JP4491225B2 - 圧粉磁心およびステータコア - Google Patents

Description

この発明は、一般的には、圧粉磁心およびステータコアに関し、より特定的には、軟磁性粉末が加圧成形されて作製された圧粉磁心およびステータコアに関する。

従来、電動機のステータコアなどとして用いられる磁心を、軟磁性粉末を加圧成形することによって作製することが知られている。この場合、複数枚の電磁鋼板を重ね合わせて作製する場合と比較して、高透磁率を容易に得ることができる。また、複雑な形状であっても一体的に成形することができる。

このように軟磁性粉末を加圧成形して得られる圧粉磁心に関して、たとえば、特開平１０−３３５１２８号公報には、高磁束密度、低保磁力および低損失を実現し、高い機械的強度を有することを目的とした圧粉コアおよびその製造方法が開示されている（特許文献１）。また別に、特開２００３−２３５１８６号公報には、小型化を図ることを目的として、複数の発電コイル要素を周方向に組み合わせて製造する磁石発電機の製造方法が開示されている（特許文献２）。

さらに、特開平８−１６７５１８号公報には、ヒステリシス損を低減させ、延いては鉄損を低減させることを目的とした高周波用圧粉磁心およびその製造方法が開示されている（特許文献３）。特許文献３に開示された高周波用圧粉磁心は、扁平加工された形状異方性軟磁性粉末をリング状に圧粉して作製される。この際、形状異方性軟磁性粉末の長軸を磁化困難な方向とし、短軸を磁化容易な方向として、形状異方性軟磁性粉末の長軸方向がリングの径方向に向かうように高周波用圧粉磁心が作製される。

また、特開平１１−２３８６１４号公報には、高透磁率、高飽和磁束密度ならびに優れた周波数特性および機械的強度を有することを目的とした軟質磁性材料およびそれを用いた電気機器が開示されている（特許文献４）。特許文献４に開示された電動機の固定子は、金属粒子と、その金属粒子を覆う金属酸化物とからなる磁性粉末を加圧成形することによって作製される。
特開平１０−３３５１２８号公報 特開２００３−２３５１８６号公報 特開平８−１６７５１８号公報 特開平１１−２３８６１４号公報

特許文献１および２では、圧粉コアや発電コイルを構成するコアの全体が均一な材料によって形成されているため、透磁率の空間的な分布が存在しない。このため、圧粉コアや発電コイルを構成するコアの内部で磁束の粗密が発生し、局所的な磁気飽和によってエネルギーの損失が生じる。図１１は、磁束の粗密の発生によって生じるエネルギー損失を説明するための電動機の正面図である。図１１を参照して、上述のエネルギー損失について説明を行なう。

電動機１０１は、ヨーク部１０２および複数のティース部１０３とから構成されるステータコア１０４と、ステータコア１０４の内側に収容されたローターコア１０５とを備える。ヨーク部１０２と、互いに隣り合う２つのティース部１０３とに囲まれた領域には、スロット部１０７が規定されている。複数のティース部１０３の各々には、コイル１０６
が集中巻きされている。

コイル１０６に正弦波の交流電流が導入されると、電動機１０１の内部に磁束が流れ、所定の環状経路をたどる磁力線１０８が形成される。この際、磁束は、最短磁路をたどるように流れるため、磁力線１０８は、スロット部１０７に沿った領域、その領域の中でも特にティース部１０３とヨーク部１０２とのコーナー部１１０で密に形成される。また逆に、そのコーナー部１１０から離れたヨーク部１０２上の領域１０９では、磁力線１０８が疎に形成される。

このように磁力線１０８が疎密に分布して形成された場合、磁力線１０８が密に形成された領域において磁気飽和が生じる。このため、正弦波の交流電流がコイル１０６に導入されているにもかかわらず、ステータコア１０４の内部の磁束密度は歪んだ波形で検出される。このように検出された磁束密度は、高調波成分を多く含んでいるため、結果としてステータコア１０４における鉄損が増大するという問題が生じる。

一方、特許文献３に開示された高周波用圧粉磁心は、形状異方性軟磁性粉末の長軸方向がリングの径方向に向かうように形成されている。言い換えれば、軟磁性粉末の短軸方向が、磁束が流れる方向（リングの周方向）と一致するように圧粉磁心が形成されている。

しかし、軟磁性粉末を高圧で加圧成形した場合、圧粉磁心は、軟磁性粉末を構成する複数の粒子が互いに近接した高密度成形体として得られる。このため、その粒子間の距離は短くなり、１個の粒子の磁気異方性は極めて小さくなる。したがって、このような高密度成形体においては、軟磁性粉末の粒界の存在が圧粉磁心の透磁率に極めて大きい影響を与える。

つまり、特許文献３に開示された高周波用圧粉磁心では、軟磁性粉末の短軸方向に沿って磁束が流れるため、単位長さ当たりにおいて、磁束が軟磁性粉末の粒界を通過する回数が増大する。軟磁性粉末の粒界が存在すると磁束の流れが妨げられるため、圧粉磁心の透磁率が低下するという問題が発生する。

