(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向に沿って複数の磁石挿入孔が設けられ、磁性を有するロータコアと、
前記磁石挿入孔に配置された永久磁石と、
前記ロータコアの軸方向両側に配置された端面板と、を備え、回転軸に固定される回転電機のロータであって、
前記端面板には、液状の冷媒が供給される冷媒供給孔が設けられ、
前記冷媒供給孔から供給される前記冷媒が、前記永久磁石に接触するように構成され、
前記永久磁石と対向する前記端面板の内面には、前記冷媒供給孔に連通する冷媒排出路が設けられ、
前記冷媒供給孔から供給される前記冷媒が、前記冷媒排出路を介して排出され、
前記冷媒供給孔は、軸方向視で、ステータと対向する前記ロータコアの外周面又は内周面との距離が最も近い前記永久磁石の減磁最弱部とオーバーラップするか、又は、
前記冷媒排出路は、ステータと対向する前記ロータコアの外周面又は内周面との距離が最も近い前記永久磁石の減磁最弱部を通過する、回転電機のロータ。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機のロータであって、
前記冷媒供給孔は、円弧形状を有する、回転電機のロータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転電機のロータであって、
前記冷媒供給孔は、軸方向視で、前記永久磁石とオーバーラップする、回転電機のロータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機のロータと、
前記ロータと径方向に対向するステータと、
前記ロータ及び前記ステータを収容する筺体と、
前記筺体に回転可能に支持される回転軸と、を備えた回転電機であって、
前記筺体には、前記冷媒供給孔に冷媒を供給する冷媒吐出部が設けられている、回転電機。
【請求項５】
請求項４に記載の回転電機であって、
前記冷媒吐出部からの冷媒吐出方向が、回転軸方向と平行である、回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒により効率よく冷却可能な回転電機のロータ及び回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、駆動源として回転電機が用いられるハイブリッド車両やＥＶ車両において、回転電機の性能に大きな影響を及ぼす永久磁石の温度上昇が問題となっており、効率的に冷却することが課題となっている。
【０００３】
特許文献１に記載の回転電機１００は、図８に示すように、ロータ１０１とステータ１１０とを備える。ロータ１０１は、回転軸１０２によってケース１０３に支持され、磁性を有する複数の鋼板１０４ａが積層されてなるロータコア１０４と、ロータコア１０４に間隔を隔てて固定された複数の永久磁石１０５と、ロータコア１０４の軸方向両側に配置されたエンドプレート１０６と、を備える。回転電機１００では、ステータ１１０が、ロータ１０１の径方向外側に配置されてケース１０３に固定されており、同じくケース１０３に対して固定された冷媒供給部１１１から回転中のロータ１０１のエンドプレート１０６の端面に冷媒を供給することで、ロータ１０１を冷却するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５６０１５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の回転電機１００では、ロータ１０１、特に温度上昇による減磁が問題となる永久磁石１０５が、ロータコア１０４の両端面を覆うエンドプレート１０６を介して冷却されるため、冷却効率が低いという問題があった。また、冷媒供給部１１１から供給される冷媒は、エンドプレート１０６と干渉して飛散してしまい、最も冷却を要する永久磁石１０５が冷却され難く、改善の余地があった。
【０００６】
