(57)【要約】【課題】機器の大型化を避けつつ鉄損を効果的に低減することができる回転電機を提供する。【解決手段】回転電機は、回転自在に支持された回転子と、回転子と同軸配置され、多相交流電流が通電される固定子巻線が巻装された固定子コアを備える固定子と、を備えている。固定子コア２５は、複数の鋼板を積層して構成され、環状のヨーク２６と、該ヨーク２６から径方向に延びる複数のティース２７とを有している。ティース２７には、鋼板よりも鉄損係数の低い軟磁性体からなり、かつティース２７の表面の少なくとも一部を覆う被覆部４０が設けられている。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に支持された回転子（１２）と、
前記回転子と同軸配置され、多相交流電流が通電される固定子巻線（３０）が巻装された固定子コア（２５）を備える固定子（１３）と、
を備え、
前記固定子コアは、複数の鋼板を積層して構成され、環状のヨーク（２６）と、該ヨークから径方向に延びる複数のティース（２７）とを有しており、
前記ティースには、前記鋼板よりも鉄損係数の低い軟磁性体からなり、かつ前記ティースの表面の少なくとも一部を覆う被覆部（４０，５０，６４）が設けられている回転電機。
【請求項２】
前記ティースにおいて前記回転子に対向する対向面の少なくとも一部が前記被覆部により覆われている請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記固定子コアの前記ティースの先端側において、隣り合うティースどうしの間に空隙が設けられており、
前記ティースにおいて前記回転子に対向する対向面の少なくとも一部が前記被覆部により覆われている請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記ティースは、前記回転子側の先端部に周方向に延びる鍔部（２８）を有しており、
前記ティースにおいて前記回転子に対向する対向面と前記鍔部の周方向の側面とが前記被覆部により覆われている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記固定子コアは、前記鋼板と同じ平面形状を有し前記鋼板に重ねて配置される重なり部（６３）と、前記重なり部において前記ティースに相当する部分の先端部にて前記鋼板の積層方向に延びる延伸部（６４）とを有する部材（６２）を備え、
前記部材は、前記鋼板よりも鉄損係数の低い軟磁性体からなり、前記延伸部により前記被覆部が構成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記ティースにおいて周方向の側面の少なくとも一部が前記被覆部により覆われている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記ティースの側面に設けられた前記被覆部は、径方向内側と径方向外側とで厚みが異なり、前記回転子に対向する側ほど厚くなっている請求項６に記載の回転電機。
【請求項８】
前記被覆部は、前記軟磁性体として鉄−ケイ素系合金の粒子を絶縁層で覆った磁性紛体を用いその磁性粉体の成形体により構成されている請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項９】
前記回転子は、前記固定子と対向する側において周方向に配置された複数の磁極部（２２）を有しており、
前記回転子において前記磁極部の表面の少なくとも一部が、前記鋼板よりも鉄損係数の低い軟磁性体からなる被覆部（７０）により覆われている請求項１乃至８のいずれか１項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転電機では、古くから効率を改善するために様々な取り組みがなされている。電磁機械の損失としては、主に固定子銅線に電流が流れることで発生する銅損や、固定子及び回転子の鉄心に交流磁束が通過することで発生する鉄損が挙げられる。銅損の低減対策としては、断面積が略四角形の導体を鉄心のスロット内に整列巻装するとともに、コイルエンド部分を幾何学的に非干渉としかつ無駄銅線を廃止した分布巻き巻線を実現することが行われている。
【０００３】
一方、鉄損の低減対策としては、鉄心材料として、可能な限り磁束飽和を緩和しつつ少しでも鉄損係数の小さい材料を用いることが行われている。例えば、鉄損係数の小さい鉄−ケイ素系の合金の粒子を絶縁層で覆った磁性粉末材を用いて鉄心を成形する構成が知られている。しかしながら、鉄心材料として鉄損係数の小さい磁性粉末材を用いる場合には、飽和磁束密度が小さくなるため、必要な磁束を通過させるのに磁路断面積を大きくせざるを得ず、機器の大型化を招くことが懸念される。また、近年のインバータ駆動機では、通電電流の歪率を極限まで抑えるためにスイッチング周波数を上げて波形整形が行われるため、スイッチング周波数に同期した微小変動磁束による超高周波の鉄損が鉄心表面に発生することが懸念される。
