(57)【要約】【課題】永久磁石を効率よく冷却することができ、発熱時に性能低下を抑制可能な回転電機のロータを提供する。【解決手段】回転電機１０のロータ２０は、積層された複数の電磁鋼板４１によって構成されるロータコア２２と、ロータコア２２の内部又はロータコア２２の周縁部に設けられる永久磁石２４と、金属ナトリウムを封入した金属ナトリウム封入体５０と、備える。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数の鋼板によって構成されるロータコアと、
前記ロータコアの内部又は前記ロータコアの周縁部に設けられる永久磁石と、
金属ナトリウムを封入した金属ナトリウム封入体と、備えた、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、
前記金属ナトリウム封入体は、前記ロータの回転軸方向に延びる中空状の金属ナトリウム封入管に前記金属ナトリウムが封入されている、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、
前記ロータコアの前記回転軸方向両側には一対の端面板が設けられ、
前記金属ナトリウム封入管は、両端部が一対の前記端面板に接している、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であって、
前記永久磁石には、前記ロータの回転軸方向に延びる磁石貫通孔が設けられ、
前記金属ナトリウム封入体は、前記磁石貫通孔に収容されている、回転電機のロータ。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機のロータであって、
前記永久磁石は、前記ロータコアに円周方向に沿って形成された複数の磁石挿入孔に収容され、
前記金属ナトリウム封入体は、前記磁石挿入孔に前記永久磁石とともに収容されている、回転電機のロータ。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機のロータであって、
前記ロータコアには、前記永久磁石の近傍に前記ロータの回転軸方向に延びるロータコア貫通孔が設けられ、
前記金属ナトリウム封入体は、前記ロータコア貫通孔に収容されている、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、積層された鋼板からなるロータコアに永久磁石が設けられた回転電機のロータに関する。
【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車両等において、回転電機の高出力化に伴っ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】
特に、永久磁石同期電動機、いわゆるＰＭモータでは、磁石損失を下げずに高効率な運転を行うために磁石の分割数を増やしたり、永久磁石に希土類を添加したり、様々な工夫が試みられているが製造コストが増加する要因となっている。
【０００４】
特許文献１に記載の回転電機では、ロータが取り付けられる回転軸の軸心から冷媒をロータコアの内部に供給することでロータを冷却し回転電機の性能低下を防止する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２３９７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の回転電機においても、冷却性能が低く永久磁石の減磁を防止する点で改善の余地があった。
【０００７】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、永久磁石を効率よく冷却することができ、発熱時に性能低下を抑制可能な回転電機のロータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
積層された複数の鋼板（例えば、後述の実施形態における電磁鋼板４１）によって構成されるロータコア（例えば、後述の実施形態におけるロータコア２２）と、
前記ロータコアの内部又は前記ロータコアの周縁部に設けられる永久磁石（例えば、後述の実施形態における永久磁石２４）と、
金属ナトリウムを封入した金属ナトリウム封入体（例えば、後述の実施形態における金属ナトリウム封入体５０）と、備えた、回転電機（例えば、後述の実施形態における回転電機１０）のロータ（例えば、後述の実施形態におけるロータ２０）である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加えて、
前記金属ナトリウム封入体は、前記ロータの回転軸方向に延びる中空状の金属ナトリウム封入管に前記金属ナトリウムが封入されている。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の構成に加えて、
前記ロータコアの前記回転軸方向両側には一対の端面板（例えば、後述の実施形態における端面板２７）が設けられ、
前記金属ナトリウム封入管は、両端部が一対の前記端面板に接している。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の構成に加えて、
