JP2016220412A - 界磁用コアおよび界磁の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塑性変形の発生を抑制できる界磁用コアを提供する。【解決手段】界磁用コア１は所定の回転軸Ｐを囲む外周面１ａを備える。界磁用コア１には複数の磁石挿入孔２１と第一空隙部２２ａ，２２ｂと第二空隙部２３ａとが設けられる。複数の磁石挿入孔２１は回転軸Ｐと外周面１ａとの間において、回転軸Ｐについての周方向に沿って並んで設けられる。一対の第一空隙部２２ａ，２２ｂは一つの磁石挿入孔２１の周方向における両端部にそれぞれ連通し、両端部と外周面１ａとの間に設けられる。第二空隙部２３ａは第一空隙部２２ａに連通し、第一空隙部２２ｂへと向かって延在する。第二空隙部２３ａは第一空隙部２２ｂ側に膨らむ曲線状の端面２３３ａを有し、回転軸Ｐについての径方向における第二空隙部２３ａの幅は、端面２３３ａ以外の第二空隙部２３ａと端面２３３ａとの境界Ｂ１において最大値Ｗ１３をとる。【選択図】図２

Description

本発明は、界磁用コアおよび界磁の製造方法に関する。

特許文献１は回転子の製造方法を記載している。この回転子は回転子コアと磁石とを備えている。回転子コアには磁石挿入孔が形成され、この磁石挿入孔に磁石が挿入される。この磁石は固定子に対して磁束を供給する。つまりこの回転子コアは界磁用のコアと見ることができる。

特許文献１では、次のようにして回転子を製造している。まず、回転子コアを回転させることより、回転子コアを弾性変形させて磁石挿入孔を広げる。そしてこの状態で磁石挿入孔に磁石を挿入する。その後、回転を終了する。回転が終了すると、回転子コアが弾性復帰して磁石挿入孔が狭くなる。これにより回転子コアが磁石に密着する。よって、磁石挿入孔を広げずに磁石を挿入する場合に必要であった磁石挿入孔のマージンよりも、磁石と回転子コアとの間の隙間は小さい。隙間が小さいと磁気抵抗が小さいので、磁石から固定子へと供給する磁束の量を向上することができる。

また、本願に関連する特許文献として特許文献２，３を掲示する。

特開２００４−３３６９２７号公報 特開２００４−３５７４１８号公報 特開２０１３−１３２１２４号公報

特許文献１で示された構成において磁石挿入孔を広げると、回転子コアには応力が発生する。この応力が回転子コアの一部に集中し、当該一部における応力が回転子コアの材料の降伏点を超えると、当該一部が塑性変形する。このような塑性変形は回転子コアにとって好ましくない。

そこで本願は、塑性変形の発生を抑制できる界磁用コアを提供することを目的とする。

界磁用コアの第１の態様は、回転軸（Ｐ）を囲む外周面（１ａ）を備え、前記回転軸と前記外周面との間において、前記回転軸についての周方向に沿って並んで設けられる複数の磁石挿入孔（２１）と、一つの前記複数の磁石挿入孔の前記周方向における両端部にそれぞれ連通し、前記両端部と前記外周面との間に設けられる一対の第一空隙部（２２ａ，２２ｂ）と、前記一対の第一空隙部の一方に連通し、前記一対の第一空隙部の他方へと向かって延在する第二空隙部（２３ａ，２３ｂ）とが設けられ、前記第二空隙部（２３ａ，２３ｂ）は前記他方側に膨らむ曲線状の端面を有し、前記回転軸についての径方向における前記第二空隙部の幅は、前記端面以外の前記第二空隙部と前記端面との境界（Ｂ１）において最大値（Ｗ１３）をとる。

界磁用コアの第２の態様は、第１の態様にかかる界磁用コアであって、前記第二空隙部（２３ａ，２３ｂ）の前記幅は前記一対の第一空隙部（２２ａ，２２ｂ）の前記一方から前記他方へと向かうにしたがって狭くなり、続けて増大して前記境界において前記最大値をとる。

界磁用コアの第３の態様は、第１または第２の態様にかかる界磁用コアであって、前記第二空隙部（２３ａ，２３ｂ）は、前記端面（２３３ａ）を含む湾曲空隙部（２３１ａ）と、前記一対の第一空隙部（２２ａ，２２ｂ）の前記一方と前記湾曲空隙部とを連通する連通空隙部（２３２ａ）とを有し、前記湾曲空隙部の幅は、前記連通空隙部から前記境界へと向かうにしたがって増大し、前記湾曲空隙部は円弧に沿う形状を有する。

界磁用コアの第４の態様は、第１から第３のいずれか一つの態様にかかる界磁用コアであって、前記一対の第一空隙部（２２ａ，２２ｂ）は前記複数の磁石挿入孔（２１）の各々に設けられ、一つの前記複数の磁石挿入孔に連通する前記一対の第一空隙部の一方に対して、前記周方向において隣り合って設けられ、前記外周面側において開口するスリット（２４）が更に設けられる。

界磁用コアの第５の態様は、第４の態様にかかる界磁用コアであって、前記スリット（２４）は、前記複数の磁石挿入孔（２１）のうち隣り合う二者の間において、一つのみ設けられる。

界磁用コアの第６の態様は、第１から第５のいずれか一つの態様にかかる界磁用コアであって、前記端面と前記外周面との間の距離の最小値（Ｗ２１）は、前記複数の第一空隙部と前記外周面との間の距離の最小値（Ｗ２０）以上である。

