(57)【要約】回転電機（１）は、固定子（３１）と、固定子鉄心（３２）に対向させて配置された回転子鉄心を有し固定子（３１）に対し回転自在に支持された回転子（４０）とを備え、回転子鉄心は、永久磁石（４２）と、回転子（４０）の中心軸方向に貫通し回転子（４０）の中心軸方向に順に並んで第１の冷却流路（１３４）、第２の冷却流路（１３５）および第３の冷却流路（１３６）とを有し、第２の冷却流路（１３５）の断面積Ｓｂは、第１の冷却流路（１３４）の断面積Ｓａおよび第３の冷却流路（１３６）の断面積Ｓｃよりも小さく、ＳａとＳｃとが等しく、第２の冷却流路（１３５）の中心軸方向の長さＬｂは、第１の冷却流路（１３４）の中心軸方向の長さＬａと第３の冷却流路（１３６）の中心軸方向の長さＬｃとを合わせた長さの０．２倍以上、かつ２倍以下であり、κ＝（Ｓａ―Ｓｂ）/（Ｓａ）とした場合に、κが０．０２≦κ≦０．０９の関係にある。
2016002867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心およびこの固定子鉄心に巻回された多層巻線を有する固定子と、
前記固定子鉄心に対向させて配置された回転子鉄心を有し前記固定子に対し回転自在に支持された回転子とを備え、
前記回転子鉄心は、永久磁石と前記回転子の中心軸方向に貫通し前記回転子の中心軸方向に順に並んで第１の冷却流路、第２の冷却流路および第３の冷却流路とを有し、
前記回転子の中心軸方向に垂直な前記第２の冷却流路の断面積は、前記回転子の中心軸方向に垂直な前記第１の冷却流路の断面積および前記第３の冷却流路の断面積よりも小さく、
前記第１の冷却流路の断面積および前記第３の冷却流路の断面積が等しく、
前記第２の冷却流路の中心軸方向の長さは、前記第１の冷却流路の中心軸方向の長さと前記第３の冷却流路の中心軸方向の長さとを合わせた長さの０．２倍以上、かつ２倍以下であり、
前記第１の冷却流路の断面積をＳａ、前記第２の冷却流路の断面積をＳｂ、および前記Ｓａに対する前記Ｓｂの減少率をκ＝（Ｓａ―Ｓｂ）/（Ｓａ）とした場合に、
前記κが０．０２≦κ≦０．０９の関係にあることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記回転子の中心軸方向に垂直な前記第１の冷却流路の断面形状、前記第２の冷却流路の断面形状および前記第３の冷却流路の断面形状は、前記回転子の周方向に配置された前記永久磁石間の前記周方向における中間点と前記中間点から前記回転子の軸に直交する点とを結ぶ線を基準線とした場合に、前記基準線と長辺方向とが平行に形成された四辺形形状であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記回転子の中心軸方向に垂直な前記第２の冷却流路の断面形状は、前記基準線に対して左右に分割された四辺形形状であることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記第２の冷却流路の内面は、複数の凹凸を有する形状を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記第２の冷却流路の冷媒が流れる方向の下流端の径方向位置が、前記冷媒が流れる方向の上流端の径方向位置よりも外周側にあることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記第１の冷却流路の前記冷媒が流れる方向の下流端における径方向位置が、前記第１の冷却流路の前記冷媒が流れる方向の上流端における径方向位置よりも外周側にあり、
前記第３の冷却流路の前記冷媒が流れる方向の下流端における径方向位置が、前記第３の冷却流路の前記冷媒が流れる方向の上流端における径方向位置よりも外周側にあることを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石を有する回転子を備えた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車またはハイブリッド自動車の駆動用および発電用の回転電機では、高効率化および小型化が要求されている。そのため近年では、電気自動車用またはハイブリッド自動車用の回転電機として、永久磁石式の回転電機が一般的に用いられている。また、永久磁石式の回転電機において回転トルクを向上させるためには、大きな最大エネルギー積をもつ永久磁石が志向されている。そのため、回転電機に用いられる永久磁石として、大きな最大エネルギー積をもつネオジム磁石が用いられる事例が多い。また自動車用途において、回転電機がエンジンの近くに配設される場合がある。この場合における回転電機では、高温下での駆動が要求される。さらに、永久磁石式の回転電機が通電されると、固定子における多相巻線の励磁によって発生するジュール損、交番磁界によって発生する鉄損および磁石への鎖交磁束によって発生する渦電流損によって、回転電機が自己発熱する。回転電機の自己発熱を抑制するためには、回転電機の冷却が必要となる。【０００３】
その冷却方法として、例えば特許文献１の回転電機においては、回転子を冷却するために、回転子の回転軸内に冷媒が通る冷却流路が設けられている。【０００４】
また、特許文献２の回転電機においては、回転子の中心軸から径方向に沿った流路が、回転子鉄心に形成されている。【０００５】
さらに、特許文献３の回転電機においては、回転子鉄心における冷却流路の内周面に複数の突起が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2009-081953
【特許文献２】特開2011-097725
【特許文献３】特開2012-165600
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１における冷却流路を用いた構成では、回転子鉄心の中心軸方向中央部が積極的に冷却される。しかし、回転軸内の冷却流路に十分な冷媒量を通すためには、冷却流路の断面積を大きくする必要があり、回転軸が大型化するという課題があった。【０００８】
また、特許文献２の構成では、回転子の中心軸方向中央部の冷却性能が向上する。しかし、回転子の径方向に冷却流路を設けているため、回転子鉄心の中心軸方向長さが増加し、回転子が中心軸方向に大型化するという課題があった。【０００９】
