(57)【要約】【課題】回転電機のロータに埋め込まれた永久磁石の冷却性を改善する。【解決手段】回転電機のロータ１６は、冷却液を径方向に吐出する吐出孔２２を有するロータシャフト１８と、ロータシャフト１８と一体に回転するロータコア２０を有する。ロータコア２０は、回転軸線方向に沿って延びるスロット２４を有し、スロット２４は２個の永久磁石２６を収容する。２個の永久磁石２６は、スロット２４内で、回転軸線方向に沿って延び隣同士間隔をあけて並列配置され、永久磁石２６の間の空間が冷却液流路となる。ロータコア２４の端面には導入部材３０が配置され、導入部材３０は、吐出孔２２から吐出された冷却液を受け、受けた冷却液を永久磁石２６の間の冷却液流路に導入する。【選択図】図１
2019022404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機のロータであって、
冷却液を径方向に吐出する吐出孔を有するロータシャフトと、
前記ロータシャフトと一体のロータコアであって、回転軸線方向に沿って延び、永久磁石を収容するスロットを有するロータコアと、
前記スロットの中に、回転軸線方向に沿って延び隣同士間隔をあけて並列配置された複数の永久磁石と、
前記ロータコアの端面に配置され、前記吐出孔から吐出された前記冷却液を受け、並列配置された前記永久磁石の間に形成された空間に、受けた前記冷却液を導入する導入部材と、
を有する、回転電機のロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機のロータの構造、特にロータ磁石の冷却に係る構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気エネルギを回転の運動エネルギに変換する電動機、回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機、さらに電動機と発電機どちらにも機能する電気機器が知られている。以下において、これらの電気機器を回転電機と記す。回転電機は、同軸に配置されて相対的に回転する二つの部材を有する。通常は、一方が固定され（ステータ）、他方が回転する（ロータ）。
【０００３】
回転する側（ロータ）に永久磁石が配置された永久磁石回転電機が知られている。永久磁石回転電機は、ロータの永久磁石と、固定された側（ステータ）に配置されたコイルとが磁力を介して相互作用し、動作する。
【０００４】
下記特許文献１には、ロータ（１）に埋め込まれた永久磁石（５）に隣接し、回転軸線方向に延びる冷媒通路（７ａ）を設け、ここを流れる冷媒によって永久磁石（５）を冷却する技術が示されている。なお、（  ）内の符号は、下記特許文献１で用いられた符号であり、本願の実施形態で用いられる符号とは関連しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−６１２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ロータに配置された永久磁石は、中央部の温度が最も上昇して温度のばらつきが生じる。この温度のばらつきを抑えることが求められている。また、回転軸線方向に延びる冷却液流路に効率良く冷却液を導入することが求められている。
【０００７】
本発明は、永久磁石内の温度のばらつきを小さくすること、および回転軸線方向に延びる冷却液流路に冷却液を効率よく導入することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の回転電機のロータは、冷却液を径方向に吐出する吐出孔を有するロータシャフトと、ロータシャフトと一体のロータコアであって、回転軸線方向に沿って延び、永久磁石を収容するスロットを有するロータコアと、回転軸線方向に沿って延び隣同士間隔をあけてスロット内に並列配置された複数の永久磁石と、ロータコアの端面に配置され、吐出孔から吐出された冷却液を受け、並列配置された永久磁石の間に形成された空間に、受けた冷却液を導入する導入部材と、を有する。
【０００９】
隣同士の永久磁石を間隔をあけて並列配置することにより、永久磁石の間の空間が冷却液の流路となる。また、ロータコアの端面に導入部材を設けることにより、ロータ吐出孔から吐出された冷却液が永久磁石の間の流路に導かれる。
【発明の効果】
【００１０】
１つのスロット内の永久磁石を複数個として１個の永久磁石を小さくし、さらに永久磁石の間に冷却液が流れるようにしたことで、永久磁石内の温度のばらつきを抑えることができる。また、導入部材により、冷却液を、永久磁石間の冷却液の流路に効率良く導入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の回転電機の概略構成を示す模式図である。
