特許 7184729 回転電機ステータコアの誘導加熱装置及び誘導加熱方法

(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】

(24)【登録日】2022-11-28

(45)【発行日】2022-12-06

(54)【発明の名称】回転電機ステータコアの誘導加熱装置及び誘導加熱方法

(51)【国際特許分類】

   H05B 6/10 20060101AFI20221129BHJP

   H05B 6/36 20060101ALI20221129BHJP

   H02K 15/02 20060101ALI20221129BHJP

【ＦＩ】

H05B6/10 331

H05B6/36 D

H02K15/02 F

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019193117

(22)【出願日】2019-10-24

(65)【公開番号】P2021068594

(43)【公開日】2021-04-30

【審査請求日】2021-12-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】浦田 信也

(72)【発明者】

【氏名】大谷 裕子

(72)【発明者】

【氏名】前田 義隆

(72)【発明者】

【氏名】恒川 浩一

(72)【発明者】

【氏名】蟹江 隆久

(72)【発明者】

【氏名】谷口 寛和

【審査官】杉浦 貴之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１５５５５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１０２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１７００８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０８４３１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ６／００－６／１０

Ｈ０５Ｂ ６／１４－６／４４

Ｈ０２Ｋ １５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

環状のヨークと、前記ヨークの周方向複数位置から径方向内側に延びる複数のティースとを備える回転電機ステータコアの誘導加熱装置であって、
前記回転電機ステータコアの内周側に配置され、励磁コイルが巻かれた柱状の中心コアと、
前記中心コアの軸方向両側に配置され、一部が前記ティースと軸方向に対向する２つの端部コアと、
前記端部コアと前記回転電機ステータコアとの間に配置された第１断熱部と、
前記励磁コイルの外周面と前記回転電機ステータコアとの間に配置された第２断熱部とを備える、
回転電機ステータコアの誘導加熱装置。

【請求項2】

請求項１に記載の回転電機ステータコアの誘導加熱装置において、
前記２つの端部コアの外周側で、前記ヨークの軸方向両端面上の空間に、周方向に連続した金属環、または、巻き始めと巻き終わりを短絡させた短絡コイル、または前記励磁コイルに対して逆極性となるように接続された端面側逆極性コイルが配置される、
回転電機ステータコアの誘導加熱装置。

【請求項3】

請求項１に記載の回転電機ステータコアの誘導加熱装置において、
前記ヨークの外周側に、前記励磁コイルの巻き数の半分以下の巻き数で、前記励磁コイルと逆極性で接続された外周側逆極性コイルが配置される、
回転電機ステータコアの誘導加熱装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機ステータコアの誘導加熱装置において、
筒部の両端に前記筒部の両端開口を塞ぐように２つの板部が連結されるか、または断面が矩形のヨーク要素を含んで構成される外周ヨークが、前記中心コア及び前記２つの端部コアを覆って、前記２つの端部コアの軸方向外側面に対向して配置される、
回転電機ステータコアの誘導加熱装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機ステータコアの誘導加熱装置において、
前記中心コアと前記端部コアの中心部に、軸方向に貫通する孔が形成され、前記孔に冷却液が流通するか、または前記中心コア及び前記端部コアより熱伝導性が高い冷却用部材が挿入されることにより、前記中心コアが冷却される、
回転電機ステータコアの誘導加熱装置。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機ステータコアの誘導加熱装置を用いて前記回転電機ステータコアの前記ティースを誘導加熱する方法であって、
前記励磁コイルに交流電流を供給することで、前記中心コア及び前記２つの端部コアと前記２つの端部コアの間に配置された前記ティースに磁束を流し、前記ティースを誘導加熱する磁束発生ステップを含む、
回転電機ステータコアの誘導加熱方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、回転電機ステータコアの誘導加熱装置及び誘導加熱方法に関し、特にティースを効率よく加熱することに関する。

【背景技術】

【0002】

従来からモータ、発電機等の回転電機は、ステータコアとロータコアとが径方向に対向して配置することにより構成される。ステータコアにおいて、加工硬化による内部の歪を取り除き、コアの損失である鉄損を低減させるために、焼鈍が行われる場合がある。ステータコアは、特にティースにおいて加工硬化により残留歪が発生するので、その部分を焼鈍する場合がある。

【0003】

例えば、ステータコアの全体に、軸方向一方側から高周波磁束を印加し、ステータコアの端部に面内渦電流を流して、それに起因するジュール損を利用してステータコアを加熱する方法が考えられる。

【0004】

また、特許文献１，２に記載された構成のように、誘導加熱を行うコイル（誘導加熱部）がステータコアの外周全体を近接して覆い、そのコイルに通電することで、ステータコアに誘導電流を流してそのステータコアを加熱する方法が知られている。

【0005】

また、特許文献３に記載された構成のように、コイルの内側に一次側ヨークを貫通させ、その一次側ヨークに磁気的に結合した二次側ヨークを、ステータコアの中心部に貫通させ、コイルへ交流電流を通電し、一次側ヨークによりステータコアの内側に軸方向の磁束を流す方法も知られている。この方法によれば、この軸方向の磁束によりステータコアに誘導電流を流して、ステータコアを加熱できる可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１３－５５５３号

【文献】特開２０１２－５２８３号

【文献】特開２０１８－８１８９６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ステータコアの全体に、軸方向一方側から高周波磁束を印加する場合には、ステータコアにおける磁束の鎖交面積が大きいので渦電流による反磁界が大きくなり、無効電力が大きくなる。また、この場合には、特に焼鈍が必要なティース以外も多く加熱されるので、消費電力が大きい。

