JP2021136838A - How to make magnetic wedges, rotary electric machines, and magnetic wedges - Google Patents

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伸 野口
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Abstract

To provide a magnetic wedge with excellent heat resistance and durability, while having a contribution to achievement of both of high efficiency and high torque characteristic of a rotary electric machine.SOLUTION: A compact manufactured by performing a press molding of an Fe-based magnetic powder containing an element M which is more susceptible to oxidation than Fe and a compact manufactured by performing the press molding of low permeability metal powder containing the element M are integrally press-molded again by being set in a molding, and the resulting compact is subjected to thermal processing to form an oxidation phase containing the element M between the powder particles to manufacture a magnetic wedge having a high strength and a high electric resistance by connecting both of the powder particles. By positioning a low permeability part at a width direction near center of the magnetic wedge, both of the high efficiency and the high torque characteristic of the rotary electric machine can be achieved. In addition, since the magnetic wedge has no resin, the magnetic wedge without deterioration in strength or dimension change and with heat resistance and durability even in the case of being used under a high temperature environment for a long period can be obtained.SELECTED DRAWING: Figure 10

Description

本発明は回転電機に用いられる磁性楔、その磁性楔を用いた回転電機、およびその磁性楔の製造方法に関する。 The present invention relates to a magnetic wedge used in a rotary electric machine, a rotary electric machine using the magnetic wedge, and a method for manufacturing the magnetic wedge.

一般的なラジアルギャップ型回転電機では、固定子(以下ステータ)と回転子(以下ロータ)とを同軸にして配し、ロータ周りのステータに、コイルを巻き回した複数のティースを、周方向等間隔に配している。また、ティースのロータ側先端には、隣り合うティースの先端を接続するよう、磁性楔を配することがある。なおこの場合、磁性楔は、コイル部品等とは異なり、磁性楔自体にはコイルを巻き回さずに用いられる。 In a general radial gap type rotary electric machine, a stator (hereinafter referred to as a stator) and a rotor (hereinafter referred to as a rotor) are arranged coaxially, and a plurality of teeth wound with a coil are placed on a stator around the rotor in the circumferential direction, etc. Arranged at intervals. Further, a magnetic wedge may be arranged at the rotor-side tip of the teeth so as to connect the tips of adjacent teeth. In this case, unlike the coil parts and the like, the magnetic wedge is used without winding the coil around the magnetic wedge itself.

このような磁性楔を配することで、ロータからコイルに到達する磁束を磁気シールドでき、コイルの渦電流損失を抑制することができる。また、磁性楔を配することで、ステータとロータとの間のギャップ内磁束分布(特に周方向の磁束分布)をなだらかにし、ロータの回転を滑らかにするだけでなく、ロータに生じる渦電流損失も低減することができる。このような磁性楔のメリットは、磁性楔の透磁率が高いほど顕著となる。 By arranging such a magnetic wedge, the magnetic flux reaching the coil from the rotor can be magnetically shielded, and the eddy current loss of the coil can be suppressed. In addition, by arranging the magnetic wedge, the magnetic flux distribution in the gap between the stator and the rotor (particularly the magnetic flux distribution in the circumferential direction) is smoothed, and not only the rotation of the rotor is smoothed, but also the eddy current loss generated in the rotor is lost. Can also be reduced. The merit of such a magnetic wedge becomes more remarkable as the magnetic permeability of the magnetic wedge increases.

一方で、磁性楔の存在により、ティースからロータへ流れるべき磁束の一部が、磁性楔を経由してティース間で短絡してしまい、ロータへ流れる磁束が減少して回転電機のトルクが低下するという副作用がある。このような副作用も、磁性楔の透磁率が高いほど顕著となる。つまり、磁性楔のメリット(低損失化、即ち高効率化)と副作用(トルク低下)は、透磁率をパラメータとするトレードオフの関係にある。このため、従来の磁性楔では比透磁率を5程度に抑えて過度のトルク低下を回避しつつ、ある程度の効率向上に甘んじている状態であり、その効果は限定的であった。 On the other hand, due to the presence of the magnetic wedge, a part of the magnetic flux that should flow from the teeth to the rotor is short-circuited between the teeth via the magnetic wedge, the magnetic flux flowing to the rotor decreases, and the torque of the rotating electric machine decreases. There is a side effect. Such side effects become more remarkable as the magnetic permeability of the magnetic wedge increases. That is, the merit of the magnetic wedge (lower loss, that is, higher efficiency) and the side effect (lower torque) are in a trade-off relationship with the magnetic permeability as a parameter. For this reason, the conventional magnetic wedge is in a state where the relative magnetic permeability is suppressed to about 5 to avoid an excessive decrease in torque, and the efficiency is improved to some extent, and the effect is limited.

上記のトレードオフ関係を打破するために、磁性楔の一部(特に幅方向中央付近)に磁気抵抗の高い部分(高磁気抵抗部分)を形成する提案がなされている(特許文献1および2)。高磁気抵抗部分は、磁性楔の厚みを部分的に薄くするか、透磁率の低い材料で形成されるので、透磁率が低い部分(低透磁率部分)となる。さらに、この高磁気抵抗部分を挟む形で、透磁率の高い部分(高透磁率部分)が磁性楔の幅方向両端に形成される。このような構成により、磁性楔を経由して短絡する磁束を制限してトルク低下を抑制し、効率向上との両立を図るものである。 In order to break the above trade-off relationship, it has been proposed to form a portion having a high reluctance (high reluctance portion) in a part of the magnetic wedge (particularly near the center in the width direction) (Patent Documents 1 and 2). .. The high reluctance portion is a portion having a low magnetic permeability (low magnetic permeability portion) because the thickness of the magnetic wedge is partially reduced or the magnetic wedge is formed of a material having a low magnetic permeability. Further, a portion having a high magnetic permeability (high magnetic permeability portion) is formed at both ends in the width direction of the magnetic wedge so as to sandwich the high magnetic resistance portion. With such a configuration, the magnetic flux short-circuited via the magnetic wedge is limited to suppress the torque decrease, and the efficiency is improved at the same time.

特許文献1および2に記載の磁性楔においては、電磁鋼板の積層体もしくは強磁性金属粉末の圧粉体で高透磁率部分が形成され、低透磁率部分は樹脂で形成されている。樹脂は非磁性ゆえ低透磁率(比透磁率が1)であるとともに、電気絶縁性であるため渦電流損失の抑制にも寄与している。 In the magnetic wedges described in Patent Documents 1 and 2, a high magnetic permeability portion is formed of a laminate of electromagnetic steel sheets or a green compact of ferromagnetic metal powder, and a low magnetic permeability portion is formed of a resin. Since the resin is non-magnetic, it has a low magnetic permeability (specific magnetic permeability is 1), and because it is electrically insulating, it also contributes to the suppression of eddy current loss.

特開2007−221913号公報JP-A-2007-221913 特開2019−97258号公報JP-A-2019-97258

特許文献1には、磁性粉を加圧成形して高透磁率部分(特許文献1では「コア部」と呼称)を形成するという言及はあるものの、使用する粉末や作製方法について具体的な記述はない。また、特許文献2においては、電磁鋼板の小片を多数積層して高透磁率部分を形成する必要があるため、加工と積層工程が煩雑で量産性やコストに課題がある。さらに、上記いずれの特許文献においても、低透磁率部分には樹脂が使用されている。このため、高温環境下に長時間晒されていると、樹脂が分解劣化して徐々に不可逆的な寸法減少と強度低下を引き起こす。このため、定期的に回転電機をオーバーホールして磁性楔を取り換える必要があり、保守性や維持費用の点で課題があった。 Although Patent Document 1 mentions that magnetic powder is pressure-molded to form a high magnetic permeability portion (referred to as "core portion" in Patent Document 1), a specific description of the powder to be used and the production method is given. There is no. Further, in Patent Document 2, since it is necessary to laminate a large number of small pieces of electrical steel sheets to form a high magnetic permeability portion, the processing and laminating process are complicated, and there are problems in mass productivity and cost. Further, in any of the above patent documents, a resin is used for the low magnetic permeability portion. Therefore, when exposed to a high temperature environment for a long time, the resin is decomposed and deteriorated, gradually causing irreversible dimensional reduction and strength reduction. Therefore, it is necessary to periodically overhaul the rotating electric machine and replace the magnetic wedge, which poses a problem in terms of maintainability and maintenance cost.

そこで本発明では、磁性楔であって、量産性や耐久性にも優れた磁性楔とその製造方法を提供する。 Therefore, the present invention provides a magnetic wedge that is a magnetic wedge and has excellent mass productivity and durability, and a method for manufacturing the same.

本発明の磁性楔は、異なる透磁率を有する複数の部分からなり、前記複数の部分のうち、第1の部分は、Feより酸化しやすい元素Mを含有する複数のFe基軟磁性合金粒子が、前記元素Mを含む酸化物相で結着されていることを特徴とする。 The magnetic wedge of the present invention is composed of a plurality of portions having different magnetic permeability, and the first portion of the plurality of portions is composed of a plurality of Fe-based soft magnetic alloy particles containing an element M that is more easily oxidized than Fe. , It is characterized in that it is bound by an oxide phase containing the element M.

また、本発明の磁性楔においては、前記複数の部分のうち、第2の部分は、前記Fe基軟磁性合金粒子よりも低い透磁率を有し、Feよりも酸化しやすい元素Mを含有する複数の低透磁率金属粒子からなり、前記低透磁率金属粒子が、前記元素Mを含む酸化物相で結着されていることが好ましい。 Further, in the magnetic wedge of the present invention, the second portion of the plurality of portions contains an element M having a magnetic permeability lower than that of the Fe-based soft magnetic alloy particles and more easily oxidized than Fe. It is preferably composed of a plurality of low magnetic permeability metal particles, and the low magnetic permeability metal particles are bound by an oxide phase containing the element M.

また、本発明の磁性楔においては、前記低透磁率金属粒子が、前記元素Mを含むFe基合金粒子であって、該Fe基合金粒子に含まれるFe濃度が前記Fe基軟磁性合金粒子のFe濃度よりも低いことが好ましい。 Further, in the magnetic wedge of the present invention, the low magnetic permeability metal particles are Fe-based alloy particles containing the element M, and the Fe concentration contained in the Fe-based alloy particles is the Fe-based soft magnetic alloy particles. It is preferably lower than the Fe concentration.

また、本発明の磁性楔においては、前記第1の部分と前記第2の部分の境界が、前記元素Mを含む酸化物相で結着されていることが好ましい。 Further, in the magnetic wedge of the present invention, it is preferable that the boundary between the first portion and the second portion is bound by an oxide phase containing the element M.

また、本発明の磁性楔においては、前記複数の部分のうち、前記第1の部分が、磁性楔の幅方向両端側に位置し、前記第2の部分が、磁性楔の幅方向中央側に位置することが好ましい。 Further, in the magnetic wedge of the present invention, the first portion of the plurality of portions is located on both ends in the width direction of the magnetic wedge, and the second portion is located on the center side in the width direction of the magnetic wedge. It is preferable to be located.

また、本発明の磁性楔においては、前記元素Mが、Al、Si、Cr、Zr、Hfの少なくとも一種であることが好ましい。 Further, in the magnetic wedge of the present invention, it is preferable that the element M is at least one of Al, Si, Cr, Zr and Hf.

また、本発明の回転電機は、上記のいずれかの磁性楔を用いている。 Further, the rotary electric machine of the present invention uses any of the above magnetic wedges.

