JP6664767B1 - 着磁装置、着磁方法及びマグネット駆動のポンプ - Google Patents
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Abstract
【課題】マグネット駆動ポンプを駆動させるマグネットカップリング機構のように比較的小さい磁石材料を着磁させるとき、着磁動作を複数回行わずコストを抑え、被着磁物の着磁程度も高める。【解決手段】着磁装置のアウターマグネットは、中空円筒形のアウターヨークと、被着磁物であり、アウターヨークの内面かつ同一周上に等間隔で偶数個配置される磁石材料４と、磁石材料の内側に配置され、磁石材料の内側の長さと略同じ外周長を備えると共に、対向する磁石材料の方へ、隣接するものどうしが逆極の磁界を発生させる磁界発生部８を、磁石材料と同数備える着磁器と、着磁器に接続され、磁界発生部に電流を１回だけ流すことによって磁石材料の着磁に必要な磁界を発生させる電源装置と、を有し、一の磁石材料の中心と対向する磁界発生部の中心とが、アウターヨーク内部の周方向において、３６０°を磁石材料の数の２倍の数で除した角度以下だけずれている。【選択図】図４
Description
マグネット駆動のポンプにおけるマグネットカップリング機構を構成する磁石を着磁する技術に関する。
磁気作用によってギアなどの駆動体を駆動させる、マグネットカップリング（磁気カップリング）機構を有するポンプの市場ニーズは、近年、さらに高まる傾向にある。このようなマグネットカップリング機構を有したポンプ業界において、ギアポンプは、マグネットカップリングに使用される磁石の高性能化により、様々な流体に採用されている。特に、高粘度流体の定量移送や計量移送や油圧動力伝達装置においては、高圧力発生器として様々な回転速度域において使用されている。
ところで、モーターや発電機などの回転機の駆動機構において使用される磁石を効率的に着磁させる方法に関しては、従来盛んに研究・開発が行われ、その成果が多数特許出願されている。
例えば、特許文献１では、「ロータに固定した複数の希土類磁石に対して高い着磁率で着磁を行う方法」が提案され、特許文献２では、「無着磁部分をできるだけ少なくした高性能な磁石を簡単な方法で得、太線の励磁コイルを採用することによりヨークのパンクを防止できる着磁装置」が提案されている。
しかしながら、上記の従来技術は、大規模な回転機の駆動機構における技術であり、比較的小さい磁石材料を着磁させる動作には適用することが難しいという問題点がある。
また、上記の従来技術は何れも、着磁動作が複数回行われることに基づいて、磁石材料を着磁させる作業全体としてコストが高くなるという問題点もある。
また、上記の従来技術は何れも、着磁動作が複数回行われることに基づいて、磁石材料を着磁させる作業全体としてコストが高くなるという問題点もある。
そこで本発明では、上記問題点に鑑み、マグネット駆動ポンプを駆動させるマグネットカップリング機構のように比較的小さい磁石材料を着磁させるとき、着磁動作を複数回行わずコストを抑え、被着磁物の着磁程度も高める着磁装置を提供することを目的とする。
開示する着磁装置の一形態は、強磁性体で形成され、中空円筒形のアウターヨークと、異方性磁石の被着磁物であり、前記アウターヨークの内面に、かつ、同一周上に等間隔で偶数個配置される第１磁石材料と、前記第１磁石材料の内側に配置され、前記第１磁石材料の内側の長さと略同じ外周長を備えると共に、鉄心と該鉄心周囲に巻き付けられるコイルとで構成され、該コイルに電流が流れることによって対向する前記第１磁石材料の方へ磁界を発生させる第１磁界発生部であって、隣接するものどうしが逆極の磁界を発生させる前記第１磁界発生部を、前記第１磁石材料と同数備える第１着磁器と、前記第１着磁器に接続され、前記コイルに電流を１回だけ流すことによって前記第１磁石材料の着磁に必要な磁界を発生させる着磁電源装置と、を有する着磁装置であって、一の前記第１磁石材料の中心と前記一の第１磁石材料に対向する前記第１磁界発生部の中心とが、前記アウターヨーク内部の周方向において、３６０°を前記第１磁石材料の個数の２倍の数で除した角度以下だけずれており、前記第１磁石材料及び前記アウターヨークで構成されるアウターマグネットが、インナーマグネットとの磁気結合によって、ポンプの駆動体を駆動させるマグネットカップリング機構を形成するためのものであることを特徴とする。