また、特許文献４に開示された電動機の固定子では、金属粒子間に流れる渦電流を抑制するため、金属粒子が金属酸化膜によって覆われた磁性粉末が用いられている。しかし、高い磁束密度を得るため、電動機の固定子の真密度を高くしようとすると、加圧成形時に、金属粒子を覆う金属酸化膜が破壊されるおそれがある。この場合、粒子間渦電流に起因する鉄損が増大するという問題が発生する。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、所望の磁気的特性を有し、鉄損の低減が十分に図られた圧粉磁心およびステータコアを提供することである。

この発明の１つの局面に従った圧粉磁心は、始端部と終端部とを有し、始端部から終端部に向かって延びる磁力線が内部に形成される。圧粉磁心は、始端部と終端部とを結ぶ磁力線の最短磁路上に位置し、透磁率μａを有する第１の部分と、磁力線の最短磁路上から離れて位置し、μａよりも大きい透磁率μｂを有する第２の部分とを備える。

このように構成された圧粉磁心によれば、最短磁路上から離れて位置する第２の部分は相対的に大きい透磁率μｂを有するため、第１の部分と比較して磁束が流れやすくなる。このため、磁束が磁路長を最短にしようと第１の部分に集中して流れる性質を有しているにもかかわらず、圧粉磁心の内部に形成される磁力線に第１の部分と第２の部分との間で粗密が生じることを抑制できる。これにより、第１の部分において局所的に磁束飽和が起
こることを防止し、圧粉磁心の鉄損を低減させることができる。

また好ましくは、第１の部分は、相対的に小さい平均粒径を有する軟磁性粉末を含む。第２の部分は、相対的に大きい平均粒径を有する軟磁性粉末を含む。このように構成された圧粉磁心によれば、単位長さ当たりにおいて、磁束が軟磁性粉末の粒界を通過する回数が、第１の部分で相対的に多くなり、第２の部分で相対的に少なくなる。このため、同一材料からなる軟磁性粉末で圧粉磁心を形成しても、その粒径を適当に制御することによって、第１の部分の透磁率を相対的に小さく、第２の部分の透磁率を相対的に大きくすることができる。

また好ましくは、第１の部分は、鉄粉を含む。第２の部分は、パーマロイ粉およびセンダスト粉の少なくともいずれか一方を含む。このように構成された圧粉磁心によれば、第２の部分は、高透磁率を有するパーマロイ粉や、高透磁率、低磁気異方性および低磁歪性を有するセンダスト粉を含む。このため、鉄紛を含む第１の部分に対して、第２の部分を高透磁率にすることができる。

この発明の１つの局面に従ったステータコアは、上述のいずれかに記載の圧粉磁心を用いて作製されたステータコアである。ステータコアは、環状に延在するヨーク部と、第１のティース部と、第２のティース部とを備える。第１のティース部は、ヨーク部からヨーク部の半径方向に突出し、その突出した先端に始端部が位置する。第２のティース部は、ヨーク部からヨーク部の半径方向に突出し、その突出した先端に終端部が位置し、第１のティース部と間隔を隔てて隣り合う。第１および第２のティース部とヨーク部とに囲まれた空間にはスロット部が規定されている。第１の部分は、スロット部に沿って延在し、第２の部分は、第１の部分に対してスロット部の反対側で延在している。

このように構成されたステータコアによれば、交流電流が導入されることによって、ステータコアには、第１のティース部からヨーク部、ヨーク部から第２のティース部と順に流れる磁束が形成される。この際、磁束は、最短磁路をとろうとスロット部に沿った第１の部分に集中して流れようとする。しかし、相対的に大きい透磁率を有する第２の部分を第１の部分の周りに形成することによって、第１および第２の部分に等しく磁束を流すことができる。これにより、ステータコアの内部で局所的な磁束飽和が起こることを防止し、ステータコアにおける鉄損を低減させることができる。

この発明の別の局面に従ったステータコアは、圧粉磁心を用いて作製されたステータコアである。圧粉磁心は、始端部と終端部とを有し、始端部から終端部に向けて所定の方向に延びる磁力線が内部に形成される。圧粉磁心は、長軸と短軸とを含み、互いに接合された扁平形状の複数の軟磁性粒子を備える。複数の軟磁性粒子の各々は、長軸が延びる方向と磁力線が延びる方向とがほぼ一致するように接合されている。ステータコアは、環状に延在するヨーク部と、ヨーク部からヨーク部の半径方向に突出し、互いに間隔を隔てて設けられた複数のティース部とを備える。ヨーク部を形成する複数の軟磁性粒子の各々は、長軸が延びる方向とヨーク部が延在する周方向とがほぼ一致するように接合されている。ティース部を形成する複数の軟磁性粒子の各々は、長軸が延びる方向とヨーク部の半径方向とがほぼ一致するように接合されている。ティース部は、ティース部が突出する先端に位置し、別に設けられたローターコアに向い合う先端部を含む。先端部は、互いに接合された球形状の複数の軟磁性粒子から形成されている。

