特許 6738421 回転電機及び回転電機の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6738421

(24)【登録日】2020年7月21日

(45)【発行日】2020年8月12日

(54)【発明の名称】回転電機及び回転電機の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/493 20060101AFI20200730BHJP

   H02K 1/16 20060101ALI20200730BHJP

   H02K 15/04 20060101ALI20200730BHJP

【ＦＩ】

   H02K3/493

   H02K1/16 Z

   H02K15/04 Z

【請求項の数】8

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2018-526451(P2018-526451)

(86)(22)【出願日】2017年7月7日

(86)【国際出願番号】JP2017024925

(87)【国際公開番号】WO2018008738

(87)【国際公開日】20180111

【審査請求日】2018年11月8日

(31)【優先権主張番号】特願2016-135810(P2016-135810)

(32)【優先日】2016年7月8日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】岩城 源三

(72)【発明者】

【氏名】西濱 和雄

(72)【発明者】

【氏名】平田 雄也

(72)【発明者】

【氏名】阿部 敦

【審査官】 ▲桑▼原 恭雄

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１２／０７７２１５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭６１−０１０９３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０２６４５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ３／４９３

Ｈ０２Ｋ １／１６

Ｈ０２Ｋ １５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロータ側に開口する開口部が形成されたスロットが周方向に複数形成され、前記ロータの円周面に対向して配置されたステータコアと、
前記スロットに挿入されたコイルと、を備え、
前記スロットの開口部には、軟磁性体粉末と、樹脂材料による混合体が形成され、
前記混合体における、前記軟磁性体粉末の混合割合が５０体積％以上８５体積％以下で、かつ前記混合体の比透磁率が５〜３５であり、
前記混合体の磁化特性が前記軟磁性体粉末の体積率に依存する回転電機。

【請求項2】

前記軟磁性体粉末と前記樹脂材料との前記混合体は、該軟磁性体粉末間に前記樹脂材料が介在して形成され、前記混合体の磁化特性が前記樹脂材料により分離される前記軟磁性体粉末間の距離に依存する、請求項１に記載の回転電機。

【請求項3】

前記軟磁性体は、鉄−シリコン(Ｆｅ−Ｓｉ)合金である請求項１に記載の回転電機。

【請求項4】

前記ステータコアのスロットは、半閉型スロットである請求項１に記載の回転電機。

【請求項5】

ロータ側に開口する開口部が形成されたスロットが周方向に複数形成され、前記ロータの円周面に対向して配置されたステータコアと、前記スロットに挿入されたコイルと、を備えた回転電機の製造方法であって、
樹脂材料と軟磁性体粉末とを混合して、前記軟磁性体粉末の混合割合が５０体積％以上８５体積％以下の範囲で前記軟磁性体粉末の体積率を調整することにより、前記樹脂材料と前記軟磁性体粉末との比透磁率が５〜３５の範囲の、流動性を有する混合物を作成し、
前記流動性を有する前記混合物を前記開口部に充填し、
前記開口部に充填された前記混合物を硬化させて混合体を形成する、
回転電機の製造方法。

【請求項6】

ロータ側に開口する開口部が形成されたスロットが周方向に複数形成され、前記ロータの円周面に対向して配置されたステータコアと、前記スロットに挿入されたコイルと、を備えた回転電機の製造方法であって、
樹脂材料と軟磁性体粉末とを混合して、前記軟磁性体粉末の混合割合が５０体積％以上８５体積％以下の範囲で前記軟磁性体粉末の体積率を調整することにより、前記樹脂材料と前記軟磁性体粉末との比透磁率が５〜３５の範囲の、流動性を有する混合物を作成し、
前記流動性を有する前記混合物を前記開口部に充填し、
前記開口部に充填された前記混合物の表面に押圧型を接触させ、
前記押圧型を接触させた状態で前記混合物を硬化させ、
前記混合物が硬化した後に前記押圧型を取り外して、混合体を形成する、
回転電機の製造方法。

【請求項7】

ロータ側に開口する開口部が形成されたスロットが周方向に複数形成され、前記ロータの円周面に対向して配置されたステータコアと、前記スロットに挿入されたコイルと、を備えた回転電機の製造方法であって、
樹脂材料と軟磁性体粉末とを混合して、前記軟磁性体粉末の混合割合が５０体積％以上８５体積％以下の範囲で前記軟磁性体粉末の体積率を調整することにより、前記樹脂材料と前記軟磁性体粉末との比透磁率が５〜３５の範囲の、流動性を有する混合物を作成し、
前記流動性を有する前記混合物を所定の形状に硬化させて混合体を形成し、
硬化された前記混合体を前記開口部に装填する、
回転電機の製造方法。

【請求項8】

前記押圧型は、前記ステータコアの内周面と等しい曲率を有する
請求項６に記載の回転電機の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機及び回転電機の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

省エネの推進の観点から、回転電機には、損失低減により運転効率を高効率化し、電気エネルギー消費量を低減することが求められている。ステータコアのスロット形状が開放型（オープン・スロット型）又は半閉型（セミオープン・スロット型）の回転電機では、ステータとロータとの間のギャップにおけるギャップ磁束密度変動に伴って高調波磁束が発生することが知られている。この高調波磁束に起因する漂遊負荷損が全損失の中で比較的高い割合を占めている。

【0003】

回転電機における高調波磁束は、スロット開放部では磁束密度が低く、ステータコアのティース部では磁束密度が高くなり、磁束密度が局部的に激しく変動することで発生する。高調波磁束は、漂遊負荷損の増大だけでなく、力率やトルク特性の低下、ロータ鉄損の増大の要因ともなるため、その低減が求められている。

【0004】

大型回転電機では、一般に開放型（オープン・スロット型）が採用されており、ステータ内のコイルを固定するクサビとして磁性体を配合した磁性クサビを適用することで、ギャップ磁束密度変動を低減している。一方、半閉型（セミオープン・スロット型）が採用される、中型・小型回転電機では、クサビの打ち込み装着が困難であるため、大型回転電機で適用される磁性クサビの適用は、実用上困難である。

【0005】

この問題を解決する手段として、例えば特許文献１には、鉄粉と合成樹脂とを混練した混練物を繊維状の材料と混合して充填材を形成し、その充填材を回転電機のステータコアに形成されたスロットの開口部に充填して硬化させて磁性楔を形成し、この磁性楔によりギャップ高調波磁束を低減する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００２−２８１７０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１の技術では、高調波磁束を低減させる効果を必ずしも十分に得られないことがあり、浮遊負荷損失を確実に防止できるものではなかった。

【0008】

本発明の目的は、損失が少なく、高いモータ効率を得られる回転電機を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る回転電機の好ましい実施形態としては、ロータ側に開口する開口部が形成されたスロットが周方向に複数形成され、前記ロータの円周面に対向して配置されたステータコアと、前記スロットに挿入されたコイルとを備え、前記スロットの開口部には、軟磁性体粉末と樹脂材料との混合体が形成され、前記混合体の比透磁率が５〜３５である。

