JP2017212424A - 磁心 - Google Patents

Abstract

【課題】サイズを大きくすることなく低周波領域における磁気吸引力を向上させる。【解決手段】磁心１は、コイル２の内側に配置される柱状のコア部１１と、コイル２の外側に配置される筒状のヨーク部１２とを有する。コア部１１及びヨーク部１２は、軸方向においてコイル２の配置領域と重なる。コア部１１の全体が、一般磁性材料よりも磁束密度が高い高磁束密度材料で構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、電磁石に用いられる磁心に関する。

ソレノイドコア等の電磁石に用いられる磁心において、特許文献１、２のような技術が知られている。特許文献１には、大部分が圧縮成形体（表面に絶縁被膜を有する磁性粉末（軟質磁性粉末）からなる）で構成され、先端部分が磁性バルク体（Ｆｅ−Ｃｏ系合金からなる）で構成された磁心が示されている。特許文献２には、大部分が磁性複合材料（絶縁性材料で被覆された鉄系磁性粉末を加圧成形した圧粉材料等）で構成され、磁性複合材料部に挟設された高磁束密度材料部が設けられた磁心が示されている。特許文献１には、磁心を上記のような構成にすることで、高速応答性が良好でかつコア先端面への高精度な面加工が可能となることが示されている。特許文献２には、磁心を上記のような構成にすることで、磁束密度が高い状態を維持しつつ過電流が発生し難くなることが示されている。

特開２００２−２３５８６５号公報 特開２００５−１５０３０８号公報

本願発明者は、磁心についての研究開発を進める中で、特許文献１、２のような構成では、高周波領域（１０ｋＨｚ以上）において高い磁束密度（即ち、高い磁気吸引力）が得られるものの、低周波領域（ＤＣ〜数百Ｈｚ）において高い磁束密度（即ち、高い磁気吸引力）を得ることができないことを発見した。

なお、磁心のサイズを大きくすることで磁気吸引力を向上させることはできるが、配置スペースの問題等から、サイズを大きくすることなく磁気吸引力を向上させることが望まれる。

本発明の目的は、サイズを大きくすることなく低周波領域における磁気吸引力を向上させることができる磁心を提供することである。

本発明に係る磁心は、筒状のコイルの内側に配置され、軸方向において前記コイルの配置領域と重なる柱状のコア部と、前記コイルの外側に配置され、前記軸方向において前記コイルの配置領域と重なる筒状のヨーク部とを備え、前記コア部の全体が、一般磁性材料よりも磁束密度が高い高磁束密度材料で構成されていることを特徴とする。

後に実施例で示すように、コア部は、低周波領域において、磁束密度が局所的に高くなり、磁気飽和し易い。本発明によれば、コア部の全体を高磁束密度材料で構成することにより、サイズを大きくすることなく低周波領域における磁気吸引力を向上させることができる。

前記ヨーク部は、前記一般磁性材料で構成されてよい。後に実施例で示すように、コア部は、低周波領域において、磁束密度が局所的に高くなり、磁気飽和し易いのに対し、ヨーク部は、低周波領域において、磁束密度が高くならず、磁気飽和し難い。上記構成によれば、ヨーク部をも高磁束密度材料で構成する場合に比べ、高磁束密度材料の使用量を減らすことができ、低コスト化が可能である。また、歩留まりが良いコア部に高磁束密度材料を使用し、歩留まりが悪いヨーク部に一般磁性材料を使用することで、高磁束密度材料の歩留まりを改善することができる。

前記高磁束密度材料は、Ｆｅ−Ｃｏ系合金であってよい。この場合、高磁束密度材料として、軟磁性体の中でも飽和磁束密度の高いＦｅ−Ｃｏ系合金を用いることで、低周波領域において、より高い磁束密度が得られ、磁気吸引力をより一層向上させることができる。

本発明に係る磁心は、前記コア部に接続し、前記軸方向において前記コイルの配置領域と重ならず、前記軸方向において前記コア部と対向する対向部と、前記対向部に接続し、前記軸方向において前記コイルの配置領域と重ならず、前記軸方向において前記コア部と対向しない非対向部とをさらに備え、前記コア部と前記非対向部とがなす角部がアール形状又は面取り形状であってよい。後に実施例で示すように、コア部と非対向部とがなす角部が直角形状であると、角部に磁束が集中し、角部において磁束密度が局所的に高くなって磁気飽和し易い。上記構成によれば、コア部と非対向部とがなす角部がアール形状又は面取り形状であることにより、角部への磁束の集中を抑制し、低周波領域における磁気吸引力をより一層向上させることができる。

本発明に係る磁心は、前記コア部に接続し、前記軸方向において前記コイルの配置領域と重ならず、前記軸方向において前記コア部と対向する対向部をさらに備え、前記対向部が前記高磁束密度材料で構成されてよい。後に実施例で示すように、対向部は、低周波領域において、磁束密度が局所的に高くなり、磁気飽和し易い。上記構成によれば、コア部のみならず対向部を高磁束密度材料で構成することにより、低周波領域において、より高い磁束密度が得られ、磁気吸引力をより一層向上させることができる。

本発明に係る磁心は、前記コア部と前記対向部とからなる柱状のコア部材を有してよい。この場合、シンプルな形状のコア部材を高磁束密度材料で構成することで、磁心の製造が容易になる。また、非対向部をも高磁束密度材料で構成する場合に比べ、高磁束密度材料の使用量を減らすことができ、低コスト化が可能である。

