特許 7468712 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】2024-04-08

(45)【発行日】2024-04-16

(54)【発明の名称】界磁子

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/2786 20220101AFI20240409BHJP

   H02K 15/03 20060101ALI20240409BHJP

【ＦＩ】

H02K1/2786

H02K15/03 G

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022579484

(86)(22)【出願日】2022-01-26

(86)【国際出願番号】 JP2022002907

(87)【国際公開番号】W WO2022168708

(87)【国際公開日】2022-08-11

【審査請求日】2023-02-09

(31)【優先権主張番号】P 2021015605

(32)【優先日】2021-02-03

(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】土井 智史

(72)【発明者】

【氏名】高橋 裕樹

(72)【発明者】

【氏名】小山内 健太

【審査官】佐藤 彰洋

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１２２２３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１８７１１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１０３３２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０１８１３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０７２５３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １／２７８６

Ｈ０２Ｋ １５／０３

(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、前記電機子の径方向外側に配置される界磁子（２０）において、
周方向に極性が交互となる複数の磁極を形成する磁石（３１，３１ａ～３１ｄ）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、径方向における中心位置（Ｏ）から径方向に延びる各径方向軸線（Ｌθ）上の磁化容易軸の向き（φｒ）が、前記磁石の内周面から外周面までにわたって同じ向きであり、
前記中心位置及びｄ軸を通る基準軸線（ＬＳ）と前記径方向軸線（Ｌθ）とのなす角度をθｒとし、前記磁石（３１）の磁極数をＰとし、ｄ軸と前記磁石における磁化容易軸とのなす角度をφｒとし、公差をΔφとする場合、

【数1】

を満たすように前記磁石の配向がなされており、
前記公差Δφは－１５°～＋１５°の値である、界磁子。

【請求項2】

前記公差Δφは－１０°～＋１０°の値である、請求項１に記載の界磁子。

【請求項3】

前記公差Δφは－５°～＋５°の値である、請求項２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、前記電機子の径方向外側に配置される界磁子（２０）において、
周方向に極性が交互となる複数の磁極を形成する磁石（７０ａ～７０ｅ）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軸の向きに近づくように前記磁石の配向がなされており、
１磁極分の前記磁石は、周方向に分割された複数の分割磁石（７０ａ～７０ｅ）により構成されており、
前記磁石において、径方向における中心位置（Ｏ）から径方向に延びるとともに前記分割磁石の周方向の重心位置を通る各径方向軸線（Ｌθａ，Ｌθｂ）上の磁化容易軸の向き（φｒａ，φｒｂ）が、前記磁石の内周面から外周面までにわたって同じ向きであり、
前記中心位置及びｄ軸を通る基準軸線と、前記径方向軸線とのなす角度をθｇとし、前記磁石の磁極数をＰとし、ｄ軸と前記分割磁石における磁化容易軸とのなす角度をφｒとする場合、

【数2】

を満たすように前記各分割磁石のパラレル配向がなされている、界磁子。

【請求項5】

前記磁石の外周面において、ｄ軸側の部分には、径方向に凹む凹部（３３，３４）が形成されている、請求項１～４のうちいずれか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２月３日に出願された日本出願番号２０２１－０１５６０５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】

従来、特許文献１に見られるように、インナロータ型の回転電機を構成する回転子において、磁化容易軸の向きが所定の数式で規定される向きになるように磁石の配向がなされている。これにより、磁石の磁束密度分布を正弦波に近づけている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－９９０７１号公報

【発明の概要】

【0005】

特許文献１に記載の回転電機では、磁極が形成されている回転子としての界磁子が、電機子の径方向内側に配置されている。一方、回転電機としては、界磁子が電機子の径方向外側に配置されているものもある。この回転電機においても、磁石の磁束密度分布を正弦波に近づけることが望まれる。

【0006】

本開示は、電機子の径方向外側に配置される界磁子において、磁石の磁束密度分布を正弦波に近づけることができる界磁子を提供することを主たる目的とする。

【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、前記電機子の径方向外側に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形成する磁石を備え、
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、径方向における中心位置から径方向に延びる各径方向軸線上の磁化容易軸の向きが、前記磁石の内周面から外周面までにわたって同じ向きである。

