとき位置になるごとく、その固
定子巻線５において図示のｃ〜ｂ相２巻線結線を
行ない、その巻線起磁力の上記位置を第２の位置
と呼ぶこととする。

上記の結線状態において、着磁電源より着磁電
流を供給すると、巻線起磁力と回転子起磁力との
間で位置的にずれがあるため、回転子２は、その
着磁期間中に、前記第１の位置から第２の位置へ
とロの矢印のごとく移動回転するにいたるもので
ある。

上記の操作、手法において、第６図は、既述の
ように、その着磁電流波形を示し、第７図は、同
様に、その位置決め着磁の原理説明図であつて本
発明の上記実施例に係る着磁方法が、特に、上述
のごとく回転子２が着磁中に移動することによつ
て、良く着磁しうる原理を説明するものである。

すなわち、まず、さきの第４図のハで示した、
空隙磁束分布図における、巻線起磁力の空間分布
中の着磁幅Ｗで示した範囲の大きさの値に回転子
２の永久磁石８を着磁しうる電流の値を、第６図
でｉとすると、図中、時間ｔ_Aよりｔ_Bまでの間
で、所期する着磁が可能である。

いま、さきに述べた本発明の実施例に係る操作
により、上記の着磁可能な区間の時間ｔ_Aからｔ_B
までの間に、回転子２の表面が第７図のロに示す
Ｘだけ動いたとする。

ここで、この回転子２の移動は、逆に回転子２
を固定して、巻線起磁力が動いたことと同じであ
るので、固定子巻線５側を動かして考えると、第
７図のロに示すごとく、着磁区間の時間ｔ_Aにお
ける巻線起磁力分布Ａ１（一点鎖線）は、時間ｔ
_Bでは同分布Ｂ１（点線）に移動し、したがつ
て、回転子２の永久磁石８には、見掛け上、同図
ロのＣ（実線）のような、広い着磁幅の起磁力分
布が加わつた効果を与えるものである。

これに従い、空隙磁束密度は、第７図のハに示
す一点鎖線Ａ１ａより実線Caに移動し、結果と
して、図示の着磁幅Ｗに示すように、広い磁束分
布が得られるものである。なお、Ｂ１ａは、上記
Ｂ１に対応する磁束密度を示すものである。

実験的な検討結果によれば、さきに述べた第１
の位置と第２の位置の角度の開きは、電気角で、
30〜150度まで、良く着磁可能で、そのなかで
も、60〜90度近くが、最も良い結果を得たもので
ある。

ここで、この角度の開きの設定は、たとえば回
転角度表示の回動装置により、任意に回転子を回
転させて容易に得られるものである。

上記について、第８図のイ，ロは、従来の着磁
方法と、本発明の実施例に係る着磁方法とにおけ
る回転子による、それぞれの固定子巻線における
誘起電圧波形の差を示す実験結果であつて、本発
明に係るものの有効さを実証するものである。

すなわち、これを数値的に述べると、上記の角
度の開きを60〜90度に設定し、回転数1800rpm
で、実効電圧値において、従来の方法に係るもの
が65Vであるのにたいし、本発明の方法に係るも
のは72Vというような差を生じたものである。

また、上記実施例においては、回転子に既に磁
極が存在する場合について述べたが、回転子磁極
が生じていない場合、たとえば、インバータの故
障電流によつて完全に減磁してしまつた場合、あ
るいは初期の組立着磁の場合がそれで、この場合
には、前記第１の位置で、着磁電源によつて僅か
に着磁し、さらに第２の位置で所期の設定量の着
磁を行なうことにより、十全に着磁しうるもので
ある。

次に、第９図は、上記の実施例に係る着磁方法
を行なうのに供される着磁装置の一実施例を示す
もので、その着磁装置に係る、単パルス着磁器の
主回路構成とその作動をあわせて示す構成図であ
る。

