JP2021045036A - Magnetic wedge and rotary electric machine - Google Patents

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Abstract

To provide a magnetic wedge which suppress an increase in leakage magnetic flux, and, a rotary electric machine employing the same.SOLUTION: A magnetic wedge is used for a radial gap type rotary electric machine in which a stator is disposed oppositely to a rotor at a predetermined interval in a radial direction. The magnetic wedge has a principal surface and contains planarly structured flat particles of which the thickness is 10 nm or more and 100 μm or less, the ratio of an average length with respect to the thickness within the principal surface is 5 or more and 10,000 or less and which contain at least one magnetic element selected from among iron (Fe), cobalt (Co) and nickel (Ni). The principal surface is oriented in a rotation direction of the rotary electric machine and disposed substantially vertical to a cavity face between the stator and the rotor, a radial direction coercive force in the rotation direction of the rotary electric machine is lower than a rotation direction coercive force in the rotation direction of the rotary electric machine, and the rotation direction coercive force is lower than an axial direction coercive force in an axial direction of the rotary electric machine.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明の実施形態は、磁性楔及び回転電機に関する。 Embodiments of the present invention relate to magnetic wedges and rotary electric machines.

通常、回転電機のコイル巻線は、鉄心スロットの中に収納され、スロット開口部に設けた楔によって支持固定されている。この楔の材質には非磁性体が一般的に採用されるが、固定子鉄心及び回転子鉄心間の空隙における磁気抵抗値が不連続になるため、楔に空隙を介して対向する鉄心表面部の磁束分布に脈動が生じ、高調波損失が大きくなる。この高調波損失を低減する目的で、兼ねてより、適度に磁性をもった楔(磁性楔)が供されている。図1は、磁性楔の使用状態及び磁性楔の効果の模式図である。図1では、ラジアルギャップ型回転電機を例として示している。 Normally, the coil winding of a rotary electric machine is housed in an iron core slot, and is supported and fixed by a wedge provided in the slot opening. A non-magnetic material is generally used as the material of this wedge, but since the magnetic resistance value in the gap between the stator core and the rotor core becomes discontinuous, the surface portion of the iron core facing the wedge through the gap. Pulsation occurs in the magnetic flux distribution of, and the harmonic loss increases. For the purpose of reducing this harmonic loss, a wedge having moderate magnetism (magnetic wedge) is provided. FIG. 1 is a schematic view of the usage state of the magnetic wedge and the effect of the magnetic wedge. In FIG. 1, a radial gap type rotary electric machine is shown as an example.

図1では、磁性楔100、コイル230、鉄心ティース250、鉄心スロット260が記載されている。 In FIG. 1, a magnetic wedge 100, a coil 230, an iron core tooth 250, and an iron core slot 260 are shown.

磁性楔にあたっては、磁性楔の透磁率が高いほど高調波損失を低減できることは言うまでもない。しかしながら、磁性楔は、図1に示すように、隣接する鉄心ティース間を橋絡するように配置されるため、磁性楔を介して鉄心ティース間を流れる漏れ磁束が増加してしまうという欠点がある。 Needless to say, in the case of a magnetic wedge, the higher the magnetic permeability of the magnetic wedge, the more the harmonic loss can be reduced. However, as shown in FIG. 1, since the magnetic wedges are arranged so as to bridge the adjacent iron core teeth, there is a drawback that the leakage flux flowing between the iron core teeth via the magnetic wedge increases. ..

実開平4−64956号公報Jikkenhei 4-64956 Gazette

特開昭58−19138号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-19138

特開昭52−6906号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 52-6906

特開昭62−262626号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-262626

本発明が解決しようとする課題は、漏れ磁束の増加を抑えた磁性楔、及び、それを用いた回転電機を提供する。 The problem to be solved by the present invention is to provide a magnetic wedge that suppresses an increase in leakage flux and a rotary electric machine using the same.

実施形態の磁性楔は、回転子に対して径方向に所定の間隔をもって固定子が対向配置されたラジアルギャップ型の回転電機に用いられる磁性楔であって、磁性楔は、主面を有し、厚さ10nm以上100μm以下で、厚さに対する主面内の平均長さの比が5以上10000以下であり、鉄(Fe)、コバルト(Co)及びニッケル(Ni)からなる群より選ばれる少なくとも1つの磁性元素を含有する平面型の構造の扁平粒子を含み、主面が、回転電機の回転方向に沿って配向し、固定子と回転子との間の空隙面に対し略垂直に配置され、回転電機の径方向における径方向保磁力が回転電機の回転方向における回転方向保磁力よりも低く、回転方向保磁力が回転電機の軸方向における軸方向保磁力よりも低い The magnetic wedge of the embodiment is a magnetic wedge used in a radial gap type rotary electric machine in which stators are arranged to face the rotor at predetermined intervals in the radial direction, and the magnetic wedge has a main surface. , The thickness is 10 nm or more and 100 μm or less, the ratio of the average length in the main surface to the thickness is 5 or more and 10000 or less, and at least selected from the group consisting of iron (Fe), cobalt (Co) and nickel (Ni). It contains flat particles of a planar structure containing one magnetic element, the main surface is oriented along the rotation direction of the rotor, and is arranged substantially perpendicular to the void surface between the stator and the rotor. The radial cohesive force in the radial direction of the rotating electric machine is lower than the rotational coercive force in the rotational direction of the rotating electric machine, and the rotational coercive force is lower than the axial coercive force in the axial direction of the rotating electric machine.

磁性楔の使用状態及び磁性楔の効果の模式図である。It is a schematic diagram of the usage state of the magnetic wedge and the effect of the magnetic wedge. 第1の実施形態のラジアルギャップ型回転電機の模式図である。It is a schematic diagram of the radial gap type rotary electric machine of 1st Embodiment. 第1の実施形態のアキシャルギャップ型回転電機の模式図である。It is a schematic diagram of the axial gap type rotary electric machine of 1st Embodiment. 第1の実施形態の磁性楔の模式図である。It is a schematic diagram of the magnetic wedge of the 1st embodiment. 第1の実施形態の磁性体の主面を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the main surface of the magnetic material of 1st Embodiment. 第1の実施形態の透磁率の測定方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the measuring method of magnetic permeability of 1st Embodiment. 第1の実施形態のラジアルギャップ型回転電機における磁性楔の使用状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the use state of the magnetic wedge in the radial gap type rotary electric machine of 1st Embodiment. 第1の実施形態のアキシャルギャップ型回転電機における磁性楔の使用状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the use state of the magnetic wedge in the axial gap type rotary electric machine of 1st Embodiment. 第1の実施形態の磁性体を配向して形成される磁性楔の模式図である。It is a schematic diagram of the magnetic wedge formed by orienting the magnetic material of the 1st embodiment. 第1の実施形態の空隙端部から鉄心外側へ流れる漏れ磁束を低減するのに適した磁性体の配置状態を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the arrangement state of the magnetic material suitable for reducing the leakage flux flowing from the void end portion of the 1st Embodiment to the outside of an iron core. 第1の実施形態の磁性楔を介して鉄心ティースを流れる漏れ磁束を低減するのに適した磁性体の配置状態を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the arrangement state of the magnetic material suitable for reducing the leakage flux flowing through the iron core tooth through the magnetic wedge of 1st Embodiment. 第1の実施形態の、面内の方向によって透磁率差を有する磁性体を含む磁性楔の概念図例である。It is a conceptual diagram example of the magnetic wedge containing the magnetic material which has the magnetic permeability difference depending on the in-plane direction of 1st Embodiment. 第1の実施形態の磁性体の一例の模式図である。It is a schematic diagram of an example of the magnetic material of the first embodiment. 第1の実施形態の磁性体の凹部又は凸部を有する磁性体の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of the magnetic material which has the concave part or the convex part of the magnetic material of 1st Embodiment. 第2の実施形態のラジアルギャップ型回転電機の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the radial gap type rotary electric machine of 2nd Embodiment. 第2の実施形態のアキシャルギャップ型回転電機の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the axial gap type rotary electric machine of 2nd Embodiment. 第2の実施形態の発電機の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the generator of the 2nd Embodiment. 第2の実施形態のリニアモータの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the linear motor of the 2nd Embodiment.

(第1の実施形態)
実施形態の磁性楔は、回転電機に用いられる磁性楔であって、主面を有する平面型の構造の磁性体を含む。磁性体の主面が回転電機の固定子と回転子との間の空隙面に対し略垂直に配置される。回転電機の軸方向における軸方向透磁率、回転方向における回転方向透磁率及び径方向における径方向透磁率に差を有する。
(First Embodiment)
The magnetic wedge of the embodiment is a magnetic wedge used in a rotary electric machine, and includes a magnetic material having a planar structure having a main surface. The main surface of the magnetic material is arranged substantially perpendicular to the gap surface between the stator and rotor of the rotating electric machine. There is a difference in the axial magnetic permeability in the axial direction of the rotary electric machine, the rotational magnetic permeability in the rotational direction, and the radial magnetic permeability in the radial direction.

本明細書において、「軸方向」、「回転方向」及び「径方向」の各方向は、回転電機の回転子を基準として定めるものとする。即ち、「軸方向」は回転子の回転軸に沿った方向を意味し、「回転方向」は回転子の回転軸まわりの周回方向(又は、その接線方向)を意味する。そして、「径方向」は回転子の回転軸に直交する方向を意味する。 In the present specification, each of the "axial direction", "rotation direction" and "diameter direction" shall be determined with reference to the rotor of the rotating electric machine. That is, the "axial direction" means the direction along the rotation axis of the rotor, and the "rotation direction" means the circumferential direction (or the tangential direction thereof) around the rotation axis of the rotor. The "diameter direction" means a direction orthogonal to the rotation axis of the rotor.

「空隙面」については、回転子と固定子との間の空隙から規定する。図2及び図3を用いて、ラジアルギャップ型回転電機とアキシャルギャップ型回転電機の「空隙面」を説明する。図2は、本実施形態のラジアルギャップ型回転電機の模式図である。図3は、本実施形態のアキシャルギャップ型回転電機の模式図である。 The "void surface" is defined from the gap between the rotor and the stator. The "void surface" of the radial gap type rotary electric machine and the axial gap type rotary electric machine will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is a schematic view of the radial gap type rotary electric machine of the present embodiment. FIG. 3 is a schematic view of the axial gap type rotary electric machine of the present embodiment.

図2では、回転電機200、回転子210、固定子鉄心220、コイル230、空隙面240が示されている。 In FIG. 2, a rotary electric machine 200, a rotor 210, a stator core 220, a coil 230, and an air gap surface 240 are shown.

図3では、回転電機200、回転子210、コイル230、空隙面240、鉄心ティース250、固定子270、軸280が示されている。 In FIG. 3, a rotary electric machine 200, a rotor 210, a coil 230, an air gap surface 240, an iron core tooth 250, a stator 270, and a shaft 280 are shown.

ラジアルギャップ型回転電機の場合、図2に示すように、回転子に対して径方向に所定の間隔をもって固定子が対向配置されるため、「空隙面」は回転子の回転軸を中心とする円筒面に平行な面である。したがって、径方向が空隙面に対し垂直な方向となり、軸方向と回転方向が空隙面に対し平行な方向となる。 In the case of a radial gap type rotary electric machine, as shown in FIG. 2, since the stators are arranged to face the rotor at predetermined intervals in the radial direction, the "void surface" is centered on the rotation axis of the rotor. It is a plane parallel to the cylindrical plane. Therefore, the radial direction is perpendicular to the void surface, and the axial direction and the rotation direction are parallel to the void surface.

一方、アキシャルギャップ型回転電機の場合、図3に示すように、回転子に対して軸方向に所定の間隔をもって固定子が対向配置されるため、「空隙面」は回転子の回転軸に直交する面である。したがって、軸方向が空隙面に対し垂直な方向となり、回転方向と径方向が空隙面に対し平行な方向となる。 On the other hand, in the case of an axial gap type rotary electric machine, as shown in FIG. 3, the stators are arranged to face the rotor at predetermined intervals in the axial direction, so that the "void surface" is orthogonal to the rotation axis of the rotor. It is a side to do. Therefore, the axial direction is perpendicular to the void surface, and the rotation direction and the radial direction are parallel to the void surface.

本実施形態の磁性楔において、軸方向透磁率、回転方向透磁率、径方向透磁率の3方向の透磁率は、差を有する事が好ましい。更に好ましくは差の割合として10%以上である事が好ましく、更に好ましくは50%以上、更に好ましくは100%以上である事が好ましい。これにより、磁性楔使用による漏れ磁束の増加を抑えて、回転電機の効率向上の効果を十分に享受でき好ましい。又、有効磁束(主磁束)が増加することによって、回転電機のトルク向上も期待できる。 In the magnetic wedge of the present embodiment, it is preferable that the magnetic permeability in the three directions of the axial magnetic permeability, the rotational magnetic permeability, and the radial magnetic permeability have a difference. The difference ratio is more preferably 10% or more, further preferably 50% or more, still more preferably 100% or more. This is preferable because the increase in leakage flux due to the use of the magnetic wedge can be suppressed and the effect of improving the efficiency of the rotary electric machine can be fully enjoyed. Further, by increasing the effective magnetic flux (main magnetic flux), it is expected that the torque of the rotating electric machine will be improved.

尚、透磁率の差の割合は、低い透磁率を基準として規定する。例えば、径方向透磁率μrと回転方向透磁率μθの差の割合は、回転方向透磁率が低い場合(μr−μθ)/μθ×100(%)で算出され、径方向透磁率が低い場合(μθ−μr)/μr×100(%)で算出する。 The ratio of the difference in magnetic permeability is defined based on the low magnetic permeability. For example, the ratio of the difference between the radial magnetic permeability μr and the rotational magnetic permeability μθ is calculated when the rotational magnetic permeability is low (μr−μθ) / μθ × 100 (%), and when the radial magnetic permeability is low (). Calculated as μθ−μr) / μr × 100 (%).

図4は、本実施形態の磁性楔の模式図である。 FIG. 4 is a schematic view of the magnetic wedge of the present embodiment.

図4では、磁性楔100、磁性体2、第1の面2a、空隙面240が示されている。 In FIG. 4, the magnetic wedge 100, the magnetic body 2, the first surface 2a, and the void surface 240 are shown.