本発明の目的は、ロータコア及び永久磁石を効率よく冷却して永久磁石の減磁を抑制し、回転電機の性能劣化を抑制することができる回転電機のロータ及び回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
円周方向に沿って複数の磁石挿入孔（例えば、後述の実施形態での磁石挿入孔２６）が設けられ、磁性を有するロータコア（例えば、後述の実施形態でのロータコア２４）と、
前記磁石挿入孔に配置された永久磁石（例えば、後述の実施形態での永久磁石２５）と、
前記ロータコアの軸方向両側に配置された端面板（例えば、後述の実施形態での端面板３０）と、を備え、回転軸（例えば、後述の実施形態での回転軸２２）に固定される回転電機のロータ（例えば、後述の実施形態でのロータ２０）であって、
前記端面板には、液状の冷媒が供給される冷媒供給孔（例えば、後述の実施形態での冷媒供給孔３１）が設けられ、
前記冷媒供給孔から供給される前記冷媒が、前記永久磁石に接触するように構成され、
前記永久磁石と対向する前記端面板の内面には、前記冷媒供給孔に連通する冷媒排出路（例えば、後述の実施形態での冷媒排出路３３）が設けられ、
前記冷媒供給孔から供給される前記冷媒が、前記冷媒排出路を介して排出され、
前記冷媒供給孔は、軸方向視で、ステータと対向する前記ロータコアの外周面又は内周面との距離が最も近い前記永久磁石の減磁最弱部（例えば、後述の実施形態での外径側角部２５ｂ）とオーバーラップするか、又は、
前記冷媒排出路は、ステータと対向する前記ロータコアの外周面又は内周面との距離が最も近い前記永久磁石の減磁最弱部（例えば、後述の実施形態での外径側角部２５ｂ）を通過する。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、
前記冷媒供給孔は、円弧形状を有する。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、
前記冷媒供給孔は、軸方向視で、前記永久磁石とオーバーラップする。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明では、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機のロータ（例えば、後述の実施形態でのロータ２０）と、
前記ロータと径方向に対向するステータ（例えば、後述の実施形態でのステータ５０）と、
前記ロータ及び前記ステータを収容する筺体（例えば、後述の実施形態での筺体４０）と、
前記筺体に回転可能に支持される回転軸（例えば、後述の実施形態での回転軸２２）と、を備えた回転電機（例えば、後述の実施形態での回転電機１０）であって、
前記筺体には、前記冷媒供給孔に冷媒を供給する冷媒吐出部（例えば、後述の実施形態での冷媒吐出部４１）が設けられている。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、
前記冷媒吐出部からの冷媒吐出方向が、回転軸方向と平行である。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、端面板に設けられた冷媒供給孔に供給される冷媒が永久磁石に接触することにより、永久磁石を効率よく冷却することができ、減磁を抑制できる。
また、冷媒排出路を設けたことで、冷媒の滞留を抑制し、効率よく永久磁石及び冷媒排出路内の冷媒と接触するロータコアを冷却することができる。
さらに、減磁が発生しやすい永久磁石の減磁最弱部を冷却することができ、回転電機の性能劣化を抑制できる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、冷媒供給孔が円弧形状を有するので、端面板による永久磁石の保持機能を維持しつつ、ロータの遠心力を利用して効率よく永久磁石及び冷媒供給孔内の冷媒と接触するロータコアを冷却することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、永久磁石を効率よく冷却することができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、端面板に設けられた冷媒供給孔に供給される冷媒が永久磁石に接触することにより、永久磁石を効率よく冷却することができ、減磁を抑制できる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、フリクションを低減でき、回転電機の性能劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る回転電機の断面図である。
