JP2023132116A - 磁性楔及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】低損失で高強度な磁性楔、及び、それを用いた回転電機を提供する。
【解決手段】
実施形態の磁性楔は、空隙面を介して固定子と回転子が対向してなる回転電機に用いられる磁性楔であって、第１部材と、前記第１部材と前記空隙面の間に設けられる第２部材からなり、前記第１部材は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選ばれる少なくとも１つの第１元素を含む第１磁性金属相を有し、前記第２部材は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選ばれる少なくとも１つの第２元素を含む第２磁性金属相を有し、前記第１部材に対する前記第１磁性金属相の割合が、前記第２部材に対する前記第２磁性金属相の割合よりも大きいことを備える。
【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、磁性楔及び回転電機に関する。

通常、回転電機のコイル巻線は、鉄心スロットの中に収納され、スロット開口部に設けた楔によって支持固定されている。この楔の材質には非磁性体が一般的に採用されるが、固定子鉄心及び回転子鉄心間の空隙における磁気抵抗値が不連続になるため、楔に空隙を介して対向する鉄心表面部の磁束分布に脈動が生じ、高調波損失が大きくなる。この高調波損失を低減する目的で、兼ねてより、磁性をもった楔（磁性楔）が供されている。図１は、磁性楔の使用状態及び磁性楔の効果の模式図である。図１では、ラジアルギャップ型回転電機を例として示している。

図１では、磁性楔１００、コイル２３０、鉄心ティース２５０、鉄心スロット２６０が記載されている。

磁性楔には、例えば、軟磁性材料を圧粉化して形成された磁性楔が用いられる。しかし、かかる磁性楔の強度は不十分であるという問題があった。また、例えば、電気抵抗の低い磁性楔を用いた場合には、周波数が高い領域では損失が大きくなり、動作帯域が限定されるという問題があった。

特開昭６３－１６１８３４号公報

特開２０００－１６６１５６号公報

本発明が解決しようとする課題は、低損失で高強度な磁性楔、及び、それを用いた回転電機を提供する点にある。

実施形態の磁性楔は、空隙面 を介して固定子と回転子が対向してなる回転電機に用いられる磁性楔であって、磁性楔は、第１部材と、前記第１部材と前記空隙面の間に設けられる第２部材からなり、前記第１部材は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選ばれる少なくとも１つの第１元素を含む第１磁性金属相を有し、前記第２部材は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選ばれる少なくとも１つの第２元素を含む第２磁性金属相を有し、前記第１部材に対する前記第１磁性金属相の割合が、前記第２部材に対する前記第２磁性金属相の割合よりも大きいことを備える。

磁性楔の使用状態及び磁性楔の効果の模式図である。 第１の実施形態のラジアルギャップ型回転電機の模式図である。 第１の実施形態のアキシャルギャップ型回転電機の模式図である。 第１の実施形態の磁性楔の模式断面図である。 第１の実施形態の第１部材の一例を示す模式図である。 第１の実施形態の第２部材の一例を示す模式図である。 第１の実施形態の磁性楔の模式断面図である。 第１の実施形態の磁性体の主面を説明する模式図である。 第１の実施形態のラジアルギャップ型回転電機における磁性楔の使用状態を示す模式図である。 第１の実施形態のアキシャルギャップ型回転電機における磁性楔の使用状態を示す模式図である。 第１の実施形態の磁性楔の作用効果を説明する図である。 第２の実施形態のラジアルギャップ型回転電機の一例を示す模式図である。 第２の実施形態のアキシャルギャップ型回転電機の一例を示す模式図である。 第２の実施形態の発電機の一例を示す模式図である。 第２の実施形態のリニアモータの一例を示す模式図である。

（第１の実施形態）
実施形態の磁性楔は、空隙面を介して固定子と回転子が対向してなる回転電機に用いられる磁性楔であって、磁性楔は、第１部材と、前記第１部材と前記空隙面の間に設けられる第２部材からなり、前記第１部材は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選ばれる少なくとも１つの第１元素を含む第１磁性金属相を有し、前記第２部材は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選ばれる少なくとも１つの第２元素を含む第２磁性金属相を有し、前記第１部材に対する前記第１磁性金属相の割合が、前記第２部材に対する前記第２磁性金属相の割合よりも大きいことを備える。

本明細書において、「軸方向」、「回転方向」及び「径方向」の各方向は、回転電機の回転子を基準として定めるものとする。即ち、「軸方向」は回転子の回転軸に沿った方向を意味し、「回転方向」は回転子の回転軸まわりの周回方向（又は、その接線方向）を意味する。そして、「径方向」は回転子の回転軸に直交する方向を意味する。

「空隙面」については、回転子と固定子との間の空隙から規定する。図２及び図３を用いて、ラジアルギャップ型回転電機とアキシャルギャップ型回転電機の「空隙面」を説明する。図２は、本実施形態のラジアルギャップ型回転電機の模式図である。図３は、本実施形態のアキシャルギャップ型回転電機の模式図である。

図２では、回転電機２００、回転子２１０、固定子鉄心２２０、コイル２３０、空隙面２４０が示されている。

図３では、回転電機２００、回転子２１０、コイル２３０、空隙面２４０、鉄心ティース２５０、固定子２７０、軸２８０が示されている。

ラジアルギャップ型回転電機の場合、図２に示すように、回転子に対して径方向に所定の間隔をもって固定子が対向配置されるため、「空隙面」は回転子の回転軸を中心とする円筒面に平行な面である。したがって、径方向が空隙面に対し垂直な方向となり、軸方向と回転方向が空隙面に対し平行な方向となる。

一方、アキシャルギャップ型回転電機の場合、図３に示すように、回転子に対して軸方向に所定の間隔をもって固定子が対向配置されるため、「空隙面」は回転子の回転軸に直交する面である。したがって、軸方向が空隙面に対し垂直な方向となり、回転方向と径方向が空隙面に対し平行な方向となる。

本実施形態の磁性楔において、軸方向透磁率、回転方向透磁率、径方向透磁率の３方向の透磁率は、差を有することが好ましい。更に好ましくは差の割合として１０％以上であることが好ましく、更に好ましくは５０％以上、更に好ましくは１００％以上であることが好ましい。これにより、磁性楔使用による漏れ磁束の増加を抑えて、回転電機の効率向上の効果を十分に享受でき好ましい。又、有効磁束（主磁束）が増加することによって、回転電機のトルク向上も期待できる。

尚、透磁率の差の割合は、低い透磁率を基準として規定する。例えば、径方向透磁率μｒと回転方向透磁率μθの差の割合は、回転方向透磁率が低い場合（μｒ－μθ）／μθ×１００（％）で算出され、径方向透磁率が低い場合（μθ－μｒ）／μｒ×１００（％）で算出する。

図４は、本実施形態の磁性楔の模式断面図である。

磁性楔１００は、第１部材（第１焼結部）６０と、第２部材（圧粉部）７０と、を備える。図４では、磁性楔１００、第１部材６０、第２部材７０、コイル２３０、空隙面２４０、鉄心ティース２５０が示されている。

第１部材６０は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選ばれる少なくとも１つの第１元素を含む第１磁性金属相を有し、前記第１部材に対する前記第１磁性金属相の割合が、前記第２部材に対する前記第２磁性金属相の割合よりも大きい事が好ましい。磁性金属相の割合は、ＳＥＭ－ＥＤＸ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ－Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：走査型電子顕微鏡－エネルギー分散型Ｘ線分析法）やＴＥＭ－ＥＤＸ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ－Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：透過型電子顕微鏡－エネルギー分散型Ｘ線分析法）などの組織観察から求めても良いし、部材を切り出してＶＳＭ（Ｖｉｂｒａｔｉｎｇ Ｓａｍｐｌｅ Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ：試料振動型磁力計）等の磁気特性を評価し飽和磁化の値から磁性金属相の割合を推定しても構わない。一例として、Ｆｅからなる部材の場合、Ｆｅの飽和磁化は２．２Ｔであるため、例えば部材の飽和磁化が２．０Ｔであれば、部材の磁性金属相の割合は２．０／２．２×１００＝約９０．９％となる。また、組織観察と磁気測定結果を併用して総合的に判断しても構わない。前記第１磁性金属相の割合は前記第１部材６０の９０％以上であることが好ましく、より好ましくは９５％以上である。また、相対密度は９０%以上であることが好ましく、より好ましくは９５％以上であることが好ましい。
図５は第１の実施形態の第１部材の一例を示す模式図である。第１部材は、ＴａとＣを含む析出粒子を有することが好ましい。図５には、第１部材６０及び析出粒子１０が示されている。このような析出粒子が磁性材料に含まれることによって、析出強化のメカニズムによって、強度などの機械特性や熱的安定性が大幅に向上する。なお、前記析出粒子は、Ｃｏも含むことが好ましい。更に好ましくは、ＦｅとＳｉの少なくとも１つを含むことが好ましく、更に好ましくはＦｅとＳｉの両方を含む事が好ましい。また、前記析出粒子が配置される母相に含まれる元素（例えば０．１％未満の明らかな不純物元素を除く）を、前記析出粒子が含むことが好ましい。これらによって、析出粒子と母相の組成が似たものになるため、熱的安定性や、強度、硬度などの機械的特性が向上し好ましい。