本発明に係る磁心は、前記対向部に接続し、前記軸方向において前記コイルの配置領域と重ならず、前記軸方向において前記コア部と対向しない非対向部をさらに備え、前記非対向部において少なくとも前記対向部に接続する内側部分が前記高磁束密度材料で構成されてよい。後に実施例で示すように、非対向部の内側部分は、低周波領域において、磁束密度が局所的に高くなり、磁気飽和し易い。上記構成によれば、コア部のみならず、対向部と、非対向部において少なくとも内側部分とを高磁束密度材料で構成することにより、低周波領域において、より高い磁束密度が得られ、磁気吸引力をより一層向上させることができる。

前記非対向部は、前記対向部に接続する内側部分と、前記内側部分よりも前記コイルの外側に配置される外側部分とを有し、前記内側部分が前記高磁束密度材料で構成されており、前記外側部分が前記一般磁性材料で構成されてよい。この場合、非対向部において内側部分及び外側部分の両方を高磁束密度材料で構成する場合に比べ、高磁束密度材料の使用量を減らすことができ、低コスト化が可能である。

前記コイルの導線が貫挿される貫通孔が開口した表面に、溶接部が設けられていなくてよい。この場合、溶接時に貫通孔に溶湯が流れ込むことが回避され、溶湯により導線の被覆や導線本体が破損する問題や貫通孔が塞がる問題を防止することができる。

前記コイルの導線が貫挿される貫通孔が、前記ヨーク部を構成するヨーク部材に設けられており、前記コア部を構成するコア部材に設けられていなくてよい。この場合、コア部材の位置決め精度の影響を受けずに導線を通すことができる。

前記ヨーク部を構成するヨーク部材が、前記コア部を構成するコア部材と嵌合する嵌合部を有してよい。この場合、ヨーク部材とコア部材との組立位置のばらつきや熱変形による軸方向及び径方向のずれを防止することができる。ひいては、コア部が所定の位置から径方向にずれたり軸方向に対して傾いたりすることが抑制されることから、コイルの配置スペースを確実に確保でき、組立不良を防止することができる。また、コア部が軸方向に対して傾くと、コア部とヨーク部との間の径方向の間隔が軸方向において不均一になり、磁気吸引力が低下してしまうが、上記構成によれば当該問題を抑制することができる。さらには、ヨーク部材とコア部材との間の隙間をなくすことで、磁束を通過し易くし、磁気吸引力をより一層向上させることができる。

前記ヨーク部を構成するヨーク部材が、前記コア部を構成するコア部材を係止する係止部であって、前記コア部材の少なくとも一部の前記軸方向の外側に配置された係止部を有してよい。例えば軸方向の外側が低圧・反対側が高圧の環境下において、係止部が設けられておらず、ヨーク部材とコア部材とが互いに溶接により固定されているだけの場合、コア部材が軸方向の外側に移動しようとする力が溶接部にかかり、溶接部が破断して、コア部材が軸方向の外側に抜け出す問題が生じ得る。これに対し、上記構成によれば、上記力を係止部で受けることにより、コア部材が軸方向の外側に抜け出す問題を効果的に防止することができる。

前記コア部材の少なくとも一部が、前記軸方向に対して傾斜した第１傾斜面を有し、前記係止部が、前記第１傾斜面と接触するように前記軸方向に対して傾斜した第２傾斜面を有してよい。この場合、傾斜面同士の接触により係止を実現することで、軸方向において係止部がコア部材から突出しないようにすることができ、軸方向における磁心のサイズの大型化を回避することができる。

前記コア部は、中実体であってよい。この場合、コア部が中実体でない（即ち、空洞を有する）場合に比べ、より高い磁束密度が得られ、磁気吸引力をより一層向上させることができる。

本発明によれば、コア部の全体を高磁束密度材料で構成することにより、サイズを大きくすることなく低周波領域における磁気吸引力を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る磁心を用いた電磁石の軸方向に沿った断面図である。 本発明の第１実施形態に係る磁心の平面図である。 本発明の第２実施形態に係る磁心を用いた電磁石の軸方向に沿った断面図である。 本発明の第３実施形態に係る磁心を用いた電磁石の軸方向に沿った断面図である。 本発明の第４実施形態に係る磁心を用いた電磁石の軸方向に沿った断面図である。 本発明の第５実施形態に係る磁心を用いた電磁石の軸方向に沿った断面図である。 本発明の第６実施形態に係る磁心を用いた電磁石の軸方向に沿った断面図である。 本発明の第７実施形態に係る磁心を用いた電磁石の軸方向に沿った断面図である。 本発明の第８実施形態に係る磁心を用いた電磁石の軸方向に沿った断面図である。 本発明の第８実施形態に係る磁心の平面図である。 本発明の第９実施形態に係る磁心を用いた電磁石の軸方向に沿った断面図である。 本発明の第１０実施形態に係る磁心を用いた電磁石の軸方向に沿った断面図である。 本発明の第１１実施形態に係る磁心を用いた電磁石の軸方向に沿った断面図である。 本発明の第１２実施形態に係る磁心を用いた電磁石の軸方向に沿った断面図である。 本発明の第１３実施形態に係る磁心を用いた電磁石の軸方向に沿った断面図である。 本発明の比較例に係る磁心を用いた電磁石においてコイルに電流を印加した場合の磁束密度分布の解析結果を示す概略図である。 本発明の実施例に係る磁心を用いた電磁石においてコイルに電流を印加した場合の磁束密度分布の解析結果を示す概略図である。 本発明の実施例に係る磁心及び比較例１，２に係る磁心の磁気吸引力の低周波領域における磁気吸引力を示すグラフである。

