(57)【要約】【課題】簡易な構成でありながら、永久磁石を確実に冷却できる回転電機のロータを提供する。【解決手段】ロータコア２０と、前記ロータコア２０に埋め込まれた複数の永久磁石２３と、を備えた回転電機のロータ１４であって、前記複数の永久磁石２３は、前記ロータコア２０に形成された磁石孔内に、固定用樹脂により固定されており、前記固定用樹脂の一部は、前記ロータコア２０の軸方向端面から突出して、冷媒の流れをガイドするガイド壁４２Ａを構成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータコアと、前記ロータコアに埋め込まれた複数の永久磁石と、を備えた回転電機のロータであって、
前記複数の永久磁石は、前記ロータコアに形成された磁石孔内に、固定用樹脂により固定されており、
前記固定用樹脂の一部は、前記ロータコアの軸方向端面から突出して、冷媒の流れをガイドするガイド壁を構成する、
ことを特徴と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、
前記ガイド壁は、前記磁石孔の両サイド辺に沿って突出する一対の第一ガイド壁を含む、ことを特徴と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、
前記ガイド壁は、前記ロータコアの内周側から前記永久磁石に向かって延びる一対の第二ガイド壁を含む、ことを特徴とす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、さらに、
前記ロータコアの軸方向端面に配置され、前記ロータコアより小径のエンドプレートを備え、
前記エンドプレートの周面には、前記冷媒を吐出する複数の吐出孔が周方向に配設されており、
前記一対の第二ガイド壁は、前記吐出孔の周方向両側から径方向外側に延びている、
ことを特徴とす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、
前記ガイド壁は、前記ロータコアの内周側から前記永久磁石に向かって延びた後、前記永久磁石に沿って周方向両側に分岐する略Ｙ字または略Ｔ字状の冷媒流路を構成する、ことを特徴と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、ロータコアと、前記ロータコアに埋め込まれた複数の永久磁石と、を備えた回転電機のロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転電機のロータの永久磁石や、ステータのコイルエンドを冷却するために、冷却油等の冷媒を、ロータの回転軸から径方向外側に放出する技術が知られている。例えば、特許文献１には、ロータの回転軸およびエンドプレートの内部に冷媒流路を形成し、この冷媒流路を介して、ロータコアの軸方向端面に沿って冷媒を流す技術が開示されている。かかる技術において、エンドプレート本体は、ロータコアよりも小径であり、このエンドプレート本体の周面から冷媒が吐出される。吐出された冷媒は、ロータの回転で生じる遠心力により、ロータコアの軸方向端面上を径方向外側に向かって流れていく。
【０００３】
また、特許文献２には、エンドプレートをロータコアの軸方向端面を完全に覆うサイズとし、このエンドプレートの内部に、ロータの永久磁石の軸方向端面を経由する冷媒通路と、この冷媒通路からエンドプレートの軸方向端面へと延びる（すなわちロータ軸方向と平行な方向に延びる）冷媒の排出孔と、を形成した技術が開示されている。この技術において、回転軸から供給された冷媒は、エンドプレート内の冷媒通路を通って、排出孔から外部に排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１１６２１号公報
【特許文献２】特開２００９−２７８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
こうした従来の技術によれば、冷媒がロータコアの軸方向端面を通るため、ロータがある程度は冷却される。しかしながら、特許文献１の技術では、エンドプレート本体から吐出される冷媒の流れを規制する流路等が設けられていない。そのため、エンドプレート本体から吐出された冷媒の流れは、ロータの回転数に依存し、十分な量の冷媒が永久磁石の軸方向端面を通らない場合もあった。この場合、永久磁石が適切に冷却されず、永久磁石の磁石性能の低下、ひいては、トルクや効率の低下、減磁といった問題を招く恐れがあった。
【０００６】