磁性楔は、主面を有する平面型構造の磁性体を含む。平面型構造の磁性体として、磁性体は、扁平粒子、薄帯(リボン)、薄膜、厚膜、及び板状部材、からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む。扁平粒子は、扁平状(flaky,flatened)の形状(flaky shape,flatened shape)をした、扁平粒子(flaky particle、flatened particle)である。薄帯(リボン)は厚さ数μm程度から百μm程度のリボン状のもの、薄膜は厚さ数nm程度から十μm程度の薄い膜、厚膜は厚さ数μm程度から数百μm程度の厚い膜、板状部材は厚さ百μm程度から数百mm程度の板状の部材を指すが、厳密に区別されるものではなく、また、厚さ範囲から多少外れても良い。いずれにおいても、前記主面内の平均長さ(最大長さa、最小長さbを用いて、(a+b)/2で定義。詳細は後述)が厚さよりも大きいことが好ましい。尚、前述の厚さ範囲および区分は、あくまで一つの目安であり、磁性体が、扁平粒子、薄帯(リボン)、薄膜、厚膜、板状部材のいずれかを含むかどうかは、外観、形状などの情報を含めて総合的に判断する。 The magnetic wedge includes a magnetic material having a planar structure having a main surface. As the magnetic material having a planar structure, the magnetic material includes at least one selected from the group consisting of flat particles, ribbons, thin films, thick films, and plate-like members. The flat particles are flat particles (flaky particles, flattened particles) having a flat shape (flaky shape, flattened shape). The thin band (ribbon) is ribbon-shaped with a thickness of several μm to 100 μm, the thin film is a thin film with a thickness of several nm to 10 μm, and the thick film is about several μm to several hundred μm. The thick film and plate-shaped member refer to a plate-shaped member having a thickness of about 100 μm to several hundred mm, but they are not strictly distinguished and may be slightly out of the thickness range. In any case, it is preferable that the average length in the main surface (defined by (a + b) / 2 using the maximum length a and the minimum length b. Details will be described later) is larger than the thickness. The above-mentioned thickness range and classification are only a guide, and whether or not the magnetic material includes flat particles, thin bands (ribbons), thin films, thick films, or plate-like members depends on the appearance. Make a comprehensive judgment including information such as shape.

尚、磁性体における「主面」とは、平面型の構造における、平面に相当する面のことである。図5は、本実施形態の磁性体の主面を説明する模式図である。例えば、角柱の場合は図5(a)に示すように面積が最も広い面、又はそれに対向する面が主面である。角柱の場合は、第1の面2a又は第2の面2bが主面である。円柱の場合は図5(b)に示すように底面を意味する。円柱の場合は、第1の面2a又は第2の面2bが主面である。扁平楕円体の場合は図5(c)に示すように面積が最も広くなる断面が主面である。扁平楕円体の場合は、第1の面2aが主面である。直方体の場合は図5(d)に示すように最も面積の広い面を意味する。直方体の場合は、第1の面2a又は第2の面2bが主面である。つまり、扁平粒子の場合は扁平面を、薄帯(リボン)や板の場合は板面を、薄膜や厚膜の場合は膜面を指す。図5(a)の角柱、図5(b)の円柱、図5(c)の扁平楕円体において最も面積の広い面を第1の面2aとする。そして、第2の面2bは、第1の面2aに対向する面とする。主面は、第1の面2a又は第2の面2bである。 The "main surface" in the magnetic material is a surface corresponding to a flat surface in a planar structure. FIG. 5 is a schematic view illustrating a main surface of the magnetic material of the present embodiment. For example, in the case of a prism, as shown in FIG. 5A, the surface having the largest area or the surface facing the surface is the main surface. In the case of a prism, the first surface 2a or the second surface 2b is the main surface. In the case of a cylinder, it means the bottom surface as shown in FIG. 5 (b). In the case of a cylinder, the first surface 2a or the second surface 2b is the main surface. In the case of a flat ellipsoid, the main surface is the cross section having the widest area as shown in FIG. 5 (c). In the case of a flat ellipsoid, the first surface 2a is the main surface. In the case of a rectangular parallelepiped, it means the surface having the largest area as shown in FIG. 5 (d). In the case of a rectangular parallelepiped, the first surface 2a or the second surface 2b is the main surface. That is, in the case of flat particles, it refers to a flat surface, in the case of a thin band (ribbon) or a plate, it refers to a plate surface, and in the case of a thin film or a thick film, it refers to a film surface. The surface having the largest area in the prism of FIG. 5 (a), the cylinder of FIG. 5 (b), and the flat ellipsoid of FIG. 5 (c) is defined as the first surface 2a. The second surface 2b is a surface facing the first surface 2a. The main surface is a first surface 2a or a second surface 2b.

また、主面内の平均長さは厚さよりも大きい事が好ましい。更に好ましくは、厚さに対する主面内の平均長さの比が5以上であることが好ましい。これによって、磁性楔の透磁率に差が生まれやすくなる(異方性が大きくなる)ため好ましい。低損失化の観点からも、渦電流損を低減することができるため好ましい。 Further, it is preferable that the average length in the main surface is larger than the thickness. More preferably, the ratio of the average length in the main surface to the thickness is 5 or more. This is preferable because the magnetic permeability of the magnetic wedge tends to be different (the anisotropy becomes large). From the viewpoint of reducing loss, eddy current loss can be reduced, which is preferable.

主面内の平均長さは、最大長さa、最小長さbを用いて、(a+b)/2で定義される。また、厚さに対する主面内の平均長さの比は、最大長さa、最小長さb、厚さtを用いて、((a+b)/2)/tで定義される。 The average length in the main surface is defined by (a + b) / 2 using the maximum length a and the minimum length b. The ratio of the average length in the main surface to the thickness is defined by ((a + b) / 2) / t using the maximum length a, the minimum length b, and the thickness t.

漏れ磁束を抑制する観点からは、磁性体が空隙面に対し略垂直となるように配置されることが好ましい。磁性体の一部に垂直でないものがあっても良いが、半分以上の磁性体の主面が空隙面に垂直な面に対し±20°の範囲に入っていることが、本実施形態における「略垂直」の定義であり、本定義の「略垂直」を満たす事が好ましい。より好ましくは、半分以上の磁性体の主面が空隙面に垂直な面に対し±10°の範囲に入っていることが好ましい。 From the viewpoint of suppressing the leakage flux, it is preferable that the magnetic material is arranged so as to be substantially perpendicular to the void surface. Although some of the magnetic materials may not be perpendicular to each other, the fact that the main surface of more than half of the magnetic material is within ± 20 ° with respect to the surface perpendicular to the void surface is described in the present embodiment. It is a definition of "substantially vertical", and it is preferable to satisfy "substantially vertical" in this definition. More preferably, the main surface of more than half of the magnetic material is in the range of ± 10 ° with respect to the surface perpendicular to the void surface.

この構成を理解しやすくするため、磁性体の主面と空隙面との関係を模式的に示したのが図4(a)である。又、図4(b)は,空隙面に垂直な直線と磁性楔に含まれる磁性体の主面とのなす角を説明するものである。 In order to make this configuration easier to understand, FIG. 4A schematically shows the relationship between the main surface and the void surface of the magnetic material. Further, FIG. 4B illustrates the angle formed by the straight line perpendicular to the void surface and the main surface of the magnetic material included in the magnetic wedge.

図4(a)及び図4(b)では磁性体として扁平粒子を用いた例を示したが、薄帯(リボン)、薄膜、厚膜、板状部材の磁性体を用いても良い。このような構成にすることで、磁性楔の透磁率は空隙面に対し垂直な方向に高く平行な方向に低くなるため、磁性楔使用による漏れ磁束の増加を抑えて、回転電機の効率向上の効果を十分に享受でき好ましい。又、有効磁束(主磁束)を増加し、回転電機のトルクを向上できる。 Although flat particles are used as the magnetic material in FIGS. 4 (a) and 4 (b), a magnetic material such as a thin band (ribbon), a thin film, a thick film, or a plate-shaped member may be used. With such a configuration, the magnetic permeability of the magnetic wedge is high in the direction perpendicular to the void surface and low in the direction parallel to the void surface, so that the increase in leakage flux due to the use of the magnetic wedge is suppressed and the efficiency of the rotating electric machine is improved. It is preferable that the effect can be fully enjoyed. In addition, the effective magnetic flux (main magnetic flux) can be increased to improve the torque of the rotating electric machine.

なお、本実施形態の透磁率とは、形状により左右されない真の透磁率である。つまり、反磁界の影響を受けない真の透磁率である。実効的な透磁率は、形状が変わると反磁界の影響度合いが変わるため、変化する。しかしながら真の透磁率は、反磁界の影響を除去した透磁率であり、完全な閉磁路を形成して測定することで求める事が可能である。例えば、試料(磁性楔)がリング状であれば完全に閉磁路を形成するため、真の透磁率が容易に求まる。また、試料(磁性楔)がリング状でない場合も、ヨークを用いて閉磁路を形成すれば、真の透磁率を求める事ができる。図6は、本実施形態の透磁率の測定方法を示す模式図である。図6では、3方向の透磁率の測定方法を示す。ヨークを用いる事によって、3方向それぞれにおいて閉磁路を形成し、これによって、3方向それぞれの真の透磁率を求める事ができる。しかしながら、軸方向透磁率μz、回転方向透磁率μθ、径方向透磁率μrの3方向の透磁率を正確に測定する事が難しい場合がある。その場合は、3方向で保磁力を測定し、透磁率を推測しても良い。一般に、保磁力、および、透磁率は、磁気異方性の大きさに左右され、磁気異方性が小さいと保磁力も小さくなり、反対に透磁率は大きくなる。逆に、磁気異方性が大きいと、保磁力がも大きくなり、反対に透磁率は小さくなる。そのため、保磁力と透磁率は磁気異方性を介して相関があり、保磁力の値から透磁率の大きさを推測することができる。 The magnetic permeability of the present embodiment is a true magnetic permeability that does not depend on the shape. In other words, it is a true magnetic permeability that is not affected by the demagnetic field. The effective magnetic permeability changes because the degree of influence of the demagnetizing field changes when the shape changes. However, the true magnetic permeability is the magnetic permeability from which the influence of the demagnetic field is removed, and can be obtained by forming a completely closed magnetic path and measuring it. For example, if the sample (magnetic wedge) has a ring shape, a completely closed magnetic path is formed, so that the true magnetic permeability can be easily obtained. Even if the sample (magnetic wedge) is not ring-shaped, the true magnetic permeability can be obtained by forming a closed magnetic path using a yoke. FIG. 6 is a schematic view showing a method for measuring the magnetic permeability of the present embodiment. FIG. 6 shows a method of measuring magnetic permeability in three directions. By using a yoke, a closed magnetic path is formed in each of the three directions, and the true magnetic permeability in each of the three directions can be obtained. However, it may be difficult to accurately measure the magnetic permeability in the three directions of the axial magnetic permeability μz, the rotational magnetic permeability μθ, and the radial magnetic permeability μr. In that case, the coercive force may be measured in three directions to estimate the magnetic permeability. In general, the coercive force and the magnetic permeability depend on the magnitude of the magnetic anisotropy. When the magnetic anisotropy is small, the coercive force is also small, and conversely, the magnetic permeability is large. On the contrary, when the magnetic anisotropy is large, the coercive force is also large, and conversely, the magnetic permeability is small. Therefore, the coercive force and the magnetic permeability are correlated through magnetic anisotropy, and the magnitude of the magnetic permeability can be estimated from the value of the coercive force.

ただし、保磁力が同じでも、透磁率が同じではない場合もあるため注意が必要である。たとえば、同じ保磁力であっても、磁性楔に含まれる磁性体の形状が棒状の形状を有する場合は、棒に平行な方向では形状磁気異方性の効果で透磁率は大きくなり、棒に垂直な方向では透磁率は小さくなる。また、同じ保磁力であっても、磁性楔に含まれる磁性体の形状が扁平状の形状を有する場合は、扁平面に平行な方向では形状磁気異方性の効果で透磁率は大きくなり、扁平面に垂直な方向では透磁率は小さくなる。以上の事から、保磁力で透磁率の大きさの関係を求める場合は、最初に保磁力の大きさで透磁率を推測した上で、その後、磁性楔に含まれる磁性体の形状を観察し、その形状から形状磁気異方性の効果を見積もり、総合的に透磁率の大きさの関係を求めることも可能である。 However, it should be noted that even if the coercive force is the same, the magnetic permeability may not be the same. For example, even if the coercive force is the same, if the shape of the magnetic material contained in the magnetic wedge has a rod-like shape, the magnetic permeability increases due to the effect of shape magnetic anisotropy in the direction parallel to the rod, and the rod becomes Permeability decreases in the vertical direction. Further, even if the coercive force is the same, if the shape of the magnetic material contained in the magnetic wedge has a flat shape, the magnetic permeability increases due to the effect of the shape magnetic anisotropy in the direction parallel to the flat plane. Permeability decreases in the direction perpendicular to the flat plane. From the above, when determining the relationship between the magnitude of magnetic permeability by the coercive force, first estimate the magnetic permeability based on the magnitude of the coercive force, and then observe the shape of the magnetic material contained in the magnetic wedge. It is also possible to estimate the effect of shape magnetic anisotropy from the shape and to obtain the relationship of the magnitude of magnetic permeability comprehensively.

径方向透磁率μrは、回転方向透磁率μθ及び軸方向透磁率μzよりも高くなるように、磁性体を配置することが好ましい。 これは特にラジアルギャップ型回転電機の場合に好ましい。この効果について、図7を用いて詳細に説明する。図7は、本実施形態のラジアルギャップ型回転電機における磁性楔の使用状態を示す模式図である。ラジアルギャップ型回転電機に対して、磁性楔は、回転方向に所定の間隔をあけて配置された鉄心ティース間を橋絡するように装着され、軸方向に沿って延びるスロット開口部を塞ぐ。 It is preferable to arrange the magnetic material so that the radial magnetic permeability μr is higher than the rotational magnetic permeability μθ and the axial magnetic permeability μz. This is particularly preferable in the case of a radial gap type rotary electric machine. This effect will be described in detail with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic view showing a usage state of the magnetic wedge in the radial gap type rotary electric machine of the present embodiment. For the radial gap type rotary electric machine, the magnetic wedge is mounted so as to bridge between the iron core teeth arranged at predetermined intervals in the rotation direction, and closes the slot opening extending in the axial direction.

このため、磁性楔を介して鉄心ティース間を流れる漏れ磁束を低減する観点からは、回転方向透磁率μθが径方向透磁率μrよりも低いことが好ましい。一方、空隙端部から軸方向鉄心外側へ流れる漏れ磁束を低減する観点からは、軸方向透磁率μzが径方向透磁率μrよりも低いことが好ましい。 Therefore, from the viewpoint of reducing the leakage flux flowing between the iron core teeth via the magnetic wedge, it is preferable that the rotational magnetic permeability μθ is lower than the radial magnetic permeability μr. On the other hand, from the viewpoint of reducing the leakage flux flowing from the void end portion to the outside of the axial core, it is preferable that the axial magnetic permeability μz is lower than the radial magnetic permeability μr.

