(57)【要約】【課題】回転電機のロータコアの冷却性を向上する。【解決手段】回転電機のロータ１０のロータコア１６内に通風孔２６，２８を設ける。通風孔２６，２８は、入口側に大きな開口２６ａ，２８ｂ、出口側に小さな開口２６ｂ，２８ａを有する。通風孔２６，２８の入口付近には、ロータと共に回転する導風板３０，３２が配置され、通風孔２６，２８に気流を導く。通風孔２６，２８の断面積が小さくなった領域で気流の流速が高くなり、ロータコア１６から気流への熱移動が促進される。【選択図】図２
2013223291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機のロータであって、
ロータコアと、
ロータコアに設けられた永久磁石と、
を有し、
ロータコアには、ロータの回転軸線方向に延び、気流が流れる通風孔が設けられ、当該通風孔の断面積は気流の入口側で大きく、出口側で小さい、
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、前記通風孔は、その断面積が徐々に変化する、回転電機のロータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回転電機のロータであって、前記通風孔は、複数が周方向に配列され、周方向に隣り合った通風孔同士の形状が異なっている、回転電機のロータ。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機のロータであって、周方向に隣り合う通風孔の気流の向きが逆向きである、回転電機のロータ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機のロータであって、前記通風孔の入口に、ロータコアと一体に設けられ、通風孔内に気流を導く導風部材を有する、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、特にその冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気エネルギを回転の運動エネルギに変換する電動機、回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機、さらに電動機と発電機どちらにも機能する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す。回転電機は、同軸に配置されて相対的に回転する二つの部材を有する。通常は、一方が固定され、他方が回転する。固定された部材（ステータ）にコイルを配置し、このコイルに電力を供給することにより回転する磁界を形成する。この磁界との相互作用により他方の部材（ロータ）が回転する。
【０００３】
下記特許文献１には、ステータ（固定子）を収める筒状の外殻を有し、冷却ファンにより送られる送風空気を外殻の周壁内側に沿って送る回転電機が示されています（請求項１等参照。）。また、ロータ（回転子）は、界磁用の永久磁石を備えている（段落００２４等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１１１９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１においては、ステータの外周側を送風空気が流れる。これは、ステータの冷却には好ましいが、ロータ（回転子）の冷却には十分に機能しない。ロータに永久磁石を設ける場合、ロータ、特に永久磁石の冷却が十分でないと、永久磁石の減磁が生じる場合がある。
本発明は、冷却に有利な構造を有する回転電機のロータ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】
【０００６】
本発明に係る回転電機のロータにおいては、そのロータコアに、ロータの回転軸線方向に延び、気流が流れる通風孔が設けられている。そして、この通風孔の断面積は気流の入口側で大きく、出口側で小さくなっている。
【０００７】
通風孔の断面積は入口側から出口側に向けて徐々に変化するようにできる。
【０００８】
また、通風孔は、周方向に複数が配列され、周方向に隣り合う通風孔の形状は互いに異なるものとすることができる。
【０００９】
また、周方向において隣り合う通風孔を流れる気流の向きを互いに逆向きとすることができる。
【００１０】
さらに、通風孔の入口に、ロータコアと一体に導風部材を設け、この導風部材により通風孔内に気流を導くようにすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
ロータコアに通風孔を設け、その断面積を入口側で大きく、出口側で小さくすることにより、出口側での気流の流速を高め、ロータコアから気流への熱移動を促進する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態のロータの回転軸線に直交する断面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線による組み合わせ断面図である。
