特開 2024-47791 ロータおよび回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024047791

(43)【公開日】2024-04-08

(54)【発明の名称】ロータおよび回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/276 20220101AFI20240401BHJP

【ＦＩ】

H02K1/276

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022153478

(22)【出願日】2022-09-27

(71)【出願人】

【識別番号】000232302

【氏名又は名称】ニデック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100188673

【弁理士】

【氏名又は名称】成田 友紀

(74)【代理人】

【識別番号】100179833

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 将尚

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(72)【発明者】

【氏名】南 香夏子

【テーマコード（参考）】

5H622

【Ｆターム（参考）】

5H622AA03

5H622CA02

5H622CA07

5H622CA10

5H622CA14

5H622CB03

5H622CB05

5H622DD01

5H622DD02

5H622PP10

(57)【要約】      （修正有）

【課題】簡単な構成で効率を高めることが可能なロータおよび回転電機を提供する。
【解決手段】中心軸Ｊを中心として軸方向に延びる複数のマグネット孔３１ａ、３１ｂおよび複数の収容部３３が設けられるロータコア２０と、マグネット孔３１ａ、３１ｂに配置されるマグネット４１ａ、４１ｂを有する複数の磁極部７０と、収容部３３に配置され、弾性変形に伴い比透磁率が変化する磁歪部５０と、を備える。１つの磁極部７０は、２個のマグネット４１ａ、４１ｂを有する。２個のマグネット４１ａ、４１ｂは、周方向に互いに間隔を空けて配置され、軸方向に見て径方向内側から径方向外側に向かうに従って互いに周方向に離れる方向に延びる。磁歪部５０は、２個のマグネット４１ａ、４１ｂの径方向外側で磁極部７０におけるｄ軸上に配置され、周方向に延びる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

中心軸を中心として軸方向に延びる複数のマグネット孔および複数の収容部が設けられるロータコアと、
前記マグネット孔に配置されるマグネットを有する複数の磁極部と、
前記収容部に配置され、弾性変形に伴い比透磁率が変化する磁歪部と、を備え、
１つの前記磁極部は、２個のマグネットを有し、
前記２個のマグネットは、周方向に互いに間隔を空けて配置され、軸方向に見て径方向内側から径方向外側に向かうに従って互いに周方向に離れる方向に延び、
前記磁歪部は、前記２個のマグネットの径方向外側で前記磁極部におけるｄ軸上に配置され、周方向に延びる、
ロータ。

【請求項2】

前記２個のマグネット同士がなす角度は、５０°以上６０°以下である、
請求項１に記載のロータ。

【請求項3】

前記磁歪部の周方向両端部は、前記２個のマグネットの径方向外側の端部同士の間の領域よりも周方向外側に位置する、
請求項１に記載のロータ。

【請求項4】

前記磁歪部の周方向両端部は、前記２個のマグネットの周方向外側の端部同士の間の領域よりも周方向内側に位置する、
請求項３に記載のロータ。

【請求項5】

前記磁歪部の周方向両端部と前記収容部の内側面との間には、それぞれ隙間が設けられる、
請求項１に記載のロータ。

【請求項6】

前記磁歪部は、前記ロータコアの回転に伴う遠心力で周方向に弾性変形する、
請求項１に記載のロータ。

【請求項7】

前記ｄ軸に対して、前記２個のマグネットおよび前記磁歪部は線対称に配置される、
請求項１に記載のロータ。

【請求項8】

前記マグネット孔の内側面と前記マグネットにおける径方向内側の側面との間には、隙間が設けられる、
請求項１に記載のロータ。

【請求項9】

前記磁歪部は、周方向に湾曲して延びる、
請求項１に記載のロータ。

【請求項10】

前記磁歪部は、前記ロータコアの外周から前記ロータコアの直径の０％以上、１０％以内に配置される、
請求項９に記載のロータ。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか一項に記載のロータと、
前記ロータに対向するステータと、
を備える、回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロータおよび回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車用トラクションモータは、低速大トルクから高速回転高出力まで幅広い動作が要求されるため、全ての動作領域において効率を高めることは困難である。近年、運転中の動作点に応じてモータの有効磁束を可変することができる「可変界磁技術」が注目されている。

【0003】

特許文献１には、隣接する磁石挿入孔間にあけた複数のフラックスバリア内にそれぞれ配置され、隣接する永久磁石の一方の第１極から他方の第２極への磁束の通路を有する磁束短絡部材を含み、磁束短絡部材の少なくとも一部が超磁歪材料から成るロータコアが開示されている。特許文献１に記載されたロータコアにおいては、ロータが高速で回転するとき、低速で回転するときよりも超磁歪材料の透磁率を向上させて短絡磁束を増加させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４－３４３８４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

モータの平均効率を考慮すると、ロータが高速で回転するときには、ロータの径方向の透磁率を小さくして磁石磁束を低減させることが好ましいが、特許文献１に記載されたロータコアにおいては、ロータが高速で回転するときに透磁率を大きくしている。そのため、モータの平均効率およびシステム効率の向上には効果が小さい。また、特許文献１に記載されたロータコアでは、透磁率を変化させるために、ウエートおよび圧縮バネを設けており、大型化およびコスト増を生じさせる。

