(57)【要約】【課題】電磁鋼板の隙間から冷媒が漏れるのを防止することで、ロータコアに埋設された永久磁石の冷却性能を十分に確保し、回転電機の性能劣化を抑制する。【解決手段】ロータ７は、ロータ回転軸３と、ロータ回転軸３に固定された積層鋼板を有し、この積層鋼板をロータ回転軸３の軸方向に貫通させて複数の磁石収容孔１７が設けられたロータコア１１と、各磁石収容孔１７内に収容された複数の永久磁石５と、を含んで構成されている。ここで、磁石収容孔１７は、永久磁石５の占有部よりも拡張させて設けられた冷媒の通路部１８を有し、この通路部１８の内壁が樹脂材により被覆されている。【選択図】図３
2009303293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ回転軸と、
前記ロータ回転軸に固定された積層鋼板を有し、この積層鋼板を前記ロータ回転軸の軸方向に貫通させて複数の磁石収容孔が設けられたロータコアと、
前記各磁石収容孔内に収容された複数の永久磁石と、
を含んで構成され、
前記磁石収容孔は、前記永久磁石の占有部よりも拡張させて設けられた冷媒の通路部を有し、この通路部の内壁が樹脂材により被覆された回転電機のロータ。
【請求項２】
前記通路部の内壁が、その全周に亘って前記樹脂材により被覆された請求項１に記載の回転電機のロータ。
【請求項３】
前記通路部の内壁の一部で前記樹脂材が欠如して、前記永久磁石が前記通路部内に露出する請求項１に記載の回転電機のロータ。
【請求項４】
前記ロータコアの周方向に並べて配置された複数の永久磁石により１つの極が形成され、
前記通路部は、前記１つの極を形成する永久磁石に挟まれた、前記ロータコアの内側ブリッジ部に形成された請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の回転電機のロータ。
【請求項５】
前記通路部は、前記永久磁石と前記ロータコアの外周との間の前記ロータコアの外側ブリッジ部に形成された請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の回転電機のロータ。
【請求項６】
前記通路部の内壁を被覆する樹脂材である第１の樹脂材と一体に、前記永久磁石が収容された磁石収容孔の隙間に第２の樹脂材が充填され、
前記永久磁石は、前記第２の樹脂材により前記磁石収容孔内に固定された請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の回転電機のロータ。
【請求項７】
前記第１及び第２の樹脂材は、前記通路部に棒状の型を挿入し、前記磁石収容孔の隙間及び前記通路部に樹脂材を鋳込み、樹脂材の硬化後に前記型を抜くことにより形成された請求項６に記載の回転電機のロータ。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載のロータと、
前記ロータの外周側に配置されたステータと、
を含んで構成された回転電機。
【請求項９】
ロータ回転軸と、
前記ロータ回転軸に固定された積層鋼板を有し、この積層鋼板を前記ロータ回転軸の軸方向に貫通させて複数の磁石収容孔が設けられたロータコアと、
前記各磁石収容孔内に収容された複数の永久磁石と、
前記磁石収容孔に樹脂材が充填されて構成され、前記永久磁石を前記磁石収容孔内に固定する樹脂部と、
を含んで構成され、
前記磁石収容孔は、前記永久磁石の占有部と、この占有部よりも拡張させて設けられた冷媒の通路部と、を有し、
前記通路部において、前記樹脂部を前記軸方向に貫通させて冷媒通路が形成された回転電機のロータ。
【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、特に、ロータコアに永久磁石を埋設した永久磁石埋設型ロータにおいて、永久磁石及びその周辺を冷却する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機では、ロータに備えられた永久磁石が、ロータの回転時に発熱し、昇温する。この昇温が過剰となれば、永久磁石が不可逆減磁を生じるなどして、回転電機は出力の低下など性能の劣化を招く懸念がある。
【０００３】
ここで、特許文献１には、永久磁石埋設型ロータにおいて、永久磁石が収容されるスロット内に、ロータ回転軸の軸方向に延びる冷媒通路を設け、冷媒により永久磁石を冷却し、永久磁石の昇温を抑える技術が記載されている。また、特許文献１に記載のロータは、ロータコアが、電磁鋼板をロータ回転軸の軸方向に積層した積層鋼板によって構成されている。
