(57)【要約】【課題】  複雑な形状を持つ磁気回路を構成する場合であっても、複雑な加工や成形等を要することなく、低コストで容易に強磁性体からなる磁気回路を形成することができる磁気回路の形成方法を提供すること。【解決手段】  電磁機械装置の磁気回路を形成する場合に、液体状材料１に強磁性体粉・片２を混入し、その成型時または凝固工程で強磁性体粉・片２を混入した未凝固の液体状材料１内に磁界を発生させ、この磁界からの起磁力により強磁性体粉・片２を磁束φが生成された領域に移動集合させることによって磁気回路の一部または全部を形成した。【選択図】        図１
2006310409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁機械装置の磁気回路を形成する場合に、液体状材料に強磁性体からなる粉末状または片状の磁気回路材料を混入し、その成型時または凝固工程で磁気回路材料を混入した未凝固の液体状材料内に磁界を発生させ、この磁界からの起磁力により磁気回路材料を磁束生成領域に移動集合させることによって磁気回路の一部または全部を形成することを特徴とする磁気回路の形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載された磁気回路の形成方法において、
前記起磁力の一部として通電されたコイルを用いた場合に、未凝固の液体状材料内のコイルに通電し発熱させることで、液体状材料の流動性を確保することを特徴とする磁気回路の形成方法。
【請求項３】
請求項１に記載された磁気回路の形成方法において、
前記起磁力の一部として通電されたコイルを用いた場合に、未凝固の液体状材料内のコイルに交流電流を通電することで、コイル自体を振動させ、液体状材料内の強磁性体粉・片が流動しやすいようにすることを特徴とする磁気回路の形成方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載された磁気回路の形成方法において、
凝固前のモールド樹脂内にコイルを浸漬させ、強磁性体粉・片を混入して、コイルに三相交流電流を印加し、磁束密度の高い部分に強磁性体粉・片を流動させた状態で凝固することで、三相変圧器の三脚鉄心による磁気回路を形成することを特徴とする磁気回路の形成方法。
【請求項５】
請求項１乃至３の何れか１項に記載された磁気回路の形成方法において、
モールド樹脂として、強磁性体粉・片を混入したステータモールド樹脂とし、方形状の鉄心に接するモールド枠の一部を強磁性体枠とし、ステータのモールド成型時、ステータモールド樹脂が未凝固状態でコイルに三相交流電流を印加し、前記鉄心と強磁性体枠とが接する両端部に強磁性体粉・片を流動させた状態で凝固することで、三相同期モータの磁気回路の一部を形成することを特徴とする磁気回路の形成方法。
【請求項６】
請求項１乃至３の何れか１項に記載された磁気回路の形成方法において、
前記モールド樹脂として、強磁性体粉・片を混入したステータモールド樹脂とし、ステータのモールド成型時、ステータモールド樹脂が未凝固状態でコイルに三相交流電流を印加し、近接する鉄心と鉄心との間に強磁性体粉・片を流動させた状態で凝固することで、三相同期モータの磁気回路の一部を形成することを特徴とする磁気回路の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄心などの磁気回路と銅コイルなどの電気回路の鎖交により電気−電気，電気−力学仕事の相互変換を行う、モータ・変圧器などに代表される電磁機械装置の磁気回路形成方法の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、モータ・変圧器に代表される電磁機械装置の磁気回路は、渦電流による特性悪化を防ぐため、珪素鋼板とよばれるシリコンを混入した電気抵抗・透磁率の高い薄い鋼板を積層し組み合わせて磁気回路を形成している。（例えば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開２００３−２９９２７７号公報
【特許文献２】特開２００４−１５０４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の電磁機械装置の磁気回路にあっては、磁束の流れに垂直に鉄板を積層する必要があると同時に、板状の材料の組み合わせで作成するため、曲線を含む形状・細かい形状を製作することが困難であった。また、板状の珪素鋼板を打ち抜いて作成するため、突起などがあると材料の歩留まりを極度に悪化させ、コストの上昇を招いていた。さらに、モータのステータなどの、磁束流の向きが絶えず変化している磁気回路や、複雑な磁束の流れのある磁気回路では、磁束の向きと積層方向とを完全に垂直にすることが不可能であり、渦電流による特性悪化を招いていた。
