DE102016210211A1

DE102016210211A1 - Rotor von rotierender elektrischer maschine

Info

Publication number: DE102016210211A1
Application number: DE102016210211.7A
Authority: DE
Inventors: Toshinori OKOCHI
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-06-16
Filing date: 2016-06-09
Publication date: 2016-12-22
Anticipated expiration: 2036-06-10
Also published as: CN106257801B; DE102016210211B4; JP2017005961A; US10199893B2; CN106257801A; US20160372983A1; JP6194926B2

Abstract

Ein Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine, der von einer sich drehenden Welle gestützt wird, enthält einen Rotorkern und einen Permanentmagnet, der in den Rotorkern eingebettet ist. Mindestens eine kerninterne Kühlmittelpassage, die ein Kühlmittel, das von einer welleninternen Kühlmittelpassage zugeführt wird, die innerhalb der sich drehenden Welle ausgebildet ist, zu einem Außenumfangsende des Rotorkerns führt und das zugeführte Kühlmittel in eine Lücke zwischen dem Rotorkern und einem Stator auslässt, ist in dem Rotorkern ausgebildet. Die mindestens eine kerninterne Kühlmittelpassage enthält eine zentrale Kühlmittelpassage, ein Paar innenumfangsseitige Kühlmittelpassagen und eine außenumfangsseitige Kühlmittelpassage, die mit der Lücke kommuniziert. Ein radial außenseitiger Endabschnitt der zentralen Kühlmittelpassage weist eine Neigung auf, die sich in Richtung einer radialen Außenseite näher zu einer axialen Mitte erstreckt.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine, der einen Rotorkern und Permanentmagnete, die in der Nähe eines Außenumfangs des Rotorkerns eingebettet sind, enthält.
2. Stand der Technik
In einer rotierenden elektrischen Synchron-Maschine mit Permanentmagnet, bei der Permanentmagnete innerhalb eines Rotorkerns eingebettet sind, verringert sich, wenn sich eine Temperatur eines Rotors erhöht, wenn die rotierende elektrische Maschine angetrieben wird, nicht nur die magnetische Leistungsfähigkeit, die zu einer Verringerung des Drehmomentes und der Effizienz führt, sondern die Permanentmagnete werden auch entmagnetisiert, wenn die Temperatur hoch wird. Wenn Magnete, die eine hohe Koerzitivkraft aufweisen, verwendet werden, kann das Problem der Entmagnetisierung vermieden werden, aber in diesem Fall muss der Prozentanteil von schweren seltenen Erden erhöht werden, was zu einer Erhöhung der Kosten führt.
Daher werden im Stand der Technik verschiedene Aufbauten für eine Kühlung einer rotierenden elektrischen Maschine vorgeschlagen. Die JP 2008-228522 A beschreibt beispielsweise eine Technologie, die einen Rotor durch Auslassen von Öl, das von einer Ölzufuhrpassage zugeführt wird, die innerhalb einer sich drehenden Welle ausgebildet ist, über mehrere Kühlölpassagen, die innerhalb eines Rotorkerns ausgebildet sind, kühlt. In der JP 2008-228522 A wird beispielsweise eine Kühlölpassage, die sich auf einer q-Achse der rotierenden elektrischen Maschine erstreckt, durch Ausbilden von Schlitzen, die sich auf der q-Achse erstrecken, ausgebildet, wobei diese in einem Abstand in der radialen Richtung versetzt sind, und wobei diese in jeweiligen Magnetstahlblechen, die aufeinander folgend in der axialen Richtung aufgereiht bzw. gestapelt sind, ausgebildet sind.
Außerdem beschreibt die JP 2006-067777 A eine Technologie, die einen Rotor durch Auslasen von Öl, das von einer Ölzufuhrpassage zugeführt wird, die innerhalb einer sich drehenden Welle ausgebildet ist, über mehrere Kühlölpassagen, die innerhalb eines Rotorkerns ausgebildet sind, kühlt. In der JP 2006-067777 A erstrecken sich die Kühlölpassagen auf einer d-Achse einer rotierenden elektrischen Maschine. In der JP 2006-067777 A sind mehrere Ölpassagen, die sich in der radialen Richtung erstrecken, in der axialen Richtung aufgereiht.
Die JP 2012-223075 A beschreibt eine Technologie, bei der ein Durchgangsloch, das sich in einer axialen Richtung erstreckt, in einem Rotorkern ausgebildet ist, und Kühlöl von einem Ende dem anderen Ende des Durchgangslochs zugeführt wird. In der JP 2012-223075 A ist das Durchgangsloch derart ausgebildet, dass ein Abstand zwischen dem Durchgangsloch und einer Außenumfangsfläche des Rotorkerns auf der Seite des anderen Endes kleiner ist (Stromabseite eines Ölfließpfades) als auf der Seite des einen Endes (der Stromaufseite des Ölfließpfades).
Mit der Technologie, die in der JP 2008-228522 A beschrieben ist, gibt es jedoch keine Ölpassage, die sich in der axialen Richtung erstreckt, so dass das Kühlen in der axialen Richtung ungleichmäßig erfolgt und demzufolge der Rotor nicht effizient gekühlt werden kann. In der JP 2006-067777 A sind mehrere Ölpassagen, die sich in der radialen Richtung erstrecken, in der axialen Richtung aufgereiht, so dass eine Verbesserung hinsichtlich der Ungleichmäßigkeit des Kühlens im Vergleich zu der JP 2008-228522 A erzielt werden kann. In der JP 2006-067777 A gibt es jedoch ebenfalls keine Ölpassage, die sich in der axialen Richtung erstreckt, so dass die Ungleichmäßigkeit des Kühlens in der axialen Richtung nicht wirksam verringert werden kann. Außerdem wird in der JP 2006-067777 A Öl von mehreren Auslasskanälen, die in der axialen Richtung aufgereiht sind, in eine Lücke ausgelassen, die ein Raum zwischen dem Rotor und dem Stator ist. Hier wird das Öl, das in die Lücke ausgelassen wird, von beiden axialen Enden (das heißt beiden Enden in der axialen Richtung) der Lücke ausgelassen. In der JP 2006-067777 A beeinflusst jedoch Öl, das aus einem der Auslasskanäle ausgelassen wird, Öl, das aus einem Auslasskanal an einer anderen axialen Position ausgelassen wird, wenn es zu dem axialen Endabschnitt der Lücke fortschreitet. In diesem Fall verbleibt das Kühlmittel eine längere Zeit in der Lücke, ohne den axialen Endabschnitt der Lücke zu erreichen. Diese Ansammlung von Öl führt zu einer Erhöhung der Schleppverluste.
Bei der Technologie, die in der JP 2012-223075 A beschrieben ist, fließt Öl durch das Durchgangsloch, das sich in der axialen Richtung erstreckt, so dass der Rotor in der axialen Richtung vollständig gekühlt werden kann. In der JP 2012-223075 A wird jedoch Öl von beiden axialen Enden des Rotors zu dem Wicklungsende des Stators ausgelassen. Mit anderen Worten, in der JP 2012-223075 A wird kein Öl einer Lücke zugeführt. Als Ergebnis kann, auch wenn die Wicklung des Stators gekühlt werden kann, die Außenumfangsfläche des Rotors nicht ausreichend gekühlt werden. Das heißt, es ist keine betreffende Struktur in der Lage, den gesamten Rotor effizient zu kühlen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung schafft einen Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine, wobei der gesamte Rotor in der Lage ist, effizient gekühlt zu werden.