【0010】

本発明に係る回転電機の製造方法の製造方法の好ましい実施形態としては、ロータ側に開口する開口部が形成されたスロットが周方向に複数形成され、前記ロータの円周面に対向して配置されたステータコアと、前記スロットに挿入されたコイルと、を備えた回転電機の製造方法であって、樹脂材料と軟磁性体粉末とを混合して混合物を形成し、前記混合物を固形化して、前記樹脂材料と前記軟磁性体粉末との混合体であって、比透磁率が５〜３５である混合体を、前記開口部に形成する。

【0011】

本発明に係る回転電機の好ましい実施形態としては、径方向外側から内側へ延伸する複数のティースと、前記ティースの間に形成されるスロットとを有するステータコアと、前記スロットに配置されたコイルとを有する回転電機であって、
前記スロットは、前記コイルを収納する格納部と、前記格納部よりも内径側に位置するスロット開口部とを有し、
前記スロット開口部の内壁から前記格納部の少なくとも一部の内壁まで磁性部材が接触している。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、損失が少なく、高いモータ効率を得られる回転電機を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施例１に係る回転電機の断面図である。

【図2】軟磁性体粉／樹脂混合体が形成される前のステータコアのスロット開口部近傍を示す拡大図である。

【図3】図２に示すステータコアのスロット開口部に、軟磁性体粉／樹脂混合体が形成された状態を示す図である。

【図4】軟磁性体粉／樹脂混合体の内部組織を模式的に示す図である。

【図5】軟磁性体粉／樹脂混合体の比透磁率と、回転電機のモータ効率との関係を示すグラフである。

【図6】図５に示すグラフにおける比透磁率の各計測点における軟磁性体粉体積率及びモータ効率を示す表である。

【図7】Ｆｅ−Ｓｉ合金における単位重量当たりのＳｉ含有量と透磁率との関係を示すグラフである。

【図8】軟磁性体粉／樹脂混合体の密度と比透磁率の関係を示すグラフである。

【図9】図５の検証で使用した軟磁性体粉／樹脂混合体についての磁化曲線を示す図である。

【図10】球状粒子が細密充填された構造を示す図である。

【図11】曲げ試験の方法を説明する模式図である。

【図12】曲げ試験における軟磁性体粉／樹脂混合体のクラック発生時点での、圧子先端の変位と、比透磁率との関係を示すグラフである。

【図13】図１２において行った曲げ試験における、軟磁性体粉／樹脂混合体のクラック発生時における曲げ荷重と、比透磁率との関係を示すグラフである。

【図14】実施例２に係る軟磁性体粉／樹脂混合体の形成過程を説明する図である。

【図15】実施例３に係るステータコアのスロット開口部近傍を示す拡大図である。

【図16】実施例４に係るステータコアの斜視図である。

【図17】実施例５に係る磁性楔の斜視図である。

【図18】実施例５に係る磁性楔の層構造を示す断面図である。

【図19】実施例５に係る磁性楔の層構造を示す断面図である。

【図20】実施例６に係るステータコアのスロット開口部近傍を示す拡大図である。

【図21】実施例７に係るステータコアのスロット開口部近傍を示す拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【実施例1】

【0014】

以下、図１〜図１３を用いて、実施例１について説明する。図１及び図２に示すように、回転電機１００は、回転軸（以下、シャフトともいう。）１１に固定されたロータ１２と、ロータ１２の外側に設置されたステータ１３とを有している。

【0015】

ロータ１２は、所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板を積層した積層コアであるロータコア１２１と、ロータコア１２１のスロット内に挿入された二次導体１２２と、を有している。ロータコア１２１は、回転軸１１に固定されており、回転軸１１の回転に伴い、ロータ１２も回転可能に設けられている。

【0016】

ステータ１３は、所定の形状に打抜いた電磁鋼板等の軟磁性薄板を積層した積層コアであるステータコア１３１と、ステータコア１３１のスロット１３２内に挿入されたコイル１３３とを有している。ステータコア１３１は、ロータ１２の円周面に対向して配置されている。なお、ステータコア１３１を構成する積層コアは、箔体を積層した積層コアであってもよい。

【0017】

スロット１３２は、ステータコア１３１の外周側に設けられた円環状のバックコアからロータ１２の径方向に放射状に延びるティース（歯）１３４間に形成されており、ステータコア１３１の周方向に複数形成されている。スロット１３２には、ロータ１２側に開口するスロット開口部１３５が形成されている。スロット開口部１３５は、ティース１３４のロータ１２側端部がステータコア１３１の周方向に突出した突起部１３６を有する、半閉型に形成されている（セミオープン・スロット型）。

【0018】

スロット１３２内には、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）シートにより形成されるスロットライナー１４、１５が設置されている。スロットライナー１４は、スロット１３２の内壁に、ロータ１２側を開口させて設置されている。スロットライナー１５は、スロットライナー１４の内壁に、スロットライナー１４の開口部を覆うように設置されている。コイル１３３は、スロットライナー１４、１５で囲まれた空間内に収納されている。

【0019】

コイル１３３は、例えば銅やアルミ等にエナメル等の絶縁材が被覆された金属線からなり、図２に示す例では、コイル１３３は同心巻により配置されている。スロット１３２内に設置されるコイル１３３、スロットライナー１４、１５は、スロット１３２内に組み込まれた後、コイル結線、コイルエンド加工を経て、例えば不飽和ポリエステル系ワニス等の固着ワニスにより、ステータコア１３１に固着される。図示は省略するが、固着ワニスは各部材間に介在させて用いてもよく、各部材の表面を薄く被覆するように塗布して用いてもよい。

【0020】

図３に、図２に示すステータコア１３１のスロット開口部１３５に、軟磁性体粉／樹脂混合体１７（以下、「混合体」ともいう）が形成された状態を示す。図３に示すように、混合体１７は、ステータコア１３１のスロット開口部１３５及びスロットライナー１５よりもロータ１２側に存在するスロット１３２の空隙部１３７に形成されている。混合体１７は、軟磁性体粉と樹脂材料との混合物の硬化体であり、その形成方法は後述する。

【0021】

図４は、混合体１７の内部組織を模式的に示す図である。図４に示すように、混合体１７は、例えばバインダーであるシリコーン樹脂１９中に、概球状のアトマイズ鉄粉末１８が分散されて形成されている。アトマイズ鉄粉末１８間にはシリコーン樹脂１９が存在しており、アトマイズ鉄粉末１８同士の間に樹脂等の絶縁物が存在している状態（アトマイズ鉄粉末１８同士が互いに金属的に接合しない状態ともいう）で、混合体１７を形成している。

【0022】

混合体１７の比透磁率は、５〜３５とする。比透磁率が５〜３５の範囲にある混合体１７を、スロット開口部１３５に形成することで、高調波磁束の発生による損失が低減され、モータ効率について、高い効率改善効果を得ることができる。

【0023】

混合体１７の比透磁率と、回転電機１００のモータ効率との関係を検証した。評価結果を図５及び図６に示す。図５に示す検証には、軟磁性体粉として、Ｆｅ−３ｗｔ％Ｓｉ合金粉（以下、Ｆｅ−Ｓｉ合金粉を「合金鉄粉」と示す。）を使用した。具体的には、合金鉄粉と、樹脂材料である室温硬化型のシリコーン樹脂とを、それぞれ、樹脂成分硬化後の軟磁性体粉／樹脂混合体における合金鉄粉の体積率が図６の値となるように秤量し、合金鉄粉と樹脂材料との混合物を、混練機を用いて混練して作成した。合金鉄粉（Ｆｅ−３ｗｔ％Ｓｉ合金粉）としては、ガスアトマイズ粉を使用し、粒径が１５０μｍを超える粗大粉を取り除いて使用した。