第１部材６０は、燒結材である、焼結部（第１焼結部）であることが好ましい。第１部材６０の製造方法は、特に限定されるものではなく、通常の焼結手法で製造されることが好ましい。より好ましくは、以下の様な方法が挙げられる。
第１の工程は、成型用の準備の工程である。例として、磁性金属リボンを製造し、これを熱処理したのちに粉砕し成型する。この場合、磁性金属リボンの製造においては、たとえば、ロール急冷装置やスパッタ装置などの成膜装置を用いて、製造する。ロール急冷装置は、大量合成に適しているため望ましい。特に単ロール急冷装置が簡便で好ましい。また、磁性金属リボンを熱処理する場合は、熱処理するための電気炉に入れやすくするため、適当なサイズにリボンを切断しても良い。例えば、ミキサー装置等を用いて適当な大きさに切断しても良い。熱処理を行うことによって、粉砕性が向上しやすくなり好ましい。尚、熱処理の雰囲気は、低酸素濃度の真空雰囲気下、不活性雰囲気下、還元性雰囲気下が望ましく、更に望ましくは、Ｈ_２（水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＣＨ_４（メタン）等の還元雰囲気下が好ましい。この理由としては、磁性金属リボンが酸化していても還元雰囲気で熱処理を施すことによって、酸化してしまった金属を還元して、金属に戻すことが可能となるためである。これによって、酸化し飽和磁化が減少した磁性金属リボンを還元して、飽和磁化を回復させることもできる。熱処理された磁性金属リボンは、粉砕して扁平磁性金属粒子を製造する。尚、本粉砕の前に、磁性金属リボン若しくは薄膜を、ミキサー装置等を用いて適当な大きさに切断しても良い。本粉砕においては、例えばビーズミルや遊星型ミルやミキサー等の粉砕装置によって粉砕を行う。尚、粉砕装置は、特に種類を選ばない。例えば、遊星ミル、ビーズミル、ミキサー回転ボールミル、振動ボールミル、撹拌ボールミル（アトライター）、ジェットミル、遠心分離機、又はミルと遠心分離を組み合わせた手法などが挙げられる。得られた扁平磁性金属粒子は成型を行う。例えば、一軸プレス成型、ホットプレス成型、ＣＩＰ成型、ＨＩＰ成型等で成型を行う。プレス圧は高い方が好ましく、１００００ｋｇｆ／ｃｍ^２以上であることが好ましい。また、プレスを１回行った後、熱処理を行ない（例えばＨ_２雰囲気で１０００℃熱処理）、再度プレスを行う、という操作を複数回（例えば２回以上）行なうことが、緻密化（高密度化、飽和磁化向上）にとって好ましい。これによって、成型体を得る。
第２の工程は、得られた成型体を熱処理する工程である。この時、真空中で熱処理を行なうことが好ましい。この時、真空中で熱処理を行う際に、Ｔａ箔の上に成型体を配置することが好ましい。熱処理温度は１１００℃以上が好ましく、より好ましくは１２００℃以上である。真空度は高いことが好ましく、１０^－１Ｐａ以下であることが好ましく、より好ましくは１０^－２Ｐａ以下、更に好ましくは１０^－３Ｐａ以下である。また、熱処理を行なう炉内はカーボンが周囲に配置されていることが好ましい。以上によって、真空熱処理時に、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｉ等が部分的に蒸発しながら、焼結が進行する。この時、ＳｉよりもＦｅ、Ｃｏの方が蒸発しやすいので（蒸気圧が高いため）、原料組成から焼結後の組成はずれる（ややＳｉリッチ、Ｆｅ、Ｃｏプアーになる）。材料表面は、中心部に比べて、特にややＳｉリッチ、Ｆｅ、Ｃｏプアーとなる。また、真空熱処理時に、Ｔａ箔からＴａが材料に拡散していき、炉内のカーボンも材料に拡散していく。以上の挙動は、Ｔａ箔に材料を配置し、炉内にカーボンが配置された状態で、真空中で高温で熱処理を行なうことによってはじめて起こる。以上の真空熱処理によって、Ｔａ－Ｃｏ－Ｃ（Ｆｅ、Ｓｉ含む）の析出粒子が母相に生成する。なお、原料組成にＴａ、Ｃを含んでいる方が好ましいが、原料組成に含まれていなくても、プロセス中においてＴａ、Ｃを取り込み、析出粒子を生成することが可能である。また、適切な真空度、熱処理温度を設定することによって、Ｔａ₃Ｃｏ₃Ｃの立方晶型結晶構造を有する（Ｆｅ、Ｓｉ含む）析出粒子が生成する。また、析出粒子は母相に対して配向し、格子ミスマッチが低い状態となる。なお、得られた成型体（磁性材料）は熱処理によって格子歪みを適度に除去することが好ましい。この時の熱処理は、不活性雰囲気下、還元性雰囲気下が好ましく、更に好ましくは、Ｈ_２、ＣＯ、ＣＨ_４等の還元雰囲気下が好ましい。

第２部材７０は、第１部材６０と空隙面２４０の間に設けられている。第２部材７０は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選ばれる少なくとも１つの第２元素を含む第２磁性金属相を有する。また、第２部材７０は、扁平面と第２磁性金属相を含む複数の扁平磁性金属粒子と、扁平磁性金属粒子間に存在し、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）及びフッ素（Ｆ）からなる群から選ばれる少なくとも１つの第３元素を含む介在相と、を有することが好ましい。前記第２磁性金属相の割合は前記第２部材７０の９０％未満であることが好ましい。また、相対密度は９０%未満であることが好ましい。図６は第１の実施形態の第２部材の一例を示す模式図である。磁性体（扁平磁性金属粒子）２及び介在相２０が示されている。

前記扁平磁性金属粒子は、前記扁平面内において方向による保磁力差を有することが好ましい。方向による保磁力差の割合は大きければ大きいほど好ましく、１％以上であることが好ましい。より好ましくは、保磁力差の割合が１０％以上、更に好ましくは保磁力差の割合が５０％以上、更に好ましくは保磁力差の割合が１００％以上である。ここでいう保磁力差の割合とは、扁平面内において、最大となる保磁力Ｈｃ（ｍａｘ）と最小となる保磁力Ｈｃ（ｍｉｎ）を用いて、（Ｈｃ（ｍａｘ）－Ｈｃ（ｍｉｎ））／Ｈｃ（ｍｉｎ）×１００（％）で定義される。なお、保磁力は、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）等を用いて評価できる。保磁力が低い場合は、低磁界ユニットを用いることによって、０．１Ｏｅ以下の保磁力も測定することができる。測定磁界の方向に対して、扁平面内の方向を変えて測定を行う。

なお、「保磁力差を有する」というのは、扁平面内の３６０度方向に磁界を印加して保磁力を測定した際に、保磁力が最大になる方向と、保磁力が最小になる方向とが存在する、ことを表している。例えば、扁平面内の３６０度の角度に対して、２２．５度おきに方向を変えて保磁力を測定した際に、保磁力差が表れる、すなわち保磁力がより大きくなる角度と、保磁力がより小さくなる角度があらわれる場合、「保磁力差を有する」ものとする。

第２部材７０は、複数の扁平磁性金属粒子と介在相とを備え、複数の扁平磁性金属粒子は、平均厚さが１０ｎｍ以上１００μｍ以下であり、扁平面を有し、前記厚さに対する前記扁平面内の平均長さの比の平均値が５以上１００００以下であることが好ましい。

第２部材７０は、扁平面が、第２部材７０が有する平面に対して平行に配向し、平面内における方向による保磁力差を有することが好ましい。

第２部材７０の平面内において保磁力差を有することによって、保磁力差がほとんどない等方性の場合に比べて、最小となる保磁力値が小さくなり好ましい。平面内で磁気異方性を有する材料においては、平面内の方向によって保磁力に差を有し、磁気的に等方性の材料に比べて、最小となる保磁力値が小さくなる。これによってヒステリシス損失は低減、透磁率は向上し、好ましい。

