磁场元件用芯的制作方法

专利名称：磁场元件用芯的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁场元件用芯，特别是涉及磁场元件用芯的形状。
背景技术：
过去，提出过一种提高磁场元件用芯的强度的技术方案。例如，在下面的专利文献 1中公开了一种技术将插入场磁铁的狭缝一分为二，对于该狭缝，设置连结磁场元件用芯 的外周侧与内周侧的连结部(在专利文献1中记作“桥”)。但是，由于专利文献1中的被分割的狭缝呈矩形，因此，在连结部的根部形成角 部。因此，在连结部处产生的应力集中在该角部处，连结部甚至磁场元件用芯都有可能发生 变形。例如，在下述专利文献2和专利文献3中介绍了一种通过在连结部的角部设置圆 角以缓解应力集中的技术。在专利文献4、5中介绍了与本发明相关的其它技术。专利文献1 日本实开平7-11859号公报专利文献2 日本特开2002-281700号公报专利文献3 日本特开2004-260888号公报专利文献4 日本特开平9-294344号公报专利文献5 日本特开2003-174747号公报

发明内容
但是，在专利文献2和专利文献3中，仅在角部处设有圆角，其余部分是平坦的。因 此，应力仍然容易集中在设有圆角的角部附近。本发明就是鉴于上述情况而产生的，其目的在于缓解连结部处的应力集中。本发明的磁场元件用芯包括场磁铁贯通孔(41、42、44)，在规定的轴(P)的周围 在圆周方向(92)配置成环状，在所述圆周方向上相邻地形成组，分别在所述圆周方向具有 一对端部(411、412、421、422、441、442)；和连结部(11、17、18)，被设置在形成相同的所述 组的所述场磁铁贯通孔之间，分别具有属于不同的所述场磁铁贯通孔并在所述圆周方向 上相邻的所述端部(412、442、422、441)作为侧面(111、112、111、112、171、172、181、182)， 所述侧面的至少一个(111、111、171、181)具有弯曲部分(llla、121a 161a、171a、181a、 181c)，从沿着所述轴的第一方向(91)观察，所述弯曲部分沿着以相对于该侧面位于与所 述连结部相反侧的位置(clll、cllU cl71、cl811、cl812)为中心的圆，与所述圆的半径 (Rb)与所述场磁铁贯通孔从所述连结部延伸的第二方向(941、942、944)垂直的第三方向 上的所述弯曲部分的长度(Lm、Ln、……、Lnl、Ln2)的比值χ、以及在以所述轴为中心的径 向上位于所述轴侧的所述场磁铁贯通孔的表面(31)至所述中心的距离(Lc)与所述第三方 向上的所述连结部的长度(Lm)的比值y(Lc/Lm)满足下式y ( χ-0. 05，且y彡-χ+1. 05， 且 y < -3/16 · x+25/32,且 y 彡 3/16 · x+7/32。
本发明的磁场元件用芯的第二方式是在第一方式的磁场元件用芯中，从所述第一 方向(91)观察，形成相同的所述组的所述场磁铁贯通孔(41、42、44)均沿着按每个所述组 确定的某一个方向(94)延伸。本发明的磁场元件用芯的第三方式是在第一或者第二方式的磁场元件用芯中，所 述第二比值(Lc/Lm)是0.5。本发明的磁场元件用芯的第四方式是在第一或者第二方式的磁场元件用芯中，所 述第二比值(Lc/Lm)是0. 5以外的数值。本发明的磁场元件用芯的第五方式是在第一至第四方式任意一个方式中的磁场 元件用芯中，所述连结部的所述侧面(111、112、111、112、171、172、181、182)均具有所述弯 曲部分(Ilia、121a 161a、171a、181a、181c)，连结各个所述侧面所具有的所述弯曲部分 的各个所述中心(C111、C112、C171、C172、C181、C182)的线的垂线，与各个所述侧面所属的 所述场磁铁贯通孔的所述第二方向(941、942)在所述轴(P)侧所成的角的二等分线平行。本发明的磁场元件用芯的第六方式是在第一至第五方式中任意一个方式的磁场 元件用芯中，所述弯曲部分(Illa ；171a)的两端部(rll、rl2 ；r31、r32)和与所述连结部 (11、17)相比分别位于外周侧以及内周侧的所述场磁铁贯通孔(41、42、44)的表面(21、31、 41)相连，所述弯曲部分与所述连结部分的交界处被修圆或者形成角部。本发明的磁场元件用芯的第七方式是在第一至第五方式任意一个方式的磁场元 件用芯中，对于从所述第一方向(91)观察的所述侧面(111 ；……；111 ；111 ；181)，所述 侧面还具有所述场磁铁贯通孔(41、42、44)沿着所述第三方向(951、952、954)的平面部分 (121b ；……；151b ；161b ；181b)，所述弯曲部分(121a ；……；161a ；181a)的两端部中的一 个端部(r21 ；r23 ；r41 ；r51 ；r62 ；r71)通过所述平面部分，与相对于所述弯曲部分位于和 该端部相同侧的所述表面(21、……、21、31、21)相连。本发明的磁场元件用芯的第八方式是在第七方式的磁场元件用芯中，所述弯曲部 分(151a ；161a)的所述其中一个所述端部(r51 ；r62)与所述平面部分(151b ；161b)直接 相连。本发明的磁场元件用芯的第九方式是在第七方式的磁场元件用芯中，从所述第一 方向(91)观察的所述平面部分(121b ；……；141b ；181b)沿着所述第二方向(941、942、 954)从所述弯曲部分(121a ；……；141a ；181a)突出。本发明的磁场元件用芯的第十方式是在第七至第九方式的任意一个方式的磁场 元件用芯中，所述第一方向(91)观察，所述侧面(181)成对(181a、181c)具有所述弯曲部 分，所述平面部分(181b)被设置在所述弯曲部分之间。本发明的磁场元件用芯的第十一方式是在第一至第十方式的任意一个方式的磁 场元件用芯中，所述场磁铁贯通孔(41、42)从所述连结部(11)弯曲或者折曲并延伸，所述 第二方向(9411)是以所述连结部作为起始点而延伸的直线状的方向。