【0008】

手段１では、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軸の向きに近づくように磁石の配向がなされている。このため、磁石の磁束密度分布を正弦波に近づけることができる。これにより、ｑ軸からｄ軸にかけての表面磁束密度がなだらかに変化するようになり、磁石磁束が電機子巻線に鎖交する場合に発生する渦電流損と、回転電機のトルクリプルとを低減することができる。また、ｄ軸付近の磁束量を、例えばハルバッハ配列のような磁束集中配列の場合の磁束量よりも大きくできるため、回転電機のトルクの向上を図ることができる。

【0009】

さらに、手段１では、磁石において、径方向における中心位置から径方向に延びる各径方向軸線上の磁化容易軸の向きが、磁石の内周面から外周面までにわたって同じ向きにされている。このため、磁石の磁束密度分布をより正弦波に近づけることができる。

【0010】

手段２は、手段１において、前記中心位置及びｄ軸を通る基準軸線と前記径方向軸線とのなす角度をθｒとし、前記磁石の磁極数をＰとし、ｄ軸と前記磁石における磁化容易軸とのなす角度をφｒとし、公差をΔφとする場合、

【0011】

【数1】

を満たすように前記磁石の配向がなされており、
前記公差Δφは－１５°～＋１５°の値である。

【0012】

界磁子の軸方向と平行な面で磁石を複数の要素に分割し、各要素を磁界発生源とする。各要素について、界磁子と電機子との間のギャップにおける磁束密度分布の１次成分の振幅を最大化できる磁化容易軸の向きを計算すると、下式で表される向きになる。

【0013】

【数2】

上式を満たす配向がなされることにより、磁石の磁束密度分布を正弦波に近づけつつ、トルク向上効果を高めることができる。

【0014】

上式を満たす配向がなされることが理想的ではあるものの、ｄ軸と磁石における磁化容易軸とのなす角度φｒに公差Δφが生じ得る。ここで、磁石の磁束密度分布の１次成分の振幅Ｂ１に対する、１電気角周期における磁石の径方向外周面からの漏れ磁束の最大値Ｆφの比率をＲφとする。「－１５°≦Δφ≦～＋１５°」とされる場合、Ｒφを０．１未満にできるとの知見を本願開示者は得た。そこで、手段２では、「－１５°≦Δφ≦～＋１５°」とされている。これにより、磁石の径方向外周面からの磁束漏れを好適に抑制することができる。

【0015】

手段３では、手段２において、前記公差Δφは－１０°～＋１０°の値である。

【0016】

磁束密度分布の１次成分に起因する高調波損失Ｗ１に対する、磁束密度分布の３次成分に起因する高調波損失Ｗ３の比率をＲｌоｓｓとする。「－１０°≦Δφ≦～＋１０°」とされる場合、Ｒｌоｓｓを０．１以下にできるとの知見を本願開示者は得た。そこで、手段３では、「－１０°≦Δφ≦～＋１０°」とされている。これにより、磁束密度分布の３次成分に起因する高調波損失を好適に抑制することができる。

【0017】

手段４では、手段３において、前記公差Δφは－５°～＋５°の値である。

【0018】

磁束密度分布の１次成分の振幅Ｂ１に対する、磁束密度分布の３次成分の振幅Ｂ３の比率をＲｂとする。「－５°≦Δφ≦～＋５°」とされる場合、Ｒｂを０．０５以下にできるとの知見を本願開示者は得た。そこで、手段４では、「－５°≦Δφ≦～＋５°」とされている。これにより、回転電機のトルクリプルを好適に低減でき、ひいては回転電機の磁気騒音を好適に低減することができる。

【0019】

手段５は、手段１において、１磁極分の前記磁石は、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、
前記中心位置及びｄ軸を通る基準軸線と、前記分割磁石の周方向の重心位置を通る前記径方向軸線とのなす角度をθｇとし、前記磁石の磁極数をＰとし、ｄ軸と前記分割磁石における磁化容易軸とのなす角度をφｒとする場合、

