特開 2024-150298 磁性楔、回転電機及び磁性楔の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024150298

(43)【公開日】2024-10-23

(54)【発明の名称】磁性楔、回転電機及び磁性楔の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/493 20060101AFI20241016BHJP

   H02K 15/04 20060101ALI20241016BHJP

【ＦＩ】

H02K3/493

H02K15/04 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023063650

(22)【出願日】2023-04-10

(71)【出願人】

【識別番号】000005083

【氏名又は名称】株式会社プロテリアル

(72)【発明者】

【氏名】野口 伸

【テーマコード（参考）】

5H604

5H615

【Ｆターム（参考）】

5H604AA08

5H604BB14

5H604CC15

5H604DA03

5H604QC01

5H604QC09

5H615BB01

5H615BB05

5H615BB14

5H615PP19

5H615TT16

(57)【要約】      （修正有）

【課題】スロット開口部を充填するのに効果的な磁性楔と、その磁性楔の製造方法を提供する。
【解決手段】回転電機の固定子のスロット開口部に設置される磁性楔であって、前記回転電機の周方向における磁性楔の寸法を幅とすると、前記幅の方向に垂直な平面に投影された、磁性楔の投影形状は、直角台形であり、当該直角台形を構成する四辺のうち、最長の辺が斜辺である磁性楔。回転電機の固定子のスロット開口部に設置される磁性楔の製造方法であって、前記回転電機の周方向における磁性楔の寸法を幅とすると、軟磁性粒子を含む原料粉末を前記幅の方向にプレス成形して成形体を得るプレス成形工程を有し、当該プレス成形工程において、直角台形の形状の開口部を有する金型と、前記金型の開口部に挿入可能なパンチを使用することを特徴とする磁性楔の製造方法。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転電機の固定子のスロット開口部に設置される磁性楔であって、
前記回転電機の周方向における磁性楔の寸法を幅とすると、
前記幅の方向に垂直な平面に投影された磁性楔の投影形状は直角台形形状であり、当該直角台形を構成する四辺のうち、最長の辺が斜辺である磁性楔。

【請求項2】

前記直角台形形状は、角部にアールを有することを特徴とする請求項１に記載の磁性楔。

【請求項3】

複数の軟磁性粒子と、前記軟磁性粒子の間に電気絶縁性の物質とを含むこと
を特徴とする請求項１に記載の磁性楔。

【請求項4】

前記軟磁性粒子はＦｅ基軟磁性粒子であり、
前記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、
前記電気絶縁性の物質は、前記元素Ｍを含む酸化物相であり、
前記Ｆｅ基軟磁性粒子が前記酸化物相で結着されていることを特徴とする請求項３に記載の磁性楔。

【請求項5】

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４に記載の磁性楔。

【請求項6】

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５に記載の磁性楔。

【請求項7】

複数のティースと前記複数のティースにより形成された複数のスロットとを有する回転電機用固定子と、前記回転電機用固定子と軸を共有する位置に配置された回転子とを有する回転電機であって、
前記複数のスロットの各々のスロット開口部には複数の磁性楔が軸方向に縦列に挿入されており、前記複数の磁性楔のうちの少なくとも１個が請求項１～６いずれかの磁性楔である回転電機。

【請求項8】

回転電機の固定子のスロット開口部に設置される磁性楔の製造方法であって、
前記回転電機の周方向における磁性楔の寸法を幅とすると、
軟磁性粒子を含む原料粉末を前記幅の方向にプレス成形して成形体を得るプレス成形工程を有し、
当該プレス成形工程において、直角台形形状の開口部を有する金型と、
前記金型の開口部に挿入可能なパンチを使用し、
前記直角台形形状を構成する四辺のうち、最長の辺が斜辺である磁性楔の製造方法。

【請求項9】

前記直角台形の形状の開口部の角部にアールを有することを特徴とする請求項８に記載の磁性楔の製造方法。

【請求項10】

前記原料粉末は、Ｆｅよりも酸化しやすい元素Ｍを含有するＦｅ基軟磁性粒子の粉末と、バインダとの混合粉であり、
前記プレス成形工程の後に、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形成する熱処理工程
を有する請求項９に記載の磁性楔の製造方法。

【請求項11】

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請求項１０に記載の磁性楔の製造方法。

【請求項12】

前記Ｆｅ基軟磁性粒子は、Ｆｅ－Ａｌ－Ｃｒ系合金粒子である請求項１１に記載の磁性楔の製造方法。

【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、及び回転電機、並びにかかる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、固定子と回転子とを同軸にして配し、回転子周りの固定子に、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、ティースの回転子側先端には、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、回転子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、固定子と回転子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、回転子に生じる損失（漂遊負荷損）を低減することができる。このように、磁性楔を配することで、高効率な回転電機を得ることができる（例えば、特許文献１）。