界磁の製造方法は、第１から第６のいずれか一つの態様にかかる界磁用コアにおいて、前記複数の磁石挿入孔（２１）を、前記回転軸（Ｐ）についての径方向に広げる第１工程と、前記第１工程の後に、前記複数の磁石挿入孔に永久磁石（３）を挿入する第２工程とを備える。

界磁用コアの第１の態様によれば、磁石挿入孔を径方向に広げるように界磁用コアに力が生じたときに、第二空隙部の幅が狭くなるように界磁用コアが弾性変形する。つまり、第二空隙部が力を吸収する。これにより、界磁用コア（特に第一空隙部と外周面との間のコア部）に生じる応力集中を緩和できる。また第二空隙部は他方側に膨らむ曲線状の端面を有するので、端面に隣接するコア部に生じる応力集中も緩和できる。よって塑性変形の発生を抑制できる。

また、第二空隙部の幅は、端面以外の第二空隙部と端面との境界において最大となる。つまり、一対の第一空隙部の一方側における第二空隙部の幅が最大値よりも狭い。これにより、当該一方側における第二空隙部の幅が最大値よりも広い場合に比して、界磁用コアの磁気抵抗を小さくすることができる。よって、応力の低減と磁気抵抗の低減とを両立できる。

界磁用コアの第２の態様によれば、上記変形によって、第二空隙部の幅は第一空隙部の一方側（極間側）において比較的大きく低減し、他方側（極中心側）において比較的小さく低減する。極間側における第二空隙部の幅を極中心側における幅よりも広くしているので、当該変形によって、第二空隙部の幅がより均一的に低減される。これにより、界磁用コアの磁気抵抗をより効果的に低減できる。

界磁用コアの第３の態様によれば、応力集中を効果的に低減しつつ、連通空隙部の湾曲空隙部側の幅を小さくすることができる。よって、磁気抵抗を低減できる。

界磁用コアの第４の態様によれば、応力集中を更に低減できる。

界磁用コアの第５の態様によれば、界磁用コアの製造の際に、加工数を低減できる。

界磁用コアの第６の態様によれば、界磁用コアのうち、湾曲空隙部と外周面との間の一部に生じる応力集中を緩和できる。

界磁の製造方法によれば、永久磁石を挿入すべく磁石挿入孔を広げても、応力集中が発生しにくい。

界磁の構成の一例を概略的に示す図である。 界磁用コアの一部の一例を概略的に示す図である。 界磁の製造方法の一例を示すフローチャートである。 磁石挿入孔を広げる様子の一例を概略的に示す図である。 界磁用コアの一部の一例を概略的に示す図である。 界磁用コアの一部の一例を概略的に示す図である。 界磁用コアの一部に生じる応力の一例を示す図である。 第二空隙部が設けられていない界磁用コアの一部に生じる応力の一例を示す図である。 湾曲空隙部の半径と、湾曲空隙部に隣接するコア部に生じる応力の最大値との関係の一例を示す図である。 湾曲空隙部の半径と、界磁用コアに生じる応力の最大値との関係の一例を示す図である。 界磁用コアの一部の一例を概略的に示す図である。 界磁用コアの一部の一例を概略的に示す図である。 界磁用コアの一部の一例を概略的に示す図である。 界磁用コアの一例を概略的に示す図である。

図１は界磁の構成の一例を概略的に示す図である。図１では、仮想的な回転軸Ｐに沿って見た界磁の構成の一例が示されている。図１に示すように、界磁４は界磁用コア１と複数の永久磁石３とを備えている。以下では、回転軸Ｐについての周方向および径方向を、それぞれ単に周方向および径方向と呼ぶ。

界磁用コア１は、回転軸Ｐを囲む筒状の外周面１ａを備えている。この外周面１ａは例えば回転軸Ｐを中心とした円筒形状を有しており、図１においては円で示されている。また、図１の例示では、界磁用コア１は内周面１ｂも備えている。この内周面１ｂも回転軸Ｐを囲む筒状の形状を有しており、例えば回転軸Ｐを中心とした円筒形状を有している。内周面１ｂによって形成される孔には、例えばシャフト（不図示）が貫通して配置されてもよい。

界磁用コア１は軟磁性材料で形成されており、例えば、絶縁物を含む圧粉磁心、または、複数の積層鋼板によって形成される。複数の積層鋼板は、例えば回転軸Ｐに沿う軸方向において積層される。圧粉磁心または積層鋼板を採用すれば、界磁用コア１に流れる渦電流を低減できる。

図１に示すように界磁用コア１には、内周面１ｂと外周面１ａとの間において、磁石挿入孔２１と第一空隙部２２ａ，２２ｂと第二空隙部２３ａ，２３ｂとが設けられる。

磁石挿入孔２１は複数設けられており、周方向に沿って並んで設けられている。各磁石挿入孔２１には永久磁石３が挿入される。図１の例示では、平板状の永久磁石３を挿入する場合の磁石挿入孔２１が示されている。例えば各磁石挿入孔２１は、周方向における自身の中央と回転軸Ｐとを結ぶ直線Ａ１に対して垂直な方向Ｄ１に沿って、直線的に延在している。

また図１の例示では、４つの磁石挿入孔２１が設けられている。つまり４極の界磁４が例示されている。ただし極数は４に限らず、適宜に設定してもよい。

一対の第一空隙部２２ａ，２２ｂは、各磁石挿入孔２１の周方向における両端部にそれぞれ連通し、その端部と外周面１ａとの間に設けられている。図１の例示では、第一空隙部２２ａ，２２ｂの各々は磁石挿入孔２１の端部から略径方向に沿って直線的に延在している。

