(57)【要約】【課題】ロータの磁石を、より効率的に冷却でき得る回転電機を提供する。【解決手段】回転電機１０は、ロータ１２とステータを有する。前記ロータ１２は、複数の鋼板４０を軸方向に積層してなるロータコア２２であって、前記複数の鋼板４０のうち少なくとも最も軸方向端部に位置する鋼板４０ｅが、溶接または接着により隣接する他の鋼板４０に固着されたロータコア２２と、その端面が外部に露出した状態で、ロータコア２２を軸方向に貫通する複数の磁石孔２３に挿通される複数の磁石３０と、前記複数の磁石３０より内周側位置に設けられ、ロータコア２２を軸方向に貫通する冷媒流路３２と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸周りに回転するロータと、前記ロータの外周囲に配置されるステータと、を備えた回転電機であって、
前記ロータは、
複数の鋼板を軸方向に積層してなるロータコアであって、前記複数の鋼板のうち少なくとも最も軸方向端部に位置する鋼板が、溶接または接着により隣接する他の鋼板に固着されたロータコアと、
その端面が外部に露出した状態で、ロータコアを軸方向に貫通する複数の磁石孔に挿通される複数の磁石と、
前記複数の磁石より内周側位置に設けられ、ロータコアを軸方向に貫通する冷媒流路と、
を備えたことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機であって、
前記ロータコアの端面には、前記冷媒流路の端部から吐出した冷媒を前記磁石の端部付近に導くガイド部が形成されている、ことを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機であって、
前記ガイド部は、溶接ビードで形成される、ことを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機であって、
前記ロータは、さらに、少なくとも前記ロータコアの外周囲を覆う樹脂モールド部を含む、ことを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項４に記載の回転電機であって、
前記樹脂モールド部は、前記ロータコアの軸方向端面のうち前記磁石より外周側部分を覆うモールド端部を含み、
前記モールド端部は、径方向外側に近づくにつれ、軸方向外側に向かうように傾斜している、ことを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項４または５に記載の回転電機であって、
前記樹脂モールド部は、磁性材料を含有した樹脂からなる、ことを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関し、特に、回転電機に設けられるロータやステータの冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転電機を冷却するための技術が多数提案されている。例えば、特許文献１には、ロータコアの内部に、冷媒が通る冷媒通路を形成し、当該冷媒通路内に冷媒を流すことで、ロータコアや、当該ロータコアの外周付近に配置された磁石、さらには、ロータの外周囲に配置されたステータ等を冷却する技術が開示されている。この特許文献１では、ロータコアを積層電磁鋼板で構成する場合に、ロータコア内を流れる冷媒が、この電磁鋼板の間に流れ込む問題を解決するために、冷媒流路のうち、外周側の面を被覆する樹脂モールドを設けている。かかる技術によれば、エネルギ損失の発生を抑制しつつ、ある程度、効率的な冷却が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０４５８６０号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この特許文献１をはじめとする従来技術では、ロータコアから吐出した冷媒の流れについて十分な考慮が成されておらず、冷却効率が高いとは言い難かった。特に、従来技術では、ロータコアに埋め込まれた磁石の端面が、エンドプレート等で覆われており、冷媒流路から吐出した冷媒との熱交換が十分に行えていなかった。
【０００５】
そこで、本発明では、従来に比して、ロータの磁石を、より効率的に冷却でき得る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】
【０００６】
本発明の回転電機は、軸周りに回転するロータと、前記ロータの外周囲に配置されるステータと、を備えた回転電機であって、前記ロータは、複数の鋼板を軸方向に積層してなるロータコアであって、前記複数の鋼板のうち少なくとも最も軸方向端部に位置する鋼板が、溶接または接着により隣接する他の鋼板に固着されたロータコアと、その端面が外部に露出した状態で、ロータコアを軸方向に貫通する複数の磁石孔に挿通される複数の磁石と、前記複数の磁石より内周側位置に設けられ、ロータコアを軸方向に貫通する冷媒流路と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