【図３】ロータの一部を軸線直交方向から視た図である。
【図４】通風孔の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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のロータ１０の回転軸線１２に直交する断面を示す図である。図２は、回転軸線１２を含む組み合わせ断面図であり、（ａ）は図１中のＡ−Ａ線による断面を示し、（ｂ）は図１中のＢ−Ｂ線による断面図を示す。いずれの図においても、下側の半分のみを示し、上側は省略されている。また、回転軸線１２は、図１においては回転中心Ｏとして現れる。以下の説明において、単に「半径方向」と記した場合は、ロータ１０の半径方向、すなわち回転軸線１２に直交する方向を意味し、単に「周方向」と記した場合は、ロータ１０の周方向、すなわち回転軸線１２の周囲を回る方向を意味する。
【００１４】
ロータ１０は、ロータシャフト１４と、ロータシャフト１４と同軸に配置される円筒形状のロータコア１６とを有する。ロータシャフト１４とロータコア１６は、相互に固定され、一体となって回転する。ロータシャフト１４とロータコア１６を一体とする固定構造は、簡単のために図示を省略している。ロータ１０の周囲にはステータ（不図示）が配置され、ステータにより発生される回転磁界により、ロータ１０が回転駆動される。ロータコア１６は、所定形状に打ち抜き加工された電磁鋼板を、ロータの回転軸線方向に多数積層して形成される。ロータ１０は、ロータコア１６の外周またはその近傍に周方向に配列された永久磁石１８を有する。特に、図示する形態においては、ロータコア１６にロータの回転軸線方向に延びる磁石配置孔２０が設けられており、この孔に永久磁石１８が挿入されるようにして配置される。永久磁石１８は、板状または直方体である。このロータ１０においては、Ｖ字形に配置された二つの永久磁石１８ａ，１８ｂにより一つの磁極が形成される。これら永久磁石１８と、ステータが形成する回転磁界が磁気結合し、ロータ１０が回転する。
【００１５】
ロータコア１６には、ロータコア１６の、回転軸線１２方向の両端面２２，２４に両端が開口し、そしてこの開口を結ぶように通風孔２６，２８が設けられている。通風孔２６，２８の両端の開口２６ａ，２６ｂ；２８ａ，２６ｂは、それぞれ開口面積（大きさ）が異なる。つまり、一つの通風孔の両端の開口は、それぞれ開口面積が異なっている。具体的には、図２（ａ）に示される通風孔２６においては、端面２２に開いた開口２６ａが、反対側の端面２４に開いた開口２６ｂより大きくなっている。一方、図２（ｂ）に示される通風孔２８においては、端面２４に開いた開口２８ｂが、反対側の端面２４に開いた開口２８ａよりも大きい。よって、通風孔２６と通風孔２８においては、通風孔の断面積が小さくなる向きが逆向きとなっている。各通風孔２６，２８の断面積は、一方の開口２６ａ，２８ｂから他方の開口２６ｂ，２８ａに向けて徐々に小さくなるようにすることができる。また、階段状に段々と小さくなるようにすることもできる。通風孔２６，２８の流路断面積を変化させるには、積層される電磁鋼板に設けられた、通風孔に相当する穴の形状を変化させることにより実現できる。階段状に変化させるためには、階段の段数に応じた種類の電磁鋼板を用意し、これを順に積層して通風孔を形成する。階段の段数を多くしていけば流路断面積が徐々に変化するようになり、最終的には、全ての電磁鋼板を形状の異なるものとすれば、最も段差が小さく、流路断面積が徐々に変化するものとなる。
【００１６】
この実施形態においては、通風孔２６，２８の、回転軸線１２直交断面の断面形状は、いずれの断面においても略五角形である。断面において、この略五角形の半径方向内側の辺は、周方向または接線方向に延び、外側の２辺は永久磁石１８にほぼ平行である。内側の辺と、外側の辺を結ぶ側方の辺は、ほぼ半径方向に延びる。通風孔の各断面断面形状は、相似形であり、またその中心の位置は、回転軸線１２の直交断面において共通である。この中心位置を結んだ線である中心線３４，３６が、図２（ａ），（ｂ）に示されている。この中心線３４，３６は、回転軸線１２に平行である。
【００１７】
通風孔２６，２８の入口側の開口２６ａ．２８ｂにはそれぞれ導風板３０，３２が設けられている。通風孔２６および導風板３０については、図３に、図２（ａ）下方から見た状態を示す。導風板３０，３２は、ロータコア１６の端面２２，２４から回転軸線１２方向に斜めに突出して設けられている。ロータが図３中に示す矢印Ｃの向きに回転すると、導風板３０もこれと一体に回転し、この導風板３０に当たった空気は、その流れ向きを、導風板の傾斜のために矢印Ｄのように曲げられ、通風孔２６内に導かれる。導風板３２についても同様に、通風孔２８内に空気を導き入れる。導風板３０，３２が設けられた開口２６ａ，２８ｂから通風孔２６，２８に導入された空気は、通風孔２６，２８を通って反対側の開口２６ｂ，２８ａから排出される。通風孔２６を流れる気流の向きと、通風孔２８を流れる気流の向きとは逆向きである。
