(57)【要約】【課題】空気抵抗を低減できるリング磁石を提供する。【解決手段】リング磁石１は、回転軸Ｐを中心として環状を呈し、回転軸Ｐを中心とした周方向において相互に異なる極性を呈する磁極面２ａ，２ｂを有する外周面２を備えている。回転軸Ｐを中心とした周方向における磁極面２ａ，２ｂの端部での、回転軸Ｐを中心とした径方向におけるリング磁石１の熱膨張係数α１から、当該周方向における磁極面２ａ，２ｂの中央での、当該径方向におけるリング磁石１の熱膨張係数α２を減算した値の正負と、磁極面２ａ，２ｂの中央での径ｒ１から、磁極面２ａ，２ｂの端部での径ｒ２を減算した値の正負が等しい。【選択図】図１
2008245354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の回転軸（Ｐ）を中心として環状を呈し、前記軸を中心とした周方向において相互に異なる極性を呈する磁極面（２ａ，２ｂ）を有する外周面（２）
を備え、
前記周方向における前記磁極面の端部での、前記回転軸に対する径方向における自身の第１熱膨張係数（α１）から、前記周方向における前記磁極面の中央での、前記径方向における自身の第２熱膨張係数（α２）を減算した値（α１−α２）の正負と、前記中央における第１の径（ｒ１）から、前記端部における第２の径（ｒ２）を減算した値（ｒ１−ｒ２）の正負とが等しい、リング磁石（１）。
【請求項２】
請求項１に記載のリング磁石（１）を備える、回転子。
【請求項３】
前記回転子の回転運動前における前記第１の径と前記第２の径との差の絶対値は、前記回転子の回転運動中の任意のタイミングにおける前記第１の径と前記第２の径との差の絶対値よりも大きい、請求項２に記載の回転子。
【請求項４】
前記リング磁石が装着される鉄心又はシャフト（３）
を更に備え、
前記リング磁石は前記周方向において磁極面ごとに分割されている、請求項２又は３に記載の回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リング磁石および回転子に関し、特にリング磁石の形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、リング磁石を用いた回転子において、熱変形によるリング磁石の破損を防止できる回転子が開示されている。
【０００３】
また、本発明に関する技術として特許文献２が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３８４１７号公報
【特許文献２】特開２００４−３３６８４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、熱変形によってリング磁石の外周の形状が変化し、リング磁石の回転に際して空気抵抗が増大する可能性があった。より具体的には、例えば希土類磁石やフェライト磁石といった永久磁石においては、磁場方向に垂直な方向と平行な方向における熱膨張係数が互いに異なっている。従って、回転電機の運転によって生じる発熱に伴い、リング磁石は回転軸Ｐを中心として異方的に熱変形する。すると、本来、ほぼ真円であったリング磁石は真円から遠ざかる方向に熱変形し、回転による空気抵抗が大きくなる可能性があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、空気抵抗を低減できるリング磁石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】
【０００７】
本発明に係るリング磁石の第１の態様は、所定の回転軸（Ｐ）を中心として環状を呈し、前記軸を中心とした周方向において相互に異なる極性を呈する磁極面（２ａ，２ｂ）を有する外周面（２）を備え、前記周方向における前記磁極面の端部での、前記回転軸に対する径方向における自身の第１熱膨張係数（α１）から、前記周方向における前記磁極面の中央での、前記径方向における自身の第２熱膨張係数（α２）を減算した値（α１−α２）の正負と、前記中央における第１の径（ｒ１）から、前記端部における第２の径（ｒ２）を減算した値（ｒ１−ｒ２）の正負とが等しい。