Ein Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine, der von einer sich drehenden Welle gestützt wird und einen Rotorkern und einen Permanentmagnet, der in den Rotorkern eingebettet ist, enthält. Mindestens eine kerninterne Kühlmittelpassage, die ein Kühlmittel, das von einer welleninternen Kühlmittelpassage zugeführt wird, die innerhalb der sich drehenden Welle ausgebildet ist, zu einem Außenumfangsende des Rotorkerns führt und das zugeführte Kühlmittel in eine Lücke zwischen dem Rotorkern und einem Stator auslässt, ist in dem Rotorkern ausgebildet. Die mindestens eine kerninterne Kühlmittelpassage enthält eine zentrale Kühlmittelpassage, die sich in einer axialen Richtung an einer Position weiter in Richtung einer Innenumfangsseite als der Permanentmagnet erstreckt, ein Paar innenumfangsseitige Kühlmittelpassagen, die in der Nähe beider Enden in der axialen Richtung des Rotorkerns angeordnet sind und die welleninterne Kühlmittelpassage mit der zentralen Kühlmittelpassage in Kommunikation bringen, und eine außenumfangsseitige Kühlmittelpassage, die sich radial auswärts von einer Mitte in der axialen Richtung der zentralen Kühlmittelpassage erstreckt und mit der Lücke kommuniziert. Ein radial äußerer Endabschnitt der zentralen Kühlmittelpassage weist eine Neigung auf, die sich zu einer radialen Außenseite näher zu der Mitte in der axialen Richtung erstreckt.
Gemäß diesem Aspekt können die zentrale Kühlmittelpassage und die außenumfangsseitige Kühlmittelpassage auf einer q-Achse der rotierenden elektrischen Maschine ausgebildet sein, und die innenumfangsseitige Kühlmittelpassage kann eine erste Kühlmittelpassage, die sich von einen Innenumfangsende des Rotors an einer Position erstreckt, die in einer Umfangsrichtung gegenüber der q-Achse der rotierenden elektrischen Maschine versetzt ist, und eine zweite Kühlmittelpassage enthalten, die sich in der Umfangsrichtung erstreckt, um die erste Kühlmittelpassage mit der zentralen Kühlmittelpassage in Kommunikation zu bringen. In diesem Fall können sich eine axiale Position der ersten Kühlmittelpassage und eine axiale Position der zweiten Kühlmittelpassage voneinander unterscheiden.
Außerdem kann in dem oben beschriebenen Aspekt eine Querschnittsfläche der zentralen Kühlmittelpassage näher zu der Mitte in der axialen Richtung größer sein. Außerdem kann in dem oben beschriebenen Aspekt eine Querschnittsfläche der zentralen Kühlmittelpassage in der axialen Richtung konstant sein.
Erfindungsgemäß wird die zentrale Kühlmittelpassage, die sich in der axialen Richtung erstreckt, geschaffen, und der radial äußere Endabschnitt dieser zentralen Kühlmittelpassage weist eine Neigung auf, die sich zu der radialen Außenseite näher zu der Mitte in der axialen Richtung erstreckt. Daher erhöht sich die Fließrate des Kühlmittels, das entlang des radial äußeren Endabschnitts fließt, so dass der gesamte Rotorkern effizient gekühlt werden kann. Außerdem wird das Kühlmittel von der außenumfangsseitigen Kühlmittelpassage, die sich in der Mitte in der axialen Richtung des Rotors erstreckt, in die Lücke ausgelassen, so dass eine nachteilige Beeinflussung des Kühlmittels in der Lücke verhindert wird, und die Außenumfangsfläche des Rotorkerns und die Innenumfangsfläche des Stators können effizient gekühlt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Merkmale, Vorteile sowie die technische und gewerbliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen. Es zeigen:
1 eine transversale Querschnittsansicht eines Rotors einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-X in 1;
3 einen Fluss eines Kühlmittels;
4A ein Beispiel eines Magnetstahlbleches;
4B ein Beispiel eines anderen Magnetstahlbleches;
4C ein Beispiel eines weiteren Magnetbleches;
5 einen Aufbau eines anderen Rotors;
6 einen Aufbau eines weiteren Rotors;
7A ein Magnetstahlblech, das in einem Rotor gemäß dem Stand der Technik verwendet wird;
7B ein anderes Magnetstahlblech, das in dem Rotor gemäß dem Stand der Technik verwendet wird;
7C ein weiteres Magnetstahlblech, das in dem Rotor gemäß dem Stand der Technik verwendet wird; und
8 einen Aufbau des Rotors gemäß dem Stand der Technik.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine transversale Querschnittsansicht eines Rotors 10, der in einer rotierenden elektrischen Maschine 60 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung verwendet wird. Außerdem ist 2 eine Querschnittsansicht der rotierenden elektrischen Maschine 60 entlang der Linie X-X in 1. Weiterhin ist 3 eine Ansicht, die den Fluss eines Kühlmittels darstellt. Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, ist die Länge in der radialen Richtung in den 2 und 3 nicht dieselbe wie in 1, sondern etwas überzogen. Außerdem unterscheiden sich die Dicke und Ähnliches jedes Magnetstahlbleches 14 von der tatsächlichen Dicke und Ähnlichem.
Die rotierende elektrische Maschine 60 dieser beispielhaften Ausführungsform ist eine rotierende elektrische Synchron-Maschine mit Permanentmagnet, bei der Permanentmagnete 16 in einen Rotorkern 12 eingebettet sind. Diese rotierende elektrische Maschine 60 enthält den Rotor 10 und einen Stator 62. Der Stator 62 besteht aus einem allgemein ringförmigen Statorkern 64, der mehrere Zähne aufweist, die an dessen Innenumfang ausgebildet sind, und einer Statorwicklung 66, die um die Zähne gewickelt ist. Der Rotor 10 ist konzentrisch zu dem Stator 62 innerhalb des Stators 62 angeordnet. Es gibt eine Lücke G mit im Wesentlichen einheitlichem Abstand zwischen einer Außenumfangsfläche des Rotors 10 und einer Innenumfangsfläche des Stators 62.
Der Rotor 10 enthält den Rotorkern 12 und die Permanentmagnete 16, die in den Rotorkern 12 eingebettet sind. Eine sich drehende Welle 50 verläuft durch die Mitte des Rotorkerns 12, und diese sich drehende Welle 50 wird drehbar in Bezug auf ein Gehäuse, das nicht gezeigt ist, über ein Lager, das ebenfalls nicht gezeigt ist, und Ähnliches getragen. Der Rotor 10 kann sich zusammen mit der sich drehenden Welle 50 drehen.
