(57)【要約】【課題】永久磁石の冷却を効果的に行うこと。【解決手段】ロータコアは、複数の鋼板４３により構成され、中心孔２２及び周方向に間隔をおいて設けられた複数の挿入孔２４を有する積層体と、複数の挿入孔２４にそれぞれ挿入して固定された永久磁石３０とを備えている。ロータコアは、積層体の内部に設けられ、永久磁石３０を冷却する冷却媒体としてのオイルが流通される複数の冷却流路２６を有する。冷却流路２６の内面のうち径方向外側の部分には、凸部からなり、内面の表面積を拡大させた拡大部２９ａ，２９ｂが設けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の鋼板により構成され、中心孔及び周方向に間隔をおいて設けられた複数の挿入孔を有する積層体と、
前記複数の挿入孔にそれぞれ挿入して固定された永久磁石と、を備え、
前記積層体の内部に設けられ、前記永久磁石を冷却する冷却媒体が流通される冷却流路を有する回転電機のロータにおいて、
前記冷却流路の内面のうち径方向外側の部分には、凹部または凸部からなり、前記内面の表面積を拡大させた拡大部が設けられている、
回転電機のロータコア。
【請求項２】
前記冷却流路は、前記積層体の軸方向に延在する軸方向流路部と、前記中心孔と前記軸方向流路部とを連通する径方向流路部とを有しており、
前記拡大部は、前記軸方向流路部の内面のうち径方向外側の部分に設けられている、
請求項１に記載の回転電機のロータコア。
【請求項３】
前記冷却流路の内面には、前記拡大部が周方向に複数設けられている、
請求項１または請求項２に記載の回転電機のロータコア。
【請求項４】
前記冷却流路の内面には、前記拡大部が軸方向に複数設けられている、
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の回転電機のロータコア。
【請求項５】
前記拡大部が前記複数の鋼板の全てに設けられている、
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の回転電機のロータコア。
【請求項６】
前記複数の鋼板は、前記拡大部を有する鋼板と、前記拡大部を有していない鋼板とからなる、
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の回転電機のロータコア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機のロータコアに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁石埋込型の回転電機のロータコアは、複数の鋼板により構成され、中心孔及び周方向に間隔をおいて設けられた複数の挿入孔を有する積層体と、複数の挿入孔にそれぞれ挿入して固定された永久磁石とを備えている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
ロータの回転時には温度上昇によって永久磁石の減磁が生じると、所望の磁力を得ることができなくなり、出力低下に繋がる。
そこで、例えば特許文献１に記載の回転電機においては、減磁の発生を抑制すべく、積層体を軸方向に貫通する冷却流路に冷却媒体を流通させることにより永久磁石の冷却を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１８３４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、回転電機においては、更なる高出力化が求められており、永久磁石を効果的に冷却することが求められている。しかしながら、特許文献１に記載の回転電機のロータコアを含む従来のロータコアでは、永久磁石の効果的な冷却を図る上で、なお、改善の余地がある。
【０００６】
本発明の目的は、永久磁石の冷却を効果的に行うことのできる回転電機のロータコアを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための回転電機のロータコアは、複数の鋼板により構成され、中心孔及び周方向に間隔をおいて設けられた複数の挿入孔を有する積層体と、前記複数の挿入孔にそれぞれ挿入して固定された永久磁石と、を備え、前記積層体の内部に設けられ、前記永久磁石を冷却する冷却媒体が流通される冷却流路を有する。前記冷却流路の内面のうち径方向外側の部分には、凹部または凸部からなり、前記内面の表面積を拡大させた拡大部が設けられている。
