特許 7424539 界磁子

(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】2024-01-22

(45)【発行日】2024-01-30

(54)【発明の名称】界磁子

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/2706 20220101AFI20240123BHJP

   H02K 1/2786 20220101ALI20240123BHJP

【ＦＩ】

H02K1/2706

H02K1/2786

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023503773

(86)(22)【出願日】2022-02-24

(86)【国際出願番号】 JP2022007723

(87)【国際公開番号】W WO2022186058

(87)【国際公開日】2022-09-09

【審査請求日】2023-04-05

(31)【優先権主張番号】P 2021032025

(32)【優先日】2021-03-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(74)【代理人】

【識別番号】100139480

【弁理士】

【氏名又は名称】日野 京子

(74)【代理人】

【識別番号】100125575

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100175134

【弁理士】

【氏名又は名称】北 裕介

(72)【発明者】

【氏名】高橋 裕樹

【審査官】佐藤 彰洋

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１２２２３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１５０１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０６８２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１２２２２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１０６４９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １／２７０６

Ｈ０２Ｋ １／２７８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電機子巻線（５１）を有する電機子（５０）を備える回転電機（１０）を構成し、径方向において前記電機子に対向して配置される界磁子（２０）において、
周方向に極性が交互となる複数の磁極を有する磁石（３１，３５，３６）を備え、
磁極中心であるｄ軸の側の磁化容易軸の向きが、磁極境界であるｑ軸の側の磁化容易軸の向きよりもｄ軸の側の向きに近づくように前記磁石の配向がなされており、
前記磁石において、磁化容易軸の向きの線膨張係数が正であり、磁化容易軸に垂直な向きの線膨張係数が負であり、かつ、磁化容易軸の向きの線膨張係数の絶対値が、磁化容易軸に垂直な向きの線膨張係数の絶対値よりも大きくされており、
前記磁石のｄ軸部において単位温度変化あたりの周方向における寸法変化量をＦｄとし、前記磁石のｑ軸部において単位温度変化あたりの周方向における寸法変化量をＦｑとする場合、
ｄ軸の側の磁化容易軸の向きが、ｑ軸の側の磁化容易軸の向きよりもｄ軸の側の向きに近づいて、かつ、

【数1】

を満たすように前記磁石の配向がなされている、界磁子。

【請求項2】

前記磁石が取り付けられた周面を有する磁石保持部（２１）を備える表面磁石型の界磁子において、
前記磁石は、周方向に分割された複数の分割磁石により構成されており、
周方向において隣り合う前記各分割磁石の割面が互いに当接している、請求項１に記載の界磁子。

【請求項3】

前記磁石（３１）が取り付けられた周面を有する磁石保持部（２１）を備える表面磁石型の界磁子において、
前記磁石は、周方向に分割された複数の分割磁石により構成されており、
前記磁石保持部から径方向において前記電機子側に突出し、線膨張係数が正である突出部（３３，３４）を備え、
前記分割磁石の周方向における端部が前記突出部に当接している、請求項１に記載の界磁子。

【請求項4】

電機子巻線（５１）を有する電機子（５０）を備える回転電機（１０）を構成し、径方向において前記電機子に対向して配置される界磁子（１２０）において、
周方向に極性が交互となる複数の磁極を有する磁石（１２３，１４３）と、
界磁子コア（１２１）と、を備え、
前記界磁子は、前記界磁子コアに形成された磁石収容孔（１２２，１４４）に前記磁石（１２３，１４３）が収容された埋込磁石型の界磁子であり、
磁極中心であるｄ軸の側の磁化容易軸の向きが、磁極境界であるｑ軸の側の磁化容易軸の向きよりもｄ軸の側の向きに近づくように前記磁石の配向がなされており、
前記磁石収容孔及び前記磁石は、ｄ軸側からｑ軸側に向かって長尺状に延びており、
前記磁石において、磁化容易軸の向きの線膨張係数が正であり、磁化容易軸に垂直な向きの線膨張係数が負であり、かつ、磁化容易軸の向きの線膨張係数の絶対値が、磁化容易軸に垂直な向きの線膨張係数の絶対値よりも大きくされており、
前記磁石のｄ軸部において単位温度変化あたりの長手方向における寸法変化量をＧｄとし、前記磁石のｑ軸部において単位温度変化あたりの長手方向における寸法変化量をＧｑとする場合、
ｄ軸の側の磁化容易軸の向きが、ｑ軸の側の磁化容易軸の向きよりもｄ軸の側の向きに近づいて、かつ、

【数2】

を満たすように前記磁石の配向がなされている、界磁子。

【請求項5】

前記磁石は、軸方向に分割された複数の磁石の積層体により構成されている請求項１～４のいずれか１項に記載の界磁子。

【請求項6】

前記磁石は、焼結ネオジム磁石である請求項１～５のいずれか１項に記載の界磁子。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の相互参照】

【0001】

本出願は、２０２１年３月１日に出願された日本出願番号２０２１－０３２０２５号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

【技術分野】

【0002】

本開示は、回転電機を構成する界磁子に関する。

【背景技術】

【0003】

界磁子として、電機子巻線を有する電機子を備える回転電機を構成し、径方向において電機子に対向して配置されるものが知られている。例えば、特許文献１に見られるように、界磁子が表面磁石型のロータとして用いられるものが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－２４２９６号公報