【０００４】
一方、強磁性材料の周りを絶縁材料でコーティングした強磁性体粉を固めて磁気回路を作る方法が知られている。強磁性体が粒系であるため、全方向で絶縁できており、渦電流による損失は小さい。しかし、金型で強磁性体粉を成型する方法であるので、型作成の制約、型から抜くための制約などのために、複雑な形状を作成することが困難である。
【０００５】
このように、従来の磁気回路形成では、材料の形状・加工性・製造法により著しい形状制約が課されており、さらに、細かい形状調整は打ち抜き型の変更や金型の変更となるため大変困難である。
【０００６】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、複雑な形状を持つ磁気回路を構成する場合であっても、複雑な加工や成形等を要することなく、低コストで容易に強磁性体からなる磁気回路を形成することができる磁気回路の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明では、電磁機械装置の磁気回路を形成する場合に、液体状材料に強磁性体からなる粉末状または片状の磁気回路材料を混入し、その成型時または凝固工程で磁気回路材料を混入した未凝固の液体状材料内に磁界を発生させ、この磁界からの起磁力により磁気回路材料を磁束生成領域に移動集合させることによって磁気回路の一部または全部を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
よって、本発明の磁気回路の形成方法にあっては、電磁機械装置の磁気回路を形成する場合、成型時または凝固工程において、磁気回路材料を混入した未凝固の液体状材料内に磁界を発生させ、この磁界からの起磁力により磁気回路材料を磁束生成領域に移動集合させることによって磁気回路の一部または全部が形成される。この結果、複雑な形状を持つ磁気回路を構成する場合であっても、複雑な加工や成形等を要することなく、低コストで容易に強磁性体からなる磁気回路を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明における磁気回路の形成方法の基本原理を図１に基づいて説明する。
図１に本発明の構成要素とその働きを示す。図１において、１は液体状材料、２は強磁性体粉・片、３は金型、φは磁束である。
【００１０】
本発明の磁気回路の形成方法は、電磁機械装置の磁気回路を形成する場合に、液体状材料１に強磁性体粉・片２を混入し、その成型時または凝固工程で強磁性体粉・片２を混入した未凝固の液体状材料１内に磁界を発生させ、この磁界からの起磁力により強磁性体粉・片２を磁束φが生成された領域に移動集合させることによって磁気回路の一部または全部を形成する。
【００１１】
前記強磁性体粉・片２を磁束φが生成された領域に移動集合させる手法としては、下記手法の何れかを採用する。
(a) 前記起磁力の一部として通電されたコイルを用いた場合に、未凝固の液体状材料１内のコイルに通電し発熱させることで、液体状材料１の流動性を確保する。
(b) 前記起磁力の一部として通電されたコイルを用いた場合に、未凝固の液体状材料１内のコイルに交流電流を通電することで、コイル自体を振動させ、未凝固の液体状材料１内の強磁性体粉・片２が流動しやすいようにする。
【００１２】
ここで、磁気回路の形成方法における重要語句の説明をする。
「未凝固の液体状材料１」：磁気回路の周りを最終的に構造材・絶縁材・伝熱材として最終的に覆うことになる非磁性凝固材料をいう。つまり、磁気回路を形成する段階では未凝固材料である。
「強磁性体粉・片２」：上記未凝固の液体状材料１に混入された、磁気回路を形成する材料をいう。その形状は球状とは限らない。
「金型３」：上記未凝固の液体状材料１とそれに混入された強磁性体粉・片２とを未凝固状態で保持する容器をいう。この金型３の外側から磁束φを通す場合は、磁束φの通る部分は非磁性体である必要がある。また、金型３に起磁力があり、金型３の外に磁束φを導く場合は、磁束φを導く部分を強磁性体とする、あるいは、金型３のすぐ外側に強磁性体を置くことにより、磁束φの成型を行う必要がある。
「起磁力」：金型３の外部または内部に設置された、磁石ないし通電されたコイルによる力をいう。