【0004】

また、従来の磁性楔としては、鉄粉などの強磁性粉末と熱硬化性樹脂からなるコンポジット材が知られている。この磁性楔の製造方法は、強磁性粉末と熱硬化性樹脂を混練してペースト状にした後、これを磁性楔の厚さ方向に圧縮成形しつつ熱硬化させて板状の母材をまずは作製し、機械加工にて磁性楔として必要な寸法、形状に加工するというものである。

【0005】

このような従来の磁性楔は、通常、細長い直方体（短冊形状）か、さらには長さ方向に垂直な断面が台形型やＴ型となるような機械加工が施され、ティース先端部に設けられた溝等に、磁性楔の長さ方向に挿入される。隣接するティースの間（この空間をスロットと呼ぶ）にはコイルが収められているため、磁性楔は背後（モータの外径側）からコイルによって内周側に押される。この力によって磁性楔はティース先端部の溝に押し付けられて固定される。

【0006】

従来の磁性楔は上記のように短冊形状が基本となっているため、厚さが一定の形状を有していることが一般的である。つまり、磁性楔の幅方向に垂直な断面は基本的には長方形である。ただし、回転電機への磁性楔の挿入を容易にするために当該長方形の一つの角に面取り加工を施して、端部にテーパーを設けることがある。このテーパー加工も機械加工で行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平３－２７７４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

スロット内のコイルは通常湾曲しており、回転電機の軸方向両端ではスロットの若干奥側（回転電機の外周側）にあり、軸方向中央付近ではスロット開口部側（回転電機の内周側）にせり出している。従って、磁性楔を挿入するスペースも軸方向両端で広く、軸方向中央付近で狭くなる。従来の磁性楔は基本的に長さ方向に厚みは一定であるため、軸方向中央付近ではスロット開口部のスペースを隙間なく埋めることができるものの、軸方向両端部分では、磁性楔の背後に無駄なスペースが空くことになる。特に、スロット内のコイルの湾曲が大きい場合には、軸方向中央付近の狭いスペースに合わせて磁性楔の厚さを薄くする必要があるため、軸方向両端部に生じる無駄なスペースがさらに拡大する結果となる。このため、磁性楔がスロット開口部のスペースを十分充填できれば得られたはずの効果が得られないという課題があった。

【0009】

そこで本発明では、スロット開口部を充填するのに効果的な磁性楔と、その磁性楔の製造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】

【0010】

本発明は、回転電機の固定子のスロット開口部に設置される磁性楔であって、前記回転電機の周方向における磁性楔の寸法を幅とすると、前記幅の方向に垂直な平面に投影された、磁性楔の投影形状は直角台形形状であり、当該直角台形を構成する四辺のうち、最長の辺が斜辺である。

【0011】

また、前記直角台形形状の角部にアールを有することが好ましい。

【0012】

また、前記磁性楔は、複数の軟磁性粒子と、前記軟磁性粒子の間に電気絶縁性の物質とを含むことが好ましい。

【0013】

また、前記軟磁性粒子はＦｅ基軟磁性粒子であり、前記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、前記電気絶縁性の物質は、前記元素Ｍを含む酸化物相であり、前記Ｆｅ基軟磁性粒子が前記酸化物相で結着されていることが好ましい。

【0014】

また、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が好ましい。

【0015】

また、前記磁性楔において、前記Ｆｅ基軟磁性粒子は、Ｆｅ－Ａｌ－Ｃｒ系合金粒子であることが好ましい。

【0016】

本発明の回転電機は、複数のティースと前記複数のティースにより形成された複数のスロットとを有する回転電機用固定子と、前記回転電機用固定子と軸を共有する位置に配置された回転子とを有する回転電機であって、各スロットのスロット開口部には複数の磁性楔が軸方向に縦列に挿入されており、そのうちの少なくとも１個が前記磁性楔である。

【0017】

本発明の磁性楔の製造方法は、回転電機の固定子のスロット開口部に設置される磁性楔の製造方法であって、前記回転電機の周方向における磁性楔の寸法を幅とすると、軟磁性粒子を含む原料粉末を前記幅の方向にプレス成形して成形体を得るプレス成形工程を有し、当該プレス成形工程において、直角台形の形状の開口部を有する金型と、前記金型の開口部に挿入可能なパンチを使用する方法で、前記直角台形形状を構成する四辺のうち、最長の辺が斜辺である。

【0018】

また、前記直角台形の形状の開口部の角部にアールを有することが好ましい。

【0019】

また、前記磁性楔の製造方法において、前記原料粉末は、Ｆｅよりも酸化しやすい元素Ｍを含有するＦｅ基軟磁性粒子の粉末と、バインダとの混合粉であり、前記プレス成形工程の後に、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形成する熱処理工程を有することが好ましい。

