(57)【要約】【課題】  高速回転時における磁石の損傷を低減する表面磁石型電動機を提供することを目的とする。【解決手段】  回転子の表面に磁石を備える表面磁石型電動機であって、前記磁石を、前記回転子の円周方向に複数個配置し、前記磁石の外周に、該磁石の飛散を防止する飛散防止管を有し、前記配置した磁石同士の間に、少なくとも前記回転子の回転時に、前記磁石に円周方向の圧縮応力を付加する応力発生部を設けた表面磁石型電動機とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子の表面に磁石を備える表面磁石型電動機であって、
前記磁石を、前記回転子の円周方向に複数個配置し、
前記磁石の外周に、該磁石の飛散を防止する飛散防止管を有し、
前記配置した磁石同士の間に、少なくとも前記回転子の回転時に、前記磁石に円周方向の圧縮応力を付加する応力発生部を設けた
表面磁石型電動機。
【請求項２】
請求項１に記載の表面磁石型電動機であって、
前記応力発生部は、前記回転子の回転速度の増大に伴って前記付加する圧縮応力を増大する表面磁石型電動機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の表面磁石型電動機であって、
前記応力発生部は、前記回転前に予め前記磁石に円周方向の圧縮応力を付加するバネ部材である表面磁石型電動機。
【請求項４】
請求項３に記載の表面磁石型電動機であって、
前記バネ部材は、所定温度で伸長する形状記憶合金からなる表面磁石型電動機。
【請求項５】
請求項１または２に記載の表面磁石型電動機であって、
前記応力発生部は、前記磁石よりも線膨張係数が大きい材料からなり、前記回転子の回転速度の増大による発熱で該磁石よりも膨張する表面磁石型電動機。
【請求項６】
請求項１または２に記載の表面磁石型電動機であって、
前記応力発生部は、前記磁石よりも比重が大きい材料からなり、前記回転に伴う遠心力の影響を受けて前記飛散防止管と当接することにより、該遠心力から前記円周方向の分力を発生する表面磁石型電動機。
【請求項７】
請求項１または２に記載の表面磁石型電動機であって、
前記応力発生部は、前記回転に伴う遠心力を受けて径方向に移動する移動部材と、該移動部材の移動の際の摺動面となる傾斜面を備えた傾斜部材とからなり、該傾斜面によるくさび効果により、該移動部材にかかる遠心力から前記円周方向の分力を発生する表面磁石型電動機。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の表面磁石型電動機であって、
前記応力発生部は、非磁性の材料からなる表面磁石型電動機。
【請求項９】
回転子の表面に磁石を備える表面磁石型電動機の製造方法であって、
前記磁石を、前記回転子の円周方向に複数個配置する工程と、
前記配置した磁石同士の間に、形状記憶合金からなり、予め縮んだ状態のバネ部材を設ける工程と、
前記磁石の外周に、該磁石の飛散を防止する飛散防止管を装着する工程と、
前記磁石同士の間に設けたバネ部材を所定温度に加熱する工程と
を備えた表面磁石型電動機の製造方法。
【請求項１０】
タービンシャフトを有する過給器を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記タービンシャフトのアシスト用として、該タービンシャフトと同軸上に配置され、回転子の表面に磁石を備える表面磁石型電動機と、
前記内燃機関の運転状態に応じて、前記表面磁石型電動機および前記過給器の回転を制御する制御部とを備え、
前記表面磁石型電動機は、
前記磁石を、前記回転子の円周方向に複数個配置し、
前記磁石の外周に、該磁石の飛散を防止する飛散防止管を有し、
前記配置した磁石同士の間に、少なくとも前記回転子の回転時に、前記磁石に円周方向の圧縮応力を付加する応力発生部を設けて構成された
内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子の表面に磁石を備える表面磁石型電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機として、回転軸の外周表面に磁石を配置した回転子を備えた表面磁石型電動機が知られている。こうした電動機の磁石には、高速回転によって遠心力が働き、時には破損に至ることがある。従来から、こうした磁石の損傷等を抑制する種々の技術が検討されている。
【０００３】