【0008】

また、特許文献１～３に記載された方法では、ステータコアの外周部における環状のヨーク部分にしか誘導電流が流れないので、そのヨーク部分のみしか加熱できない。

【0009】

本開示の回転電機ステータコアの誘導加熱装置及び誘導加熱方法の目的は、ティースを効率よく加熱することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本開示の回転電機ステータコアの誘導加熱装置は、環状のヨークと、前記ヨークの周方向複数位置から径方向内側に延びる複数のティースとを備える回転電機ステータコアの誘導加熱装置であって、前記回転電機ステータコアの内周側に配置され、励磁コイルが巻かれた柱状の中心コアと、前記中心コアの軸方向両側に配置され、一部が前記ティースと軸方向に対向する２つの端部コアと、前記端部コアと前記回転電機ステータコアとの間に配置された第１断熱部と、前記励磁コイルの外周面と前記回転電機ステータコアとの間に配置された第２断熱部とを備える、回転電機ステータコアの誘導加熱装置である。

【0011】

本開示の回転電機ステータコアの誘導加熱方法は、本開示の回転電機ステータコアの誘導加熱装置を用いて前記回転電機ステータコアの前記ティースを誘導加熱する方法であって、前記励磁コイルに交流電流を供給することで、前記中心コア及び前記２つの端部コアと前記２つの端部コアの間に配置された前記ティースに磁束を流し、前記ティースを誘導加熱する磁束発生ステップを含む、回転電機ステータコアの誘導加熱方法である。

【発明の効果】

【0012】

本開示の回転電機ステータコアの誘導加熱装置及び誘導加熱方法によれば、ティースを効率よく加熱できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態の回転電機ステータコアの誘導加熱装置及び誘導加熱方法を用いて回転電機ステータコアを加熱する状態を示す斜視図である。

【図2】図１の誘導加熱装置の中心軸を含む切断面図である。

【図3】図１において端部コアの端面図である。

【図4】図１から２つの端部コアを取り除いて示す斜視図である。

【図5】図４のＡ部拡大図である。

【図6】図２において、ティースが集中的に加熱される理由を説明するための図である。

【図7】実施形態の別例の誘導加熱装置において、図２に対応する図である。

【図8A】実施形態の別例の誘導加熱装置において、図２に対応する図である。

【図8B】実施形態の別例の誘導加熱装置において、図２に対応する図である。

【図8C】実施形態の別例の誘導加熱装置において、図２に対応する図である。

【図9】実施形態の別例の誘導加熱装置において、図２に対応する図である。

【図10】実施形態の別例の誘導加熱装置において、図２に対応する図である。

【図11】図１０を上から見た図である。

【図12】実施形態の別例の誘導加熱装置において、図１１に対応する図である。

【図13】実施形態の別例の誘導加熱装置において、図１１に対応する図である。

【図14】実施形態の別例の誘導加熱装置において、図２に対応する図である。

【図15】実施形態の別例の誘導加熱装置において、図２に対応する図である。

【図16】実施形態の別例の誘導加熱装置の斜視図である。

【図17】図１６において、２つの端部コアを取り除いて示す斜視図である。

【図18】図１６の誘導加熱装置における端部コアの端面図である。

【図19】実施形態の別例の誘導加熱装置における端部コアの端面図である。

【図20】実施形態の誘導加熱装置により回転電機ステータコアを加熱する場合において、ティースとヨークにおける励磁コイルへの供給電流の周波数に対するジュール損を比較した図である。

【図21】実施形態の誘導加熱装置により回転電機ステータコアを加熱する場合において、第１断熱部の厚みが小さい（１ｍｍとした）場合における回転電機ステータコアの周方向一部におけるジュール損密度（Ｗ／ｍ^３）の分布の解析結果を示す図である。

【図22】実施形態の誘導加熱装置により回転電機ステータコアを加熱する場合において、第１断熱部の厚みが大きい（５ｍｍとした）場合における回転電機ステータコアの周方向一部におけるジュール損密度（Ｗ／ｍ^３）の分布の解析結果を示す図である。

【図23】図９に示した誘導加熱装置により回転電機ステータコアを加熱する場合において、第１断熱部の厚みが大きい（５ｍｍとした）場合における回転電機ステータコアの周方向一部におけるジュール損密度（Ｗ／ｍ^３）の分布の解析結果を示す図である。

【図24】図８Ａに示した誘導加熱装置により回転電機ステータコアを加熱する場合において、第１断熱部の厚みが大きい（５ｍｍとした）場合における回転電機ステータコアの周方向一部におけるジュール損密度（Ｗ／ｍ^３）の分布の解析結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照しながら、本開示に係る回転電機ステータコアの誘導加熱装置及び誘導加熱方法の実施形態について詳細に説明する。以下の説明において、具体的な形状、材料、数値、数量等は、本開示の理解を容易にするための例示であって、回転電機ステータコアまたは誘導加熱装置の仕様に合わせて適宜変更することができる。以下では、すべての図面において同様の要素には同一の符号を付して説明する。

【0015】

図１は、実施形態の回転電機ステータコア１０の誘導加熱装置３０及び誘導加熱方法を用いて回転電機ステータコア１０を加熱する状態を示す斜視図である。図２は、図１の誘導加熱装置３０の中心軸Ｏを含む切断面図である。図３は、図１において端部コア３５の端面図である。図４は、図１から２つの端部コア３５を取り除いて示す斜視図である。図５は、図４のＡ部拡大図である。