【発明の概要】

【0005】

界磁子が有する磁石の温度変化により、磁石の寸法が周方向に変化し得る。これに伴い、磁石に熱応力が加わることが懸念される。

【0006】

本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、磁石に加わる熱応力を低減することができる界磁子を提供することである。

【0007】

手段１は、電機子巻線を有する電機子を備える回転電機を構成し、径方向において前記電機子に対向して配置される界磁子において、周方向に極性が交互となる複数の磁極を有する磁石を備え、磁極中心であるｄ軸の側の磁化容易軸の向きが、磁極境界であるｑ軸の側の磁化容易軸の向きよりもｄ軸の側の向きに近づくように前記磁石の配向がなされており、前記磁石において、磁化容易軸の向きと磁化容易軸に垂直な向きとで線膨張係数が異なる。

【0008】

手段１では、磁石は、磁化容易軸の向きと磁化容易軸に垂直な向きとで線膨張係数が異なる。この場合、ｄ軸の側の磁化容易軸の向きが、ｑ軸の側の磁化容易軸の向きよりもｄ軸の向きに近づくように磁石の配向がなされていることにより、周方向において、ｄ軸の側の線膨張係数と、ｑ軸の側の線膨張係数とが異なる。このため、磁石のｄ軸の側と、磁石のｑ軸の側とでは、磁石の温度変化による周方向における寸法の変化が異なる。そのため、磁石全体としての周方向における寸法の変化を抑制することができる。その結果、磁石に加わる熱応力を低減することができる。

【0009】

手段２は、手段１において、前記磁石において、磁化容易軸の向きの線膨張係数が正であり、磁化容易軸に垂直な向きの線膨張係数が負である。

【0010】

手段２によれば、磁石において、温度が高くなるほど、ｄ軸の側の周方向における寸法は小さくなり、ｑ軸の側の周方向における寸法は大きくなる。一方、磁石において、温度が低くなるほど、ｄ軸の側の周方向における寸法は大きくなり、ｑ軸の側の周方向における寸法は小さくなる。そのため、磁石全体としての周方向における寸法の変化を好適に抑制することができる。

【0011】

手段３は、手段２において、前記磁石が取り付けられた周面を有する磁石保持部を備える表面磁石型の界磁子において、前記磁石は、周方向に分割された複数の分割磁石により構成されており、周方向において隣り合う前記各分割磁石の割面が互いに当接している。

【0012】

手段３では、磁石の温度変化による磁石の寸法変化が生じた場合、周方向において隣り合う各分割磁石同士が押し合う方向の熱応力、又は隣り合う各分割磁石同士が離れる方向の熱応力が大きくなりやすい。この点、磁化容易軸の向きの線膨張係数が正であり、磁化容易軸に垂直な向きの線膨張係数が負である磁石が用いられるメリットが大きい。

【0013】

手段４は、手段２において、前記磁石が取り付けられた周面を有する磁石保持部を備える表面磁石型の界磁子において、前記磁石は、周方向に分割された複数の分割磁石により構成されており、前記磁石保持部から径方向において前記電機子側に突出し、線膨張係数が正である突出部を備え、前記分割磁石の周方向における端部が前記突出部に当接している。

【0014】

手段４では、例えば磁石保持部に対する分割磁石の位置決め用に、界磁子が突出部を備えている。手段４では、磁石の温度変化による磁石の寸法変化が生じた場合、周方向において分割磁石と突出部との間で押し合う方向の熱応力、又は分割磁石と突出部とが離れる方向の熱応力が大きくなりやすい。この点、磁化容易軸の向きの線膨張係数が正であり、磁化容易軸に垂直な向きの線膨張係数が負である磁石が用いられるメリットが大きい。

【0015】

手段５は、手段２～４のいずれか１つにおいて、前記磁石において、磁化容易軸の向きの線膨張係数の絶対値が、磁化容易軸に垂直な向きの線膨張係数の絶対値よりも大きくされており、前記磁石のｄ軸部において単位温度変化あたりの周方向における寸法変化量をＦｄとし、前記磁石のｑ軸部において単位温度変化あたりの周方向における寸法変化量をＦｑとする場合、ｄ軸の側の磁化容易軸の向きが、ｑ軸の側の磁化容易軸の向きよりもｄ軸の側の向きに近づいて、かつ、

【0016】

【数1】

を満たすように前記磁石の配向がなされている。

【0017】

手段５では、磁石において、磁化容易軸の向きの線膨張係数の絶対値が、磁化容易軸に垂直な向きの線膨張係数の絶対値よりも大きくされている。このため、ｄ軸に磁石磁束を集中させる配向、つまり、ｄ軸の側の磁化容易軸の向きがｑ軸の側の磁化容易軸の向きよりもｄ軸の側の向きに近づくように磁石の配向がなされることにより、上記｜Ｆｄ／Ｆｑ｜で表される比率が１未満となる。この比率が１に近いほど、温度変化に伴う磁石の周方向の寸法変化量が小さくなる。このため、手段５によれば、ｄ軸に磁石磁束を集中させる配向を実現して回転電機のトルクを高めつつ、温度変化に伴う磁石の周方向の寸法変化を好適に抑制できる。