また第一空隙部２２ａ，２２ｂは外周面１ａ側（つまり径方向外側）において閉じている。言い換えれば、第一空隙部２２ａ，２２ｂの各々と外周面１ａとの間には、界磁用コア１の一部としてのコア部（以下、ブリッジコア部１３とも呼ぶ）が介在している。

第二空隙部２３ａは、一対の第一空隙部２２ａ，２２ｂの一方（第一空隙部２２ａ）に連通しつつ、周方向において一対の第一空隙部２２ａ，２２ｂの他方（第一空隙部２２ｂ）へ向かって延在している。第二空隙部２３ｂは、この他方（第一空隙部２２ｂ）に連通しつつ、周方向において一方（第一空隙部２２ａ）へ向かって延在している。

図１の例示では、一対の第一空隙部２２ａ，２２ｂおよび一対の第二空隙部２３ａ，２３ｂの一組は、磁石挿入孔２１の各々に対応して設けられている。言い換えれば、一対の第一空隙部２２ａ，２２ｂおよび一対の第二空隙部２３ａ，２３ｂの一組は界磁４の磁極ごとに設けられている。

以下では、磁極の中心たる極中心（これは永久磁石３の周方向における中心に相当する）と、磁極同士の間の領域である極間（これは周方向において隣り合う２つの永久磁石３の間に相当する）とを導入して、説明を行う。例えば第二空隙部２３ａ，２３ｂは、それぞれ第一空隙部２２ａ，２２ｂから、自身が属する磁極の極中心（以下、対応極中心とも呼ぶ）へ向かって延在している、とも説明できる。

図２は、図１の界磁用コア１のうち、互いに連通する第一空隙部２２ａおよび第二空隙部２３ａの近傍を拡大して示している。図１および図２に示すように、第二空隙部２３ａは、対応極中心側に端面２３３ａを有しており、この端面２３３ａは対応極中心側に膨らむ曲線状の形状を有している。

第二空隙部２３ａの径方向に沿う幅は、端面２３３ａ以外の第二空隙部２３ａと端面２３３ａとの境界Ｂ１において最大値Ｗ１３をとる。換言すれば第二空隙部２３ａの径方向に沿う幅が最大値Ｗ１３をとる位置よりも、第二空隙部２３ｂ側に位置する部分の第二空隙部２３ａが、第二空隙部２３ａの端面２３３ａを呈し、第二空隙部２３ａにおいて径方向の幅が最大値Ｗ１３を採る位置が境界Ｂ１である、と見ることができる。図２の例示では、端面２３３ａは円弧に沿った形状を有しており、ここでは半円状の部分（境界Ｂ１よりも極中心側の部分）と把握できる。図２の例示では、最大値Ｗ１３は端面２３３ａにおける直径に相当している。

また図２の例示では、第二空隙部２３ａは湾曲空隙部２３１ａと連通空隙部２３２ａとを有している。連通空隙部２３２ａは第一空隙部２２ａに連通し、第一空隙部２２ａから対応極中心へと向かって延在している。図２の例示では、連通空隙部２３２ａは略等幅で延在している。

湾曲空隙部２３１ａは、連通空隙部２３２ａの対応極中心側において連通空隙部２３２ａと連通しており、第二空隙部２３ａの先端部分を形成する。かかる構造において、連通空隙部２３２ａは第一空隙部２２ａと湾曲空隙部２３１ａとを連通している、とも説明できる。

端面２３３ａは湾曲空隙部２３１ａに含まれている。図２の例示では、湾曲空隙部２３１ａの幅は、連通空隙部２３２ａから対応極中心へと向かうにしたがって増大し、境界Ｂ１において最大値Ｗ１３をとる。湾曲空隙部２３１ａは全体として円弧（直径が最大値Ｗ１３である円弧）に沿う形状を有している。言い換えれば、湾曲空隙部２３１ａは、連通空隙部２３２ａにおいて開口する円に沿う形状を有している。

第一空隙部２２ｂは第一空隙部２２ａと同様の形状を有する（図１も参照）ので、ここでは繰り返しの説明を避ける。

以上のように、界磁用コア１の形状は、磁石挿入孔２１、第一空隙部２２ａ，２２ｂおよび第二空隙部２３ａ，２３ｂを用いて説明される。しかるに、界磁用コア１を、孔および空隙のみならず、コア部も用いて次にように説明することもできる。即ち、図１を参照して、界磁用コア１は複数の極中心コア部１１と複数の極間コア部１２と複数のブリッジコア部１３と内周側コア部１４とを備えている。

各極中心コア部１１は磁石挿入孔２１と径方向において隣接しており、磁石挿入孔２１よりも外周側に位置している。各極間コア部１２は、極間において隣り合う第一空隙部２２ａ，２２ｂの間に位置している。言い換えれば、極間コア部１２は周方向において当該第一空隙部２２ａ，２２ｂの各々を介して、極中心コア部１１と対向する。図１の例示では、極間コア部１２は例えば径方向に沿って延在している。

各ブリッジコア部１３は、周方向において隣り合う極間コア部１２と極中心コア部１１とを、外周側において連結する。

内周側コア部１４は磁石挿入孔２１に対して内周側に位置し、径方向において全ての磁石挿入孔２１と隣接している。また、内周側コア部１４は全ての極間コア部１２と内周側において連結している。よって、内周側コア部１４は極間コア部１２とブリッジコア部１３とを介して極中心コア部１１に連結することになる。

かかる界磁用コア１の磁石挿入孔２１に永久磁石３を挿入することで界磁４が組み立てられる。そして、この界磁４に対して外周側から電機子（不図示）を配置することで、回転電機を組み立てることができる。界磁４および電機子は例えば、それぞれ回転子および固定子として機能する。

