(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＦｅ基軟磁性粒子を有し、
前記複数のＦｅ基軟磁性粒子は、Ｆｅよりも酸化しやすい元素Ｍを含有するとともに、前記元素Ｍを含む酸化物相で結着され、
体積抵抗率が１０Ω・ｍ以上であることを特徴とする磁性楔。
【請求項２】
前記元素Ｍは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、ＺｒおよびＨｆからなる群から選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項１に記載の磁性楔。
【請求項３】
前記Ｆｅ基軟磁性粒子は、Ｆｅ−Ａｌ−Ｃｒ系合金粒子であることを特徴とする請求項２に記載の磁性楔。
【請求項４】
表面に電気絶縁性被覆を有することを特徴する請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の磁性楔。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の磁性楔を用いた回転電機。
【請求項６】
Ｆｅよりも酸化しやすい元素Ｍを含有するＦｅ基軟磁性粒子と、バインダとを混合して混合物にする工程と、
前記混合物を加圧成形して成形体にする工程と、
前記成形体に熱処理を施して、前記Ｆｅ基軟磁性粒子の粒子間に、前記Ｆｅ基軟磁性粒子同士を結着する前記Ｆｅ基軟磁性粒子の表面酸化物相を有する圧密体にする工程と、
を有することを特徴とする磁性楔の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の磁気回路に用いられる磁性楔、その磁性楔を用いた回転電機、およびその磁性楔の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なラジアルギャップ型回転電機では、固定子（以下ステータ）と回転子（ロータ）とを同軸にして配し、ロータ周りのステータに、コイルを巻き回した複数のティースを、周方向等間隔に配している。また、ティースのロータ側先端には、隣り合うティースの先端を接続するよう、磁性楔を配することがある。なおこの場合、磁性楔は、コイル部品等とは異なり、磁性楔自体にはコイルを巻き回さずに用いられる。【０００３】
このような磁性楔を配することで、ロータからコイルに到達する磁束を磁気シールドでき、コイルの渦電流損失を抑制することができる。また、磁性楔を配することで、ステータとロータとの間のギャップ内磁束分布（特に周方向の磁束分布）をなだらかにし、ロータの回転を滑らかにすることができる。このように、磁性楔を配することで、高効率・高性能の回転電機にすることができる。【０００４】
また、従来の磁性楔としては、鉄粉とガラスクロスとをエポキシ樹脂にて固形化したものが知られている（例えば、特許文献１）。この磁性楔は、鉄粉の粒子間をエポキシ樹脂で隔絶することで電気抵抗を高め、ガラスクロスを分散させることで強度を高めている。【０００５】
また、比透磁率の大きい磁性楔としては、Ｆｅ−Ｓｉ合金粉末を樹脂で固形化した磁性楔が知られている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−７７０３０号公報
【特許文献２】ＷＯ２０１８／００８７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
磁性楔は、コイルを良好に磁気シールドするために、比透磁率の高いことが望まれるとともに、コイルやロータの交流磁界による渦電流損失を抑制するために、電気抵抗の高いことが望まれている。加えて、回転電機に配した磁性楔には、上記交流磁界により曲げ応力が加わるので、曲げ強度の高いことが望まれている。【０００８】
特許文献１では、電気抵抗率が１０３Ωｃｍ程度、三点曲げ強度２５ｋｇｆ／ｍｍ２程度の磁性楔が開示されている。しかし、低損失、高信頼性等の要求に応えるには、さらなる高抵抗化、高強度化が望まれていた。【０００９】
また、特許文献２の磁性楔も、比透磁率が高く磁気シールド性は良好なものの、合金粉末を樹脂で固形化しただけなので、曲げ強度等の信頼性に課題があった。【００１０】
そこで、本発明では、電気抵抗と曲げ強度が高い磁性楔、その磁性楔を用いた回転電機、およびその磁性楔の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の磁性楔は、複数のＦｅ基軟磁性粒子を有し、
前記複数のＦｅ基軟磁性粒子は、Ｆｅよりも酸化しやすい元素Ｍを含有するとともに、前記元素Ｍを含む酸化物相で結着され、体積抵抗率が１０Ω・ｍ以上である。
【００１２】
また、前記磁性楔では、前記元素Ｍは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆの少なくとも一種であることが好ましい。【００１３】
また、前記磁性楔では、Ｆｅ−Ａｌ−Ｃｒ系合金粒子であることが好ましい。【００１４】
また、前記磁性楔では、表面に電気絶縁性被覆が形成されていることが好ましい。【００１５】
また、本発明の回転電機は、上記のいずれかの磁性楔を用いている。【００１６】
また、本発明の磁気楔の製造方法は、Ｆｅよりも酸化しやすい元素Ｍを含有するＦｅ基軟磁性粒子と、バインダとを混合して混合物にする工程と、前記混合物を加圧成形して成形体にする工程と、前記成形体に熱処理を施して、前記Ｆｅ基軟磁性粒子の粒子間に、前記Ｆｅ基軟磁性粒子同士を結着する前記Ｆｅ基軟磁性粒子の表面酸化物相を有する圧密体にする工程と、を有している。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電気抵抗と曲げ強度が高い磁性楔、その磁性楔を用いた回転電機、およびその磁性楔の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態である磁性楔の外観模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態である磁性楔の断面の拡大模式図である。
【図３】本発明の第２実施形態である磁性楔の断面の拡大模式図である。
【図４】本発明の第３実施形態である回転電機の模式図である。
【図５】本発明の第３実施形態の別の一例である回転電機の模式図である。
【図６】本発明の第３実施形態のさらに別の一例である回転電機の模式図である。
【図７】本発明の第４実施形態である磁性楔の製造方法についての工程フローである。
【図８】本発明の第５実施形態である磁性楔の製造方法についての工程フローである。
【図９】実施例の断面組織を示すＳＥＭ写真である。
【図１０】実施例と比較例の直流磁化曲線を示すグラフである。
【図１１】実施例の鉄損を示すグラフである。
【図１２】電磁界解析に使用した回転電機のモデル図である。
【図１３】回転電機の電磁界解析結果を示すグラフである。
【図１４】実施例と比較例の三点曲げ強度の温度依存性を示すグラフである。
【図１５】実施例と比較例の２２０℃における加熱減量を示すグラフである。
【図１６】実施例と比較例の２９０℃における加熱減量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
本発明の磁性楔は、複数のＦｅ基軟磁性粒子を有し、前記複数のＦｅ基軟磁性粒子は、Ｆｅよりも酸化しやすい元素Ｍを含有するとともに、前記元素Ｍを含む酸化物相で結着されている。