【0006】

本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、簡単な構成で効率を高めることが可能なロータおよび回転電機を提供することを目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のロータの一つの態様は、中心軸を中心として軸方向に延びる複数のマグネット孔および複数の収容部が設けられるロータコアと、前記マグネット孔に配置されるマグネットを有する複数の磁極部と、前記収容部に配置され、弾性変形に伴い比透磁率が変化する磁歪部と、を備える。１つの前記磁極部は、２個のマグネットを有する。前記２個のマグネットは、周方向に互いに間隔を空けて配置され、軸方向に見て径方向内側から径方向外側に向かうに従って互いに周方向に離れる方向に延びる。前記磁歪部は、前記２個のマグネットの径方向外側で前記磁極部におけるｄ軸上に配置され、周方向に延びる。

【0008】

本発明の回転電機の一つの態様は、上記のロータと、前記ロータに対向するステータと、を備える。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一つの態様によれば、ロータおよび回転電機において簡単な構成で効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本実施形態のロータを有する回転電機を示す断面図である。

【図2】図２は、一実施形態のロータを有する回転電機の一部を示す断面図であって、図１におけるII－II断面図である。

【図3】図３は、一実施形態のロータの磁極部およびステータコアの一部を示す断面図である。

【図4】図４は、一実施形態のロータにおいて、第１角度を変化させた場合の可変界磁幅、およびトルクのシミュレーション結果を表すグラフである。

【図5】図５は、図４と比較して磁歪部の厚さを２倍にしたロータにおいて、第１角度を変化させた場合の可変界磁幅、およびトルクのシミュレーション結果を表すグラフである。

【図6】図６は、図４と比較して磁歪部の厚さを３倍にしたロータにおいて、第１角度を変化させた場合の可変界磁幅、およびトルクのシミュレーション結果を表すグラフである。

【図7】図７は、一実施形態のロータにおいて、第２角度を変化させた場合の可変界磁幅を表すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るロータおよび回転電機について説明する。なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。

【0012】

各図に適宜示すＺ軸方向は、正の側を「上側」とし、負の側を「下側」とする上下方向である。各図に適宜示す中心軸Ｊは、Ｚ軸方向と平行であり、上下方向に延びる仮想線である。以下の説明においては、中心軸Ｊの軸方向、すなわち上下方向と平行な方向を単に「軸方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。各図に適宜示す矢印θは、周方向を示している。矢印θは、上側から見て中心軸Ｊを中心として時計回りの向きを向いている。以下の説明では、或る対象を基準として周方向のうち矢印θが向かう側、すなわち上側から見て時計回りに進む側を「周方向一方側」と呼び、或る対象を基準として周方向のうち矢印θが向かう側と逆側、すなわち上側から見て反時計回りに進む側を「周方向他方側」と呼ぶ。

【0013】

なお、上下方向、上側、および下側とは、単に各部の配置関係等を説明するための名称であり、実際の配置関係等は、これらの名称で示される配置関係等以外の配置関係等であってもよい。

【0014】

［回転電機］
図１は、本実施形態の回転電機１を示す断面図である。本実施形態の回転電機１は、インナーロータ型の回転電機である。本実施形態において回転電機１は、三相交流式の回転電機である。回転電機１は、例えば、三相交流の電源が供給されることで駆動される三相モータである。回転電機１は、ハウジング２と、ロータ１０と、ステータ６０と、ベアリングホルダ４と、ベアリング５ａ，５ｂと、を備える。

【0015】

ハウジング２は、ロータ１０、ステータ６０、ベアリングホルダ４、およびベアリング５ａ，５ｂを内部に収容している。ハウジング２の底部は、ベアリング５ｂを保持している。ベアリングホルダ４は、ベアリング５ａを保持している。ベアリング５ａ，５ｂは、例えば、ボールベアリングである。

【0016】

ステータ６０は、ロータ１０の径方向外側に位置する。ステータ６０は、ステータコア６１と、インシュレータ６４と、複数のコイル６５と、を有する。ステータコア６１は、コアバック６２と、複数のティース６３と、を有する。コアバック６２は、後述するロータコア２０の径方向外側に位置する。なお、以下の図２から図３においては、コイル６５の図示を省略している。図２から図３においては、インシュレータ６４の図示を省略している。

【0017】

図２は、図１におけるII－II線に沿う回転電機１の断面図である。
コアバック６２は、ロータコア２０を囲む環状である。コアバック６２は、中心軸Ｊを中心とする円環状である。

【0018】

複数のティース６３は、コアバック６２から径方向内側に延びている。複数のティース６３は、周方向に間隔を空けて並んで配置されている。複数のティース６３は、周方向に沿って一周に亘って等間隔に配置されている。本実施形態において、ティース６３は、４８個設けられている。つまり、本実施形態の回転電機１のスロット６７の数は、４８である。図３に示すように、複数のティース６３は、基部と、アンブレラ部と、をそれぞれ有する。

