(57)【要約】      （修正有）【課題】電磁石を用いた機器の出力を向上させることができる電磁石用線材を提供する。【解決手段】電流を流すことで磁場が生じる電磁石のコイルに使用される電磁石用線材１であって、導電体２の表層に磁性体層３を設けた。前記磁性体層は、導電性を有するものであり、数μｍオーダーの厚みに形成されている。この磁性体層は、導電体の外周の全体を均一に覆う態様でめっきなどによって形成されている。磁性体層３の材料としては、Ｆｅを重量比１０％以上含む２元素以上の合金からなる。好ましくは、Ｆｅ−５０Ｎｉ合金、Ｆｅ−８０Ｎｉ合金によって形成される。絶縁層４は、例えば、エナメル絶縁層であり、その層の厚みは約３５μｍに形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流を流すことで磁場が生じる電磁石のコイルに使用される電磁石用線材であって、
導電体の表層に磁性体層を設けたことを特徴とする電磁石用線材。
【請求項２】
前記磁性体層は、Ｆｅを重量比１０％以上含む２元素以上の合金からなることを特徴とする請求項１に記載の電磁石用線材。
【請求項３】
前記磁性体層は、Ｆｅ−５０Ｎｉ合金であることを特徴とする請求項２に記載の電磁石用線材。
【請求項４】
前記磁性体層は、Ｆｅ−８０Ｎｉ合金であることを特徴とする請求項２に記載の電磁石用線材。
【請求項５】
前記磁性体層の膜厚が、１．０〜９．０μｍであることを特徴とする請求項３に記載の電磁石用線材。
【請求項６】
前記磁性体層の膜厚が、３．０〜９．０μｍであることを特徴とする請求項５に記載の電磁石用線材。
【請求項７】
前記磁性体層の膜厚が、２．０〜９．０μｍであることを特徴とする請求項４に記載の電磁石用線材。
【請求項８】
前記磁性体層の膜厚が、６．０〜９．０μｍであることを特徴とする請求項７に記載の電磁石用線材。
【請求項９】
前記磁性体層は、Ｆｅを主とする合金であり、その膜厚が０μｍよりも大きく６．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電磁石用線材。
【請求項１０】
前記磁性体層の膜厚が０μｍよりも大きく３．０μｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載の電磁石用線材。
【請求項１１】
前記磁性体層は、前記導電体と絶縁層との間に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１つに記載の電磁石用線材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、モータ、ディスクブレーキ、ソレノイド、発電機などの電磁石に使用される電磁石用線材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータの回転力やブレーキの開閉力を得るために、コアに巻線を巻き付けた電磁石が使用されている。この巻線の一般的な線材としては、銅などの導電体（芯材）の外側に絶縁層を設けたものが使用されている。
【０００３】
また、電磁石用の線材ではないが、インダクタの巻線用線材において、導電体の表面に磁性体をめっきしたものも知られている。この線材を使用したインダクタでは、１ＭＨｚの周波数帯域において、１０％程度のインダクタンスＵＰの効果があると報告されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−２１１９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した電磁石の吸引力などの性能は、インダクタンスがＵＰしたからといって必ずしも向上するとは限らない。例えば、ディスクブレーキの電磁石においては、インダクタンスがＵＰしたことが直接的にブレーキの開閉力の向上につながるとは限らない。また、モータにおいても、インダクタンスがＵＰしたことが直接的にモータトルクの向上につながるとは限らない。
