(57)【要約】【課題】永久磁石を冷却媒体で直接冷却することにより、永久磁石の冷却効果を高められる永久磁石埋込型回転電機を提供する。【解決手段】電機子巻線１５を有する固定子１０と、磁性材板を円筒状に積層して構成され、固定子１０の内側に回転自在に設けられた回転子鉄心２１を有し、回転子鉄心２１の磁性材板の積層方向に貫通する磁石収容孔２５を周方向の所定位置に複数個形成された回転子２０と、複数個の磁石収容孔２５にそれぞれ収容された複数の永久磁石２３を備え、各永久磁石２３は、磁石収容孔２５において回転子鉄心２１の径方向外側に対応する部分を回転子鉄心２１に固定され、回転子鉄心２１の径方向内側に対応する部分において回転子鉄心２１との間に回転子鉄心２１の軸方向に冷媒通路２７が形成されると共に、冷媒通路２７における回転子鉄心２１の露出部２１ａに冷却媒体の流通方向と直交する方向に複数の凸部２８が設置される。【選択図】図２
2015089178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子巻線を有する固定子と、
磁性材板を円筒状に積層して構成され、前記固定子の内側に回転自在に設けられた回転子鉄心を有し、前記回転子鉄心の前記磁性材板の積層方向に貫通する磁石収容孔を周方向の所定位置に複数個形成された回転子と、
前記複数個の磁石収容孔にそれぞれ収容された複数の永久磁石を備え、
前記各永久磁石は、前記磁石収容孔において前記回転子鉄心の径方向外側に対応する部分を前記回転子鉄心に固定され、前記回転子鉄心の径方向内側に対応する部分において前記回転子鉄心との間に前記回転子鉄心の軸方向に冷媒を通す冷媒通路を形成するように配置されると共に、
前記冷媒通路における前記回転子鉄心の露出部に、前記冷媒の流通方向と直交する方向に複数の凸部を設置することを特徴とする永久磁石埋込型回転電機。
【請求項２】
前記凸部は、前記回転子鉄心の軸方向に等間隔に、かつ隣接する凸部と互いに重ならないよう配置されていることを特徴とする請求項１記載の永久磁石埋込型回転電機。
【請求項３】
前記凸部は、前記磁性材板の前記永久磁石と対向する端部の形状を整形することにより形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の永久磁石埋込型回転電機。
【請求項４】
前記凸部は、前記磁性材板のプレス加工時にできる端部の抜きダレにより形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の永久磁石埋込型回転電機。
【請求項５】
前記永久磁石は平板上であって、前記磁石収容孔において前記回転子鉄心の径方向外側長辺部に対応する部分を前記回転子鉄心に固定用樹脂層により固定され、前記回転子鉄心の径方向内側長辺部に対応する部分には前記冷媒通路となる隙間を形成するように配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の永久磁石埋込型回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転子に永久磁石が埋め込まれた永久磁石埋込型回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から積層された電磁鋼板で構成された回転子鉄心内に永久磁石が埋め込まれた回転子と、回転子周囲に電機子巻線を有する固定子を備えた永久磁石埋込型回転電機が知られている。
このような永久磁石埋込型回転電機において、永久磁石の冷却方法として、外側から回転子表面に冷却油をかけて放熱する方法のほか、特許文献１のように、磁性材板を積層した回転子鉄心内に冷媒流路を設ける方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2011-223717号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の永久磁石埋込型回転電機においては、永久磁石に冷却媒体を直接かけないため、冷却効果が低く、電動パワーステアリング装置等に用いられる電動機の出力を高めにくいという問題があった。
【０００５】
