(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の固定子と、この固定子の内側に回転自在に配置された回転子とを備え、
前記固定子は、電機子巻線を持つ固定子鉄心を有し、
前記回転子は、永久磁石が装着されると共に冷媒が通る冷却穴が形成された回転子鉄心を有し、
前記永久磁石は、前記回転子鉄心の外周部に沿って周方向に等間隔をおいて設定された複数の所定箇所においてそれぞれ二個１組にして設けられ、これら二個１組の永久磁石は回転子鉄心の外周部に向かって開くＶ字状を成すように配置され、
前記回転子鉄心において、前記二個１組の永久磁石とそれに隣接する他の二個１組の永久磁石とで挟まれた部分を磁化容易な磁極部とし、前記二個１組の永久磁石の両永久磁石にて挟まれた部分を磁化困難な磁極間部とし、
前記冷却穴は、前記磁極部の中心を半径方向に通る線上にその中心線が一致する位置に形成され、かつ、
前記冷却穴は、前記回転子鉄心の外周側に向かって凸となり、前記回転子鉄心の内周側に対向する部位は該回転子鉄心の内周側に向かって凸となる円弧状となり、かつ、当該円弧状部分の端部が前記外周側の凸形状部分と角なく連続する断面形状を有するように形成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記回転子の外径をＤ、最高回転数をＮ、並びに前記冷却穴と前記回転子の内周との間の部位の厚みをＴｉとしたとき、Ｔｉ×６０／（π×Ｄ×Ｎ）≧１．５×１０−４としたことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
前記回転子鉄心の外周部に沿って形成される磁極における前記永久磁石間の距離をＷｐ、前記永久磁石と前記冷却穴との間の最小距離をＷｍとしたとき、Ｗｍ／Ｗｐ≧０．６０としたことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド自動車等に用いられる永久磁石埋め込み型の回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、永久磁石の目ざましい研究開発により、高磁気エネルギー積の永久磁石が開発され、回転電機の小型・高出力化が進められている。特にハイブリッド自動車向けのような車両用を用途とする回転電機では、限られた空間の中で高トルク、高出力化を要求されており、これを達成するためには永久磁石量を増やして高速化する必要がある。
【０００３】
この場合、高遠心力化に伴う回転子鉄心強度、損失密度増加に伴う冷却が大きな問題となる。更に、高速化に伴って永久磁石表面に発生する渦電流が増大、発熱することにより、熱減磁（不可逆減磁）を生じ、回転電機の出力、効率などの性能を著しく低下させるため、深刻な問題となっている。
【０００４】
そこで従来の回転電機は、例えば図１６に示すように、回転子鉄心１０１の永久磁石埋め込み用の空洞１０２内に突き出すように永久磁石位置決め用の突起１０３を設け、これで永久磁石１０４を支持することにより応力の集中する薄肉部の強度を確保することで、高出力、高速化を図っている。（特許文献１参照）。
【０００５】
また、永久磁石を用いた回転電機の冷却を強化する方法として、例えば図１７に示すように、回転子鉄心２０１に形成された永久磁石埋め込み用の空洞２０２を利用し、軸方向端部から軸中央部に冷却空気を流すことにより、最も発熱量の大きい軸中央部、並びに永久磁石を冷却する方法が提案されている。（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−３３９９１９号公報（第３頁第３行）
【特許文献２】特開２００４−３４３９１５号公報（第３頁１３行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１の回転電機においては、突起で永久磁石を支持することにより回転子鉄心強度を確保し、高出力、高速化が可能となっているが、高速化に伴い、鉄損、高調波損失の増大により回転電機の温度が上昇し、並びに渦電流による永久磁石の発熱を十分に冷却することが出来ない。従って、回転電機の温度上昇により出力及び効率が低下し、信頼性が低下するという課題がある。