図１の模式図に示すように、磁性楔１００は、例えば、断面が矩形の短冊形状をしている。そして、磁性楔１００は、後の実施形態で説明するように、ティースのロータ側先端を接続するようにして回転電機に配され、短冊の長手方向を回転電機の回転軸に平行にして配される。よって、磁性楔１００の形状は、ティースとの接続態様に依存して変化し、長手稜線に段差やテーパーを設けたり、切欠きを入れたりすることもあり、断面を、例えば台形のような多角形や、異形にすることもある。なお、磁性楔１００の概略寸法は、例えば、長手方向が２０ｍｍから３００ｍｍ、幅方向（磁路方向）が２ｍｍ〜２０ｍｍ、厚さが１〜５ｍｍ程度である。
【００２１】
（第1実施形態）
図２は、本実施形態の磁性楔１００の断面の拡大模式図である。磁性楔１００は、複数のＦｅ基軟磁性粒子で構成され、より具体的には、Ｆｅよりも酸化しやすい元素Ｍを含有する複数のＦｅ基軟磁性粒子１の圧密体である。そして、圧密体の粒子間に、空隙２と、Ｆｅ基軟磁性粒子１同士を結着するＦｅ基軟磁性粒子の表面酸化物相３とを有している。かかる表面酸化物相は元素Ｍを含む酸化物相である。
【００２２】
ここで、Ｆｅ基軟磁性粒子１は、他の元素よりＦｅの含有量が質量比で最も多い軟磁性合金粒子であり、ＣｏやＮｉを含有する軟磁性合金粒子にしてもよい。ただし、ＣｏやＮｉの含有量はＦｅの含有量を超えてはならない。
【００２３】
Ｆｅ基軟磁性粒子１の粒径を小さくすることで、磁性楔１００自身に発生する渦電流損失低減に有利である一方、粒径が小さいと、粒子の製造自体が困難になる可能性がある。そこで、磁性楔１００の断面観察像において、Ｆｅ基軟磁性粒子１の各粒子の最大径の平均は、０．５μｍ以上、１５μｍ以下であるのが好ましく、０．５μｍ以上、８μｍ以下であるのがより好ましい。また、最大径が４０μｍを超える粒子個数比率は、１．０％未満であるのが好ましい。
【００２４】
なお、ここで言うＦｅ基軟磁性粒子１の各粒子の最大径の平均とは、磁性楔１００の断面を研磨して顕微鏡観察を行い、一定の面積の視野内に存在する３０個以上の粒子の最大径を読み取ったそれらの平均値のことである。
【００２５】
また、空隙２と表面酸化物相３は、Ｆｅ基軟磁性粒子１の粒子間に存在することで、Ｆｅ基軟磁性粒子１の平均粒子間隔を広くし、磁性楔１００の電気抵抗を高めることができる。
加えて、空隙２と表面酸化物相３の、磁性楔全体に対する体積比率を調整することで、磁性楔１００の比透磁率を調整することもできる。別の言い方をすれば、磁性楔全体に対する空隙２と表面酸化相３の体積比率と、Ｆｅ基軟磁性粒子１の体積比率（以下では占積率と呼ぶ）は、相補的な関係にあるので、Ｆｅ基軟磁性粒子１の占積率を調整することで、磁性楔１００の比透磁率を調整することもできる。
占積率は、Ｆｅ基軟磁性粒子１の真密度に対する、磁性楔１００の密度の割合（相対密度）で定義される。占積率は、後の実施形態で説明するように、混合物の成形圧、あるいは、成形体の熱処理温度により調整することができる。
【００２６】
なお、比透磁率とは、磁性楔１００の直流Ｂ−Ｈ曲線において、印加磁界１６０ｋＡ／ｍにおける磁束密度の値（単位：Ｔ）を磁界の値（即ち１６０ｋＡ／ｍ）で除し、さらに真空の透磁率（４π×１０−７Ｈ／ｍ）で除した値μである。また、比透磁率として、磁性楔１００の飽和磁束密度の１／１０以下の励磁レベルで、かつ磁性楔１００の自然共鳴周波数の１／１０以下の周波数（直流を含む）で測定された磁化曲線（いわゆるマイナーループ）の傾きを、真空の透磁率（４π×１０−７Ｈ／ｍ）で除した値μｉを用いる場合もある。自然共鳴周波数とは、比透磁率の虚数部が極大となる周波数のことであり、複数の極大が現れる場合には最も低周波側のものを採用する。
【００２７】
磁性楔１００の比透磁率は、高いほど磁気シールド効果が高まって損失が低減する。その反面、比透磁率が高すぎると磁束がティースからロータに流れずにティース間で短絡し、回転電機のトルクが低下する。このような効果は磁性楔１００の厚さにも依存し、比透磁率の高い磁性楔でも薄くすることで磁気抵抗を調整し、損失低減とトルクをある程度両立することができる。また、磁性楔１００が厚すぎると、その分コイル設置スペースを圧迫することになり好ましくない。本実施形態の磁性楔は強度が高いため、薄くすることが特に好適である。そのため、磁性楔１００の厚さは例えば３ｍｍ以下とすることができる。
【００２８】
磁性楔１００の厚さが３ｍｍ以下であっても磁気シールドによる損失低減効果を維持するためには、磁性楔１００の比透磁率μは、４以上（μｉで５以上）であるのが好ましく、７以上（μｉで１０以上）であるのがより好ましい。そのためには、磁性楔１００におけるＦｅ基軟磁性粒子１の占積率が、３０％以上であるのが好ましく、５０％以上であるのがより好ましい。
【００２９】
一方、磁性楔１００を薄くしすぎると耐荷重が低下して強度不足に陥る可能性がある。かかる観点から、磁性楔１００の厚さは０．５ｍｍ以上が好ましく、１ｍｍ以上がより好ましい。磁性楔１００の厚さが１ｍｍ以上であっても回転電機のトルク低下を抑制するためには、磁性楔１００の比透磁率μは８．０以下（μｉで６５以下）に調整されているのが好ましく、７．５以下（μｉで５０以下）に調整されているのがより好ましい。そして、７．０以下（μｉで３５以下）に調整されているのがさらに好ましい。そのためには、磁性楔１００におけるＦｅ基軟磁性粒子１の占積率が、９０％未満であるのが好ましく、８５％以下であるのがより好ましい。そして、８０％以下であるのがさらに好ましい。
【００３０】
また、Ｆｅ基軟磁性粒子１は、Ｆｅよりも酸化しやすい元素Ｍを含有する粒子である。ここで、「Ｆｅよりも酸化しやすい元素Ｍ」とは、酸化物の標準生成ギブズエネルギーが、Ｆｅ２Ｏ３よりも低い元素を意味している。この条件を満たす元素は、元素Ｍとして選択できるが、過激な反応性や毒性が少なく、磁気楔１００を製造しやすいので、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆから選択するのが好ましい。
【００３１】
このような元素Ｍを含有することで、Ｆｅ基軟磁性粒子１同士を強固に結着する良好な表面酸化物相３を容易に形成することができる。具体的には、複数のＦｅ基軟磁性粒子１を、成形後に酸化することで、元素Ｍの含有量がＦｅ基軟磁性粒子１の内部よりも高い表面酸化物相３を、容易に形成することができる。特に、元素ＭにＡｌを選択した場合、とりわけ良好な表面酸化物相３が得られるので好ましい。
【００３２】
このような表面酸化物相３は、化学的に安定で電気抵抗が高く、Ｆｅ基軟磁性粒子１に強く密着して強固な表面酸化物相になる。すなわち、Ｆｅ基軟磁性粒子１の粒子間を隔絶して電気抵抗の高い磁性楔１００にできるとともに、Ｆｅ基軟磁性粒子１同士を強固に結着して曲げ強度の高い磁性楔１００にすることができる。
【００３３】
ここで、磁性楔１００の電気抵抗は、高いほど好ましく、体積抵抗率の値で１０Ω・ｍ以上であるのが好ましく、２０Ω・ｍ以上であるのがより好ましく、さらに１００Ω・ｍ以上であるのが好ましい。そして、１０００Ω・ｍ以上であるのがより一層好ましい。
また、磁性楔１００の曲げ強度も、高いほど好ましく、三点曲げ強度の値で１５０ＭＰａ以上であるのが好ましく、２００ＭＰａ以上であるのがより好ましい。そして、２５０ＭＰａ以上であるのがさらに好ましい。