【図２】ロータの分解斜視図である。
【図３】ロータコアにＶ字状配置された永久磁石と、端面板の冷媒供給孔及び冷媒排出路との位置関係を示すロータの要部側面図である。
【図４】ロータの要部拡大断面図である。
【図５】（ａ）は第１変形例のロータの要部側面図であり、（ｂ）は第２変形例のロータの要部側面図である。
【図６】（ａ）は第３変形例のロータの要部側面図であり、（ｂ）は第４変形例のロータの要部側面図であり、（ｃ）は第５変形例のロータの要部側面図である。
【図７】（ａ）は第６変形例のロータの要部側面図であり、（ｂ）は第７変形例のロータの要部側面図である。
【図８】特許文献１に記載の回転電機の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る回転電機１０は、ロータ２０と、筺体４０に固定されて、ロータ２０の径方向外側に僅かな隙間を介して対向配置されるステータ５０と、を備える、いわゆるインナーロータ型の回転電機である。
【００２５】
ロータ２０は、軸受２１により筺体４０に回転自在に支承される回転軸２２と、回転軸２２に固定された略椀状の支持部材２３の外周面２３ａに嵌合固定されたロータコア２４と、ロータコア２４に埋め込まれた複数の永久磁石２５と、ロータコア２４の両端面に固定される端面板３０と、を備える。
【００２６】
ロータコア２４は、同一形状の円環状に形成された磁性を有する複数の鋼板（例えば、電磁鋼板）２４ａが、回転軸方向に積層されてなり、複数の（図２に示す実施形態では２４個）磁石挿入孔２６が回転軸方向に貫通して設けられている。
【００２７】
複数の磁石挿入孔２６は、ロータコア２４の外周方向に向かって開くように略Ｖ字状に形成され、外周に向かって略Ｖ字状に開く一対の磁石挿入孔２６毎に所定の間隔で形成されている。永久磁石２５は、一対の磁石挿入孔２６毎に磁極の向きを変えながら、各磁石挿入孔２６に挿入され、充填材によって固定されている。
【００２８】
磁石挿入孔２６には、ロータコア２４の外周面２４ｂに近い側の端部に磁束短絡防止用の空隙が磁石挿入孔２６に連続して形成されている。また、ロータコア２４の内周面２４ｃに近い側の端部にも、磁束短絡防止用の空隙が磁石挿入孔２６に連続して形成されている。従って、永久磁石２５が磁石挿入孔２６に挿入され、充填材によって固定された状態では、永久磁石２５の両端部に磁束短絡防止部２７、２８が設けられる（図３参照。）。
【００２９】
図３及び図４も参照して、ロータコア２４の両端面には、端面板３０が固定されている。端面板３０は、鋼板２４ａと同一形状の円環状に形成されており、複数の冷媒供給孔３１が内面及び外面を貫通して設けられている。それぞれの冷媒供給孔３１は、Ｖ字状に配置された一対の磁石挿入孔２６に対応して設けられている。即ち、Ｖ字状に配置された一対の永久磁石２５に対して１つの冷媒供給孔３１が対応する。
【００３０】
冷媒供給孔３１は、回転軸２２側に中心を有し、ロータコア２４の外周面２４ｂに向かって凸となる円弧形状であり、軸方向視においてＶ字状配置された一対の永久磁石２５と一部がオーバーラップしている。これにより、永久磁石２５の側面の一部は、冷媒供給孔３１から露出している。換言すれば、永久磁石２５の側面の少なくとも他の一部は、軸方向視において端面板３０と重なり、磁石挿入孔２６からの永久磁石２５の脱落を防止する。
【００３１】