【０００７】
また、特許文献２の回転電機においては、高遠心力による回転子鉄心の強度を確保することが出来ないため、高速化が困難であるという課題があった。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、高速回転に耐えうる回転子強度を確保しつつ冷却性能を向上させ、小型で高トルク、高出力を得ることができると共に、信頼性の向上を図った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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る回転電機は、環状の固定子と、この固定子の内側に回転自在に配置された回転子とを備え、前記固定子は、電機子巻線を持つ固定子鉄心を有し、前記回転子は、永久磁石が装着されると共に冷媒が通る冷却穴が形成された回転子鉄心を有し、前記永久磁石は、前記回転子鉄心の外周部に沿って周方向に等間隔をおいて設定された複数の所定箇所においてそれぞれ二個１組にして設けられ、これら二個１組の永久磁石は回転子鉄心の外周部に向かって開くＶ字状を成すように配置され、前記回転子鉄心において、前記二個１組の永久磁石とそれに隣接する他の二個１組の永久磁石とで挟まれた部分を磁化容易な磁極部とし、前記二個１組の永久磁石の両永久磁石にて挟まれた部分を磁化困難な磁極間部とし、前記冷却穴は、前記磁極部の中心を半径方向に通る線上にその中心線が一致する位置に形成され、かつ、前記冷却穴は、前記回転子鉄心の外周側に向かって凸となり、前記回転子鉄心の内周側に対向する部位は該回転子鉄心の内周側に向かって凸となる円弧状となり、かつ、当該円弧状部分の端部が前記外周側の凸形状部分と角なく連続する断面形状を有するように形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る他の回転電機は、環状の固定子と、この固定子の内側に回転自在に配置された回転子とを備え、前記固定子は、電機子巻線を持つ固定子鉄心を有し、前記回転子は、永久磁石が装着された回転子鉄心を有し、前記永久磁石が前記回転子の軸方向に延びる間隙を有するように分割されると共に前記間隙を冷媒が通る冷却流路としたことを特徴としている。
また、本発明に係る他の回転電機は、環状の固定子と、この固定子の内側に回転自在に配置された回転子とを備え、前記固定子は、電機子巻線を持つ固定子鉄心を有し、前記回転子は、空洞が形成され、前記空洞に永久磁石が挿入されている回転子鉄心を有し、前記永久磁石が前記回転子の軸方向に延びる間隙を有するように分割されると共に前記間隙を冷媒が通る冷却流路とし、前記空洞の両端部には、前記永久磁石の存在しない空隙を形成し、前記空洞の一方の端部から前記冷却流路を通って前記空洞の他方の端部に至るバイパス冷却流路を形成したことを特徴としている。
【００１３】
また、本発明に係る他の回転電機は、環状の固定子と、この固定子の内側に回転自在に配置された回転子とを備え、前記固定子は、電機子巻線を持つ固定子鉄心を有し、前記回転子は、永久磁石が挿入される空洞を有すると共にこの空洞の内面と前記永久磁石との間に熱伝導性シートを介在させたことを特徴としている。
【００１５】
また、本発明に係る他の回転電機は、環状の固定子と、この固定子の内側に回転自在に配置された回転子とを備え、前記固定子は、電機子巻線を持つ固定子鉄心を有し、前記回転子は、軸方向に延びる空洞と、この空洞の内面に接するように挿入された永久磁石とを有し、前記空洞における前記永久磁石が接する内面に軸方向に延びると共に冷媒が通る溝状の冷却流路を設けたことを特徴としている。
【００１６】
また、本発明に係る他の回転電機は、環状の固定子と、この固定子の内側に回転自在に配置された回転子とを備え、前記固定子は、電機子巻線を持つ固定子鉄心を有し、前記回転子は、永久磁石が装着されると共に冷媒が通る冷却穴が形成された環状の回転子鉄心を有し、前記冷却穴における前記回転子鉄心の内周側に対向する部位が、前記回転子鉄心の内周側に向かって凸となる断面円弧状を呈していることを特徴としている。