【０００８】
ロータの回転時には冷却媒体に対して遠心力が作用するため、冷却媒体は冷却流路内において径方向外側に偏在して流れる。
上記構成によれば、冷却流路の内面のうち特に冷却媒体の接触しやすい径方向外側の部分の表面積が拡大部により拡大されるため、冷却媒体の接触面積が増大する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、永久磁石の冷却を効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】回転電機のロータコアの一実施形態について、同ロータコアが適用されたロータを示す平面図。
【図２】図１の２−２線に沿ったロータの断面構造を示す断面図。
【図３】同実施形態の鋼板の平面図と、同鋼板の挿入孔に挿入して固定された永久磁石の断面図とを合わせ示す図であって、（ａ）は、第１の鋼板の第１の領域を示す図、（ｂ）は、第２の鋼板の第１の領域を示す図。
【図４】同実施形態の鋼板の平面図と、同鋼板の挿入孔に挿入して固定された永久磁石の断面図とを合わせ示す図であって、（ａ）は、第３の鋼板の第１の領域を示す図、（ｂ）は、第３の鋼板の第２の領域を示す図。
【図５】同実施形態のロータコアにおける冷却流路の内面を示す斜視図。
【図６】変形例のロータコアにおける冷却流路の内面を示す斜視図。
【図７】他の変形例のロータコアにおける冷却流路の内面を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図１〜図５を参照して、回転電機のロータコアを電動機のロータコアとして具体化した一実施形態について説明する。
まず、本実施形態のロータコア１２が適用されるロータ１０の全体構成について説明する。
【００１２】
図１及び図２に示すように、ロータ１０は、円筒状のロータコア１２と、ロータコア１２の中心孔２２に挿通されるロータシャフト１４と、ロータシャフト１４に対してワッシャ１６を介してロータコア１２を固定するナット１８とを備えている。
【００１３】
ロータコア１２は、複数の鋼板４１〜４３により形成され、中心孔２２及び周方向に間隔をおいて形成された複数の挿入孔２４を有する積層体２０と、複数の挿入孔２４にそれぞれ挿入されるとともに充填材３２を介して積層体２０に固定された永久磁石３０とを備えている。
【００１４】
なお、充填材としては例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂が好ましい。
図１に示すように、本実施形態の積層体２０には、周方向において互いに隣り合う都合十対の挿入孔２４が形成されている。一対の挿入孔２４は、それぞれ長尺状の断面形状を有するとともに、互いに近接するほど外周側に位置している。永久磁石３０は、挿入孔２４の断面長手方向に対して長い矩形状の断面形状を有している。
【００１５】
なお、一般には、同図に二点鎖線にて囲まれた２つの挿入孔２４、すなわち互いに近接するほど内周側に位置する２つの挿入孔２４に挿入して固定される一対の永久磁石３０によって、電動機の各磁極が構成される。
【００１６】
図２に示すように、ロータシャフト１４には、積層体２０の一方の端面（同図の左端面）を支持するフランジ１４１が形成されている。ロータシャフト１４には、上記一方の端面とは反対側（同図の右側）からワッシャ１６を介してナット１８が螺合されている。ナット１８を締め付けることにより、ワッシャ１６がロータコア１２を押圧し、ロータシャフト１４に対してロータコア１２が固定されている。
【００１７】
ロータ１０の内部には、永久磁石３０を冷却する冷却媒体としてのオイルを流通させる流路が設けられている。
すなわち、当該流路は、ロータシャフト１４の内部に形成された導入流路１４２と、積層体２０の内部に形成されるとともに上記導入流路１４２に連通された冷却流路２６とを有している。
【００１８】