发明效果根据本发明的磁场元件用芯的第一至第三以及第十一方式，通过设置弯曲部分， 在连结部处产生的应力易于被分散。于是，连结部处的应力集中得以缓解。根据本发明的磁场元件用芯的第四方式，弯曲部分的中心从弯曲部分的两端的中 央在第三方向上偏离。在此情况下，能够增大与该中心偏离的方向相反一侧的弯曲部分的端部的切线与第二方向所形成的角度。这样就能缓解该端部上的应力集中。根据本发明的磁场元件用芯的第五方式，不仅能够增加第二方向上的场磁铁贯通 孔的长度，而且能够在该第二方向上插入更长的磁铁。根据本发明的磁场元件用芯的第六方式，由于整个侧面弯曲，因此，难以在连结部 产生应力集中。根据本发明的磁场元件用芯的第七方式，能用弯曲部分分散在连结部处产生的应 力。而且，通过在侧面设置弯曲部分，这样就能在不缩小从场磁铁贯通孔的规定方向所看到 的面积的情况下设置平面部分。如果在场磁铁贯通孔中插入磁铁，那么就能用平面部分固 定该磁铁。根据本发明的磁场元件用芯的第八方式，能用弯曲部分分散在连结部处产生的应 力。而且，通过在侧面设置弯曲部分，这样就能在不缩小从场磁铁贯通孔的规定方向所看到 的面积的情况下设置平面部分。当在场磁铁贯通孔中插入磁铁时，能用平面部分固定该磁 铁。根据本发明的磁场元件用芯的第九方式，能用弯曲部分分散在连结部处产生的应 力。而且，通过在侧面设置弯曲部分，这样就能在不缩小从场磁铁贯通孔的规定方向所看到 的面积的情况下设置平面部分。当在场磁铁贯通孔中插入磁铁时，能用平面部分固定该磁 铁。根据本发明的磁场元件用芯的第十方式，能够用第一以及第二弯曲部分分散在连 结部处产生的应力。而且，当在场磁铁贯通孔中插入磁铁时，能用平面部分固定该磁铁。即 使该磁铁在连结部侧的端面弯曲成凸状，也能与该端面对应地设置平面部分。本发明的目的、特征、方面以及优点，通过以下详细的说明以及附图会更加清楚。


图1是示意地表示本发明的磁场元件用芯1的俯视图。图2是示意地表示在第一实施方式中所说明的连结部11的图。图3是示意地表示在第一实施方式中所说明的连结部11的图。图4是表示比值Rb/Lm与在连结部11产生的应力最大值的关系的图。图5是表示在场磁铁贯通孔41、42中所设的空隙431的图。图6是表示比值Lc/Lm与在连结部11产生的应力最大值的关系的图。图7是表示比值Lc/Lm与在连结部11产生的应力最大值的关系的图。图8是表示比值Rb/Lm、比值Lc/Lm以及在连结部11产生的应力最大值的关系的 图。图9是用来说明被插入场磁铁贯通孔中的磁铁的长度的图。图10是表示角度e b与在连结部处产生的应力最大值的关系的图。图11是表示在场磁铁贯通孔41、42中所设的空隙432的图。图12是表示在场磁铁贯通孔41、42中所设的空隙43的图。图13是表示在场磁铁贯通孔41、42中所设的空隙43的图。图14是表示在场磁铁贯通孔41、42中所设的空隙43的图。图15是表示相当于一个连结部的磁场元件的示意结构的图。
图16是表示本磁场的模型的图。
图17表示传统的磁场的模型的图。
图18是表示比值Rb/Lm、比值Lc/Lm、以及评价值E3的关系的图。
图19是表示相当于一个连结部的磁场芯的示意结构的图。
图20是示意地表示在第二实施方式中所说明的连结部11的图。
图21是示意地表示在第二实施方式中所说明的连结部11的图。
图22是示意地表示在第二实施方式中所说明的连结部11的图。
图23是示意地表示在第二实施方式中所说明的连结部11的图。
图24是示意地表示在第二实施方式中所说明的连结部11的图。
图25是用等高线表示在图22所示的连结部11产生的应力的图。
图26是表示在呈现与连结部11不同形状的连结部处产生的应力的图。
图27是表示在呈现与连结部11不同形状的连结部处产生的应力的图。
图28是图25的虚线所围成的区域的放大图。
图29是图27的虚线所围成的区域的放大图。
图30是示意地表示在第三实施方式中所说明的连结部17的图。
图31是示意地表示在第三实施方式中所说明的磁场元件用芯1的图。
图32是示意地表示图31所示的连结部17的图。
图33是示意地表示在第三实施方式中所说明的磁场元件用芯1的图。
图34是示意地表示在第四实施方式中所说明的连结部18的图。
图35是用等高线表示在连结部18产生的应力的图。
图36是表示在呈现与连结部18不同形状的连结部处产生的应力的图。
图37是示意地表示铆接部9的位置的图。
图38是示意地表示铆接部9的位置的图。
具体实施例方式图1是示意地表示本发明的磁场元件用芯1的图。磁场元件用芯1包括场磁铁贯 通孔41、42、44、以及连结部11 (在后述的第三以及第四实施方式中分别为连结部17、18)。场磁铁贯通孔41、42、44在沿着规定的轴P的方向91的周围在圆周方向92被配 置成环状，并且在圆周方向92上相邻而构成组。在图1中示出了构成同一组的场磁铁贯通 孔41、42、44从规定的方向91观察均沿着按每组所确定的某一个方向94延伸的情况。但 是，也可以是，从规定的方向91观察，构成同一组的场磁铁贯通孔41、42、44中的任意一个 相对于另一个倾斜。具体来讲，场磁铁贯通孔41延伸的方向941、场磁铁贯通孔42延伸的 方向942、场磁铁贯通孔44延伸的方向944也可以相互交叉。在后述的实施方式中，主要对 场磁铁贯通孔41、42、44均沿着一个方向94的情况进行说明。场磁铁贯通孔41在圆周方向92上具有一对端部411、412，场磁铁贯通孔42在圆 周方向92上具有一对端部421、422，场磁铁贯通孔44在圆周方向92上具有一对端部441、 442。连结部11被设置在构成同一组的场磁铁贯通孔41、42、44之间。位于场磁铁贯通 孔41、44之间的连结部11分别以端部412、442作为侧面111、112，位于场磁铁贯通孔42、44之间的连结部11分别以端部441、422作为侧面111、112。上述内容可以理解为分别属 于不同的场磁铁贯通孔且在圆周方向92上相邻的端部分别构成连结部11的侧面111、112。 