【0018】

手段６では、手段２において、界磁子コアを備え、前記界磁子コアに形成された磁石収容孔に前記磁石が収容された埋込磁石型の界磁子において、前記磁石収容孔及び前記磁石は、ｄ軸側からｑ軸側に向かって長尺状に延びており、前記磁石において、磁化容易軸の向きの線膨張係数の絶対値が、磁化容易軸に垂直な向きの線膨張係数の絶対値よりも大きくされており、前記磁石のｄ軸部において単位温度変化あたりの長手方向における寸法変化量をＧｄとし、前記磁石のｑ軸部において単位温度変化あたりの長手方向における寸法変化量をＧｑとする場合、ｄ軸の側の磁化容易軸の向きが、ｑ軸の側の磁化容易軸の向きよりもｄ軸の側の向きに近づいて、かつ、

【0019】

【数2】

を満たすように前記磁石の配向がなされている。

【0020】

手段６によれば、埋込磁石型の界磁子において、ｄ軸に磁石磁束を集中させる配向を実現して回転電機のトルクを高めつつ、温度変化に伴う磁石の周方向の寸法変化を好適に抑制できる。

【0021】

手段７では、手段１～６のいずれか１つにおいて、磁石は、軸方向に分割された複数の磁石の積層体により構成されている。

【0022】

手段７では、磁石の温度変化による磁石の寸法変化が生じた場合、軸方向に隣り合う磁石間の熱応力が大きくなりやすい。この点、磁化容易軸の向きと磁化容易軸に垂直な向きとで線膨張係数が異なる磁石を備えるメリットが大きい。

【0023】

なお、磁石としては、例えば手段８のように焼結ネオジム磁石を用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、

【図1】図１は、第１実施形態に係る回転電機の縦断面図であり、

【図2】図２は、回転子の横断面図であり、

【図3】図３は、磁石の構成を示す図であり、

【図4】図４は、磁石ユニットを周方向に展開した図であり、

【図5】図５は、規定長さを示す図であり、

【図6】図６は、第２実施形態に係る磁石ユニットを周方向に展開した図であり、

【図7】図７は、第３実施形態に係る磁石ユニットを周方向に展開した図であり、

【図8】図８は、第４実施形態に係る回転子の横断面図であり、

【図9】図９は、規定長さを示す図であり、

【図10】図１０は、その他の実施形態に係る回転子の横断面図であり、

【図11】図１１は、その他の実施形態に係る軸方向に積層された磁石を示す図であり、

【図12】図１２は、その他の実施形態に係る磁石の構成を示す図であり、

【図13】図１３は、その他の実施形態に係る磁石の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／又は関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。

【0026】

本実施形態における回転電機は、例えば車両動力源として用いられるものとなっている。ただし、回転電機は、産業用、車両用、航空機用、家電用、ＯＡ機器用、遊技機用などとして広く用いられることが可能となっている。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一又は均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

【0027】

＜第１実施形態＞
回転電機１０は、同期式多相交流モータであり、アウタロータ構造（外転構造）のものとなっている。回転電機１０の概要を図１～図３に示す。以下の記載では、回転電機１０において、回転軸１１が延びる方向を軸方向とし、回転軸１１の中心から放射状に延びる方向を径方向とし、回転軸１１を中心として円周状に延びる方向を周方向としている。

【0028】

回転電機１０は、大別して、回転子２０及び固定子ユニット３０を有する回転電機本体と、回転電機本体を囲むように設けられるハウジング４０とを備えている。これら各部材はいずれも、回転子２０に一体に設けられた回転軸１１に対して同軸に配置されており、所定順序で軸方向に組み付けられることで回転電機１０が構成されている。回転軸１１は、固定子ユニット３０及びハウジング４０にそれぞれ設けられた図示しない一対の軸受に支持され、その状態で回転可能となっている。回転軸１１の回転により、例えば車両の車軸が回転する。回転電機１０は、ハウジング４０が車体フレーム等に固定されることにより車両に搭載可能となっている。

【0029】

回転電機１０において、固定子ユニット３０は回転軸１１を囲むように設けられ、固定子ユニット３０の径方向外側に回転子２０が配置されている。固定子ユニット３０は、固定子５０と、その径方向内側に組み付けられた固定子ホルダ６０とを有している。回転子２０と固定子５０とはエアギャップを挟んで径方向に対向配置されており、回転子２０が回転軸１１と共に一体回転することにより、固定子５０の径方向外側にて回転子２０が回転する。本実施形態において、回転子２０が「界磁子」に相当し、固定子５０が「電機子」に相当する。

【0030】

次に、固定子ユニット３０の構成を説明する。

【0031】

固定子ユニット３０は、その概要として、固定子５０とその径方向内側の固定子ホルダ６０とを有している。固定子５０は、「電機子巻線」としての固定子巻線５１と、固定子コア５２とを有している。固定子ホルダ６０は、例えば、鋳鉄等の軟磁性材料、又はアルミニウムや炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等の非磁性材料により構成され、円筒形状をなしている。

【0032】

固定子５０は、軸方向において、回転子２０と径方向に対向するコイルサイドに相当する部分と、そのコイルサイドの軸方向外側であるコイルエンドに相当する部分とを有している。この場合、固定子コア５２は、軸方向においてコイルサイドに相当する範囲で設けられている。