冷却流路２６は、積層体２０の軸方向（同図の左右方向）に沿って延在する軸方向流路部２７と、中心孔２２と軸方向流路部２７とを連通する径方向流路部２８とを有している。
【００１９】
軸方向流路部２７は、積層体２０を構成する複数の鋼板４１〜４３の全てに形成されており、積層体２０を軸方向に貫通している。
径方向流路部２８は、積層体２０を構成する複数の鋼板４１〜４３のうち軸方向の中央部に位置する複数の鋼板４１，４２に形成されている。径方向流路部２８は、中心孔２２に連通するとともに径方向に沿って延在するスリット２８１と、スリット２８１の外周部分からそれぞれ２つに分岐するとともに径方向外側に向けて延在して軸方向流路部２７と一体に形成された貫通孔２８２とを有している。スリット２８１は、ロータシャフト１４の周壁を貫通する連通孔１４３を介して導入流路１４２に連通している。
【００２０】
本実施形態の積層体２０は、軸方向の中央部に位置する複数の第１の鋼板４１と、複数の第１の鋼板４１を軸方向の両側からそれぞれ挟む複数の第２の鋼板４２と、複数の第２の鋼板４２を軸方向の両側からそれぞれ挟む複数の第３の鋼板４３とから構成されている。
【００２１】
次に、図３及び図４を参照して、各鋼板４１〜４３の構成について説明する。
＜第３の鋼板４３＞
図１に示すように、第３の鋼板４３には、周方向に沿って延在する複数（本実施形態では１０個）の略円弧状の軸方向流路部２７が貫通して設けられている。本実施形態では、第３の鋼板４３の複数の軸方向流路部２７の形状が、ロータコア１２の中心を通って延びる仮想直線Ｖ０（同図の一点鎖線）の両側で互いに異なっている。
【００２２】
第３の鋼板４３のうち上記仮想直線Ｖ０よりも左側の領域である第１の領域の軸方向流路部２７を図３（ａ）に示すとともに、第３の鋼板４３のうち上記仮想直線Ｖ０よりも右側の領域である第２の領域の軸方向流路部２７を図３（ｂ）に示す。
【００２３】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、軸方向流路部２７は、ロータコア１２の中心と、一対の挿入孔２４の中間位置とを通って延びる仮想直線Ｖ１，Ｖ２（同図の一点鎖線）を中心に対称な形状を有している。
【００２４】
図３（ａ）に示すように、上記第１の領域の軸方向流路部２７では、軸方向流路部２７の内面のうち径方向外側の部分に、平面視半円形状の凸部からなり、同内面の表面積を拡大させた第１の拡大部２９ａが周方向に複数設けられている。この場合、ロータコア１２の中心と、一対の挿入孔２４の中間位置とを通って延びる仮想直線Ｖ１（同図の一点鎖線）が、隣り合う第１の拡大部２９ａの間の平らな部分の中央を通っている。
【００２５】
図３（ｂ）に示すように、上記第２の領域の軸方向流路部２７では、軸方向流路部２７の内面のうち径方向外側の部分に、平面視半円形状の凸部からなり、同内面の表面積を拡大させた第２の拡大部２９ｂが周方向に複数設けられている。第２の拡大部２９ｂの形状及び大きさは第１の拡大部２９ａと同一である。この場合、ロータコア１２の中心と、一対の挿入孔２４の中間位置とを通って延びる仮想直線Ｖ２（同図の一点鎖線）が、第２の拡大部２９ｂの中央を通っている。
【００２６】
すなわち、第１の領域の冷却流路２６と、第２の領域の冷却流路２６とで、複数の拡大部２９ａ，２９ｂの配置パターンが異なっている。
＜第１の鋼板４１＞
図４（ａ）に示すように、第１の鋼板４１には、上記スリット２８１が設けられている。スリット２８１は、中心孔２２に連通するとともに径方向に沿って延在している。
【００２７】
径方向におけるスリット２８１と一対の挿入孔２４との間には、第３の鋼板４３と同様にして、軸方向流路部２７が貫通して設けられている。スリット２８１及び軸方向流路部２７は、ロータコア１２の中心と、一対の挿入孔２４の中間位置とを通って延びる仮想直線Ｖ３（同図の一点鎖線）を中心に対称な形状を有している。
【００２８】
上記第１の領域の軸方向流路部２７では、軸方向流路部２７の内面のうち径方向外側の部分に、第３の鋼板４３と同様にして、第１の拡大部２９ａが周方向に複数設けられている。なお、図示は省略するが、上記第２の領域の軸方向流路部２７では、軸方向流路部２７の内面のうち径方向外側の部分に、第３の鋼板４３と同様にして、第２の拡大部２９ｂが周方向に複数設けられている。