「磁束φ」：上記起磁力により、強磁性体粉・片２の混入された未凝固の液体状材料１内に形成された磁力線の束をいう。
【００１３】
電磁機械装置の磁気回路を形成する場合、図１(a)に示すように、未凝固の液体状材料１に強磁性体粉・片２を混入し、未凝固の液体状材料１内に磁界を発生させると、図１(b)に示されるように、磁束φの通っている部分に強磁性体粉・片２は引き寄せられるため、未凝固状態での強磁性体粉・片２の流動性を保っておけば、磁気回路が形成されることになる。そして、磁気回路形成が進んだ後に強磁性体粉・片２の周りの液体状材料１の部分が凝固すれば、磁気回路を確定できる。
【００１４】
したがって、本発明の磁気回路の形成方法によれば、下記の列挙する効果を得ることができる。
【００１５】
(1) 電磁機械装置の磁気回路を形成する場合に、液体状材料１に強磁性体粉・片２を混入し、その成型時または凝固工程で強磁性体粉・片２を混入した未凝固の液体状材料１内に磁界を発生させ、この磁界からの起磁力により強磁性体粉・片２を磁束φが生成された領域に移動集合させることによって磁気回路の一部または全部を形成したため、複雑な形状を持つ磁気回路を構成するにあたって、従来行われていたような複雑な珪素鋼板の打ち抜きとその積層・磁路の組み立てを行ったり、複雑な形状を持つ金型を製作してそれにより磁性粉末材料を成型することなく、強磁性体からなる磁気回路を構成することが出来る。
【００１６】
(2) 前記起磁力の一部として通電されたコイルを用いた場合に、未凝固の液体状材料１内のコイルに通電し発熱させることで、液体状材料１の流動性を確保するため、上記方法で磁気回路を形成させている間、未凝固の液体状材料１の流動性を確保することが出来、磁気回路の形成を助けることが出来る。
【００１７】
(3) 前記起磁力の一部として通電されたコイルを用いた場合に、未凝固の液体状材料１内のコイルに交流電流を通電することで、コイル自体を振動させ、未凝固の液体状材料１内の強磁性体粉・片２が流動しやすいようにするため、上記方法で磁気回路を形成させている間、流動性が高すぎて未凝固の液体状材料１内の強磁性体粉・片２が沈殿してしまうなどの問題や、逆に流動性がおちて磁気回路の形成が妨げられるなどの問題を解決できる。
【００１８】
次に、本発明の磁気回路の形成方法を適用した最良の形態を、図２〜図５にに示す実施例１〜実施例３に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１９】
図２は本発明の磁気回路の形成方法を、特開２００４−１５０４３号公報等に記載されているようなモールド鉄心による三相変圧器に適用した例を示す。
【００２０】
モールド変圧器は、空冷のいわゆるオートトランスとして生産されるが、この例のように凝固前のモールド樹脂１’（液体状材料）内にコイル４を浸漬させ、強磁性体粉・片２を混入して、コイル４に三相交流電流を印加すると、図２に示すように、磁束密度の高い部分に強磁性体粉・片２が流動し、この状態で冷却すれば、三脚鉄心が形成される。なお、３は金型である。
【００２１】
したがって、実施例１の磁気回路の形成方法にあっては、従来のように、多数の強磁性鋼鈑を打ち抜く、これを積層するという複雑な作業を行うことなく、三相変圧器の磁気回路である三脚鉄心の全部を容易に形成することが出来る。
【実施例２】
【００２２】
図３及び図４は本発明の磁気回路の形成方法を、特開２００３−２９９２７７号公報等に記載されているようなモールドステータによる三相同期モータに適用した例である。
【００２３】
実施例２では、三相同期モータのステータ部分の鉄心構造のうち、生産性を阻害する磁極端部を、ステータモールド樹脂１"が未凝固状態でコイルに通電することにより形成する。
【００２４】
つまり、三相同期モータのモールドステータは、コイルを巻いた積層鋼鈑によるＴ字状の鉄心（図４Ｂを参照）を円環状に複数配列し、軸方向の両側からエンドプレートにより挟み、ボルトナット等で締め付け固定することで、コイルを巻いた複数の鉄心が等間隔に配列された環状の骨格体を形成する。そして、この骨格体を、内面形状をステータ形状としたモールド枠に挿入し、ここにモールド樹脂を流し込み、樹脂が硬化したらモールド枠から外すことで形成される。
【００２５】