このように構成されたステータコアによれば、軟磁性粒子の長軸が延びる方向と磁力線が延びる方向とを一致させることによって、単位長さ当たりにおいて、磁束が軟磁性粒子の粒界を通過する回数を少なくすることができる。これにより、圧粉磁心の透磁率を向上させ、延いては圧粉磁心の鉄損を低減させることができる。
また、交流電流が導入されることによって、ステータコアには、ティース部からヨーク部、ヨーク部から前述のティース部に隣り合う別のティース部と順に流れる磁束が形成される。この際、磁束は、ヨーク部ではヨーク部が延在する周方向に流れ、ティース部ではヨーク部の半径方向、つまりティース部が突出する方向に流れる。このため、ヨーク部およびティース部の各々において、軟磁性粒子の長軸が延びる方向と磁力線が延びる方向とを一致させることができる。これにより、ステータコアの透磁率を向上させ、延いてはステータコアの鉄損を低減させることができる。
また、ローターコアとティース部との間を行き来する磁束の方向は、ローターコアの回転に伴って絶えず変化する。しかし、本発明では、その磁束の方向が変化するティース部の先端部が球形状の軟磁性粒子から形成されている。これにより、その部分の磁気的な等方性を確保できるため、磁束の方向によって透磁率が低下することを防止できる。

また好ましくは、互いに隣り合う２つのティース部とヨーク部とに囲まれた空間にはスロット部が規定されている。ヨーク部および複数のティース部は、スロット部に沿って延在する第１の部分と、第１の部分に対してスロット部の反対側で延在する第２の部分とを含む。第１の部分は、透磁率μａを有し、第２の部分は、μａよりも大きい透磁率μｂを有する。

このように構成されたステータコアによれば、磁束は、最短磁路をとろうとスロット部に沿った第１の部分に集中して流れようとする。しかし、相対的に大きい透磁率を有する第２の部分を第１の部分の周りに形成することによって、第１および第２の部分に等しく磁束を流すことができる。これにより、ステータコアの内部で局所的な磁束飽和が起こることを防止し、ステータコアにおける鉄損をさらに低減させることができる。

また好ましくは、第１の部分を形成する扁平形状の複数の軟磁性粒子は、長軸の平均長さが相対的に短く、第２の部分を形成する扁平形状の複数の軟磁性粒子は、長軸の平均長さが相対的に長い。このように構成されたステータコアによれば、単位長さ当たりにおいて、磁束が粒界を通過する回数が、第１の部分で相対的に多くなり、第２の部分で相対的に少なくなる。このため、同一材料からなる軟磁性粒子を用いても、その粒径を適当に制御することによって、第１の部分の透磁率を相対的に小さく、第２の部分の透磁率を相対的に大きくすることができる。

以上説明したように、この発明に従えば、所望の磁気的特性を有し、鉄損の低減が十分に図られた圧粉磁心およびステータコアを提供することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１におけるステータコアを用いた電動機を示す断面図である。図２は、図１中の２点鎖線ＩＩで囲んだ範囲を拡大して示した断面図である。

図１を参照して、電動機１は、リング状のステータコア１０と、ステータコア１０の内周側に配置された円柱状のローターコア２とを備える。ローターコア２は、中心部に回転軸４を有する。ローターコア２が回転軸４を中心に回転することによって、電動機１から
回転運動が出力される。ローターコア２の周縁には、所定の角度ごとに永久磁石３が埋め込まれている。

ステータコア１０は、環状に延在するヨーク部１１と、ヨーク部１１からヨーク部１１の内周側に突出する複数のティース部１２とから構成されている。複数のティース部１２は、互いに間隔を隔てて所定の角度ごとに設けられている。ティース部１２は、ヨーク部１１からヨーク部１１の半径方向に帯状に延在している。ティース部１２は、ティース部１２が突出する先端に、ローターコア２の外周面に向い合う先端部１９を有する。先端部１９は、ティース部１２の他の部分に比べて、ヨーク部１１の周方向の幅が広くなって形成されている。ティース部１２には、コイル１３が集中巻きされている。

図２を参照して、ヨーク部１１と、隣り合うティース部１２ｍおよび１２ｎとに囲まれた空間には、スロット部１４が規定されている。スロット部１４は、ローターコア２に向い合う内周側で開口している。ティース部１２ｍおよび１２ｎにそれぞれ巻かれたコイル１３の一部は、スロット部１４に位置決めされている。ティース部１２ｍには、先端部１９がローターコア２の外周面に向い合う部分に始端部１５が規定されており、ティース部１２ｎには、先端部１９がローターコア２の外周面に向い合う部分に終端部１６が規定されている。

