WO2023013129A1

WO2023013129A1 - コア及びコアの生産方法

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Publication number: WO2023013129A1
Application number: PCT/JP2022/009836
Authority: WO
Inventors: 勇治関冨; 重利山下; 栄吉吉田
Original assignee: 株式会社松尾製作所
Priority date: 2021-08-06
Filing date: 2022-03-08
Publication date: 2023-02-09
Also published as: EP4383284A1; CN117652006A; JPWO2023013129A1

Abstract

本開示に係るコア（２）の生産方法は、複数を環状に配置して使用されるコア（２）の生産方法であって、磁性材である線状材料（１）を折り曲げ、設計形状に形成し、前記線状材料（１）の余分がある場合に当該余分を切断する、という工程を含む。

Description

コア及びコアの生産方法

　本開示技術は、コア及びコアの生産方法に関する。

　コアは、モータ、磁気回路、磁気センサ、等で用いられる部品であり、様々な産業で利用されている。コアは、鉄心とも呼ばれ、磁束の通路として機能する。

　コアは、磁束の通路であるため、利用時に渦電流が発生する。渦電流の発生を抑制するために、複数の線材の収束体からコアを製造する技術が知られている。例えば特許文献１では、複数の線材を金属製パイプに挿入して製造されたイグニションコイル用コアが開示されている。

特開２０１８－１４８１１９号公報

　イグニションコイルのようにコアが概パイプ状のものであれば特許文献１に例示された製造方法が適用できる。しかし、設計上で要求されるコアの形状は様々であり、特許文献１に例示された製造方法が適用できないものがある。

　本開示技術は上記課題に鑑み、様々な形状に設計可能なコアの生産方法を提供することを目的とする。

　本開示に係るコアの生産方法は、複数を環状に配置して使用されるコアの生産方法であって、磁性材である線状材料を折り曲げ、設計形状に形成し、前記線状材料の余分がある場合に当該余分を切断する、という工程を含む。

　本開示技術に係るコアの生産方法は上記工程を含むため、コアを様々な形状に設計できる。

図１は、実施の形態１に係るコアの生産方法の処理工程を示すフローチャートである。図２は、実施の形態１に係るコアの形状の例を示す模式図である。図３は、実施の形態１に係る設計形状の例を示す模式図である。図４Ａは、線状材料１を設計形状に形成する例を示す模式図その１である。図４Ｂは、線状材料１を設計形状に形成する例を示す模式図その２である。図４Ｃは、線状材料１を設計形状に形成する例を示す模式図その３である。図５は、平面的に並べた線状材料１を設計形状に形成する例を示す模式図である。図６は、立体的に束ねた線状材料１を設計形状に形成する例を示す模式図である。図７Ａは、従来技術に係る回転機器と本開示技術に係る回転機器との出力電圧を比較したグラフの例である。図７Ｂは、従来技術に係る回転機器と本開示技術に係る回転機器とのインピーダンスを比較したグラフの例である。図８は、実施の形態２に係るコアの生産方法において、伸線工程を説明する図である。図９は、実施の形態２に係るコアの生産方法において、伸線工程の前後における線状材料１の断面形状の変化を示す説明図である。

　本開示技術に係るコア２の生産方法は、以下の実施の形態ごとの図に沿った説明により明らかとなる。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係るコア２の生産方法の処理工程を示すフローチャートである。図１に示されるとおり、実施の形態１に係るコア２の生産方法は、磁性材である線状材料１を折り曲げる工程（ＳＴ２）と、設計形状に形成する工程（ＳＴ４）と、線状材料１の余分を切断する工程（ＳＴ６）と、を含む。

　磁性材である線状材料１は、断面形状について特に限定されない。すなわち磁性材である線状材料１の断面形状は、円であっても、四角であっても、その他の形状であってもよい。

　磁性材である線状材料１は、ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、シリコンが含有されたものもよい。