この発明は、このような問題を解決しようとするもので、永久磁石を冷却媒体で直接冷却することにより、永久磁石の冷却効果を高められる永久磁石埋込型回転電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】
【０００６】
この発明の永久磁石電動機は、電機子巻線を有する固定子と、磁性材板を円筒状に積層して構成され、前記固定子の内側に回転自在に設けられた回転子鉄心を有し、前記回転子鉄心の前記磁性材板の積層方向に貫通する磁石収容孔を周方向の所定位置に複数個形成された回転子と、前記複数個の磁石収容孔にそれぞれ収容された複数の永久磁石を備え、前記各永久磁石は、前記磁石収容孔において前記回転子鉄心の径方向外側に対応する部分を前記回転子鉄心に固定され、前記回転子鉄心の径方向内側に対応する部分において前記回転子鉄心との間に前記回転子鉄心の軸方向に冷媒を通す冷媒通路を形成するように配置されると共に、前記冷媒通路における前記回転子鉄心の露出部に、前記冷媒の流通方向と直交する方向に複数の凸部を設置する。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の永久磁石電動機によれば、永久磁石下に冷媒通路を形成し、かつ冷媒を冷媒通路の凸部に衝突させることにより、冷媒の流れを層流から乱流に移行させて永久磁石付近の温度境界層を効果的に防止することができるので、永久磁石の冷却効果を高められる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１を示す永久磁石埋込型回転電機の側断面図である。
【図２】実施の形態１における回転子を示す平面図である。
【図３】図２の永久磁石周辺部を示す要部拡大図である。
【図４】図３のIV-IV線断面図である。
【図５】図３のV-V線断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２を示す要部断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の永久磁石埋込型電動機を示す側断面図で，平板状の永久磁石を用い，１６極，４８スロットに構成した例を示している。
固定子１０はコアバック１２とティース１３とスロット１４が設けられた固定子鉄心１１と，スロット１４に納められた分布巻の電機子巻線として、U1，U2，W1，W2，V1，V2の電機子巻線１５が納められている。
U1，U2，W1，W2，V1，V2は３相の電機子巻線１５が２組あることを示しており，第１のU相巻線がU1，第２のU相巻線がU2，第１のV相巻線がV1，第２のV相巻線がV2，第１のW相巻線がW1，第２のW相巻線がW2としている。
U1，V1，W1が第１の電機子巻線を構成し，第１のインバータに接続され，U2，V2，W2が第２の電機子巻線を構成し，第２のインバータに接続される。
【００１０】
一方、回転子２０は固定子１０の内側に回転自在に設けられた回転子鉄心２１と、回転子鉄心２１の中心部に挿入された回転軸２２と，回転子鉄心２１に埋め込まれた平板状の永久磁石２３を有する。
【００１１】
図２は、図1における回転子２０を示す平面図で、円筒状に磁性材板を積層された回転子鉄心２１を有し、その中心部に回転軸２２が挿入される軸挿入孔２４が設けられ、径方向周辺部に平板状の永久磁石２３を収容するための磁石収容孔２５が等間隔に１６個設けられ、永久磁石２３の内周側で軸挿入孔２４の周囲に冷媒である冷却油を通す貫通孔２６が等間隔に８個設けられている。
なお、図２におけるＮとＳは永久磁石２３の極性を表す。すなわち図１では異なる極性の磁石が交互に並ぶように配置されている。
また、回転子鉄心２１に用いられる磁性材板は、磁石に着く鉄の特性（磁性）に改良を加え、磁気⇔電気というエネルギー交換を効率的に行う機能材料のことである。
【００１２】
図３は、図２のＡ部の拡大図で、磁石収容孔２５に収容された永久磁石周辺部の構造を示しており、磁石収容孔２５と永久磁石２３との間に冷却油を通す冷媒通路２７が形成されている。
この冷媒通路２７は、永久磁石２３の周りにおいて回転子鉄心２１の軸方向に冷却油を通す間隙として機能するように形成され、永久磁石２３の回転子鉄心２１の径方向内側に対応する部分において回転子鉄心２１の磁石収容孔２５との隙間に形成されている。