Der Rotorkern 12 ist aus mehreren Magnetstahlblechen 14 ausgebildet, die in einer axialen Richtung aufeinander gestapelt sind. Jedes Magnetstahlblech 14 weist eine Scheibengestalt auf und ist beispielsweise ein Siliziummagnetstahlblech oder Ähnliches. Mehrere Magnetlöcher 20 zum Einbetten der Permanentmagnete 16 sind in der Nähe eines Außenumfangs des Rotorkerns 12 ausgebildet. Die Magnetlöcher 20 sind gleichmäßig in einer Umfangsrichtung des Rotorkerns 12 aufgereiht bzw. angeordnet, und die Magnetlöcher 20 verlaufen durch den Rotorkern 12 in einer Rotoraxialrichtung (das heißt einer Richtung senkrecht zu dem Papier, auf das 1 gezeichnet ist).
Die Permanentmagnete 16, die Magnetpole 18 bilden, sind in die Magnetlöcher 20 eingebettet. Ein Magnetpol 18 wird durch zwei Permanentmagnete 16 ausgebildet. Zwei Permanentmagnete 16, die einen Magnetpol 18 bilden, sind an Positionen derart angeordnet, dass sie sich in einer allgemeinen V-Gestalt in Richtung der Außenumfangsseite des Rotorkerns 12 aufspreizen. In dieser beispielhaften Ausführungsform sind sechzehn Permanentmagnete 16 und acht Magnetpole 18 in der Nähe eines Außenumfangs des Rotorkerns 12 angeordnet. Jeder Permanentmagnet 16 weist eine Plattengestalt auf, die einen flachen rechteckigen Querschnitt aufweist, und dessen axiale Länge ist im Wesentlichen dieselbe wie diejenige des Rotorkerns 12. Die Anzahl der Permanentmagnete 16 und der Magnetpole 18, die hier beschrieben sind, sind nur Beispiele und können nach Bedarf geändert werden. Außerdem wird in dieser beispielhaften Ausführungsform ein Magnetpol 18 aus einem Paar Permanentmagnete 16 ausgebildet, aber ein Magnetpol 18 kann auch nur aus einem Permanentmagnet 16 oder aus einer größeren Anzahl von Permanentmagneten 16 ausgebildet sein.
Eine Kühlmittelpassage, durch die ein Kühlmittel zum Kühlen des Rotors 10 und des Stators 62 fließt, ist in der sich drehenden Welle 50 und dem Rotorkern 12 ausgebildet. Die Kühlmittelpassage ist breit in eine welleninterne Kühlmittelpassage 52, die innerhalb der sich drehenden Welle 50 ausgebildet ist, und in eine kerninterne Kühlmittelpassage unterteilt, die innerhalb des Rotorkerns 12 ausgebildet ist. Die welleninterne Kühlmittelpassage 52 ist ein Loch, das durch die axiale Mitte der sich drehenden Welle 50 verläuft. Diese welleninterne Kühlmittelpassage 52 erstreckt sich zunächst in der axialen Richtung von einem Endabschnitt der sich drehenden Welle 50 und zweigt dann in der axialen Richtung ab und erstreckt sich zu dem Innenumfang des Rotorkerns 12. Wie es in 2 gezeigt ist, erstreckt sich in dieser beispielhaften Ausführungsform die welleninterne Kühlmittelpassage 52 von bzw. an beiden Enden der sich drehenden Welle 50 und kann somit das Kühlmittel beiden axialen Enden des Rotorkerns 12 zuführen.
Die kerninterne Kühlmittelpassage ist eine Kühlmittelpassage, die das Kühlmittel, das von der welleninternen Kühlmittelpassage 52 zugeführt wird, dem Außenumfang des Rotorkerns 12 zuführt und dieses Kühlmittel in die Lücke G auslässt, wie es später genauer beschrieben wird. Das Kühlmittel wird der welleninternen Kühlmittelpassage 52 von einer Kühlmittelzufuhrquelle, die außerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 60 angeordnet ist, mittels einer Pumpe oder Ähnlichem zugeführt. Das Kühlmittel, das der welleninternen Kühlmittelpassage zugeführt wird, fließt dann durch die kerninterne Kühlmittelpassage und wird von dem Außenumfang des Rotorkerns 12 in die Lücke G ausgelassen. Das ausgelassene Kühlmittel schreitet in der Lücke G fort und fällt dann in einen Gehäusebodenabschnitt der rotierenden elektrischen Maschine 60 herab. Das Kühlmittel, das in den Bodenabschnitt des Gehäuses herabgefallen ist, wird geeignet gesammelt und gekühlt, wonach es zu der Kühlmittelzufuhrquelle zurückkehrt. Das Kühlmittel ist nicht besonders beschränkt, solange wie es eine Flüssigkeit ist, die in der Lage ist, den Rotor 10 und den Stator 62 geeignet zu kühlen, aber in dieser beispielhaften auf wird Kühlöl als Kühlmittel verwendet.
Wie es aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, fließt in dieser beispielhaften Ausführungsform das Kühlmittel nacheinander von innerhalb der sich drehenden Welle 50 durch das Innere des Rotorkerns 12 und dann durch die Lücke G. In diesem Prozess (wenn das Kühlmittel durch diese fließt), wird Wärme von dem Rotorkern 12, dem Permanentmagneten 16 und dem Statorkern 64 entfernt, um diese zu kühlen. In dieser beispielhaften Ausführungsform weist die kerninterne Kühlmittelpassage eine spezielle Struktur auf, um sowohl die Kühleffizienz zu verbessern als auch eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit der rotierenden elektrischen Maschine 60 zu verhindern. Dieser Aufbau wird im Folgenden genauer beschrieben.
Die kerninterne Kühlmittelpassage ist grob in eine zentrale Kühlmittelpassage 22, eine innenumfangsseitige Kühlmittelpassage 24 und eine außenumfangsseitige Kühlmittelpassage 26 unterteilt. Die zentrale Kühlmittelpassage 22 ist eine Kühlmittelpassage, die sich in der axialen Richtung von in der Nähe eines Endes des Rotorkerns 12 bis zu in der Nähe des anderen Endes der Rotorkerns 12 erstreckt. Die zentrale Kühlmittelpassage 22 ist an einer Position näher zu der Innenumfangsseite als die Permanentmagnete 16 und auf einer q-Achse der rotierenden elektrischen Maschine 60 angeordnet. Die q-Achse ist eine Achse, die durch die Mitte des Rotors 10 und einer Mittelposition zwischen benachbarten Magnetpolen 18 (eine Mittelposition eines Schenkelpols) verläuft, wie es bekannt ist. Außerdem ist eine d-Achse eine Achse, die durch die Mitte des Rotors 10 und die Mittelposition eines Magnetpols 18 verläuft. Eine jeweilige zentrale Kühlmittelpassage 22 in dieser beispielhaften Ausführungsform ist auf einer jeweiligen q-Achse angeordnet, und die Anzahl der zentralen Kühlmittelpassagen 22 ist dieselbe wie die Anzahl der Magnetpole 18.