ステータコア１０は、始端部１５から終端部１６に渡ってスロット部１４に沿って帯状に延在する第１の部分１７と、第１の部分１７を除いた領域を占める第２の部分１８とを含む。第２の部分１８は、第１の部分１７に対してスロット部１４の反対側に位置している。第２の部分１８は、ティース部１２において、第１の部分１７に挟まれた領域でヨーク部１１の半径方向に帯状に延在しており、ヨーク部１１において、第１の部分１７よりも外周側でヨーク部１１の周方向に帯状に延在している。

ステータコア１０は、軟磁性粉末を加圧成形して得られる圧粉磁心を用いて形成されている。軟磁性粉末は、複数の軟磁性粒子の集合体である。第２の部分１８に位置する軟磁性粒子の平均粒径Ｄｂは、第１の部分１７に位置する軟磁性粒子の平均粒径Ｄａよりも大きい。平均粒径Ｄａは、たとえば、１００μｍ程度であり、平均粒径Ｄｂは、１００μｍよりも大きい粒径である。このように軟磁性粒子の平均粒径を制御することによって、第１の部分１７は、透磁率μａで形成され、第２の部分１８は、μａよりも大きい透磁率μｂで形成される。

なお、ここで言う平均粒径とは、ふるい法によって測定した粒径のヒストグラム中、粒径の小さいほうからの質量の和が総質量の５０％に達する粒子の粒径、つまり５０％粒径Ｄをいう。

軟磁性粒子としては、絶縁被膜で覆われた金属磁性粒子が用いられている。金属磁性粒子としては、たとえば、鉄（Ｆｅ）、鉄（Ｆｅ）−シリコン（Ｓｉ）系合金、鉄（Ｆｅ）−窒素（Ｎ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）系合金、鉄（Ｆｅ）−炭素（Ｃ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ホウ素（Ｂ）系合金、鉄（Ｆｅ）−コバルト（Ｃｏ）系合金、鉄（Ｆｅ）−リン（Ｐ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）系合金および鉄（Ｆｅ）−アルミニウム（Ａｌ）−シリコン（Ｓｉ）系合金などを用いることができる。

また、絶縁被膜は、たとえば、金属磁性粒子にリン酸処理が施されることによって形成される。好ましくは、絶縁被膜は、酸化物を含有する。この酸化物を含有する絶縁被膜としては、リンと鉄とを含むリン酸鉄の他、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸カルシウム、酸化シリコン、酸化チタン、酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニウムなどの酸化物
絶縁体を使用することができる。

絶縁被膜は、金属磁性粒子間の絶縁層として機能する。金属磁性粒子を絶縁被膜で覆うことによって、軟磁性粉末の電気抵抗率ρを大きくすることができる。これにより、金属磁性粒子間に渦電流が流れるのを抑制して、渦電流に起因するステータコア１０の鉄損を低減させることができる。

図３は、ステータコアに形成された磁力線を示す電動機の断面図である。図３を参照して、コイル１３に交流電流を導入すると、ティース部１２ｍ、ヨーク部１１、ティース部１２ｎおよびローターコア２と順にたどる環状回路に磁束が流れる。その結果、ステータコア１０の内部には、始端部１５から終端部１６に向かう磁力線２０が形成される。

この際、磁束は、始端部１５と終端部１６とを結ぶ最短磁路をとろうとするため、その最短磁路上に位置する第１の部分１７に集中して流れようとする。しかし、第２の部分１８は、第１の部分１７よりも大きい透磁率を有し、磁束が流れやすい状態にあるため、磁束が第１の部分１７に集中して流れることを抑制できる。これにより、磁力線２０は、第１の部分１７から第２の部分１８までの間に渡ってほぼ等間隔に形成される。

この発明の実施の形態１における圧粉磁心は、始端部１５と終端部１６とを有し、始端部１５から終端部１６に向かって延びる磁力線２０が内部に形成される。圧粉磁心は、始端部１５と終端部１６とを結ぶ磁力線２０の最短磁路上に位置し、透磁率μａを有する第１の部分１７と、磁力線２０の最短磁路上から離れて位置し、μａよりも大きい透磁率μｂを有する第２の部分１８とを備える。

ステータコア１０は、環状に延在するヨーク部１１と、第１のティース部としてのティース部１２ｍと、第２のティース部としてのティース部１２ｎとを備える。ティース部１２ｍは、ヨーク部１１からヨーク部１１の半径方向に突出し、その突出した先端に始端部１５が位置する。ティース部１２ｎは、ヨーク部１１からヨーク部１１の半径方向に突出し、その突出した先端に終端部１６が位置し、ティース部１２ｍと間隔を隔てて隣り合う。ティース部１２ｍおよび１２ｎとヨーク部１１とに囲まれた空間にはスロット部１４が規定されている。第１の部分１７は、スロット部１４に沿って延在し、第２の部分１８は、第１の部分１７に対してスロット部１４の反対側で延在している。