図３は、界磁４の製造方法の一例を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１にて、永久磁石３が挿入される前に磁石挿入孔２１を径方向に広げる。

これは、例えば図４に示す治具５１，５２を用いて実行される。図４は、磁石挿入孔２１を通る位置での、直線Ａ１および回転軸Ｐに平行な断面における、界磁用コア１の一例を示している。治具５１は、当該断面において、回転軸Ｐの一方側（例えば紙面上方）へ向かうにしたがって薄くなる先細りの形状を有している。治具５２は当該断面において、回転軸Ｐの他方側（例えば紙面下方）に向かうにしたがって薄くなる先細りの形状を有している。治具５１は回転軸Ｐの回転軸Ｐの他方側（紙面下方）から一方側（紙面上方）へ向かって磁石挿入孔２１に挿入され、治具５２は治具５１の挿入方向とは反対の方向から磁石挿入孔２１に挿入される。

また、かかる挿入に伴って、治具５１，５２が径方向において接触するとともに、その接触面とは反対側の面で極中心コア部１１および内周側コア部１４に当接する。この状態から更に治具５１，５２を挿入すると、治具５１，５２の一組の、磁石挿入孔２１における径方向の幅が広がり、これに伴って界磁用コア１が弾性変形して、磁石挿入孔２１が径方向に広がる。

治具５１，５２は例えば永久磁石３が挿入される予定の部分を避けて挿入される。例えば、磁石挿入孔２１のうち、永久磁石３よりも周方向の両端側において、治具５１，５２が挿入される。このように磁石挿入孔２１の両端部分の幅を、治具５１，５２を用いて広げることで、磁石挿入孔２１の中央付近（永久磁石３が挿入される予定の部分）の幅も広げることができる。

なお必ずしも治具５１，５２を用いて磁石挿入孔２１を広げる必要はない。例えば特許文献１のように、界磁用コア１を回転軸Ｐの周りで回転させることにより、極中心コア部１１に働く遠心力を利用して磁石挿入孔２１を広げても構わない。

次にステップＳ２にて、永久磁石３を磁石挿入孔２１へと挿入する。磁石挿入孔２１が広がった状態で永久磁石３が挿入されるので、挿入が容易である。次に、ステップＳ３において、界磁用コア１への外力を取り除く。例えば治具５１，５２を磁石挿入孔２１から抜き取り、あるいは、界磁用コア１の回転を終了する。これにより、界磁用コア１は元の形状に戻る方向に変形し、磁石挿入孔２１が径方向において狭まる。

永久磁石３の幅は、弾性変形前の磁石挿入孔２１の幅と等しいか、これよりも若干広くてもよい。これにより、永久磁石３と界磁用コア１とが径方向において密着する。よって永久磁石３と界磁用コア１との間の隙間を低減できる。これによれば、磁石挿入孔２１を広げずに永久磁石３を挿入する場合に必要であった磁石挿入孔２１のマージンよりも、永久磁石３と界磁用コア１との間の隙間は小さくなる。この隙間は磁気抵抗として機能するところ、その磁気抵抗を低減することができる。よって、永久磁石３から電機子へと供給される磁束の量を向上することができる。

また永久磁石３と界磁用コア１とが径方向において密着することで、永久磁石３を固定することもできる。特に、永久磁石３の幅を弾性変形前の磁石挿入孔２１の幅よりも若干広くすれば、界磁用コア１が永久磁石３を径方向に押さえ込むので、さらに強固に永久磁石３を固定することができる。

このような製造方法は、磁力が小さい永久磁石３を採用する場合に特に有効となる。なぜなら、磁力が小さい永久磁石３では、上記隙間による磁気抵抗が相対的に大きく作用するからである。例えば、フェライト磁石は比較的に磁力が弱い磁石である。

また例えば永久磁石３をボンド磁石で形成すると、このボンド磁石は、磁力に寄与しない樹脂（バインダ）を含むことから、永久磁石３の磁力は小さくなる。なお、このボンド磁石は、磁石挿入孔２１を用いた射出成形によって製造されるのではなく、界磁用コア１とは別の金型を用いて製造されることがある。例えば大型の界磁４を作成する場合には、磁石挿入孔２１を用いた射出成形が困難となり得るので、別途にボンド磁石が製造される。このような場合には、ボンド磁石と界磁用コア１との間の隙間を低減できるように、ボンド磁石を磁石挿入孔２１に挿入することが特に望まれるのである。

ボンド磁石と界磁用コア１との間の隙間を低減しながら、ボンド磁石を挿入する方法としては、上記製造方法とは別に、圧入または焼嵌めが考えられる。しかるに、ボンド磁石の強度はさほど高くないので、ボンド磁石は圧入には適していない。またボンド磁石の耐熱はさほど高くないので、ボンド磁石は焼嵌めにも適していない。よって、外力を作用させて磁石挿入孔２１を広げる上述の製造方法が、ボンド磁石を採用する場合に特に有効となるのである。

しかるに、外力により磁石挿入孔２１を広げる場合には、界磁用コア１に生じる応力に注意が必要である。図５では、外力により磁石挿入孔２１を広げたときの、各部に生じる力をブロック矢印で示している。なお図５は、界磁用コア１のうち極間の近傍を拡大して示している。

図５に示すように、磁石挿入孔２１を広げるべく、極中心コア部１１には、外周面１ａに向かう方向に力Ｆ１が印加される。これに伴って、極中心コア部１１のうち連通空隙部２３２ａよりも内周側のコア部１１１にも、外周側に向かう力Ｆ２が印加される。また、力Ｆ１は外周面１ａを広げるように作用するので、ブリッジコア部１３には極中心側に向かう力Ｆ３が作用することとなる。つまり、ブリッジコア部１３には引っ張り応力が生じる。