【0024】

図５は、図１に示す回転電機１００（３相誘導電動機）と同様の基本構造を有する回転電機を２００Ｖ／５０Ｈｚで稼働したときのモータ効率を、比透磁率毎にプロットしたグラフである。図５に示すグラフは、横軸が比透磁率であり、縦軸がモータ効率であり、横軸は対数表示で示している。図６には、図５のグラフにプロットした各軟磁性体粉／樹脂混合体における合金鉄粉の体積率を、回転電機１００のモータ効率と併せて示している。

【0025】

具体的には、スロット開口部１３５に、混合体１７として、図６に示す各比透磁率を示す混合体１７を形成したステータ１３をそれぞれ用意し、これらのステータ１３をロータ１２に装着して、回転電機１００稼働時のモータ効率（出力／入力電力）を測定した。この測定結果に基づき、混合体１７の比透磁率とモータ効率との関係を評価した。なお、モータ効率の測定は、いずれのステータ１３も、同一のロータ１２に差し替えて行った。ロータ１２は、アルミニウムのダイキャスト成形により、スロットにロータバーが形成され、１スロット分のスロットスキューが施されたものを使用した。なお、図５では、スロット開口部１３５に混合体１７を形成していないステータ１３を装着したときの回転電機１００のモータ効率を、１００として示している。

【0026】

図５に示すグラフの検証には、回転電機１００として、出力２．２ｋＷ、４極の三相かご型誘導モータ（以下、単に誘導モータと略す）を用いた。ステータコア１３１、ロータコア１２１は、いずれも厚さ０．５ｍｍの電磁鋼板を用い、積厚は、いずれも１０４ｍｍとした。ステータコア１３１の寸法は、外径１７５ｍｍ／内径１１０ｍｍとし、ロータコア１２１の寸法は、外径１０９．４ｍｍ／内径（シャフト穴径）３２ｍｍとした。ステータコア１３１のスロット数は３６とし、ロータコア１２１のスロット数は２８とした。ステータコア１３１のティース１３４の幅は５．５ｍｍとし、スロット１３２全体の深さは１７．８ｍｍとした。ティース１３４の突起部１３６で囲まれた領域の寸法は、幅３．２ｍｍ、深さ０．８ｍｍとした。

【0027】

コイル１３３は、絶縁層込み外径が０．７２ｍｍであるエナメル線を１５２本用いて構成した。スロットライナー１４、１５としては、いずれも、厚さ０．２１ｍｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）シートを使用した。

【0028】

図５に示すように、スロット開口部１３５に混合体１７を形成した回転電機１００は、混合体１７をスロット開口部１３５に充填していない回転電機１００と比較して、いずれも高いモータ効率を得られた。混合体１７を充填していない回転電機のデータは図５における比透磁率が１のデータである。混合体１７の比透磁率が５以上のときには、比透磁率が５未満のときと比較して、モータ効率について高い改善効果を得られている。換言すれば、混合体１７の比透磁率が５未満の場合には、モータ効率の向上度合が小さく、混合体１７を形成するコストに見合うだけの、効率改善効果を得られない。

【0029】

一方、混合体１７の比透磁率が３５を超えると、混合体１７を介して、隣接するステータコア１３１のティース１３４間を流れる磁束（以下、「漏れ磁束」と示す。）が増大し、一次銅損が増大するため、モータ効率が低下する。混合体１７の比透磁率を３５以下とすることで、漏れ磁束の増大が抑制され、モータ効率改善について、高い効果を得ることができる。なお、比透磁率４０を超えると、混合体１７中の軟磁性体粉の割合が過多となり軟磁性体粉の大部分が金属的に接合してしまうため、本実施例では混合体１７の比透磁率は約３８まで上昇させたデータを用いる。

【0030】

なお、軟磁性体粉を含有していない、シリコーン樹脂単独の成形体をスロット開口部１３５に形成した状態は、磁気的には、スロット開口部１３５を空隙のままとした状態と等価である。このため、図５に示すグラフでは、軟磁性体粉の配合量が０である場合すなわち比透磁率が１の場合として示している。

【0031】

なお、図５の検証で使用した、上記各体積率の混合体１７は、軟磁性体粉と樹脂材料との混合時における、樹脂材料中での軟磁性体粉分布の均一化や、混合作業の容易性を考慮して、樹脂材料として、その初期粘度を、軟磁性体粉の体積率に応じて異ならせて使用した。具体的には、軟磁性体粉の体積率が４０体積％及び４８体積％の軟磁性体粉／樹脂混合体を作成する場合には、初期粘度７０Ｐａ・ｓのシリコーン樹脂を使用し、軟磁性体粉の体積率が５４〜６６体積％の軟磁性体粉／樹脂混合体を作成する場合には、初期粘度２０Ｐａ・ｓのシリコーン樹脂を使用し、軟磁性体粉の体積率が７２体積％以上の軟磁性体粉／樹脂混合体を作成する場合には、初期粘度１Ｐａ・ｓのシリコーン樹脂を使用した。

【0032】

実施例１では、例えば、ステータコア１３１のスロット開口部１３５及びスロットライナー１５よりもロータ１２側に存在するスロット１３２の空隙部１３７に、樹脂材料が硬化する前の、流動性を有する軟磁性体粉／樹脂混合物を充填する。次いで、軟磁性体粉末／樹脂混合物に含まれる樹脂材料を硬化させることで、スロット開口部１３５及びスロット１３２の空隙部１３７に、比透磁率が５〜３５である混合体１７を形成する。

【0033】

具体的には、例えばシリコーン樹脂に軟磁性体粉を混合した軟磁性体粉／樹脂混合物を、シリコーン樹脂が硬化する前に、スロット開口部１３５及びスロット１３２の空隙部１３７に充填する。次いで、軟磁性体粉／樹脂混合物のロータ１２側へのはみ出し防止のため、軟磁性体粉／樹脂混合物の表面に、ステータコア１３１の内周面と等しい曲率を有するテフロン（登録商標）製の押圧型を接触させる。このとき、余剰な軟磁性体粉／樹脂混合物は、スロット１３２の端部から排出される。

【0034】

この状態で、軟磁性体粉／樹脂混合物を室温にて所定時間放置し、シリコーン樹脂を硬化させて混合体１７を形成した後、混合体１７の表面から、テフロン製の押圧型を取り外す。以上の手順により、スロット１３２の空隙に、混合体１７が形成された、ステータ１３を得ることができる。

【0035】

混合体１７の透磁率は、軟磁性体粉が混合体中に占める体積率により調整することができる。以下に、混合体１７の磁気特性が、軟磁性体粉の種類に依存せず、軟磁性体粉の体積率に依存する点について、図７〜図９を用いて説明する。