【０００４】
例えば特許文献１には、主磁気回路を形成する磁性体の一部として、所定のカットオフ周波数以上の高調波の交番磁束の通過を抑制する高調波磁束抑制要素が設けられる構成が示されている。高調波磁束抑制要素は、主磁気回路を形成する磁性体の他の部分と比較して鉄損が発生しやすい磁性体よりなり、高調波成分のエネルギを高調波磁束抑制要素に集約させ、高調波磁束抑制要素での発熱として消費することで、超高周波鉄損を抑止するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２９５２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術では、スイッチング周波数の如き超高周波磁束は遮断できるものの、スイッチング周波数よりも小さい高調波磁束の除去は困難であると考えられる。つまり、スイッチング周波数には限界があることから通電電流を十分にきれいな正弦波にすることは困難であり、そのためにスイッチング周波数よりは小さいが基本周波数の数倍の高調波磁束が生じることが考えられ、その高調波磁束の除去が困難となっている。加えて、近年のリラクタンストルク併用型の回転電機の駆動においては、回転子側の形状により固定子が発生する回転磁界による空間磁束が変調を受け、電流に含まれる高調波成分以上の高調波磁束が発生しやすい状況になっている。こうした実情において、改善の余地があると考えられる。
【０００７】
なお、車両用オルタネータなど、ダイオードでの全波整流が行われる回転電機においても、低力率領域での電流波形歪に起因する高調波成分が問題視されている。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、機器の大型化を避けつつ鉄損を効果的に低減することができる回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。なお以下においては、理解の容易のため、発明の実施の形態において対応する構成の符号を括弧書き等で適宜示すが、この括弧書き等で示した具体的構成に限定されるものではない。
【００１０】
第１の手段では、
回転自在に支持された回転子（１２）と、
前記回転子と同軸配置され、多相交流電流が通電される固定子巻線（３０）が巻装された固定子コア（２５）を備える固定子（１３）と、
を備え、
前記固定子コアは、複数の鋼板を積層して構成され、環状のヨーク（２６）と、該ヨークから径方向に延びる複数のティース（２７）とを有しており、
前記ティースには、前記鋼板よりも鉄損係数の低い軟磁性体からなり、かつ前記ティースの表面の少なくとも一部を覆う被覆部（４０，５０，６２）が設けられている。
【００１１】
上記構成では、固定子コアにおいてティースの表面の少なくとも一部が、鋼板よりも鉄損係数の低い軟磁性体からなる被覆部により覆われており、言うなれば固定子コアにおいて鉄損の発生しやすいティースの表面部分に限定して、鉄損係数の低い軟磁性材による被覆が行われている。この場合、回転子の主磁束や固定子巻線の反作用磁束の妨げにならずに、鉄損、特に渦電流損を効果的に低減することが可能となる。また、固定子コアの全体を低鉄損材料とする場合に比べて、固定子コアの大型化を抑制できる。その結果、機器の大型化を避けつつ鉄損を効果的に低減することができる。
【００１２】
第２の手段では、前記ティースにおいて前記回転子に対向する対向面の少なくとも一部が前記被覆部により覆われている。
【００１３】
ティースにおいて回転子に対向する対向面に、鉄損係数の低い軟磁性材からなる被覆部が設けられているため、径方向に互いに対向するティース先端部と回転子との間を通過する交流磁束の鉄損低減を好適に実現できる。
【００１４】
第３の手段では、前記固定子コアの前記ティースの先端側において、隣り合うティースどうしの間に空隙が設けられており、前記ティースにおいて前記回転子に対向する対向面の少なくとも一部が前記被覆部により覆われている。
【００１５】
固定子コアのヨークとは逆のティースの先端側において隣り合うティースどうしの間に空隙が設けられている回転電機では、回転しながら磁束が固定子コアに出入りする場合に、磁極部とティースとの位置関係に応じて磁気抵抗の変化が生じる。これにより、回転子の回転に伴い、ティース近傍において空間磁束の粗密が発生する。特に、回転子の磁極部の端部がティースを通過する前後において空間磁束の微小変動が大きくなると考えられる。空間磁束の変動はティースの数に応じた周波数で発生し、渦電流損は変動周波数の２乗に比例するというのが定説である。この点、上記構成では、ティースにおいて回転子に対向する対向面に鉄損係数の低い軟磁性材からなる被覆部が設けられているため、空間磁束の変動に起因する渦電流損を低減し、ひいては高効率化を図る上で極めて効果的であると考えられる。