【0020】

また、前記磁性楔の製造方法において、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が好ましい。

【0021】

さらに、前記磁性楔の製造方法において、前記Ｆｅ基軟磁性粒子は、Ｆｅ－Ａｌ－Ｃｒ系合金粒子であることが好ましい。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、スロット内のコイルの湾曲によって生じるスペースを無駄なく磁性楔で充填することができ、より高い効率の回転電機を実現することが期待できる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の実施形態である磁性楔の形状を示す模式図である。

【図2】ラジアルギャップタイプの回転電機に本発明の実施形態である磁性楔を装着する場合の模式図である。

【図3】本発明の実施形態である磁性楔がステータのスロット開口部に取り付けられた状態の断面模式図である。

【図4】粉末プレス成形で磁性楔を製造する際に使用する成形用の金型（ダイス）および上下パンチの模式図である。

【図5】ラジアルギャップタイプの回転電機に厚さが一定の磁性楔を装着する場合の模式図である。

【図6】厚さが一定の磁性楔がステータのスロット開口部に取り付けられた状態の断面模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、図面を参照しながら、従来の磁性楔の実施形態について説明した後に、本発明の実施形態について説明するが、本発明がかかる実施形態に限定されるものではない。また、重複する部分は説明を省略する。

【0025】

まず、従来の磁性楔について説明する。図５は、従来の磁性楔９をラジアルギャップタイプの回転電機に取り付ける際の形態を示す模式図である。磁性楔９は、隣接するティース３４とコイル３３とに囲まれた隙間（これをスロット開口部と呼ぶ）に、磁性楔９の長さ方向に挿入される。磁性楔９の長さ方向に垂直な断面の形状は、図のように、スロット開口部に嵌合できる形状となっている。
磁性楔９は基本的には厚さが一定である。磁性楔９の長さは、ステータ３１の厚さと同じにすることが一般的であるが、磁性楔の挿入作業を簡便にするために、ステータの厚さよりも短い磁性楔を複数個、縦列に挿入することがある。なお、実際には、コイル３３とステータ３１、ティース３４の間に、電気的絶縁を確保するためにスロットライナーと呼ばれる絶縁シートが挿入されるが、図では省略している。

【0026】

図６に、従来の磁性楔９がステータ３１のスロット開口部に取り付けられた状態の断面模式図を示す。この図は、ステータ３１を回転電機の軸を含む平面でティース３４間の中央付近（スロット中央付近）をカットした断面図を示している。この図の紙面左右方向が回転電機の軸方向であり、紙面上方が回転電機の内径側、紙面下方が外径側である。

【0027】

磁性楔９は、図のように、スロットの内径側に設置されている。磁性楔の外径側には、スロットライナー３５があり、さらにその下側にコイル３３がある。コイル３３は、スロット内に複数本設置されている。後述する図１では見やすくするために、スロットライナー３５とコイル３３の間、あるいはコイル３３同士の間に隙間を空けて描いているが、実際にはこれらは密着している。また、通常コイル３３は、内径側に存在するロータ（図示せず）との干渉を避けるため、スロットの外側では、図のように外径側に押し広げるように固定される。そのためコイル３３は、スロットの内部では図のように湾曲し、スロットの軸方向中央付近では内径側にせり出し、両端付近では外径側に引っ込む形となる。磁性楔９は、中央付近でスロットライナー３５と接触するが、スロットの軸方向両端付近では、図のように磁性楔９とスロットライナー３５との間に隙間が生じる。

【0028】

図６の模式図を、回転電機の軸に垂直な面（Ａ－Ａ´およびＢ－Ｂ´）でカットした断面模式図を同図の下に示す。断面の位置は、軸方向端部（Ａ－Ａ´断面）と軸方向中央部（Ｂ－Ｂ´断面）の２カ所である。磁性楔９の断面は、図のようにＴ型をしており、両側の鍔部（Ｔ型の両端）がティース３４の突起に引っかかって回転電機の内径側に脱落しないようになっている。また、Ｂ－Ｂ´断面に示されているように、軸方向中央部分において、磁性楔９はスロットライナー３５を介してコイル３３によって外径側からティース３４に押しつけられて固定される。一方、スロット端部のＡ－Ａ´断面では、磁性楔９とスロットライナー３５の間には隙間が生じている。