【００３４】
ここで、表面酸化物相３の厚さは、薄いと、粒子同士の電気的な隔絶が小さくなって、磁性楔１００の電気抵抗が低下するとともに、比透磁率が高くなって、空隙２の体積率の調整だけでは、比透磁率を所望の値に調整できなくなる可能性がある。一方、厚いと比透磁率が低くなって、磁気シールド効果が弱くなる可能性がある。そこで、表面酸化物相３の厚さは、例えば０．０１〜１．０μｍにするのが好ましい。このようにすることで、電気抵抗と曲げ強度が高く、比透磁率が調整された磁性楔１００にすることができる。
【００３５】
また、Ｆｅ基軟磁性粒子１に含有される元素Ｍの量は、少な過ぎると、Ｆｅ基軟磁性粒子１を酸化しても、元素Ｍの含有量がＦｅ基軟磁性粒子１の内部よりも高い、良好な表面酸化物相３を形成しにくくなり、多過ぎると、Ｆｅ濃度が薄まるのでＦｅ基軟磁性粒子１の飽和磁束密度とキュリー温度が低下してしまう可能性がある。
【００３６】
そこで、Ｆｅ基軟磁性粒子１に含有される元素Ｍの量は、１．０質量％以上２０質量％以下にするのが好ましい。このようにすることで、良好な表面酸化物相３を容易に形成でき、Ｆｅ基軟磁性粒子１の飽和磁束密度とキュリー温度を高く維持することができる。すなわち、電気抵抗と曲げ強度が高く、磁気シールド性の高い、磁性楔１００にすることができる。
【００３７】
また、元素Ｍは、一種だけでなく、ＡｌとＣｒ、ＳｉとＣｒなどの組み合わせで二種以上選択してもよい。例えば、ＡｌとＣｒの二種を選択して、Ｆｅ基軟磁性粒子１を、Ｆｅ−Ａｌ−Ｃｒ系合金粒子にしてもよい。このようにすることで、比較的少ないＡｌ量でも、元素Ｍの含有量の合計がＦｅ基軟磁性粒子１の内部よりも高い、良好な表面酸化物相３を形成することができる。すなわち、曲げ強度が高く、比透磁率が調整された磁性楔１００にすることができる。なお、Ｆｅ−Ａｌ−Ｃｒ系合金とは、Ｆｅの次に含有量が多い元素が、ＣｒおよびＡｌ（順不同）である合金のことであり、その他の元素がＦｅ、Ｃｒ、Ａｌより少量含まれていても良い。Ｆｅ−Ａｌ−Ｃｒ系合金の組成はこれを特に限定するものではないが、例えばＡｌの含有量としては、好ましくは２．０質量％以上、より好ましくは５．０質量％以上である。高飽和磁束密度を得る観点からは、Ａｌの含有量は、好ましくは１０．０質量％以下、より好ましくは６．０質量％以下である。また、Ｃｒの含有量は、好ましくは１．０質量％以上、より好ましくは２．５質量％以上である。高飽和磁束密度を得る観点からは、Ｃｒの含有量は、好ましくは９．０質量％以下、より好ましくは４．５質量％以下である。
【００３８】
なお、上記元素Ｍに二種以上の元素を選択した場合、それら含有量の合計は、一種を選択した場合と同様に、１．０質量％以上２０質量％以下にするのが好ましい。
【００３９】
また、Ｆｅ基軟磁性粒子１は、上記元素Ｍ以外の元素が添加された粒子にしてもよい。ただし、これら添加元素は、元素Ｍより少量添加するのが好ましい。さらに、化学的手法や熱処理などで表面処理された粒子にしてもよい。また、Ｆｅ基軟磁性粒子１は、組成が異なる複数種のＦｅ基軟磁性粒子で構成することもできる。
【００４０】
また、表面酸化物相３は、元素Ｍ以外にＦｅやその他の元素を含有する表面酸化物相３にしてもよく、元素ＭやＦｅなどの元素濃度は、表面酸化物相３の内部において必ずしも均一である必要はない。すなわち、粒界ごとに元素濃度が異なっていてもよい。
【００４１】
以上の説明のように、Ｆｅ基軟磁性粒子１と表面酸化物相３を有する磁性楔１００にすることで、電気抵抗と曲げ強度が高い磁性楔１００にすることができる。そして、これら構成と空隙２とで、電気抵抗と曲げ強度が高く、比透磁率が調整された磁性楔１００にすることができる。
【００４２】
従来の磁性楔は、鉄粉をエポキシ樹脂中に分散させ、軟磁性粒子同士をエポキシ樹脂にて結着しているので、高温下の環境では、樹脂が軟化して結着強度が低下してしまう可能性がある。すなわち、回転電機のような高温下で使用すると、曲げ強度に課題を生じる可能性がある。これに対して、本実施形態の磁性楔１００は、樹脂ではなく表面酸化物相３で粒子同士を接合しているので、高温下で粒子同士の結着強度が低下することを抑制でき、高温下でも曲げ強度の高い磁性楔１００が提供できる。例えば、室温（２５℃）から１５０℃に昇温したときの三点曲げ強度の低下率を５％未満、より好ましくは３％未満にすることができる。さらには、室温（２５℃）から２００℃に昇温したときの三点曲げ強度の低下率も１０％未満、より好ましくは５％未満にすることができる。
【００４３】
また、上述のように従来の磁性楔には樹脂が含まれているため、高温環境下に長時間さらされると樹脂が分解劣化して不可逆的な強度低下と寸法減少を引き起こすという課題があった。これに対し、本実施形態である樹脂レスの磁性楔１００ではそのような問題は発生しない。この点においても、耐熱性と長期信頼性に優れた磁性楔１００が提供できる。例えば、１８０℃で１０００時間経過後の質量の減量率を０．０５％未満、より好ましくは０．０３％未満にすることができる。また、２２０℃で４５０時間経過後の質量の減量率も０．１％未満、より好ましくは０．０５％未満にすることができる。さらには、２９０℃で２４０時間経過後の質量の減量率も１％未満、より好ましくは０．５％未満にすることができる。
【００４４】
また、回転電機の耐熱温度は、用途や仕様により異なるものの、規格上１５５℃や１８０℃と設定されるものがある。加えて、一部の回転電機では、２００℃程度にまで上昇するものもある。本実施形態の磁性楔１００は、高温下でも優れた曲げ強度を維持できるので、これまで磁性楔が設置できなかった、最高温度が１８０℃を超える回転電機、さらには２００℃を超えるような回転電機にも好適に用いることができる。
【００４５】
また、本実施形態の磁性楔１００は、上記圧密体を基体として、その表面に電気絶縁性被覆が形成されていることが好ましい。このようにすることで、磁性楔１００の電気抵抗と強度をさらに高くするとともに、圧密体表面からの粒子の脱落を抑制して、信頼性の高い磁性楔１００にすることができる。被覆には、渦電流損失を抑制するために、樹脂や酸化物による電気絶縁性被覆が好ましく、例えばエポキシ樹脂による粉体塗装や、ワニスやシリコン樹脂の含浸による封孔処理被覆、あるいは金属アルコキシドを含浸させてゾルーゲル法による無機物の封孔処理被覆、を採用することができる。これらのうち、樹脂の高温劣化を回避する観点から、ゾルーゲル法による無機物の封孔処理被覆が特に好ましい。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態である、磁性楔２００について説明する。なお、本実施形態の磁性楔２００と第１実施形態の磁性楔１００とは、圧密体の粒子構成だけが異なるので、拡大模式図を用いてのみ説明する。また、第１実施形態と同じ構成は、作用効果が同じなので、同じ記号を付して説明を省略する。
【００４７】
図３は、磁性楔２００の拡大模式図である。磁性楔２００は、Ｆｅよりも酸化しやすい元素Ｍを含有する複数のＦｅ基軟磁性粒子１と、複数の非磁性粒子４の圧密体である。複数のＦｅ基軟磁性粒子は、元素Ｍを含む酸化物相で結着されている。図３に示す例では、複数のＦｅ基軟磁性粒子１と複数の非磁性粒子４の粒子間に、粒子同士を結着する粒子の表面酸化物相５、すなわち、Ｆｅ基軟磁性粒子１あるいは非磁性粒子４の表面酸化物相５と、空隙６とを有している。