【０００６】
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、電磁石を用いた機器の出力を向上させることができる電磁石用線材を提供するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述課題を解決するため、本発明は、電流を流すことで磁場が生じる電磁石のコイルに使用される電磁石用線材であって、導電体の表層に磁性体層を設けたことを特徴とする。
【０００８】
また、前記磁性体層は、Ｆｅを重量比１０％以上含む２元素以上の合金からなるものであってもよい。
【０００９】
さらに、前記磁性体層は、Ｆｅ−５０Ｎｉ合金であってもよい。
【００１０】
さらにまた、前記磁性体層は、Ｆｅ−８０Ｎｉ合金であってもよい。
【００１１】
一方、Ｆｅ−５０Ｎｉ合金である磁性体層の膜厚が、１．０〜９．０μｍであってもよい。
より好ましくは、膜厚が、３．０〜９．０μｍであってもよい。
【００１２】
また、Ｆｅ−８０Ｎｉ合金である磁性体層の膜厚が、２．０〜９．０μｍであってもよい。
より好ましくは、膜厚が、６．０〜９．０μｍであってもよい。
【００１３】
さらに、前記磁性体層は、Ｆｅを主とする合金であり、その膜厚が０μｍよりも大きく６．０μｍ以下であってもよい。
【００１４】
より好ましくは、前記磁性体層の膜厚が０μｍよりも大きく３．０μｍ以下であってもよい。
【００１５】
他方、前記磁性体層は、前記導電体と絶縁層との間に設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る電磁石用線材は、電流を流すことで磁場が生じる電磁石のコイルに使用される電磁石用線材であって、導電体の表層に磁性体層を設けているので、電磁石の電磁力を向上させることができる。これにより、ソレノイドの吸引力を高めることができ、例えばブレーキに適用した場合、ブレーキの開閉力（吸引力）を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る電磁石用線材の断面図である。
【図２】（Ａ）（Ｂ）は、平角線を用いた場合の電磁石用線材の断面図である。
【図３】電磁石の吸引力を試験するためのソレノイドの断面図である。
【図４】図３のソレノイドを用いた吸引力試験において、磁性体層の膜厚と吸引力変化率との関係を示すグラフ図である。
【図５】電磁石用線材を集中巻きモータのステータに使用した場合を示す概要図である。
【図６】電磁石用線材を分布巻きモータのステータに使用した場合を示す概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態に係る電磁石用線材１について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の電磁石用線材１の断面図である。
【００１９】
電磁石用線材１は、線材の芯である導電体２と、この導電体２の外側を覆う磁性体層３と、この磁性体層３のさらに外周を覆う絶縁層４とで構成されている（磁性体層３は、導電体２と絶縁層４との間に設けられている）。
導電体２は、その断面形状が円形をなしており、素材として導電性を有する銅が使用されている。
【００２０】
磁性体層３は、導電性を有するものであり、数μｍオーダーの厚みに形成されている。この磁性体層３は、導電体２の外周の全体を均一に覆う態様でめっきなどによって形成されている。磁性体層３の材料としては、Ｆｅを重量比１０％以上含む２元素以上の合金によって形成されている。また、好ましくは、Ｆｅ−５０Ｎｉ合金、Ｆｅ−８０Ｎｉ合金によって形成されている。
絶縁層４は、例えば、エナメル絶縁層であり、その層の厚みは約３５μｍに形成されている。
【００２１】
また、電磁石用線材は、図２に示すように、平角線で構成することもできる。