【図２】ロータコアの軸線直交断面を示す図である。
【図３】導入部材の軸線直交断面の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、本実施形態の回転電機１０の回転軸線（以下、軸線と記す。）を含む断面を模式的に示した図である。回転電機１０は、ハウジング１２に固定されたステータ１４と、ステータ１４に囲まれて配置されたロータ１６を有する。ハウジング１２は、ステータ１４およびロータ１６を収容するように周囲に配置されるが、図１においては、ハウジング１２は一部のみが示されている。
【００１３】
ステータ１４は、ハウジング１２に対して固定されており、全体として円環または円筒形状を有し、複数のコイル１７が周方向に配列されている。ロータ１６はステータ１４の内側に配置され、ハウジング１２およびステータ１４に対して回転可能に支持されている。ステータ１４の各コイル１７に所定の周波数および位相の電力を供給することにより、ステータ１４の内側に回転磁界が形成される。
【００１４】
ロータ１６は、ハウジング１２に軸受を介して支持されたロータシャフト１８と、ロータシャフト１８が貫通し、ロータシャフト１８と同軸配置された円環または円筒形状のロータコア２０を有する。ロータシャフト１８には、冷却液の流路が形成され、この流路はロータコア２０の端面近傍に開口しており、開口から冷却液が径方向外側に向けて吐出される。この開口を以降、吐出孔２２と記す。吐出孔２２は、後述する永久磁石の数に関連して複数個を設けることができる。冷却液は、この実施形態では、回転電機１０の軸受等の潤滑を行う潤滑油を兼用している。
【００１５】
ロータコア２０の外周近傍には、ロータコア２０の軸線方向の全体にわたって延びる複数のスロット２４が形成され、各スロット２４には永久磁石２６が収容されている。永久磁石２６の全長はスロット２４の全長、つまりロータコア２０の軸線方向寸法に等しい。永久磁石２６は、ロータ１６に磁極を形成し、ステータ１４が形成する回転磁界と相互作用する。この相互作用により、ロータ１６が回転駆動される。また、外部からロータ１６を回転駆動すると、永久磁石２６の磁束がステータ１４のコイルを横切り、コイル内に電流が誘起され、発電が行われる。
【００１６】
ロータコア２０の端面には、吐出孔２２から吐出された冷却液を受け、ロータコア２０内に形成された冷却液流路２８（図２参照）に冷却液を導入する導入部材３０が配置されている。導入部材３０は、略円環形状であり、ロータコア２０に固定されて、ロータコア２０と一体となって回転する。冷却液流路２８および導入部材３０については、後に詳述する。
【００１７】
図２は、ロータコア２０の軸線直交断面の１極分を模式的に示す図である。ロータコア２０には、スロット２４が形成され、その中に永久磁石２６が配置されている。永久磁石２６を収容するスロット２４は、１極当たり３個配置される。１つのスロット２４Ａは、ロータコア２０の外周近傍に配置される。スロット２４Ａの軸線直交断面は、周方向に延びる形状である。他の２つのスロット２４Ｂ，２４Ｃは、周方向においてスロット２４Ａの中央を通る半径に対称に配置されている。スロット２４Ｂ，２４Ｃの軸線直交断面は、概略径方向に沿って延びる形状であるが、完全に径方向に一致してはおらず、径方向に対して傾きをもっている。スロット２４Ｂ，２４Ｃの傾きは、その径方向内側同士が、スロット２４Ｂ、２４Ｃを通る半径よりもより互いに近づく方向に傾いている。
【００１８】
３つのスロット２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃの中には、それぞれ２個の永久磁石２６が収容されている。２個の永久磁石２６は互いに間隔をあけて並列に配置され、２個の永久磁石２６の間の空間が冷却液の流れる冷却液流路２８を形成する。永久磁石２６は、スロット２４の内壁面に設けられた止め部３２を利用してスロット２４内で位置決めされ、接着剤で固定されている。止め部３２は、スロット２４の内壁面に設けられた隆起であり、ここに当接することにより永久磁石２６の位置決めがなされる。この回転電機１０においては、止め部３２は、２個の永久磁石２６の外側の端の位置を定めている。
【００１９】