先ず、図１及び図２を参照し、本発明の第１実施形態に係る磁心１を用いた電磁石１００について説明する。

電磁石１００は、磁心１及びコイル２を有する。

コイル２は、導線を複数回巻回することにより、円筒状に形成されている。

磁心１は、コア部材５０及びヨーク部材６０を有する。

コア部材５０は、コイル２の内側に配置される円柱状の中実体であるコア部１１と、コア部１１における軸方向（以下、コア部１１の軸方向を単に「軸方向」という。）の一端に接続しかつ軸方向においてコア部１１と対向する円柱状の対向部１３と、対向部１３の外縁（即ち、対向部１３におけるコア部１１の径方向（以下、コア部１１の径方向を単に「径方向」という。）の端部）に接続しかつ軸方向においてコア部１１と対向しない円筒状の非対向部１４とを含む。非対向部１４には、コイル２の導線が貫挿される貫通孔３０が軸方向に沿って設けられている。コイル２の導線は、貫通孔３０を介して磁心１の外側に引き出されている。

ヨーク部材６０は、コイル２の外側に配置される円筒状のヨーク部１２と、ヨーク部１２における軸方向の一端に接続しかつ当該一端から軸方向に延出した延出部１５とを含む。

コア部１１及びヨーク部１２は、軸方向においてコイル２の配置領域と重なる。対向部１３、非対向部１４及び延出部１５は、軸方向においてコイル２の配置領域と重ならない。

コア部１１と非対向部１４とがなす角部２０は、コア部１１の軸周り全体において、アール形状となっている。また、ヨーク部材６０には、コア部材５０の非対向部１４の外縁と嵌合する環状の凹部６１が設けられている。

コア部材５０は、一般磁性材料よりも磁束密度が高い高磁束密度材料で構成されている。ヨーク部材６０は、一般磁性材料で構成されている。ここで、一般磁性材料とは、飽和磁束密度が２．０Ｔ（テスラ）以下の材料であり、例えば一般構造用圧延鋼材（ＳＳ４００等）や珪素鋼である。高磁束密度材料とは、飽和磁束密度が２．０Ｔ（テスラ）を超える材料であり、例えば、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、純鉄、窒化鉄、ビスマスを含有した電磁鋼材等である。Ｆｅ−Ｃｏ系合金の中でも、特に酸化アルミニウムを含有した材料、Ｆｅ−４９Ｃｏ−２Ｖ、Ｆｅ₆₅Ｃｏ₃₅は、飽和磁束密度が高く、高磁束密度材料として適している。

磁心１は、コア部材５０及びヨーク部材６０のそれぞれを作製した後、コア部材５０及びヨーク部材６０を圧入や溶接により一体に組み立てたもの（具体的には、コア部材５０の非対向部１４の外縁をヨーク部材６０の凹部６１に嵌合させ、非対向部１４の外周面と延出部１５における軸方向の一端面との間に形成される隅部に環状に溶接部９０を設けることで、コア部材５０及びヨーク部材６０を一体にしたもの）である。コア部材５０における対向部１３及び非対向部１４を構成する部分の表面であって、軸方向においてコア部１１とは反対側の表面（貫通孔３０が開口した表面）５１には、溶接部９０が設けられていない。

磁心１は、磁気吸引力を作用させる相手材２００に対向する端面（即ち、コア部１１の軸方向の他端面及びヨーク部１２の軸方向の他端面）と相手材２００における磁心１に対向する表面との軸方向の間隔が均一になるように加工されていることが好ましい。例えば、相手材２００の表面が平坦であれば磁心１の端面も平坦とし、相手材２００の表面が湾曲形状又は凹凸形状であれば磁心１の端面も相手材２００の表面に沿った湾曲形状又は凹凸形状とする。

このような磁心１を含む電磁石１００は、特に低周波領域（ＤＣ〜数百Ｈｚ）において高い磁気吸引力が得られるものであり、例えば、本願発明者の先願である特開２０１４−１０２１１７号公報に記載の遠心式回転機械の動特性測定装置における磁力発生器として用いることができる。当該動特性測定装置の磁気磁力発生器として電磁石１００を用いることで、ロータの動特性を高精度に測定することが可能となる。

以上に述べたように、本実施形態によれば、コア部１１の全体が、高磁束密度材料で構成されている。後に実施例で示すように、コア部１１は、低周波領域において、磁束密度が局所的に高くなり、磁気飽和し易い。本実施形態によれば、コア部１１の全体を高磁束密度材料で構成することにより、サイズを大きくすることなく低周波領域における磁気吸引力を向上させることができる。

ヨーク部１２は、一般磁性材料で構成されている。後に実施例で示すように、コア部１１は、低周波領域において、磁束密度が局所的に高くなり、磁気飽和し易いのに対し、ヨーク部１２は、低周波領域において、磁束密度が高くならず、磁気飽和し難い。上記構成によれば、ヨーク部１２をも高磁束密度材料で構成する場合に比べ、高磁束密度材料の使用量を減らすことができ、低コスト化が可能である。また、歩留まりが良いコア部１１に高磁束密度材料を使用し、歩留まりが悪いヨーク部１２に一般磁性材料を使用することで、高磁束密度材料の歩留まりを改善することができる。