開示する着磁装置は、マグネット駆動ポンプを駆動させるマグネットカップリング機構のように比較的小さい磁石材料を着磁させるとき、着磁動作を複数回行わずコストを抑え、被着磁物の着磁程度も高める。
図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について説明する。
（本実施の形態に係る着磁装置の構造）
（本実施の形態に係る着磁装置の構造）
図１乃至７を用いて、本実施の形態に係る着磁装置１の構造について説明する。図１は、アウターマグネット２４（アウターヨーク２及び第１磁石材料４を含む）を示す断面図であり、図２は、第１着磁器６を示す図である。図３は、インナーマグネット２６（インナーヨーク１６及び第２磁石材料１８を含む）を示す断面図である。図４及び５は、着磁動作時における磁石材料４、１８と磁界発生部８、２２との位置関係を示す図であり、図６は、着磁装置１による着磁性能の計測結果例を示す図である。図７は、マグネット駆動のポンプ３０の断面構造を示す図である。
着磁装置１は、アウターヨーク２、第１磁石材料４、第１着磁器６、着磁電源装置１４、インナーヨーク１６、第２磁石材料１８、第２着磁器２０を有する。図１で示すように、アウターヨーク２は、炭素鋼のような強磁性体で形成され、中空円筒形又はカップ形の形状を成す部位である。
図１で示すように、第１磁石材料４は、ネオジム磁石、サマリウム・コバルト磁石などの異方性磁石から成る、着磁装置１による着磁対象となる被着磁物である。第１磁石材料４は、アウターヨーク２の内面に、かつ、同一周上に等間隔で偶数個配置される。各第１磁石材料４は、微差はあるものの、略同形状である。第１磁石材料４は、直方体のような形状であっても良く、また、アウターヨーク２の内面に沿う同心円形状を成していても良く、その場合、略同形状の第１磁石材料４は、連接するように配置されることが好適である。
図２で示すように、第１着磁器６は、第１磁石材料４と同数の第１磁界発生部８を備える。第１磁界発生部８は、鉄心１０と鉄心１０周囲に巻き付けられるコイル１２とで構成され、コイル１２に電流が流れることによって対向する第１磁石材料４の方へ磁界を発生させる部位である。第１磁界発生部８は、第１磁石材料４の内側に配置され、第１磁石材料４の内側の長さと略同じ外周長を備える。また、隣接する第１磁界発生部８は、それぞれ逆極の磁界を発生させる。
図３で示すように、インナーヨーク１６は、炭素鋼のような強磁性体で形成され、円筒形（円柱形）の形状を成す部位である。但し、インナーヨーク１６は、磁石の形状に合わせて多角形状でも良い。
図３で示すように、インナーヨーク１６は、炭素鋼のような強磁性体で形成され、円筒形（円柱形）の形状を成す部位である。但し、インナーヨーク１６は、磁石の形状に合わせて多角形状でも良い。
図３で示すように、第２磁石材料１８は、ネオジム磁石、サマリウム・コバルト磁石などの異方性磁石から成る、着磁装置１による着磁対象となる被着磁物である。第２磁石材料１８は、インナーヨーク１６の外面に、かつ、同一周上に等間隔で偶数個配置される。各第２磁石材料１８は、微差はあるものの、略同形状である。第２磁石材料１８は、直方体のような形状であっても良く、また、インナーヨーク１６の外面に沿う同心円形状を成していても良く、その場合、略同形状の第２磁石材料１８は、連接するように配置されることが好適である。
第２着磁器２０は、第２磁石材料１８と同数の第２磁界発生部２２を備える。第２磁界発生部２２は、鉄心１０と鉄心１０周囲に巻き付けられるコイル１２とで構成され、コイル１２に電流が流れることによって対向する被着磁物である第２磁石材料１８の方へ磁界を発生させる部位である。第２磁界発生部２２は、第２磁石材料１８の外側に配置され、第２磁石材料１８の外側の長さと略同じ内周長を備える。また、隣接する第２磁界発生部２２は、それぞれ逆極の磁界を発生させる。