第２部材７０の平面内において保磁力差を有することによって、保磁力差がほとんどない等方性の場合に比べて、最小となる保磁力値が小さくなり好ましい。平面内で磁気異方性を有する材料においては、平面内の方向によって保磁力に差を有し、磁気的に等方性の材料に比べて、最小となる保磁力値が小さくなる。これによってヒステリシス損失は低減、透磁率は向上し、好ましい。

第２部材７０が有する平面内（扁平磁性金属粒子の扁平面に平行な平面内）において、方向による保磁力差の割合は大きければ大きいほど好ましく、１％以上であることが好ましい。より好ましくは、保磁力差の割合が１０％以上、更に好ましくは保磁力差の割合が５０％以上、更に好ましくは保磁力差の割合が１００％以上である。ここでいう保磁力差の割合とは、扁平面内において、最大となる保磁力Ｈｃ（ｍａｘ）と最小となる保磁力Ｈｃ（ｍｉｎ）を用いて、（Ｈｃ（ｍａｘ）－Ｈｃ（ｍｉｎ））／Ｈｃ（ｍｉｎ）×１００（％）で定義される。

第２部材７０は、圧粉材である、圧粉部であることが好ましい。第２部材７０の製造方法は、特に限定されるものではなく、通常の圧粉化手法で製造されることが好ましい。より好ましくは、以下の様な方法が挙げられる。

第１の工程は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉからなる群から選ばれる少なくとも１つの第１の元素を含む磁性金属リボンを製造する工程である。本工程は、たとえば、ロール急冷装置やスパッタ装置などの成膜装置を用いて、リボン若しくは薄膜を作製する工程である。この際、成膜装置を用いて作製する成膜法においては磁場中成膜や回転成膜等によって膜面内に一軸異方性を付与させた膜を成膜することが望ましい。尚、成膜装置を用いた場合は、厚さを薄くでき、かつ、組織が洗練されたものになりやすく、回転磁化を起こしやすいため、回転磁化型のものを作る場合は成膜法を用いるのが望ましい。ロール急冷装置は、大量合成に適しているため、バルク材料を合成する際に望ましい。ロール急冷装置の場合は、単ロール急冷装置が簡便で好ましい。

第２の工程は、磁性金属リボンを５０℃以上８００℃以下の温度で熱処理する工程である。本工程では、熱処理するための電気炉に入れやすくするため、適当なサイズにリボンを切断しても良い。例えば、ミキサー装置等を用いて適当な大きさに切断しても良い。本工程を行うことによって、次の第３の工程である粉砕の工程において、粉砕性が向上しやすくなり望ましい。尚、熱処理の雰囲気は、低酸素濃度の真空雰囲気下、不活性雰囲気下、還元性雰囲気下が望ましく、更に望ましくは、Ｈ_２（水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＣＨ_４（メタン）等の還元雰囲気下が好ましい。この理由としては、磁性金属リボンが酸化していても還元雰囲気で熱処理を施すことによって、酸化してしまった金属を還元して、金属に戻すことが可能となるためである。これによって、酸化し飽和磁化が減少した磁性金属リボンを還元して、飽和磁化を回復させることもできる。尚、熱処理によって、前記磁性金属リボンの結晶化が著しく進行してしまうと特性が劣化（保磁力が増加、透磁率が低下）してしまうため、過剰な結晶化を抑制するように条件を選定することが好ましい。また、より好ましくは、磁場中で熱処理を施すことがより望ましい。印加する磁場は大きければ大きい程好ましいが、１ｋＯｅ以上印加することが好ましく、更に好ましくは１０ｋＯｅ以上印加することがより好ましい。これによって磁性金属リボンの面内に磁気異方性を発現させることができ、優れた磁気特性を実現できるため、好ましい。

第３の工程は、熱処理された磁性金属リボンを粉砕して扁平磁性金属粒子を製造する工程である。尚、本工程においては、本粉砕の前に、磁性金属リボン若しくは薄膜を、ミキサー装置等を用いて適当な大きさに切断しても良い。本工程においては、例えばビーズミルや遊星型ミル等の粉砕装置によって粉砕を行う。尚、粉砕装置は、特に種類を選ばない。例えば、遊星ミル、ビーズミル、回転ボールミル、振動ボールミル、撹拌ボールミル（アトライター）、ジェットミル、遠心分離機、又はミルと遠心分離を組み合わせた手法などが挙げられる。粉砕時においては、０℃以下の温度で冷却しながら粉砕を行うと、粉砕が進行しやすく好ましい。特に、液体窒素温度（７７Ｋ）、ドライアイス温度（１９４Ｋ）などで冷却することが望ましく、その中でも特に、液体窒素温度に冷却することがより望ましい。これによって、磁性金属リボンが低温脆性を起こしやすく、粉砕が容易に行われる。つまり、磁性金属リボンに過度な応力や歪みを印加させずに、効率よく粉砕ができるため好ましい。ただし、冷却なしでも十分粉砕される場合も多く、その場合は冷却は行わなくても良い。

尚、第３の工程においては、単純に粉砕するだけでなく、圧延を組み合わせて、扁平磁性金属粒子の厚さを薄くすることができる。尚、第２の工程までで所定の厚さになっている場合は圧延のための処理は省略できる。ここで圧延は、同時に行っても良いし、粉砕後に圧延、若しくは圧延後に粉砕しても良い。この場合は、強い重力加速度を印加できる装置が好ましいが、例えば、遊星ミル、ビーズミル、回転ボールミル、振動ボールミル、撹拌ボールミル（アトライター）、ジェットミル、遠心分離機、又はミルと遠心分離を組み合わせた手法などで行うことができる。例えば、ハイパワー遊星ミル装置では、数十Ｇの重力加速度が簡単に印加できるため好ましい。ハイパワー遊星ミル装置の場合は、自転重力加速度の方向と公転重力加速度の方向が同一直線上の方向ではなく角度を持った方向になる、傾斜型遊星ミル装置がより好ましい。通常の遊星ミル装置では、自転重力加速度の方向と公転重力加速度の方向が同一直線上の方向であるが、傾斜型遊星ミル装置では容器が傾斜した状態で回転運動を行うため、自転重力加速度の方向と公転重力加速度の方向が同一直線上ではなく角度を持った方向になる。これによって、試料にパワーが効率よく伝達し、粉砕・圧延化が効率良く進行するため好ましい。また、量産性を考慮すると、大量処理が容易なビーズミル装置が好ましい。

以上の切断と粉砕・圧延化を行い（圧延は必要に応じて行う。不要の場合は行わない）、場合によっては切断と粉砕・圧延化を繰り返し、所定の厚さ及びアスペクト比の扁平磁性金属粒子１０になるように処理を行うことが望ましい。この時、厚さが１０ｎｍ以上１００μｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以上１μｍ以下、更に好ましくは１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下になる様に粉砕・圧延を行うと、回転磁化を起こしやすい粒子になり、好ましい。

また得られた扁平磁性金属粒子は熱処理によって格子歪みを適度に除去することが望ましい。この時の熱処理は、第２の工程と同じように、５０℃以上８００℃以下の温度で行うことが好ましく、熱処理の雰囲気は、低酸素濃度の真空雰囲気下、不活性雰囲気下、還元性雰囲気下が望ましく、更に望ましくは、Ｈ_２、ＣＯ、ＣＨ_４等の還元雰囲気下が好ましい。また、より好ましくは、磁場中で熱処理を施すことがより望ましい。これらの理由や詳細については、第２の工程の場合と同じであるためここでは説明を割愛する。

以上の工程によって得られた扁平磁性金属粒子を介在相と共に圧粉化する。例えば、一軸プレス成型、ホットプレス成型、ＣＩＰ成型、ＨＩＰ成型等で成型を行う。この時、磁場を印加しながら成型を行うと、磁気異方性が付与されるため好ましい。その後、得られた成型体を熱処理することが好ましい。また、熱処理時は、磁気異方性を付与するために、磁場を印加することが好ましい。以上によって、圧粉材を得ることができる。

第１部材６０の電気抵抗率は１０^－８Ωｍ以上１０^－４Ωｍ未満であることが好ましい。第２部材７０の電気抵抗率は１０^－４Ωｍ以上であることが好ましい。なお、第１部材６０及び第２部材７０の電気抵抗率は、例えば直流四端子法や直流二端子法などにより測定することが可能である。

第１部材６０の曲げ強度（３点曲げ強度）は３点曲げ強度が２００ＭＰａ以上の特性を有することが好ましく、より好ましくは３００ＭＰａ以上、更に好ましくは５００ＭＰａ以上が好ましい。なお、第１部材６０の曲げ強度及び第２部材７０の曲げ強度は、例えばＪＩＳ－Ｒ１６０１等の規格に定められた３点曲げ試験方法に準じて測定することが可能である。

