JP2009232535A - 回転電機の回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の回転子において、コア部からの漏洩磁束によるエンドプレートでの渦電流をより有効に抑制することである。
【解決手段】回転子であるロータ１０は、コア部２６と、一対のエンドプレート２８とを備える。コア部２６は、ロータ軸２４の軸方向中間部外径側に設けて、周方向複数個所に永久磁石３４を配置する。一対のエンドプレート２８は、コア部２６の軸方向両側にコア部２６を挟むように設ける。各エンドプレート２８の片側面に、永久磁石３４と対向するように環状凹部４０を形成する。環状凹部４０の内側部分により、複数の永久磁石３４のすべての部分と軸方向に対向する部分である空間部４２を設ける。空間部４２の、コア部２６の軸方向両側面からの軸方向寸法ｂを、３ｍｍ以上とする。コア部２６の外周縁と各エンドプレート２８の最外周縁部の外周縁との間の径方向寸法ｃを、２ｍｍ以上とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転子軸の軸方向中間部外径側に設けられ、周方向複数個所に永久磁石が配置されたコア部と、コア部の軸方向両側にコア部を挟むように設けられた一対のエンドプレートと、を備える回転電機の回転子に関する。

従来から、特許文献１に記載されたような電動機の回転子が知られている。特許文献１に記載された電動機の回転子では、回転子のエンドプレートに発生する渦電流の低減を図ることを目的としている。この目的のために、エンドプレートの積層鉄心と接する側の面に、ローレット加工またはスリット加工を行って、積層鉄心とエンドプレートとの接触面積を低減するようにしている。これらの加工をエンドプレートに行うことにより、渦電流が流れなければならない距離が増加するので渦電流は流れ難くなり、渦電流損が低減できるとされている。また、エンドプレートの積層鉄心と接する側の面に、電気絶縁性材料を装着することによっても同様の効果を得ることが可能であるとされている。この場合は、エンドプレートを通過する漏れ磁束の量自体が減少するので、渦電流の発生を抑制できるとされている。

また、特許文献２には、回転子に使用されるエンドプレートに対応する回転体において、回転子に取り付けられた永久磁石に接触していない第１の部材を、コストの安い磁性体により構成し、永久磁石に接触している第２の部材を、磁性体により構成し、回転体を第１の部材と第２の部材とを組み合わせた構成としている。

また、特許文献３には、回転子の積層鉄心と磁石とを軸方向の両側から狭持する電動機の回転子に用いられるエンドプレートであって、外周側に切欠部が設けられ、磁石上及び磁石間に切欠部以外の部分が配置されるように形成したエンドプレートが記載されている。

特開２００５−２５３２７５号公報 特開２００２−３４５１８６号公報 特開２００５−３０４１７７号公報

特許文献１に記載された電動機の回転子の場合、エンドプレートにローレット加工またはスリット加工を行うことにより、エンドプレートに渦電流を流れ難くするとされている。また、特許文献１では、ローレット深さ１ｍｍ以上と言う条件を満たすようにローレット加工を施すようにすればよい、また、スリット深さ１ｍｍ以上という条件を満たすようにスリット加工を施すことが好適であるとされている。ただし、特許文献１に記載された回転子の場合、ローレット加工またはスリット加工を行う部分を、磁石との関係で規制することは考慮されていない。また、ローレット深さまたはスリット深さが上記の寸法以上である場合でも、コア部からの漏洩磁束によるエンドプレートでの渦電流の発生を有効に抑制する面からはまだ改良の余地がある。

また、特許文献２に記載された回転体の場合、永久磁石に接触している部分を非磁性体で成形した第２の部材により構成しているが、この第２の部材の軸方向寸法を規制することは考慮されていない。このため、コア部からの漏洩磁束によるエンドプレートでの渦電流の発生を有効に抑制する面からはまだ改良の余地がある。

また、特許文献３に記載されたエンドプレートの場合、エンドプレートの周方向複数個所に切欠部を形成し、周方向に隣り合う切欠部の間部分を磁石上に配置している。このため、磁石からの漏洩磁束が、エンドプレートの周方向に隣り合う切欠部の間部分に流れて、渦電流が多く発生する可能性がないとはいえない。このため、コア部からの漏洩磁束によるエンドプレートでの渦電流の発生を有効に抑制する面からはまだ改良の余地がある。

また、特許文献１から特許文献３に記載された回転子のいずれの場合も、エンドプレートの最外周縁部の外径を、コア部の外径よりも小さくすることは考慮されていない。このため、この面からも、コア部からの漏洩磁束によるエンドプレートでの渦電流の発生を有効に抑制する面からはまだ改良の余地がある。

本発明の目的は、回転電機の回転子において、コア部からの漏洩磁束によるエンドプレートでの渦電流をより有効に抑制することである。

本発明のうち、第１の発明に係る回転電機の回転子は、回転子軸の軸方向中間部外径側に設けられ、周方向複数個所に永久磁石が配置されたコア部と、コア部の軸方向両側にコア部を挟むように設けられた一対のエンドプレートと、を備える回転電機の回転子であって、コア部の軸方向両側面に対向する部分であり、複数の永久磁石の軸方向側面のすべての部分と対向する部分を含み、コア部の軸方向両側面からの軸方向寸法がコア部の全周にわたり３ｍｍ以上である空間部を備えることを特徴とする回転電機の回転子である。

また、第１の発明に係る回転電機の回転子において、好ましくは、各エンドプレートのコア部と対向する軸方向片側面に、永久磁石と対向するように環状の凹部を形成している。

また、第１の発明に係る回転電機の回転子において、好ましくは、エンドプレートの外周面の周方向複数個所に径方向外側に突出するように設けられた外側突部を備え、外側突部は、先端部に設けられて、コア部の軸方向側面に接する抑え部と、外側突部の抑え部からコア部の径方向に外れた部分に設けられて、コア部の軸方向側面から離れるように凹んだ外側突部側凹部と、を有し、外側突部側凹部の軸方向深さを３ｍｍ以上とすることにより、外側突部側凹部の内側部分と、周方向に関して隣り合う外側突部の間部分とを含む部分を空間部としている。