高磁束密度材料は、Ｆｅ−Ｃｏ系合金であってよい。この場合、高磁束密度材料として、軟磁性体の中でも飽和磁束密度の高いＦｅ−Ｃｏ系合金を用いることで、低周波領域において、より高い磁束密度が得られ、磁気吸引力をより一層向上させることができる。

コア部１１と非対向部１４とがなす角部２０が、アール形状である。後に実施例で示すように、角部２０が直角形状であると、角部２０に磁束が集中し、角部２０において磁束密度が局所的に高くなって磁気飽和し易い。上記構成によれば、角部２０がアール形状であることにより、角部２０への磁束の集中を抑制し、低周波領域における磁気吸引力をより一層向上させることができる。なお、このような角部２０の形状による効果は、角部２０を構成する材料によらず（即ち、角部２０が高磁束密度材料で構成されている場合及び角部２０が一般磁性材料で構成されている場合のいずれにおいても）得ることができる。

対向部１３が、高磁束密度材料で構成されている。後に実施例で示すように、対向部１３は、低周波領域において、磁束密度が局所的に高くなり、磁気飽和し易い。上記構成によれば、コア部１１のみならず対向部１３を高磁束密度材料で構成することにより、低周波領域において、より高い磁束密度が得られ、磁気吸引力をより一層向上させることができる。

非対向部１４において少なくとも対向部１３に接続する内側部分（本実施形態では、非対向部１４の全体）が高磁束密度材料で構成されている。後に実施例で示すように、非対向部１４の内側部分は、低周波領域において、磁束密度が局所的に高くなり、磁気飽和し易い。上記構成によれば、コア部１１のみならず、対向部１３と、非対向部１４において少なくとも内側部分とを高磁束密度材料で構成することにより、低周波領域において、より高い磁束密度が得られ、磁気吸引力をより一層向上させることができる。

コイル２の導線が貫挿される貫通孔３０が開口した表面５１に、溶接部９０が設けられていない。この場合、溶接時に貫通孔３０に溶湯が流れ込むことが回避され、溶湯により導線の被覆や導線本体が破損する問題や貫通孔３０が塞がる問題を防止することができる。

ヨーク部材６０が、コア部材５０と嵌合する凹部６１を有する。この場合、ヨーク部材６０とコア部材５０との組立位置のばらつきや熱変形による軸方向及び径方向のずれを防止することができる。ひいては、コア部１１が所定の位置から径方向にずれたり軸方向に対して傾いたりすることが抑制されることから、コイル２の配置スペースを確実に確保でき、組立不良を防止することができる。また、コア部１１が軸方向に対して傾くと、コア部１１とヨーク部１２との間の径方向の間隔が軸方向において不均一になり、磁気吸引力が低下してしまうが、上記構成によれば当該問題を抑制することができる。さらには、ヨーク部材６０とコア部材５０との間の隙間をなくすことで、磁束を通過し易くし、磁気吸引力をより一層向上させることができる。

コア部１１は、中実体である。この場合、コア部１１が中実体でない（即ち、空洞を有する）場合に比べ、より高い磁束密度が得られ、磁気吸引力をより一層向上させることができる。

次に、図３を参照し、本発明の第２実施形態について説明する。

第２実施形態に係る磁心１は、角部２０がアール形状ではなく面取り形状となっている点、ヨーク部材６０がヨーク部１２のみを含み延出部１５を含まない点、ヨーク部材６０に凹部６１が設けられていない点、溶接部９０が非対向部１４の外周面と延出部１５における軸方向の一端面との間に形成される隅部ではなく非対向部１４の外周面とヨーク部１２における軸方向の一端面との間に形成される隅部に設けられている点を除き、第１実施形態に係る磁心１と同じ構成である。

第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の構成による同様の効果に加え、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、コア部１１と非対向部１４とがなす角部２０が、面取り形状である。後に実施例で示すように、角部２０が直角形状であると、角部２０に磁束が集中し、角部２０において磁束密度が局所的に高くなって磁気飽和し易い。上記構成によれば、角部２０が面取り形状であることにより、角部２０への磁束の集中を抑制し、低周波領域における磁気吸引力をより一層向上させることができる。なお、このような角部２０の形状による効果は、角部２０を構成する材料によらず（即ち、角部２０が高磁束密度材料で構成されている場合及び角部２０が一般磁性材料で構成されている場合のいずれにおいても）得ることができる。

次に、図４を参照し、本発明の第３実施形態について説明する。

第３実施形態に係る磁心１は、角部２０が直角形状である点、コア部材５０における対向部１３及び非対向部１４を構成する部分の外径がヨーク部材６０の外径と同じである（即ち、非対向部１４の外周面とヨーク部１２の外周面とが径方向において重なっている）点、溶接部９０が非対向部１４の外周面とヨーク部１２における軸方向の一端面との間に形成される隅部ではなく非対向部１４の外周面とヨーク部１２の外周面との境界部に設けられている点を除き、第２実施形態に係る磁心１と同じ構成である。