【００１６】
第４の手段では、前記ティースは、前記回転子側の先端部に周方向に延びる鍔部（２８）を有しており、前記ティースにおいて前記回転子に対向する対向面と前記鍔部の周方向の側面とが前記被覆部により覆われている。
【００１７】
ティースにおいて回転子側の先端部に鍔部が設けられている構成では、ティースにおいて磁束を受ける面積が増えて鎖交磁束が増えることで出力性能がアップする反面、鍔部の側面部から磁束の出入りが生じるために渦電流損発生部位が増える。この点、ティースにおいて回転子に対向する対向面と鍔部の周方向の側面とが被覆部により覆われていることで、出力増大効果と渦電流損の低減効果とを大いに期待できると考えられる。
【００１８】
第５の手段では、前記固定子コアは、前記鋼板と同じ平面形状を有し前記鋼板に重ねて配置される重なり部（６３）と、前記重なり部において前記ティースに相当する部分の先端部にて前記鋼板の積層方向に延びる延伸部（６４）とを有する部材（６２）を備え、前記部材は、前記鋼板よりも鉄損係数の低い軟磁性体からなり、前記延伸部により前記被覆部が構成されている。
【００１９】
上記構成では、鋼板と同じ平面形状を有し鋼板に重ねて配置される重なり部と、ティースに相当する部分の先端部にて鋼板の積層方向に延びる延伸部とを一体に設け、その一体の部材を用いたため、固定子コアにおいて延伸部によって被覆部を好適に設けることができる。
【００２０】
第６の手段では、前記ティースにおいて周方向の側面の少なくとも一部が前記被覆部により覆われている。
【００２１】
固定子巻線に電流が流れると、スロット内に導体の周りに反作用磁束が発生し、その反作用磁束に起因して渦電流損が発生することが懸念される。かかる場合において、被覆部によりティースの周方向側面を覆うことで、ティースを横断する磁束流による渦電流損を低減することが可能となる。
【００２２】
第７の手段では、前記ティースの側面に設けられた前記被覆部は、径方向内側と径方向外側とで厚みが異なり、前記回転子に対向する側ほど厚くなっている。
【００２３】
固定子コアでは、回転子側のティース先端部において交流磁束の鉄損が生じ、ティース側面部において導体電流による反作用磁束の鉄損が生じる。その前提の下、ティースの側面被覆部を、回転子に対向する側ほど厚くした。この場合、ティース先端部における交流磁束の鉄損低減と、ティース側面部における反作用磁束の鉄損低減とを実現できる。
【００２４】
なお、内周側に回転子を配置し、外周側に固定子を配置するインナロータ式の回転電機においては、ティースを、回転子に対向する側ほど周方向幅を狭くするとともに、ティース側面の被覆部を、回転子に対向する側ほど厚くするとよい。この場合、ティースは先端側ほど周方向幅が狭いため、被覆部がティース先端側ほど厚くなっていても、スロットの径方向内側の幅が過度に狭くなることを抑制できる。
【００２５】
第８の手段では、前記被覆部は、前記軟磁性体として鉄−ケイ素系合金の粒子を絶縁層で覆った磁性紛体を用いその磁性粉体の成形体により構成されている。
【００２６】
上記構成では、鉄−ケイ素系合金という比較的透磁率の高いベース素材を利用しつつ、合金内に電気抵抗となる絶縁層を粒子単位で形成できるため、磁束密度を維持しつつ渦電流損失を低減することが可能となる。加えて、粉末の圧縮成形体であるため、形状自由度が担保されており、ティースの先端にのみ適用する等、選択的な部位に適用するには好都合である。
【００２７】
第９の手段では、前記回転子は、前記固定子と対向する側において周方向に配置された複数の磁極部（２２）とを有しており、前記回転子において前記磁極部の表面の少なくとも一部が、前記鋼板よりも鉄損係数の低い軟磁性体からなる被覆部（７０）により覆われている。
【００２８】
回転電機では、回転子の磁極表面（すなわち固定子に対向している面）にも渦電流損が発生することが懸念される。そのため、回転子において磁極部の表面の少なくとも一部が、鋼板よりも鉄損係数の低い軟磁性体からなる被覆部により覆われていることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】回転電機の縦断面図。
【図２】回転子と固定子コアとを示す横断面図。
【図３】ティース部分の構成を示す平面図。
【図４】回転子の回転に伴うティース近傍の磁束変化を説明する図。
【図５】（ａ）はＢ−Ｈ特性を示す図、（ｂ）は変動周波数と渦電流損との関係を示す図。
【図６】鉄損解析の結果を示す図。
