(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機ロータにおいて、
冷却油の経路となる中空部を有するロータシャフトと、
このロータシャフトの中空部と連通し、電動機ロータの径方向に形成された１又は２以上の第１の油路と、
この第１の油路と連通し、前記電動機ロータの円周表面又は表面近傍に回転方向に沿って形成される１又は２以上の第２の油路と、
この第２の油路と連通し、前記電動機ロータの円周表面又は表面近傍に軸方向に沿って、前記電動機ロータの端面近傍まで形成される１又は２以上の第３の油路と、
この第３の油路と連通し、前記電動機ロータの端面近傍に形成される油留め部と、
この油留め部と連通し、前記電動機ロータの端面に形成され、断面が油留め部よりも狭められた形状を有する吹き出し口が形成されているロータコアとを備えたことを特徴とする電動機ロータ。
【請求項２】
ロータの磁極として永久磁石を用いた永久磁石式電動機における電動機ロータにおいて、
ロータコアの表面に溝を形成し、前記永久磁石を前記ロータコアの外周面に嵌着することにより、第２の油路と、第３の油路とを形成するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電動機ロータ。
【請求項３】
上記吹き出し口の形状として、冷却油を噴霧状にして放出するのに適したノズル状等の形状となるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機ロータ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の電動機ロータにおいて、
上記ロータシャフト内の中空部に冷却油を供給し、
上記第１乃至第３の油路を通過することにより電動機ロータの概ね全体を冷却し、
上記吹き出し口より冷却油を噴霧状に吹き出し、
霧状の冷却油をステータ内部に散布することにより、電動機を冷却するようにしたことを特徴とする電動機の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機ロータ、特に、ロータ磁極に永久磁石を用い、高速発電機やダイナモメータ等の永久磁石式同期電動機の電動機ロータに係り、特に、冷却効率の優れた電動機ロータ及び電動機の冷却方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、種々の原因により、電動機が発熱し不具合が生じるのを防止するために、電動機を冷却する様々な冷却方法が開発されている。
【０００３】
例えば、電動機が発熱する例としては、電動機ロータの磁極に永久磁石を用いた永久磁石式同期電動機では、高速回転で運転すると、遠心力による磁石の飛散を防止するために取り付けてあるシュリンクリング及び永久磁石に、駆動時の基本周波数の高周波及びインバータによる時間高周波、スロットリップルによる空間高周波に誘起される渦電流が発生し、熱損失となって発熱することが挙げられる。
【０００４】
一方、電動機を冷却する冷却方法の具体例としては、特開平９−１８２３７４号公報に開示されている。
この冷却方法について、図４を用いて簡単に説明する。
【０００５】
図４は、上記従来の電動機を冷却する方法を示す電動機の要部縦断側面図である。
図４に示す電動機１００では、ロータ１１０の外周に配設された永久磁石１１２は、温度が高くなると熱による不可逆減磁が起きるという問題があり、主として、この不可逆減磁の発生を抑える目的で、電動機１００を冷却する。
【０００６】
この電動機のロータ１１０には、軸方向油路１２２が形成された中空のロータシャフト１２０と、ロータコア１１４を軸方向に貫通する第１、第２の２つの径方向油路１１６ａ、１１６ｂと、この径方向油路１１６ａ、１１６ｂとロータシャフト１２０内の中空部１２２を連結する連絡油路１１８ａ、１１８ｂが形成されている。
なお、同図に示すように、ロータコア１１４及びステータコア１３４は電磁鋼板を多数積層して形成されている。
【０００７】