また、本発明のうち、第２の発明に係る回転電機の回転子は、回転子軸の軸方向中間部外径側に設けられ、周方向複数個所に永久磁石が配置されたコア部と、コア部の軸方向両側にコア部を挟むように設けられた一対のエンドプレートと、を備える回転電機の回転子であって、コア部の外周縁と各エンドプレートの最外周縁部に位置する外周縁との間の径方向寸法は、２ｍｍ以上であることを特徴とする回転電機の回転子である。

また、第２の発明に係る回転電機の回転子において、好ましくは、エンドプレートの外周面の周方向複数個所に径方向外側に突出するように設けられた外側突部を備え、外側突部において、エンドプレートの最外周縁部に位置する外周縁である先端縁と、コア部の外周縁との間の径方向寸法は、２ｍｍ以上である。

また、本発明のうち、第３の発明に係る回転電機の回転子は、回転子軸の軸方向中間部外径側に設けられ、周方向複数個所に永久磁石が配置されたコア部と、コア部の軸方向両側にコア部を挟むように設けられた一対のエンドプレートと、を備える回転電機の回転子であって、コア部の軸方向両側面に対向する部分であり、複数の永久磁石の軸方向側面のすべての部分と対向する部分を含み、コア部の軸方向両側面からの軸方向寸法がコア部の全周にわたり３ｍｍ以上である空間部を備え、コア部の外周縁と各エンドプレートの最外周縁部の外周縁との間の径方向寸法は、２ｍｍ以上であることを特徴とする回転電機の回転子である。

また、本発明のうち、第４の発明に係る回転電機の回転子は、回転子軸の軸方向中間部外径側に設けられ、周方向複数個所に永久磁石が配置されたコア部と、コア部の軸方向両側にコア部を挟むように設けられた一対のエンドプレートと、を備える回転電機の回転子であって、エンドプレートは、コア部の軸方向側面のうち、径方向に関して複数の永久磁石よりも内径側部分と当接する第１当接部と、コア部の軸方向側面のうち、径方向に関して複数の永久磁石の外径側、または複数の永久磁石よりも外径側に位置する周方向の一部のみと当接する第２当接部と、複数の永久磁石の軸方向側面の少なくとも一部と対向する第２空間部とを備え、第２当接部の最外周となる外周縁の外接円の直径をコア部の最外周の外径よりも小さくしたことを特徴とする回転電機の回転子である。

また、本発明に係る回転電機の回転子において、好ましくは、各エンドプレートと、回転子軸と、コア部との内部とに設けられた流路により構成する冷媒経路と、冷媒経路に冷媒を供給可能とする冷媒供給部とを備え、冷媒経路は、各エンドプレートに、永久磁石と対向するように形成された凹部の内側部分を含む。また、より好ましくは、冷媒経路に供給可能とする冷媒は、冷却水とする。

また、本発明に係る回転電機の回転子において、好ましくは、コア部の直径を１４０ｍｍ以上２２０ｍｍ以下の範囲とする。

本発明のうち、第１の発明に係る回転電機の回転子によれば、コア部からの漏洩磁束による渦電流をより有効に抑制できる。すなわち、第１の発明に係る回転電機の回転子によれば、コア部の軸方向両側面に対向する部分であり、複数の永久磁石の軸方向側面のすべての部分と軸方向に対向する部分を含み、コア部の軸方向両側面からの軸方向寸法がコア部の全周にわたり３ｍｍ以上である空間部を備えるので、永久磁石からの軸方向への漏洩磁束がエンドプレートに鎖交し難くなり、エンドプレートにおける渦電流の発生をより有効に抑制できる。また、第２の発明に係る回転電機の回転子によれば、コア部の外周縁と各エンドプレートの最外周縁部に位置する外周縁との間の径方向寸法は、２ｍｍ以上であるので、同様に、永久磁石からの軸方向への漏洩磁束がエンドプレートに鎖交し難くなり、エンドプレートにおける渦電流の発生をより有効に抑制できる。また、第３の発明によれば、第１の発明と第２の発明との構成を備えるので、渦電流の発生をさらに有効に抑制できる。この結果、コア部からの漏洩磁束によるエンドプレートでの渦電流の発生を、より有効に抑制できる。また、第４の発明に係る回転電機の回転子によれば、エンドプレートは、複数の永久磁石の軸方向側面の少なくとも一部と対向する第２空間部を備え、第２当接部の最外周となる外周縁の外接円の直径をコア部の最外周の外径よりも小さくしているので、永久磁石からの軸方向への漏洩磁束がエンドプレートに鎖交し難くなり、エンドプレートにおける渦電流の発生をより有効に抑制できる。

また、各エンドプレートと、回転子軸と、コア部との内部とに設けられた流路により構成する冷媒経路と、冷媒経路に冷媒を供給可能とする冷媒供給部とを備え、冷媒経路は、各エンドプレートに、永久磁石と対向するように形成された凹部の内側部分を含む構成によれば、渦電流の発生を抑制しつつ、回転子を冷却して、性能向上を図れる構造を、有効に実現できる。

［第１の発明の実施の形態］
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の回転子を備える回転電機である電動機を示す略断面図である。図２は、図１から回転子を取り出して示す略断面図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面を部分的に示す図である。図４は、図２の構成を構成するために、エンドプレートと、回転子の他の構成部材とを組み合わせる状態を示す図である。図５は、従来から考えられている従来例の回転子を示す略断面図である。図６は、図５の従来から考えられている構成において、コア部に設ける複数の永久磁石の内接円の半径を一定とした場合の、エンドプレートの半径と、電動機における渦電流損（Ｗ）との関係を示す図である。図７は、エンドプレートとコア部との軸方向の間隔と、電動機における渦電流損（Ｗ）との関係を示す図である。図８は、図５の従来から考えられている構成において、エンドプレートの半径と、エンドプレートにおける磁束密度の変動幅との関係を示す図である。