【特許文献１】特開２００６−６７７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のものでは、隣接する電磁鋼板の隙間から冷媒通路内の冷媒が漏れ易い。このため、永久磁石の冷却に寄与する冷媒の量が減少して、永久磁石の過剰な昇温を抑えることができず、回転電機の性能の劣化を招く。
【０００５】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、電磁鋼板の隙間から冷媒が漏洩するのを防止することで、永久磁石及びその周辺のロータコア部分の冷却性能を十分に確保し、回転電機の性能劣化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため、本発明では、ロータ回転軸に固定された積層鋼板を有するロータコアに、この積層鋼板をロータ回転軸の軸方向に貫通する複数の磁石収容孔を設け、各磁石収容孔内に永久磁石を収容する。ここで、磁石収容孔は、永久磁石の占有部よりも拡張させて設けられた冷媒の通路部を有し、この通路部の内壁を樹脂材により被覆する。
【発明の効果】
【０００７】
以上の構成によって、前記通路部を流れる冷媒により、永久磁石及びその周辺が冷却される。ここで、前記通路部の内壁を被覆する樹脂材により、積層鋼板を構成する電磁鋼板の隙間からの冷媒の漏洩が防止され、永久磁石の冷却に寄与する冷媒の量を十分に確保し、永久磁石を効率よく冷却することができる。したがって、永久磁石の過剰な昇温による不可逆減磁を防止し、回転電機の性能劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明の第１実施形態について説明する。
【０００９】
図１は、本実施形態に係る回転電機としてのモータジェネレータ１を示す。
【００１０】
モータジェネレータ１は、電動機または発電機としての機能を有し、図示しない内燃機関と共にハイブリッド車両の駆動源を構成する。電動機としてのモータジェネレータ１から出力された動力は、図示しない車輪に回転力として伝達されて、車両を走行させる。一方、車両の回生制動時には、車輪からの回転力により、モータジェネレータ１が発電機として駆動され、発電された電力は、図示しないインバータを介してバッテリに蓄えられる。
【００１１】
図２は、図１のロータを詳細に示し、図３は、図２のＡ−Ａ断面を示す。
【００１２】
ロータ７は、モータジェネレータ１のハウジング２内に、ステータ９と共に格納されている。ロータ７は、ハウジング２に軸受されるロータ回転軸３と、ロータ回転軸３に同軸状態で固定されるロータコア１１と、ロータ回転軸３に固定されてロータコア１１をロータ回転軸３の軸方向（以下、軸方向とする）両側から挟む非磁性体のエンドプレート２１，２３と、を含んで構成されている。
【００１３】
ロータコア１１は、鉄または鉄合金など磁性体の電磁鋼板１１ａを軸方向に積層させた積層鋼板によって構成され、ロータコア１１の内周面に設けられたキー１３と、ロータ回転軸３の外周面に設けられたキー溝１５と、を係合させて、ロータ回転軸３に固定されている。
【００１４】
ロータコア１１は、軸方向に貫通させて形成された磁石収容孔１７を、周方向に複数備えており、各磁石収容孔１７には永久磁石５が収容されている。本実施形態では、隣り合う２個の永久磁石５，５（永久磁石群６）により、ロータ７の１つの極が形成されている。このようにして、ロータ７には、合計１６個の永久磁石５により、８つの極が形成されている。また、１つの極を形成する永久磁石５を収容する各磁石収容孔１７，１７同士が、軸方向と交差（ここでは直交）する面内でロータコア１１の径方向に対して対称的に傾斜してロータ回転軸３に向かって凸となる略Ｖ字状に形成されている。これにより、永久磁石５の磁気損失が低減されている。ただし、磁石収容孔１７は、このような形状に限定されるものではなく、軸方向と交差する面内で、幅方向をロータコア１１の径方向に対して垂直に形成したものにも本発明を適用できる。
【００１５】
図４は、図３のロータにおける永久磁石周辺の拡大図である。
【００１６】
永久磁石５は、磁石収容孔１７の内壁と永久磁石５との間（隙間）にエポキシ系などの樹脂材（第２の樹脂材）を充填してモールドすることにより、磁石収容孔１７内に固定されている。さらに、本実施形態では、磁石収容孔１７を軸方向と交差（直交）する面内で永久磁石５の占有部よりも拡張させて、冷媒の通路部１８が形成されている。そして、この通路部１８の内壁のうち、少なくとも前記積層鋼板により形成される部分が、樹脂材（第１の樹脂材）により被覆されている。本実施形態では、通路部１８の内壁が、その全周に亘って樹脂材により被覆されている。これにより、通路部１８には、ロータコア１１の軸方向の全長に亘って、内壁の全周が樹脂材で形成された冷媒通路２５が設けられている。換言すれば、磁石収容孔１７内における通路部１８に充填された樹脂材（第１の樹脂材）と、その他の隙間に充填された樹脂材（第２の樹脂材）と、により樹脂部１９が形成され、通路部１８内の樹脂部１９を軸方向に貫通させて、冷媒通路２５が形成されている。この冷媒通路２５は、永久磁石５と、その周辺のロータコア１１部分と、を冷却するためのものである。