【0020】

【数3】

を満たすように前記各分割磁石のパラレル配向がなされている。

【0021】

手段５では、各分割磁石の重心位置における磁化容易軸の向きが上式から導出され、導出された向きになるように各分割磁石のパラレル配向がなされている。このため、パラレル配向された分割磁石を貼り合せることにより磁石の磁束密度分布を正弦波に近づけることができる。その結果、磁石の製造に要するコストを削減することができる。

【0022】

手段６は、手段１～５のいずれか１つにおいて、前記磁石の外周面において、ｄ軸側の部分には、径方向に凹む凹部が形成されている。

【0023】

磁石の外周側のうちｄ軸側の部分の磁石磁路は短い。このため、電機子側からの磁界に起因して、磁石の外周側のうちｄ軸側の部分の不可逆減磁が促され、磁石の保磁力が低下し得る。ここで、手段６によれば、不可逆減磁が発生しやすい部分が凹部とされている。このため、電機子側からの磁界に起因した不可逆減磁の発生を抑制し、高温環境下における磁石の保磁力の低下を抑制することができる。

【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横断面図であり、

【図2】図２は、回転子の縦断面図であり、

【図3】図３は、磁石ユニットの断面構造を示す部分横断面図であり、

【図4】図４は、磁石の磁化容易軸の向きを示す図であり、

【図5】図５は、磁石配向に関する計算手法の概要を示す図であり、

【図6】図６は、第１実施形態及び比較例の磁束分布を示す図であり、

【図7】図７は、磁化容易軸の向きの公差と磁束漏れとの関係を示す図であり、

【図8】図８は、磁化容易軸の向きの公差と高調波損失との関係を示す図であり、

【図9】図９は、磁化容易軸の向きの公差と磁束３次成分に関するパラメータとの関係を示す図であり、

【図10】図１０は、第２実施形態に係る磁石の構成を示す図であり、

【図11】図１１は、第３実施形態に係る磁石の構成を示す図であり、

【図12】図１２は、第３実施形態の変形例に係る磁石の構成を示す図であり、

【図13】図１３は、第４実施形態に係る磁石の構成を示す図であり、

【図14】図１４は、第４実施形態に係る磁石の磁束分布を示す図である。

【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】

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、磁石保持部材として機能し、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。

【0031】

磁石ユニット２２は、回転子２０の回転中心Ｏ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いる。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。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］以上である焼結ネオジム磁石により構成されている。

【0032】

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。

【0033】

本実施形態において、磁石３１は、１つで１磁極を構成し、ｑ軸に割面を有するものとなっている。周方向に隣り合う各磁石３１は、互いに当接又は近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。

【0034】

次に、固定子ユニット３０の構成を説明する。

【0035】

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、「電機子コア」としての固定子コア５２とを有している。固定子ホルダ６０は、例えばアルミニウムや鋳鉄等の金属、又は炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）により構成され、円筒形状をなしている。

【0036】

固定子５０は、軸方向において、回転子２０における磁石ユニット２２に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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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としてヘリカルコア構造を有するものを用いてもよい。ヘリカルコア構造の固定子コア５２では、帯状のコアシートが用いられ、このコアシートが環状に巻回形成されるとともに軸方向に積層されることで、全体として円筒状の固定子コア５２が構成されている。

【0040】

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。

【0041】

続いて、本実施形態の磁石３１の配向について説明する。

【0042】

図４に示すように、回転子２０の回転中心Ｏ（「界磁子の中心位置」に相当）及びｄ軸を通る軸線を基準軸線ＬＳとし、回転中心Ｏから径方向に延びる軸線を径方向軸線Ｌθとする。また、基準軸線ＬＳと径方向軸線Ｌθとのなす角度をθｒとし、磁石３１の磁極数をＰとし、ｄ軸と磁石３１における磁化容易軸とのなす角度をφｒとする。本実施形態では、下式（ｅｑ４）を満たすように各磁石３１の配向がなされている。本実施形態では、図４に示すように、ｄ軸に対して磁化容易軸が時計まわりの回転方向に傾斜する場合のφｒを正としている。