好適な態様では、前記ロータコアの端面には、前記冷媒流路の端部から吐出した冷媒を前記磁石の端部付近に導くガイド部が形成されている。この場合、前記ガイド部は、溶接ビードで形成される、ことが望ましい。
【０００８】
他の好適な態様では、前記ロータは、さらに、少なくとも前記ロータコアの外周囲を覆う樹脂モールド部を含む。この場合、前記樹脂モールド部は、前記ロータコアの軸方向端面のうち前記磁石より外周側部分を覆うモールド端部を含み、前記モールド端部は、径方向外側に近づくにつれ、軸方向外側に向かうように傾斜している、ことが望ましい。また、前記樹脂モールド部は、磁性材料を含有した樹脂からなる、ことも望ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、少なくとも、最も軸方向端部に位置する鋼板が、溶接または接着という強固な固着手段により隣接する他の鋼板に固着されているため、エンドプレートを配置しなくても、電磁鋼板の結合状態を維持できる。エンドプレートがないため、磁石の端面を外部に露出させることができ、結果として、ロータの磁石をより効率的に冷却できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態である回転電機の概略構成を示す断面図である。
【図２】ロータの概略正面図である。
【図３】ロータの端部周辺の概略拡大図である。
【図４】従来の回転電機の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である回転電機１０の概略構成を示す概略断面図である。また、図２は、この回転電機１０のうちロータ１２の概略正面図である。
【００１２】
ここで説明する回転電機１０は、モータおよび／またはジェネレータであり、典型的には、ハイブリッド車に搭載されるが、その用途はハイブリッド車に限定されず、たとえば燃料電池車や電気自動車、他の電気機器に搭載されてもよい。
【００１３】
回転電機１０は、ロータ１２と、ステータ１４とに大別される。ステータ１４は、リング状のステータコア１６とステータコイル２０とを有する。ステータコア１６は、鉄または鉄合金などからなる電磁鋼板や圧粉磁心などから構成される。ステータコア１６の内周面上には複数のティース部および該ティース部間に形成される凹部としてのスロット部が形成されており、各スロット部は、ステータコア１６の内周側に開口するように設けられる。
【００１４】
３つの巻線相であるＵ相、Ｖ相およびＷ相を含むステータコイル２０は、スロット部に嵌り合うようにティース部に巻き付けられる。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相は、互いに円周上でずれるように巻き付けられる。なお、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相は、それぞれが互いに異なる１つのティース部に巻回されてもよいし、一部が互いにオーバーラップするようにそれぞれが複数のティース部に巻回されてもよい。いずれにしても、ティース部に巻回されたステータコイルの一部は、ステータコアの端面から外側に突出して、コイルエンド２１を形成する。
【００１５】
ロータ１２は、ステータ１４と同心軸上に配置され、回転軸となるロータシャフト２４、当該ロータシャフト２４に固着されたロータコア２２、および、ロータコア２２に挿通された永久磁石３０などを有する。ロータコア２２は、複数の電磁鋼板を、軸方向に積層することで構成されている。このロータコア２２のうち外周近傍には、軸方向に延びる磁石孔２３が、図２に示すように、周方向に複数並んで形成されている。各磁石孔２３には、ロータ１２の磁極となる永久磁石３０が挿通されている。なお、図２で示した永久磁石３０の配置態様は一例であり、その個数や形状、配置角度、配置位置は適宜、変更されてよい。
【００１６】
また、ロータコア２２のうち、永久磁石３０より内周側には、冷媒が流れる冷媒流路３２が形成されている。この冷媒流路３２は、ロータコア２２を軸方向に貫通する孔である。この冷媒流路３２は、図２に示すように、周方向に複数配設されている。なお、図２で示した冷媒流路３２の配置態様は一例であり、永久磁石３０より内周側に配されるのであれば、その個数や形状、配置角度、配置位置は適宜、変更されてよい。ただし、ロータ１２やステータ１４を均等に冷却するためには、この冷媒流路３２は、周方向に均等に配置されることが望ましい。
【００１７】
ロータシャフト２４は、軸受部（図示せず）を介して回転電機１０のケース（図示せず）に回転可能に取り付けられる。このロータシャフト２４は、ロータコア２２に固着されており、ロータコア２２とともに回転するようになっている。このロータシャフト２４の内部には、冷媒が通過する中空部３４が形成されている。この中空部３４を流れる冷媒の少なくとも一部は、中空部３４と冷媒流路３２を結ぶ連通路３６を介して、ロータコア２２に形成された冷媒流路３２へと導かれる。
【００１８】