第３実施形態によれば、第２実施形態と同様の構成による同様の効果を得ることができる。

次に、図５を参照し、本発明の第４実施形態について説明する。

第４実施形態に係る磁心１は、コア部材５０における対向部１３及び非対向部１４を構成する部分の外径がヨーク部材６０の外径よりも大きい（即ち、非対向部１４の外周面がヨーク部１２の外周面よりも径方向において外側にある）点、溶接部９０が非対向部１４の外周面とヨーク部１２の外周面との境界部ではなく非対向部１４における軸方向の他端面とヨーク部１２の外周面との間に形成される隅部に設けられている点を除き、第３実施形態に係る磁心１と同じ構成である。

第４実施形態によれば、第３実施形態と同様の構成による同様の効果を得ることができる。

次に、図６を参照し、本発明の第５実施形態について説明する。

第５実施形態に係る磁心１は、コア部材５０がコア部１１と対向部１３とからなる柱状の部材であって非対向部１４を含まない点、ヨーク部材６０がヨーク部１２のみではなく延出部１５及び非対向部１４を含む点を除き、第３実施形態に係る磁心１と同じ構成である。なお、図６には、溶接部９０及び貫通孔３０が示されていないが、例えば、溶接以外の方法（圧入等）でコア部材５０及びヨーク部材６０が一体に組み立てられてもよく、また、貫通孔３０を設けなくてもよい。第５実施形態では、コア部１１と対向部１３とからなる柱状のコア部材５０を高磁束密度材料で構成し、ヨーク部１２及び非対向部１４を含む有底円筒状の（底部にコア部材５０の対向部１３が嵌合される孔が形成された）ヨーク部材６０を一般磁性材料で構成している。

第５実施形態によれば、第３実施形態と同様の構成による同様の効果に加え、以下のような効果を得ることができる。

第５実施形態に係る磁心１は、コア部１１と対向部１３とからなる柱状の部材であるコア部材５０を有する。この場合、シンプルな形状（柱状）のコア部材５０を高磁束密度材料で構成することで、磁心１の製造が容易になる。また、非対向部１４をも高磁束密度材料で構成する場合に比べ、高磁束密度材料の使用量を減らすことができ、低コスト化が可能である。

次に、図７を参照し、本発明の第６実施形態について説明する。

第６実施形態に係る磁心１は、コア部材５０がコア部１１と対向部１３とからなる柱状の部材ではなくコア部１１と対向部１３と非対向部１４の一部（非対向部１４において対向部１３に接続する内側部分１４ａ）とを含む点、ヨーク部材６０がヨーク部１２と非対向部１４の全体とを含むのではなくヨーク部１２と非対向部１４の一部（非対向部１４において内側部分１４ａよりもコイル２の外側に配置される外側部分１４ｂ）とを含む点を除き、第５実施形態に係る磁心１と同じ構成である。第６実施形態では、非対向部１４がコア部材５０に含まれる内側部分１４ａとヨーク部材６０に含まれる外側部分１４ｂとに分割されており、内側部分１４ａを高磁束密度材料で構成し、外側部分１４ｂを一般磁性材料で構成している。

第６実施形態によれば、第５実施形態と同様の構成による同様の効果に加え、以下のような効果を得ることができる。

第６実施形態では、非対向部１４が、対向部１３に接続する内側部分１４ａと、内側部分１４ａよりもコイル２の外側に配置される外側部分１４ｂとを有し、内側部分１４ａが高磁束密度材料で構成されており、外側部分１４ｂが一般磁性材料で構成されている。この場合、非対向部１４において内側部分１４ａ及び外側部分１４ｂの両方を高磁束密度材料で構成する場合に比べ、高磁束密度材料の使用量を減らすことができ、低コスト化が可能である。

次に、図８を参照し、本発明の第７実施形態について説明する。

第７実施形態に係る磁心１は、コア部材５０がコア部１１と対向部１３とからなる柱状の部材ではなくコア部１１と対向部１３と非対向部１４とを含む点、ヨーク部材６０がヨーク部１２と非対向部１４とを含むのではなくヨーク部１２と延出部１５とを含む点を除き、第５実施形態に係る磁心１と同じ構成である。

第７実施形態によれば、第５実施形態と同様の構成による同様の効果を得ることができる。

次に、図９及び図１０を参照し、本発明の第８実施形態について説明する。

第８実施形態に係る磁心１は、延出部１５がさらに軸方向に延出し、延出部１５の先端から径方向内側に突出した環状の係止部１６が設けられている点、ヨーク部材６０の凹部（ヨーク部１２及び延出部１５からなる円筒部と係止部１６とで形成される凹部）６２にコア部材５０の非対向部１４の外縁が嵌合している点、貫通孔３０がヨーク部材６０の係止部１６とコア部材５０の非対向部１４とに軸方向に沿って設けられている点を除き、第７実施形態に係る磁心１と同じ構成である。第８実施形態では、コア部材５０の表面５１とヨーク部材６０の係止部１６の内周側端面との間に形成される隅部に、環状に溶接部９０が設けられている。ヨーク部材６０の表面（軸方向においてヨーク部１２とは反対側の表面（貫通孔３０が開口した表面））６５には、溶接部９０が設けられていない。

第８実施形態によれば、第７実施形態と同様の構成による同様の効果に加え、以下のような効果を得ることができる。

第８実施形態では、コイル２の導線が貫挿される貫通孔３０が開口した表面６５に、溶接部９０が設けられていない。この場合、溶接時に貫通孔３０に溶湯が流れ込むことが回避され、溶湯により導線の被覆や導線本体が破損する問題や貫通孔３０が塞がる問題を防止することができる。