まとめると、径方向透磁率μrが回転方向透磁率μθ及び軸方向透磁率μzよりも高くなるように、前記磁性体を配置することによって、漏れ磁束の増加を最小限に抑えることができ好ましい。これによって、磁性楔使用による回転電機の効率向上の効果を十分に享受することが可能となる。更に好ましくは、径方向、回転方向、軸方向の順番で透磁率が高くなっている(径方向透磁率μr>回転方向透磁率μθ>軸方向透磁率μzとなっている)ことが好ましい。回転方向透磁率μθが軸方向透磁率μzよりも大きいと、鉄心ティースから楔を介して空隙側に通過する磁束が増え、又、高調波損失を低減できため、好ましい。即ち、磁性楔使用による回転電機の効率をさらに向上させることが可能となる。 In summary, it is preferable to arrange the magnetic material so that the radial magnetic permeability μr is higher than the rotational magnetic permeability μθ and the axial magnetic permeability μz, so that the increase in the leakage flux can be minimized. This makes it possible to fully enjoy the effect of improving the efficiency of the rotary electric machine by using the magnetic wedge. More preferably, the magnetic permeability increases in the order of the radial direction, the rotational direction, and the axial direction (radial magnetic permeability μr> rotational magnetic permeability μθ> axial magnetic permeability μz). When the rotational magnetic permeability μθ is larger than the axial magnetic permeability μz, the magnetic flux passing from the iron core tooth to the void side through the wedge increases, and the harmonic loss can be reduced, which is preferable. That is, it is possible to further improve the efficiency of the rotary electric machine by using the magnetic wedge.

図7では、鉄心スロットにおいて、磁性楔がコイルと鉄心表面の間の全ての空間を満たしているが、必ずしも全てを満たす必要はない。磁性楔の占める空間がコイルと鉄心表面の間の一部であっても良い。 In FIG. 7, in the iron core slot, the magnetic wedge fills all the space between the coil and the iron core surface, but it does not necessarily have to fill all. The space occupied by the magnetic wedge may be a part between the coil and the surface of the iron core.

図7では、磁性楔100、コイル230、鉄心ティース250が示されている。 In FIG. 7, a magnetic wedge 100, a coil 230, and an iron core tooth 250 are shown.

軸方向透磁率μzは、回転方向透磁率μθ及び径方向透磁率μrよりも高くなるように、磁性体を配置することが好ましい。これは特にアキシャルギャップ型回転電機の場合において好ましい。 この効果について、図8を用いて詳細に説明する。図8は、アキシャルギャップ型回転電機における磁性楔の使用状態を示す模式図である。アキシャルギャップ型回転電機に対して、磁性楔は、回転方向に所定の間隔をあけて配置された鉄心ティース間を橋絡するように装着され、径方向に沿って延びるスロット開口部を塞ぐ。 It is preferable to arrange the magnetic material so that the axial magnetic permeability μz is higher than the rotational magnetic permeability μθ and the radial magnetic permeability μr. This is particularly preferable in the case of an axial gap type rotary electric machine. This effect will be described in detail with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic view showing a usage state of the magnetic wedge in the axial gap type rotary electric machine. For the axial gap type rotary electric machine, the magnetic wedge is mounted so as to bridge between the iron core teeth arranged at predetermined intervals in the rotation direction, and closes the slot opening extending in the radial direction.

図8では、磁性楔100、コイル230、鉄心ティース250が示されている。 In FIG. 8, a magnetic wedge 100, a coil 230, and an iron core tooth 250 are shown.

このため、磁性楔を介して鉄心ティース間を流れる漏れ磁束を低減する観点からは、回転方向透磁率μθが軸方向透磁率μzよりも低いことが好ましい。一方、空隙端部から径方向鉄心外側へ流れる漏れ磁束を低減する観点からは、径方向透磁率μrが軸方向透磁率μzよりも低いことが好ましい。 Therefore, from the viewpoint of reducing the leakage flux flowing between the iron core teeth via the magnetic wedge, it is preferable that the rotational magnetic permeability μθ is lower than the axial magnetic permeability μz. On the other hand, from the viewpoint of reducing the leakage flux flowing from the void end portion to the outside of the radial iron core, it is preferable that the radial magnetic permeability μr is lower than the axial magnetic permeability μz.

まとめると、軸方向透磁率μzが回転方向透磁率μθ及び径方向透磁率μrよりも高くなるように、前記磁性体を配置することによって、漏れ磁束の増加を最小限に抑えることができ好ましい。これによって、磁性楔使用による回転電機の効率向上の効果を十分に享受することが可能となる。更に好ましくは、軸方向、回転方向、径方向の順番で透磁率が高くなっている(軸方向透磁率μz>回転方向透磁率μθ>径方向透磁率μrとなっている)ことが好ましい。回転方向透磁率μθが径方向透磁率μrよりも大きいと、鉄心ティースから楔を介して空隙側に通過する磁束が増え、又、高調波損失を低減できため、好ましい。即ち、磁性楔使用による回転電機の効率をさらに向上させることが可能となる。 In summary, it is preferable to arrange the magnetic material so that the axial magnetic permeability μz is higher than the rotational magnetic permeability μθ and the radial magnetic permeability μr, so that the increase in the leakage flux can be minimized. This makes it possible to fully enjoy the effect of improving the efficiency of the rotary electric machine by using the magnetic wedge. More preferably, the magnetic permeability increases in the order of the axial direction, the rotational direction, and the radial direction (axial magnetic permeability μz> rotational magnetic permeability μθ> radial magnetic permeability μr). When the rotational magnetic permeability μθ is larger than the radial magnetic permeability μr, the magnetic flux passing from the iron core tooth to the void side through the wedge increases, and the harmonic loss can be reduced, which is preferable. That is, it is possible to further improve the efficiency of the rotary electric machine by using the magnetic wedge.

図9は、本実施形態の磁性体を配向して形成される磁性楔の模式図である。磁性体は、配向して配置されることが好ましい。本発明において、「配向する」とは、磁性体の主面が特定の方向に揃っている状態を意味する。磁性楔に含まれる磁性体の主面と基準面のなす角の平均値が±20°の範囲に入っていることが好ましい。この構成を理解しやすくするため、模式的に示したのが図9(a)である。図9(a)では、磁性楔に含まれる全ての磁性体の主面の法線を特定の方向に一致させて配列している。又、図9(b)は磁性楔に含まれる磁性体の主面と基準面とのなす角を説明したものである。基準面の決め方については、磁性楔に含まれる10個以上の磁性体を走査電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscopy)等で観察し、空隙面に略垂直を満たす磁性体を選び出し、選び出した磁性体の主面に関して、平均的な面を基準面とする。なお、基準面の決め方については、空隙面と垂直な面であれば、測定者が任意に決定しても良い。この場合は、任意に決めた基準面と主面のなす角を求めて、そのばらつき度合いが±20°の範囲に入っているかどうかで判断する。図9(b)の左側の磁性体は、主面と基準面とのなす角が0°の場合、即ち、主面と基準面が一致する場合の例を示している。一方、右側の磁性体は、主面と基準面とのなす角が20°の場合の例を示している。このような構成にすることで、磁性楔の透磁率に差が生まれやすくなる(異方性が大きくなる)ため好ましい。更に、図9(c)に示すように、扁平粒子ではなく、薄帯(リボン)、薄膜、厚膜、板状部材の磁性体を用いて構成しても良い。 FIG. 9 is a schematic view of a magnetic wedge formed by orienting the magnetic material of the present embodiment. The magnetic material is preferably arranged in an oriented manner. In the present invention, "alignment" means a state in which the main surfaces of the magnetic material are aligned in a specific direction. It is preferable that the average value of the angles formed by the main surface and the reference surface of the magnetic material contained in the magnetic wedge is within the range of ± 20 °. In order to make this configuration easier to understand, FIG. 9A is schematically shown. In FIG. 9A, the normals of the main surfaces of all the magnetic materials included in the magnetic wedge are arranged so as to coincide with a specific direction. Further, FIG. 9B illustrates the angle formed by the main surface and the reference surface of the magnetic material included in the magnetic wedge. Regarding how to determine the reference plane, 10 or more magnetic materials contained in the magnetic wedge are observed with a scanning electron microscope (SEM) or the like, and magnetic materials satisfying substantially perpendicular to the void surface are selected and selected magnetic materials. With respect to the main surface of, the average surface is used as the reference surface. As for the method of determining the reference plane, the measurer may arbitrarily determine the plane as long as it is a plane perpendicular to the void plane. In this case, the angle formed by the reference plane and the main plane, which is arbitrarily determined, is obtained, and it is determined whether or not the degree of variation is within the range of ± 20 °. The magnetic material on the left side of FIG. 9B shows an example when the angle formed by the main surface and the reference surface is 0 °, that is, when the main surface and the reference surface coincide with each other. On the other hand, the magnetic material on the right side shows an example when the angle between the main surface and the reference surface is 20 °. Such a configuration is preferable because a difference in the magnetic permeability of the magnetic wedge is likely to occur (anisotropy becomes large). Further, as shown in FIG. 9C, a magnetic material such as a thin band (ribbon), a thin film, a thick film, or a plate-like member may be used instead of the flat particles.

図9では、磁性楔100、磁性体2、主面(第1の面)2a、基準面RP、空隙面240が示されている。 In FIG. 9, the magnetic wedge 100, the magnetic body 2, the main surface (first surface) 2a, the reference surface RP, and the void surface 240 are shown.

図10は、本実施形態の空隙端部から鉄心外側へ流れる漏れ磁束を低減するのに適した磁性体の配置状態を説明するための模式図である。磁性体の主面は、回転方向に沿って配向して配置されることが好ましい場合がある。これは、ラジアルギャップ型回転電機とアキシャルギャップ型回転電機の両方の場合において好ましい。この構成を理解しやすくするため、ラジアルギャップ型回転電機の場合を例として磁性体の配置状態を模式的に示したのが図10である。このような構成にすることで、空隙端部から鉄心外側へ流れる漏れ磁束を大幅に低減することが可能となる。これによって、磁性楔使用による回転電機の効率向上の効果を十分に享受することが可能となる。 FIG. 10 is a schematic view for explaining an arrangement state of a magnetic material suitable for reducing the leakage flux flowing from the void end portion to the outside of the iron core of the present embodiment. It may be preferable that the main surface of the magnetic material is oriented and arranged along the direction of rotation. This is preferable in the case of both the radial gap type rotary electric machine and the axial gap type rotary electric machine. In order to make this configuration easier to understand, FIG. 10 schematically shows the arrangement state of the magnetic material by taking the case of a radial gap type rotary electric machine as an example. With such a configuration, it is possible to significantly reduce the leakage flux flowing from the void end portion to the outside of the iron core. This makes it possible to fully enjoy the effect of improving the efficiency of the rotary electric machine by using the magnetic wedge.

図10では、磁性楔100、磁性体2、主面(第1の面)2a、コイル230、空隙面240、鉄心ティース250が示されている。 In FIG. 10, a magnetic wedge 100, a magnetic body 2, a main surface (first surface) 2a, a coil 230, an air gap surface 240, and an iron core tooth 250 are shown.

図11は、本実施形態の磁性楔を介して鉄心ティースを流れる漏れ磁束を低減するのに適した磁性体の配置状態を説明するための模式図である。磁性体の主面は、回転方向に対し略垂直となるように沿って配向して配置されることが好ましい。これは、ラジアルギャップ型回転電機とアキシャルギャップ型回転電機の両方の場合において好ましい。この構成を理解しやすくするため、ラジアルギャップ型回転電機の場合を例として磁性体の配置状態を模式的に示したのが図11である。このような構成にすることで、磁性楔を介して鉄心ティース間を流れる漏れ磁束を大幅に低減することが可能となる。これによって、磁性楔使用による回転電機の効率向上の効果を十分に享受することが可能となる。 FIG. 11 is a schematic view for explaining an arrangement state of a magnetic material suitable for reducing the leakage flux flowing through the iron core tooth through the magnetic wedge of the present embodiment. It is preferable that the main surface of the magnetic material is oriented so as to be substantially perpendicular to the rotation direction. This is preferable in the case of both the radial gap type rotary electric machine and the axial gap type rotary electric machine. In order to make this configuration easier to understand, FIG. 11 schematically shows the arrangement state of the magnetic material by taking the case of a radial gap type rotary electric machine as an example. With such a configuration, it is possible to significantly reduce the leakage flux flowing between the iron core teeth via the magnetic wedge. This makes it possible to fully enjoy the effect of improving the efficiency of the rotary electric machine by using the magnetic wedge.

図11では、磁性楔100、磁性体2、主面(第1の面)2a、コイル230、空隙面240、鉄心ティース250が示されている。 In FIG. 11, a magnetic wedge 100, a magnetic body 2, a main surface (first surface) 2a, a coil 230, an air gap surface 240, and an iron core tooth 250 are shown.

前記磁性体は、主面内の方向によって透磁率に差を有することが好ましい。より好ましくは、磁性体の透磁率が最も高くなる方向(磁化容易軸方向)が一方向に揃っていることが好ましい。このような構成にすることで、磁性楔の透磁率に差が生まれやすくなる(異方性が大きくなる)ため好ましい。更に好ましくは、磁性体の磁化容易軸方向が空隙面に垂直な方向に揃っていることが好ましい。つまり、ラジアルギャップ型回転電機の場合は、磁性体の磁化容易軸方向が径方向に揃っていることが好ましく、アキシャルギャップ型回転電機の場合は、磁性体の磁化容易軸方向が軸方向に揃っていることが好ましい。このような構成にすることで、磁性楔の透磁率は空隙面に対し垂直な方向に高く平行な方向に低い異方性を有し易くなる。これによって、磁性楔使用による漏れ磁束の増加を抑えて、回転電機の効率向上の効果を十分に享受でき好ましい。又、有効磁束(主磁束)を増加し、回転電機のトルクを向上できる。 The magnetic material preferably has a difference in magnetic permeability depending on the direction in the main surface. More preferably, the directions in which the magnetic permeability of the magnetic material is highest (the axial direction in which magnetization is easy) are aligned in one direction. Such a configuration is preferable because a difference in the magnetic permeability of the magnetic wedge is likely to occur (anisotropy becomes large). More preferably, the easy axial directions of the magnetic material are aligned in the direction perpendicular to the void surface. That is, in the case of the radial gap type rotary electric machine, it is preferable that the easy axial directions of the magnetic material are aligned in the radial direction, and in the case of the axial gap type rotary electric machine, the easy axial directions of the magnetic material are aligned in the axial direction. Is preferable. With such a configuration, the magnetic permeability of the magnetic wedge tends to have high anisotropy in the direction perpendicular to the void surface and low in the direction parallel to the void surface. This is preferable because the increase in leakage flux due to the use of the magnetic wedge can be suppressed and the effect of improving the efficiency of the rotary electric machine can be fully enjoyed. In addition, the effective magnetic flux (main magnetic flux) can be increased to improve the torque of the rotating electric machine.