図において、さきの第３図と同一符号の部分は
同等構成に係るものを示し、Ｓは位置決め電源端
子、Ｔは着磁電源端子である。

そして、電源Ｅ、充電電流抑制抵抗Ｒ、ダイオ
ードＤ、コンデンサCdなどの整流電源より、位
置決め電流制御抵抗Rsを介して通電する位置決
め電源端子Ｓと、同様に開閉制御素子に係るサイ
リスタTHを介して通電する着磁電源端子Ｔと
は、さきの第３図に示すものとは異なり、それぞ
れ別個の端子として設けられているものである。

これにより、図示接続のように、固定子巻線５
のａ相巻線とｂ相巻線との２相に位置決め電源端
子Ｓにより通電し、これとは別個に、同ｃ相巻線
とｂ相巻線との２相に着磁電源端子Ｔにより通電
できるように構成されたものである。

上記構成により、着磁を行なうには、図示のご
とき固定子巻線５への結線接続とした場合、まず
電源Ｅより充電電流抑制抵抗Ｒを介してコンデン
サCdに充電された電荷は、位置決め電源端子Ｓ
により、固定子巻線５のａ相巻線からｂ相巻線へ
の位置決め電流i₁を通し、さきに述べた第１の位
置に回転子２を位置決めするものである。

次に、この状態で、サイリスタTHへON信号
を加えると、上記充電電荷の放電による大電流が
流れ、着磁電源端子Ｔにより、固定子巻線５のｃ
相巻線からｂ相巻線への着磁電流i₂が流れて、第
９図の下に示すごときｂ相巻線電流となり、これ
によつて、第１の位置、すなわち第１の位置決め
位置と異なつた、さきに述べた第２の位置に回転
子２が移動するとともに、既述の第７図で述べた
原理によつて第２の位置に着磁しうるものであ
る。

なお、上記において、位置決め電流の値は、約
数アンペア程度であり、また着磁電流は、約数百
アンペアである。

このように、上記構成に係るものは、さきに述
べた本発明に係る着磁方法を容易に実施できるも
のであり、その構成も、きわめて簡単な合理的構
成としたものである。

次に、第１０図は、本発明の他の実施例である
着磁方法に係るものの略示的構成による説明図
で、同図のイは位置決め操作時、同ロは着磁操作
時を示すものであり、第５図と同一符号は、同等
部分を示すものである。

本実施例が、さきの実施例に係る着磁方法と異
なる点は、位置決め電源より固定子巻線２相間に
位置決め電流を通電せしめ、次いで着磁電源より
固定子全巻線に、所定量着磁に係る着磁電流を通
電せしめるようにする点にある。

すなわち、まず、イのように、位置決め電源よ
り固定子巻線５のａ〜ｂ相２巻線間に電流を矢印
のごとく通電すると、固定子巻線５の起磁力は、
図中の破線矢印Ａの位置に発生し、それにともな
い、図中の実線矢印Ｂで示す回転子２の磁極の軸
は、上記破線矢印Ａに係る固定子巻線軸と一致す
る位置、すなわち第１の位置に、位置決め固定さ
れる。

次いで、ロのように、着磁電源から固定子巻線
５のａ、ｂ、ｃ相巻線、すなわち全巻線に通電し
うるように結線することによつて巻線起磁力の位
置は、破線矢印Ａ−２のような第２の位置となる
ことになる。

この状態において着磁電源より着磁電流を供給
すると、巻線起磁力と回転子起磁力とに位置的に
ずれがあるため回転子２は、着磁期間中に第１の
位置から第２の位置へと移動回転する。

上記により、さきの実施例のところで説明した
着磁原理により、さきの実施例と同態様の着磁が
行なわれるものである。

そして、その着磁装置は、さきの第９図に示す
ものにおいて、たとえば着磁電源端子Ｔに位置決
め電源端子Ｓへの連結切換スイツチおよび、ｂ、
ｃ相巻線間の連結切換スイツチなどを設けるよう
にすればよいものである。