【0043】

【数4】

この場合、磁石３１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軸の向きに近づくように磁石３１の配向がなされている。その結果、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。このため、磁石３１の径方向の厚さ寸法よりも磁石磁路が長くなっている。これにより、磁石３１のパーミアンスが上昇し、同じ磁石量でありながら、磁石量の多い磁石と同等の能力を発揮させることが可能となっている。また、ｄ軸における磁化容易軸の向きはｄ軸が延びる向きと同じ向きとなり、ｑ軸における磁化容易軸の向きはｑ軸に直交する向きとなる。

【0044】

磁石ユニット２２では、各磁石３１により、隣接するＮ，Ｓ極間を円弧状に磁束が流れるため、例えばハルバッハ配列の磁石に比べて磁石磁路が長くなっている。このため、磁束密度分布が正弦波に近いものとなる。その結果、磁極の中心側に磁束を集中させることができ、回転電機１０のトルクを高めることが可能となっている。つまり、本実施形態の各磁石３１によれば、磁石ユニット２２においてｄ軸での磁石磁束が強化され、かつｑ軸付近での磁束変化が抑えられる。これにより、各磁極においてｑ軸からｄ軸にかけての表面磁束変化がなだらかになる磁石ユニット２２を好適に実現することができる。

【0045】

続いて、上式（ｅｑ４）の導出方法について説明する。

【0046】

回転電機のトルクＴｒは、下式（ｅｑ５）に示すように、磁石の磁束密度分布における各次数成分に依存する。下式（ｅｑ５）において、「Ｂｋ×ｓｉｎ（ｋ×θｅ）」は、磁束密度分布のｋ次成分を示し、θｅは電気角を示す。

【0047】

【数5】

上式（ｅｑ５）の右辺において、ｋ≠１の項は０となる。一方、ｋ＝１の場合、「π／２×Ｂ１」となる。つまり、トルクＴｒは、磁束密度分布の１次成分の振幅Ｂ１に依存する。本実施形態の回転電機はスロットレス構造である。このため、回転子２０と固定子５０との間のギャップにおける磁束は、磁石磁束の影響が大きい。

【0048】

トルクの向上を図るために、本願開示者は、ビオサバールの法則に基づいて、磁石の最適な配向について検討した。この法則は、空間中の特定位置における磁界が、空間中の各磁界発生源の足し合わせで算出できることを定める法則である。

【0049】

図５（ａ）に示すように、磁石ユニット２２を構成する各磁石３１を軸方向と平行な面で複数の要素ＭＵに分割する。なお、図５（ａ）には、１つの磁石３１を１／２にした部分を示す。

【0050】

続いて、図５（ｂ）に示すように、複数の要素ＭＵそれぞれを磁界発生源として、複数の要素ＭＵそれぞれについて、回転子の１周分（つまり、機械角３６０°分）のギャップにおける磁束密度分布の１次成分の振幅Ｂ１が最大となる磁化容易軸の向きを計算する。図５（ｃ）に示すように、Ｂ１が最大となる磁化容易軸の向きを全ての要素ＭＵについて計算する。その結果、ある磁極数Ｐに対して、φｒ∝θｒとなる磁化容易軸の向きが導出される。ここで、φｒ∝θｒとなる関係は、磁極数Ｐを変更しても成立することが計算結果により確認された。以上から、トルクの向上を図ることができる磁化容易軸の向きが上式（ｅｑ４）により定められる。

【0051】

上式（ｅｑ４）で表される配向がなされることにより、図６（ｂ）に示す１電気角周期における磁束密度分布の１次成分の振幅Ｂ１を、図６（ａ）に示す比較例の振幅Ｂ１よりも大きくできる。その結果、回転電機１０のトルクの向上を図ることができる。ここで、比較例に示す磁石は、図６（ａ）に示すように、配向中心を中心として複数の磁化容易軸が同心円状に形成される磁石のことである。

【0052】

また、本実施形態の配向がなされることにより、磁束密度分布を正弦波に近づけることができる。その結果、回転電機１０のトルクリプル及び固定子巻線５１における渦電流損を低減することができる。