【0036】

図７は、Ｆｅ−Ｓｉ合金における、単位重量当たりのＳｉ含有量と、透磁率（直流最大比透磁率）との関係を示すグラフである。図７に示すように、例えばＦｅ−６．５ｗｔ％Ｓｉ合金の透磁率（直流最大比透磁率）は、Ｆｅ−３ｗｔ％Ｓｉ合金の透磁率（直流最大比透磁率）の約３倍程度である。従って、Ｆｅ−Ｓｉ合金自体の透磁率は、合金組成に依存する。

【0037】

次に、上記したＦｅ−３ｗｔ％Ｓｉ合金及びＦｅ−６．５ｗｔ％Ｓｉ合金を、それぞれ樹脂材料と混合した軟磁性体粉／樹脂混合体の密度に対する比透磁率の関係を検証した。検証結果を図８に示す。なお、図８は、軟磁性体粉／樹脂混合体における、軟磁性体粉の体積率を変化させることで、軟磁性体粉／樹脂混合体の密度を変化させたものである。

【0038】

図８に示すように、Ｆｅ−３ｗｔ％Ｓｉ合金、Ｆｅ−６．５ｗｔ％Ｓｉ合金のいずれを用いた場合にも、混合体の密度増大に伴って、比透磁率が増大しているが、各密度における両混合体の比透磁率の差は小さい。従って、図７に示される、両合金間における磁化特性の差は、混合体１７においては殆ど反映されていない。

【0039】

従って、混合体１７としての磁化特性は、軟磁性体粉の種類には依存せず、混合体における軟磁性体粉の体積率に依存する。このため、樹脂材料と混合する磁性体としては、軟磁性を示すものであればよく、Ｆｅ−Ｓｉ合金以外の他の軟磁性体を適用することが可能である。また、複数種の軟磁性体粉の混合物を、樹脂材料と混合して用いてもよい。

【0040】

次に、軟磁性体粉／樹脂混合体の磁化特性について検証した。図９に、図５の検証で使用した混合体１７のうち、軟磁性体粉を７２体積％含む混合体１７についての磁化曲線を示す。なお、図９の磁化曲線は、上記した混合体１７を、外径３０ｍｍ、内径２０ｍｍ、厚さ５ｍｍに成形したリングコアについての、１ｋＨｚでの磁化曲線を示したものである。

【0041】

図９に示すように、軟磁性体粉の体積率が７２体積％である混合体１７のＢ−Ｈ曲線は、ほぼ直線状となっており、混合体１７の磁化特性における、軟磁性体固有の磁化特性の影響が小さいことが確認できる。

【0042】

つまり、混合体１７の軟磁性体間には、非磁性体である樹脂材料が介在しているため（図４参照）、混合体１７においては、軟磁性体粉固有の磁化特性の影響が、樹脂材料により低減されている。このため、混合体１７としての磁化特性は、樹脂材料により分離された軟磁性体粉間の距離、即ち、混合体１７に占める軟磁性体粉の体積率に依存する。従って、以上の点からも、混合体１７としての磁化特性は、軟磁性体粉の種類には依存せず、混合体１７における、軟磁性体粉の体積率に依存することが把握される。

【0043】

混合体１７の設置により、高い効率改善効果を得る観点からは、混合体１７における軟磁性体粉の体積率を、５０体積％以上８５体積％以下とすることが好ましい。

【0044】

混合体１７における軟磁性体粉の体積率を、５０体積％以上とすることで、モータ効率について高い向上度合を得ることができ、混合体１７を設置する設置コストに見合うだけの、高い効率改善効果を得ることができる。また、混合体１７における軟磁性体粉の体積率を、８５体積％以下とすることで、軟磁性体粉が互いに金属的に接合することなく、樹脂材料中に分散した状態とすることができる。これにより、混合体１７を介して、隣接するティース１３４を流れる漏れ磁束の増大や、これに伴う一次銅損の増大を抑制することができる。

【0045】

つまり、図１０に示すように、軟磁性体粉間の接合を目的とする圧縮力を作用させずに形成した、同一径の球形粒子２１の細密充填状態では、充填率は概ね７４体積％である。球形粒子が粒度分布を有する場合には、図１０に示す球形粒子２１の空隙に、球形粒子２１より小粒径の球形粒子が充填されるため、軟磁性体粉間の接合を目的とする圧縮力を作用させない場合、球形粒子の充填率の最大値は、概ね８５体積％である。従って、混合体１７における軟磁性体粉の体積率を、８５体積％以下とすることで、軟磁性体粉が互いに金属的に接合することなく、樹脂材料中に分散した状態とすることができる。効率改善効果をより高く得る観点からは、混合体１７における軟磁性体粉の体積率は、５５体積％以上８０体積％以下とすることが好ましいとも言える。

【0046】

実施例１では、上記したように、軟磁性体粉と樹脂材料との混合物を、スロット開口部１３５に充填した後に固形化するため、混合物に圧縮力を作用させなくても、混合体１７を形成することができる。このため、軟磁性体粉同士が金属的に接合することなく、樹脂材料中に軟磁性体粉が分散した状態の混合体１７を、容易に得ることができる。この場合、混合体１７は、原理的には、電気絶縁性を示す。

【0047】

回転電機を長期間運転した場合、混合体１７の機械的強度が不足していると、ロータ１２からの吸引力や、ロータ１２の回転に伴う流体摩擦力等の作用により、混合体１７の欠落や、これに伴う製品事故が発生することがある。このため、回転電機に装着された混合体１７における、欠落等の機械的損傷に対する耐性を、以下に曲げ試験により評価した。

【0048】

曲げ試験は、図１１に示すように、３点曲げ試験により行った。具体的には、支持体３１の支点３２上に試験体３３を置き、その中央に、圧子３４の先端を加重点として曲げ荷重を印加して、時間変化に伴う曲げ変位及び曲げ荷重の大きさを測定した。

【0049】

支持体３１としては、支点３２間距離が２０ｍｍ、支点３２高さが６ｍｍのものを使用した。また、支持体３１及び圧子３４としては、支点３２及び圧子３４の先端が、それぞれ半径４ｍｍの円弧形状を有するものを使用した。試験体３３としては、テフロン製の分割モールドに所定量の混合体１７を投入し、硬化させて、幅６ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、長さ３０ｍｍの直方体に成形した。曲げ試験の過程において、試験体３３が、支持体３１の支点３２間の面に接触しないように、圧子３４の最大変位を６ｍｍとして曲げ試験を行った。変位の基準点（ゼロ点）は、曲げ荷重の印加開始点である。

【0050】

図１２は、曲げ試験における試験体３３のクラック発生時点での、圧子３４先端の変位と、比透磁率との関係を示すグラフである。図１２に示すように、比透磁率が６未満の混合体１７では、支点３２の高さに相当する距離（６ｍｍ）だけ圧子３４を変位させても、クラックが発生しなかった。また、比透磁率が６以上の混合体１７では、比透磁率の増大に伴って、クラック発生時における圧子３４の変位値が低下しており、比透磁率の増大に伴い、混合体１７の延性が低下していることが確認できた。

