(57)【要約】永久磁石の磁石表面積を低減させることなく、また、回転子に冷却用流体が流れる貫通穴を新たに形成することなく、永久磁石を効果的に冷却し、また回転子の強度を損なうことがない電動機を提供する。【解決手段】固定子３の径方向内側に所定のギャップを介して回転可能に配置された回転子４を、回転軸５に固定された磁性体６と、この磁性体６の回転軸側から放射状に設けられた複数の磁石挿入孔７と、磁石挿入孔７に配置された永久磁石１０と、磁性体６の軸方向の両端において磁石挿入孔７を覆うように取り付けられたエンドプレート１１，１２とを有して構成する場合に、それぞれの磁石挿入孔７に、エンドプレート１１，１２と永久磁石１０の軸方向端部との間に径方向に延設された径方向流体通路１５，１６と、これら径方向流体通路１５，１６を磁性体６の軸方向で連通する磁石挿入孔７の底部に形成された軸方向流体通路１７と、からなる冷却流体通路を形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気子巻線を施した固定子と、この固定子の径方向内側で所定のギャップを介して回転可能に配置され、複数の永久磁石が周方向に配設された回転子とを備え、
前記回転子は、回転軸に固定された磁性体と、この磁性体の前記回転軸側から放射状に設けられた複数の磁石挿入孔と、前記磁石挿入孔に配置された前記永久磁石と、前記磁性体の軸方向の両端において前記磁石挿入孔を覆うように取り付けられたエンドプレートとを有して構成され、
前記それぞれの磁石挿入孔には、前記永久磁石の軸方向の両端部とそれぞれの前記エンドプレートとの間に前記磁性体の外周から径方向内側にかけて延設された一対の径方向流体通路と、前記一対の径方向流体通路を前記磁性体の軸方向で連通するよう前記磁石挿入孔の底部に形成された軸方向流体通路と、からなる冷却流体通路が形成されていることを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記一対の径方向流体通路は、一方の径方向流体通路の前記磁性体の軸方向での通路巾と、他方の径方向流体通路の前記磁性体の軸方向での通路巾とが異なっていることを特徴とする請求項１記載の電動機。
【請求項３】
前記一対の径方向流体通路は、隣り合う磁石挿入孔で、前記磁性体の軸方向での通路巾が相対的に広い径方向流体通路が前記磁性体の軸方向で同じ側に形成されていることを特徴とする請求項２記載の電動機。
【請求項４】
前記一対の径方向流体通路は、隣り合う磁石挿入孔で、前記磁性体の軸方向での通路巾が相対的に広い径方向流体通路が前記磁性体の軸方向で異なる側に形成されていることを特徴とする請求項２記載の電動機。
【請求項５】
前記磁石挿入孔は、径方向外側が前記磁性体の外周に開放され、この磁石挿入孔の径方向外側の開放端部は、前記永久磁石の抜け止め蓋部材で閉塞され、前記軸方向流体通路には、前記永久磁石を径方向外側へ付勢する板状スプリングが配設されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸に固装されて該回転軸と一体に回転すると共に永久磁石が周方向に多数配設された回転子の特に永久磁石を冷却するために有用な構成を備えた電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石式電動機の回転子は、固定子から磁束を受けるため，漏れ磁束による鉄損（渦電流損）が発生し、発熱する。
この発熱による回転子の温度は、固定子のコイルとの距離が短いエアギャップ付近で最も高く，回転軸中心方向に向かうにつれて低くなってくる。したがって、永久磁石が固定子の径方向に埋設された例えばI字型配置の磁石である場合には、回転軸から径方向外側へ向かって温度が徐々に高くなる環境にさらされている．【０００３】
このような環境下において、永久磁石としてフェライトやネオジウム合金磁石といった焼結成型品を用いる場合には、温度差による熱膨張の差によって内部応力が発生し、割れやすくなる。特に、フェライト（15x10^-6K-1程度）はネオジウム合金（6.5x10^-6K-1程度）と比べて線膨脹係数が大きいため、熱応力による破壊を防ぐためには、磁石の半径方向の長さを短くする必要があるが、半径方向の長さを抑えると、磁石表面積の確保が難しくなるものであった。【０００４】