　図２は、実施の形態１に係るコア２の形状の例を示す模式図である。図２は、線状材料１の断面形状が四角である場合を例示している。図２に示されるとおりコア２は線状材料１を重ねて形成されるため、様々な形状に対応でき、例えば高出力のモータ等の回転機器用にも適用できる。

　図３は、実施の形態１に係る設計形状の例を示す模式図である。図３の左側に示した形状は、設計形状である。図３は、２つのコア２が互いに向き合って環状につなぎ合わせた例を示している。設計形状は、少なくとも１つのコア２の形状を含む形状である。図３の右側は、設計形状に折り曲げられた線状材料１を２つに切断し、２つのコア２を作り出している例を示している。図３に示された設計形状は環状であったが、本開示技術に係るコア２の生産方法においては、これに限定されない。例えば設計形状は、複数のコア２が、シリーズに接続されたものでもよい。また設計形状が複数のコア２の形状を含む場合、コア２と隣接するコア２との間に、いわゆる切断代（シロ）のゆとりがあるとよい。

　図３の左側は、設計形状がもともとは１本の線状材料１から形成されてもよいことを示している。ただし本開示技術に係るコア２の生産方法は、もともとの線状材料１の本数が１本に限定されない。コア２の生産に用いられる線状材料１は、最初から複数本でもよい。またコア２の生産に用いられる線状材料１は、太さ等が異なる複数の種類の線材が用いられてもよい。例えば、コア２の中心部と外周部とで、異なった太さの線状材料１が用いられてもよい。コア２の中心部に、外周部で用いられるものよりも細い線状材料１が用いられてもよい。さらに本開示技術に係る線状材料１は、材質が異なる複数の線材が用いられてもよい。

　生産しようとしているコア２に対して、線状材料１がどのように使われると渦電流を抑制できるか、考慮されるべきである。
　磁性材である線状材料１を折り曲げる工程（ＳＴ２）と設計形状に形成する工程（ＳＴ４）とにおいて、線状材料１は、コア２が組み込まれる磁気回路の磁束の方向に重ねられるとよい。

　図４Ａは、線状材料１を設計形状に形成する例を示す模式図その１である。図４Ｂは、線状材料１を設計形状に形成する例を示す模式図その２である。図４Ｃは、線状材料１を設計形状に形成する例を示す模式図その３である。
　図４Ａは、より詳細には線状材料１をアルファ巻きにすることによって設計形状に形成する例を示したものである。コア２の形状が図３の右側に示されるような場合、設計形状に形成する工程（ＳＴ４）において、ワイヤをアルファ巻きにする巻き機などの既存の設備を流用することも考えられる。
　図４Ｂは、より詳細には、線状材料１を複数のアルファ巻きにすることによって設計形状に形成する例を示したものである。
　図４Ｃは、図４Ｂで得られた複数のアルファ巻きされた線状材料１を、重ねることによって設計形状に形成する例を示したものである。

　折り曲げられた線状材料１が設計形状を保つため、折り曲げられた線状材料１に対して形状を保つための処理工程が施されるとよい。形状を保つための処理工程は、加熱により自己融着させる等の熱圧着、接着剤による接着、複数本をまとめて撚る、圧力を加えて圧接する、等が考えられる。

　形状を保つための処理工程が自己融着を用いる場合、線状材料１は、エナメル等が被覆された線材が用いられるとよい。すなわち自己融着の場合、線状材料１は、自己融着するためのもので被覆されているとよい。

　形状を保つための処理工程が接着材を用いる場合、この工程は、磁性材である線状材料１を折り曲げる工程（ＳＴ２）と、設計形状に形成する工程（ＳＴ４）と、同時に行われてもよい。すなわち本開示技術に係るコア２の生産方法は、いわゆる３次元プリンタの要領で線状材料１と接着剤とを送り出し、一筆書きで設計形状を形成してもよい。

　線状材料１の余分を切断する工程（ＳＴ６）は、例えば図３の左側の設計形状から、図３の右側のコア形状を切り出す工程であるとも言える。もちろん、設計形状に形成されたときに線状材料１の余分が生じるときは、その余分を切断することも含まれる。

