(57)【要約】【課題】遠心力により永久磁石から積層鋼板にかかる力を低減させつつ、永久磁石の熱をより多く放出させることが可能な回転電機の回転子を提供することを目的とする。【解決手段】磁性体の鋼板が回転軸方向に沿って複数積層されて形成される積層鋼板２と、積層鋼板２の回転軸方向の両端を挟み込む端板３、４と、積層鋼板２内に設けられる永久磁石５とを備える回転子１において、積層鋼板２の回転軸６方向の両端から突出する永久磁石５の両端部にそれぞれ冷却部材９が嵌合する凹部８を形成し、端板３、４にそれぞれ冷却部材９が嵌合すると共に積層鋼板２から突出する永久磁石５の端部と嵌合される凹部７を形成する。【選択図】図１
2008220014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体の鋼板が回転軸方向に沿って複数積層されて形成される積層鋼板と、
前記積層鋼板の回転軸方向の両端を挟み込む２枚の端板と、
前記積層鋼板内に設けられる永久磁石と、
を備え、
前記永久磁石は、前記積層鋼板の回転軸方向の両端から突出する各端部にそれぞれ冷媒が通る第１の凹部が形成され、
前記２枚の端板は、それぞれ、前記冷媒が通ると共に、前記積層鋼板から突出する前記永久磁石の端部と嵌合される第２の凹部が形成されるとともに、隣接する前記第２の凹部同士を連結し、かつ、前記冷媒が通る第３の凹部が形成されている、
ことを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項２】
磁性体の鋼板が回転軸方向に沿って複数積層されて形成される積層鋼板と、
前記積層鋼板の回転軸方向の両端を挟み込む２枚の端板と、
前記積層鋼板内に設けられる永久磁石と、
を備え、
前記永久磁石は、前記積層鋼板の回転軸方向の両端から突出する各端部にそれぞれ冷却部材が嵌め込まれる第１の凹部が形成され、
前記２枚の端板は、それぞれ、前記冷却部材と嵌合されると共に、前記積層鋼板から突出する前記永久磁石の端部と嵌合される第２の凹部が形成されている、
ことを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機の回転子であって、
前記冷却部材はリング形状であり、
前記２枚の端板は、それぞれ、隣接する前記第２の凹部同士を連結し、かつ、前記冷却部材と嵌合される第３の凹部が形成されている、
ことを特徴とする回転電機の回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機（モータ）の回転子（ロータ）として、磁性体からなる薄い鋼板が回転軸方向に沿って複数積層される積層鋼板と、その積層鋼板の周囲内側に所定間隔で設けられる複数の永久磁石と、積層鋼板の回転軸方向の両端を挟み込む２枚の端板とを備えて構成されるものがある。
【０００３】
このように構成される回転子では、回転子が高速回転することにより回転子の半径外側方向に生じる遠心力が永久磁石にかかると、永久磁石から積層鋼板に力がかかり積層鋼板が破損するおそれがある。
【０００４】
そこで、永久磁石から積層鋼板にかかる力を緩和させるための回転子としては、例えば、積層鋼板の外周にステンレスなどからなる筒状部材を設け、積層鋼板の機械的強度を上げるものがある。
【０００５】
しかしながら、このように構成される回転子では、積層鋼板の外周に筒状部材を設ける分、ギャップが増加し、回転電機の性能が低下してしまうという問題がある。
そこで、回転電機の性能を低下させずに永久磁石から積層鋼板にかかる力を低減させるための回転子として、例えば、永久磁石を積層鋼板の積層厚よりも大きく形成し、積層鋼板から突出する部分の永久磁石を端板に設けた凹部と嵌合させるものがある（例えば、特許文献１参照）。このように構成される回転子によれば、永久磁石から積層鋼板にかかる力を端板側にも分散させることができるので、積層鋼板にかかる力を低減させることができる。また、このように構成される回転子では、ギャップの増加がないため、回転電機の性能の低下がない。
【０００６】
また、上述したような回転子では、回転電機を駆動させたときに発生する損失（銅損、鉄損や機械損など）により永久磁石が発熱すると、永久磁石が減磁して回転電機の性能が低下してしまうおそれがある。
【０００７】
そこで、永久磁石の減磁を抑えるための回転子として、例えば、永久磁石を積層鋼板の回転軸方向の端部から露出させて永久磁石と端板とを接触させるものがある（例えば、特許文献２参照）。このように構成される回転子によれば、永久磁石の熱を端板を介して外部に放出して永久磁石を冷却させることができるので、永久磁石の減磁を抑えることができる。また、上述のように、積層鋼板から突出する部分の永久磁石を端板に設けた凹部と嵌合させる構成の回転子においても、永久磁石と端板とが接触するため、永久磁石の熱を端板を介して外部に放出して永久磁石を冷却することができる。
【特許文献１】特開平５−２４４７４１号
【特許文献２】特開２００５−２１８２７４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述のように、端板を介して永久磁石の熱を放出させる構成の回転子では、積層鋼板や永久磁石を固定するためにある程度の強度を端板にもたせると共に、永久磁石を効率良く冷却するために熱伝導率の高い材質で端板を形成する必要があるが、強度も熱伝導率も高い材質で端板を形成することは難しく、端板の強度を高めようとすると十分な冷却効果が得られないという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明では、遠心力により永久磁石から積層鋼板にかかる力を低減させつつ、永久磁石の熱をより多く放出させることが可能な回転電機の回転子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】
