JP2023127195A - 回転電機のロータ - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石に加わる応力を低減できる回転電機のロータを提供する。【解決手段】回転電機のロータは、筒状のロータコアと、ロータコアの外周面に設けられるとともにロータコアの周方向に並ぶ複数の永久磁石３３によって構成された筒状の磁石ユニット３２とを備える。各永久磁石３３は、永久磁石３３をロータコアの径方向に貫通する第１スリット３４ａ又は第２スリット３４ｂを有する。各永久磁石３３は、スリット３４ａ，３４ｂを区画する区画する面であって、ロータコアの周方向に対向する一対の対向面３４１，３４２を有している。第１スリット３４ａは、永久磁石３３の第１端面３３ｃで開口している。第２スリット３４ｂは、永久磁石３３の第２端面３３ｄで開口している。磁石ユニット３２は、スリット３４ａ，３４ｂによりロータコアの周方向に途切れる部分を、ロータコアの軸方向及び径方向における磁石ユニット３２の全体に有する。【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機のロータに関する。

回転電機は、ロータと、ステータとを備える。特許文献１のロータは、筒状のロータコアと、ロータコアの外周面に設けられるとともにロータコアの周方向に並ぶ複数の永久磁石とを備えている。

特開２０１４－６８４６０号公報

各永久磁石が温度変化によってロータコアの周方向に膨張すると、ロータコアの周方向に隣り合う永久磁石同士が押圧し合うことで、各永久磁石には応力が加わる。この場合、回転電機の運転に制約が生じるおそれがある。

上記問題点を解決するための回転電機のロータは、筒状のロータコアと、前記ロータコアの外周面に設けられるとともに前記ロータコアの周方向に並ぶ複数の永久磁石によって構成された筒状の磁石ユニットとを備え、前記複数の永久磁石のうち、少なくとも一部の前記永久磁石は、前記永久磁石を前記ロータコアの径方向に貫通するスリット、又は前記ロータコアの径方向における前記永久磁石の端面よりも凹む凹部を有し、前記永久磁石は、前記スリット又は前記凹部を区画する面であって、前記ロータコアの周方向に対向する一対の対向面を有し、前記スリット及び前記凹部は、前記ロータコアの軸方向における前記永久磁石の端面で開口しており、前記磁石ユニットは、前記スリット又は前記凹部により前記ロータコアの周方向に途切れる部分を、前記ロータコアの軸方向及び径方向における前記磁石ユニットの全体に有することを要旨とする。

磁石ユニットは、スリット又は凹部によりロータコアの周方向に途切れる部分を有している。このため、各永久磁石が膨張した際、永久磁石におけるスリット又は凹部の両側に位置する部分が互いに近付くように変形することで、各永久磁石に加わる応力を低減できる。また、スリット及び凹部は、ロータコアの軸方向における永久磁石の端面で開口している。このため、スリット及び凹部がロータコアの軸方向における永久磁石の両端面で開口していない場合と比較して、永久磁石におけるスリット又は凹部の両側に位置する部分が変形しやすくなる。よって、永久磁石に加わる応力をより低減できる。

上記回転電機のロータにおいて、前記磁石ユニットは、前記ロータコアの軸方向における前記永久磁石の一端面である第１端面で開口する前記スリットとしての第１スリットを有する前記永久磁石と、前記ロータコアの軸方向における前記永久磁石の他端面である第２端面で開口する前記スリットとしての第２スリットを有する前記永久磁石とを有し、前記ロータコアの軸方向における前記第１スリットの一部と、前記ロータコアの軸方向における前記第２スリットの一部とは、前記ロータコアの周方向に並んでいてもよい。

永久磁石におけるスリットの両側に位置する部分は、永久磁石における凹部の両側に位置する部分よりも変形しやすい。よって、永久磁石に加わる応力をより低減できる。
上記回転電機のロータにおいて、前記第１スリットと前記第２スリットとは、前記ロータコアの周方向において交互に設けられていてもよい。

第１スリットと第２スリットとが交互に設けられていない場合、永久磁石に加わる応力が第１端面側で低減されやすい部分と第２端面側で低減されやすい部分とが、ロータコアの周方向において偏ってしまう。これに対し、第１スリットと第２スリットとが交互に設けられることで、永久磁石に加わる応力が第１端面側で低減されやすい部分と第２端面側で低減されやすい部分とが、ロータコアの周方向において偏ることが抑制される。よって、永久磁石に加わる応力をロータコアの周方向においてバランス良く低減できる。

上記回転電機のロータにおいて、前記磁石ユニットは、前記ロータコアの径方向における前記永久磁石の一端面である第１主面よりも凹むとともに、前記ロータコアの軸方向における前記永久磁石の一端面である第１端面で開口する前記凹部としての第１凹部を有する前記永久磁石と、前記ロータコアの径方向における前記永久磁石の他端面である第２主面よりも凹むとともに、前記ロータコアの軸方向における前記永久磁石の他端面である第２端面で開口する前記凹部としての第２凹部を有する前記永久磁石とを有し、前記ロータコアの径方向における前記第１凹部の一部と、前記ロータコアの径方向における前記第２凹部の一部とは、前記ロータコアの周方向に並んでおり、前記ロータコアの軸方向における前記第１凹部の一部と、前記ロータコアの軸方向における前記第２凹部の一部とは、前記ロータコアの周方向に並んでいてもよい。

永久磁石がスリットを有する場合、永久磁石の膨張により、永久磁石におけるスリットの両側に位置する部分が変形する。このとき、ロータコアの軸方向におけるスリットの端部であって、永久磁石の第１端面又は第２端面で開口する端部とは反対に位置する端部において、永久磁石に応力が集中しやすい。これに対し、永久磁石が凹部を有する場合、永久磁石における凹部の両側に位置する部分は、ロータコアの径方向において凹部が形成されていない部分と繋がっている。このため、永久磁石の膨張により、永久磁石における凹部の両側に位置する部分が変形しても、ロータコアの軸方向における凹部の端部であって、永久磁石の第１端面又は第２端面で開口する端部とは反対に位置する端部において、永久磁石に応力が集中しにくい。