図１に示すように、本実施の形態の回転子であるロータ１０を備える電動機１２は、ケーシング１４に固定された固定子であるステータ１６と、ステータ１６と所定の空隙を空けて径方向に対向配置され、ステータ１６に対し回転可能なロータ１０とを備える。図１は、ステータ１６とロータ１０とが径方向に対向するように配置された、ラジアル型の電動機１２の例を示している。

ステータ１６は、複数の磁性鋼板を積層することにより構成するステータ鉄心１８と、複数相、例えば３相のステータコイル２０とを備える。ステータコイル２０は、ステータ鉄心１８の周方向複数個所に形成されたティース２２に巻回している。

ロータ１０は、ステータ１６の内側に配置しており、図２に示すように、ロータ軸２４の軸方向中間部外径側に設けられたコア部２６と、コア部２６の軸方向両側にコア部２６を挟むように設けられた一対のエンドプレート２８とを備える。コア部２６は、磁性鋼板を複数積層することにより構成するロータ鉄心３０と、ロータ鉄心３０の周方向複数個所に設けた軸方向の孔部３２内に配置した永久磁石３４とを有する。

すなわち、図３に示すように、ロータ鉄心３０の周方向複数個所に、径方向外側に向かって開くような断面Ｖ字形に一対ずつ設けた孔部３２に、断面Ｖ字形になるように、一対ずつの永久磁石３４を挿入している。また、各孔部３２に永久磁石３４を配置した状態で、各孔部３２の両端部に一対ずつの空隙部３６を設けている。このようにコア部２６に一対ずつの永久磁石３４を、それぞれ断面Ｖ字形に配置することにより、電動機１２（図１）のリラクタンストルクの利用率を向上させるとともに、コア部２６の直径を過度に大きくすることなく、永久磁石３４全体での表面積を大きくすることができる。なお、永久磁石３４は、このような断面Ｖ字形に配置する場合に限定するものではなく、コア部２６の周方向と一致する方向等、コア部２６の周方向に関してすべてが同じ向きに向くように永久磁石３４を配置する等もできる。

図２に示すように、一対のエンドプレート２８は、銅等の金属等の導電体により構成し、コア部２６の軸方向両側に位置するロータ軸２４の外周面に固定することにより、コア部２６の軸方向の変位を規制する。各エンドプレート２８は、中心部にロータ軸２４を挿入するための中心孔３８を有する円板状に形成している。各エンドプレート２８のコア部２６と対向する軸方向片側面で、コア部２６に配置した永久磁石３４の軸方向端面と対向する外径寄り部分に、中心孔３８と同心の環状凹部４０を形成している。

図４に示すように、ロータ軸２４に固定したロータ１０を構成する場合には、ロータ軸２４にコア部２６を外嵌するとともに、コア部２６の両側から一対のエンドプレート２８を、コア部２６を挟むように、中心孔３８にロータ軸２４を挿入する。そして、ロータ軸２４にコア部２６及びエンドプレート２８を外嵌固定する。また、ロータ１０において、コア部２６の直径、すなわち外径は、１４０ｍｍ以上２２０ｍｍ以下の範囲としている。

また、本実施の形態では、図２に示すように、環状凹部４０の内側を環状の空間部４２として、次の（１）から（３）で示すように、空間部４２またはエンドプレート２８に関係する寸法を規定している。
（１）まず、図２に示すように、ロータ１０を構成した状態で、空間部４２の内周の半径ｒａを、コア部２６に配置した複数の永久磁石３４の内接円の半径ｒｄ（図３）よりも小さくしている（ｒａ＜ｒｄ）。

また、空間部４２は、コア部２６の軸方向両側面に対向する部分であり、かつ、複数の永久磁石３４のすべての永久磁石３４の軸方向端面のすべての部分と軸方向に対向する部分を含んでいる。
（２）そして、空間部４２の、コア部２６の軸方向側面からの軸方向寸法ｂが、コア部２６の全周にわたり３ｍｍ以上の大きさを有するようにしている。すなわち、環状凹部４０の軸方向の深さを、コア部２６の全周にわたり３ｍｍ以上としている。

（３）また、エンドプレート２８の外径をコア部２６の外径よりも小さくし、コア部２６の外周縁と各エンドプレート２８の最外周縁部に位置する外周縁との間の、コア部２６の径方向寸法ｃを２ｍｍ以上としている。

このような本実施の形態の電動機１２は、複数相のステータコイル２０を用いてステータ１６に回転磁界を発生させることにより、ロータ１０が、永久磁石３４により生成される永久磁石生成トルクと、リラクタンストルクとにより回転駆動する。また、上記の（１）から（３）で説明したように、空間部４２の内周の半径ｒａ、空間部４２の、コア部２６の軸方向側面からの軸方向寸法ｂ、コア部２６の外周縁と各エンドプレート２８の最外周縁部に位置する外周縁との間の、コア部２６の径方向寸法ｃを上記のように規定することにより、コア部２６からの漏洩磁束によるエンドプレート２８での渦電流の発生を、より有効に抑制できる。

次に、この理由について詳しく説明する。まず、上記の（１）のように規定した理由について説明する。まず、図５に示すような、従来から考えられている従来例のロータ１０ａを用いて、エンドプレート２８の外周縁の半径ｒｅと、このロータ１０ａにより構成する電動機で発生する渦電流損との関係を求めるために行った第１のシミュレーションを説明する。図５に示すように、第１のシミュレーションで用いた従来例のロータ１０ａは、上記の図１から図４に示した本実施の形態のロータ１０で、エンドプレート２８の外径をコア部２６の外径と同じとし、かつ、各エンドプレート２８に環状凹部４０を形成していない構成と同様である。このような従来例のロータ１０ａと、上記の図１に示したステータ１６と同様の構成を有するステータとを組み合わせることにより電動機を構成する。そして、このように構成した電動機を用いて、複数の永久磁石３４の内接円の半径ｒｄ（図３参照）を一定とした場合で、エンドプレート２８の外周縁の半径ｒｅを変えた、すなわち半径ｒｅをパラメータとした場合において、電動機で発生する渦電流損（Ｗ）を求める第１のシミュレーションを行った。なお、図５では、永久磁石３４からの磁束が図５に矢印αで示すように流れて、永久磁石３４からの軸方向への漏洩磁束がエンドプレート２８に鎖交するため、エンドプレート２８に渦電流が流れて渦電流損が発生する可能性がある。