【図７】ティース部分の構成を示す平面図。
【図８】被覆部の構成を示す斜視図。
【図９】ティースと被覆部とを示す斜視図。
【図１０】ティースを横断する反作用磁束を説明する図。
【図１１】組付け部材を用いた固定子コアの構成を示す斜視図。
【図１２】回転子の構成を示す平面図。
【図１３】別例においてティースの構成を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態における回転電機は、例えば車両動力源として用いられるものとなっている。ただし、回転電機は、産業用、車両用、家電用、ＯＡ機器用、遊技機用などとして広く用いられることが可能となっている。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一又は均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
【００３１】
本実施形態に係る回転電機１０は、インナロータ式（内転式）の多相交流モータであり、その概要を図１及び図２に示す。図１は、回転電機１０の回転軸１１に沿う方向での縦断面図であり、図２は、回転軸１１に直交する方向での回転子１２及び固定子１３の横断面図である。以下の記載では、回転軸１１が延びる方向を軸方向とし、回転軸１１を中心として放射状に延びる方向を径方向とし、回転軸１１を中心として円周状に延びる方向を周方向としている。
【００３２】
回転電機１０は、回転軸１１に固定された回転子１２と、回転子１２を包囲する位置に設けられる固定子１３と、これら回転子１２及び固定子１３を収容するハウジング１４とを備えている。回転子１２及び固定子１３は同軸に配置されている。ハウジング１４は、有底筒状の一対のハウジング部材１４ａ，１４ｂを有し、ハウジング部材１４ａ，１４ｂが開口部同士で接合された状態でボルト１５の締結により一体化されている。ハウジング１４には軸受け１６，１７が設けられ、この軸受け１６，１７により回転軸１１及び回転子１２が回転自在に支持されている。
【００３３】
回転子１２は回転子コア２１を有し、その回転子コア２１の外周部（すなわち固定子１３の内周部に対して径方向に対向する側）には、周方向に複数の磁極部２２が設けられている。回転子コア２１は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により固定することで構成されている。磁極部２２は永久磁石を有し、極性が交互に異なるようにして周方向に所定間隔で配置されている。本実施形態では、回転子１２の磁極を８磁極としているが、その磁極数に限定されるものではない。永久磁石は、希土類磁石でもフェライト磁石でもよく、磁石形状が断面直方状をなすもの以外に、円弧状をなすものやＶ字状をなすものでもよい。また、磁極部２２は、埋め込み磁石型でなくても、磁極表面に永久磁石を配置した表面磁石型であってもよい。
【００３４】
固定子１３は、周方向に複数のスロット２４を有する円環状の固定子コア２５と、固定子コア２５の各スロット２４に分布巻で巻装された３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の固定子巻線３０とを備えている（図２では固定子巻線３０を略している）。固定子コア２５は、円環状の複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により固定することで構成されている。固定子コア２５は、円環状のヨーク２６と、ヨーク２６から径方向内側へ突出し周方向に所定距離を隔てて配列された複数のティース２７とを有し、隣り合うティース２７の間にスロット２４が形成されている。各ティース２７は、周方向に等間隔でそれぞれ設けられている。各スロット２４は、固定子コア２５の径方向を長手として延びる開口形状をなしている。なお、各ティース２７が周方向に不等間隔でそれぞれ設けられる構成であってもよい。
【００３５】
固定子コア２５に形成されたスロット２４の数は、回転子１２の磁極数（８磁極）に対し、固定子巻線３０の１相あたり２個の割合となっている。本実施形態では、８×３×２＝４８により、スロット数が４８個となっている。４８個のスロット２４は、周方向に繰り返し２個ずつ配置されたＵ相スロット、Ｖ相スロット及びＷ相スロットよりなる。
【００３６】
各スロット２４には、ティース２７に巻回されるようにして固定子巻線３０が巻装されている。固定子巻線３０は、例えば複数の導体セグメントが互いに接合されることで構成されている。
【００３７】