此外，连结部11也可以被设置于构成同一组的场磁铁贯通孔41、42、44的相互之间的任何一个。下面，对连结部11的侧面111、112的形状进行说明。对于图1中的磁场元件用芯 1，对关于场磁铁贯通孔41、42、44以及连结部11处于与轴P相反侧(以下称作外周侧)的 芯部标注附图标记2，对轴P侧(以下称作内周侧)的芯部标注附图标记3。第一实施方式图2以及图3表示图1所示的一个连结部11的放大图。连结部11的侧面111、 112分别沿着圆整体凹入地弯曲。此外，在以下的说明中，对位于场磁铁贯通孔41、44之间 的连结部11进行说明，但对于位于场磁铁贯通孔42、44之间的连结部11也同样。根据上述侧面111、112的形状，由于侧面111、112整体弯曲，因此，在连结部11产 生的应力被分散，这样就不会在连结部11产生应力集中。此外，如果将整个侧面111、112理解为弯曲部分11 la、112a，那么，上述侧面111、 112的形状可以按照以下方式理解。即，从规定的方向91观察的弯曲部分111a的两端分别 与场磁铁贯通孔41的芯部2侧的表面21以及芯部3侧的表面31相连。弯曲部分112a也 可以按照同样的方式理解。此外，侧面111、112的至少任一个具有弯曲部分即可。这一点 在其它的实施方式中也同样。从应力分散的观点来看，连接弯曲部分111a所沿的圆的中心clll和弯曲部分 112a所沿的圆的中心c 112的直线AO最好沿着一个方向94。特别是，图2示出了中心clll、cll2分别位于与一个方向94垂直的方向95的场 磁铁贯通孔41、44的宽度的中央的情况。即，中心clll距表面31的距离Lcl与方向95上 的场磁铁贯通孔41的宽度Lml的比值Lcl/Lml是0. 5。同样，中心cll2距表面31的距离 Lc2与方向95上的场磁铁贯通孔44的宽度Lm2的比值Lc2/Lm2也是0. 5。此处，以宽度 Lml、Lm2以及距离Lcl、Lc2作为宽度Lm、距离Lc相等的情况为例进行说明。此外，在图3中示出了中心c 111、c 112分别从方向95上的场磁铁贯通孔41、44的 宽度中央偏向芯部2侧的情况。S卩，比值Lcl/Lml是比0.5大的值。同样，比值Lc2/Lm2也 是比0.5大的值。根据该形状，在与使中心clll、112分别从场磁铁贯通孔41、44的宽度中央偏离的 方向相反的一侧，即在图3中芯部3侧的侧面111的端部rl2，侧面111的切线t (rl2)与场 磁铁贯通孔41的表面31在场磁铁贯通孔41侧所成的角度9 1增大，因此，端部r12上的 应力集中得以缓解。同样，在侧面112的端部rl5，侧面112的切线t(rl5)与场磁铁贯通 孔44的表面31在场磁铁贯通孔44侧所成的角度0 1增大，因此，端部rl5上的应力集中 得以缓解。例如，中心c 111、112也可以分别相对于场磁铁贯通孔41、44的宽度中央偏向芯部 3侧。图4表示在图2所示的连结部11的形状中，侧面111所沿的圆的半径Rb与宽度 Lm的比值Rb/Lm以及在连结部11上产生的应力的最大值的关系的曲线图。切线t(rll)与表面21在场磁铁贯通孔41侧所成的角度0 b在式(1)中用侧面111所沿的圆的半径Rb与宽度Lm的比值Rb/Lm表示。此外，可以将一个方向94理解为各 个场磁铁贯通孔41、42从连结部11延伸的方向，以下相同。0b = 90° +sin-KlA · (Lm/(2 · Rb)) ......(1)图4所示的曲线图是在以下条件下模拟的结果。S卩，磁场元件用芯1的外径为 88. 6 (mm)、转速为120 (/sec)、一个方向94上的连结部11的最小宽度Lb为0.6 (mm)、宽度 Lm为2. 8 (mm)、半径Rb为1. 4 7. 0 (mm)，即比值Rb/Lm为0. 5 2. 5。而且，如图5所示， 在场磁铁贯通孔41、42的各个端部411、421设置空隙431。空隙431从端部411、421向磁 场元件用芯1的外周侧延伸。此外，在该模拟中，在侧面111、112与场磁铁贯通孔的表面的 各个交界处设置半径为0.2 (mm)的圆角。此外，并非一定是圆角，也可以是棱角部。后述的 其它模拟结果也同样。由图4所示的曲线图可知，当比值Rb/Lm处于0.55 1.5的范围时，应力的最大 值为125Mpa以下。此外，此时，角度9 b相当于155. 4 135.6 )的范围(参照式1)。
图6所示的曲线图是当比值Rb/Lm是1. 0时，改变距离Lc后模拟应力最大值的结 果。其它的条件与图4的条件相同。由图6所示的曲线图可知，当比值Lc/Lm处于0.33 0. 6的范围时，应力的最大值为125Mpa以下。图7所示的曲线图是当比值Rb/Lm为1. 5时，改变距离Lc后模拟应力最大值的结 果。其它的条件与图4的条件相同。由图7所示的曲线图可知，当比值Lc/Rm为0.5时，应 力的最大值变为125Mpa以下。由图4、6、7所示的曲线图可知，比值Rb/Lm与比值Lc/Lm会影响应力的最大值，具 有降低应力最大值的最佳范围。图8是用等高线801 807表示应力的最大值的图，横轴 表示比值Rb/Lm，纵轴表示比值Lc/Lm。虚线所示的线是保持作为场磁铁贯通孔的形状的界 线，此范围外侧的部分不用等高线表示。等高线801 807表示依次减小的应力。更具体 地来讲，等高线801表示180Mpa，等高线802表示160Mpa，等高线803表示140Mpa，等高线 804表示135Mpa，等高线805表示130Mpa，等高线806表示125Mpa，等高线807表示120Mpa。 在等高线807的内侧标注短线，表示在该区域中上述应力的最大值不足120Mpa。根据图8所示的等高线，只要是粗线所表示的区域，应力的最大值基本可以控制