例えば、かかる技術の一つとして、磁石の外周に非磁性の飛散防止管を設けるものがある（下記特許文献１参照）。飛散防止管を設けることで、磁石の外周を固定して、遠心力による磁石の破損、飛散をある程度抑制することができる。こうした飛散防止管は、通常、磁石側への圧入により組み立てられ、磁石と回転軸とを固定している（下記特許文献２参照）。
【０００４】
なお、下記特許文献１には、飛散防止管の内部に貼り付けた磁石と回転軸（ここではロータと呼ぶ）の外周面とに傾斜面を形成し、飛散防止管（磁石）とロータとを組付け、ロータを回転させることで、磁石とロータとの固着強度を高める技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３１９５８１号公報
【特許文献２】特開平９−１６８２４７号公報
【特許文献３】特開２０００−１０２２０１号公報
【特許文献４】実開平６−３１３５０号公報
【特許文献５】実開平１−１４３２７７号公報
【０００６】
しかしながら、こうした技術では、更なる高速回転に対応することが困難であるという問題があった。すなわち、更なる高速回転により過大な遠心力が磁石に働き、遠心力による磁石の円周方向への引張応力によって、飛散防止管を備えていても磁石が損傷する場合があった。磁石に強い遠心力が働くと、磁石各部は径方向に拡張されるような力を受けるため、結果的に、円周方向に隔たった磁石の２点間には引張応力がかかることとなる。こうして生じた引張応力が、磁石の許容応力を超えることで磁石は破損する。なお、高速回転に対応するために飛散防止管の圧入代を増やすことも考えられるが、圧入代の増大による固定にも限度があり、圧入代を増大することで、却って組付時に磁石が損傷するおそれがあった。
【０００７】
特に、十数万から二十数万ｒｐｍもの高速で回転するターボチャージャのタービンシャフトのアシスト用に、かかる電動機を採用する場合には、タービンシャフトの作動限度まで強度を保障する必要がある。したがって、こうした磁石に生じる円周方向の引張応力を緩和する構造が望まれていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、高速回転による遠心力で磁石が損傷するといった問題を踏まえて、高速回転時における磁石の損傷を低減する表面磁石型電動機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の表面磁石型電動機は、上記課題を鑑み、以下の手法を採った。すなわち、回転子の表面に磁石を備える表面磁石型電動機であって、前記磁石を、前記回転子の円周方向に複数個配置し、前記磁石の外周に、該磁石の飛散を防止する飛散防止管を有し、前記配置した磁石同士の間に、少なくとも前記回転子の回転時に、前記磁石に円周方向の圧縮応力を付加する応力発生部を設けたことを要旨としている。
【００１０】
本発明の表面磁石型電動機によれば、回転子が回転する際には、応力発生部により、磁石に円周方向の圧縮応力が付加される。したがって、高速回転時の遠心力に起因して磁石に働く円周方向の引張応力を低減することができる。その結果、遠心力の増大に伴う磁石の損傷を低減することができる。
【００１１】
上記の構成を有する表面磁石型電動機の応力発生部は、前記回転子の回転速度の増大に伴って前記付加する圧縮応力を増大するものとしても良い。
【００１２】
かかる表面磁石型電動機によれば、回転速度の増大により磁石に働く引張応力が増大しても、それに伴い圧縮応力を増大する。したがって、磁石に働く円周方向の引張応力を低減して磁石の損傷を低減し、高速回転に対応した表面磁石型電動機を構築することができる。
【００１３】
上記の構成を有する表面磁石型電動機の応力発生部は、前記回転前に予め前記磁石に円周方向の圧縮応力を付加するバネ部材であるものとしても良い。
【００１４】
かかる表面磁石型電動機によれば、バネ部材により予め磁石に圧縮応力を付加する。したがって、高速回転時の遠心力に起因して磁石に働く円周方向の引張応力を低減することができる。
【００１５】
上記の構成を有する表面磁石型電動機のバネ部材は、所定温度で伸長する形状記憶合金からなるものとしても良い。
【００１６】
かかる表面磁石型電動機によれば、バネ部材として形状記憶合金を用い、バネ部材の温度を調整することでその伸縮を調整することができる。したがって、比較的容易に、予め磁石に圧縮応力を付加する構成を採ることができる。
【００１７】