【0016】

図１、図２、図４、図５を用いて、回転電機ステータコア１０を説明する。以下では、回転電機ステータコア１０は、ステータコア１０と記載する。ステータコア１０は、ステータコイル（図示せず）と共に、ステータを形成する。ステータは、ステータの内側に配置されたロータ（図示せず）と共に、回転電機を形成するために用いられる。

【0017】

ステータコア１０は、環状の磁性体部品であり、例えば複数の珪素鋼鈑等の環状の電磁鋼板を軸方向（図１の上下方向）に積層してなる積層体により形成される。

【0018】

ステータコア１０は、環状で外周側に配置されるステータヨーク１３と、ステータヨーク１３の内周面の周方向複数位置から径方向内側に延びる複数のティース１４（図２、図４、図５）とを含む。複数のティース１４は、周方向に互いに間隔をおいて配置される。隣り合う２つのティース１４の間には溝であるスロット１６（図５）が形成される。

【0019】

ステータコイルは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３相のコイルを有し、それぞれのコイルは、ステータコア１０の周方向に離れた２つのスロット１６にまたがるように複数のティース１４に巻回される。

【0020】

回転電機を構成する場合には、ステータの径方向内側にロータが配置される。回転電機は、使用時に、３相のステータコイルに３相交流電流を供給することで駆動される。例えば、回転電機は、永久磁石型同期モータとして使用される。

【0021】

ステータコア１０は、上記のように複数の電磁鋼板を積層することにより構成され、ステータヨーク１３の内周面から複数のティース１４が延びる。各電磁鋼板は、打ち抜き加工等により所定の形状に形成される。これにより、ティース１４に加工硬化が生じて歪（残留歪）が発生しやすい。このため、このティース１４において、焼鈍を行って内部の歪を取り除き、鉄損を低下させることが行われる。

【0022】

このために、実施形態では、ステータコア１０の焼鈍を行うために、誘導加熱装置３０を用いる。誘導加熱装置３０は、ステータコア１０の内周側に配置され、励磁コイル３３（図２、図４、図５）が巻かれた柱状の中心コア３１と、２つの端部コア３５と、２つの第１断熱部４０（図２）と、第２断熱部４２（図２）とを含んで構成される。なお、図２では、図１に示す形状に比べて、端部コア３５の軸方向の厚みをステータコア１０との関係で小さくし、中心コア３１の直径をステータコア１０との関係で小さくして模式化した形状を示している。また、図１では、第１断熱部４０及び第２断熱部４２の図示を省略している。

【0023】

中心コア３１は、磁性材料製であり、例えば円柱状に形成される。中心コア３１は、ステータコア１０の中心軸Ｏ上に中心軸Ｏに沿って配置される。２つの端部コア３５は、それぞれ磁性材料により連続した塊状であり、円板状に形成される。２つの端部コア３５は、中心コア３１の軸方向両側に配置される。例えば、２つの端部コア３５は、中心コア３１の軸方向両端面にそれぞれの中心軸Ｏが一致するように、直接に固定される。このとき、２つの端部コア３５の一方の端部コア３５と中心コア３１とが一体成形され、ステータコア１０の内周側に中心コア３１を挿入した後に、２つの端部コア３５の他方の端部コア３５と中心コア３１とを結合してもよい。なお、中心コア３１の軸方向両端面と各端部コア３５とが、隙間を介して軸方向に離れて対向配置されてもよい。

【0024】

中心コア３１の軸方向両側に端部コア３５が配置された状態で、各端部コア３５の一部である外周側部分はステータコア１０のティース１４と軸方向に対向する。また、ステータヨーク１３のほとんどの部分が、２つの端部コア３５の外周面から径方向（図２の左右方向）について外側に配置される。

【0025】

中心コア３１には、圧粉磁心やフェライトなど、絶縁性の高い粉体コアを用いてもよい。中心コア３１を電磁鋼板により形成してもよい。このとき、中心コア３１は、複数の電磁鋼板を積層した積層コアとしたり、１枚の電磁鋼板を渦巻状に巻いて円筒状の巻きコアとしたり、複数の電磁鋼板を半径方向に放射状に配置したラジアルコアとしてもよい。

【0026】

中心コアの中心軸Ｏに対し直交する平面で切断した場合の断面形状が矩形であれば、中心コアが、幅方向等の一辺に平行な方向に分割した複数の要素を含み、複数の要素を結合することにより形成されてもよい。中心コアが円筒状であれば、中心コアを周方向の複数位置で分割した複数の要素から形成してもよい。

【0027】

端部コア３５は、軸方向と半径方向との両方に磁束を通過可能とする必要があるので、等方性の磁気特性を持つ圧粉磁心やフェライトなど、絶縁性の高い粉体コアを用いることが好ましい。端部コア３５を複数の電磁鋼板で形成することもでき、その場合には、複数の電磁鋼板を半径方向に放射状に配置したラジアルコアとすることが好ましい。

【0028】

さらに、各第１断熱部４０（図２）は、リング形の円板状であり、中心コア３１の外周側で端部コア３５の軸方向内側面とステータコア１０の複数のティース１４の軸方向端面との間に配置される。第１断熱部４０は、樹脂やセラミック等の断熱性を有する絶縁材料製のブロックとすることができる。端部コア３５とステータコア１０とを、第１断熱部４０に接触させてもよい。なお、第１断熱部は、固体とせずに、高断熱性を有するガスや、空気層としてもよく、また、誘導加熱装置３０及びステータコア１０を真空状態で配置することで、端部コア３５とステータコア１０との間に形成される真空の隙間を第１断熱部としてもよい。端部コア３５の軸方向内側面とステータコア１０の軸方向端面との間に第１断熱部４０が配置されることにより、ティース１４の軸方向両端からの熱の逃げを抑制して、ティース１４を効率的に加熱できる。