【0033】

固定子巻線５１は、複数の相巻線を有し、各相の相巻線が周方向に所定順序で配置されることで円筒状に形成されている。本実施形態では、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の相巻線を用いることで、固定子巻線５１が３相の相巻線を有する構成となっている。

【0034】

各相の固定子巻線５１は、軸方向に延びるとともにコイルサイドを含む範囲に配置された導線部５３と、周方向に隣り合う同相の導線部５３同士を接続する渡り部とを有している。図１には、コイルサイドにおけるＵ相、Ｖ相及びＷ相の導線部５３Ｕ，５３Ｖ，５３Ｗの並び順が示されている。

【0035】

固定子コア５２は、磁性体である電磁鋼板からなるコアシートが軸方向に積層されたコアシート積層体として構成されており、径方向に所定の厚さを有する円筒状をなしている。固定子コア５２において回転子２０側となる径方向外側には固定子巻線５１が組み付けられている。固定子コア５２の外周面は凹凸のない曲面状をなしている。固定子コア５２はバックヨークとして機能する。固定子コア５２は、例えば円環板状に打ち抜き形成された複数枚のコアシートが軸方向に積層されて構成されている。ただし、固定子コア５２として、帯状のコアシートからなるヘリカルコア構造を有するものを用いてもよい。

【0036】

本実施形態において、固定子５０は、スロットを形成するためのティースを有していないスロットレス構造を有するものであるが、その構成は以下の（Ａ）～（Ｃ）のいずれかを用いたものであってもよい。
（Ａ）固定子５０において、周方向における各導線部５３の間に導線間部材を設け、かつその導線間部材として、１磁極における導線間部材の周方向の幅寸法をＷｔ、導線間部材の飽和磁束密度をＢｓ、１磁極における磁石３１の周方向の幅寸法をＷｍ、磁石３１の残留磁束密度をＢｒとした場合に、Ｗｔ×Ｂｓ≦Ｗｍ×Ｂｒの関係となる磁性材料を用いている。
（Ｂ）固定子５０において、周方向における各導線部５３の間に導線間部材を設け、かつその導線間部材として、非磁性材料を用いている。
（Ｃ）固定子５０において、周方向における各導線部５３の間に導線間部材を設けていない構成となっている。

【0037】

図２は、回転子２０の縦断面図である。図２に示すように、回転子２０は、略円筒状の回転子キャリア２１と、回転子キャリア２１に固定された環状の磁石ユニット２２とを有している。回転子キャリア２１は、円筒状をなす円筒部２３と、円筒部２３の軸方向一端に設けられた端板部２４とを有しており、それらが一体化されることで構成されている。回転子キャリア２１は、「磁石保持部」として機能し、円筒部２３の径方向内側に環状に磁石ユニット２２が固定されている。端板部２４に対して回転軸１１が固定されている。本実施形態において、円筒部２３は、非磁性材料により構成されており、具体的には例えばアルミニウムにより構成されている。

【0038】

磁石ユニット２２は、回転子２０の回転中心と同心の円環状をなしており、円筒部２３の内周面に固定された複数の磁石３１を有している。つまり、回転電機１０は、表面磁石型の同期機（ＳＰＭＳＭ）である。磁石３１は、円筒部２３に径方向外側から包囲された状態で設けられており、径方向内側に配置された固定子５０のコイルサイドと対向するように設けられている。

【0039】

図３は、磁石ユニット２２の断面構造を示す部分横断面図である。図３には、磁石３１の磁化容易軸の向きを矢印にて示している。

【0040】

磁石ユニット２２において、磁石３１は、回転子２０の周方向に沿って極性が交互に変わるように並べて設けられている。これにより、磁石ユニット２２には、周方向に複数の磁極が形成されている。磁石３１は、極異方性の永久磁石であり、固有保磁力が４００［ｋＡ／ｍ］以上であり、かつ残留磁束密度Ｂｒが１．０［Ｔ］以上である。

【0041】

磁石３１において径方向内側の周面が、磁束の授受が行われる磁束作用面３２である。磁石ユニット２２は、磁石３１の磁束作用面３２において、磁極中心であるｄ軸付近の領域に集中的に磁束を生じさせるものとなっている。具体的には、磁石３１では、ｄ軸側（ｄ軸寄りの部分）とｑ軸側（ｑ軸寄りの部分）とで磁化容易軸の向きが相違しており、ｄ軸側では磁化容易軸の向きがｄ軸に平行する向きとなり、ｑ軸側では磁化容易軸の向きがｑ軸に直交する向きとなっている。この場合、磁化容易軸の向きに沿って円弧状の磁石磁路が形成されている。要するに、磁石３１は、ｄ軸の側の磁化容易軸の向きが、ｑ軸の側の磁化容易軸の向きよりもｄ軸の側の向きに近づくように配向がなされている。

【0042】

本実施形態において、磁石３１は、１つで１磁極を構成し、ｑ軸に割面を有する分割磁石である。周方向に隣り合う各磁石３１は、互いに当接した状態で配置されている。ｑ軸を挟んで両側の磁石３１は互いに吸引し合うため、これら各磁石３１は互いの接触状態を保持できる。そのため、パーミアンスの向上に寄与する構造となっている。磁石３１において径方向外側の周面と、円筒部２３において径方向内側の周面との間に接着剤等からなる接着層が介在している。これにより、磁石３１が円筒部２３に固定されている。