在125Mpa以下。该区域用下式表示。Lc/Lm ≤ Rb/Lm—O. 05......(2)Lc/Lm ≥-Rb/Lm+1. 05......(3)Lc/Lm ≤-3/16 · (Rb/Lm)+25/32......(4)Lc/Lm ≥ 3/16 · (Rb/Lm) +7/32......(5)此外，过去，通过在弯曲部分Illa与场磁铁贯通孔的表面21、31的交界处使弯曲 部分Illa的切线与表面21、31平行来消除角部，以此减少应力集中。即，过去，当比值Rb/ Lm为0. 5时，如图8所示，与Rb/Lm = 0. 5的情况相比，满足式(2) (5)的区域能够进一 步减少应力。如上所述，在本实施方式中，即使是角度9b(参照图2)比180度小的形状， 即通常被认为应力降低效果不理想的形状，也能减少应力集中。此外，在满足式(2) (5)的区域中，能够将方向94上的长度更长的磁铁插入场 磁铁贯通孔41、42、44。参照图9、10，进行更加具体的说明。图9表示在图8所示的区域中， 比值Lc/Lm为最大值0. 65、比值Rb/Lm为0. 7 (参照图8)时的场磁铁贯通孔41。为了进行比较，在图9中用虚线表示比值Lc/Lm以及比值Rb/Lm均为0. 5时的弯曲部分111a’。如图9所示，弯曲部分111a的两端部rll、rl2的位置与弯曲部分111a’的两端部 rll’、rl2’相比分别位于连结部11侧。这样就能将在方向95上的长度更长的磁铁插入场 磁铁贯通孔41。即，与被插入具有弯曲部分11a’的场磁铁贯通孔的磁铁51’相比，被插入 具有弯曲部分111a的场磁铁贯通孔41的磁铁51能够使用在方向64上的长度更长的磁铁。鉴于磁铁在方向94上的长度，根据方向95上的弯曲部分11 la、112a的对称性，比 值Lc/Lm最好是0. 5，而且，比值Rb/Lm越大越好。因此，从磁铁的长度的观点来看，也考虑 图8的区域，比值Lc/Lm最好是0. 5，比值Rb/Lm最好是1. 5。图10是改变图4所示的曲线图的条件后得到的模拟结果。条件如下所述。磁 场元件用芯1的外径为123 (mm)、转速为120 (/sec)、最小宽度Lb为0. 7 (mm)、宽度Lm为 5. 2 (mm)、半径Rb为2. 6 10. 4 (mm)。而且，如图11所示，在场磁铁贯通孔41、42的各自的 端部411、421设置空隙432。空隙432从端部411、421向磁场元件用芯1和磁场元件用芯 1的外周之间延伸。此外，在该模拟中，在侧面111、112与场磁铁贯通孔的表面的交界处设 置半径为0.2mm的圆角。由图10所示的曲线图可知，当比值Rb/Lm处于0. 55 1. 5的范围时，应力的最大 值为100 (Mpa)以下。也可以在端部411、412设置例如呈图12 图14所示形状的空隙43。在图12中， 空隙43从端部411、421延伸到磁场元件用芯1的外周，在外周侧扩大。在图13中，空隙43 从端部411、421延伸到场磁铁贯通孔41、42与外周之间，该空隙43与外周之间随着向空隙 43的顶端去逐渐变窄。在图14中，空隙43具有从端部411、421延伸到外周的部分43a、以 及与该部分分开地设置在场磁铁贯通孔41、42与外周之间的部分43b。下面，对在场磁铁贯通孔中贯通插入了场磁铁的磁场元件的磁特性进行考察。此 处，以没有场磁铁贯通孔44而具有场磁铁贯通孔41、42的磁场元件用芯1为例进行说明。 即，在图1中，场磁铁贯通孔41、42隔着一个连结部11在圆周方向上相对置。图15仅示出 了该磁场元件的相当于一个连结部的部分。在图15中，场磁铁51、52沿着轴方向被分别贯 通插入场磁铁贯通孔41、42中。场磁铁51、52例如具有板状的形状，并且按照使其厚度方 向大致朝向径向的方式配置。由于场磁铁51、52在圆周方向上相互分开，因此，从场磁铁51、52产生的磁通的一 部分经由场磁铁51、52之间在其中发生短路。此外，如果是在与旋转轴垂直的截面中呈矩 形的场磁铁51、52，那么，就会在场磁铁贯通孔41、42的弯曲部分11 la、112a与场磁铁51、 52之间产生空隙。该磁通的一部分不仅通过位于场磁铁51、52之间的连结部11，也通过该 空隙。磁通的其余部分被供给到图中未示的在径向上与磁场元件相对置的电枢。由于经由场磁铁51、52之间短路的上述磁通的一部分(以下称作短路磁通)对于 具有磁场元件与电枢的旋转电机的操作没有丝毫用处，因此，这样的短路磁通越少越好。这样的短路磁通也会在具有无弯曲部分llla、112a的矩形场磁铁贯通孔的传统 磁场元件中产生。此处，通过使用了本磁场元件用芯的磁场元件，显示出与产生相同最大应力的传 统磁场元件相比更好的短路磁通减少的效果。此外，在传统的磁场元件中，最大应力取决于 圆周方向上的连结部的宽度。这样，将传统的磁场元件中的连结部的宽度设定成使得产生与本磁场元件的最大应力相同的最大应力。作为评价短路磁通的大小的评价值，引入短路磁通与由场磁铁51、52产生的磁通 (短路磁通与被供给到电枢的磁通之和)的比例。此外，如果是使用具有包括场磁铁贯通孔
41、42、44的磁场元件用芯1以及被分别插入场磁铁贯通孔41、42、44中的场磁铁的磁场元 件，那么，按照以下方式对评价值进行定义。即，它是经由被分别贯通插入场磁铁贯通孔41、
42、44中的三个场磁铁彼此间而短路的短路磁通的总和与该三个场磁铁产生的磁通的总和 的比例。由于这种短路磁通越小越好，因此，评价值也是越小越好。使用评价值E3来评价，该评价值E3用下式表现本磁场元件中的评价值E1和产生 与本磁场元件相同的最大应力的传统磁场元件中的评价值E2的差。E3 = (E1-E2)/E2X100......(6)图16及图17表示计算评价值E3时使用的旋转电机的模型。图16以及图17仅 示出了相当于一组场磁铁贯通孔41、42的部分。如图16所示，对于本磁场元件，连结部11 的侧面111、112分别具有整体沿着圆凹入地弯曲的弯曲部分llla、112a。如图17所示，对 于传统的磁场元件，连结部11的侧面111、112分别呈平坦面。图16表示使用了本磁场元 件的旋转电机，图17表示使用了传统的磁场元件的旋转电机。在任意一个旋转电机中都使 用相同的电枢60。电枢60具有例如24个电枢齿61以及磁性连结电枢齿61的后磁轭62。模拟的条件是磁场元件用芯的外径为88. 6 (mm)、电枢与磁场元件之间的气隙长 度为0. 