また、第８実施形態では、ヨーク部材６０が、コア部材５０と嵌合する凹部６２を有する。この場合、ヨーク部材６０とコア部材５０との組立位置のばらつきや熱変形による軸方向及び径方向のずれを防止することができる。ひいては、コア部１１が所定の位置から径方向にずれたり軸方向に対して傾いたりすることが抑制されることから、コイル２の配置スペースを確実に確保でき、組立不良を防止することができる。また、コア部１１が軸方向に対して傾くと、コア部１１とヨーク部１２との間の径方向の間隔が軸方向において不均一になり、磁気吸引力が低下してしまうが、上記構成によれば当該問題を抑制することができる。さらには、ヨーク部材６０とコア部材５０との間の隙間をなくすことで、磁束を通過し易くし、磁気吸引力をより一層向上させることができる。

また、第８実施形態では、ヨーク部材６０が、コア部材５０を係止する係止部１６を有する。係止部１６は、コア部材５０の少なくとも一部（非対向部１４）の軸方向の外側（図９において上側）に配置されている。例えば相手材２００に対して軸方向の外側（磁心１が配置された空間）が大気圧等の低圧・反対側（相手材２００が配置された空間）が高圧の環境下において、係止部１６が設けられておらず、ヨーク部材６０とコア部材５０とが互いに溶接により固定されているだけの場合、コア部材５０が軸方向の外側（図９において上側）に移動しようとする力が溶接部９０にかかり、溶接部９０が破断して、コア部材５０が軸方向の外側に抜け出す問題が生じ得る。これに対し、上記構成によれば、上記力を係止部１６で受けることにより、コア部材５０が軸方向の外側に抜け出す問題を効果的に防止することができる。

次に、図１１を参照し、本発明の第９実施形態について説明する。

第９実施形態に係る磁心１は、貫通孔３０がヨーク部１２に径方向に沿って設けられている点を除き、第８実施形態に係る磁心１と同じ構成である。ヨーク部材６０におけるヨーク部１２の表面（貫通孔３０が開口した表面）６６には、溶接部９０が設けられていない。

次に、図１２を参照し、本発明の第１０実施形態について説明する。

第１０実施形態に係る磁心１は、非対向部１４の径方向の長さが短く、ヨーク部材６０の凹部６２に非対向部１４の外縁が嵌合していない点、貫通孔３０が非対向部１４に設けられておらず係止部１６に軸方向に沿って設けられている点を除き、第８実施形態に係る磁心１と同じ構成である。

次に、図１３を参照し、本発明の第１１実施形態について説明する。

第１１実施形態に係る磁心１は、ヨーク部材６０の延出部１５が径方向内側に突出しており、ヨーク部材６０の凹部（延出部１５と係止部１６とで形成される環状の凹部）６３に、径方向の長さが短い非対向部１４の外縁が嵌合している点、貫通孔３０が非対向部１４に設けられておらず延出部１５におけるヨーク部１２よりも径方向内側に突出した部分に軸方向に沿って設けられている点を除き、第８実施形態に係る磁心１と同じ構成である。

第９〜第１１実施形態によれば、第８実施形態と同様の構成による同様の効果に加え、以下のような効果を得ることができる。

第９〜第１１実施形態では、コイル２の導線が貫挿される貫通孔３０が、ヨーク部材６０に設けられており、コア部材５０に設けられていない。この場合、コア部材５０の位置決め精度の影響を受けずに導線を通すことができる。

次に、図１４を参照し、本発明の第１２実施形態について説明する。

第１２実施形態に係る磁心１は、内側部分１４ａと外側部分１４ｂとが軸方向に沿った面ではなく軸方向に対して傾斜した傾斜面１４ｘ，１６ｘにおいて接触している点、貫通孔３０がヨーク部材６０の外側部分１４ｂに軸方向に沿って設けられている点を除き、第６実施形態に係る磁心１と同じ構成である。第１２実施形態では、外側部分１４ｂにおける径方向内側の先端が、コア部材５０を係止する係止部１６に該当する。係止部１６は、コア部材５０の少なくとも一部（内側部分１４ａにおける径方向外側の先端）の軸方向の外側（図１４において上側）に配置されている。係止部１６は、内側部分１４ａにおける径方向外側の先端に設けられた傾斜面１４ｘと接触する傾斜面１６ｘを有する。各傾斜面１４ｘ，１６ｘは、軸方向の外側（図１４において上側）に向かうにつれて径方向内側に向かうように傾斜している。傾斜面１６ｘは、コア部材５０と嵌合する嵌合部にも該当する。また、第１２実施形態では、コア部材５０の表面５１とヨーク部材６０の表面６５との間（即ち、内側部分１４ａと外側部分１４ｂとの間）に、環状に溶接部９０が設けられている。

第１２実施形態によれば、第６実施形態と同様の構成による同様の効果に加え、以下のような効果を得ることができる。

第１２実施形態では、コイル２の導線が貫挿される貫通孔３０が、ヨーク部材６０に設けられており、コア部材５０に設けられていない。この場合、コア部材５０の位置決め精度の影響を受けずに導線を通すことができる。