【0043】

磁石３１の温度変化により、磁石３１の寸法が周方向に変化し得る。磁石３１の温度上昇に伴い、周方向において隣り合う各磁石３１同士が押し合う方向の熱応力の増大が懸念される。この場合、例えば、磁石３１の破損が懸念される。また、磁石３１の温度低下に伴い、周方向において隣り合う各磁石３１が離れる方向の熱応力の発生が懸念される。この場合、例えば、隣り合う各磁石３１の間に隙間ができ、磁気回路の磁気抵抗が増大し、回転電機１０のトルク低下が懸念される。

【0044】

そこで、本願発明者は、上述した課題を解決するべく磁石３１の線膨張係数に着目し、磁石３１に加わる熱応力を低減できることを見出した。

【0045】

線膨張係数は、物体の温度変化に対応して物体の寸法が変化する割合を示すものである。物体の線膨張係数が正の場合、温度が高くなるほど物体は膨張する。一方、物体の線膨張係数が負の場合、温度が高くなるほど物体は収縮する。永久磁石では、磁化容易軸の向きと磁化容易軸に垂直な向きとで線膨張係数が異なるものが存在する。

【0046】

本実施形態では、磁石３１として、磁化容易軸の向きと磁化容易軸に垂直な向きとで線膨張係数が異なる永久磁石を用いる。具体的には、磁石３１は、磁化容易軸の向きの線膨張係数αｐが正となり、磁化容易軸に垂直な向きの線膨張係数αｖが負となる焼結ネオジム磁石である。このため、磁石３１において、温度が高くなるほど、磁化容易軸の向きの寸法は大きくなり、磁化容易軸に垂直な向きの寸法は小さくなる。一方、磁石３１において、温度が低くなるほど、磁化容易軸の向きの寸法は小さくなり、磁化容易軸に垂直な向きの寸法は大きくなる。

【0047】

磁石３１において、磁化容易軸の向きの線膨張係数αｐの絶対値が、磁化容易軸に直交する向きの線膨張係数αｖの絶対値よりも大きくされている。磁化容易軸の向きの線膨張係数αｐは、例えば５．５～７．５ｐｐｍ／℃であり、磁化容易軸に垂直な向きの線膨張係数αｖは、例えば－３．０～－０．５ｐｐｍ／℃である。磁化容易軸の向きの線膨張係数αｐの絶対値は、例えば、磁化容易軸に垂直な向きの線膨張係数αｖの絶対値の２～１５倍、５～１５倍、８～１５倍、１０～１５倍、８～１３倍又は１０～１３倍の値である。

【0048】

図４に、磁石ユニット２２を周方向に直線状に展開して示す。ｄ軸側では、磁石３１の磁化容易軸は周方向に対して垂直となる向きに近づくため、周方向における磁石３１の線膨張係数はαｖ（＜０）となる。ｑ軸側では、磁石３１の磁化容易軸は周方向に近づくため、周方向における磁石３１の線膨張係数はαｐ（＞０）となる。これにより、磁石３１の温度が高くなるほど、周方向において、ｄ軸側では磁石３１の寸法は小さくなり、ｑ軸側では磁石３１の寸法は大きくなる。一方、磁石３１の温度が低くなるほど、周方向において、ｄ軸側では磁石３１の寸法は大きくなり、ｑ軸側では磁石３１の寸法は小さくなる。そのため、磁石３１全体としての周方向における寸法の変化を抑制することができる。その結果、周方向において隣り合う各磁石３１同士が押し合う方向の熱応力や、周方向において隣り合う各磁石３１が離れる方向の熱応力を抑制できる。その結果、磁石３１の破損や磁気抵抗の増加を抑制できる。

【0049】

ここで、磁石３１のｄ軸部において、温度が単位温度だけ上昇した場合の周方向における寸法減少量をＦｄとする。また、磁石３１のｑ軸部において、温度が上記単位温度だけ上昇した場合の周方向における寸法増加量をＦｑとする。この場合において、ｄ軸の側の磁化容易軸の向きが、ｑ軸の側の磁化容易軸の向きよりもｄ軸の側の向きに近づいて、かつ、

【0050】

【数3】

を満たすように磁石３１の配向がなされていることが望ましい。これにより、ｄ軸に磁石磁束を集中させる配向を実現して回転電機１０のトルクを高めつつ、温度変化に伴う磁石３１の周方向の寸法変化を好適に抑制できる。なお、上記｜Ｆｄ／Ｆｑ｜で表される比率は、例えば、０．９以上であってかつ１未満であることが望ましく、０．９５以上であってかつ１未満であることがより望ましい。

【0051】

図５に示すように、磁石３１のｑ軸部は、例えば、磁石３１のｑ軸の割面から周方向においてｄ軸に向かう特定位置までの部分であって、ｑ軸の割面から周方向において規定長さＬａまでの部分である。規定長さＬａは、例えば、磁石３１において径方向中央位置の周方向長さの１／８～１／４の値である。