図12は、本実施形態の、面内の方向によって透磁率差を有する磁性体を含む磁性楔の概念図例である。図12は、ラジアルギャップ型回転電機の場合を例として、主面内の方向によって透磁率差を有する磁性体を含む磁性楔の概念を説明する図である。同図において、磁性体の磁化容易軸方向をμeの矢印で示し、磁性体の磁化容易方向と垂直な方向(即ち、磁性体の磁化困難軸方向)をμhの矢印で示した。図12(a)は個々の磁性体の磁化容易軸方向が揃っていない(μe>μhだが、μeの方向が揃っていない)状態を、図12(b)は個々の磁性体の磁化容易軸方向が空隙面に垂直な方向に揃っている(μe>μhで、且つ、μeの方向が揃っていて、且つ、その方向が空隙面に垂直な方向)状態を示している。 FIG. 12 is a conceptual diagram example of a magnetic wedge containing a magnetic material having a magnetic permeability difference depending on the in-plane direction of the present embodiment. FIG. 12 is a diagram illustrating the concept of a magnetic wedge including a magnetic material having a magnetic permeability difference depending on the direction in the main surface, taking the case of a radial gap type rotary electric machine as an example. In the figure, the easy-to-magnetize axis direction of the magnetic material is indicated by the arrow of μe, and the direction perpendicular to the easy-magnetization direction of the magnetic material (that is, the difficult-to-magnetize axis direction of the magnetic material) is indicated by the arrow of μh. FIG. 12 (a) shows a state in which the easy-to-magnetize axial directions of the individual magnetic materials are not aligned (μe> μh, but the directions of μe are not aligned), and FIG. 12 (b) shows the easy-to-magnetize axes of the individual magnetic materials. It shows a state in which the directions are aligned in the direction perpendicular to the void surface (μe> μh, the directions of μe are aligned, and the direction is the direction perpendicular to the void surface).

図12では、磁性楔100、磁性体2、主面(第1の面)2a、コイル230、空隙面240、鉄心ティース250が示されている。 In FIG. 12, a magnetic wedge 100, a magnetic body 2, a main surface (first surface) 2a, a coil 230, an air gap surface 240, and an iron core tooth 250 are shown.

磁性体は、扁平粒子、薄帯(リボン)、薄膜、厚膜及び板状部材からなる群より選ばれる少なくとも一つを含むことが好ましい。このような構成にすることで、製造が容易となり製造歩留りが向上し、製造コストを低減できる。磁性体は、特に、薄帯(リボン)、又は板状部材であることが好ましい。これは、製造が容易となり製造歩留りが向上し、製造コストを特に低減できるためである。 The magnetic material preferably contains at least one selected from the group consisting of flat particles, ribbons, thin films, thick films and plate-like members. With such a configuration, manufacturing becomes easy, the manufacturing yield is improved, and the manufacturing cost can be reduced. The magnetic material is particularly preferably a thin band (ribbon) or a plate-shaped member. This is because the manufacturing becomes easy, the manufacturing yield is improved, and the manufacturing cost can be particularly reduced.

磁性体は、特に、扁平粒子であることが好ましい。このような構成にすることで、磁性楔で発生する渦電流損を低減することが可能となる。これによって、磁性楔使用による回転電機の効率向上の効果を十分に享受することが可能となる。また複雑な形状の磁性楔を製造する場合、粉を固めるだけなので、製造が容易となり、製造歩留りが向上し、製造コストを低減できる。 The magnetic material is particularly preferably flat particles. With such a configuration, it is possible to reduce the eddy current loss generated by the magnetic wedge. This makes it possible to fully enjoy the effect of improving the efficiency of the rotary electric machine by using the magnetic wedge. Further, when a magnetic wedge having a complicated shape is manufactured, since the powder is only solidified, the manufacturing becomes easy, the manufacturing yield is improved, and the manufacturing cost can be reduced.

磁性体は、鉄(Fe)、コバルト(Co)及びニッケル(Ni)からなる群より選ばれる少なくとも1つの磁性元素を含有し、厚さ10nm以上100μm以下で、厚さに対する主面内の平均長さの比5以上10000以下であることが好ましい。磁性体が扁平粒子の場合は、扁平状(flaky,flatened)の形状(flaky shape,flatened shape)をした、扁平粒子(flaky particle、flatened particle)である。 The magnetic material contains at least one magnetic element selected from the group consisting of iron (Fe), cobalt (Co) and nickel (Ni), has a thickness of 10 nm or more and 100 μm or less, and has an average length in the main surface with respect to the thickness. The ratio is preferably 5 or more and 10000 or less. When the magnetic material is a flat particle, it is a flat particle (flaky particle, flattened particle) having a flat shape (flaky shape, flattened shape).

図13は、本実施形態の磁性体の一例の模式図である。 FIG. 13 is a schematic view of an example of the magnetic material of the present embodiment.

図13では、磁性体2と、主面2aが示されている。同図では扁平粒子を例として示したが、薄帯(リボン)、薄膜、厚膜、板状部材であっても良い。 In FIG. 13, the magnetic body 2 and the main surface 2a are shown. In the figure, flat particles are shown as an example, but they may be a thin band (ribbon), a thin film, a thick film, or a plate-shaped member.

磁性体は、Fe、Coを含み、Coの量はFeとCoの合計量に対して10原子%以上60原子%以下であることが好ましく、10原子%以上40原子%以下であることが更に好ましい。これによって磁気異方性が適度に大きく付与されやすいため好ましい。また、Fe−Co系は高飽和磁化を実現し易いため好ましい。更にFeとCoの組成範囲が上記の範囲に入る事によって、より高い飽和磁化が実現でき好ましい。 The magnetic material contains Fe and Co, and the amount of Co is preferably 10 atomic% or more and 60 atomic% or less, and further preferably 10 atomic% or more and 40 atomic% or less with respect to the total amount of Fe and Co. preferable. This is preferable because magnetic anisotropy is likely to be imparted to a moderately large value. Further, the Fe-Co system is preferable because it is easy to realize high saturation magnetization. Further, when the composition range of Fe and Co falls within the above range, higher saturation magnetization can be realized, which is preferable.

磁性体は、Mg、Al、Si、Ca、Zr、Ti、Hf、Zn、Mn、Ba、Sr、Cr、Mo、Ag、Ga、Sc、V、Y、Nb、Pb、Cu、In、Sn及び希土類元素からなる群より選ばれる少なくとも1つの非磁性金属を含む事が好ましい。これによって、前記磁性体の熱的安定性や耐酸化性を高める事が出来る。中でも、Al、Siは、磁性体の主成分であるFe、Co、Niと固溶し易く、熱的安定性や耐酸化性の向上に寄与するために特に好ましい。 Magnetic materials include Mg, Al, Si, Ca, Zr, Ti, Hf, Zn, Mn, Ba, Sr, Cr, Mo, Ag, Ga, Sc, V, Y, Nb, Pb, Cu, In, Sn and It preferably contains at least one non-magnetic metal selected from the group consisting of rare earth elements. This makes it possible to improve the thermal stability and oxidation resistance of the magnetic material. Among them, Al and Si are particularly preferable because they are easily dissolved in Fe, Co and Ni, which are the main components of the magnetic material, and contribute to the improvement of thermal stability and oxidation resistance.

磁性体の厚さ、及び、厚さに対する主面内の平均長さの比は、磁性体を透過電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscopy)又は走査電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscopy)で観察することにより求めることができ、10個以上の値を平均した値を採用する。 The thickness of the magnetic material and the ratio of the average length in the main plane to the thickness shall be observed by observing the magnetic material with a transmission electron microscope (TEM) or a scanning electron microscope (SEM). The value obtained by averaging 10 or more values is adopted.

磁性体の厚さは10nm以上100μm以下が好ましく、更に好ましくは、1μm以上100μm以下である。また、厚さに対する主面内の平均長さの比は5以上10000以下が好ましく、更に好ましくは10以上1000以下であることが好ましい。複数の磁性体が磁性楔に含まれる場合は、厚さ及び、厚さに対する主面内の平均長さの比を個々の磁性体に対して求め、その平均値が上記範囲に入っていることが好ましい。厚さが薄く、厚さに対する主面内の平均長さの比が大きいと、渦電流損失を低減し易いという観点からは好ましいが、一方で、保磁力がやや大きくなる傾向にある。そのため、保磁力を低減するという観点からは、適度な厚さ、適度な厚さに対する主面内の平均長さの比を有する事が好ましい。上述の範囲の厚さ、厚さに対する主面内の平均長さの比においては、渦電流損失と低保磁力(低ヒステリシス損失が可能)の点でバランスの良い材料となる。 The thickness of the magnetic material is preferably 10 nm or more and 100 μm or less, more preferably 1 μm or more and 100 μm or less. The ratio of the average length in the main surface to the thickness is preferably 5 or more and 10000 or less, and more preferably 10 or more and 1000 or less. When a plurality of magnetic materials are contained in the magnetic wedge, the thickness and the ratio of the average length in the main surface to the thickness are obtained for each magnetic material, and the average value is within the above range. Is preferable. When the thickness is thin and the ratio of the average length in the main surface to the thickness is large, it is preferable from the viewpoint that the eddy current loss can be easily reduced, but on the other hand, the coercive force tends to be slightly large. Therefore, from the viewpoint of reducing the coercive force, it is preferable to have an appropriate thickness and a ratio of the average length in the main surface to the appropriate thickness. In the thickness in the above range and the ratio of the average length in the main surface to the thickness, the material is well-balanced in terms of eddy current loss and low coercive force (low hysteresis loss is possible).

磁気異方性を誘起させるためには、磁性体の結晶性を出来るだけ非晶質化させ、磁場や歪みによって面内一方向に磁気異方性を誘起させる(透磁率に差を生み出す)方法もある。この場合においては、磁性体を出来る限り非晶質化させやすい組成にすることが望ましい。このような観点においては、磁性体は、ホウ素(B)、ケイ素(Si)、アルミニウム(Al)、炭素(C)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、モリブテン(Mo)、クロム(Cr)、銅(Cu)、タングステン(W)、リン(P)、窒素(N)、ガリウム(Ga)及びイットリウム(Y)からなる群より選ばれる少なくとも1つの添加元素を含有することが好ましい。 これによって、非晶質化が進行し、磁気的な異方性を付与し易くなり、主面内における保磁力差が大きくなり好ましい。Fe、Co及びNiからなる群より選ばれる少なくとも1つの第1の元素の原子半径との差が大きい添加元素が好ましい。また、Fe、Co及びNiからなる群より選ばれる少なくとも1つの第1の元素と添加元素との混合エンタルピーが負に大きくなるような添加元素が好ましい。また、第1の元素と添加元素を含めて、合計3種類以上の元素からなる多元系であることが好ましい。また、B、Siなどの半金属の添加元素は、結晶化速度が遅く非晶質化しやすいため、系に混合すると有利である。以上の様な観点から、B、Si、P、Ti、Zr、Hf、Nb、Y、Cu等が好ましく、中でも前記添加元素がB、Si、Zr、Yのいずれか1つを含む事がより好ましい。また、前記添加元素の合計量が、前記第1の元素と前記添加元素の合計量に対していずれも0.001at%以上80at%以下含まれることが好ましい。より好ましくは、5at%以上80at%以下、更に好ましくは、10at%以上40at%以下である。尚、前記添加元素の合計量は多ければ多いほど、非晶質化が進行し、磁気的な異方性を付与し易くなるため好ましいが(すなわち、低損失、高透磁率の観点からは好ましいが)、一方で磁性金属相の割合が少なくなるため、飽和磁化が小さくなる、という点では好ましくなく、目的に応じて、組成及び添加元素量を選定する事が重要である。 In order to induce magnetic anisotropy, a method of amorphizing the crystallinity of a magnetic material as much as possible and inducing magnetic anisotropy in one direction in the plane by a magnetic field or strain (creating a difference in magnetic permeability). There is also. In this case, it is desirable to make the magnetic material as easily amorphous as possible. From this point of view, the magnetic materials are boron (B), silicon (Si), aluminum (Al), carbon (C), titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), niobium (Nb). , Tantal (Ta), molybdenum (Mo), chromium (Cr), copper (Cu), tungsten (W), phosphorus (P), nitrogen (N), gallium (Ga) and yttrium (Y). It is preferable to contain at least one additive element. As a result, amorphization progresses, magnetic anisotropy is easily imparted, and the difference in coercive force in the main surface becomes large, which is preferable. An additive element having a large difference from the atomic radius of at least one first element selected from the group consisting of Fe, Co and Ni is preferable. Further, an additive element such that the mixed enthalpy of at least one first element selected from the group consisting of Fe, Co and Ni and the additive element becomes negatively large is preferable. Further, it is preferable that the system is a multidimensional system composed of a total of three or more kinds of elements including the first element and the additive element. Further, since the additive elements of semimetals such as B and Si have a slow crystallization rate and are easily amorphized, it is advantageous to mix them in the system. From the above viewpoint, B, Si, P, Ti, Zr, Hf, Nb, Y, Cu and the like are preferable, and it is more preferable that the additive element contains any one of B, Si, Zr and Y. preferable. Further, it is preferable that the total amount of the added elements is 0.001 at% or more and 80 at% or less with respect to the total amount of the first element and the added elements. More preferably, it is 5 at% or more and 80 at% or less, and further preferably 10 at% or more and 40 at% or less. It should be noted that the larger the total amount of the added elements, the more amorphization progresses and it becomes easier to impart magnetic anisotropy (that is, it is preferable from the viewpoint of low loss and high magnetic permeability). However, on the other hand, since the proportion of the magnetic metal phase is small, it is not preferable in that the saturation magnetization is small, and it is important to select the composition and the amount of added elements according to the purpose.

磁性体の結晶粒径(前記磁性金属を含んだ主相の結晶粒径)は、10nm以下である事が好ましい。より好ましくは5nm以下であり、更に好ましくは2nm以下である。なお、結晶粒径は、XRD測定から簡易的に求めることができる。即ち、XRDで磁性金属相に起因するピークのうち最強ピークに関して、回折角度と半値幅からScherrerの式によって求めることができる。Sherrerの式は、D=0.9λ/(βcosθ)で表され、ここでDは結晶粒径、λは測定X線波長、βは半値幅、θは回折ブラッグ角である。また、結晶粒径は、TEM(Transmission electron microscope、透過型電子顕微鏡)によって多数の磁性金属相を観察しその粒径を平均化する事によっても求めることができる。結晶粒径が小さい場合はXRD測定で求める方が好ましく、結晶粒径が大きい場合はTEM観察で求める方が好ましいが、状況に応じて測定方法を選択するか、若しくは、両方の方法を併用して総合的に判断する事が好ましい。XRD測定若しくはTEM観察によって求められる磁性金属相の結晶粒径は、10nm以下である事が好ましく、より好ましくは5nm以下、更に好ましくは2nm以下である。これによって、たとえば、磁場中で熱処理を施す事によって、磁気的な異方性を付与し易くなり、主面内における保磁力差が大きくなり好ましい。また、結晶粒径が小さいという事はアモルファスに近付く事を意味しているため、高結晶性のものに比べて、電気抵抗が高くなり、これによって渦電流損失が低減しやすくなり好ましい。また、高結晶性のものに比べて耐食性、耐酸化性の点で優れるため好ましい。 The crystal grain size of the magnetic material (the crystal grain size of the main phase containing the magnetic metal) is preferably 10 nm or less. It is more preferably 5 nm or less, still more preferably 2 nm or less. The crystal grain size can be easily obtained from the XRD measurement. That is, the strongest peak among the peaks caused by the magnetic metal phase in XRD can be obtained from the diffraction angle and the half width by Scherrer's equation. Sherrer's equation is represented by D = 0.9λ / (βcosθ), where D is the grain size, λ is the measured X-ray wavelength, β is the full width at half maximum, and θ is the diffraction Bragg angle. The crystal grain size can also be determined by observing a large number of magnetic metal phases with a TEM (Transmission electron microscope, transmission electron microscope) and averaging the grain sizes. When the crystal particle size is small, it is preferable to obtain it by XRD measurement, and when the crystal particle size is large, it is preferable to obtain it by TEM observation. It is preferable to make a comprehensive judgment. The crystal grain size of the magnetic metal phase determined by XRD measurement or TEM observation is preferably 10 nm or less, more preferably 5 nm or less, still more preferably 2 nm or less. As a result, for example, by performing heat treatment in a magnetic field, it becomes easy to impart magnetic anisotropy, and the difference in coercive force in the main surface becomes large, which is preferable. Further, since the small crystal grain size means that the crystal grain size is close to amorphous, the electric resistance is higher than that of the highly crystalline one, which is preferable because the eddy current loss is easily reduced. Further, it is preferable because it is superior in corrosion resistance and oxidation resistance as compared with a highly crystalline one.