【００１０】
上記の課題を解決するために本発明では、以下のような構成を採用した。
すなわち、本発明の回転電機の回転子は、磁性体の鋼板が回転軸方向に沿って複数積層されて形成される積層鋼板と、前記積層鋼板の回転軸方向の両端を挟み込む２枚の端板と、前記積層鋼板内に設けられる永久磁石とを備え、前記永久磁石は、前記積層鋼板の回転軸方向の両端から突出する各端部にそれぞれ冷媒が通る第１の凹部が形成され、前記２枚の端板は、それぞれ、前記冷媒が通ると共に、前記積層鋼板から突出する前記永久磁石の端部と嵌合される第２の凹部が形成されるとともに、隣接する前記第２の凹部同士を連結し、かつ、前記冷媒が通る第３の凹部が形成されている。
【００１１】
これにより、遠心力により永久磁石から積層鋼板にかかる力を端板側に分散させることができるので、積層鋼板にかかる力を低減させることができる。また、ギャップの増加がないため、回転電機の性能の低下がない。また、永久磁石の熱を端板を介して外部に放出すると共に、永久磁石を冷却部材により直接冷却することができるので、永久磁石の熱をより多く放出させることができる。
【００１２】
また、本発明の回転電機の回転子は、磁性体の鋼板が回転軸方向に沿って複数積層されて形成される積層鋼板と、前記積層鋼板の回転軸方向の両端を挟み込む２枚の端板と、前記積層鋼板内に設けられる永久磁石とを備え、前記永久磁石は、前記積層鋼板の回転軸方向の両端から突出する各端部にそれぞれ冷却部材が嵌め込まれる第１の凹部が形成され、前記２枚の端板は、それぞれ、前記冷却部材と嵌合されると共に、前記積層鋼板から突出する前記永久磁石の端部と嵌合される第２の凹部が形成されている。
【００１３】
また、前記冷却部材はリング形状であり、前記２枚の端板は、それぞれ、隣接する前記第２の凹部同士を連結し、かつ、前記冷却部材と嵌合される第３の凹部が形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、回転電機の回転子において、遠心力により永久磁石から積層鋼板にかかる力を低減させつつ、永久磁石の熱をより多く放出させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施形態の回転電機の回転子の断面図である。
図１（ａ）に示す回転子１は、積層鋼板２と、端板３、４と、永久磁石５とを備えて構成されている。
【００１６】
上記積層鋼板２は、磁性体の薄い鋼板が回転軸６方向に沿って複数積層されて形成されている。
上記端板３、４は、積層鋼板２の回転軸６方向の両端を挟み込むことで、複数の鋼板を固定する。
【００１７】
上記永久磁石５は、積層鋼板２の周囲内側に沿って所定間隔に４つ設けられており、それら４つの永久磁石５は、それぞれ、積層鋼板２の回転軸６方向の両端から突出する大きさに形成されている。
【００１８】
図１（ｂ）は、積層鋼板２の回転軸６方向の両端を端板３、４で挟み込んだ状態の回転子１を端板３側から見た図（正面図）である。また、図１（ｃ）は、積層鋼板２の回転軸６方向の両端を端板３、４で挟み込んだ状態の回転子１の側面図である。また、図１（ｄ）は、端板３の斜視図である。なお、端板４は、端板３と同様の構成とする。
【００１９】
図１（ｂ）または図１（ｄ）に示すように、端板３において積層鋼板２と接触する面には凹部７（第２の凹部）が形成されており、図１（ｃ）に示すように、積層鋼板２の回転軸６方向の両端が端板３、４で挟み込まれると、積層鋼板２から突出する永久磁石５の端部と凹部７とが嵌合される。
【００２０】
これにより、遠心力により永久磁石５から積層鋼板２にかかる力を端板３、４側に分散させることができるので、積層鋼板２にかかる力を低減させることができる。
また、元々積層鋼板２を固定するために必要な端板３、４を利用して永久磁石５を固定しているため、追加部品を必要としない。そのため、ギャップの増加がないので、回転電機の性能の低下がない。
【００２１】
また、端板３、４を熱伝導率が比較的高い材質で形成することにより永久磁石５の熱を端板３、４を介して効率良く外部に放出することができる。端板３、４の材質としては、例えば、熱伝導率や比重を考慮してアルミニウムやアルミニウム合金などが考えられる。
【００２２】
また、積層鋼板２の機械的強度を高めることができるので、回転子１の高速回転が可能となり、回転電機の性能を向上させることができる。
また、本実施形態の回転子１では、銅や銅合金などの冷却部材９と凹部７とが嵌合される。冷却部材９は、永久磁石５や積層鋼板２より熱伝導率がよい材料であればいい。
【００２３】
図２（ａ）は、図１（ｂ）または図１（ｃ）に示す回転子１を破線枠Ａで切り取ったものを示す図である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す積層鋼板２の斜視図である。また、図２（ｃ）は、図２（ａ）に示す端板３の斜視図である。
【００２４】