【0052】

Ｆｑは、例えば、磁石３１のｑ軸部において径方向中央位置の周方向長さの変化量、又はｑ軸部において、径方向の複数位置それぞれにおける周方向長さの変化量の平均値である。

【0053】

図５に示すように、磁石３１のｄ軸部は、例えば、磁石３１においてｄ軸を跨ぐ一部分であって、ｄ軸から周方向において一方の割面に向かってＬａ／２までの部分と、ｄ軸から周方向において他方の割面に向かってＬａ／２までの部分とからなる。

【0054】

Ｆｄは、例えば、磁石３１のｄ軸部において径方向中央位置の周方向長さの変化量、又はｄ軸部において、径方向の複数位置それぞれにおける周方向長さの変化量の平均値である。

【0055】

＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図６に示すように、回転子２０は、回転子キャリア２１のうちｑ軸を跨ぐ部分から径方向内側に突出したｑ軸側突出部３３を有している。ｑ軸側突出部３３は、磁石３１のｑ軸側に設けられた割面に当接しており、例えば、周方向における磁石３１の位置決めに用いられる。図６では、径方向において、ｑ軸側突出部３３の寸法と磁石３１の寸法とが同じとされる例を示している。なお、図６は、磁石ユニット２２を周方向に直線状に展開したものである。また、磁石３１としては、第１実施形態と同様のものを用いることができる。

【0056】

本実施形態において、ｑ軸側突出部３３は、鋳鉄等の軟磁性材料により構成されており、ｑ軸側突出部３３の線膨張係数βは任意の方向において正の値である。このため、ｑ軸側突出部３３において、温度が高くなるほどｑ軸側突出部３３の周方向の寸法は大きくなり、温度が低くなるほどｑ軸側突出部３３の周方向の寸法は小さくなる。

【0057】

本実施形態では、周方向において隣り合う磁石３１は、ｑ軸側突出部３３を挟んで配置される。この場合、磁石３１及びｑ軸側突出部３３の温度変化により、周方向における磁石３１及びｑ軸側突出部３３の寸法変化が生じた場合、磁石３１とｑ軸側突出部３３との間で押し合う方向、及び磁石３１とｑ軸側突出部３３とが離れる方向のいずれかに熱応力が大きくなりやすい。この点、磁石３１において、磁化容易軸の向きの線膨張係数αｐは正とされ、磁化容易軸に垂直な向きの線膨張係数αｖは負とされる本実施形態の構成を適用するメリットが大きい。

【0058】

なお、ｑ軸側突出部３３は、回転子キャリア２１と一体のものであってもよいし、回転子キャリア２１とは別部材であってもよい。

【0059】

＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、磁石３１は、ｄ軸側に割面を有するものとなっている。

【0060】

図７に、磁石ユニット２２を周方向に直線状に展開して示す。回転子２０は、回転子キャリア２１のうちｄ軸を跨ぐ部分から径方向内側に突出したｄ軸側突出部３４を有している。ｄ軸側突出部３４は、磁石３１のｄ軸側に設けられた割面に当接しており、周方向における磁石３１の位置決めに用いられる。図７では、径方向において、ｄ軸側突出部３４の寸法と磁石３１の寸法とが同じとされる一例を示している。

【0061】

ｄ軸側突出部３４の線膨張係数γは任意の方向において正の値である。このため、ｄ軸側突出部３４において、温度が高くなるほどｄ軸側突出部３４の周方向の寸法は大きくなり、温度が低くなるほどｄ軸側突出部３４の周方向の寸法は小さくなる。ｄ軸側突出部３４は、例えば、鋳鉄等の軟磁性材料又は合成樹脂等の非磁性材料により構成されている。なお、磁石３１としては、第１実施形態と同様のものを用いることができる。

【0062】

本実施形態では、周方向において隣り合う磁石３１は、ｄ軸側突出部３４を挟んで配置される。この場合、磁石３１及びｄ軸側突出部３４の温度が高くなると、周方向において、ｄ軸側の磁石３１の寸法は小さくなり、ｄ軸側突出部３４の寸法は大きくなる。一方、磁石３１及びｄ軸側突出部３４の温度が低くなると、周方向において、ｄ軸側の磁石３１の寸法は大きくなり、ｄ軸側突出部３４の寸法は小さくなる。これにより、ｄ軸近傍における磁石３１及びｄ軸側突出部３４の周方向への寸法変化を好適に抑制できる。

【0063】

＜第４実施形態＞
以下、第４実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態の回転電機は、インナロータ構造（内転構造）のＩＰＭモータである。

【0064】

図８に、回転電機を構成する回転子１２０の部分横断面図を示す。

【0065】

回転子１２０は、図示しない回転軸に固定された回転子コア１２１（「界磁子コア」に相当）を備えている。回転子コア１２１には、周方向に配列された複数の磁石収容孔１２２が形成されており、各磁石収容孔１２２には、磁石１２３（永久磁石）が埋設されている。

【0066】

回転子コア１２１には、円弧状（弓なりの形状）をなす一対の磁石収容孔１２２が形成されている。一対の磁石収容孔１２２が、外周側に向かうにつれて対向間距離が大きくなるように略Ｖ字状に形成されており、一対の磁石収容孔１２２は、ｄ軸を対称の軸とする線対称となっている。