【0019】

ティース６３の基部は、コアバック６２から径方向内側に延びている。基部の周方向の寸法は、径方向の全体に亘って同じである。なお、基部の周方向の寸法は、径方向内側に向かうに従って小さくなっていてもよい。

【0020】

ティース６３のアンブレラ部は、基部の径方向内側の端部に設けられている。アンブレラ部は、基部よりも周方向の両側に突出している。アンブレラ部の周方向の寸法は、基部の径方向内側の端部における周方向の寸法よりも大きい。アンブレラ部の径方向内側の面は、周方向に沿った曲面である。アンブレラ部の径方向内側の面は、軸方向に見て、中心軸Ｊを中心とする円弧状に延びている。アンブレラ部の径方向内側の面は、後述するロータコア２０の外周面と径方向に隙間を介して対向している。周方向に隣り合うティース６３同士において、アンブレラ部同士は、周方向に隙間を介して並んで配置されている。

【0021】

複数のコイル６５は、ステータコア６１に取り付けられている。図１に示すように、複数のコイル６５は、インシュレータ６４を介してティース６３に取り付けられている。本実施形態においてコイル６５は、分布巻きされている。つまり、各コイル６５は、複数のティース６３に跨って巻き回されている。本実施形態においてコイル６５は、全節巻きされている。つまり、コイル６５が差し込まれるステータ６０のスロット同士の周方向ピッチが、ステータ６０に三相交流電源が供給された際に生じる磁極の周方向ピッチと等しい。本実施形態の回転電機１の極数は、８である。つまり、本実施形態の回転電機１は、８極４８スロットの回転電機である。このように、本実施形態の回転電機１においては、極数をＮとしたとき、スロット数がＮ×６となる。

【0022】

［ロータ］
ロータ１０は、中心軸Ｊを中心として回転可能である。図２に示すように、ロータ１０は、シャフト１１と、ロータコア２０と、複数のマグネット４０と、複数の磁歪部５０とを有する。シャフト１１は、中心軸Ｊを中心として軸方向に延びる円柱状である。図１に示すように、シャフト１１は、ベアリング５ａ，５ｂによって中心軸Ｊ回りに回転可能に支持されている。

【0023】

ロータコア２０は、磁性体である。ロータコア２０は、シャフト１１の外周面に固定されている。ロータコア２０は、ロータコア２０を軸方向に貫通する貫通孔２１を有する。図２に示すように、貫通孔２１は、軸方向に見て、中心軸Ｊを中心とする円形状である。貫通孔２１には、シャフト１１が通されている。シャフト１１は、圧入等により、貫通孔２１内に固定されている。図示は省略するが、ロータコア２０は、複数の電磁鋼板が軸方向に積層されて構成されている。

【0024】

ロータコア２０は、複数のマグネット孔３０と、複数の収容部３３と、を有する。複数のマグネット孔３０は、ロータコア２０を軸方向に貫通している。複数のマグネット孔３０の内部には、それぞれ１つのマグネット４０がそれぞれ収容されている。マグネット孔３０内におけるマグネット４０の固定方法は、特に限定されない。複数のマグネット孔３０は、一対のマグネット孔３１ａ，３１ｂを一組として、複数組に分類される。ロータコア２０に設けられるマグネット孔３０の組数は、ロータ１０の極数と一致する。したがって、ロータコア２０には、一対のマグネット孔３１ａ、３１ｂを一組とするマグネット孔３０の組が８組設けられる。マグネット孔３０の各組同士は、周方向に間隔を空けて配置される。

【0025】

複数のマグネット４０の種類は、特に限定されない。マグネット４０は、例えば、ネオジム磁石であってもよいし、フェライト磁石であってもよい。複数のマグネット４０は、一対のマグネット４１ａ，４１ｂを一組として、複数組に分類される。一対のマグネット４１ａ，４１ｂは、１つの極を構成する。したがって、マグネット４０の組数は、ロータ１０の極数（本実施形態では８）と一致する。本実施形態のロータ１０の極数は、８である。したがって、本実施形態のロータコア２０には、一対のマグネット孔３１ａ、３１ｂを一組とするマグネット孔３０の組が８組設けられる。マグネット孔３０の各組同士は、周方向に間隔をあけて配置される。

【0026】

ロータ１０は、一対のマグネット孔３１ａ，３１ｂと一対のマグネット４１ａ，４１ｂとを１組ずつ含む磁極部７０を複数有する。本実施形態のロータ１０には、８個の磁極部７０が設けられる。複数の磁極部７０は、周方向に沿って一周に亘って等間隔に配置されている。複数の磁極部７０は、ロータコア２０の外周面における磁極がＮ極の磁極部７０Ｎと、ロータコア２０の外周面における磁極がＳ極の磁極部７０Ｓと、を複数（本実施形態では４個）ずつ含む。磁極部７０Ｎと４つの磁極部７０Ｓとは、周方向に沿って交互に配置されている。各磁極部７０の構成は、ロータコア２０の外周面の磁極が異なる点および周方向位置が異なる点を除いて、同様の構成である。