【0029】

基本的には、スロット開口部の隙間を充填する磁性楔９の体積が大きいほど（スロット開口部の隙間が小さいほど）磁性楔の効果が高まり、回転電機の高効率化に有利であるため、図のような隙間の存在は好ましくない。また、磁性楔９とティース３４はワニス含浸で接着固定されるものの、回転電機の駆動時には電磁力が磁性楔９に繰り返し働くため、長期的には接着が劣化して固定が緩くなるリスクがある。固定が弱くなると、電磁力で磁性楔が振動して摩耗や折損などのトラブルに至るので、このような観点からも図のような隙間の存在は好ましくない。

【0030】

次に、本実施形態の磁性楔について説明する。図１に本実施形態にかかる磁性楔１０の五面図を示す。磁性楔の基本形状は、長さＬ、幅Ｗ、厚さＴで表される短冊形状（棒状）であり、厚さＴが長さＬ方向にＴ１からＴ２まで変化することで、幅方向から見たときに直角台形の形状をしている。また、後述するアールが隣接する場合など、直角台形の上底（辺２４）が限りなく小さいときは、幅方向から見たときの形状は、直角三角形に近くなるが、これも直角台形とみなすことができる。ただし、欠け防止等の観点から、上底は直線部分を有することが好ましい。従来の磁性楔は一般的に厚さが一定であるので、この厚さが長手方向の両端で異なる点が、従来の磁性楔との大きな相違点である。

【0031】

図１（ａ）の正面図（中央の図）は、磁性楔１０を幅方向から見た形状で直角台形の形状をしている。このとき、当該直角台形の下底（辺２３）および上底（辺２４）より高さ（辺２１）の方が長く、当然のことながら、直角台形の高さ（辺２１）より斜辺（辺２２）の方が長い。よって、当該直角台形を構成する四辺のうち、最長の辺が斜辺である。

【0032】

ここで辺２１を基準辺とする。基準辺２１は、図５で説明したスロット開口部に挿入する方向と平行になる。基準辺２１に対向する辺２２は斜めになっている。この辺を斜辺２２と呼ぶ。斜辺２２は、図１（ｂ）のように、基準辺２１側に湾曲する曲線でも良いし、図１（ｃ）のように、基準辺２１側にＶの字に折れ曲がっても良い。換言すると、斜辺２２は直角台形の面積が狭くなる方向に変形したコンケーブ状でも良い。すなわち、概形として直角台形と認識できるものは、直角台形形状に含まれる。

【0033】

基準辺２１に隣接する辺２３（台形の下底）と辺２４（台形の上底）は、基準辺２１に対してそれぞれ直角である。この直角は、厳密に９０度である必要はなく、ティースに挿入し易くするため、テーパーやアールを有していても良い。また、斜辺２２に対して、辺２３または辺２４が接する角部も同様に、テーパーやアールを付けても良い。以上のような形状も、直角台形形状に含まれる。

【0034】

通常は、コイルはなだらかに湾曲しているから、コイルとの隙間を埋めるために、磁性楔の斜辺２２も湾曲していることが好ましい。斜辺２２の傾斜角度や曲線形状は、磁性楔１０が挿入されるスロット開口部の形状に合わせて種々選択可能である。

【0035】

図１（ａ）の側面図（左右の図）は、磁性楔１０を長さ方向から見た形状を示している。長さ方向に垂直な断面の形状は、単純な矩形でも良く、図のように、Ｔ型の形状（図ではＴ型が上下反転した向き）をしていても良い。紙面下に左側面図の拡大図を示す。ここで、Ｔ型の中央を胴部と呼び、横に伸びた部分（幅方向に突き出た部分）を鍔部２５と呼ぶ。また、胴部の厚さをＴ_３とする。磁性楔１０の厚さＴは長さ方向に変化するが、胴部の厚さＴ_３は長さ方向に変化せず、一定である。

【0036】

鍔部２５は、磁性楔１０が挿入されるスロット開口部の形状に合わせてテーパーが付いていても良く、テーパー角度（図１中のθ）は０°以上９０°未満とすることができる。ただし、角度θが０°に近いと鍔部２５の根本に応力が集中し、鍔部２５が折れるリスクが高まる。一方で、角度θが９０°に近いほど磁性楔１０がスロット開口部から脱落しやすくなる。かかる観点から角度θは、１０°以上８０°以下がより好ましく、２０°以上７０°以下がさらに好ましい。

【0037】

また、角度θ以外の寸法や形状も磁性楔１０が挿入されるスロット開口部の形状に合わせて種々選択可能である。一般的な三相誘導モータに磁性楔１０を装着する場合、幅Ｗは３～１５ｍｍ、厚さＴは１～５ｍｍの範囲となる。長さＬについては後述のように、スロット内に磁性楔を複数個縦列に並べて挿入することも可能であるため、必ずしもステータの厚さに一致させる必要はなく、例えば２０～１００ｍｍの範囲で種々選択可能である。