図２（Ａ）に示す電磁石用線材１１は、線材の芯である導電体１２の断面形状が矩形状であり、その４辺の外側の全体を覆うように磁性体層１３が形成されている。また、この磁性体層１３の外側には、磁性体層１３の外側の全体を覆うように絶縁層１４が形成されている。このような平角線は、コアに巻き付ける際に隣接する線材との間に隙間が生じないように巻き付けることができる点で優れている。
【００２２】
また、図２（Ｂ）に示す電磁石用線材２１は、断面矩形状の導電体２２の下辺の下側にのみ磁性体層２３を形成したものである。そして、これらの外側を覆うように絶縁層２４が形成されている。
【００２３】
次に、本実施の形態に係る電磁石用線材１を用いたソレノイド５０の吸引実験について、図３および図４を用いて説明する。本事例は、電磁石用線材１の磁性体層の材質および膜厚を変えたときのソレノイド５０の吸引力ＵＰ（トルクＵＰ）の効果を実験によって検証したものである。
【００２４】
従来、このような電磁石用線材としては、導電体の外側に絶縁層のみを有するものが使用されていて、本実施の形態のように導電体２の外側に磁性体層３を設けた線材は使用されていなかった。これは、（１）電磁石用線材として磁性体層３を設けても、ソレノイド５０の吸引力の向上には寄与しないと一般的に考えられていたこと、（２）線材のコストアップになることによる。しかしながら、今回、磁性体層３を設けた電磁石用線材１（１１、２１）を実際に使用することにより、ソレノイド５０の吸引力の向上を見込めることが判明した。
【００２５】
この実験では、電磁石用線材として以下の３種類を実験している。
（Ａ）電磁石用線材１Ａ（線径φ０．５）
導電体：主に銅
磁性体層：Ｆｅを主とする合金
磁性体層の外側に絶縁層エナメル（３５μｍ）
（Ｂ）電磁石用線材１Ｂ（線径φ０．５）
導電体：主に銅
磁性体層：Ｆｅ−５０Ｎｉ  熱処理あり
磁性体層の外側に絶縁層エナメル（３５μｍ）
（Ｃ）電磁石用線材１Ｃ（線径φ０．５）
導電体：主に銅
磁性体層：Ｆｅ−８０Ｎｉ  熱処理なし
磁性体層の外側に絶縁層エナメル（３５μｍ）
なお、以下の説明で、符号に付されたＡ，Ｂ，Ｃの添字は、それぞれ、上記（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の電磁石用線材に対応するものとする。
【００２６】
この電磁石用線材１Ａ、１Ｂ、１Ｃのそれぞれの初透磁率は、比透磁率で、１００、５００、２０００である。
また、電磁石用線材１Ａ、１Ｂ、１Ｃのそれぞれの飽和磁束密度（Ｔ）は、２．０（Ｔ）、０．７５（Ｔ）、１．５（Ｔ）である。
【００２７】
ソレノイド５０Ａのコイル５１Ａは、図３に示すように、断面Ｅ字型の固定鉄心５２（コア５３の直径φ６ｍｍ）に電磁石用線材１Ａを１７ターン巻き付けたものである。また、吸引する電磁鋼板５４は、ＪＦＥスチール製、４５ＪＮ１６００である。さらに、コイル５１と電磁鋼板５４とのギャップｔは１ｍｍに設定した。
同様に、ソレノイド５０Ｂ、５０Ｃも線材（磁性体層の材質）が異なるのみで、その基本構成は同じである。
【００２８】
このような装置において、磁性体層３の膜厚（めっき厚）を１．０μｍ、２．０μｍ、３．０μｍ、６．０μｍ、９．０μｍに変えた場合の吸引力の変化について調べた。電流値は５Ａ／ｍｍ２である。この実験結果を、図４に示す。このグラフは、横軸にめっき厚（μｍ）、縦軸に磁性体層のない線材を使用したコイルに対する吸引力変化率（％）をとり、めっき厚毎に吸引力変化率をプロットしたものである。なお、この図４のグラフでは、電磁石用線材１Ａを用いたソレノイド５０Ａのデータを符号５５Ａ、電磁石用線材１Ｂを用いたソレノイド５０Ｂのデータを符号５５Ｂ、電磁石用線材１Ｃを用いたソレノイド５０Ｃのデータを符号５５Ｃで示している。
【００２９】
この図４のグラフからは、電磁石用線材１Ａ、１Ｂ、１Ｃのいずれも、（１）吸引力変化率がプラスの値であることから、磁性体層を設けることによって吸引力をＵＰさせることができること、（２）磁性体層３の材質によって吸引力変化率の値が異なること、（３）磁性体層の膜厚によって、吸引力変化率の値が異なること、が判明した。
【００３０】
また、図４のグラフから、以下のことが判断できる。
