WO2021149130A1

WO2021149130A1 - 固定子およびこれを用いた回転電機

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Publication number: WO2021149130A1
Application number: PCT/JP2020/001815
Authority: WO
Inventors: 米谷　晴之; 亮治宮武; 山田　拓郎; 田中　賢治
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2021-07-29
Also published as: US11996734B2; JPWO2021149130A1; EP4096061A1; JP6834064B1; US20230007990A1; EP4096061A4; CN114982095A

Abstract

回転電機（１００）の回転の中心に対して固定子ティース（６）を周方向に複数備えた固定子鉄心（２）と、固定子ティース（６）の間に形成された複数の固定子スロット（５）のそれぞれの底部（５ａ）の側に配置された固定子コイル（３）と、複数の固定子スロット（５）のそれぞれの開口した側に配置され、径方向に同一の極性を備えた固定子磁石（４）とを備え、それぞれの固定子スロット（５）において、固定子磁石（４）は固定子スロット（５）の周方向の中央で分割されている。

Description

固定子およびこれを用いた回転電機

　本願は、固定子およびこれを用いた回転電機に関するものである。

　従来から、回転電機が回転の中心に備えた回転軸に連結され、回転電機の回転を減速する機械式変速機が低速駆動を必要とする用途に対して用いられてきた。機械式変速機を用いた場合、機械的な摩耗などが変速機に生じるため、定期的なメンテナンスが必要となる。一方、非接触で回転子の回転速度を変速できる回転電機が、磁気波動歯車装置もしくは磁気ギアード発電機として開示されている（例えば、特許文献１参照）。

　特許文献１に示された磁気波動歯車装置は、回転軸を中心に、外周側から固定子、低速で回転する第１の回転子、および変速比に応じて高速で回転する第２の回転子を備える。固定子は、発電電力を出力する、あるいは発生トルクを制御することができる固定子コイルを有する。この回転電機を用いると、非接触で回転子の回転速度を変速できるため、機械的な摩耗などに起因したメンテナンスが不要であり、メンテナンスについての負荷の軽減を実現することができる。また、この回転電機を発電機として使用すれば、機械式変速機なしに１つの回転電機で変速と発電が可能で、発電システムは小型となり、省スペース化が実現できる。

特開２０１６－１３５０１４号公報

　上記特許文献１における回転電機の構造では、固定子は複数の固定子スロットを備えた固定子鉄心を有し、固定子スロット内に固定子コイルと固定子磁石の両方を格納しているため、１つの回転電機で変速と発電の両方を行うことができる。また、固定子磁石の固定子コイルの側の一部に、バックヨークとして磁性体であるチップ部が固定子スロットの壁面から突出して設けられ、高出力化が図られている。しかしながら、例えば固定子磁石に希土類焼結磁石を採用した場合、固定子磁石に回転子から発生する磁束が鎖交すると、固定子磁石の回転子に対向する側の面に渦電流が発生する。この渦電流に起因した渦電流損失が固定子磁石に発生するため、固定子の性能が劣化し、ひいては回転電機の効率が悪化するという課題があった。

　また、固定子磁石に渦電流が発生すると、渦電流によるジュール熱が固定子磁石に生じる。その際、固定子磁石の温度が上昇するため、温度が高くなると固定子磁石に使用された永久磁石の種類により差はあるものの、許容温度を超えると永久磁石は熱減磁するため、磁力の低下により固定子の性能が劣化し、ひいては回転電機の信頼性が損なわれるという課題があった。

　本願は前記のような課題を解決するためになされたものであり、固定子磁石に生じる渦電流損失を抑制した固定子を得ることを目的とする。

　本願に開示される固定子は、回転電機の回転の中心に対して固定子ティースを周方向に複数備えた固定子鉄心と、前記固定子ティースの間に形成された複数の固定子スロットのそれぞれの底部の側に配置された固定子コイルと、複数の前記固定子スロットのそれぞれの開口した側に配置され、径方向に同一の極性を備えた固定子磁石と、を備え、それぞれの前記固定子スロットにおいて、前記固定子磁石は前記固定子スロットの周方向の中央で分割されているものである。