また、第１２実施形態では、ヨーク部材６０が、コア部材５０と嵌合する嵌合部（傾斜面１６ｘ）を有する。この場合、ヨーク部材６０とコア部材５０との組立位置のばらつきや熱変形による軸方向及び径方向のずれを防止することができる。ひいては、コア部１１が所定の位置から径方向にずれたり軸方向に対して傾いたりすることが抑制されることから、コイル２の配置スペースを確実に確保でき、組立不良を防止することができる。また、コア部１１が軸方向に対して傾くと、コア部１１とヨーク部１２との間の径方向の間隔が軸方向において不均一になり、磁気吸引力が低下してしまうが、上記構成によれば当該問題を抑制することができる。さらには、ヨーク部材６０とコア部材５０との間の隙間をなくすことで、磁束を通過し易くし、磁気吸引力をより一層向上させることができる。

また、第１２実施形態では、ヨーク部材６０が、コア部材５０を係止する係止部１６を有する。係止部１６は、コア部材５０の少なくとも一部（内側部分１４ａにおける径方向外側の先端）の軸方向の外側（図１４において上側）に配置されている。例えば相手材２００に対して軸方向の外側（磁心１が配置された空間）が大気圧等の低圧・反対側（相手材２００が配置された空間）が高圧の環境下において、係止部１６が設けられておらず、ヨーク部材６０とコア部材５０とが互いに溶接により固定されているだけの場合、コア部材５０が軸方向の外側（図１４において上側）に移動しようとする力が溶接部９０にかかり、溶接部９０が破断して、コア部材５０が軸方向の外側に抜け出す問題が生じ得る。これに対し、上記構成によれば、上記力を係止部１６で受けることにより、コア部材５０が軸方向の外側に抜け出す問題を効果的に防止することができる。

また、コア部材５０の少なくとも一部（内側部分１４ａにおける径方向外側の先端）が、軸方向に対して傾斜した傾斜面１４ｘを有し、係止部１６が、傾斜面１４ｘと接触するように軸方向に対して傾斜した傾斜面１６ｘを有する。この場合、傾斜面１４ｘ，１６ｘ同士の接触により係止を実現することで、軸方向において係止部１６がコア部材５０から突出しないようにすることができ、軸方向における磁心１のサイズの大型化を回避することができる。

次に、図１５を参照し、本発明の第１３実施形態について説明する。

第１３実施形態に係る磁心１は、貫通孔３０がヨーク部１２に径方向に沿って設けられている点を除き、第１２実施形態に係る磁心１と同じ構成である。ヨーク部材６０におけるヨーク部１２の表面（貫通孔３０が開口した表面）６６には、溶接部９０が設けられていない。

第１３実施形態によれば、第１２実施形態と同様の構成による同様の効果に加え、以下のような効果を得ることができる。

第１３実施形態では、コイル２の導線が貫挿される貫通孔３０が、ヨーク部材６０に設けられており、コア部材５０に設けられていない。この場合、コア部材５０の位置決め精度の影響を受けずに導線を通すことができる。

続いて、本発明を実施例により具体的に説明する。

図１６及び図１７は、本発明の比較例及び実施例に係る磁心を用いた電磁石において、コイルに同一の電流（低周波領域（ＤＣ〜数百Ｈｚ）の電流）を印加した場合の磁束密度分布の解析結果を示す。

図１６の比較例は、第５〜第７実施形態（図６〜図８参照）と同様の形状の磁心１において、各部（コア部１１、ヨーク部１２、対向部１３、非対向部１４等）を全て一般磁性材料で構成したものである。

図１７の実施例は、第５〜第７実施形態（図６〜図８参照）と同様の形状の磁心１において、各部（コア部１１、ヨーク部１２、対向部１３、非対向部１４等）を全て高磁束密度材料で構成したものである。

図１６の比較例では、コア部１１において、一定の磁束密度よりも上昇しない領域が存在することが分かる。即ち、コア部１１は、一般磁性材料で構成されている場合、低周波領域において、磁束密度が局所的に高くなり、磁気飽和し易く、高い磁束密度（即ち、高い磁気吸引力）が得られない。

図１７の実施例では、コア部１１において、図１６の比較例に比べ、高い磁束密度が得られることが分かる。即ち、コア部１１は、全体を高磁束密度材料で構成することにより、低周波領域において、高い磁束密度が得られ、磁気吸引力を向上させることができる。

なお、図１６及び図１７の例では、コイル２の内側と外側とでの磁心１の断面積（即ち、軸方向と直交する面におけるコア部１１の断面積及びヨーク部１２の断面積）を等しくしている。コイル２の内側と外側とでの磁心１の断面積が同一であれば、磁束密度が一様になるはずであるが、解析により、コア部１１において局所的に磁束密度が高くなることが分かった。

図１８は、本発明の実施例に係る磁心及び比較例１，２に係る磁心の磁気吸引力の低周波領域における磁気吸引力を示す。

図１８の比較例１は、図１６の比較例と同様、第５〜第７実施形態（図６〜図８参照）と同様の形状の磁心１において、各部（コア部１１、ヨーク部１２、対向部１３、非対向部１４等）を全て一般磁性材料で構成したものである。

図２８の比較例２は、第５〜第７実施形態（図６〜図８参照）と同様の形状の磁心１において、コア部１１及びヨーク部１２のそれぞれにおける相手材２００と対向する端部近傍（即ち、コア部１１の軸方向の他端近傍及びヨーク部１２の軸方向の他端近傍）を高磁束密度材料で構成し、それ以外の部分を一般磁性材料で構成したものである。

図１８の実施例は、図１７の実施例と同様、第５〜第７実施形態（図６〜図８参照）と同様の形状の磁心１において、各部（コア部１１、ヨーク部１２、対向部１３、非対向部１４等）を全て高磁束密度材料で構成したものである。

