(57)【要約】【課題】電磁鋼板を積層したロータコア内の冷却流路から、電磁鋼板の間に冷却液が漏れることを防止する。【解決手段】ロータコア２０は、ロータコアの回転軸線方向に延びるキャビティを有する。キャビティ内には永久磁石２８が配置される。さらに、キャビティ内に樹脂部材４６が形成される。永久磁石２８の表面と共に樹脂部材４６の内側表面が冷却液の流れる冷却流路３０を規定する。永久磁石２８と樹脂部材４６により管状構造が形成され、冷却流路３０を流れる冷却液がロータコア２０から隔絶される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁鋼板を積層したロータコアであって、ロータコアの回転軸線方向に延びるキャビティを有するロータコアと、
前記キャビティ内に配置される永久磁石と、
前記キャビティ内に、前記永久磁石の表面と共に内側表面により冷却液が流れる冷却流路を規定し、前記冷却液をロータコアから隔絶する樹脂部材と、
を有する、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、前記樹脂部材は、前記キャビティ内壁面の少なくとも一部に密着している、回転電機のロータ。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機のロータであって、前記樹脂部材は、前記キャビティの内壁面全体に密着して、内壁面全体を被覆している、回転電機のロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機のロータに関し、特にロータの冷却に係る構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力を回転運動に変換する電動機、回転運動から電力を得る発電機、および電動機と発電機の両方の機能を備えた電気機器が知られている。以下において、これらの電気機器を回転電機と記して説明する。
【０００３】
ロータに永久磁石を設けた回転電機が知られている。また、ロータの温度上昇を抑制するために冷却液により冷却する技術が知られている。下記特許文献１においては、電磁鋼板を積層して形成されたロータコアと、ロータコアの端に配置されたエンドプレートの間に冷却液を導入する回転電機のロータが記載されている。回転軸線方向においてロータコアに隣接配置されるエンドプレートに、ロータコアに向く方向に予荷重を与え、遠心力が作用したときのエンドプレートとロータコアの間からの冷却液の漏出を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１９１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ロータコア内に冷却液の流路を形成する場合、積層された電磁鋼板同士の隙間から冷却液が漏出するという問題がある。上記特許文献１においては、電磁鋼板の間に接着剤が設けられ、冷却液の漏出をある程度抑制しているが、十分ではなかった。
【０００６】
本発明は、ロータコア内を流れる冷却液が、ロータコアを構成する積層された電磁鋼板同士の間を通ってロータコアの周面から漏出しないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の回転電機のロータは、電磁鋼板を積層したロータコアを有し、ロータコアは、当該ロータコアの回転軸線方向に延びるキャビティを有している。キャビティ内には、永久磁石と樹脂部材が配置されている。永久磁石の表面と、樹脂部材の内側表面によりキャビティ内に冷却流路が規定される。また、樹脂部材は、冷却流路を流れる冷却液とロータコアとを隔絶している。
【０００８】
また、樹脂部材は、キャビティの内壁面の少なくとも一部に密着するようにできる。さらにまた、キャビティの内壁面全体に密着して内壁面全体を被覆するようにできる。
【発明の効果】
【０００９】
永久磁石と樹脂部材により冷却流路を規定したことにより、冷却流路を流れる冷却液がロータコアと直接接触しなくなり、ロータコアを形成する電磁鋼板同士の隙間から漏れることが防止される。また、冷却流路を流れる冷却液が直接永久磁石に接することにより冷却性が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の回転電機の概略構成を示す、回転軸線を含む断面図である。
【図２】本実施形態の回転電機の概略構成を示す、回転軸線に直交する断面図である。
【図３】永久磁石および冷却流路の詳細を示す図である。
【図４】ロータコアに形成されたキャビティの形状の一例を示す図である。
【図５】永久磁石および冷却流路の他の例の詳細を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態の回転電機１０の概略構成を示す、回転電機の回転軸線を含む断面図である。