回転電機１０を駆動させる駆動システムでは、各相の固定子巻線３０に、相ごとに通電電流を調整するインバータ１００が接続されている。インバータ１００は、相巻線の相数と同数の上下アームを有するブリッジ回路であり、各アームにはスイッチ（半導体スイッチング素子）がそれぞれ設けられている。インバータ１００では、例えば力行トルク指令値や発電電圧指令値に基づいて、所定のスイッチング周波数（キャリア周波数）で各スイッチがオンオフされ、これにより回転電機１０の各相電流についてフィードバック制御が実施される。
【００３８】
ところで、本実施形態では、回転電機１０の出力効率を高めるべく、固定子コア２５に、電磁鋼板よりも鉄損係数の低い軟磁性体からなり、かつティース２７の表面の少なくとも一部を覆う被覆部４０を設ける構成としている。
【００３９】
固定子コア２５におけるティース部分の構成を図３に示す。ティース２７は、ヨーク２６から径方向内側へ突出するように形成されており、その先端部、すなわち回転子１２側の先端部には、ティース先端面を覆う被覆部４０が設けられている。被覆部４０は、軟磁性材料である鉄−ケイ素系合金の粒子を絶縁層で覆った磁性紛体を用い、その磁性粉体の圧縮成形により形成された板状の部材である。そして、その板状の部材がエポキシ系の接着剤等により鋼板積層部に接合されることで、ティース先端面に被覆部４０が形成されている。図３では、周方向において被覆部４０の厚さを均一になっている。
【００４０】
ここで、固定子コア２５のティース先端部においては隣り合うティースどうしの間に空隙が設けられており、かかる構成では、回転しながら磁束が固定子コア２５に出入りする場合に、磁極部２２とティース２７との位置関係に応じて磁気抵抗の変化が生じる。これにより、回転子１２の回転に伴い、ティース近傍において空間磁束の粗密が発生する。特に、回転子１２の磁極部２２の端部が各ティース２７を通過する前後において空間磁束の微小変動が生じると考えられる。これを、図４を用いて補足する。なお、図４（ａ）、（ｂ）には、時刻ｔ１とその直後の時刻ｔ２とにおけるティース近傍の磁束発生状況が示されている。
【００４１】
図４（ａ）の位置に磁極部２２がある場合、主磁束は、磁極部２２に対向する位置にあるティース２７を通り図示の大きなループ矢印の如く流れる。また、磁極部２２の端部では、複数のティース２７のうちティース２７Ａ，２７Ｂの先端を跨ぎながら磁束Φａ，Φｂが流れる。そして、時刻ｔ１から時刻ｔ２に移ると、図４（ｂ）に示すように、回転子１２の回転に伴う磁極部２２の移動により、ティース２７Ａの磁束Φａは増強される一方、ティース２７Ｂの磁束Φｂは減衰される。また、回転方向前方に存在するティース２７Ｃにおいて新たに磁束Φｃが発生する。つまり、回転子磁極端から見ると、磁束がティース２７Ａからティース２７Ｃに遷移したことになる。こうして固定子コア２５では、回転子１２の磁界が回転方向に配列された各ティース２７で順次授受される。この際、隣り合うティース２７間の空隙により、磁束が一瞬減少する。これにより、回転子１２の回転に伴い、ティース近傍において空間磁束の粗密が発生する。
【００４２】
空間磁束の変動はティース２７の数に応じた周波数で発生する。例えばティース数が４８の固定子１３では、１回転あたり４８回の変動が発生するため、仮に回転電機１０が１０００ｒｐｍで運転されているとその変動周波数は８００Ｈｚに及ぶ。２０００ｒｐｍなら１６００Ｈｚという高周波になる。渦電流損は、磁束変動の周波数の２乗に比例するというのが定説である。
【００４３】
本実施形態では、ティース２７の表面に、鉄−ケイ素系合金の粒子を絶縁層で覆った磁性紛体からなる被覆部４０を設けることとしており、その磁性粉体は、粒界を跨ぐ渦電流が絶縁層により阻害されるために渦電流損が極めて小さく、渦電流損の低減により低鉄損材料となっている。本実施形態で用いた磁性粉体と厚さ０．３５ｍｍの電磁鋼板とについて、図５（ａ）にはＢ−Ｈ特性を示し、図５（ｂ）には変動周波数と渦電流損との関係を示す。図５において実線は磁性粉体の特性であり、一点鎖線は電磁鋼板の特性である。図５によれば、磁性粉体では、電磁鋼板と比べて例えば１０００Ｈｚでの渦電流損が約１／５程度に低減されている。
【００４４】
以上から、ティース２７の先端部に、固定子コア鋼板よりも鉄損係数の低い軟磁性体からなる被覆部４０を設けることで、回転電機１０の高効率化に極めて効果的に寄与できると言える。なお、渦電流損は、空間磁束の変動周波数の２乗に比例するとされるのが定説であるため、回転速度上昇とともに等比級的に増加し、温度上昇を引き起こすことが考えられる。そのために冷却能力を担保しておく必要がある。この点、上述のとおり低鉄損材料である磁性紛体によりティース先端部を被覆した構成では、渦電流損が低減されているため、冷却のための構成の簡素化を図ることも可能となる。
【００４５】