すなわち、永久磁石２３は、磁石収容孔２５において回転子鉄心２１の径方向外側長辺部に対応する部分を回転子鉄心２１に固定用樹脂層で片寄せ固定され、回転子鉄心２１の径方向内側長辺部に対応する部分には固定用樹脂層を設けること無く、冷媒通路２７となる隙間を形成するように配置されている。
【００１３】
そして、図４及び図５に示すように、永久磁石下の冷媒通路２７には、回転子鉄心２１の露出部２１ａに冷却油の流れる方向と直交する方向に複数の凸部２８が隣接する凸部と重ならないようジグザグに配置されている。
このように永久磁石下の冷媒通路２７に複数の凸部２８を配置することにより、冷却油が凸部２８に衝突する時に層流から乱流に遷移するため、永久磁石付近の温度境界層を効果的に防止することができる。
【００１４】
図４においては、永久磁石下の冷媒通路２７を形成する回転子鉄心２１の露出部２１ａに、凸部２８を軸方向に等間隔に複数設置し、また隣接する凸部同士が互いに重ならないよう配置しているため、冷却油が凸部２８に衝突しやすくなり、冷却油が凸部２８に衝突する時に層流から乱流に遷移して、永久磁石付近の温度境界層を効果的に防止することができ、永久磁石の冷却効果を高めることができる。
【００１５】
なお、図示していないが、冷媒通路２７への冷却油の供給は、回転軸２２の中心に設けられた中空孔から、回転子２０の一端部に設けた飛散防止用のプレートによって形成された冷媒通路を経由して行われる。
【００１６】
以上のように、この発明の永久磁石埋込型回転電機は、電機子巻線１５を有する固定子１０と、磁性材板を円筒状に積層して構成され、固定子１０の内側に回転自在に設けられた回転子鉄心２１を有し、回転子鉄心２１の磁性材板の積層方向に貫通する磁石収容孔２５を周方向の所定位置に複数個形成された回転子２０と、複数個の磁石収容孔２５にそれぞれ収容された複数の永久磁石２３を備え、各永久磁石２３は、磁石収容孔２５において回転子鉄心２１の径方向外側に対応する部分を回転子鉄心２１に固定され、回転子鉄心２１の径方向内側に対応する部分において回転子鉄心２１との間に回転子鉄心２１の軸方向に冷却油を通す冷媒通路２７が形成されるように配置されると共に、冷媒通路２７における回転子鉄心２１の露出部２１ａに冷却油の流通方向と直交する方向に複数の凸部２８を設置するもので、永久磁石２３を冷却油で直接冷却することができる上、永久磁石下の冷媒通路２７には、回転子鉄心２１の露出部２１ａに冷却油の流れる方向と直交する方向に複数の凸部２８が設置されているので、冷媒通路２７を通る冷却油の流れを、凸部２８に衝突する時に層流から乱流に遷移させて、永久磁石付近の温度境界層を効果的防止することができ、永久磁石２３の冷却効果を一層高めることができる。
【００１７】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、永久磁石下の冷媒通路２７における回転子鉄心２１の露出部２１ａに冷却油の流れる方向と直交する方向に複数の凸部２８を設置する場合を示したが、図６に示すように冷媒通路２７を形成する回転子鉄心２１の露出部２１ａにおいて、回転子鉄心２１を構成する磁性材板の端部の形状を山形状に整形して、回転子鉄心自体で凸部２８を形成したものである。
このようにすれば、回転子鉄心自体で冷媒通路２７内に凸部２８を形成することができ、実施の形態１と同様に、冷媒通路２７を通る冷却油の流れを、凸部２８に衝突する時に層流から乱流に遷移させて、永久磁石付近の温度境界層を防止することができ、永久磁石２３の冷却効果を一層高めることができる。
【００１８】
実施の形態３．
上記実施の形態２では、回転子鉄心２１を構成する磁性材板の端部を整形して凸部２８を形成しているが、図７に示すように、磁性材板のプレス加工時にできる端部の抜きダレ２９を、冷媒通路２７を形成する回転子鉄心２１の露出部２１ａに配置して凸部として利用したものである。
このようにすれば、プレス加工した磁性材板をそのまま用いて冷媒通路２７内に凸部２８を形成することができ、実施の形態１、２と同様に、冷媒通路２７を通る冷却油の流れを、抜きダレ２９に衝突する時に層流から乱流に遷移させて、永久磁石付近の温度境界層を防止することができ、永久磁石２３の冷却効果を一層高めることができる。
【００１９】