上記の構成を有する表面磁石型電動機の応力発生部は、前記磁石よりも線膨張係数が大きい材料からなり、前記回転子の回転速度の増大による発熱で該磁石よりも膨張するものとしても良い。
【００１８】
かかる表面磁石型電動機によれば、磁石よりも線膨張係数が大きい材料を用いることで、回転子の高速回転による発熱により応力発生部の体積は膨張する。この体積の膨張によって磁石に円周方向の圧縮応力が付加される。したがって、高速回転時の遠心力に起因して磁石に働く円周方向の引張応力を低減し、比較的簡素な構成で高速回転に対応した電動機を構築することができる。
【００１９】
上記の構成を有する表面磁石型電動機の応力発生部は、前記磁石よりも比重が大きい材料からなり、前記回転に伴う遠心力の影響を受けて前記飛散防止管と当接することにより、該遠心力から前記円周方向の分力を発生するものとしても良い。
【００２０】
かかる表面磁石型電動機によれば、応力発生部は磁石よりも比重が大きい材料で構成され、大きな遠心力を受ける。大きな遠心力を受けた応力発生部は飛散防止管と当接して変形を妨げられ、円周方向に変形しようとする。つまり、応力発生部は、遠心力を受けて円周方向の分力（磁石への圧縮応力）を発生する。したがって、遠心力に対応した圧縮応力を磁石に付加することができ、遠心力による磁石の引張応力を低減することができる。
【００２１】
上記の構成を有する表面磁石型電動機の応力発生部は、前記回転に伴う遠心力を受けて径方向に移動する移動部材と、該移動部材の移動の際の摺動面となる傾斜面を備えた傾斜部材とからなり、該傾斜面によるくさび効果により、該移動部材にかかる遠心力から前記円周方向の分力を発生するものとしても良い。
【００２２】
かかる表面磁石型電動機によれば、応力発生部を、くさび効果を生じる構造により形成する。応力発生部のくさび効果によって、遠心力から円周方向の分力（磁石への圧縮応力）が発生する。したがって、遠心力に対応した圧縮応力を磁石に付加することができ、遠心力による磁石の引張応力を低減することができる。
【００２３】
上記の構成を有する表面磁石型電動機の応力発生部は、非磁性の材料からなるものとしても良い。こうした材料からなる応力発生部を表面磁石型電動機内に設けることで、表面磁石型電動機内で形成される回転磁界への影響を抑制することができる。
【００２４】
本発明の表面磁石型電動機に対応する製造方法は、回転子の表面に磁石を備える表面磁石型電動機の製造方法であって、前記磁石を、前記回転子の円周方向に複数個配置する工程と、前記配置した磁石同士の間に、形状記憶合金からなり、予め縮んだ状態のバネ部材を設ける工程と、前記磁石の外周に、該磁石の飛散を防止する飛散防止管を装着する工程と、前記磁石同士の間に設けたバネ部材を所定温度に加熱する工程とを備えることを要旨としている。
【００２５】
本発明の製造方法によれば、予め縮んだ状態の形状記憶合金からなるバネ部材を磁石間に組み込み、組み込み後に加熱する。その結果、バネ部材は伸長し、磁石に圧縮応力を与えることができる。すなわち、バネ部材の組み込みの際などに、磁石に過大な応力がかかることなく、予め磁石に圧縮応力を与えた表面磁石型電動機を製造することができる。したがって、表面磁石型電動機の組立を容易なものとすることができると共に、組立時における磁石が損傷する可能性を低減することができる。
【００２６】
本発明の表面磁石型電動機を備えた内燃機関の制御装置は、タービンシャフトを有する過給器を備えた内燃機関の制御装置であって、前記タービンシャフトのアシスト用として、該タービンシャフトと同軸上に配置され、回転子の表面に磁石を備える表面磁石型電動機と、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記表面磁石型電動機および前記過給器の回転を制御する制御部とを備え、前記表面磁石型電動機は、前記磁石を、前記回転子の円周方向に複数個配置し、前記磁石の外周に、該磁石の飛散を防止する飛散防止管を有し、前記配置した磁石同士の間に、少なくとも前記回転子の回転時に、前記磁石に円周方向の圧縮応力を付加する応力発生部を設けて構成されたことを要旨としている。
【００２７】
本発明の内燃機関の制御装置によれば、表面磁石型電動機を、タービンシャフトのアシスト用として、タービンシャフトと同軸上に配置する。表面磁石型電動機は応力発生部を備えて遠心力により磁石にかかる引張応力を低減する構造であるため、高速回転するタービンシャフトと共に回転して大きな遠心力が付加されても、十分耐えうるものとなる。こうした構造の表面磁石型電動機をタービンシャフトのアシスト用に使用することで、高速回転するタービンシャフトを有する過給器を備えた内燃機関の制御装置を容易に構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．表面磁石型電動機の全体構成：