　本願に開示される固定子によれば、固定子磁石の渦電流損失を抑制することができる。

実施の形態１に係る回転電機の断面を示す模式図である。実施の形態１に係る回転電機の要部を示す模式図である。実施の形態１に係る回転電機の固定子スロットの断面を示す模式図である。分割された固定子磁石に発生する渦電流を説明する図である。分割されていない固定子磁石に発生する渦電流を説明する図である。実施の形態１に係る回転電機の固定子磁石の周囲の磁束を説明する模式図である。実施の形態２に係る回転電機の固定子スロットの断面を示す模式図である。実施の形態２に係る回転電機の固定子磁石の周囲の磁束を説明する模式図である。実施の形態３に係る回転電機の固定子スロットの断面を示す模式図である。実施の形態４に係る回転電機の固定子スロットの断面を示す模式図である。実施の形態５に係る回転電機の固定子スロットの断面を示す模式図である。実施の形態６に係る回転電機の固定子スロットの断面を示す模式図である。対向する磁性体チップの間隔を説明する図である。対向する磁性体チップの間隔を説明する図である。対向する磁性体チップの間隔を説明する図である。実施の形態７に係る回転電機の固定子スロットの断面を示す模式図である。実施の形態７に係る回転電機の固定子磁石の周囲の磁束を説明する模式図である。実施の形態８に係る回転電機の固定子スロットの断面を示す模式図である。実施の形態９に係る回転電機の固定子スロットの断面を示す模式図である。実施の形態１０に係る回転電機の固定子スロットの断面を示す模式図である。実施の形態１１に係る回転電機の要部を示す模式図である。

　以下、本願の実施の形態による固定子およびこれを用いた回転電機を図に基づいて説明する。なお、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
　図１は回転電機１００の断面を示す模式図、図２は回転電機１００の要部を示す模式図である。図２は、図１の破線で囲んだ箇所を拡大して示した図である。回転電機１００は、図１に示すように、回転電機１００の回転の中心である回転軸４０を取り囲む円環状の固定子１と、固定子１と同軸に設けられた第１の回転子である低速回転子２０と、低速回転子２０に対向して低速回転子２０と同軸に設けられた第２の回転子である高速回転子３０とを備える。まず、回転電機１００として磁気ギアード発電機についての一般的な構造と動作を説明する。

　固定子１は、図２に示すように、固定子鉄心２、固定子コイル３、および固定子磁石４を備える。円環状の固定子鉄心２は、回転電機１００の回転の中心に対して固定子ティース６を周方向に等間隔で複数備える。固定子ティース６の間に形成された複数の固定子スロット５は、それぞれが固定子コイル３と固定子磁石４を備える。固定子コイル３は、固定子スロット５の底部５ａの側に配置される。固定子磁石４は、固定子スロット５の開口した側に配置される。固定子磁石４は、全て径方向の同じ向きに着磁されている。固定子磁石４は、例えばネオジウム焼結磁石であるが、これに限るものではない。固定子磁石４の内径側をＮ極とすると、隣接した固定子ティース６の内径側はＳ極となり、固定子スロット５の数と同じ数の極対数Ｎｓが形成される。

　低速回転子２０は、固定子１の内周側に固定子磁石４に対向して、微小なギャップを介して設けられる。低速回転子２０は、周方向に等間隔で配置された複数の磁極片２１を有し、外部からの動力により低速で回転する。この磁極片２１の数を、ＮＬとする。高速回転子３０は、低速回転子２０の内周側に設けられる。高速回転子３０は、外周部に複数の永久磁石である高速回転子磁石３１を等間隔で有し、Ｎｈの極対数が形成される。

　Ｎｓ、ＮＬ、Ｎｈの関係が、ＮＬ＝Ｎｓ±Ｎｈを満足すれば、固定子磁石４と高速回転子磁石３１の磁力の相互作用により、低速回転子２０に負のトルクが発生する。これに対して低速回転子２０を外部からの動力により回転させることで、低速回転子２０に入力を得ることができる。低速回転子２０の入力に対して、高速回転子３０をフリーランさせるように固定子コイル３に固定子電流を流せば、高速回転子３０は低速回転子２０のＮＬ/Ｎｈ倍の回転速度で回転する。高速回転子３０が低速回転子２０のＮＬ／Ｎｈ倍速で回転すると、固定子コイル３に誘導起電力が発生する。誘導起電力の発生により、固定子コイル３から発電電力が出力される。