磁性体はFeとCoを含み体心立方構造(bcc)の結晶構造を有する部分を有することが好ましい。これによって磁気異方性が適度に大きく付与されやすく、上記の磁気特性が向上するため好ましい。また、面心立方構造(fcc)の結晶構造を部分的に有する「bccとfccの混相の結晶構造」であっても、磁気異方性が適度に大きく付与されやすく、上述の磁気特性が向上するため好ましい。 The magnetic material preferably contains Fe and Co and has a portion having a body-centered cubic structure (bcc) crystal structure. This is preferable because the magnetic anisotropy is easily imparted to a moderately large value and the above-mentioned magnetic characteristics are improved. Further, even in the case of "a mixed phase crystal structure of bcc and fcc" which partially has a face-centered cubic structure (fcc) crystal structure, magnetic anisotropy is likely to be imparted to a moderately large value, and the above-mentioned magnetic characteristics are improved. It is preferable to do so.

主面は、結晶的に配向している事が好ましい。配向方向としては、(110)面配向、(111)面配向、が好ましいが、より好ましくは(110)面配向である。磁性体の結晶構造が体心立方構造(bcc)の場合は(110)面配向が好ましく、磁性体の結晶構造が面心立方構造(fcc)の場合は(111)面配向が好ましい。これによって磁気異方性が適度に大きく付与されやすく、上記の磁気特性が向上するため好ましい。 The main surface is preferably crystallinely oriented. The orientation direction is preferably (110) plane orientation or (111) plane orientation, but more preferably (110) plane orientation. When the crystal structure of the magnetic material is a body-centered cubic structure (bcc), (110) plane orientation is preferable, and when the crystal structure of the magnetic material is a face-centered cubic structure (fcc), (111) plane orientation is preferable. This is preferable because the magnetic anisotropy is easily imparted to a moderately large value and the above-mentioned magnetic characteristics are improved.

また、更に好ましい配向方向としては、(110)[111]方向、(111)[110]方向が好ましいが、より好ましくは(110)[111]方向である。磁性体の結晶構造が体心立方構造(bcc)の場合は(110)[111]方向への配向が好ましく、磁性体の結晶構造が面心立方構造(fcc)の場合は(111)[110]方向への配向が好ましい。これによって磁気異方性が適度に大きく付与されやすく、上記の磁気特性が向上するため好ましい。尚本明細書において、「(110)[111]方向」とは、すべり面が(110)面又はそれに結晶学的に等価な面すなわち{110}面であり、すべり方向が[111]方向又はそれに結晶学的に等価な方向すなわち<111>方向をいう。(111)[110]方向に関しても同様である。すなわち、すべり面が(111)面又はそれに結晶学的に等価な面すなわち{111}面であり、すべり方向が[110]方向又はそれに結晶学的に等価な方向すなわち<110>方向をいう。 Further, as a more preferable orientation direction, the (110) [111] direction and the (111) [110] direction are preferable, but the (110) [111] direction is more preferable. When the crystal structure of the magnetic material is a body-centered cubic structure (bcc), the orientation in the (110) [111] direction is preferable, and when the crystal structure of the magnetic material is a face-centered cubic structure (fcc), (111) [110] ] Directional orientation is preferred. This is preferable because the magnetic anisotropy is easily imparted to a moderately large value and the above-mentioned magnetic characteristics are improved. In the present specification, the "(110) [111] direction" means that the slip plane is the (110) plane or a crystallographically equivalent plane, that is, the {110} plane, and the slip direction is the [111] direction or It refers to a crystallographically equivalent direction, that is, the <111> direction. (111) The same applies to the [110] direction. That is, the slip plane is the (111) plane or a plane crystallographically equivalent to it, that is, the {111} plane, and the slip direction is the [110] direction or the direction crystallographically equivalent to it, that is, the <110> direction.

磁性体の格子歪み(前記磁性金属を含んだ主相の格子歪み)は、0.01%以上10%以下が好ましく、より好ましくは0.01%以上5%以下、更に好ましくは0.01%以上1%以下、更に好ましくは0.01%以上0.5%以下にすることが好ましい。これによって、磁気異方性が適度に大きく付与されやすく(透磁率に差が生まれやすくなり)、磁気特性が向上するため好ましい。 The lattice strain of the magnetic material (lattice strain of the main phase containing the magnetic metal) is preferably 0.01% or more and 10% or less, more preferably 0.01% or more and 5% or less, and further preferably 0.01%. It is preferably 1% or more, more preferably 0.01% or more and 0.5% or less. This is preferable because magnetic anisotropy is likely to be imparted to a moderately large value (difference in magnetic permeability is likely to occur) and magnetic characteristics are improved.

尚、格子歪みは、X線回折法(XRD:X-ray Diffraction)で得られる線幅を詳細に解析する事によって算出できる。即ち、Halder−Wagnerプロット、Hall−Williamsonプロットを行う事によって、線幅の広がりの寄与分を、結晶粒径と格子歪みに分離する事ができる。これによって格子歪みを算出する事ができる。Halder−Wagnerプロットの方が信頼性の観点から好ましい。Halder−Wagnerプロットに関しては、例えば、N. C. Halder, C. N. J. Wagner, Acta Cryst. 20 (1966) 312−313.等を参照されたい。ここで、Halder−Wagnerプロットは、以下の式で表される。 The lattice strain can be calculated by analyzing in detail the line width obtained by the X-ray diffraction method (XRD). That is, by performing the Holder-Wagner plot and the Hall-Williamson plot, the contribution of the line width spread can be separated into the crystal grain size and the lattice strain. This makes it possible to calculate the lattice strain. The Holder-Wagner plot is preferred from the standpoint of reliability. For the Holder-Wagner plot, see, eg, N. et al. C. Halder, C.I. N. J. Wagner, Acta Cryst. 20 (1966) 312-313. Please refer to. Here, the Holder-Wagner plot is expressed by the following equation.

Figure 2021045036
Figure 2021045036

つまり、縦軸にβ/tanθ、横軸にβ/tanθsinθを取ってプロットし、その近似直線の傾きから結晶粒径Dを算出、また縦軸切片から格子歪みεを算出する。上記式のHalder−Wagnerプロットによる格子歪み(格子歪み(二乗平均平方根))が0.01%以上10%以下、より好ましくは0.01%以上5%以下、更に好ましくは0.01%以上1%以下、更に好ましくは0.01%以上0.5%以下であると、磁気異方性が適度に大きく付与されやすく、上述の磁気特性が向上するため好ましい。 That is, β 2 / tan 2 θ is plotted on the vertical axis and β / tan θ sin θ is plotted on the horizontal axis, the crystal grain size D is calculated from the slope of the approximate straight line, and the lattice strain ε is calculated from the vertical intercept. The lattice strain (lattice strain (root mean square)) by the Holder-Wagner plot of the above equation is 0.01% or more and 10% or less, more preferably 0.01% or more and 5% or less, and further preferably 0.01% or more 1 % Or less, more preferably 0.01% or more and 0.5% or less, because magnetic anisotropy is likely to be appropriately large and the above-mentioned magnetic characteristics are improved, which is preferable.

上記の格子歪み解析はXRDでのピークが複数検出できる場合には有効な手法であるが、一方でXRDでのピーク強度が弱く検出できるピークが少ない場合(例えば1つしか検出されない場合)は解析が困難である。この様な場合は、次の手順で格子歪みを算出する事が好ましい。まず、誘導結合プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)発光分光分析、エネルギー分散型X線分析(EDX:Energy dispersive X-ray Spectrometry)などで組成を求め、磁性金属元素Fe、Co、Niの3つの組成比を算出する(2つの磁性金属元素しかない場合は、2つの組成比。1つの磁性金属元素しかない場合は、1つの組成比(=100%))。次に、Fe−Co−Niの組成から理想的な格子面間隔dを算出する(文献値などを参照。場合によっては、その組成の合金を作製し、格子面間隔を測定によって算出する)。その後、測定した試料のピークの格子面間隔dと理想的な格子面間隔dとの差を求める事によって歪み量を求めることができる。つまりこの場合は、歪み量としては、(d−d)/d×100(%)、として算出される。以上、格子歪みの解析は、ピーク強度の状態に応じて上述の2つの手法を使い分け、また場合によっては両方を併用しながら評価するのが好ましい。 The above lattice strain analysis is an effective method when multiple peaks in XRD can be detected, but on the other hand, when the peak intensity in XRD is weak and there are few peaks that can be detected (for example, when only one is detected), analysis is performed. Is difficult. In such a case, it is preferable to calculate the lattice strain by the following procedure. First, the composition was determined by inductively coupled plasma (ICP: Inductively Coupled Plasma) emission spectroscopic analysis, energy dispersive X-ray analysis (EDX: Energy dispersive X-ray Spectrum), etc., and the three compositions of magnetic metal elements Fe, Co, and Ni were obtained. Calculate the ratio (two composition ratios when there are only two magnetic metal elements; one composition ratio (= 100%) when there is only one magnetic metal element). Next, the ideal lattice spacing d 0 is calculated from the composition of Fe—Co—Ni (see literature values, etc. In some cases, an alloy having that composition is prepared and the lattice spacing is calculated by measurement). .. After that, the amount of strain can be obtained by finding the difference between the grid plane spacing d of the peaks of the measured sample and the ideal grid plane spacing d 0. That is, in this case, the amount of distortion is calculated as (d−d 0 ) / d 0 × 100 (%). As described above, it is preferable to analyze the lattice strain by using the above-mentioned two methods properly according to the state of the peak intensity, and in some cases, using both of them in combination.

磁性体の結晶子は、主面内で一方向に数珠繋ぎになっているか、若しくは、結晶子が棒状であり且つ主面内で一方向に配向しているかどちらかである事が好ましい。これによって磁気異方性が適度に大きく付与されやすく、上記の磁気特性が向上するため好ましい。 It is preferable that the crystallites of the magnetic material are beaded in one direction in the main plane, or the crystallites are rod-shaped and oriented in one direction in the main plane. This is preferable because the magnetic anisotropy is easily imparted to a moderately large value and the above-mentioned magnetic characteristics are improved.

図14は、本実施形態の磁性体の凹部又は凸部を有する磁性体の例を示す模式図である。尚、磁性体は、図14のように、主面上に、第1方向に配列した長さ1μm以上、幅0.1μm以上、アスペクト比が2以上の複数の凹部と複数の凸部の一方又は両方を有することが好ましい。アスペクト比は、長手の方向のサイズ/短手の方向のサイズで定義される。つまり、幅よりも長さの方が大きい(長い)場合、アスペクト比は長さ/幅で定義され、長さよりも幅の方が大きい(長い)場合、アスペクト比は幅/長さで定義される。幅より長さの方が大きい(長い)方が、磁気的に一軸異方性を有しやすくなり、より好ましい。また、主面上で凹部又は凸部が第1方向に配列している。ここで「第1方向に配列」とは、凹部又は凸部の長さ及び幅のうち長いほうが第1方向に平行に配列していることをいう。なお、凹部又は凸部の長さ及び幅のうち長いほうが、第1方向に平行な方向から±30度以内に配列されていれば、「第1方向に配列している」ものとする。これらによって、磁性体が、形状磁気異方性の効果によって、第1方向に磁気的に一軸異方性を有しやすくなり(透磁率に差が生まれやすくなり)好ましい。この観点においては、更に好ましくは、幅1μm以上、長さ10μm以上が好ましい。アスペクト比は5以上が好ましく、更に好ましくは10以上が好ましい。また、このような凹部又は凸部を備える事によって、磁性体を圧粉化して圧粉材料を合成する際の磁性体同士の密着性が向上し(凹部又は凸部が粒子同士をくっつけるアンカーリングの効果をもたらす)、これによって、強度、硬度などの機械的特性や熱的安定性が向上するため好ましい。尚、扁平回転楕円体のように主面が磁性体内部にある場合は、主面に対して垂直方向から見た表面上に、第1方向に配列した長さ1μm以上、幅0.1μm以上、アスペクト比が2以上の複数の凹部と複数の凸部の一方又は両方を有することが好ましい。 FIG. 14 is a schematic view showing an example of a magnetic material having a concave portion or a convex portion of the magnetic material of the present embodiment. As shown in FIG. 14, the magnetic material is one of a plurality of concave portions and a plurality of convex portions arranged in the first direction on the main surface, having a length of 1 μm or more, a width of 0.1 μm or more, and an aspect ratio of 2 or more. Or it is preferable to have both. The aspect ratio is defined by the size in the longitudinal direction / the size in the lateral direction. That is, if the length is larger (longer) than the width, the aspect ratio is defined by length / width, and if the width is larger (longer) than the length, the aspect ratio is defined by width / length. To. It is more preferable that the length is larger (longer) than the width because it tends to have uniaxial anisotropy magnetically. Further, the concave portions or the convex portions are arranged in the first direction on the main surface. Here, "arranged in the first direction" means that the longer of the length and width of the concave portion or the convex portion is arranged parallel to the first direction. If the longer of the length and width of the concave portion or the convex portion is arranged within ± 30 degrees from the direction parallel to the first direction, it is considered that the concave portion or the convex portion is "arranged in the first direction". As a result, the magnetic material tends to have uniaxial anisotropy magnetically in the first direction due to the effect of shape magnetic anisotropy (a difference in magnetic permeability tends to occur), which is preferable. From this viewpoint, the width is more preferably 1 μm or more and the length is more preferably 10 μm or more. The aspect ratio is preferably 5 or more, more preferably 10 or more. Further, by providing such a concave portion or a convex portion, the adhesion between the magnetic materials when pulverizing the magnetic material and synthesizing the powder material is improved (anchoring in which the concave portion or the convex portion attaches the particles to each other). This is preferable because it improves mechanical properties such as strength and hardness and thermal stability. When the main surface is inside the magnetic material like a flat spheroid, the length is 1 μm or more and the width is 0.1 μm or more arranged in the first direction on the surface viewed from the direction perpendicular to the main surface. , It is preferable to have one or both of a plurality of concave portions and a plurality of convex portions having an aspect ratio of 2 or more.