さらに、特許文献３の構成では、冷却流路の内周面に複数の突起により冷却面積が増加するため、回転子が大型化せずに、回転子の冷却性能が向上する。しかし、冷却流路における回転子の中心軸に垂直な断面形状が、回転子の中心軸方向において同じ形状である。このため、回転子の中心軸方向端部の冷却性能に対して、中心軸方向中央部の冷却性能が同一となる。よって、回転子の中心軸方向端部と中心軸方向中央部との温度差が平坦化されず、回転子の中心軸方向における熱分布が均一化されないという課題があった。【００１０】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、回転電機を大型化せずに、回転子の中心軸方向における熱分布を均一化することができ、永久磁石の熱減磁を抑制できる回転電機を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る回転電機は、固定子鉄心およびこの固定子鉄心に巻回された多層巻線を有する固定子と、固定子鉄心に対向させて配置された回転子鉄心を有し固定子に対し回転自在に支持された回転子とを備え、回転子鉄心は、永久磁石と、回転子の中心軸方向に貫通し回転子の中心軸方向に順に並んで第１の冷却流路、第２の冷却流路および第３の冷却流路とを有し、回転子の中心軸方向に垂直な第２の冷却流路の断面積は、回転子の中心軸方向に垂直な第１の冷却流路の断面積および第３の冷却流路の断面積よりも小さく、第１の冷却流路の断面積および第３の冷却流路の断面積が等しく、第２の冷却流路の中心軸方向の長さは、第１の冷却流路の中心軸方向の長さと第３の冷却流路の中心軸方向の長さとを合わせた長さの０．２倍以上、かつ２倍以下であり、第１の冷却流路の断面積をＳａ、第２の冷却流路の断面積をＳｂ、およびＳａに対するＳｂの減少率をκ＝（Ｓａ―Ｓｂ）/（Ｓａ）とした場合に、κが０．０２≦κ≦０．０９の関係にあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る回転電機によれば、回転子の中心軸方向に垂直な第２の冷却流路の断面積が、第１の冷却流路の断面積および第３の冷却流路の断面積よりも小さいため、第２の冷却流路における冷媒の流速が増加し、温度が高い回転子の中心軸方向中央部の冷却効果が中心軸方向両端部の冷却効果より向上する。よって、相対的に温度の低い中心軸方向両端部から温度の高い中心軸方向中央部へ冷却性能配分を変えることができ、回転電機を大型化せずに、回転子の中心軸方向の熱分布を均一化することができる。また、効率よく永久磁石を冷却でき、永久磁石の熱減磁を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を実施するための実施の形態１に係る回転電機の上半面の側断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る回転子鉄心の斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る回転子の要部断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る回転子の要部断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る回転子の熱コンダクタンスの特性図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る回転子の温度特性図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る回転子における冷却流路の冷却効果を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る回転子鉄心の断面図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る回転子鉄心における第２の冷却流路１３５ａの断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に係る回転子鉄心における第２の冷却流路１３５ｂの断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態５に係る回転子の斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態５に係る回転子鉄心の要部を構成する側断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態６に係る回転子鉄心の要部を構成する側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明を実施するための実施の形態１に係る回転電機１の上半面の側断面図である。図１において、回転電機１は、円環状の固定子３１と、固定子３１の内側に配置され、固定子３１に対して回転可能な回転子４０とを備えている。
【００１５】
固定子３１は、固定子鉄心３２および固定子鉄心３２に巻回された多相巻線３３で構成され、固定子鉄心３２の外周がフレーム１０に固定されている。固定子鉄心３２は、所定の形状に成形された複数枚の磁性鋼板が回転子４０の中心軸方向に積層一体化されて構成されている。また、固定子鉄心３２は、円筒状のコアバックおよびコアバックの内周面から回転子４０の中心軸に垂直な方向である径方向に突出し、周方向に等角ピッチで配置された４８個のティースを備えている。図１において、ティースおよびコアバックは省略されている。ここで、固定子は、毎極毎相あたりのティースの数が２となるようにティースに分布巻に巻回された多相巻線３３を有するが、図１において詳細の巻線分布は省略されている。
【００１６】
回転子４０は、起磁力発生源としての永久磁石４２（図示せず）、第１の回転子鉄心３４、第２の回転子鉄心３５、第３の回転子鉄心３６および回転軸３８を備えている。また、回転子４０は、回転軸３８の中心軸方向両端に取り付けられたベアリング３９を介して、回転子４０の中心軸方向両端に取り付けられたブラケット１１およびブラケット１２に、回転自在に取り付けられている。そして、第１の回転子鉄心３４、第２の回転子鉄心３５および第３の回転子鉄心３６は、回転軸３８の外周に固定されている。さらに、第１の回転子鉄心３４、第２の回転子鉄心３５および第３の回転子鉄心３６は、固定子鉄心３２に対向させて配置されている。
【００１７】
第１の回転子鉄心３４、第２の回転子鉄心３５および第３回転子鉄心３６には、空気や油などの冷媒が通る流路である第１の冷却流路１３４、第２の冷却流路１３５および第３の冷却流路１３６がそれぞれ形成されている。ブラケット１１に冷媒流入口１３が設けられ、ブラケット１２に冷媒流出口１４が設けられている。冷媒流入口１３および冷媒流出口１４の少なくともいずれか一方には、図示しないが、冷媒を移動させる動力源であるファンまたはポンプが取り付けられている。そして、ファンまたはポンプは、冷媒流入口１３から、第１の冷却流路１３４、第２の冷却流路１３５および第３の冷却流路１３６を順に経由して冷媒流出口１４まで、図１における矢印の向きに冷媒を移動させる。なお、ファンまたはポンプは、冷媒流入口１３および冷媒流出口１４に限らず、回転電機の外部に取り付けられて、冷媒流入口１３および冷媒流出口１４に冷媒を移動させてもよい。
【００１８】
また、図１において、第１の冷却流路１３４の中心軸方向の長さをＬａ、第２の冷却流路１３５の中心軸方向の長さをＬｂ、第３の冷却流路１３６の中心軸方向の長さをＬｃと定義する。
【００１９】