【0051】

また、比透磁率が７．３〜３１の領域での圧子３４の曲げクラック発生変位の推移と比較すると、比透磁率が３１から３８に変化するときの、圧子３４の曲げクラック発生変位の低下度が大きく、その違いは顕著であった。このため、比透磁率が３８の混合体１７は、比透磁率が３１の状態から大幅に脆化し、曲げ変形の開始直後の段階でクラックが発生していることが確認できた。なお、図１２のプロット上部に示す上矢印は、クラック発生時の変位量が６ｍｍ以上であることを示している。

【0052】

図１３は、図１２において行った曲げ試験における、試験体３３のクラック発生時における曲げ荷重と、比透磁率との関係を示すグラフである。図１２において説明したように、比透磁率が６未満である混合体１７では、曲げクラックが発生していない。このため、図１３において、比透磁率が６未満のときの各プロットの曲げ荷重は、圧子３４が６ｍｍ変位した時点での値を示している。

【0053】

図１３に示すように、比透磁率の増大に伴い、クラック発生時における曲げ荷重は増大したが、比透磁率が３８の混合体１７では、曲げ荷重が急激に低下し、機械的強度が大幅に低下することが確認できた。

【0054】

比透磁率が３８の混合体１７の機械的強度が低下した理由は、樹脂材料に対する軟磁性体粉の混合量が過大であるため、軟磁性体粉間に樹脂材料が充填されていない領域が形成され、曲げクラックの起点となるボイドが多数発生したためと推察される。

【0055】

以上の曲げ試験の結果から、比透磁率が３８以上である混合体１７では、機械的強度が低く、かつ脆いため、回転電機を長期間運転した場合には、混合体１７の欠落が発生し易く、実用に供することが困難であることが確認された。以上の結果から、混合体１７において、効率の観点および機械的強度の観点から、混合体１７の比透磁率は、５以上３５以下とするのが好ましい。

【0056】

軟磁性体粉としては、例えば、ガスアトマイズ粉を好適に用いることができる。ガスアトマイズ粉は、概略球状粉であり、樹脂材料との混練や混合の容易性や、混合物の均一性に優れている。ただし、軟磁性体粉は、必ずしも概略球状である必要はなく、例えば還元粉や破砕粉等であってもよい。この場合には、軟磁性体粉の形状に応じて、混練条件や攪拌条件を調整することで、適用することが可能である。

【0057】

なお、図５に示すグラフの測定に用いた混合体１７では、シリコーン樹脂の合金鉄粉に対する接着性が高いため、合金鉄粉には表面処理を施していない。ただし、軟磁性体粉と樹脂材料との接着性の改善を目的として、樹脂材料や軟磁性体粉の種類に応じて、シランカップリング剤等の表面処理剤により、軟磁性体粉を適宜表面処理するようにしてもよい。軟磁性体粉に表面処理を施して、樹脂材料との接着性を改善することで、混合体の機械的特性を向上させることができる。

【実施例2】

【0058】

以下に、実施例２に係る回転電機の製造方法について、図１４を用いて説明する。実施例２は、軟磁性体粉と樹脂材料との混合物を予め固形化して、剛性を有する混合体１７とした後、スロット開口部１３５に装着する形態である。なお、実施例２で適用する回転電機は、後述するように、スロットライナーの形状及び設置形態が異なる点を除いて、その構成は、実施例１で適用する回転電機１００と同じである。

【0059】

まず、軟磁性体粉と樹脂材料とを混合し、これらの混合物を、スロット開口部１３５に嵌合可能な形状に成形した後、混合物に含まれる樹脂材料を固形化して、混合体１７を形成する。次いで、コイル１３３をスロット１３２内に挿入し、スロット１３２の底部側に押し込みつつ、スロットライナー２０のロータ１２側端部をスロット１３２の中心側に湾曲させる（図１４（ａ）参照）。

【0060】

次に、スロット開口部１３５とコイル１３３との間に形成された空隙部１３８に、混合体１７を挿入する。混合体１７は、スロットライナー２０端部のスプリングバックにより、スロット開口部１３５側に押し上げられ、ステータコア１３１のティース１３４の突起部１３６に軽く押し付けられて固定される（図１４（ｂ）参照。）。

【0061】

次いで、スロット１３２内に挿入されたコイル１３３について、コイルエンド圧縮処理を行う。このとき、スロット１３２の底部に押し付けられたコイル１３３がスロット開口部１３５側に移動し、混合体１７が、スロット開口部１３５に嵌合される（図１４（ｃ）参照。）。

【0062】

最後に、不飽和ポリエステル系のワニスを用いて、コイル１３３及びスロットライナー２０をステータコア１３１に固着させると同時に、混合体１７を、ステータコア１３１に固着させる。これにより、ステータコア１３１のスロット開口部１３５において、磁気特性に影響する隙間を極力小さくした状態で、混合体１７を装着することができる。

【0063】

以下に、実施例２に係る回転電機の製造方法について具体的に説明する。以下の説明では、混合体１７として、軟磁性体粉であるＦｅ−３ｗｔ％Ｓｉ合金ガスアトマイズ粉末と、樹脂材料であるエポキシ樹脂とを混合して硬化させた、混合体１７を使用した。

【0064】

実施例２では、まず、混合体１７を、ステータコア１３１のティース１３４の突起部１３６のテーパ部で囲まれた領域を含む、スロット開口部１３５を充填できる形状に形成した。これにより、混合体１７の、スロット開口部１３５への位置決めが可能となる。具体的には、長さ１０４ｍｍの溝が形成されたステンレス製モールド（分割型）に、軟磁性体粉／樹脂混合物を充填した後、ステータコア１３１の内周面と等しい曲率を有するステンレス製治具により溝の開放面を閉じ、軟磁性体粉／樹脂混合物中の樹脂を硬化させて、混合体１７を形成した。

【0065】

ステンレス製モールドには、充填物との接触面及びモールド（分割型）の分割面に、シリコーン樹脂系の離型剤を予め塗布した後、脱泡処理後の混合物を流し入れた。これにより、エポキシ樹脂硬化後の混合体１７を、ステンレス製モールドから容易に取り出せるようにした。

【0066】

混合体１７は、その断面が、装着されるスロット１３２領域の断面積より若干小さくなるように形成した。具体的には、検証に使用した回転電機における、ステータ１３のスロット開口部１３５の幅は３．２ｍｍであったため、ステンレス製モールド（分割型）のスロット開口部１３５に該当する部分の溝幅を３．１ｍｍとして、得られる混合体１７とスロット開口部１３５との間に、片側０．０５ｍｍの挿入ギャップを形成した。これにより、スロット開口部１３５への嵌合時における混合体１７の損壊を防止した。

【0067】

混合体１７は、Ｆｅ−３ｗｔ％Ｓｉ合金ガスアトマイズ粉末とエポキシ樹脂とを、軟磁性体粉の体積率が７２体積％となるように混合して形成した。エポキシ樹脂としては、室温での粘度が０．６Ｐａ・ｓの二液性樹脂を使用し、撹拌機を用いて軟磁性体粉と混合した。撹拌機による混合後、ロータリーポンプによる減圧チャンバー内で、混合物の脱泡処理を行った。脱泡処理後の混合物を、上述したステンレス製モールドに流し込み、１００℃で２時間、次いで１７５℃で４時間の条件で加熱して、混合物中のエポキシ樹脂を硬化させた。