【００４８】
非磁性粒子４は、非磁性を示す粒子であり、ここで言う「非磁性」とは室温にて強磁性でないことを意味する。具体的には、室温にて常磁性、反磁性、反強磁性のいずれかの磁性を示す粒子を意味している。また、非磁性粒子４は金属であっても、酸化物などの非金属であっても良い。
【００４９】
そして、非磁性粒子４は、Ｆｅ基軟磁性粒子１の粒子間に存在することで、Ｆｅ基軟磁性粒子１の平均粒子間隔を広くして、反磁界効果により、磁性楔２００の比透磁率を下げることができる。すなわち、非磁性粒子４の含有量を調整することで、比透磁率が調整された磁性楔２００にすることができる。
【００５０】
なお、非磁性粒子４は、粒径が大きいと、Ｆｅ基軟磁性粒子１同士の結着を阻害する可能性や比透磁率が低くなりすぎる可能性がある。一方、粒径が小さいと、粒子の製造自体が困難になる可能性がある。そこで、磁性楔２００の断面観察像において、非磁性粒子４の各粒子の最大径の平均は、０．５μｍ以上、１５μｍ以下であるのが好ましく、０．５μｍ以上、８μｍ以下であるのがより好ましい。また、最大径が４０μｍを超える粒子個数比率は、１．０％未満であるのが好ましい。このようにすることで、強度を維持しつつ比透磁率が調整された磁性楔２００にすることができる。
【００５１】
また、非磁性粒子４の平均粒径は、Ｆｅ基軟磁性粒子１の平均粒径よりも小さくするのが好ましい。このようにすることで、非磁性粒子４がＦｅ基軟磁性粒子１の粒子間に入りやすくなり、Ｆｅ基軟磁性粒子１の粒子間距離をより均一にして、安定した磁気特性を示す磁性楔２００にすることができる。
【００５２】
また、非磁性粒子４の種類はこれを特に限定するものではないが、Ｆｅ基軟磁性粒子１に含まれる元素Ｍ、すなわち、Ｆｅよりも酸化しやすい元素Ｍを含む粒子であることが好ましい。例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆから選択される元素Ｍを含むことができる。このような元素Ｍを含むことで、非磁性粒子４の表面に、Ｆｅ基軟磁性粒子１の表面に類する、良好な表面酸化物相を形成することができ、Ｆｅ基軟磁性粒子１と非磁性粉末２の粒子間、あるいは非磁性粉末２の粒子間を強固に結着して、曲げ強度の高い磁性楔２００にすることができる。
【００５３】
ここで、表面酸化物相５を有することで、Ｆｅ基軟磁性粒子１の粒子間を隔絶し、電気抵抗の高い磁性楔２００にすることができる。また、表面酸化物相５は、Ｆｅ基軟磁性粒子１の表面酸化物相３と非磁性粒子４の表面酸化物相が接合して一体化したものであって、隣接する粒子により成分が異なる相となる。ただし、Ｆｅ基軟磁性粒子１と非磁性粒子４に、同じ元素Ｍを含有することで、表面酸化物相５を、元素Ｍを主体とする、より均質な表面酸化物相５にすることができる。これにより、Ｆｅ基軟磁性粒子１および非磁性粉末２の粒子間を強固に結着して、曲げ強度の高い磁性楔２００にすることができる。
【００５４】
また、非磁性粒子４は、元素Ｍ単体の粒子にしてもよいし、元素Ｍを含む酸化物粒子にしてもよいし、元素Ｍを含有する合金粒子にしてもよい。合金粒子にする場合には、Ｆｅ基の合金粒子にし、Ｆｅ基軟磁性粒子よりも元素Ｍの濃度を高めて、粒子のキュリー温度を室温以下にするのが好ましく、−２０℃以下にするのが好ましい。そして、−１００℃以下にするのがさらに好ましい。
Ｆｅ基の合金粒子としては、例えば、ＡｌまたはＣｒの少なくとも一方を含む金属粒子であることが好ましく、ＡｌとＣｒの二種の元素Ｍを選択し、Ｆｅ−Ａｌ−Ｃｒ系合金粒子にすることがより好ましい。このようにすることで、良好な表面酸化物相５を形成することができ、曲げ強度の高い磁性楔２００にすることができる。
【００５５】
本実施形態の磁性楔２００は、第１実施形態の磁性楔１００同様、電気抵抗と曲げ強度が高く、比透磁率が調整された磁性楔２００であるが、非磁性粒子４を有することで、粒子間に空隙２を増やすことなく、Ｆｅ基軟磁性粉末１の平均粒子間隔を調整することができる。これにより、曲げ強度を損なうことなく、比透磁率が調整された磁性楔２００にすることができる。従って、第１実施形態の磁性楔１００では強度面などにおいて所望の仕様が達成できない場合には、本実施形態による磁性楔２００が有効である。
【００５６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態である、回転電機３００について説明する。
図４は、回転電機３００の模式図であり、回転電機３００の回転軸に垂直な断面構造を示している。回転電機３００は、ラジアルギャップ型回転電機であり、ステータ３１とロータ３２を同軸にして配している。そして、ステータ３１には、コイル３３を巻き回した複数のティース３４を、周方向に等間隔に配している。
【００５７】
本実施形態の回転電機３００では、ティース３４のロータ３２側先端に、隣り合うティース３４の先端を接続するよう、第１実施形態の磁気楔１００、あるいは、第２実施形態の磁気楔２００を配している。
【００５８】
ここで、ティース３４の比透磁率と飽和磁束密度は、通常、磁性楔１００または２００のそれらよりも高く設計される。これにより、磁性楔１００または２００に達したロータ３２からの磁束は、磁性楔１００または２００を経由してティース３４に流入し、コイルに達する磁束が抑制されて、コイルに生じる渦電流損失を低減することができる。また、回転電機の駆動時において、コイル電流により生じたティース３４内の磁束は、大部分がギャップを隔ててロータ３２に流入するものの、一部は磁性楔に誘引されて周方向に広がるようになる。これにより、ステータ３１とロータ３２との間のギャップ内磁束分布がなだらかになり、例えばロータ３２に永久磁石を配置した回転電機では、コギングを抑制することができ、さらにロータ３２に発生する渦電流損を低減することができる。また、例えばロータ３２にかご形導体を配置した誘導型回転電機では、二次銅損を低減することができる。以上のように本発明による磁性楔１００または２００を回転電機に配することで、損失を低減し、高効率・高性能の回転電機３００にすることができる。
【００５９】
磁性楔１００または２００の厚さ（回転電機の径方向の寸法）は、前述のように比透磁率との兼ね合いで適宜設定可能であるが、薄すぎると強度が低下するほか、磁性楔としての効果も弱まるので、厚さは１ｍｍ以上であるのが好ましい。一方、厚すぎるとコイル３３のスペースを圧迫して銅損増大の一因になるほか、磁性楔１００または２００の体積が増大するので磁性楔自体に生じる損失（鉄損）も増大する。従って、厚さは５ｍｍ以下が好ましく、３ｍｍ以下がより好ましく、２ｍｍ以下がさらに好ましい。
磁性楔１００または２００の幅（回転電機の周方向の寸法）は、隣接するティース３４の間隔に合わせて適宜設定されるが、２ｍｍから２０ｍｍの範囲にあることが好ましい。
磁性楔１００または２００の長さ（回転電機の軸方向の寸法）も、基本的にはステータ３１の厚さ（軸方向長さ）に合わせて適宜設定されるが、長すぎると作製自体が困難になるほか、回転電機への取り付け時に折れやすくなって作業性が悪くなる。従って長さは、３００ｍｍ以下が好ましく、２００ｍｍ以下がより好ましく、１００ｍｍ以下がさらに好ましい。一方、短すぎると、回転電機への取り付け時に作業が煩雑となって好ましくない。かかる観点から、長さは２５ｍｍ以上が好ましく、５０ｍｍ以上がより好ましい。
【００６０】