【００１８】
通風孔２６，２８は、ロータ１０の半径方向外向きに凸（Λ形）に配置された永久磁石１８の組に対応して、その半径方向内側に配置するようにできる。図１に示されるように、隣り合う磁極を形成する一方の永久磁石１８ａ，１８ｃ同士は、ロータ１０の半径方向外向きにΛ形に配置され、これらの永久磁石の内側に通風孔２６，２８が配置されている。通風孔２６，２８は、磁極の数と同数を周方向に配列することができる。ロータ１０においては、磁極の数は８であるので、通風孔も８個（通風孔２６，２８それぞれが４個）とすることができる。しかし、通風孔の数は、磁極の数より多くすることも、少なくすることもできる。個々の通風孔２６，２８の延びる方向は、回転軸線１２に沿う方向、または回転軸線１２に平行な方向とすることができる。また、螺旋方向、すなわち回転軸線１２に平行な方向に延びると共に周方向にも延びるようにすることもできる。
【００１９】
通風孔２６，２８の断面積の小さい部分では、通風孔を流れる空気の流速が速まる。このため、通風孔２６，２８の壁面との境界付近で流れが、流速が遅い場合に比べて乱れ、ロータコア１６から通風孔内の気流への熱移動が促進される。よって、ロータコア１６で発生した熱を効率よく放熱することができ、ロータ１０の温度上昇、特に永久磁石１８の温度上昇を抑制することができる。通風孔２６，２８は、通風孔の中心線３４，３６方向において断面積が変化しており、断面積の小さい部分での効率は良いが、これに比較して断面積の大きい部分での効率は良くない。つまり、通風孔２６，２８の出口側では放熱の効率が良い一方で、入口側ではこれに比べて効率が良くない。そこで、このロータ１０においては、周方向に隣り合う導風孔において、気流の向きが逆になるように配置されている。
【００２０】
通風孔の断面形状は、上述の略五角形に限定されない。また、各回転軸線直交断面における断面形状は相似でなくてよい。例えば、周方向の寸法の変化よりも、半径方向の変化を大きくし、断面積が小さくなるに従って次第に扁平な形状となるようにしてよい。また、各断面における通風孔に対応する穴の周長が一定となるようにすることもできる。これにより、通風孔の断面積が小さい領域においても、気流とロータコアの接触面積を維持することができる。
【００２１】
さらにまた、通風孔の中心線は回転軸線１２と平行でなくてもよい。例えば、図４に示す通風孔３８のように、中心線４０が、出口側において回転軸線１２から離れるようにしてもよい。図４に示すように、通風孔３８の半径方向外側壁面と永久磁石１８の距離が一定となるようにしてもよい。冷却の対象は、主に永久磁石１８であるので通風孔３８は、永久磁石１８の近くに配置されることが好ましい。図４の通風孔３８の配置により、これが達成できる。さらに、通風孔３８の外側壁面の周方向長さを一定とすることが好ましい。これによれば、通風孔３８は、出口側に向かうにつれ、半径方向の寸法が短縮されるが、周方向の寸法は維持され、よって半径方向につぶれた形状となっていく。これにより、通風孔の断面積を小さくしても、永久磁石１８と気流の対向する部分の面積を維持することができる。
【００２２】
通風孔の断面積の変化の向き、言い換えれば通風孔を流れる気流の向きは、各通風孔で一致させてもよい。また、通風孔に気流を送る送風手段は、ロータコア以外に設けるようにしてもよい。例えば、ロータシャフト１４に軸流ファンを設け、これによりロータコアの端面に空気を送り、通風孔に気流を流すようにしてよい。この場合、通風孔の断面積の変化の向きは、各通風孔で一致させることが好ましい。
【００２３】
回転電機の望ましい態様を以下に示す。
ロータコアと当該ロータコアに設けられた永久磁石とを有するロータと、
ロータに冷却風を送る送風手段と、
を有する回転電機であって、
ロータコアには、ロータの一方の端面に設けられ前記冷却風を受け入れる入口と、他方の端面に設けられた出口を結ぶ通風孔とが設けられ、通風孔の断面積は入口側で大きく、出口側で小さい、
回転電機。
【符号の説明】
【００２４】
１０  回転電機のロータ、１２  回転軸線、１４  ロータシャフト、１６  ロータコア、１８  永久磁石、２２，２４  ロータコアの端面、２６，２８  通風孔、３０，３２  導風板、３４，３６  通風孔の中心線、３８  通風孔、４０  通風孔の中心線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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