【0068】

なお、例えば大型回転電機の打ち込み磁性クサビでは、ステータ１３のスロット１３２に対して、回転軸１１の軸方向に磁性クサビを挿入して装着するため、磁性クサビとスロット１３２との間には、ある程度の大きさのギャップが必要である。これに対し、実施例２の回転電機の製造方法では、混合体１７を、ステータ１３の径方向に移動させることで、スロット開口部１３５に装着する。従って、上記した大型回転電機における磁性クサビの装着時と比較して、混合体１７を、短い移動距離でスロット１３２に装着することが可能となる。このため、大型回転電機への磁性クサビの装着時と比較して、挿入ギャップを大幅に低減することができ、混合体１７の磁気的効果の損失を低減することができる。

【0069】

実施例２によれば、混合体１７を有するステータ１３を、簡易にかつ効率的に製造することができる。なお、実施例２の製造方法により得られたステータ１３を用いた回転電機については、モータ効率の測定を行っていないが、実施例２の製造方法により得られたステータ１３を用いた回転電機についても、実施例１の製法により得られたステータ１３を用いた回転電機において、混合体１７における軟磁性体粉の体積率を７２体積％としたときと、ほぼ同等のモータ効率改善効果が得られると推察される。

【0070】

実施例２の回転電機の製造方法では、予め固形化した混合体１７を、スロット開口部１３５に装着する。このため、実施例１で設置した、スロット開口部１３５側のスロットライナー１５（図２参照）を設置せずに、混合体１７を設置することができる（図１４参照）。

【0071】

なお、図２に示す例では、スロットライナー１５が、コイル１３３とステータコア１３１との間の絶縁性を確保する機能を有している。図１４（ｃ）に示すように、ロータ１２側のスロットライナー１５を設置しない場合には、混合体１７が、コイル１３３とステータコア１３１との間の絶縁性を確保する機能を兼ねる。

【0072】

図９で説明したように、混合体１７の一種である混合体１７は、１ｋＨｚの交番磁界を加えても、渦電流によるヒステリシス増大が認められず、ほぼ絶縁体であることが認められる。このため、混合体１７により、コイル１３３とステータコア１３１との間の電気絶縁性を確保することが可能である。

【0073】

但し、混合体１７における軟磁性体粉末の含有率が高く、混合体としての電気絶縁性が低い場合には、混合体１７の、スロット１３２底部側の面に絶縁樹脂シートを貼り付けたり、混合体１７とコイル１３３との間に絶縁樹脂シートを挿入したりしてもよい。

【0074】

樹脂材料としては、軟磁性体粉間に浸透して、混合体１７において軟磁性体粉を保持することができ、かつ電気絶縁性を有するものであれば、上記したシリコーン樹脂やエポキシ樹脂以外のものを用いることも可能である。ただし、モータ稼働時の損失による発熱や、これに伴うステータコア１３１やコイル１３３の温度上昇に対する耐熱性を考慮して、樹脂材料を選択することがよい。

【0075】

実施例２において、樹脂材料として使用したエポキシ樹脂は、熱硬化樹脂であり、熱硬化処理過程において大幅な粘度低下を生じることが知られている。樹脂材料の低粘度化が顕著であると、低粘度化した樹脂材料が、熱硬化処理時にステンレス製モールド（分割型）の接合界面に流入することがある。この場合、モールド内の軟磁性体粉／樹脂混合物の混合比が変動し、所望の磁気特性を有する軟磁性体粉／樹脂混合物を得られないことがある。このため、熱硬化性の樹脂や低粘度樹脂を用いた場合や、軟磁性体粉の混合割合の低い軟磁性体粉／樹脂混合物を成形する場合には、軟磁性体粉／樹脂混合物からの樹脂成分の流失を抑制するため、必要に応じて、アルミナ、シリカ等の微細なセラミックス粉を樹脂材料に適宜混合し、セラミックス粉により粉体粒子間の空間を最小化した状態で、樹脂材料を充填して硬化させるようにしてもよい。

【実施例3】

【0076】

図１５には、ステータスコアのスロット開口部近傍の拡大図を示す。
ステータスコア１３１のスロット１３２の格納部１３９内には、絶縁物であるスロットライナー１４と、巻線１３３と、絶縁物であるスロットライナー（またはサシキ）１５とが、外周側より挿入されて収納されている。外周側のスロットライナー１４は巻線１３３とティース１３４との間を絶縁する。また、内周側のスロットライナー１５は絶縁の役割に加え、巻線１３３がスロット開口部１３５の端部よりロータコア側へ突出するのを防ぐ役割を持つ。巻線１３３は例えばエナメル被服銅線のような導体がティース１３４に巻回されたコイルである。

【0077】

ステータスコア内径に沿ってスロット開口部１３５を有するステータスコア１３１のスロット１３２の形状は、大型回転電機ではおもに全開口型（オープン）スロット、中型・小型回転電機では半開口型（セミクローズ）スロットが用いられている。また、ステータスコアのスロットとスロットとの間にはティース１３４が存在する。これらの開口型のスロット形状ではティース１３４の電磁鋼板の透磁率とステータスコアスロット開口部１３５の透磁率との違いから磁束密度の疎密（スロットリップル）が生じてしまう。このスロットリップルによりスロット開口部１３５において高調波磁束が発生し、ロータコア１２１のステータスコア側表面に近い箇所で鉄損や銅損を生じる。この高調波磁束を抑制するためにはステータスコアとロータコア間の等価ギャップ長の短縮が必要となる。等価ギャップ長を短縮することでカータ係数が小さくなる。その結果として、高調波磁束の低減に寄与する。

【0078】

そこで本実施例では、その特徴として、図１５のように、スロット１３２のうちスロット開口部１３５から格納部１３９の上部１３２１まで磁性楔１７１を充填する構造を成している。磁性楔１７１の内周面はステータスコア１３１の内周面と一致する箇所まで充填されている。図示しないが、磁性楔１７１は、磁性楔１７１の軸方向端部もステータスコアの端部と一致する箇所まで充填されている。また、磁性楔１７１はスロット開口部１３５の側壁に加え、スロット開口部１３５の側壁とは角度が変わる格納部１３９の側壁（図示の例では両側のスロットライナー１４）にも接触している。このようにスロット開口部１３５よりも周方向幅の広い格納部１３９まで磁性楔１７１が存在することで、磁性楔１７１が磁気吸引力により内径側に引っ張られる際に格納部１３９内に形成される部分がひっかかるため、磁性楔１７１がロータコアからステータスコア内径側にかかる磁気吸引力による欠落を防止する構造となっている。

【0079】

磁性楔１７１は、実施例１における混合体１７と同様な磁性部材であり、磁性楔１７１は鉄等の磁性粉末と樹脂とを混練させたものを充填し熱によって硬化させることで成型する。磁性粉末は主に磁気特性向上の役割を担い、樹脂材は磁性粉末同士を接着させるバインダーとして機能する。樹脂材を混入することにより、磁性楔の強度を確保している。