上記に述べたところにより、上記の各実施例に
よるときは、その着磁幅が広く、したがつて、そ
のトルクの大きい磁石モータを提供することがで
きるものである。

以上に述べたところをも総合して、本発明に係
るものにより、着磁幅が広く、かつインバータな
どと組合わせ使用における信頼性が高く性能のよ
いものを得ることができる永久磁石回転機の着磁
方法およびその着磁装置を提供することができる
ものであつて、実用的効果にすぐれた発明という
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図のイは、永久磁石回転機に係る磁石モー
タの一部断面正面図、同図のロは、そのＹ−Ｙ線
に沿う回転子の断面図、第２図は、従来手法の位
置決め着磁法に係るものの略示的構成による説明
図、第３図は、それに使用される、さきに開発し
た、単パルス着磁器の作動をあわせて示す着磁装
置の構成図、第４図は、上記位置決め着磁法の位
置決め着磁の原理説明図で、同図のイは、回転子
の周方向展開部分図、同図のロは、固定子巻線に
係る巻線起磁力分布図、同図のハは、空隙磁束分
布図、第５図は、本発明の一実施例に係る永久磁
石回転機の着磁方法に係るものの略示的構成によ
る説明図で、同図のイは、位置決め操作時、同図
のロは、着磁操作時を示し、第６図は、その着磁
電流波形図、第７図は、その位置決め着磁の原理
説明図で、同図のイは、回転子の周方向展開部分
図、同図のロは、固定子巻線に係る巻線起磁力分
布図、同図のハは、空隙磁束分布図、第８図の
イ，ロは、従来例と本発明の実施例とに係る着磁
方法におけるそれぞれの誘起電圧波形図、第９図
は、本発明の一実施例に係る着磁方法に使用され
る、一実施例の、単パルス着磁器の作動をあわせ
て示す着磁装置の構成図、第１０図のイ，ロは、
他の実施例に係る着磁方法の略示的構成による説
明図である。１……固定子、２……回転子、４……固定子鉄
心、５……固定子巻線、８……永久磁石、Ｅ……
電源、Ｒ……充電電流抑制抵抗、Ｄ……ダイオー
ド、Cd……コンデンサ、Rs……位置決め電流制
御抵抗、TH……サイリスタ、Ｓ……位置決め電
源端子、Ｔ……着磁電源端子、i₁……位置決め電
流、i₂……着磁電流、ａ，ｂ，ｃ……相巻線。

Claims

【特許請求の範囲】１回転子内部に磁石を有し、固定部に固定子巻
線を備え、かつ両者が組み立てられた状態で当該
固定子巻線に電流を通電して前記回転子内磁石を
着磁するものにおいて、位置決め電源より固定子
巻線に通電することによつて生ずる巻線起磁力の
位置に回転子を予め保持し、次いで着磁電源より
固定子巻線に通電することによつて生ずる巻線起
磁力の位置に回転子を移動させ回転子内磁石を着
磁するようにすることを特徴とする永久磁石回転
機の着磁方法。２特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、
位置決め電源より固定子巻線の１相を介しての２
相間に位置決め電流を通電せしめ、次いで着磁電
源より別個に固定子巻線の他の１相を介しての２
相間に、所定量着磁に供される電流を通電せしめ
るようにするものである永久磁石回転機の着磁方
法。３特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、
位置決め電源より固定子巻線２相間に位置決め電
流を通電せしめ、次いで、着磁電源より固定子全
巻線に、所定量着磁に係る着磁電流を通電せしめ
るようにするものである永久磁石回転機の着磁方
法。４特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、
位置決め電源より固定子巻線に通電することによ
つて生ずる巻線起磁力の位置で回転子磁石を僅か
に着磁し、着磁電源より固定子巻線に通電するこ
とによつて生ずる巻線起磁力の位置で回転子磁石
を所定量に着磁するようにするものである永久磁
石回転機の着磁方法。５特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、
位置決め電源より固定子巻線に通電することによ
つて生ずる巻線起磁力の位置と、着磁電源より固
定子巻線に通電することによつて生ずる巻線起磁
力の位置との角度の開きを、電気角で、60〜90度
近くとするものである永久磁石回転機の着磁方
法。６整流電源よりの位置決め電源端子と着磁電源
端子とをそれぞれ別個に設け、これにより永久磁
石回転機における固定子巻線のそれぞれ別相の巻
線を経由して通電せしめうるように構成したこと
を特徴とする永久磁石回転機の着磁装置。