　磁性材である線状材料１を折り曲げる工程（ＳＴ２）と、設計形状に形成する工程（ＳＴ４）と、線状材料１の余分を切断する工程（ＳＴ６）と、のそれぞれの工程の回数及び順序は、生産されるコア２の形状に応じて、適宜決められてよい。例えば線状材料１の余分を切断する工程（ＳＴ６）の後に線状材料１を折り曲げる工程（ＳＴ２）と設計形状に形成する工程（ＳＴ４）とが実施されてもよい。

　図５は、平面的に並べた線状材料１を設計形状に形成する例を示す模式図である。図５に示されるとおり、本開示技術に係るコア２の生産方法は、平面的に並べた線状材料１をまとめて折り曲げて、設計形状に形成し、余分を切断してもよい。

　図６は、立体的に束ねた線状材料１を設計形状に形成する例を示す模式図である。図６に示されるとおり、本開示技術に係るコア２の生産方法は、立体的に束ねた線状材料１をまとめて折り曲げて、設計形状に形成し、余分がある場合に当該余分を切断してもよい。

　以上のとおり実施の形態１に係るコア２の生産方法は上記処理工程で構成されているため、コア２を様々な形状に設計できる。実施の形態１に係る生産方法で生産されたコア２は、渦電流の発生が抑制されている。
　渦電流の発生を抑制する目的で、従来から電磁鋼板を積層した積層コアも知られている。積層コアの場合、複雑な形状を実現するためには多くのプレス型が必要でコスト高であった。本開示技術に係るコア２の生産方法は線状材料１を用いるため、プレス型を多く準備する必要がなく、コスト高にならないという効果も奏する。また本開示技術に係るコア２の生産方法は線状材料１を用いるため、コイル巻き機等の既存の設備を流用することもできる。

　本開示技術に係る生産方法で生産されたコア２は、例えば特開２０１１－２３９６４５号公報で開示された可変リラクタンス型レゾルバなどのレゾルバに用いることができる。より具体的に本開示技術に係る生産方法で生産されたコア２は、レゾルバの磁性体部材として用いることができる。レゾルバの磁性体部材は、特開２０１１－２３９６４５号公報の図２等に示されるとおり、Ｕ字形状であり、環状に配置され固定される。
図３の右側に示されたとおり、本開示技術に係る生産方法で生産されたコア２は、コア２が外部から絶縁される必要がない箇所で線状材料１が切断されている。

　本開示技術に係る生産方法で生産されたコア２は、モータ等の回転機器用としても用いることができる。上記のレゾルバと同じ磁気回路構造を有する回転機器を生産することが考えられる。レゾルバが検知する磁力に比較して回転機器が生む磁力が大きいため、コア２はより厚みがあるものが要求される。
　図７Aは、従来技術に係る回転機器と本開示技術に係る回転機器との出力電圧を比較したグラフの例である。図７Ｂは、従来技術に係る回転機器と本開示技術に係る回転機器とのインピーダンスを比較したグラフの例である。図７Ａに示されるとおり本開示技術に係るコア２を用いた回転機器は、従来のコアを用いた回転機器と比較して、特に５～１０［ｋＨｚ］の周波数帯域において、出力電圧が大きい。また図７Ｂに示されるとおり本開示技術に係るコア２を用いた回転機器は、従来のコアを用いた回転機器と比較して、特に６０［ｋＨｚ］よりも高周波側の周波数帯域において、インピーダンスが大きい。
　このように本開示技術に係るコア２の生産方法は様々な形状に対応できるため、モータ等の回転機器にも適用できる。

　実施の形態２．
　実施の形態２に係るコア２及びコア２の生産方法は、本開示技術に係るコア２及びコア２の生産方法の変形例である。
　実施の形態２で用いる符号は、特に明記する場合を除き、実施の形態１で用いられたものと同じものが用いられる。実施の形態２では、実施の形態１と重複する説明が、適宜、省略される。