【0029】

さらに、第２断熱部４２は、円筒状であり、励磁コイル３３の外周面とステータコア１０の内周面との間に配置される。第２断熱部４２は、第１断熱部４０と同様に、樹脂やセラミック等の断熱性を有する絶縁材料製としてもよい。ステータコア１０の内周面と励磁コイル３３の外周面とは、第２断熱部４２に接触させてもよい。なお、第２断熱部は、固体とせずに、高断熱性を有するガスや、空気層としてもよく、また、誘導加熱装置３０及びステータコア１０を真空状態で配置することで、励磁コイル３３の外周面とステータコア１０の内周面との間に形成される真空の隙間を第２断熱部としてもよい。励磁コイル３３の外周面とステータコア１０の内周面との間に第２断熱部４２が配置されることにより、励磁コイル３３がステータコア１０からの輻射熱で過度に加熱されることを防止できる。これにより、励磁コイル３３の保護を図れると共に、励磁コイル３３の性能低下を抑制できる。

【0030】

実施形態のステータコア１０の誘導加熱方法は、上記の誘導加熱装置３０を用いて、ステータコア１０の複数のティース１４を誘導加熱する。このとき、まず配置ステップとして、図１、図２に示すように、ステータコア１０の内周側に、励磁コイル３３が巻かれた中心コア３１を挿入し、中心コア３１の軸方向両側に２つの端部コア３５を配置した状態で、ステータコア１０のティース１４の軸方向両端に端部コア３５の軸方向内側面を対向させる。

【0031】

そして、磁束発生ステップとして、電源部（図示せず）から励磁コイル３３に交流電流を供給することにより、図２の実線矢印α方向または実線矢印αと反対方向に、中心コア３１及び端部コア３５と、ステータコア１０のティース１４とに磁束を流す。図２の実線矢印α方向は、励磁コイル３３の図２の右側部分で紙面の表側に電流が流れ、左側部分で紙面の裏側に電流が流れる場合の磁束方向である。これにより、ティース１４の軸方向に高周波磁束が流れることでティース１４が誘導加熱されることにより焼鈍される。このとき、励磁コイル３３に流す交流電流の周波数を、ステータコア１０に流れる高周波磁束による渦電流に起因する表皮厚みがティース１４の周方向幅の１／３以下となる周波数（下限周波数）とすることが好ましい。より好ましくは、交流電流周波数が、高周波磁束による渦電流に起因する表皮厚みが、ステータコア１０を形成する電磁鋼板の板厚以上となる周波数（上限周波数）で、かつ、ティース１４の周方向幅の１／３以下となる周波数（下限周波数）となることが好ましい。これにより、ステータコア１０において加熱が必要なティース１４及びその根元部分に電流を多く流すことができるので加熱が特に必要な部分をジュール損により集中的に加熱できる。

【0032】

図６は、図２において、ティース１４が集中的に加熱される理由を説明するための図である。図２と同様に励磁コイル３３に交流電流が供給されることで、ティース１４の軸方向に高周波磁束が流れる。このとき、励磁コイル３３の通電によって、図６の実線矢印α方向または実線矢印αと反対方向に、中心コア３１から端部コア３５を介してティース１４の軸方向に磁束が流れると共に、励磁コイル３３の起磁力の一部がステータヨーク１３の周方向に誘導電流を発生させる。誘導電流により、図６の一点鎖線矢印β方向にステータヨーク１３の周囲を流れる磁束が発生する。この磁束は、ティース１４にも流れ、そのときの磁束方向は、実線矢印αの磁束方向と一致する。このため、ティース１４を軸方向に流れる磁束の磁束密度を高く維持しやすくなるので、ティース１４の内部に流れる渦電流の強さも高く維持しやすくなり、その渦電流のジュール損でティース１４の加熱が促進される。

【0033】

上記のステータコア１０の誘導加熱装置３０及び誘導加熱方法によれば、ステータコア１０の内周側に配置された中心コア３１の周囲に巻かれた励磁コイル３３に交流電流が供給されることで、２つの端部コア３５の間に配置されたティース１４に高周波磁束が流れてジュール損が高くなり、それによってティース１４が加熱される。これにより、加熱が特に必要なティース１４が集中的に加熱されるので、ティース１４を効率よく加熱できる。このため、ティース１４の加熱に必要な電力を小さく抑制できると共に、ティース１４を短時間で加熱することが可能となる。また、ティース１４の軸方向端部のみが集中して加熱されることを抑制できるので、過焼鈍による磁気特性悪化を防止できる。

【0034】

図７は、実施形態の別例の誘導加熱装置３０ａにおいて、図２に対応する図である。本例の構成の場合には、各第１断熱部４０ａがティース１４の軸方向端面だけではなく、ティース１４及びステータヨーク１３を含むステータコア１０の軸方向端面の全体に対向するように配置される。

【0035】

上記の構成によれば、ステータヨーク１３の軸方向端面からの熱の逃げを抑制できるので、ステータヨーク１３の温度上昇によりティース１４を加熱する効果を高くできる。本例において、その他の構成及び作用は、図１～図６の構成と同様である。

【0036】

図８Ａは、実施形態の別例の誘導加熱装置３０ｂにおいて、図２に対応する図である。本例の構成の場合には、誘導加熱装置３０ｂにおいて、２つの端部コア３５の外周側で、ステータヨーク１３の軸方向両端面上の空間に、端面側補助コイル相当部材としての周方向に連続した２つの金属環４４が配置される。金属環４４は、例えば銅等の導電性の高い材料により形成され、端部コア３５の外周側に端部コア３５を囲うように配置される。金属環４４の周方向に対し直交する断面は矩形であるが、断面を円形等の他の形状としてもよい。