Ｂ．第１実施例のロータ構造：
Ｃ．第２実施例のロータ構造：
Ｄ．第３実施例のロータ構造：
Ｅ．第４実施例のロータ構造：
Ｆ．変形例：
【００２９】
Ａ．表面磁石型電動機の全体構成：
図１は、本発明の一実施例としての表面磁石型電動機の概略構成を示す断面図である。この表面磁石型電動機は、ターボチャージャを備えた自動車に搭載されており、ターボチャージャのタービンシャフトと連結してタービンシャフトの回転をアシストするのに使用されている（図８参照）。こうした用途に使用される表面磁石型電動機の出力軸の回転速度は、数十万ｒｐｍに及ぶ。
【００３０】
図示するように、表面磁石型電動機１０（以下、単に電動機１０と呼ぶ）は、主に、電動機１０の回転部分であるロータ１５と、電動機１０の固定部分であるステータ１２と、ステータ１２を備えるハウジング１１と、ロータ１５をハウジング１１に固定する軸受１３，１４等から構成されている。この電動機１０は、ロータ１５側に永久磁石を備え、ロータ１５を覆うステータ１２側に回転磁界を形成することで、所定の回転トルクを発生する。
【００３１】
ロータ１５は、電動機１０の出力軸となる回転軸２０，回転軸２０の外周表面に配置する永久磁石１６（以下、単に磁石１６と呼ぶ），磁石１６の破損や飛散を防ぐ飛散防止管１７，飛散防止管１７とそれぞれの軸受１３，１４との間に介在するフランジ１８，１９などから構成されている。
【００３２】
回転軸２０の外周表面に配置する磁石１６は、円周方向に分割されたセグメントタイプの希土類磁石である。本実施例では、４つの磁石１６をそれぞれ、回転軸２０の円周方向に均等な位置に、所定間隔をもって配置している。円周上に配置された磁石１６同士の間には、磁石１６に圧縮応力を付加する非磁性の応力発生部材が配置されている。この応力発生部材については、本発明の要部であるため、後に詳しく説明する。なお、応力発生部材は必ずしも非磁性の材料である必要はない。
【００３３】
回転軸２０に配置された磁石１６の外周には、飛散防止管１７が取り付けられている。飛散防止管１７は、略円筒形状をしており、ロータ１５の回転による遠心力の影響により磁石１６が破損し、飛散するのを防止する保護カバーとして働く。なお、飛散防止管１７は、図示するように磁石１６とステータ１２との間、すなわち、回転磁界内に配置されるため、その影響を回避する非磁性の材料であって、高剛性、低比重な材料、例えば、チタンやステンレス、あるいはカーボンファイバー等によって形成されている。
【００３４】
フランジ１８，１９は、磁石１６，応力発生部材，飛散防止管１７を備えた回転軸２０を軸受１３，１４に取り付けるためのアダプタである。フランジ１８，１９は、飛散防止管１７の内径に嵌合する円筒部分と、軸受１３，１４の内輪に当接する円筒部分とを有し、その内円筒によって回転軸２０を把持している。こうして回転軸２０に組み付けられた磁石１６，応力発生部材，飛散防止管回転軸２０，フランジ１８，１９は、本実施例のロータ１５としてハウジング１１のステータ１２の内側に配置される。
【００３５】
ステータ１２は、ロータ１５（飛散防止管１７）の外周を覆おう略円筒形状をしており、その内円筒側に電磁石を構成する複数のコイルを備えている。この複数のコイルは、内円筒上に均等に配置され、図示しない外部の電源ラインから所定の順序で通電される。通電されたコイルは電磁石として磁界を発生し、その磁界発生位置が順次回転方向に移動することで、回転磁界が形成される。この回転磁界に引かれて磁石１６を備えたロータ１５は回転する。
【００３６】
Ｂ．第１実施例のロータ構造：
図２は、第１実施例としてのロータ１５の一部の概略構造を示す斜視図である。図示するように、回転軸２０の外周上に配置された４つの磁石１６の間（４箇所）には、応力発生部材３０が配置されている。この応力発生部材３０は、非磁性であって、所定温度で相変態が生じることで形状復帰する形状記憶合金を用いた圧縮バネである。応力発生部材３０としての圧縮バネは、その伸縮方向が円周方向となるように配置されている。
【００３７】