なお、本実施の形態では、ステータコア１０の全体が圧粉磁心により形成されている場合について説明したが、ステータコア１０の一部分、たとえばティース部１２のみが圧粉磁心によって形成されていてもよい。この場合、たとえば、複数枚の電磁鋼板を重ね合わせてヨーク部１１が形成され、そのヨーク部１１とティース部１２とを組み合わせてステータコア１０が作製される。また、ステータコア１０は、別々に加圧成形された複数の成形体が互いに組み合わされて形成されていてもよい。

続いて、図１中のステータコア１０の製造方法について説明を行なう。まず、金属磁性粒子を準備し、その金属磁性粒子に熱処理を行なう。熱処理は、たとえば、１００℃以上１０００℃以下の温度で、１時間以上行なう。その後、金属磁性粒子の表面に絶縁被膜を形成し、平均粒径の異なる２種類の軟磁性粉末を作製する。

次に、得られた軟磁性粉末を金型に入れ、たとえば、７００ＭＰａから１５００ＭＰａまでの圧力で軟磁性粉末を加圧成形する。図４は、この発明の実施の形態１において、加圧成形工程に用いられる金型装置を示す断面図である。図４を参照して、部分的に透磁率が異なる成形体を形成する方法について説明する。

金型装置３１は、軟磁性粉末が投入される加圧空間を規定するダイ３２および下パンチ３３と、ダイ３２の上方に並んで配置されたシュー３５ａから３５ｃおよび上パンチ３６とを備える。ダイ３２には、ダイ３２を所定の温度に加熱するためのバンドヒータ３４が設けられている。

まず、相対的に大きい平均粒径を有する軟磁性粉末３８をシュー３５ｂにセットし、相対的に小さい平均粒径を有する軟磁性粉末３７をシュー３５ａおよび３５ｃにセットする。バンドヒータ３４に通電しダイ３２を加熱した後、シュー３５ａから３５ｃにセットされた軟磁性粉末を加圧空間に投入する。すると、加圧空間の両端部に相対的に小さい平均粒径を有する軟磁性粉末３７が配置され、加圧空間の中央部に相対的に大きい平均粒径を有する軟磁性粉末３８が配置される。

次に、上パンチ３６を下方に移動させ、加圧空間に充填された軟磁性粉末を加圧成形する。なお、加圧成形する雰囲気は、不活性ガス雰囲気または減圧雰囲気とすることが好ましい。この場合、大気中の酸素によって混合粉末が酸化されるのを抑制できる。

以上に説明した方法を応用することによって、第１の部分１７と第２の部分１８とが異なる平均粒径の軟磁性粉末から形成されたステータコア１０を作製することができる。なお、金型を加熱せず室温での成形においても、粒径分布の異なるステータコア１０を作製することが可能である。

次に、加圧成形によって得られたステータコア１０を、たとえば４００℃以上の温度で１時間、熱処理する。これにより、加圧成形時にステータコア１０の内部に発生した歪および転位を取り除くことができる。以上の工程によって、図１中に示すステータコア１０が完成する。

このように構成されたステータコア１０によれば、磁束が最短磁路上に集中して流れることを抑制できるため、第１の部分１７で磁束飽和が起きることを防止できる。またこのため、第１の部分１７からスロット部１４に向けた磁束漏れを低減させることができる。これにより、ステータコア１０の鉄損を十分に低減させ、電動機１で大きいトルクを得ることができる。

（実施の形態２）
この発明の実施の形態２におけるステータコアは、実施の形態１におけるステータコア１０と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を省略する。

本実施の形態では、第１の部分１７に位置する軟磁性粒子は、絶縁被膜で覆われた鉄紛によって形成されており、第２の部分１８に位置する軟磁性粒子は、絶縁被膜で覆われたパーマロイ粉またはセンダスト粉によって形成されている。これにより、第１の部分１７は、透磁率μａを有し、第２の部分１８は、μａよりも大きい透磁率μｂを有する。なお、本実施の形態では、第１の部分１７に位置する軟磁性粒子の平均粒径Ｄａと、第２の部分１８に位置する軟磁性粒子の平均粒径Ｄｂとは等しいが、平均粒径Ｄｂが平均粒径Ｄａより大きくてもよい。

このように構成されたステータコアによれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を奏することができる。

（実施の形態３）
この発明の実施の形態３におけるステータコアは、実施の形態１におけるステータコア
１０と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を省略する。

本実施の形態では、ステータコアの全体が、平均粒径が均一な同一材料の軟磁性粒子によって形成されている。但し、第１の部分１７と第２の部分１８とを別々に作製し、その後、互いに組み合わせることによってステータコアを完成する。この際、第１および第２の部分１７および１８の熱履歴に差を設けることによって、第１の部分１７を、透磁率μａで形成し、第２の部分１８を、μａよりも大きい透磁率μｂで形成する。