上記従来の電動機１００の冷却方法は、図示しない冷却油を供給する供給手段から、ロータシャフト１２０内の軸方向油路１２２に冷却油を供給し、図４の矢印に示すように、この軸方向油路１２２から連絡油路１１８ａ、１１８ｂ介して、第１、第２の２つの軸方向油路１１６ａ、１１６ｂを経て、油孔１１９ａ、１１９ｂから、ロータ１１０の遠心力により、ステータ１３０のコイルエンド１３２に吹きかけられ、電動機１００が内側より冷却されるようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の電動機の冷却方法では、軸方向油路は、ロータ中心近傍のみに形成され、ロータ表面の冷却効率が低かった。
また、冷却油をロータの油路に供給するための特殊なポンプ等の冷却油供給手段を必要とし、このため、電動機本体の構成が複雑で、製造コストが増大し、メンテナンスの労力が過大になるなどの不都合があった。
また、油孔から吹きかけられる冷却油の油滴の大きさが大きく、電動機の内部構造の細部まで冷却油が届かずに、冷却斑（むら）が生ずるなどの問題があった。
【０００９】
特に、永久磁石式同期電動機では、電動機本体が過熱すると、シュリンクリング及び永久磁石での熱損が増大するなどの種々の弊害が現れ、電動機ロータのみならず電動機全体を斑なく冷却する効率の良い冷却方法が不可欠である。
【００１０】
本発明は、上記課題（問題点）を解決し、簡単な構造で、冷却効率の優れた電動機ロータ及び電動機の冷却方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動機ロータでは、上記課題を解決するために、請求項１に記載のものでは、電動機ロータにおいて、冷却油の経路となる中空部を有するロータシャフトと、このロータシャフトの中空部と連通し、電動機ロータの径方向に形成された１又は２以上の第１の油路と、この第１の油路と連通し、前記電動機ロータの円周表面又は表面近傍に回転方向に沿って形成される１又は２以上の第２の油路と、この第２の油路と連通し、前記電動機ロータの円周表面又は表面近傍に軸方向に沿って、前記電動機ロータの端面近傍まで形成される１又は２以上の第３の油路と、この第３の油路と連通し、前記電動機ロータの端面近傍に形成される油留め部と、この油留め部と連通し、前記電動機ロータの端面に形成され、断面が油留め部よりも狭められた形状を有する吹き出し口が形成されているロータコアとを備えた構成とした。
【００１２】
このように構成すると、概ね電動機ロータの全体の冷却が効率よく行われるようになる。
また、電動機ロータの高速回転による遠心力と、冷却油が吹き出し口から空気との摩擦により引き出される作用とにより、ポンプ等の特殊な冷却油供給手段を必要とせず、電動機の構造を簡単なものとすることができる。
【００１３】
請求項２に記載の電動機ロータでは、ロータの磁極として永久磁石を用いた永久磁石式電動機における電動機ロータにおいて、ロータコアの表面に溝を形成し、前記永久磁石を前記ロータコアの外周面に嵌着することにより、第２の油路と、第３の油路とを形成するように構成した。
【００１４】
このような構成とすると、永久磁石式電動機においても、冷却の効率化、第２、第３の油路の形成加工の容易化を図ることが可能となる。
【００１５】
請求項３に記載の電動機ロータでは、上記吹き出し口の形状として、ノズル状等の冷却油を噴霧状にして放出するのに適した形状となるように構成した。
【００１６】
このような構成とすると、冷却油が効率よくミスト状になるため、ステータ細部にまで冷却油が浸透し、冷却効率を一層高めることができる。
【００１７】
請求項４に記載の電動機の冷却方法では、請求項１乃至３のいずれかに記載の電動機ロータにおいて、上記ロータシャフト内の中空部に冷却油を供給し、上記第１乃至第３の油路を通過することにより電動機ロータの概ね全体を冷却し、上記吹き出し口より冷却油を噴霧状に吹き出し、霧状の冷却油をステータ内部に散布することにより、電動機を冷却するように構成した。
【００１８】
本発明の電動機のロータを用いて電動機を冷却する場合は、具体的にはこのようにすると、効率の良い冷却方法とすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の電動機ロータについて、図１乃至図３を用いて説明する。