形状記憶合金からなる圧縮バネは、ロータ１５の組立時には縮んだ状態であり、所定温度に加熱することで伸びた状態となる。こうした応力発生部材３０の材料としては、ニッケル系（例えばＴｉ−Ｎｉ合金）など、電動機１０の動作環境を考慮して予め設定した温度で形状復帰する非磁性の形状記憶合金を使用することができる。このロータ１５を備えた電動機１０は、以下の工程を経て組み立てられる。
【００３８】
図３は、第１実施例のロータを備えた電動機１０の製造方法として、組立工程を示す工程図である。図示するように、まず回転軸２０にセグメントタイプの４つの磁石１６と、磁石１６の間に応力発生部材３０とを配置する（ステップＳ３００）。具体的には、所定の治具を用いて回転軸２０の外周上の均等な位置に磁石１６を配置し、磁石１６間に縮んだ状態の応力発生部材３０を配置している。
【００３９】
次に、磁石１６の外周に飛散防止管１７を装着する（ステップＳ３１０）。飛散防止管１７の装着は、磁石１６側に飛散防止管１７を弱圧入することで行なっている。つまり、圧入代は僅かであり、大きな圧入力を飛散防止管１７に付加することなく組み立てることができる。
【００４０】
続いて、回転軸２０，磁石１６，応力発生部材３０，飛散防止管１７を一体として組み立てた部材に、加熱処理を施す（ステップＳ３３０）。所定温度に加熱されることで応力発生部材３０は、伸びた状態となり、磁石１６に円周方向の圧縮応力を与える。
【００４１】
こうして磁石１６に予め圧縮応力を付加した状態で、フランジ１８，１９を取り付けてロータ１５を完成し、軸受１３，１４の組付け後、ステータ１２と共にハウジング１１に組付けることで、電動機１０は完成する（ステップＳ３５０）。
【００４２】
図４は、第１実施例のロータ１５の回転前後の様子を模式的に示した説明図である。図４の回転前の状態図に示すように、ロータ１５の磁石１６には、応力発生部材３０の作用により予め圧縮応力Ｆが付加されている。こうした状態のロータ１５が高速回転すると、図４の回転後の状態図に示すように、遠心力によって磁石１６に引張応力Ｔが発生するが、その引張応力Ｔは圧縮応力Ｆにより著しく低減される。
【００４３】
以上の第１実施例のロータ１５を備えた電動機１０では、ロータ１５の高速回転時に磁石１６に生じる引張応力を応力発生部材３０により低減することができる。したがって、高速回転時の引張応力に起因する磁石の損傷を低減することができる。さらに、回転速度の増大に伴って磁石１６が円周方向に伸びようとすると、圧縮バネである応力発生部材３０の作用が増大し、磁石１６に付加する圧縮応力が増大する。その結果、磁石１６に生じる引張応力を低減することができる。
【００４４】
また、一般に、希土類の磁石１６は、引張方向に比べて圧縮方向の応力に強い。そのため、予め磁石１６に圧縮応力を付加しても、組立時に磁石１６が損傷することはほとんどない。したがって、組立時、高速回転時ともに、不良の生じる可能性が低い電動機１０を構築することができる。
【００４５】
なお、本実施例におけるロータ１５の組立では、飛散防止管１７を弱圧入するものとしたが、磁石１６と飛散防止管１７との組み立ては、若干の隙間を有する隙間バメであっても良い。すなわち、応力発生部材３０を設けることで磁石１６の引張応力を低減するため、飛散防止管１７により磁石１６を押さえ付ける過大な緊迫力を与える必要もない。したがって、飛散防止管１７の圧入代を減らすことができ、比較的簡素な方法でロータ１５を組み立てることができる。その結果、組立時における磁石１６の損傷を抑制し、電動機１０の製造過程における歩留まりの低下を抑えることができる。
【００４６】
なお、飛散防止管１７は、高剛性、低比重の材料を使用しているため、磁石１６に比べて遠心力による変形が少ない。したがって、上述のように隙間バメであっても、高速回転時には遠心力による磁石１６の変形により隙間は埋まり、磁石１６は飛散防止管１７による緊迫力を受け、圧入した場合と同様な効果を得ることができる。
【００４７】
Ｃ．第２実施例のロータ構造：
図５は、第２実施例としてのロータの一部の構造および回転前後の様子を模式的に示した説明図である。図示するように、第２実施例のロータ４０は、第１実施例と同一の磁石１６，飛散防止管１７等を備えているが、磁石１６間に配置する応力発生部材４５が第１実施例とは異なる。なお、その他の構成部分については、第１実施例と同様であるため、説明を省略する。
【００４８】