Ein radial äußerer Endabschnitt der zentralen Kühlmittelpassage 22 weist eine Neigung auf, die sich in Richtung der (zu der) radialen Außenseite näher zu der Mitte in der axialen Richtung (axiale Mitte) erstreckt. Andererseits erstreckt sich der radial innere Endabschnitt der zentralen Kühlmittelpassage 22 in einer Richtung parallel zu der axialen Richtung. Als Ergebnis erhöht sich die Querschnittsfläche der zentralen Kühlmittelpassage 22 näher zu (in Richtung) der axialen Mitte hin. Diese Art von Änderung der Querschnittsfläche der zentralen Kühlmittelpassage 22 (das heißt die Neigung des radial äußeren Endabschnitts) kann durch Ändern der Größe eines Mittelloches 22a (siehe 4), das die zentrale Kühlmittelpassage 22 ausbildet, die in dem Magnetstahlblech 14 ausgebildet ist, für jedes Magnetstahlblech 14 realisiert werden. In 1 ist die Gestalt der zentralen Kühlmittelpassage 22 in der Mitte der axialen Richtung durch eine durchgezogene Linie angegeben, und die Gestalt der zentralen Kühlmittelpassage 22 in der Nähe des axialen Endabschnitts ist durch eine gestrichelte Linie angegeben. In dieser beispielhaften Ausführungsform ist das Mittelloch 22a, das die zentrale Kühlmittelpassage 22 ausbildet, nicht in den Magnetstahlblechen 14 vorhanden, die auf beiden axialen Enden des Rotorkerns 12 angeordnet sind (im Folgenden einfach als "beide axialen Enden des Rotorkerns 12" bezeichnet), um beide axialen Enden der zentralen Kühlmittelpassage 22 geschlossen zu halten. Das Mittelloch 22a, das die zentrale Kühlmittelpassage 22 ausbildet, kann jedoch auch in den Magnetstahlblechen 14 auf beiden axialen Enden angeordnet sein, solange wie dann Endplatten oder Ähnliches separat an beiden axialen Enden des Rotorkerns 12 angeordnet sind.
Die innenumfangsseitige Kühlmittelpassage 24 ist eine Kühlmittelpassage, die die welleninterne Kühlmittelpassage 52 mit der zentralen Kühlmittelpassage 22 in Kommunikation bringt. Diese innenumfangsseitige Kühlmittelpassage 24 ist in der Nähe beider axialer Enden des Rotorkerns 12 angeordnet. Jede innenumfangsseitige Kühlmittelpassage 24 enthält eine erste Kühlmittelpassage 28, die sich von dem Innenumfang des Rotorkerns 12 erstreckt, und eine zweite Kühlmittelpassage 30, die die erste Kühlmittelpassage 28 mit der zentralen Kühlmittelpassage 22 in Kommunikation bringt. Die erste Kühlmittelpassage 28 ist ein Fließpfad, der sich auf der d-Achse erstreckt. Ein Ende der ersten Kühlmittelpassage 28 ist mit der welleninternen Kühlmittelpassage 52 verbunden, und das andere Ende der ersten Kühlmittelpassage 28 endet an einer Position weiter zu der Innenumfangsseite hin (näher bei) als die Permanentmagnete 16. Das andere Ende der ersten Kühlmittelpassage 28 spreizt sich in einer allgemeinen elliptischen Gestalt auf, um eine Kommunikation mit der zweiten Kühlmittelpassage 30 zu erleichtern. Eine jeweilige erste Kühlmittelpassage 28 ist auf einer jeweiligen d-Achse vorhanden bzw. angeordnet. Die Anzahl der ersten Kühlmittelpassagen 28 von einer innenumfangsseitigen Kühlmittelpassage 24 ist dieselbe wie die Anzahl der Magnetpole 18.
Die zweite Kühlmittelpassage 30 ist ein Fließpfad, der sich im Wesentlichen in der Umfangsrichtung an einer Position weiter zu der Innenumfangsseite hin als die Permanentmagnete 16 erstreckt. Ein Ende der zweiten Kühlmittelpassage 30 befindet sich an einer Position, die sich mit dem anderen Ende der ersten Kühlmittelpassage 28 überdeckt. Daher kommunizieren, wie es in 2 gezeigt ist, die zweite Kühlmittelpassage 30 und die erste Kühlmittelpassage 28 dadurch miteinander, dass das Magnetstahlblech 14, in dem die zweite Kühlmittelpassage 30 ausgebildet ist, benachbart zu dem Magnetstahlblech 14, in dem die erste Kühlmittelpassage 28 ausgebildet ist, gestapelt ist. Das andere Ende der zweiten Kühlmittelpassage 30 ist mit der zentralen Kühlmittelpassage 22 verbunden, wie es in 1 gezeigt ist. In dieser beispielhaften Ausführungsform sind zwei zweite Kühlmittelpassagen 30, die sich in der Umfangsrichtung im Wesentlichen in entgegengesetzten Richtungen erstrecken, mit einer ersten Kühlmittelpassage 28 verbunden. Außerdem sind zwei zweite Kühlmittelpassagen 30, die sich von unterschiedlichen Kühlmittelpassagen 28 erstrecken, mit einer zentralen Kühlmittelpassage 22 verbunden. Daher ist die Anzahl der zweiten Kühlmittelpassagen 30 von einer innenumfangsseitigen Kühlmittelpassage 24 gleich dem Zweifachen der Anzahl der ersten Kühlmittelpassagen 28 und dem Zweifachen der Anzahl der Magnetpole 18.
Die außenumfangsseitige Kühlmittelpassage 26 ist eine Kühlmittelpassage, die sich im Wesentlichen von der axialen Mitte der zentralen Kühlmittelpassage 22 zu der radialen Außenseite erstreckt und mit der Lücke G kommuniziert. Die außenumfangsseitige Kühlmittelpassage 26 erstreckt sich in der radialen Richtung von dem Außenumfang des Rotorkerns 12 und ist mit der zentralen Kühlmittelpassage 22 verbunden. Hier ist, wie es aus 2 ersichtlich ist, die außenumfangsseitige Kühlmittelpassage 26 im Wesentlichen nur in der axialen Mitte des Rotorkerns 12 angeordnet. Mit anderen Worten, der Kühlmittelauslasskanal (das heißt das Außenumfangsende der außenumfangsseitigen Kühlmittelpassage 26) ist nur in der axialen Mitte des Rotorkerns 12 vorhanden bzw. angeordnet. Außerdem ist eine jeweilige außenumfangsseitige Kühlmittelpassage 26 auf einer jeweiligen q-Achse vorhanden, und die Anzahl der außenumfangsseitigen Kühlmittelpassagen 26 ist dieselbe wie die Anzahl der Magnetpole 18.
Diese Art von kerninterner Kühlmittelpassage wird durch geeignetes Ausbilden eines Schlitzes oder eines Loches in den Magnetstahlblechen 14 ausgebildet, die den Rotorkern 12 ausbilden. Außerdem weisen die Magnetstahlbleche 14, die den Rotorkern 12 ausbilden, entsprechend der Position, an der sie in der axialen Richtung gestapelt sind, unterschiedliche Gestalten auf. Dieses wird mit Bezug auf die 4A bis 4C beschrieben.
Es gibt im weiten Sinne fünf Arten von Magnetstahlblechen 14, die den Rotorkern 12 ausbilden. Die erste ist ein Magnetstahlblech 14, bei dem nur mehrere Magnetlöcher 20 ausgebildet sind. Dieses Magnetstahlblech 14 ist auf beiden axialen Enden des Rotorkerns 12 angeordnet.