また、永久磁石を削ることによってスリット又は凹部を形成する場合には、凹部の方がスリットよりもロータコアの径方向において削る量が少なくて済むため、形成しやすい。
上記回転電機のロータにおいて、前記第１凹部と前記第２凹部とは、前記ロータコアの周方向において交互に設けられていてもよい。

第１凹部と第２凹部とが交互に設けられていない場合、永久磁石に加わる応力が第１端面側で低減されやすい部分と第２端面側で低減されやすい部分とが、ロータコアの周方向において偏ってしまう。これに対し、第１凹部と第２凹部とが交互に設けられることで、永久磁石に加わる応力が第１端面側で低減されやすい部分と第２端面側で低減されやすい部分とが、ロータコアの周方向において偏ることが抑制される。よって、永久磁石に加わる応力をロータコアの周方向においてバランス良く低減できる。

また、第１凹部と第２凹部とが交互に設けられていない場合、永久磁石に加わる応力が第１主面側で低減されやすい部分と第２主面側で低減されやすい部分とが、ロータコアの周方向において偏ってしまう。これに対し、第１凹部と第２凹部とが交互に設けられることで、永久磁石に加わる応力が第１主面側で低減されやすい部分と第２主面側で低減されやすい部分とが、ロータコアの周方向において偏ることが抑制される。よって、永久磁石に加わる応力をロータコアの周方向においてバランス良く低減できる。

上記回転電機のロータにおいて、前記磁石ユニットを構成する全ての前記永久磁石が、前記スリット又は前記凹部を有していてもよい。
全ての永久磁石においてスリット又は凹部の両側に位置する部分が変形可能なため、磁石ユニットを構成する永久磁石の一部がスリット又は凹部を有する場合と比較して、永久磁石に加わる応力をさらに低減できる。

本発明によれば、永久磁石に加わる応力を低減できる。

第１実施形態における回転電機の側断面図である。 第１実施形態におけるロータの断面図である。 第１実施形態における磁石ユニットの展開図である。 第２実施形態における磁石ユニットの展開図である。 図４における５－５線断面図である。 別例における磁石ユニットの展開図である。

［第１実施形態］
以下、回転電機のロータを具体化した第１実施形態を図１～図３にしたがって説明する。

図１に示すように、回転電機１０は、ハウジング１１と、回転軸１２と、ロータ１３と、ステータ１４とを備えている。
＜＜ハウジング＞＞
ハウジング１１は、回転軸１２と、ロータ１３と、ステータ１４とを収容している。ハウジング１１は、第１ハウジング構成体２１と、第２ハウジング構成体２２とを有している。

第１ハウジング構成体２１は、有底円筒状である。第１ハウジング構成体２１は、円板状の底壁２３と、底壁２３の周縁部から底壁２３の板厚方向に延びる円筒状の周壁２４とを有している。第１ハウジング構成体２１は、第１ボス２５を有している。第１ボス２５は、底壁２３の内面から突出した部分である。第１ボス２５は、第１軸受収容部２５ａを有している。第１軸受収容部２５ａは、第１ボス２５の先端面よりも凹んだ部分である。第１軸受収容部２５ａは、第１軸受１５を収容している。

第２ハウジング構成体２２は、円板状である。第２ハウジング構成体２２は、第１ハウジング構成体２１の開口を閉塞している。第２ハウジング構成体２２は、第２ボス２６を有している。第２ボス２６は、第２ハウジング構成体２２の内面から突出した部分である。第２ボス２６は、第２軸受収容部２６ａを有している。第２軸受収容部２６ａは、第２ボス２６の先端面よりも凹んだ部分である。第２軸受収容部２６ａは、第２軸受１６を収容している。

＜＜回転軸＞＞
回転軸１２の軸方向は、周壁２４の軸方向と一致している。回転軸１２は、第１端部及び第２端部を有している。第１端部は、回転軸１２の軸方向の一端部であるとともに、第２端部は、回転軸１２の軸方向の他端部である。回転軸１２の第１端部は、第１軸受収容部２５ａに挿入されている。回転軸１２の第１端部は、第１軸受１５を介して第１ボス２５に回転可能に支持されている。回転軸１２の第２端部は、第２軸受収容部２６ａに挿入されている。回転軸１２の第２端部は、第２軸受１６を介して第２ボス２６に回転可能に支持されている。

＜＜ロータ＞＞
図２に示すように、ロータ１３は、円筒状のロータコア３１と、円筒状の磁石ユニット３２とを有している。ロータ１３は、ロータコア３１の外周面３１ａに磁石ユニット３２が配置されたＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）型のロータである。ロータ１３は、後述するコイル４２に電流が流れることにより回転する。

＜ロータコア＞
図１に示すように、ロータコア３１の内側には、回転軸１２が挿通されている。本実施形態では、回転軸１２は、ロータコア３１の内側に圧入されることによってロータ１３に固定されている。回転軸１２は、ロータ１３と一体的に回転する。ロータコア３１の軸方向は、回転軸１２の軸方向と一致している。

＜磁石ユニット＞
図２に示すように、磁石ユニット３２は、ロータコア３１の周方向に並ぶ複数の永久磁石３３から構成されている。本実施形態の磁石ユニット３２は、１４個の永久磁石３３から構成されている。永久磁石３３は、温度変化によって膨張する。本実施形態の永久磁石３３は、ネオジウム磁石である。したがって、永久磁石３３の温度が低下すると、永久磁石３３は膨張する。