図６は、外力により磁石挿入孔２１を広げた前後の界磁用コア１の形状の一例を示しており、磁石挿入孔２１が広げられた後の界磁用コア１が二点鎖線で示されている。図６では、界磁用コア１のうち、互いに連通する第一空隙部２２ａおよび第二空隙部２３ａの近傍が拡大して示されている。

磁石挿入孔２１を径方向に広げると、図６に示すように、極中心側において外周面１ａが外周側に広がる。以下、界磁用コア１の弾性変形を説明するに当たり、コア部１１２も導入する。コア部１１２は、極中心コア部１１のうち、対応極中心側において第二空隙部２３ａと隣接するコア部である。界磁用コア１は力Ｆ２に起因して次のようにも変形する。即ち、界磁用コア１は、コア部１１１がブリッジコア部１３へと近づくように、コア部１１２を支点として変形する。つまり第二空隙部２３ａの幅が狭くなるように、界磁用コア１が変形する。簡単にいえば、コア部１１１，１１２およびブリッジコア部１３からなる部分は、ピンセットと同様にして変形し、コア部１１１とブリッジコア部１３とが近づくのである。

このような変形により、第二空隙部２３ａはコア部１１１に働く力Ｆ２を吸収し、力Ｆ２をブリッジコア部１３へと伝達しにくくする。よって、ブリッジコア部１３に生じる応力を低減することができる。特に図６の例示では、コア部１１１はブリッジコア部１３に当接していない。よって、コア部１１１はブリッジコア部１３を押圧しないので、ブリッジコア部１３に生じる応力を効果的に低減できる。これにより、ブリッジコア部１３における変形は塑性変形に至らず、弾性変形に留まる。

ただし、コア部１１１は変形によってブリッジコア部１３に当接してもよい。第二空隙部２３ａがコア部１１１に作用する力Ｆ２を吸収することができるので、ブリッジコア部１３へと伝達される力を低減できるからである。もちろん、ブリッジコア部１３における応力低減という観点では、コア部１１１がブリッジコア部１３に当接しないことが望ましい。

図７は、磁石挿入孔２１を広げたときに界磁用コア１に生じる応力を示している。図８は、比較例にかかる界磁用コアの応力を示している。比較例にかかる界磁用コアでは、第二空隙部２３ａ，２３ｂが設けられていない。また図７および図８では、第一空隙部２２ａの外周面１ａ側の近傍が示されている。

図７は、以下の仕様を有する第二空隙部２３ａを採用したときのシミュレーション結果を示している。即ち、図２も参照して、連通空隙部２３２ａの幅は０．３［ｍｍ］であり、湾曲空隙部２３１ａの直径は０．８［ｍｍ］であり、弾性変形による磁石挿入孔２１の拡大幅は０．２［ｍｍ］である。また図１を参照して、第二空隙部２３ａの対応極中心側の端と、回転軸Ｐとを結ぶ直線Ａ２が直線Ａ１に対してなす角度θは３０度である。

図８においては、応力が等高線９０１〜９１２で示されている。等高線９０１〜９１２はその符号の数字が小さいほど高い応力を示している。例えば等高線９０１は等高線９０２よりも高い応力を示している。図７でも等高線９０６〜９１１が示されており、同じ符号が付記された等高線は、図７と図８とにおいて等しい応力を示す。なお界磁用コア１のうち極中心側のコア部にも応力が発生するが、その大きさは等高線９１２よりも小さいので、このコア部については図示を省略している。

図８を参照して、比較例にかかる界磁用コアにおいては、最も高い等高線９０１で示される応力がブリッジコア部１３に生じている。これは、比較的薄いブリッジコア部１３に応力が集中するからである。

図７を参照して、第二空隙部２３ａが設けられた界磁用コア１においても、等高線９０６で示される応力がブリッジコア部１３に生じている。ただし、界磁用コア１においては、等高線９０６で示される応力が最も高い。これは、上述のように、第二空隙部２３ａが力Ｆ２を吸収して、ブリッジコア部１３へと伝達される力を低減するからと考えられる。

以上のように、本界磁用コア１は、比較例にかかる界磁用コアに比べて応力を低減できることが分かる。これにより、界磁用コア１に塑性変形が生じることを抑制できる。

なお、界磁用コア１はコア部１１２を支点にして、第二空隙部２３ａの幅が狭くなるように弾性変形するので、コア部１１２にもやや高い応力が発生する。図７に示すように、コア部１１２には、等高線９０８で示される応力が発生する。ただし、コア部１１２に生じる応力は、端面２３３ａにおける第二空隙部２３ａの幅の最大値Ｗ１３（図２参照）が大きいほど小さくなると考えられる。

この例では、湾曲空隙部２３１ａは円形を有しているところ、その直径が最大値Ｗ１３と一致する。図９は湾曲空隙部２３１ａの半径と、コア部１１２に生じる応力の最大値との関係を示している。ここでは連通空隙部２３２ａの幅を０．３［ｍｍ］とし、湾曲空隙部２３１ａの半径を０．１５［ｍｍ］から０．８［ｍｍ］まで離散的に変化させた場合の、当該応力の最大値が示されている。なお湾曲空隙部２３１ａの半径が０．１５［ｍｍ］であるときには、湾曲空隙部２３１ａの幅の最大値Ｗ１３は連通空隙部２３２ａの幅と等しいこととなる。