また、本発明の磁性楔の製造方法は、Feよりも酸化しやすい元素Mを含有する複数のFe基軟磁性粒子とバインダとを混合物にし、前記混合物を加圧成形して第1の成形体を作製する工程と、前記Fe基軟磁性合金粒子よりも低い透磁率を有し、前記元素Mを含有する複数の低透磁率金属粒子とバインダとを混合物にして、前記混合物を加圧成形して第2の成形体を作製する工程と、前記第1の成形体と、前記第2の成形体とを金型内に組み合わせて配置して加圧成形を施し、前記第1の成形体と前記第2の成形体が一体化された成形体を作製する工程と、前記成形体に熱処理を施し、前記Fe基軟磁性合金粒子の間、前記低透磁率金属粒子の間、および前記Fe基軟磁性合金粒子と前記低透磁率金属粒子の間に、前記元素Mを含む酸化物相を生成させ、前記酸化物相で各粒子を結着させる工程と、を有する。 Further, in the method for producing a magnetic wedge of the present invention, a plurality of Fe-based soft magnetic particles containing an element M, which is more easily oxidized than Fe, and a binder are mixed, and the mixture is pressure-molded to form a first alloy. And the binder, a plurality of low magnetic permeability metal particles having a magnetic permeability lower than that of the Fe-based soft magnetic alloy particles and containing the element M are mixed, and the mixture is pressure-molded. The step of producing the second molded body, the first molded body, and the second molded body are arranged in combination in a mold and pressure-molded to obtain the first molded body. The step of producing a molded body in which the second molded body is integrated, and the heat treatment of the molded body are performed between the Fe-based soft magnetic alloy particles, between the low magnetic permeability metal particles, and the Fe group. It comprises a step of forming an oxide phase containing the element M between the soft magnetic alloy particles and the low magnetic permeability metal particles, and binding the particles with the oxide phase.

本発明によれば、耐熱性、耐久性、量産性に優れた磁性楔を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a magnetic wedge having excellent heat resistance, durability and mass productivity.

本発明の第1実施形態である磁性楔の斜視図である。It is a perspective view of the magnetic wedge which is 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態である磁性楔の断面の拡大模式図である。It is an enlarged schematic view of the cross section of the magnetic wedge which is 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態である磁性楔の斜視図である。It is a perspective view of the magnetic wedge which is the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態である磁性楔の斜視図である。It is a perspective view of the magnetic wedge which is the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態である磁性楔の斜視図である。It is a perspective view of the magnetic wedge which is 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態である磁性楔の斜視図である。It is a perspective view of the magnetic wedge which is 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6実施形態である磁性楔の斜視図である。It is a perspective view of the magnetic wedge which is the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7実施形態である磁性楔の斜視図である。It is a perspective view of the magnetic wedge which is 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8実施形態である磁性楔の斜視図である。It is a perspective view of the magnetic wedge which is 8th Embodiment of this invention. 本発明の第9実施形態である回転電機の模式図である。It is a schematic diagram of the rotary electric machine which is the 9th Embodiment of this invention. 本発明の第10実施形態である磁性楔の製造方法についての工程フローである。It is a process flow about the manufacturing method of the magnetic wedge which is a tenth embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1に磁性楔100の斜視図を示す。また、磁性楔100を裏返しにしたときの斜視図を同図中右側に示す。磁性楔100は、異なる透磁率を有する複数の部分からなり、本実施形態では、全体として断面が凸形状となっている。そして、磁性楔100の幅方向の一端から逆側の一端に向かって、第一の高透磁率部分11、低透磁率部分20、第二の高透磁率部分12の順で形成されている。つまり、高透磁率部分11と12は磁性楔100の軸方向両端側に位置し、低透磁率部分20は、磁性楔100の軸方向中央側で、凸形状の突出部分の範囲内に位置しており、磁性楔100の長手方向に沿って細長く形成されている。また、低透磁率部分20は、磁性楔100を厚さ方向に貫通するように配置されている。なお、磁性楔100の概略寸法は、例えば、長手方向が20mmから300mm、幅方向が2mm〜20mm、厚みが1〜5mm程度である。
(First Embodiment)
FIG. 1 shows a perspective view of the magnetic wedge 100. A perspective view of the magnetic wedge 100 turned inside out is shown on the right side of the figure. The magnetic wedge 100 is composed of a plurality of portions having different magnetic permeability, and in the present embodiment, the cross section is convex as a whole. Then, the first high magnetic permeability portion 11, the low magnetic permeability portion 20, and the second high magnetic permeability portion 12 are formed in this order from one end in the width direction of the magnetic wedge 100 to the opposite end. That is, the high magnetic permeability portions 11 and 12 are located on both ends in the axial direction of the magnetic wedge 100, and the low magnetic permeability portions 20 are located on the axial center side of the magnetic wedge 100 and within the range of the convex protruding portion. It is elongated along the longitudinal direction of the magnetic wedge 100. Further, the low magnetic permeability portion 20 is arranged so as to penetrate the magnetic wedge 100 in the thickness direction. The approximate dimensions of the magnetic wedge 100 are, for example, 20 mm to 300 mm in the longitudinal direction, 2 mm to 20 mm in the width direction, and 1 to 5 mm in thickness.

図2は、高透磁率部分11または12と、低透磁率部分20の境界を拡大して示した模式図である。高透磁率部分11及び12は、複数のFe基軟磁性合金粒子で構成され、より具体的には、Feよりも酸化しやすい元素Mを含有する複数のFe基軟磁性合金粒子1の圧密体である。そして、圧密体の粒子間に、空隙2と、Fe基軟磁性合金粒子1同士を結着するFe基軟磁性合金粒子の表面酸化物相3とを有している。かかる表面酸化物相は元素Mを含む酸化物相である。 FIG. 2 is a schematic view showing an enlarged boundary between the high magnetic permeability portion 11 or 12 and the low magnetic permeability portion 20. The high magnetic permeability portions 11 and 12 are composed of a plurality of Fe-based soft magnetic alloy particles, and more specifically, a compacted body of the plurality of Fe-based soft magnetic alloy particles 1 containing an element M that is more easily oxidized than Fe. Is. The compact particles have voids 2 and a surface oxide phase 3 of Fe-based soft magnetic alloy particles that bind Fe-based soft magnetic alloy particles 1 to each other. Such a surface oxide phase is an oxide phase containing the element M.

また、低透磁率部分20は、Fe基軟磁性合金粒子1より透磁率が低い複数の低透磁率金属粒子4で構成される。ここで低透磁率金属粒子4は、Feよりも酸化しやすい元素Mを含有することを特徴とする。そして、低透磁率金属粒子4の粒子間に空隙2と、低透磁率金属粒子4同士を結着する表面酸化物相5とを有している。かかる表面酸化物相は元素Mを含む酸化物相である。 Further, the low magnetic permeability portion 20 is composed of a plurality of low magnetic permeability metal particles 4 having a magnetic permeability lower than that of the Fe-based soft magnetic alloy particles 1. Here, the low magnetic permeability metal particles 4 are characterized by containing an element M that is more easily oxidized than Fe. Further, it has a void 2 between the particles of the low magnetic permeability metal particles 4 and a surface oxide phase 5 that binds the low magnetic permeability metal particles 4 to each other. Such a surface oxide phase is an oxide phase containing the element M.

さらに、Fe基軟磁性合金粒子1と低透磁率金属粒子4とが隣接する場所においては、表面酸化物相6が形成されている。表面酸化物相6は、Fe基軟磁性合金粒子1の表面酸化物相3と低透磁率金属粒子4の表面酸化物相5が接合して一体化したものであって、隣接する粒子により成分が異なる相となる。ただし、Fe基軟磁性合金粒子1と低透磁率金属粒子4に、同じ元素Mを含有することで、表面酸化物相6を、元素Mを主体とする、より均質な表面酸化物相6にすることができる。これにより、Fe基軟磁性合金粒子1および低透磁率金属粒子4の粒子間を強固に結着することができる。 Further, a surface oxide phase 6 is formed in a place where the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 and the low magnetic permeability metal particles 4 are adjacent to each other. The surface oxide phase 6 is formed by joining and integrating the surface oxide phase 3 of the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 and the surface oxide phase 5 of the low magnetic permeability metal particles 4, and is composed of adjacent particles. Are in different phases. However, by containing the same element M in the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 and the low magnetic permeability metal particles 4, the surface oxide phase 6 becomes a more homogeneous surface oxide phase 6 mainly composed of the element M. can do. As a result, the particles of the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 and the low magnetic permeability metal particles 4 can be firmly bonded to each other.

磁性楔100を構成する各合金粒子を上述のように表面酸化物相で強固に結着することにより、磁性楔100の曲げ強度を高くすることができる。また、表面酸化物相は絶縁体であるため、磁性楔100を構成する各合金粒子間を電気的に隔絶し、磁性楔100を全体として高電気抵抗とすることができる。これにより、磁性楔100に生じる渦電流損失を効果的に抑制することができる。 The bending strength of the magnetic wedge 100 can be increased by firmly binding the alloy particles constituting the magnetic wedge 100 with the surface oxide phase as described above. Further, since the surface oxide phase is an insulator, the alloy particles constituting the magnetic wedge 100 can be electrically isolated from each other, and the magnetic wedge 100 as a whole can have a high electric resistance. As a result, the eddy current loss generated in the magnetic wedge 100 can be effectively suppressed.

ここで、Fe基軟磁性合金粒子1は、他の元素よりFeの含有量が質量比で最も多い軟磁性合金粒子であり、CoやNiを含有する軟磁性合金粒子にしてもよい。ただし、CoやNiの含有量はFeの含有量を超えてはならない。 Here, the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 are soft magnetic alloy particles having the highest Fe content in terms of mass ratio compared to other elements, and may be soft magnetic alloy particles containing Co or Ni. However, the content of Co and Ni must not exceed the content of Fe.

Fe基軟磁性合金粒子1の粒径を小さくすることで、磁性楔100自身に発生する渦電流損失低減に有利である一方、粒径が小さいと、粒子の製造自体が困難になる可能性がある。そこで、磁性楔100の断面観察像において、Fe基軟磁性合金粒子1の各粒子の最大径の平均は、0.5μm以上、15μm以下であるのが好ましく、0.5μm以上、8μm以下であるのがより好ましい。また、最大径が40μmを超える粒子個数比率は、1.0%未満であるのが好ましい。 Reducing the particle size of the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 is advantageous for reducing the eddy current loss generated in the magnetic wedge 100 itself, but if the particle size is small, the production of the particles itself may become difficult. be. Therefore, in the cross-sectional observation image of the magnetic wedge 100, the average of the maximum diameters of the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 is preferably 0.5 μm or more and 15 μm or less, and 0.5 μm or more and 8 μm or less. Is more preferable. Further, the particle number ratio having a maximum diameter of more than 40 μm is preferably less than 1.0%.

なお、ここで言うFe基軟磁性合金粒子1の各粒子の最大径の平均とは、磁性楔100の断面を研磨して顕微鏡観察を行い、一定の面積の視野内に存在する30個以上の粒子の最大径を読み取ったそれらの平均値のことである。 The average of the maximum diameters of each of the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 referred to here is 30 or more particles existing in a field of view of a certain area after polishing the cross section of the magnetic wedge 100 and observing with a microscope. It is the average value of the maximum diameter of the particles read.