【０００８】
本発明に係る回転子の第１の態様は、第１の態様に係るリング磁石（１）を備える。
【０００９】
本発明に係る回転子の第２の態様は、第１の態様に係る回転子であって、前記回転子の回転運動前における前記第１の径と前記第２の径との差の絶対値は、前記回転子の回転運動中の任意のタイミングにおける前記第１の径と前記第２の径との差の絶対値よりも大きい。
【００１０】
本発明に係る回転子の第３の態様は、第１又は第２の態様に係る回転子であって、第前記リング磁石が装着される鉄心又はシャフト（３）を更に備え、前記リング磁石は前記周方向において磁極面ごとに分割されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るリング磁石の第１の態様によれば、回転軸を中心としてリング磁石を回転させた際に、当該回転運動によって生じる発熱に伴って、まず第１の径と第２の径との差の絶対値が小さくなる方向にリング磁石が熱変形する。即ち、リング磁石の外周面がより真円に近づくので、回転運動の際に受ける空気抵抗を低減することができる。
【００１２】
本発明に係る回転子の第１の態様によれば、回転子の回転運動によって生じる発熱に伴ってリング磁石の外周面がより真円に近づくので、回転運動の際に受ける空気抵抗を低減でき、以って風損を低減できる。
【００１３】
本発明に係る回転子の第２の態様によれば、回転子の回転運動中の全ての期間にわたって、風損を低減することができる。
【００１４】
本発明に係る回転子の第３の態様によれば、リング磁石を容易にシャフト又は鉄心に装着することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。なお、同一符号は同一又は相当部分を示し、重畳する説明は省略する。
【００１６】
実施の形態．
本発明に係る実施の形態のリング磁石を用いた回転子の一例を図１及び図２に示す。図１は回転子の概念的な斜視図であり、図２は回転子の概念的な上面図である。本回転子は、リング磁石１と、回転子鉄心３とを備えている。
【００１７】
回転子鉄心３は例えば回転軸Ｐに平行な方向に延在した円柱形状を有している。なお、回転子鉄心３は必須要件ではなく、回転子鉄心３の代わりにシャフトが用いられてもよい。
【００１８】
リング磁石１は、回転軸Ｐを中心として環状を呈し、回転軸Ｐを中心とした周方向において相互に異なる極性を呈する磁極面２ａ，２ｂを有する外周面２を備えている。より具体的には、リング磁石１は回転軸Ｐに平行な方向に延在した筒状の形状を有している。
【００１９】
そして、例えばリング磁石１が平行着磁されて、外周面２にはＮ極の極性を呈する磁極面２ａと、Ｓ極の極性を呈する磁極面２ｂとが形成される。なお、図１，２においては、２極のリング磁石１が例示されており、磁極面２ａ，２ｂの境界（端部）が破線で示されている。また、図２においては磁極面２ａ，２ｂによって生じる磁場方向が鎖線ブロック矢印で示されている。
【００２０】
リング磁石１は回転子鉄心３に装着されている。より具体的には、回転子鉄心３が筒状のリング磁石１の内周面２１と対向し、回転子鉄心３と内周面２１との間には例えば接着剤４が充填されて、リング磁石１が回転子鉄心３に装着されている。なお、図２においては、回転子鉄心３と内周面２１との間隙を誇張して示している。また、外周面２と略相似な形状を有した内周面２１が示されているが、内周面２１の形状はこれに限らず、いかなる形状を有していてもよい。
【００２１】
本回転子は電機子巻線を有する固定子（図示せず）が外周面２の外側に配置されて、当該固定子とともに回転電機を構成し、回転軸Ｐを中心として回転運動を行う。
【００２２】
以下、リング磁石１の外周面２の形状について更に詳述する。図２を参照して、回転軸Ｐを中心とした周方向における磁極面２ａ，２ｂの中央（以下、単に中央と呼ぶ）での、回転軸Ｐに対する径ｒ１と、当該周方向における磁極面２ａ，２ｂの端部（以下、単に端部と呼ぶ）での、回転軸Ｐに対する径ｒ２とは、互いに異なっている。なお、図２においては、径ｒ１，ｒ２の差を誇張して示している。
【００２３】