【0067】

磁石収容孔１２２は、互いに等距離で隔てられた円弧状の曲面１２２ａ，１２２ｂと、その曲面１２２ａ，１２２ｂの両端位置を互いに連結する平坦状の連結面１２２ｃ，１２２ｄとにより囲まれて形成されている。連結面１２２ｃ，１２２ｄのうちｑ軸に近い連結面１２２ｃは、ｑ軸に平行になるように設けられている。また、ｄ軸に近い連結面１２２ｄは、ｄ軸に垂直になるように設けられている。

【0068】

磁石収容孔１２２内に、その孔形状と同じ形状の磁石１２３が挿入配置されている。この場合、一対の磁石収容孔１２２に収容された一対の磁石１２３により１つの磁極が形成されている。磁石１２３は、長手方向において対向する１２３ａ及び１２３ｂを有しており、磁石１２３の磁化容易軸が矢印で示されている。磁石１２３は、両端１２３ａ，１２３ｂにおけるｑ軸に近い端部１２３ｂからｄ軸に近い端部１２３ａに向かうに従って、磁化容易軸が、ｑ軸に対して直交する方向に近い向きからｄ軸に対して平行な方向に近い向きに、反固定子側に凸の非直線状に切り替わるように設けられている。つまり、磁石１２３における磁石磁路は、磁石１２３を短手方向に横切る方向に定められており、かつその向きが回転子コア１２１の中心軸側に凸となる円弧状をなしている。

【0069】

このように磁石１２３の磁化容易軸が定められていることにより、磁石１２３において、磁化容易軸が、磁石１２３におけるｑ軸に近い端部１２３ｂではｑ軸に対して直交する方向に近い向きとなり、かつｄ軸に近い端部１２３ａではｄ軸に対して平行な方向に近い向きとなる。

【0070】

磁石１２３は、第１実施形態と同様に焼結ネオジム磁石である。また、第１実施形態と同様に、磁石１２３において、磁化容易軸の向きの線膨張係数の絶対値が、磁化容易軸に垂直な向きの線膨張係数の絶対値よりも大きくされている。

【0071】

磁石１２３のｄ軸部において、温度が単位温度だけ上昇した場合の長手方向における寸法減少量をＧｄとする。また、磁石１２３のｑ軸部において、温度が単位温度だけ上昇した場合の長手方向における寸法増加量をＧｑとする。この場合において、ｄ軸の側の磁化容易軸の向きが、ｑ軸の側の磁化容易軸の向きよりもｄ軸の側の向きに近づいて、かつ、

【0072】

【数4】

を満たすように磁石１２３の配向がなされていることが望ましい。これにより、ｄ軸に磁石磁束を集中させる配向を実現して回転電機のトルクを高めつつ、温度変化に伴う磁石１２３の長手方向の寸法変化を好適に抑制できる。なお、上記｜Ｇｄ／Ｇｑ｜で表される比率は、例えば、０．９以上であってかつ１未満であることが望ましく、０．９５以上であってかつ１未満であることがより望ましい。

【0073】

図９に示すように、磁石１２３のｑ軸部は、例えば、磁石１２３において、ｑ軸側の端部１２３ｂから長手方向においてｄ軸側の端部１２３ａに向かう特定位置までの部分であって、ｑ軸側の端部１２３ｂから長手方向において規定長さＧａまでの部分である。規定長さＧａは、例えば、磁石１２３において径方向中央位置の長手方向長さの１／８～１／４の値である。

【0074】

Ｇｑは、例えば、磁石１２３のｑ軸部において径方向中央位置の周方向長さの変化量、又はｑ軸部において、径方向の複数位置それぞれにおける周方向長さの変化量の平均値である。

【0075】

図９に示すように、磁石１２３のｄ軸部は、例えば、磁石１２３において、ｄ軸側の端部１２３ａから長手方向においてｑ軸側の端部１２３ｂに向かう特定位置までの部分であって、ｄ軸側の端部１２３ａから長手方向において上記規定長さＧａまでの部分である。

【0076】

Ｇｄは、例えば、磁石１２３のｄ軸部において径方向中央位置の周方向長さの変化量、又はｄ軸部において、径方向の複数位置それぞれにおける周方向長さの変化量の平均値である。

【0077】

＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

【0078】

・回転子１２０としては、第４実施形態の図８に示したものに代えて、例えば図１０に示すものが用いられてもよい。

【0079】

図１０に示すように、回転子コア１２１に形成された磁石収容孔１４４と、その内部に収容される磁石１４３との横断面（軸方向に直交する断面）が、それぞれ円弧状でなく長方形状となっている。磁石収容孔１４４は、互いに等距離で隔てられた平坦面１４４ａ，１４４ｂと、その平坦面１４４ａ，１４４ｂの両極位置を互いに連結する連結面１４４ｃ，１４４ｂとにより囲まれて形成されている。回転子１２０の横断面において、磁石収容孔１４４は、ｄ軸側からｑ軸側に向かう方向を長辺とする長方形状をなしている。また、ｄ軸を挟んで左右一対の磁石収容孔１４４及び磁石１４３がＶ字状に配置されている。