Die zweite ist ein Magnetstahlblech 14, das einen ersten Schlitz 28a und ein Mittelloch 22a zusätzlich zu den Magnetlöchern 20 aufweist, wie es in 4A gezeigt ist. Dieses Magnetstahlblech 14 ist in der Nähe beider axialer Enden des Rotorkerns 12 angeordnet. Der erste Schlitz 28a ist ein Schlitz, der sich von dem innenumfangsseitigen Endabschnitt in Richtung der radialen Außenseite entlang der d-Achse erstreckt, und bildet die erste Kühlmittelpassage 28. Das Mittelloch 22a ist ein Durchgangsloch, das weiter in Richtung (bei) der Innenumfangsseite als die Magnetlöcher 20 und auf der q-Achse angeordnet ist. Dieses Mittelloch 22a bildet die zentrale Kühlmittelpassage 22.
Die dritte ist ein Magnetstahlblech 14, das einen zweiten Schlitz 30a und das Mittelloch 22a zusätzlich zu den Magnetlöchern 20 aufweist, wie es in 4B gezeigt ist. Dieses Magnetstahlblech 14 ist benachbart zu dem Magnetstahlblech 14 in 4A angeordnet. Der zweite Schlitz 30a ist ein Schlitz, der sich im Wesentlichen in der Umfangsrichtung an einer Position weiter in Richtung der Innenumfangsseite als die Magnetlöcher 20 erstreckt, und bildet die zweite Kühlmittelpassage 30. Das Mittelloch 22a ist mit diesem zweiten Schlitz 30a verbunden. Um eine Neigung für den radial außenseitigen Endabschnitt der zentralen Kühlmittelpassage 22 zu bilden, ist das Mittelloch 22a, das in dem Magnetstahlblech 14 der 4B ausgebildet ist, etwas größer als das Mittelloch 22a, das in dem Magnetstahlblech 14 in 4A ausgebildet ist.
Die vierte ist ein Magnetstahlblech 14, das mehrere Magnetlöcher 20 und das Mittelloch 22a aufweist. Diese Magnetstahlbleche 14 sind zwischen dem Magnetstahlblech 14 in 4B und dem Magnetstahlblech 14 in 4C angeordnet. Die Größe des Mittellochs 22a, das in diesen Magnetstahlblechen 14 ausgebildet ist, ist jedoch nicht konstant. Das Mittelloch 22a ist in Magnetstahlblechen 14, die näher bei der axialen Mitte angeordnet sind, größer.
Die fünfte ist ein Magnetstahlblech 14, das das Mittelloch 22a und einen außenumfangsseitigen Schlitz 26a zusätzlich zu den Magnetlöchern 20 aufweist. Dieses Magnetstahlblech 14 ist im Wesentlichen in der axialen Mitte des Rotorkerns 12 angeordnet. Der außenumfangsseitige Schlitz 26a ist ein Schlitz, der sich von dem außenumfangsseitigen Endabschnitt in Richtung der radialen Innenseite entlang der q-Achse erstreckt, und bildet die außenumfangsseitige Kühlmittelpassage 26. Das Mittelloch 22a ist mit diesem außenumfangsseitigen Schlitz 26a verbunden. Außerdem ist das Mittelloch 22a, das in dem Magnetstahlblech 14 in 4C ausgebildet ist, größer als das Mittelloch 22a, das in den anderen Magnetstahlblechen 14 ausgebildet ist. Der Rotorkern 12, in dem die kerninterne Kühlmittelpassage ausgebildet ist, kann durch Stapeln dieser Arten von Magnetstahlblechen 14 ausgebildet werden.
Im Folgenden wird das Kühlvermögen dieses Rotors 10 bei dessen Verwendung im Vergleich zu dem Stand der Technik beschrieben. In dem Stand der Technik wird ebenfalls eine Technologie zum Kühlen des Rotors 10 und des Stators 62 durch Ausbilden eines Kühlmittelfließpfades innerhalb des Rotorkerns 12 vorgeschlagen. Die JP 2008-228522 A beschreibt beispielsweise eine Technologie, bei der eine Kühlölpassage, die sich auf der q-Achse erstreckt, durch Ausbilden von Schlitzen 104, 106 und 108, die sich auf der q-Achse einer rotierenden elektrischen Maschine erstrecken und um einen Abstand in der radialen Richtung zueinander versetzt sind, in jeweiligen Magnetstahlblechen 14, die aufeinander folgend in der axialen Richtung aufgereiht bzw. angeordnet sind, ausgebildet wird, wie es in den 7A, 7B und 7C gezeigt ist. Außerdem beschreibt die JP 2006-067777 A eine Technologie, bei der eine Kühlmittelpassage 110, die sich auf einer d-Achse erstreckt, an mehreren Orten in der axialen Richtung vorhanden ist, wie es in 8 gezeigt ist.
Gemäß dem Stand der Technik können der Rotor 10 und der Stator 62 gekühlt werden, da das Kühlmittel in die Lücke G von innerhalb des Rotorkerns 12 ausgelassen werden kann. Bei der Technologie in der JP 2008-228522 A gibt es jedoch keine Kühlmittelpassage, die sich in der axialen Richtung erstreckt, so dass die Kühlung nicht gleichmäßig entlang der axialen Richtung durchgeführt werden kann und demzufolge die Kühlung in der axialen Richtung ungleichmäßig ist. Insbesondere ist es schwierig, Permanentmagnete, die in der axialen Richtung länglich sind, gleichmäßig zu kühlen, so dass die Kühleffizienz der Permanentmagnete schlecht ist.
Bei der Technologie, die in der JP 2006-067777 A beschrieben ist, bei der eine Kühlmittelpassage an mehreren Orten in der axialen Richtung vorhanden ist, ist ein derartiges Problem etwas abgemildert. Sogar bei der Technologie, die in der JP 2006-067777 A beschrieben ist, gibt es jedoch keine Kühlmittelpassage, die sich in der axialen Richtung erstreckt, so dass es schwierig ist, die Permanentmagnete 16 gleichmäßig zu kühlen. Außerdem sind bei der Technologie, die in der JP 2006-067777 A beschrieben ist, mehrere Kühlmittelauslasskanäle in der axialen Richtung in der Außenumfangsfläche des Rotorkerns 12 aufgereiht. In diesem Fall beeinflusst das Kühlmittel, wie es durch die Pfeile in 8 gezeigt ist, wenn es von einem Auslasskanal in die Lücke G ausgelassen wird und sich in Richtung beider Enden der Lücke G bewegt, das Kühlmittel, das von einem anderen Auslasskanal ausgelassen wird. Als Ergebnis kann das Kühlmittel nicht schnell aus der Lücke G ausgelassen werden, sondern sammelt sich stattdessen in der Lücke G, was zu einer Erhöhung der Schleppverluste führen kann.
Außerdem erstreckt sich bei der Technologie, die in der JP 2008-228522 A beschrieben ist, die Kühlmittelpassage auf der q-Achse, und bei der Technologie, die in der JP 2006-067777 A beschrieben ist, erstreckt sich die Kühlmittelpassage auf der d-Achse. In diesem Fall verschlechtert sich das Magnetmoment oder das Reluktanzmoment. Das heißt, eine rotierende elektrische IPM-Maschine verbessert die Ausgangsleistungsfähigkeit durch effektive Verwendung sowohl des Reluktanzmomentes als auch des Magnetmomentes durch die Permanentmagnete 16. Um das Magnetmoment effizient zu verwenden, muss der Magnetwiderstand in einem Magnetpfad eines verbindenden Magnetflusses durch einen d-Achsen-Strom (im Folgenden als "d-Achsen-Magnetpfad" bezeichnet) verringert werden. Um das Reluktanzmoment effizient zu verwenden, muss außerdem der Magnetwiderstand in einem Magnetpfad eines verbindenden Magnetflusses durch einen q-Achsen-Strom (im Folgenden als "q-Achsen-Magnetpfad" bezeichnet) verringert werden.