【0037】

上記の構成によれば、ステータヨーク１３の軸方向端面付近が過度に集中的に加熱されることを防止できるので、ステータヨーク１３の過焼鈍や変形を抑制できる。具体的には、端部コア３５の内側面とステータコア１０の軸方向端面との間の第１断熱部４０ａの厚みを大きくする等によって、端部コア３５の内側面とステータコア１０の軸方向端面との間の軸方向における間隔が比較的大きくなる場合がある。この場合、励磁コイル３３に交流電流が流れることにより、励磁コイル３３の起磁力の一部がステータヨークの周方向に誘導電流を発生させる。この誘導電流の周方向についての方向は、励磁コイル３３の電流方向と逆である。この誘導電流によって、図８Ａの一点鎖線矢印β方向にステータヨーク１３の周囲を流れる磁束が発生する。この磁束によって、ステータヨーク１３の軸方向端面付近に渦電流が増加し、ステータヨーク１３の軸方向端部が過度に集中的に加熱される可能性がある。

【0038】

本例の構成によれば、金属環４４に誘導電流が流れることによって、例えば、図８Ａの破線矢印γ方向に金属環４４の周囲を流れる磁束を発生させることができる。その磁束の方向は、上記のステータヨーク１３の軸方向端面付近の一点鎖線矢印β方向の磁束と逆になるので、その磁束によるステータヨーク１３の軸方向端部の集中加熱を、金属環４４を流れる誘導電流による磁束で相殺または緩和することができ、その集中加熱を抑制できる。本例において、その他の構成及び作用は、図１～図６の構成、または図７の構成と同様である。

【0039】

図８Ｂは、実施形態の別例の誘導加熱装置３０ｃにおいて、図２に対応する図である。本例の構成の場合には、誘導加熱装置３０ｃにおいて、２つの端部コア３５の外周側で、ステータヨーク１３の軸方向両端面上の空間に、端面側補助コイルとして、巻き始めと巻き終わりを短絡させた２つの短絡コイル４６が配置される。短絡コイル４６の軸方向は、励磁コイル３３の軸方向と一致させる。

【0040】

上記の構成の場合も、図８Ａの構成の金属環４４の代わりに短絡コイル４６に誘導電流が流れることによって、例えば、破線矢印δ方向に短絡コイル４６の周囲を流れる磁束を発生させることができる。その磁束の方向は、上記のステータヨーク１３の周方向に発生する誘導電流によってステータヨーク１３の軸方向端部付近を流れる磁束の方向と逆になるので、その磁束によるステータヨーク１３の軸方向端部の集中加熱を抑制できる。本例において、その他の構成及び作用は、図１～図６の構成、または図７の構成、または図８Ａの構成と同様である。なお、短絡コイル４６の巻方向は、図８Ｂのように励磁コイル３３の巻方向と逆とすることができるが、励磁コイル３３と同方向としてもよい。

【0041】

図８Ｃは、実施形態の別例の誘導加熱装置３０ｄにおいて、図２に対応する図である。本例の構成の場合には、誘導加熱装置３０ｄにおいて、２つの端部コア３５の外周側で、ステータヨーク１３の軸方向両端面上の空間に、端面側補助コイルとして、励磁コイル３３に対して逆極性となるように接続された２つの端面側逆極性コイル４８が配置される。「逆極性」とは、誘導加熱装置３０ｄの軸方向について２つのコイルの極性が逆となることである。端面側逆極性コイル４８の軸方向は、励磁コイル３３の軸方向と一致させる。例えば、端面側逆極性コイル４８と励磁コイル３３との巻方向を逆にする場合に、軸方向一方側（図８Ｃの上側）の端面側逆極性コイル４８の巻き終わり端を励磁コイル３３の巻き始め端に接続し、励磁コイル３３の巻き終わり端を軸方向他方側（図８Ｃの下側）の端面側逆極性コイル４８の巻き始め端に接続する。また、軸方向他方側の端面側逆極性コイル４８の巻き終わり端を、電源部を介して軸方向一方側の端面側逆極性コイル４８の巻き始め端に接続する。なお、端面側逆極性コイルの巻き方向は、励磁コイル３３の巻き方向と同じにしてもよい。このとき、軸方向一方側の端面側逆極性コイルの巻き終わり端を励磁コイル３３の巻き終わり端に接続し、励磁コイル３３の巻き始め端を軸方向他方側の端面側逆極性コイルの巻き始め端に接続する。また、軸方向他方側の端面側逆極性コイルの巻き終わり端を、電源部を介して軸方向一方側の端面側逆極性コイルの巻き始め端に接続する。

【0042】

上記の構成の場合には、励磁コイル３３に交流電流が供給されることで、２つの端面側逆極性コイル４８にも交流電流が流れる。このとき、例えば、図８Ｃの破線矢印δ方向に端面側逆極性コイル４８の周囲を流れる磁束を発生させることができる。その磁束の方向は、ステータヨーク１３の周方向に発生する誘導電流によってステータヨーク１３の軸方向端部付近を流れる磁束の方向と逆になるので、その磁束によるステータヨーク１３の軸方向端部の集中加熱を、端面側逆極性コイル４８を流れる電流による磁束で相殺または緩和することができ、その集中加熱を抑制できる。本例において、その他の構成及び作用は、図１～図６の構成、または図７の構成、または図８Ａの構成と同様である。