着磁電源装置１４は、第１着磁器６に接続され、コイル１２に大きな電流を１回だけ流すことによって、第１磁石材料４の着磁に必要な大きな磁界を発生させる。また、着磁電源装置１４は、第２着磁器２０に接続され、コイル１２に大きな電流を１回だけ流すことによって、第２磁石材料１８の着磁に必要な大きな磁界を発生させる。
着磁電源装置１４は、交流電源を充電回路で制御して、トランスで昇圧させ、その後、整流回路で直流に変換し、コンデンサーバンクに電荷を蓄える。そして、着磁電源装置１４は、この蓄えられたエネルギーについて、放電回路をＯＮにし、瞬間的にコイル１２に大きな電流を流し、着磁に必要な高磁界を発生させる。
図４で示すように、着磁装置１では、第１磁石材料４の中心と第１磁石材料４に対向する第１磁界発生部８の中心とが、アウターヨーク２内部の周方向において、３６０°を第１磁石材料４の個数の２倍の数で除した角度以下だけずれている。つまり、着磁装置１では、アウターヨーク２内部の周方向において、第１磁界発生部８の端部と個々の第１磁石材料４の端部とが一致せず、ずれており、両端部の周方向のずれ角は、３６０°÷“第１磁石材料４の個数”÷２以下となっている。
図５で示すように、着磁装置１では、第２磁石材料１８の中心と第２磁石材料１８に対向する第２磁界発生部２２の中心とが、インナーヨーク１６の周方向において、３６０°を第２磁石材料１８の個数の２倍の数で除した角度以下だけずれている。つまり、着磁装置１では、インナーヨーク１６の周方向において、第２磁界発生部２２の端部と個々の第２磁石材料１８の端部とが一致せず、ずれており、両端部の半径方向のずれ角は、３６０°÷“第２磁石材料１８の個数”÷２以下となっている。
上記のように、磁石材料４、１８の中心と磁界発生部８、２２の中心とが周方向においてずれていることによって、着磁装置１が着磁動作を複数回行わずコストを抑え、被着磁物４、１８の着磁程度も高めることができる理由について説明する。
従来の着磁装置のように、周方向において、磁界発生部の端部と個々の磁石材料の端部とを一致させ、着磁電源装置によって着磁動作を行う場合、隣接する磁石材料間（隙間）が未着磁領域となる。この未着磁領域が存在する場合、隣接する磁石材料間に反磁場領域が形成され、また、そこには逆極が出現し易くなり、損失となる。
一方、着磁装置１のように、周方向において、磁界発生部８、２２の端部と個々の磁石材料４、１８の端部とを一致させず、ずらして配置する場合、１個の磁石材料４、１８の中にＮ極の領域とＳ極の領域とが出現する。そしてこの場合、隣接する磁石材料４、１８の繋ぎ目部位が同極となり、従来方法において反磁場領域外へ磁界が漏れ出し難い状態から、繋ぎ目部位で発生する反発磁場がより強い磁場を発生させるものである。
図６は、上記ずれの角度を変化させた場合、フル着磁（図中の１００％基準線）に比べて、着磁装置１による磁石材料４、１８の着磁の程度がどのように変化するかを計測した結果を示すものである。なお、図６では、第１磁石材料４の個数を８個としている。
図６で示す計測結果では、上記ずれの角度が大きくなるにつれ、着磁の程度が改善し、ずれの角度が２２．５°（＝３６０°÷“第１磁石材料４の個数＝８個”÷２）のとき、着磁の程度はピークとなり、フル着磁の状態を超える結果となっている。なお、フル着磁は、空心コイル内で磁石単体に十分に強い磁界を印加することによって行っており、このときの磁石はほぼ飽和磁化に達していると考えられる。
図７で示すように、着磁器１によって着磁された第１磁石材料４及びアウターヨーク２、並びに、第２磁石材料１８及びインナーヨーク１６は、ポンプ３０の駆動体として使用される。アウターヨーク２及び第１磁石材料４の組み合わせは、アウターマグネット２４と呼ばれ、インナーヨーク１６及び第２磁石材料１８の組み合わせは、インナーマグネット２６と呼ばれる。
