JP6268813B2 - 磁性構造体及びその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、樹脂磁石もしくは着磁して樹脂磁石となる磁性材料を埋設し、磁性を有する構造体に関する。当該構造体は、例えば上記磁性材料が着磁された状態で、回転電機の界磁子として機能する。

磁気コアに磁性材料を埋設し、当該磁性材料を着磁して樹脂磁石を得て、回転電機の界磁子を製造する方法が公知である（例えば下掲の特許文献１）。

磁気コア内には上記磁性材料を埋設する埋設孔が設けられている。磁性材料は、当該埋設孔の形状に従って成形される。磁性材料の着磁は、その成形時、もしくは成形後に行われる。この着磁には磁気コアの外部から供給される着磁用の磁場が採用される。磁性材料の着磁がその成形時に行われるとき、いわゆる磁場配向を受けた成形が行われることになる。

特開２００３−４７２１２号公報

磁性材料を埋設する埋設孔が、屈曲する部位を有する場合、その屈曲部の外側の部位にで磁性材料の着磁が不十分となる。これは当該部位において埋設孔の幅が広がり、他の位置と比較して磁気抵抗が大きくなるからであると考えられる。

この発明はこのような、磁性材料の不十分な着磁を抑制することを目的とする。

この発明にかかる磁性構造体の第１の態様は、外側面（２０）及び埋設孔（３０）を有する円柱状の磁気コア（２）と、前記埋設孔に埋設される磁性材料（３）とを備え、前記磁性材料が着磁された状態で界磁子として機能する磁性構造体である。

前記磁性材料は、樹脂磁石もしくは着磁して樹脂磁石となる材料である。前記埋設孔は前記磁気コアの母線方向（Ｚ）に沿って穿たれる。

前記母線方向から見た前記埋設孔の外形は、互いに対向して平行な第１直線（２１１：２２１：２２４）及び第２直線（２２１：２１１：２１４）と、曲線（２２２：２１２：２１２）とを含む。

前記第１直線は第１端点（２１ｐ：２２ｓ：２２ｓ）を有し、前記第２直線は第２端点（２２ｐ：２１ｑ：２１ｒ）を有する。

前記第２端点を通り前記第１直線に対して垂直な第１仮想線（２３：２６ａ：２６ｂ）は、前記第１端点を通り前記第２直線に対して垂直な第２仮想線（２４：２７ａ：２７ｂ）に対して、前記第１直線に沿って所定の距離（Ｌｍ：Ｌｓ：Ｌｔ）で離れる。

前記曲線は前記第２端点において前記第２直線と滑らかに接続され、前記第２端点から離れるにつれて前記第１直線及びその延長線（２１１ｍ：２２１ｍ：２２４ｍ）へと向かって曲がる。磁性材料は曲線に沿って屈曲する。

例えば前記曲線は楕円弧である。
この発明にかかる磁性構造体の第２の態様では、前記曲線（２１２）は、前記埋設孔の中央部にある。
この発明にかかる磁性構造体の製造方法は、磁性構造体が備える磁性材料を埋設孔へ射出成形する際に、前記磁性材料を着磁する。前記磁性構造体は、外側面（２０）及び埋設孔（３０）を有する円柱状の磁気コア（２）を更に備え、前記前記磁性材料（３）は前記埋設孔に埋設される。前記磁性材料は着磁して樹脂磁石となる材料であり、前記磁性構造体は、前記磁性材料が着磁された状態で界磁子として機能する。
前記埋設孔は前記磁気コアの母線方向（Ｚ）に沿って穿たれ、前記母線方向から見た前記埋設孔の外形は、互いに対向して平行な第１直線（２１１：２２１：２２４）及び第２直線（２２１：２１１：２１４）と、曲線（２２２：２１２：２１２）とを含む。
前記第１直線は第１端点（２１ｐ：２２ｓ：２２ｓ）を有し、前記第２直線は第２端点（２２ｐ：２１ｑ：２１ｒ）を有する。
前記第２端点を通り前記第１直線に対して垂直な第１仮想線（２３：２６ａ：２６ｂ）は、前記第１端点を通り前記第２直線に対して垂直な第２仮想線（２４：２７ａ：２７ｂ）に対して、前記第１直線に沿って所定の距離（Ｌｍ：Ｌｓ：Ｌｔ）で離れる。
前記曲線は前記第２端点において前記第２直線と滑らかに接続され、前記第２端点から離れるにつれて前記第１直線及びその延長線（２１１ｍ：２２１ｍ：２２４ｍ）へと向かって曲がる。