7 (mm)、场磁铁的矫顽力bHc为963 (kA/m)、径向上的场磁铁的厚度为2. 8 (mm)、1个 场磁铁的圆周方向上的长度为20. 9(mm)、与连结部11相邻的场磁铁端的圆周方向上的距 离为6. 2 (mm)、本磁场元件的圆周方向上的连结部11的最小宽度Lb为0. 6 (mm)。但是，在 场磁铁贯通孔41、42的角部设置0.3 (mm)的圆角。此外，本磁场元件中所使用的场磁铁的 圆周方向上的长度、磁场元件磁铁的磁性特性、本磁场元件与电枢之间的气隙长度等都会 影响短路磁通，但是，它们在本磁场元件与传统磁场元件之间用同一数值计算。评价值E3 根据本磁场元件的短路磁通与传统磁场元件的短路磁通之比来计算，因此，即使是与上述 条件计算出来的数值不同的值，对评价值E3的影响也较小。因此，与上述条件不同的磁场 元件也适用以下说明的内容。对于本磁场元件，在该条件下，改变比值Rb/Lm与比值Lc/Lm后计算了评价值E1。 对于传统的磁场元件，设定连结部11的宽度使得产生与在本磁场元件中所产生的最大应 力相同的最大应力，在该条件下计算了评价值E2。图18中的横轴表示比值Rb/Lm，纵坐标表示比值Lc/Lm，用等高线表示评价值E3。 在等高线上所表示的数字表示评价值E3的值。此外，图8所示的区域用粗线表示。显示评价值E3为0的等高线表示减少短路磁通的效果在本磁场元件以及产生 与本磁场元件所产生的最大应力相同的最大应力的传统磁场元件之间没有差异。显示评价 值E3为正值的区域表示本磁场元件的减少短路磁通的效果比产生相同的最大应力的传 统磁场元件的减少短路磁通的效果差。显示评价值E3为负值的区域表示本磁场元件中的 短路磁通的降低效果比产生相同的最大应力的传统磁场元件中的减少短路磁通的效果好。由图18所示的模拟结果可知，在图8所示的区域中，即在满足式(2) (5)的区 域内评价值E3示出负值。于是，在满足式(2) (5)的区域中，能够降低在磁场元件用芯 中所产生的最大应力，并且与产生相同最大应力的传统磁场元件相比，减少短路磁通的效果更好。此外，由于满足式(2) (5)的区域包含在表示评价值E3为-10以下的区域中， 因此，如果是满足式(2) (5)的区域，那么，与产生相同的最大应力的传统磁场元件相比， 本磁场元件中的减少短路磁通的效果为10%以上。此外，在满足式⑵ (5)的区域中，在比值Lc/Lm = 0.5且Rb/Lm= 1. 2的附近 区域中，显示出评价值E3为-30以下的值。显示评价值E3为-30的等高线所围成的该区 域表示与产生相同的最大应力的传统磁场元件相比，本磁场元件的减少短路磁通的效果 为30%以上。在该区域中，短路磁通的降低效果尤其好。此外，作为评价值El、E2，也可以采用各个形状的短路磁通的数值本身并根据式 (6)使用评价值E3进行评价。即使据此评价本次的模拟，图18所示的结果也基本相同。此外，场磁铁贯通孔41也可以弯曲或者折曲并延伸。图19表示在场磁铁贯通孔 折曲并延伸的磁场元件用芯中的、相当于一个连结部的部分的另一示意例。场磁铁贯通孔41从连结部11沿着规定的直线方向9411延伸，在规定的位置折 曲，沿着与规定方向9411不同的规定的直线方向9412延伸。换言之，场磁铁贯通孔41延 伸的方向可以理解为具有两个直线方向9411、9412。在具有这种构造的磁场元件用芯1中， 作为长度Lm，采用在场磁铁贯通孔41从连结部11延伸的直线状的延伸方向中、与离连结 部11最近的直线状的延伸方向垂直的方向上的弯曲部分111的长度即可。换言之，采用在 作为场磁铁贯通孔41的延伸方向的方向9411、9412中、与以连结部11作为起始点的方向 9411垂直的方向上的弯曲部分111的长度。此外，在场磁铁贯通孔41弯曲并延伸的情况下，可以采用场磁铁贯通孔41的切线 方向作为其延伸方向，采用在场磁铁贯通孔41延伸的多个切线方向中的、与以连结部11作 为起始点的方向垂直的方向上的弯曲部分111的长度作为长度Lm。原因在于连结部11的 侧面由场磁铁贯通孔41、42的端部形成，因此，在连结部11中产生的应力取决于场磁铁贯 通孔41、42的端部。第二实施方式图20 图24分别示出了图2所示的连结部11的侧面111、112具有沿着与一个 方向94垂直的方向95的平面部分(以下，称作“平面部分”)12113、13113、14113、15113、16113、 122b、132b、142b、152b、162b 的情况。此时，除了平面部分 121b、131b、141b、151b、161b 以 外，侧面 111、112 还具有弯曲部分 121a、131a、141a、151a、161a、122a、131a、141a、151a、 162a。如在第一实施方式中所说明的那样，如果将一个方向94理解为各个场磁铁贯通孔 41,42从连结部11延伸的方向，那么，平面部分121b、131b、141b、151b、161b、122b、132b、 142b、152b、162b可以理解为沿着与该方向94垂直的方向95。在图20中，在侧面111、112的芯部2侧的端部分别设置有平面部分121b、122b。 平面部分121b沿着一个方向94从弯曲部分121a突出。平面部分122b沿着一个方向94 从弯曲部分122a突出。此外，平面部分121b、122b也可以分别被设置在侧面111、112的芯部3侧的端部。在图21中，在侧面111的芯部2侧的端部设置有平面部分131b，在侧面112的芯 部3侧的端部设置有平面部分132b。平面部分131b沿着一个方向94从弯曲部分131a突 出。平面部分132b沿着一个方向94从弯曲部分132a突出。在图22中，分别在侧面111的两端设置平面部分141b，在侧面112的两端设置平面部分142b。平面部分141b沿着一个方向94从弯曲部分141a突出。平面部分142b沿着 一个方向94从弯曲部分142a突出。在图23中，在侧面111的两端设置有平面部分151b，在侧面112的两端设置有平 面部分152b。弯曲部分151a与平面部分151b直接相连。弯曲部分152a与平面部分152b