（イ）電磁石用線材１Ａ（図４のグラフの符号５５Ａ）の場合には、磁性体層の膜厚が０．６μｍ以上で吸引力変化率が１％以上となり、磁性体層の膜厚が６．０μｍのときに吸引力変化率が最大値で４．５％になることが判明した。また、膜厚を６．０μｍ以上にすると、吸引力変化率が最大値よりも減少する傾向にあることが判明した。
【００３１】
（ロ）電磁石用線材１Ｂ（図４のグラフの符号５５Ｂ）の場合には、磁性体層の膜厚の増加と共に吸引力変化率が高くなり、膜厚１．０μｍ以上で吸引力変化率が１％以上となり、また膜厚９．０μｍのときに吸引力変化率が最大値で８．０％になることが判明した。また、めっき厚を９．０μｍよりも厚くすることで、吸引力ＵＰをさらに実現することができそうなことが判明した。さらに、めっき厚を９．０μｍよりも厚くした或る厚みで最大値となりそうなこと、及び、その厚みを超える厚みでは、上記（Ａ）のように吸引力が下がるのではないかということが予測される。
【００３２】
（ハ）電磁石用線材１Ｃ（図４のグラフの符号５５Ｃ）の場合には、磁性体層の膜厚の増加と共に吸引変化率が高くなり、膜厚２．０μｍ以上で吸引力変化率が１％以上となり、また膜厚９．０μｍのときに吸引力が最大値で７．２％変化することが判明した。また、めっき厚を９．０μｍよりも厚くすることで、吸引力ＵＰをさらに実現することができそうなことが判明した。さらに、めっき厚を９．０μｍよりも厚くした或る厚みで最大値となりそうなこと、及び、その厚みを超える厚みでは、上記（Ａ）のように吸引力が下がるのではないかということが予測される。
【００３３】
（ニ）磁性体層３（１３、２３）の材料を、Ｆｅを主とする合金、Ｆｅ−５０Ｎｉ合金、Ｆｅ−８０Ｎｉ合金の３種類で実験しているが、どの合金の場合も磁性体層３（１３、２３）を設けない場合と比較して、吸引力変化率が向上した。このように、Ｆｅ−Ｎｉ合金のＮｉの含有する合金で磁性体層３（１３、２３）を設けることにより、吸引変化率を向上させることができる。
【００３４】
（ホ）図４のグラフにおいて、磁性体層３（１３、２３）の膜厚を少なくとも０μｍよりも大きく（０μｍは含まない）することにより、磁性体層３（１３、２３）を設けない場合と比較して、吸引力が向上すると推定できる。
【００３５】
次に、本実施の形態に係る電磁石用線材１を用いたモータについて、図５及び図６を用いて説明する。図５は、電磁石用線材１（１１、２１）をモータ３０のステータ３１に使用した場合を示す概要図である。なお、図５で示すモータ３０は、集中巻きモータである。
【００３６】
このモータ３０は、回転軸３２の外周に設けられた４つのロータ３３と、モータの筐体３４側に取り付けられたステータ３１とを備えている。このステータ３１のコア３５は筐体３４と一体であり、このコア３５に電磁石用線材１（１１、２１）が直接巻かれる態様で構成されている。
【００３７】
また、図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、分布巻きモータ４０に電磁石用線材１（１１、２１）を適用したものを示している。なお、図６（Ａ）および図６（Ｂ）において、図５と同じ構成のものは、同一符号を付して示してある。
このモータ４０は、ステータコア４１を筐体４２と別体で設けられている。すなわち、予めステータコア４１に電磁石用線材１（１１、２１）を巻き付けておき、このステータコア４１を筐体４２側に取り付けるものである。より詳細には、図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、筐体４２側に設けられたスロット４３の内部に、巻線後のステータコア４１を埋め込むことによって構成している。
【００３８】
このように、電磁石用線材１（１１、２１）は、集中巻きモータ３０であっても、分布巻きモータ４０であっても適用することができる。また、これらのモータは、いわゆる直流モータ（ＤＣブラシレスモータ）であっても、交流モータ（誘導電動機）であっても適用することができる。
【００３９】