本実施形態では、この冷媒流路３２に導かれた冷媒による冷却効率をより向上するために、ロータコア２２等を特殊な構成としている。これについて、従来技術と比較して説明する。
【００１９】
図４は、従来の回転電機の概略構成を示す概略断面図である。従来の回転電機でも、ロータコア２２は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層して構成されていた。従来のロータにおいて、電磁鋼板は、その裏面に形成された凸を、隣接する他の電磁鋼板の表面に形成された凹に押し込めるダボカシメ結合されていた。かかるカシメ結合は、結合の手間が楽である一方で、比較的結合力に乏しいという問題がある。そこで、従来の回転電機では、カシメ結合された電磁鋼板の積層体を一対のエンドプレート５０で挟持していた。エンドプレート５０は、ロータシャフト２４に固着されており、その軸方向位置が規制される。かかるエンドプレート５０で挟持されることにより、複数の電磁鋼板が互いに密着して結合した状態で保たれ、電磁鋼板の剥がれなどが防止される。
【００２０】
かかる従来の回転電機１０における冷媒の流れは、図４において、破線で示したような流れとなる。すなわち、エンドプレート５０のうち、ロータコア２２（積層体）に形成された冷媒流路３２に対応する位置には、吐出孔５２が設けられている。ロータシャフト２４の中空部３４に供給された冷媒は、連通路３６、冷媒流路３２を通過した後、吐出孔５２から外部に吐出される。吐出された冷媒は、ロータ１２の回転に伴い生じる遠心力により、軸方向外側に運ばれ、ステータ１４のコイルエンド２１等にぶつかり、これらを冷却する。その後、重力により回転電機１０のケース底部に落下した冷媒は、ポンプ（図示せず）で汲み上げられ、再度、冷媒として回転電機１０の各部に供給される。
【００２１】
ここで、こうした従来の回転電機１０の場合、コイルエンド２１は効率的に冷却できる一方で、ロータ１２に配された永久磁石３０を効率的に冷却することが難しかった。すなわち、従来のロータ１２は、ロータコア２２（電磁鋼板の積層体）の両端がエンドプレート５０で挟持されており、永久磁石３０の端面は、エンドプレート５０で覆われていた。そのため、吐出孔５２から吐出された冷媒は、エンドプレート５０の表面上を流れるものの、永久磁石３０には直接接触することはできず、永久磁石３０から熱を効率的に奪うことができなかった。その結果、永久磁石３０を効率的に冷却できず、発熱に伴う永久磁石３０の熱減磁、ひいては、回転電機１０の効率低下などの問題を招いていた。
【００２２】
そこで、本実施形態では、より効率的に、永久磁石３０を冷却するために、ロータ１２を特殊構成とし、これにより、エンドプレート５０を不要にし、永久磁石３０の効率的な冷却を可能にした。これについて、図３を参照して説明する。図３は、ロータコア２２の端部周辺の概略拡大図である。
【００２３】
既述したとおり、このエンドプレート５０は、永久磁石３０の冷却の妨げとなる。そこで、エンドプレート５０を省略することが考えられるが、単に、エンドプレート５０を省略しただけでは、電磁鋼板４０の連結状態を維持できず、一部の電磁鋼板４０が剥がれる恐れがある。特に、最も端部に位置する電磁鋼板４０ｅは、比較的剥がれやすいという問題がある。そこで、本実施形態では、少なくとも、最も端部に位置する電磁鋼板４０ｅについては、カシメ結合に代えて、または、カシメ結合に加え、溶接という結合方法を採用し、最も端部に位置する電磁鋼板４０ｅを溶接により隣接する他の電磁鋼板４０に固着している。既述したとおり、最も端部に位置する電磁鋼板４０ｅは、最も剥がれやすい電磁鋼板である。かかる最も端部に位置する電磁鋼板４０ｅを、溶接という強固な固着手段で、隣接する他の電磁鋼板４０に固着することで、電磁鋼板４０の剥がれを効果的に防止することができる。なお、図３において、太線部分は、溶接箇所を示している。この図３から明らかなとおり、本実施形態では、端部の電磁鋼板４０ｅ以外の電磁鋼板４０は、従来技術と同様、凹凸部分であるカシメ部３８を、隣接する電磁鋼板４０のカシメ部３８に押し込めるダボカシメで連結している。このように、端部以外の電磁鋼板４０については、結合の手間が楽なカシメ結合で結合することで、ロータコア２２の製造工程を簡易化できる。ただし、ここで示した電磁鋼板４０の結合態様は一例であり、少なくとも、最も端部に位置する電磁鋼板４０ｅが溶接で結合されているのであれば、他の電磁鋼板４０の結合態様は特に限定されない。したがって、例えば、より多数の電磁鋼板４０が溶接で結合されてもよい。また、エンドプレート５０を用いることなく、電磁鋼板４０同士を強固に結合できるのであれば、溶接に代えて他の結合方法、例えば、接着結合などを用いるようにしてもよい。
【００２４】
また、本実施形態では、電磁鋼板４０の剥がれをより効果的に防止するために、ロータコア２２の外周囲を覆う樹脂モールド部４４を設けている。この樹脂モールド部４４は、ロータコア２２を構成する複数の電磁鋼板４０を積層し、軸方向に圧縮した状態（鋼板同士が密着した状態）で、モールド材料を当該積層体の周囲に配置し、固化させることで構成される。モールド材料が固化することで、電磁鋼板４０の動きが規制され、電磁鋼板４０同士が密着した状態で維持される。そして、これにより、電磁鋼板４０の剥がれ等が効果的に防止される。