スロット２４Ａには、永久磁石２６Ａ，２６Ｂが収容されている。２個の永久磁石２６Ａ，２６Ｂは、それぞれ軸線方向に延びており、その長さは、ロータコア２０の軸線方向の寸法に等しい。また、２個の永久磁石２６Ａ，２６Ｂは、互いに間隔をあけて並列に配置されている。これにより、２個の永久磁石２６Ａ，２６Ｂの間に、冷却液が流れる冷却液流路２８Ａが形成される。冷却液流路２８Ａは、２個の永久磁石２６Ａ，２６Ｂの互いに対向する面と、スロット２４Ａの径方向において対向する内面により画定され、軸線方向においてロータコア２０全体にわたって延びるように形成されている。スロット２４Ｂには、永久磁石２６Ｃ，２６Ｄが収容され、スロット２４Ａと同様に、２個の永久磁石２６Ｃ，２６Ｄの間に冷却液流路２８Ｂが形成されている。スロット２４Ｃには、永久磁石２６Ｅ，２６Ｆが収容され、スロット２４Ａ，２４Ｂと同様に、２個の永久磁石２６Ｅ，２６Ｆの間に冷却液流路２８Ｃが形成されている。
【００２０】
導入部材３０の内壁面３４は、図１に示すように、軸線方向に関し、ロータコア２０に近づくほど半径が大きくなるように軸線に対して傾斜し、円錐側面の一部を形成している。図１において、矢印Ａで示すように冷却液が吐出孔２２より吐出されると、冷却液は導入部材３０の内壁面３４で受けられ、遠心力と内壁面３４の傾斜によってロータコア２０の方向に送られ、冷却液流路２８内に送り込まれる。吐出孔２２から吐出される冷却液の量が周方向においてばらつかないようにするため、吐出孔２２はロータシャフト１８の周上に複数個を配置することができる。例えば、ロータの磁極ごとに１個の吐出孔２２を配置することができ、また１個のスロット２４内の２個の永久磁石２６の間に形成された冷却液流路２８ごとに１個の吐出孔２２を配置することができる。
【００２１】
１つのスロット２４に収容される永久磁石を２個とすることで、１個を収容する場合に比べて２個の永久磁石のそれぞれの断面積が小さくなる。また、２個の永久磁石の間に冷却液が流れることにより、冷却液に接する表面積が増加する。これらにより、２個それぞれの永久磁石の中央部分の温度上昇を抑制することができる。
【００２２】
図３は、導入部材の他の例を示す図である。図３は、ロータコア２０の端面（永久磁石２６は図２と同様にハッチングで示した。）と、導入部材３６のロータコア直近における軸線直交断面を示す模式図である。また、図２と同様に、磁極の１極分が示されている。導入部材３６は全体として略円環形状であり、そしてその内壁面３８は、軸線直交断面において、冷却液流路２８の位置に対応した凹凸形状を有している。具体的には、導入部材３６の内壁面３８は、各冷却液流路２８の開口に対向する位置が底になる谷形状を有している。また、導入部材３６の内壁面３８は、軸線含有断面において、軸線方向に関し、ロータコア２０に近づくほど半径が大きくなるよう、軸線に対して傾斜している。ロータシャフト１８の吐出孔２２は、ロータコア２０内の冷却液流路２８と同数を、冷却液流路２８の周方向位置に合わせて設けることができる。
【００２３】
図１において、矢印Ａで示すように冷却液が吐出孔２２より吐出されると、冷却液は導入部材３６の内壁面３８で受けられ、遠心力と内壁面３８の傾斜によってロータコア２０の方向に送られる。また、導入部材３６の内壁面３８の谷形状によって、冷却液は、冷却液流路２８の開口よりも周方向において広い範囲から集められ、冷却液流路２８内に送り込まれる。送り込まれた冷却液は、矢印Ｂに示すように冷却液流路２８内を通り、ロータコア２０の反対側の開口から排出される。冷却液流路２８を通過する過程で冷却液が永久磁石２６を冷却する。２個の永久磁石２６の間を冷却液が流れることで、永久磁石２６が効果的に冷却される。また、導入部材３６により冷却液を効率的に冷却液流路２８に導入することができる。
【００２４】
永久磁石２６は、１個のスロット２４に３つ以上配置されてもよい。また、永久磁石２６を収容したスロット２４の配置は上述の例に限定されない。例えば、スロット２４Ｂ，２４Ｃの径方向内側の端を結ぶ線上に永久磁石を収容したスロットを配置し、これら３つのスロットが略円弧形状に配列されてもよい。また、スロット２４ＡをＶ字形に屈曲して形成して、Ｖ字の２辺に１個ずつ永久磁石を配置してもよい。さらに、スロット２４Ａを二つのスロットに分け、これらをＶ字形に配置し、それぞれのスロットに２個の永久磁石を配置してもよい。
【符号の説明】
【００２５】
１０  回転電機、１２  ハウジング、１４  ステータ、１６  ロータ、１７  コイル、１８  ロータシャフト、２０  ロータコア、２２  吐出孔、２４  スロット、２６  永久磁石、２８  冷却液流路、３０，３６  導入部材、３２  止め部、３４，３８  内壁面。
【図１】
2019022404.tif 000003
【図２】
2019022404.tif 000004
【図３】
2019022404.tif 000005