また、磁性楔１００または２００の断面形状は矩形に限らず、様々な形状とすることできる。例えば、図５に示したように、ティース３４の先端が周方向に突起を有するような形状であれば、磁性楔１００または２００の断面形状を凸型として、図のように配置することもできる。さらに、図６に示したように、磁性楔１００または２００の厚さを、幅方向に変化させた形状とすることも可能である。この場合、幅方向中央付近が相対的に薄くなるような断面形状とすることが好ましい。このような形状とすることで、ティース間における磁束の過剰な短絡を中央付近の薄肉部で抑制しつつ、両端の肉厚部で磁束の空間分布を効果的になだらかにすることができるので、高いレベルでトルクと効率の両立が実現可能となる。なお、磁性楔１００または２００の厚さ変化の形態としては、図６の直線的なもの以外にも、曲線的または段階的に変化させるなど、種々のバリエーションが適用可能である。
【００６１】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態である、磁性楔の製造方法について説明する。
図７は、本実施形態の工程フローであり、第１実施形態の磁性楔１００を製造する工程フローである。本工程は、Ｆｅ基軟磁性粉末とバインダとを混合して混合物にする工程Ｓ１１と、混合物を加圧成形して成形体にする工程Ｓ１２と、成形体を熱処理して磁性楔１００となる圧密体にする工程Ｓ１３とを有している。
【００６２】
まず、工程Ｓ１１では、Ｆｅ基軟磁性粉末とバインダとを混合して混合物にする。工程Ｓ１１に用いるＦｅ基軟磁性粉末は、磁性楔１００でＦｅ基軟磁性粒子１となる粉末である。Ｆｅを主体とした軟磁性合金粉末であり、ＣｏやＮｉを含有する軟磁性粉末を用いてもよい。なお、以降の説明では、Ｆｅ基軟磁性粉末の粒子をＦｅ基軟磁性粒子１と称する場合がある。
【００６３】
Ｆｅ基軟磁性粉末には、平均粒径（累積粒度分布におけるメジアン径ｄ５０）が、１μｍ以上１００μｍ以下の粉末を用いるのが好ましく、５μｍ以上３０μｍ以下の粉末を用いるのがより好ましい。このようなＦｅ基軟磁性粉末を用いることで、好ましい平均粒径のＦｅ基軟磁性粒子１を有する磁性楔１００を製造することができる。
【００６４】
また、Ｆｅ基軟磁性粉末には、Ｆｅよりも酸化しやすい元素Ｍを含有する粉末を用い、元素Ｍは、例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆから選択するのが好ましい。このようにすることで、工程Ｓ１３において、Ｆｅ基軟磁性粒子１に良好な表面酸化物相３を容易に形成することができる。具体的には、Ｆｅ基軟磁性粉末の成形体を酸化することで、元素Ｍの含有量がＦｅ基軟磁性粒子１の内部よりも高い表面酸化物相３を、容易に形成することができる。
【００６５】
なお、Ｆｅ基軟磁性粉末に含有される元素Ｍの量は、１．０質量％以上２０質量％以下にするのが好ましい。このようにすることで、電気抵抗と曲げ強度が高く、磁気シールド性の高い磁性楔１００を、容易に製造することができる。
【００６６】
また、元素Ｍは、一種だけでなく二種以上選択してもよい。例えば、ＡｌとＣｒの二種を選択して、Ｆｅ基軟磁性粉末を、Ｆｅ−Ａｌ−Ｃｒ系合金粉末にしてもよい。このようにすることで、曲げ強度が高く、比透磁率が調整された磁性楔１００を、容易に製造することができる。なお、Ｆｅ−Ａｌ−Ｃｒ系合金とは、Ｆｅの次に含有量が多い元素が、ＣｒおよびＡｌ（順不同）である合金のことであり、その他の元素がＦｅ、Ｃｒ、Ａｌより少量で含まれていても良い。
【００６７】
なお、上記元素Ｍとして、二種以上の元素を選択した場合、それら含有量の合計は、一種を選択した場合と同様に、１．０質量％以上２０質量％以下にするのが好ましい。
【００６８】
また、Ｆｅ基軟磁性粉末には、上記元素Ｍ以外の元素を添加した粉末を用いてもよい。ただし、これら添加元素は、元素Ｍより少量添加するのが好ましい。さらに、化学的手法や熱処理などで表面処理した粒子を含む粉末を用いてもよい。
【００６９】
また、Ｆｅ基軟磁性粉末には、成形性の良い粒状粉として、ガスアトマイズ法や水アトマイズ法により作製した粉末を用いることができる。また、形状異方性の活用を目的とした偏平粉として、粉砕法により作製した粉末を用いることができる。
【００７０】
また、バインダは工程Ｓ１２において粒子同士を仮接着して、成形体にある程度の強度を付与するために用いられる。また、バインダには粒子間に適切な間隔を付与する役割もある。バインダとしては、例えばポリビニルアルコールやアクリルなどの有機バインダを用いることができる。また、バインダは、混合物全体に十分に行きわたり、十分な成形体強度を確保しつつ、工程Ｓ１３において、十分熱分解される量だけ添加するのが好ましい。例えば、Ｆｅ基軟磁性粉末１００重量部に対して０．５〜３．０重量部だけ添加するのが好ましい。
【００７１】
また、工程Ｓ１１における混合方法は、公知の混合方法、混合機を用いることができる。Ｆｅ基軟磁性粉末とバインダとを混合した混合物は、バインダの接着作用により、広い粒度分布をもった凝集粉になることがある。その場合、混合粉を、例えば振動篩等を用いて篩に通し、所望の二次粒子径の造粒粉にしてから、工程Ｓ１２に用いてもよい。球状、かつ粒径の揃った造粒粉を得るためには、噴霧乾燥を適用することが好ましい。また、混合物には、工程Ｓ１２における粉末と金型との摩擦を低減するために、ステアリン酸、ステアリン酸塩等の潤滑剤を添加してもよい。その場合、添加量は、混合粉１００重量部に対して０．１〜２．０重量部にすることが好ましい。なお、潤滑剤は、工程Ｓ１１で混合物に添加せず、Ｓ１２工程で金型に塗布してもよい。
【００７２】
次に、工程Ｓ１２では、工程Ｓ１１で得られた混合物を加圧成形する。加圧成形には、例えば、プレス機と成形金型を用いることができる。加圧成形は、室温成形にしてもよいし、バインダが消失しない程度加熱した、温間成形にしてもよい。
【００７３】
次に、工程Ｓ１３では、工程Ｓ１２で得られた成形体を熱処理して磁性楔となる圧密体にする。
【００７４】
工程Ｓ１３では、成形体を熱処理することで、成形体のＦｅ軟磁性粒子１の粒子間に存在するバインダを熱分解して、粒子間に空隙を形成し、さらに熱処理を継続することで、Ｆｅ基軟磁性粒子１の粒子間に、空隙２と、Ｆｅ基軟磁性粒子１同士を結着するＦｅ基軟磁性粒子１の表面酸化物相３を形成する。
【００７５】
なお、熱処理は、大気中、酸素と不活性ガスの混合気体中など、酸素が存在する雰囲気中で行うことができる。また、水蒸気と不活性ガスの混合気体中など、水蒸気が存在する雰囲気中で行うこともできる。
【００７６】
また、熱処理は、Ｆｅ基軟磁性粒子１の粒子間に、空隙２と、Ｆｅ基軟磁性粒子１同士を結着するＦｅ基軟磁性粒子１の表面酸化物相３を形成可能な温度に加熱して行う。ただし、熱処理温度が低いと、成形時に成形体に加わった歪が緩和されずに残る可能性があり、高いと、Ｆｅ基軟磁性粒子１同士が焼結し、電気抵抗が下がって渦電流損失の大きい磁性楔１００になる可能性がある。そこで、熱処理温度は６００℃〜９００℃の範囲にするのが好ましく、７００〜８００℃の範囲にするのがより好ましい。
【００７７】