【００１７】
また、本発明に係る他の回転電機は、環状の固定子と、この固定子の内側に回転自在に配置された回転子とを備え、前記固定子は、電機子巻線を持つ固定子鉄心を有し、前記回転子は、永久磁石が装着されると共に冷媒が通る冷却穴が形成された環状の回転子鉄心を有し、前記冷却穴における前記回転子鉄心の内周側に対向する部位が、前記回転子鉄心の外周側に向かって凸となると共に前記回転子鉄心の内周面と略平行となるように形成されていることを特徴としている。
【００１８】
また、本発明に係る他の回転電機は、環状の固定子と、この固定子の内側に回転自在に配置された環状の回転子と、この回転子の内側に配置された回転子シャフトとを備え、前記固定子は、電機子巻線を持つ固定子鉄心を有し、前記回転子は、永久磁石が装着された環状の回転子鉄心と、その内周面から外周側に向かって凸となる断面形状の切欠部とを有しており、この切欠部と前記回転子シャフトの外周面とにより冷媒流路を形成していることを特徴としている。
【００１９】
また、本発明に係る他の回転電機は、環状の固定子と、この固定子の内側に回転自在に配置された環状の回転子と、この回転子の内側に配置された回転子シャフトとを備え、前記固定子は、電機子巻線を持つ固定子鉄心を有し、前記回転子は、永久磁石が装着された環状の回転子鉄心を有し、前記回転子シャフトは、その外周面から中心側に向かって凸となる断面形状の切欠部を有しており、この切欠部と前記回転子鉄心の内周面とにより冷媒流路を形成していることを特徴としている。
【００２０】
本発明に係る他の回転電機は、環状の固定子と、この固定子の内側に回転自在に配置された環状の回転子と、この回転子の内側に配置された回転子シャフトとを備え、前記固定子は、電機子巻線を持つ固定子鉄心を有し、前記回転子は、永久磁石が装着された環状の回転子鉄心を有し、前記回転子シャフトは、その外周面から中心側に向かって凸となる断面形状の切欠部を有し、前記回転子鉄心は、その内周面から外周側に向かって凸となる断面形状の切欠部を有しており、前記回転子シャフトの切欠部と前記回転子鉄心の切欠部とが互いに対向することにより冷媒流路を形成していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、高速回転に耐えうる回転子強度を確保しつつ冷却性能を向上させ、小型で高トルク、高出力を得ることができると共に、信頼性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施形態の半径方向断面図である。図１において、１は固定子であり、その内側には回転子２が設けられている。
【００２３】
固定子１は、環状の電磁鋼板を複数枚積層することにより構成された固定子鉄心３を有しており、その内周側には、電機子巻線４を収容する固定子スロット５が周方向に間隔をおいて複数個形成され、それらの間には回転子２に対向する固定子ティース６が形成されている。
【００２４】
図２は図１の一部拡大図である。回転子２は、固定子ティース６との間に間隙を介して固定子１の内側に配置され、環状の回転子鉄心７と、その外周部に沿って装着された複数個の板状の永久磁石８とを有している。
【００２５】
この永久磁石８は、回転子鉄心７の外周部に沿って周方向に等間隔をおいて設定された複数の所定箇所においてそれぞれ二個ずつ設けられ、これら二個の永久磁石８は回転子鉄心７の外周部に向かって開くＶ字状を成すように配置されている。
【００２６】
回転子鉄心７は、環状の電磁鋼板を複数枚積層することにより構成され、その回転軸を中心とした円周方向に磁化容易方向と磁化困難方向とが交互に形成されている。回転子２は、固定子鉄心３に保持された電機子巻線４を流れる電流による回転磁界によって回転軸を中心に回転する。
【００２７】
回転子鉄心７には、リラクタンストルクを発生する磁束の流れに沿うように空洞１２を軸方向に設けてあり、この空洞１２に挿入された永久磁石８によって、磁極Ｐを前記磁束に対して交差する方向に通る電機子巻線４の磁束が打ち消され、磁極端部の漏れ磁界が抑制されて回転子鉄心７の周方向に磁気的に凹凸が形成されている。