以下、本実施の形態におけるステータコアの製造方法について説明を行なう。まず、平均粒径および材質の等しい金属磁性粒子を２つ別々に準備し、その一方の金属磁性粒子にのみ熱処理を行なう。熱処理の条件は、実施の形態１に記載の条件と同様である。その後、金属磁性粒子の表面に絶縁被膜を形成し、熱処理の有無による差がある２種類の軟磁性粉末を作製する。

次に、得られた軟磁性粉末を金型に入れ、たとえば、７００ＭＰａから１５００ＭＰａまでの圧力で軟磁性粉末を加圧成形する。これにより、金属磁性粒子に熱処理を実施した軟磁性粉末から第２の部分１８を形成し、金属磁性粒子に熱処理を実施しなかった軟磁性粉末から第１の部分１７を形成する。

次に、加圧成形によって得られた第１の部分１７を、たとえば３００℃以上４００℃未満の温度で１時間、熱処理する。また、加圧成形によって得られた第２の部分１８を、たとえば４００℃以上の温度で１時間、熱処理する。その後、第１の部分１７と第２の部分１８とを、たとえば圧入によって互いに組み合わせ、ステータコアを完成させる。

このように構成されたステータコアによれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を奏することができる。

（実施の形態４）
図５は、この発明の実施の形態４におけるステータコアを用いた電動機を示す断面図である。図５では、実施の形態１における図２に相当する範囲が示されており、ステータコアを形成する軟磁性粒子が模式的に拡大して表されている。この発明の実施の形態４におけるステータコアは、実施の形態１におけるステータコア１０と、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を省略する。

図５を参照して、本実施の形態におけるステータコア３０は、扁平形状を有する軟磁性粒子５１を加圧成形して得られる圧粉磁心を用いて形成されている。軟磁性粒子５１は、短軸５３と長軸５２とを有する。軟磁性粒子５１は、実施の形態１に記載の金属磁性粒子および絶縁被膜によって形成されている。

なお、図中では、回転楕円体形状の軟磁性粒子５１を示したが、軟磁性粒子５１は、楕円柱形状を有していてもよい。この場合、楕円柱を構成する楕円の長軸が長軸５２となり、楕円柱を構成する楕円の短軸または楕円柱の高さが短軸５３となる。また、回転楕円体および楕円柱を構成する楕円は、厳密な意味の楕円である必要はなく、相対的に長い径と相対的に短い径とが特定される円形であればよい。

ティース部１２（図中では、１２ｍおよび１２ｎ）に位置する軟磁性粒子５１は、ヨーク部１１の半径方向（矢印５６に示す方向）と長軸５２が延びる方向とが一致するように設けられている。ヨーク部１１に位置する軟磁性粒子５１は、ヨーク部１１の周方向（矢印５７に示す方向）と長軸５２が延びる方向とが一致するように設けられている。

コイル１３に交流電流を導入すると、ティース部１２ｍ、ヨーク部１１、ティース部１２ｎおよびローターコア２と順にたどる環状回路に磁束が流れ、ステータコア３０の内部には、始端部１５から終端部１６に向かう磁力線が形成される。この磁力線が延びる方向は、ティース部１２およびヨーク部１１のいずれにおいても、軟磁性粒子５１の長軸５２が延びる方向と一致する。

この発明の実施の形態４における圧粉磁心は、始端部１５と終端部１６とを有し、始端部１５から終端部１６に向けて所定の方向に延びる磁力線が内部に形成される。圧粉磁心は、長軸５２と短軸５３とを含み、互いに接合された扁平形状の複数の軟磁性粒子５１を備える。複数の軟磁性粒子５１の各々は、長軸５２が延びる方向と磁力線が延びる方向とがほぼ一致するように接合されている。

ステータコア３０は、環状に延在するヨーク部１１と、ヨーク部１１からヨーク部１１の半径方向に突出し、互いに間隔を隔てて設けられた複数のティース部１２とを備える。ヨーク部１１を形成する複数の軟磁性粒子５１の各々は、長軸５２が延びる方向とヨーク部１１が延在する周方向とがほぼ一致するように接合されている。ティース部１２を形成する複数の軟磁性粒子５１の各々は、長軸５２が延びる方向とヨーク部１１の半径方向とがほぼ一致するように接合されている。

続いて、図５中のステータコアの製造方法について説明を行なう。まず、実施の形態１に記載の製造方法と同様に、扁平形状の金属磁性粒子を準備し、その金属磁性粒子に所定の熱処理を行なう。その後、金属磁性粒子の表面に絶縁被膜を形成し、複数の軟磁性粒子５１からなる軟磁性粉末を作製する。

次に、得られた軟磁性粉末を金型に入れ、たとえば、７００ＭＰａから１５００ＭＰａまでの圧力で軟磁性粉末を加圧成形する。図６は、この発明の実施の形態４において、加圧成形工程に用いられる金型装置を示す断面図である。図６を参照して、扁平形状の軟磁性粒子を所定の方向に配向させて成形体を形成する方法について説明する。