【0038】

本実施形態の磁性楔が挿入される回転電機は、複数のティースと前記複数のティースにより形成された複数のスロットとを有する固定子と、これと軸を共有する位置に配置された回転子とを有する回転電機であれば良く、ラジアルギャップタイプの回転電機でもアキシャルギャップタイプの回転電機でも良い。

【0039】

図２はラジアルギャップタイプの回転電機に磁性楔１０を装着する場合の模式図である。磁性楔１０は、回転電機のスロット開口部に厚さが薄い方から挿入される。図のように、磁性楔１０の長さ方向は回転電機の軸方向に、磁性楔の厚さ方向は回転電機の径方向に相当し、磁性楔の幅方向が回転電機の周方向に相当する。
一方、アキシャルギャップタイプの回転電機に磁性楔１０を装着する場合は、ステータの外周側から、磁性楔１０の厚さの薄い方から挿入される。この場合、磁性楔の長さ方向は回転電機の径方向に、磁性楔の厚さ方向は回転軸の軸方向に相当し、磁性楔の幅方向は回転電機の周方向に相当する。

【0040】

図３に本実施形態にかかる磁性楔１０がステータ３１のスロット開口部に取り付けられた状態の断面模式図を示す。この図は、ステータ３１を回転電機の軸を含む平面でティース３４間の中央付近（スロット中央付近）をカットした断面図を示している。この図の紙面左右方向が回転電機の軸方向であり、紙面上方が回転電機の内径側であり、紙面下方が外径側である。磁性楔は、図のようにスロットの内径側に３個列をなして設置されている。これらの内、軸方向両端に位置するものが本実施形態の磁性楔１０であり、中央のものは厚さが一定の磁性楔９である。

【0041】

磁性楔９および１０の外形側にはスロットライナー３５があり、さらに、その外形側にコイル３３がある。コイル３３は、スロット内に複数本設置されている。図１では説明の便宜上、磁性楔１０とスロットライナー３５とコイル３３の間に隙間を空けた模式図にしているが、実際には、これらは接触ないし密着している。またコイル３３は、通常、内周側に存在するロータ（図示せず）との干渉を避けるため、スロットの外側では、図のように外径側に押し広げる形で固定される。そのためコイル３３は、スロットの内部では図のように湾曲するが、本実施形態の磁性楔１０を図のようにスロット軸方向両端に設置することにより、無駄な隙間がなくなるので、磁性楔による回転電機の効率向上効果をより高めることができる。

【0042】

図３の模式図を、回転電機の軸に垂直な面でカットした断面模式図を同図の下側に示す。断面の位置は軸方向端部（Ａ－Ａ´断面）と軸方向中央部（Ｂ－Ｂ´断面）の２カ所である。磁性楔１０の断面は、図のようにＴ型をしており、両側の鍔部（Ｔ型の両端）がティース３４の突起に引っかかって回転電機の内径側には脱落しないようになっている。本実施形態の磁性楔１０を使用した場合には、軸方向端部（Ａ－Ａ´断面）においても、磁性楔１０はスロットライナー３５を介してコイル３３によって外径側からティース３４に押しつけられて固定される。さらに、ワニス含浸により、磁性楔１０はティース３４のみならずスロットライナー３５とも接着されるため、より強固に固定される。この結果、回転電機駆動時の電磁力による振動に対しても耐性が高まり、磁性楔の摩耗や折損といったトラブルの発生リスクを減じることができる。

【0043】

なお、図３にはスロットの軸方向両端に本実施形態の磁性楔１０、中央に厚さが一定の磁性楔９の計３個を挿入した例を示したが、磁性楔の挿入形態はこれに限らない。例えばコイル３３の湾曲が大きい場合は、両端から本実施形態の磁性楔１０を挿入して、１スロットに２個挿入する形態でも良い。このような場合は、ステータ３１が薄い小型の回転電機などで好適である。一方、ステータ３１が厚い大型の回転電機などでは、軸方向中央の厚さが一定の磁性楔９の数を増やした上で、スロットの両端にだけ本実施形態の磁性楔１０を２個挿入する形態にしても良い。この場合、中央の複数の磁性楔９を比較的長い１個の磁性楔９に置き換えても良い。

【0044】

磁性楔１０は、軟磁性粒子（以下、軟磁性粉末ともいう）、例えば、鉄粉またはＦｅ基軟磁性合金粉末のいずれか、あるいはその両方からなる圧粉体とすることができる。磁性楔１０をこのような材質とすることにより、粉末プレス成形で製造することが可能となり、その結果、以下のように機械加工によらず前記の形状を容易に形成することができる。