　図８は、実施の形態２に係るコア２の生産方法において、伸線工程を説明する図である。図８に示されるとおり実施の形態２に係るコア２の生産方法は、伸線工程を含んでよい。より詳細に言えば実施の形態２に係るコア２の生産方法は、設計形状に形成する工程（ＳＴ４）の具体例として、線状材料１を複数束ねる「束ね工程」と、束ねられた線状材料１の伸ばす「伸線工程」と、を実施し、その後、束ねられ伸ばされた線状材料１により設計形状に形成するようにしてよい。

　図９は、実施の形態２に係るコア２の生産方法において、伸線工程の前後における線状材料１の断面形状の変化を示す説明図である。
　細い線状材料１でコア２を形成することは、コア２に占める線状材料１の表面積を増やすことになり、表皮効果が増えるという効果を奏する。表皮効果とは、交流電流が導体を流れるとき、電流密度が導体の表面で高く、表面から離れると低くなる現象のことである。

　図９に示されるとおり伸線工程は、工具としてはダイスを用い、束ねられた線状材料１に対して引抜きを実施すればよい。また図９に示されるとおりダイスの開口部の形状、すなわち引抜き後の束ねられた線状材料１の形状は、円形でも四角形でもよい。引抜き後の束ねられた線状材料１の形状は、束ねられ伸ばされた線状材料１により設計形状に形成する工程において、隙間なく形成が可能な形状が好ましい。

　ダイスを用いた引抜きは、１本の線状材料１の単位で実施し、その後に束ね、又は設計形状に形成することも考えられる。しかし、複数の線状材料１を束ね、複数束ねられた線状材料１の単位で引抜きを実施することで、１本の単位で引抜きを実施したときよりも線状材料１と線状材料１との間の隙間を減らし、占積率を高めることができる。

　束ねられ伸ばされた線状材料１によるコア２の形成は、コア２の全体に対して実施してもよいし、コア２の特定の部分に対して部分的に実施してもよい。

　以上のとおり実施の形態２に係るコア２の生産方法は上記処理工程を含むため、実施の形態１で示した効果の加え、コア２に占める線状材料１の表面積が増し、表皮効果が増す、という効果を奏する。

　本開示技術に係るコア２の生産方法は、レゾルバ等の磁気センサ、モータ等の回転機器、その他磁気回路を有する製品に利用でき、産業上の利用可能性を有する。

　１　線状材料、２　コア。

Claims

　複数を環状に配置して使用されるコアの生産方法であって、
　磁性材である線状材料を折り曲げ、
　設計形状に形成し、
　前記線状材料の余分がある場合に当該余分を切断する、
　コアの生産方法。
　前記線状材料は被覆され、
　加熱し自己融着させる工程をさらに含む、
　請求項１に記載のコアの生産方法。
　前記線状材料を、接着剤により接着させる工程をさらに含む、
　請求項１に記載のコアの生産方法。
　ＣＶＤ法で前記線状材料にシリコンを含有させる工程をさらに含む、
　請求項１に記載のコアの生産方法。
　前記設計形状は、複数のコアを含む形状である、
　請求項１に記載のコアの生産方法。
　前記設計形状への形成は、前記線状材料を、コアが組み込まれる磁気回路の磁束の方向に重ねる、
　請求項１に記載のコアの生産方法。
　前記線状材料の切断は、コアが外部から絶縁される必要がない箇所である、
　請求項１に記載のコアの生産方法。
　複数を環状に配置して使用されるコアであって、
　磁性材である線状材料を折り曲げ、
　設計形状に形成し、
　前記線状材料の余分がある場合に当該余分を切断してなる、コア。
　前記線状材料は被覆され、
　加熱し自己融着してなる、請求項８に記載のコア。
　前記線状材料を、接着剤により接着させてなる、請求項８に記載のコア。
　ＣＶＤ法で前記線状材料にシリコンを含有させてなる、請求項８に記載のコア。
　組み込まれる磁気回路の磁束の方向に前記線状材料を重ねてなる、請求項８に記載のコア。
　外部から絶縁される必要がない箇所が、切断によりなる、請求項８に記載のコア。