径ｒ１，ｒ２の大小関係は、磁極面２ａ，２ｂの端部での径方向におけるリング磁石１の熱膨張係数α１（以下、端部の熱膨張係数α１とも呼ぶ）と、磁極面２ａ，２ｂの中央での径方向におけるリング磁石１の熱膨張係数α２（以下、中央の熱膨張係数α２とも呼ぶ）との大小関係に基づいて決定される。より具体的には、熱膨張係数α１から熱膨張係数α２を減算した値（α１−α２）の正負と、径ｒ１から径ｒ２を減算した値（ｒ１−ｒ２）の正負とが等しい。即ち、下記の関係式（１）（２）を満たすように径ｒ１，ｒ２が決定される。
【００２４】
α１＞α２ならばｒ１＞ｒ２                                        ・・・（１）
α１＜α２ならばｒ１＜ｒ２                                        ・・・（２）
【００２５】
具体的な第１の例として、リング磁石１が例えば希土類磁石のとき、磁極面２ａ，２ｂによって生じる磁場方向に垂直な方向における熱膨張係数は−０．５×１０-6／℃である。当該磁場方向に平行な方向における熱膨張係数は６．５〜７．４×１０-6／℃である。なお、熱膨張係数が負であることは、発熱により収縮することを意味する。
【００２６】
図２を参照して、磁極面２ａ，２ｂの端部でのリング磁石１の熱膨張係数α１は磁場方向に垂直な方向における熱膨張係数に等しく、−０．５×１０-6／℃である。磁極面２ａ，２ｂの中央での径方向における熱膨張係数α２は磁場方向に平行な方向における熱膨張係数に等しく６．５〜７．４×１０-6／℃である。
【００２７】
このように熱膨張係数α１が熱膨張係数α２よりも小さい場合、関係式（２）より、径ｒ１は径ｒ２よりも小さい値に決定される。即ち、外周面２は磁極面２ａ，２ｂの端部側を長軸とする楕円形状を呈している。
【００２８】
図３は図２に示す回転子が回転運動（即ち、回転電機の運転、以下同様）に伴う発熱によって熱変形したときの回転子の概念的な上面図を、変形を誇張して示している。図２に示す回転子の回転運動によって生じる発熱に伴って、リング磁石１は磁極面２ａ，２ｂの中央で径方向に熱膨張し、磁極面２ａ，２ｂの端部で径方向に熱収縮する。つまり、リング磁石１はまず径ｒ１と径ｒ２との差の絶対値が小さくなる方向に熱変形するので、外周面２は真円に近づく。よって、回転子の回転運動の際に受ける空気抵抗を低減でき、以って風損を低減することができる。
【００２９】
具体的な第２の例として、リング磁石１が例えばフェライト磁石のとき、磁極面２ａ，２ｂによって生じる磁場方向に垂直な方向における熱膨張係数は８〜９×１０-6／℃である。当該磁場方向に平行な方向における熱膨張係数は１１〜１３×１０-6／℃である。即ち、端部の熱膨張係数α１は中央の熱膨張係数α２よりも小さいので、関係式（２）より径ｒ１は径ｒ２より小さい値に決定される。よって、第１の例と同様に回転子の空気抵抗を低減することができ、以って風損を低減できる。
【００３０】
第１及び第２の具体例では、端部の熱膨張係数α１が中央の熱膨張係数α２よりも小さい場合について説明したがこれに限らない。例えば、磁場方向に垂直な方向におけるリング磁石１の熱膨張係数が、磁場方向に平行な方向におけるリング磁石１の熱膨張係数よりも大きいときは、図２に示す回転子であれば端部の熱膨張係数α１が中央の熱膨張係数α２よりも大きい。つまり、関係式（１）により径ｒ１は径ｒ２よりも大きい値に決定される。
【００３１】
この場合であっても、回転子の回転運動によって生じる発熱に伴って、まず径ｒ１と径ｒ２との差の絶対値が小さくなる方向に熱変形するので、回転子の空気抵抗を低減することができ、以って風損を低減できる。
【００３２】
また、外周面２が真円から遠ざかった形状を有して回転子が回転すると、振動を誘発する原因となりうる。本回転子であれば、回転運動中に外周面２がより真円に近づいているので、このような振動を抑制することができる。
【００３３】