　本願の要部である固定子スロット５の内部の構成について説明する。図３は実施の形態１に係る回転電機１００の固定子スロット５の断面を示す模式図である。それぞれの固定子スロット５は、固定子コイル３および固定子磁石４を備える。固定子コイル３と固定子磁石４は、対向して設けられる。固定子磁石４は、径方向に同一の極性を備えるように着磁される。例えば、図３に示した矢印の方向が着磁の方向である。固定子磁石４は固定子スロット５の周方向の中央で、固定子磁石４ａと固定子磁石４ｂに分割されている。固定子コイル３および固定子磁石４は、例えば固定子スロット５の壁面５ｂと接着して固定されるが、これらの固定方法はこれに限るものではない。固定子磁石４ａと固定子磁石４ｂは、分割された箇所が接した状態で配置されても構わない。

　固定子磁石４を分割して設けた理由について説明する。固定子磁石４は、低速回転子２０および高速回転子３０から発生した磁束が鎖交する。そのため、固定子磁石４に導電率の高い希土類焼結磁石などを用いた場合、固定子磁石４に渦電流が発生する。図４および図５は、固定子磁石４に発生する渦電流を説明する図である。図４および図５は固定子磁石４を低速回転子２０の側から見た図で、図４には分割された固定子磁石４、図５には分割されていない固定子磁石４を示す。いずれの図においても、紙面に垂直で、紙面の奥から手前に向かう磁束８が鎖交し、矢印で示した向きに渦電流９が発生する。図５では固定子磁石４は分割されていないため、流路が切断されない渦電流９が発生する。図４では固定子磁石４は分割されているため、渦電流９の流路は切断され、図５と比較して渦電流９は低減される。この結果、固定子磁石４を分割することにより渦電流９を低減させることができ、渦電流損失は抑制されるため、固定子の性能を劣化させることなく、ひいては回転電機の効率悪化を抑制することができる。また、渦電流によるジュール熱も抑制されるため、固定子の性能は劣化せず、ひいては回転電機の信頼性は向上する。図４および図５では、固定子磁石４と隣接した固定子ティース６を同じ軸方向の寸法で示しているが、固定子磁石４と固定子ティース６の軸方向の寸法はこれに限るものではなく、異なっていても構わない。

　図６は、実施の形態１に係る回転電機１００の固定子磁石４の周囲の磁束８を説明する模式図である。図６は、固定子磁石４に起因した磁束８を図３に追記した図である。図６では、磁束の様子を示すために、固定子磁石４ａと固定子磁石４ｂを離間して示している。固定子磁石４が分割された場合、磁束は分割された箇所からは発生しないため、固定子磁石４の磁力は分割されていない場合と比較して低下することが考えられる。しかし、固定子ティース６から固定子スロット５の周方向の中央に向かう磁束８ａは、固定子ティース６から中央までの距離が長いため、最も磁力が得にくい磁束である。すなわち、固定子磁石４が分割されていなくても、固定子スロット５の中央において固定子磁石４から発生していた磁束８ａは、中央以外の場所において発生していた磁束よりも小さい。このため、固定子スロット５の周方向の中央で固定子磁石４を分割すると、分割による固定子磁石４の磁力の低下を極力抑えられることになる。

　以上のように、実施の形態１による固定子１は、固定子磁石４が固定子スロット５の周方向の中央で分割されているため、渦電流９が低減し、固定子磁石４の渦電流損失を抑制することができる。また、中央で分割したため、分割による固定子磁石４の磁力の低下を抑制することができる。また、渦電流９を低減することで、固定子磁石４の熱減磁を抑制することができる。また、固定子磁石４の渦電流損失および熱減磁を抑制することで、固定子１の性能の劣化を抑制でき、回転電機１００の出力は維持され、回転電機１００の信頼性を向上することができる。

実施の形態２．
　実施の形態２に係る固定子１について説明する。図７は回転電機１００の固定子スロット５の断面を示す模式図である。実施の形態２に係る固定子１は、固定子スロット５の壁面５ｂと固定子磁石４とは離間して配置された構成になっている。

　固定子スロット５は、固定子コイル３、および固定子スロット５の周方向の中央で分割された固定子磁石４を備える。分割された固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂのそれぞれは、固定子スロット５の対向した２つの壁面５ｂから離間している。固定子磁石４と固定子スロット５との間は空気層でもよいが、非磁性の部材を介して固定子磁石４と固定子スロット５とが接しても構わない。固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂは、例えば固定子スロット５の壁面５ｂと非磁性の樹脂部材（図示せず）を介して接着して固定されるが、固定方法はこれに限るものではない。固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂと固定子コイル３との間に固定部材を設けて、固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂを固定部材と接着して固定しても構わない。