【００２８】
また、回転子鉄心７には、外周側に向かって凸となる断面形状の冷却穴９が設けられている。この冷却穴９は回転子２の軸方向に延びており、内部には冷媒が流通する。なお、この冷却穴９における回転子鉄心７の内周側に対向する部位は、回転子鉄心７の内周側に向かって凸となる断面円弧状を呈している。
【００２９】
また、回転子２の外径をＤ、回転子２の最高回転数をＮ、並びに冷却穴９と回転子２の内周との間の部位の径方向厚みをＴｉとしたとき、回転子の外径周速＝（π×Ｄ×Ｎ）／６０で厚さＴｉを除した比が１．５×１０−４となるように冷却穴９が配置されている。
【００３０】
また、図２に示すように、回転子２の磁極Ｐにおける永久磁石８間の距離をＷｐとし、永久磁石８とその内側に配置された冷却穴９との間の最小距離をＷｍとしたときに、ＷｍをＷｐで除した比が０．６０となるように冷却穴９が配置されている。
【００３１】
次に、本実施形態の作用について説明する。回転子鉄心７内を流れる磁束は、磁極Ｐの外周側から磁極Ｐの永久磁石８間の部位を通り、永久磁石８と冷却穴９との間を通って隣の磁極へと流れる。
【００３２】
冷却穴９は、回転子２の外周側に向かって凸となる形状となっているため、回転子鉄心７内の磁束の流れを阻害することなく、断面積を確保することができる。また、冷却穴９における回転子鉄心７の内周側に対向する部位は、回転子鉄心７の内周側に向かって凸となる断面円弧状を呈しており、曲率半径が大きいため、応力が集中しにくい。これにより、回転子鉄心７の強度を確保することができ、信頼性が向上する。
【００３３】
図３は、回転子鉄心７の内径側肉厚Ｔｉ／回転子２の外径周速と、回転子鉄心７の強度係数（安全率）との関係を示すグラフである。
【００３４】
回転子鉄心７の強度係数（安全率）は、回転遠心力により回転子鉄心７内に発生する最大の応力に対し、回転子鉄心７の材料強度（許容応力）がどの程度であるかを示す指標（強度安全率）であり、１．０以上とする必要がある。
【００３５】
図３に示すように、内径側肉厚Ｔｉを回転子２の外径周速（π×Ｄ×Ｎ／６０）で除した数値を増加、すなわち回転子２の外径周速に対し、内径側肉厚Ｔｉの割合を大きくすると、回転子鉄心７の強度係数（安全率）も大きくなっており、回転子２の外径周速に対する内径側肉厚Ｔｉの比が１．５×１０−４のときには、回転子鉄心７の強度係数（安全率）が１．０となることが判る。
【００３６】
従って、回転子２の外径寸法、最高回転数、及び回転子鉄心７の材料強度を固定した場合、回転子鉄心７の強度を確保するために必要な最小のＴｉとなるときの回転子２の外径周速に対するＴｉの比は１．５×１０−４であることが判る。
【００３７】
また、図４に、永久磁石８と冷却穴９との間の最小距離Ｗｍ／磁極Ｐにおける永久磁石８間の距離Ｗｐと、トルク係数との関係を示す。トルク係数は、回転電機の仕様として必要とされるトルクに対する回転電機発生可能トルクの割合を示しており、回転電機の性能を評価する上で重要な指標である。このトルク係数は１．０以上とする必要がある。
【００３８】
図４に示すように、Ｗｐに対するＷｍの比を増加させたとき、それに伴ってトルク係数も大きくなり、Ｗｐに対するＷｍの比を０．６０としたとき、トルク係数が１．０となることが判る。従って、Ｗｐを固定した場合、回転電機の必要トルクを発生するために必要な最小のＷｍとなるときのＷｐに対するＷｍの比は０．６０であることが判る。
【００３９】
本実施形態によれば、冷却穴９を外周側に向かって凸となる形状することにより、回転子鉄心７内の磁束の流れを阻害することなく、且つ効果的に冷却穴９の断面積を確保（増やす）することができるため、回転子鉄心７内の冷却する伝熱面積、及び冷媒（例えば冷却油）の流量を増やすことができ、冷却性能を高めることができる。
【００４０】
また、冷却穴９の断面積を効果的に確保できることから、回転子鉄心７の質量を低減することができ、回転遠心力による応力を抑制することが可能となり、信頼性が向上する。
【００４１】
また、同様に回転子鉄心７の質量低減により、回転子２の回転慣性力も小さくすることができることから、回転電機の回転制御性が向上し、駆動システムとしての加減速特性、制御を含めた信頼性が向上する。