【0053】

さらに、本実施形態の配向がなされることにより、磁石３１の外周面からの磁束漏れが理想的には０又は０に近い値となる。このため、円筒部２３が非磁性材料で構成されている場合であっても、回転電機１０から外部への磁束漏れを好適に低減することができる。

【0054】

ところで、上式（ｅｑ４）で表される配向がなされることが理想的ではあるものの、ｄ軸と磁石３１における磁化容易軸とのなす角度φｒに公差Δφが生じ得る。つまり、各径方向軸線Ｌθ上における磁化容易軸の向きが公差Δφだけオフセットし得る。この公差Δφは、例えば、磁石の磁界中成形等、磁石３１の製造工程で発生し得る。

【0055】

ここで、磁束密度分布の１次成分の振幅Ｂ１に対する、１電気角周期における磁石３１の径方向外周面からの漏れ磁束の最大値Ｆφの比率をＲφ（＝Ｆφ／Ｂ１）とする。図７に示すように、公差Δφを０に近づけるほど、Ｒφが０に近くなり、磁束漏れが小さくなる。本願開示者は、「－１５°≦Δφ≦～＋１５°」とされる場合、Ｒφを０．１（１０％）未満にできるとの知見を得た。そこで、「－１５°≦Δφ≦～＋１５°」とすることを条件として、下式（ｅｑ６）を満たすように磁石３１の配向がなされていてもよい。これにより、各磁石３１の径方向外周面からの磁束漏れを好適に抑制することができる。

【0056】

【数6】

磁束密度分布の１次成分に起因する高調波損失Ｗ１（具体的には例えば、渦電流損）に対する、磁束密度分布の３次成分に起因する高調波損失Ｗ３の比率をＲｌоｓｓ（＝Ｗ３／Ｗ１）とする。高調波損失は、「磁束密度×次数ｋ」の２乗に比例する。図８に示すように、公差Δφを０に近づけるほど、Ｒｌоｓｓが０に近くなり、高調波損失が小さくなる。本願開示者は、「－１０°≦Δφ≦～＋１０°」とされる場合、Ｒｌоｓｓを０．１（１０％）以下にできるとの知見を得た。そこで、「－１０°≦Δφ≦～＋１０°」とすることを条件として、上式（ｅｑ６）を満たすように磁石３１の配向がなされていてもよい。これにより、３次成分に起因する高調波損失を好適に抑制することができる。その結果、例えば、固定子コア５２を構成する電磁鋼板として、損失を示すグレードのランクを下げたものを用いることができる。

【0057】

磁束密度分布の１次成分の振幅Ｂ１に対する、磁束密度分布の３次成分の振幅Ｂ３の比率をＲｂ（＝Ｂ３／Ｂ１）とする。図９に示すように、公差Δφを０に近づけるほど、Ｒｂが０に近くなり、回転電機のトルクリプルが小さくなる。本願開示者は、「－５°≦Δφ≦～＋５°」とされる場合、Ｒｂを０．０５（５％）以下にできるとの知見を得た。そこで、「－５°≦Δφ≦～＋５°」とすることを条件として、下式（ｅｑ６）を満たすように磁石３１の配向がなされていてもよい。これにより、トルクリプルを低減でき、ひいては回転電機１０の磁気騒音を低減することができる。

【0058】

＜第１実施形態の変形例＞
・各磁石３１の周方向の中心が、ｄ軸ではなくｑ軸になる構成であってもよい。

【0059】

・磁石ユニットとしては、磁極数と同数の磁石が用いられる構成に代えて、例えば、複数磁極ずつまとめて成形された磁石が用いられる構成、又は円環状に繋がった１つの円環磁石が用いられる構成であってもよい。この場合、生産性を向上させることができ、磁石ユニットのコストを削減できる。

【0060】

＜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１０に示すように、各磁石３１の径方向外側の外周面には、ｄ軸を含む所定範囲で凹部３３が形成されている。磁石３１の外周側においてｄ軸付近で磁石磁路が短くなる。そこで、磁石３１において磁石磁路が短い場所で十分な磁石磁束を生じさせることが困難になることを考慮して、その磁石磁束の小さい場所で磁石が削除されている。本実施形態では、磁石が直線的に削りとられるＣ面取りが施されている。