そこで、前記モールド樹脂として、強磁性体粉・片２を混入したステータモールド樹脂１"とし、方形状の鉄心５に接するモールド枠の一部を強磁性体枠６とし、ステータのモールド成型時、ステータモールド樹脂１"が未凝固状態でコイル７に三相交流電流を流すと、図３に示すように、方形状の鉄心５と強磁性体枠６との間で、ステータモールド樹脂１"を介する磁束が発生し、ステータモールド樹脂１"に混入された強磁性体粉・片２が流動し、生産性を阻害する磁極端部に「縁（図３のＡ部）」ができる。つまり、方形状の鉄心５に対し、強磁性体枠６と接する両端部に強磁性体粉・片２を集合させる磁路形成のアシストにより、「Ｔ字状の鉄心」と同様の磁気回路を形成することが出来る。
【００２６】
したがって、実施例２の磁気回路の形成方法にあっては、図４(a)に示すように、端部形状を含めて珪素鋼板をＴ字状に打ち抜くと、材料の歩留まりが悪くなるが、図４(b)に示すように、これを単純な方形状で打ち抜き、両端部は後から形成することにすれば、材料の歩留まりを向上することが出来る。なお、両端部を形成するにあたり、強磁性体により磁束を望む方向に導くことが重要である。
【実施例３】
【００２７】
図５は本発明の磁気回路の形成方法を、特開２００３−２９９２７７号公報等に記載されているようなモールドステータによる三相同期モータに適用した例である。
【００２８】
実施例３では、本発明の磁気回路の形成方法を用いて、鉄心５，５間を結ぶ橋状の磁路（図５のＣ部）を形成する。
【００２９】
本部分は枝分かれした磁路であって、磁気抵抗の値を適切に設定しなくてはならないが、積層珪素鋼板などで設計する場合は薄くするなどの工夫が必要である。これは強度的・歩留まり的にデメリットが大きい。
【００３０】
これに対し、実施例３では、前記モールド樹脂として、強磁性体粉・片２を混入したステータモールド樹脂１"とし、ステータのモールド成型時、ステータモールド樹脂１"が未凝固状態でコイル７に三相交流電流を流すと、図５に示すように、隣接する鉄心５，５との間で、ステータモールド樹脂１"を介する環状の磁束が発生し、ステータモールド樹脂１"に混入された強磁性体粉・片２が流動し、鉄心５，５間を結ぶ橋状の磁路（図５のＣ部）ができる。つまり、方形状の鉄心５に対し、近接する鉄心５，５間に強磁性体粉・片２を集合させる磁路形成のアシストにより、鉄心５，５間を結ぶ橋渡し磁気回路を形成することが出来る。
【００３１】
したがって、実施例３の磁気回路の形成方法にあっては、積層珪素鋼板などで設計する場合のように、強度的・歩留まり的にデメリットが大きい工夫を要さず、容易に鉄心５，５間を結ぶ橋渡し磁気回路を形成することが出来る。そして、この鉄心５，５間を結ぶ橋渡し磁気回路により、漏れ磁束が最適に制御され、低回転時には、コギングトルク・リプルトルクを低減することができるし、高回転時には、弱め界磁電流を低減することが出来る。
【００３２】
以上、本発明の磁気回路の形成方法を実施例１〜実施例３に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
実施例１では、三相変圧器に適用した磁気回路の形成方法を示し、実施例２，３では三相同期モータに適用した磁気回路の形成方法を示したが、鉄心などの磁気回路と銅コイルなどの電気回路の鎖交により電気−電気，電気−力学仕事の相互変換を行う、モータ・変圧器などに代表される電磁機械装置であれば、如何なる装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の磁気回路の形成方法を示す基本原理図である。
【図２】本発明の磁気回路の形成方法を三相変圧器の三脚鉄心の形成に適用した実施例１の三脚鉄心形成方法を示す図である。
【図３】本発明の磁気回路の形成方法を三相同期モータのモールドステータの端部形成に適用した実施例２のモールドステータ形成方法を示す図である。
【図４】Ｔ字状の鉄心とした場合と実施例２のモールドステータ形成方法の採用により方形状の鉄心とした場合とでの鋼鈑（鉄心材料）の歩留まりを比較した図である。
【図５】本発明の磁気回路の形成方法を三相同期モータのモールドステータの橋渡し磁路形成に適用した実施例３のモールドステータ形成方法を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  液体状材料
１’  モールド樹脂
１"  ステータモールド樹脂
２  強磁性体粉・片
３  金型
４  コイル
５  鉄心
６  強磁性体枠
７  コイル
φ  磁束
【図１】
2006310409.tif 000003
【図２】
2006310409.tif 000004
【図３】
2006310409.tif 000005
【図４】
2006310409.tif 000006
【図５】
2006310409.tif 000007