また、Fe基軟磁性合金粒子1は、Feよりも酸化しやすい元素Mを含有する粒子である。ここで、「Feよりも酸化しやすい元素M」とは、酸化物の標準生成ギブズエネルギーが、Feよりも低い元素を意味している。この条件を満たす元素は、元素Mとして選択できるが、過激な反応性や毒性が少なく、磁気楔100を製造しやすいので、Al、Si、Cr、Zr、Hfから選択するのが好ましい。 Further, the Fe-based soft magnetic alloy particle 1 is a particle containing an element M that is more easily oxidized than Fe. Here, "element M that is more easily oxidized than Fe" means an element having a standard Gibbs energy of oxide lower than Fe 2 O 3. An element satisfying this condition can be selected as the element M, but it is preferably selected from Al, Si, Cr, Zr, and Hf because it has little radical reactivity and toxicity and it is easy to manufacture the magnetic wedge 100.

このような元素Mを含有することで、Fe基軟磁性合金粒子1同士を強固に結着する良好な表面酸化物相3を容易に形成することができる。具体的には、複数のFe基軟磁性合金粒子1を、成形後に酸化することで、元素Mの含有量がFe基軟磁性合金粒子1の内部よりも高い表面酸化物相3を、容易に形成することができる。特に、元素MにAlを選択した場合、とりわけ化学的に安定で電気抵抗の高い良好な表面酸化物相3が得られるので好ましい。 By containing such an element M, a good surface oxide phase 3 that firmly binds the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 to each other can be easily formed. Specifically, by oxidizing a plurality of Fe-based soft magnetic alloy particles 1 after molding, a surface oxide phase 3 having a higher element M content than the inside of the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 can be easily produced. Can be formed. In particular, when Al is selected as the element M, it is particularly preferable because a good surface oxide phase 3 that is chemically stable and has high electrical resistance can be obtained.

また、Fe基軟磁性合金粒子1に含有される元素Mの量は、少な過ぎると、Fe基軟磁性合金粒子1を酸化しても、元素Mの含有量がFe基軟磁性合金粒子1の内部よりも高い、良好な表面酸化物相3を形成しにくくなり、多過ぎると、Fe濃度が薄まるのでFe基軟磁性合金粒子1の飽和磁束密度とキュリー温度が低下してしまう可能性がある。 Further, if the amount of the element M contained in the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 is too small, the content of the element M is the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 even if the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 are oxidized. It becomes difficult to form a good surface oxide phase 3 higher than the inside, and if it is too much, the Fe concentration decreases, so that the saturation magnetic flux density and the curry temperature of the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 may decrease. ..

そこで、Fe基軟磁性合金粒子1に含有される元素Mの量は、1.0質量%以上20質量%以下にするのが好ましい。このようにすることで、良好な表面酸化物相3を容易に形成でき、Fe基軟磁性合金粒子1の飽和磁束密度とキュリー温度を高く維持することができる。 Therefore, the amount of the element M contained in the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 is preferably 1.0% by mass or more and 20% by mass or less. By doing so, a good surface oxide phase 3 can be easily formed, and the saturation magnetic flux density and the Curie temperature of the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 can be maintained high.

また、元素Mは、一種だけでなく二種以上選択してもよい。例えば、AlとCrの二種を選択して、Fe基軟磁性合金粒子1を、Fe−Al−Cr系合金粒子にしてもよい。このようにすることで、比較的少ないAl量でも、元素Mの含有量の合計がFe基軟磁性合金粒子1の内部よりも高い、良好な表面酸化物相3を形成することができる。すなわち、曲げ強度と電気抵抗が高い磁性楔100にすることができる。なお、Fe−Al−Cr系合金とは、Feの次に含有量が多い元素が、CrおよびAl(順不同)である合金のことであり、その他の元素がFe、Cr、Alより少量含まれていても良い。Fe−Al−Cr系合金の組成はこれを特に限定するものではないが、例えばAlの含有量としては、好ましくは2.0質量%以上、より好ましくは5.0質量%以上である。高飽和磁束密度を得る観点からは、Alの含有量は、好ましくは10.0質量%以下、より好ましくは6.0質量%以下である。また、Crの含有量は、好ましくは1.0質量%以上、より好ましくは2.5質量%以上である。高飽和磁束密度を得る観点からは、Crの含有量は、好ましくは9.0質量%以下、より好ましくは4.5質量%以下である。 Further, the element M may be selected not only by one type but also by two or more types. For example, two types of Al and Cr may be selected to make the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 into Fe—Al—Cr based alloy particles. By doing so, it is possible to form a good surface oxide phase 3 in which the total content of the element M is higher than that inside the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 even with a relatively small amount of Al. That is, the magnetic wedge 100 having high bending strength and electric resistance can be obtained. The Fe—Al—Cr alloy is an alloy in which the elements having the next highest content after Fe are Cr and Al (in no particular order), and other elements are contained in a smaller amount than Fe, Cr, and Al. You may be. The composition of the Fe—Al—Cr alloy is not particularly limited, but for example, the Al content is preferably 2.0% by mass or more, more preferably 5.0% by mass or more. From the viewpoint of obtaining a high saturation magnetic flux density, the Al content is preferably 10.0% by mass or less, more preferably 6.0% by mass or less. The Cr content is preferably 1.0% by mass or more, more preferably 2.5% by mass or more. From the viewpoint of obtaining a high saturation magnetic flux density, the Cr content is preferably 9.0% by mass or less, more preferably 4.5% by mass or less.

なお、上記元素Mに二種以上の元素を選択した場合、それら含有量の合計は、一種を選択した場合と同様に、1.0質量%以上20質量%以下にするのが好ましい。 When two or more kinds of elements are selected for the element M, the total content thereof is preferably 1.0% by mass or more and 20% by mass or less, as in the case of selecting one kind.

また、Fe基軟磁性合金粒子1は、上記元素M以外の元素が添加された粒子にしてもよい。ただし、これら添加元素は、元素Mより少量添加するのが好ましい。さらに、化学的手法や熱処理などで表面処理された粒子にしてもよい。また、Fe基軟磁性合金粒子1は、組成が異なる複数種のFe基軟磁性合金粒子で構成することもできる。 Further, the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 may be particles to which an element other than the element M is added. However, it is preferable to add these additive elements in a smaller amount than the element M. Further, the particles may be surface-treated by a chemical method or heat treatment. Further, the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 can also be composed of a plurality of types of Fe-based soft magnetic alloy particles having different compositions.

また、表面酸化物相3は、元素M以外にFeやその他の元素を含有する表面酸化物相3にしてもよく、元素MやFeなどの元素濃度は、表面酸化物相3の内部において必ずしも均一である必要はない。すなわち、粒界ごとに元素濃度が異なっていてもよい。 Further, the surface oxide phase 3 may be a surface oxide phase 3 containing Fe or other elements in addition to the element M, and the concentration of the elements such as the element M and Fe is not necessarily set inside the surface oxide phase 3. It does not have to be uniform. That is, the element concentration may be different for each grain boundary.

表面酸化物相3の厚さは、薄いと、粒子同士の電気的な隔絶が小さくなって、磁性楔100の電気抵抗が低下する可能性がある。一方、厚いと透磁率が低くなり過ぎて、磁性楔としての効果が弱くなる可能性がある。そこで、表面酸化物相3の厚さは、例えば0.01〜1.0μmにするのが好ましい。 If the thickness of the surface oxide phase 3 is small, the electrical isolation between the particles becomes small, and the electrical resistance of the magnetic wedge 100 may decrease. On the other hand, if it is thick, the magnetic permeability may become too low and the effect as a magnetic wedge may be weakened. Therefore, the thickness of the surface oxide phase 3 is preferably 0.01 to 1.0 μm, for example.

低透磁率金属粒子4は、Fe基軟磁性合金粒子1よりも透磁率の低い粒子であり、強磁性体でも非磁性体でも良い。ここで言う「非磁性」とは室温にて強磁性でないことを意味する。具体的には、室温にて常磁性、反磁性、反強磁性のいずれかの磁性を示す粒子を意味している。 The low magnetic permeability metal particles 4 are particles having a lower magnetic permeability than the Fe-based soft magnetic alloy particles 1, and may be either a ferromagnetic material or a non-magnetic material. "Non-magnetic" here means that it is not ferromagnetic at room temperature. Specifically, it means particles exhibiting paramagnetism, diamagnetism, or antiferromagnetism at room temperature.

また、低透磁率金属粒子4は、Fe基軟磁性合金粒子1に含まれる元素M、すなわち、Feよりも酸化しやすい元素Mを含む粒子であることが好ましい。例えば、Al、Si、Cr、Zr、Hfから選択される元素Mを含むことができる。このような元素Mを含むことで、低透磁率金属粒子4の表面に、Fe基軟磁性合金粒子1の表面に類する、良好な表面酸化物相5を形成することができ、低透磁率金属粒子4同士の粒子間を強固に結着することができる。 Further, the low magnetic permeability metal particles 4 are preferably particles containing an element M contained in the Fe-based soft magnetic alloy particles 1, that is, an element M that is more easily oxidized than Fe. For example, the element M selected from Al, Si, Cr, Zr, and Hf can be contained. By containing such an element M, a good surface oxide phase 5 similar to the surface of Fe-based soft magnetic alloy particles 1 can be formed on the surface of the low magnetic permeability metal particles 4, and the low magnetic permeability metal can be formed. The particles 4 can be firmly bonded to each other.

また、表面酸化物相6は、Fe基軟磁性合金粒子1の表面酸化物相3と低透磁率金属粒子4の表面酸化物相が接合して一体化したものであって、隣接する粒子により成分が異なる相となる。ただし、Fe基軟磁性合金粒子1と低透磁率金属粒子4に、同じ元素Mを含有することで、表面酸化物相6を、元素Mを主体とする、より均質な表面酸化物相6にすることができる。これにより、Fe基軟磁性合金粒子1と低透磁率金属粒子4の粒子間を強固に結着して、曲げ強度の高い磁性楔100にすることができる。 Further, the surface oxide phase 6 is formed by joining and integrating the surface oxide phase 3 of the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 and the surface oxide phase of the low magnetic permeability metal particles 4, and the surface oxide phase 6 is formed by adjacent particles. The components are in different phases. However, by containing the same element M in the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 and the low magnetic permeability metal particles 4, the surface oxide phase 6 becomes a more homogeneous surface oxide phase 6 mainly composed of the element M. can do. As a result, the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 and the particles of the low magnetic permeability metal particles 4 can be firmly bonded to each other to form a magnetic wedge 100 having high bending strength.

また、低透磁率金属粒子4は、元素M単体の粒子にしてもよいし、元素Mを含有する合金粒子にしてもよい。合金粒子にする場合には、Fe基の合金粒子にし、Fe基軟磁性合金粒子よりも元素Mの濃度を高めて(即ちFeの含有量を少なくして)透磁率を下げるか、あるいはさらに元素Mの濃度を高めて粒子のキュリー温度を室温以下にしても良い。この場合、キュリー温度は−20℃以下が好ましく、−100℃以下にするのがさらに好ましい。
低透磁率金属粒子4をFe基の合金粒子とする場合、例えば、AlまたはCrの少なくとも一方を含む金属粒子であることが好ましく、AlとCrの二種の元素Mを選択し、Fe−Al−Cr系合金粒子にすることがより好ましい。このようにすることで、良好な表面酸化物相5および6を形成することができ、曲げ強度の高い磁性楔100にすることができる。
Further, the low magnetic permeability metal particles 4 may be particles of the element M alone or alloy particles containing the element M. In the case of alloying particles, Fe-based alloying particles are used, and the concentration of element M is increased (that is, the content of Fe is reduced) as compared with Fe-based soft magnetic alloy particles to lower the magnetic permeability, or the magnetic permeability is further reduced. The Curie temperature of the particles may be lowered to room temperature or lower by increasing the concentration of M. In this case, the Curie temperature is preferably −20 ° C. or lower, and more preferably −100 ° C. or lower.
When the low magnetic permeability metal particles 4 are Fe-based alloy particles, for example, they are preferably metal particles containing at least one of Al and Cr, and two types of elements M, Al and Cr, are selected and Fe—Al. -It is more preferable to use Cr-based alloy particles. By doing so, good surface oxide phases 5 and 6 can be formed, and a magnetic wedge 100 having high bending strength can be obtained.