【0027】

図３は、ロータ１０の磁極部およびステータコアの一部を示す断面図である。
磁極部７０において、一対のマグネット孔３１ａ，３１ｂは、周方向に互いに間隔を空けて配置されている。一方のマグネット孔３１ａは、他方のマグネット孔３１ｂの周方向一方側（＋θ側）に位置する。一対のマグネット孔３１ａ，３１ｂは、軸方向に見て、径方向に対して斜めに傾いた方向に略直線状に延びている。一対のマグネット孔３１ａ，３１ｂは、軸方向に見て径方向内側から径方向外側に向かうに従って互いに周方向に離れる方向に延びている。つまり、一方のマグネット孔３１ａと他方のマグネット孔３１ｂとの間の周方向の距離は、径方向内側から径方向外側に向かうに従って大きくなっている。一方のマグネット孔３１ａは、径方向内側から径方向外側に向かうに従って、周方向一方側に位置する。他方のマグネット孔３１ｂは、径方向内側から径方向外側に向かうに従って、周方向他方側（－θ側）に位置する。一対のマグネット孔３１ａ，３１ｂの径方向外側の端部は、ロータコア２０の径方向外周縁部に位置する。

【0028】

一方のマグネット孔３１ａと他方のマグネット孔３１ｂとは、軸方向に見て、ｄ軸を構成する図３に示す磁極中心線ＩＬ１を周方向に挟んで配置されている。磁極中心線ＩＬ１は、磁極部７０の周方向中心と中心軸Ｊとを通り、径方向に延びる仮想線である。一方のマグネット孔３１ａと他方のマグネット孔３１ｂとは、軸方向に見て、磁極中心線ＩＬ１に対して線対称に配置されている。

【0029】

本実施形態において、マグネット孔３１ａ、３１ｂは、長方形状である。しかしながら、マグネット孔３０は、径方向内側の端部、および径方向外側の端部に位置するフラックスバリアを有していてもよい。この場合フラックスバリアは、マグネット孔３１ａ、３１ｂの両端部を、マグネット孔３１ａ、３１ｂの長さ方向に拡大させるように設けられる。フラックスバリアは、磁束の流れを抑制できる部分である。フラックスバリアは、磁束の流れを抑制できるならば、特に限定されず、空隙部を含んでもよいし、樹脂部等が充填されていてもよい。

【0030】

一対のマグネット４１ａ，４１ｂは、一対のマグネット孔３１ａ，３１ｂの内部にそれぞれ収容されている。より具体的には、一方のマグネット４１ａは、一方のマグネット孔３１ａの内部に収容され、他方のマグネット４１ｂは、他方のマグネット孔３１ｂの内部に収容されている。一対のマグネット４１ａ，４１ｂは、例えば、軸方向に見て長方形状である。一対のマグネット４１ａ，４１ｂが延びる方向の長さは同じである。一対のマグネット４１ａ，４１ｂが延びる方向と直交する方向のマグネット４１ａ，４１ｂの長さは同じである。

【0031】

マグネット４１ａ，４１ｂは、例えば、直方体状である。マグネット４１ａ，４１ｂは、マグネット孔３１ａ，３１ｂ内の軸方向の略全体に亘って設けられている。一対のマグネット４１ａ，４１ｂは、周方向に互いに間隔を空けて配置されている。一方のマグネット４１ａは、他方のマグネット４１ｂの周方向一方側（＋θ側）に位置する。

【0032】

一方のマグネット４１ａは、軸方向に見て一方のマグネット孔３１ａに沿って延びている。他方のマグネット４１ｂは、軸方向に見て他方のマグネット孔３１ｂに沿って延びている。一対のマグネット４１ａ，４１ｂは、軸方向に見て、径方向に対して斜めに傾いた方向に略直線状に延びている。一対のマグネット４１ａ，４１ｂは、軸方向に見て径方向内側から径方向外側に向かうに従って互いに周方向に離れる方向に延びている。つまり、一方のマグネット４１ａと他方のマグネット４１ｂとの間の周方向の距離は、径方向内側から径方向外側に向かうに従って大きくなっている。

【0033】

一方のマグネット４１ａは、径方向内側から径方向外側に向かうに従って、周方向一方側（＋θ側）に位置する。他方のマグネット４１ｂは、径方向内側から径方向外側に向かうに従って、周方向他方側（－θ側）に位置する。一方のマグネット４１ａと他方のマグネット４１ｂとは、軸方向に見て、磁極中心線ＩＬ１を周方向に挟んで配置されている。一方のマグネット４１ａと他方のマグネット４１ｂとは、軸方向に見て、ｄ軸（磁極中心線ＩＬ１）に対して線対称に配置されている。

【0034】

ここで、２個のマグネット４１ａ、４１ｂ同士がなす角度を第１角度αとする。第１角度は、一方のマグネット４１ａの径方向外側を向く面と、他方のマグネット４１ｂの径方向外側を向く面と、がなす角度である。本実施形態において、第１角度αは、５０°以上６０°以下であることが好ましい。第１角度αを５０°以上６０°以下とすることで、ロータ１０の可変界磁幅を大きし、回転速度に応じた効率的な駆動を可能とする回転電機１を提供できる。第１角度αを変化させたシミュレーション結果については、図４～図６を基に後段において説明する。