図６は、このようにして行った第１のシミュレーションの結果を表している。図６に示すように、エンドプレート２８の外周縁の半径ｒｅを、コア部２６の外周縁の半径Ｒｃ（図５）から徐々に小さくするのにしたがって、渦電流損は徐々に小さくなる。ただし、エンドプレート２８の外周縁の半径ｒｅが、永久磁石３４の内接円の半径ｒｄよりも小さくなると、渦電流損が小さくなる程度が急激に小さくなる、すなわちエンドプレート２８の外周縁の半径ｒｅの減少に対する、渦電流の減少量が小さくなる。このため、本発明者は、上記の（１）で説明したように、空間部４２（図２）の内周の半径ｒａを、コア部２６に配置した複数の永久磁石３４の内接円の半径ｒｄ（図３）よりも小さくする（ｒａ＜ｒｄ）ことにより、電動機１２（図１）に発生する渦電流損を十分に小さくできると考えた。本実施の形態では、このような理由から、空間部４２の内周の半径ｒａと、コア部２６に配置した複数の永久磁石３４の内接円の半径ｒｄとの関係を規定している。

次に、上記の（２）のように規定した理由について説明する。まず、図１から図４に示した本実施の形態の電動機１２と同様の構成を用いて、空間部４２の軸方向距離ｂであり、コア部２６の軸方向側面からエンドプレート２８の環状凹部４０の底面までの軸方向距離ｂである、エンドプレート・コア間距離ｂと、電動機１２に発生する渦電流損との関係を求めるために行った第２のシミュレーションを説明する。エンドプレート・コア間距離ｂを変えるために、例えば、環状凹部４０の深さを変えた。図７は、このような第２のシミュレーションの結果を表している。図７の「１００％」、「５０％」は、それぞれ渦電流損（Ｗ）の大きさを相対的に比率で表したもので、エンドプレート・コア間距離ｂが０である場合の渦電流損を１００％とした場合の、渦電流損の割合を％で表している。図７に示すように、エンドプレート・コア間距離ｂが大きくなるほど渦電流損が小さくなり、エンドプレート・コア間距離ｂが３ｍｍ以上になると、エンドプレート・コア間距離ｂが０である場合に比べて約５０％の大きさに十分に小さくなる。このため、本発明者は、上記の（２）で説明したように、空間部４２の、コア部２６の軸方向側面からの軸方向寸法ｂが、コア部２６の全周にわたり３ｍｍ以上の大きさを有するようにすることにより、電動機１２に発生する渦電流損を十分に小さくできると考えた。本実施の形態では、このような理由から、空間部４２の、コア部２６の軸方向側面からの軸方向寸法ｂを規定している。なお、図７に示すシミュレーション結果から分かるように、渦電流損が５０％以下となるのが、エンドプレート・コア間距離ｂが３．５ｍｍ以上である場合である。このため、空間部４２の、コア部２６の軸方向側面からの軸方向寸法ｂは、より好ましくは、３．５ｍｍ以上とする。

次に、上記の（３）のように規定した理由について説明する。まず、上記の図５に示すような、従来から考えられている従来例のロータ１０ａを用いて、エンドプレート２８の外周縁の半径ｒｅと、エンドプレート２８を通過する磁束密度の変動幅との関係を求めるために行った第３のシミュレーションを説明する。第３のシミュレーションで用いた従来例のロータ１０ａは、上記の第１のシミュレーションの説明で説明した場合と同じである。このような従来例のロータ１０ａと、上記の図１に示したステータ１６と同様の構成を有するステータとを組み合わせることにより電動機を構成する。そして、このように構成した電動機を用いて、コア部２６の外周縁の半径Ｒｃを一定とした場合で、エンドプレート２８の外周縁の半径ｒｅを変えた場合において、エンドプレート２８を通過する磁束密度の変動幅（Ｔ）を求める第３のシミュレーションを行った。

図８は、このようにして行った第３のシミュレーションの結果を表している。図８に示すように、エンドプレート２８の外周縁の半径ｒｅを、コア部２６の外周縁の半径Ｒｃから小さくするのにしたがって、磁束密度の変動幅（Ｔ）は徐々に小さくなる。また、磁束密度の変動幅が小さくなると、エンドプレート２８に渦電流が発生し難くなる。ただし、エンドプレート２８の外周縁の半径ｒｅとコア部２６の外周縁の半径Ｒｃとの差が２ｍｍ以上になると、磁束密度の変動幅が小さくなる程度が急激に小さくなる、すなわちエンドプレートの外周縁の半径ｒｅの減少に対する、磁束密度の変動幅の減少量が小さくなる。具体的には、この場合には、磁束密度の変動幅の絶対値は、約０．１Ｔ以下と十分に小さくなる。このため、本発明者は、上記の（３）で説明したように、コア部２６の外周縁と各エンドプレート２８の最外周縁部に位置する外周縁との間の、コア部２６の径方向寸法ｃを２ｍｍ以上とすることにより、電動機１２（図１）に発生する渦電流損を十分に小さくできると考えた。本実施の形態では、このような理由から、コア部２６の外周縁と各エンドプレート２８の最外周縁部に位置する外周縁との間の、コア部２６の径方向寸法ｃを規定している。このような理由から、本実施の形態によれば、永久磁石３４からの軸方向への漏洩磁束がエンドプレート２８に鎖交し難くなり、エンドプレート２８における渦電流の発生をより有効に抑制できる。すなわち、永久磁石３４からの軸方向への漏洩磁束が大きくなっても、漏洩磁束が鎖交する部分が、コア部２６の軸方向側面からの軸方向寸法が十分に大きい空間部４２となるため、渦電流損を低減でき、電動機１２の性能向上を図れるとともに、ロータ１０の発熱を少なくできる。