被覆部４０の厚さを変更して鉄損の解析を行った結果を図６に示す。解析した対象モータは、固定子コア外径が約２１０ｍｍ、コア軸長が約５０ｍｍの８極４８スロットの内転式ＩＰＭモータであり、図６の結果はそのモータを正弦波電流で駆動して得られたものである。回転速度は１５００ｒｐｍ、基本周波数は１０００Ｈｚ、スロットリップル周波数は１２ｋＨｚである。通電電流は約１５０Ａｒｍｓ、発生軸トルクは約１６０Ｎｍである。被覆部４０を設けない場合と比べて、被覆部４０の厚さを２ｍｍにした場合には鉄損が約８０Ｗ低減され、被覆部４０の厚さを４ｍｍにした場合には鉄損が約１００Ｗ低減されることが確認された。
【００４６】
図７に示すように、固定子コア２５において、ティース２７の先端部に周方向に延びる鍔部としてのフランジ２８を設ける構成としてもよい。この場合、ティース２７の先端面とフランジ２８の周方向側面とを被覆部４０により覆う構成とする。
【００４７】
ティース２７の先端部にフランジ２８が設けられている構成では、ティース２７において回転子１２との対向面積が増えるため、磁束を受ける面積が増えて鎖交磁束が増えることで出力性能がアップする。ただしその反面、フランジ２８の側面部から磁束の出入りが生じるために渦電流損発生部位が増える。この点、ティース２７の先端面とフランジ２８の周方向側面とが被覆部４０により覆われることで渦電流損が低減される。
【００４８】
被覆部４０は、例えば図８（ａ）、（ｂ）のように構成されるとよい。図８（ａ）において、被覆部４０は、ティース２７の先端面を覆う先端被覆部４１と、先端被覆部４１に対して直交する方向（径方向外側となる方向）に延び、フランジ２８の周方向側面を被覆する側面被覆部４２とを有している。また、図８（ｂ）において、被覆部４０は、先端被覆部４１及び側面被覆部４２に加え、これら各被覆部４１，４２に対して直交する方向（径方向外側となる方向）に延び、フランジ２８の軸方向側面を被覆する軸面被覆部４３を有している。
【００４９】
図８（ａ）、（ｂ）に示す各被覆部４０は、既述の構成と同様に、鋼板よりも鉄損係数の低い軟磁性体からなり、具体的には、軟磁性材料である鉄−ケイ素系合金の粒子を絶縁層で覆った磁性紛体を用い、その磁性粉体の圧縮成形により形成された部材である。この場合、これら各被覆部４０は、ティース２７に対して、接着剤等を用いた接合により組み付けられるか、又は嵌着により組み付けられるとよい。なお、図８（ａ）、（ｂ）に示す各被覆部４０は、フランジ２８を有していないティース２７に対しても適用可能である。
【００５０】
図９に示すように、ティース２７において周方向の側面を被覆部５０により覆う構成としてもよい。被覆部５０は、ティース２７の周方向側面を覆う一対の側面被覆部５１と、その一対の側面被覆部５１を軸方向一端側で互いに連結する連結部５２とを有する。被覆部５０は、既述の構成と同様に、鋼板よりも鉄損係数の低い軟磁性体からなり、具体的には、軟磁性材料である鉄−ケイ素系合金の粒子を絶縁層で覆った磁性紛体を用い、その磁性粉体の圧縮成形により形成された部材である。被覆部５０は、各ティース２７に対して軸方向から装着されるとよい。なお、被覆部５０として平板状の部材を用い、これをティース２７の周方向両方の側面に接合する構成であってもよい。
【００５１】
回転電機１０の運転時には、固定子巻線３０への通電に伴い固定子１３側において反作用磁束が生じ、その反作用磁束に起因して渦電流損が発生することが懸念される。この場合特に、回転速度の高い領域でいわゆる弱め界磁制御が実施される際には、固定子１３側の反作用磁束による渦電流損が無視できない量になることが考えられる。固定子巻線３０の通電により発生する磁束流について図１０を用いて説明する。図１０において、固定子巻線３０に電流が流れている状態では、電流の向きに応じて環状に反作用磁界が発し、この反作用磁界は通電状態にある導体に近いほど強く、磁束流も多くなる。この場合、導体に近い磁束は、回転子１２に到達することなく他のティース２７やスロット２４を横断してループを形成する。つまり、ティース２７の側面から垂直方向に磁束が貫通するため、ティース側面において渦電流損が発生する。
【００５２】
この点、図９のように被覆部５０によりティース２７の周方向側面を覆うことで、ティース２７を横断する磁束流による渦電流損を低減することが可能となる。なお、回転電機１０では、図３や図７のようにティース２７の先端部に被覆部４０を設ける構成と、図９のようにティース２７の側面に被覆部５０を設ける構成とのうち両方を採用してもよいし、いずれか一方のみを採用してもよい。
【００５３】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００５４】