【００２９】
各挿入孔２４の内周面には、挿入孔２４の内周側に向けて突出するとともに永久磁石３０の断面長手方向における変位を規制することにより、挿入孔２４内における永久磁石３０の位置決めをする一対の位置決め部２４１，２４２が設けられている。
【００３０】
なお、図４（ａ）では、スリット２８１及び軸方向流路部２７が１つずつ示されているが、第１の鋼板４１には、複数（本実施形態では１０個）のスリット２８１及び軸方向流路部２７が周方向に等間隔にて設けられている。
【００３１】
＜第２の鋼板４２＞
図４（ｂ）に示すように、第２の鋼板４２には、上記貫通孔２８２が貫通して設けられている。貫通孔２８２は、径方向外側ほど周方向の幅が大きくされた略角丸二等辺三角形状をなしている。貫通孔２８２は、ロータコア１２の中心と、一対の挿入孔２４の中間位置とを通って延びる仮想直線Ｖ４（同図の一点鎖線）を中心に対称な形状を有している。
【００３２】
上記第１の領域の貫通孔２８２では、貫通孔２８２の内面のうち径方向外側の部分に、第３の鋼板４３と同様にして、第１の拡大部２９ａが周方向に複数設けられている。なお、図示は省略するが、上記第２の領域の貫通孔２８２では、貫通孔２８２の内面のうち径方向外側の部分に、第３の鋼板４３と同様にして、第２の拡大部２９ｂが周方向に複数設けられている。
【００３３】
なお、図４（ｂ）では、１つの貫通孔２８２が示されているが、第２の鋼板４２には、複数（本実施形態では１０個）の貫通孔２８２が周方向に等間隔にて設けられている。
図４（ａ）に二点鎖線にて示すように、貫通孔２８２の内周部とスリット２８１の外周部とが軸方向にオーバーラップしている。
【００３４】
図４（ｂ）に二点鎖線にて示すように、軸方向流路部２７と貫通孔２８２の外周部とが軸方向にオーバーラップしている。
本実施形態では、鋼板４１〜４３を所定の枚数毎に１８０度回転させて積層すること、所謂転積を行うことにより、積層体２０が形成されている。したがって、積層体２０においては、上記第１の領域全体同士が重なり合う部分と、第１の領域全体と第２の領域全体とが重なり合う部分とが軸方向において交互に存在する。
【００３５】
図５に、鋼板４１〜４３を例えば２枚毎に１８０度回転させて積層した場合の軸方向流路部２７の内面を示す。
図５に示すように、軸方向流路部２７の内面には、拡大部２９ａ（２９ｂ）が周方向に間隔をおいて複数設けられるとともに、拡大部２９ａ（２９ｂ）が軸方向に間隔をおいて複数設けられている。拡大部２９ａ（２９ｂ）は、軸方向において２つずつ連なって設けられている。
【００３６】
次に、本実施形態の作用について説明する。
ロータ１０の回転時にはオイルに対して遠心力が作用するため、オイルは冷却流路２６内において径方向外側に偏在して流れる。
【００３７】
本実施形態によれば、冷却流路２６の軸方向流路部２７の内面のうち特にオイルの接触しやすい径方向外側の部分の表面積が拡大部２９ａ，２９ｂにより拡大されるため、オイルの接触面積が増大する。
【００３８】
以上説明した本実施形態に係る回転電機のロータコアによれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）ロータコア１２は、複数の鋼板４１〜４３により構成され、中心孔２２及び周方向に間隔をおいて設けられた複数の挿入孔２４を有する積層体２０と、複数の挿入孔２４にそれぞれ挿入して固定された永久磁石３０とを備えている。積層体２０の内部に設けられ、永久磁石３０を冷却する冷却媒体としてのオイルが流通される複数の冷却流路２６を有する。軸方向流路部２７の内面のうち径方向外側の部分には、凸部からなり、内面の表面積を拡大させた拡大部２９ａ，２９ｂが設けられている。
【００３９】
こうした構成によれば、上述した作用を奏することから、永久磁石３０を効果的に冷却することができる。
（２）軸方向流路部２７の内面には、拡大部２９ａ，２９ｂが周方向に複数設けられている。
【００４０】
こうした構成によれば、周方向に１つの拡大部が設けられている構成に比べて、軸方向流路部２７の内面のうち特にオイルの接触しやすい部分の表面積が一層拡大される。これにより、オイルの接触面積を更に増加させることができ、永久磁石３０を一層効果的に冷却することができる。