【0045】

図４は、粉末プレス成形で成形体１１を製造する際に使用する、成形用の金型（ダイス４０）および上パンチ４１および下パンチ４２の模式図である。ダイス４０には、成形体１１（後に焼成して磁性楔１０となる）の側面形状（図１の中央図の形状）に等しい直角台形の形状の開口部４３を有するキャビティが設けられている。このとき、当該直角台形の形状は、上述した磁性楔１０の形状と同様に、台形の下底および上底より、高さの方が長く、当然のことながら、直角台形の高さより斜辺の方が長い。よって、当該直角台形を構成する四辺のうち、最長の辺が斜辺である。

【0046】

上パンチ４１および下パンチ４２は、成形方向（紙面上下方向）に垂直な断面形状が、磁性楔１０の側面形状に等しい形状となっている。ただし、上パンチ４１および下パンチ４２は、ダイス４０の開口部４３内に挿入可能とするため、開口部４３の寸法よりも数μｍ程度小さい寸法となっている。

【0047】

図４の紙面下側に、下パンチ４２の拡大図を示す。この図から分かるように、下パンチ４２には、磁性楔の鍔部２５を成形するための凹凸がある。図１で説明した磁性楔１０の基準辺２１は、下パンチ４２の辺４２１側で形成され、磁性楔１０の斜辺２２は、下パンチ４２の辺４２２側で形成され、磁性楔１０の鍔部２５の角度θは、下パンチ４２の辺４２３および辺４２４によって形成される。この時、辺４２１に対して、辺４２３と辺４２４は平行である。これは、つまり、図３のＡ－Ａ´断面またはＢ－Ｂ´断面の図において、磁性楔１０はティース３４より内径側（紙面上側）に突き出ておらず（換言すると、ティース３４の先端位置と磁性楔１０の基準面２１は同じ高さであり）、この位置関係を維持する形状である。さらに換言すると、上下パンチのパンチ面に凹凸があり、その凹凸の等高線が直角台形の長辺と平行である。

【0048】

本発明の実施形態である磁性楔の製造方法は、回転電機の固定子のスロット開口部に設置される磁性楔の製造方法であって、前記回転電機の周方向における磁性楔の寸法を幅とすると、軟磁性粒子を含む原料粉末を前記幅の方向にプレス成形して成形体を得るプレス成形工程を有し、当該プレス成形工程において、磁性楔１０の側面形状と同じ形状の開口部を有する金型と、前記金型の開口部に挿入可能なパンチを使用する。

【0049】

ここで、プレス成形工程では、例えば、ダイスと上下パンチを使用して磁性楔１０の成形体１１を得ることができる。ダイス４０と上パンチ４１および下パンチ４２を使用した磁性楔１０の成形方法は以下の通りである。まず、ダイス４０に下パンチ４２だけを挿入しておき、キャビティ内に軟磁性粉末を含む原料粉末を充填する。その後、上パンチ４１をダイスの開口部４３に挿入し所定の圧力で加圧する。このとき、加圧方向（成形方向）は磁性楔１０の幅方向となる。

【0050】

さらに、図４の模式的に示したように、上下パンチにおけるパンチ面の形状を、磁性楔１０の側面部の形状と同一にしておき、磁性楔１０の幅方向に加圧成形することが好ましい。加圧された原料粉末は圧密化されて磁性楔１０の形状を有した成形体１１となる。この成形体１１に熱処理等を施して固化することにより、余分な機械加工を行うことなく、容易に磁性楔１０を得ることができる。

【0051】

磁性楔１０の長さ方向に垂直な断面における形状は、図１に示したＴ型形状に限らず、厚さ方向に磁性楔の幅が異なる形状であれば良く、例えば台形型など、各種の形状を採用することができる。そして、この場合、上パンチ４１および下パンチ４２のパンチ面も、磁性楔１０の側面形状に合わせた形状で構成される。

【0052】

さらに、磁性楔１０の側面形状（および上パンチおよび下パンチの形状）は、直線と曲線からなり、それらを滑らかに接続した形状とすることが好ましい。このような形状であれば、成形時に、ダイスの開口部のキャビティ内の原料粉末が上下パンチに押された際に、パンチ表面の形状に沿って原料粉末が圧力の高い部分から低い部分へと移動できるので、成形体１１内部の密度均一性を向上させることができる。また、このようなパンチ面形状とすることにより、成形時にパンチ面に加わる応力が変曲部へ集中することを防止することができ、パンチの耐久性向上、寿命向上の面でも好ましい。さらに、磁性楔１０はモータ駆動時に電磁加振力によりティースに繰り返し押し付けられて応力が生じるが、磁性楔１０の側面をこのような形状とすることにより、上記の応力が変曲部に集中することを防止できる。このため、磁性楔の耐久性向上、寿命向上の面で有効である。