図２は、本実施の形態に係る回転子鉄心の斜視図である。図２において、第１の回転子鉄心３４、第２の回転子鉄心３５および第３の回転子鉄心３６は、所定の形状に成形された複数枚の磁性鋼板が回転子４０の中心軸方向にそれぞれ積層一体化されて作製されている。第１の回転子鉄心３４、第２の回転子鉄心３５および第３回転子鉄心３６には、回転子４０の回転方向である周方向に等角ピッチで配置され永久磁石４２（図示せず）を挿通する永久磁石挿通孔４１が形成されている。また、穴部４１−１が、永久磁石挿通孔４１に挿通される永久磁石４２に隣接し、永久磁石４２間における回転子鉄心の外周との幅を最小にする位置に形成されている。穴部４１−１には、永久磁石４２が挿通されず、永久磁石４２間の磁束の漏れを抑制できる。
【００２０】
また、第１の回転子鉄心３４、第２の回転子鉄心３５および第３回転子鉄心３６には、空気や油などの冷媒が通る流路である第１の冷却流路１３４、第２の冷却流路１３５および第３の冷却流路１３６がそれぞれ形成されている。なお、図の簡略化のため、回転子鉄心の中心軸方向端部に設けられる端板は図示していない。
【００２１】
また、図２において、第１の冷却流路１３４、第２の冷却流路１３５および第３の冷却流路１３６は、周方向に等角ピッチで永久磁石挿通孔４１の間に設けられているが、周方向に対して等角ピッチである必要はない。第１の冷却流路１３４、第２の冷却流路１３５および第３の冷却流路１３６の個数も、永久磁石挿通孔４１の数と一致する必要は無い。
【００２２】
図３および図４は、本実施の形態に係る回転子の要部断面図である。図３は、第１の回転子鉄心３４の第１の冷却流路１３４の断面形状および第３の回転子鉄心３６の第３の冷却流路１３６の断面形状であり、図４は、第２の回転子鉄心３５の第２の冷却流路１３５の断面形状である。ここで、図４に示す破線は、第１の冷却流路１３４の断面形状および第３の冷却流路１３６の断面形状を示しており、第２の冷却流路１３５の断面形状との比較のために図示している。図３および図４において、第２の冷却流路１３５における回転子４０の中心軸方向に垂直な断面積が、第１の冷却流路１３４および第３の冷却流路１３６における回転子４０の中心軸方向に垂直な断面積よりも小さい。そして、第１の冷却流路１３４から第２の冷却流路１３５を経由して第３の冷却流路１３６まで、冷媒が流れる。このため、第１の冷却流路１３４、第２の冷却流路１３５および第３の冷却流路１３６は、回転子４０の中心軸方向の一端から他端まで貫通している。すなわち、第１の冷却流路１３４、第２の冷却流路１３５および第３の冷却流路１３６は、回転子４０の中心軸方向に順に並んで配置されている。そして、第１の回転子鉄心３４、第２の回転子鉄心３５および第３の回転子鉄心３６も、回転子４０の中心軸方向に順に並んで配置されている。
【００２３】
次に、回転電機１の冷却動作について説明する。図５は、本実施の形態に係る回転子の熱コンダクタンスの特性図である。図５における横軸は、後述する冷却流路の断面積の減少率κを表している。図５における縦軸は、後述する回転子鉄心の熱コンダクタンス［Ｗ／℃］を表している。また、図５における棒グラフ５１および棒グラフ５２は、それぞれ第１の回転子鉄心３４の熱コンダクタンスＧａおよび第２の回転子鉄心３５の熱コンダクタンスＧｂを示している。
【００２４】
ここで、第１の回転子鉄心３４の第１の冷却流路１３４の断面積Ｓａに対する第２の回転子鉄心３５の第２の冷却流路１３５の断面積Ｓｂの減少率κを、κ＝（Ｓａ―Ｓｂ）/（Ｓａ）と定義する。κ＝０の場合、第２の冷却流路１３５の断面積Ｓｂは、第１の冷却流路１３４の断面積Ｓａと等しく、κ＞０では、第２の冷却流路１３５の断面積Ｓｂは、第１の冷却流路１３４の断面積Ｓａよりも減少する（Ｓｂ＜Ｓａ）。また、熱コンダクタンスを熱の通り易さと定義する。回転子鉄心で発生する熱量をＱ、回転子鉄心と冷媒との温度差をΔＴとした場合、回転子鉄心と冷媒との間の熱コンダクタンスＧはＧ＝Ｑ／ΔＴで表される。また、熱コンダクタンスは、熱抵抗の逆数でもある。そのため、熱コンダクタンスが大きいと、熱が伝わりやすくなるため、回転子鉄心の温度は低下する。反対に、熱コンダクタンスが小さいと、熱が伝わりにくくなるため、回転子鉄心の温度は上昇する。
【００２５】
図５において、κ＝０の場合、第２の冷却流路１３５の断面積は、第１の冷却流路１３４の断面積と等しい。このため、第１の冷却流路１３４および第２の冷却流路１３５を流れる冷媒の圧力損失は変化せず一定である。また、第１の冷却流路１３４および第２の冷却流路１３５を流れる冷媒の流速も一定である。よって、冷媒の圧力損失が一定であり、冷媒の流速も一定であるため、第１の回転子鉄心３４および第２の回転子鉄心３５における熱コンダクタンスは、Ｇａ＝Ｇｂで一定となる。
【００２６】
また、図５において、κ＞０の場合、κ＝０の場合と比較して、第１の回転子鉄心３４の熱コンダクタンスＧａは減少している。一方、第２の回転子鉄心３５の熱コンダクタンスＧｂは増加している。さらに、第２の回転子鉄心３５の熱コンダクタンスＧｂは、第１の回転子鉄心３４の熱コンダクタンスＧａより大きくなっている（Ｇａ＜Ｇｂ）。よって、第２の回転子鉄心３５の冷却性能が、第１の回転子鉄心３４の冷却性能に対して向上する。
【００２７】
この原理について説明する。まず、第２の冷却流路１３５の断面積Ｓｂが第１の冷却流路１３４の断面積Ｓａより減少すると、流量保存の法則から第２の冷却流路１３５における冷媒の流速が増加する。第２の冷却流路１３５における冷媒の流速が増加すると、次式により圧力損失が増加する。
【００２８】
【数１】
2016002867.tif 000003
【００２９】
式（１）において、Ｐは圧力損失、ξは摩擦損失係数、Ｌは冷却流路の長さ、Ｄｅは冷却流路断面を等価的に円で近似した場合の直径である等価直径、ｕは冷媒の流速、ρは冷媒の密度、ｎは冷却流路の並列数、Ｒｅはレイノルズ数、ｄは冷却流路の直径、νは冷媒の動粘性係数、Ｓは冷却流路の断面積、ｆｗは冷却流路の断面における周長を表す。なお、式（１）において、第１の冷却流路１３４、第２の冷却流路１３５および第３の冷却流路１３６の添字ａ、ｂおよびｃは省略されている。以降の式においても同様である。
図５の前提条件として、第１の冷却流路１３４の冷媒の入口と第３の冷却流路１３６の冷媒の出口との圧力差を一定としている。このため、第２の冷却流路１３５における圧力損失の増加によって、第１の冷却流路１３４における冷媒の流速が減少する。この結果、回転子全体における冷媒の平均流速が減少する。
ここで、次式に熱コンダクタンスと冷媒の流速の関係を示す。
【００３０】
【数２】
2016002867.tif 000004
【００３１】
式（２）において、Ｇは第１、第２または第３の回転子鉄心３４、３５または３６の熱コンダクタンス、Ａは伝熱面積、ｈは熱伝達率、Nｕはヌセルト数、λは熱伝導率を表す。
【００３２】
第１の冷却流路１３４における冷媒の流速が減少するため、式（２）より、第１の回転子鉄心３４の熱コンダクタンスＧａが減少する。よって、第１の回転子鉄心３４の冷却性能が低下する。一方、第２の冷却流路１３５における冷媒の流速が増加するため、式（２）より、第２の回転子鉄心３５の熱コンダクタンスＧｂが増加し、第２の回転子鉄心３５の冷却性能が向上する。よって、第２の回転子鉄心３５の熱コンダクタンスＧｂが、第１の回転子鉄心３４の熱コンダクタンスＧａよりも大きくなる（Ｇａ＜Ｇｂ）。このため、第２の回転子鉄心３５の冷却性能が、第１の回転子鉄心３４の冷却性能よりも向上することになる。