なお、低透磁率金属粒子4は、粒径が大きいと、Fe基軟磁性合金粒子1との結着を阻害する可能性や、電気抵抗が低くなって低透磁率部分20に生じる渦電流損失が増大する可能性がある。一方、粒径が小さいと、粒子の製造自体が困難になる可能性がある。そこで、磁性楔200の断面観察像において、非磁性粒子4の各粒子の最大径の平均は、0.5μm以上、15μm以下であるのが好ましく、0.5μm以上、8μm以下であるのがより好ましい。また、最大径が40μmを超える粒子個数比率は、1.0%未満であるのが好ましい。 If the particle size of the low magnetic permeability metal particles 4 is large, the binding to the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 may be hindered, or the electric resistance may be lowered to cause an eddy current loss in the low magnetic permeability portion 20. May increase. On the other hand, if the particle size is small, the production of the particles itself may become difficult. Therefore, in the cross-sectional observation image of the magnetic wedge 200, the average of the maximum diameters of the non-magnetic particles 4 is preferably 0.5 μm or more and 15 μm or less, and more preferably 0.5 μm or more and 8 μm or less. preferable. Further, the particle number ratio having a maximum diameter of more than 40 μm is preferably less than 1.0%.

ここで、磁性楔100の電気抵抗は、高いほど好ましく、体積抵抗率の値で10Ωm以上であるのが好ましく、100Ωm以上であるのがより好ましい。そして、1000Ωm以上であるのがさらに好ましい。
また、磁性楔100の曲げ強度も、高いほど好ましく、三点曲げ強度の値で150MPa以上であるのが好ましく、200MPa以上であるのがより好ましい。そして、250MPa以上であるのがさらに好ましい。
Here, the higher the electrical resistance of the magnetic wedge 100 is, the more preferable it is, and the value of the volume resistivity is preferably 10 Ωm or more, and more preferably 100 Ωm or more. And it is more preferable that it is 1000 Ωm or more.
Further, the higher the bending strength of the magnetic wedge 100 is, the more preferable it is, and the value of the three-point bending strength is preferably 150 MPa or more, more preferably 200 MPa or more. And it is more preferable that it is 250 MPa or more.

上述のように従来の磁性楔には樹脂が含まれているため、高温環境下では樹脂が軟化して強度が低下してしまう可能性がある。すなわち、回転電機のような高温下で使用すると、曲げ強度に課題を生じる可能性がある。これに対して、本実施形態の磁性楔100は、樹脂ではなく表面酸化物相で粒子同士を接合しているので、高温下で粒子同士の結着強度が低下することを抑制でき、高温下でも曲げ強度の高い磁性楔100が提供できる。例えば、室温(25℃)から150℃に昇温したときの三点曲げ強度の低下率を5%未満、より好ましくは3%未満にすることができる。さらには、室温(25℃)から200℃に昇温したときの三点曲げ強度の低下率も10%未満、より好ましくは5%未満にすることができる。 As described above, since the conventional magnetic wedge contains a resin, the resin may soften and its strength may decrease in a high temperature environment. That is, when used at a high temperature such as a rotary electric machine, there is a possibility that a problem arises in bending strength. On the other hand, in the magnetic wedge 100 of the present embodiment, since the particles are bonded to each other by the surface oxide phase instead of the resin, it is possible to suppress the decrease in the binding strength between the particles at a high temperature, and the bonding strength between the particles can be suppressed under a high temperature. However, a magnetic wedge 100 having high bending strength can be provided. For example, the rate of decrease in the three-point bending strength when the temperature is raised from room temperature (25 ° C.) to 150 ° C. can be less than 5%, more preferably less than 3%. Furthermore, the rate of decrease in the three-point bending strength when the temperature is raised from room temperature (25 ° C.) to 200 ° C. can be less than 10%, more preferably less than 5%.

さらに、樹脂を含む従来の磁性楔には、高温環境下に長時間さらされると樹脂が分解劣化して不可逆的な強度低下と寸法減少を引き起こすという課題があった。これに対し、本実施形態の磁性楔100では、基体に樹脂を含まないため、そのような問題は発生しない。この点においても、耐熱性と長期信頼性に優れた磁性楔100が提供できる。例えば、180℃で1000時間経過後の質量の減量率を0.05%未満、より好ましくは0.03%未満にすることができる。さらには、220℃で450時間経過後の質量の減量率も0.1%未満、より好ましくは0.05%未満にすることができる。 Further, the conventional magnetic wedge containing a resin has a problem that the resin is decomposed and deteriorated when exposed to a high temperature environment for a long time, causing an irreversible decrease in strength and size. On the other hand, in the magnetic wedge 100 of the present embodiment, since the substrate does not contain resin, such a problem does not occur. Also in this respect, the magnetic wedge 100 having excellent heat resistance and long-term reliability can be provided. For example, the mass weight loss rate after 1000 hours at 180 ° C. can be less than 0.05%, more preferably less than 0.03%. Furthermore, the mass weight loss rate after 450 hours at 220 ° C. can also be less than 0.1%, more preferably less than 0.05%.

また、回転電機の耐熱温度は、用途や仕様により異なるものの、規格上155℃や180℃と設定されるものがある。加えて、一部の回転電機では、200℃程度にまで上昇するものもある。本実施形態の磁性楔100は、高温下でも優れた曲げ強度を維持できるので、これまで磁性楔が設置できなかった、最高温度が180℃を超える回転電機、さらには200℃を超えるような回転電機にも好適に用いることができる。 Further, although the heat resistant temperature of the rotary electric machine varies depending on the application and specifications, there are some that are set to 155 ° C. or 180 ° C. according to the standard. In addition, in some rotary electric machines, the temperature rises to about 200 ° C. Since the magnetic wedge 100 of the present embodiment can maintain excellent bending strength even at a high temperature, a rotating electric machine having a maximum temperature of more than 180 ° C. It can also be suitably used for electric machines.

また、本実施形態の磁性楔100は、表面に電気絶縁性被覆が形成されていることが好ましい。このようにすることで、磁性楔100の電気抵抗をさらに高くするとともに、圧密体表面からの粒子の脱落を抑制して、信頼性の高い磁性楔100にすることができる。被覆には、渦電流損失を抑制するために、樹脂や酸化物による電気絶縁性被覆が好ましく、例えばエポキシ樹脂による粉体塗装や、ゾルーゲル法による無機物の被覆、あるいはワニスやシリコン樹脂の含浸による封孔処理被覆を採用することができる。これらのうち、樹脂の高温劣化を回避する観点から、ゾルーゲル法による無機物の被覆が特に好ましい。 Further, it is preferable that the magnetic wedge 100 of the present embodiment has an electrically insulating coating formed on its surface. By doing so, the electric resistance of the magnetic wedge 100 can be further increased, and the particles can be suppressed from falling off from the surface of the consolidated body to obtain the highly reliable magnetic wedge 100. The coating is preferably an electrically insulating coating with a resin or oxide in order to suppress eddy current loss. For example, powder coating with an epoxy resin, coating with an inorganic substance by the Zollugel method, or sealing by impregnation with a varnish or silicon resin Pore treatment coating can be adopted. Of these, coating with an inorganic substance by the sol-gel method is particularly preferable from the viewpoint of avoiding high-temperature deterioration of the resin.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態の磁性楔200について説明する。本実施形態の磁性楔200と第1実施形態の磁性楔100とは、高透磁率部分と低透磁率部分の形状だけが異なるので、斜視図を用いてのみ説明する。また、第1実施形態と同じ構成は、作用効果が同じなので、同じ記号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, the magnetic wedge 200 of the second embodiment of the present invention will be described. Since the magnetic wedge 200 of the present embodiment and the magnetic wedge 100 of the first embodiment differ only in the shapes of the high magnetic permeability portion and the low magnetic permeability portion, they will be described only with reference to a perspective view. Further, since the same configuration as that of the first embodiment has the same action and effect, the same symbols are added and the description thereof will be omitted.

図3に磁性楔200の斜視図を示す。また、磁性楔200を裏返しにしたときの斜視図を同図中右側に示す。図のように、低透磁率部分20は磁性楔200の厚み方向に貫通しておらず、磁性楔200の表側(凸面側)の面は高透磁率部分11で覆われている。この面をロータ側に向けて回転電機内に磁性楔200を設置することによって、ロータとステータのギャップ内磁束密度分布をよりなだらかにできるとともに、磁性楔200を介してティース間に短絡する磁束を効果的に抑制できる。これにより、回転電機の高効率化と高トルク特性の両立を実現することができる。 FIG. 3 shows a perspective view of the magnetic wedge 200. A perspective view of the magnetic wedge 200 turned inside out is shown on the right side of the figure. As shown in the figure, the low magnetic permeability portion 20 does not penetrate in the thickness direction of the magnetic wedge 200, and the front side (convex surface side) surface of the magnetic wedge 200 is covered with the high magnetic permeability portion 11. By installing the magnetic wedge 200 in the rotary electric machine with this surface facing the rotor side, the magnetic flux density distribution in the gap between the rotor and the stator can be made smoother, and the magnetic flux short-circuited between the teeth via the magnetic wedge 200 can be generated. Can be effectively suppressed. As a result, it is possible to achieve both high efficiency and high torque characteristics of the rotary electric machine.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態の磁性楔300について説明する。本実施形態の磁性楔300と第1実施形態の磁性楔100とは、高透磁率部分と低透磁率部分の形状だけが異なるので、斜視図を用いてのみ説明する。また、第1実施形態と同じ構成は、作用効果が同じなので、同じ記号を付して説明を省略する。
(Third Embodiment)
Next, the magnetic wedge 300 according to the third embodiment of the present invention will be described. Since the magnetic wedge 300 of the present embodiment and the magnetic wedge 100 of the first embodiment differ only in the shapes of the high magnetic permeability portion and the low magnetic permeability portion, they will be described only with reference to a perspective view. Further, since the same configuration as that of the first embodiment has the same action and effect, the same symbols are added and the description thereof will be omitted.

図4に磁性楔300の斜視図を示す。また、磁性楔300を裏返しにしたときの斜視図を同図中右側に示す。図のように、低透磁率部分20の断面形状が略台形形状をしている。さらに、低透磁率部分20は磁性楔300を貫通し、台形の短辺が磁性楔300の表側、長辺が磁性楔300の裏側に位置するように形成されている。磁性楔300の表側(台形形状の短辺側)をロータ側に向けて回転電機内に磁性楔300を設置することによって、ロータとステータのギャップ内磁束密度分布をさらになだらかにできるとともに、磁性楔300を介してティース間に短絡する磁束を効果的に抑制できる。これにより、回転電機の高効率化と高トルク特性の両立を実現することができる。 FIG. 4 shows a perspective view of the magnetic wedge 300. A perspective view of the magnetic wedge 300 turned inside out is shown on the right side of the figure. As shown in the figure, the cross-sectional shape of the low magnetic permeability portion 20 is substantially trapezoidal. Further, the low magnetic permeability portion 20 is formed so as to penetrate the magnetic wedge 300, and the short side of the trapezoid is located on the front side of the magnetic wedge 300 and the long side is located on the back side of the magnetic wedge 300. By installing the magnetic wedge 300 in the rotary electric machine with the front side (short side side of the trapezoidal shape) of the magnetic wedge 300 facing the rotor side, the magnetic flux density distribution in the gap between the rotor and the stator can be further smoothed, and the magnetic wedge 300 can be further smoothed. The magnetic flux short-circuited between the teeth via the 300 can be effectively suppressed. As a result, it is possible to achieve both high efficiency and high torque characteristics of the rotary electric machine.