【００１２】
回転電機１０は、電動機として機能する際、回転する磁界を形成するステータ１２と、ステータ１２により形成された回転磁界との相互作用により回転するロータ１４を有する。ステータ１２は、概略円筒形状のステータコア１６とステータコアに巻回されたコイル１８を有し、コイルに電流を流すことにより円筒形状のステータコア１６の内側空間に回転磁界を形成する。ロータ１４は、略円柱形状のロータコア２０と、ロータコア２０の円柱の中心線と同軸に配置された中空軸のロータ軸２２を含む。ロータコア２０とロータ軸２２は結合され、一体となって回転する。ロータコア２０は、電磁鋼板を回転軸線方向に積層して形成され、積層方向の両端にはエンドプレート２４，２６が配置され、エンドプレート２４，２６により電磁鋼板が挟まれている。ロータコア２０内、特にその円柱側面の近傍には、永久磁石２８が周方向に配列され、この永久磁石２８とステータ１２の形成する回転磁界の相互作用により、ロータ１４は回転する。
【００１３】
回転電機１０が発電機として機能する際には、ロータ軸２２が外部からの入力により回転され、ロータ１４が回転する。この回転に伴って、永久磁石２８もステータ１２の内周面に沿って周回する。この周回する永久磁石２８により形成される磁界により、コイル１８内に電流が誘導される。
【００１４】
図２は、回転軸線に直交するロータ１４の概略断面図である。図３は、永久磁石２８の周囲の拡大図である。図１〜図３により、ロータ１４の構造を更に説明する。永久磁石２８は、図２または図３に図示するように断面が長方形であり、２個が１組となって一つの極を形成している。組となる２個の永久磁石２８は、組をなす２個がくの字形を形成するように配置される。２個の永久磁石の対向する内側端が、外側の端よりロータの半径方向内側に位置して、くの字形が形成されている。また、永久磁石の形状は、長方形以外の断面形状であってもよい。また、長方形またはそれ以外の断面形状の永久磁石１個で一つの極を形成するようにしてもよい。
【００１５】
ロータコア２０には、回転軸線方向に、特に回転軸線と平行に延びる冷却流路３０が形成されている。この冷却流路３０とロータ軸２２内の軸内流路３２は、ロータ１４内を半径方向に延びる導入流路３４により繋がっている。導入流路３４は、ロータ軸２２に、その半径方向にあけられた導入孔３６と、一方のエンドプレート２４に設けられた導入溝３８からなる。導入溝３８は、エンドプレート２４の、ロータコア２０に対向する面に穿たれた溝であり、この溝はロータコア２０の端面により蓋されることにより周囲が囲まれた管路となっている。
【００１６】
ポンプ４０から送り出された冷却液は、軸内流路３２から導入流路３４を通して冷却流路３０に達し、冷却流路３０を反対側のエンドプレート２６に設けられた開口４２に向けて流れる。開口４２から流出した冷却液は、回転電機１０の他の部分、例えばコイル１８の、コイルエンドと呼ばれるステータコア１６の両端から出ている部分を冷却する。冷却液は、例えば、回転電機の軸受等の可動部分を潤滑する潤滑油であってよい。ポンプ４０は、ロータ軸２２または他の軸により駆動されるギアポンプとすることができる。
【００１７】
ロータコア２０には、ロータコア２０の単体、つまり永久磁石２８等が装着されていない状態において、回転軸線方向に延びる空洞であるキャビティ４４が形成されている（図４参照）。キャビティ４４は、ロータコア２０の一方の端から他方の端まで延びている。キャビティ４４の断面形状は、キャビティ４４が延びる方向において一定にしてよい。キャビティ４４内には、永久磁石２８が配置されると共に、樹脂部材４６が設けられている。１個のキャビティ４４内に１個の永久磁石２８を配置するようにできる。樹脂部材４６は、永久磁石２８と共に、管状構造を形成し、管の内部が前述の冷却流路３０となっている。言い換えれば、永久磁石２８の表面と、樹脂部材４６の内側表面により、冷却液が流れる流路が規定されている。流路を流れる冷却液は、永久磁石２８と樹脂部材４６により形成される管状構造により、キャビティ４４内において、ロータコア２０と接触しないよう隔絶されている。キャビティ４４内で、永久磁石２８は、半径方向において外側が配置され、その内側に冷却流路３０が形成されている。永久磁石２８の表面の一部が冷却流路３０の壁面の一部を構成しており、これにより、冷却液が永久磁石２８に直に接している。冷却流路３０は、キャビティ４４内をキャビティが延びる方向に沿って延びるように配置される。
【００１８】
この実施形態では、樹脂部材４６は、キャビティ４４の内壁面の全体に密着し、内壁面全体を被覆している。これにより、ロータコア２０を構成する積層された電磁鋼板同士の隙間に冷却液が進入することを防止している。また、樹脂部材４６は、キャビティ４４内における永久磁石２８の固定にも寄与している。樹脂部材４６は、モールド成形により形成することができる。つまり、モールド型内に、ステータコア２０、永久磁石２８および冷却流路３０を形成するための中子を配置し、液体の樹脂を流し込み、樹脂を硬化させて樹脂部材４６を形成することができる。