図５では、冷媒が空気と仮定し、ρ＝１．２［ｋｇ／ｍ３］、ν＝０．００００１５４［ｍ２／ｓ］、Ｎｕ＝４．３６、λ＝０．０２６１［Ｗ／（ｍＫ）］とおいて計算した。
【００３３】
さらに、図５において、第２の冷却流路１３５の断面積Ｓｂが減少し、κ＝６１％まで増加すると、第１の回転子鉄心３４の熱コンダクタンスＧａは単調に減少する。一方、第２の回転子鉄心３５の熱コンダクタンスＧｂは、κ＝２６％まで増加し、その後減少する。κ＞２６％の場合、圧力損失も増加していくため、回転子全体における冷媒の平均流速も減少していく。そして、回転子全体における冷媒の平均流速の減少による第２の回転子鉄心３５の熱コンダクタンスＧｂの減少分が、第２の回転子鉄心３５における冷媒の流速の増加による第２の回転子鉄心３５の熱コンダクタンスＧｂの増加分を上回る。このため、第２の回転子鉄心３５の熱コンダクタンスＧｂが減少し、第２の回転子鉄心３５の冷却性能が低下することになる。しかし、κ＝６１％まで増加しても、第２の回転子鉄心３５の熱コンダクタンスＧｂが、第１の回転子鉄心３４の熱コンダクタンスＧａよりも大きくなっている（Ｇａ＜Ｇｂ）。このため、第２の回転子鉄心３５の冷却性能が、第１の回転子鉄心３４の冷却性能よりも向上することになる。
【００３４】
また図５には示していないが、第３の回転子鉄心３６の第３の冷却流路１３６の断面積Ｓｃが、第１の回転子鉄心３４の第１の冷却流路１３４の断面積Ｓａと異なる場合でも（Ｓａ≠Ｓｃ）、第２の回転子鉄心３５の第２の冷却流路１３５の断面積Ｓｂよりも大きい場合は（Ｓｂ＜Ｓｃ）、前述のＳｂ＜Ｓａの場合と同様に、第２の回転子鉄心３５の熱コンダクタンスＧｂが、第３の回転子鉄心３６の熱コンダクタンスＧｃよりも大きくなる（Ｇｃ＜Ｇｂ）。よって、第２の回転子鉄心３５の冷却性能が、第３の回転子鉄心３６の冷却性能よりも向上することになる。
【００３５】
この原理について説明する。第３の冷却流路１３６の断面積Ｓｃが、第２の冷却流路１３５の断面積Ｓｂより大きくなると、前述のＳｂ＜Ｓａの場合と同様に、流量保存の法則から、第３の冷却流路１３６における冷媒の流速が減少する。このため、第３の回転子鉄心３６の熱コンダクタンスＧｃが減少し、第３の回転子鉄心３６の冷却性能が低下することになる。
【００３６】
また、図６は、本実施の形態に係る回転子の温度特性図である。図６における横軸は、冷却流路の断面積の減少率κを表している。図６における縦軸は、回転子鉄心の温度［℃］を表している。また、図６における棒グラフ６１および棒グラフ６２は、それぞれ第１の回転子鉄心３４の温度および第２の回転子鉄心３５の温度を示している。ここで、第３の回転子鉄心３６の第３の冷却流路１３６の断面積Ｓｃが、第１の回転子鉄心３４の第１の冷却流路１３４の断面積Ｓａと等しい（Ｓａ＝Ｓｃ）。第１、第２または第３の回転子鉄心３４、３５または３６の温度上昇δＴ［℃］の計算式を以下に示す。
【００３７】
【数３】
2016002867.tif 000005
【００３８】
式（３）において、Ｑ［Ｗ］は熱量を表す。
κ＝０％の場合では、第１の回転子鉄心３４の温度よりも第２の回転子鉄心３５の温度が高い。一方、κ＞０％の場合では、κ＝０％と比べて第２の回転子鉄心３５の温度が低下する。このため、第１の回転子鉄心３４の温度が第２の回転子鉄心３５の温度よりも高くなるようなκが存在する。さらにκを増加させると、第１の回転子鉄心３４の温度よりも第２の回転子鉄心３５の温度が低下する。これは、第１の回転子鉄心３４の冷却性能よりも第２の回転子鉄心３５の冷却性能が向上したことを示している。
【００３９】
図７は、本実施の形態に係る回転子における冷却流路の冷却効果を示す図である。図７は、回転子鉄心の中心軸方向両端において、熱の授受がない条件で解析を行った結果である。図７における横軸は、冷却流路の断面積の減少率κを表している。図７における縦軸は、第１の回転子鉄心３４の最大温度をＴｍａｘ、第２の回転子鉄心３５の最小温度をＴｍｉｎとした場合の温度差の絶対値ΔＴ＝｜Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ｜［℃］の解析値を表している。図７の曲線Ａは、第１の冷却流路１３４の中心軸方向の長さＬａと、第２の冷却流路１３５の中心軸方向の長さＬｂと、第３の冷却流路１３６の中心軸方向の長さＬｃとの比が１：１：１の場合におけるκとΔＴとの関係を表している。図７の曲線Ａより、κが０から増加するに連れて、ΔＴが減少し、κ＝０．０５のとき、ΔＴが極小となる。さらに、κが増加すると、第２の回転子鉄心３５の温度が、第１の回転子鉄心３４の温度より低下し、ΔＴ＞０となる。よって、ΔＴが極小となるκから、ΔＴが極小となる第１の冷却流路１３４の断面積Ｓａおよび第２の冷却流路１３５の断面積Ｓｂを求めることができる。図７の曲線Ａにおいて、０＜κ＜０．１５の場合、ΔＴは、κ＝０の場合よりも低下する。また、０．０２＜κ＜０．１の場合、ΔＴは、κ＝０の場合の半分以下になる。そして、κ＝０．０５の場合、ΔＴは０で極小となる。よって、κ＝０．０５の場合、第１の回転子鉄心３４の温度と第２の回転子鉄心３５の温度と第３の回転子鉄心３６の温度とが同じになる。
なお、上述の図５、図６は、それぞれＬａ：Ｌｂ：Ｌｃ＝１：１：１の場合における熱コンダクタンス特性図、温度特性図であり、図７の曲線Ａの場合に対応している。
【００４０】
また、図７の曲線Ｂは、Ｌａ：Ｌｂ：Ｌｃ＝０．５：２：０．５の場合におけるκとΔＴとの関係を表している。すなわち、第１の冷却流路１３４の中心軸方向の長さＬａと、第３の冷却流路１３６の中心軸方向の長さＬｃとが等しい場合において、第２の冷却流路１３５の中心軸方向の長さＬｂが、第１の冷却流路の中心軸方向の長さＬａと第３の冷却流路の中心軸方向の長さＬｃとを合わせた長さの２倍の条件で解析した結果である。曲線Ｂにおいて、κ＝０．０２のときΔＴが極小となっている。
【００４１】
図７の曲線Ｃは、Ｌａ：Ｌｂ：Ｌｃ＝１．２５：０．５：１．２５の場合におけるκとΔＴとの関係を表している。すなわち、第１の冷却流路１３４の中心軸方向の長さＬａと、第３の冷却流路１３６の中心軸方向の長さＬｃとが等しい場合において、第２の冷却流路１３５の中心軸方向の長さＬｂは、第１の冷却流路の中心軸方向の長さＬａと第３の冷却流路の中心軸方向の長さＬｃとを合わせた長さの０．２倍の条件で解析した結果である。曲線Ｃにおいて、κ＝０．０９のときΔＴが極小となっている。
【００４２】
以上の結果から、曲線Ａ、Ｂ、Ｃにおいて、ΔＴが極小となるκの範囲は、０．０２≦κ≦０．０９となっている。即ち、第２の冷却流路の中心軸方向の長さＬｂが、第１の冷却流路の中心軸方向の長さＬａと第３の冷却流路の中心軸方向の長さＬｃとを合わせた長さの０．２倍以上、かつ２倍以下である場合には、κが０．０２≦κ≦０．０９の関係にある。このとき、ΔＴを極小とすることができ、第１の回転子鉄心３４の温度と第２の回転子鉄心３５の温度と第３の回転子鉄心３６の温度とが同じになる。よって、回転子４０の中心軸方向の熱分布を均一化することができる。