【0043】

なお、図８Ｃの構成において、２つの端面側逆極性コイル４８の巻き数（ターン数）の合計は、励磁コイル３３の巻き数の半分以下とすることが好ましい。

【0044】

図９は、実施形態の別例の誘導加熱装置３０ｅにおいて、図２に対応する図である。本例の構成の場合には、誘導加熱装置３０ｅにおいて、ステータヨーク１３の外周側に、励磁コイル３３の巻き数の半分以下の巻き数で、励磁コイル３３と逆極性で接続された外周側逆極性コイル５０が配置される。「逆極性」とは、誘導加熱装置３０ｅの軸方向について２つのコイルの極性が逆となることである。外周側逆極性コイル５０の軸方向は、励磁コイル３３の軸方向と一致する。外周側逆極性コイル５０と励磁コイル３３との巻方向を一致させる場合に、例えば、励磁コイル３３の一端側（図９の下側）の巻き終わり端を、外周側逆極性コイル５０の一端側（図９の下側）の巻き終わり端に接続する。また、励磁コイル３３の他端側（図９の上側）の巻き始め端を、電源部を介して、外周側逆極性コイル５０の他端側（図９の上側）の巻き始め端に接続する。外周側逆極性コイル５０と励磁コイル３３との巻方向を逆とする場合には、例えば、励磁コイル３３の一端側（図９の下側）の巻き終わり端を、外周側逆極性コイル５０の他端側（図９の上側）の巻き始め端に接続し、励磁コイル３３の他端側（図９の上側）の巻き始め端を、電源部を介して、外周側逆極性コイル５０の一端側（図９の下側）の巻き終わり端に接続する。

【0045】

さらに、外周側逆極性コイル５０の内周面とステータコア１０の外周面との間には、円筒状の第３断熱部５２が配置される。第３断熱部５２は、第２断熱部４２と同様の構成で、第２断熱部４２より直径が大きくなっている。第３断熱部５２によって、ステータコア１０の外周面からの輻射熱で外周側逆極性コイル５０が過度に加熱されることを防止できるので、外周側逆極性コイル５０の保護を図れると共に外周側逆極性コイル５０の性能低下を抑制できる。

【0046】

上記の構成の場合も、図８Ａ～図８Ｃの構成と同様に、ステータヨーク１３の軸方向端部が過度に集中的に加熱されることを防止できることにより、ステータヨーク１３の変形を抑制できる。具体的には、外周側逆極性コイル５０がないと仮定した場合に、端部コア３５の内側面とステータコア１０の軸方向端面との間の軸方向における間隔が比較的大きくなる場合に、図９に実線矢印αのうち、Ｘを付した実線矢印で示すように、励磁コイル３３に交流電流が流れることにより励磁コイル３３の起磁力の一部による磁束が、ステータヨーク１３に広がって流れる。そして、ステータヨーク１３の軸方向端部付近に流れる磁束によって、ステータヨーク１３の軸方向端面付近に渦電流が増加する。このため、ステータヨーク１３の軸方向端部が過度に集中的に加熱される可能性がある。本例の構成によれば、励磁コイル３３に交流電流が供給されることで、外周側逆極性コイル５０にも交流電流が流れる。このとき、例えば、図９の一点鎖線矢印η方向に外周側逆極性コイル５０の周囲を流れる磁束を発生させることができる。その磁束のうち、Ｘを付した一点鎖線矢印で示すように流れる磁束は、励磁コイル３３の起磁力によってステータヨーク１３の軸方向端部付近に流れる磁束の方向（Ｘを付した実線矢印方向）と逆になるので、その磁束によるステータヨーク１３の軸方向端部の集中加熱を、外周側逆極性コイル５０を流れる電流による磁束で相殺または緩和することができ、その集中加熱を抑制できる。本例において、その他の構成及び作用は、図１～図６の構成、または図７の構成と同様である。

【0047】

図１０は、実施形態の別例の誘導加熱装置３０ｆにおいて、図２に対応する図である。図１１は、図１０を上から見た図である。本例の構成の場合には、図７の誘導加熱装置３０ａと同様の構成において、外周ヨーク５４が、ステータコア１０、中心コア３１、及び２つの端部コア３５を覆うように配置されている。外周ヨーク５４は、図１０に示すように中心軸を含む切断面で見た形状が矩形となるように、筒部５５の両端に筒部５５の両端開口を塞ぐように２つの板部５６が連結される。筒部５５は、円筒状であり、各板部５６は円板状である。外周ヨーク５４は、中心コア３１の軸方向両端に、２つの板部５６の軸方向内側面が面接触するように連結される。これにより、外周ヨーク５４は、２つの端部コア３５の軸方向外側面に対向して配置される。この状態で、外周ヨーク５４の筒部５５の内周面とステータコア１０の外周面との間には隙間が形成される。外周ヨーク５４は、磁性材製である。例えば外周ヨーク５４には、中心コア３１と同様に、圧粉磁心やフェライトなど、絶縁性の高い粉体コアを用いてもよい。外周ヨーク５４を電磁鋼板の積層体により形成してもよい。

【0048】

上記の外周ヨーク５４により、各端部コア３５から誘導加熱装置３０ｆの外側への漏れ磁束を抑制できる。２つの端部コア３５の少なくとも一方の端部コア３５の軸方向外側面と、外周ヨーク５４の２つの板部５６の軸方向内側面との間には、隙間が形成されてもよい。本例において、その他の構成及び作用は、図１～図６の構成または図７の構成と同様である。