前記永久磁石には、前記ロータの回転軸方向に延びる磁石貫通孔（例えば、後述の実施形態における磁石貫通孔２５）が設けられ、
前記金属ナトリウム封入体は、前記磁石貫通孔に収容されている。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の構成に加えて、
前記永久磁石は、前記ロータコアに円周方向に沿って形成された複数の磁石挿入孔（例えば、後述の実施形態における磁石挿入孔４４）に収容され、
前記金属ナトリウム封入体は、前記磁石挿入孔に前記永久磁石とともに収容されている。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の構成に加えて、
前記ロータコアには、前記永久磁石の近傍に前記ロータの回転軸方向に延びるロータコア貫通孔（例えば、後述の実施形態におけるロータコア貫通孔２３）が設けられ、
前記金属ナトリウム封入体は、前記ロータコア貫通孔に収容されている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、ロータには金属ナトリウムを封入した金属ナトリウム封入体が設けられているので、金属ナトリウムの高い熱伝導特性を利用して永久磁石を効率よく冷却することができる。これにより永久磁石の減磁を抑制し、発熱時に回転電機の性能が低下するのを抑制できる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、金属ナトリウム封入体はロータの回転軸方向に延びる中空状の金属ナトリウム封入管に金属ナトリウムが封入されているので、ロータの内部まで冷却できる。また、金属ナトリウムを取扱いが容易となり、製造コストを低減できる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、金属ナトリウム封入体は両端部が一対の端面板に接しているので、端面板を介して排熱することができ、冷却性能を向上できる。また、端面板を利用して金属ナトリウム封入体の飛び出しを防止できる。
【００１７】
請求項４の発明によれば、金属ナトリウム封入体は永久磁石に設けられた磁石貫通孔に収容されているので、永久磁石を内部から直接冷却することができる。
【００１８】
請求項５の発明によれば、金属ナトリウム封入体は磁石挿入孔に永久磁石とともに収容されているので、永久磁石を周囲から直接冷却することができる。また、磁石挿入孔を利用して金属ナトリウム封入体を配置することで、永久磁石及びロータコアに特別な加工を要せず、製造コストの増加を防止できる。
【００１９】
請求項６の発明によれば、金属ナトリウム封入体は永久磁石の近傍に設けられたロータコア貫通孔に収容されているので、永久磁石に特別な加工を施さずに、永久磁石近傍から永久磁石を冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態の回転電機の要部平面図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図１Ａ及び図１Ｂに用いられる金属ナトリウム封入体に挟まれた永久磁石の斜視図である。
【図３Ａ】本発明の第２実施形態の回転電機の要部平面図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図３Ａ及び図３Ｂに用いられる金属ナトリウム封入体の斜視図である。
【図５Ａ】本発明の第３実施形態の回転電機の要部平面図である。
【図５Ｂ】図５ＡのＣ−Ｃ線断面図である。
【図６Ａ】本発明の第４実施形態の回転電機の要部平面図である。
【図６Ｂ】図６ＡのＤ−Ｄ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の回転電機のロータの各実施形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【００２２】
＜第１実施形態＞
図１Ａ及び図１Ｂ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、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３０と、を備えるインナーロータ型の回転電機である。
【００２３】
ロータ２０は、不図示の筺体に回転自在に支承される回転軸１１と、回転軸１１の外周面に固定されたロータコア２２と、ロータコア２２に埋め込まれた複数の永久磁石２４と、ロータコア２２の両端面に固定される端面板２７と、を備える、いわゆる永久磁石埋め込み型回転電機（ＩＰＭモータ）のロータである。
【００２４】
ロータコア２２は、複数枚の円形の電磁鋼板４１が積層された鋼板積層体４２から構成される。電磁鋼板４１は、その中央部に回転軸１１が挿通する軸挿通孔４３を有するとともに、その外周部に複数の磁石挿入孔４４が、円周方向に複数形成された略円環形状を有する。磁石挿入孔４４は、３つの磁石挿入孔４４が組となって１つの磁極部４５を構成する。
【００２５】
１つの磁極部４５を構成する３つの磁石挿入孔４４は、中央部に位置する磁石挿入孔４４に対し、両側に位置する２つの磁石挿入孔４４がＶ字形状に外径側に開くように配置される。磁石挿入孔４４は、軸方向に開口し、それぞれ独立したものとなっている。
【００２６】