各永久磁石３３は、ロータコア３１の径方向に着磁されている。ロータコア３１の径方向外側に向かって磁化された永久磁石３３を第１永久磁石３３１とする。ロータコア３１の径方向内側に向かって磁化された永久磁石３３を第２永久磁石３３２とする。第１永久磁石３３１と第２永久磁石３３２とは、ロータコア３１の周方向において交互に配置されている。

図３は、筒状の磁石ユニット３２を帯状に展開した図である。図３における紙面左右方向は、ロータコア３１の周方向と一致している。
図２及び図３に示すように、各永久磁石３３は、長方形状の板である。各永久磁石３３は、第１主面３３ａと第２主面３３ｂとを有している。第１主面３３ａは、ロータコア３１の径方向における永久磁石３３の一端面であるとともに、第２主面３３ｂは、ロータコア３１の径方向における永久磁石３３の他端面である。第１主面３３ａは、ロータコア３１の外周面３１ａと対向している。第１主面３３ａは、ロータコア３１の径方向において第２主面３３ｂよりも内側に位置している。本実施形態では、第１主面３３ａは、ロータコア３１の外周面３１ａに沿うように湾曲する凹状の湾曲面である。第２主面３３ｂは、凸状の湾曲面である。

各永久磁石３３は、第１端面３３ｃと、第２端面３３ｄと、第３端面３３ｅと、第４端面３３ｆとを有している。第１端面３３ｃは、ロータコア３１の軸方向における永久磁石３３の一端面であるとともに、第２端面３３ｄは、ロータコア３１の軸方向における永久磁石３３の他端面である。第３端面３３ｅは、ロータコア３１の周方向における永久磁石３３の一端面であるとともに、第４端面３３ｆは、ロータコア３１の周方向における永久磁石３３の他端面である。

永久磁石３３の第３端面３３ｅは、当該永久磁石３３の両側に位置する永久磁石３３のうちの一方の永久磁石３３の第４端面３３ｆと当接している。また、永久磁石３３の第４端面３３ｆは、当該永久磁石３３の両側に位置する永久磁石３３のうちの他方の永久磁石３３の第３端面３３ｅと当接している。

第１永久磁石３３１は、第１永久磁石３３１をロータコア３１の径方向に貫通するスリットとしての第１スリット３４ａを有している。第１永久磁石３３１は、第１スリット３４ａを区画する面であって、ロータコア３１の周方向に対向する一対の対向面としての第１対向面３４１を有している。本実施形態では、磁石ユニット３２を構成する全ての第１永久磁石３３１が第１スリット３４ａを有している。本実施形態では、第１スリット３４ａは、ロータコア３１の周方向における第１永久磁石３３１の中央に設けられている。第１スリット３４ａは、第１永久磁石３３１の第１端面３３ｃで開口している。

第２永久磁石３３２は、第２永久磁石３３２をロータコア３１の径方向に貫通するスリットとしての第２スリット３４ｂを有している。第２永久磁石３３２は、第２スリット３４ｂを区画する面であって、ロータコア３１の周方向に対向する一対の対向面としての第２対向面３４２を有している。本実施形態では、磁石ユニット３２を構成する全ての第２永久磁石３３２が第２スリット３４ｂを有している。本実施形態では、第２スリット３４ｂは、ロータコア３１の周方向における第２永久磁石３３２の中央に設けられている。第２スリット３４ｂは、第２永久磁石３３２の第２端面３３ｄで開口している。つまり、第２スリット３４ｂは、ロータコア３１の軸方向において第１スリット３４ａが開口する方向とは反対方向に開口している。

ロータコア３１の周方向における各スリット３４ａ，３４ｂの寸法は、ロータコア３１の周方向における永久磁石３３の膨張量よりも大きくなるように設定される。永久磁石３３の膨張量は、永久磁石３３の熱膨張係数と、ロータコア３１の周方向における永久磁石３３の第２主面３３ｂの寸法と、永久磁石３３の温度変化量とに基づいて算出される。

本実施形態では、永久磁石３３の熱膨張係数は、ネオジウム磁石の熱膨張係数である－２×１０^－６［／Ｋ］である。ロータコア３１の周方向における第２主面３３ｂの寸法は約４５ｍｍである。永久磁石３３の温度変化量は、室温の２５℃と、想定される最低温度の－４０℃とから６５℃に設定される。この場合、ロータコア３１の周方向における永久磁石３３の膨張量は約０．０４ｍｍと算出される。これを踏まえ、本実施形態のロータコア３１の周方向における各スリット３４ａ，３４ｂの寸法は０．０４ｍｍに設定されている。なお、ロータコア３１の周方向における各スリット３４ａ，３４ｂの寸法は、算出した永久磁石３３の膨張量である０．０４ｍｍ以上であればよい。図２及び図３において、ロータコア３１の周方向におけるスリット３４ａ，３４ｂの寸法は誇張して図示されている。

本実施形態では、ロータコア３１の軸方向における第１スリット３４ａの寸法と、ロータコア３１の軸方向における第２スリット３４ｂの寸法とは同じである。ロータコア３１の軸方向における第１スリット３４ａの寸法と第２スリット３４ｂの寸法とを足し合わせた寸法は、ロータコア３１の軸方向における永久磁石３３の寸法よりも長い。

ロータコア３１の軸方向における第１スリット３４ａの一部と、ロータコア３１の軸方向における第２スリット３４ｂの一部とは、ロータコア３１の周方向において並んでいる。したがって、磁石ユニット３２は、第１スリット３４ａ及び第２スリット３４ｂの少なくとも一方によりロータコア３１の周方向に途切れる部分を、ロータコア３１の軸方向における磁石ユニット３２の全体に有している。