直接相连。在图24中，在侧面111、112的芯部3侧的端部分别设置有平面部分161b、162b。 弯曲部分161a、162a分别与平面部分161b、162b直接相连。此外，平面部分161b、162b也可以分别被设置在侧面111、112的芯部2侧的端部。这些侧面111的形状可以按照以下方式理解。即，从规定的方向91看到的弯曲部 分 121a、131a、141a、151a、161a 的端部的至少一个 r21、r22、r41、r42、r51、r52、r61、r62 通过平面部分121b、131b、141b、151b、161b，与相对于该弯曲部分121a、131a、141a、151a、 161a位于与该端部同一侧的场磁铁贯通孔41的表面21、31相连。侧面112也可以按照同 样的方式理解。根据上述侧面111、112的形状，可以利用弯曲部分121a、131a、141a、151a、161a、 122a、132a、142a、152a、162a分散在连结部11产生的应力。而且，通过在侧面111、112设置 弯曲部分 121a、131a、141a、151a、161a、122a、132a、142a、152a、162a,能在不缩小从场磁铁 贯通孔的规定的方向91看到的面积的情况下设置平面部分121b、131b、141b、151b、161b、 122b、132b、142b、152b、162b。在将磁铁插入场磁铁贯通孔41、42中的情况下，能够用平面 部分固定该磁铁。在第一实施方式中，通过将比值Rb/Lm与比值Lc/Lm设定在图8所示的区域，由模 拟得到了应力的最大值下降的结果。此外，也得到了与产生相同的最大应力的传统磁场元 件相比在该区域中降低短路磁通效果明显的结果。宽度Lm可以看作是侧面111的弯曲部分 的垂直方向95上的长度Ln。这样就可以推测，对宽度Lm采用弯曲部分121a、131a、141a、 151a、161a、122a、132a、142a、152a、162a的垂直方向上的长度Ln，也能获得同样的结果。图25用等高线701 703表示由模拟获得的在图22所示的连结部11产生的应 力的结果。等高线701 703表示依次增大的应力。该模拟的条件是磁场元件用芯1的外径为90 (mm)、转速为120 (/sec)、方向94上 的连结部11的最小宽度Lb为0. 6 (mm)、宽度Lm为2. 8 (mm)、长度Ln为1. 8 (mm)、半径Rb为 2. 3 (mm)、比值 Rb/Ln 为 1. 28。由图25可知，在与一个方向94垂直的方向95上，在弯曲部分141a、142a的中央 应力最大。该部分中的应力是120 (Mpa)左右。图26及图27是为了与图25所示的结果进行比较而对形状不同于图25所示的连 结部进行模拟所得的结果。在图26中，用应力的等高线711 714表示将连结部111的弯 曲部分形成为平坦部分(此处，将该部分称作“平坦部分201”)的结果。等高线711 714 表示依次增大的应力。该连结部的平坦部分201在一个方向94上的厚度为0. 6 (mm)，其它 的条件与图25的条件相同。在图27中，用等高线721 724表示在图26所示的连结部的 平坦部分201的两端设置半径为0.5 (mm)的圆角的结果。等高线721 724表示依次增大 的应力。其它的条件与图25的条件相同。由图26可知，应力集中在平坦部分201的两端。该部分中的应力是139 (Mpa)左右。由图27可知，应力集中在圆角部分与平坦部分201相连的部分附近。该部分中的应力 是130 (Mpa)左右。由以上结果可知，通过在侧面111设置弯曲部分141a，即使在其两端设置有平面 部分141b、142b的情况下，连结部111的应力集中也得以缓解。而且，连结部11的最小宽 度Lb变小，因此，能够防止磁通的短路。图28及图29分别表示图25及图27所示的虚线所围区域的放大图。由图28可 知，在平坦部分141b在弯曲部分141a侧的角部发生的应力小。而且，该应力小的区域(等 高线701与侧面111围成的区域)的面积比图29所示的等高线721与侧面围成的区域的 面积大。即，通过如弯曲部分141a、142a那样弯曲图27所示的平坦部分201 (图25)，应力 难以集中在该角部。第三实施方式图30表示从规定的方向91观察使图2所示的连结部11的延伸方向93相对于与 一个方向94垂直的方向95倾斜的情况，将连结部记为连结部17。此外，在连结部17的侧 面标注符号171、172。图31及图32表示更具体的一个例子。图31所示的磁场元件用芯1与图1所示 的磁场元件用芯1的不同点在于，场磁铁贯通孔41、42相对于场磁铁贯通孔44倾斜。图 32表示图31中的场磁铁贯通孔41、44的放大图。如图32所示，例如连结各弯曲部分111、 112的中心clll、cll2的直线AO的垂线A1与方向941、944在轴P侧所形成角的二等分线 平行。对于场磁铁贯通孔42、44也同样。根据该形状，能够将在方向941、942、944上的长度更长的磁铁分别插入场磁铁贯 通孔41、42、44中。此外，上述垂线A1也可以沿着以轴P为中心的径向。在此情况下，能够防止连结 部17的变形。其原因在于，在使磁场元件用芯1围绕沿着规定的方向91的旋转轴旋转的 情况下，在磁场元件用芯1中，在以旋转轴为中心的径向上产生应力，但是，由于能够增大 沿着该径向上的连结部17的宽度，因此，在与该径向垂直的方向上的应力成分减少。对于本实施方式中的连结部17也可以与第二实施方式同样设置平面部分。图33表示连结部11的倾斜方向的另一个例子。属于同一组的场磁铁贯通孔41、 42,44也可以沿着磁场元件用芯1的外周配置。对于弯曲部分的形状，由于与图32上下相 反，因此，省略其详细的说明。第四实施方式图34是示意地表示本实施方式中的连结部18的图。此外，在连结部18的侧面标 注符号181、182。在本实施方式中，场磁铁贯通孔41、42、44沿着一个方向94延伸。侧面181具有弯曲部分181a、181c以及平面部分181b。