本実施形態では、工程Ｓ１２の成形荷重を調整することで、磁性楔１００の比透磁率を調整することができる。例えば、成形荷重を小さくすることで、成形体のＦｅ基軟磁性粒子１の占積率、すなわち、工程Ｓ１３後の圧密体の占積率を下げることができる。その結果、圧密体におけるＦｅ基軟磁性粒子１の平均粒子間隔が拡がって、磁性楔１００の比透磁率を低く調整することができる。かかる観点から、成形圧は１．０ＧＰａ未満が好ましく、０．７ＧＰａ以下がさらに好ましい。
【００７８】
また、本実施形態では、工程Ｓ１３の熱処理温度を調整することで、磁性楔１００の比透磁率を調整することができる。例えば、熱処理温度を低くすることで、成形体のＦｅ基軟磁性粒子１の粒子間に形成される表面酸化物相３の量を少なくし、工程Ｓ１３後の圧密体の空隙２の量を多くして、磁性楔１００の比透磁率を調整することができる。
【００７９】
なお、本実施形態では、工程Ｓ１１のＦｅ基軟磁性合金粉末１の粒度を調整して、磁性楔１００の比透磁率を調整してもよい。例えば、平均粒径がより小さい軟磁性合金粉末１を使用することで、成形体のＦｅ基軟磁性粒子１に生じる反磁界の影響を強くして、磁性楔１００の比透磁率を低く調整することができる。
【００８０】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態である、磁性楔の製造方法について説明する。
図８は、本実施形態の工程フローであり、第２実施形態の磁性楔２００を製造する工程フローである。本工程フローは、Ｆｅ基軟磁性粉末と非磁性粉末とバインダとを混合して混合物にする工程Ｓ２１と、混合物を加圧成形して成形体にする工程Ｓ２２と、成形体を熱処理して磁性楔２００となる圧密体にする工程Ｓ２３とを有している。
【００８１】
まず、工程Ｓ２１では、Ｆｅ基軟磁性粉末と非磁性粉末とバインダとを混合して混合物にする。工程Ｓ２１に供されるＦｅ基軟磁性粉末は、磁性楔２００においてＦｅ基軟磁性粒子１となる粉末であり、第４実施形態にて説明したＦｅ基軟磁性粉末と同じである。なお、以降の説明では、Ｆｅ基軟磁性粉末の粒子をＦｅ基軟磁性粒子１、非磁性粉末の粒子を非磁性粒子４、と称する場合がある。
【００８２】
非磁性粉末には、平均粒径（累積粒度分布におけるメジアン径ｄ５０）が、１μｍ以上８０μｍ以下の粉末を用いるのが好ましく、３μｍ以上２０μｍ以下の粉末を用いるのがより好ましい。このような非磁性粉末を用いることで、好ましい平均粒径の非磁性粒子４を有する磁性楔２００を製造することができる。
【００８３】
また、非磁性粉末には、Ｆｅ基軟磁性粉末の平均粒径よりも小さい粉末を用いるのが好ましい。このようにすることで、混合物を作製した際、非磁性粒子４がＦｅ基軟磁性粒子１の粒子間に分散しやすくなり、Ｆｅ基軟磁性粒子１の粒子間距離をより均一にして、安定した磁気特性を示す磁性楔２００を容易に製造することができる。
【００８４】
また、非磁性粉末には、Ｆｅ基軟磁性粉末に含まれる元素Ｍ、すなわち、Ｆｅよりも酸化しやすい元素Ｍを含む粉末を用い、元素Ｍは、例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆから選択するのが好ましい。このようにすることで、曲げ強度の高い磁性楔２００を容易に製造することができる。
【００８５】
また、非磁性粉末には、元素Ｍ単体の粉末を用いてもよいし、元素Ｍを含有する合金粉末を用いてもよい。合金粉末を用いる場合には、Ｆｅ基の合金粉末にし、キュリー温度が室温以下になるよう、元素Ｍの含有量が高い粉末にするのが好ましい。
さらに、Ｆｅ基の合金粉末としては、例えば、ＡｌとＣｒの二種の元素Ｍを選択し、Ｆｅ−Ａｌ−Ｃｒ系合金粉末を用いてもよい。このようにすることで、曲げ強度の高い磁性楔２００を容易に製造することができる。
【００８６】
また、非磁性粉末には、上記元素Ｍ以外の元素を添加した粉末を用いてもよい。さらに、化学的手法や熱処理などで表面処理した粒子を含む粉末を用いてもよい。
【００８７】
また、非磁性粉末には、成形性の良い粒状粉として、ガスアトマイズ法や水アトマイズ法により作製した粉末を用いることができる。また、形状異方性の活用を目的とした扁平粉として、粉砕法により作製した粉末を用いることができる。
【００８８】
また、工程Ｓ２１に供されるバインダは、工程Ｓ２２で、粒子同士を適切な間隔に仮接着して、成形体に強度を付与するために、例えばポリビニルアルコールやアクリルなどの有機バインダを用いることができる。また、バインダは、混合物全体に十分に行きわたり、十分な成形体強度を確保しつつ、工程Ｓ２３において、十分熱分解される量だけ添加するのが好ましい。例えば、Ｆｅ基軟磁性粉末と非磁性粉末を合わせた１００重量部に対して０．５〜３．０重量部だけ添加するのが好ましい。
【００８９】
また、工程Ｓ２１における混合方法は、第４実施形態の工程Ｓ１１と同じ混合方法を用いることができる。潤滑剤の添加量についても同様である。
【００９０】
次に、工程Ｓ２２では、工程Ｓ２１で得られた混合物を加圧成形する。加圧成形には、第４実施形態の工程Ｓ１２と同じ加圧成形を用いることができる。
【００９１】
次に、工程Ｓ２３では、工程Ｓ２２で得られた成形体を熱処理して磁性楔となる圧密体にする。非磁性粒子４に、金属の非磁性粒子４を用いれば、圧密体を成形した際、非磁性粒子４が塑性変形する可能性があり、これにより、磁性楔２００の強度を高くできる可能性がある。
【００９２】
工程Ｓ２３では、成形体を熱処理することで、成形体内の粒子間に存在するバインダを熱分解して、粒子間に空隙６を形成し、さらに熱処理を継続することで、粒子間に、これら粒子同士を結着するこれら粒子の表面酸化物相５を形成する。なお、熱処理には、第４実施形態の工程Ｓ１３と同じ方法を用いることができる。
【００９３】
本実施形態では、工程Ｓ２１において非磁性粉末の混合比を調整して、磁性楔２００の比透磁率を調整することができる。例えば、非磁性粉末の混合比を増やすことで、工程Ｓ２３後の圧密体におけるＦｅ基軟磁性粒子１の平均粒子間隔を大きくして、磁性楔２００の比透磁率を低めに調整することができる。
【００９４】
また、本実施形態では、工程Ｓ２２の成形荷重を調整して、磁性楔２００の比透磁率を調整してもよい。例えば、成形荷重を小さくすることで、成形体のＦｅ基軟磁性粒子１の粒子間の空隙量、すなわち、工程Ｓ２３後の圧密体の空隙量を多くし、工程Ｓ２３後の圧密体におけるＦｅ基軟磁性粒子１の平均粒子間隔を大きくして、磁性楔２００の比透磁率を低めに調整することができる。
【００９５】
また、本実施形態では、工程Ｓ２３の熱処理温度を調整して、磁性楔２００の比透磁率を調整してもよい。例えば、熱処理温度を低くすることで、成形体のＦｅ基軟磁性粒子１の粒子間に形成される表面酸化物相３の量を少なくし、工程Ｓ２３後の圧密体の空隙６の量を多くし、工程Ｓ２３後の圧密体におけるＦｅ基軟磁性粒子１の平均粒子間隔を大きくして、磁性楔２００の比透磁率を低めに調整することができる。
【００９６】
なお、本実施形態では、工程Ｓ１１のＦｅ基軟磁性合金粉末１の粒度を調整して、磁性楔１００の比透磁率を調整してもよい。例えば、平均粒径が小さい軟磁性合金粉末１を使用することで、成形体のＦｅ基軟磁性粒子１に生じる反磁界の影響を強くして、磁性楔１００の比透磁率を低めに調整することができる。
【実施例】
【００９７】
以下に、Ｆｅ基軟磁性粒子としてＦｅ−Ａｌ−Ｃｒ系合金を用いた第１実施形態の実施例を示す。ただし、この実施例に記載されている材料や配合量等は、特に限定的な記述がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。【００９８】