また、端面板３０には、ロータコア２４に固定されたとき、ロータコア２４側となる端面板３０の内面に、端面板３０の外周方向に向かって略Ｖ字状に開く排出溝３２が冷媒供給孔３１に連通して形成されている。排出溝３２は、１つの冷媒供給孔３１に対して一対設けられている。従って、端面板３０がロータコア２４に固定されたとき、端面板３０とロータコア２４との間には、冷媒供給孔３１と外部とを連通する冷媒排出路３３が、排出溝３２によって形成される。
【００３２】
排出溝３２は、Ｖ字状配置された一対の永久磁石２５のそれぞれの外周側長辺２５ａに沿うように略Ｖ字状に形成されている。それぞれの排出溝３２は、ロータコア２４の外周面２４ｂとの距離が最も近い永久磁石２５の外径側角部２５ｂと軸方向視で重なるように設けられる。なお、永久磁石２５の外径側角部２５ｂは、ステータ５０からの磁力の影響を受けて永久磁石２５の磁力が低下し易い、減磁最弱部である。
【００３３】
図１に戻り、ステータ５０は、磁性を有する複数の鋼板（例えば、電磁鋼板）５１ａが、回転軸方向に積層してなるステータコア５１と、ステータコア５１の各ティース（図示せず）に巻回される複数のステータコイル５２と、を備える。そして、ステータコイル５２に電流を流すことによりステータ５０に回転磁界が発生してロータ２０を回転させる。
【００３４】
筺体４０には、回転軸２２より上側の部分に端面板３０の冷媒供給孔３１に対向して冷媒吐出部４１が設けられており、冷媒供給源から供給される冷媒は、冷媒吐出部４１から回転軸方向と平行に、即ち、端面板３０に対して直交する方向から吐出されてロータ２０を冷却する。
【００３５】
次に、上記の構成を備えた本実施形態の作用について説明する。
ステータコイル５２に電流を流すと、回転磁界が発生してロータ２０が回転駆動される。回転電機１０の効率のロス分は、熱となり回転電機１０の温度を上昇させる。ロータ２０、特に、永久磁石２５の温度上昇は、永久磁石２５の磁力を低下させて、回転電機１０の性能劣化の一因となるので、効率よく冷却する必要がある。
【００３６】
図１に示すように、不図示の冷媒供給源から供給される冷媒は、筺体４０に設けられた冷媒吐出部４１から端面板３０に向けて吐出され、端面板３０の冷媒供給孔３１から露出する永久磁石２５に直接接触して永久磁石２５を効率よく冷却する。また、冷媒は、同時に、冷媒供給孔３１から露出するロータコア２４の一部にも直接接触して冷却する。従って、エンドプレート１０６を介してロータ１０１を冷却する従来の回転電機１００（図８参照）と比較して冷却効率がよく、また、冷媒との接触面積も多いので、効果的に冷却することができる。
【００３７】
更に、冷媒供給孔３１から露出する永久磁石２５、及びロータコア２４を冷却した冷媒は、冷媒に作用する遠心力によって冷媒排出路３３に流れ込み、冷媒排出路３３内の永久磁石２５の外径側角部２５ｂ、及びロータコア２４を冷却して、ロータ２０の外径方向に排出される。冷媒供給孔３１及び冷媒排出路３３内の冷媒には、遠心力が作用するので、冷媒供給孔３１及び冷媒排出路３３内で滞ることがなく、常に新しい冷媒が供給されて冷却されて高い冷却効率が維持される。
【００３８】
このように、冷媒供給孔３１から露出する永久磁石２５は、冷媒吐出部４１から吐出する冷媒が直接接触して冷却され、また永久磁石２５の減磁最弱部である外径側角部２５ｂも、遠心力により冷媒排出路３３を流れる冷媒により冷却されるので、効率よく冷却することができる。これにより、永久磁石２５の減磁が抑制されて回転電機１０の性能低下が抑制される。
【００３９】
また、冷媒吐出部４１からの冷媒は、端面板３０に対して直角方向から吐出するので、冷媒との摩擦力が小さく、ロータ２０の回転力に与える影響を最小限に抑えることができる。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態に係る回転電機のロータ２０によれば、端面板３０には、冷媒が供給される冷媒供給孔３１が設けられ、冷媒供給孔３１から供給される冷媒が、永久磁石２５に接触するように構成されるので、端面板３０に設けられた冷媒供給孔３１に供給される冷媒が永久磁石２５に直接接触することにより、永久磁石２５を効率よく冷却することができ、永久磁石２５の減磁を抑制できる。