(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態の磁性楔400について説明する。本実施形態の磁性楔400と第1実施形態の磁性楔100とは、高透磁率部分と低透磁率部分の形状だけが異なるので、斜視図を用いてのみ説明する。また、第1実施形態と同じ構成は、作用効果が同じなので、同じ記号を付して説明を省略する。
(Fourth Embodiment)
Next, the magnetic wedge 400 according to the fourth embodiment of the present invention will be described. Since the magnetic wedge 400 of the present embodiment and the magnetic wedge 100 of the first embodiment differ only in the shapes of the high magnetic permeability portion and the low magnetic permeability portion, they will be described only with reference to a perspective view. Further, since the same configuration as that of the first embodiment has the same action and effect, the same symbols are added and the description thereof will be omitted.

図5に磁性楔400の斜視図を示す。また、磁性楔400を裏返しにしたときの斜視図を同図中右側に示す。図のように、低透磁率部分20の断面が略三角形状をしており、三角形の底辺が磁性楔400の裏側(凸面の反対側)に位置するように形成されている。さらに、低透磁率部分20は磁性楔200の厚み方向に貫通しておらず、磁性楔400の表側の面は高透磁率部分11で覆われている。この面をロータ側に向けて回転電機内に磁性楔400を設置することによって、ロータとステータのギャップ内磁束密度分布をよりなだらかにできるとともに、磁性楔400を介してティース間に短絡する磁束を効果的に抑制できる。これにより、回転電機の高効率化と高トルク特性の両立を実現することができる。 FIG. 5 shows a perspective view of the magnetic wedge 400. A perspective view of the magnetic wedge 400 turned inside out is shown on the right side of the figure. As shown in the figure, the cross section of the low magnetic permeability portion 20 has a substantially triangular shape, and the base of the triangle is formed so as to be located on the back side (opposite side of the convex surface) of the magnetic wedge 400. Further, the low magnetic permeability portion 20 does not penetrate in the thickness direction of the magnetic wedge 200, and the front surface of the magnetic wedge 400 is covered with the high magnetic permeability portion 11. By installing the magnetic wedge 400 in the rotary electric machine with this surface facing the rotor side, the magnetic flux density distribution in the gap between the rotor and the stator can be made smoother, and the magnetic flux short-circuited between the teeth via the magnetic wedge 400 can be generated. Can be effectively suppressed. As a result, it is possible to achieve both high efficiency and high torque characteristics of the rotary electric machine.

(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態の磁性楔500について説明する。本実施形態の磁性楔500と第1実施形態の磁性楔100とは、高透磁率部分と低透磁率部分の形状だけが異なるので、斜視図を用いてのみ説明する。また、第1実施形態と同じ構成は、作用効果が同じなので、同じ記号を付して説明を省略する。
(Fifth Embodiment)
Next, the magnetic wedge 500 according to the fifth embodiment of the present invention will be described. Since the magnetic wedge 500 of the present embodiment and the magnetic wedge 100 of the first embodiment differ only in the shapes of the high magnetic permeability portion and the low magnetic permeability portion, they will be described only with reference to a perspective view. Further, since the same configuration as that of the first embodiment has the same action and effect, the same symbols are added and the description thereof will be omitted.

図6に磁性楔500の斜視図を示す。また、磁性楔500を裏返しにしたときの斜視図を同図中右側に示す。図のように、低透磁率部分20の断面が略半円形状をしており、半円の弦が磁性楔500の裏側に位置するように形成されている。さらに、低透磁率部分20は磁性楔500の厚み方向に貫通しておらず、磁性楔500の表側の面は高透磁率部分11で覆われている。この面をロータ側に向けて回転電機内に磁性楔500を設置することによって、ロータとステータのギャップ内磁束密度分布をよりなだらかにできるとともに、磁性楔500を介してティース間に短絡する磁束を効果的に抑制できる。これにより、回転電機の高効率化と高トルク特性の両立を実現することができる。 FIG. 6 shows a perspective view of the magnetic wedge 500. A perspective view of the magnetic wedge 500 turned inside out is shown on the right side of the figure. As shown in the figure, the cross section of the low magnetic permeability portion 20 has a substantially semicircular shape, and the semicircular strings are formed so as to be located on the back side of the magnetic wedge 500. Further, the low magnetic permeability portion 20 does not penetrate in the thickness direction of the magnetic wedge 500, and the front surface of the magnetic wedge 500 is covered with the high magnetic permeability portion 11. By installing the magnetic wedge 500 in the rotary electric machine with this surface facing the rotor side, the magnetic flux density distribution in the gap between the rotor and the stator can be made smoother, and the magnetic flux short-circuited between the teeth via the magnetic wedge 500 can be generated. Can be effectively suppressed. As a result, it is possible to achieve both high efficiency and high torque characteristics of the rotary electric machine.

(第6実施形態)
次に、本発明の第6実施形態の磁性楔600について説明する。本実施形態の磁性楔600と第1実施形態の磁性楔100とは、高透磁率部分と低透磁率部分の形状だけが異なるので、斜視図を用いてのみ説明する。また、第1実施形態と同じ構成は、作用効果が同じなので、同じ記号を付して説明を省略する。
(Sixth Embodiment)
Next, the magnetic wedge 600 according to the sixth embodiment of the present invention will be described. Since the magnetic wedge 600 of the present embodiment and the magnetic wedge 100 of the first embodiment differ only in the shapes of the high magnetic permeability portion and the low magnetic permeability portion, they will be described only with reference to a perspective view. Further, since the same configuration as that of the first embodiment has the same action and effect, the same symbols are added and the description thereof will be omitted.

図7に磁性楔600の斜視図を示す。図のように、低透磁率部分20は磁性楔600の厚さ方向に貫通するとともに、磁性楔600の長手方向に斜めに形成されている。これにより、ロータとステータのギャップ内磁束密度分布をよりなだらかにできるとともに、磁性楔600を介してティース間に短絡する磁束を効果的に抑制でき、回転電機の高効率化と高トルク特性の両立を実現することができる。 FIG. 7 shows a perspective view of the magnetic wedge 600. As shown in the figure, the low magnetic permeability portion 20 penetrates in the thickness direction of the magnetic wedge 600 and is formed obliquely in the longitudinal direction of the magnetic wedge 600. As a result, the magnetic flux density distribution in the gap between the rotor and the stator can be made smoother, and the magnetic flux short-circuited between the teeth via the magnetic wedge 600 can be effectively suppressed. Can be realized.

(第7実施形態)
磁性楔は後述のようにステータのティースに形成された突起や溝に嵌合されて取り付けられる。したがって、この嵌合形態によって、磁性楔の断面は種々の形状をとることができる。上述の実施形態では磁性楔の両端に段差を設けた形状で説明したが、例えば図8に示したように、磁性楔700の両端がテーパー状になっていてもよい。また、図8に示した磁性楔700では低透磁率部分20の断面が台形となっているが、これに限らず、低透磁率部分の形状についても上述のような種々の形状を適用することができる。
(7th Embodiment)
The magnetic wedge is fitted and attached to a protrusion or groove formed on the tooth of the stator as described later. Therefore, depending on this fitting form, the cross section of the magnetic wedge can take various shapes. In the above-described embodiment, the shape is described in which steps are provided at both ends of the magnetic wedge, but as shown in FIG. 8, for example, both ends of the magnetic wedge 700 may be tapered. Further, in the magnetic wedge 700 shown in FIG. 8, the cross section of the low magnetic permeability portion 20 is trapezoidal, but the present invention is not limited to this, and various shapes as described above can be applied to the shape of the low magnetic permeability portion. Can be done.

(第8実施形態)
次に、本発明の第8実施形態の磁性楔800について説明する。図9に磁性楔800の斜視図を示す。磁性楔800では、凸面側の凸部分全体が低透磁率部分20で構成されており、厚さ方向に、高透磁率部分11と低透磁率部分20の二層構造となっている。そして、高透磁率部分11側の面をロータ側に向けて磁性楔800を回転電機内に設置することにより、このような構成でも、回転電機の高効率化とトルク低下抑制に有効である。
(8th Embodiment)
Next, the magnetic wedge 800 according to the eighth embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 shows a perspective view of the magnetic wedge 800. In the magnetic wedge 800, the entire convex portion on the convex surface side is composed of the low magnetic permeability portion 20, and has a two-layer structure of the high magnetic permeability portion 11 and the low magnetic permeability portion 20 in the thickness direction. By installing the magnetic wedge 800 in the rotary electric machine with the surface on the high magnetic permeability portion 11 side facing the rotor side, even in such a configuration, it is effective in improving the efficiency of the rotary electric machine and suppressing the decrease in torque.

(第9実施形態)
次に、本発明の第9実施形態である、回転電機30について説明する。
図10は、回転電機30の模式図であり、回転電機30の回転軸に垂直な断面構造を示している。回転電機30は、ラジアルギャップ型回転電機であり、ステータ31とロータ32を同軸にして配している。そして、ステータ31には、コイル33を巻き回した複数のティース34を、周方向に等間隔に配している。
(9th Embodiment)
Next, the rotary electric machine 30 which is the ninth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 10 is a schematic view of the rotary electric machine 30 and shows a cross-sectional structure perpendicular to the rotation axis of the rotary electric machine 30. The rotary electric machine 30 is a radial gap type rotary electric machine, and the stator 31 and the rotor 32 are arranged coaxially. A plurality of teeth 34 around which the coil 33 is wound are arranged on the stator 31 at equal intervals in the circumferential direction.

本実施形態の回転電機30では、ティース34のロータ32側先端に、隣り合うティース34の先端を接続するよう、上述の磁気楔を配している。また、磁性楔の断面形状は凸形をしており、この凸部がロータ側に位置するように配置されている。磁性楔にはコイル33によってロータ側に押し出される方向に力が加わるが、磁性楔の鍔部がティース先端の突起部に押し付けられて磁性楔が固定される。 In the rotary electric machine 30 of the present embodiment, the above-mentioned magnetic wedge is arranged so as to connect the tips of adjacent teeth 34 to the tip of the teeth 34 on the rotor 32 side. Further, the cross-sectional shape of the magnetic wedge is convex, and the convex portion is arranged so as to be located on the rotor side. A force is applied to the magnetic wedge in the direction of being pushed out toward the rotor by the coil 33, but the flange portion of the magnetic wedge is pressed against the protrusion at the tip of the tooth to fix the magnetic wedge.