　固定子磁石４を壁面５ｂから離間して配置した理由について説明する。図８は、実施の形態２に係る回転電機１００の固定子磁石４の周囲の磁束８を説明する模式図である。図８は、固定子磁石４に起因した磁束８を図７に追記した図である。磁束８は漏れ磁束である。この漏れ磁束と低速回転子２０および高速回転子３０に起因した主磁束１０が同方向の場合、固定子ティース６に過剰の磁束が鎖交することになり、固定子ティース６において磁気飽和が生じる。磁気飽和により主磁束１０が減少すると、固定子コイル３に鎖交する主磁束１０が減少することになり固定子１の出力が低下する。固定子磁石４を壁面５ｂから離間して配置することで漏れ磁束は低減し、固定子ティース６における磁気飽和は抑制される。磁気飽和が抑制されれば、固定子１の出力低下は回避される。

　固定子スロット５の開口した側で、固定子磁石４の固定子ティース６の側の角部４ｃは、主磁束１０によって不可逆減磁されやすい箇所である。固定子磁石４の着磁の方向と主磁束１０の方向が逆方向なためである。固定子磁石４を壁面５ｂから離間して配置することで、角部４ｃに生じる不可逆減磁を抑制することができる。

　以上のように、実施の形態２による固定子１は、固定子磁石４を壁面５ｂから離間して配置したため、固定子ティース６における磁気飽和を抑制することができる。磁気飽和を抑制することで、固定子１の出力低下は回避される。また、固定子磁石４を壁面５ｂから離間して配置したため、固定子磁石４の固定子ティース６の側の角部４ｃ生じる不可逆減磁を抑制することができる。

実施の形態３．
　実施の形態３に係る固定子１について説明する。図９は回転電機１００の固定子スロット５の断面を示す模式図である。実施の形態３に係る固定子１は、固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂがそれぞれ傾斜して配置された構成になっている。

　固定子スロット５は、固定子コイル３、および固定子スロット５の周方向の中央で分割された固定子磁石４を備える。分割された固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂのそれぞれは、固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂの相互の間隔が固定子スロット５の開口した側における固定子スロット５の周方向の中央に向かって狭まるように傾斜して配置される。固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂのそれぞれは、それぞれの傾斜と平行な方向に着磁されている。例えば、図９に示した矢印の方向が着磁の方向である。

　固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂに起因して生じる磁束は着磁された方向に向かうため、図９に示した矢印の方向が磁束の方向となる。そのため、固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂに起因して生じた磁束は、固定子スロット５の開口した側の中央に集中する。磁束の集中により、固定子磁石４に起因した磁束のピーク値が上昇するため、固定子１の出力は増大する。また、固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂのそれぞれが傾斜して配置されたため、固定子スロット５の開口した側で固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂと固定子ティース６との間の距離が広くなる。そのため、固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂから固定子ティース６に向かう固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂに起因した漏れ磁束は低減される。

　以上のように、実施の形態３による固定子１では、固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂをそれぞれ傾斜して配置したため、固定子磁石４に起因した磁束のピーク値が上昇し、固定子１の出力を増大させることができる。また、固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂと固定子ティース６との間の距離が広くなるため、固定子ティース６に向かう固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂに起因した漏れ磁束は低減し、固定子ティース６における磁気飽和を抑制することができる。

実施の形態４．
　実施の形態４に係る固定子１について説明する。図１０は回転電機１００の固定子スロット５の断面を示す模式図である。実施の形態４に係る固定子１は、固定子コイル３と固定子磁石４との間に磁性体チップ部７を設けた構成になっている。

　固定子スロット５は、固定子コイル３、固定子スロット５の周方向の中央で分割された固定子磁石４、および磁性体チップ部７を備える。磁性体チップ部７は、固定子コイル３と固定子磁石４との間で、相互に離間して、固定子スロット５の対向した２つの壁面５ｂに設けられる。それぞれの磁性体チップ部７は、固定子磁石４とそれぞれ接する。磁性体チップ部７は、固定子スロット５の周方向の中央で離間している。

　磁性体チップ部７を設けたことで、固定子磁石４に起因した磁束は磁性体チップ部７を通って、固定子ティース６から固定子磁石４に向かう。磁性体チップ部７に磁束が集中し、磁束は固定子磁石４に近接して通るため、固定子磁石４の磁力が向上する。固定子磁石４の磁力が向上することで、高出力な固定子１が得られる。