また、第１スリット３４ａ及び第２スリット３４ｂは、永久磁石３３をロータコア３１の径方向に貫通している。したがって、磁石ユニット３２は、第１スリット３４ａ及び第２スリット３４ｂによりロータコア３１の周方向に途切れる部分を、ロータコア３１の径方向における磁石ユニット３２の全体に有している。

上述したように、第１永久磁石３３１と第２永久磁石３３２とは、ロータコア３１の周方向において交互に配置されている。したがって、第１スリット３４ａと第２スリット３４ｂとは、ロータコア３１の周方向において交互に設けられている。

＜＜ステータ＞＞
図１に示すように、ステータ１４は、ロータ１３を取り囲んでいる。言い換えると、ロータ１３は、ステータ１４の内側に設けられている。

ステータ１４は、円筒状のステータコア４１と、コイル４２とを有している。ステータコア４１は、周壁２４の内周面に固定されている。ステータコア４１の軸方向は、回転軸１２の軸方向と一致している。コイル４２は、ステータコア４１に巻回されている。

第１実施形態の作用及び効果について説明する。
（１－１）磁石ユニット３２は、スリット３４ａ，３４ｂによりロータコア３１の周方向に途切れる部分を有している。このため、各永久磁石３３がロータコア３１の周方向に膨張する際、永久磁石３３におけるスリット３４ａ，３４ｂの両側に位置する部分が互いに近付くように変形することで、各永久磁石３３に加わる応力を低減できる。また、第１スリット３４ａは、永久磁石３３の第１端面３３ｃで開口している。第２スリット３４ｂは、永久磁石３３の第２端面３３ｄで開口している。このため、各スリット３４ａ，３４ｂが永久磁石３３の第１端面３３ｃ及び第２端面３３ｄの両方で開口していない場合と比較して、永久磁石３３におけるスリット３４ａ，３４ｂの両側に位置する部分は変形しやすくなる。よって、永久磁石３３に加わる応力をより低減できる。その結果、回転電機１０の運転に制約が生じ難くなる。

（１－２）永久磁石３３におけるスリット３４ａ，３４ｂの両側に位置する部分は、第２実施形態において説明する永久磁石３３における凹部３５ａ，３５ｂの両側に位置する部分よりも変形しやすい。よって、永久磁石３３に加わる応力をより低減できる。

（１－３）第１スリット３４ａと第２スリット３４ｂとが交互に設けられていない場合、永久磁石３３に加わる応力が第１端面３３ｃ側で低減されやすい部分と第２端面３３ｄ側で低減されやすい部分とが、ロータコア３１の周方向において偏ってしまう。これに対し、第１スリット３４ａと第２スリット３４ｂとが交互に設けられることで、永久磁石３３に加わる応力が第１端面３３ｃ側で低減されやすい部分と第２端面３３ｄ側で低減されやすい部分とが、ロータコア３１の周方向において偏ることが抑制される。よって、永久磁石３３に加わる応力をロータコア３１の周方向においてバランス良く低減できる。

（１－４）磁石ユニット３２を構成する全ての永久磁石３３が、第１スリット３４ａ又は第２スリット３４ｂを有している。このため、永久磁石３３が膨張した際、全ての永久磁石３３においてスリット３４ａ，３４ｂの両側に位置する部分が変形可能である。よって、磁石ユニット３２を構成する複数の永久磁石３３のうち、一部の永久磁石３３がスリット３４ａ，３４ｂを有する場合と比較して、永久磁石３３に加わる応力をより低減できる。

（１－５）永久磁石３３は、ロータコア３１の周方向においてスリット３４ａ，３４ｂよりも一方側に位置する部分と、スリット３４ａ，３４ｂよりも他方側に位置する部分とを有している。よって、永久磁石３３がスリット３４ａ,３４ｂを有していない場合と比較して、永久磁石３３における渦損を低減できる。

（１－６）永久磁石３３に加わる応力を低減するために、例えば、ロータコア３１の周方向に隣り合う永久磁石３３の間に隙間を設けることが考えられる。この場合、ロータコア３１の周方向における永久磁石３３の膨張量に基づいて設定された、所望の大きさの隙間となるように、永久磁石３３を配置する必要がある。これに対し、本実施形態では、永久磁石３３に所望の寸法のスリット３４ａ,３４ｂを設けることで、永久磁石３３に加わる応力を低減している。したがって、ロータコア３１の周方向に隣り合う永久磁石３３の間に隙間を設けなくてもよいため、永久磁石３３の配置が容易である。

（１－７）永久磁石３３におけるスリット３４ａ，３４ｂの両側に位置する部分は、ロータコア３１の周方向においてスリット３４ａ，３４ｂから離れる方向だけでなく、スリット３４ａ，３４ｂに近づく方向にも膨張できる。よって、永久磁石３３がスリット３４ａ，３４ｂを有していない場合と比較して、永久磁石３３がロータコア３１の周方向に膨張する際に永久磁石３３が割れることを抑制できる。

［第２実施形態］
回転電機のロータを具体化した第２実施形態を図４及び図５にしたがって説明する。なお、磁石ユニット３２以外の構成については、第１実施形態と同じであるため、説明を省略する。

図４は、筒状の磁石ユニット３２を帯状に展開した図である。図４における紙面左右方向は、ロータコア３１の周方向と一致している。
図４及び図５に示すように、第１永久磁石３３１は、第１主面３３ａよりも凹む凹部としての第１凹部３５ａを有している。第１永久磁石３３１は、第１凹部３５ａを区画する面であって、ロータコア３１の周方向に対向する一対の対向面としての第１対向面３５１を有している。本実施形態では、磁石ユニット３２を構成する全ての第１永久磁石３３１が第１凹部３５ａを有している。本実施形態では、第１凹部３５ａは、ロータコア３１の周方向における第１永久磁石３３１の中央に設けられている。第１凹部３５ａは、第１永久磁石３３１の第１端面３３ｃで開口している。