図９に示すように、湾曲空隙部２３１ａの半径が大きくなるほど、コア部１１２に生じる応力の最大値を低減することができる。

以上のように最大値Ｗ１３を大きくすれば、コア部１１２に生じる応力の最大値を低減できる。一方で、第一空隙部２２ａ側における第二空隙部２３ａの幅（例えば連通空隙部２３２ａの幅）Ｗ１１（図２または図６参照）も大きくしても、界磁用コア１の応力低減にはさほど寄与しない。これは次の理由による。磁石挿入孔２１を広げた状態で、コア部１１１がブリッジコア部１３に当接しなければ、上述のようにコア部１１１がブリッジコア部１３へと力を伝達することはない。これにより、ブリッジコア部１３の応力は低減される。しかるに幅Ｗ１１をさらに増大させても、コア部１１１がブリッジコア部１３に当接しないことには変わりなく、ブリッジコア部１３における応力はさほど変わらないのである。

そこで本界磁用コア１においては、連通空隙部２３２ａの幅Ｗ１１を、湾曲空隙部２３１ａの幅の最大値Ｗ１３よりも小さく設定しているのである。言い換えれば、第二空隙部２３ａの幅が境界Ｂ１において最大値を採るように、第二空隙部２３ａが形成されているのである。このように連通空隙部２３２ａの幅Ｗ１１を小さくすることにより、界磁用コア１の磁気抵抗を低減することができる。第二空隙部２３ａはいわゆるｑ軸磁束が流れる磁路に介在する。図１には、ｑ軸磁束の一例を破線の矢印で模式的に示しており、第二空隙部２３ａが当該破線の矢印と交差している。よって第二空隙部２３ａの磁気抵抗を低減することは、ｑ軸磁束の向上、ひいてはリラクタンストルクの向上に資する。

以上のように、本界磁用コア１においては、応力の低減という観点で、対応極中心側における第二空隙部２３ａの端面２３３ａの幅の最大値Ｗ１３を大きくする一方で、磁気抵抗の低減という観点で、極間側における第二空隙部２３ａの幅Ｗ１１を小さくしている。これにより、応力の低減と磁束の向上とを両立することができる。

なお上述の例では、磁石挿入孔２１を広げた状態で永久磁石３を挿入している。しかるに本実施の形態はこれに限らず、磁石挿入孔２１を広げることなく、永久磁石３を挿入してもよい。この場合であっても、界磁４が回転子として機能する場合には、界磁４の回転により、磁石挿入孔２１を広げる遠心力が界磁用コア１に作用する。本界磁４によれば、その回転に伴う界磁用コア１の応力を低減することができる。

また上述の例では、湾曲空隙部２３１ａの幅は、連通空隙部２３２ａから対応極中心へと向かうにしたがって増大し、境界Ｂ１において最大値Ｗ１３をとる。そして、湾曲空隙部２３１ａは全体として円弧（直径が最大値Ｗ１３である円弧）に沿う形状を有している。つまり、境界Ｂ１よりも極間側においても、湾曲空隙部２３１ａが円弧に沿っている。よって、湾曲空隙部２３１ａの極間側のコア部における応力集中を効果的に低減しつつ、連通空隙部２３２ａの対応極中心側における幅を小さくすることができる。

なお、湾曲空隙部２３１ａは境界Ｂ１よりも極間側において必ずしも円弧に沿う必要はなく、例えば比例的に幅が変化してもよい。

なお上述の例では、一対の第二空隙部２３ａ，２３ｂの両方が設けられているものの、いずれか一方のみであってもよい。これにより、その第二空隙部と隣接するブリッジコア部１３の応力を低減できるからである。第二空隙部が設けられないブリッジコア部１３の応力は他の公知の方法によって低減すればよい。また、第二空隙部は全ての極に対応して設けられる必要はなく、少なくともいずれか一つの極に対応して設けられればよい。

一方で、本実施の形態のように、磁極ごとに一対の第二空隙部２３ａ，２３ｂが設けられれば、界磁用コア１の対称性を向上できるので、回転電機の特性を向上できる。

＜湾曲空隙部の幅の最大値＞
図１０は、湾曲空隙部２３１ａの半径と、界磁用コア１に生じる応力の最大値との関係を示している。湾曲空隙部２３１ａの直径が最大値Ｗ１３に相当するので、図１０の関係は最大値Ｗ１３と応力の最大値との関係である、とも把握できる。図１０に例示するように、湾曲空隙部２３１ａの半径が０．３［ｍｍ］（＝連通空隙部２３２ａの幅Ｗ１１）以下の領域では、湾曲空隙部２３１ａの半径が増大するほど、応力の最大値は低減する。一方で、湾曲空隙部２３１ａの半径が０．３［ｍｍ］よりも大きい領域においては、湾曲空隙部２３１ａの半径が増大しても応力の最大値はほとんど変わらない。これは、湾曲空隙部２３１ａの半径を大きくすることで、コア部１１２の応力が、界磁用コア１の他のコア部における応力よりも下回ったからと考えることができる。

以上のように、湾曲空隙部２３１ａの半径が０．３［ｍｍ］よりも大きくなっても、界磁用コア１の応力の最大値を低減することはできない。そこで、湾曲空隙部２３１ａの幅の最大値Ｗ１３は０．６［ｍｍ］（＝２×０．３＝連通空隙部２３２ａの幅Ｗ１１の２倍）を採ってもよい。これにより、界磁用コア１に生じる応力を効果的に低減しつつ、界磁用コア１の磁気抵抗を低減することができる。