図１は、本発明の電動機ロータ１０を用いる電動機８０の一実施の形態の主要構成を示す側面図である。
また、図２は、図１に示す本発明の電動機ロータ１０の正面図である。
図３は図１にＡで示した部分を拡大した要部側面図である。
【００２０】
なお、本実施の形態に示す電動機ロータは、電動機としては、電動機ロータの磁極として永久磁石を用いたタイプである、永久磁石式同期電動機（以下簡単に「電動機」という。）に用いられるもので説明を行うものとする。
【００２１】
先ず、図１に示すように、電動機８０は、その主要構成として、ステータ７０と本発明の電動機ロータ１０を備えている。
また、電動機ロータ１０は、ロータシャフト３０とロータコア１２と、このロータコア１２の外周面に嵌着され、電動機ロータ１０の磁極となる永久磁石１４より構成される。
なお、図１において、７２は、ステータ７０を励磁するコイルのコイルエンド、２０はシュリンクリングである。
【００２２】
次に、本発明の電動機ロータ１０の構造について詳述する。
上述したように、電動機ロータ１０は、ロータシャフト３０とロータコア１２を備えているが、ロータシャフト３０は、図示しない冷却油供給手段から供給される冷却油の経路となる中空部３０ａが形成されている。
【００２３】
また、電動機ロータ１０のロータコア１２では、ロータシャフト３０の中空部３０ａと連通した２つの第１の油路４０が、図１に示すように電動機ロータ１０の径方向に形成されている。
【００２４】
更に、ロータコア１２の表面には、この第１の油路４０と連通した溝が回転方向に沿って形成され、永久磁石１４をロータコア１２に嵌着することにより第２の油路５０を構成する。
なお、図１には２つの第２の油路５０が形成されたものが示されている。
【００２５】
また同様に、この第２の油路５０と連通した溝が軸方向に沿ってロータコア１２の側面近傍まで形成され、永久磁石１４をロータコア１２に嵌着することにより第３の油路６０を構成する。
なお、図１、図２には、８つの第３の油路６０が形成されたものが示されている。
このように、ロータコア１２の表面に溝を形成し、永久磁石１４を嵌着して第２、第３の油路５０、６０を形成するようにすると、ロータコア１２の油路５０、６０の形成加工が容易になる。
【００２６】
一方、図２及び図３の要部拡大図に示すように、電動機ロータ１０の端面近傍には、第３の油路６０と連通した油留め部６２が、ロータコア１２の外周面近傍に沿ってリング状に形成され、電動機ロータの端面にはこの油留め部６２と連通し、断面が油留め部よりも狭められた形状を有する吹き出し口６４が、同様にロータコア１２の外周面近傍に沿ってリング状に形成されている。
このように、油留め部６２及び吹き出し口６４を、ロータコア１２の端面或いはその近傍にリング状に形成すると、これらの形成加工を容易にすることができる。
【００２７】
以上の構成で、本発明の電動機ロータ１０の基本動作及び電動機８０の冷却方法について図１乃至図３を用いて説明する。
【００２８】
先ず、上述したように、冷却油供給手段（図示せず）とロータシャフト３０の中空部３０ａが連通されており、冷却油が必要に応じて供給されてくる。
ロータシャフト３０の中空部３０ａに供給された冷却油は、この中空部３０ａと連通し、ロータコア１２に径方向に形成された２つの第１の油路４０に順次供給される。
【００２９】
このとき、冷却油がロータシャフト３０の中空部３０ａ及び２つの第１の油路４０を通過することにより、ロータコア１２は内側より冷却される。
また、電動機ロータ１０が高速回転することにより、冷却油はポンプ等の特別な供給手段を用いなくても遠心力で自動的にロータコア１２表面近傍まで搬送される。
【００３０】
次に、冷却油は、ロータコア１２の表面に形成され、この第１の油路４０と連通した２つの第２の油路５０、及び、この第２の油路５０と連通した８つの第３の油路６０を通過することにより、ロータコア１２を表面から冷却する。
【００３１】
以上のように、冷却油がロータシャフト３０の中空部３０ａ及び第１乃至第３の油路を通過することにより電動機ロータ１０は概ね全体が冷却される。
【００３２】
また、図３に示すように、ロータコア１２の両端面近傍には、油留め部６２が用意されており、第１乃至第３の油路４０、５０、６０を経由した冷却油は一旦この油留め部６２に集められる。