第２永久磁石３３２は、第２主面３３ｂよりも凹む凹部としての第２凹部３５ｂを有している。第２永久磁石３３２は、第２凹部３５ｂを区画する面であって、ロータコア３１の周方向に対向する一対の対向面としての第２対向面３５２を有している。本実施形態では、磁石ユニット３２を構成する全ての第２永久磁石３３２が第２凹部３５ｂを有している。本実施形態では、第２凹部３５ｂは、ロータコア３１の周方向における第２永久磁石３３２の中央に設けられている。第２凹部３５ｂは、第２永久磁石３３２の第２端面３３ｄで開口している。つまり、第２凹部３５ｂは、ロータコア３１の軸方向において第１凹部３５ａが開口する方向とは反対方向に開口している。

ロータコア３１の周方向における各凹部３５ａ，３５ｂの寸法は、ロータコア３１の周方向における永久磁石３３の膨張量よりも大きくなるように設定される。永久磁石３３の膨張量は、永久磁石３３の熱膨張係数と、ロータコア３１の周方向における永久磁石３３の第２主面３３ｂの寸法と、永久磁石３３の温度変化量とに基づいて算出される。

本実施形態では、永久磁石３３の熱膨張係数は、ネオジウム磁石の熱膨張係数である－２×１０^－６［／Ｋ］である。ロータコア３１の周方向における第２主面３３ｂの寸法は約４５ｍｍである。永久磁石３３の温度変化量は、室温の２５℃と、想定される最低温度の－４０℃とから６５℃に設定される。この場合、ロータコア３１の周方向における永久磁石３３の膨張量は約０．０４ｍｍと算出される。これを踏まえ、本実施形態のロータコア３１の周方向における各凹部３５ａ，３５ｂの寸法は０．０４ｍｍに設定されている。なお、ロータコア３１の周方向における各凹部３５ａ，３５ｂの寸法は、算出した永久磁石３３の膨張量である０．０４ｍｍ以上であればよい。図４及び図５において、ロータコア３１の周方向における凹部３５ａ，３５ｂの寸法は誇張して図示されている。

図４に示すように、本実施形態では、ロータコア３１の軸方向における第１凹部３５ａの寸法と、ロータコア３１の軸方向における第２凹部３５ｂの寸法とは同じである。ロータコア３１の軸方向における第１凹部３５ａの寸法と第２凹部３５ｂの寸法とを足し合わせた寸法は、ロータコア３１の軸方向における永久磁石３３の寸法よりも長い。

ロータコア３１の軸方向における第１凹部３５ａの一部と、ロータコア３１の軸方向における第２凹部３５ｂの一部とは、ロータコア３１の周方向において並んでいる。したがって、磁石ユニット３２は、第１凹部３５ａ及び第２凹部３５ｂの少なくとも一方によりロータコア３１の周方向に途切れる部分を、ロータコア３１の軸方向における磁石ユニット３２の全体に有している。

図５に示すように、本実施形態では、ロータコア３１の径方向における第１凹部３５ａの寸法と、ロータコア３１の径方向における第２凹部３５ｂの寸法とは同じである。ロータコア３１の径方向における第１凹部３５ａの寸法と第２凹部３５ｂの寸法とを足し合わせた寸法は、ロータコア３１の径方向における永久磁石３３の寸法よりも長い。

ロータコア３１の径方向における第１凹部３５ａの一部と、ロータコア３１の径方向における第２凹部３５ｂの一部とは、ロータコア３１の周方向において並んでいる。したがって、磁石ユニット３２は、第１凹部３５ａ及び第２凹部３５ｂの少なくとも一方によりロータコア３１の周方向に途切れる部分を、ロータコア３１の径方向における磁石ユニット３２の全体に有している。

第１永久磁石３３１と第２永久磁石３３２とは、ロータコア３１の周方向において交互に配置されている。したがって、第１凹部３５ａと第２凹部３５ｂとは、ロータコア３１の周方向において交互に設けられている。

第２実施形態の作用及び効果について説明する。
（２－１）磁石ユニット３２は、凹部３５ａ，３５ｂによりロータコア３１の周方向に途切れる部分を有している。このため、各永久磁石３３がロータコア３１の周方向に膨張する際、永久磁石３３における凹部３５ａ，３５ｂの両側に位置する部分が互いに近付くように変形することで、各永久磁石３３に加わる応力を低減できる。また、第１凹部３５ａは、永久磁石３３の第１端面３３ｃで開口している。第２凹部３５ｂは、永久磁石３３の第２端面３３ｄで開口している。このため、各凹部３５ａ，３５ｂが永久磁石３３の第１端面３３ｃ及び第２端面３３ｄの両方で開口していない場合と比較して、永久磁石３３における凹部３５ａ，３５ｂの両側に位置する部分は変形しやすくなる。よって、永久磁石３３に加わる応力をより低減できる。その結果、回転電機１０の運転に制約が生じ難くなる。

（２－２）永久磁石３３がスリット３４ａ，３４ｂを有する場合、永久磁石３３の膨張により、永久磁石３３におけるスリット３４ａ，３４ｂの両側に位置する部分は変形する。このとき、ロータコア３１の軸方向におけるスリット３４ａ，３４ｂの端部であって、永久磁石３３の第１端面３３ｃ又は第２端面３３ｄで開口する端部とは反対に位置する端部において、永久磁石３３に応力が集中しやすい。これに対し、永久磁石３３が凹部３５ａ，３５ｂを有する場合、永久磁石３３における凹部３５ａ，３５ｂの両側に位置する部分は、ロータコア３１の径方向において凹部３５ａ，３５ｂが形成されていない部分と繋がっている。このため、永久磁石３３の膨張により、永久磁石３３における凹部３５ａ，３５ｂの両側に位置する部分が変形しても、ロータコア３１の軸方向における凹部３５ａ，３５ｂの端部であって、永久磁石３３の第１端面３３ｃ又は第２端面３３ｄで開口する端部とは反対に位置する端部において、永久磁石３３に応力が集中しにくい。