但し、上述した回転子においては、回転運動によって生じる発熱量次第では、図３に示すリング磁石１の形状から更に熱変形する可能性がある。例えば第１及び第２の具体例に係る回転子を用いて説明する。当該発熱量次第では、径ｒ１が更に大きくなる方向且つ、径ｒ２が更に小さくなる方向に熱変形し、外周面２は径ｒ１が径ｒ２よりも大きい楕円形状を呈する可能性がある。この場合、回転子の回転運動に際して空気抵抗が増大し、以って風損が増大する。
【００３４】
本実施の形態では、回転運動前における径ｒ１と径ｒ２との差の絶対値は、回転運転中の任意のタイミングにおける径ｒ１と径ｒ２との差の絶対値よりも大きいことが望ましい。即ち、回転運動前の外周面２に比べて回転運動中の全ての期間における外周面２がより真円に近いので、回転子の回転運動中の全ての期間に渡って空気抵抗を低減でき、以って風損を低減することができる。
【００３５】
また、回転子が回転運動している際の回転子の温度である使用温度において、外周面２が真円となるように径ｒ１，ｒ２を決定してもよい。なお、ここでいう使用温度とは、回転運動中の回転子の時間的な温度変動の平均値であってもよく、最も長期間にわたって占める温度であってもよく、その他の統計値であってもよい。一般的に使用温度は百数十度程度である。
【００３６】
より具体的な一例として、使用温度ｔ１、回転子の回転運動前の温度ｔ２を用いて以下の関係式を満たすように径ｒ１，ｒ２を決定する。
【００３７】
ｒ１×｛１+α２（ｔ１−ｔ２）｝＝ｒ２×｛１+α１（ｔ１−ｔ２）｝  ・・・（３）
【００３８】
この場合であれば、回転運動をしている間の回転子の空気抵抗を実質的に最小化することができる。なお、ｔ１＞ｔ２となるので、関係式（３）は、関係式（１），（２）を満たしている。
【００３９】
なお、本実施の形態では、２極のリング磁石１を用いて説明したがこれに限らず、４極以上であってもよい。一例として図４に４極のリング磁石１を用いた回転子の概念的な上面図を示す。なお、図４において径ｒ１と径ｒ２との差を誇張して示している。
【００４０】
図４においては、端部の熱膨張係数α１が中央の熱膨張係数α２よりも小さい場合の回転子を例示している。即ち、関係式（２）より径ｒ１は径ｒ２よりも小さい値に決定される。図５は図４に示す回転子が回転運動によって発熱した際に熱変形したときの回転子の概念的な上面図を、変形を誇張して示している。
【００４１】
この場合、磁極面２ａ，２ｂの中央における径方向の熱変形は、磁極面２ａ，２ｂの端部における径方向の熱変形よりも大きいため、リング磁石１はまず径ｒ１と径ｒ２との差の絶対値が小さくなる方向に熱変形する。つまり、外周面２は真円に近づく。よって、回転子の回転動作による空気抵抗を低減でき、以って風損を低減できる。
【００４２】
なお、４極以上のリング磁石１においては、中央の熱膨張係数α２は磁場方向に平行な方向における熱膨張係数に相当するが、端部の熱膨張係数α１は必ずしも磁場方向に垂直な方向における熱膨張係数に相当しない。この場合、例えば実験により磁極面２ａ，２ｂの端部での径方向における熱膨張係数α１を求めてもよい。
【００４３】
また、リング磁石１は図６に示すように、回転軸Ｐを中心とした周方向において、磁極面２ａ，２ｂごとに分割されていてもよい。この場合であれば、リング磁石１を容易に回転子鉄心３に装着することができ、以って回転子の生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】回転子の概念的な斜視図である。
【図２】回転子の概念的な上面図である。
【図３】熱変形した回転子の概念的な上面図である。
【図４】回転子の概念的な上面図である。
【図５】熱変形した回転子の概念的な上面図である。
【図６】回転子の概念的な上面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  リング磁石
２  外周面
２ａ，２ｂ  磁極面
Ｐ  回転軸
ｒ１，ｒ２  径
【図１】
2008245354.tif 000003
【図２】
2008245354.tif 000004
【図３】
2008245354.tif 000005
【図４】
2008245354.tif 000006
【図５】
2008245354.tif 000007
【図６】
2008245354.tif 000008