【００２５】
また、この樹脂モールド部４４の軸方向端部は、ロータコア２２の軸方向端面のうち永久磁石３０より外周側部分を覆うモールド端部４６を構成する。このモールド端部４６は、図３に示す通り、外周側に向かうにつれ、徐々に肉厚になるように（軸方向外側に向かうように）傾斜している。これは、流れてきた冷媒を、より効率的にコイルエンド２１に導くためであるが、これについては後に詳説する。なお、モールド材料は、樹脂のみで構成されてもよいが、ロータ１２の磁気特性向上のためには、磁性材料含有樹脂で構成されることが望ましい。
【００２６】
また、本実施形態では、図２、図３に示すように、ロータコア２２の端面に、略線状の突起体であるガイド部４８を設けている。このガイド部４８は、冷媒流路３２から吐出した冷媒を、より確実に、永久磁石３０の端部に導くための部材である。本実施形態では、このガイド部４８を、溶接痕の盛り上がりである溶接ビードで構成している。ガイド部４８を溶接ビードで形成するのは、溶接ビードの場合、自由に種々の形状を形成できる自由度があり、また、既述した端部の電磁鋼板４０ｅの溶接に用いた器具をそのまま用いて形成できるという手軽さがあるためである。ただし、当然のことながら、冷媒の流れを形成でき得るのであれば、溶接ビードに代えて他の手段でガイド部４８を形成してもよい。また、本実施形態では、ガイド部４８を、放射線状に延びる複数の線状突起としているが、冷媒を永久磁石３０に導けるのであれば、ガイド部４８の形状、個数、配置角度などは適宜、変更されてもよい。また、本実施形態では、ロータコア２２の端面に形成された突起体をガイド部４８として用いているが、ロータコア２２の端面に形成された溝や凹をガイド部４８として利用してもよい。
【００２７】
次に、かかる構成の回転電機１０における冷媒の流れについて説明する。ロータシャフト２４の中空部３４に供給された冷媒は、連通路３６を経て、ロータコア２２内の冷媒流路３２に流れる。冷媒流路３２に到達した冷媒は、当該冷媒流路３２に沿って軸方向に流れていき、冷媒流路３２の端部から外部に吐出する。この吐出した冷媒は、ロータ１２の回転に伴い生じる遠心力により、径方向外側に向かって、ロータコア２２の端面を移動する。ガイド部４８は、この冷媒が、より確実に永久磁石３０へと向かうように、冷媒をガイドする。ここで、冷媒が流れるロータコア２２の端面上には、永久磁石３０の端面が、エンドプレート５０で覆われることなく、そのまま外部に露出している。そのため、冷媒が、このロータコア２２の端面を移動する過程で、永久磁石３０に直接接触することができる。冷媒が、永久磁石３０に直接接触すると、冷媒と永久磁石３０との間で熱交換が行われ、効率的に、永久磁石３０が冷却される。そして、結果として、温度上昇に伴う熱減磁が抑制され、回転電機の効率をより向上できる。
【００２８】
径方向外側に運ばれた冷媒は、樹脂モールド部４４の端部であるモールド端部４６に到達する。このモールド端部４６は、既述した通り、径方向外側に向かうにつれ、肉厚になるように（軸方向外側に向かうように）傾斜している。そのため、このモールド端部４６にぶつかった冷媒は、当該モールド端部の傾斜に沿った流れ、すなわち、径方向外側に近づくにつれ、軸方向外側に向かうような流れになる。かかる流れの場合、冷媒は、ロータ１２とステータ１４との間のギャップに落ち込むことなく、コイルエンド２１へと到達しやすくなる。その結果、発熱量の多いコイルエンド２１をより効率的に冷却でき、ひいては、回転電機１０の効率をより向上できる。
【００２９】
つまり、本実施形態によれば、コイルエンド２１だけでなく、永久磁石３０も効率的に冷却することができ、結果として、回転電機１０の効率をより向上できる。なお、ここで説明した構成は、一例であり、ロータコア２２を構成する複数の電磁鋼板４０のうち、少なくとも、最も端部に位置する電磁鋼板４０ｅを、溶接または接着により、隣接する他の電磁鋼板４０に固着し、エンドプレート５０を省略するのであれば、その他の構成は適宜、変更されてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１０  回転電機、１２  ロータ、１４  ステータ、１６  ステータコア、２０  ステータコイル、２１  コイルエンド、２２  ロータコア、２３  磁石孔、２４  ロータシャフト、３０  永久磁石、３２  冷媒流路、３４  中空部、３６  連通路、３８  カシメ部、４０  電磁鋼板、４４  樹脂モールド部、４６  モールド端部、４８  ガイド部、５０  エンドプレート、５２  吐出孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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