ここで、ティース34の比透磁率と飽和磁束密度は、通常、磁性楔のそれらよりも高く設計される。これにより、磁性楔に達したロータ32からの磁束は、磁性楔を経由してティース34に流入し、コイルに達する磁束が抑制されて、コイルに生じる渦電流損失を低減することができる。また、回転電機の駆動時において、コイル電流により生じたティース34内の磁束は、大部分がギャップを隔ててロータ32に流入するものの、一部は磁性楔に誘引されて周方向に広がるようになる。これにより、ステータ31とロータ32との間のギャップ内磁束分布がなだらかになり、例えばロータ32に永久磁石を配置した回転電機では、コギングを抑制することができ、さらにロータ32に発生する渦電流損失を低減することができる。また、例えばロータ32にかご形導体を配置した誘導型回転電機では、二次銅損を低減することができる。以上のように本発明による磁性楔を回転電機に配することで、損失を低減し、高効率・高性能の回転電機30にすることができる。 Here, the relative permeability and saturation magnetic flux density of the teeth 34 are usually designed to be higher than those of the magnetic wedge. As a result, the magnetic flux from the rotor 32 that has reached the magnetic wedge flows into the teeth 34 via the magnetic wedge, the magnetic flux that reaches the coil is suppressed, and the eddy current loss that occurs in the coil can be reduced. Further, when the rotary electric machine is driven, most of the magnetic flux in the teeth 34 generated by the coil current flows into the rotor 32 with a gap, but a part of the magnetic flux is attracted by the magnetic wedge and spreads in the circumferential direction. Become. As a result, the magnetic flux distribution in the gap between the stator 31 and the rotor 32 becomes gentle. For example, in a rotary electric machine in which a permanent magnet is arranged in the rotor 32, cogging can be suppressed, and an eddy current generated in the rotor 32 can be suppressed. The loss can be reduced. Further, for example, in an induction type rotary electric machine in which a cage-shaped conductor is arranged on the rotor 32, secondary copper loss can be reduced. By arranging the magnetic wedge according to the present invention in the rotary electric machine as described above, the loss can be reduced and the rotary electric machine 30 with high efficiency and high performance can be obtained.

磁性楔100または200の厚み(回転電機の径方向の寸法)は、薄すぎると強度が低下するほか、磁性楔としての効果も弱まるので、厚みは1mm以上であるのが好ましい。一方、厚すぎるとコイル33のスペースを圧迫して銅損増大の一因になるほか、磁性楔100または200の体積が増大するので磁性楔自体に生じる損失(ヒステリシス損失)も増大する。従って、厚みは5mm以下が好ましく、3mm以下がより好ましく、2mm以下がさらに好ましい。
磁性楔100または200の幅(回転電機の周方向の寸法)は、隣接するティース34の間隔に合わせて適宜設定されるが、2mmから20mmの範囲にあることが好ましい。
磁性楔100または200の長さ(回転電機の軸方向の寸法)も、基本的にはステータ31の厚み(軸方向長さ)に合わせて適宜設定されるが、長すぎると作製自体が困難になるほか、回転電機への取り付け時に折れやすくなって作業性が悪くなる。従って長さは、300mm以下が好ましく、200mm以下がより好ましく、100mm以下がさらに好ましい。一方、短すぎると、回転電機への取り付け時に作業が煩雑となって好ましくない。かかる観点から、長さは25mm以上が好ましく、50mm以上がより好ましい。
If the thickness of the magnetic wedge 100 or 200 (dimension in the radial direction of the rotary electric machine) is too thin, the strength is lowered and the effect as a magnetic wedge is also weakened. Therefore, the thickness is preferably 1 mm or more. On the other hand, if it is too thick, the space of the coil 33 is compressed, which contributes to an increase in copper loss, and the volume of the magnetic wedge 100 or 200 increases, so that the loss (hysteresis loss) generated in the magnetic wedge itself also increases. Therefore, the thickness is preferably 5 mm or less, more preferably 3 mm or less, and even more preferably 2 mm or less.
The width of the magnetic wedge 100 or 200 (dimension in the circumferential direction of the rotary electric machine) is appropriately set according to the distance between the adjacent teeth 34, but is preferably in the range of 2 mm to 20 mm.
The length of the magnetic wedge 100 or 200 (the axial dimension of the rotary electric machine) is also basically set appropriately according to the thickness (axial length) of the stator 31, but if it is too long, the manufacturing itself becomes difficult. In addition, it is easily broken when attached to a rotary electric machine, resulting in poor workability. Therefore, the length is preferably 300 mm or less, more preferably 200 mm or less, and even more preferably 100 mm or less. On the other hand, if it is too short, the work becomes complicated when it is attached to the rotary electric machine, which is not preferable. From this point of view, the length is preferably 25 mm or more, more preferably 50 mm or more.

(第10実施形態)
次に、磁性楔の製造方法について説明する。以下の説明は、上述の実施形態である磁性楔100〜800のいずれにも適用できるものである。
図11は、本発明の磁性楔100〜800を製造する工程フローである。本製造方法は、Fe基軟磁性粉末とバインダとを混合して混合物にする工程S11と、混合物を加圧成形して第一の成形体にする工程S12と、低透磁率金属粉末をバインダと混合して混合物にする工程S21と、混合物を加圧成形して第2の成形体にする工程S22と、第1の成形体と第2の成形体を金型内の所定位置にセットした上で、加圧成形して、第1の成形体と第2の成形体と一体化した成形体にする工程S3と、一体化された成形体を熱処理して磁性楔100〜800となる圧密体にする工程S4とを有している。
(10th Embodiment)
Next, a method for manufacturing the magnetic wedge will be described. The following description is applicable to any of the magnetic wedges 100 to 800 of the above-described embodiment.
FIG. 11 is a process flow for manufacturing the magnetic wedges 100 to 800 of the present invention. In this production method, a step S11 in which an Fe-based soft magnetic powder and a binder are mixed to form a mixture, a step S12 in which the mixture is pressure-molded to form a first molded body, and a low magnetic permeability metal powder is used as a binder. The step S21 of mixing to form a mixture, the step S22 of press-molding the mixture to form a second molded body, and the first molded body and the second molded body are set at predetermined positions in the mold. In the step S3 of pressure molding to form a molded body integrated with the first molded body and the second molded body, and the compacted body obtained by heat-treating the integrated molded body to become a magnetic wedge 100 to 800. It has a step S4 and the like.

まず、工程S11では、Fe基軟磁性粉末とバインダとを混合して混合物にする。工程S11に用いるFe基軟磁性粉末は、磁性楔100〜800でFe基軟磁性合金粒子1となる粉末である。Feを主体とした軟磁性合金粉末であり、CoやNiを含有する軟磁性粉末を用いてもよい。なお、以降の説明では、Fe基軟磁性粉末の粒子をFe基軟磁性合金粒子1と称する場合がある。 First, in step S11, the Fe-based soft magnetic powder and the binder are mixed to form a mixture. The Fe-based soft magnetic powder used in step S11 is a powder that becomes Fe-based soft magnetic alloy particles 1 with magnetic wedges 100 to 800. It is a soft magnetic alloy powder mainly containing Fe, and a soft magnetic powder containing Co and Ni may be used. In the following description, the particles of the Fe-based soft magnetic powder may be referred to as the Fe-based soft magnetic alloy particles 1.

Fe基軟磁性粉末には、平均粒径(累積粒度分布におけるメジアン径d50)が、1μm以上100μm以下の粉末を用いるのが好ましく、5μm以上30μm以下の粉末を用いるのがより好ましい。このようなFe基軟磁性粉末を用いることで、好ましい平均粒径のFe基軟磁性合金粒子1を有する磁性楔100〜800を製造することができる。 As the Fe-based soft magnetic powder, it is preferable to use a powder having an average particle size (median diameter d50 in the cumulative particle size distribution) of 1 μm or more and 100 μm or less, and more preferably 5 μm or more and 30 μm or less. By using such Fe-based soft magnetic powder, magnetic wedges 100 to 800 having Fe-based soft magnetic alloy particles 1 having a preferable average particle size can be produced.

また、Fe基軟磁性粉末には、Feよりも酸化しやすい元素Mを含有する粉末を用い、元素Mは、例えば、Al、Si、Cr、Zr、Hfから選択するのが好ましい。このようにすることで、工程S4において、Fe基軟磁性合金粒子1に良好な表面酸化物相3を容易に形成することができる。具体的には、Fe基軟磁性粉末の成形体を酸化することで、元素Mの含有量がFe基軟磁性合金粒子1の内部よりも高い表面酸化物相3を、容易に形成することができる。 Further, as the Fe-based soft magnetic powder, a powder containing an element M that is more easily oxidized than Fe is used, and the element M is preferably selected from, for example, Al, Si, Cr, Zr, and Hf. By doing so, in step S4, a good surface oxide phase 3 can be easily formed on the Fe-based soft magnetic alloy particles 1. Specifically, by oxidizing the molded body of the Fe-based soft magnetic powder, the surface oxide phase 3 having a higher element M content than the inside of the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 can be easily formed. can.

なお、Fe基軟磁性粉末に含有される元素Mの量は、1.0質量%以上20質量%以下にするのが好ましい。このようにすることで、電気抵抗と曲げ強度が高く、磁気シールド性の高い磁性楔100〜800を、容易に製造することができる。 The amount of the element M contained in the Fe-based soft magnetic powder is preferably 1.0% by mass or more and 20% by mass or less. By doing so, magnetic wedges 100 to 800 having high electrical resistance and bending strength and high magnetic shielding properties can be easily manufactured.

また、元素Mは、一種だけでなく二種以上選択してもよい。例えば、AlとCrの二種を選択して、Fe基軟磁性粉末を、Fe−Al−Cr系合金粉末にしてもよい。このようにすることで、曲げ強度が高く、比透磁率が調整された磁性楔100〜800を、容易に製造することができる。なお、Fe−Al−Cr系合金とは、Feの次に含有量が多い元素が、CrおよびAl(順不同)である合金のことであり、その他の元素がFe、Cr、Alより少量で含まれていても良い。 Further, the element M may be selected not only by one type but also by two or more types. For example, two types of Al and Cr may be selected, and the Fe-based soft magnetic powder may be an Fe—Al—Cr-based alloy powder. By doing so, it is possible to easily manufacture magnetic wedges 100 to 800 having high bending strength and adjusted relative magnetic permeability. The Fe—Al—Cr alloy is an alloy in which the elements having the next highest content after Fe are Cr and Al (in no particular order), and other elements are contained in a smaller amount than Fe, Cr, and Al. It may be.

なお、上記元素Mとして、二種以上の元素を選択した場合、それら含有量の合計は、一種を選択した場合と同様に、1.0質量%以上20質量%以下にするのが好ましい。 When two or more kinds of elements are selected as the element M, the total content thereof is preferably 1.0% by mass or more and 20% by mass or less, as in the case of selecting one kind.

また、Fe基軟磁性粉末には、上記元素M以外の元素を添加した粉末を用いてもよい。ただし、これら添加元素は、元素Mより少量添加するのが好ましい。さらに、化学的手法や熱処理などで表面処理した粒子を含む粉末を用いてもよい。 Further, as the Fe-based soft magnetic powder, a powder to which an element other than the above element M is added may be used. However, it is preferable to add these additive elements in a smaller amount than the element M. Further, a powder containing particles surface-treated by a chemical method or heat treatment may be used.

また、Fe基軟磁性粉末には、成形性の良い粒状粉として、ガスアトマイズ法や水アトマイズ法により作製した粉末を用いることができる。また、形状異方性の活用を目的とした偏平粉として、粉砕法により作製した粉末を用いることができる。 Further, as the Fe-based soft magnetic powder, a powder prepared by a gas atomizing method or a water atomizing method can be used as a granular powder having good moldability. Further, as a flat powder for the purpose of utilizing shape anisotropy, a powder produced by a pulverization method can be used.