【００４１】
（３）軸方向流路部２７の内面には、拡大部２９ａ，２９ｂが軸方向に複数設けられている。
こうした構成によれば、軸方向に１つの拡大部が設けられている構成に比べて、軸方向流路部２７の内面のうち特にオイルの接触しやすい部分の表面積が一層拡大される。このため、オイルの接触面積を更に増加させることができ、永久磁石３０を一層効果的に冷却することができる。
【００４２】
（４）拡大部２９ａ，２９ｂが複数の鋼板４１〜４３の全てに設けられている。このため、拡大部２９ａ，２９ｂを有する鋼板４１〜４３とは別に、拡大部２９ａ，２９ｂを有していない鋼板を準備する必要がない。したがって、ロータコア１２を構成する鋼板４１〜４３の構成を簡単にすることができる。
【００４３】
＜変形例＞
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・上記実施形態では、図５に示すように、鋼板４１〜４３を２枚毎に１８０度回転させて積層して積層体２０を形成した。これに代えて、図６に示すように、鋼板４１〜４３を１枚毎に１８０度回転させて積層するようにしてもよい。また、鋼板４１〜４３を１８０度回転させて積層する際の間隔、すなわち鋼板４１〜４３の枚数を適宜変更することができる。
【００４４】
・例えば図７に示すように、軸方向流路部２７に第２の拡大部２９ｂが設けられた鋼板４１〜４３と、冷却流路に拡大部が設けられていない鋼板５１〜５３とを積層して積層体を形成してもよい。この場合、鋼板４１〜４３，５１〜５３を転積しなくとも第２の拡大部２９ｂを軸方向に間隔をおいて複数設けることができる。
【００４５】
・第１の拡大部２９ａを有する軸方向流路部２７の数と、第２の拡大部２９ｂを有する軸方向流路部２７の数とは同数でなくてもよい。また、第１の拡大部２９ａを有する軸方向流路部２７及び第２の拡大部２９ｂを有する軸方向流路部２７の周方向の位置を適宜変更してもよい。例えば第１の拡大部２９ａを有する軸方向流路部２７と、第２の拡大部２９ｂを有する軸方向流路部２７とを周方向において１つずつ交互に設けることもできる。
【００４６】
・拡大部２９ａ（２９ｂ）の形状、例えば周方向の幅や径方向の長さは全て同一でなくてもよく、互いに異ならせてもよい。また、拡大部２９ａ（２９ｂ）を周方向に１つだけ設けることもできる。
【００４７】
・本発明に係る積層体２０は、転積により形成されるものに限定されない。例えば全ての軸方向流路部２７に第１の拡大部２９ａが設けられた鋼板と、全ての軸方向流路部２７に第２の拡大部２９ｂが設けられた鋼板とを準備し、これらの鋼板を１枚毎、または複数枚毎に積層するようにすれば、転積を行うことなく、拡大部２９ａ（２９ｂ）を軸方向に間隔をおいて複数設けることができる。
【００４８】
・上記実施形態では、第１の領域の軸方向流路部２７と、第２の領域の軸方向流路部２７とで拡大部２９ａ，２９ｂの配置パターンを異ならせたが、拡大部２９ａ（２９ｂ）の配置パターンを全ての軸方向流路部２７において同一にすることもできる。この場合、各鋼板４１〜４３の拡大部２９ａ（２９ｂ）が軸方向全体にわたって連なり、拡大部が軸方向に１つ設けられることとなる。
【００４９】
・拡大部２９ａ，２９ｂは凸部に限られるものではなく、凹部であってもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１０…ロータ、１２…ロータコア、１４…ロータシャフト、１４１…フランジ、１４２…導入流路、１４３…連通孔、１６…ワッシャ、１８…ナット、２０…積層体、２２…中心孔、２４…挿入孔、２４１…位置決め部、２４２…位置決め部、２６…冷却流路、２７…軸方向流路部、２８…径方向流路部、２８１…スリット、２８２…貫通孔、２９ａ…第１の拡大部，２９ｂ…第２の拡大部、３０…永久磁石、３２…充填材、４１…第１の鋼板、４２…第２の鋼板、４３…第３の鋼板、５１〜５３…鋼板。
【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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