１つの磁極部４５を構成する３つ磁石挿入孔４４には、磁化方向が同じ永久磁石２４が配置される。周方向で隣り合う磁極部４５には、磁化方向が異なる永久磁石２４が配置されることで、周方向で交互に磁極が反転するようになっている。
【００２７】
図２も参照して、各磁石挿入孔４４には、永久磁石２４とともに永久磁石２４を挟むように金属ナトリウム封入体５０が配置されている。金属ナトリウム封入体５０は、両端部がロータコア２２の両端面に固定される端面板２７に接するように配置される。永久磁石２４及び金属ナトリウム封入体５０は、各磁石挿入孔４４に挿入された状態で磁石挿入孔４４に充填される樹脂等の充填材によって固定されている。なお、永久磁石２４と永久磁石２４を挟む２つの金属ナトリウム封入体５０は予め接着等によりユニット化されていてもよい。
【００２８】
金属ナトリウム封入体５０は、中空状の四角柱状容器に金属ナトリウムを封入した金属ナトリウム封入管であり、例えば内部の容積に対し４０％〜７０％程度の金属ナトリウムが充填されている。金属ナトリウムは、熱伝導率が高く融点が９８℃と高温でも液体で存在する性質を有する。したがって、金属ナトリウム封入体５０中の金属ナトリウムは、常温では固体であるが回転電機１０が発熱して融点に達すると液状化し永久磁石２４及びロータコア２２から受けた熱を端面板２７に放熱する。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態によれば、ロータ２０には金属ナトリウムを封入した金属ナトリウム封入体５０が設けられているので、金属ナトリウムの高い熱伝導特性を利用して永久磁石２４を効率よく冷却することができる。したがって、永久磁石２４の温度上昇を抑制することで永久磁石２４の減磁を抑制し、発熱時に回転電機１０の性能が低下するのを抑制できる。また、永久磁石２４への希土類を添加を不要とすることで、製造コストを抑制できる。さらに、永久磁石２４の減磁による損失を低減でき、回転電機１０の運転点を広げることができる。
【００３０】
また、金属ナトリウム封入体５０はロータ２０の回転軸方向に延びる中空状の金属ナトリウム封入管に金属ナトリウムが封入されているので、ロータ２０の内部まで冷却できる。また、金属ナトリウムを取扱いが容易となり、製造コストを低減できる。
【００３１】
また、金属ナトリウム封入体５０は両端部が一対の端面板２７に接しているので、端面板２７を介して排熱することができ、冷却性能を向上できる。また、端面板２７を利用して金属ナトリウム封入体５０の飛び出しを防止できる。
【００３２】
さらに、金属ナトリウム封入体５０は磁石挿入孔４４に永久磁石２４とともに収容されているので、永久磁石２４を周囲から直接冷却することができる。また、磁石挿入孔４４を利用して金属ナトリウム封入体５０を配置することで、永久磁石２４及びロータコア２２に特別な加工を要せず、製造コストの増加を防止できる。
【００３３】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態の回転電機のロータ１０について図３Ａ〜図４を参照しながら説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成については、同一の符号を付して説明を省略し、相違点についてのみ詳しく説明する。
【００３４】
本実施形態のロータ２０では、図３Ａに示すように、１つの磁極部４５を構成する３つの磁石挿入孔４４の近傍にロータコア２２を回転軸方向に貫通するロータコア貫通孔２３が設けられている。より具体的には、１つの磁極部４５を構成する３つの磁石挿入孔４４のうち、真ん中の磁石挿入孔４４の径方向内側に１つの円形状のロータコア貫通孔２３が穿設されており、両側の磁石挿入孔４４の径方向内側かつ周方向外寄りにそれぞれ１つの円形状のロータコア貫通孔２３が穿設されている。なお、両側の磁石挿入孔４４の径方向内側かつ周方向外寄りのロータコア貫通孔２３は、隣り合う磁極部４５と共有している。
【００３５】
ロータコア貫通孔２３には、それぞれ中空状の円柱状容器に金属ナトリウムを封入した金属ナトリウム封入管である金属ナトリウム封入体５０が配置されている。金属ナトリウム封入体５０は、両端部がロータコア２２の両端面に固定される端面板２７に接するように配置される。
【００３６】
したがって、本実施形態においても、金属ナトリウム封入体５０中の金属ナトリウムは、常温では固体であるが回転電機１０が発熱して融点に達すると液状化し永久磁石２４及びロータコア２２から受けた熱を端面板２７に放熱することで、永久磁石２４の減磁を抑制し、発熱時に回転電機１０の性能が低下するのを抑制できる。
【００３７】
また、本実施形態によれば、金属ナトリウム封入体５０が永久磁石２４の近傍に設けられたロータコア貫通孔２３に収容されているので、永久磁石２４に特別な加工を施さずに、永久磁石２４近傍から永久磁石２４を冷却することができる。
【００３８】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態の回転電機のロータ１０について図５Ａ及び図５Ｂを参照しながら説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成については、同一の符号を付して説明を省略し、相違点についてのみ詳しく説明する。