特許文献２の技術では、冷媒の流れは、エンドプレート内に形成された冷媒通路で規制されるため、冷媒は、永久磁石の軸方向端面をほぼ確実に通過する。しかし、特許文献２の技術では、エンドプレート内に、複雑な形状の冷媒通路を形成しなければならず、製造コストがかかるという問題があった。また、特許文献２では、ロータ軸方向と平行な方向に延びる排出孔から冷媒を外部に放出している。この場合、冷媒は、遠心力ではなく、追加供給される冷媒から押し出されて外部に放出されることになるため、冷媒をエンドプレートの外部に適切に放出するためには、多少の冷媒が必要という問題もあった。
【０００７】
そこで、本発明では、簡易な構成でありながら、永久磁石を確実に冷却でき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】
【０００８】
本発明の回転電機は、ロータコアと、前記ロータコアに埋め込まれた複数の永久磁石と、を備えた回転電機のロータであって、前記複数の永久磁石は、前記ロータコアに形成された磁石孔内に、固定用樹脂により固定されており、前記固定用樹脂の一部は、前記ロータコアの軸方向端面から突出して、冷媒の流れをガイドするガイド壁を構成する、ことを特徴とする。
【０００９】
好適な態様では、前記ガイド壁は、前記磁石孔の両サイド辺に沿って突出する一対の第一ガイド壁を含む。他の好適な態様では、前記ガイド壁は、前記ロータコアの内周側から前記永久磁石に向かって延びる一対の第二ガイド壁を含む。この場合、前記ロータコアの軸方向端面に配置され、前記ロータコアより小径のエンドプレートを備え、前記エンドプレートの周面には、前記冷媒を吐出する複数の吐出孔が周方向に配設されており、前記一対の第二ガイド壁は、前記吐出孔の周方向両側から径方向外側に延びている、ことが望ましい。
【００１０】
他の好適な態様では、前記ガイド壁は、前記ロータコアの内周側から前記永久磁石に向かって延びた後、前記永久磁石に沿って周方向両側に分岐する略Ｙ字または略Ｔ字状の冷媒流路を構成する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、永久磁石を固定する固定用樹脂で、ロータコアの軸方向端面に冷媒の流れをガイドするガイド壁を形成しているため、簡易な構成でありながら、確実に冷媒を永久磁石に導くことができ、永久磁石を確実に冷却できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態である回転電機の概略構成図である。
【図２】ロータの平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ端面図である。
【図４】ロータの斜視図である。
【図５】ガイド壁の形成の様子を示す図である。
【図６】他のロータの一例を示す図である。
【図７】他のロータの一例を示す図である。
【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の概略構成図である。また、図２は、ロータ１４の平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ端面図である。また、図４は、ロータ１４の斜視図である。なお、これらの図面では、発明を理解しやすくするために、適宜、寸法比率を変えている。
【００１４】
本実施形態の回転電機１０は、ロータコア２０の内部に永久磁石２３を埋め込んだ永久磁石同期回転電機である。この回転電機１０は、ロータ１４およびステータ１２を備えている。ステータ１２は、その内周に複数のティースが形成された略環状のステータコア１６と、各ティースに巻回されたステータコイル１８と、から構成される。ロータ１４は、このステータ１２の内側に、ステータ１２と同心に配される。
【００１５】
ロータ１４は、ロータコア２０や、当該ロータコア２０に埋め込まれた永久磁石２３、ロータコア２０の軸方向両端面に配されるエンドプレート２４等を備えている。ロータコア２０の中心には、回転軸２６が挿通されており、当該回転軸２６は、ベアリング（図示せず）等を介してケース（図示せず）に対して回転自在に支持されている。ロータ１４は、この回転軸２６とともに回転自在となっている。
【００１６】
ロータコア２０は、複数の電磁鋼板をロータ軸方向に積層して構成される。各電磁鋼板は、円盤形状であり、例えば、ケイ素電磁鋼板等である。
【００１７】