【００４２】
また、回転子２の外径周速に対する内径側肉厚Ｔｉの比を１．５×１０−４以上とすることにより、回転子２の強度係数（安全率１．０）を確保することができるため、回転子２の破損などの恐れがなくなり、信頼性が向上する。
【００４３】
加えて、回転子２の外径周速に対する内径側肉厚Ｔｉの比を１．５×１０−４とし、回転子鉄心７の強度を確保するために必要な最小の内径側肉厚Ｔｉとすることにより、冷却穴９の断面積を大きくとることが可能となり、回転子２の質量の低減による燃費向上、並びに冷却性能、駆動システムの制御性を高めることができ、信頼性が向上する。
【００４４】
また、磁極幅Ｗｐに対する永久磁石８と冷却穴９間の最小距離Ｗｍの比を０．６０以上とすることにより、トルク係数を１．０以上とすることができ、回転電機としての必要トルクを確保することが可能となる。加えて、磁極における永久磁石８間の距離Ｗｐに対する永久磁石８と冷却穴９間の最小距離Ｗｍの比を０．６０とし、回転電機の必要トルクを発生するために必要な永久磁石８と冷却穴９間の最小距離Ｗｍとすることで、同様に冷却穴９の断面積を大きくとることが可能となり、回転子２の質量の低減による燃費向上、並びに冷却性能、駆動システムの制御性を高めることができ、信頼性が向上する。
【００４５】
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図５は本発明の第２の実施形態の回転電機の半径方向断面拡大図である。なお、以下の各実施形態において、それ以前に説明した実施形態と同一又は類似の部分には同一の符号を用いてあり、重複する説明は省略してある。
【００４６】
本実施形態では、各永久磁石８が回転子２の軸方向に延びる間隙１０を有するように着磁方向と平行な方向に一対の部分８ａに分割されると共に、分割した部分８ａ間の間隙１０に熱伝導性及び剛性を有する材料で形成されたダクト１１を間隙１０の内面に接するように同軸状に配置して、その内部を冷媒が通る冷却流路としている。
【００４７】
このような構成によれば、永久磁石８を直接冷媒により冷却することができ、永久磁石８の温度上昇を抑制することができる。これにより、永久磁石８の温度上昇による磁束量低下を低減でき、トルク特性、効率等の回転電機の性能を向上することができる。また、熱減磁（不可逆減磁）による性能劣化の恐れが解消され、信頼性が向上する。
【００４８】
加えて、永久磁石８を分割することにより、永久磁石８の回転遠心力により回転子鉄心７に加わる力を分散することができ、回転子鉄心７内の発生応力を低減することができる。
【００４９】
また、永久磁石８の分割した一対の部分８ａ間の間隙１０にダクト１１を配置し、その内部を冷却流路とすることで、所定の断面積の冷却流路を確保することができると共に、冷却流路を流れる冷媒の漏れ、回転遠心力等による冷媒流路の変形等を防ぐことができ、信頼性が向上する。
【００５０】
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。図６は本発明の第３の実施形態の回転電機の半径方向断面拡大図である。
【００５１】
本実施形態では、各永久磁石８が回転子２の軸方向に延びる間隙１０を有するように着磁方向と垂直な方向に一対の部分８ａに分割されると共に、分割した部分８ａ間の間隙１０に熱伝導性を有する材料で形成されたダクト１１を間隙１０の内面に接するように配置して、その内部を冷媒が通る冷却流路としている。
【００５２】
このように構成することで、第２の実施形態で述べた作用効果を得ることができるだけでなく、第２の実施形態に比べて永久磁石８を冷却するための伝熱面積をより大きくすることができるため、さらに永久磁石８の温度上昇を抑制し、温度上昇による永久磁石８の磁束量低下を格段に低減できることから、トルク特性、効率などの回転電機の性能をより向上することが可能となる。また、熱減磁（不可逆減磁）による性能劣化の恐れがより少なくなり、信頼性が格段に向上する。
【００５３】