図14では、磁性体2、主面2a、凹部12a、凸部12bが示されている。同図では扁平粒子を例として示したが、薄帯(リボン)、薄膜、厚膜、板状部材であっても良い。 In FIG. 14, the magnetic body 2, the main surface 2a, the concave portion 12a, and the convex portion 12b are shown. In the figure, flat particles are shown as an example, but they may be a thin band (ribbon), a thin film, a thick film, or a plate-shaped member.

前記磁性体は、磁性体の表面の少なくとも一部が、厚さ0.1nm以上1μm以下で、酸素(O)、炭素(C)、窒素(N)及びフッ素(F)からなる群より選ばれる少なくとも1つの第2の元素を含む被覆層で覆われている事が好ましい。 The magnetic material is selected from the group consisting of oxygen (O), carbon (C), nitrogen (N) and fluorine (F), at least a part of the surface of the magnetic material having a thickness of 0.1 nm or more and 1 μm or less. It is preferably covered with a coating layer containing at least one second element.

被覆層は、Mg、Al、Si、Ca、Zr、Ti、Hf、Zn、Mn、Ba、Sr、Cr、Mo、Ag、Ga、Sc、V、Y、Nb、Pb、Cu、In、Sn及び希土類元素からなる群より選ばれる少なくとも1つの非磁性金属を含み、且つ、酸素(O)、炭素(C)、窒素(N)及びフッ素(F)からなる群より選ばれる少なくとも1つの第2の元素を含む事がより好ましい。非磁性金属としては、Al、Siが熱的安定性の観点から特に好ましい。磁性体がMg、Al、Si、Ca、Zr、Ti、Hf、Zn、Mn、Ba、Sr、Cr、Mo、Ag、Ga、Sc、V、Y、Nb、Pb、Cu、In、Sn及び希土類元素からなる群より選ばれる少なくとも1つの非磁性金属を含む場合は、被覆層は、磁性体の構成成分の1つである非磁性金属と同じ非磁性金属を少なくとも1つ含むことがより好ましい。酸素(O)、炭素(C)、窒素(N)及びフッ素(F)の中では、酸素(O)を含む事が好ましく、酸化物、複合酸化物である事が好ましい。以上は、被覆層形成の容易性、耐酸化性、熱的安定性の観点からである。以上によって、磁性体と被覆層の密着性を向上出来、磁性楔の熱的安定性及び耐酸化性を向上させることが可能となる。被覆層は、磁性体の熱的安定性や耐酸化性を向上させるのみならず、磁性体の電気抵抗を向上させることが出来る。電気抵抗を高くすることによって、渦電流損失を抑制し、透磁率の周波数特性を向上することが可能になる。このため、被覆層14は電気的に高抵抗であることが好ましく、例えば1mΩ・cm以上の抵抗値を有することが好ましい。 The coating layer includes Mg, Al, Si, Ca, Zr, Ti, Hf, Zn, Mn, Ba, Sr, Cr, Mo, Ag, Ga, Sc, V, Y, Nb, Pb, Cu, In, Sn and A second second that contains at least one non-magnetic metal selected from the group consisting of rare earth elements and is selected from the group consisting of oxygen (O), carbon (C), nitrogen (N) and fluorine (F). It is more preferable to contain an element. As the non-magnetic metal, Al and Si are particularly preferable from the viewpoint of thermal stability. Magnetic materials are Mg, Al, Si, Ca, Zr, Ti, Hf, Zn, Mn, Ba, Sr, Cr, Mo, Ag, Ga, Sc, V, Y, Nb, Pb, Cu, In, Sn and rare earths. When containing at least one non-magnetic metal selected from the group consisting of elements, it is more preferable that the coating layer contains at least one non-magnetic metal which is the same as the non-magnetic metal which is one of the constituents of the magnetic material. Among oxygen (O), carbon (C), nitrogen (N) and fluorine (F), oxygen (O) is preferably contained, and oxides and composite oxides are preferable. The above is from the viewpoint of ease of coating layer formation, oxidation resistance, and thermal stability. As described above, the adhesion between the magnetic material and the coating layer can be improved, and the thermal stability and oxidation resistance of the magnetic wedge can be improved. The coating layer can not only improve the thermal stability and oxidation resistance of the magnetic material, but also improve the electrical resistance of the magnetic material. By increasing the electric resistance, it becomes possible to suppress the eddy current loss and improve the frequency characteristic of the magnetic permeability. Therefore, the coating layer 14 preferably has a high electrical resistance, and preferably has a resistance value of, for example, 1 mΩ · cm or more.

また、被覆層の存在は、磁気的な観点からも好ましい。磁性体は、扁平面のサイズに対して厚さのサイズが小さいため、疑似的な薄膜と見なす事が出来る。この時、磁性体の表面に被覆層を形成させて一体化させたものは、疑似的な積層薄膜構造と見なす事が出来、磁区構造がエネルギー的に安定化する。これによって、保磁力を低減させる事(これによってヒステリシス損失が低減)が可能になり、好ましい。この時、透磁率も大きくなり好ましい。このような観点においては、被覆層は非磁性である事がより好ましい(磁区構造が安定化しやすくなる)。 The presence of the coating layer is also preferable from the magnetic point of view. Since the thickness of the magnetic material is smaller than the size of the flat surface, it can be regarded as a pseudo thin film. At this time, the structure in which the coating layer is formed on the surface of the magnetic material and integrated is regarded as a pseudo laminated thin film structure, and the magnetic domain structure is energetically stabilized. This makes it possible to reduce the coercive force (which reduces the hysteresis loss), which is preferable. At this time, the magnetic permeability is also increased, which is preferable. From this point of view, it is more preferable that the coating layer is non-magnetic (the magnetic domain structure is easily stabilized).

被覆層の厚みは、熱的安定性・耐酸化性・電気抵抗の観点からは、厚ければ厚い程好ましい。しかしながら、被覆層の厚さが厚くなりすぎると、飽和磁化が小さくなるため透磁率も小さくなり好ましくない。また、磁気的な観点からも、厚さが厚くなりすぎると、「磁区構造が安定化して低保磁力化・低損失化・高透磁率化する効果」は低減する。以上を考慮して、好ましい被覆層の厚さは、0.1nm以上1μm以下、より好ましくは0.1nm以上100m以下である。 From the viewpoint of thermal stability, oxidation resistance, and electrical resistance, the thicker the coating layer, the more preferable it is. However, if the thickness of the coating layer becomes too thick, the saturation magnetization becomes small and the magnetic permeability becomes small, which is not preferable. Also, from a magnetic point of view, if the thickness becomes too thick, the "effect of stabilizing the magnetic domain structure to reduce the coercive force, reduce the loss, and increase the magnetic permeability" is reduced. In consideration of the above, the thickness of the coating layer is preferably 0.1 nm or more and 1 μm or less, and more preferably 0.1 nm or more and 100 m or less.

磁性体の間に、酸素(O)、炭素(C)、窒素(N)及びフッ素(F)からなる群より選ばれる少なくとも1つの元素を含有する介在相を有することが好ましい。これによって、介在相の電気抵抗が高くなり、磁性楔の渦電流損を低減することができるためである。この観点においては、磁性体よりも介在相の電気抵抗が高いことが好ましい。介在相は、磁性体を取り囲んで存在するため、扁平粒子の耐酸化性、熱的安定性を向上させる事ができ好ましい。この中で酸素を含むものは、高い耐酸化性、高い熱的安定性の観点からより好ましい。介在相は、磁性体同士を機械的に接着する役割も担っているため、高い強度の観点からも好ましい。例えば図10に介在相20が示されているが、介在相20の形態はこれに限定されない。 It is preferable to have an intervening phase between the magnetic materials containing at least one element selected from the group consisting of oxygen (O), carbon (C), nitrogen (N) and fluorine (F). This is because the electrical resistance of the intervening phase is increased and the eddy current loss of the magnetic wedge can be reduced. From this point of view, it is preferable that the electrical resistance of the intervening phase is higher than that of the magnetic material. Since the intervening phase exists surrounding the magnetic material, it is preferable because it can improve the oxidation resistance and thermal stability of the flat particles. Among these, those containing oxygen are more preferable from the viewpoint of high oxidation resistance and high thermal stability. The intervening phase also plays a role of mechanically adhering the magnetic materials to each other, and is therefore preferable from the viewpoint of high strength. For example, the intervening phase 20 is shown in FIG. 10, but the form of the intervening phase 20 is not limited to this.

また介在相は、磁性体同士を機械的に接着する役割も担っているため、ガラス繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維、PBO繊維、ポリアリレート繊維、ポリエチレン繊維、ポリオレフィン繊維、ビニロン繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維から選択される少なくとも1つ以上の補強材料を混合することが好ましい。 In addition, since the intervening phase also plays a role of mechanically adhering magnetic materials to each other, glass fiber, carbon fiber, silicon carbide fiber, boron fiber, alumina fiber, aramid fiber, PBO fiber, polyarylate fiber, polyethylene fiber, It is preferable to mix at least one or more reinforcing materials selected from polyolefin fibers, vinylon fibers, polyester fibers, and nylon fibers.

また、本実施形態の磁性楔においては、磁性楔の内部に非磁性体を配設することによって、回転方向の透磁率を低くし、磁性楔を介して鉄心ティース間を流れる漏れ磁束の一層の低減を図ることができる。 Further, in the magnetic wedge of the present embodiment, by disposing a non-magnetic material inside the magnetic wedge, the magnetic permeability in the rotation direction is lowered, and the leakage magnetic flux flowing between the iron core teeth via the magnetic wedge is further increased. It can be reduced.

また、本実施形態の磁性楔は、磁性楔の表面を樹脂で覆うことによって、磁性楔の機械的な強度を一層高めることができる。この場合、樹脂は、特に限定されないが、ポリエステル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリブタジエン系樹脂、テフロン(登録商標)系樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、ABS樹脂、ニトリル−ブタジエン系ゴム、スチレン−ブタジエン系ゴム、シリコーン樹脂、その他の合成ゴム、天然ゴム、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アリル樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、アミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド樹脂、或いはそれらの共重合体が用いられる。特に、耐熱性の高いシリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、を含むことが好ましい。 Further, in the magnetic wedge of the present embodiment, the mechanical strength of the magnetic wedge can be further increased by covering the surface of the magnetic wedge with a resin. In this case, the resin is not particularly limited, but is a polyester resin, a polyethylene resin, a polystyrene resin, a polyvinyl chloride resin, a polyvinyl butyral resin, a polyvinyl alcohol resin, a polybutadiene resin, a Teflon (registered trademark) resin, and a polyurethane. Resins, cellulose resins, ABS resins, nitrile-butadiene rubbers, styrene-butadiene rubbers, silicone resins, other synthetic rubbers, natural rubbers, epoxy resins, phenolic resins, allyl resins, polybenzoimidazole resins, amide resins, A polyimide resin, a polyamideimide resin, or a copolymer thereof is used. In particular, it is preferable to contain a silicone resin or a polyimide resin having high heat resistance.

次に、本実施形態の効果について説明する。 Next, the effect of this embodiment will be described.

ここでは、一例として、ラジアルギャップ型回転電機を対象とした有限要素法による電磁場数値解析の結果を表1に示す。実施例は、磁性体の主面を回転電機の軸方向と垂直に配置し形成され、磁性体の主面内で方向によって透磁率に差を有する磁性楔である。即ち、軸方向透磁率μz、回転方向透磁率μθ、径方向透磁率μrの3方向の透磁率に差を有し、径方向、回転方向、軸方向の順番で透磁率が高くなるように(径方向透磁率μr>回転方向透磁率μθ>軸方向透磁率μzとなるように)配置してある。 Here, as an example, Table 1 shows the results of the electromagnetic field numerical analysis by the finite element method for the radial gap type rotary electric machine. An embodiment is a magnetic wedge formed by arranging the main surface of a magnetic material perpendicular to the axial direction of a rotating electric machine and having a difference in magnetic permeability depending on the direction in the main surface of the magnetic material. That is, there is a difference in the magnetic permeability in the three directions of the axial magnetic permeability μz, the rotational magnetic permeability μθ, and the radial magnetic permeability μr, and the magnetic permeability increases in the order of the radial direction, the rotational direction, and the axial direction ( The radial magnetic permeability μr> the rotational magnetic permeability μθ> the axial magnetic permeability μz).

Figure 2021045036
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一方、比較例は、磁性体の主面を回転電機の軸方向と垂直に配置し形成され、主面内の全方向において透磁率が等しい磁性楔である。即ち、回転方向、径方向の2方向に透磁率の差を付与することができない(径方向透磁率μr=回転方向透磁率μθ>軸方向透磁率μzとなる)。 On the other hand, a comparative example is a magnetic wedge formed by arranging the main surface of a magnetic material perpendicular to the axial direction of a rotary electric machine and having the same magnetic permeability in all directions in the main surface. That is, it is not possible to impart a difference in magnetic permeability in the two directions of the rotation direction and the radial direction (radial magnetic permeability μr = rotational magnetic permeability μθ> axial magnetic permeability μz).

実施例と比較例を比べることによって、磁性体の主面を回転電機の軸方向と垂直に配置し形成される磁性楔において、磁性体の主面内に磁気異方性を付与して回転方向透磁率μθを径方向透磁率μrよりも低くしたときの効果を検証することができる。 By comparing the examples and the comparative examples, in the magnetic wedge formed by arranging the main surface of the magnetic material perpendicular to the axial direction of the rotating electric machine, magnetic anisotropy is imparted to the main surface of the magnetic material and the rotation direction is applied. It is possible to verify the effect when the magnetic permeability μθ is lower than the radial magnetic permeability μr.

表1の解析結果から明らかなように、実施例の磁性楔は、比較例の磁性楔よりも、回転方向透磁率μθが低くなるため、漏れ磁束の比率が小さくでき、回転電機の効率向上に好適な磁性楔であることが分かる。又、今回の解析においては、空隙磁束分布の脈動緩和による損失減少と、有効磁束増加によるトルク増加が、回転電機の効率向上に寄与していることが確認されるが、どちらか一方だけでも構わない。 As is clear from the analysis results in Table 1, the magnetic wedge of the example has a lower magnetic permeability μθ in the rotational direction than the magnetic wedge of the comparative example, so that the ratio of the leakage magnetic flux can be reduced, which improves the efficiency of the rotating electric machine. It turns out that it is a suitable magnetic wedge. Further, in this analysis, it is confirmed that the loss reduction due to the pulsation relaxation of the void magnetic flux distribution and the torque increase due to the increase in the effective magnetic flux contribute to the improvement of the efficiency of the rotating electric machine, but only one of them may be used. Absent.