これにより、吹き出し口６４から吹き出される際の吹き出し斑が生じるのを防止する。
【００３３】
更に、図２及び図３に示すように、ロータコア１２の両端面には、油留め部６２に連通した吹き出し口６４が設けられいる。電動機ロータ１０が高速回転することにより吹き出し口６４近辺に滞留した冷却油は空気との摩擦によって引き出されるが、この吹き出し口６４の断面は、油留め部６２の断面より狭まっており、引き出される際にミスト状に噴霧されるのに好適な形状となっている。
【００３４】
このように、ロータコア１２の端面に吹き出し口６４を設けることにより、冷却油を効率よく吹き出すことが可能になり、一方、冷却油がミスト状に噴霧されることにより、電動機８０の内部、例えば図１に示すステータコア７４の細部まで冷却油が浸入しやすくなり、電動機８０の冷却効率を高めることができるので、電動機１０が過熱することにより生じる種々の不都合を解決することが可能となる。
【００３５】
また、電動機ロータ１０の回転による遠心力や、空気との摩擦による冷却油の吹き出し作用を利用することができるので、電動機ロータ１０内を強制的に巡回させるポンプ等の特別な冷却油の供給手段を必要としないので、電動機８０本体の構造を簡単にすることができ、製造コストを抑えることができると共にメンテナンスの労力が軽減できる。
【００３６】
本発明の電動機ロータは上記実施の形態に限定されず種々の変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、第２、第３の油路をローターコアの表面に溝を形成し、永久磁石をローターコアの外周面に嵌着することにより形成する構成で説明したが、ロータコア表面近傍に貫通孔を形成して油路を形成するようにしても良い。
【００３７】
また、上記実施の形態では、吹き出し口の形状としては、ロータコア端面にリング状に形成したもので説明したが、電動機ロータの回転速度によっては、例えば、この吹き出し口をノズル状にして噴霧効率を一層高めるようにしてもよいのは勿論のことである。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の電動機ロータ及び電動機の冷却方法は上述のように構成したために、以下のような優れた効果を有する。
（１）請求項１に記載したように構成すると、概ね電動機ロータの全体の冷却が効率よく行われるようになる。
（２）また、電動機ロータの高速回転による遠心力と、冷却油が吹き出し口から空気との摩擦により引き出される作用とにより、ポンプ等の特殊な冷却油供給手段を必要とせず、電動機の構造を簡単なものとすることができる。
【００３９】
（３）請求項２に記載したように構成すると、永久磁石式電動機においても、冷却の効率化、第２、第３の油路の形成加工の容易化を図ることが可能となる。
【００４０】
（４）請求項３に記載したように吹き出し口の形状として、ノズル状等の冷却油を噴霧状にして放出するのに適した形状となるようにすると、冷却油が効率よくミスト状になるため、ステータ細部にまで冷却油が浸透し、冷却効率を一層高めることができる。
【００４１】
（５）請求項４に記載の電動機の冷却方法とすると、効率の良い冷却方法とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電動機ロータを用いた電動機の一実施の形態を示す側面図である。
【図２】本発明の電動機ロータの一実施の形態を示す正面図である。
【図３】図１の要部拡大側面図である。
【図４】従来の電動機の構成を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
１０：電動機ロータ
１２：ロータコア
３０：ロータシャフト
３０ａ：ロータシャフト中空部
４０：第１の油路
５０：第２の油路
６０：第３の油路
６２：油留め部
６４：吹き出し口
８０：電動機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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