【0053】

加圧成形の方法としては、図４のように単純に上下パンチで圧縮する成形法（一段成形）が使用可能であるが、それ以外にも、上下パンチの片方もしくは両方を分割してそれぞれを独立に制御して圧縮する成形法（多段成形）を使用することもできる。これらのうち、一段成形法であれば使用するプレス機や金型の複雑化、大型化を回避することができ、また、成形に要する時間も比較的短時間にすることができるため好ましい。ただし、一段成形法を採用する場合は、成形体内部での密度差が大きくなりすぎないように配慮する必要がある。

【0054】

すなわち、図１に示した磁性楔１０の長さ方向に垂直な断面の形状において、上辺の長さをＷ_１とし、下辺の長さをＷ_２としたとき、Ｗ_１／Ｗ_２が小さすぎると、上辺付近の成形体密度が上がりやすくなる一方、下辺付近の成形体密度が上がり難くなるため、成形体内部での密度差が大きくなり、強度低下や磁気特性不足を生じやすくなる。かかる観点から、一段成形の場合は、Ｗ_１／Ｗ_２は６５％以上が好ましく、７０％以上がより好ましく、７５％以上がさらに好ましい。一方で、Ｗ_１／Ｗ_２の値が１００％となると幅方向の突起がなくなり、図３に示したような形態では磁性楔を固定できなくなる。かかる観点から、Ｗ_１／Ｗ_２の値は９５％以下が好ましく、９０％以下がより好ましく、８５％以下がさらに好ましい。

【0055】

一方、固定子の構造上、Ｗ_１／Ｗ_２の値を６５％以下等にせざるを得ない場合がある。このような際には多段成形法を使用することにより、Ｗ_１／Ｗ_２を６０％以下、もしくは５０％以下、さらには４０％以下といった形状も作製可能である。

【0056】

成形時の加圧方向は上記の幅方向以外にも、厚さ方向や長さ方向に加圧することも原理的には可能である。しかし、厚さ方向に加圧する場合、加圧面が磁性楔１０の最大の面で加圧することになるため、多くの荷重が必要となる。このため、大型のプレス機が必要となり、設備コストが高くなるなどの問題が生じる。一方、長さ方向に加圧する場合には、加圧面は最小になるものの、図１に示したような形状を成形工程のみで形成することが困難になる。さらに、かなり厚いダイスと細長い上下パンチを用意する必要があり、金型の耐久性も含めて金型コスト増大の原因となる。その点、幅方向に加圧する本実施形態の製造方法によれば、比較的面積の小さい面で加圧することができ、厚さ方向に成形する場合に比べて荷重を大幅に低減できる。さらに、磁性楔の斜辺２２の形状も、上述のようにダイスの開口部を適切な形状にすることで容易に形成することができる。

【0057】

成形圧力は、原料粉末の材質と性状に応じて適宜調整することが可能であるが、低すぎると成形体の密度が低すぎて成形体強度不足となり、後工程でのハンドリングに支障をきたすほか、熱処理後でも低密度となって強度不足や所望の磁気特性が得られないという問題を引き起こす場合がある。そのため、成形圧力は、０．１ＧＰａ以上が好ましく、０．２ＧＰａ以上が好ましく、０．３ＧＰａ以上がさらに好ましい。一方、成形圧力が高すぎると金型への負荷が大きくなって摩耗や亀裂が発生しやすくなり、金型寿命が短くなる。このような観点から成形圧力は、３ＧＰａ以下が好ましく、２ＧＰａ以下がより好ましく、１ＧＰａ以下がさらに好ましい。

【0058】

また、金型の長寿命化のためには、ダイスと上パンチおよび下パンチの少なくとも成形体１１に接する部分を超硬合金で形成することが好ましい。

【0059】

以上のように、本実施形態の製造方法によれば、機械加工を行うことなく磁性楔１０の端部にアール形状を形成することができ、回転電機の効率を高めやすい磁性楔１０を低コストで製造することが可能となる。さらに、ダイスの開口部の角部、およびそれに対応する上下パンチの角部にアールが施されていてもよい。これにより成形圧力によって生じる角部への応力集中がアール形状によって緩和され、金型寿命の向上という点でも効果を有する。アールの半径は、上述の効果をより確実に享受するためには、０．１ｍｍ以上が好ましく、０．２ｍｍ以上がより好ましく、０．３ｍｍ以上がさらに好ましい。

【0060】

磁性楔１０の実効的な長さを確保する観点からは、アールの半径は磁性楔１０の厚さの５０％以下が好ましく、４０％以下がより好ましく、３０％以下がさらに好ましい。一方で、アールを小さめにすることで、この部分の磁性楔とティース先端部との間の隙間を低減し、磁性楔の固定を強め、隙間の周辺で生じる磁束の分布の乱れも抑制し、結果として、磁性楔によるモータ効率の向上にも寄与する。かかる観点においても、アールの半径は磁性楔１０の厚さの５０％以下が好ましく、４０％以下がより好ましく、３０％以下がさらに好ましい。