本発明の実施の形態に係る電磁石用線材によれば、導電体２（１２、２２）の表層に磁性体層３（１３、２３）を設けているので、電磁石の電磁力を向上させることができる。これにより、ソレノイド５０Ａ（５０Ｂ、５０Ｃ）の吸引力を高めることができ、例えばブレーキに適用した場合、ブレーキの開閉力（吸引力）を向上させることができる。
【００４０】
また、磁性体層３（１３、２３）は、Ｆｅを重量比１０％以上含む２元素以上の合金で形成しており、好ましくは、磁性体層３（１３、２３）がＦｅ−５０Ｎｉ合金またはＦｅ−８０Ｎｉ合金で形成しているので、磁性体層３（１３、２３）をめっきなどによって容易に形成することができる。
【００４１】
一方、Ｆｅ−５０Ｎｉ合金の磁性体層３（１３、２３）の膜厚を１．０〜９．０μｍにしているので、吸引変化率を１％以上にすることができる。また、より好ましくは３．０〜９．０μｍにしているので、上記（Ａ）の電磁石用線材１Ａを使用する場合と比較して、吸引力変化率を大きくすることができ、電磁石を用いたソレノイドなどの吸引力を向上させることができる。
【００４２】
また、Ｆｅ−８０Ｎｉ合金の磁性体層３（１３、２３）の膜厚を２．０〜９．０μｍにしているので、吸引変化率を１％以上にすることができる。また、より好ましくは６．０〜９．０μｍにしているので、上記（Ａ）の電磁石用線材１Ａを使用する場合と比較して、吸引力変化率を大きくすることができ、電磁石を用いたソレノイドなどの吸引力を向上させることができる。
【００４３】
さらに、磁性体層３（１３、２３）がＦｅを主とする合金であり、その膜厚を０．６〜９．０μｍ、より好ましくは１．０〜６．０μｍにしているので、吸引変化率が最大となる膜厚６．０μｍを超えてめっきすることがなくなる。めっき厚は薄い方がより好ましいので、必要以上に膜厚を厚くすることがなくなるようにすることができる。
【００４４】
また、磁性体層３（１３、２３）がＦｅを主とする合金であり、好ましくは、膜厚を０．６〜３．０μｍ、より好ましくは膜厚を１．０〜３．０μｍにしているので、Ｆｅ−５０Ｎｉ合金、Ｆｅ−８０Ｎｉ合金で磁性体層３を形成した場合と比較して、吸引変化率をより向上させることができ、電磁石を用いたソレノイドなどの吸引力を向上させることができる。
【００４５】
他方、磁性体層３（１３）は、導電体２（１２）と絶縁層４（１４）との間に設けられているので、銅を材料とする導電体２（１２）にめっきで容易に磁性体層３（１３）を形成することができる。
【００４６】
以上、本発明の実施の形態に係る電磁石用線材について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
例えば、本実施の形態では、電磁石を用いた製品としてソレノイドおよびモータを例にしているが、他の製品であって、吸引力をＵＰさせることで性能向上を図れる製品であれば、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）、１１、２１  電磁石用線材
２、１２、２２  導電体
３、１３、２３  磁性体層
４、１４、２４  絶縁層
３０  集中巻きモータ
３１  ステータ
３２  回転軸
３３  ロータ
３４  筐体
４０  分布巻きモータ
４１  ステータコア
４２  筐体
４３  スロット
５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ  ソレノイド
５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ  コイル
５２  固定鉄心
５３  コア
５４  電磁鋼板
ｔ  ギャップ
【図１】
2011210638.tif 000003
【図２】
2011210638.tif 000004
【図３】
2011210638.tif 000005
【図４】
2011210638.tif 000006
【図５】
2011210638.tif 000007
【図６】
2011210638.tif 000008