この発明にかかる磁性構造体及びその製造方法によれば、磁性材料を、第１直線と、第２直線及び曲線との間を流れる磁界で着磁する際、磁性材料の着磁が不十分となることを抑制する。

本実施の形態にかかる磁性構造体の構成を示す断面図である。 本実施の形態に用いられる磁気コアの構成を示す断面図である。 本実施の形態に用いられる磁気コアの構成を示す断面図である。 本実施の形態における、着磁用の磁場を示す磁力線図である。 従来の技術における、着磁用の磁場を示す磁力線図である。

図１は本実施の形態にかかる磁性構造体の構成を示す断面図である。当該断面は軸Ｚに垂直な断面である。軸Ｚは、当該磁性構造体が回転電機の界磁子として機能する場合の、当該回転電機の回転軸である。

当該界磁子は例えば、埋込磁石型回転電機における回転子として機能する。ここでは図１に示された磁性構造体が、後述する着磁によって界磁子として機能する場合に、軸Ｚを中心として回転方向θへと回転する場合を例にとって説明する。

当該磁性構造体は、磁気コア２と磁性材料３とを備える。磁気コア２は軸Ｚを母線方向とする円柱状であり、円筒状の外側面２０を有する。

磁気コア２は埋設孔３０をも有する。埋設孔３０は軸Ｚに沿って磁気コアに穿たれる。

磁性材料３は埋設孔３０に埋設される。磁性材料３は外側面２０を介して、図示しない電機子と対向する。磁性材料３が着磁されて樹脂磁石となる。磁性材料３が着磁していれば、当該磁性構造体は界磁子として機能する。

このような界磁子と電機子との位置関係は、いわゆるラジアルギャップ型回転電機の構成として周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

同様に、このような埋設孔３０に磁性材料３を埋設し、外側面２０側から着磁用の磁場を供給する方法も周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

磁気コア２は円筒状の内周面１を有していてもよい。内周面１には、例えば回転電機と動力を授受するためのシャフト（不図示）が填め込まれる。

図２は図１のうち、埋設孔３０の端部、即ち外側面２０に近接した位置での埋設孔３０の一部を拡大して示す断面図である。但し、磁性材料３を省略して磁気コア２のみを示した。

軸Ｚに沿った方向から見た埋設孔３０の外形は、その端部において、直線２１１，２２１，２１３，２２３と、曲線２２２とを含む。

直線２１１，２２１は相互に対向して平行であり、これらの間の距離は幅Ｗａとして示される。直線２１１は直線２２１よりも外側面２０側にある。

直線２１１はその外側面２０側に端点２１ｐを有する。直線２２１はその外側面２０側に端点２２ｐを有する。

直線２２３は外側面２０に近い側に端点２２ｔを有し、外側面２０から遠い側に端点２２ｑを有する。直線２１３は外側面２０に近い側に端点２１ｔを有し、外側面２０から遠い側に端点２１ｐを有する。

直線２１１，２１３は端点２１ｐにおいて接続する。曲線２２２は端点２２ｐ，２２ｑを結ぶ。

直線２１３は直線２１１に対して外側面２０側へ屈曲する。直線２１３，２２３は例えば、相互に対向して平行であって、それらの間の距離が幅Ｗｃとして示される。

図２においては仮想線２３，２４，２９も描かれている。仮想線２３は、端点２２ｐを通り直線２１１，２２１に対して垂直である。仮想線２４は、端点２１ｐを通り直線２１１，２２１に対して垂直である。仮想線２９は端点２１ｐを通り直線２１３に対して垂直である。直線２１３，２２３同士が平行であれば（図２ではそのような状況が例示されている）、仮想線２９は直線２２３に対しても垂直である。

また図２においては仮想的な延長線２１１ｍ，２２１ｍも描かれている。延長線２１１ｍ，２２１ｍはそれぞれ直線２１１，２２１の延長線である。従って延長線２１１ｍ，２２１ｍはいずれも仮想線２３，２４に対して直交する。

延長線２２１ｍと仮想線２４との交点２２ｒを導入する。今、端点２２ｐが交点２２ｒと一致する場合、即ち仮想線２３，２４が一致する場合を想定する。このような場合、曲線２２２は交点２２ｒと端点２２ｑとを結ぶので、端点２１ｐと交点２２ｒとの間の磁気抵抗よりも端点２１ｐと曲線２２２との間の磁気抵抗の方が小さい。よって交点２２ｒへは着磁用の磁界がかかりにくく、その近傍の着磁は不十分となる。