【００３９】
本実施形態のロータ２０は、不図示の筺体に回転自在に支承される回転軸１１と、回転軸１１の外周面に固定されたロータコア２２と、ロータコア２２の外周面に固定された複数の永久磁石２４と、ロータコア２２の両端面に固定される端面板２７と、を備える、いわゆる永久磁石表面貼付型回転電機（ＳＰＭモータ）のロータである。
【００４０】
ロータコア２２は、複数枚の正方形の電磁鋼板４１が積層された鋼板積層体４２から構成される。電磁鋼板４１は、その中央部に軸挿通孔４３を有するとともに、その外周面にそれぞれ永久磁石２４が貼り付けられている。各永久磁石２４は、磁極部４５を構成し、周方向で隣り合う磁極部４５には、磁化方向が異なる永久磁石２４が配置されることで、周方向で交互に磁極が反転するようになっている。
【００４１】
永久磁石２４には、永久磁石２４を回転軸方向に貫通する磁石貫通孔２５が複数設けられている。より具体的には、１つの磁極部４５を構成する永久磁石２４には、ロータコア２２の外周面に沿うように３つの磁石貫通孔２５が穿設されている。
【００４２】
磁石貫通孔２５には、それぞれ中空状の円柱状容器に金属ナトリウムを封入した金属ナトリウム封入管である金属ナトリウム封入体５０が配置されている。金属ナトリウム封入体５０は、両端部がロータコア２２の両端面に固定される端面板２７に接するように配置される。
【００４３】
したがって、本実施形態においても、金属ナトリウム封入体５０中の金属ナトリウムは、常温では固体であるが回転電機１０が発熱して融点に達すると液状化し永久磁石２４及びロータコア２２から受けた熱を端面板２７に放熱することで、永久磁石２４の減磁を抑制し、発熱時に回転電機１０の性能が低下するのを抑制できる。
【００４４】
また、本実施形態によれば、金属ナトリウム封入体５０は永久磁石２４に設けられた磁石貫通孔２５に収容されているので、永久磁石２４を内部から直接冷却することができる。
【００４５】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態の回転電機のロータについて図６Ａ及び図６Ｂを参照しながら説明する。なお、第３実施形態と同一又は同等の構成については、同一の符号を付して説明を省略し、相違点についてのみ詳しく説明する。
【００４６】
本実施形態のロータ２０では、図６Ａに示すように、１つの磁極部４５を構成する永久磁石２４の近傍にロータコア２２を回転軸方向に貫通するロータコア貫通孔２３が設けられている。より具体的には、１つの磁極部４５を構成する永久磁石２４近傍に、ロータコア２２の外周面に沿うように３つのロータコア貫通孔２３が穿設されている。
【００４７】
ロータコア貫通孔２３には、それぞれ中空状の円柱状容器に金属ナトリウムを封入した金属ナトリウム封入管である金属ナトリウム封入体５０が配置されている。金属ナトリウム封入体５０は、両端部がロータコア２２の両端面に固定される端面板２７に接するように配置される。
【００４８】
したがって、本実施形態においても、金属ナトリウム封入体５０中の金属ナトリウムは、常温では固体であるが回転電機１０が発熱して融点に達すると液状化し永久磁石２４及びロータコア２２から受けた熱を端面板２７に放熱することで、永久磁石２４の減磁を抑制し、発熱時に回転電機１０の性能が低下するのを抑制できる。
【００４９】
また、本実施形態によれば、金属ナトリウム封入体５０が永久磁石２４の近傍に設けられたロータコア貫通孔２３に収容されているので、永久磁石２４に特別な加工を施さずに、永久磁石２４近傍から永久磁石２４を冷却することができる。
【００５０】
尚、本発明は、前述した実施形態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、上記実施形態において金属ナトリウム封入体５０は、四角柱状容器又は円柱状容器に封入されていたが、金属ナトリウムを封入する容器の形状は任意の形状を採用することができる。
また、ロータ２０に設けられる金属ナトリウム封入体５０の数や大きさも適宜選択することができる。
さらに、回転電機１０は、インナーロータ型の回転電機に限らず、アウターロータ型の回転電機であってもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０    回転電機
２０    ロータ
２２    ロータコア
２３    ロータコア貫通孔
２４    永久磁石
２５    磁石貫通孔
２７    端面板
４１    電磁鋼板（鋼板）
４４    磁石挿入孔
５０    金属ナトリウム封入体
【図１Ａ】
2017200266.tif 000003
【図１Ｂ】
2017200266.tif 000004
【図２】
2017200266.tif 000005
【図３Ａ】
2017200266.tif 000006
【図３Ｂ】
2017200266.tif 000007
【図４】
2017200266.tif 000008
【図５Ａ】
2017200266.tif 000009
【図５Ｂ】
2017200266.tif 000010
【図６Ａ】
2017200266.tif 000011
【図６Ｂ】
2017200266.tif 000012