第２実施例のロータ４０の応力発生部材４５は、セグメントタイプの磁石１６の内外径と同等の内外径を有する外形形状をしており、４つの応力発生部材４５と４つの磁石１６とで一つの円筒を形成している。この応力発生部材４５の材質としては、非磁性材料であるアルミニウムを使用している。なお、アルミニウムに代えて、ステンレス，銅など、非磁性であって磁石１６よりも線膨張係数の大きい材料であれば使用することができる。また、こうした金属材料に限らず、磁石１６よりも線膨張係数の大きく、許容応力が高い材料であれば良い。
【００４９】
こうした応力発生部材４５を備えるロータ４０は、図３に示した工程とほぼ同等な工程を経て電動機１０として組み立てられる。ただし、第１実施例の組立工程における加熱処理（ステップＳ３３０）は行なわれない。したがって、図５の回転前の状態図に示すように、組立後のロータ４０における磁石１６には、圧縮応力Ｆは付加されていない。
【００５０】
こうした状態のロータ４０が高速回転すると、図５の回転後の状態図に示すように、遠心力によって磁石１６に引張応力Ｔが発生すると共に、その引張応力Ｔを低減する圧縮応力Ｆが発生する。ここで発生する圧縮応力Ｆは、ロータ４０の発熱に伴い膨張した応力発生部材４５の作用によるものである。
【００５１】
電動機１０を駆動すると、磁束の変化によりロータ４０部等にうず電流が発生し、このうず電流によるエネルギ損失によってロータ４０は発熱する。ロータ４０の温度上昇により、磁石１６よりも線膨張係数の高い応力発生部材４５は熱膨張する。膨張した（膨張しようとする）応力発生部材４５は、隣接する磁石１６に円周方向の圧縮応力Ｆを付加することとなる。
【００５２】
したがって、第１実施例と同様、高速回転時に磁石１６に生じる引張応力を応力発生部材４５により低減することができ、引張応力に起因する磁石１６の損傷を低減することができる。さらに、応力発生部材４５は一般的な工業材料により形成することができる。したがって、汎用性のある部品によりロータ４０を組み立てることができる。
【００５３】
Ｄ．第３実施例のロータ構造：
図６は、第３実施例としてのロータの一部の構造および回転前後の様子を模式的に示した説明図である。図示するように、第３実施例のロータ５０は、第１実施例と同一の磁石１６，飛散防止管１７等を備えているが、磁石１６間に配置する応力発生部材５５が第１実施例とは異なる。なお、その他の構成部分については、第１実施例と同様であるため、説明を省略する。
【００５４】
第３実施例のロータ５０の応力発生部材５５は、第２実施例の応力発生部材４５と同様、磁石１６の内外径と同等の内外径を有する外形形状をしている。この応力発生部材５５の材質としては、非磁性材料であり、磁石１６よりも比重の高い金属材料を使用している。つまり、応力発生部材５５の比重を磁石１６よりも大きくすることで、遠心力の影響を受け易いものとしている。この応力発生部材５５を備えるロータ５０は、第２実施例のロータ４０と同様の工程により組み立てられる。なお、組立後のロータ５０における応力発生部材５５は、回転軸２０，磁石１６とは非固着の状態となっている。
【００５５】
こうした構造のロータ５０の磁石１６には、回転前の状態では圧縮応力Ｆは付加されていないが、図６の回転後の状態図に示すように、高速回転時には遠心力によって引張応力Ｔと共に圧縮応力Ｆが発生する。ここで発生する圧縮応力Ｆは、高速回転による遠心力を受けた応力発生部材４５の作用によるものである。
【００５６】
比重の高い材料からなる応力発生部材５５は、ロータ５０の高速回転によって大きな遠心力を受ける。遠心力によりロータ５０の径方向に力を受ける応力発生部材５５は、その径方向に変形しようとするが、高剛性の飛散防止管１７によりその変形が妨げられる。その結果、応力発生部材５５は円周方向に変形しようとして、隣接する磁石１６に圧縮応力Ｆを付加する。すなわち、飛散防止管１７の存在によって、遠心力による径方向の力から円周方向の分力が発生する。
【００５７】
したがって、第１実施例と同様、高速回転時に磁石１６に生じる引張応力を応力発生部材５５により低減することができ、引張応力に起因する磁石１６の損傷を低減することができる。
【００５８】
なお、本実施例では、比重の高い金属材料の塊（いわゆるバルク材）により応力発生部材５５を形成しているが、例えば、樹脂製の容器に、常温で液体金属である水銀等を封じ込めて応力発生部材５５を形成するものとしても良い。この場合でも、遠心力を受けた応力発生部材５５により磁石１６に圧縮応力を付加することができる。
【００５９】
Ｅ．第４実施例のロータ構造：