かかる状況を避けるため、仮想線２３は仮想線２４よりも、直線２１１に沿って距離Ｌｍで遠く位置する。換言すれば端点２２ｐは端点２１ｐよりも、直線２１１，２２１に沿った方向で距離Ｌｍで遠くに位置する。

曲線２２２を有する部分での不十分な着磁を避けるため、曲線２２２は、端点２２ｐから離れるにつれて直線２１１及びその延長線２１１ｍへと向かって曲がる。これにより、端点２１ｐと曲線２２２との間の磁気抵抗を低減することができる。

但し、曲線２２２は端点２２ｐにおいて直線２２１と滑らかに接続されることが望ましい。曲線２２２と直線２２１とが角張って接続されると、その部位で磁気抵抗が局所的に増大するからである。

例えば曲線２２２の端点２２ｐにおける接線が直線２２１となるように、曲線２２２と直線２２１とが接続される。例えば曲線２２２には楕円弧を採用できる。

曲線２２２は、端点２２ｐにおいて直線２２１と滑らかに接続され、端点２２ｐから離れるにつれて直線２１１及びその延長線２１１ｍへと向かって曲がるのであれば、図２で示されるように端点２１ｐに対して凹となっている必要はない。曲線２２２は端点２２ｐから離れた位置で端点２１ｐに対して凸となっていてもよいし、直線部分を有していてもよい。

このような曲線２２２を有する埋設孔３０に埋設された磁性材料３は、曲線２２２に沿って屈曲する。よって磁性材料３を直線２１１と、直線２２１及び曲線２２２との間を流れる磁界で着磁する際、着磁が不十分となることが抑制される。

図３は図１のうち、埋設孔３０の中央部、即ち外側面２０から離れた位置での埋設孔３０の一部を拡大して示す断面図である。但し、磁性材料３を省略して磁気コア２のみを示した。

軸Ｚに沿った方向から見た埋設孔３０の外形は、その中央部において、直線２１１，２２１，２１４，２２４と、曲線２１２とを含む。

上述のように直線２１１，２２１は相互に対向して平行であり、これらの間の距離は幅Ｗａとして示される。直線２１４，２２４は相互に対向して平行であり、これらの間の距離は幅Ｗｂとして示される。例えば幅Ｗａ，Ｗｂは等しく設定される。直線２１１，２１４は直線２２１，２２４よりも外側面２０側にある。

直線２２１は直線２２４側に端点２２ｓを有する。また直線２２４は直線２２１側に端点２２ｓを有する。つまり直線２２１，２２４は端点２２ｓにおいて接続する。

直線２１１は直線２１４側に端点２１ｑを有する。また直線２１４は直線２１１側に端点２１ｒを有する。曲線２１２は端点２１ｒ，２１ｑを結ぶ。

図３においては仮想線２６ａ，２７ａ，２６ｂ，２７ｂも描かれている。仮想線２７ａは、端点２２ｓを通り直線２１１，２２１に対して垂直である。仮想線２６ａは、端点２１ｑを通り直線２１１，２２１に対して垂直である。仮想線２７ｂは、端点２２ｓを通り直線２１４，２２４に対して垂直である。仮想線２６ｂは、端点２１ｒを通り直線２１４，２２４に対して垂直である。

また図３においては仮想的な延長線２２１ｍ，２２４ｍ，２８ａ，２８ｂも描かれている。延長線２２１ｍ，２２４ｍはそれぞれ直線２２１，２２４の延長線である。延長線２８ａ，２８ｂはそれぞれ直線２１１，２１４の延長線である。従って延長線２２１ｍ，２８ａはいずれも仮想線２６ａ，２７ａに対して直交し、延長線２２４ｍ，２８ｂはいずれも仮想線２６ｂ，２７ｂに対して直交する。

延長線２８ａと仮想線２７ａとの交点２１ｖを導入する。今、端点２１ｑが交点２１ｖと一致する場合、即ち仮想線２６ａ，２７ａが一致する場合を想定する。このような場合、曲線２１２は交点２１ｖと端点２１ｒとを結ぶので、端点２２ｓと交点２１ｖとの間の磁気抵抗よりも端点２２ｓと曲線２１２との間の磁気抵抗の方が小さい。よって交点２１ｖへは着磁用の磁界がかかりにくく、その近傍の着磁は不十分となる。