また、バインダは工程S12において粒子同士を仮接着して、成形体にある程度の強度を付与するために用いられる。また、バインダには粒子間に適切な間隔を付与する役割もある。バインダとしては、例えばポリビニルアルコールやアクリルなどの有機バインダを用いることができる。また、バインダは、混合物全体に十分に行きわたり、十分な成形体強度を確保しつつ、工程S4において、十分熱分解される量だけ添加するのが好ましい。例えば、Fe基軟磁性粉末100重量部に対して0.5〜3.0重量部だけ添加するのが好ましい。 Further, the binder is used in step S12 to temporarily bond the particles to each other to impart a certain degree of strength to the molded product. The binder also has the role of providing an appropriate spacing between the particles. As the binder, for example, an organic binder such as polyvinyl alcohol or acrylic can be used. Further, it is preferable to add the binder in an amount that is sufficiently thermally decomposed in the step S4 while sufficiently spreading the binder throughout the mixture and ensuring sufficient strength of the molded product. For example, it is preferable to add only 0.5 to 3.0 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the Fe-based soft magnetic powder.

また、工程S11における混合方法は、公知の混合方法、混合機を用いることができる。Fe基軟磁性粉末とバインダとを混合した混合物は、バインダの接着作用により、広い粒度分布をもった凝集粉になることがある。その場合、混合粉を、例えば振動篩等を用いて篩に通し、所望の二次粒子径の造粒粉にしてから、工程S12に用いてもよい。球状、かつ粒径の揃った造粒粉を得るためには、噴霧乾燥を適用することが好ましい。また、混合物には、工程S12における粉末と金型との摩擦を低減するために、ステアリン酸、ステアリン酸塩等の潤滑剤を添加してもよい。その場合、添加量は、混合粉100重量部に対して0.1〜2.0重量部にすることが好ましい。なお、潤滑剤は、工程S11で混合物に添加せず、S12工程で金型に塗布してもよい。 Further, as the mixing method in step S11, a known mixing method and mixer can be used. A mixture of Fe-based soft magnetic powder and a binder may become agglomerated powder having a wide particle size distribution due to the adhesive action of the binder. In that case, the mixed powder may be passed through a sieve using, for example, a vibrating sieve to obtain granulated powder having a desired secondary particle size, and then used in step S12. In order to obtain granulated powder having a spherical shape and a uniform particle size, it is preferable to apply spray drying. Further, a lubricant such as stearic acid or stearate may be added to the mixture in order to reduce the friction between the powder and the mold in step S12. In that case, the addition amount is preferably 0.1 to 2.0 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the mixed powder. The lubricant may not be added to the mixture in step S11, but may be applied to the mold in step S12.

次に、工程S12では、工程S11で得られた混合物を加圧成形する。加圧成形には、例えば、プレス機と成形金型を用いることができる。高透磁率部分11および12のような段付き形状を成形するためには多軸プレス機を用いることが好ましい。加圧成形は、室温成形にしてもよいし、バインダが消失しない程度加熱した、温間成形にしてもよい。
成形圧力は、後の本成形工程で粒子の移動および塑性変形ができる余地を残しておく観点から、高すぎないことが好ましい。例えば、成形圧力は、0.9GPa以下が好ましく、0.7GPa以下がより好ましく、0.5GPa以下がさらに好ましい。一方、低すぎると成形体の形成が困難になるので、0.1GPa以上が好ましく、0.3GPa以上がより好ましい。
Next, in step S12, the mixture obtained in step S11 is pressure-molded. For pressure molding, for example, a press machine and a molding die can be used. It is preferable to use a multi-axis press to form stepped shapes such as the high magnetic permeability portions 11 and 12. The pressure molding may be room temperature molding or warm molding in which the binder is heated to the extent that it does not disappear.
The molding pressure is preferably not too high from the viewpoint of leaving room for particle movement and plastic deformation in the subsequent main molding step. For example, the molding pressure is preferably 0.9 GPa or less, more preferably 0.7 GPa or less, and even more preferably 0.5 GPa or less. On the other hand, if it is too low, it becomes difficult to form a molded product, so 0.1 GPa or more is preferable, and 0.3 GPa or more is more preferable.

次に、工程S21では、低透磁率金属粉末とバインダとを混合して混合物にする。工程S21に供される低透磁率金属粉末は、磁性楔100〜800において低透磁率金属粒子4となる粉末である。なお、以降の説明では、低透磁率金属粉末の粒子を低透磁率金属粒子4、と称する場合がある。 Next, in step S21, the low magnetic permeability metal powder and the binder are mixed to form a mixture. The low magnetic permeability metal powder used in step S21 is a powder that becomes low magnetic permeability metal particles 4 in the magnetic wedges 100 to 800. In the following description, the particles of the low magnetic permeability metal powder may be referred to as the low magnetic permeability metal particles 4.

低透磁率金属粉末には、平均粒径(累積粒度分布におけるメジアン径d50)が、1μm以上80μm以下の粉末を用いるのが好ましく、3μm以上20μm以下の粉末を用いるのがより好ましい。このような低透磁率金属粉末を用いることで、好ましい平均粒径の低透磁率金属粒子4を有する磁性楔100〜800を製造することができる。 As the low magnetic permeability metal powder, it is preferable to use a powder having an average particle size (median diameter d50 in the cumulative particle size distribution) of 1 μm or more and 80 μm or less, and more preferably 3 μm or more and 20 μm or less. By using such a low magnetic permeability metal powder, it is possible to manufacture magnetic wedges 100 to 800 having low magnetic permeability metal particles 4 having a preferable average particle size.

また、低透磁率金属粉末には、Fe基軟磁性粉末に含まれる元素M、すなわち、Feよりも酸化しやすい元素Mを含む粉末を用い、元素Mは、例えば、Al、Si、Cr、Zr、Hfから選択するのが好ましい。このようにすることで、曲げ強度と電気抵抗の高い磁性楔100〜800を容易に製造することができる。 Further, as the low magnetic permeability metal powder, an element M contained in the Fe-based soft magnetic powder, that is, a powder containing an element M that is more easily oxidized than Fe is used, and the element M is, for example, Al, Si, Cr, Zr. , Hf is preferable. By doing so, magnetic wedges 100 to 800 having high bending strength and electrical resistance can be easily manufactured.

また、低透磁率金属粒子4は、元素M単体の粒子にしてもよいし、元素Mを含有する合金粒子にしてもよい。合金粒子にする場合には、Fe基の合金粒子にし、元素Mの濃度を高めて(即ちFeの含有量を少なくして)透磁率を下げるか、あるいはさらに元素Mの濃度を高めて粒子のキュリー温度を室温以下にしても良い。
低透磁率金属粒子4をFe基の合金粒子とする場合、例えば、AlまたはCrの少なくとも一方を含む金属粒子であることが好ましく、AlとCrの二種の元素Mを選択し、Fe−Al−Cr系合金粒子にすることがより好ましい。このようにすることで、良好な表面酸化物相5および6を形成することができ、曲げ強度と電気抵抗の高い磁性楔100〜800にすることができる。
Further, the low magnetic permeability metal particles 4 may be particles of the element M alone or alloy particles containing the element M. In the case of alloy particles, Fe-based alloy particles are used, and the concentration of element M is increased (that is, the content of Fe is reduced) to lower the magnetic permeability, or the concentration of element M is further increased to increase the concentration of the particles. The Curie temperature may be set to room temperature or lower.
When the low magnetic permeability metal particles 4 are Fe-based alloy particles, for example, they are preferably metal particles containing at least one of Al and Cr, and two types of elements M, Al and Cr, are selected and Fe—Al. -It is more preferable to use Cr-based alloy particles. By doing so, good surface oxide phases 5 and 6 can be formed, and magnetic wedges 100 to 800 having high bending strength and electrical resistance can be obtained.

工程S21に供されるバインダは、前述の工程11と同様のものが使用可能である。バインダの添加量についても同様である。また、工程S21における混合方法は、前述の工程S11と同じ混合方法を用いることができる。潤滑剤の添加量についても同様である。 As the binder provided in the step S21, the same binder as in the above-mentioned step 11 can be used. The same applies to the amount of binder added. Further, as the mixing method in the step S21, the same mixing method as in the above-mentioned step S11 can be used. The same applies to the amount of lubricant added.

次に、工程S22では、工程S21で得られた混合物を加圧成形する。加圧成形には、前述の工程S12と同じ加圧成形を用いることができる。成形圧力は、後の本成形工程で粒子の移動および塑性変形ができる余地を残しておく観点から、高すぎないことが好ましい。例えば、成形圧力は、0.9GPa以下が好ましく、0.7GPa以下がより好ましく、0.5GPa以下がさらに好ましい。一方、低すぎると成形体の形成が困難になるので、0.1GPa以上が好ましく、0.3GPa以上がより好ましい。 Next, in step S22, the mixture obtained in step S21 is pressure-molded. For the pressure molding, the same pressure molding as in the above-mentioned step S12 can be used. The molding pressure is preferably not too high from the viewpoint of leaving room for particle movement and plastic deformation in the subsequent main molding step. For example, the molding pressure is preferably 0.9 GPa or less, more preferably 0.7 GPa or less, and even more preferably 0.5 GPa or less. On the other hand, if it is too low, it becomes difficult to form a molded product, so 0.1 GPa or more is preferable, and 0.3 GPa or more is more preferable.

次に低透磁率金属粒子では、工程12および工程22で作製した成形体を、金型内の所定位置にセットした上で、改めて加圧成形を行い、これらの成形体を一体化させる。磁性楔100〜800を作製する場合には、高透磁率部分の成形体を両端に、低透磁率部分の成形体をそれらの間にセットした上で加圧成形を行う。加圧成形時の圧力によって、粒子の移動と塑性変形が生じ、全体の緻密化が進行するとともに、高透磁率部分の成形体と低透磁率部分の成形体が密着して一体化する。ただし、ここで言う密着とは、高透磁率部分と低透磁率部分の境界部において、Fe基軟磁性合金粒子1と低透磁率金属粒子4は、バインダを介して接着した状態となっていることを指す。 Next, for the low magnetic permeability metal particles, the molded bodies produced in steps 12 and 22 are set at predetermined positions in the mold, and then pressure molding is performed again to integrate these molded bodies. When the magnetic wedges 100 to 800 are manufactured, pressure molding is performed after setting the molded body of the high magnetic permeability portion at both ends and the molded body of the low magnetic permeability portion between them. Due to the pressure during pressure molding, the movement of particles and plastic deformation occur, the overall densification progresses, and the molded body of the high magnetic permeability portion and the molded body of the low magnetic permeability portion are brought into close contact with each other and integrated. However, the term "adhesion" as used herein means that the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 and the low magnetic permeability metal particles 4 are adhered to each other via a binder at the boundary between the high magnetic permeability portion and the low magnetic permeability portion. Point to that.