図７で示すように、ポンプ３０は、アウターマグネット２４とインナーマグネット２６との磁気結合によって形成されるマグネットカップリング機構２８によって、駆動体が駆動される構成である。
上記した構成に基づいて、着磁装置１は、マグネット駆動ポンプ３０を駆動させるマグネットカップリング機構２８のように比較的小さい磁石材料４、１８を着磁させるとき、着磁動作を複数回行わずコストを抑え、被着磁物４、１８の着磁程度も高める。
（本実施の形態に係る着磁装置の使用方法）
（本実施の形態に係る着磁装置の使用方法）
図４、５及び６を用いて、着磁装置１による着磁方法について説明する。図４で示すように、着磁装置１において、第１磁石材料４の中心と第１磁石材料４に対向する第１磁界発生部８の中心とが、アウターヨーク２内部の周方向において、３６０°を第１磁石材料４の個数の２倍の数で除した角度以下だけずらして、第１着磁器６にアウターヨーク２及び第１磁石材料４を設置する。つまり、着磁装置１では、アウターヨーク２内部の周方向において、第１磁界発生部８の端部と個々の第１磁石材料４の端部とが一致せず、ずれており、両端部の周方向のずれ角は、３６０°÷“第１磁石材料４の個数”÷２以下となっている。
着磁電源装置１４において、交流電源を充電回路で制御して、トランスで昇圧させ、その後、整流回路で直流に変換し、コンデンサーバンクに電荷を蓄える。そして、着磁電源装置１４において、この蓄えられたエネルギーについて、放電回路をＯＮにし、瞬間的にコイル１２に通電、コイル１２に大きな電流を流し、着磁に必要な高磁界を発生させる。この着磁動作は、アウターヨーク２及び複数の第１磁石材料４で形成される１組のアウターマグネット２４につき、１回だけ行われる。
また、図５で示すように、着磁装置１において、第２磁石材料１８の中心と第２磁石材料１８に対向する第２磁界発生部２２の中心とが、インナーヨーク１６の周方向において、３６０°を第２磁石材料１８の個数の２倍の数で除した角度以下だけずらして、第２着磁器２０にインナーヨーク１６及び第２磁石材料１８を設置するつまり、着磁装置１では、インナーヨーク１６の周方向において、第２磁界発生部２０の端部と個々の第２磁石材料１８の端部とが一致せず、ずれており、両端部の半径方向のずれ角は、３６０°÷“第２磁石材料１８の個数”÷２以下となっている。
着磁電源装置１４において、交流電源を充電回路で制御して、トランスで昇圧させ、その後、整流回路で直流に変換し、コンデンサーバンクに電荷を蓄える。そして、着磁電源装置１４において、この蓄えられたエネルギーについて、放電回路をＯＮにし、瞬間的にコイル１２に通電、コイル１２に大きな電流を流し、着磁に必要な高磁界を発生させる。この着磁動作は、インナーヨーク１６及び複数の第２磁石材料１８で形成される１組のインナーマグネット２６につき、１回だけ行われる。
図６で示すように、上記のような着磁装置１による着磁方法によって、少なくとも、磁石材料４、１８と磁界発生部８、２２とがずれなく設置される場合に比し、磁石材料４、１８の着磁の程度を向上させることができる。また、上記のような着磁装置１による着磁方法では、磁石材料４、１８と磁界発生部８、２２とのずれの大きさが特定の範囲である場合、磁石材料４、１８の着磁の程度を、フル着磁の状態よりも高めることができる。
従って、着磁装置１による着磁方法は、マグネット駆動ポンプ３０を駆動させるマグネットカップリング機構２８のように比較的小さい磁石材料４、１８を着磁させるとき、着磁動作を複数回行わずコストを抑え、被着磁物４、１８の着磁程度も高めることができる。
以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲において、種々の変形・変更が可能である。
１ 着磁装置
２ アウターヨーク
４ 第１磁石材料
６ 第１着磁器
８ 第１磁界発生部
１０ 鉄心
１２ コイル
１４ 着磁電源装置
１６ インナーヨーク
１８ 第２磁石材料
２０ 第２着磁器
２２ 第２磁界発生部
２４ アウターマグネット
２６ インナーマグネット