なお，この発明は，その発明の範囲内において，各実施の形態を自由に組み合わせたり，各実施の形態を適宜，変形，省略することが可能である。
【符号の説明】
【００２０】
１０  固定子、１１  固定子鉄心、１２  コアバック、１３  ティース、１４  スロット、１５  電機子巻線、
２０  回転子、２１  回転子鉄心、２１ａ  露出部、２２  回転軸、２３  永久磁石、２４  軸挿入孔、２５  磁石収容孔、２６  貫通孔、２７  冷媒通路、２８  凸部、２９  抜きダレ
【図１】
2015089178.tif 000003
【図２】
2015089178.tif 000004
【図３】
2015089178.tif 000005
【図４】
2015089178.tif 000006
【図５】
2015089178.tif 000007
【図６】
2015089178.tif 000008
【図７】
2015089178.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成26年10月8日(2014.10.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子巻線を有する固定子と、
磁性材板を円筒状に積層して構成され、前記固定子の内側に回転自在に設けられた回転子鉄心を有し、前記回転子鉄心の前記磁性材板の積層方向に貫通する磁石収容孔を周方向の所定位置に複数個形成された回転子と、
前記複数個の磁石収容孔にそれぞれ収容された複数の永久磁石を備え、
前記各永久磁石は、前記磁石収容孔において前記回転子鉄心の径方向外側に対応する部分を前記回転子鉄心に固定され、前記回転子鉄心の径方向内側に対応する部分において前記回転子鉄心との間に前記回転子鉄心の軸方向に冷媒を通す冷媒通路を形成するように配置されると共に、
前記冷媒通路における前記回転子鉄心の露出部に、前記冷媒の流通方向と直交する方向に前記永久磁石に対して隙間を形成するように複数の凸部を設置することを特徴とする永久磁石埋込型回転電機。
【請求項２】
前記凸部は、前記回転子鉄心の軸方向に等間隔に、かつ隣接する凸部と互いに重ならないよう配置されていることを特徴とする請求項１記載の永久磁石埋込型回転電機。
【請求項３】
前記凸部は、前記磁性材板の前記永久磁石と対向する端部の形状を整形することにより形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の永久磁石埋込型回転電機。
【請求項４】
前記永久磁石は平板状であって、前記磁石収容孔において前記回転子鉄心の径方向外側長辺部に対応する部分を前記回転子鉄心に固定用樹脂層により固定され、前記回転子鉄心の径方向内側長辺部に対応する部分には前記冷媒通路となる隙間を形成するように配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の永久磁石埋込型回転電機。 
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
この発明の永久磁石埋込型回転電機は，電機子巻線を有する固定子と、磁性材板を円筒状に積層して構成され、前記固定子の内側に回転自在に設けられた回転子鉄心を有し、前記回転子鉄心の前記磁性材板の積層方向に貫通する磁石収容孔を周方向の所定位置に複数個形成された回転子と、前記複数個の磁石収容孔にそれぞれ収容された複数の永久磁石を備え、前記各永久磁石は、前記磁石収容孔において前記回転子鉄心の径方向外側に対応する部分を前記回転子鉄心に固定され、前記回転子鉄心の径方向内側に対応する部分において前記回転子鉄心との間に前記回転子鉄心の軸方向に冷媒を通す冷媒通路を形成するように配置されると共に、前記冷媒通路における前記回転子鉄心の露出部に、前記冷媒の流通方向と直交する方向に前記永久磁石に対して隙間を形成するように複数の凸部を設置する。 
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この発明の永久磁石埋込型回転電機によれば、永久磁石下に冷媒通路を形成し、かつ冷媒を冷媒通路の凸部に衝突させることにより、冷媒の流れを層流から乱流に移行させて永久磁石付近の温度境界層を効果的に防止することができるので、永久磁石の冷却効果を高められる。