図７は、第４実施例としてのロータの一部の構造および回転前後の様子を模式的に示した説明図である。図示するように、第４実施例のロータ６０は、第１実施例と同一の磁石１６，飛散防止管１７等を備えているが、磁石１６間に配置する応力発生部材６５が第１実施例とは異なる。なお、その他の構成部分については、第１実施例と同様であるため、説明を省略する。
【００６０】
第４実施例のロータ６０の応力発生部材６５は、図７の下段に示すように、所定の傾斜面を備えた傾斜部材６５１，傾斜部材６５１の傾斜面に沿って移動する円柱部材６５２，６５３，磁石１６の円周方向の端面に当接して配置される板部材６５５，６５６から構成されている。
【００６１】
傾斜部材６５１は、略三角形状の断面を備えた柱状形状をしており、３つの側面の一面が飛散防止管１７の内円筒に当接するように配置されている。この傾斜部材６５１の他の二面は、磁石１６の円周方向の端面に対して傾いた傾斜面として形成されており、それぞれの傾斜面と、隣接する磁石１６の円周方向端面に配置した板部材６５５，６５６とによって、２つの鋭角の空間が形成されている。円柱部材６５２，６５３は、この２つの空間を形成する板部材６５５，６５６と傾斜面とのそれぞれに接するように配置され、ロータ６０の径方向に摺動可能な状態とされている。なお、こうした部品からなる応力発生部材６５は、非磁性の材料によって形成されている。また、円柱部材６５２，６５３は、磁石１６よりも比重の大きい材料により形成されており、ロータ６０の回転による遠心力の影響を受け易くしている。
【００６２】
この応力発生部材６５を備えるロータ６０は、主に、所定の治具を用いて飛散防止管１７内に磁石１６および応力発生部材６５を配置し、そこへ回転軸２０を挿入して組み立てられる。組み立てられたロータ６０の応力発生部材６５における円柱部材６５２，６５３は、ロータ６０の回転中心軸方向よりに位置している。
【００６３】
こうした状態のロータ６０が高速回転すると、図７の下段に示すように、遠心力の影響を受けて円柱部材６５２，６５３が径方向へ（回転中心軸から離れる方向へ）移動する。この円柱部材６５２，６５３の移動により、板部材６５５，６５６と傾斜面とはロータ１５の円周方向に力を受ける。つまり、円柱部材６５２，６５３は、くさびとして働き、くさび効果によって遠心力から円周方向の分力を発生し、板部材６５５，６５６を介して磁石１６に圧縮応力を付加する。しかも、円柱部材６５２，６５３は比重の大きい材料から形成されているため、くさびの作用を大きくすることができる。
【００６４】
したがって、第１実施例と同様、高速回転時に磁石１６に生じる引張応力を応力発生部材６５により低減することができ、引張応力に起因する磁石１６の損傷を低減することができる。
【００６５】
なお、ここでは応力発生部材６５として傾斜部材６５１を個別に設ける構造としたが、飛散防止管１７の内円筒側に傾斜部材６５１に対応する突起を設け、飛散防止管１７の一部として傾斜部材６５１を備える構成であっても良い。また、円柱部材６５５，６５６に代えて、球形状の部材を複数用いるものであっても良い。
【００６６】
さらに、本実施例では円柱部材６５５，６５６を用いて、傾斜面との接触を線接触とし、摩擦抵抗を低減する構成としたが、例えば面接触により摺動する構成など、くさび効果を生じる構成であればどのような構成であっても良い。
【００６７】
Ｆ．変形例：
以上に説明した表面磁石型電動機は、過給器を備えたエンジンにおけるタービンシャフトの回転のアシスト用の電動機として用いられる。図８は、過給器としてのターボチャージャを有するエンジンに、表面磁石型電動機を備えたシステムの概略構成を示す構成図である。
【００６８】
図示するように、このシステムは、主に、吸気管１０１，排気管１０２を備えたエンジン１００と、タービンシャフト１１１を備えたターボチャージャ１１０と、タービンシャフト１１１と同軸上に配置された表面磁石型電動機１２０と、インバータ１３０と、エンジン１００やターボチャージャ１１０などシステム全体を制御するＥＣＵ１４０とから構成されている。なお、表面磁石型電動機１２０としては、第１実施例から第４実施例のいずれの電動機１０を用いるものとしても良い。
【００６９】
ターボチャージャ１１０は、エンジン１００から排出される排気のエネルギにより、タービンシャフト１１１を回転させることで圧縮吸気をエンジン１００に供給する装置である。タービンシャフト１１１は、その両端に、排気を受けて回転するタービンホイール１１２と圧縮空気を供給するコンプレッサホイール１１３とを備え、タービンホイール１１２は排気管１０２内に、コンプレッサホイール１１３は吸気管１０１内に、それぞれ配置されている。