【0035】

２個のマグネット４１ａ、４１ｂは、それぞれマグネット孔３１ａ、３１ｂ内に収容される。マグネット孔３１ａ、３１ｂの内側面とマグネット４１ａ、４１ｂにおける径方向内側の側面との間には、隙間Ｓ１が設けられる。マグネット孔３１ａ、３１ｂは、組み立て工程におけるマグネット４１ａ、４１ｂの挿入のし易さを加味して、マグネット４１ａ、４１ｂの寸法よりも大きくされる。マグネット４１ａ、４１ｂの径方向内側の側面とマグネット孔３１ａ、３１ｂの内側面との間に隙間Ｓ１が設けられることで、ロータ１０が回転したときの遠心力が付与される場合においても、マグネット４１ａ、４１ｂの径方向外側の側面をマグネット孔３１ａ、４１ｂの内側面に確実に接触させることができる。これにより、マグネット４１ｂの磁束を、マグネット４１ｂの径方向外側を向く面からロータコア２０内に円滑に侵入させることができる。

【0036】

ロータコア２０における磁極部７０は、一対のマグネット４１ａ，４１ｂの径方向外側に位置する第１領域２０Ａと、径方向内側に位置する第２領域２０Ｂとに分けられる。第１領域２０Ａは、径方向内側に向かうにつれて周方向の幅が狭まる。第１領域２０Ａと第２領域２０Ｂとは、一対のマグネット孔３１ａ、３１ｂを境界として区画される。第１領域２０Ａは、ロータ１０が回転したときの遠心力によって第１領域２０Ａよりも径方向外側の箇所を押すことになる。第１領域２０Ａと第２領域２０Ｂとは、一対のマグネット孔３１ａ，３１ｂにおける径方向内側の端部の間に位置する第３領域２０Ｃで繋がっている。

【0037】

一対のマグネット４１ａ、４１ｂの磁極は、軸方向に見てマグネット４１ａ、４１ｂが延びる方向と直交する方向に沿って配置されている。一方のマグネット４１ａの磁極のうち径方向外側に位置する磁極と、他方のマグネット４１ｂの磁極のうち径方向外側に位置する磁極とは、互いに同じである。

【0038】

図３に示すように、磁極部７０Ｎにおいて、一方のマグネット４１ａの径方向外側に位置する磁極と、他方のマグネット４１ｂの径方向外側に位置する磁極とは、Ｎ極である。また、図示は省略するが、磁極部７０Ｓにおいては、磁極部７０Ｎに対して、各マグネット４０の磁極が反転して配置されている。つまり、磁極部７０Ｓにおいて、一方のマグネット４１ａの径方向外側に位置する磁極と他方のマグネット４１ｂの径方向外側に位置する磁極とは、Ｓ極である。

【0039】

複数の収容部３３は、複数のマグネット孔３０よりも径方向外側に配置されている。収容部３３は、周方向に円弧状に湾曲して延びている。軸方向に見て収容部３３は、ｄ軸（磁極中心線ＩＬ１）に対して線対称に配置されている。収容部３３は、磁極部７０のそれぞれに配置されている。周方向で隣り合う磁極部７０において収容部３３は、離れて配置されている。複数の収容部３３は、ロータコア２０を軸方向に貫通している。なお、収容部３３は、マグネット孔３１ａと繋がっていてもよい。この場合、ロータ１０が回転したときの遠心力によって磁歪部５０により大きな負荷を加えることができる。

【0040】

複数の収容部３３の内部には、複数の磁歪部５０がそれぞれ収容されている。複数の磁歪部５０は、軸方向に見て磁極部７０の径方向外側で収容部３３に配置されている。また、磁歪部５０の周方向両端と収容部３３の内側面との間には、それぞれ隙間３３ａ、３３ｂが設けられる。隙間３３ａ、３３ｂは、周方向に並ぶ磁極部７０同士の間に位置する。収容部３３内における収容部３３の固定方法は、特に限定されない。

【0041】

磁歪部５０は、マグネット４０の径方向外側で磁極部７０における磁極中心線ＩＬ１上に配置されている。磁歪部５０は、周方向に円弧状に湾曲して延びている。すなわち、磁歪部５０は、２個のマグネット４１ａ、４１ｂの径方向外側で磁極部７０におけるｄ軸上に配置され、周方向に延びる。湾曲する磁歪部５０の曲率中心は、中心軸Ｊである。

【0042】

磁歪部５０は、周方向でマグネット４０が配置される範囲に亘る寸法で設けられている。磁歪部５０は、弾性変形に伴い比透磁率が変化する素材を含む。磁歪部５０は、例えば、Ｓｉ量が少ない電磁鋼板で作製されている。磁歪部５０の素材は、一例として、パーメンジュールである。磁歪部５０は、長手方向である周方向が磁化容易軸であり、長手方向と直交する径方向が困難軸である。従って、磁歪部５０は、引張応力が作用しないときに対して、周方向を引張方向とする引張応力下では周方向の比透磁率が大きくなり、径方向の比透磁率が小さくなる。