【００１９】
図３に示すように、樹脂部材４６は、キャビティ４４の内壁面の全体を覆っているが、永久磁石２８の略周方向に隣接する空隙４８（図４参照）に対応する周方向隣接部分５０部分を設けない構成、または永久磁石２８の半径方向内側に隣接する内側部分５２のみの構成としてもよい。この場合であっても、内側部分５２と永久磁石２８により管状構造が形成されているため、冷却流路を流れる流体は、ロータコア２０と隔絶され、ロータコア２０を形成する電磁鋼板間の隙間に進入することが防止される。つまり、少なくとも、永久磁石と共に管状構造を形成する部分を備えていれば、電磁鋼板間への冷却液の進入を防止することができる。なお、空隙４８は、ロータコア内の磁束の流れの経路を制御するフラックスバリアとして機能する。
【００２０】
図５は、冷却流路の配置の他例を示す図である。ロータコア６０における永久磁石６２の形状、配置は、図２に示すロータ１４と同様である。また、永久磁石６２の断面形状は、長方形以外であってもよい。また、くの字形に組み合わせた２個の永久磁石により一つの極を構成するのに替えて、長方形またはそれ以外の断面形状の永久磁石１個により一つの極を構成するようにもできる。
【００２１】
ロータコア６０を用いたロータにおいて特徴的であるのは、冷却流路６４が、永久磁石６２に対し周方向において隣接して配置されている点である。ロータコア６０に形成される、回転軸線方向に延びるキャビティ６６は、永久磁石６２を収容する部分とフラックスバリアとなる部分（図４の空隙４８に相当）からなる。キャビティ６６の内壁面は、樹脂部材６８で被覆されている。永久磁石６２の長方形断面の長辺に相当する面と、ロータコア６０の間には樹脂部材６８が介在している。短辺に相当する面の少なくとも一部と、キャビティ６６のフラックスバリアとなる部分に位置する樹脂部材６８の内側の面により、冷却流路６４が規定される。フラックスバリアとなる部分に配置される樹脂部材６８と永久磁石６２により管状構造が形成され、この管状構造により、冷却流路６４を流れる冷却液は、キャビティ６６内において、ロータコア６０と接触しないよう隔絶されている。冷却流路６４を流れる冷却液は、永久磁石６２の表面に直に接しており、効率よく永久磁石６２を冷やすことができる。
【００２２】
この実施形態では、樹脂部材６８は、キャビティ６６の内壁面の全体に密着し、内壁面全体を被覆している。これにより、ロータコア６０を構成する積層された電磁鋼板同士の隙間に冷却液が進入することを防止している。また、樹脂部材６８は、キャビティ６６内における永久磁石２８の固定にも寄与している。樹脂部材６８は、モールド成形により形成することができる。つまり、モールド型内に、ロータコア６０、永久磁石６２および冷却流路６４を形成するための中子を配置し、液体の樹脂を流し込み、樹脂を硬化させて樹脂部材６８を形成することができる。
【００２３】
図５に示すように、樹脂部材６８は、キャビティ６６の内壁面の全体を覆っているが、少なくとも冷却流路６４を規定する管状構造を形成する部分を設けるようにしてよい。例えば、永久磁石２８の長方形断面の長辺とロータコア６０の間には、樹脂部材が形成されないようにしてもよい。また、永久磁石２８の周方向の片側の隣接領域にのみ液体流路を形成するようにしてもよい。これらの構成であっても、管状構造が形成されるため、冷却流路を流れる流体は、ロータコア６０と隔絶され、ロータコア６０を形成する電磁鋼板同士の隙間に進入することが防止される。
【００２４】
さらに、図３に示す樹脂部材４６において、周方向隣接部分５０の一方または両方に、図５に示す流路６４のような追加の流路を形成することもできる。
【００２５】
上述の各実施形態において、ロータ内の冷却流路から冷却液が、ロータコアを構成する積層された電磁鋼板同士の隙間に進入することが防止される。よって、ロータの外周面への冷却液の漏出が防止される。ロータの外周面とステータの内周面の隙間に冷却液が存在すると引きずり損失が生じるが、上記のように冷却流路からの冷却液の漏出が防止されるので、引きずり損失が低減される。
【符号の説明】
【００２６】
１０  回転電機、１２  ステータ、１４  ロータ、２０  ロータコア、２８  永久磁石、３０  冷却流路、４４  キャビティ、４６  樹脂部材、６０  ロータコア、６２  永久磁石、６４  冷却流路、６６  キャビティ、６８  樹脂部材。
【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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