図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、永久磁石５において積層鋼板２から突出する部分には凹部８（第１の凹部）が形成されており、その凹部８には、冷却部材９が嵌め込まれる。
【００２５】
また、図２（ｃ）に示すように、端板３には、凹部７の他に、隣接する凹部７同士を連結し冷却部材９のみと嵌合させるための凹部１０（第３凹部）が形成されている。つまり本実施例では冷却部材９はリング状に形成されている。
【００２６】
図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように回転子１を構成することにより、永久磁石５を冷却部材９により直接冷却させることができるので、永久磁石５の熱を端板３、４のみを介して外部に放出するものと比べて、永久磁石５の熱をより多く放出することができる。そして、上述したように、永久磁石５の両端と端板３、４のそれぞれの凹部７とを嵌合させることができるので、遠心力により永久磁石５から積層鋼板２にかかる力を低減させつつ、永久磁石５の熱をより多く放出させることができる。
【００２７】
また、端板３、４の凹部１０に冷却部材９を嵌合させて端板３、４を冷却することにより、永久磁石５の熱をさらに多く放出することができる。
なお、端板３、４には、凹部７のみを形成してもよい。この場合凹部１０が形成されないが、凹部８に嵌合される冷却部材９があることにより、単に凹部７を設け凹部８を設けない場合に比べて、放熱性能が高い。
【００２８】
また、冷却部材９を嵌合させる空間を管路として冷媒を循環させるようにしてもよい。
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、本発明の他の実施形態の回転子１における永久磁石５の端部または端板３を示す図である。なお、図２に示す構成と同じ構成には同じ符号を付している。
【００２９】
図３（ａ）または図３（ｂ）に示す永久磁石５の端部に設けられる凹部８は、図２（ａ）または図２（ｂ）に示す永久磁石５の端部に設けられる凹部８の回転軸６側に設けられていた凸部をなくしている。
【００３０】
このように構成しても、永久磁石５の端部と端板３の凹部７とが積層鋼板２の半径外側方向において嵌合するため、遠心力により永久磁石５から積層鋼板２にかかる力を端板３、４側に分散させることができ積層鋼板２にかかる力を低減させることができる。また、永久磁石５と冷却部材９とが接触する面積を増やすことができるので、永久磁石５の熱をさらに多く放出することができる。
【００３１】
また、この場合も冷却部材９を嵌合させる空間を管路として冷媒を循環させるようにしてもよい。
図４は、端板３に形成される凹部７、１０に冷媒を通す場合の端板３の一例を示す図である。
【００３２】
図４に示す端板３には、回転軸６の所定箇所に設けられる開口部と凹部１０とを繋ぐ凹部１１，１２が形成されている。
このように端板３を構成することにより、回転軸６内部を通る冷媒を凹部１１，１２を介して凹部７、１０に通すことができる。
【００３３】
図５は、永久磁石５の他の例を示す図である。
図５に示す永久磁石５の端部は、図２や図３に示す永久磁石５の端部に比べて、積層鋼板２の半径外側で積層鋼板２と接する角部が取られて曲線形状になっている。
【００３４】
このように永久磁石５を構成することにより、遠心力により永久磁石５から端板３にかかる力をさらに低減することができる。
なお、本実施形態の回転子１は、回転子１の構造によらず、端板３、４により永久磁石５を固定することができる。すなわち、本実施形態の回転子１は、様々な配置の永久磁石５を備える積層鋼板２に適用することができる。
【００３５】
図６は、端板３の他の例を示す図である。
図６に示す端板３の凹部７は、リラクタンストルクを有効に利用するためにハの字型で積層鋼板２の周囲内側に沿って設けられる永久磁石５の端部と嵌合するような形状に形成されている。なお、図６には、凹部１０や凹部１１を示していないが、図２や図３と同様に凹部７と繋がるように凹部１０や凹部１１を端板３に設けるものとする。
【００３６】
このように端板３を構成しても、図２や図３に示すように各永久磁石５に凹部８を形成することで、遠心力により永久磁石５から積層鋼板２にかかる力を低減させつつ、永久磁石５の熱をより多く放出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態の回転電機の回転子を示す図である。
【図２】永久磁石の端部と端板の凹部との嵌合部分の一例を示す図である。
【図３】永久磁石の端部と端板の凹部との嵌合部分の他の例を示す図である。
【図４】端板の一例を示す図である。
【図５】永久磁石の他の例を示す図である。
【図６】端板の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  回転子
２  積層鋼板
３  端板
４  端板
５  永久磁石
６  回転軸
７  凹部
８  凹部
９  冷却部材
１０  凹部
１１，１２  凹部
【図１】
2008220014.tif 000003
【図２】
2008220014.tif 000004
【図３】
2008220014.tif 000005
【図４】
2008220014.tif 000006
【図５】
2008220014.tif 000007
【図６】
2008220014.tif 000008