第１部材６０の飽和磁化は１．７Ｔ以上であることが好ましく、より好ましくは１．８Ｔ以上であることが好ましい。質量飽和磁化としては１８０ｅｍｕ／ｇ以上であることが好ましく、より好ましくは、１９０ｅｍｕ／ｇ以上である。なお、第１部材６０の飽和磁化及び第２部材７０の飽和磁化は、例えばＶＳＭ等により測定することが可能である。

空隙面２４０に垂直な方向における第１部材６０の膜厚は、空隙面２４０に垂直な方向における磁性楔１００の膜厚の３０％以上７０％以下であることが好ましい。

図７は、本実施形態の磁性楔の模式断面図である。

図７（ａ）は、本実施形態の磁性楔１００の模式断面図である。第２部材７０は、第１凹部７２を有していることが好ましい。そして、第１部材６０は、第２部材７０の第１凹部７２の上に設けられていることが好ましい。言い換えると、第１部材６０の一部は、第１凹部７２に設けられていることが好ましい。第１凹部７２を設けることにより、第１部材６０を第２部材７０に対して固定することができる。そのため、回転電機２００内に磁性楔１００を取り付けることが容易になるためである。

ここで、図７（ａ）に示した磁性楔１００の場合、例えば磁束が空隙面２４０に対して垂直な方向に流れることにより、かかる磁束の流れを打ち消す方向に、例えば図７（ａ）に示したように、第１部材６０に渦電流が生じる。あまりにも強い渦電流が流れると、第１部材６０の発熱量が多くなる（損失が大きくなる）ため、問題となる。

図７（ｂ）は、本実施形態の変形例である磁性楔１１０の模式断面図である。磁性楔１１０は、複数の第１部材６０ａ、第１部材６０ｂ及び第１部材６０ｃを有する。そして、第１部材６０ａ、第１部材６０ｂ及び第１部材６０ｃは、空隙面２４０に平行な図７（ｂ）の方向に設けられている。これにより、磁束に垂直な方向における個々の第１部材６０ａ、６０ｂ又は６０ｃが占める面積が、図７（ａ）に示した第１部材６０の場合よりも小さくなる。そのため、個々の第１部材６０ａ、６０ｂ及び６０ｃに生じる渦電流の大きさを小さくすることができる。そのため、第１部材６０全体としての発熱量を小さくすることができる（損失を小さくできる）。

図７（ｃ）は、本実施形態の変形例である磁性楔１２０の模式断面図である。

磁性楔１２０は、第１部材６０と第２部材７０の間に設けられ、第２凹部８２を有する第３部材８０をさらに備えることが好ましい。ここで、第２部材７０は、第１部材６０と第２部材７０の間に設けられた第１凹部７２を有することが好ましい。さらに、第２凹部８２は、第１部材６０と第３部材８０の間に設けられていることが好ましい。さらに、第３部材８０の一部は第１凹部７２に設けられ、第１部材６０の一部は第２凹部８２に設けられていることが好ましい。さらに、第３部材８０は、焼結部（第２焼結部）であることが好ましい。これは、第１部材６０の強度は第２部材７０の強度より高いために、回転電機の製造作業を繰り返す度に、第１凹部７２（第２部材７０）が摩耗してしまうためである。そこで、第１凹部７２に、焼結部（第２焼結部）である第３部材８０の一部を設け、さらに、第１部材６０の一部を第３部材の第２凹部８２に設けるようにする。これにより、より頻繁に取り外しが繰り返される第１部材６０については、焼結部（第２焼結部）である第３部材８０との接触／非接触が繰り返されるようになる。言い換えると、より頻繁に取り外しが繰り返される第１部材６０については、圧粉部である第２部材７０との接触／非接触の繰り返しが抑制される。これにより、第１凹部７２（第２部材）の摩耗を抑制することができる。

磁性楔は、主面を有する平面型構造の磁性体を含む。平面型構造の磁性体として、磁性体は、扁平粒子、薄帯（リボン）、薄膜、厚膜、及び板状部材、からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。扁平粒子は、扁平状（ｆｌａｋｙ，ｆｌａｔｅｎｅｄ）の形状（ｆｌａｋｙ ｓｈａｐｅ，ｆｌａｔｅｎｅｄ ｓｈａｐｅ）をした、扁平粒子（ｆｌａｋｙ ｐａｒｔｉｃｌｅ、ｆｌａｔｅｎｅｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ）である。薄帯（リボン）は厚さ数μｍ程度から百μｍ程度のリボン状のもの、薄膜は厚さ数ｎｍ程度から十μｍ程度の薄い膜、厚膜は厚さ数μｍ程度から数百μｍ程度の厚い膜、板状部材は厚さ百μｍ程度から数百ｍｍ程度の板状の部材を指すが、厳密に区別されるものではなく、また、厚さ範囲から多少外れても良い。いずれにおいても、前記主面内の平均長さ（最大長さａ、最小長さｂを用いて、（ａ＋ｂ）／２で定義。詳細は後述）が厚さよりも大きいことが好ましい。尚、前述の厚さ範囲及び区分は、あくまで一つの目安であり、磁性体が、扁平粒子、薄帯（リボン）、薄膜、厚膜、板状部材のいずれかを含むかどうかは、外観、形状などの情報を含めて総合的に判断する。

尚、磁性体における「主面」とは、平面型の構造における、平面に相当する面のことである。図８は、本実施形態の磁性体の主面を説明する模式図である。例えば、角柱の場合は図８（ａ）に示すように面積が最も広い面、又はそれに対向する面が主面である。角柱の場合は、第１の面２ａ又は第２の面２ｂが主面である。円柱の場合は図８（ｂ）に示すように底面を意味する。円柱の場合は、第１の面２ａ又は第２の面２ｂが主面である。扁平楕円体の場合は図８（ｃ）に示すように面積が最も広くなる断面が主面である。扁平楕円体の場合は、第１の面２ａが主面である。直方体の場合は図８（ｄ）に示すように最も面積の広い面を意味する。直方体の場合は、第１の面２ａ又は第２の面２ｂが主面である。つまり、扁平粒子の場合は扁平面を、薄帯（リボン）や板の場合は板面を、薄膜や厚膜の場合は膜面を指す。図８（ａ）の角柱、図８（ｂ）の円柱、図８（ｃ）の扁平楕円体において最も面積の広い面を第１の面２ａとする。そして、第２の面２ｂは、第１の面２ａに対向する面とする。主面は、第１の面２ａ又は第２の面２ｂである。磁性体が扁平磁性金属粒子である場合には、主面は、扁平磁性金属粒子の扁平面である。

また、主面内の平均長さは厚さよりも大きいことが好ましい。更に好ましくは、厚さに対する主面内の平均長さの比が５以上であることが好ましい。これによって、磁性楔の透磁率に差が生まれやすくなる（異方性が大きくなる）ため好ましい。低損失化の観点からも、渦電流損を低減することができるため好ましい。

主面内の平均長さは、最大長さａ、最小長さｂを用いて、（ａ＋ｂ）／２で定義される。最大長さａ及び最小長さｂに関しては、次のようにして求める。主面の輪郭線の各点の接線に対して垂直な方向に線を引き、向かい側の輪郭線と交わった点までの長さを測る。これを輪郭線上の全ての点において行い、最大長さａと最小長さｂを決定する。厚さｔは、主面に垂直方向の長さで定義される。また、厚さに対する主面内の平均長さの比は、最大長さａ、最小長さｂ、厚さｔを用いて、（（ａ＋ｂ）／２）／ｔで定義される。

漏れ磁束を抑制する観点からは、磁性体が空隙面に対し略垂直となるように配置されることが好ましい。磁性体の一部に垂直でないものがあっても良いが、半分以上の磁性体の主面が空隙面に垂直な面に対し±２０°の範囲に入っていることが、本実施形態における「略垂直」の定義であり、本定義の「略垂直」を満たすことが好ましい。より好ましくは、半分以上の磁性体の主面が空隙面に垂直な面に対し±１０°の範囲に入っていることが好ましい。このような構成にすることで、磁性楔の透磁率は空隙面に対し垂直な方向に高く平行な方向に低くなるため、磁性楔使用による漏れ磁束の増加を抑えて、回転電機の効率向上の効果を十分に享受でき好ましい。又、有効磁束（主磁束）を増加し、回転電機のトルクを向上できる。