【0043】

磁歪部５０がマグネット４０の径方向外側に配置されることで、ロータ１０が高速回転したときに、磁歪部５０は、ロータコア２０における第１領域２０Ａ、およびマグネット４１ａ，４１ｂの遠心力によって径方向外側に向かう圧縮応力が付与される。これにより、磁歪部５０は、径方向において圧縮され径方向寸法が小さくなり、周方向の両側に広がって周方向寸法を大きくする。すなわち、磁歪部５０は、周方向に弾性変形する。磁歪部５０は、周方向に弾性変形することで引張応力が発生する。本実施形態において、磁歪部５０の周方向両端部５０ａ、５０ｂと収容部３３の内側面との間には、それぞれ隙間３３ａ、３３ｂが設けられる。磁歪部５０の周方向の弾性変形量は、隙間３３ａ、３３ｂの周方向の長さよりも短い。このため、磁歪部５０は、収容部３３において制約されることなく弾性変形する。磁歪部５０に引張応力が印加されることで周方向の比透磁率を大きくできるとともに、径方向の比透磁率を小さくできる。これにより、大きな可変界磁幅と最大トルクが得られる。

【0044】

ロータ１０が低速回転する場合、磁歪部５０に生じる引張応力は極めて小さい。一方で、ロータ１０が高速回転すると、磁歪部５０には大きな引張応力が生じて、これに伴い磁歪部５０における径方向の比透磁率が大幅（例えば１／１０以下）に低減する。本実施形態によれば、ロータコア２０が低速回転した際のマグネット磁束は、磁歪部５０を通過してほぼステータ６０に流れて鎖交する。一方で、ロータコア２０が高速回転した際には、コイル６５の励磁電流が低下するのでマグネット磁束の一部がロータコア２０におけるバイパス路に漏洩するとともに、マグネット磁束は磁歪部５０を優先的に通過してステータ６０への鎖交磁束が低下する。ロータ１０の回転速度と磁歪部５０の引張応力は比例関係にあるため、界磁のためのエネルギー投入をすることなく回転速度に応じてステータ６０に鎖交するマグネット磁束を受動的に可変できる。

【0045】

磁歪部５０は、磁極中心線ＩＬ１に対して線対称に配置されている。磁歪部５０が磁極中心線ＩＬ１に対して線対称に配置されていることで、磁歪部５０にバランス良く引張応力を印加して径方向の比透磁率を小さくできる。ロータコア２０が第１領域２０Ａと第２領域２０Ｂとを有し、第１領域２０Ａが径方向内側に向かうにつれて周方向の幅が狭まることで、ロータ１０が高速回転したときに、第１領域２０Ａが磁歪部５０を遠心力で押しやすくなる。これにより、磁歪部５０に引張応力を印加しやすくなる。第１領域２０Ａと第２領域２０Ｂとが、マグネット孔３１ａ、３１ｂで境界が作られていることで、ロータ１０が高速回転したときに、第１領域２０Ａが磁歪部５０を遠心力で押しやすくなる。これにより、磁歪部５０に引張応力を印加しやすくなる。

【0046】

磁歪部５０は、ロータコア２０の外周からロータコア２０の直径の０％以上、１０％以内に配置されている。磁歪部５０は、径方向外側が露出していてもよい。磁歪部５０の径方向外側が露出する場合、収容部３３はロータコア２０の外周面から径方向内側に窪んだ凹部で構成される。磁歪部５０がロータコア２０の外周からロータコア２０の直径の０％以上、１０％以内に配置されることで、マグネット４０をロータコア２０の外周に近い位置に配置できるため、高トルク化を実現できる。

【0047】

上記構成によれば、ロータコア２０が高速回転したときの遠心力により、磁歪部５０に引張応力が印加され径方向の比透磁率を変化させるため、比透磁率を変化させるための機器を別途設ける必要がなくなり、小型化およびコスト低減に寄与できる。上記構成によれば、既存のロータ１０に対して磁歪部５０を設けることで、容易に可変界磁機能を付加することが可能になる。

【0048】

本実施形態のロータ１０において、各磁極部７０は、２個のマグネット４１ａ、４１ｂを有する。また、２個のマグネット４１ａ、４１ｂは、周方向に互いに間隔を空けて配置され、軸方向に見て径方向内側から径方向外側に向かうに従って互いに周方向に離れる方向に延びる。すなわち、本実施形態の磁極部７０には、２個のマグネット４１ａ、４１ｂのみが設けられ、これらがＶ型に配置される。各磁極部７０が、このような構成を有する場合に、磁極部が１個のマグネットのみを有する場合や、三角形状（∇型）に３個以上のマグネットを配置する場合と比較して、比透磁率の可変界磁幅を大きくしつつ高トルクを実現し易い。このことについて、以下図４～図６を用いて説明する。