Hier ist der d-Achsen-Magnetpfad Ld ein Magnetpfad, der die q-Achse der rotierenden elektrischen Maschine 60 kreuzt, wie es durch die gestrichelte Linie in 4 gezeigt ist. Wenn die Schlitze 104, 106, und 108, die die Kühlmittelpassage ausbilden, auf der q-Achse wie in der JP 2008-228522 A ausgebildet sind, werden die Schlitze 104, 106, und 108, bei denen der Magnetwiderstand hoch ist, in der Mitte des d-Achsen-Magnetpfades Ld angeordnet werden. In diesem Fall erhöht sich der Magnetwiderstand des d-Achsen-Magnetpfades Ld signifikant, was zu einer Verringerung des Magnetmomentes führen wird. Außerdem ist der q-Achsen-Magnetpfad Lq ein Magnetpfad, der die d-Achse der rotierenden elektrischen Maschine 60 kreuzt, wie es durch die langdoppelkurz gestrichelte Linie in 4 gezeigt ist. Wenn daher die Schlitze zum Ausbilden der Kühlmittelpassage auf der d-Achse wie in der JP 2006-067777 A ausgebildet werden, werden diese Schlitze, bei denen der Magnetwiderstand hoch ist, in der Mitte des q-Achsen-Magnetpfades Lq angeordnet werden, so dass sich der Magnetwiderstand des q-Achsen-Magnetpfades Lq signifikant erhöhen wird, was zu einer Verringerung des Reluktanzmomentes führen wird.
In dieser beispielhaften Ausführungsform wird andererseits die zentrale Kühlmittelpassage 22, die sich in der axialen Richtung erstreckt, bereitgestellt. Daher kann, wie es durch die fetten Linien in 3 gezeigt ist, das Kühlmittel entlang der axialen Richtung des Rotorkerns 12 fließen. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform können somit der Rotorkern 12 und die Permanentmagnete 16 in der axialen Richtung im Wesentlichen gleichmäßig gekühlt werden. Außerdem ist in dieser beispielhaften Ausführungsform der radial außenseitige Endabschnitt (Außenumfang) dieser zentralen Kühlmittelpassage 22 derart geneigt, dass sich der radial außenseitige Endabschnitt dieser zentralen Kühlmittelpassage 22 in Richtung der radialen Außenseite näher zu der axialen Mitte erstreckt. Diese Neigung ermöglicht es, die Fließrate des Kühlmittels, das sich in Richtung der außenumfangsseitigen Kühlmittelpassage 26 (die Mitte in der axialen Richtung) bewegt, zu verbessern, wodurch eine Verbesserung des Kühlvermögens erzielt werden kann. Das heißt, wenn sich der Rotor 10 mit einer hohen Geschwindigkeit dreht, wird eine Zentrifugalkraft, das heißt eine Kraft in Richtung der radialen Außenseite, erzeugt. Das Kühlmittel, das der zentralen Kühlmittelpassage 22 zugeführt wird, bewegt sich als Reaktion auf diese Zentrifugalkraft in Richtung des radial außenseitigen Endabschnitts. Dann bewegt sich das Kühlmittel, das den radial außenseitigen Endabschnitt erreicht hat, weiter in der Richtung der radialen Außenseite, das heißt in Richtung der Mitte in der radialen Richtung, entlang des radial außenseitigen Endabschnitts. Außerdem ist diese Zentrifugalkraft an Positionen, bei denen der Radius (das heißt der Abstand von der Drehmitte) größer ist, größer, das heißt, die Zentrifugalkraft erhöht sich, wenn sich der Radius erhöht. Da der Abstand zwischen dem radial außenseitigen Endabschnitt der zentralen Kühlmittelpassage 22 und der Drehmitte näher bei der axialen Mitte größer ist, ist die Zentrifugalkraft, die an dem radial außenseitigen Endabschnitt erzeugt wird, näher bei der axialen Mitte größer. Das heißt, es gibt in dieser beispielhaften Ausführungsform eine Zentrifugalkraftdifferenz an dem radial außenseitigen Endabschnitt der zentralen Kühlmittelpassage 22. Aufgrund dieser Zentrifugalkraftdifferenz besteht die Tendenz, dass sich das Kühlmittel, das der zentralen Kühlmittelpassage 22 zugeführt wird, noch einfacher in die Richtung bewegt, in der die Zentrifugalkraft größer ist, das heißt in Richtung der axialen Mitte. Als Ergebnis kann die Fließrate des Kühlmittels in Richtung der außenumfangsseitigen Kühlmittelpassage 26 (das heißt der Mitte in der axialen Richtung) verbessert werden, so dass die Kühleffizienz weiter verbessert werden kann.
Außerdem wird in dieser beispielhaften Ausführungsform das Kühlmittel, das durch die zentrale Kühlmittelpassage 22 geflossen ist, von der außenumfangsseitigen Kühlmittelpassage 26 in die Lücke G ausgelassen. Die außenumfangsseitige Kühlmittelpassage 26 ist nur in der axialen Mitte angeordnet. Daher ist der Kühlmittelauslasskanal nur in der Mitte in der axialen Richtung angeordnet. Als Ergebnis wird das Kühlmittel, das von der axialen Mitte ausgelassen wird, wenn es zu beiden axialen Enden der Lücke G fortschreitet, Kühlmittel, das aus anderen Auslasskanälen ausgelassen wird, nicht beeinflussen und wird somit schnell aus der Lücke G ausgelassen, wie es in 3 gezeigt ist. Als Ergebnis können Schleppverluste, die durch die Ansammlung von Kühlmittel verursacht werden, wirksam verhindert werden.
Außerdem läuft gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform das Kühlmittel durch sowohl die zentrale Kühlmittelpassage 22, die weiter bei der Innenumfangsseite als die Permanentmagnete 16 liegt, und die Lücke G, die weiter bei der Außenumfangsseite als die Permanentmagnete 16 liegt. Als Ergebnis werden die Permanentmagnete 16 sowohl von der Innenumfangsseite als auch von der Außenumfangsseite gekühlt, so dass die Permanentmagnete 16 noch effektiver gekühlt werden können. Demzufolge können eine Entmagnetisierung und eine Verringerung des Leistungsvermögens der Permanentmagnete 16 aufgrund von Wärme verhindert werden.
Außerdem sind in dieser beispielhaften Ausführungsform die erste Kühlmittelpassage 28, die zweite Kühlmittelpassage 30 und die außenumfangsseitige Kühlmittelpassage 26 an unterschiedlichen axialen Positionen (Magnetstahlblech 14) ausgebildet. Daher wird gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform weder der d-Achsen-Magnetpfad Ld noch der q-Achsen-Magnetpfad Lq durch eine Kühlmittelpassage unterteilt, so dass sowohl das Magnetmoment als auch das Reluktanzmoment effektiv verwendet werden können, und demzufolge kann eine Verringerung des Leistungsvermögens der rotierenden elektrischen Maschine 60 verhindert werden.