上記構成では、固定子コア２５においてティース２７の表面の少なくとも一部が、鋼板よりも鉄損係数の低い軟磁性体からなる被覆部４０により覆われており、言うなれば固定子コア２５において鉄損の発生しやすいティース２７の表面部分に限定して、鉄損係数の低い軟磁性材による被覆が行われている。この場合、回転子１２の主磁束や固定子巻線３０の反作用磁束の妨げにならずに、鉄損、特に渦電流損を効果的に低減することが可能となる。また、固定子コア２５の全体を低鉄損材料とする場合に比べて、固定子コア２５の大型化を抑制できる。その結果、機器の大型化を避けつつ鉄損を効果的に低減することができる。
【００５５】
ティース２７において回転子１２に対向する対向面（ティース先端面）に被覆部４０を設ける構成としたため、径方向に互いに対向するティース先端面と回転子１２との間を通過する交流磁束の鉄損低減を好適に実現できる。
【００５６】
固定子コア２５において各ティース２７の先端部どうしの間に空隙が設けられている構成では、空間磁束の微小変動が大きくなると考えられる。この点、ティース２７において回転子１２に対向する対向面に被覆部４０を設けたため、空間磁束の変動に起因する渦電流損を低減し、ひいては高効率化を図る上で極めて効果的であると考えられる。
【００５７】
また、ティース２７の先端面とフランジ２８の周方向の側面とを被覆部４０により覆う構成とすることで、出力増大効果と渦電流損の低減効果とを大いに期待できると考えられる。
【００５８】
また、被覆部４０によりティース２７の周方向側面を覆う構成とすることで、ティース２７を横断する磁束流による渦電流損を低減することが可能となる。
【００５９】
被覆部４０を、軟磁性体として鉄−ケイ素系合金の粒子を絶縁層で覆った磁性紛体を用いた成形体により構成した。これにより、鉄−ケイ素系合金という比較的透磁率の高いベース素材を利用しつつ、合金内に電気抵抗となる絶縁層を粒子単位で形成できるため、磁束密度を維持しつつ渦電流損失を低減することが可能となる。加えて、粉末の圧縮成形体であるため、形状自由度が担保されており、ティース２７の先端にのみ適用する等、選択的な部位に適用するには好都合である。
【００６０】
（他の実施形態）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。
【００６１】
・ティース２７の表面を被覆する被覆部として以下の構成を用いてもよい。図１１（ａ）に示す固定子コア２５は、複数の鋼板が積層されてなる鋼板積層部６１と、その鋼板積層部６１に一体に組付けられる組付け部材６２とを有している。組付け部材６２は、鋼板（鋼板積層部６１）と同じ平面形状を有し鋼板に重ねて配置される重なり部６３と、重なり部６３においてティース２７に相当する部分の先端部にて鋼板の積層方向に延びる延伸部６４とを有している。組付け部材６２は、鋼板積層部６１の鋼板よりも鉄損係数の低い軟磁性体からなる薄板部材であり、具体的には、上記と同様に、軟磁性材料である鉄−ケイ素系合金の粒子を絶縁層で覆った磁性紛体を用い、その磁性粉体の圧縮成形により形成された部材である。重なり部６３は、鋼板積層部６１におけるヨーク部分及びティース部分と同じ形状を有している。延伸部６４は、重なり部６３の内周側端部から垂直方向片側に延伸するように形成され、その延伸部６４により被覆部が構成されている。なお、鋼板積層部６１の軸方向両端にそれぞれ組付け部材６２を組付ける構成であってもよい。
【００６２】
組付け部材６２を図１１（ｂ）のように構成してもよい。図１１（ｂ）では、延伸部６４は、重なり部６３の内周側端部から垂直方向両側に延伸するように形成されている、この場合、重なり部６３の両側に鋼板積層部６１が一体化されている。つまり、組付け部材６２は、一対の鋼板積層部６１に挟まれた状態で組付けられている。
【００６３】
上記各構成では、複数の鋼板と共に重なり部６３を積層する構成とし、その積層により組付け部材６２を鋼板積層部６１に一体化するようにしたため、ティース２７の先端面に被覆部（延伸部６４）を好適に設けることができる。
【００６４】
・ティース２７の先端面に被覆部４０を設ける構成（図３参照）において、その先端面の全面を覆うように被覆部４０を設ける構成に代えて、先端面の一部を覆うように被覆部４０を設ける構成としてもよい。例えば、ティース２７の先端面において周方向の両端部にのみ被覆部４０を設けたり、ティース２７の先端面において軸方向の両端部にのみ被覆部４０を設けたりしてもよい。
【００６５】
・ティース２７において周方向側面に被覆部５０を設ける構成（図９参照）において、その側面の全面を覆うように被覆部５０を設ける構成に代えて、側面の一部を覆うように被覆部５０を設ける構成としてもよい。例えば、ティース２７の側面において径方向内周寄りの部分にのみ被覆部５０を設けたり、ティース２７の両側面のうち一方にのみ被覆部５０を設けたりしてもよい。
【００６６】