図１８から、比較例１よりも比較例２、比較例２よりも実施例の方が、低周波領域において高い磁気吸引力が得られることがわかる。比較例２は、比較例１に比べ、低周波領域における磁気吸引力が若干向上するが、高磁束密度材料がコア部１１の一部に限定されるため、低周波領域における磁気吸引力の向上効果は限定的であることが分かる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

・コア部は、円柱状に限定されず、角柱状等であってもよい。また、コア部は、中実体でなくてもよい（即ち、空洞を有してもよい）。
・ヨーク部は、円筒状に限定されず、角筒状等であってもよい。
・磁心の各部（コア部、ヨーク部、対向部、非対向部等）は、同じ部材で構成されてもよいし、異なる部材で構成されてもよい。
・コア部の全体が高磁束密度材料で構成されている限り、コア部以外の部分（ヨーク部、対向部、非対向部等）の材料は特に限定されず、上記の実施例のように磁心の全体が高磁束密度材料で構成されてもよい。
・嵌合部は、凹部に限定されず、凸部であってもよい。
・嵌合部は、非対向部と嵌合することに限定されず、コア部材におけるどの部分と嵌合してもよい。
・係止部は、非対向部を係止することに限定されず、コア部材におけるどの部分を係止してもよい。
・本発明に係る磁心は、遠心式回転機械の動特性測定装置における磁力発生器に用いられることに限定されず、任意の電磁石に用いられてよい。

１ 磁心
２ コイル
１１ コア部
１２ ヨーク部
１３ 対向部
１４ 非対向部
１４ａ 内側部分
１４ｂ 外側部分
１４ｘ 傾斜面（第１傾斜面）
１６ 係止部
１６ｘ 傾斜面（第２傾斜面、嵌合部）
２０ 角部
３０ 貫通孔
５０ コア部材
５１ 表面
６０ ヨーク部材
６１ 凹部（嵌合部）
６２ 凹部（嵌合部）
６３ 凹部（嵌合部）
６５ 表面
６６ 表面
９０ 溶接部
１００ 電磁石
２００ 相手材

Claims (15)

1. 筒状のコイルの内側に配置され、軸方向において前記コイルの配置領域と重なる柱状のコア部と、
   前記コイルの外側に配置され、前記軸方向において前記コイルの配置領域と重なる筒状のヨーク部とを備え、
   前記コア部の全体が、一般磁性材料よりも磁束密度が高い高磁束密度材料で構成されていることを特徴とする、磁心。
2. 前記ヨーク部が前記一般磁性材料で構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の磁心。
3. 前記高磁束密度材料がＦｅ−Ｃｏ系合金であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の磁心。
4. 前記コア部に接続し、前記軸方向において前記コイルの配置領域と重ならず、前記軸方向において前記コア部と対向する対向部と、
   前記対向部に接続し、前記軸方向において前記コイルの配置領域と重ならず、前記軸方向において前記コア部と対向しない非対向部とをさらに備え、
   前記コア部と前記非対向部とがなす角部がアール形状であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の磁心。
5. 前記コア部に接続し、前記軸方向において前記コイルの配置領域と重ならず、前記軸方向において前記コア部と対向する対向部と、
   前記対向部に接続し、前記軸方向において前記コイルの配置領域と重ならず、前記軸方向において前記コア部と対向しない非対向部とをさらに備え、
   前記コア部と前記非対向部とがなす角部が面取り形状であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の磁心。
6. 前記コア部に接続し、前記軸方向において前記コイルの配置領域と重ならず、前記軸方向において前記コア部と対向する対向部をさらに備え、
   前記対向部が前記高磁束密度材料で構成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の磁心。
7. 前記コア部と前記対向部とからなる柱状のコア部材を有することを特徴とする、請求項６に記載の磁心。
8. 前記対向部に接続し、前記軸方向において前記コイルの配置領域と重ならず、前記軸方向において前記コア部と対向しない非対向部をさらに備え、
   前記非対向部において少なくとも前記対向部に接続する内側部分が前記高磁束密度材料で構成されていることを特徴とする、請求項６に記載の磁心。
9. 前記非対向部は、前記対向部に接続する内側部分と、前記内側部分よりも前記コイルの外側に配置される外側部分とを有し、前記内側部分が前記高磁束密度材料で構成されており、前記外側部分が前記一般磁性材料で構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の磁心。
10. 前記コイルの導線が貫挿される貫通孔が開口した表面に、溶接部が設けられていないことを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の磁心。
11. 前記コイルの導線が貫挿される貫通孔が、前記ヨーク部を構成するヨーク部材に設けられており、前記コア部を構成するコア部材に設けられていないことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の磁心。
12. 前記ヨーク部を構成するヨーク部材が、前記コア部を構成するコア部材と嵌合する嵌合部を有することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の磁心。
13. 前記ヨーク部を構成するヨーク部材が、前記コア部を構成するコア部材を係止する係止部であって、前記コア部材の少なくとも一部の前記軸方向の外側に配置された係止部を有することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の磁心。
14. 前記コア部材の少なくとも一部が、前記軸方向に対して傾斜した第１傾斜面を有し、
    前記係止部が、前記第１傾斜面と接触するように前記軸方向に対して傾斜した第２傾斜面を有することを特徴とする、請求項１３に記載の磁心。
15. 前記コア部が中実体であることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれかに記載の磁心。