ここでは、磁性体を軸方向に積層し形成される磁性楔において、磁性体の主面内に磁気異方性を付与して回転方向透磁率μθを径方向透磁率μrよりも低くしたときの効果を示したが、磁性体の主面を回転電機の回転方向と垂直に配置し形成される磁性楔において、磁性体の主面に磁気異方性を付与して軸方向透磁率μzを径方向透磁率μrよりも低くしたときの効果、つまり、径方向透磁率μr>軸方向透磁率μz>回転方向透磁率μθの場合と、径方向透磁率μr=軸方向透磁率μz>回転方向透磁率μθの場合の、効果の差)も同様に確認することができる。 Here, in a magnetic wedge formed by laminating magnetic materials in the axial direction, when magnetic anisotropy is imparted in the main surface of the magnetic material to make the rotational magnetic permeability μθ lower than the radial magnetic permeability μr. Although the effect was shown, in a magnetic wedge formed by arranging the main surface of the magnetic material perpendicular to the rotation direction of the rotating electric machine, magnetic anisotropy is imparted to the main surface of the magnetic material to increase the axial magnetic permeability μz. The effect when it is lower than the directional magnetic permeability μr, that is, when the radial magnetic permeability μr> the axial magnetic permeability μz> the rotational magnetic permeability μθ, and the radial magnetic permeability μr = the axial magnetic permeability μz> the rotational magnetic permeability The difference in effect) in the case of magnetic permeability μθ can also be confirmed in the same manner.

尚、アキシャル型回転電機に対しても、本実施形態の磁性楔の効果を同様に確認することができる。 The effect of the magnetic wedge of the present embodiment can be similarly confirmed for the axial rotary electric machine.

本実施の形態の磁性楔によれば、漏れ磁束の増加を最小限に抑えて、鉄心表面部における磁束分布の脈動を効果的に緩和できる磁性楔を提供し、回転電機の効率を向上させる事が可能となる。場合によっては、有効磁束(主磁束)を増加し、回転電機のトルクも向上させる事ができる。また、磁性楔を、主面を有する磁性体を用いて構成する事によって、3方向での透磁率の制御幅を大きくする事ができ、回転電機の効率を向上させる事ができる。また、製造が容易となり製造歩留りが向上し、製造コストを低減できる。 According to the magnetic wedge of the present embodiment, the increase of the leakage flux is minimized, the magnetic wedge capable of effectively relaxing the pulsation of the magnetic flux distribution on the surface of the iron core is provided, and the efficiency of the rotary electric machine is improved. Is possible. In some cases, the effective magnetic flux (main magnetic flux) can be increased, and the torque of the rotating electric machine can also be improved. Further, by forming the magnetic wedge using a magnetic material having a main surface, the control range of the magnetic permeability in three directions can be increased, and the efficiency of the rotary electric machine can be improved. In addition, manufacturing becomes easy, manufacturing yield is improved, and manufacturing cost can be reduced.

(第2の実施形態)
本実施形態の回転電機は、第1の実施形態の磁性楔を備えることを特徴とする。したがって、第1の実施形態と重複する内容については記載を省略する。本明細書において、回転電機とは、電動機(モータ)、発電機(ジェネレータ)、及び必要に応じてモータ及びジェネレータの双方の機能を果たすモータ・ジェネレータの何れをも含む概念を意味する。
(Second embodiment)
The rotary electric machine of the present embodiment is characterized by including the magnetic wedge of the first embodiment. Therefore, the description of the contents overlapping with the first embodiment will be omitted. In the present specification, the rotary electric machine means a concept including any of an electric motor (motor), a generator (generator), and, if necessary, a motor / generator that functions as both a motor and a generator.

本実施形態のラジアルギャップ型モータは、主面を有する磁性体を空隙面に対し主面が略垂直となるように配置し、軸方向透磁率、回転方向透磁率、径方向透磁率の3方向の透磁率に差を付与した磁性楔を有することを特徴とする。 In the radial gap type motor of the present embodiment, the magnetic material having the main surface is arranged so that the main surface is substantially perpendicular to the void surface, and there are three directions of axial magnetic permeability, rotational magnetic permeability, and radial magnetic permeability. It is characterized by having a magnetic wedge having a difference in magnetic permeability.

図15は、本実施形態のラジアルギャップ型回転電機の一例を示す模式図である。図15は、本実施形態のラジアルギャップ型モータの一例である。ラジアルギャップ型回転電機は、回転子と、この回転子に対して径方向に所定の空隙をもって対向配置される固定子を有する。図15では、回転子は固定子の内側に配置されているが、外側に配置されていても構わない。回転子は、回転子鉄心と軸を備えており、回転できるように支持されている。一方、固定子は、固定子鉄心と、固定子鉄心のスロットに挿置した界磁コイルと、スロット開口部の楔溝に保持された磁性楔を備える。図15では、該磁性楔は、径方向透磁率μrが回転方向透磁率μθ及び軸方向透磁率μzよりも高くなるように配置されている場合を一例として示しているがこれに限定されない。 FIG. 15 is a schematic view showing an example of the radial gap type rotary electric machine of the present embodiment. FIG. 15 is an example of the radial gap type motor of this embodiment. The radial gap type rotary electric machine has a rotor and a stator arranged so as to face the rotor with a predetermined gap in the radial direction. In FIG. 15, the rotor is arranged inside the stator, but it may be arranged outside. The rotor has a rotor core and a shaft and is supported so that it can rotate. On the other hand, the stator includes a stator core, a field coil inserted in the slot of the stator core, and a magnetic wedge held in a wedge groove at the slot opening. FIG. 15 shows, as an example, a case where the magnetic wedge is arranged so that the radial magnetic permeability μr is higher than the rotational magnetic permeability μθ and the axial magnetic permeability μz, but the present invention is not limited to this.

このように磁性楔において、軸方向透磁率μz、回転方向透磁率μθ、径方向透磁率μrの3方向の透磁率に差を有する事によって、漏れ磁束の増加を抑えながら、回転子表面部に生じる高調波損失の低減を図ることが可能となる。また、空隙を通過する磁束が増加するため、ラジアルギャップ型モータのトルクは増大される。以上の損失低減効果とトルク増加効果のいずれかもしくは両方によって、高効率化を実現することができる。 In this way, the magnetic wedge has a difference in magnetic permeability in the three directions of axial magnetic permeability μz, rotational magnetic permeability μθ, and radial magnetic permeability μr, so that the increase in leakage magnetic flux can be suppressed and the rotor surface can be pressed. It is possible to reduce the generated harmonic loss. Further, since the magnetic flux passing through the gap increases, the torque of the radial gap type motor is increased. High efficiency can be achieved by either or both of the above loss reduction effect and torque increase effect.

尚、図では、扁平粒子を使用しているが、薄帯(リボン)、薄膜、厚膜、板状部材の磁性体を使用しても良い。 In the figure, flat particles are used, but a thin band (ribbon), a thin film, a thick film, or a magnetic material of a plate-like member may be used.

鉄心の材料としては、磁性薄板の積層コア、磁性粒子を圧縮成形した圧粉コア、フェライトコア等のいずれを採用しても構わない。 As the material of the iron core, any of a laminated core of magnetic thin plates, a dust core obtained by compression molding magnetic particles, a ferrite core and the like may be adopted.

特に、磁性薄板の積層コアを採用したラジアルギャップ型モータにおいては、磁性楔に含まれる磁性体の主面と積層コアを形成する磁性薄板の主面を平行に配置した場合においては、渦電流損を低減することができるため、特に好ましい。 In particular, in a radial gap type motor that employs a laminated core of magnetic thin plates, eddy current loss occurs when the main surface of the magnetic material contained in the magnetic wedge and the main surface of the magnetic thin plate forming the laminated core are arranged in parallel. Is particularly preferable because it can reduce the amount of

又、ラジアルギャップ型モータとしては、回転子に導体を備えたもの(誘導モータ)、永久磁石を備えたもの(永久磁石モータ)、磁性体を備えたもの(リラクタンスモータ)の何れであっても構わない。 The radial gap type motor may be a rotor equipped with a conductor (induction motor), a permanent magnet (permanent magnet motor), or a magnetic material (reluctance motor). I do not care.

本実施形態のアキシャルギャップ型モータは、主面を有する磁性体を空隙面に対し主面が略垂直となるように配置し、軸方向透磁率、回転方向透磁率、径方向透磁率の3方向の透磁率に差を付与した磁性楔を有することを特徴とする。 In the axial gap type motor of the present embodiment, the magnetic material having the main surface is arranged so that the main surface is substantially perpendicular to the void surface, and the axial magnetic permeability, the rotational magnetic permeability, and the radial magnetic permeability are three directions. It is characterized by having a magnetic wedge having a difference in magnetic permeability.

図16は、本実施形態のアキシャルギャップ型回転電機の一例を示す模式図である。図16は、本実施形態のアキシャルギャップ型モータの一例である。アキシャルギャップ型モータは、回転子と、この回転子に対して軸方向に所定の空隙を隔てて対向配置される固定子を有し、固定子に、固定子鉄心と、固定子鉄心のスロットに挿置した界磁コイルと、スロット開口部の楔溝に保持された磁性楔を備える。図16では、該磁性楔は、軸方向透磁率μzが径方向透磁率μr及び回転方向透磁率μθよりも高くなるように配置されている場合を一例として示しているがこれに限定されない。このように磁性楔において、軸方向透磁率μz、回転方向透磁率μθ、径方向透磁率μrの3方向の透磁率に差を有する事によって、漏れ磁束の増加を抑えながら、回転子表面部に生じる高調波損失の低減を図ることが可能となる。又、空隙を通過する磁束が増加するため、アキシャルギャップ型モータのトルクは増大される。以上により、高効率化を実現することができる。 FIG. 16 is a schematic view showing an example of the axial gap type rotary electric machine of the present embodiment. FIG. 16 is an example of the axial gap type motor of this embodiment. The axial gap type motor has a rotor and a stator that are arranged so as to face the rotor with a predetermined gap in the axial direction, and in the stator, in the stator core, and in the slots of the stator core. It includes an inserted field coil and a magnetic wedge held in the wedge groove of the slot opening. FIG. 16 shows, as an example, a case where the magnetic wedge is arranged so that the axial magnetic permeability μz is higher than the radial magnetic permeability μr and the rotational magnetic permeability μθ, but the present invention is not limited to this. In this way, the magnetic wedge has a difference in magnetic permeability in the three directions of axial magnetic permeability μz, rotational magnetic permeability μθ, and radial magnetic permeability μr, so that the increase in leakage magnetic flux can be suppressed and the rotor surface can be pressed. It is possible to reduce the generated harmonic loss. Further, since the magnetic flux passing through the gap increases, the torque of the axial gap type motor is increased. As a result, high efficiency can be realized.

図16では、回転子は2つの固定子の間に配置されているが、1つの固定子の片側もしくは両側に配置されていても構わない。 In FIG. 16, the rotor is arranged between the two stators, but it may be arranged on one side or both sides of one stator.

尚、図16では、扁平粒子を使用しているが、薄帯(リボン)、薄膜、厚膜、板状部材の磁性体を使用しても良い。 Although flat particles are used in FIG. 16, magnetic materials such as a thin band (ribbon), a thin film, a thick film, and a plate-like member may be used.

鉄心の材料としては 、磁性薄板の積層コア、磁性粒子を圧縮成形した圧粉コア、フェライトコア等のいずれを採用しても構わない。特に、磁性薄板の積層コアを採用したアキシャルギャプ型モータにおいては、磁性楔に含まれる磁性体の主面と積層コアを形成する磁性薄板の主面を平行に配置した場合においては、渦電流損を低減することができるため、特に好ましい。 As the material of the iron core, any of a laminated core of magnetic thin plates, a dust core obtained by compression molding magnetic particles, a ferrite core, and the like may be adopted. In particular, in an axial gap type motor that employs a laminated core of magnetic thin plates, eddy current loss occurs when the main surface of the magnetic material contained in the magnetic wedge and the main surface of the magnetic thin plate forming the laminated core are arranged in parallel. Is particularly preferable because it can reduce the amount of

本実施形態の発電機は、主面を有する磁性体を空隙面に対し主面が略垂直となるように配置し、軸方向、回転方向、径方向の3方向で透磁率に差を付与した磁性楔を有することを特徴とする。 In the generator of the present embodiment, the magnetic material having the main surface is arranged so that the main surface is substantially perpendicular to the void surface, and the magnetic permeability is given a difference in the three directions of the axial direction, the rotation direction, and the radial direction. It is characterized by having a magnetic wedge.

図17は、本実施形態の発電機の一例を示す模式図である。発電機は、通常、回転子鉄心のスロットに励磁コイルを収納する回転子(この他、永久磁石を励磁源とした回転子を採用しても良い)と、固定子鉄心のスロットに電機子コイルを収納する固定子を有し、回転子を回転させて、且つ、前記励磁コイルに励磁電流を流すことで、前記電機子コイルに電力を発電する。回転子は、回転子鉄心と、回転子鉄心のスロットに挿置した界磁コイルと、スロット開口部の楔溝に保持された磁性楔を備え、軸受によって回転できるように支持される。図17では、該磁性楔は、径方向透磁率μrが回転方向透磁率μθ及び軸方向透磁率μzよりも高くなるように配置されている場合を一例として示しているがこれに限定されない。 FIG. 17 is a schematic view showing an example of the generator of the present embodiment. The generator usually has a rotor that houses the exciting coil in the slot of the rotor core (in addition, a rotor that uses a permanent magnet as the excitation source may be adopted) and an armature coil in the slot of the stator core. By having a stator that houses the stator, rotating the rotor, and passing an exciting current through the exciting coil, power is generated in the armature coil. The rotor includes a rotor core, a field coil inserted in the slot of the rotor core, and a magnetic wedge held in a wedge groove at the slot opening, and is supported so as to be rotatable by a bearing. FIG. 17 shows, as an example, a case where the magnetic wedge is arranged so that the radial magnetic permeability μr is higher than the rotational magnetic permeability μθ and the axial magnetic permeability μz, but the present invention is not limited to this.

このように磁性楔において、軸方向透磁率μz、回転方向透磁率μθ、径方向透磁率μrの3方向の透磁率に差を有する事によって、漏れ磁束の増加を抑えながら、固定子表面部に生じる高調波損失を低減することが可能となる。また、空隙を通過し電機子コイルと鎖交する磁束が増加するため、電機子コイルに誘起される発電電圧は増大する。以上により、高効率化を実現することができる。 In this way, in the magnetic wedge, by having a difference in magnetic permeability in three directions of axial magnetic permeability μz, rotational magnetic permeability μθ, and radial magnetic permeability μr, the increase in leakage magnetic flux is suppressed and the stator surface is formed. It is possible to reduce the generated harmonic loss. Further, since the magnetic flux passing through the gap and interlinking with the armature coil increases, the generated voltage induced in the armature coil increases. As a result, high efficiency can be realized.

図17では、回転子鉄心のスロット開口部に磁性楔が配置されているが、固定子鉄心のスロット開口部に配置されていても構わない。又、図では、回転子に励磁コイルを備えた巻線式の発電機を示したが、回転子に永久磁石を備えた永久磁石式の発電機であっても良い。この場合、磁性楔は固定子鉄心のスロット開口部に配置される。 In FIG. 17, the magnetic wedge is arranged in the slot opening of the rotor core, but it may be arranged in the slot opening of the stator core. Further, in the figure, a winding type generator in which the rotor is provided with an exciting coil is shown, but a permanent magnet type generator in which the rotor is provided with a permanent magnet may be used. In this case, the magnetic wedge is placed in the slot opening of the stator core.