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。図７は本発明の第４の実施形態の回転電機の半径方向断面拡大図、図８は図７のＡ−Ａ断面図である。
【００５４】
この第４の実施形態では、図７に示すように、回転子鉄心７から永久磁石８の分割した一対の部分８ａ間に突出する突起７ａを設け、この突起７ａにより、各部分８ａを回転子２の軸方向に直交する方向に移動しないように支持している。
【００５５】
永久磁石８を挿入するために回転子鉄心７に形成された空洞１２は、それぞれ回転子鉄心７の軸方向に延びると共に磁極間において回転子鉄心７の外周部に向かって開くＶ字状を成すようにスリット状に形成され、さらに両端部１２ａ、１２ｂが永久磁石８の端部から外方に突出して空隙を形成している。
【００５６】
そして、空洞１２の一方の端部１２ａから間隙１０を通って空洞１２の他方の端部１２ｂに至るバイパス冷却流路１３が設けられている。また、永久磁石８と空洞１２の内面との間に熱伝導シート１４を介在させている。
【００５７】
このような構成によれば、永久磁石８を支持するように回転子鉄心７から突出した突起７ａを設けていることにより、製作時の永久磁石８の挿入位置決めが容易となり、さらには、永久磁石８を固定する接着剤等が劣化した場合でも、永久磁石８を確実に所定位置に保持することができる。したがって、永久磁石８の飛散、回転子２の破損の恐れが解消でき、信頼性が向上する。
【００５８】
また、永久磁石８間の間隙１０の突起７ａ以外の部位は、冷媒が通る冷却流路となるため、冷却性能が向上する。
【００５９】
また、空洞１２の一方の端部１２ａより他方の端部１２ｂに通じるバイパス冷却流路１３を形成していることにより、端部１２ａを流れる冷媒、例えば冷却油は、軸方向に流れると同時に回転遠心力によりバイパス冷却流路１３を通って他方の端部１２ｂ並びに軸方向の下流側へ流れるため、永久磁石８における軸方向端部と比べて高温となる軸中央部を直接冷却することが可能となり、冷却性能が向上する。
【００６０】
また、永久磁石８と空洞１２の内面との間に、熱伝導性を有する材料から成る熱伝導シート１４を挟みこむことにより、回転子鉄心７と永久磁石８との接触熱抵抗を小さくすることができ、冷却性能が向上する。加えて、回転遠心力が加わることにより、永久磁石８は、熱伝導シート１４を介して空洞１２の内面に押し付けられるため、永久磁石８、熱伝導シート１４、空洞１２の間の隙間が小さくなり、更に接触熱抵抗が小さくなって冷却性能が向上する。また、熱伝導シート１４を設けたことで、永久磁石８から回転子鉄心２に加わる衝撃が緩和される。
【００６１】
なお、回転電機を駆動または発電するために固定子１の電機子巻き線４の電流によって形成される電磁界により、永久磁石８の着磁方向と逆方向の磁束が永久磁石８の磁極側外周角部８ｂに集中し、この角部８ｂに不可逆減磁を生じて磁束量が大幅に低下する。また、運転時に回転により固定子ティース６に対向する部位を回転子２が横切るときに発生する高調波電磁力によって、永久磁石８の磁極側外周角部８ｂに渦電流が発生し、発熱を生じるため、局所的な温度上昇により磁極側外周角部８ｂに熱減磁（不可逆減磁）が生じ、永久磁石８の磁束量が大幅に低下する。
【００６２】
本実施形態では、回転子鉄心７における磁極側外周角部８ｂに対向する部位に空隙（空洞１２の端部１２ｂ）を設けていることにより、磁極側外周角部８ｂと回転子鉄心７とが接していない。したがって、磁気抵抗が大きくなり、電機子巻き線４によって形成される電磁界による永久磁石８の着磁方向と逆の磁束が流れにくくなり、不可逆減磁が生じる恐れを解消できる。加えて、この空隙に冷媒が流れることで、渦電流によって発熱する磁極側外周角部８ｂを直接冷却することができ、永久磁石８の熱減磁が生じる恐れが解消できる。
【００６３】
次に、本発明の第５の実施形態を説明する。図９は本発明の第５の実施形態の回転電機の半径方向断面拡大図である。
【００６４】
この第５の実施形態では、図９に示すように、永久磁石８を埋め込む空洞１２における永久磁石８との内周側接触面に軸方向に延びる複数の溝状の冷却流路１５を設けたことを特徴としている。
【００６５】