【００４３】
ここで、上述の原理を説明する。第２の冷却流路１３５の中心軸方向の長さＬｂが、第１の冷却流路の中心軸方向の長さＬａ、および第３の冷却流路の中心軸方向の長さＬｃよりも大きくなる（第２の冷却流路１３５の中心軸方向の長さＬｂは、第１の冷却流路の中心軸方向の長さＬａと第３の冷却流路の中心軸方向の長さＬｃとを合わせた長さの０．５倍よりも大きくなる）と、式（２）より、第２の回転子鉄心３５の熱コンダクタンスＧｂが、曲線ＡのＧｂよりも大きくなる。このとき、第２の冷却流路１３５の断面積Ｓｂの減少率であるκが曲線Ａのκよりも小さい場合、すなわち、第２の冷却流路１３５の断面積Ｓｂに比例する等価直径Ｄｅが曲線Ａの等価直径Ｄｅよりも大きい場合、第２の回転子鉄心３５の熱コンダクタンスＧｂが曲線ＡのＧｂと等しくなる。よって、曲線Ｂは、曲線Ａより左側にシフトする。
【００４４】
反対に、第２の冷却流路１３５の中心軸方向の長さＬｂが、第１の冷却流路の中心軸方向の長さＬａ、および第３の冷却流路の中心軸方向の長さＬｃより小さくなる（第２の冷却流路１３５の中心軸方向の長さＬｂは、第１の冷却流路の中心軸方向の長さＬａと第３の冷却流路の中心軸方向の長さＬｃとを合わせた長さの０．５倍より小さくなる）と、式（２）より、第２の回転子鉄心３５の熱コンダクタンスＧｂが、曲線ＡのＧｂよりも小さくなる。このとき、第２の冷却流路１３５の断面積Ｓｂの減少率であるκが曲線Ａのκよりも大きい場合、すなわち、第２の冷却流路１３５の断面積Ｓｂに比例する等価直径Ｄｅが曲線Ａの等価直径Ｄｅよりも小さい場合、第２の回転子鉄心３５の熱コンダクタンスＧｂが曲線ＡのＧｂと等しくなる。よって、曲線Ｃは、曲線Ａより右側にシフトする。
以上の結果から、曲線Ａ，Ｂ，Ｃの関係は図７のような大小関係になる。
【００４５】
なお、図７において、第１の冷却流路１３４の中心軸方向の長さＬａと、第３の冷却流路１３６の中心軸方向の長さＬｃとが等しい場合を示したが、第１の冷却流路１３４の中心軸方向の長さＬａと第３の冷却流路１３６の中心軸方向の長さＬｃとが異なる場合でも、第１の冷却流路の中心軸方向の長さＬａと第３の冷却流路の中心軸方向の長さＬｃとを合わせた長さが同じであれば、図７に示す曲線Ａ，Ｂ，Ｃの関係となる。したがって、同様に、第２の冷却流路の中心軸方向の長さＬｂが、第１の冷却流路の中心軸方向の長さＬａと第３の冷却流路の中心軸方向の長さＬｃとを合わせた長さの０．２倍以上、かつ２倍以下である場合には、κが０．０２≦κ≦０．０９の関係にある。
【００４６】
また、図６および図７では、第３の冷却流路１３６の断面積Ｓｃが、第１の冷却流路１３４の断面積Ｓａと等しいとしたが、完全に一致するという意味ではない。すなわち、第１の冷却流路１３４の断面積Ｓａ、および第３の冷却流路１３６の断面積Ｓｃが製造上の誤差の範囲内で異なっても、第１の冷却流路１３４の断面積Ｓａと第３の冷却流路１３６の断面積Ｓｃとの平均値を第１の冷却流路１３４の断面積Ｓａとして計算されたκが、０．０２≦κ≦０．０９の範囲内にある場合は、上述と同じ効果を奏する。
【００４７】
このような回転電機１では、第１の回転子鉄心３４，第２の回転子鉄心３５および第３の回転子鉄心３６は、永久磁石４２と回転子４０の中心軸方向に貫通し回転子４０の中心軸方向に順に並んで配置された第１の冷却流路１３４、第２の冷却流路１３５および第３の冷却流路１３６とをそれぞれ有し、回転子４０の中心軸方向に垂直な第２の冷却流路１３５の断面積Ｓｂが、第１の冷却流路１３４の断面積Ｓａおよび第３の冷却流路１３６の断面積Ｓｃよりも小さいため、第２の冷却流路１３５における冷媒の流速が増加し、温度が高い回転子４０の中心軸方向中央部の冷却効果が、中心軸方向両端部の冷却効果より向上する。また、回転子４０の中心軸方向に垂直な第２の冷却流路１３５の断面積Ｓｂが、第１の冷却流路１３４の断面積Ｓａおよび第３の冷却流路１３６の断面積Ｓｃよりも小さい構成のため、回転電機１は大型化しない。よって、放熱特性が良く相対的に温度が低くなる中心軸方向両端部から、放熱特性が悪く温度が高くなる中心軸方向中央部へ冷却性能配分を変えることができ、回転電機１を大型化せずに、回転子４０の中心軸方向の熱分布を均一化することができる。また、効率よく永久磁石４２を冷却でき、永久磁石４２の熱減磁を抑制できる。
【００４８】
なお、本実施の形態における回転電機１では、多相巻線３３は、分布巻方式で固定子鉄心３２に巻装されているが、集中巻方式で固定子鉄心３２に巻装されてもよい。
【００４９】
また、本実施の形態における回転電機１では、極数とスロット数は、８極４８スロットであるが、これに限定されるものではなく、例えば８極７２スロットであってもよい。
【００５０】
実施の形態２． 
図８は、本発明を実施するための実施の形態２に係る回転子鉄心の断面図である。図８において、本実施の形態に係る回転電機１の構成は、以下に述べる点で、実施の形態１と異なる。第２の冷却流路１３５の断面形状は、第１の冷却流路１３４の断面形状および第３の冷却流路１３６の断面形状と同様に四辺形形状を有している。そして、四辺形形状の４つの隅部における各２辺は、円弧状に滑らかに接続されている。また、第１の冷却流路１３４の断面形状、第２の冷却流路１３５の断面形状および第３の冷却流路１３６の断面形状は、回転子４０の周方向に配置された永久磁石４２間の周方向における中間点４３（図３における回転子４０の外周上の点）と中間点４３から回転子４０の軸に直交する点とを結ぶ線を基準線４４とした場合に、基準線４４と長辺方向とが平行に形成された四辺形形状となっている。ここで、永久磁石４２による界磁磁束が固定子３１の多相巻線３３に鎖交することによって生じる誘起電圧と同位相の電流をｑ軸電流、ｑ軸電流に対して９０度位相が遅れた電流をｄ軸電流と呼ぶ。また、図８に示すｑ軸磁路８１は、ｑ軸電流で発生する磁界による磁束が通る磁路であり、永久磁石４２間の周方向における中間点４３におけるｑ軸磁路の方向は、基準線４４に沿っている。そのため四辺形形状の長辺方向は、ｑ軸磁路８１に沿っている。
【００５１】
このように、ｑ軸磁路８１が、永久磁石４２と第１の冷却流路１３４、第２の冷却流路１３５および第３の冷却流路１３６との間を通るように形成されているため、第１の冷却流路１３４、第２の冷却流路１３５および第３の冷却流路１３６によるｑ軸磁路８１上の磁気抵抗の増加を防ぐことができる。よって、ｑ軸電流とｑ軸電流による磁束との比例係数であるｑ軸インダクタンスＬｑは、冷却流路が設けられていない場合と同等となる。また、第２の冷却流路１３５の断面形状が、従来の円形形状である場合に対して、Ｌｑは増加する。ここで、この円形形状の中心は、本実施の形態の冷却流路１３５の断面における四辺形形状の図心と同じ位置にある。よって、Ｌｑは、ｄ軸電流とｄ軸電流による磁束との比例係数であるｄ軸インダクタンスＬｄより大きくなる（Ｌｑ＞Ｌｄ）。このため、突極性の指標であるＬｑ−Ｌｄが増加する。よって、Ｌｑ−Ｌｄに比例するリラクタンストルクが、従来の円形形状の断面形状を有する冷却流路に対して向上する。