また、永久磁石３３を削ることによってスリット３４ａ，３４ｂ又は凹部３５ａ，３５ｂを形成する場合には、凹部３５ａ，３５ｂの方がスリット３４ａ，３４ｂよりもロータコア３１の径方向において削る量が少なくて済むため、形成しやすい。

（２－３）第１凹部３５ａと第２凹部３５ｂとがロータコア３１の周方向において交互に設けられていない場合、永久磁石３３に加わる応力が第１端面３３ｃ側で低減されやすい部分と、第２端面３３ｄ側で低減されやすい部分とが、ロータコア３１の周方向において偏ってしまう。これに対し、第１凹部３５ａと第２凹部３５ｂとがロータコア３１の周方向において交互に設けられることで、永久磁石３３に加わる応力が第１端面３３ｃ側で低減されやすい部分と、第２端面３３ｄ側で低減されやすい部分とが、ロータコア３１の周方向において偏ることが抑制される。よって、永久磁石３３に加わる応力をロータコア３１の周方向においてバランス良く低減できる。

また、第１凹部３５ａと第２凹部３５ｂとがロータコア３１の周方向において交互に設けられていない場合、永久磁石３３に加わる応力が第１主面３３ａ側で低減されやすい部分と第２主面３３ｂ側で低減されやすい部分とが、ロータコア３１の周方向において偏ってしまう。これに対し、第１凹部３５ａと第２凹部３５ｂとがロータコア３１の周方向において交互に設けられることで、永久磁石３３に加わる応力が第１主面３３ａ側で低減されやすい部分と第２主面３３ｂ側で低減されやすい部分とが、ロータコア３１の周方向において偏ることが抑制される。よって、永久磁石３３に加わる応力をロータコア３１の周方向においてバランス良く低減できる。

（２－４）磁石ユニット３２を構成する全ての永久磁石３３が、第１凹部３５ａ又は第２凹部３５ｂを有している。このため、永久磁石３３が膨張した際、全ての永久磁石３３において凹部３５ａ，３５ｂの両側に位置する部分が変形可能である。よって、磁石ユニット３２を構成する複数の永久磁石３３のうち、一部の永久磁石３３が凹部３５ａ，３５ｂを有する場合と比較して、永久磁石３３に加わる応力をより低減できる。

（２－５）永久磁石３３は、ロータコア３１の周方向において凹部３５ａ，３５ｂよりも一方側に位置する部分と、凹部３５ａ，３５ｂよりも他方側に位置する部分とを有している。よって、永久磁石３３が凹部３５ａ,３５ｂを有していない場合と比較して、永久磁石３３における渦損を低減できる。

（２－６）永久磁石３３に加わる応力を低減するために、例えば、ロータコア３１の周方向に隣り合う永久磁石３３の間に隙間を設けることが考えられる。この場合、ロータコア３１の周方向における永久磁石３３の膨張量に基づいて設定された、所望の大きさの隙間となるように、永久磁石３３を配置する必要がある。これに対し、本実施形態では、永久磁石３３に凹部３５ａ,３５ｂを設けることで、永久磁石３３に加わる応力を低減している。したがって、ロータコア３１の周方向に隣り合う永久磁石３３の間に隙間を設けなくてもよいため、永久磁石３３の配置が容易である。

（２－７）永久磁石３３における凹部３５ａ，３５ｂの両側に位置する部分は、ロータコア３１の周方向において凹部３５ａ，３５ｂから離れる方向だけでなく、凹部３５ａ，３５ｂに近づく方向にも膨張できる。よって、永久磁石３３が凹部３５ａ，３５ｂを有していない場合と比較して、永久磁石３３がロータコア３１の周方向に膨張する際に永久磁石３３が割れることを抑制できる。

上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○ ロータコア３１は、筒状であれば、円筒状でなくてもよい。ロータコア３１は、例えば、多角筒状であってもよい。

○ 磁石ユニット３２を構成する永久磁石３３の数は、適宜変更されてもよい。
○ 各永久磁石３３は、ネオジウム磁石でなくてもよい。例えば、各永久磁石３３は、フェライト磁石やサマリウムコバルト磁石でもよい。この場合、永久磁石３３の温度が上昇すると、永久磁石３３は膨張する。

○ 磁石ユニット３２は、筒状であれば、円筒状でなくてもよい。例えば、ロータコア３１が多角筒状である場合、永久磁石３３の第１主面３３ａは、ロータコア３１の外周面３１ａに沿う平坦面であってもよい。永久磁石３３の第２主面３３ｂは、平坦面であってもよい。この場合、磁石ユニット３２は、多角筒状である。

○ 第２実施形態において、第１凹部３５ａは、第１永久磁石３３１の第１端面３３ｃだけでなく第２端面３３ｄでも開口していてもよい。つまり、第１凹部３５ａは、ロータコア３１の軸方向における第１永久磁石３３１全体に設けられていてもよい。第２凹部３５ｂは、第２永久磁石３３２の第２端面３３ｄだけでなく第１端面３３ｃでも開口していてもよい。つまり、第２凹部３５ｂは、ロータコア３１の軸方向における第２永久磁石３３２全体に設けられていてもよい。

○ 第１実施形態において、第１スリット３４ａは、ロータコア３１の周方向における第１永久磁石３３１の中央からずれた位置に設けられていてもよい。第２スリット３４ｂは、ロータコア３１の周方向における第２永久磁石３３２の中央からずれた位置に設けられていてもよい。