【0061】

また、磁性楔１０は、軟磁性粒子と電気絶縁性の物質からなる複合材（コンポジット材）とすることができる。コンポジット材は、複数の軟磁性粒子間に電気絶縁性の物質を存在させて、軟磁性粒子同士を結着させるとともに、粒子間を電気的に隔絶したものであり、磁性楔１０の電気抵抗を高めることによって、磁性楔１０に生じる渦電流損失を抑制することができる。

【0062】

軟磁性粒子の平均粒径（累積粒度分布におけるメジアン径ｄ５０）は、大きすぎると電気抵抗が下がって渦電流損失が大きくなるため、２００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましく、５０μｍ以下がさらに好ましい。一方、高い透磁率を維持し、磁性楔の効果を高めるためには、強磁性粒子の平均粒径は、２μｍ以上が好ましく、５μｍ以上がより好ましく、１０μｍ以上がさらに好ましい。

【0063】

電気絶縁性の物質としては、有機物、無機物のいずれも使用可能であり、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミド、ポリアミドイミド、シリコン樹脂、コロイダルシリカ、低融点ガラスなどが使用可能である。これらを使用した場合、強磁性粉末とこれらの電気絶縁性物質を混合後、前記の粉末プレス成形のほか、トランスファー成形、射出成形、ホットプレス等の方法でも作製できる。

【0064】

本実施形態である磁性楔の製造方法は、前記原料粉末は、Ｆｅよりも酸化しやすい元素Ｍを含有するＦｅ基軟磁性粒子の粉末と、バインダとの混合粉であり、前記プレス成形工程の後に、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形成する熱処理工程を有する。

【0065】

また、磁性楔１０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。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、Ｆｅ_２Ｏ_３よりも低い元素を意味している。元素Ｍとしては、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を使用することができる。

【0066】

磁性楔１０の一形態として、軟磁性粒子がＦｅより酸化しやすい元素Ｍを含むＦｅ基合金であり、軟磁性粒子間に元素Ｍの酸化物相を生成させて粒子同士を結着した形態とすることも可能である。この形態の磁性楔１０の作製方法としては、軟磁性粒子を前記の方法でプレス成形後、酸素が存在する雰囲気で熱処理することにより、元素Ｍの酸化物相を粒界に成長させることができる、この形態であれば、粒界の電気絶縁性物質の割合を最小化することができ、高密度となるので、高強度、高透磁率となって、より好適である。

【0067】

元素Ｍの酸化物相を生成させるためには、熱処理温度を６５０℃以上とするのが好ましく、７００℃以上とするのがさらに好ましい。一方、熱処理温度が高すぎるとＦｅの酸化が進んで磁気特性が劣化（透磁率減少および鉄損増大）するため、かかる観点から熱処理温度は８５０℃以下とするのが好ましく、８００℃以下とするのがさらに好ましい。また、熱処理時間は短すぎると元素Ｍの生成が不十分となって強度が低下する一方、長すぎるとＦｅの酸化が進んで磁気特性が劣化する。かかる観点から熱処理時間は３０分～６時間の範囲とするのが好ましく、１～３時間の範囲とするのがさらに好ましい。

【0068】

ここで、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、曲げ強度と電気抵抗の高い磁性楔１０とすることができる。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。

【0069】

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。

【0070】

また、Ｆｅ基軟磁性粒子は、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。さらに、Ｆｅ基軟磁性粒子は、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。

【0071】

以上のように、本発明によれば、回転電機の効率をより高めることのできる磁性楔を得ることができ、また、そのような磁性楔を機械加工をせずに低コストで製造することが可能となる。

【符号の説明】

【0072】

９：磁性楔（厚さが一定）
１０：磁性楔（厚さが異なる）
１１：成形体（磁性楔）
２１：磁性楔の基準辺
２２：磁性楔の斜辺
２３：磁性楔の辺
２４：磁性楔の辺
２５：磁性楔の鍔部
３１：ステータ
３２：ロータ
３３：コイル
３４：ティース
３５：スロットライナー
３６：二次導体
４０：ダイス
４１：上パンチ
４２：下パンチ
４３：ダイスの開口部
Ｌ：磁性楔の長さ
Ｒ：アール
Ｔ：磁性楔の厚さ
Ｔ_１：磁性楔の厚さ
Ｔ_２：磁性楔の厚さ
Ｔ_３：磁性楔の胴部の厚さ
Ｗ：磁性楔の幅
Ｗ_１：磁性楔の上辺の長さ
Ｗ_２：磁性楔の下辺の長さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】