このような構成によれば、冷却流路１５に冷媒を流すことにより、永久磁石８を直接冷却することができるため、永久磁石８の温度上昇を抑制することができ、温度上昇による永久磁石の磁束量低下を低減でき、トルク特性、効率などの回転電機の性能を向上することが可能となる。また、熱減磁（不可逆減磁）による性能劣化の恐れが解消され、信頼性が向上する。
【００６６】
次に、本発明の第６の実施形態を説明する。
【００６７】
図１０は本発明の第６の実施形態の回転電機の半径方向断面拡大図、図１１は図１０のＢ−Ｂ断面図である。
【００６８】
本実施形態では、図１０に示すように、永久磁石８を埋め込む空洞１２における外周側の内面に複数の溝状の冷却流路１５を設けたことを特徴としている。
【００６９】
図１１に示すように、この冷却流路１５は、軸方向にジグザグで、互いに隣接する冷却流路１５同士が連通した状態となっている。すなわち、軸方向に直交する方向にピッチＰ１をおいて形成された複数の第１の流路１５ａと、軸方向に直交する方向にピッチＰ２をおいて形成された複数の第２の流路１５ｂとが軸方向に積み重ねられて複数の冷却流路１５を形成している。
【００７０】
このような構成によれば、永久磁石８を直接冷却することができる。特に、冷却流路１５が軸方向にジグザグに形成されていることにより、直線状の場合と比べて伝熱面積を大幅に増加させることができるため、永久磁石８を冷却する性能が向上する。
【００７１】
したがって、永久磁石８の温度上昇による磁束量低下を低減でき、トルク特性、効率などの回転電機の性能を向上することが可能となる。また、熱減磁（不可逆減磁）による性能劣化の恐れが解消され、信頼性が向上する。
【００７２】
また、空洞１２の外周側の内面に冷却流路１５を設けたことで、その質量減により回転遠心力を小さくするのに有効で、回転子鉄心７に発生する応力を低減することができる。
【００７３】
次に、本発明の第７の実施形態を説明する。
【００７４】
図１２は本発明の第７の実施形態の回転電機の半径方向断面拡大図である。
【００７５】
本実施形態では、冷却穴９が断面三角形状に形成されると共に、この冷却穴９における回転子鉄心７の内周側に対向する辺９ａが、回転子鉄心７の外周側に向かって凸となると共に回転子鉄心７の内周面と略平行となるように形成されている。
【００７６】
このような構成によれば、冷却穴９の辺９ａと回転子鉄心７の内周面との間の部位の肉厚が全長にわたって均一となる。すなわち、図中のｔ１、ｔ２、ｔ３が互いに等しくなる。これにより、この部位に発生する応力が均一となって応力集中が生じるのを避けることができるため、信頼性が向上する。
【００７７】
次に、本発明の第８の実施形態を説明する。
【００７８】
図１３は本発明の第８の実施形態の回転電機の半径方向断面拡大図である。
【００７９】
本実施形態では、回転子鉄心７が、各磁極Ｐに対応する箇所において、その内周面から外周側に向かって凸となる断面形状の切欠部１６を有している。この切欠部１６は、回転子鉄心７の軸方向に延びており、回転子鉄心７の内側に配置された回転子シャフト１７の外周面とにより冷媒流路を形成している。
【００８０】
この冷媒流路の場合、上記の他の実施形態の冷却穴９と比べて、回転子鉄心７の強度を確保しやすいため、断面積を大きくすることができる。よって、冷却性能が向上する。また、冷却流路の断面積を大きくすることで質量が低減するため、制御性が向上すると共に、加減速特性が向上する。
【００８１】
次に、本発明の第９の実施形態を説明する。
【００８２】
図１４は本発明の第９の実施形態の回転電機の半径方向断面図である。
【００８３】
本実施形態では、回転子鉄心７の内側に配置された回転子シャフト１７が、各磁極に対応する箇所において、その外周面から中心側に向かって凸となる断面形状の切欠部１８を有している。この切欠部１８は、回転子鉄心７の軸方向に延びており、回転子鉄心７の内周面とにより冷媒流路を形成している。
【００８４】
このような構成によれば、回転子鉄心７に切欠部や冷却穴を設けていないため、回転子鉄心７における発生応力を低減することができる。したがって、耐久性が向上して信頼性が向上する。
【００８５】
次に、本発明の第１０の実施形態を説明する。