（試料の作製方法）
高圧水アトマイズ法により、Ｆｅ−５％Ａｌ−４％Ｃｒ（質量％）の合金粉末を作製した。具体的な作製条件は次の通りである。出湯温度１６５０℃（融点１５００℃）、溶湯ノズル径３ｍｍ、出湯速度１０ｋｇ／分、水圧９０ＭＰａ、水量１３０Ｌ／分であった。なお、原料の溶解および出湯はＡｒ雰囲気下で行った。作製した粉末の平均粒径（メジアン径）は１２μｍ、粉末比表面積は０．４ｍ２／ｇ、粉末の真密度は７．３ｇ／ｃｍ３、粉末の含有酸素量は０．３％であった。
この原料粉末にポリビニルアルコール（ＰＶＡ）とイオン交換水を加えてスラリーを作製し、スプレードライヤーで噴霧乾燥を行って造粒粉を得た。原料粉末を１００重量部とするとＰＶＡ添加量は０．７５重量部である。この造粒粉に０．４重量部の割合でステアリン酸亜鉛を添加し、混合した。この混合粉を金型に充填し、室温にて成形圧力０．９ＧＰａでプレス成形した。作製した成形体に、大気中７５０℃×１時間の熱処理を施した。この際の昇温速度は２５０℃／ｈとした。熱処理後の圧密体に含まれる酸素量は２％であった。【００９９】
作製した試料の寸法は以下の通りである。
曲げ強度・加熱減量評価用試料：幅２．０ｍｍ×長さ２５．５ｍｍ×厚さ１．０ｍｍ．
直流磁化曲線評価用試料：１０ｍｍ角×厚さ１．０ｍｍ．
磁心損失・電気抵抗評価用試料：外径１３．４ｍｍ×内径７．７ｍｍ×厚さ２．０ｍｍ（リング形状）．【０１００】
（実施例の断面組織）
上記のように作製した実施例について、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ／ＥＤＸ）を用いて断面観察を行い、同時に各構成元素の分布を調べた。結果を図９に示す。図９（ａ）はＳＥＭ像であり、図９（ｂ）〜（ｅ）はそれぞれ、Ｆｅ（鉄）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｏ（酸素）の分布を示すマッピング像である。明るい色調ほど対象元素が多いことを示す。図９から、Ｆｅ基軟磁性粒子間の粒界にはアルミニウムと酸素が多く、酸化物相が形成されていることがわかる。さらに、各軟磁性粒子同士がこの酸化物相を介して結合している様子がわかる。【０１０１】
（比較例）
比較例として市販の磁性楔材である磁性積層板を使用した。この磁性楔はガラスエポキシ基板中に鉄粉を分散させたものであり、厚さ３．２ｍｍの板材から各種測定用に必要なサイズを切り出して使用した。【０１０２】
（密度・電気抵抗）
上記実施例の試料の密度は６．４ｇ／ｃｍ３であった。試料の密度を上記の粉末真密度で除した値である占積率（相対密度）は８８％であった。一方、比較例の密度は３．７ｇ／ｃｍ３であった。
また上記のリング形状試料を使用して測定した実施例の電気抵抗率は、３×１０４Ω・ｍであった。なお電気抵抗率は、リング試料の対向する二平面に導電性接着剤を塗って電極を形成し、アドバンテスト社製デジタル超高抵抗計Ｒ８３４０で測定した５０Ｖ印加時の抵抗値Ｒ（Ω）を用いて、次式で電気抵抗率ρ（Ω・ｍ）を算出した。
ρ（Ω・ｍ）=Ｒ×Ａ／ｔ   
ここでＡはリング試料の平面の面積（ｍ２）、ｔは試料の厚さ（ｍ）である。
一方、比較例の電気抵抗は低すぎて上記の超高電気抵抗計では測定できなかったため、日置電機製抵抗計ＲＭ３５４５を用いて測定した。測定に供した試料は１０ｍｍ角に切り出した板材の両面に電極を形成したものである。当該電極に上記抵抗計のプローブを押し当てて板厚方向の電気抵抗値を測定し、上式から比較例の電気抵抗率を算出したところ、９×１０−３Ω・ｍであった。【０１０３】
（直流磁化曲線）
試料の直流磁化曲線（Ｂ−Ｈ曲線）は直流自記磁束計（東栄工業製ＴＲＦ−５ＡＨ）を用いて、上記の１０ｍｍ角試料を電磁石の磁極に挟み、最大印加磁界５００ｋＡ／ｍで測定した。
室温での測定結果を図１０に示す。同図には比較例のＢ−Ｈ曲線も併せて示す。印加磁界１６０ｋＡ／ｍにおける磁束密度の値は、実施例が１．６０Ｔ、比較例が０．７６Ｔであった。従って比透磁率μは、実施例が８．０、比較例が３．８であった。
また、ｆ＝１ｋＨｚ、Ｂｍ＝０．０７Ｔで測定した交流磁化曲線（マイナーループ）から求めた試料の比透磁率μｉは５９であった。実施例の自然共鳴周波数は１５０ＭＨｚであった。なお、比較例の磁心損失も同様の方法で測定を試みたが透磁率が低すぎて測定困難であった。【０１０４】
（磁心損失）
上記実施例のリング試料に、ポリウレタン被覆銅線を用いて一次巻線と二次巻線を施した。巻き回数は一次側、二次側とも５０ターンとした。この試料を、大電流バイポーラ電源（ＮＦ回路設計ブロック製ＢＰ４６６０）を備えたＢ−Ｈアナライザ（ＩＦＧ社製ＢＨ−５５０）に接続して鉄損Ｐｃｖを測定した。測定条件は、周波数ｆ＝５０Ｈｚ〜１ｋＨｚ、最大磁束密度Ｂｍ＝０．０５〜１．５５Ｔである。なお、一次巻線のジュール熱による試料温度上昇を防ぐために、冷媒温度を２３℃に維持した冷却槽（Ｊｕｌａｂｏ製高低温サーキュレータＦＰ５０−ＨＥ）に試料を浸漬して鉄損を測定した。冷媒にはシリコンオイル（信越化学製ＫＦ９６−２０ｃｓ）を使用した。
測定結果を図１１に示す。図中の白丸が測定値である。図のようにＢｍの高い領域では磁気飽和に近づくためＰｃｖが徐々に飽和する傾向を示している。次項のモータ特性シミュレーションでは、実施例の鉄損としてこの実測値を用いた。なお、実測で測定できたのはＢｍ＝１．５５Ｔまでであったが、モータ内部で磁性楔は電磁鋼板の飽和磁束密度に相当する２Ｔ程度まで磁化される可能性がある。そこで、１．５５Ｔを超える高Ｂｍ側のＰｃｖ値については、測定結果を最小二乗法で以下の式に当てはめ、この式の外挿値を使用した。
実施例：  Ｐｃｖ＝６．９ｆ／（１＋（１．２８／Ｂｍ）２）
ここでＰｃｖの単位はｋＷ／ｍ３、Ｂｍの単位はＴ、ｆの単位はＨｚである。図１１中の実線がこの式の計算値である。
比較例の鉄損も上記と同様の方法で測定した。測定に供した試料は外径２０ｍｍ、内径１４ｍｍ、厚さ３．２ｍｍのリング形状であり、これに一次巻線、二次巻線とも８５ターンの巻線を施した。比較例は透磁率が実施例より低いため、測定できた最大磁束密度Ｂｍは０．６Ｔまでであったが、測定値は実施例のＰｃｖの約二倍であった。次項のモータ特性シミュレーションでは、比較例の鉄損としてこの実測値を用いた。なお、Ｂｍ＞０．６ＴにおけるＰｃｖ値については実施例と同様に測定結果を以下の式に当てはめ、この式の外挿値を使用した。
比較例：  Ｐｃｖ＝６．７ｆ／（１＋（１．１／Ｂｍ）１．５８）【０１０５】
（回転電機特性シミュレーション）
誘導型回転電機に実施例もしくは比較例の磁性楔を設置した場合の特性（効率とトルク）を有限要素法による電磁界シミュレーションを用いて算出した。その際、磁性楔１００の磁気特性として図１０の磁化曲線と前項記載の鉄損値を計算に取り入れた。
電磁界シミュレーションに供した誘導型回転電機の諸元は以下の通りである。
ステータ：直径４５０ｍｍ×高さ１６２ｍｍ
極数：４              スロット数：３６
ロータおよびステータ材質：電磁鋼板（５０Ａ１０００）
回転電機出力：１５０ｋＷ                            回転数：１４２５ｒｐｍ
図１２に、本シミュレーションで使用した磁性楔１００の設置位置を示す。磁性楔の幅（回転電機の周方向の長さ）は７．０ｍｍ、厚さ（回転電機の径方向の長さ）は０．０ｍｍ（磁性楔無し）、１．５ｍｍ、３．０ｍｍと変えて計算した。【０１０６】