　以上のように、実施の形態４による固定子１では、固定子コイル３と固定子磁石４との間に固定子磁石４と接した磁性体チップ部７を設けたため、固定子磁石４の磁力は向上し、固定子１の出力を向上させることができる。

実施の形態５．
　実施の形態５に係る固定子１について説明する。図１１は回転電機１００の固定子スロット５の断面を示す模式図である。実施の形態５に係る固定子１は、固定子コイル３と傾斜して配置された固定子磁石４との間に磁性体チップ部７を設けた構成になっている。

　固定子スロット５は、固定子コイル３、固定子スロット５の周方向の中央で分割された固定子磁石４、および磁性体チップ部７を備える。分割された固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂのそれぞれは、固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂの相互の間隔が固定子スロット５の開口した側における固定子スロット５の周方向の中央に向かって狭まるように傾斜して配置される。磁性体チップ部７は、固定子コイル３と固定子磁石４との間で、相互に離間して、固定子スロット５の対向した２つの壁面５ｂに設けられる。それぞれの磁性体チップ部７は固定子磁石４とそれぞれ接し、固定子スロット５の周方向の中央で離間している。それぞれの磁性体チップ部７が対向しているそれぞれの面７ａと、固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂが対向しているそれぞれの面４ｄとが連なっている。

　固定子磁石４と接して磁性体チップ部７を設けた場合、磁性体チップ部７には固定子磁石４に起因した磁束だけでなく、図１１に示すように、固定子コイル３に起因した磁束８ｂおよび各回転子に起因した磁束８ｃも通過する。この磁束８ｂ、８ｃは、漏れ磁束である。漏れ磁束が大きくなると、固定子１の性能は劣化する。それぞれの磁性体チップ部７が離間していることで、磁性体チップ部７に引き込まれる漏れ磁束は低減される。本実施の形態における磁性体チップ部７は、傾斜して設けられた固定子磁石４の対向する面４ｄに連なって設けられているため、それぞれの磁性体チップ部７の間隔はさらに離間している。磁性体チップ部７の間隔をさらに離間させたことにより、漏れ磁束はさらに低減される。また、面７ａと面４ｄとが連なっているため、効率よく固定子磁石４の磁力は向上される。

　なお、対向する磁性体チップ部７の離間の程度はこれに限るものではなく、漏れ磁束の低減を優先させる場合などは、対向する磁性体チップ部７をさらに離間させて、磁性体チップ部７が固定子コイル３の側の固定子磁石４の一部と接する構成でも構わない。

　以上のように、実施の形態５による固定子１では、傾斜して設けられた固定子磁石４に接触させて磁性体チップ部７を設けたため、磁性体チップ部７の間隔はさらに離間し、漏れ磁束はさらに低減して固定子１の性能の劣化を抑制することができる。また、面７ａと面４ｄとが連なっている場合、効率よく固定子磁石４の磁力を向上することができる。

実施の形態６．
　実施の形態６に係る固定子１について説明する。図１２は回転電機１００の固定子スロット５の断面を示す模式図である。実施の形態６に係る固定子１は、磁性体チップ部７と固定子磁石４との接触している接触面１１が傾斜した構成になっている。

　固定子スロット５は、固定子コイル３、固定子スロット５の周方向の中央で分割された固定子磁石４、および磁性体チップ部７を備える。磁性体チップ部７は、固定子コイル３と固定子磁石４との間で、相互に離間して、固定子スロット５の対向したそれぞれの壁面５ｂに設けられる。磁性体チップ部７は固定子磁石４とそれぞれ接し、固定子スロット５の周方向の中央で離間している。磁性体チップ部７と固定子磁石４とが接触しているそれぞれの接触面１１のそれぞれの磁性体チップ部７の対向している面７ａの側が、固定子コイル３に近づくように、接触面１１が固定子スロット５の開口に対して傾斜している。

　図１３から図１５は、対向する磁性体チップ部７の間隔を説明する図である。図１３は図１０（実施の形態４）に示した磁性体チップ部７の間隔を示す図で、間隔Ａは磁性体チップ部７の間隔である。図１４は図１１（実施の形態５）に示した磁性体チップ部７の間隔を示す図で、間隔Ｂは磁性体チップ部７の間隔である。図１５は図１２に示した磁性体チップ部７の間隔を示す図で、間隔Ｃは磁性体チップ部７の間隔である。間隔Ｂは間隔Ａよりも大きく、間隔Ｃは間隔Ｂよりも大きい。いずれの実施の形態においても固定子磁石４の体積は同等である。図１４と図１５の比較から、固定子磁石４の体積、ひいては固定子磁石４の磁束密度を変えることなく、接触面１１を傾斜させることでそれぞれの磁性体チップ部７の間隔はさらに離間されることがわかる。磁性体チップ部７の間隔をさらに離間させたことにより、漏れ磁束はさらに低減される。また、図１２において、面７ａと面４ｄとが連なっているため、効率よく固定子磁石４の磁力は向上される。