また、本実施の形態によれば、上記の特許文献１に記載された、エンドプレートにローレット加工を施して渦電流の発生を抑制するようにする場合と異なり、ローレット深さの大きいローレット加工を行う必要がなくなり、加工作業が単純になり、製造コストの低減を図れる。

［第２の発明の実施の形態］
図９は、本発明の第２の実施の形態の回転子において、コア部及びエンドプレートの円周方向一部を示す略斜視図である。図１０は、図９のＢ−Ｂ断面を部分的に示す図である。本実施の形態の回転子であるロータの場合、上記の第１の実施の形態の場合と異なり、エンドプレート２８ａに環状凹部４０（図１、図２参照）を設けていない。その代わりに、本実施の形態では、エンドプレート２８ａを構成し、中心部に中心孔３８を有する円板状の本体部４３と、本体部４３の外周面の周方向複数個所に、径方向外側に突出するように設けた外側突部４４とを備える。本体部４３は、第１当接部に対応するもので、コア部２６の軸方向側面のうち、コア部２６の径方向に関して複数の永久磁石３４よりも内径側部分と当接する。外側突部４４は、それぞれ断面Ｖ字形に配置した一対ずつ複数組の永久磁石３４の、各組の永久磁石３４を配置した部分の周方向中央部の外径側に位置するコア部２６の側面に対向させるように設けている。

また、図１０に示すように、各外側突部４４は、先端部に設けた、コア部２６の軸方向側面に接する、第２当接部である抑え部４６と、外側突部４４の抑え部４６からコア部２６の径方向内側に外れた部分に設けた外側突部側凹部４８とを有する。図１０に示すように、外側突部側凹部４８は、外側突部４４の基端部から長さ方向中間部にわたる部分に設けて、コア部２６の軸方向側面から離れるように凹んでいる。また、外側突部側凹部４８の軸方向深さｂを３ｍｍ以上としている。そして、この構成により、外側突部側凹部４８の内側部分と、エンドプレート２８ａの周方向に関して隣り合う外側突部４４の間部分とを含む部分により、第２空間部でもある空間部４２ａを構成している。したがって、空間部４２ａの、コア部２６の軸方向側面からの軸方向寸法は、コア部２６の全周にわたり３ｍｍ以上となっている。また、空間部４２ａは、コア部２６に設けた複数の永久磁石３４のすべての永久磁石３４の、軸方向側面のすべての部分、または、複数の永久磁石３４の軸方向側面の一部とコア部２６の軸方向に対向する部分を含んでいる。また、各外側突部４４に設けた抑え部４６は、コア部２６の軸方向側面のうち、コア部２６の径方向に関して複数の永久磁石３４の外径側、または複数の永久磁石３４よりも外径側に位置する周方向の一部のみと当接している。また、外側突部４４において、エンドプレート２８ａの最外周縁部に位置する外周縁である先端縁の外接円の直径を、コア部２６の最外周の外径よりも小さくするとともに、各外側突部４４の最外周となる先端縁の外接円の直径を、コア部２６の最外周となる外周縁の外径よりも小さくしている。より具体的には、外側突部４４の外周縁である先端縁と、コア部２６の外周縁との間の径方向寸法ｃ´を、２ｍｍ以上としている。

このような本実施の形態の場合も、上記の第１の実施の形態と同様に、永久磁石３４からの軸方向への漏洩磁束がエンドプレート２８ａに鎖交し難くなり、エンドプレート２８ａにおける渦電流の発生をより有効に抑制できる。その他の構成及び作用については、上記の第１の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して、重複する図示及び説明を省略する。また、本実施の形態において、外側突部４４の外周縁である先端縁と、コア部２６の外周縁との間の径方向寸法ｃ´を、２ｍｍ未満とすることもでき、その場合でも、外側突部４４において、エンドプレート２８ａの最外周縁部に位置する外周縁である先端縁の外接円の直径を、コア部２６の最外周の外径よりも小さくすることにより、永久磁石３４からの軸方向への漏洩磁束をエンドプレート２８ａに鎖交し難くできる。

［第３の発明の実施の形態］
図１１は、本発明の第３の実施の形態の回転子において、コア部及びエンドプレートの円周方向一部を示す略斜視図である。本実施の形態の回転子であるロータの場合には、上記の図９から図１０に示した第２の実施の形態において、エンドプレート２８ｂの外周縁に設けた複数の外側突部４４の、周方向に隣り合う外側突部４４の間部分にも、外側突部４４と同形状の外側突部４４ａを設けている。すなわち、エンドプレート２８ｂに設ける外側突部４４，４４ａの総数を第２の実施の形態の場合よりも多くしている。また、このように構成することにより、それぞれ断面Ｖ字形に配置した一対ずつ複数組の永久磁石３４の、各組の永久磁石３４の間部分に対向する位置にも、外側突部４４ａが設けられる。その他の構成及び作用については、上記の第２の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して、重複する図示及び説明を省略する。なお、上記の図１０から図１１に示した第２の実施の形態及び第３の実施の形態においては、外側突部４４の先端部を永久磁石３４に接触しないようにしているが、外側突部４４の先端部を、永久磁石３４に接触させるように構成することもできる。

次に、本発明の発明者が、上記の図９から図１０に示した第２の実施の形態と、図１１に示した第３の実施の形態とを用いて、従来例に対する渦電流損の低減効果を確認するために行った第４のシミュレーションについて説明する。第４のシミュレーションは、上記の図５に示した従来例のロータ１０ａと、第２の実施の形態のロータと、第３の実施例のロータとを用いて、それぞれにより電動機を構成したものを用いて、電動機に発生する渦電流損（Ｗ）を求めた。従来例は、上記の図５に示した従来から考えられているロータ１０であり、上記の第１のシミュレーションで説明したものと同様である。図１２は、このようにして行った第４のシミュレーションの結果を表す図である。図１２において、「従来例」は、従来例のロータ１０ａ（図５）を用いて構成した回転電機の場合を、第２実施例は、第２の実施の形態のロータを用いて構成した回転電機の場合を、第３実施例は、第３の実施の形態のロータを用いて構成した回転電機の場合を、それぞれ表している。図１２の結果から明らかなように、第２の実施の形態及び第３の実施の形態では、従来例に対して大幅に渦電流損を低減できることを確認できた。