ロータコア２０の外周近傍には、永久磁石２３を埋め込むための磁石孔２８が複数形成されている。複数の磁石孔２８は、ロータコア２０の周方向に均等に並んでおり、各磁石孔２８は、ロータコア２０を軸方向に貫通している。各磁石孔２８には、磁極２２を構成する永久磁石２３が埋め込まれている。一つの磁極２２は、一対の永久磁石２３で構成されており、この一対の永久磁石２３は、ロータコア２０の外周側に向かって略Ｖ字状に広がるような姿勢で配置されている。各永久磁石２３は、それぞれ、扁平矩形状の断面を有するとともに、ロータコア２０と略同じ軸方向長さを有する板状となっている。なお、ここで説明した永久磁石２３や磁極２２の数は、一例であり、その数は、適宜変更されてよい。また、本実施形態では、二つの永久磁石２３で一つの磁極２２を構成しているが、一つの永久磁石２３で一つの磁極２２を構成してもよい。
【００１８】
各永久磁石２３は、固定用樹脂により磁石孔２８内に固定される。固定用樹脂は、磁石孔２８と永久磁石２３との間に流し込まれ、硬化することで永久磁石２３の磁石孔２８からの離脱を防止する。固定用樹脂としては、耐熱性のある熱硬化性樹脂、例えばエポキシ樹脂等が用いられる。本実施形態では、この固定用樹脂を、ロータコア２０の軸方向端面から突出させて冷媒の流れをガイドする第一ガイド壁４２Ａおよび第二ガイド壁４２Ｂとしている。以下、第一と第二を区別しない場合は、添え字アルファベットを省略して「ガイド壁４２」と呼ぶ。また、このガイド壁４２は、磁石孔２８内の固定用樹脂は、一体化された一部材であるが、以下では、磁石孔２８内の固定用樹脂は、「孔内樹脂４０」と呼ぶ。
【００１９】
エンドプレート２４は、ロータコア２０の軸方向両端に設けられる板材である。各エンドプレート２４は、非磁性体、例えば、アルミニウム等の非磁性金属や樹脂等からなり、回転軸２６に固着されている。各エンドプレート２４は、ロータコア２０よりも小径で、エンドプレート２４の外周縁は、永久磁石２３より内周側に位置している。換言すれば、本実施形態において、永久磁石２３の軸方向端面は、エンドプレート２４で覆われておらず、外部に露出した状態となっている。
【００２０】
回転軸２６、ロータコア２０、エンドプレート２４の内部には、冷媒が流れるための流路が形成されている。すなわち、回転軸２６の中心には、軸方向に貫通する軸内冷媒路３０と当該軸内冷媒路３０から分岐してコア内流路３４に連通する分岐流路３２が形成されている。ロータコア２０の内周端には、軸方向に貫通するコア内流路３４が形成されている。このコア内流路３４は、回転軸２６側から供給された冷媒が流れる流路である。コア内流路３４は、磁極２２と同数形成されており、周方向に間隔を開けて並んでいる。
【００２１】
エンドプレート２４の内部には、コア内流路３４と連通したプレート内流路３６が形成されている。プレート内流路３６は、例えば、エンドプレート２４のうちロータコア２０との対向面に形成した溝や、エンドプレート２４内に形成された横穴により構成される。プレート内流路３６は、エンドプレート２４の内周側から放射状に複数形成されている。各プレート内流路３６は、内周側から外周端まで径方向に延びており、エンドプレート２４の周面には、冷媒を吐出する吐出孔３８が形成されている。また、プレート内流路３６は、回転電機１０のｄ軸Ｌｄ、すなわち、各磁極２２の中心軸（一つの磁極２２を構成する二つの永久磁石２３の間の中心軸）を通る位置に設けられており、プレート内流路３６は、磁極２２と同数設けられている。
【００２２】
回転電機１０を駆動する際、冷媒は、この軸内冷媒路３０から分岐流路３２、コア内流路３４、プレート内流路３６を経て、ロータコア２０の軸方向端面に吐出される。そして、吐出された冷媒は、ロータ１４の回転に伴い生じる遠心力により、径方向外側に進み、ステータ１２のコイルエンドへと進む。冷媒は、コイルエンドに当たった後は、ケースの底部に落下する。この落下した冷媒は、回収、放熱された後、再度、軸内冷媒路３０に供給される。なお、冷媒は、ロータ１４およびステータ１２に対して好適な冷却性能を発揮できる液体であれば、特に限定されないが、本実施形態では、冷却油を冷媒として用いている。
【００２３】
ところで、回転電機１０の駆動に伴い、ロータ１４が発熱し、永久磁石２３の温度が上昇すると、永久磁石２３の磁気性能が低下して、出力トルクや効率の低下を招くだけでなく、場合によっては、永久磁石２３の減磁を招く恐れがあった。そのため、冷媒でロータ１４を冷却する際には、冷媒が永久磁石２３の周辺に導かれ、永久磁石２３が効率的に冷却されるようにするのが望ましい。
【００２４】
ここで、エンドプレート２４の周面の吐出孔３８からロータコア２０の軸方向端面に吐出された冷媒は、遠心力により、ロータコア２０の軸方向端面を内周側から外周側に進む。このとき、ロータコア２０の軸方向端面に冷媒のガイド機構が存在しない場合、冷媒の経路は、ロータ１４の回転数によって、バラつくことになる。その結果、場合によっては、十分な量の冷媒が、永久磁石２３の軸方向端面を通らず、永久磁石２３を十分に冷却できない恐れがあった。