【００４１】
また、永久磁石２５と対向する端面板３０の内面には、冷媒供給孔３１に連通する冷媒排出路３３が設けられ、冷媒供給孔３１から供給される冷媒が、冷媒排出路３３を介して排出されるように構成されたので、冷媒の滞留を抑制し、常に新しく供給される冷媒により、効率よく永久磁石２５及び冷媒排出路３３内の冷媒と接触するロータコア２４を冷却することができる。
【００４２】
また、冷媒供給孔３１が円弧形状を有するので、端面板３０による永久磁石２５の保持機能を維持しつつ、ロータ２０の遠心力を利用して効率よく永久磁石２５及び冷媒供給孔３１内の冷媒と接触するロータコア２４を冷却することができる。
【００４３】
また、冷媒排出路３３は、ステータ５０と対向するロータコア２４の外周面２４ｂとの距離が最も近い、永久磁石２５の減磁最弱部となる外径側角部２５ｂを通過するので、減磁が発生しやすい永久磁石２５の外径側角部２５ｂを冷却することができ、回転電機１０の性能劣化を抑制できる。
【００４４】
また、冷媒供給孔３１は、軸方向視で、永久磁石２５とオーバーラップするので、冷媒を直接永久磁石２５と接触させて、永久磁石２５を効率よく冷却することができる。
【００４５】
また、冷媒吐出部４１からの冷媒吐出方向は、回転軸方向と平行であるので、冷媒によるフリクションを低減でき、回転電機１０の性能劣化を抑制できる。
【００４６】
以下、本発明の各変形例について説明する。
（第１変形例）
図５（ａ）は、略Ｖ字状配置された永久磁石を備える第１変形例のロータの要部側面図である。
第１変形例のロータ２０は、端面板３０の冷媒供給孔３１が、ロータ２０の径方向外方に中心を有し、ロータ２０の中心に向かって凸となる円弧形状に形成されている。冷媒供給孔３１は、ロータコア２４の内周面２４ｃとの距離が最も近い永久磁石２５の内径側角部２５ｃとオーバーラップし、永久磁石２５の一部を冷媒供給孔３１から露出させている。
【００４７】
また、冷媒供給孔３１に連通し、ロータコア２４と協働して冷媒排出路３３を形成する排出溝３２が、永久磁石２５の外径側角部（減磁最弱部）２５ｂを通過して略Ｖ字状に形成されている。それ以外は、実施形態のロータ２０と同様であるので、同一又は同等部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
【００４８】
第１変形例のロータ２０によれば、減磁が発生しやすい永久磁石２５の減磁最弱部である外径側角部２５ｂと共に、内径側角部２５ｃも同時に冷却することができ、回転電機１０の性能劣化を抑制できる。なお、アウターロータ型の回転電機の場合には、永久磁石２５の内径側角部２５ｃが減磁最弱部となるため、本変形例はアウターロータ型の回転電機においても有効である。その他の構成及び作用は、上記実施形態のロータ２０と同様である。
【００４９】
（第２変形例）
図５（ｂ）は、略Ｖ字配置された永久磁石を備える第２変形例のロータの要部側面図である。
第２変形例のロータ２０は、端面板３０の冷媒供給孔３１が略円形であり、各永久磁石２５の外径側角部（減磁最弱部）２５ｂに対応する位置に形成されており、外径側角部２５ｂを冷媒供給孔３１から露出させている。また、冷媒排出路３３を形成する排出溝３２が、冷媒供給孔３１から外径側に延びるに従って幅が小さくなるように形成されている。
【００５０】
第２変形例のロータ２０によれば、永久磁石２５の減磁最弱部である外径側角部２５ｂを冷媒で直接冷却することができる。その他の構成及び作用は、上記実施形態のロータ２０と同様である。
【００５１】
（第３変形例）
図６（ａ）は、略Ｖ字状配置された永久磁石を備える第３変形例のロータの要部側面図である。
第３変形例のロータ２０の端面板３０は、排出溝３２を備えておらず、回転軸２２側に中心を有し、ロータコア２４の外周面２４ｂに向かって凸となる円弧形状の冷媒供給孔３１のみが形成されている。冷媒供給孔３１は、図３に示す実施形態の端面板３０と比較して径方向外方に形成されており、永久磁石２５の外径側角部２５ｂを冷媒供給孔３１から露出させている。その他の構成及び作用は、上記実施形態のロータ２０と同様である。