○ 第１実施形態において、ロータコア３１の軸方向における第１スリット３４ａの寸法と、ロータコア３１の軸方向における第２スリット３４ｂの寸法とは、異なっていてもよい。

ただし、ロータコア３１の軸方向における第１スリット３４ａの寸法と第２スリット３４ｂの寸法とを足し合わせた寸法は、ロータコア３１の軸方向における永久磁石３３の寸法以上とされる。このような寸法設定とすることで、ロータコア３１の軸方向における第１スリット３４ａの一部と、ロータコア３１の軸方向における第２スリット３４ｂの一部とは、ロータコア３１の周方向において並ぶ。

ロータコア３１の軸方向における第１スリット３４ａの端であって、第１端面３３ｃで開口する端とは反対に位置する端を第１閉塞端とする。ロータコア３１の軸方向における第２スリット３４ｂの端であって、第２端面３３ｄで開口する端とは反対に位置する端を第２閉塞端とする。ロータコア３１の軸方向における第１スリット３４ａの寸法と第２スリット３４ｂの寸法とを足し合わせた寸法が、ロータコア３１の軸方向における永久磁石３３の寸法と同じ場合、第１閉塞端と第２閉塞端とがロータコア３１の周方向において並ぶ。このような状態も、「ロータコア３１の軸方向における第１スリット３４ａの一部と、ロータコア３１の軸方向における第２スリット３４ｂの一部とは、ロータコア３１の周方向において並ぶ」に含まれる。

○ 第２実施形態において、ロータコア３１の軸方向における第１凹部３５ａの寸法と、ロータコア３１の軸方向における第２凹部３５ｂの寸法とは、異なっていてもよい。
ただし、ロータコア３１の軸方向における第１凹部３５ａの寸法と第２凹部３５ｂの寸法とを足し合わせた寸法は、ロータコア３１の軸方向における永久磁石３３の寸法以上とされる。このような寸法設定とすることで、ロータコア３１の軸方向における第１凹部３５ａの少なくとも一部と、ロータコア３１の軸方向における第２凹部３５ｂの少なくとも一部とは、ロータコア３１の周方向において並ぶ。

なお、ロータコア３１の軸方向における第１凹部３５ａの端であって、第１端面３３ｃで開口する端とは反対に位置する端を第１閉塞端とする。ロータコア３１の軸方向における第２凹部３５ｂの端であって、第２端面３３ｄで開口する端とは反対に位置する端を第２閉塞端とする。ロータコア３１の軸方向における第１凹部３５ａの寸法と第２凹部３５ｂの寸法とを足し合わせた寸法が、ロータコア３１の軸方向における永久磁石３３の寸法と同じ場合、第１閉塞端と第２閉塞端とがロータコア３１の周方向において並ぶ。このような状態も、「ロータコア３１の軸方向における第１凹部３５ａの一部と、ロータコア３１の軸方向における第２凹部３５ｂの一部とは、ロータコア３１の周方向において並ぶ」に含まれる。

○ 第２実施形態において、ロータコア３１の径方向における第１凹部３５ａの寸法と、ロータコア３１の径方向における第２凹部３５ｂの寸法とは、異なっていてもよい。
ただし、ロータコア３１の径方向における第１凹部３５ａの寸法と第２凹部３５ｂの寸法とを足し合わせた寸法は、ロータコア３１の径方向における永久磁石３３の寸法以上とされる。このような寸法設定とすることで、ロータコア３１の径方向における第１凹部３５ａの一部と、ロータコア３１の径方向における第２凹部３５ｂの一部とは、ロータコア３１の周方向において並ぶ。

ロータコア３１の径方向における第１凹部３５ａの端であって、第１主面３３ａで開口する端とは反対に位置する端を第３閉塞端とする。ロータコア３１の径方向における第２凹部３５ｂの端であって、第２主面３３ｂで開口する端とは反対に位置する端を第４閉塞端とする。ロータコア３１の径方向における第１凹部３５ａの寸法と第２凹部３５ｂの寸法とを足し合わせた寸法が、ロータコア３１の径方向における永久磁石３３の寸法と同じ場合、第３閉塞端と第４閉塞端とがロータコア３１の周方向において並ぶ。このような状態も、「ロータコア３１の径方向における第１凹部３５ａの一部と、ロータコア３１の径方向における第２凹部３５ｂの一部とは、ロータコア３１の周方向において並ぶ」に含まれる。

○ 第１実施形態において、第１永久磁石３３１が第２スリット３４ｂを有するとともに、第２永久磁石３３２が第１スリット３４ａを有していてもよい。
○ 第２実施形態において、第１永久磁石３３１が第２凹部３５ｂを有するとともに、第２永久磁石３３２が第１凹部３５ａを有していてもよい。

○ 第１実施形態において、磁石ユニット３２を構成する全ての永久磁石３３が第１スリット３４ａ又は第２スリット３４ｂを有していなくてもよい。すなわち、磁石ユニット３２を構成する複数の永久磁石３３のうち、一部の永久磁石３３が第１スリット３４ａ又は第２スリット３４ｂを有していてもよい。

例えば、磁石ユニット３２は、第１スリット３４ａを有する第１永久磁石３３１と、第２スリット３４ｂを有する第１永久磁石３３１と、第１スリット３４ａ及び第２スリット３４ｂを有していない第２永久磁石３３２とから構成されていてもよい。

なお、第１スリット３４ａ又は第２スリット３４ｂを有する永久磁石３３の数や、第１スリット３４ａ又は第２スリット３４ｂを有する永久磁石３３の磁石ユニット３２での配置は、永久磁石３３に加わる応力を低減できる範囲で適宜変更してよい。ただし、磁石ユニット３２は、スリット３４ａ，３４ｂによりロータコア３１の周方向に途切れる部分を、ロータコア３１の軸方向及び径方向における磁石ユニット３２の全体に有するものとする。