工程3の加圧成形には、例えば、プレス機と成形金型を用いることができる。加圧成形は、室温成形にしてもよいし、バインダが消失しない程度加熱した、温間成形にしてもよい。金型内壁に潤滑剤を塗布してもよい。成形圧力は、上述の一体化を促進するために、工程S12および工程S22での成形圧力よりも高くすることが好ましい。例えば、成形圧力は、0.7GPa以上が好ましく、0.9GPa以上がより好ましい。一方、高すぎると大型のプレス機が必要になり、金型の損耗が顕著になるため、2.5GPa以下が好ましく、2.0GPa以下がより好ましい。 For the pressure molding in step 3, for example, a press machine and a molding die can be used. The pressure molding may be room temperature molding or warm molding in which the binder is heated to the extent that it does not disappear. A lubricant may be applied to the inner wall of the mold. The molding pressure is preferably higher than the molding pressure in steps S12 and S22 in order to promote the above-mentioned integration. For example, the molding pressure is preferably 0.7 GPa or more, and more preferably 0.9 GPa or more. On the other hand, if it is too high, a large press machine is required and the die is significantly worn. Therefore, 2.5 GPa or less is preferable, and 2.0 GPa or less is more preferable.

次に、工程S4では、工程S3で得られた成形体を熱処理して磁性楔100〜800となる圧密体にする。工程S4では、成形体を熱処理することで、成形体のFe軟磁性粒子1および低透磁率金属粒子4の粒子間に存在するバインダを熱分解して、粒子間に空隙を形成する。さらに熱処理を継続することで、上記の粒子間に、空隙2と、Fe基軟磁性合金粒子1同士を結着する表面酸化物相3と、低透磁率金属粒子4同士を結着する表面酸化物相5と、Fe基軟磁性合金粒子1と低透磁率金属粒子4を結着する表面酸化物相6とを形成する。 Next, in step S4, the molded body obtained in step S3 is heat-treated to be a compacted body having a magnetic wedge of 100 to 800. In step S4, the molded body is heat-treated to thermally decompose the binder existing between the Fe soft magnetic particles 1 and the low magnetic permeability metal particles 4 of the molded body to form voids between the particles. By further continuing the heat treatment, the voids 2 and the surface oxide phase 3 that binds the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 to each other and the surface oxidation that binds the low magnetic permeability metal particles 4 to each other are formed between the particles. The physical phase 5 and the surface oxide phase 6 for binding the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 and the low magnetic permeability metal particles 4 are formed.

なお、熱処理は、大気中、酸素と不活性ガスの混合気体中など、酸素が存在する雰囲気中で行うことができる。また、水蒸気と不活性ガスの混合気体中など、水蒸気が存在する雰囲気中で行うこともできる。 The heat treatment can be performed in an atmosphere in which oxygen is present, such as in the atmosphere or in a mixed gas of oxygen and an inert gas. It can also be performed in an atmosphere in which water vapor is present, such as in a mixed gas of water vapor and an inert gas.

また、熱処理は、Fe基軟磁性合金粒子1の粒子間に、Fe基軟磁性合金粒子1同士を結着する表面酸化物相3と、低透磁率金属粒子4同士を結着する表面酸化物相5と、Fe基軟磁性合金粒子1と低透磁率金属粒子4を結着する表面酸化物相6とを形成可能な温度に加熱して行う。ただし、熱処理温度が低いと、バインダの熱分解が完了せずに残存する可能性があるほか、成形時に成形体に加わった歪が緩和されずに残る可能性がある。一方、熱処理温度が高いと、Fe基軟磁性合金粒子1同士が焼結し、電気抵抗が下がって渦電流損失の大きい磁性楔100〜800になる可能性がある。そこで、熱処理温度は600℃〜900℃の範囲にするのが好ましく、700〜800℃の範囲にするのがより好ましい。 Further, in the heat treatment, the surface oxide phase 3 that binds the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 to each other and the surface oxide that binds the low magnetic permeability metal particles 4 to each other are bonded between the particles of the Fe-based soft magnetic alloy particles 1. The phase 5 and the surface oxide phase 6 that binds the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 and the low magnetic permeability metal particles 4 are heated to a temperature at which they can be formed. However, if the heat treatment temperature is low, the thermal decomposition of the binder may not be completed and may remain, and the strain applied to the molded body during molding may remain unrelieved. On the other hand, if the heat treatment temperature is high, the Fe-based soft magnetic alloy particles 1 may be sintered, the electric resistance may be lowered, and the magnetic wedges 100 to 800 having a large eddy current loss may be formed. Therefore, the heat treatment temperature is preferably in the range of 600 ° C. to 900 ° C., more preferably in the range of 700 to 800 ° C.

なお、図11には記載していないが、工程S12、S22、S3の成形工程の後で、成形体に研削加工や切削加工(あるいはその両方)を施す加工工程を挿入してもよい。これにより、各成形体を所望の形状にすることができ、様々な実施形態の磁性楔100〜800が容易に得られるようになる。さらに、工程S4の熱処理工程後に加工工程を入れることも可能である。ただしこの場合、熱処理で形成された表面酸化相にダメージを与えて電気抵抗を下げるリスクがある。かかる観点から、成形体の段階で(熱処理前に)加工を行う製法がより好ましい。 Although not shown in FIG. 11, after the molding steps of steps S12, S22, and S3, a processing step of performing grinding and / or cutting on the molded body may be inserted. As a result, each molded product can be formed into a desired shape, and magnetic wedges 100 to 800 of various embodiments can be easily obtained. Further, it is also possible to insert a processing step after the heat treatment step of step S4. However, in this case, there is a risk of damaging the surface oxidation phase formed by the heat treatment and lowering the electrical resistance. From this point of view, a manufacturing method in which processing is performed at the stage of the molded product (before heat treatment) is more preferable.

上述のように本製造方法は、粉末原料のプレス成形を基本にしたものであり、所望の磁性楔形状を比較的容易に得ることができるため、量産性にも優れている。 As described above, this production method is based on press molding of a powder raw material, and a desired magnetic wedge shape can be obtained relatively easily, so that it is also excellent in mass productivity.

以上、本発明について、上記実施形態を用いて説明してきたが、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されない。特許請求の範囲に記載されている技術範囲にて、内容を変更できるものである。 Although the present invention has been described above using the above-described embodiment, the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment. The contents can be changed within the technical scope described in the claims.

1:Fe基軟磁性合金粒子
2:空隙
3:表面酸化物相
4:低透磁率金属粒子
5:表面酸化物相
6:表面酸化物相
30:回転電機
31:ステータ
32:ロータ
33:コイル
34:ティース
100、200、300、400、500、600、700、800:磁性楔


1: Fe-based soft magnetic alloy particles 2: voids 3: surface oxide phase 4: low magnetic permeability metal particles 5: surface oxide phase 6: surface oxide phase 30: rotary electric machine 31: stator 32: rotor 33: coil 34 : Teeth 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800: Magnetic wedge


Claims (8)

回転電機用の磁性楔であって、
異なる透磁率を有する複数の部分からなり、
前記複数の部分のうち、第1の部分は、Feより酸化しやすい元素Mを含有する複数のFe基軟磁性合金粒子が、
前記元素Mを含む酸化物相で結着されていること、
を特徴とする磁性楔。
A magnetic wedge for rotary electric machines
Consists of multiple parts with different magnetic permeability
Of the plurality of portions, the first portion contains a plurality of Fe-based soft magnetic alloy particles containing an element M that is more easily oxidized than Fe.
Being bound by an oxide phase containing the element M,
A magnetic wedge featuring.
前記複数の部分のうち、第2の部分は、前記Fe基軟磁性合金粒子よりも低い透磁率を有し、
Feよりも酸化しやすい元素Mを含有する複数の低透磁率金属粒子からなり、
前記低透磁率金属粒子が、前記元素Mを含む酸化物相で結着されていることを特徴とする請求項1に記載の磁性楔。
Of the plurality of portions, the second portion has a lower magnetic permeability than the Fe-based soft magnetic alloy particles.
It is composed of a plurality of low magnetic permeability metal particles containing an element M that is more easily oxidized than Fe.
The magnetic wedge according to claim 1, wherein the low magnetic permeability metal particles are bound by an oxide phase containing the element M.
前記低透磁率金属粒子が 、前記元素Mを含むFe基合金粒子であって、前記Fe基合金粒子に含まれるFe濃度が前記Fe基軟磁性合金粒子のFe濃度よりも低いことを特徴とする請求項2に記載の磁性楔。 The low magnetic permeability metal particles are Fe-based alloy particles containing the element M, and the Fe concentration contained in the Fe-based alloy particles is lower than the Fe concentration of the Fe-based soft magnetic alloy particles. The magnetic wedge according to claim 2. 前記第1の部分と前記第2の部分の境界が、前記元素Mを含む酸化物相で結着されていること、
を特徴とする請求項2または請求項3のいずれか一項に記載の磁性楔。
The boundary between the first portion and the second portion is bound by an oxide phase containing the element M.
The magnetic wedge according to any one of claims 2 and 3, wherein the magnetic wedge is characterized.
前記複数の部分のうち、
前記第1の部分が、磁性楔の幅方向両端側に位置し、
前記第2の部分が、磁性楔の幅方向中央側に位置すること
を特徴とする請求項2ないし請求項4のいずれか一項に記載の磁性楔。
Of the plurality of parts
The first portion is located on both ends in the width direction of the magnetic wedge.
The magnetic wedge according to any one of claims 2 to 4, wherein the second portion is located on the central side in the width direction of the magnetic wedge.
前記元素Mが、Al、Si、Cr、Zr、Hfの少なくとも一種であることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の磁性楔。 The magnetic wedge according to any one of claims 1 to 5, wherein the element M is at least one of Al, Si, Cr, Zr, and Hf. 請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の磁性楔を用いていることを特徴とする回転電機。 A rotary electric machine characterized in that the magnetic wedge according to any one of claims 1 to 6 is used. Feよりも酸化しやすい元素Mを含有する複数のFe基軟磁性合金粒子とバインダとを混合物にし、前記混合物を加圧成形して第1の成形体を作製する工程と、
前記Fe基軟磁性合金粒子よりも低い透磁率を有し、前記元素Mを含有する複数の低透磁率金属粒子とバインダとを混合物にして、前記混合物を加圧成形して第2の成形体を作製する工程と、
前記第1の成形体と、前記第2の成形体とを金型内に組み合わせて配置して加圧成形を施し、前記第1の成形体と前記第2の成形体が一体化された成形体を作製する工程と、
前記成形体に熱処理を施し、前記Fe基軟磁性合金粒子の間、前記低透磁率金属粒子の間、および前記Fe基軟磁性合金粒子と前記低透磁率金属粒子の間に、
前記元素Mを含む酸化物相を生成させ、前記酸化物相で各粒子を結着させる工程と、
を有することを特徴とする磁性楔の製造方法。

A step of making a mixture of a plurality of Fe-based soft magnetic alloy particles containing an element M that is more easily oxidized than Fe and a binder, and pressure-molding the mixture to prepare a first molded body.
A second molded body is formed by mixing a plurality of low magnetic permeability metal particles having a magnetic permeability lower than that of the Fe-based soft magnetic alloy particles and containing the element M and a binder, and press-molding the mixture. And the process of making
The first molded body and the second molded body are combined and arranged in a mold to perform pressure molding, and the first molded body and the second molded body are integrated. The process of making a body and
The molded body is heat-treated, and between the Fe-based soft magnetic alloy particles, between the low magnetic permeability metal particles, and between the Fe-based soft magnetic alloy particles and the low magnetic permeability metal particles.
A step of generating an oxide phase containing the element M and binding each particle with the oxide phase.
A method for manufacturing a magnetic wedge, which comprises.

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114094744A (en) * 2021-10-26 2022-02-25 青岛海联金汇电机有限公司 Flat wire motor stator without welding points
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WO2024088146A1 (en) * 2022-10-26 2024-05-02 浙江盘毂动力科技有限公司 Slot wedge and motor provided with same
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