かかる状況を避けるため、仮想線２６ａは仮想線２７ａよりも、直線２１１に沿って距離Ｌｓで遠く位置する。換言すれば端点２１ｑは端点２２ｓよりも、直線２１１，２２１に沿った方向で距離Ｌｓで遠くに位置する。

曲線２１２を有する部分での不十分な着磁を避けるため、曲線２１２は、端点２１ｑから離れるにつれて直線２２１及びその延長線２２１ｍへと向かって曲がる。これにより、端点２２ｓと曲線２１２との間の磁気抵抗を低減することができる。

但し、曲線２１２は端点２１ｑにおいて直線２１１と滑らかに接続されることが望ましい。曲線２１２と直線２１１とが角張って接続されると、その部位で磁気抵抗が局所的に増大するからである。

例えば曲線２１２の端点２１ｑにおける接線が直線２１１となるように、曲線２１２と直線２１１とが接続される。例えば曲線２１２には楕円弧を採用できる。

曲線２１２は、端点２１ｑにおいて直線２１１と滑らかに接続され、端点２１ｑから離れるにつれて直線２２１及びその延長線２２１ｍへと向かって曲がるのであれば、図３で示されるように端点２２ｓに対して凹となっている必要はない。曲線２１２は端点２１ｑから離れた位置で端点２２ｓに対して凸となっていてもよいし、直線部分を有していてもよい。

このような曲線２１２を有する埋設孔３０に埋設された磁性材料３は、曲線２１２に沿って屈曲する。よって磁性材料３を直線２２１と、直線２１１及び曲線２１２との間を流れる磁界で着磁する際、着磁が不十分となることが抑制される。

延長線２８ｂと仮想線２７ｂとの交点２１ｗを導入する。今、端点２１ｒが交点２１ｗと一致する場合、即ち仮想線２６ｂ，２７ｂが一致する場合を想定する。このような場合、曲線２１２は交点２１ｗと端点２１ｑとを結ぶので、端点２２ｓと交点２１ｗとの間の磁気抵抗よりも端点２２ｓと曲線２１２との間の磁気抵抗の方が小さい。よって交点２１ｗへは着磁用の磁界がかかりにくく、その近傍の着磁は不十分となる。

かかる状況を避けるため、仮想線２６ｂは仮想線２７ｂよりも、直線２１４に沿って距離Ｌｔで遠く位置する。換言すれば端点２１ｒは端点２２ｓよりも、直線２１４，２２４に沿った方向で距離Ｌｔで遠くに位置する。

曲線２１２を有する部分での不十分な着磁を避けるため、曲線２１２は、端点２１ｒから離れるにつれて直線２２４及びその延長線２２４ｍへと向かって曲がる。これにより、端点２２ｓと曲線２１２との間の磁気抵抗を低減することができる。

但し、曲線２１２は端点２１ｒにおいて直線２１４と滑らかに接続されることが望ましい。曲線２１２と直線２１４とが角張って接続されると、その部位で磁気抵抗が局所的に増大するからである。

例えば曲線２１２の端点２１ｒにおける接線が直線２１４となるように、曲線２１２と直線２１４とが接続される。例えば曲線２１２には楕円弧を採用できる。

曲線２１２は、端点２１ｒにおいて直線２１４と滑らかに接続され、端点２１ｒから離れるにつれて直線２２４及びその延長線２２４ｍへと向かって曲がるのであれば、図３で示されるように端点２２ｓに対して凹となっている必要はない。曲線２１２は端点２１ｒから離れた位置で端点２２ｓに対して凸となっていてもよいし、直線部分を有していてもよい。

このような曲線２１２を有する埋設孔３０に埋設された磁性材料３は、曲線２１２に沿って屈曲する。よって磁性材料３を直線２２４と、直線２１４及び曲線２１２との間を流れる磁界で着磁する際、着磁が不十分となることが抑制される。

図４及び図５は、いずれも、軸Ｚに垂直な平面において着磁用の磁場を示す磁力線図である。図４は本実施の形態における磁場を、図５は従来の技術における磁場を、それぞれ示す。外部磁極８は、外側面２０側から着磁用の磁場を磁気コア２へ供給する。

図５において埋設孔３０が有する直線３１１，３２１，３１３，３２３，３１４，３２４は、それぞれ上述の直線２１１，２２１，２１３，２２３，２１４，２２４に対応する。また端点３１ｐ，３２ｓはそれぞれ上述の端点２１ｐ，２２ｓに対応する。