【００２５】
かかる問題を避けるために、エンドプレート２４を、ロータコア２０の軸方向端面のほぼ全体を覆う形状とし、当該エンドプレート２４内に冷媒の流路を形成し、冷媒の流れをガイドすることも考えられる。しかし、この場合、複雑な形状をしたエンドプレート２４を製造しなければならず、製造コストの増加を招いていた。
【００２６】
そこで、本実施形態では、簡易な構成でありながら、永久磁石２３を確実に冷却するために、永久磁石２３を固定する固定用樹脂で、冷媒の流れをガイドするガイド壁４２を形成している。すなわち、一般に、ロータ１４の永久磁石２３は、磁石孔２８に挿入された後、当該磁石孔２８と永久磁石２３との間隙に充填される固定用樹脂（孔内樹脂４０）により固定される。通常、この固定用樹脂は、ロータコア２０の軸方向端面から突出させないが、本実施形態では、図３、図４に示すように、固定用樹脂の一部を軸方向端面から突出させ、リブ状のガイド壁４２を形成している。
【００２７】
各ガイド壁４２は、原則として、対になる他のガイド壁４２と間隔を開けてほぼ平行に延びており、この平行に延びる二つのガイド壁４２の間が、冷媒が流れる冷媒流路となる。本実施形態では、磁石孔２８の両サイド片に沿って延びる一対の第一ガイド壁４２Ａと、ロータコア２０の内周側から磁石孔２８に向かって径方向に延びる一対の第二ガイド壁４２Ｂと、を設けている。
【００２８】
第二ガイド壁４２Ｂは、ｄ軸Ｌｄを挟んで両側に設けられており、ｄ軸Ｌｄに沿って延びる冷媒流路を構成している。ここで、既述した通り、エンドプレート２４に形成されたプレート内流路３６はｄ軸Ｌｄに沿って延びており、その末端の吐出孔３８は、ｄ軸Ｌｄ上に位置している。したがって、第二ガイド壁４２Ｂは、吐出孔３８の周方向両側から径方向外側に延びており、吐出孔３８から吐出された冷媒は、第二ガイド壁４２Ｂで挟まれた冷媒流路内に流れ込むようになっている。各第二ガイド壁４２Ｂの外周側端部は、磁石孔２８の内周側の周縁に沿って延びる第一ガイド壁４２Ａに接続されている。
【００２９】
第一ガイド壁４２Ａは、磁石孔２８の周縁から突出する壁である。第一ガイド壁４２Ａのうち、磁石孔２８の内周側周縁に沿う第一ガイド壁４２Ａは、第二ガイド壁４２Ｂに接続されており、磁石孔２８の外周側周縁に沿う第一ガイド壁４２Ａは、隣接する他の第一ガイド壁４２Ａに接続されている。そして、こうした第一、第二ガイド壁４２Ａ，４２Ｂにより、結果として、ロータコア２０の軸方向端面には、内周側から永久磁石２３に向かって延びた後、永久磁石２３に沿って周方向両側に分岐する略Ｙ字状の冷媒流路が形成されることになる。
【００３０】
この冷媒流路の内周側端部は、エンドプレート２４の周面に形成された冷媒の吐出孔３８近傍に設けられている。したがって、吐出孔３８から吐出された冷媒は、この冷媒流路へと流れ込むことになる。ガイド壁４２で囲まれた冷媒流路に流れ込んだ冷媒は、このガイド壁４２に沿って流れることになり、結果として、冷媒は、ほぼ確実に永久磁石２３の軸方向端面を通ることになる。その結果、永久磁石２３を効率的に冷却することができ、磁気特性の低下や減磁を効果的に防止できる。
【００３１】
次に、このガイド壁４２の形成について説明する。図５は、ガイド壁４２を形成する様子を示すイメージ図である。ガイド壁４２は、永久磁石２３を磁石孔２８に固定する工程で形成される。すなわち、永久磁石２３を固定する際には、ロータコア２０の軸方向の両端面に、上型１００Ｕおよび下型１００Ｄを配置する。本実施形態では、この上型１００Ｕおよび下型１００Ｄに、ガイド壁４２に対応する凹部１０２を形成している。そして、この上型１００Ｕおよび下型１００Ｄに、固定用樹脂を射出し、凹部１０２および永久磁石２３と磁石孔２８との間隙に固定用樹脂を充填する。その後、固定用樹脂を硬化させてから上型１００Ｕおよび下型１００Ｄを取り外せば、永久磁石２３が孔内樹脂４０により磁石孔２８内に固定されるとともに、ロータコア２０の端面にガイド壁４２が形成されることになる。つまり、本実施形態によれば、上型１００Ｕ・下型１００Ｄの形状を変更さえすれば、製造工程は従来から殆ど変えることなく、ロータコア２０の軸方向端面上に冷媒流路を形成することができる。
【００３２】
なお、ガイド壁４２を永久磁石２３の固定とは別の工程で形成し、ガイド壁４２を孔内樹脂４０とは別体にすることも考えられなくはない。例えば、永久磁石２３と磁石孔２８との間隙に固定用樹脂を充填して孔内樹脂４０を形成した後、別の、専用の樹脂・金型を用いて、ロータコア２０の軸方向端面にガイド壁４２を形成することも一応可能である。しかし、この場合、製造工程が煩雑になるだけでなく、ガイド壁４２の位置を固定することが困難になる。