【0049】

図４は、上述の実施形態のロータ１０において、第１角度αを変化させた場合の可変界磁幅、およびトルクを表すグラフである。なお、図４では、磁歪部５０の厚さをｄとした場合のシミュレーション結果である。
図５は、図４と同様のグラフであるが、磁歪部５０の厚さを２ｄ（図４の場合の２倍）とした場合のシミュレーション結果である。
図６は、図４および図５と同様のグラフであるが、磁歪部５０の厚さを３ｄ（図４の場合の３倍）とした場合のシミュレーション結果である。

【0050】

図４～図６の何れのグラフにおいても、第１角度αを変化させてもロータ１０のトルクに大きな変化がみられない。一方で、図４～図６のグラフを比較すると、何れの場合においても第１角度αが５０°以上６０°以下の範囲で可変界磁幅のピークを迎えることがわかる。

【0051】

このことから、本実施形態のロータ１０では、第１角度αによらず、ロータ１０のトルクを安定させることができることがわかる。さらに、第１角度αを特定の範囲内（５０°以上６０°以下）とすることで、可変界磁幅を高めることができる。本実施形態のロータ１０によれば、第１角度αに対し、トルクと可変界磁幅とが背反関係とはなっておらず、第１角度αを適切に設計することで、トルクおよび可変界磁幅を適切に高めた回転電機１を提供できる。

【0052】

本実施形態によれば、２個のマグネット４１ａ、４１ｂ同士がなす角度（第１角度α）を、５０°以上６０°以下とすることで、トルクの低下を抑制しつつ可変界磁幅を大きくすることができる。また、ロータ１０の可変界磁幅を大きくすることで、低速回転時および高速回転時のそれぞれにおいて磁歪部５０の比透磁率を大きく変化させることができ、それぞれの回転速度においてロータの回転効率を高め、回転電機１消費電力を抑制できる。

【0053】

本実施形態において、磁歪部５０の周方向両端部５０ａ、５０ｂは、２個のマグネット４１ａ、４１ｂの径方向外側の端部４１ａａ、４１ｂａ同士の間の領域よりも周方向外側に位置する。すなわち、磁歪部５０の周方向一方側（＋θ側）の端部５０ａは、一方のマグネット４１ａの径方向外側の端部４１ａａよりも周方向一方側（＋θ側）に位置する。また、磁歪部５０の周方向他方側（－θ側）の端部５０ｂは、他方のマグネット４１ｂの径方向外側の端部４１ｂａよりも周方向他方側（－θ側）に位置する。本実施形態によれば、一対のマグネット４１ａ、４１ｂの径方向外側を向く端面から出た磁束の大部分が磁歪部５０を通過し易くなる。これにより、ロータ１０は、磁歪部５０の変形に伴う比透磁率の変化による影響を享受し易くなり、可変界磁幅を大きくできる。加えて、磁歪部５０の全体が第１領域２０Ａの径方向外側に配置されるため、遠心力が磁歪部５０に付与されやすくなり、磁歪部５０を十分に弾性変形さえ磁歪部５０の比透磁率を変化させやすくなる。

【0054】

本実施形態において、磁歪部５０の周方向両端部５０ａ、５０ｂは、２個のマグネット４１ａ、４１ｂの周方向外側の端部４１ａｂ、４１ｂｂ同士の間の領域よりも周方向内側に位置する。すなわち、磁歪部５０の周方向一方側（＋θ側）の端部５０ａは、一方のマグネット４１ａの周方向外側の端部４１ａｂよりも周方向他方側（－θ側）に位置する。また、磁歪部５０の周方向他方側（－θ側）の端部５０ｂは、他方のマグネット４１ｂの周方向外側の端部４１ｂｂよりも周方向一方側（＋θ側）に位置する。磁極部７０において、２個のマグネット４１ａ、４１ｂの周方向外側の端部４１ａｂ、４１ｂｂ同士の間の領域よりも周方向外側に通過する磁束密度は十分に低い。このため、磁歪部５０を、２個のマグネット４１ａ、４１ｂの周方向外側の端部４１ａｂ、４１ｂｂ同士の間の領域よりも周方向外側まで延ばしても、回転速度に応じたロータ１０の特性変化に寄与し難い。本実施形態によれば、磁歪部５０を２個のマグネット４１ａ、４１ｂの周方向外側の端部４１ａｂ、４１ｂｂ同士の間の領域よりも周方向内側に配置することで、磁歪部５０の材料費を抑制しつつ回転速度に応じてロータ１０の特性を変化させることができる。

【0055】

ここで、中心軸Ｊを中心として、磁歪部の周方向両端部５０ａ、５０ｂがなす角度を第２角度βとする。同様に、中心軸Ｊを中心として、２個のマグネット４１ａ、４１ｂの径方向外側の端部４１ａａ、４１ｂａ同士がなす角度を第１基準角度Ａ１とし、周方向外側の端部４１ａｂ、４１ｂｂ同士がなす角度を第２基準角度Ａ２とする。