【００７０】
なお、排気管１０２上には、タービンホイール１１２を迂回するバイパス路が設けられ、バイパス路の入口近傍には、ウエイストゲートバルブ１１５が配置されている。ウエイストゲートバルブ１１５は、内部に弁を備えており、弁の開閉によりタービンホイール１１２側へ流れる排気の量を調整する。
【００７１】
ＥＣＵ１４０は、図示しない各種センサからエンジン１００の運転状態を判断し、例えば過給の必要がない場合などにはウエイストゲートバルブ１１５を開弁する制御を行なっている。こうすることで、運転状況に応じて適切にタービンシャフト１１１を回転させ、過給量を制御することができる。
【００７２】
こうしたターボチャージャ１１０の制御に加え、このシステムではタービンシャフト１１１と同軸上に表面磁石型電動機１２０を備え、ＥＣＵ１４０は、例えば排気のエネルギが十分でない場合などに、タービンシャフト１１１を強制的に回転する制御を行なっている。こうした表面磁石型電動機１２０の回転制御に必要な電力は、ＥＣＵ１４０の判断のもと、インバータ１３０を介して供給されている。
【００７３】
一般に、高速回転が要求されるタービンシャフトのアシストに用いる電動機を備えるシステムとしては、タービンシャフトとは別に設けた軸上に電動機を配置し、タービンシャフトに動力を伝達するシステムや、ワンウェイクラッチなどを設けて、タービンシャフトとの連れ回りを防ぐシステムが考えられる。つまり、電動機の高速回転への対応が困難であるため、電動機の許容回転数を低く抑えるシステムである。しかし、数十万もの回転数で作動するタービンシャフトに対応する動力伝達機構やワンウェイクラッチを構成するのは困難であり、こうしたシステムの現実は難しい。
【００７４】
これに対し、本実施例の電動機１０は、高速回転であっても磁石が損傷することなく使用することができ、タービンシャフト１１１と同軸上に配置することができる。つまり、本実施例の電動機１０は、高速回転が要求されるシステムに比較的容易に対応することができる。
【００７５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施し得ることは勿論である。本実施例では、応力発生部材を線膨張係数の大きい材料、比重の大きい材料、あるいはくさびの構造などから構成するものとして説明したが、こうした材料、構造を組み合わせて応力発生部材とするものとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施例としての表面磁石型電動機の概略構成を示す断面図である。
【図２】第１実施例としてのロータの一部の概略構造を示す斜視図である。
【図３】第１実施例のロータを備えた電動機の製造方法として組立工程を示す工程図である。
【図４】第１実施例のロータの回転前後の様子を模式的に示した説明図である。
【図５】第２実施例としてのロータの一部の構造および回転前後の様子を模式的に示した説明図である。
【図６】第３実施例としてのロータの一部の構造および回転前後の様子を模式的に示した説明図である。
【図７】第４実施例としてのロータの一部の構造および回転前後の様子を模式的に示した説明図である。
【図８】過給器としてのターボチャージャを有するエンジンに表面磁石型電動機を備えたシステムの概略構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０...表面磁石型電動機
１１...ハウジング
１２...ステータ
１３，１４...軸受
１５...ロータ
１６...磁石
１７...飛散防止管
１８，１９...フランジ
２０...回転軸
３０...応力発生部材
４０...ロータ
４５...応力発生部材
５０...ロータ
５５...応力発生部材
６０...ロータ
６５...応力発生部材
１００...エンジン
１０１...吸気管
１０２...排気管
１１０...ターボチャージャ
１１１...タービンシャフト
１１２...タービンホイール
１１３...コンプレッサホイール
１１５...ウエイストゲートバルブ
１２０...表面磁石型電動機
１３０...インバータ
１４０...ＥＣＵ
６５１...傾斜部材
６５２，６５３...円柱部材
６５５，６５６...板部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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