【0080】

磁石１４３において、ｄ軸側の端部に近い位置における磁化容易軸とｑ軸側の端部に近い位置における磁化容易軸とを相違させている。すなわち、磁石１４３において、ｄ軸寄りの部分とｑ軸寄りの部分とで磁化方向を相違させている。この場合、磁石１４３において、ｄ軸側の端部に近い位置における磁化容易軸は、ｑ軸側の端部に近い位置における磁化容易軸よりも、ｄ軸に対して平行に近くなっている。

【0081】

・磁石３１は、図１１に示すように、軸方向において複数に分割された磁石３１ａにより構成されてもよい。つまり、磁石３１は、複数の磁石３１ａの積層体により構成されてもよい。磁石３１ａは、軸方向において対向する一対の平行な平坦面を有している。軸方向に隣り合う平坦面同士が当接した状態で接着剤などにより固定されることで、複数の磁石３１ａの積層体が一体化されている。この場合、周方向において、軸方向に隣り合う分割磁石間の熱応力が大きくなりやすい。この点、磁化容易軸の向きの線膨張係数αｐは正とされ、磁化容易軸に垂直な向きの線膨張係数αｖは負とされる本実施形態の構成を適用するメリットが大きい。

【0082】

・第１実施形態において、磁石３１として、磁化容易軸の向きの線膨張係数αｐは正であり、磁化容易軸に垂直な向きの線膨張係数αｖは負であるものが用いられたが、これに限らない。例えば、磁石３１として、磁化容易軸の向きの線膨張係数αｐ及び磁化容易軸に垂直な向きの線膨張係数αｖがともに正であり、磁化容易軸に垂直な向きの線膨張係数αｖの絶対値と、磁化容易軸の向きにおける線膨張係数αｐの絶対値とが異なるものを用いてもよい。このような磁石としては、例えばサマリウムコバルト磁石又はフェライト磁石が挙げられる。この場合でも、磁石３１の周方向における寸法の変化を抑制することはできる。

【0083】

・ｑ軸側突出部３３の寸法及びｄ軸側突出部３４の寸法は、径方向において、磁石３１の寸法と同じとされたが、これに限らない。ｑ軸側突出部３３の寸法及びｄ軸側突出部３４の寸法は、径方向において、磁石３１の寸法よりも小さくてよい。

【0084】

・第１実施形態において、磁石として、例えば、図１２に示すようにｄ軸に割面を有している磁石３５、又は図１３に示すようにｑ軸に加えｄ軸にも割面を有している磁石３６が用いられてもよい。図１３に示す磁石３６は、周方向に並ぶ２つの磁石３６ａ，３６ｂで１磁極を構成している。

【0085】

・図１２に示すように磁石３５がｄ軸に割面を有している場合、磁石３５のｄ軸部は、例えば、磁石３５のｄ軸の割面から周方向においてｑ軸に向かうまでの一部分であって、ｄ軸の割面から周方向において上記規定長さＬａまでの部分である。

【0086】

Ｆｄは、例えば、磁石３５のｄ軸部において径方向中央位置の周方向長さの変化量、又はｑ軸部において、径方向の複数位置それぞれにおける周方向長さの変化量の平均値である。

【0087】

・図１２に示すように磁石３５がｄ軸に割面を有している場合、磁石３５のｑ軸部は、例えば、磁石３５においてｑ軸を跨ぐ一部分であって、ｑ軸から周方向において一方の割面に向かってＬａ／２までの部分と、ｑ軸から周方向において他方の割面に向かってＬａ／２までの部分とからなる。

【0088】

Ｆｑは、例えば、磁石３５のｑ軸部において径方向中央位置の周方向長さの変化量、又はｑ軸部において、径方向の複数位置それぞれにおける周方向長さの変化量の平均値である。

【0089】

・図１３に示す磁石３６ａを例にして説明すると、磁石３６ａのｑ軸部は、例えば、磁石３６ａのｑ軸の割面から周方向においてｄ軸に向かうまでの一部分であって、ｑ軸の割面から周方向において上記Ｌａ／２までの部分である。

【0090】

Ｆｑは、例えば、磁石３６ａのｑ軸部において径方向中央位置の周方向長さの変化量、又はｑ軸部において、径方向の複数位置それぞれにおける周方向長さの変化量の平均値である。

【0091】

・図１３に示す磁石３６ａを例にして説明すると、磁石３６ａのｄ軸部は、例えば、磁石３６ａのｄ軸の割面から周方向においてｑ軸に向かうまでの一部分であって、ｄ軸の割面から周方向において上記Ｌａ／２までの部分である。

【0092】

Ｆｄは、例えば、磁石３６ａのｄ軸部において径方向中央位置の周方向長さの変化量、又はｄ軸部において、径方向の複数位置それぞれにおける周方向長さの変化量の平均値である。

【0093】

また、磁石における周方向の分割位置は、図１２，１３に示した位置に限らず、任意の位置とすることができる。磁石における周方向の分割数は、磁石を製造可能な範囲で増やすことができる。また、磁石としては、周方向に分割されたものに限らず、円環状の磁石が用いられてもよい。

【0094】

・回転電機としては、スロットレス構造のものに限らず、ティースを備えるものであってもよい。

【0095】

・界磁子及び電機子のうち、界磁子が回転子とされる回転電機に限らず、電機子が回転子とされる回転電機であってもよい。

【0096】

・この明細書における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

【0097】

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

【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】