但し、図５における埋設孔３０は上述の曲線２１２，２２２を有していない。このため、直線３１１，３１４同士の接続部分や、直線３２１，３２３同士の接続部分は角張っている。かかる接続部分では、図４の曲線２１２，２２２と比較して、磁力線同士が拡がってしまい、着磁が不十分になることが判る。換言すれば、本実施の形態の技術を用いて曲線２１２，２２２を有する埋設孔３０では着磁の不十分が低減されることが判る。

もちろん、磁性材料３を埋設孔３０へと射出成形する際に着磁を行って、磁場配向を受けた成形が行われてもよいし、成形後に着磁を行ってもよい。

２ 磁気コア
２０ 外側面
２１１，２２１，２１４，２２４ 直線
２１１ｍ，２２４ｍ 延長線
２１２，２２２ 曲線
２１ｐ，２２ｓ，２２ｐ，２１ｑ，２１ｒ 端点
２３，２４，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ 仮想線
３ 磁性材料
３０ 埋設孔
Ｌｍ，Ｌｓ，Ｌｔ 距離
Ｚ 軸

Claims (4)

1. 外側面（２０）及び埋設孔（３０）を有する円柱状の磁気コア（２）と、
   前記埋設孔に埋設される磁性材料（３）と
   を備え、前記磁性材料が着磁された状態で界磁子として機能する磁性構造体であって、
   前記磁性材料は、樹脂磁石もしくは着磁して樹脂磁石となる材料であり、
   前記埋設孔は前記磁気コアの母線方向（Ｚ）に沿って穿たれ、
   前記母線方向から見た前記埋設孔の外形は、互いに対向して平行な第１直線（２１１：２２１：２２４）及び第２直線（２２１：２１１：２１４）と、曲線（２２２：２１２：２１２）とを含み、
   前記第１直線は第１端点（２１ｐ：２２ｓ：２２ｓ）を有し、
   前記第２直線は第２端点（２２ｐ：２１ｑ：２１ｒ）を有し、
   前記第２端点を通り前記第１直線に対して垂直な第１仮想線（２３：２６ａ：２６ｂ）は、前記第１端点を通り前記第２直線に対して垂直な第２仮想線（２４：２７ａ：２７ｂ）に対して、前記第１直線に沿って所定の距離（Ｌｍ：Ｌｓ：Ｌｔ）で離れ、
   前記曲線は前記第２端点において前記第２直線と滑らかに接続され、前記第２端点から離れるにつれて前記第１直線及びその延長線（２１１ｍ：２２１ｍ：２２４ｍ）へと向かって曲がり、
   前記磁性材料は、前記曲線に沿って屈曲する、磁性構造体。
2. 前記曲線は楕円弧である、請求項１記載の磁性構造体。
3. 前記曲線（２１２）は、前記埋設孔（３０）の中央部にある、請求項１又は請求項２記載の磁性構造体。
4. 磁性構造体を製造する方法であって、
   前記磁性構造体は、
   外側面（２０）及び埋設孔（３０）を有する円柱状の磁気コア（２）と、
   前記埋設孔に埋設される磁性材料（３）と
   を備え、前記磁性材料が着磁された状態で界磁子として機能し、
   前記磁性材料は、着磁して樹脂磁石となる材料であり、
   前記埋設孔は前記磁気コアの母線方向（Ｚ）に沿って穿たれ、
   前記母線方向から見た前記埋設孔の外形は、互いに対向して平行な第１直線（２１１：２２１：２２４）及び第２直線（２２１：２１１：２１４）と、曲線（２２２：２１２：２１２）とを含み、
   前記第１直線は第１端点（２１ｐ：２２ｓ：２２ｓ）を有し、
   前記第２直線は第２端点（２２ｐ：２１ｑ：２１ｒ）を有し、
   前記第２端点を通り前記第１直線に対して垂直な第１仮想線（２３：２６ａ：２６ｂ）は、前記第１端点を通り前記第２直線に対して垂直な第２仮想線（２４：２７ａ：２７ｂ）に対して、前記第１直線に沿って所定の距離（Ｌｍ：Ｌｓ：Ｌｔ）で離れ、
   前記曲線は前記第２端点において前記第２直線と滑らかに接続され、前記第２端点から離れるにつれて前記第１直線及びその延長線（２１１ｍ：２２１ｍ：２２４ｍ）へと向かって曲がり、
   前記磁性材料を前記埋設孔へ射出成形する際に前記磁性材料を着磁する、磁性構造体の製造方法。

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