そこで、回転子（永久磁石）を積極的に冷却することが望ましく、従来においては、コイルエンド部を有する固定子の径方向内側で回転可能に支持されるとともに、永久磁石が配設された回転子において、回転子軸から供給される冷媒により、永久磁石及びコイルエンド部を冷却する構成が開示されている。具体的には、永久磁石を冷却した後の冷媒が回転子内を径方向内側に流通する冷媒帰還路と、冷媒帰還路の径方向内側の端部に連通し、径方向で回転子軸に近接した位置に設けられた、回転子からコイルエンド部に向けて冷媒を噴出させる冷媒噴出口とを設け、永久磁石を冷却した後の冷媒によりコイルエンド部を冷却する構成が公知となっている（特許文献１参照）。【０００５】
また、回転子を構成する回転子コア（磁性体）に、電動機の軸方向に貫通する貫通孔を設け、この貫通孔を電動機軸方向に対してねじれた形状とし、回転子コアの回転に伴い、空気又は冷媒を貫通孔に送流させることで冷却効率を高めるようにした構成も公知となっている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２３９７９９号公報
【特許文献２】特開２００１−２５２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したいずれの構成においても、回転子の磁性体（ロータコア）に冷却用流体が流れる貫通穴（コア内冷媒路）等を磁石挿入孔や磁性体及びエンドプレートを軸方向で固定するリベットの挿通孔とは別に穿設する必要があるため、複雑な加工を伴うものであった。また、磁石挿通孔やリベットの挿入通孔とは別に冷却用流体が流れる貫通穴（コア内冷媒路）を形成する必要があるため、回転子の強度自体の低下を招く恐れもある。【０００８】
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、永久磁石の磁石表面積を低減させることなく、また、回転子に冷却用流体が流れる貫通穴を新たに形成することなく、永久磁石を効果的に冷却することができ、また、回転子の強度を損なうことがない電動機を提供することを主たる課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するために、本発明に係る電動機は、電気子巻線を施した固定子と、この固定子の径方向内側で所定のギャップを介して回転可能に配置され、複数の永久磁石が周方向に配設された回転子とを備え、前記回転子は、回転軸に固定された磁性体と、この磁性体の前記回転軸側から放射状に設けられた複数の磁石挿入孔と、前記磁石挿入孔に配置された前記永久磁石と、前記磁性体の軸方向の両端において前記磁石挿入孔を覆うように取り付けられたエンドプレートとを有して構成され、前記それぞれの磁石挿入孔には、前記永久磁石の軸方向の両端部とそれぞれの前記エンドプレートとの間に前記磁性体の外周から径方向内側にかけて延設された一対の径方向流体通路と、前記一対の径方向流体通路を前記磁性体の軸方向で連通するよう前記磁石挿入孔の底部に形成された軸方向流体通路と、からなる冷却流体通路が形成されていることを特徴としている。【００１０】
従って、それぞれの磁石挿入孔において、冷却流体が、各磁石挿入孔の永久磁石とエンドプレートとの間に形成された一対の径方向流体通路とこれら一対の径方向流体通路を連通する磁石挿入孔の底部に形成された軸方向流体通路とからなる冷却流体通路を流れるので、永久磁石の磁石挿入孔に挿入されて表面から見えない側辺（軸方向の両端部の側辺と磁石挿入孔の底部に臨む側辺）に冷却流体を接触させることができ、永久磁石の冷却が促進され、永久磁石の温度分布が不均一となることが改善される。【００１１】
ここで、前記一対の径方向流体通路は、一方の径方向流体通路の前記磁性体の軸方向での通路巾と、他方の径方向流体通路の前記磁性体の軸方向での通路巾とが異なっていることが好ましい。【００１２】
このような構成とすることで、磁性体の軸方向での通路巾が相対的に広い径方向流体通路内の流体は回転子の回転による遠心力により径方向流体通路から排出されやすくなり、磁性体の軸方向での通路巾が相対的に狭い径方向流体通路から冷却流体が導入され、軸方向流体通路を経て、磁性体の軸方向での通路巾が相対的に広い径方向流体通路を通って回転子外に排出されるので、回転子内での冷却流体の流れが促進され、回転子（永久磁石）の冷却が促進され、回転子（永久磁石）の温度分布が不均一となることが改善される。【００１３】
特に、一対の径方向流体通路において、隣り合う磁石挿入孔で、前記磁性体の軸方向での通路巾が相対的に広い径方向流体通路を前記磁性体の軸方向で同じ側に形成することで、回転子の全体を見た場合に、回転子の全周において、軸方向の一方から他方にかけて流れる冷却流体の大きな流れが形成されるので、電動機内部の冷却流体の循環が促進される。【００１４】