金型装置７１は、図４中に示す金型装置３１と比較して、基本的に同様の構造を備えるが、ダイ３２の周囲には超電導コイル７２が設けられている。また、ダイ３２の上方には、シュー３５ａから３５ｃのかわりにシュー３５が設けられている。シュー３５には、先の工程で得られた軟磁性粉末がセットされる。

本実施の形態では、加熱空間に軟磁性粉末を投入した後、超電導コイル７２に電流を導入することによって、軟磁性粉末に１（Ｔ）を超える磁場を印加する。次に、磁場を印加した状態を維持したまま、上パンチ３６を下方に移動させ、加圧空間に充填された軟磁性粉末を加圧成形する。

磁場の印加によって、軟磁性粒子５１は、磁化容易軸方向である長軸５２が延びる方向に配向されながら加圧成形される。以上に説明した方法を応用することによって、ヨーク部１１およびティース部１２の各々において、長軸５２が延びる方向と磁力線が延びる方向とが一致するように軟磁性粒子５１が配向されたステータコア３０を作製することができる。

このように構成されたステータコア３０によれば、単位長さ当たりにおいて、ステータコア３０を流れる磁束が軟磁性粒子５１の粒子間粒界を通過する回数を減少させることができる。これにより、ステータコア３０の透磁率を大きくすることができ、さらにスロット部１４に向けた磁束漏れを低減させることができる。また、ステータコア３０の密度を
上げることなく、所望の磁束密度を実現することができるため、軟磁性粉末の加圧成形時、金属磁性粒子の表面を覆う絶縁被膜が破壊されることがない。以上の理由から、ステータコア３０の鉄損を低減させることができる。

（実施の形態５）
図７は、この発明の実施の形態５におけるステータコアを用いた電動機を示す断面図である。図７では、実施の形態１における図２に相当する範囲が示されており、ステータコアを形成する軟磁性粒子が模式的に拡大して表されている。この発明の実施の形態５におけるステータコアは、実施の形態４におけるステータコアと比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を省略する。

図７を参照して、本実施の形態におけるステータコア４０では、ティース部１２の先端部１９が、互いに接合された球形状の複数の軟磁性粒子６１から形成されている。軟磁性粒子６１は、ティース部１２がローターコア２の外周面に向い合う部分に配置されている。

このように構成されたステータコア４０によれば、実施の形態４に記載の効果と同様の効果を奏することができる。また、ローターコア２とティース部１２との間を行き来する磁束の方向は、ローターコア２の回転に伴って絶えず変化する。この磁束が変化する位置に球形状の軟磁性粒子６１を配置することによって、その部分の磁気的な等方性を確保することができる。これにより、磁束の方向によっては磁束が流れにくくなるという事態を回避することができる。

（実施の形態６）
この発明の実施の形態６におけるステータコアは、実施の形態５におけるステータコア４０と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を省略する。

本実施の形態では、ステータコアは、別々に加圧成形されて形成されたヨーク部１１とティース部１２とが互いに組み合わされて構成されている。図８および図９は、この発明の実施の形態６におけるステータコアの製造方法の工程を示す断面図である。

図８を参照して、加圧成形工程を実施することによって、長軸５２がそれぞれ所定の方向に配向された状態のヨーク部１１とティース部１２とを別々に作製する。図９を参照して、得られたヨーク部１１とティース部１２とを組み合わせて、ステータコア５０を完成する。この際、加圧成形工程時に、ヨーク部１１およびティース部１２に凹部と凸部とをそれぞれ成形し、その凹部と凸部とを嵌め合わせて両者を組み合わせてもよい。

このように構成されたステータコア５０によれば、実施の形態４に記載の効果と同様の効果を奏することができる。加えて、軟磁性粒子５１の配向される方向が異なる部分を別々に作製することによって、加圧成形工程を容易に実施することができる。

（実施の形態７）
図１０は、この発明の実施の形態７におけるステータコアを用いた電動機を示す断面図である。この発明の実施の形態７におけるステータコアは、実施の形態４におけるステータコアと、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を省略する。

図１０を参照して、本実施の形態では、ステータコア６０が、相対的に短い長軸５２を有する軟磁性粒子５１ｐと、相対的の長い長軸５２を有する軟磁性粒子５１ｑとの２種類
から形成されている。軟磁性粒子５１ｐは、実施の形態１に記載の第１の部分１７に配置されており、軟磁性粒子５１ｑは、同様に実施の形態１に記載の第２の部分１８に配置されている。軟磁性粒子５１ｐおよび５１ｑは、ヨーク部１１およびティース部１２のそれぞれにおいて、磁力線が延びる方向と長軸５２が延びる方向とが一致するように配向されている。