　以上のように、実施の形態６による固定子１では、磁性体チップ部７と固定子磁石４の接触している接触面１１が傾斜しているため、固定子磁石４の体積を変えることなく、それぞれの磁性体チップ部７の間隔を離間することができる。磁性体チップ部７の間隔を離間することで、漏れ磁束を低減して固定子１の性能の劣化を抑制することができる。

実施の形態７．
　実施の形態７に係る固定子１について説明する。図１６は回転電機１００の固定子スロット５の断面を示す模式図である。実施の形態７に係る固定子１は、固定子磁石４の固定子ティース６の側の角部４ｃを面取りした構成になっている。

　固定子スロット５は、固定子コイル３、固定子スロット５の周方向の中央で分割された固定子磁石４、および磁性体チップ部７を備える。磁性体チップ部７は、固定子コイル３と固定子磁石４との間で、相互に離間して、固定子スロット５の対向した２つの壁面５ｂに設けられる。それぞれの磁性体チップ部７は固定子磁石４とそれぞれ接し、固定子スロット５の周方向の中央で離間している。固定子磁石４の固定子スロット５の開口した側で、かつ固定子ティース６の側の角部４ｃが面取りされている。

　角部４ｃを面取りする理由について説明する。図１７は、実施の形態７に係る回転電機１００の固定子磁石４の周囲の磁束を説明する模式図である。図１７は、低速回転子および高速回転子（図１７において図示せず）に起因した主磁束１０の例を図１６に追記した図である。固定子スロット５の開口した側で、固定子磁石４の固定子ティース６の側の角部４ｃは、主磁束１０によって不可逆減磁されやすい箇所である。固定子磁石４の着磁された方向と主磁束１０の方向が逆方向なためである。固定子磁石４の角部４ｃを面取りすることで、角部４ｃに生じる不可逆減磁を抑制することができる。

　以上のように、実施の形態７による固定子１は、固定子磁石４の固定子ティース６の側の角部４ｃを面取りしたため、角部４ｃ生じる不可逆減磁を抑制することができる。また、角部４ｃを面取りすることで固定子磁石４が壁面５ｂから離間されるため、固定子ティース６における磁気飽和を抑制することができる。

実施の形態８．
　実施の形態８に係る固定子１について説明する。図１８は回転電機１００の固定子スロット５の断面を示す模式図である。実施の形態８に係る固定子１は、固定子ティース６の端面６ａの角部６ｂを面取りした構成になっている。

　固定子スロット５は、固定子コイル３、固定子スロット５の周方向の中央で分割された固定子磁石４、および磁性体チップ部７を備える。磁性体チップ部７は、固定子コイル３と固定子磁石４との間で、相互に離間して、固定子スロット５の対向したそれぞれの壁面５ｂに設けられる。磁性体チップ部７は固定子磁石４とそれぞれ接し、固定子スロット５の周方向の中央で離間している。固定子スロット５の開口の側で対向した２つの固定子ティース６の角部６ｂ、６ｃのうち何れか一方が面取りされている。ここでは端面６ａの固定子磁石４ｂの側の角部６ｂが面取りされている。

　面取りする角部６ｂ、６ｃの選択理由について説明する。図１８に示した矢印は、固定子１の内周側に設けられた低速回転子（図示せず）の回転方向２０ａである。固定子１が発電機に設けられている場合、回転方向２０ａの進み側の角部６ｂがカットされる。固定子１が電動機に設けられている場合は、回転方向２０ａの遅れ側の角部６ｃがカットされる。図１６は固定子１が発電機に設けられている場合を示しているため、角部６ｂがカットされている。

　角部６ｂもしくは角部６ｃを面取りする理由について説明する。固定子ティース６の磁束密度は、発電機の場合は回転子の回転方向２０ａの進み側で磁気飽和が顕著になり、電動機の場合は回転子の回転方向の遅れ側で磁気飽和が顕著となることが検討により判明している。この磁気飽和により、発電機の場合は固定子磁石４の遅れ側の角部で、電動機の場合は固定子磁石４の進み側の角部で固定子磁石４が減磁しやすくなる。磁気飽和が顕著になる側の固定子ティース６の角部をカットすることで、回転子からの磁束に起因した固定子磁石４の角部に生じる減磁を軽減することができる。