なお、上記の各実施の形態では、各エンドプレート２８に、永久磁石３４と対向するように環状凹部４０または外側突部側凹部４８を形成する場合について説明した。ただし、環状凹部４０及び外側突部側凹部４８の代わりに、エンドプレート２８に軸方向に貫通する孔部を形成することもできる。また、各エンドプレートを、中心孔８を設けるが、環状凹部４０等の凹部を形成しない円板状に形成し、各エンドプレートの外径をコア部２６の外径よりも半径方向寸法で２ｍｍ以上全周にわたり小さくしたり、複数の永久磁石３４の内接円の直径よりも小さくすることもできる。この場合には、各エンドプレートの外周面よりも外径側に、コア部２６の軸方向側面からの軸方向寸法が全周にわたり３ｍｍ以上である空間部を形成できる。また、コア部２６に設けた複数の永久磁石３４の軸方向側面のすべての部分と軸方向に対向する部分に、コア部２６の軸方向側面からの軸方向寸法が、コア部２６の全周にわたり３ｍｍ以上である空間部４２，４２ａを設けなくても、コア部２６の外周縁と各エンドプレート２８の最外周縁部に位置する外周縁との間の径方向寸法が２ｍｍ以上である構成を備えていればよい。逆に、コア部２６の外周縁と各エンドプレート２８の最外周縁部に位置する外周縁との間の径方向寸法が２ｍｍ以上である構成を備えていなくても、コア部２６に設けた複数の永久磁石３４の軸方向側面のすべての部分と軸方向に対向する部分に、コア部２６の軸方向側面からの軸方向寸法が、コア部２６の全周にわたり３ｍｍ以上である空間部を設けていればよい。ただし、これらの構成の場合は、上記の各実施の形態の場合に対して、渦電流の発生抑制効果が劣る可能性がある。

［第４の発明の実施の形態］
図１３は、本発明の第４の実施の形態の回転子を備える回転電機である電動機の略断面図と、回転子側冷却水回路とを示す図である。本実施の形態の電動機１２ａでは、冷媒である冷却水により、回転子であるロータ１０を冷却できるようにしている。このために、ロータ軸２４と、エンドプレート２８との内部に、それぞれ冷媒流路である、ロータ軸側冷却水流路５０ａ，５０ｂと、エンドプレート側冷却水流路５２ａ，５２ｂとを設けている。すなわち、ロータ軸２４の軸方向両端寄り部分に、一端が軸方向端面に開口し、他端がロータ軸２４の中間部外周面に開口する一対のロータ軸側冷却水流路５０ａ，５０ｂを設けている。ロータ軸側冷却水流路５０ａ，５０ｂは、冷却水の流れ方向中間部に曲げ部を有する。

また、エンドプレート側冷却水流路５２ａ，５２ｂは、各エンドプレート２８に設けた環状凹部４０と、環状凹部４０の内周面の周方向一部に一端を接続し、他端をエンドプレート２８の内周面に開口させた孔部５４とにより構成している。孔部５４の他端は、ロータ軸側冷却水流路５０ａ，５０ｂの他端に接続している。

また、ロータ鉄心３０のうち、永久磁石３４を挿入するための複数の孔部３２の、永久磁石３４の両側に存在する一対ずつの空隙部３６（図３参照）により、コア部側冷却水流路を構成している。そして、コア部側冷却水流路と、ロータ軸側冷却水流路５０ａ，５０ｂと、エンドプレート側冷却水流路５２ａ，５２ｂとを接続することにより、ロータ側冷却水経路５６を構成している。例えば、ロータ鉄心３０に押し付けたエンドプレート側冷却水流路５２ａ，５２ｂを構成する環状凹部４０の開口端を、ロータ鉄心３０に設けた空隙部３６に通じさせている。すなわち、ロータ側冷却水経路５６は、各エンドプレート２８に、永久磁石３４と対向するように形成された環状凹部４０の内側部分を含む。

そして、このようなロータ側冷却水経路５６と、冷却水供給部である冷却水ポンプ５８と、熱交換部６０とを、配管等により接続することにより、冷却水回路６２を構成している。冷却水ポンプ５８は、冷却水入口Ｐに供給された冷却水を、冷却水出口Ｑから吐出する機能を有し、ロータ側冷却水経路５６に冷却水を供給可能とする。また、熱交換部６０は、外部を通過する空気と、内部を流れる冷却水とを熱交換し、コア部２６を流れることにより温度上昇した冷却水を冷却する機能を有する。なお、ロータ軸２４は、使用時に回転するため、ロータ軸側冷却水流路５０ａ，５０ｂと、ロータ軸２４の軸方向端面に開口するロータ軸側冷却水流路５０ａ，５０ｂの端部に接続する配管とは、互いの相対回転を可能に接続する。例えば、ロータ軸２４の軸方向端面に開口するロータ軸側冷却水流路５０ａ，５０ｂの端部開口内側に、冷却水回路６２を構成する配管を挿入し、この端部開口内周面と配管の端部外周面との間にシールリング等の密封部材（図示せず）を設けて、密封部材を、ロータ軸２４または配管に摺接させる。

このように構成する冷却水回路６２により、冷却水ポンプ５８から吐出された冷却水は、軸方向片側のロータ軸側冷却水流路５０ａ、軸方向片側のエンドプレート側冷却水流路５２ａ、コア部側冷却水流路、軸方向他側のエンドプレート側冷却水流路５２ｂ、軸方向他側のロータ軸側冷却水流路５０ｂを、順に流れた後、熱交換部６０に送られる。熱交換部６０を流れることにより温度低下した冷却水は、再び冷却水ポンプ５８に送られる。このようなサイクルを繰り返すことにより、冷却水が冷却水回路６２を循環する。すなわち、冷却水回路６２に冷却水は、図１３に矢印で示す方向に流れる。このため、ロータ１０の発熱、特に、永久磁石３４の発熱が抑えられる。