【0061】

以上説明した本実施形態によれば、磁石３１の保磁力が所定値以下になる磁石温度を高めることができ、ひいては磁石３１の耐熱性を高めることができる。また、磁石が直線的に削りとられるため、成形後の磁石に切削加工を施すことにより、凹部３３を簡易に形成することができる。

【0062】

＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態について、第２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１１に示すように、磁石３１は、周方向に隣り合う２つを１組として１磁極を構成するものとなっている。つまり、磁石ユニット２２において周方向に並ぶ第１分割磁石３１ａ及び第２分割磁石３１ｂは、ｄ軸及びｑ軸にそれぞれ割面を有するものとなっている。第１分割磁石３１ａ及び第２分割磁石３１ｂそれぞれのｄ軸付近にＣ面取りが施されることにより、凹部３３が形成されている。

【0063】

分割磁石が用いられる本実施形態によれば、各分割磁石３１ａ，３１ｂの１つの角部をＣ面取りすることにより、凹部３３を簡易に形成することができる。また、磁石ユニット２２を構成する磁石が複数（２つ）の分割磁石で構成されているため、回転子キャリア２１に対する磁石の組付けを容易にしたり、回転子２０が回転する場合において各分割磁石３１ａ，３１ｂのｄ軸付近の応力集中を抑制して磁石の破損を抑制したりできる。

【0064】

＜第３実施形態の変形例＞
図１２に示すように、各分割磁石３１ｃ，３１ｄの面取りは、円弧形状のＲ面取りであってもよい。これにより、磁石を金型で成形する場合においてニアネットシェイプを容易に実現することができる。また、各分割磁石３１ｃ，３１ｄのｄ軸付近に角部が形成されないため、磁石磁路が短い部分を削減できる。

【0065】

＜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。本実施形態では、図１３に示すように、各磁石３１は、複数（図中５つを例示）で１磁極を構成している。本実施形態では、各磁石３１を構成する５つの分割磁石を第１～第５分割磁石７０ａ～７０ｅと称すこととする。

【0066】

基準軸線ＬＳと、各分割磁石７０ａ～７０ｅの周方向の重心位置を通る径方向軸線Ｌθとのなす角度をθｇとし、ｄ軸と各分割磁石７０ａ～７０ｅにおける磁化容易軸とのなす角度をφｒとする場合、下式（ｅｑ７）を満たすように各分割磁石７０ａ～７０ｅのパラレル配向がなされている。

【0067】

【数7】

図１３に、第１分割磁石７０ａの周方向の重心位置を通る径方向軸線をＬθａにて示し、基準軸線ＬＳとＬθａとのなす角度をθｇａにて示し、ｄ軸と第１分割磁石７０ａにおける磁化容易軸とのなす角度をφｒａにて示す。また、第２分割磁石７０ｂの周方向の重心位置を通る径方向軸線をＬθｂにて示し、基準軸線ＬＳとＬθｂとのなす角度をθｇｂにて示し、ｄ軸と第２分割磁石７０ｂにおける磁化容易軸とのなす角度をφｒｂにて示す。ちなみに、第３分割磁石７０ｃの磁化容易軸の向きはｄ軸が延びる向きと同じ向きであり、第４分割磁石７０ｄの磁化容易軸の向きは「－φｒｂ」であり、第５分割磁石７０ｅの磁化容易軸の向きは「－φｒａ」である。図１４に、１磁極範囲における本実施形態及び第１実施形態それぞれの磁化容易軸の向きφｒを示す。

【0068】

本実施形態によれば、パラレル配向された分割磁石を貼り合せることにより磁石の磁束密度分布を正弦波に近づけることができる。このため、磁石の製造に要するコストを削減することができる。

【0069】

＜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。

【0070】

・１磁極を構成する磁石は、周方向に分割されているものに限らず、径方向又は軸方向に分割されているものであってもよい。

【0071】

・周方向に隣り合う磁石３１の間に隙間が形成されていたり、周方向に隣り合う磁石３１の間に磁性材料（例えば、軟磁性材料）が介在したりしてもよい。

【0072】

・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。

【0073】

・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。

【0074】

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】

【図14】