　以上のように、実施の形態８による固定子１は、固定子ティース６の角部６ｂもしくは角部６ｃを面取りしたため、回転子からの磁束に起因した固定子磁石４の角部４ｃに生じる減磁を軽減することができる。固定子磁石４の減磁を軽減することで固定子磁石４の磁力は向上し、固定子１の出力を向上させることができる。

実施の形態９．
　実施の形態９に係る固定子１について説明する。図１９は回転電機１００の固定子スロット５の断面を示す模式図である。実施の形態９に係る固定子１は、固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂの一部が固定子スロット５の開口した側で非磁性の部材を介して連結された構成になっている。

　固定子スロット５は、固定子コイル３、固定子スロット５の周方向の中央で分割された固定子磁石４、および磁性体チップ部７を備える。磁性体チップ部７は、固定子コイル３と固定子磁石４との間で、相互に離間して、固定子スロット５の対向した２つの壁面５ｂに設けられる。磁性体チップ部７は固定子磁石４とそれぞれ接し、固定子スロット５の周方向の中央で離間している。固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂのそれぞれは、それぞれの磁性体チップ部７に接触面１１で固定されている。さらに固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂの固定子スロット５の開口の側の対向した箇所が非磁性の部材である接着剤１２を介して連結されている。非磁性の部材は接着剤１２に限るものではなく、例えば、樹脂で覆って連結しても構わない。

　以上のように、実施の形態９による固定子１は、固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂの固定子スロット５の開口の側の対向した箇所が連結されているため、固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂを固定子スロット５に安定して固定することができる。また、機械強度において、信頼性の向上した固定子１ひいては回転電機１００を得ることができる。また、固定子磁石４ａおよび固定子磁石４ｂが固定子スロット５の開口の側で接近するため、固定子磁石４に起因した磁束のピーク値が上昇し、固定子１の出力を増大させることができる。

実施の形態１０．
　実施の形態１０に係る固定子１について説明する。図２０は回転電機１００の固定子スロット５の断面を示す模式図である。実施の形態１０に係る固定子１は、固定子磁石４ａと固定子磁石４ｂとの間に冷却部を備えた構成になっている。

　固定子スロット５は、固定子コイル３および固定子磁石４を備える。固定子磁石４は固定子スロット５の周方向の中央で、固定子磁石４ａと固定子磁石４ｂに分割されている。固定子磁石４ａと固定子磁石４ｂの対向した箇所に冷却部が設けられる。冷却部は、例えば流体が流れる管で、ベントチューブ１３である。ベントチューブ１３は、図１８において紙面に垂直な軸方向から、固定子磁石４ａと固定子磁石４ｂとの間に通される。冷却油もしくは冷却水がベントチューブ１３に流れることで、固定子磁石４は冷却される。冷却部はベントチューブ１３に限るものではなく、冷却風が流れる通風路であっても構わない。

　以上のように、実施の形態１０による固定子１は、固定子磁石４ａと固定子磁石４ｂとの間に冷却部であるベントチューブ１３を備えたため、固定子磁石４を冷却することで、固定子磁石４の磁力が向上して固定子１の性能は向上し、回転電機１００の出力を向上させることができる。

実施の形態１１．
　実施の形態１１では、実施の形態１で説明した固定子１を用いた回転電機１００について説明する。図２１は回転電機１００の要部を示す模式図である。実施の形態１１に係る回転電機１００は、固定子スロット５内に固定子スロット５の周方向の中央で分割されている固定子磁石４を備えた構成になっている。

　回転電機１００は、図２１に示すように、回転電機１００の回転の中心である回転軸（図示せず）を取り囲む円環状の固定子１と、複数の磁極片２１を有し、固定子磁石４と対向して固定子１と同軸に設けられた第１の回転子である低速回転子２０と、複数の永久磁石である高速回転子磁石３１を有し、低速回転子２０と対向して低速回転子２０と同軸に設けられた第２の回転子である高速回転子３０とを備える。固定子１は、固定子鉄心２、固定子コイル３、および固定子磁石４を備える。円環状の固定子鉄心２は、回転電機１００の回転の中心に対して固定子ティース６を周方向に等間隔で複数備える。固定子ティース６の間に、固定子スロット５が形成される。固定子磁石４は固定子スロット５の周方向の中央で、固定子磁石４ａと固定子磁石４ｂに分割されている。