このような本実施の形態によれば、各エンドプレート２８と、ロータ軸２４と、コア部２６との内部とに設けられた冷却水流路５２ａ，５２ｂ，５０ａ，５０ｂにより構成するロータ側冷却水経路５６と、ロータ側冷却水経路５６に冷却水を供給可能とする冷却水ポンプ５８とを備える。また、ロータ側冷却水経路５６は、各エンドプレート２８に、永久磁石３４と対向するように形成された環状凹部４０の内側部分を含む。このため、渦電流の発生を抑制しつつ、ロータ１０を冷却して、性能向上を図れる構造を、有効に実現できる。その他の構成及び作用については、上記の図１から図８に示した第１の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して、重複する図示及び説明を省略する。

なお、本実施の形態では、ロータ鉄心３０に設けた永久磁石３４を挿入する孔部３２により構成する空隙部３６（図３参照）により、コア部側冷却水流路を構成している。ただし、コア部側冷却水流路は、ロータ鉄心３０の、永久磁石３４を挿入する孔部３２とは別の部分に設けた孔部により構成して、冷却水が永久磁石３４に直接接触することなく、コア部２６の内部を流れるようにすることもできる。また、本実施の形態では、冷媒として、冷却水を使用しているが、冷却油等の冷却水以外を使用することもできる。

［第５の発明の実施の形態］
図１４は、本発明の第５の実施の形態の回転子を備える回転電機である電動機の略断面図と、回転子側冷却水回路とを示す図である。本実施の形態の電動機１２ｂでは、上記の図１３に示した第４の実施の形態において、ロータ軸側冷却水流路５０ｃを、ロータ軸２４の軸方向に設けた軸方向流路６４と、軸方向流路６４の軸方向中間部と奥端部とに放射状に連結するようにそれぞれ設けた複数の径方向流路６６とにより構成している。そして、軸方向流路６４の一端（図１４の右端）を、冷却水ポンプ５８の冷却水出口Ｑに、冷却水回路６２ａの一部である配管等を介して接続している。

また、各エンドプレート２８において、環状凹部４０の内径側の周方向複数個所に、径方向に伸びるように連結するように設けた径方向流路６８の径方向内端と、ロータ軸２４に設けた径方向流路６６の径方向外端とを通じさせている。また、各エンドプレート２８において、環状凹部４０の底面の周方向複数個所に軸方向に貫通する孔部７０を形成している。

また、ケーシング１４の下端部の軸方向に離れた２個所位置に、ケーシング１４の径方向に貫通する排出孔７２を設けている。各排出孔７２の下流端は、冷却水回路６２ａの一部である配管等を介して、熱交換部６０に接続し、熱交換部６０と冷却水ポンプ５８の冷却水入口Ｐとを、冷却水回路６２ａの一部である配管等を介して接続している。そして、各エンドプレート２８にそれぞれ設けた環状凹部４０の内側部分と径方向流路６８と孔部７０と、ロータ軸２４に設けたロータ軸側冷却水流路５０ｃとにより、ロータ側冷却水経路５６ａを構成している。また、ロータ側冷却水経路５６ａと、冷却水ポンプ５８と、熱交換部６０とを、配管等により接続することにより冷却水回路６２ａを構成している。

冷却水回路６２ａにより、冷却水ポンプ５８から吐出された冷却水は、ロータ軸側冷却水流路５０ｃ、各エンドプレート２８にそれぞれ設けた径方向流路６８、環状凹部４０の内側部分、孔部７０を順に流れた後、ケーシング１４内のエンドプレート２８外部に放出されて、ケーシング１４内で下方に流れて、ケーシング１４の排出孔７２を通じて熱交換部６０に送られる。続いて、冷却水は、熱交換部６０から再び冷却水ポンプ５８に送られる。このため、冷却水回路６２ａを流れる冷却水は、環状凹部４０内で永久磁石３４とコア部２６とに接触し、永久磁石３４とコア部２６とを冷却する。このため、渦電流の発生を抑制しつつ、ロータ１０を冷却して、性能向上を図れる構造を、有効に実現できる。また、この場合には、コア部２６の内部に冷却水を流す必要がなくなる。その他の構成及び作用については、上記の図１から図８に示した第１の実施の形態、または、上記の図１３に示した第４の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して、重複する図示及び説明を省略する。

また、図１５は、第５の実施の形態において、エンドプレートの別例の一部を示す断面図である。図１５に示すエンドプレート２８では、図１４に示した構造の場合と異なり、軸方向の孔部７０（図１４参照）の代わりに、環状凹部４０の径方向外側の周方向複数個所に径方向の孔部７４を設けることもできる。この場合には、環状凹部４０に送られた冷却水は、径方向の孔部７４を通じて径方向外側に噴出し、ケーシング１４（図１４参照）内で下方に流れて、ケーシング１４の排出孔７２（図１４参照）から熱交換部６０（図１４参照）に送られる。その他の構成は、上記の図１４に示した第４の実施の形態と同様である。