このように構成されたステータコア６０によれば、実施の形態１および４に記載の効果を同時に得ることができる。これにより、ステータコア６０の鉄損を飛躍的に低減させることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１におけるステータコアを用いた電動機を示す断面図である。 図１中の２点鎖線ＩＩで囲んだ範囲を拡大して示した断面図である。 ステータコアに形成された磁力線を示す電動機の断面図である。 この発明の実施の形態１において、加圧成形工程に用いられる金型装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態４におけるステータコアを用いた電動機を示す断面図である。 この発明の実施の形態４において、加圧成形工程に用いられる金型装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態５におけるステータコアを用いた電動機を示す断面図である。 この発明の実施の形態６におけるステータコアの製造方法の工程を示す断面図である。 この発明の実施の形態６におけるステータコアの製造方法の別の工程を示す断面図である。 この発明の実施の形態７におけるステータコアを用いた電動機を示す断面図である。 磁束の粗密の発生によって生じるエネルギー損失を説明するための電動機の正面図である。

符号の説明

２ ローターコア、１０，３０，４０，５０，６０ ステータコア、１１ ヨーク部、１２，１２ｍ，１２ｎ ティース部、１４ スロット部、１５ 始端部、１６ 終端部、１７ 第１の部分、１８ 第２の部分、１９ 先端部、２０ 磁力線、５１，５１ｐ，５１ｑ，６１ 軟磁性粒子、５２ 長軸、５３ 短軸。

Claims (7)

1. 始端部と終端部とを有し、前記始端部から前記終端部に向かって延びる磁力線が内部に形成される圧粉磁心であって、
   前記始端部と前記終端部とを結ぶ前記磁力線の最短磁路上に位置し、透磁率μａを有する第１の部分と、
   前記磁力線の最短磁路上から離れて位置し、前記μａよりも大きい透磁率μｂを有する第２の部分とを備える、圧粉磁心。
2. 前記第１の部分は、相対的に小さい平均粒径を有する軟磁性粉末を含み、前記第２の部分は、相対的に大きい平均粒径を有する軟磁性粉末を含む、請求項１に記載の圧粉磁心。
3. 前記第１の部分は、鉄粉を含み、前記第２の部分は、パーマロイ粉およびセンダスト粉の少なくともいずれか一方を含む、請求項１または２に記載の圧粉磁心。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の圧粉磁心を用いて作製されたステータコアであって、
   環状に延在するヨーク部と、
   前記ヨーク部から前記ヨーク部の半径方向に突出し、その突出した先端に前記始端部が位置する第１のティース部と、
   前記ヨーク部から前記ヨーク部の半径方向に突出し、その突出した先端に前記終端部が位置し、前記第１のティース部と間隔を隔てて隣り合う第２のティース部とを備え、
   前記第１および第２のティース部と前記ヨーク部とに囲まれた空間にはスロット部が規定されており、前記第１の部分は、前記スロット部に沿って延在し、前記第２の部分は、前記第１の部分に対して前記スロット部の反対側で延在している、ステータコア。
5. 圧粉磁心を用いて作製されたステータコアであって、
   前記圧粉磁心は、始端部と終端部とを有し、前記始端部から前記終端部に向けて所定の方向に延びる磁力線が内部に形成され、
   前記圧粉磁心は、長軸と短軸とを含み、互いに接合された扁平形状の複数の軟磁性粒子を備え、
   前記複数の軟磁性粒子の各々は、前記長軸が延びる方向と前記磁力線が延びる方向とがほぼ一致するように接合され、
   前記ステータコアは、
   環状に延在するヨーク部と、
   前記ヨーク部から前記ヨーク部の半径方向に突出し、互いに間隔を隔てて設けられた複数のティース部とを備え、
   前記ヨーク部を形成する前記複数の軟磁性粒子の各々は、前記長軸が延びる方向と前記ヨーク部が延在する周方向とがほぼ一致するように接合されており、
   前記ティース部を形成する前記複数の軟磁性粒子の各々は、前記長軸が延びる方向と前記ヨーク部の半径方向とがほぼ一致するように接合され、
   前記ティース部は、前記ティース部が突出する先端に位置し、別に設けられたローターコアに向い合う先端部を含み、
   前記先端部は、互いに接合された球形状の複数の軟磁性粒子から形成されている、ステータコア。
6. 互いに隣り合う２つの前記ティース部と前記ヨーク部とに囲まれた空間にはスロット部が規定されており、
   前記ヨーク部および前記複数のティース部は、前記スロット部に沿って延在し、透磁率μａを有する第１の部分と、前記第１の部分に対して前記スロット部の反対側で延在し、
   前記μａよりも大きい透磁率μｂを有する第２の部分とを含む、請求項５に記載のステータコア。
7. 前記第１の部分を形成する扁平形状の前記複数の軟磁性粒子は、前記長軸の平均長さが相対的に短く、前記第２の部分を形成する扁平形状の前記複数の軟磁性粒子は、前記長軸の平均長さが相対的に長い、請求項６に記載のステータコア。

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