　以上のように、実施の形態１１による回転電機１００では、固定子磁石４が固定子スロット５の周方向の中央で分割されているため、渦電流９が低減し、固定子磁石４の渦電流損失を抑制することができる。また、中央で分割したため、分割による固定子磁石４の磁力の低下を抑制することができる。また、渦電流９を低減することで、固定子磁石４の熱減磁を抑制することができる。また、固定子磁石４の渦電流損失および熱減磁を抑制することで、固定子１の性能の劣化を抑制でき、回転電機１００の出力は維持され、回転電機１００の信頼性を向上することができる。

　以上では、実施の形態１で説明した固定子１を用いた回転電機１００について説明したが、実施の形態２から実施の形態１０で説明した固定子１を用いた回転電機１００においても、固定子磁石４の渦電流損失および熱減磁を抑制することで、回転電機１００の出力は維持され、回転電機１００の信頼性を向上することができる。また、本願と同様の構成の固定子１を備えた発電機、モータにおいても同様の効果を奏する。また、以上では固定子１が最外周にある回転電機１００について記載したが、固定子１の配置は最外周に限るものではなく、固定子１が最内周にあるアウターロータ形の回転電機であっても構わない。固定子１を最内周に設けた場合、固定子鉄心は回転電機の外周側に向けて開口した固定子スロットを周方向に複数備える。

　また本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
　従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１　固定子、２　固定子鉄心、３　固定子コイル、４　固定子磁石、４ａ　固定子磁石、４ｂ　固定子磁石、４ｃ　角部、４ｄ　面、５　固定子スロット、５ａ　底部、５ｂ　壁面、６　固定子ティース、６ａ　端面、６ｂ　角部、６ｃ　角部、７　磁性体チップ部、８　磁束、９　渦電流、１０　主磁束、１１　接触面、１２　接着剤、１３　ベントチューブ、２０　低速回転子、２０ａ　回転方向、２１　磁極片、３０　高速回転子、３１　高速回転子磁石、４０　回転軸、１００　回転電機

Claims

　回転電機の回転の中心に対して固定子ティースを周方向に複数備えた固定子鉄心と、
前記固定子ティースの間に形成された複数の固定子スロットのそれぞれの底部の側に配置された固定子コイルと、
複数の前記固定子スロットのそれぞれの開口した側に配置され、径方向に同一の極性を備えた固定子磁石と、を備え、
それぞれの前記固定子スロットにおいて、
前記固定子磁石は前記固定子スロットの周方向の中央で分割されていることを特徴とする固定子。
　前記固定子スロットの対向した２つの壁面と前記固定子磁石とは離間していることを特徴とする請求項１に記載の固定子。
　分割された２つの前記固定子磁石は、２つの前記固定子磁石の相互の間隔が前記開口における前記固定子スロットの周方向の中央に向かって狭まるように傾斜して配置され、
２つの前記固定子磁石のそれぞれは前記傾斜と平行な方向に着磁されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固定子。
　前記固定子コイルと前記固定子磁石との間に、相互に離間して、それぞれの前記固定子磁石とそれぞれ接し、前記固定子スロットの対向した２つの壁面に設けられた磁性体チップ部を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の固定子。
　前記磁性体チップ部と前記固定子磁石とが接触しているそれぞれの接触面のそれぞれの前記磁性体チップ部の対向している面の側が、前記固定子コイルに近づくように、前記接触面が前記開口に対して傾斜していることを特徴とする請求項４に記載の固定子。
　前記固定子磁石の前記開口の側で、かつ前記固定子ティースの側の角部が面取りされていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の固定子。
　前記固定子スロットの前記開口の側で対向した２つの前記固定子ティースの角部のうち何れか一方が面取りされていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固定子。
　分割された２つの前記固定子磁石の前記開口の側の対向した箇所が非磁性の部材を介して連結されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の固定子。
　分割された２つの前記固定子磁石の対向した箇所に冷却部を備えたことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の固定子。
　請求項１から請求項９のいずれか１項に記載した固定子と、
複数の磁極片を有し、前記固定子磁石と対向して前記固定子と同軸に設けられた第１の回転子と、
複数の永久磁石を有し、前記第１の回転子と対向して前記第１の回転子と同軸に設けられた第２の回転子と、を備えたことを特徴とする回転電機。