【００８６】
図１４は本発明の第１０の実施形態の回転電機の半径方向断面図である。
【００８７】
本実施形態では、第９の実施形態の構成に加えて、回転子鉄心７にも、その内周面から外周側に向かって凸となる断面形状の切欠部１９を設けている。この切欠部１９は、回転子鉄心７の軸方向に延びており、回転子シャフト１７の切欠部１８と互いに対向することにより冷媒流路を形成している。
【００８８】
このような構成によれば、冷媒流路の断面積を大きくすることができる。したがって、冷却性能が向上して信頼性が向上する。
【００８９】
なお、第１乃至第１０の実施形態の構成を任意に組み合わせることにより、それぞれの単独の効果に加え、さらなる冷却性能の向上と回転子鉄心７内の発生応力の低減を図ることができ、信頼性を向上することができる。
【００９０】
また、外周側に向かって凸となる冷却穴９の断面形状としては、上記の実施形態で示したもの以外の形状にしてもよい。図１８は、そのような冷却穴９の断面形状の変形例を示している。
【００９１】
その他にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲で上記の各実施形態に種々の改変を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第１の実施形態の回転電機の半径方向断面図。
【図２】図２の一部拡大断面図。
【図３】回転子鉄心の内径側肉厚Ｔｉ／回転子の外径周速と回転子鉄心の強度係数（安全率）との関係を示すグラフ。
【図４】永久磁石と冷却穴との間の最小距離Ｗｍ／磁極Ｐにおける永久磁石間の距離Ｗｐとトルク係数との関係を示すグラフ。
【図５】本発明の第２の実施形態の回転電機の半径方向断面拡大図。
【図６】本発明の第３の実施形態の回転電機の半径方向断面拡大図。
【図７】本発明の第４の実施形態の回転電機の半径方向断面拡大図。
【図８】図７のＡ−Ａ断面図。
【図９】本発明の第５の実施形態の回転電機の半径方向断面拡大図。
【図１０】本発明の第６の実施形態の回転電機の半径方向断面拡大図。
【図１１】図１０のＢ−Ｂ断面図。
【図１２】本発明の第７の実施形態の回転電機の半径方向断面拡大図。
【図１３】本発明の第８の実施形態の回転電機の半径方向断面拡大図。
【図１４】本発明の第９の実施形態の回転電機の半径方向断面図。
【図１５】本発明の第１０の実施形態の回転電機の半径方向断面拡大図。
【図１６】従来の回転電機の半径方向断面図。
【図１７】従来の回転電機の分解斜視図。
【図１８】冷却穴の断面形状の変形例を示す図。
【符号の説明】
【００９３】
１：固定子
２：回転子
３：固定子鉄心
４：電機子巻線
６：エアギャップ
７：回転子鉄心
７ａ：突起
８：永久磁石
８ｂ：磁極側外周角部
９：冷却穴
１０：間隙
１１：ダクト
１２：空洞
１２ａ：空洞の端部（空隙）
１２ｂ：空洞の端部（空隙）
１３：バイパス冷却流路
１４：熱伝導性シート
１５：冷却流路
１６：切欠部
１７：回転子シャフト
１８：切欠部
１９：切欠部
【図１】
0004660406.tif 000002
【図２】
0004660406.tif 000003
【図３】
0004660406.tif 000004
【図４】
0004660406.tif 000005
【図５】
0004660406.tif 000006
【図６】
0004660406.tif 000007
【図７】
0004660406.tif 000008
【図８】
0004660406.tif 000009
【図９】
0004660406.tif 000010
【図１０】
0004660406.tif 000011
【図１１】
0004660406.tif 000012
【図１２】
0004660406.tif 000013
【図１３】
0004660406.tif 000014
【図１４】
0004660406.tif 000015
【図１５】
0004660406.tif 000016
【図１６】
0004660406.tif 000017
【図１７】
0004660406.tif 000018
【図１８】
0004660406.tif 000019