【0080】

磁性楔１７１の径方向端面がステータスコア１３１の内周面と一致する箇所に存在することで磁気特性をより高めることが出来る。これは上述したように、等価ギャップ長の短縮による効果である。さらにスロット開口部１３５の側壁全体に接触するように磁性楔１７１を充填することで、磁性楔１７１と電磁鋼板の間に空隙を生じることが防止できるため磁気特性が高まる。また、スロット開口部１３５の径方向厚みと磁性楔１７１の径方向厚みを一致させることでより効果の高い磁性楔を実現できる。

【0081】

なお、本実施例では熱硬化性の材料を用いて磁性楔１７１を形成しているが、逆に冷却すると硬化する性質を有する材料を用いても構わない。不可逆変化を起こす材料であれば回転電機の駆動時に液状に戻ることもないため、磁性楔として使用することが可能である。また、本実施例は半開口型スロットであっても全開口型スロットであっても適用することができる。

【0082】

本実施例の磁性楔１７１を用いることで、幅広く知られているようにステータスコアのティースと開口部での透磁率の違いから生じる磁束密度の疎密を解消することで、現状の体格を維持しながら、更に高効率な回転電気を提供できる。また、スロット開口部１３５に特別な溝や特殊な開口部形状などを形成せずに実現できるので、製作が容易となる。

【0083】

また、励磁電流を低減する効果もあるため、高効率化要素であるコイル占有率の増加や導体断面積の増加によって発生する始動電流の悪化や力率の低下といった特性悪化も抑制できる。さらに、磁束密度の疎密を解消することで磁気騒音を防止することができ、またトルクリップルを防止することができる。

【実施例4】

【0084】

図１６を参照して、実施例４を説明する。図１６は、ステータコアの斜視図であり、併せてスロット１３２の格納部１３９の断面も示している。
実施例４は、ステータコア１３１のスロット開口部１３５における軸方向（図１６のＺ方向）の構造の特徴を説明するものである。スロット開口部１３５の軸方向Ｚに、所定間隔で、複数の磁性部材１６１が配置され、それら磁性部材１６１の間に、磁性粉末と樹脂とを混練した磁性材１７２を充填して構成される。磁性材１７２は上述の磁性楔と同様の磁性部材である。ここで、磁性部材１６１はスロット開口部１３５の形状に合わせて予め硬化させた固体物であり、混練した磁性材１７２を充填するための案内部材或いは支持部材となる。磁性部材１６１は作業工程の観点から治具と呼んでもよいであろう。なお、図１６は、スロット開口部１３５に複数の磁性部材１６１が装填しているが、磁性材１７２が未だ充填していない状態を示している。なお、後述する実施例５や実施例６との関係で言えば、実施例４は、磁性楔が軸方向Ｚに複数層の磁性部材から構成される例である。

【0085】

実施例１で説明した、磁性体と樹脂とを混練した磁性体材料を開口部１３５に充填して磁性楔１７１を成形する方法では、磁性体材料を加熱硬化する際に樹脂が熱により通常の室温での粘度よりも低くなることで、軸方向端部Ａまたはスロット開口部１３５の端部Ｂより漏出する虞がある。特に高強度を有するエポキシ樹脂に関してはガラス転移温度を超えると状態変化を生じ、硬度が下がるなどの危険性を生じる。

【0086】

また、スロット１３２内径側に存在するスロットライナー１５は軸方向Ｚに曲がりを生じて、スロット開口部１３５へ突出することがある。絶縁物であるスロットライナー１５のスロット開口部１３５への突出により、スロットライナー１５が格納部１３９までの磁性材の進入を防ぎ、格納部１３９の側壁での抑えが効かない構造の磁性楔が形成される虞がある。抑えが効かない構造の磁性楔はスロット開口部１３５の側壁のみで接合された構造で、側壁との接着強度が必要になるためロータコアからの磁気吸引力に耐えられるだけの強度が確保できないことがある。その結果、磁性楔のスロットからの欠落を生じ、製品の信頼性を確保できないといった課題が挙げられる。

【0087】

そこで本実施例では、軸方向Ｚのスロット開口部１３５に、軸方向端部Ａを含む複数個所に所定間隔で固体物の磁性部材１６１を配置し、その後に磁性楔を形成する磁性材１７２を充填する。これにより、硬化前の磁性材１７２が軸方向端部Ａからの漏出を防止する。さらに、格納部１３９内の巻線１３３の張力によってスロット開口部１３５まで押しだされるスロットライナー１５を、磁性部材１６１によって格納部１３９側へ押さえることができるため、実施例１と比較して、磁性材１７２によって形成される磁性楔（便宜上１７２´で示す）をスロット１３２のスロットライナー１５まで充填することが容易となる。

【0088】

また磁性部材１６１の材料として、磁性楔１７２´と同一材料あるいは同程度の透磁率を有する材量を用いることで、磁性楔１７２´を硬化させた後も、磁性材１７２の充填の作業過程で使用した治具としての磁性部材１６１は除去することなく、スロット開口部１３５内に残しておくことができる。

【実施例5】

【0089】

図１７乃至図１９を参照して、実施例５を説明する。
実施例５は、磁性粉末と樹脂を混練し成形・硬化して製作した、複数の層構造から成る磁性楔１７３を、スロット開口部１３５及び格納部１３９に軸方向端部から挿入することで、実施例１と同様なステータスコアを構成する。

【0090】

図１４に示す方法と同様にして、成形済みの磁性楔１７３をスロット開口部１３５及び格納部１３９に挿入してステータコアを製作する。成形済みの磁性楔を用いてステータコアを製作することにより、液状の磁性材料３３を充填する方式では手間がかかるような、軸方向の寸法が長いステータスコアに実施する場合、作業効率を向上させることができる。かつ、複数の層構造の磁性楔を用いることで、磁気特性が必要な部分には高磁気特性を付与し、機械的強度が必要な箇所には高機械強度を付与することができる。

【0091】

以下、詳細に説明する。
図１７及び図１８を参照するに、予め磁性粉末と樹脂を混練しあらかじめ成形・硬化して製作した磁性楔１７３は、径方向Ｙに、第１層１７３１と第２層１７３２の２層構造を成している。内径側に位置する第１層１７３１は樹脂密度よりも軟磁性体粉密度が高い層であり、外径側にある第２層１７３２は軟磁性体粉密度よりも樹脂密度が高い層である。磁性粉末の密度を高くすることによって透磁率が高くなるが、他方では磁性粉末同士の結合強度が弱くなるため機械的強度が低下する。機械的強度低下を防止するために磁性粉末密度を低くすることにより、磁性粉末同士を接着させる力が強まり樹脂の曲げ強さ等の機械的強度を向上させることが出来る。そこで、本実施例においては、径方向に複数構造を成す、第１層と第２層で磁性粉末の密度を異ならせることによって、磁気特性が必要な部分においては高磁気特性を有し、機械的強度が必要な箇所では高機械強度を有する磁性楔を提供することができる。