【００５２】
このように、第１の冷却流路１３４、第２の冷却流路１３５および第３の冷却流路１３６の断面形状は、回転子４０の周方向に配置された永久磁石４２間の周方向における中間点４３と中間点４３から回転子４０の軸に直交する点とを結ぶ線を基準線４４とした場合に、基準線４４と長辺方向とが平行に形成された四辺形形状となっており、四辺形形状の長辺方向は、ｑ軸磁路８１に沿っているため、Ｌｑ−Ｌｄに比例するリラクタンストルクが、従来の円形形状の断面形状を有する冷却流路に対して向上する。
【００５３】
また、第１の冷却流路１３４、第２の冷却流路１３５および第３の冷却流路１３６の配置は等角ピッチでない場合や、第１の冷却流路１３４、第２の冷却流路１３５および第３の冷却流路１３６の数が回転子４０の極数より少ない場合でも、第１の冷却流路１３４、第２の冷却流路１３５および第３の冷却流路１３６の四辺形形状の長辺方向がｑ軸磁路８１に沿っているため、リラクタンストルクが向上し、小型・軽量化できる。
【００５４】
実施の形態３．
図９は、本発明を実施するための実施の形態３に係る回転子鉄心における第２の冷却流路１３５ａの断面図である。図９において、本実施の形態に係る回転電機１の構成は、以下に述べる点で、実施の形態２と異なる。第２の冷却流路１３５ａの断面形状は、基準線４４に沿って左右に分割された四辺形のスリット状になっている。そして、基準線４４に沿って平行な鉄心部分４５が、これらのスリット１３５ａ−１、１３５ａ−２を中央部で分割している。また、第１の冷却流路１３４の断面形状および第３の冷却流路１３６の断面形状は、図示されていないが、第２の冷却流路１３５ａの断面形状から鉄心部分４５を除いた形状である。このため、第２の冷却流路１３５ａの断面積は、第１の冷却流路１３４の断面形状および第３の冷却流路１３６の断面形状よりも鉄心部分４５の断面積の分だけ減少している。なお、スリット１３５ａ−１、１３５ａ−２における四辺形形状の４つの隅部では、各２辺が円弧状に滑らかに接続されている。そして、スリット１３５ａ−１、１３５ａ−２における四辺形形状の長辺方向は、ｑ軸磁路（図示せず）に沿っている。
【００５５】
このように、本実施の形態では、第２の冷却流路１３５ａの断面形状は、基準線４４に対して左右に分割された四辺形形状であるため、第２の冷却流路１３５ａを通る流体分子と接触する面積を増やすことが可能となり、冷却性能を高めることができる。
【００５６】
また、第２の冷却流路１３５ａの断面形状が、基準線４４に対して左右に分割された四辺形形状となっているため、回転子４０の中心軸方向に垂直な第２の冷却流路１３５ａの断面積Ｓｂが、第１の冷却流路１３４の断面積Ｓａおよび第３の冷却流路１３６の断面積Ｓｃよりも小さい。よって、実施の形態１と同様に、回転電機１を大型化せずに、回転子４０の中心軸方向の熱分布を均一化することができる。また、効率よく永久磁石４２を冷却でき、永久磁石４２の熱減磁を抑制できる。
【００５７】
また、第２の冷却流路１３５ａの四辺形形状の長辺方向は、ｑ軸磁路（図示せず）に沿っている。このため、実施の形態２と同様に、リラクタンストルクが向上し、小型・軽量化できる。
【００５８】
また、第２の冷却流路１３５ａの断面形状が、基準線４４に対して左右に分割された四辺形形状となっているのみならず、第１の冷却流路１３４の断面形状および第３の冷却流路１３６の断面形状が、基準線４４に対して左右に分割された四辺形形状であってもよい。この場合、回転子４０の中心軸方向に垂直な第２の冷却流路１３５ａの断面積Ｓｂが、第１の冷却流路１３４の断面積Ｓａおよび第３の冷却流路１３６の断面積Ｓｃよりも小さくなる必要がある。この構成によっても、第１の冷却流路１３４の断面形状および第３の冷却流路１３６の断面形状を通る流体分子と接触する面積を増やすことが可能となり、冷却性能をさらに高めることができる。また、実施の形態１と同様に、回転電機１を大型化せずに、回転子４０の中心軸方向の熱分布を均一化することができる。また、効率よく永久磁石４２を冷却でき、永久磁石４２の熱減磁を抑制できる。
【００５９】
実施の形態４．
図１０は、本発明を実施するための実施の形態４に係る回転子鉄心における第２の冷却流路１３５ｂの断面図である。図１０において、本実施の形態に係る回転電機１の構成は、以下に述べる点で、実施の形態２と異なる。第２の冷却流路１３５ｂの内面は、複数の突起４６を有している。第１の冷却流路１３４の断面形状および第３の冷却流路１３６の断面形状は、図示していないが、第２の冷却流路１３５ｂの内面から複数の突起４６を除いた形状である。このため、第２の冷却流路１３５ｂの断面積は、第１の冷却流路１３４の断面形状および第３の冷却流路１３６の断面形状よりも複数の突起４６の分だけ減少している。なお、四辺形形状の４つの隅部では、各２辺が円弧状に滑らかに接続されている。そして、四辺形形状の長辺方向は、ｑ軸磁路（図示せず）に沿っている。
【００６０】
このように、本実施の形態では、第２の冷却流路１３５ｂの内面は、複数の突起４６、すなわち複数の凹凸を有する形状を有するため、第２の冷却流路１３５ｂの内面の放熱面積を増やすことができ、冷却性能を高めることができる。さらに各内面の凹凸形状によって流体分子が攪拌されるため、冷却性能を高めることができる。
【００６１】
また、第２の冷却流路１３５ｂの内面が、複数の突起４６、すなわち複数の凹凸を有する形状を有するため、回転子４０の中心軸方向に垂直な第２の冷却流路１３５ｂの断面積Ｓｂが、第１の冷却流路１３４の断面積Ｓａおよび第３の冷却流路１３６の断面積Ｓｃよりも小さい。よって、実施の形態１と同様に、回転電機１を大型化せずに、回転子４０の中心軸方向の熱分布を均一化することができる。また、効率よく永久磁石４２を冷却でき、永久磁石４２の熱減磁を抑制できる。
【００６２】
また、第２の冷却流路１３５ｂの四辺形形状の長辺方向は、ｑ軸磁路（図示せず）に沿っている。このため、実施の形態２と同様に、リラクタンストルクが向上し、小型・軽量化できる。
【００６３】
また、第２の冷却流路１３５ｂの内面が、複数の突起４６、すなわち複数の凹凸を有する形状を有するのみならず、第１の冷却流路１３４の断面形状および第３の冷却流路１３６の内面が、複数の突起４６、すなわち複数の凹凸を有する形状を有していてもよい。この場合、回転子４０の中心軸方向に垂直な第２の冷却流路１３５ｂの断面積Ｓｂが、第１の冷却流路１３４の断面積Ｓａおよび第３の冷却流路１３６の断面積Ｓｃよりも小さくなる必要がある。この構成によっても、第１の冷却流路１３４の断面形状および第３の冷却流路１３６の断面形状を通る流体分子と接触する面積を増やすことが可能となり、冷却性能をさらに高めることができる。また、実施の形態１と同様に、回転電機１を大型化せずに、回転子４０の中心軸方向の熱分布を均一化することができる。また、効率よく永久磁石４２を冷却でき、永久磁石４２の熱減磁を抑制できる。
【００６４】