なお、本実施形態の透磁率とは、形状により左右されない真の透磁率である。つまり、反磁界の影響を受けない真の透磁率である。実効的な透磁率は、形状が変わると反磁界の影響度合いが変わるため、変化する。しかしながら真の透磁率は、反磁界の影響を除去した透磁率であり、完全な閉磁路を形成して測定することで求めることが可能である。例えば、試料（磁性楔）がリング状であれば完全に閉磁路を形成するため、真の透磁率が容易に求まる。また、試料（磁性楔）がリング状でない場合も、ヨークを用いて閉磁路を形成すれば、真の透磁率を求めることができる。ヨークを用いることによって、３方向それぞれにおいて閉磁路を形成し、これによって、３方向それぞれの真の透磁率を求めることができる。しかしながら、軸方向透磁率μｚ、回転方向透磁率μθ、径方向透磁率μｒの３方向の透磁率を正確に測定することが難しい場合がある。その場合は、３方向で保磁力を測定し、透磁率を推測しても良い。一般に、保磁力、及び、透磁率は、磁気異方性の大きさに左右され、磁気異方性が小さいと保磁力も小さくなり、反対に透磁率は大きくなる。逆に、磁気異方性が大きいと、保磁力が大きくなり、反対に透磁率は小さくなる。そのため、保磁力と透磁率は磁気異方性を介して相関があり、保磁力の値から透磁率の大きさを推測することができる。

ただし、保磁力が同じでも、透磁率が同じではない場合もあるため注意が必要である。たとえば、同じ保磁力であっても、磁性楔に含まれる磁性体の形状が棒状の形状を有する場合は、棒に平行な方向では形状磁気異方性の効果で透磁率は大きくなり、棒に垂直な方向では透磁率は小さくなる。また、同じ保磁力であっても、磁性楔に含まれる磁性体の形状が扁平状の形状を有する場合は、扁平面に平行な方向では形状磁気異方性の効果で透磁率は大きくなり、扁平面に垂直な方向では透磁率は小さくなる。以上のことから、保磁力で透磁率の大きさの関係を求める場合は、最初に保磁力の大きさで透磁率を推測した上で、その後、磁性楔に含まれる磁性体の形状を観察し、その形状から形状磁気異方性の効果を見積もり、総合的に透磁率の大きさの関係を求めることも可能である。

径方向透磁率μｒは、回転方向透磁率μθ及び軸方向透磁率μｚよりも高くなるように、磁性体を配置することが好ましい。 これは特にラジアルギャップ型回転電機の場合に好ましい。この効果について、図９を用いて詳細に説明する。図９は、本実施形態のラジアルギャップ型回転電機における磁性楔の使用状態を示す模式図である。ラジアルギャップ型回転電機に対して、磁性楔は、回転方向に所定の間隔をあけて配置された鉄心ティース間を橋絡するように装着され、軸方向に沿って延びるスロット開口部を塞ぐ。

このため、磁性楔を介して鉄心ティース間を流れる漏れ磁束を低減する観点からは、回転方向透磁率μθが径方向透磁率μｒよりも低いことが好ましい。一方、空隙端部から軸方向鉄心外側へ流れる漏れ磁束を低減する観点からは、軸方向透磁率μｚが径方向透磁率μｒよりも低いことが好ましい。

まとめると、径方向透磁率μｒが回転方向透磁率μθ及び軸方向透磁率μｚよりも高くなるように、前記磁性体を配置することによって、漏れ磁束の増加を最小限に抑えることができ好ましい。これによって、磁性楔使用による回転電機の効率向上の効果を十分に享受することが可能となる。更に好ましくは、径方向、回転方向、軸方向の順番で透磁率が高くなっている（径方向透磁率μｒ＞回転方向透磁率μθ＞軸方向透磁率μｚとなっている）ことが好ましい。回転方向透磁率μθが軸方向透磁率μｚよりも大きいと、鉄心ティースから楔を介して空隙側に通過する磁束が増え、又、高調波損失を低減できため、好ましい。即ち、磁性楔使用による回転電機の効率をさらに向上させることが可能となる。

図９では、鉄心スロットにおいて、磁性楔がコイルと鉄心表面の間の全ての空間を満たしているが、必ずしも全てを満たす必要はない。磁性楔の占める空間がコイルと鉄心表面の間の一部であっても良い。

図９では、磁性楔１００、コイル２３０、鉄心ティース２５０が示されている。図９は、第１部材６０、第２部材７０及び第３部材８０をまとめて磁性楔１００として模式的にまとめて示したものである。第１部材、第２部材、第３部材すべてが上述の透磁率の関係を有することが好ましいが、いずれか１つ若しくはいずれか２つが上述の透磁率の関係を有していても好ましい。

軸方向透磁率μｚは、回転方向透磁率μθ及び径方向透磁率μｒよりも高くなるように、磁性体を配置することが好ましい。これは特にアキシャルギャップ型回転電機の場合において好ましい。 この効果について、図１０を用いて詳細に説明する。図１０は、アキシャルギャップ型回転電機における磁性楔の使用状態を示す模式図である。アキシャルギャップ型回転電機に対して、磁性楔は、回転方向に所定の間隔をあけて配置された鉄心ティース間を橋絡するように装着され、径方向に沿って延びるスロット開口部を塞ぐ。

図１０では、磁性楔１００、コイル２３０、鉄心ティース２５０が示されている。図１０は、第１部材６０、第２部材７０及び第３部材８０をまとめて磁性楔１００として模式的にまとめて示したものである。

このため、磁性楔を介して鉄心ティース間を流れる漏れ磁束を低減する観点からは、回転方向透磁率μθが軸方向透磁率μｚよりも低いことが好ましい。一方、空隙端部から径方向鉄心外側へ流れる漏れ磁束を低減する観点からは、径方向透磁率μｒが軸方向透磁率μｚよりも低いことが好ましい。

まとめると、軸方向透磁率μｚが回転方向透磁率μθ及び径方向透磁率μｒよりも高くなるように、前記磁性体を配置することによって、漏れ磁束の増加を最小限に抑えることができ好ましい。これによって、磁性楔使用による回転電機の効率向上の効果を十分に享受することが可能となる。更に好ましくは、軸方向、回転方向、径方向の順番で透磁率が高くなっている（軸方向透磁率μｚ＞回転方向透磁率μθ＞径方向透磁率μｒとなっている）ことが好ましい。回転方向透磁率μθが径方向透磁率μｒよりも大きいと、鉄心ティースから楔を介して空隙側に通過する磁束が増え、又、高調波損失を低減できため、好ましい。即ち、磁性楔使用による回転電機の効率をさらに向上させることが可能となる。
なお、第１部材、第２部材、第３部材すべてが上述の透磁率の関係を有することが好ましいが、いずれか１つ若しくはいずれか２つが上述の透磁率の関係を有していても好ましい。

なお、磁性楔を介して鉄心ティースを流れる漏れ磁束を低減するのに適した磁性体の配置状態としては、磁性体の主面は、回転方向に対し略垂直となるように沿って配向して配置されることが好ましい。これは、ラジアルギャップ型回転電機とアキシャルギャップ型回転電機の両方の場合において好ましい。このような構成にすることで、磁性楔を介して鉄心ティース間を流れる漏れ磁束を大幅に低減することが可能となる。これによって、磁性楔使用による回転電機の効率向上の効果を十分に享受することが可能となる。

前記磁性体は、主面内の方向によって透磁率に差を有することが好ましい。より好ましくは、磁性体の透磁率が最も高くなる方向（磁化容易軸方向）が一方向に揃っていることが好ましい。このような構成にすることで、磁性楔の透磁率に差が生まれやすくなる（異方性が大きくなる）ため好ましい。更に好ましくは、磁性体の磁化容易軸方向が空隙面に垂直な方向に揃っていることが好ましい。つまり、ラジアルギャップ型回転電機の場合は、磁性体の磁化容易軸方向が径方向に揃っていることが好ましく、アキシャルギャップ型回転電機の場合は、磁性体の磁化容易軸方向が軸方向に揃っていることが好ましい。このような構成にすることで、磁性楔の透磁率は空隙面に対し垂直な方向に高く平行な方向に低い異方性を有し易くなる。これによって、磁性楔使用による漏れ磁束の増加を抑えて、回転電機の効率向上の効果を十分に享受でき好ましい。又、有効磁束（主磁束）を増加し、回転電機のトルクを向上できる。

磁性体は、扁平粒子、薄帯（リボン）、薄膜、厚膜及び板状部材からなる群より選ばれる少なくとも一つを含むことが好ましい。このような構成にすることで、製造が容易となり製造歩留りが向上し、製造コストを低減できる。磁性体は、特に、薄帯（リボン）、又は板状部材であることが好ましい。これは、製造が容易となり製造歩留りが向上し、製造コストを特に低減できるためである。