【００１７】
冷媒通路２５は、具体的には、磁石収容孔１７に永久磁石５を収容すると共に円柱状など棒状の型を通路部１８内に挿入した状態で、磁石収容孔１７の通路部１８及びその他の隙間に樹脂材を充填し、樹脂材の硬化後、前記型を抜き出して形成することができる。したがって、樹脂材のモールド工程で、冷媒通路２５をも同時に形成することができる。ここにおいて、前記型を例えば先細に構成し、通路部１８に対して先細の先端から挿入すると共に、前記型の通路部１８からの抜き出しを前記型の後端から行うことで、容易に冷媒通路２５を形成することができる。或いは、前記型に代えて、非磁性体からなる中空のパイプ部材を通路部１８内に挿入した状態で、磁石収容孔１７の通路部１８（該パイプ部材の外側）及びその他の隙間に樹脂材を充填してもよい。このようにすれば、樹脂材の硬化後に該パイプ部材の抜き出しを行わなくとも、該パイプ部材の内部に冷媒通路が形成され、工数を低減できる。
【００１８】
以下、冷媒通路２５に冷媒（例えばトルクコンバータの作動油）を導く構成について、図２を参照して説明する。
【００１９】
本実施形態では、ロータ回転軸３を中空軸部材で形成し、ロータ回転軸３の内部を冷媒導入路２９としている。ロータ回転軸３の各エンドプレート２１，２３に接する部分には、径方向に貫通する冷媒流出孔３７，３９が形成されている。各エンドプレート２１，２３のロータコア１１との接合面において、冷媒流出孔３７，３９の冷媒出口に面する部分に環状溝４１，４３が設けられ、各環状溝４１，４３から放射状に伸びる複数の冷媒分配路３１，３２が設けられている。ここで、複数の冷媒通路２５が周方向に１つおきに、エンドプレート２１側の冷媒分配路３１と、エンドプレート２３側の冷媒分配路３２と、に交互に連通するように、冷媒分配路３１，３２が配設されている。また、各エンドプレート２１，２３には、各冷媒通路２５の冷媒分配路３１，３２と連通する開口端とは反対側の開口端に面する部分を軸方向に貫通させて、冷媒排出孔４５，４７が形成されている。
【００２０】
以下、上記構成における冷媒の流れを説明する。
【００２１】
内燃機関により駆動されるポンプ（図示せず）によって圧送された冷媒は、ロータ回転軸３内の冷媒導入路２９に導かれた後、両側の冷媒流出孔３７，３９から流出して環状溝４１，４３に至り、冷媒分配路３１，３２を介して、各冷媒通路２５に導かれる。
【００２２】
そして、冷媒は、各冷媒通路２５を流れる間に、近接する永久磁石５とその周辺のロータコア１１を冷却した後、エンドプレート２１，２３の冷媒排出孔４５，４７から排出され、ロータ７の外周側に飛散し、ステータ９のコイルエンド９ａを冷却する。
【００２３】
以上のように、冷媒通路２５を、通路部１８の内壁のうち前記積層鋼板により形成される部分を樹脂材により被覆して形成することで、隣り合う電磁鋼板１１ａの隙間（積層鋼板の隙間）が樹脂材により塞がれる。これにより、隣り合う電磁鋼板１１ａの隙間から冷媒通路２５内の冷媒が漏れるのが防止され、永久磁石の冷却に寄与する冷媒の量を、十分に確保することができる。この結果、永久磁石５の過剰な昇温を冷却により防止し、永久磁石５の不可逆減磁を確実に回避し、モータジェネレータ１の出力低下など性能劣化を防止することができる。また、冷媒の漏れ分を前記ポンプの出力の増大により補う必要もないことから、前記内燃機関の燃費の悪化を抑制することができる。
【００２４】
さらに、隣り合う電磁鋼板１１ａの間から漏れた冷媒がロータ７とステータ９との間のエアギャップに溜まるのを回避することによって、ロータ７の回転抵抗の増大を防止し、モータジェネレータ１の出力の損失を低減することができる。
【００２５】
また、本実施形態では、１つの極を形成する永久磁石５を収容する各磁石収容孔１７の各通路部１８が、ロータコア１１の内側ブリッジ部２７に形成されている。ロータコア１１の内側ブリッジ部とは、１つの極を形成する各永久磁石の間の部分であって、これら永久磁石の漏れ磁束を低減する目的で狭小に形成された部分を意味する。この内側ブリッジ部２７は、狭小に形成されているため、ロータ７の回転時に遠心力による応力が集中しやすいほか、熱応力が増大しやすくなっている。ここで、内側ブリッジ部２７は、冷媒通路２５を流れる冷媒の冷却効果によって昇温が抑えられるため、熱応力を緩和できる分だけ耐久性を確保することができる。
【００２６】