从规定的方向91看到的 弯曲部分181a凹入地弯曲，并且沿着具有中心C1811的圆。弯曲部分181c也与弯曲部分181a同样凹入地弯曲，并且沿着具有中心cl812的圆。平面部分181b沿着与一个方向91垂直的方向95形成平坦部分，它被设置在弯曲 部分181a与弯曲部分181c之间。既可以是平面部分181b沿着一个方向94相对于弯曲部分181a、181c突出，也可以是弯曲部分181a、181c的端部r71、r74与平面部分181b直接相连。此外，前者的形状如 图34所示。侧面182具有弯曲部分182a、182c以及平面部分182b。从规定的方向看到的弯曲 部分182a凹入地弯曲，并且沿着具有中心1821的圆。对于弯曲部分182c也同样凹入地弯曲，并且沿着具有中心C1822的圆。平面部分182b沿着与一个方向94垂直的方向95形成平坦部分，它被设置在弯曲 部分182a与弯曲部分182c之间。此外，也可以与平面部分181b同样地理解平面部分182b。既可以是平面部分182b沿着一个方向94相对于弯曲部分182a、182c突出，也可 以是弯曲部分182a、182c的端部r77、r81与平面部分182b直接相连。此外，前者的形状如 图34所示。根据上述侧面181的形状，能够用弯曲部分181a、181c分散在连结部18产生的应 力。而且，在将磁铁插入场磁铁贯通孔41中的情况下，能够用平面部分181b固定该磁铁。 即使在磁铁的连结部18侧的端面弯曲成凸状的情况下，也能与该端面对应地设置平面部 分181b、182b。对于侧面182也同样，能够分散应力，并能够固定被插入场磁铁贯通孔44中 的磁铁。从分散应力的观点来看，平面部分181b、182b分别从弯曲部分181a、182a突出的 长度最好在宽度Lm的1/3以下。在以位置cl811、C1821为中心的圆的半径与以位置cl812、cl822为中心的圆的 半径分别相等的情况下，根据在第一实施方式中所说明的模拟结果，能够进行与第三实施 方式同样的推测。即，半径Rb与弯曲部分181a在与一个方向94垂直的方向95上的长度 Lnl之比Rb/Lnl、中心cl812和表面21的距离Lc与长度Lnl之比被设定在图8所示的区 域之内。对于弯曲部分181a、181c、182c也同样。于是，应力的最大值下降。图35用等高线731 735表示通过模拟获得的在图34所示的连结部18产生的 应力的结果。等高线731 735表示依次增大的应力。该模拟的条件是磁场元件用芯1的外径为88. 6 (mm)、转速为120 (/sec)、弯曲 部分181a、182a间的最小宽度Lbl为0.6(mm)、弯曲部分181cU82c间的最小宽度Lb2为 0. 6 (mm)、宽度 Lm 为 2. 8 (mm)、长度 Lnl、Ln2 分别为 1. 15(mm)、半径 Rb 为 1. 4 (mm)、比值 Rb/ LnURb/Ln2分别为1. 22。此外，在弯曲部分181a、181c、182a、182c的各自的两端设置有半 径为0.2 (mm)的圆角。由图35可知，在与一个方向94垂直的方向95上，在弯曲部分181a、181c、182a、 182c的中央应力变得最大。该部分的应力是123 (Mpa)左右。图36是为了与图35所示的结果进行比较而用等高线741 746表示形状不同于 图34所示的连结部的模拟结果。等高线741 746表示依次增大的应力。该连结部的形 状为，连结部181a、181c、182a、182c均形成得平坦(该部分称作“平坦部分202” )，且在平 坦部分202的两端设置有半径为0. 3 (mm)的圆角。由图36可知，应力集中在平坦部分202各自的两端。该部分的应力是140 (Mpa)
左右o由以上结果可知，通过在侧面181设置弯曲部分181a、181C、182a、182C，该部分与 平坦的连结部(图36)相比，应力集中得以缓解。
15
在上述任意一个实施方式中，在场磁铁贯通孔41、42、44各自的延伸方向941、 942、944相交叉的情况下，对有关场磁铁贯通孔41侧的侧面111、181的记载，将“与一个方 向94垂直的方向95”替换成“与延伸方向941垂直的方向951 (图1) ”，对有关场磁铁贯通 孔42侧的侧面112、182的记载，将“与一个方向94垂直的方向95”替换成“与延伸方向944 垂直的方向954 (图1)”。在上述任意一个实施方式中，对于在圆周方向92相邻而构成组的4个以上的场磁 铁贯通孔也能适用。即，在属于同一组并且相邻的场磁铁贯通孔之间采用连结部11、17、18 中的任一个。例如，通过在规定的方向91上层叠电磁钢板，相互铆接各个电磁钢板能得到磁场 元件用芯1。图37以及图38示意地表示铆接部9的位置。在图37中，在以轴P为中心的圆周 方向上的连结部11、17、18的中央附近，在各个芯部2、3设置有铆接部9。在连结部11、17、 18中磁通不易短路，因此，连结部11、17、18容易磁饱和。于是，在连结部11、17、18的两侧 磁通不易变化，于是，铆接部9的设置是理想的。在图38中，在场磁铁贯通孔41、42、44的一个方向94上的中央附近，在各个芯部 2、3中设置有铆接部9。这样，与连结部11、17、18附近相比强度弱的部分，即与连结部11、 17,18相比空隙43侧的部分的强度得到增强。此外，也可以沿着规定的方向91层叠电磁钢板，用端板在规定的方向91从两侧将 其夹住，使用销或者螺栓将整体固定，这样得到磁场元件用芯1。在图1中示意地表示设置销或者螺栓的孔6的位置。在图1中，在比场磁铁贯通 孔41、42更靠磁场元件用芯1的内周侧的位置，在以轴P为中心的径向上，在场磁铁贯通孔 44的旁边设置有孔6。此外，并非局限于此，也可以在该径向上，在连结部11的旁边设置孔 6。这样，在销或者螺栓上安装有平衡块的情况下，即使施加到平衡块的离心力传送到销或 者螺栓上，磁场元件用芯1也难以发生变形。以上，对本发明进行了详细的说明，但是，在所有方面，上述说明只是例子，本发明 并非局限于此。尚未举例的无数个变形例可以理解为不脱离本发明的范围而能够想到的例子。