・回転電機１０では、回転子１２の磁極表面（すなわち固定子１３に対向している面）にも渦電流損が発生することが懸念される。そのため、図１２に示すように、回転子１２において磁極部の表面の少なくとも一部が、鋼板よりも鉄損係数の低い軟磁性体からなる被覆部７０により覆われているとよい。被覆部７０は、既述の構成と同様に、軟磁性材料である鉄−ケイ素系合金の粒子を絶縁層で覆った磁性紛体を用い、その磁性粉体の圧縮成形により形成された部材であるとよい。なお、回転子１２の磁極表面には、全て又は一部に被覆部７０が設けられているとよい。
【００６７】
特に、積層鉄心が表面に露出している埋め込み磁石式や磁石を使わない同期リラクタンス式の回転電機、カゴ型導体を備える誘導電動機などでは、回転子表面に渦電流損が発生することが知られている。そのため、回転子１２の磁極表面に被覆部を設けることは、固定子コア２５のティース２７に被覆部を設けることと同様に効果的である。なお、表面に永久磁石が露出している回転子においても永久磁石表面にて渦電流損が発生することが考えられるため、永久磁石の表面を低鉄損材料により被覆することが望ましい。
【００６８】
・ティース先端面において被覆部４０の厚さを周方向に不同一にしてもよい。この場合、例えば図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、ティース２７における周方向の各角部の付近となる部位を、周方向の中央となる部位よりも厚くするとよい。図１３（ａ）では、平坦面であるティース先端面に対して不同一厚さの被覆部４０が設けられ、図１３（ｂ）では、中央部が盛り上がった凸状面であるティース先端面に対して不同一厚さの被覆部４０が設けられている。図１３（ｂ）では、被覆部４０における回転子１２との対向面が平坦面となっている。
【００６９】
・図１３（ｃ）に示すように、ティース２７の側面に設けられた被覆部５０を、径方向内側と径方向外側とで厚みを異ならせ、回転子１２に対向する側ほど厚くしてもよい。
【００７０】
固定子コア２５では、回転子１２側のティース先端部において交流磁束の鉄損が生じ、ティース側面部において導体電流による反作用磁束の鉄損が生じる。その前提の下、ティース側面の被覆部５０を、ティース先端側（回転子１２に対向する側）ほど厚くした。この場合、ティース先端部における交流磁束の鉄損低減と、ティース側面部における反作用磁束の鉄損低減とを実現できる。
【００７１】
なお、インナロータ式の回転電機１０では、ティース２７を、回転子１２に対向する側ほど周方向幅を狭くするとともに、ティース側面の被覆部５０を、回転子１２に対向する側ほど厚くするとよい。この場合、ティースは先端側ほど周方向幅が狭いため、被覆部がティース先端側ほど厚くなっていても、スロットの径方向内側の幅が過度に狭くなることを抑制できる。
【００７２】
・固定子コア２５において、ティース２７の径方向内側、すなわち回転子１２側の端部が周方向に閉じている構成であってもよい。つまり、スロット２４が、コア内周側のスロット端部がティース先端部により閉鎖されたクローズドスロットであってもよい。
【００７３】
・回転電機１０は、内周側に回転子１２を配置し、外周側に固定子１３を配置したインナロータ式（内転式）である以外に、外周側に回転子１２を配置し、内周側に固定子１３を配置したアウタロータ式（外転式）であってもよい。
【００７４】
・回転電機１０として、かご型導体の誘導電動機への適用も可能である。その他、クローポール巻線界磁型、突極リラクタンス型、磁気変調リラクタンス型の回転電機への適用も可能である。また、８極１２スロットや１０極１２スロットといった、いわゆる集中巻仕様の回転電機に適用することも可能である。３相交流モータ以外に、６相交流モータへの適用も可能である。
【００７５】
・受動的発電機への適用も可能である。つまり、車両用オルタネータなど、ダイオード（整流素子）での全波整流が行われる回転電機への適用も可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１０…回転電機、１２…回転子、１３…固定子、２６…ヨーク、２７…ティース、４０，５０，６２…被覆部、１００…インバータ。
【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】
2018137871.tif 000009
【図８】
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【図９】
2018137871.tif 000011
【図１０】
2018137871.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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