さらに、本実施形態では、上述の冷媒通路２５を通って冷媒排出孔４５，４７から流出した冷媒は、ロータ７の回転により生じる遠心力によって、ロータコア１１の外周側に配設されたステータ９のコイルエンド９ａへ向けて飛散し、コイルエンド９ａを冷却する。したがって、隣り合う電磁鋼板１１ａの間から冷媒が漏れるのが防止されることで、冷媒排出孔４５，４７から排出される冷媒の量、即ち、ステータ９のコイルエンド９ａへ向けて飛散する冷媒の量も十分に確保されるため、コイルエンド９ａの冷却性能も十分に確保することができる。また、各冷媒通路２５の冷媒の流れ方向を、周方向に１つおきに逆向きとした構成により、各永久磁石５を均等に冷却することができると共に、軸方向両側のコイルエンド９ａをも均等に冷却することができる。
【００２７】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。通路部１８以外の構成については、前記第１実施形態と同様である。
【００２８】
本実施形態では、図５に示すように、通路部１８が、永久磁石５とロータコア１１の外周との間のロータコア１１の外側ブリッジ部３３に形成されている。ロータコア１１の外側ブリッジ部３３とは、永久磁石とロータコア１１の外周との間の部分であって、永久磁石の漏れ磁束を低減する目的で狭小に形成された部分を意味する。この外側ブリッジ部３３は、狭小に形成されているため、ロータ７の回転時に遠心力による応力が集中しやすいほか、熱応力が増大しやすくなっている。ここで、外側ブリッジ部３３は、冷媒通路２５を流れる冷媒の冷却効果によって昇温が抑えられるため、熱応力を緩和できる分だけ耐久性を確保することができる。さらに、以上のように各外側ブリッジ部３３の冷却性能を高めて耐久性を向上することで、外側ブリッジ部３３をより狭小にして、外側ブリッジ部３３における漏れ磁束をより低減し、一層モータジェネレータ１の出力性能の向上を図ることもできる。
【００２９】
本発明は、上記実施形態に限らず、以下のような変形例としてもよい。
【００３０】
まず、図６に示すように、通路部１８の内壁の一部で樹脂材を欠如させて、冷媒通路２５に対して永久磁石５を露出させ、冷媒通路２５内を流れる冷媒が永久磁石５と直接接するようにしてもよい。これにより、冷媒通路２５内を流れる冷媒は、永久磁石５から直接吸熱が可能となり、永久磁石５の冷却性能をより向上することができる。
【００３１】
また、磁石収容孔１７へ永久磁石５を固定するには、磁石収容孔１７の内壁により永久磁石５を挟持して固定してもよい。この場合、樹脂材は、通路部１８へのみ鋳込まれる。
【００３２】
また、図７に示すように、図示左右方向について冷媒導入路２９の左側端部の位置を冷媒流出孔３７の位置とし、前記第１実施形態における冷媒分配路３２、冷媒流出孔３９及び環状溝４１，４３を省略し、冷媒分配路３１を円盤状の空洞に形成し、冷媒排出孔４５を冷媒分配路３１と連通させることで、簡易な構成とすることもできる。ここにおいて、各冷媒通路２５では、冷媒は図示右側から左側へ向けて流れる。また、冷媒排出孔４５は、冷媒分配路３１と連通していれば、必ずしも各冷媒通路２５に対して同軸上の位置に形成されていなくてもよい。
【００３３】
次に、モータジェネレータ１は、ハイブリッド車両に限定されず、燃料電池車又は電気自動車など電動車両に搭載されてもよい。
【００３４】
また、本発明に係る冷媒は、トルクコンバータの作動油に限定されるものではなく、他の冷媒としてもよい。
【００３５】
さらに、本発明は、モータジェネレータに限定されて適用されるものではなく、モータ又はジェネレータの単独の機能を有するものに適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る回転電機を示す図
【図２】図１のロータを詳細に示す図
【図３】図２のＡ−Ａ断面図
【図４】図３のロータにおける永久磁石周辺の拡大図
【図５】本発明の第２実施形態を示す図
【図６】上述の実施形態の変形例を示す図
【図７】上述の実施形態の変形例を示す図
【符号の説明】
【００３７】
１      モータジェネレータ（回転電機）
３      ロータ回転軸
５      永久磁石
７      ロータ
１１    ロータコア
１１ａ  電磁鋼板
１７    磁石収容孔
１８    通路部
１９    樹脂部
２５    冷媒通路
２７    内側ブリッジ部
３３    外側ブリッジ部
【図１】
2009303293.tif 000003
【図２】
2009303293.tif 000004
【図３】
2009303293.tif 000005
【図４】
2009303293.tif 000006
【図５】
2009303293.tif 000007
【図６】
2009303293.tif 000008
【図７】
2009303293.tif 000009