また、一対の径方向流体通路において、隣り合う磁石挿入孔で、前記磁性体の軸方向での通路巾が相対的に広い径方向流体通路を前記磁性体の軸方向で異なる側に形成することで、磁石挿入孔を流れる（永久磁石の周囲を流れる）冷却流体の流れを周方向で交互に逆にすることが可能となり、回転子（永久磁石）の冷却が偏ることがなくなり、回転子（永久磁石）の温度分布が不均一となることが改善される。【００１５】
なお、前記磁石挿入孔は、径方向外側が磁性体の外周に開放され、この磁石挿入孔の径方向外側の開放端部は、抜け止め蓋部材で閉塞され、前記軸方向流体通路には、前記永久磁石を径方向外側へ付勢する板状スプリングが配設されるようにしてもよい。【００１６】
このような構成においては、永久磁石を板状スプリングにより抜け止め蓋部材に押し付け、磁石挿入孔にしっかり保持させることが可能になると共に、軸方向流体通路内に配置された板状スプリングを熱交換用のフィンとして機能させることが可能となるので、軸方向流体通路を流れる流体を板状スプリングにより熱交換させやすくして回転子（永久磁石）の冷却を促進させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
以上述べたように、本発明によれば、回転子の磁性体に形成された磁石挿入孔に、永久磁石の軸方向の両端において、エンドプレートとの間に一対の径方向流体通路を形成し、また、磁石挿入孔の底部に永久磁石の両端に形成された径方向流体通路を磁性体の軸方向で連通する軸方向流体通路を形成し、冷却流体を永久磁石の磁石挿入孔に挿入されて表面から見えない側辺（軸方向の両端部の側辺と磁石挿入孔の底部に臨む側辺））に接触可能としたので、永久磁石の全体を冷却することが可能となり、永久磁石の冷却を促進し、永久磁石の温度分布が不均一となることを改善することが可能となる。したがって、永久磁石が径方向に長くても、熱応力による破壊を防ぐことが可能となるので、磁石表面積を大きく確保することが可能となる。【００１８】
また、このような冷却流体通路を形成するにあたり、永久磁石の軸方向の両端に形成された一対の径方向流体通路において、一方の径方向流体通路の磁性体の軸方向での通路巾と、他方の径方向流体通路の磁性体の軸方向での通路巾とを異ならせることで、回転子内の冷却流体の流れを促進させて、回転子の冷却を促進し、回転子（永久磁石）の温度分布が不均一となることを改善することが可能となる。【００１９】
特に、一対の径方向流体通路において、隣り合う磁石挿入孔で、前記磁性体の軸方向での通路巾が相対的に広い径方向流体通路を磁性体の軸方向で同じ側に形成することで、電動機の内部で、冷却流体が回転子の全周において軸方向の一方から他方にかけて同方向に流れる大きな流れが形成されるので、電動機内部の冷却流体のスムーズな対流が促進される。
また、一対の径方向流体通路において、隣り合う磁石挿入孔で、磁性体の軸方向での通路巾が相対的に広い径方向流体通路を磁性体の軸方向で異なる側に形成することで、磁性体の軸方向の冷却流体の流れを周方向で交互にすることが可能となり、回転子（永久磁石）の冷却が偏ることがなくなり、回転子（永久磁石）の温度分布が不均一となることを改善することが可能となる。【００２０】
さらに、磁石挿入孔の径方向外側が磁性体の外周に開放されている場合には、この磁石挿入孔の径方向外側の開放端を抜け止め蓋部材で閉塞し、前記軸方向流体通路に、前記永久磁石を径方向外側へ付勢する板状スプリングを配設することで、永久磁石を板状スプリングにより磁石挿入孔にしっかり保持させることが可能になり、また、軸方向流体通路を流れる流体を板状スプリングによって熱交換させ易くして、回転子（永久磁石）の冷却を一層促進させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明に係る電動機の回転子の例を示す断面図であり、軸方向から見た図である。
【図２】図２（a）は、図１のＡ−Ａ線で切断した断面図であり、図１（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。
【図３】図３は、本発明に係る電動機の回転子の他の構成例を示す図であり、（ａ）は、（ｂ）のＢ−Ｂ線で切断した断面図であり、（ｂ）は、回転子を軸方向から見た図であり、（ａ）のＣ−Ｃ線から見た端面図である。