【0092】

本実施例では、第１層１７３１と第２層１７３２の接着面（境界面）の接着強度を強くために突起１８０を設けている。突起１８０の形状は種々あり、例えば、図８(a)のような四角い突起、図８（ｂ）のような円錐状の突起、図８(ｃ)のような球状の突起、の形状とすることができる。ここで、図８（ａ）（ｂ）に示す境界面は、いずれも第２層１７３２から第１層１７３１に向かって突起１８０が延伸して形成しているが、図８（ｃ）では反対に第１層１７３１から第２層１７３２へ向かって突出した突起である。いずれも同様の効果を得ることができる。突起１８０を形成する箇所および個数は問わないが、１箇所のみに突起を形成するよりも、軸方向に複数箇所あるいは周方向に複数個所設ける方が第１層と第２層の接着強度をより高める観点から望ましい。

【0093】

図９は、第１層１７３１と第２層１７３２の接合構造の他の例を示す。
図９の例は、径方向に積層された第１層１７３１の下部を第２層１７３２が覆うように形成され、両者の接着面では周方向Ｘから突出する突起１８１によって両者の層を噛み合わせるように構成している。図９（ａ）及び（ｂ）は、第１層１７３１から第２層１７３２へ突起１８１が形成され、（ｃ）は反対に、第２層１７３２から第１層１７３１へ突起１８１が形成されている。このように構成することで、径方向内側にかかる磁気吸引力に耐えられる構造となる。
なお、磁性楔１７３１、１７３２の材料は樹脂と磁性粉末の混錬物であるため、例えば圧縮成型やトランスファー成型などプラスチックの成型に用いられている手法を用いた成型が可能である。

【0094】

次に、実施例５における変形例や他の例について説明する。
複数の層構造から成る磁性楔１７３の成型は予め成形・硬化しなくても、充填方式による製造プロセスでも実現できる。例えば、最初に第２層１７３２を形成する磁性粉末と樹脂の混練物をスロット開口部１３５内に充填して硬化させ、その後、第２層１７３２の上に、第１層を形成する高磁気特性の磁性粉末と樹脂の混練物を充填して硬化させることによって、製造プロセス中において複数層の磁性楔１７３を形成することが可能となる。また、他の例として、既に成型された絶縁層（第２層対応）を予めスロット開口部内に挿入した後、高磁気特性の混練物（第１層対応）を充填して硬化させることにより、同様の磁性楔１７３を形成することができる。

【0095】

なお、図１７乃至図１９に示す例は、磁性楔１７３を２層構造で実現する例であるが、層構造は２層に限らず、３層以上の層構造としてもよい。３相以上の層構造とすることで、高絶縁特性が必要なステータスコアの場合、最も外径側の層を樹脂のみとすることでスロットライナー１５の作用効果を兼ねることができる。これにより部品点数を削減しつつ巻線１３３と磁性楔１７３間の絶縁性を高めることが出来る。なお、２層構造の磁性楔でも第２層１７３２を絶縁性のある樹脂で形成することで、上述した３層構造の最外層（スロットライナー機能）と同等の作用効果を期待できる。

【0096】

３相以上の層構造の磁性楔を実現する手段としては、予め硬化して製作した磁性楔をスロット開口部１３５内に装填する例の他に、上記のように、スロット開口部１３５内に磁性楔を形成するプロセスにおいて、第ｎ層から第１層までの各層を形成する磁性粉末と樹脂の混練物を順次充填して硬化させることを繰り返すことで、多数ｎ層（ｎは３以上）構造の磁性楔を形成することができる。また、第ｎ層から第ｍ層（ｍは（ｎ−１）から２）までを、一括して硬化し製作した磁性楔をスロット開口部１３５内に装填し、残りの第（ｍ−１）層から第１層までを磁性粉末と樹脂の混練物を順次充填して硬化させることで形成することも可能である。
更に他の変形例として、上述した磁性楔１７３は複数層構造が径方向Ｙに積層されたものであるが、層構造の方向は、径方向に限らず、軸方向或いは周方向のいずれの方向においても可能である。

【実施例6】

【0097】

図２０を参照して、実施例６を説明する。
実施例６は、ステータコア１３１の周方向Ｘに複数の層構造を有する磁性楔１７３の例である。図示のように、磁性楔１７３は、スロット開口部１３５の両側壁に接触する第1層１７３１と、第１層１７３１の両側下部に形成された第２層１７３２２とを有する構造である。第１層と第２層は、周方向Ｘに層構想を形成している。第１層１７３１の下部はスロットライナー１５に接し、第２層１７３２は格納部１３９の両側に装填されたスロットライナー１４と第１層１７３１とにそれぞれ接触している。

【0098】

ここで、第１層及び第２層は、磁性粉末と樹脂の混練物により構成されるが、第１層の磁性粉末の密度は、第２層１７３２の磁性粉末の密度よりも大である。また、第１層と第２層との境界には、実施例５と同様の突起１８１を形成することで、両者の接着強度を高めることも可能である。
なお、他の例として、第２層１７３２は、実施例５の変形例で説明したように、磁性粉末密度を下げた磁性材料と趣旨の混練物でもよい。更に他の例によれば、第２層１７３２は、磁性材料を含まない、樹脂やワニスなどの絶縁材料でも構わない。

【実施例7】

【0099】

図２１を参照して、実施例７を説明する。
実施例７は、複数層を有する磁性楔の例であり、実施例６の他の例と考えてよい。
図示のように、磁性楔１７３は、第１層１７３１と第２層１７３２から構成されて、第１層１７３１は、スロット開口部１３５の側壁に沿って径方向Ｙ（図２１の下方）に延伸している形状であり、その底部はスロットライナー１５に接触している。更に、第１層１７３１は径方向Ｙ（下方）に延伸するにしたがって第１層の周方向Ｘにおける幅が広くなり、その両端は、格納部１３９の両側に配置されたスロットライナー１４に接触している。第１層及び第２層を形成する磁性粉末と樹脂の混練物は実施例６と同様である。
このような構造とすることで、ロータコア１２１からの磁気吸引力によって第１層１７３１が欠落する事態を低減することができる。なお、第１層１７３１の下部の形状は曲線的に幅が広くなっているが、その形状は曲線に限らず直線的に幅を広げても構わない。また、第２層１７３２の形状も曲線に限らず、直線としてもよい。

【0100】

このように、周方向Ｘに、軟磁性体粉を多く含有した第１層１７３１を、絶縁性の高い樹脂が占める割合が大きい第２層１７３２が挟んで構成することにより、第２層１７３２を電流が通りにくくなり、ステータスコア１３１に発生する渦電流を抑制することができる。さらにロータコア側に磁束が流れやすくなるため、低損失化を図ることが出来る。

【0101】

なお、これまで説明した実施例では電動機（モータ）を例に挙げて説明しているが、本発明の回転電機は、電動機（モータ）としても発電機（ジェネレータ）としても適用することができるものである。

【符号の説明】

【0102】

１００…回転電機、１１…回転軸、１２…ロータ、１２１…ロータコア、１３…ステータ、１３１…ステータコア、１３２…スロット、１３３…コイル、１３４…ティース、１３５…スロット開口部、１３６…突起部、１３７、１３８…空隙部、１４、１５…スロットライナー、１７…軟磁性体粉／樹脂混合体、１８…アトマイズ鉄粉末、１９…シリコーン樹脂、２０…スロットライナー、２１…球形粒子、３１…支持体、３２…支点、３３…試験体、３４…圧子、１７３…磁性楔、１７３１…第１層、１７３２…第２層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】