磁性体は、特に、扁平粒子であることが好ましい。このような構成にすることで、磁性楔で発生する渦電流損を低減することが可能となる。これによって、磁性楔使用による回転電機の効率向上の効果を十分に享受することが可能となる。また複雑な形状の磁性楔を製造する場合、粉を固めるだけなので、製造が容易となり、製造歩留りが向上し、製造コストを低減できる。

磁性体は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）及びニッケル（Ｎｉ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの磁性元素を含有し、厚さ１０ｎｍ以上１００μｍ以下で、厚さに対する主面内の平均長さの比５以上１００００以下であることが好ましい。磁性体が扁平粒子の場合は、扁平状（ｆｌａｋｙ，ｆｌａｔｅｎｅｄ）の形状（ｆｌａｋｙ ｓｈａｐｅ，ｆｌａｔｅｎｅｄ ｓｈａｐｅ）をした、扁平粒子（ｆｌａｋｙ ｐａｒｔｉｃｌｅ、ｆｌａｔｅｎｅｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ）である。

磁性体は、Ｆｅ、Ｃｏを含み、Ｃｏの量はＦｅとＣｏの合計量に対して１０原子％以上６０原子％以下であることが好ましく、１０原子％以上４０原子％以下であることが更に好ましい。これによって磁気異方性が適度に大きく付与されやすいため好ましい。また、Ｆｅ－Ｃｏ系は高飽和磁化を実現し易いため好ましい。更にＦｅとＣｏの組成範囲が上記の範囲に入ることによって、より高い飽和磁化が実現でき好ましい。

磁性体は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｙ、Ｎｂ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎ及び希土類元素からなる群より選ばれる少なくとも１つの非磁性金属を含むことが好ましい。これによって、前記磁性体の熱的安定性や耐酸化性を高めることができる。中でも、Ａｌ、Ｓｉは、磁性体の主成分であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉと固溶し易く、熱的安定性や耐酸化性の向上に寄与するために特に好ましい。

磁性体の厚さ、及び、厚さに対する主面内の平均長さの比は、磁性体を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）又は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することにより求めることができ、１０個以上の値を平均した値を採用する。

磁性体の厚さは１０ｎｍ以上１００μｍ以下が好ましく、更に好ましくは、１μｍ以上１００μｍ以下である。また、厚さに対する主面内の平均長さの比は５以上１００００以下が好ましく、更に好ましくは１０以上１０００以下であることが好ましい。複数の磁性体が磁性楔に含まれる場合は、厚さ及び、厚さに対する主面内の平均長さの比を個々の磁性体に対して求め、その平均値が上記範囲に入っていることが好ましい。厚さが薄く、厚さに対する主面内の平均長さの比が大きいと、渦電流損失を低減し易いという観点からは好ましいが、一方で、保磁力がやや大きくなる傾向にある。そのため、保磁力を低減するという観点からは、適度な厚さ、適度な厚さに対する主面内の平均長さの比を有することが好ましい。上述の範囲の厚さ、厚さに対する主面内の平均長さの比においては、渦電流損失と低保磁力（低ヒステリシス損失が可能）の点でバランスの良い材料となる。

磁性体の間に、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）及びフッ素（Ｆ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素を含有する介在相を有することが好ましい。これによって、介在相の電気抵抗が高くなり、磁性楔の渦電流損を低減することができるためである。この観点においては、磁性体よりも介在相の電気抵抗が高いことが好ましい。介在相は、磁性体を取り囲んで存在するため、扁平粒子の耐酸化性、熱的安定性を向上させることができ好ましい。この中で酸素を含むものは、高い耐酸化性、高い熱的安定性の観点からより好ましい。介在相は、磁性体同士を機械的に接着する役割も担っているため、高い強度の観点からも好ましい。

また介在相は、磁性体同士を機械的に接着する役割も担っているため、ガラス繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維、ＰＢＯ繊維、ポリアリレート繊維、ポリエチレン繊維、ポリオレフィン繊維、ビニロン繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維から選択される少なくとも１つ以上の補強材料を混合することが好ましい。

また、本実施形態の磁性楔においては、磁性楔の内部に非磁性体を配設することによって、回転方向の透磁率を低くし、磁性楔を介して鉄心ティース間を流れる漏れ磁束の一層の低減を図ることができる。

また、本実施形態の磁性楔は、磁性楔の表面を樹脂で覆うことによって、磁性楔の機械的な強度を一層高めることができる。この場合、樹脂は、特に限定されないが、ポリエステル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリブタジエン系樹脂、テフロン系樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ニトリル－ブタジエン系ゴム、スチレン－ブタジエン系ゴム、シリコーン樹脂、その他の合成ゴム、天然ゴム、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アリル樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、アミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド樹脂、或いはそれらの共重合体が用いられる。特に、耐熱性の高いシリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、を含むことが好ましい。

次に、本実施形態の効果について説明する。

図１１は、本実施形態の作用効果を説明する図である。図１１の左側に示したグラフは、実施例としての、空隙側に第２部材７０を配置した場合のグラフである。言い換えると、図１１の左側に示したグラフは、実施例としての、第２部材７０を第１部材６０と空隙面２４０の間に配置した場合のグラフである。図１１の右側に示したグラフは、比較例としての、空隙側に第１部材（焼結部）６０を配置した場合のグラフである。言い換えると、図１１の右側に示したグラフは、比較例としての、第１部材６０を第２部材７０と空隙面２４０の間に配置した場合のグラフである。いずれのグラフも、横軸に、第１部材６０の膜厚の割合を、０（磁性楔１００の全てが第２部材７０からなる場合）から１（磁性楔１００の全てが第１部材６０からなる場合）まで変化させた場合としている。

ここで、第２部材７０は、第１部材６０より電気抵抗率が高く、第１部材６０より曲げ強度が低く、第１部材６０より飽和磁化が低い。具体的には、第１部材６０については、磁化は１．８６Ｔ、比透磁率は５００、電気抵抗率は１０^－７Ωｍ、曲げ強度は６７０ＭＰａとしている。磁性金属相の割合は９５Ｖｏｌ％である。また、第２部材７０については、磁化は１Ｔ、比透磁率は１２０、電気抵抗率は１０^－３Ωｍ、曲げ強度は９０ＭＰａである。磁性金属相の割合は５０Ｖｏｌ％である。

まず、実施例（空隙側に第２部材７０を配置した場合）においては、高効率化の観点で重要である「高調波磁束」について、第１部材６０の膜厚が磁性楔の膜厚の２０％以上である場合において、十分に小さくなり好ましい結果が得られた。また、高効率化の観点で重要である「磁性楔の渦電流損失」については、第１部材６０の膜厚が磁性楔の膜厚の７０％以下である場合において、渦電流損失が十分に小さくなり好ましい結果が得られた。高効率化の観点では、「高調波磁束」と「磁性楔の渦電流損失」の両方を下げる必要があるが、そのためには、上記の結果から、第１部材６０の膜厚を磁性楔の膜厚の２０％以上７０％以下にする必要があることが分かった。一方で、高信頼性の観点で重要である「磁性楔の耐荷重」については、第１部材６０の膜厚が３０％以上である場合において、耐荷重が十分に高く、好ましい特性が得られた。以上のことから、高効率化と高信頼性を両立させるためには（低損失と高耐荷重を両立）、第１部材６０の膜厚を磁性楔の膜厚の３０％以上７０％以下にする必要があることが分かった。

これに対して、比較例（空隙側に第１部材６０を配置した場合）においては、高効率化の観点で重要である「高調波磁束」について、第１部材６０の膜厚が磁性楔の膜厚の約５％以上である場合において、十分に小さくなり好ましい結果が得られた。また、高効率化の観点で重要である「磁性楔の渦電流損失」については、第１部材６０の膜厚が磁性楔の膜厚の約５％未満である場合において、渦電流損失が十分に小さくなり好ましい結果が得られた。高効率化の観点では、「高調波磁束」と「磁性楔の渦電流損失」の両方を下げる必要があるが、両方を同時に下げることは厳しいことが分かった。比較例の場合は、空隙側に第１部材６０を配置しており、実施例よりも、第１部材６０の膜厚が小さくても、高調波磁束を低減し易いが、電気抵抗率が低く、渦電流損失が劇的に増加してしまい、この影響が大きく、「高調波磁束」と「磁性楔の渦電流損失」の両方を同時に効果的に下げることが難しいことが分かった。なお、高信頼性の観点で重要である「磁性楔の耐荷重」については、第１部材６０の膜厚が３０％以上である場合において、耐荷重が十分に高くなる点は実施例と同じである。以上のことから、比較例においては、実施例と異なり、高効率化と高信頼性を両立させる（低損失と高耐荷重を両立）ことは困難であることが分かった。