２８ マグネットカップリング機構
３０ マグネット駆動のポンプ
２ アウターヨーク
４ 第１磁石材料
６ 第１着磁器
８ 第１磁界発生部
１０ 鉄心
１２ コイル
１４ 着磁電源装置
１６ インナーヨーク
１８ 第２磁石材料
２０ 第２着磁器
２２ 第２磁界発生部
２４ アウターマグネット
２６ インナーマグネット
２８ マグネットカップリング機構
３０ マグネット駆動のポンプ
Claims (6)
- 強磁性体で形成され、中空円筒形のアウターヨークと、
異方性磁石の被着磁物であり、前記アウターヨークの内面に、かつ、同一周上に等間隔で偶数個配置される第１磁石材料と、
前記第１磁石材料の内側に配置され、前記第１磁石材料の内側の長さと略同じ外周長を備えると共に、鉄心と該鉄心周囲に巻き付けられるコイルとで構成され、該コイルに電流が流れることによって対向する前記第１磁石材料の方へ磁界を発生させる第１磁界発生部であって、隣接するものどうしが逆極の磁界を発生させる前記第１磁界発生部を、前記第１磁石材料と同数備える第１着磁器と、
前記第１着磁器に接続され、前記コイルに電流を１回だけ流すことによって前記第１磁石材料の着磁に必要な磁界を発生させる着磁電源装置と、を有する着磁装置であって、
一の前記第１磁石材料の中心と前記一の第１磁石材料に対向する前記第１磁界発生部の中心とが、前記アウターヨーク内部の周方向において、３６０°を前記第１磁石材料の個数の２倍の数で除した角度以下だけずれており、
前記第１磁石材料及び前記アウターヨークで構成されるアウターマグネットが、インナーマグネットとの磁気結合によって、ポンプの駆動体を駆動させるマグネットカップリング機構を形成するためのものであることを特徴とする着磁装置。 - 前記第１磁石材料どうしが、同形状であることを特徴とする請求項１に記載の着磁装置。
- 前記第１磁石材料が、前記アウターヨークの内面に沿う同心円形状を成し、
略同形状の前記第１磁石材料が、連接するように配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の着磁装置。 - 強磁性体で形成され、中空円筒形のアウターヨークと、
異方性磁石の被着磁物であり、前記アウターヨークの内面に、かつ、同一周上に等間隔で偶数個配置される第１磁石材料と、
前記第１磁石材料の内側に配置され、前記第１磁石材料の内側の長さと略同じ外周長を備えると共に、鉄心と該鉄心周囲に巻き付けられるコイルとで構成され、該コイルに電流が流れることによって対向する前記第１磁石材料の方へ磁界を発生させる第１磁界発生部であって、隣接するものどうしが逆極の磁界を発生させる前記第１磁界発生部を、前記第１磁石材料と同数備える第１着磁器と、
前記第１着磁器に接続され、前記コイルに電流を流すことによって前記第１磁石材料の着磁に必要な磁界を発生させる着磁電源装置と、を有する着磁装置を使用する着磁方法であって、
一の前記第１磁石材料の中心と前記一の第１磁石材料に対向する前記第１磁界発生部の中心とを、前記アウターヨーク内部の周方向において、３６０°を前記第１磁石材料の個数の２倍の数で除した角度以下となるようにずらし、
隣接するものどうしが逆極となるように前記第１磁石材料を着磁させるために必要な磁界を発生させる電流を前記着磁電源装置から前記コイルに１回だけ流すことによって、前記第１磁石材料の着磁を行い、
前記第１磁石材料及び前記アウターヨークで構成されるアウターマグネットが、インナーマグネットとの磁気結合によって、ポンプの駆動体を駆動させるマグネットカップリング機構を形成するためのものであることを特徴とする着磁方法。 - 前記第１磁石材料どうしが、同形状であることを特徴とする請求項４に記載の着磁方法。
- 前記第１磁石材料が、前記アウターヨークの内面に沿う同心円形状を成し、
略同形状の前記第１磁石材料が、連接するように配置されることを特徴とする請求項４又は５に記載の着磁方法。
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