＜ブリッジコア部の幅＞
最大値Ｗ１３が大きくなって、湾曲空隙部２３１ａと外周面１ａとの間の距離の最小値（以下「最小距離」と称す）Ｗ２１（図２参照）が小さくなると、湾曲空隙部２３１ａと外周面１ａとの間のコア部にかかる応力が増大する。そこで、湾曲空隙部２３１ａと外周面１ａとの最小距離Ｗ２１を、第一空隙部２２ａと外周面１ａの間の距離の最小値Ｗ２０以上に設定してもよい。これにより、湾曲空隙部２３１ａと外周面１ａとの間の部分の応力集中を抑制することができる。言い換えれば、応力の増大を回避できる。しかも、隣接する磁極同士の間の磁気抵抗はブリッジコア部１３で高められるので、隣接する磁極同士の間の磁束の漏洩が最小距離Ｗ２１を大きくすることによって悪化することはない。

＜連通空隙部の形状＞
図６を参照して説明したように、界磁用コア１は連通空隙部２３２ａの幅が狭くなるように弾性変形する。このとき、連通空隙部２３２ａの幅は湾曲空隙部２３１ａ側（対応極中心側）よりも第一空隙部２２ａ側（極間側）において大きく低減する。図６の例示では、弾性変形した後において、連通空隙部２３２ａの極間側の幅Ｗ１１’は対応極中心側の幅Ｗ１２’よりも狭い。

かかる変形に鑑みると、弾性変形前における第二空隙部２３ａは、次の説明を満足する形状を有していてもよい。即ち、図１１を参照して、第二空隙部２３ａの幅は、第一空隙部２２ａから対応極中心へと向かうにしたがって狭くなり、続けて増大して境界Ｂ１において最大値Ｗ１３をとってもよい。図１１の例示では、連通空隙部２３２ａは対応極中心へと向かうにしたがって幅が狭くなる先細りの形状を有している。よって、連通空隙部２３２ａの対応極中心側の幅Ｗ１２は極間側の幅Ｗ１１よりも狭い。

界磁用コア１が弾性変形した後の連通空隙部２３２ａの幅Ｗ１２’は、磁石挿入孔２１を広げる前の幅Ｗ１２と比較して、少量しか低減しない。これは上述の様に、弾性変形によってコア部１１１がブリッジコア部１３へと近づくものの、その変形はコア部１１２を支点とするからである。よって幅Ｗ１２を小さくしても幅Ｗ１２’は零になりにくい。つまり、幅Ｗ１２を小さく設定しても、コア部１１１がブリッジコア部１３に当接しにくい。よって、コア部１１１がブリッジコア部１３を押圧しにくく、ブリッジコア部１３の応力増大を招きにくい。したがって、幅Ｗ１２を小さく設定するのである。これにより、界磁用コア１の磁気抵抗を低減することができる。

一方で、界磁用コア１が弾性変形した後の連通空隙部２３２ａの極間側における幅Ｗ１１’は、磁石挿入孔２１を広げる前の幅Ｗ１１と比較して低減しやすい。よって幅Ｗ１１を小さく設定しすぎると、弾性変形によって幅Ｗ１１’が零になり得る。この場合、コア部１１１がブリッジコア部１３に当接して、ブリッジコア部１３を外周側に押圧することになる。これにより、ブリッジコア部１３の応力が増大する。そこで、幅Ｗ１１は比較的大きな値に設定することが望ましい。これにより、コア部１１１がブリッジコア部１３に当接しにくく、ブリッジコア部１３の応力増大を招きにくい。

図１２は、弾性変形の前後における図１１の界磁用コア１を概略的に示している。図１２の例示では、弾性変形後の界磁用コア１の形状が二点鎖線で示されている。図１２の例示では、図１１の界磁用コア１が示されているので、界磁用コア１の弾性変形前において幅Ｗ１１が幅Ｗ１２よりも広い。これにより、弾性変形後の幅Ｗ１１’，Ｗ１２’をほぼ等しくできる。図１２の例示では、弾性変形によって、連通空隙部２３２ａの幅は周方向における位置によらずほぼ零となっている。つまり、弾性変形によって、第二空隙部２３ａの幅がより均一的に低減される。したがって、界磁用コア１の磁気抵抗をより効果的に低減できることとなる。図１２の例示によれば、連通空隙部２３２ａにおける磁気抵抗を最小化することができる。

＜スリット＞
図１３は界磁４の構成の一例を概略的に示す図である。図１３でも、界磁４のうち、互いに連通する第一空隙部２２ａおよび第二空隙部２３ａの近傍を拡大して示している。図１３の例示では、界磁用コア１にスリット２４が更に形成されている。スリット２４は外周面１ａ側において開口している。図１３の例示では、スリット２４は、極間において互いに隣り合う第一空隙部２２ａ，２２ｂの間に設けられており、略径方向に沿って延在している。例えばスリット２４の径方向の長さは、第一空隙部２２ａの径方向の長さの半値よりも長い。

さて、スリット２４が設けられていない場合、図５に示すように、磁石挿入孔２１を広げると、隣り合う極のブリッジコア部１３には互いに遠ざかる方向に力Ｆ３が作用する。そして、隣り合う極のブリッジコア部１３は極間コア部１２を介して周方向で連続するので、各ブリッジコア部１３には比較的に高い応力が生じることになる。

一方で、図１３の例示では、外周側に開口するスリット２４が極間において設けられている。かかる界磁用コア１によれば、磁石挿入孔２１を広げる外力によって、スリット２４が外周側において広がるように、界磁用コア１が弾性変形する。これにより、磁石挿入孔２１を広げるのに要する力Ｆ１を低減することができる。ひいては、ブリッジコア部１３に生じる応力を、図８に示すよりも更に低減することができる。