以上より、磁性楔１００は、第１部材６０と、第１部材６０と空隙面２４０の間に第２部材７０が設けられることが好ましい。また、第２部材７０の電気抵抗率は第１部材６０より高いことが好ましく、第１部材６０の曲げ強度は第２部材７０の曲げ強度より高いことが好ましく、第１部材６０の飽和磁化は第２部材７０の飽和磁化よりも高いことが好ましい。また、空隙面２４０に垂直な方向における第１部材６０の膜厚は、空隙面２４０に垂直な方向における磁性楔１００の膜厚の３０％以上７０％以下であることが好ましい。

そして、第１部材６０の電気抵抗率は１０^－８Ωｍ以上１０^－４Ωｍ未満であり、第２部材７０の電気抵抗率は１０^－４Ωｍ以上であり、第１部材６０の曲げ強度は２００ＭＰａ以上であることが好ましく、より好ましくは３００ＭＰａ以上、更に好ましくは５００ＭＰａ以上である。また、第１部材６０の飽和磁化は１．７Ｔ以上であることが好ましく、より好ましくは１．８Ｔ以上である。これにより、低損失で高強度な磁性楔が得られる。

第１部材６０に対する前記第１磁性金属相の割合は、前記第２部材に対する前記第２磁性金属相の割合よりも大きいことが好ましい。上記の電気抵抗率、曲げ強度及び飽和磁化を、容易に満たすことができるためである。

第１部材６０は焼結材である焼結部であり、第２部材７０は圧粉材料である圧粉部であることが好ましい。上記の電気抵抗率、曲げ強度及び飽和磁化を、容易に満たすことができるためである。

本実施の形態の磁性楔によれば、低損失で高強度の磁性楔を得ることが可能となる。

（第２の実施形態）
本実施形態の回転電機は、第１の実施形態の磁性楔を備えることを特徴とする。したがって、第１の実施形態と重複する内容については記載を省略する。本明細書において、回転電機とは、電動機（モータ）、発電機（ジェネレータ）、及び必要に応じてモータ及びジェネレータの双方の機能を果たすモータ・ジェネレータの何れをも含む概念を意味する。

本実施形態のラジアルギャップ型モータは、主面を有する磁性体を空隙面に対し主面が略垂直となるように配置し、軸方向透磁率、回転方向透磁率、径方向透磁率の３方向の透磁率に差を付与した磁性楔を有することを特徴とする。

図１２は、本実施形態のラジアルギャップ型回転電機の一例を示す模式図である。図１２は、本実施形態のラジアルギャップ型モータの一例である。ラジアルギャップ型回転電機は、回転子と、この回転子に対して径方向に所定の空隙をもって対向配置される固定子を有する。図１２では、回転子は固定子の内側に配置されているが、外側に配置されていても構わない。回転子は、回転子鉄心と軸を備えており、回転できるように支持されている。一方、固定子は、固定子鉄心と、固定子鉄心のスロットに挿置した界磁コイルと、スロット開口部の楔溝に保持された磁性楔を備える。図１２では、該磁性楔は、径方向透磁率μｒが回転方向透磁率μθ及び軸方向透磁率μｚよりも高くなるように配置されている場合を一例として示しているがこれに限定されない。

このように磁性楔において、軸方向透磁率μｚ、回転方向透磁率μθ、径方向透磁率μｒの３方向の透磁率に差を有することによって、漏れ磁束の増加を抑えながら、回転子表面部に生じる高調波損失の低減を図ることが可能となる。また、空隙を通過する磁束が増加するため、ラジアルギャップ型モータのトルクは増大される。以上の損失低減効果とトルク増加効果のいずれか若しくは両方によって、高効率化を実現することができる。

鉄心の材料としては、磁性薄板の積層コア、磁性粒子を圧縮成形した圧粉コア、フェライトコア等のいずれを採用しても構わない。

特に、磁性薄板の積層コアを採用したラジアルギャップ型モータにおいては、磁性楔に含まれる磁性体の主面と積層コアを形成する磁性薄板の主面を平行に配置した場合においては、渦電流損を低減することができるため、特に好ましい。

又、ラジアルギャップ型モータとしては、回転子に導体を備えたもの（誘導モータ）、永久磁石を備えたもの（永久磁石モータ）、磁性体を備えたもの（リラクタンスモータ）の何れであっても構わない。

本実施形態のアキシャルギャップ型モータは、主面を有する磁性体を空隙面に対し主面が略垂直となるように配置し、軸方向透磁率、回転方向透磁率、径方向透磁率の３方向の透磁率に差を付与した磁性楔を有することを特徴とする。

図１３は、本実施形態のアキシャルギャップ型回転電機の一例を示す模式図である。図１３は、本実施形態のアキシャルギャップ型モータの一例である。アキシャルギャップ型モータは、回転子と、この回転子に対して軸方向に所定の空隙を隔てて対向配置される固定子を有し、固定子に、固定子鉄心と、固定子鉄心のスロットに挿置した界磁コイルと、スロット開口部の楔溝に保持された磁性楔を備える。図１３では、該磁性楔は、軸方向透磁率μｚが径方向透磁率μｒ及び回転方向透磁率μθよりも高くなるように配置されている場合を一例として示しているがこれに限定されない。このように磁性楔において、軸方向透磁率μｚ、回転方向透磁率μθ、径方向透磁率μｒの３方向の透磁率に差を有することによって、漏れ磁束の増加を抑えながら、回転子表面部に生じる高調波損失の低減を図ることが可能となる。又、空隙を通過する磁束が増加するため、アキシャルギャップ型モータのトルクは増大される。以上により、高効率化を実現することができる。

図１３では、回転子は２つの固定子の間に配置されているが、１つの固定子の片側若しくは両側に配置されていても構わない。

鉄心の材料としては 、磁性薄板の積層コア、磁性粒子を圧縮成形した圧粉コア、フェライトコア等のいずれを採用しても構わない。特に、磁性薄板の積層コアを採用したアキシャルギャプ型モータにおいては、磁性楔に含まれる磁性体の主面と積層コアを形成する磁性薄板の主面を平行に配置した場合においては、渦電流損を低減することができるため、特に好ましい。

本実施形態の発電機は、主面を有する磁性体を空隙面に対し主面が略垂直となるように配置し、軸方向、回転方向、径方向の３方向で透磁率に差を付与した磁性楔を有することを特徴とする。

図１４は、本実施形態の発電機の一例を示す模式図である。発電機は、通常、回転子鉄心のスロットに励磁コイルを収納する回転子（この他、永久磁石を励磁源とした回転子を採用しても良い）と、固定子鉄心のスロットに電機子コイルを収納する固定子を有し、回転子を回転させて、かつ、前記励磁コイルに励磁電流を流すことで、前記電機子コイルに電力を発電する。回転子は、回転子鉄心と、回転子鉄心のスロットに挿置した界磁コイルと、スロット開口部の楔溝に保持された磁性楔を備え、軸受によって回転できるように支持される。図１４では、該磁性楔は、径方向透磁率μｒが回転方向透磁率μθ及び軸方向透磁率μｚよりも高くなるように配置されている場合を一例として示しているがこれに限定されない。

このように磁性楔において、軸方向透磁率μｚ、回転方向透磁率μθ、径方向透磁率μｒの３方向の透磁率に差を有することによって、漏れ磁束の増加を抑えながら、固定子表面部に生じる高調波損失を低減することが可能となる。また、空隙を通過し電機子コイルと鎖交する磁束が増加するため、電機子コイルに誘起される発電電圧は増大する。以上により、高効率化を実現することができる。

図１４では、回転子鉄心のスロット開口部に磁性楔が配置されているが、固定子鉄心のスロット開口部に配置されていても構わない。又、図では、回転子に励磁コイルを備えた巻線式の発電機を示したが、回転子に永久磁石を備えた永久磁石式の発電機であっても良い。この場合、磁性楔は固定子鉄心のスロット開口部に配置される。

鉄心の材料としては、磁性薄板の積層コア、磁性粒子を圧縮成形した圧粉コア、フェライトコア等のいずれを採用しても構わない。特に、磁性薄板の積層コアを採用した発電機においては、磁性楔に含まれる磁性体の主面と積層コアを形成する磁性薄板の主面を平行に配置した場合においては、渦電流損を低減することができるため、特に好ましい。