【0056】

本実施形態において、磁歪部５０は、磁極中心線ＩＬ１に対して線対称に配置される。このため、第２角度βが、第１基準角度Ａ１よりも大きい場合に、磁歪部５０の周方向両端部５０ａ、５０ｂは、２個のマグネット４１ａ、４１ｂの径方向外側の端部４１ａａ、４１ｂａ同士の間の領域よりも周方向外側に位置する。また、第２角度βが、第２基準角度Ａ２以下である場合に、磁歪部５０の周方向両端部５０ａ、５０ｂは、２個のマグネット４１ａ、４１ｂの周方向外側の端部４１ａｂ、４１ｂｂ同士の間の領域よりも周方向内側に位置する。本実施形態の磁歪部５０の周方向両端部５０ａ、５０ｂは、上述の関係（Ａ１＜β＜Ａ２）を満たしており、これにより上述の効果を得ることができる。

【0057】

図７は、上述の実施形態のロータ１０において、第２角度βを変化させた場合の可変界磁幅を表すグラフである。図７に示すように、本実施形態のロータ１０では、第２角度βが２０°付近で可変界磁幅のピークを迎えることがわかる。なお、図３中に参考として磁極中心線ＩＬ１に線対称となるように中心軸Ｊを中心の２０°の線を描画した。図７に示すシミュレーション結果からも、第２角度βを第１基準角度Ａ１以上とすることの優位性が確認された。また図７に示すシミュレーション結果から、第２角度βを２０°を超えて大きくしても可変界磁幅の改善は見られないことがわかる。このことから、第２角度βを第２基準角度Ａ２より小さくして材料費を節約しても、可変界磁幅を十分に大きくできることが確認された。

【0058】

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

【0059】

本発明が適用される回転電機は、モータに限られず、発電機であってもよい。この場合、回転電機は、三相交流式の発電機であってもよい。回転電機の用途は、特に限定されない。回転電機は、例えば、車両に搭載されてもよいし、車両以外の機器に搭載されてもよい。回転電機の極数およびスロット数は、特に限定されない。回転電機においてコイルはどのような巻き方で構成されていてもよい。以上、本明細書において説明した構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。

【0060】

なお、本技術は以下のような構成をとることが可能である。
（１） 中心軸を中心として軸方向に延びる複数のマグネット孔および複数の収容部が設けられるロータコアと、 前記マグネット孔に配置されるマグネットを有する複数の磁極部と、前記収容部に配置され、弾性変形に伴い比透磁率が変化する磁歪部と、を備え、１つの前記磁極部は、２個のマグネットを有し、前記２個のマグネットは、周方向に互いに間隔を空けて配置され、軸方向に見て径方向内側から径方向外側に向かうに従って互いに周方向に離れる方向に延び、前記磁歪部は、前記２個のマグネットの径方向外側で前記磁極部におけるｄ軸上に配置され、周方向に延びる、ロータ。
（２） 前記２個のマグネット同士がなす角度は、５０°以上６０°以下である、（１）に記載のロータ。
（３） 前記磁歪部の周方向両端部は、前記２個のマグネットの径方向外側の端部同士の間の領域よりも周方向外側に位置する、（１）又は（２）に記載のロータ。
（４） 前記磁歪部の周方向両端部は、前記２個のマグネットの周方向外側の端部同士の間の領域よりも周方向内側に位置する、（３）に記載のロータ。
（５） 前記磁歪部の周方向両端部と前記収容部の内側面との間には、それぞれ隙間が設けられる、（１）～（４）の何れか一項に記載のロータ。
（６） 前記磁歪部は、前記ロータコアの回転に伴う遠心力で周方向に弾性変形する、（１）～（５）の何れか一項に記載のロータ。
（７） 前記ｄ軸に対して、前記２個のマグネットおよび前記磁歪部は線対称に配置される、（１）～（６）の何れか一項に記載のロータ。
（８） 前記マグネット孔の内側面と前記マグネットにおける径方向内側の側面との間には、隙間が設けられる、（１）～（７）の何れか一項に記載のロータ。
（９） 前記磁歪部は、周方向に湾曲して延びる、（１）～（８）の何れか一項に記載のロータ。
（１０） 前記磁歪部は、前記ロータコアの外周から前記ロータコアの直径の０％以上、１０％以内に配置される、（９）に記載のロータ。
（１１） （１）～（１０）の何れか一項に記載のロータと、前記ロータに対向するステータと、を備える、回転電機。

【符号の説明】

【0061】

１…回転電機、１０…ロータ、２０…ロータコア、３０，３１ａ，３１ｂ…マグネット孔、３３…収容部、３３ａ，３３ｂ，Ｓ１…隙間、４０，４１ａ，４１ｂ…マグネット、４１ａａ，４１ａｂ，４１ｂａ，４１ｂｂ，５０ａ，５０ｂ…端部、５０…磁歪部、６０…ステータ、７０，７０Ｎ，７０Ｓ…磁極部、Ｊ…中心軸、α…第１角度、β…第２角度、Ａ１…第１基準角度、Ａ２…第２基準角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】