【0049】

なお、図１０の構成において、外周ヨーク５４の筒部は、円筒状以外、例えば四角筒状等としてもよい。例えば、四角筒状の筒部と、２つの四角形状の板部とにより外周ヨークが形成されてもよい。

【0050】

図１２は、実施形態の別例の誘導加熱装置３０ｇにおいて、図１１に対応する図である。本例の構成の場合には、外周ヨーク５４ａが、断面が矩形のヨーク要素５７を含んで形成される。ヨーク要素５７は、２つの平行な長方形状の板部５７ａの長手方向両端に２つの平行な長方形状の板部５７ｂを連結してなる矩形枠状である。これにより、外周ヨーク５４の幅方向（図１２の上下方向）中央で切断した断面形状は、図１０と同様の形状となる。上記の外周ヨーク５４ａを用いた誘導加熱装置３０ｇの場合も、図１０、図１１の構成と同様に、各端部コア３５から誘導加熱装置３０ｇの外側への漏れ磁束を抑制できる。本例において、その他の構成及び作用は、図１０、図１１の構成と同様である。

【0051】

図１３は、実施形態の別例の誘導加熱装置３０ｈにおいて、図１１に対応する図である。本例の構成の場合には、外周ヨーク５４ｂが、図１２の外周ヨーク５４ａの形状と同様の形状の第１ヨーク要素５８の幅方向（図１３の上下方向）両端の長手方向中央に２つのゲート形状の第２ヨーク要素５９が連結されて形成される。各第２ヨーク要素５９は、２つの平行な長方形状の板部５９ａの長手方向の先端に長方形状の連結板部５９ｂが板部５９ａに直交するように連結される。これにより、外周ヨーク５４ｂの第１ヨーク要素５８の幅方向（図１３の上下方向）中央で切断した断面形状と、第２ヨーク要素５９の幅方向（図１３の左右方向）中央で切断した断面形状とは、いずれも図１０と同様の形状となる。図１３のように、外周ヨーク５４ｂを軸方向一端から見た形状は、十字形となっている。上記の外周ヨーク５４を用いた誘導加熱装置３０ｈの場合も、図１０、図１１の構成、または図１２の構成と同様に、各端部コア３５から誘導加熱装置３０ｈの外側への漏れ磁束を抑制できる。本例において、その他の構成及び作用は、図１０、図１１の構成と同様である。

【0052】

図１４は、実施形態の別例の誘導加熱装置６０において、図２に対応する図である。本例の構成の場合には、図８Ａと同様の構成において、図１０、図１１の構成と同様に、外周ヨーク５４が、中心コア３１及び２つの端部コア３５を覆って、２つの端部コア３５の軸方向外側面に対向して配置される。これにより、本例の構成により得られる作用は、図８Ａの構成の金属環４４による作用と、図１０、図１１の構成の外周ヨーク５４による作用とを組み合わせたものである。本例において、その他の構成及び作用は、図８Ａの構成、または図１０、図１１の構成と同様である。なお、本例の構成において、図８Ａの構成の代わりに、図８Ｂの構成の短絡コイル４６、または図８Ｃの構成の端面側逆極性コイル４８を組み合わせることもできる。

【0053】

図１５は、実施形態の別例の誘導加熱装置６０ａにおいて、図２に対応する図である。本例の構成の場合には、図９と同様の構成において、図１０、図１１の構成と同様に、外周ヨーク５４が、中心コア３１及び２つの端部コア３５を覆って、２つの端部コア３５の軸方向外側面に対向して配置される。これにより、本例の構成により得られる作用は、図９の構成の外周側逆極性コイル５０による作用と、図１０、図１１の構成の外周ヨーク５４による作用とを組み合わせたものである。本例において、その他の構成及び作用は、図９の構成、または図１０、図１１の構成と同様である。

【0054】

なお、図１４の構成、または図１５の構成において、図１０、図１１の構成の代わりに、図１２の構成または図１３の構成の外周ヨーク５４ａ、５４ｂを組み合わせることもできる。

【0055】

図１６は、実施形態の別例の誘導加熱装置６０ｂの斜視図である。図１７は、図１６において、２つの端部コア３５ａを取り除いて示す斜視図である。図１８は、図１６の誘導加熱装置６０ｂにおける端部コア３５ａの端面図である。本例の構成の場合には、図１～図６の構成において、中心コア３１ａ及び２つの端部コア３５ａの中心部に軸方向に貫通する孔６１が形成される。このとき、各端部コア３５は、中心コア３１の軸方向両端に連結される。孔６１には、冷却液配管（図示せず）が接続される。冷却液配管の上流側に接続された冷却液ポンプ（図示せず）の吐出口から油や水等の冷却液が孔６１の上流端に供給され、孔６１に冷却液が流通する。孔６１の下流端から排出された冷却液は、冷却液ポンプの吸入口に戻される。これにより、中心コア３１ａが冷却される。本例において、その他の構成及び作用は、図１～図６の構成と同様である。

【0056】

図１９は、実施形態の別例の誘導加熱装置における端部コア３５ｂの端面図である。本例の構成では、端部コア３５ｂが、中心部に孔６１が形成された円板部６２と、円板部６２の外周面の周方向複数位置から放射状に延びる径方向板部６３とを含んで形成される。円板部６２は、中心コア３１の軸方向端面に連結される。径方向板部６３の数は、ステータコア１０のティース１４（図１７参照）の数と一致する。複数の径方向板部６３は、複数のティース１４の軸方向端面に対向して配置される。本例において、その他の構成及び作用は、図１～図６の構成、または図１６～図１８の構成と同様である。