リニアモータはラジアルギャップ型モータを展開し平板状の構造としたものであるため、本発明の磁性楔をリニアモータに適用することも可能である。即ち、固定子は固定子鉄心と、固定子鉄心のスロットに挿置した界磁コイルを備え、スロット開口部に磁性楔を設けても良い。図１５は、本実施形態のリニアモータの一例を示す模式図である。リニアモータにおいては、可動子の進行方向、可動子の進行方向に直角な方向、固定子に対し鉛直な方向が、ラジアルギャップ型モータの回転方向、軸方向、径方向にそれぞれ対応している。

このとき、磁性楔の磁気特性としては、図１５に示すように、磁性楔において、固定子に対し鉛直な方向の透磁率μｚ、可動子の進行方向の透磁率μｘ、進行方向に直角な方向の透磁率μｙの３方向の透磁率に差を付与させることが好ましい。図１５では、固定子に対し鉛直な方向の透磁率μｚが可動子の進行方向の透磁率μｘ及び進行方向に直角な方向の透磁率μｙよりも高くなるように配置しているがこれに限定されない。これによって、漏れ磁束の増加を抑えながら、可動子表面部に生じる高調波損失の低減を図ることが可能となる。また、空隙を通過する磁束が増加するため、リニアモータの推力は向上される。以上により、高効率化を実現することができる。図１５には可動子２９０が示されている。

本実施の形態の回転電機によれば、磁性楔使用による漏れ磁束の増加を抑えて、鉄心表面部における磁束分布の脈動を効果的に緩和できるため、高効率化を実現することができる。

本実施形態の回転電機のスロット形状は、半閉スロット（若しくはセミクローズドスロット）であっても良いが、好ましくは開放スロット（若しくは開口スロット、オープンスロット）である。この時、高調波損失を大幅に低減でき好ましい。

本実施形態の回転電機は、鉄道、電気自動車、ハイブリッドカーなどの交通システム、エレベータ、空調機などの社会システム、ロボット、ポンプ、圧縮機、送風機などの産業システム、火力発電機、水力発電機、風力発電機、原子力発電機、地熱発電機などのエネルギーシステム、洗濯機などの家電に応用でき、システムの高効率化を図ることができる。特に産業用の大容量機では、スロット形状に開放スロットが一般的に採用されるため、第１の実施形態の磁性楔を備えることが好ましい。また、鉄道用の主電動機では、高電圧と振動に耐える必要性から型巻コイルを使用しており、スロット形状に開放スロットが採用されるため、第１の実施形態の磁性楔を備えることが好ましい。

特に鉄道では、鉄道走行時の消費電力量の約半分を回転電機の損失が占めているため、回転電機の損失低減による高効率化の効果が大きい。また、電気自動車、ハイブリッドカーでは、第１の実施形態の磁性楔を用いることによって主電動機の効率を向上できるため、航続距離を伸ばすことができる。

本発明のいくつかの実施形態及び実施例を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態及び実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や実施例及びその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

なお、上記の実施形態を、以下の技術案にまとめることができる。
技術案１
空隙面を介して固定子と回転子が対向してなる回転電機に用いられる磁性楔であって、
前記磁性楔は、
第１部材と、
前記第１部材と前記空隙面の間に設けられる第２部材からなり、
前記第１部材は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選ばれる少なくとも１つの第１元素を含む第１磁性金属相を有し、
前記第２部材は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選ばれる少なくとも１つの第２元素を含む第２磁性金属相を有し、前記第１部材に対する前記第１磁性金属相の割合が、前記第２部材に対する前記第２磁性金属相の割合よりも大きい、磁性楔。
技術案２
前記第２部材は前記第１部材より電気抵抗率が高く、前記第１部材は前記第２部材より曲げ強度が高く、飽和磁化が高い技術案１記載の磁性楔。
技術案３
前記第１部材の電気抵抗率は１０^－８Ωｍ以上１０^－４Ωｍ未満である技術案１又は技術案２記載の磁性楔。
技術案４
前記第１部材の曲げ強度は２００ＭＰａ以上である技術案１から技術案３のいずれか１項に記載の磁性楔。
技術案５
前記第１部材の飽和磁化は１．７Ｔ以上である技術案１から技術案４のいずれか１項に記載の磁性楔。
技術案６
前記空隙面に垂直な方向における前記第１部材の膜厚は、前記空隙面に垂直な方向における前記磁性楔の膜厚の３０％以上７０％以下である、技術案１から技術案５のいずれか１項に記載の磁性楔。
技術案７
前記第１部材は第１焼結部であり、前記第２部材は圧粉部である、技術案１から技術案６のいずれか１項に記載の磁性楔。
技術案８
前記第２部材は、複数の扁平磁性金属粒子と介在相とを備え、
前記複数の扁平磁性金属粒子は、平均厚さが１０ｎｍ以上１００μｍ以下であり、扁平面を有し、前記厚さに対する前記扁平面内の平均長さの比の平均値が５以上１００００以下であり、前記介在相は、前記複数の扁平磁性金属粒子間に存在し、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）及びフッ素（Ｆ）からなる群から選ばれる少なくとも１つの第３元素を含む技術案１から技術案７のいずれか１項に記載の磁性楔。
技術案９
前記第２部材は、前記扁平面が、前記第２部材が有する平面に対して平行に配向し、前記平面内における方向による保磁力差を有する技術案８に記載の磁性楔。
技術案１０
前記第１部材は、ＴａとＣを含む析出粒子を有する技術案１から技術案９のいずれか１項に記載の磁性楔。
技術案１１
技術案１ないし技術案１０いずれか１項に記載の磁性楔を用いた回転電機。

２ 磁性体（扁平磁性金属粒子）
２ａ 第１の面
２ｂ 第２の面
１０ 析出粒子
２０ 介在相
６０ 第１焼結部（第１部材）
６０ａ 第１部材
６０ｂ 第１部材
６０ｃ 第１部材
７０ 圧粉部（第２部材）
７２ 第１凹部
８０ 第２焼結部（第３部材）
８２ 第２凹部
１００ 磁性楔
１１０ 磁性楔
１２０ 磁性楔
２００ 回転電機
２００ａ ラジアルギャップ型回転電機
２００ｂ アキシャルギャップ型回転電機
２１０ 回転子
２２０ 固定子鉄心
２３０ コイル
２４０ 空隙面
２５０ 鉄心ティース
２６０ 鉄心スロット
２７０ 固定子
２８０ 軸
２９０ 可動子
ＲＰ 基準面

Claims (11)

1. 空隙面を介して固定子と回転子が対向してなる回転電機に用いられる磁性楔であって、
   前記磁性楔は、
   第１部材と、
   前記第１部材と前記空隙面の間に設けられる第２部材からなり、
   前記第１部材は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選ばれる少なくとも１つの第１元素を含む第１磁性金属相を有し、
   前記第２部材は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選ばれる少なくとも１つの第２元素を含む第２磁性金属相を有し、
   前記第１部材に対する前記第１磁性金属相の割合が、前記第２部材に対する前記第２磁性金属相の割合よりも大きい磁性楔。
2. 前記第２部材は前記第１部材より電気抵抗率が高く、前記第１部材は前記第２部材より曲げ強度が高く、飽和磁化が高い請求項１記載の磁性楔。
3. 前記第１部材の電気抵抗率は１０^－８Ωｍ以上１０^－４Ωｍ未満である請求項１又は請求項２記載の磁性楔。
4. 前記第１部材の曲げ強度は２００ＭＰａ以上である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁性楔。
5. 前記第１部材の飽和磁化は１．７Ｔ以上である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の磁性楔。
6. 前記空隙面に垂直な方向における前記第１部材の膜厚は、前記空隙面に垂直な方向における前記磁性楔の膜厚の３０％以上７０％以下である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の磁性楔。
7. 前記第１部材は第１焼結部であり、前記第２部材は圧粉部である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の磁性楔。
8. 前記第２部材は、複数の扁平磁性金属粒子と介在相とを備え、
   前記複数の扁平磁性金属粒子は、平均厚さが１０ｎｍ以上１００μｍ以下であり、扁平面を有し、前記厚さに対する前記扁平面内の平均長さの比の平均値が５以上１００００以下であり、前記介在相は、前記複数の扁平磁性金属粒子間に存在し、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）及びフッ素（Ｆ）からなる群から選ばれる少なくとも１つの第３元素を含む請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の磁性楔。
9. 前記第２部材は、前記扁平面が、前記第２部材が有する平面に対して平行に配向し、前記平面内における方向による保磁力差を有する請求項８に記載の磁性楔。
10. 前記第１部材は、ＴａとＣを含む析出粒子を有する請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の磁性楔。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の磁性楔を用いた回転電機。