Wie es durch die gestrichelte Linie in den 4A bis 4C gezeigt ist, erstreckt sich der d-Achsen-Magnetpfad Ld zunächst innerhalb des Rotorkerns 12, verläuft durch die Mitte eines Magnetpols 18, kreuzt dann die q-Achse und verläuft durch die Mitte eines anderen, benachbarten Magnetpols 18, bevor er aus dem Rotorkern 12 austritt. Wie es durch die lang-doppelkurz-gestrichelte Linie in den 4A bis 4C gezeigt ist, erstreckt sich der q-Achsen-Magnetpfad Lq zunächst innerhalb des Rotorkerns 12 von einem Schenkelpol, der zwischen den Magnetpolen 18 ausgebildet ist, kreuzt dann den d-Achsen-Magnetpfad Ld und verläuft durch einen anderen, benachbarten Schenkelpol, bevor er aus dem Rotorkern 12 austritt. Wenn es Schlitze oder Ähnliches in der Mitte der Pfade des d-Achsen-Magnetpfades Ld und des q-Achsen-Magnetpfades Lq gäbe, würden sich das Magnetmoment und das Reluktanzmoment verringern.
In dieser beispielhaften Ausführungsform sind die zweite Kühlmittelpassage 30, die sich in der Umfangsrichtung erstreckt, und die außenumfangsseitige Kühlmittelpassage 26, die sich auf der q-Achse erstreckt, in unterschiedlichen Magnetstahlblechen 14 ausgebildet, und die erste Kühlmittelpassage 28 erstreckt sich nur halb in der radialen Richtung des Magnetstahlbleches 14, um den d-Achsen-Magnetpfad Ld nicht zu behindern. Daher wird der d-Achsen-Magnetpfad Ld durch keine Kühlmittelpassage unterteilt, so dass der Magnetwiderstand des d-Achsen-Magnetpfades Ld niedrig gehalten werden kann. Außerdem erstreckt sich in dieser beispielhaften Ausführungsform die außenumfangsseitige Kühlmittelpassage 26, die sich auf der q-Achse erstreckt, nur bis zu einer Position weiter zu der Innenumfangsseite als die Permanentmagnete 16, um den q-Achsen-Magnetpfad Lq nicht zu behindern. Daher wird der q-Achsen-Magnetpfad Lq ebenfalls durch keine Kühlmittelpassage unterteilt, so dass der Magnetwiderstand klein gehalten werden kann.
Der insoweit beschriebene Aufbau ist nur ein Beispiel. Solange wie die kerninterne Kühlmittelpassage die zentrale Kühlmittelpassage 22, die sich in der axialen Richtung erstreckt, die innenumfangsseitige Kühlmittelpassage 24, die die welleninterne Kühlmittelpassage 52 mit der zentralen Kühlmittelpassage 22 in Kommunikation bringt, und die außenumfangsseitige Kühlmittelpassage 26 aufweist, die die zentrale Kühlmittelpassage 22 mit der Lücke G in der axialen Mitte in Kommunikation bringt, und solange wie der radial außenseitige Endabschnitt der zentralen Kühlmittelpassage 22 eine Neigung aufweist, die sich zu der radialen Außenseite näher zu der axialen Mitte hin erstreckt, kann der übrige Aufbau modifiziert werden.
Die Neigung des radial außenseitigen Endabschnitts der zentralen Kühlmittelpassage 22 kann beispielsweise durch eine sanfte Neigung erzielt werden, wie sie in den 2 und 3 gezeigt ist, oder kann durch Stufen, wie sie in 6 gezeigt sind, erzielt werden. Mit diesem Aufbau sind die Position und die Gestalt des Mittelloches 22a, das in mehreren (in dem Beispiel der Zeichnungen: drei) Magnetstahlblechen 14 zwischen einer Stufe und der nächsten Stufe ausgebildet ist, dieselben. Als Ergebnis kann die Anzahl der Arten der Magnetstahlbleche 14 verringert werden.
Außerdem ist in dieser beispielhaften Ausführungsform nur der radial außenseitige Endabschnitt (Außenumfang) der zentralen Kühlmittelpassage 22 geneigt, aber es kann auch der radiale innenseitige Endabschnitt der zentrale Kühlmittelpassage 22 geneigt sein, wie es in den 5 und 6 gezeigt ist. In diesem Fall ist die Querschnittsfläche des Mittelloches 22a beispielsweise unabhängig von der axialen Position dieselbe. Mit anderen Worten, sogar in der Nähe der axialen Mitte kann das Mittelloch 22a klein gehalten werden, so dass eine Verringerung der Festigkeit, die durch das Mittelloch 22a verursacht wird, vermieden werden kann. Solange wie die Festigkeit des Rotorkerns 12 gewährleistet werden kann, ist jedoch das Mittelloch 22a vorzugsweise in der Nähe der axialen Mitte größer, wie es in den 2 und 3 gezeigt ist. Dieses kommt daher, dass, je größer das Mittelloch 22a ist, umso größer der Kontaktbereich zwischen dem Kühlmittel und dem Rotorkern 12 ist, so dass sich die Kühleffizienz verbessert. Die axiale Mitte ist auf der Stromabseite in Bezug auf den Fluss des Kühlmittels von dem axialen Endabschnitt angeordnet und befindet sich an einer Position, bei der das Kühlmittel mit einer erhöhten Temperatur fließt. In der axialen Mitte ist das Mittelloch 22a vorzugsweise groß, um den Kontaktbereich zwischen dem Rotorkern 12 und dem Kühlmittel zu erhöhen.
Die Neigung und die Größe dieser zentralen Kühlmittelpassage 22 kann geeignet entsprechend der benötigten Kühlkapazität und der Größe des Rotorkerns 12 usw. geändert werden. Die Kühleffizienz erhöht sich beispielsweise, je höher die Fließrate des Kühlmittels ist. Wenn die Fließrate des Kühlmittels zu erhöhen ist, ist eine größere Neigung vorteilhaft. Wenn andererseits die Neigung groß ist, wird der Abstand zwischen den Permanentmagneten 16 und der zentralen Kühlmittelpassage 22 in der Nähe beider axialer Enden größer sein, so dass sich die Kühleffizienz der Permanentmagnete 16 an beiden axialen Enden verschlechtern wird. Die Neigung der zentralen Kühlmittelpassage 22 kann entsprechend der benötigten Fließrate des Kühlmittels und dem Abstand zwischen der zentralen Kühlmittelpassage 22 und den Permanentmagneten 16 usw. bestimmt werden. Außerdem ist der Kontaktbereich zwischen dem Kühlmittel und dem Rotorkern 12 umso größer, je größer die Querschnittsfläche der zentralen Kühlmittelpassage 22 ist, so dass sich die Kühleffizienz erhöht. Wenn jedoch die Querschnittsfläche der zentralen Kühlmittelpassage 22 zu groß ist, wird sich die Festigkeit des Rotorkerns 12 verringern und der d-Achsen-Magnetpfad Ld und der q-Achsen-Magnetpfad Lq werden schmaler werden. Daher wird die Querschnittsfläche der zentralen Kühlmittelpassage 22 vorzugsweise unter Berücksichtigung dieses Aspektes bestimmt.