（回転電機特性シミュレーション結果）
図１３に電磁界シミュレーション結果を示す。この図は、横軸に回転電機の効率、縦軸に回転電機のトルクをとって計算結果をプロットしたものである。縦軸のトルクは磁性楔無しの場合のトルク値で規格化した値を示している。厚さ３ｍｍの実施例と比較例を比較した場合、実施例では高効率が得られる反面、トルクは比較例よりも低下した。これは、比透磁率の高い実施例では、ティース間での磁束短絡が比較例よりも多くなったことが原因と考えられる。そこで磁束短絡を抑制することを目的に実施例の厚さを１．５ｍｍに薄くしたところ、比較例と同等の効率とトルクが得られた。【０１０７】
以上のように、透磁率の高い実施例を磁性楔１００に用いたうえで、磁性楔１００の厚さを薄く調整することによって、トルクの低下を抑制しつつ効率を向上させることができる。しかも、本電磁界シミュレーションには含まれていないものの、磁性楔１００が薄くなるとその分コイル３３のスペースが増えるので、コイル線径を大きくするなどによりコイルの電気抵抗を下げ得るので、さらなる効率の向上も期待できる。【０１０８】
（曲げ強度の温度依存性）
前述の棒状試料を用い、万能試験機（インストロン社製５９６９型）を使用して室温から２００℃での三点曲げ強度を測定した。測定条件は、ロードセル容量５００Ｎ、支点径４ｍｍ、圧子径１０ｍｍ、支点間距離１６ｍｍ、試験速度０．５ｍｍ／分である。破断時の荷重Ｗ（Ｎ）から、次の式で三点曲げ強度σを算出した。
σ＝３ＬＷ／（２ｂｈ２）
ここで、Ｌは支点間距離、ｂは試料の幅、ｈは試料の厚さである。【０１０９】
以上のようにして求めた実施例の三点曲げ強度を図１４に示す。図には比較例の三点曲げ強度も併せて示した。図のように、樹脂を含む比較例の三点曲げ強度は温度上昇によって顕著に低下するのに対して、本実施形態である樹脂レスの実施例は２００℃の高温でも強度低下は無く、室温と同等の高強度を維持している。【０１１０】
（加熱減量）
モータの駆動時にはその内部温度が上昇するため、高温環境下に長時間晒されても特性劣化を生じない耐久性が磁性楔には求められる。この耐久性を評価するために、前述の棒状試料を用いてエージングによる質量変化（加熱減量）の測定を行った。エージングは空気中で２２０℃および２９０℃で行い、一定時間経過ごとに試料を取り出して冷却し、室温にて質量測定を行った。ここで、加熱温度を２２０℃と２９０℃に設定した理由は次の通りである。２２０℃はモータの内部温度が到達し得る最高温度であり、２９０℃は加熱減量の加速試験を行うためである。質量測定には最小表示０．０１ｍｇの電子天秤（島津製作所製ＡＵＷ２２０Ｄ）を使用した。なお、実施例の棒状試料は質量が０．３ｇ程度と小さいので、測定の信頼性確保のために試料数を５個とした。【０１１１】
２２０℃での測定結果を図１５に、２９０℃での測定結果を図１６に示す。いずれの図においても、実施例のデータは試料５個の平均値である。また、図には比較例の測定結果も併せて示す。２２０℃の場合、４５６時間経過後に比較例の重量は０．５６％減少するのに対し、実施例の重量変化は０．０５％未満に留まっている。２９０℃では重量変化の差が顕著となり、２４０時間経過後において比較例の重量減少は１０％以上になるのに対し、実施例の重量変化はやはり０．０５％未満に留まった。
また、上記の２９０℃エージング後に三点曲げ強度を測定したところ、実施例ではエージング前と曲げ強度に変化が見られなかったのに対して、比較例は手で持っただけで折れてしまうほど強度が低下していた。
以上のように本実施例は比較例よりも高温長時間のエージングに対する耐久性に優れ、磁性楔としてより実用性の高い材料であると言える。【０１１２】
（熱伝導率）
実施例と比較例の室温での熱拡散率を熱拡散率測定装置（Ｎｅｔｚｓｃｈ社製ＬＦＡ４６７）で測定したところ、実施例は３．４ｍｍ２／ｓ、比較例は０．８ｍｍ２／ｓであった。また、実施例と比較例の室温での比熱を示差走査熱量計（Ｎｅｔｚｓｃｈ製ＤＳＣ４０４Ｆ１）で測定したところ、実施例は０．４Ｊ／（ｇ・Ｋ）、比較例は０．５Ｊ／（ｇ・Ｋ）であった。熱拡散率と比熱、および前述の密度を乗じて熱伝導率を求めたところ、実施例は８．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）、比較例は１．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、実施例は比較例の約６倍の高い熱伝導率を示した。一般に樹脂の熱伝導率は金属の１／１０以下と低いので、本実施例の高い熱伝導率は樹脂レスという特徴に起因したものと考えられる。熱伝導率が高く放熱性に優れた本実施例を、発熱源であるギャップ近傍に磁性楔として配置することにより効果的に熱を逃がすことができ、回転電機の冷却効率を向上させる効果も期待できる。このような冷却効果は磁性楔の熱伝導率が高いほど好ましく、例えば熱伝導率が２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が好ましく、５．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上がより好ましく、８．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上がさらに好ましい。また、回転電機のステータを構成する電磁鋼板の熱伝導率は一般的に２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度と高いため、磁性楔の熱伝導率がこの値に近いほど冷却効果が高まると期待できる。従って、磁性楔の熱伝導率はステータを構成する磁性材料（電磁鋼板）の１／１０以上であることが好ましく、１／５以上であることがより好ましく、１／３以上であることがさらに好ましい。【０１１３】
以上より、本発明によれば、磁性楔を構成する粒子同士は、表面酸化物相で結着されていることになるので、電気抵抗と曲げ強度が高い磁性楔を提供することができる。また、これら構成に空隙が加わることで、電気抵抗と曲げ強度が高く、比透磁率が調整された磁性楔を提供することが可能となる。更に、本発明の磁性楔は樹脂レスで構成されることになるので、耐熱性、放熱性や長期信頼性にも優れた磁性楔とすることができる。【０１１４】
以上、本発明について、上記実施形態を用いて説明してきたが、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されない。特許請求の範囲に記載されている技術範囲にて、内容を変更できるものである。
【符号の説明】
【０１１５】
１：Ｆｅ基軟磁性粒子
２：空隙
３：表面酸化物相
４：非磁性粒子
５：表面酸化物相
６：空隙
３１：ステータ
３２：ロータ
３３：コイル
３４：ティース
１００、２００：磁性楔
３００：回転電機
【要約】
電気抵抗と曲げ強度が高い磁性楔、それを用いた回転電機、および磁気楔の製造方法を提供する。
複数のＦｅ基軟磁性粒子を有し、前記複数のＦｅ基軟磁性粒子は、Ｆｅよりも酸化しやすい元素Ｍを含有するとともに、前記元素Ｍを含む酸化物相で結着されている磁性楔にする。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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