【0057】

なお、図１６～図１８の構成、または図１９の構成において、孔６１に冷却液を流通させるのではなく、中心コア３１ａ及び端部コア３５ａ、３５ｂより熱伝導性が高い冷却用部材（図示せず）が孔６１に挿入されてもよい。例えば冷却用部材は、棒状である。冷却用部材は、例えば、アルミニウム合金等の熱伝導性の高い金属により形成される。冷却用部材は、孔６１の内面に接触させてもよい。冷却用部材の孔６１から突出させた部分は、ヒートシンク等の冷却源（図示せず）に接続してもよい。このような構成によっても、中心コア３１ａを冷却できる。

【0058】

なお、図１９の構成で、図１～図６の構成と同様に、端部コア３５ｂ及び中心コアに孔が形成されない構成としてもよい。

【0059】

次に、実施形態の効果を確認するために行った解析結果を説明する。図２０は、図１～図６に示した実施形態の誘導加熱装置３０によりステータコア１０を加熱する場合において、ティース１４とステータヨーク１３における励磁コイル３３への供給電流の周波数に対するジュール損を比較した図である。

【0060】

図２０に示すように、実施形態によれば、励磁コイル３３への供給電流の周波数の違いに関係なく、ティース１４のジュール損をステータヨーク１３より大幅に高くできるので、ティース１４を集中的に加熱できることを確認できた。

【0061】

図２１～図２４は、実施形態の誘導加熱装置によりステータコア１０を加熱する場合におけるジュール損密度（Ｗ／ｍ^３）の分布の解析結果を示している。図２１は、図１～図６の実施形態の誘導加熱装置３０によりステータコア１０を加熱する場合において、第１断熱部４０（図２）の厚みが小さい（１ｍｍとした）場合におけるステータコア１０の周方向一部におけるジュール損密度の分布の解析結果を示している。図２１において、ステータコア１０において最もジュール損密度が低い部分を無地部で示している。そして、無地部、砂地部、斜線部、斜格子部の順にジュール損密度が高くなり、黒地部で最もジュール損密度が高くなることを示している。

【0062】

図２１の解析結果から、実施形態により、ティース１４のジュール損密度を高くできると共に、ステータヨーク１３のジュール損密度を低くできるので、ティース１４を集中的に加熱できることを確認できた。

【0063】

図２２は、実施形態の誘導加熱装置によりステータコア１０を加熱する場合において、第１断熱部４０（図２）の厚みが大きい（５ｍｍとした）場合におけるステータコア１０の周方向一部におけるジュール損密度の分布の解析結果を示している。図２２において、ステータコア１０において最もジュール損密度が低い部分を無地部で示している。そして、無地部、砂地部、斜線部の順にジュール損密度が高くなり、黒地部で最もジュール損密度が高くなることを示している。

【0064】

図２２の解析結果から、第１断熱部４０の厚みを大きくした場合には、図２１の場合よりステータヨーク１３の端面付近でジュール損密度が高くなることで、温度上昇が大きくなりやすいことが確認された。この理由として、励磁コイル３３からの漏れ磁束により、ステータヨーク１３の軸方向端部が集中的に加熱されやすいことが考えられる。

【0065】

一方、図２３は、図９に示した誘導加熱装置３０ｅによりステータコア１０を加熱する場合において、第１断熱部４０ａの厚みが大きい（５ｍｍとした）場合におけるステータコア１０の周方向一部におけるジュール損密度の分布の解析結果を示している。図２３において、無地部、砂地部、斜線部、斜格子部、黒地部の意味は図２１の場合と同様である。

【0066】

図２３の解析結果から、図２２の場合と同様に第１断熱部４０ａの厚みを大きくした場合でも、図２２の場合より、ステータヨーク１３の端面付近でジュール損密度が低くなった。このことから、図９の構成のように、誘導加熱装置３０ｅに外周側逆極性コイル５０を設ける場合には、励磁コイル３３からの漏れ磁束により、ステータヨーク１３の軸方向端部が集中的に加熱されることを抑制できることを確認できた。また、図２４は、図８Ａに示した誘導加熱装置３０ｂによりステータコア１０を加熱する場合において、第１断熱部４０ａの厚みが大きい（５ｍｍとした）場合におけるステータコア１０の周方向一部におけるジュール損密度の分布の解析結果を示している。図８Ａの構成のように、誘導加熱装置に金属環４４を設けた場合には、図２４のような結果を得られた。これにより、第１断熱部４０ａの厚みを大きくした場合でも、ステータヨーク１３の端面付近でジュール損密度が低くなる解析結果を得られた。誘導加熱装置に短絡コイル４６、または端面側逆極性コイル４８を設けた場合も、図２４に示すような解析結果と同様であった。

【符号の説明】

【0067】

１０ 回転電機ステータコア（ステータコア）、１３ ステータヨーク、１４ ティース、１６ スロット、３０，３０ａ～３０ｈ 誘導加熱装置、３１，３１ａ 中心コア、３３ 励磁コイル、３５，３５ａ 端部コア、４０，４０ａ 第１断熱部、４２ 第２断熱部、４４ 金属環、４６ 短絡コイル、４８ 端面側逆極性コイル、５０ 外周側逆極性コイル、５２ 第３断熱部、５４，５４ａ，５４ｂ 外周ヨーク、５５ 筒部、５６ 板部、５７ ヨーク要素、５７ａ，５７ｂ 板部、５８ 第１ヨーク要素、５９ 第２ヨーク要素、６０，６０ａ，６０ｂ，６０ｃ 誘導加熱装置、６１ 孔、６２ 円板部、６３ 径方向板部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【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】

【図22】

【図23】

【図24】