また、第２の冷却流路１３５ｂの内面が、複数の突起４６、すなわち複数の凹凸を有する形状を有しているのに加えて、実施の形態３と同様に、第２の冷却流路１３５ｂの断面形状が、基準線４４に対して左右に分割された四辺形形状であってもよい。このような構成によっても、第２の冷却流路１３５ｂを通る流体分子と接触する面積を増やすことが可能となり、冷却性能を高めることができる。また、第２の冷却流路１３５ｂの内面が、複数の突起４６、すなわち複数の凹凸を有する形状を有し、第２の冷却流路１３５ｂの断面形状が、基準線４４に対して左右に分割された四辺形形状となっているため、回転子４０の中心軸方向に垂直な第２の冷却流路１３５ｂの断面積Ｓｂが、第１の冷却流路１３４の断面積Ｓａおよび第３の冷却流路１３６の断面積Ｓｃよりも小さい。よって、実施の形態１と同様に、回転電機１を大型化せずに、回転子４０の中心軸方向の熱分布を均一化することができる。また、効率よく永久磁石４２を冷却でき、永久磁石４２の熱減磁を抑制できる。
【００６５】
また、第１の冷却流路１３４の断面形状および第３の冷却流路１３６の内面が、複数の突起４６、すなわち複数の凹凸を有する形状を有しているのに加えて、実施の形態３と同様に、第１の冷却流路１３４の断面形状および第３の冷却流路１３６の断面形状が、基準線４４に対して左右に分割された四辺形形状であってもよい。この場合、回転子４０の中心軸方向に垂直な第２の冷却流路１３５ｂの断面積Ｓｂが、第１の冷却流路１３４の断面積Ｓａおよび第３の冷却流路１３６の断面積Ｓｃよりも小さくなる必要がある。この構成によっても、第１の冷却流路１３４の断面形状および第３の冷却流路１３６の断面形状を通る流体分子と接触する面積を増やすことが可能となり、冷却性能をさらに高めることができる。また、実施の形態１と同様に、回転電機１を大型化せずに、回転子４０の中心軸方向の熱分布を均一化することができる。また、効率よく永久磁石４２を冷却でき、永久磁石４２の熱減磁を抑制できる。
【００６６】
実施の形態５．
図１１は、本発明を実施するための実施の形態５に係る回転子の斜視図である。図１１において、本実施の形態に係る回転電機１の構成は、以下に述べる点で、実施の形態１と異なる。回転子４０は、実施の形態１の第１の回転子鉄心３４、第２の回転子鉄心３５および第３の回転子鉄心３６に代えて、第４の回転子鉄心６３、第５の回転子鉄心６４および第６の回転子鉄心６５を備えている。
【００６７】
図１２は、本実施の形態に係る回転子鉄心の要部を構成する側断面図である。図１２において、本実施の形態に係る回転電機１の構成は、以下に述べる点で、実施の形態１と異なる。第５の回転子鉄心６４の第５の冷却流路１６４は、冷媒の上流から下流に向かうにつれて、外周側に向かって回転子４０の中心軸方向に対し傾斜している。また、第４の回転子鉄心６３の第４の冷却流路１６３および第６の回転子鉄心６５の第６の冷却流路１６５は、回転子４０の中心軸方向に略平行に形成されている。そして、第４の冷却流路１６３および第６の冷却流路１６５は、第５の冷却流路１６４における冷媒の上流端および下流端でそれぞれつながっている。このため、第６の冷却流路１６５の径方向位置は、第４の冷却流路１６３の径方向位置よりも外周側にある。よって、第５の冷却流路１６４における第６の回転子鉄心６５側の径方向位置が、第５の冷却流路１６４における第４の回転子鉄心６３側の径方向位置よりも外周側にある。すなわち第５の冷却流路の冷媒が流れる方向の下流端の径方向位置が、冷媒が流れる方向の上流端の径方向位置よりも外周側にある。また、第５の冷却流路１６４の断面積は、第４の冷却流路１６３の断面積および第６の冷却流路１６５の断面積よりも小さい。
【００６８】
実際に回転子４０が回転した場合の冷媒の流れを説明する。図１２において、回転子４０が中心軸周りに回転すると、空気や油などの冷媒は、第４の冷却流路１６３から第５の冷却流路１６４を通り第６の冷却流路１６５へ流れる。第４の冷却流路１６３を冷媒が通るとき、第４の冷却流路１６３が回転子４０の中心軸方向に略平行に形成されているため、回転子４０の回転によって生じる遠心力が一定となり、冷媒の流速が一定となる。一方、第５の冷却流路１６４では冷媒の流れ方が変わる。すなわち、第５の冷却流路１６４の径方向位置は、冷媒の上流から下流に向かうにつれて外周側に向かうため、第５の冷却流路１６４における冷媒の上流端と下流端とで遠心力が異なる。このため、第５の冷却流路１６４を通る冷媒は、上流端と下流端との遠心力の差異により攪拌され、冷媒分子と第５の冷却流路１６４における伝熱面との熱交換の回数が増加する。この結果、第５の回転子鉄心６４と冷媒との熱伝達は向上する。
【００６９】
このように、本実施の形態では、第５の冷却流路１６４の冷媒が流れる方向の下流端の径方向位置が、冷媒が流れる方向の上流端の径方向位置よりも外周側にあるため、第５の冷却流路１６４を通る冷媒分子は、上流端と下流端との遠心力の差異により攪拌され、伝熱面との接触回数が増加する。この結果、実施の形態１よりも第５の回転子鉄心６４の冷却性能を上げることができる。
【００７０】
また、第５の冷却流路１６４の断面積は、第４の冷却流路１６３の断面積と第６の冷却流路１６５の断面積よりも小さい。よって、実施の形態１と同様に、回転電機１を大型化せずに、回転子４０の中心軸方向の熱分布を均一化することができる。また、効率よく永久磁石４２を冷却でき、永久磁石４２の熱減磁を抑制できる。
【００７１】
実施の形態６
図１３は、本発明を実施するための実施の形態６に係る回転子鉄心の要部を構成する側断面図である。図１３において、本実施の形態に係る回転電機１の構成は、以下に述べる点で、実施の形態５と異なる。第４の回転子鉄心６３の第４の冷却流路１６３および第６の回転子鉄心６５の第６の冷却流路１６５は、冷媒の上流から下流に向かうにつれて、外周側に向かって回転子４０の中心軸方向に対し傾斜している。そして、第４の冷却流路１６３および第６の冷却流路１６５は、第５の回転子鉄心６４の第５の冷却流路１６４における冷媒の上流端および下流端でつながっている。すなわち、第４の冷却流路１６３の冷媒が流れる方向の下流端における径方向位置が、第４の冷却流路１６３の冷媒が流れる方向の上流端における径方向位置よりも外周側にある。そして、第６の冷却流路１６５の冷媒が流れる方向の下流端における径方向位置が、第６の冷却流路１６５の冷媒が流れる方向の上流端における径方向位置よりも外周側にある。また、第５の冷却流路１６４の断面積は、第４の冷却流路１６３の断面積および第６の冷却流路１６５の断面積よりも小さい。
【００７２】
このように、本実施の形態では、第４の冷却流路１６３の冷媒が流れる方向の下流端における径方向位置が、第４の冷却流路１６３の冷媒が流れる方向の上流端における径方向位置よりも外周側にある。そして、第６の冷却流路１６５の冷媒が流れる方向の下流端における径方向位置が、第６の冷却流路１６５の冷媒が流れる方向の上流端における径方向位置よりも外周側にある。このため、第４の冷却流路１６３および第６の冷却流路１６５を通る冷媒分子は、上流端と下流端との遠心力の差異により攪拌され、伝熱面との接触回数が増加する。この結果、実施の形態５よりも、第４の回転子鉄心６３および第６回転子鉄心６５の冷却性能、すなわち回転子４０の中心軸方向両端の冷却性能を上げることができる。