本発明の第１の実施形態の回転子を備える回転電機である電動機を示す略断面図である。 図１から回転子を取り出して示す略断面図である。 図２のＡ−Ａ断面を部分的に示す図である。 図２の構成を構成するために、エンドプレートと、回転子の他の構成部材とを組み合わせる状態を示す図である。 従来から考えられている従来例の回転子を示す略断面図である。 第１のシミュレーションの結果を、図５の従来から考えられている構成において、コア部に設ける複数の永久磁石の内接円の半径を一定とした場合の、エンドプレートの半径と、電動機における渦電流損（Ｗ）との関係により示す図である。 第２のシミュレーションの結果を、エンドプレートとコア部との軸方向の間隔と、電動機における渦電流損（Ｗ）との関係により示す図である。 第３のシミュレーションの結果を、図５の従来から考えられている構成において、エンドプレートの半径と、エンドプレートにおける磁束密度の変動幅との関係により示す図である。 本発明の第２の実施の形態の回転子において、コア部及びエンドプレートの円周方向一部を示す略斜視図である。 図９のＢ−Ｂ断面を部分的に示す図である。 本発明の第３の実施の形態の回転子において、コア部及びエンドプレートの円周方向一部を示す略斜視図である。 第４のシミュレーションの結果を表す図である。 本発明の第４の実施の形態の回転子を備える回転電機である電動機の略断面図と、回転子側冷却水回路とを示す図である。 本発明の第５の実施の形態の回転子を備える回転電機である電動機の略断面図と、回転子側冷却水回路とを示す図である。 第５の実施の形態において、エンドプレートの別例の一部を示す断面図である。

符号の説明

１０，１０ａ ロータ、１２，１２ａ，１２ｂ 電動機、１４ ケーシング、１６ ステータ、１８ ステータ鉄心、２０ ステータコイル、２２ ティース、２４ ロータ軸、２６ コア部、２８，２８ａ，２８ｂ エンドプレート、３０ ロータ鉄心、３２ 孔部、３４ 永久磁石、３６ 空隙部、３８ 中心孔、４０ 環状凹部、４２，４２ａ 空間部、４３ 本体部、４４，４４ａ 外側突部、４６ 抑え部、４８ 外側突部側凹部、５０ａ，５０ｂ，５０ｃ ロータ軸側冷却水流路、５２ａ，５２ｂ エンドプレート側冷却水流路、５４ 孔部、５６，５６ａ ロータ側冷却水経路、５８ 冷却水ポンプ、６０ 熱交換部、６２，６２ａ 冷却水回路、６４ 軸方向流路、６６ 径方向流路、６８ 径方向流路、７０ 孔部、７２ 排出孔、７４ 孔部。

Claims (8)

1. 回転子軸の軸方向中間部外径側に設けられ、周方向複数個所に永久磁石が配置されたコア部と、
   コア部の軸方向両側にコア部を挟むように設けられた一対のエンドプレートと、を備える回転電機の回転子であって、
   コア部の軸方向両側面に対向する部分であり、複数の永久磁石の軸方向側面のすべての部分と対向する部分を含み、コア部の軸方向両側面からの軸方向寸法がコア部の全周にわたり３ｍｍ以上である空間部を備えることを特徴とする回転電機の回転子。
2. 請求項１に記載の回転電機の回転子において、
   各エンドプレートのコア部と対向する軸方向片側面に、永久磁石と対向するように環状の凹部を形成していることを特徴とする回転電機の回転子。
3. 請求項１に記載の回転電機の回転子において、
   エンドプレートの外周面の周方向複数個所に径方向外側に突出するように設けられた外側突部を備え、
   外側突部は、
   先端部に設けられて、コア部の軸方向側面に接する抑え部と、
   外側突部の抑え部からコア部の径方向に外れた部分に設けられて、コア部の軸方向側面から離れるように凹んだ外側突部側凹部と、を有し、
   外側突部側凹部の軸方向深さを３ｍｍ以上とすることにより、外側突部側凹部の内側部分と、周方向に関して隣り合う外側突部の間部分とを含む部分を空間部としていることを特徴とする回転電機の回転子。
4. 回転子軸の軸方向中間部外径側に設けられ、周方向複数個所に永久磁石が配置されたコア部と、
   コア部の軸方向両側にコア部を挟むように設けられた一対のエンドプレートと、を備える回転電機の回転子であって、
   コア部の外周縁と各エンドプレートの最外周縁部に位置する外周縁との間の径方向寸法は、２ｍｍ以上であることを特徴とする回転電機の回転子。
5. 請求項４に記載の回転電機の回転子において、
   エンドプレートの外周面の周方向複数個所に径方向外側に突出するように設けられた外側突部を備え、
   外側突部において、エンドプレートの最外周縁部に位置する外周縁である先端縁と、コア部の外周縁との間の径方向寸法は、２ｍｍ以上であることを特徴とする回転電機の回転子。
6. 回転子軸の軸方向中間部外径側に設けられ、周方向複数個所に永久磁石が配置されたコア部と、
   コア部の軸方向両側にコア部を挟むように設けられた一対のエンドプレートと、を備える回転電機の回転子であって、
   コア部の軸方向両側面に対向する部分であり、複数の永久磁石の軸方向側面のすべての部分と対向する部分を含み、コア部の軸方向両側面からの軸方向寸法が３ｍｍ以上である空間部を備え、
   コア部の外周縁と各エンドプレートの最外周縁部に位置する外周縁との間の径方向寸法は、２ｍｍ以上であることを特徴とする回転電機の回転子。
7. 回転子軸の軸方向中間部外径側に設けられ、周方向複数個所に永久磁石が配置されたコア部と、
   コア部の軸方向両側にコア部を挟むように設けられた一対のエンドプレートと、を備える回転電機の回転子であって、
   エンドプレートは、
   コア部の軸方向側面のうち、径方向に関して複数の永久磁石よりも内径側部分と当接する第１当接部と、
   コア部の軸方向側面のうち、径方向に関して複数の永久磁石の外径側、または複数の永久磁石よりも外径側に位置する周方向の一部のみと当接する第２当接部と、
   複数の永久磁石の軸方向側面の少なくとも一部と対向する第２空間部とを備え、
   第２当接部の最外周となる外周縁の外接円の直径をコア部の最外周の外径よりも小さくしたことを特徴とする回転電機の回転子。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１に記載の回転電機の回転子において、
   各エンドプレートと、回転子軸と、コア部との内部とに設けられた流路により構成する冷媒経路と、
   冷媒経路に冷媒を供給可能とする冷媒供給部とを備え、
   冷媒経路は、各エンドプレートに、永久磁石と対向するように形成された凹部の内側部分を含むことを特徴とする回転電機の回転子。

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