【００３３】
すなわち、本実施形態のガイド壁４２は、孔内樹脂４０と一体化されている。孔内樹脂は、軸方向に垂直な方向（図２における紙面方向）に移動しようとしても、磁石孔２８の側面に当たるため、殆ど移動できない。かかる移動できない孔内樹脂４０と一体化されることにより、ガイド壁４２も、殆ど移動できず、ロータコア２０の軸方向端面上で位置固定される。一方、ガイド壁４２を孔内樹脂４０と別体にした場合、当該ガイド壁４２は、遠心力等により、軸方向に垂直な力を受けると、比較的容易に、移動してしまう。もちろん、こうした問題は、ガイド壁４２の位置を固定するための機構を設けることで解決できるが、その場合、ガイド壁４２の構成が複雑となり、製造コストの増加を招く。
【００３４】
また、本実施形態では、図３に示すように、第一ガイド壁４２Ａの幅を、孔内樹脂４０の幅よりも大きくしている。かかる構成とすることで孔内樹脂４０の軸方向への移動が規制され、永久磁石２３の抜けがより確実に防止される。
【００３５】
なお、これまで説明した構成は、いずれも一例であり、永久磁石２３を固定するための固定用樹脂の一部をロータコア２０の軸方向端面に突出させて、冷媒の流れをガイドするガイド壁４２を形成するのであれば、その他の構成は適宜、変更されてもよい。例えば、本実施形態では、Ｖ字状に配置した一対の永久磁石２３で一つの磁極２２を構成するロータ１４を例に挙げて説明したが、永久磁石２３の配置は適宜変更されてもよい。例えば、本実施形態の技術は、図６に示すように、一つの永久磁石２３で一つの磁極２２を構成するべく、断面長方形の永久磁石２３を、その長軸がロータコアの径線に直交するような配置（いわゆる、「ブロック形」や「一文字形」と呼ばれる配置）にしたロータ１４に適用してもよい。この場合でも、磁石孔２８の両サイド辺に沿った第一ガイド壁４２Ａと、当該磁石孔２８に向かって内周側から径方向に延びる第二ガイド壁４２Ｂと、を形成することが望ましい。ただし、この場合、永久磁石２３の軸方向端面に沿って流れた後の冷媒を径方向外側に導くために、第一ガイド壁４２Ａの終端は、磁石孔２８の周縁から逸れて、径方向外側に屈曲させることが望ましい。
【００３６】
また、本実施形態では、ガイド壁４２を、ロータコア２０の軸方向端面から部分的に突出したリブ状としているが、ガイド壁４２は、孔内樹脂４０と一体化されているのであれば、他の形態であってもよい。例えば、図７に示すように、磁石孔２８から突出させた固定用樹脂で、ロータコア２０の軸方向端面の露出部分のほぼ全体を覆う板材を構成してもよい。そして、この板材のうち、冷媒流路に相当する箇所だけは、固定用樹脂が存在しない溝として形成する。この場合、この溝の側壁が、冷媒の流れをガイドするガイド壁４２となる。
【００３７】
また、本実施形態では、冷媒を、回転軸２６内部からロータコア２０内部、ロータコア２０内部からエンドプレート２４内部を経由させて、ロータコア２０の軸方向端面に吐出している。しかし、冷媒を、最終的にロータコア２０の軸方向端面に吐出できるなら、その供給経路は、適宜、変更されてもよい。例えば、冷媒を、ロータコア２０の内部を経由させず、回転軸２６内部から、エンドプレート２４内部に経由させ、エンドプレート２４の周面からロータコア２０の軸方向端面に吐出させてもよい。
【００３８】
いずれにしても、永久磁石２３を磁石孔２８に固定する固定用樹脂の一部をロータコア２０の軸方向端面から突出させて、当該固定用樹脂の一部で冷媒をガイドするガイド壁４２を構成することで、簡易な構成でありながら、永久磁石２３を確実に冷却できる。
【符号の説明】
【００３９】
１０  回転電機、１２  ステータ、１４  ロータ、１６  ステータコア、１８  ステータコイル、２０  ロータコア、２２  磁極、２３  永久磁石、２４  エンドプレート、２６  回転軸、２８  磁石孔、３０  軸内冷媒路、３２  分岐流路、３４  コア内流路、３６  プレート内流路、３８  吐出孔、４０  孔内樹脂、４２  ガイド壁。
【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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【図６】
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【図７】
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