図17では、扁平粒子を使用しているが、薄帯(リボン)、薄膜、厚膜、板状部材の磁性体を使用しても良い。 In FIG. 17, flat particles are used, but a thin band (ribbon), a thin film, a thick film, or a magnetic material of a plate-like member may be used.

鉄心の材料としては、磁性薄板の積層コア、磁性粒子を圧縮成形した圧粉コア、フェライトコア等のいずれを採用しても構わない。特に、磁性薄板の積層コアを採用した発電機においては、磁性楔に含まれる磁性体の主面と積層コアを形成する磁性薄板の主面を平行に配置した場合においては、渦電流損を低減することができるため、特に好ましい。 As the material of the iron core, any of a laminated core of magnetic thin plates, a dust core obtained by compression molding magnetic particles, a ferrite core and the like may be adopted. In particular, in a generator using a laminated core of magnetic thin plates, eddy current loss is reduced when the main surface of the magnetic material contained in the magnetic wedge and the main surface of the magnetic thin plates forming the laminated core are arranged in parallel. It is particularly preferable because it can be used.

リニアモータはラジアルギャップ型モータを展開し平板状の構造としたものであるため、本発明の磁性楔をリニアモータに適用することも可能である。即ち、固定子は固定子鉄心と、固定子鉄心のスロットに挿置した界磁コイルを備え、スロット開口部に磁性楔を設けても良い。図18は、本実施形態のリニアモータの一例を示す模式図である。リニアモータにおいては、可動子の進行方向、可動子の進行方向に直角な方向、固定子に対し鉛直な方向が、ラジアルギャップ型モータの回転方向、軸方向、径方向にそれぞれ対応している。 Since the linear motor is a developed radial gap type motor and has a flat plate-like structure, the magnetic wedge of the present invention can be applied to the linear motor. That is, the stator may include a stator core and a field coil inserted in the slot of the stator core, and a magnetic wedge may be provided at the slot opening. FIG. 18 is a schematic view showing an example of the linear motor of the present embodiment. In a linear motor, the traveling direction of the mover, the direction perpendicular to the traveling direction of the mover, and the direction perpendicular to the stator correspond to the rotational direction, the axial direction, and the radial direction of the radial gap type motor, respectively.

このとき、磁性楔の磁気特性としては、図18に示すように、磁性楔において、固定子に対し鉛直な方向の透磁率μz、可動子の進行方向の透磁率μx、進行方向に直角な方向の透磁率μyの3方向の透磁率に差を付与させる事が好ましい。図18では、固定子に対し鉛直な方向の透磁率μzが可動子の進行方向の透磁率μx及び進行方向に直角な方向の透磁率μyよりも高くなるように配置しているがこれに限定されない。これによって、漏れ磁束の増加を抑えながら、可動子表面部に生じる高調波損失の低減を図ることが可能となる。また、空隙を通過する磁束が増加するため、リニアモータの推力は向上される。以上により、高効率化を実現することができる。図18には可動子290が示されている。 At this time, as shown in FIG. 18, the magnetic characteristics of the magnetic wedge are as follows: in the magnetic wedge, the magnetic permeability μz in the direction perpendicular to the stator, the magnetic permeability μx in the moving direction of the mover, and the direction perpendicular to the traveling direction. It is preferable to give a difference to the magnetic permeability in the three directions of the magnetic permeability μy. In FIG. 18, the magnetic permeability μz in the direction perpendicular to the stator is arranged to be higher than the magnetic permeability μx in the traveling direction of the mover and the magnetic permeability μy in the direction perpendicular to the traveling direction, but the present invention is limited to this. Not done. This makes it possible to reduce the harmonic loss generated on the surface of the mover while suppressing the increase in the leakage flux. Further, since the magnetic flux passing through the gap increases, the thrust of the linear motor is improved. As a result, high efficiency can be realized. FIG. 18 shows the mover 290.

尚、図18では、扁平粒子を使用しているが、薄帯(リボン)、薄膜、厚膜、板状部材の磁性体を使用しても良い。 In FIG. 18, flat particles are used, but a thin band (ribbon), a thin film, a thick film, or a magnetic material of a plate-like member may be used.

本実施の形態の回転電機によれば、磁性楔使用による漏れ磁束の増加を抑えて、鉄心表面部における磁束分布の脈動を効果的に緩和できるため、高効率化を実現することができる。 According to the rotary electric machine of the present embodiment, the increase of the leakage flux due to the use of the magnetic wedge can be suppressed, and the pulsation of the magnetic flux distribution on the surface of the iron core can be effectively alleviated, so that high efficiency can be realized.

本実施形態の回転電機のスロット形状は、半閉スロット(もしくはセミクローズドスロット)であっても良いが、好ましくは開放スロット(もしくは開口スロット、オープンスロット)である。この時、高調波損失を大幅に低減でき好ましい。 The slot shape of the rotary electric machine of the present embodiment may be a semi-closed slot (or a semi-closed slot), but is preferably an open slot (or an open slot or an open slot). At this time, harmonic loss can be significantly reduced, which is preferable.

本実施形態の回転電機は、鉄道、電気自動車、ハイブリッドカーなどの交通システム、エレベータ、空調機などの社会システム、ロボット、ポンプ、圧縮機、送風機などの産業システム、火力発電機、水力発電機、風力発電機、原子力発電機、地熱発電機などのエネルギーシステム、洗濯機などの家電に応用でき、システムの高効率化を図ることができる。特に産業用の大容量機では、スロット形状に開放スロットが一般的に採用されるため、第1の実施形態の磁性楔を備えることが好ましい。また、鉄道用の主電動機では、高電圧と振動に耐える必要性から型巻コイルを使用しており、スロット形状に開放スロットが採用されるため、第1の実施形態の磁性楔を備えることが好ましい。 The rotary electric machine of the present embodiment includes transportation systems such as railroads, electric vehicles and hybrid cars, social systems such as elevators and air conditioners, industrial systems such as robots, pumps, compressors and blowers, thermal power generators and hydraulic power generators. It can be applied to energy systems such as wind power generators, nuclear power generators, and geothermal power generators, and home appliances such as washing machines, and can improve the efficiency of the systems. In particular, in a large-capacity machine for industrial use, since an open slot is generally adopted in the slot shape, it is preferable to provide the magnetic wedge of the first embodiment. Further, in the traction motor for railways, a type-wound coil is used because it is necessary to withstand high voltage and vibration, and an open slot is adopted in the slot shape. Therefore, the magnetic wedge of the first embodiment may be provided. preferable.

特に鉄道では、鉄道走行時の消費電力量の約半分を回転電機の損失が占めているため、回転電機の損失低減による高効率化の効果が大きい。また、電気自動車、ハイブリッドカーでは、第1の実施形態の磁性楔を用いることによって主電動機の効率を向上できるため、航続距離を伸ばすことができる。 In particular, in railways, the loss of the rotating electric machine accounts for about half of the power consumption during railway running, so the effect of improving efficiency by reducing the loss of the rotating electric machine is great. Further, in an electric vehicle or a hybrid vehicle, the efficiency of the traction motor can be improved by using the magnetic wedge of the first embodiment, so that the cruising range can be extended.

本発明のいくつかの実施形態及び実施例を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態及び実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態や実施例及びその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments and examples of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments and examples can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments, examples and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

2 磁性体
2a 第1の面
2b 第2の面
12a 凹部
12b 凸部
20 介在相
100 磁性楔
200 回転電機
200a ラジアルギャップ型回転電機
200b アキシャルギャップ型回転電機
210 回転子
220 固定子鉄心
230 コイル
240 空隙面
250 鉄心ティース
260 鉄心スロット
270 固定子
280 軸
290 可動子
RP 基準面
2 Magnetic material 2a First surface 2b Second surface 12a Concave part 12b Convex part 20 Intervening phase 100 Magnetic wedge 200 Rotating electric machine 200a Radial gap type rotating electric machine 200b Axial gap type rotating electric machine 210 Rotor 220 Stator core 230 Coil 240 Air gap Surface 250 Iron core teeth 260 Iron core slot 270 Stator 280 Shaft 290 Rotor RP reference surface

Claims (5)

回転子に対して径方向に所定の間隔をもって固定子が対向配置されたラジアルギャップ型の回転電機に用いられる磁性楔であって、
前記磁性楔は、主面を有し、厚さ10nm以上100μm以下で、前記厚さに対する前記主面内の平均長さの比が5以上10000以下であり、鉄(Fe)、コバルト(Co)及びニッケル(Ni)からなる群より選ばれる少なくとも1つの磁性元素を含有する平面型の構造の扁平粒子を含み、
前記主面が、前記回転電機の回転方向に沿って配向し、前記固定子と前記回転子との間の空隙面に対し略垂直に配置され、
前記回転電機の径方向における径方向保磁力が前記回転電機の回転方向における回転方向保磁力よりも低く、前記回転方向保磁力が前記回転電機の軸方向における軸方向保磁力よりも低い磁性楔。
A magnetic wedge used in a radial gap type rotary electric machine in which stators are arranged facing each other at predetermined intervals in the radial direction with respect to the rotor.
The magnetic wedge has a main surface, has a thickness of 10 nm or more and 100 μm or less, and the ratio of the average length in the main surface to the thickness is 5 or more and 10000 or less, and iron (Fe) and cobalt (Co). And flat particles of planar structure containing at least one magnetic element selected from the group consisting of nickel (Ni).
The main surface is oriented along the rotation direction of the rotary electric machine and is arranged substantially perpendicular to the gap surface between the stator and the rotor.
A magnetic wedge in which the radial coercive force in the radial direction of the rotary electric machine is lower than the rotational coercive force in the rotational direction of the rotary electric machine, and the rotational coercive force is lower than the axial coercive force in the axial direction of the rotary electric machine.
回転子に対して径方向に所定の間隔をもって固定子が対向配置されたラジアルギャップ型の回転電機に用いられる磁性楔であって、
前記磁性楔は、主面を有し、厚さ10nm以上100μm以下で、前記厚さに対する前記主面内の平均長さの比が5以上10000以下であり、鉄(Fe)、コバルト(Co)及びニッケル(Ni)からなる群より選ばれる少なくとも1つの磁性元素を含有する平面型の構造の扁平粒子を含み、
前記主面が、前記回転電機の回転方向に対し略垂直に配向し、前記固定子と前記回転子との間の空隙面に対し略垂直に配置され、
前記回転電機の径方向における径方向保磁力が前記回転電機の軸方向における軸方向保磁力よりも低く、前記軸方向保磁力が前記回転電機の回転方向における回転方向保磁力よりも低い磁性楔。
A magnetic wedge used in a radial gap type rotary electric machine in which stators are arranged facing each other at predetermined intervals in the radial direction with respect to the rotor.
The magnetic wedge has a main surface, has a thickness of 10 nm or more and 100 μm or less, and the ratio of the average length in the main surface to the thickness is 5 or more and 10000 or less, and iron (Fe) and cobalt (Co). And flat particles of planar structure containing at least one magnetic element selected from the group consisting of nickel (Ni).
The main surface is oriented substantially perpendicular to the rotation direction of the rotary electric machine, and is arranged substantially perpendicular to the gap surface between the stator and the rotor.
A magnetic wedge whose radial coercive force in the radial direction of the rotary electric machine is lower than the axial coercive force in the axial direction of the rotary electric machine and whose axial coercive force is lower than the rotational coercive force in the rotational direction of the rotary electric machine.
回転子に対して軸方向に所定の間隔をもって固定子が対向配置されたアキシャルギャップ型の回転電機に用いられる磁性楔であって、
前記磁性楔は、主面を有し、厚さ10nm以上100μm以下で、前記厚さに対する前記主面内の平均長さの比が5以上10000以下であり、鉄(Fe)、コバルト(Co)及びニッケル(Ni)からなる群より選ばれる少なくとも1つの磁性元素を含有する平面型の構造の扁平粒子を含み、
前記主面が前記回転電機の回転方向に沿って配向し、前記固定子と前記回転子との間の空隙面に対し略垂直に配置され、
前記回転電機の軸方向における軸方向保磁力が、前記回転電機の回転方向における回転方向保磁力よりも低く、前記回転方向保磁力が前記回転電機の径方向における径方向保磁力よりも低い磁性楔。
A magnetic wedge used in an axial gap type rotary electric machine in which stators are arranged facing the rotor at predetermined intervals in the axial direction.
The magnetic wedge has a main surface, has a thickness of 10 nm or more and 100 μm or less, and the ratio of the average length in the main surface to the thickness is 5 or more and 10000 or less, and iron (Fe) and cobalt (Co). And flat particles of planar structure containing at least one magnetic element selected from the group consisting of nickel (Ni).
The main surface is oriented along the rotation direction of the rotary electric machine and is arranged substantially perpendicular to the gap surface between the stator and the rotor.
A magnetic wedge whose axial coercive force in the axial direction of the rotary electric machine is lower than the rotational coercive force in the rotational direction of the rotary electric machine and whose rotational coercive force is lower than the radial coercive force in the radial direction of the rotary electric machine. ..
回転子に対して軸方向に所定の間隔をもって固定子が対向配置されたアキシャルギャップ型の回転電機に用いられる磁性楔であって、
前記磁性楔は、主面を有し、厚さ10nm以上100μm以下で、前記厚さに対する前記主面内の平均長さの比が5以上10000以下であり、鉄(Fe)、コバルト(Co)及びニッケル(Ni)からなる群より選ばれる少なくとも1つの磁性元素を含有する平面型の構造の扁平粒子を含み、
前記主面が前記回転電機の回転方向に対して略垂直に配向し、前記固定子と前記回転子との間の空隙面に対し略垂直に配置され、
前記回転電機の軸方向における軸方向保磁力が、前記回転電機の径方向における径方向保磁力よりも低く、前記径方向保磁力が前記回転電機の回転方向における回転方向保磁力よりも低い磁性楔。
A magnetic wedge used in an axial gap type rotary electric machine in which stators are arranged facing the rotor at predetermined intervals in the axial direction.
The magnetic wedge has a main surface, has a thickness of 10 nm or more and 100 μm or less, and the ratio of the average length in the main surface to the thickness is 5 or more and 10000 or less, and iron (Fe) and cobalt (Co). And flat particles of planar structure containing at least one magnetic element selected from the group consisting of nickel (Ni).
The main surface is oriented substantially perpendicular to the rotation direction of the rotary electric machine, and is arranged substantially perpendicular to the gap surface between the stator and the rotor.
A magnetic wedge whose axial coercive force in the axial direction of the rotary electric machine is lower than the radial coercive force in the radial direction of the rotary electric machine and whose radial coercive force is lower than the rotational coercive force in the rotational direction of the rotary electric machine. ..
請求項1ないし請求項4いずれか一項記載の磁性楔を備える回転電機。 A rotary electric machine provided with the magnetic wedge according to any one of claims 1 to 4.
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