【００５２】
（第４変形例）
図６（ｂ）は、略Ｖ字状配置された永久磁石を備える第４変形例のロータの要部側面図である。
第４変形例のロータ２０の端面板３０は、排出溝３２を備えておらず、冷媒供給孔３１がロータ２０の径方向外方に中心を有し、ロータ２０の中心に向かって凸となる円弧形状に形成されている。冷媒供給孔３１は、ロータコア２４の外周面２４ｂとの距離が最も近い永久磁石２５の外径側角部２５ｂとオーバーラップし、外周面２４に開口しているため、別途排出溝３２を設けずとも冷媒を排出可能となっている。これにより、永久磁石２５の減磁最弱部である外径側角部２５ｂを効率よく冷却することができる。その他の構成及び作用は、上記実施形態のロータ２０と同様である。
【００５３】
（第５変形例）
図６（ｃ）は、略Ｖ字状配置された永久磁石を備える第５変形例のロータの要部側面図である。
第５変形例のロータ２０の端面板３０は、端面板３０の冷媒供給孔３１が、永久磁石２５の外径側角部（減磁最弱部）２５ｂに対応する位置に円形に形成されており、外径側角部２５ｂを冷媒供給孔３１から露出させている。その他の構成及び作用は、上記実施形態のロータ２０と同様である。
【００５４】
（第６変形例）
図７（ａ）は、永久磁石が平行配置された第６変形例のロータの要部側面図である。
第６変形例のロータ２０は、平行配置された一対の永久磁石２５が１つの磁極を構成しており、複数の磁極が周方向に沿って離間して設けられている。端面板３０の冷媒供給孔３１は、回転軸２２側に中心を有し、ロータコア２４の外周面２４ｂに向かって凸となる円弧形状に形成されている。冷媒供給孔３１に連通し、ロータコア２４と協働して冷媒排出路３３を形成する排出溝３２は、永久磁石２５の外径側角部（減磁最弱部）２５ｂを通過して略Ｖ字状に形成されている。その他の構成及び作用は、上記実施形態のロータ２０と同様である。
【００５５】
（第７変形例）
図７（ｂ）は、略逆Ｖ字状配置された永久磁石を備える第７変形例のロータの要部側面図である。
第７変形例のロータ２０は、内周に向かって略Ｖ字状に開く略逆Ｖ字状に配置された一対の永久磁石２５が、１つの磁極を構成している。端面板３０の冷媒供給孔３１は、回転軸２２側に中心を有し、ロータコア２４の外周面２４ｂに向かって凸となる円弧形状に形成され、ロータコア２４の外周面２４ｂとの距離が最も近い永久磁石２５の外径側角部２５ｂを冷媒供給孔３１から露出させている。また、冷媒排出路３３を形成する排出溝３２が、略Ｖ字状に形成されている。その他の構成及び作用は、上記実施形態のロータ２０と同様である。
【００５６】
尚、本発明は、前述した実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、本発明による回転電機は、電動モータの他に、発電機や、電動モータ又は発電機として機能するモータジェネレータであってもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１０    回転電機
２０    ロータ
２２    回転軸
２４    ロータコア
２４ｂ        外周面
２４ｃ        内周面
２５    永久磁石
２５ｂ        外径側角部（減磁最弱部）
２５ｃ        内径側角部
２６    磁石挿入孔
３０    端面板
３１    冷媒供給孔
３２    排出溝
３３    冷媒排出路
４０    筺体
４１    冷媒吐出部
５０    ステータ
【図１】
0006263564.tif 000002
【図２】
0006263564.tif 000003
【図３】
0006263564.tif 000004
【図４】
0006263564.tif 000005
【図５】
0006263564.tif 000006
【図６】
0006263564.tif 000007
【図７】
0006263564.tif 000008
【図８】
0006263564.tif 000009