【図４】図４は、本発明に係る電動機の回転子のさらに他の構成を示す図であり、（ａ）は、（ｂ）のＢ−Ｂ線で切断した断面図であり、（ｂ）は、回転子を軸方向から見た図であり、（ａ）のＣ−Ｃ線から見た端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る電動機の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１及び図２において、電動機１は、電気子巻線を施したコイルエンド部２を有する固定子３と、この固定子３の径方向内側において、回転軸５に支持され、所定のギャップを介して回転軸５と共に回転可能に配置された回転子４とを有して構成されている。
【００２４】
この回転子４は、多数の磁性鋼板を積層して円柱状に形成され、回転軸５に軸心を一致させて固装された磁性体６を備え、この磁性体６には、回転軸側から放射状に設けられた複数（この例では６つ）の磁石挿入孔７が周方向に等間隔に形成されている。この磁石挿入孔７は、回転軸５近傍から磁性体６の外周面にかけて直線状（断面Ｉ字状）に形成されているもので、回転軸に最も近接する箇所に（磁石挿入孔７の底部に）後述する板状スプリング１８を収容するスプリング収容凹部７ａを形成し、このスプリング収容凹部７ａから径方向外側に向けて形成されている。この例では、磁石挿入孔７は、スプリング収容凹部７ａから径方向外側に向かうにつれてテーパ状に広がり、中間部から周方向の巾を均一にした断面形状に形成されている。
【００２５】
磁石挿入孔７の開放端部には、磁石挿入孔７の周方向内側へ突出した爪形状のつば状突起８が形成され、このつば状突起８に磁石挿入孔７の内側から板状の抜け止め蓋部材９が当接されている。永久磁石１０は、スプリング収容凹部７ａを除く磁石挿入孔の断面形状に合わせて径方向内側にテーパ面が形成されたブロック状のもので、磁石挿入孔７に設けられた抜け止め蓋部材９よりも径方向内側に配置され、外周端が抜け止め蓋部材９に当接されてこの抜け止め蓋部材９により径方向外側への移動が規制され、磁石挿入孔７から抜けないように保持されている。
【００２６】
抜け止め蓋部材９は、周方向の長さ（短手方向の長さ）が磁石挿入孔のつば状突起８より径方向内側での周方向の巾（永久磁石１０の周方向の巾）に略等しく、軸方向の長さが永久磁石１０の同方向の長さに等しく形成されている。
また、永久磁石１０と抜け止め蓋部材９の軸方向の長さは、磁石挿入孔７の軸方向の長さよりも小さく形成され、永久磁石１０は、磁性体６の軸方向の端面から突出しないように磁石挿入孔に固定されるようになっている。
【００２７】
磁性体６の軸方向の両端には、磁石挿入孔７を軸方向で覆うように円板状のエンドプレート１１，１２が当接され、このエンドプレート１１，１２を必要に応じて設けられる図示しないバランスウエイトと共にリベット１３などの固定手段により軸方向で磁性体６に一体化させている。なお、１４は、周方向で隣り合う磁石挿入孔間に形成され、磁性体６の軸方向に延設されたリベット挿通孔である。
【００２８】
そして、それぞれの磁石挿入孔７には、それぞれのエンドプレート１１，１２と永久磁石１０の軸方向端部との間に磁性体６の外周から径方向内側にかけて延設された一対の径方向流体通路１５，１６と、これら永久磁石の両端部に形成された一対の径方向流体通路を磁性体６の軸方向で連通するように設けられた軸方向流体通路１７と、からなる冷却流体通路が形成されている。
【００２９】
径方向流体通路１５，１６は、永久磁石１０の軸方向の端部と磁性体６の軸方向端面に当接されたエンドプレート１１，１２との間に意図的に隙間を形成することによって形成されるもので、磁石挿入孔７の軸方向両端部に形成されるそれぞれの径方向流体通路１５，１６は、軸方向の巾が同じになるように形成されるものであっても、異なるように形成されるものであってもよい（図２（ｂ）では、径方向流体通路１５，１６の軸方向幅を等しくした例を示す）。この際、抜け止め蓋部材９は、永久磁石１０と軸方向の位置がずれることなく取り付けられ、径方向流体通路１５，１６を塞ぐことがないようにしている（一対のエンドプレート１１，１２と永久磁石１０との間の軸方向幅が抜け止め蓋部材９の取付位置によって変更されることがないようにしている）。
【００３０】
軸方向流体通路１７は、磁石挿入孔７の底部に形成されたスプリング収容凹部７ａによって形成されているもので、永久磁石１０を径方向外側へ付勢する板状スプリング１８が軸方向の全長に渡って配設されている。この板状スプリング１８は、例えば、断面Ｕ字状に形成されたものを弾性変形可能に軸方向流体通路に収容し、永久磁石１０を、抜け止め蓋部材９に常時押し付けるように付勢している。