また図１３の例示では、スリット２４は極間に設けられているので、第二空隙部２３ａに干渉することなく設けることができる。

しかも図１３の例示では、スリット２４は一つの極間に一つのみ設けられている。これによれば、スリット２４を一つの極間において複数設ける場合に比べて、スリット２４を形成するための加工数が少なくて済むことがある。この場合、製造コストを低減できる。また例えば界磁用コア１を複数の積層鋼板で形成する場合には、当該積層鋼板を打ち抜いてスリット２４を形成することがある。複数のスリット２４を設けるべく、スリット２４の周方向における幅を狭くすると、積層鋼板の打ち抜きに使用する打ち抜き部材が損傷しやすい。スリット２４を一つの極間において一つのみ設けると、複数設ける場合に比べて、スリット２４の幅を広く設定できるので、打ち抜き部材の損傷を抑制できる。

なお上述の例では、第二空隙部２３ａ，２３ｂとスリット２４とが設けられているものの、第二空隙部２３ａ，２３ｂが設けられずに、スリット２４が設けられてもよい。スリット２４だけでも、ブリッジコア部１３に生じる応力を低減できるからである。またこの場合、スリット２４は極間側に替えて、あるいは極間側とともに、極中心側に設けられてもよい。つまり、スリット２４は、極中心側において、第一空隙部２２ａあるいは第一空隙部２２ｂと隣り合って設けられてもよい。

＜界磁用コアの他の例＞
図１４は界磁用コア１の構成の一例を概略的に示す図である。図１４の例示でも、第二空隙部２３ａの端面２３３ａは対応極中心側に膨らむ曲線状の形状を有している。また第二空隙部２３ａの幅は第一空隙部２２ａから端面２３３ａに向かうにしたがって増大している。図１４の例示では、第二空隙部２３ａの外周面１ａ側の面は外周面１ａに沿って延在している。また第二空隙部２３ａの幅の、周方向の位置を変数とした増大率は、第一空隙部２２ａから端面２３３ａへと向かうにしたがって増大し、続けて低減している。

このような界磁用コア１においても、第二空隙部２３ａの幅は、第二空隙部２３ａの端面２３３ａ以外の部分と端面２３３ａとの境界Ｂ１において最大値Ｗ１３をとる。したがって、この界磁用コア１においても、応力の低減と磁気抵抗の低減とを両立することができる。

また、本界磁用コア１は、その発明の範囲内において、相互に矛盾しない限り、上記の種々の実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。また上述の種々の実施の形態は、相互に矛盾しない限り、適宜に組み合せることができる。

１ 界磁用コア
１ａ 外周面
２１ 磁石挿入孔
２２ａ，２２ｂ 第一空隙部
２３ａ，２３ｂ 第二空隙部
２３１ａ 湾曲空隙部
２３２ａ 連通空隙部
２３３ａ 端面

Claims (7)

1. 回転軸（Ｐ）を囲む外周面（１ａ）を備え、
   前記回転軸と前記外周面との間において、前記回転軸についての周方向に沿って並んで設けられる複数の磁石挿入孔（２１）と、
   一つの前記複数の磁石挿入孔の前記周方向における両端部にそれぞれ連通し、前記両端部と前記外周面との間に設けられる一対の第一空隙部（２２ａ，２２ｂ）と、
   前記一対の第一空隙部の一方に連通し、前記一対の第一空隙部の他方へと向かって延在する第二空隙部（２３ａ，２３ｂ）と
   が設けられ、
   前記第二空隙部（２３ａ，２３ｂ）は前記他方側に膨らむ曲線状の端面を有し、前記回転軸についての径方向における前記第二空隙部の幅は、前記端面以外の前記第二空隙部と前記端面との境界（Ｂ１）において最大値（Ｗ１３）をとる、界磁用コア。
2. 前記第二空隙部（２３ａ，２３ｂ）の前記幅は前記一対の第一空隙部（２２ａ，２２ｂ）の前記一方から前記他方へと向かうにしたがって狭くなり、続けて増大して前記境界において前記最大値をとる、請求項１に記載の界磁用コア。
3. 前記第二空隙部（２３ａ，２３ｂ）は、
   前記端面（２３３ａ）を含む湾曲空隙部（２３１ａ）と、
   前記一対の第一空隙部（２２ａ，２２ｂ）の前記一方と前記湾曲空隙部とを連通する連通空隙部（２３２ａ）と
   を有し、
   前記湾曲空隙部の幅は、前記連通空隙部から前記境界へと向かうにしたがって増大し、前記湾曲空隙部は円弧に沿う形状を有する、請求項１または請求項２に記載の界磁用コア。
4. 前記一対の第一空隙部（２２ａ，２２ｂ）は前記複数の磁石挿入孔（２１）の各々に設けられ、
   一つの前記複数の磁石挿入孔に連通する前記一対の第一空隙部の一方に対して、前記周方向において隣り合って設けられ、前記外周面側において開口するスリット（２４）が更に設けられる、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の界磁用コア。
5. 前記スリット（２４）は、前記複数の磁石挿入孔（２１）のうち隣り合う二者の間において、一つのみ設けられる、請求項４に記載の界磁用コア。
6. 前記端面と前記外周面との間の距離の最小値（Ｗ２１）は、前記複数の第一空隙部と前記外周面との間の距離の最小値（Ｗ２０）以上である、請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の界磁用コア。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の界磁用コアにおいて、前記複数の磁石挿入孔（２１）を、前記回転軸（Ｐ）についての径方向に広げる第１工程と、
   前記第１工程の後に、前記複数の磁石挿入孔に永久磁石（３）を挿入する第２工程と
   を備える、界磁の製造方法。

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