权利要求
一种磁场元件用芯，包括场磁铁贯通孔(41、42、44)，在规定的轴(P)的周围在圆周方向(92)配置成环状，在所述圆周方向上相邻地形成组，分别在所述圆周方向具有一对端部(411、412、421、422、441、442)；和连结部(11、17、18)，被设置在形成相同的所述组的所述场磁铁贯通孔之间，并分别具有属于不同的所述场磁铁贯通孔并在所述圆周方向上相邻的所述端部(412、442、422、441)作为侧面(111、171、172、181、182)，所述侧面的至少一个(111、171、181)具有弯曲部分(111a、121a～161a、171a、181a、181c)，从沿着所述轴的第一方向(91)观察，所述弯曲部分沿着以相对于该侧面位于与所述连结部相反侧的位置(c111、c171、c1811、c1812)为中心的圆，所述圆的半径(Rb)与垂直于所述场磁铁贯通孔从所述连结部延伸的第二方向(941、942、944)的第三方向上的所述弯曲部分的长度(Lm、Ln、Ln1、Ln2)的比值x、以及在以所述轴为中心的径向上位于所述轴侧的所述场磁铁贯通孔的表面(31)至所述中心的距离(Lc)与所述第三方向上的所述连结部的长度(Lm)的比值y(Lc/Lm)满足下式y≤x-0.05，且y≥-x+1.05，且y≤-3/16·x+25/32，且y≥3/16·x+7/32。
2.如权利要求1所述的磁场元件用芯，其特征在于从所述第一方向(91)观察，形成相同的所述组的所述场磁铁贯通孔(41、42、44)均沿 着按每个所述组确定的某一个方向(94)延伸。
3.如权利要求1所述的磁场元件用芯，其特征在于 所述第二比值(Lc/Lm)是0.5。
4.如权利要求2所述的磁场元件用芯，其特征在于 所述第二比值(Lc/Lm)是0.5。
5.如权利要求1所述的磁场元件用芯，其特征在于 所述第二比值(Lc/Lm)是0. 5以外的值。
6.如权利要求2所述的磁场元件用芯，其特征在于 所述第二比值(Lc/Lm)是0. 5以外的值。
7.如权利要求1至权利要求6中任意一项所述的磁场元件用芯，其特征在于所述连结部的所述侧面(111、112、171、172、181、182)均具有所述弯曲部分(111a、 121a 161a、171a、181a、181c)，连结各个所述侧面所具有的所述弯曲部分的各个所述中心(clll、cll2、cl71、cl72、 cl81、cl82)的线的垂线，与各个所述侧面所属的所述场磁铁贯通孔的所述第二方向(941、 942)在所述轴(P)侧所成的角的二等分线平行。
8.如权利要求1至权利要求6中任意一项所述的磁场元件用芯，其特征在于 所述弯曲部分(11 la、171a)的两端部(rll、rl2、r31、r32)与相对于所述连结部(11、17)分别位于外周侧和内周侧的所述场磁铁贯通孔(41、42、44)的表面(21、31、41)相连，所 述弯曲部分与所述连结部分的边界被修圆或者形成角部。
9.如权利要求1至权利要求6中任意一项所述的磁场元件用芯，其特征在于 关于从所述第一方向(91)观察的所述侧面(111、181)，所述侧面还具有所述场磁铁贯通孔(41、42、44)沿着所述第三方向(951、952、954)的平面部分(121b、151b、161b、181b)，所述弯曲部分(121a、161a、181a)两端部中的一个端部(r21、r23、r41、r51、r62、r71) 通过所述平面部分，与相对于所述弯曲部分位于和该端部相同侧的所述表面(21、21、31、 21)相连。
10.如权利要求9所述的磁场元件用芯，其特征在于所述弯曲部分(151a、161a)的所述一个所述端部(r51、r62)与所述平面部分(151b、 161b)直接相连。
11.如权利要求9所述的磁场元件用芯，其特征在于从所述第一方向(91)观察的所述平面部分(121b、141b、181b)沿着所述第二方向 (941、942、954)从所述弯曲部分(121a、141a、181a)突出。
12.如权利要求9所述的磁场元件用芯，其特征在于从所述第一方向(91)观察，所述侧面(181)成对(181a、181c)具有所述弯曲部分， 所述平面部分(181b)被设置在所述弯曲部分之间。
13.如权利要求10所述的磁场元件用芯，其特征在于从所述第一方向(91)观察，所述侧面(181)成对(181a、181c)具有所述弯曲部分， 所述平面部分(181b)被设置在所述弯曲部分之间。
14.如权利要求11所述的磁场元件用芯，其特征在于从所述第一方向(91)观察，所述侧面(181)成对(181a、181c)具有所述弯曲部分， 所述平面部分(181b)被设置在所述弯曲部分之间。
15.如权利要求1至权利要求6中任意一项所述的磁场元件用芯，其特征在于 所述场磁铁贯通孔(41、42)从所述连结部(11)弯曲或者折曲并延伸，所述第二方向(9411)是以所述连结部作为起始点而延伸的直线状的方向。
全文摘要
本发明是用来缓解连结部处的应力集中的磁场元件。磁场元件用芯(1)包括场磁铁贯通孔(41、42)和连结部(11)。场磁铁贯通孔(41、42)在规定的方向(91)的周围在圆周方向(92)被配置成环状，在圆周方向(92)上相邻构成对。构成相同对的场磁铁贯通孔(41、42)从规定的方向(91)观察均沿着按每对确定的某一个方向(94)延伸。连结部(11)被设置在构成相同对的场磁铁贯通孔(41、42)之间，并且分别以端部(412、422)作为侧面(111、112)。连结部(11)的侧面(111、112)整体凹入地弯曲。具体来讲，从规定的方向(91)观察，仅在位于侧面(111)的两端之间的某一个位置(r13)，侧面(111)的切线(t(r13))沿着连结部(11)的延伸方向(93)。对于侧面(112)也同样。
文档编号H02K1/27GK101878580SQ20088011839
公开日2010年11月3日 申请日期2008年11月27日 优先权日2007年11月28日
发明者西嶋清隆 申请人:大金工业株式会社