【００３１】
以上の構成において、回転子４には、それぞれの磁石挿入孔７に、永久磁石１０とエンドプレート１１，１２との間に形成された径方向流体通路１５，１６と磁石挿入孔７の底部に形成された軸方向流体通路１７とによって、永久磁石１０のエンドプレート１１，１２と対峙する２面と径方向内側の端面との計３面に冷却用流体が直接接触する冷却流体通路が形成されているので、永久磁石１０を内側まで冷却させることが可能となり、永久磁石１０の温度分布が不均一となることが改善される。
【００３２】
したがって、永久磁石１０としてフェライトやネオジウム合金磁石といった焼結成型品を用いる場合においても、温度差による熱膨張の差によって内部応力が発生して割れやすくなる不都合がなくなり、熱応力による破損を防ぐために、永久磁石１０の半径方向長さを短くすることが不要となり、磁石表面積を容易に確保することが可能となる。
【００３３】
上述した例では、回転子４の軸方向両側に設けられる径方向流体通路１５，１６の磁性体６の軸方向での幅を等しくした例を示したが、図３（ａ）や図４（ａ）に示されるように、永久磁石１０の軸方向の両端部に形成された径方向流体通路１５，１６の、一方の径方向流体通路の磁性体６の軸方向での通路巾と、他方の径方向流体通路の磁性体６の軸方向での通路巾とを異ならせるようにしてもよい。
【００３４】
図３（ａ）においては、永久磁石１０の軸方向の両端部に形成された径方向流体通路１５，１６を、周方向で隣り合う磁石挿入孔７で、磁性体６の軸方向での通路巾が相対的に広い径方向流体通路１６を磁性体６の軸方向で同じ側に形成した例が示されている。
【００３５】
この例においては、磁性体６の軸方向での通路巾が相対的に広い径方向流体通路１６内の流体が回転子４の回転による遠心力によって径方向流体通路１６から排出されやすくなるので、磁性体６の軸方向での通路巾が相対的に狭い方の径方向流体通路１５から冷却流体が導入され、この径方向流体通路１５を径方向外側から内側に向けて流れ、その後、磁石挿入孔７の底部の軸方向流体通路１７を流れ、しかる後に、図３（ｂ）に示されるように、磁性体６の軸方向での通路巾が相対的に広い径方向流体通路１６を径方向内側から外側に向けて流れ、回転子外に排出されるので、回転子内での冷却流体の流れが促進され、回転子４（永久磁石１０）の温度分布が不均一となることが改善される。
【００３６】
特に、この例では、磁性体６の軸方向での通路巾が相対的に広い径方向流体通路１６が磁性体６の軸方向で同じ側に形成されているので、電動機の内部で、冷却流体が回転子４の全周において軸方向の一方から他方にかけて同方向に流れる大きな流れが形成されることになり、電動機内部の冷却流体の循環が促進される。
【００３７】
また、図４（ｂ）においては、永久磁石１０の軸方向の両端部に形成された径方向流体通路１５，１６を、周方向で隣り合う磁石挿入孔７で、磁性体６の軸方向での通路巾が相対的に広い径方向流体通路が、磁性体６の軸方向で異なる側に形成されている例が示されている。
【００３８】
この例においては、周方向で隣り合う磁石挿入孔７で、磁性体６の軸方向での通路巾が相対的に広い径方向流体通路が磁性体６の軸方向で異なる側に形成されているので、永久磁石１０の周囲を流れる冷却流体の流れを、図４（ｂ）に示されるように、磁石挿入孔７を流れる（永久磁石１０の周囲を流れる）冷却流体の流れを周方向で交互に逆にすることが可能となり、回転子４（永久磁石１０）の冷却が偏ることがなくなり、回転子４（永久磁石１０）の温度分布が不均一となることが改善される。
【符号の説明】
【００３９】
２  コイルエンド部
３  固定子
４  回転子
６  磁性体
７  磁石挿入孔
９  抜け止め蓋部材
１０  永久磁石
１１，１２  エンドプレート
１５，１６  径方向流体通路
１７  軸方向流体通路
１８  板状スプリング
【図１】
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【図２】
2016204238.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2016204238.tif 000007
2016204238.tif 000008
2016204238.tif 000009
2016204238.tif 000010