【００７３】
また、第５の冷却流路１６４の断面積は、第４の冷却流路１６３の断面積と第６の冷却流路１６５の断面積よりも小さい。よって、実施の形態１と同様に、回転電機１を大型化せずに、回転子４０の中心軸方向の熱分布を均一化することができる。また、効率よく永久磁石４２を冷却でき、永久磁石４２の熱減磁を抑制できる。
【００７４】
また、実施の形態５および６の第４の冷却流路１６３、第５の冷却流路１６４および第６の冷却流路１６５の断面形状は、それぞれ実施の形態３における第１の冷却流路１３４の断面形状、第２の冷却流路１３５ａおよび第３の冷却流路１３６の断面形状であってもよい。また、実施の形態５および６の第４の冷却流路１６３、第５の冷却流路１６４および第６の冷却流路１６５の断面形状は、それぞれ実施の形態４における第１の冷却流路１３４の断面形状、第２の冷却流路１３５ｂおよび第３の冷却流路１３６の断面形状であってもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１  回転電機、１０  フレーム、１１、１２  ブラケット、１３  冷媒流入口、１４  冷媒流出口、３１  固定子、３２  固定子鉄心、３３  多相巻線、３４  第１の回転子鉄心、３５  第２の回転子鉄心、３６  第３の回転子鉄心、３８  回転軸、３９  ベアリング、４０  回転子、４１  永久磁石挿通孔、４１−１  穴部、４２  永久磁石、４３  中間点、４４  基準線、４５  鉄心部分、４６  突起、５１  第１の回転子鉄心の熱コンダクタンスを示す棒グラフ、５２  第２の回転子鉄心の熱コンダクタンスを示す棒グラフ、６１  第１の回転子鉄心の温度を示す棒グラフ、６２  第２の回転子鉄心の温度を示す棒グラフ、６３  第４の回転子鉄心、６４  第５の回転子鉄心、６５  第６の回転子鉄心、８１  ｑ軸磁路、１３４  第１の冷却流路、１３５、１３５ａ、１３５ｂ  第２の冷却流路、１３５ａ−１、１３５ａ−２  スリット、１３６  第３の冷却流路、１６３  第４の冷却流路、１６４  第５冷却流路、１６５  第６の冷却流路。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年7月5日(2016.7.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明に係る回転電機は、固定子鉄心およびこの固定子鉄心に巻回された多層巻線を有する固定子と、固定子鉄心に対向させて配置された回転子鉄心を有し固定子に対し回転自在に支持された回転子と、を備え、回転子鉄心は、永久磁石と、回転子の中心軸方向に貫通し回転子の中心軸方向に順に並んで第１の冷却流路、第２の冷却流路および第３の冷却流路とを有し、回転子の中心軸方向に垂直な第２の冷却流路の断面積は、回転子の中心軸方向に垂直な第１の冷却流路の断面積および第３の冷却流路の断面積よりも小さく、第２の冷却流路の中心軸方向の長さは、第１の冷却流路の中心軸方向の長さと第３の冷却流路の中心軸方向の長さとを合わせた長さの０．２倍以上、かつ２倍以下であり、第１の冷却流路の断面積をＳａ、第２の冷却流路の断面積をＳｂ、およびＳａに対するＳｂの減少率をκ＝（Ｓａ―Ｓｂ）/（Ｓａ）とした場合に、κが０．０２≦κ≦０．０９の関係にあることを特徴とする。
【手続補正２】
【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】
固定子鉄心およびこの固定子鉄心に巻回された多層巻線を有する固定子と、
前記固定子鉄心に対向させて配置された回転子鉄心を有し前記固定子に対し回転自在に支持された回転子と、を備え、
前記回転子鉄心は、永久磁石と前記回転子の中心軸方向に貫通し前記回転子の中心軸方向に順に並んで第１の冷却流路、第２の冷却流路および第３の冷却流路とを有し、
前記回転子の中心軸方向に垂直な前記第２の冷却流路の断面積は、前記回転子の中心軸方向に垂直な前記第１の冷却流路の断面積および前記第３の冷却流路の断面積よりも小さく、
前記第２の冷却流路の中心軸方向の長さは、前記第１の冷却流路の中心軸方向の長さと前記第３の冷却流路の中心軸方向の長さとを合わせた長さの０．２倍以上、かつ２倍以下であり、
前記第１の冷却流路の断面積をＳａ、前記第２の冷却流路の断面積をＳｂ、および前記Ｓａに対する前記Ｓｂの減少率をκ＝（Ｓａ―Ｓｂ）/（Ｓａ）とした場合に、
前記κが０．０２≦κ≦０．０９の関係にあることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記第１の冷却流路の断面積と前記第３の冷却流路の断面積とが等しいことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
前記κが０．０２≦κ≦０．０５の関係にあることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転電機。
【請求項４】
前記回転子の中心軸方向に垂直な前記第１の冷却流路の断面形状、前記第２の冷却流路の断面形状および前記第３の冷却流路の断面形状は、前記回転子の周方向に配置された前記永久磁石間の前記周方向における中間点と前記中間点から前記回転子の軸に直交する点とを結ぶ線を基準線とした場合に、前記基準線と長辺方向とが平行に形成された四辺形形状であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記回転子の中心軸方向に垂直な前記第２の冷却流路の断面形状は、前記基準線に対して左右に分割された四辺形形状であることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記第２の冷却流路の内面は、複数の凹凸を有する形状を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記第２の冷却流路の冷媒が流れる方向の下流端の径方向位置が、前記冷媒が流れる方向の上流端の径方向位置よりも外周側にあることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
前記第１の冷却流路の前記冷媒が流れる方向の下流端における径方向位置が、前記第１の冷却流路の前記冷媒が流れる方向の上流端における径方向位置よりも外周側にあり、
前記第３の冷却流路の前記冷媒が流れる方向の下流端における径方向位置が、前記第３の冷却流路の前記冷媒が流れる方向の上流端における径方向位置よりも外周側にあることを特徴とする請求項７に記載の回転電機。
【国際調査報告】
2016002867.tif 000019
2016002867.tif 000020
2016002867.tif 000021
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