Außerdem sind in dieser beispielhaften Ausführungsform der zweite Schlitz 30a und das Mittelloch 22a in demselben Magnetstahlblech 14 ausgebildet, wie es in 4B gezeigt ist. Die zentrale Kühlmittelpassage 22 kann sich jedoch auch von dem Magnetstahlblech 14, das benachbart zu dem Magnetstahlblech 14 ist, in dem der zweite Schlitz 30a ausgebildet ist, erstrecken, und der zweite Schlitz 30a und das Mittelloch 22a können jeweils in unterschiedlichen Magnetstahlblechen 14 ausgebildet sein, wie es in 6 gezeigt ist. In diesem Fall kann der d-Achsen-Magnetpfad Ld breiter als in 4B sein.
Außerdem werden in dieser beispielhaften Ausführungsform die erste Kühlmittelpassage 28, die zweite Kühlmittelpassage 30 und die außenumfangsseitige Kühlmittelpassage 26 durch Schlitze ausgebildet, die durch die Magnetstahlbleche 14 verlaufen, aber diese Kühlmittelpassagen können auch anstelle durch die Schlitze durch Nuten ausgebildet werden, die nicht durch die Magnetstahlbleche 14 verlaufen. Außerdem können die erste Kühlmittelpassage 28, die zweite Kühlmittelpassage 30 und die außenumfangsseitige Kühlmittelpassage 26 durch mehrere Magnetstahlbleche 14 anstelle durch ein Magnetstahlblech 14 ausgebildet werden. Es können beispielsweise drei der Magnetstahlbleche 14, in denen der außenumfangsseitige Schlitz 26a ausgebildet ist, aufeinander gestapelt werden, wie es in 6 gezeigt ist. In diesem Fall entspricht die Dicke (in der axialen Richtung) der außenumfangsseitigen Kühlmittelpassage 26 der Dicke der drei Magnetstahlbleche 14, so dass die Querschnittsfläche der außenumfangsseitigen Kühlmittelpassage 26 erhöht werden kann. Außerdem ist in dieser beispielhaften Ausführungsform nur der Rotorkern 12 dargestellt, der durch laminiertes Stahlblech ausgebildet wird, in dem die Magnetstahlbleche 14 aufeinander geschichtet sind. Solange wie beispielsweise die Festigkeitseigenschaften und die Magneteigenschaften aufrechterhalten werden können, kann der Rotorkern 12 auch aus etwas anderem als aus laminiertem Stahlblech, beispielsweise einem Pulvermagnetkern oder Ähnlichem, ausgebildet werden.
Außerdem ist in dieser beispielhaften Ausführungsform die erste Kühlmittelpassage 28 auf der d-Achse angeordnet, aber solange wie die erste Kühlmittelpassage 28 an einer Position ausgebildet ist, die in der Umfangsrichtung gegenüber der q-Achse versetzt ist, ist die erste Kühlmittelpassage 28 nicht auf die Anordnung auf der d-Achse beschränkt und kann an einem anderen Ort angeordnet sein. Außerdem kann die Anzahl jeder Art von Kühlmittelpassage geeignet geändert werden. Die zentrale Kühlmittelpassage 22 kann beispielsweise auch an jedem zweiten Schenkelpol ausgebildet sein. Dadurch kann die Anzahl der ersten Kühlmittelpassagen 28, der zweiten Kühlmittelpassagen 30 und der außenumfangsseitigen Kühlmittelpassagen 26 angepasst werden.
In der obigen Beschreibung ist nur der Rotor 10 dargestellt, in dem die Permanentmagnete 16 in V-Gestalten angeordnet sind, aber solange wie der Rotor 10 derart beschaffen ist, dass die Permanentmagnete 16 in den Rotorkern 12 eingebettet sind, können die Permanentmagnete 16 auch rechteckig oder hufeisenförmig sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008-228522 A [0003, 0003, 0006, 0045, 0046, 0048, 0049]
JP 2006-067777 A [0004, 0004, 0004, 0006, 0006, 0006, 0006, 0045, 0048, 0049]
JP 2012-223075 A [0005, 0005, 0007, 0007, 0007]
JP 2006067777 A [0047]

Claims

Rotor (10) einer rotierenden elektrischen Maschine, der von einer sich drehenden Welle gestützt wird und der aufweist: einen Rotorkern (12); und einen Permanentmagnet (16), der in dem Rotorkern (12) eingebettet ist, wobei mindestens eine kerninterne Kühlmittelpassage in dem Rotorkern (12) ausgebildet ist, die ein Kühlmittel, das von einer welleninternen Kühlmittelpassage, die innerhalb der sich drehenden Welle ausgebildet ist, zugeführt wird, zu einem Außenumfang des Rotorkerns (12) führt und das zugeführte Kühlmittel in eine Lücke zwischen dem Rotorkern (12) und einem Stator auslässt; die mindestens eine kerninterne Kühlmittelpassage eine zentrale Kühlmittelpassage (22), die sich in einer axialen Richtung an einer Position weiter in Richtung einer Innenumfangsseite als der Permanentmagnet (16) erstreckt, ein Paar innenumfangsseitige Kühlmittelpassagen (24), die in der Nähe beider axialer Enden des Rotorkerns (12) angeordnet sind und die welleninterne Kühlmittelpassage und die zentrale Kühlmittelpassage (22) in Kommunikation miteinander bringt, und eine außenumfangsseitige Kühlmittelpassage (26) enthält, die sich radial auswärts von einer axialen Mitte der zentralen Kühlmittelpassage (22) erstreckt und mit der Lücke kommuniziert; und ein radial außenseitiger Endabschnitt der zentralen Kühlmittelpassage (22) eine Neigung aufweist, die sich in Richtung einer radialen Außenseite näher zu der axialen Mitte erstreckt.
Rotor (10) nach Anspruch 1, wobei die zentrale Kühlmittelpassage (22) und die außenumfangsseitige Kühlmittelpassage (26) auf einer q-Achse der rotierenden elektrischen Maschine ausgebildet sind; und die innenumfangsseitige Kühlmittelpassage (24) eine erste Kühlmittelpassage (28), die sich von einem Innenumfang des Rotors (10) an einer Position, die in einer Umfangsrichtung gegenüber der q-Achse der rotierenden elektrischen Maschine versetzt ist, erstreckt, und eine zweite Kühlmittelpassage (30) enthält, die sich in der Umfangsrichtung erstreckt, um die erste Kühlmittelpassage (28) mit der zentralen Kühlmittelpassage (22) in Kommunikation zu bringen.
Rotor (10) nach Anspruch 2, wobei sich eine axiale Position der ersten Kühlmittelpassage (28) und eine axiale Position der zweiten Kühlmittelpassage (30) voneinander unterscheiden.
Rotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Querschnittsfläche der zentralen Kühlmittelpassage (22) näher bei der axialen Mitte größer ist.
Rotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Querschnittsfläche der zentralen Kühlmittelpassage (22) in der axialen Richtung konstant ist.