○ 第２実施形態において、磁石ユニット３２を構成する全ての永久磁石３３が第１凹部３５ａ又は第２凹部３５ｂを有していなくてもよい。すなわち、磁石ユニット３２を構成する複数の永久磁石３３のうち、一部の永久磁石３３が第１凹部３５ａ又は第２凹部３５ｂを有していてもよい。

例えば、磁石ユニット３２は、第１凹部３５ａを有する第１永久磁石３３１と、第２凹部３５ｂを有する第１永久磁石３３１と、第１凹部３５ａ及び第２凹部３５ｂを有していない第２永久磁石３３２とから構成されていてもよい。

なお、第１凹部３５ａ又は第２凹部３５ｂを有する永久磁石３３の数や、第１凹部３５ａ又は第２凹部３５ｂを有する永久磁石３３の磁石ユニット３２での配置は、永久磁石３３に加わる応力を低減できる範囲で適宜変更してよい。ただし、磁石ユニット３２は、凹部３５ａ，３５ｂによりロータコア３１の周方向に途切れる部分を、ロータコア３１の軸方向及び径方向における磁石ユニット３２の全体に有するものとする。

○ 第１実施形態において、第１スリット３４ａと第２スリット３４ｂとは、ロータコア３１の周方向において交互に設けられていなくてもよい。
例えば、図６に示すように、第１スリット３４ａは、ロータコア３１の周方向において第１スリット３４ａと並んでいてもよい。また、第２スリット３４ｂは、ロータコア３１の周方向において第２スリット３４ｂと並んでいてもよい。

○ 第２実施形態において、第１凹部３５ａと第２凹部３５ｂとは、ロータコア３１の周方向において交互に並んでいなくてもよい。
○ 磁石ユニット３２において、スリットを有する永久磁石３３と、凹部を有する永久磁石３３とが混在していてもよい。この場合も、磁石ユニット３２は、スリット又は凹部によりロータコア３１の周方向に途切れる部分を、ロータコア３１の軸方向及び径方向における磁石ユニット３２の全体に有するものとする。

１０…回転電機、１３…ロータ、３１…ロータコア、３１ａ…外周面、３２…磁石ユニット、３３…永久磁石、３３ａ…第１主面、３３ｂ…第２主面、３３ｃ…第１端面、３３ｄ…第２端面、３４ａ…スリットとしての第１スリット、３４ｂ…スリットとしての第２スリット、３５ａ…凹部としての第１凹部、３５ｂ…凹部としての第２凹部、３４１…対向面としての第１対向面、３４２…対向面としての第２対向面、３５１…対向面としての第１対向面、３５２…対向面としての第２対向面。

Claims (6)

1. 筒状のロータコアと、前記ロータコアの外周面に設けられるとともに前記ロータコアの周方向に並ぶ複数の永久磁石によって構成された筒状の磁石ユニットとを備え、
   前記複数の永久磁石のうち、少なくとも一部の前記永久磁石は、前記永久磁石を前記ロータコアの径方向に貫通するスリット、又は前記ロータコアの径方向における前記永久磁石の端面よりも凹む凹部を有し、
   前記永久磁石は、前記スリット又は前記凹部を区画する面であって、前記ロータコアの周方向に対向する一対の対向面を有し、
   前記スリット及び前記凹部は、前記ロータコアの軸方向における前記永久磁石の端面で開口しており、
   前記磁石ユニットは、前記スリット又は前記凹部により前記ロータコアの周方向に途切れる部分を、前記ロータコアの軸方向及び径方向における前記磁石ユニットの全体に有することを特徴とする回転電機のロータ。
2. 前記磁石ユニットは、
   前記ロータコアの軸方向における前記永久磁石の一端面である第１端面で開口する前記スリットとしての第１スリットを有する前記永久磁石と、
   前記ロータコアの軸方向における前記永久磁石の他端面である第２端面で開口する前記スリットとしての第２スリットを有する前記永久磁石とを有し、
   前記ロータコアの軸方向における前記第１スリットの一部と、前記ロータコアの軸方向における前記第２スリットの一部とは、前記ロータコアの周方向に並んでいる請求項１に記載の回転電機のロータ。
3. 前記第１スリットと前記第２スリットとは、前記ロータコアの周方向において交互に設けられている請求項２に記載の回転電機のロータ。
4. 前記磁石ユニットは、
   前記ロータコアの径方向における前記永久磁石の一端面である第１主面よりも凹むとともに、前記ロータコアの軸方向における前記永久磁石の一端面である第１端面で開口する前記凹部としての第１凹部を有する前記永久磁石と、
   前記ロータコアの径方向における前記永久磁石の他端面である第２主面よりも凹むとともに、前記ロータコアの軸方向における前記永久磁石の他端面である第２端面で開口する前記凹部としての第２凹部を有する前記永久磁石とを有し、
   前記ロータコアの径方向における前記第１凹部の一部と、前記ロータコアの径方向における前記第２凹部の一部とは、前記ロータコアの周方向に並んでおり、
   前記ロータコアの軸方向における前記第１凹部の一部と、前記ロータコアの軸方向における前記第２凹部の一部とは、前記ロータコアの周方向に並んでいる請求項１に記載の回転電機のロータ。
5. 前記第１凹部と前記第２凹部とは、前記ロータコアの周方向において交互に設けられている請求項４に記載の回転電機のロータ。
6. 前記磁石ユニットを構成する全ての前記永久磁石が、前記スリット又は前記凹部を有する請求項１～５の何れか一項に記載の回転電機のロータ。

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