JP2009303293A - Rotor of rotating electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a technique for cooling a permanent magnet and its periphery in a rotor of a rotating electrical machine, particularly a permanent magnet embedded rotor in which a permanent magnet is embedded in a rotor core.
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。 In a rotating electrical machine, a permanent magnet provided in a rotor generates heat when the rotor rotates, and the temperature rises. If the temperature rises excessively, the permanent magnet may cause irreversible demagnetization, and the rotating electrical machine may cause performance degradation such as a reduction in output.
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。
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。 However, in the thing of patent document 1, the refrigerant | coolant in a refrigerant path tends to leak from the clearance gap between adjacent electromagnetic steel plates. For this reason, the quantity of the refrigerant | coolant which contributes to cooling of a permanent magnet reduces, the excessive temperature rise of a permanent magnet cannot be suppressed, and the deterioration of the performance of a rotary electric machine is caused.
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。 The present invention has been made in view of the above problems, and by sufficiently preventing the refrigerant from leaking through the gaps between the electromagnetic steel sheets, the cooling performance of the permanent magnet and the surrounding rotor core portion is sufficiently ensured. And it aims at suppressing the performance deterioration of a rotary electric machine.
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。 For this reason, in the present invention, a rotor core having a laminated steel plate fixed to the rotor rotation shaft is provided with a plurality of magnet accommodation holes penetrating the laminated steel plate in the axial direction of the rotor rotation shaft, and a permanent magnet is provided in each magnet accommodation hole. To accommodate. Here, the magnet housing hole has a passage portion of the refrigerant provided so as to be expanded from the occupied portion of the permanent magnet, and covers the inner wall of the passage portion with a resin material.
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。 With the above configuration, the permanent magnet and its periphery are cooled by the refrigerant flowing through the passage portion. Here, the resin material that covers the inner wall of the passage portion prevents leakage of the refrigerant from the gap between the electromagnetic steel sheets constituting the laminated steel sheet, and ensures a sufficient amount of the refrigerant that contributes to cooling of the permanent magnet. The magnet can be efficiently cooled. Therefore, irreversible demagnetization due to excessive temperature rise of the permanent magnet can be prevented, and performance deterioration of the rotating electrical machine can be suppressed.
以下に、本発明の第1実施形態について説明する。 The first embodiment of the present invention will be described below.
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。 FIG. 1 shows a motor generator 1 as a rotating electrical machine according to the present embodiment.
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。 The motor generator 1 has a function as an electric motor or a generator, and constitutes a drive source of a hybrid vehicle together with an internal combustion engine (not shown). The power output from the motor generator 1 as an electric motor is transmitted as a rotational force to a wheel (not shown) to drive the vehicle. On the other hand, during regenerative braking of the vehicle, the motor generator 1 is driven as a generator by the rotational force from the wheels, and the generated electric power is stored in a battery via an inverter (not shown).
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。 2 shows the rotor of FIG. 1 in detail, and FIG. 3 shows an AA cross section of FIG.
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。
The
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。
The
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。
The
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。 FIG. 4 is an enlarged view around the permanent magnet in the rotor of FIG.
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。
The
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。
Specifically, the
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。
Hereinafter, a configuration for guiding the refrigerant (for example, hydraulic oil of the torque converter) to the
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。
In the present embodiment, the
以下、上記構成における冷媒の流れを説明する。 Hereinafter, the flow of the refrigerant in the above configuration will be described.
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。
The refrigerant pumped by a pump (not shown) driven by the internal combustion engine is guided to the
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。
The refrigerant cools the adjacent
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。
As described above, the
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。
Further, the refrigerant leaking from between the adjacent
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。
In the present embodiment, each
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。
Further, in the present embodiment, the refrigerant that has flowed out of the refrigerant discharge holes 45 and 47 through the
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。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The configuration other than the
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。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the
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。 The present invention is not limited to the above embodiment, and may be modified as follows.
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。
First, as shown in FIG. 6, the resin material is absent from a part of the inner wall of the
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。
Further, in order to fix the
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。
Further, as shown in FIG. 7, the position of the left end of the
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。 Next, the motor generator 1 is not limited to a hybrid vehicle, and may be mounted on an electric vehicle such as a fuel cell vehicle or an electric vehicle.
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。 Further, the refrigerant according to the present invention is not limited to the hydraulic oil for the torque converter, but may be other refrigerants.
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。 Furthermore, the present invention is not limited to the motor generator, but can be applied to a motor or generator having a single function.
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
1 Motor generator
DESCRIPTION OF
Claims (9)
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。 A rotor rotation axis;
A rotor core having a laminated steel plate fixed to the rotor rotating shaft, and a plurality of magnet housing holes provided by penetrating the laminated steel plate in the axial direction of the rotor rotating shaft;
A plurality of permanent magnets housed in each of the magnet housing holes;
Comprising
The rotor of a rotating electrical machine, wherein the magnet housing hole has a refrigerant passage portion that is provided so as to be expanded from an occupied portion of the permanent magnet, and an inner wall of the passage portion is covered with a resin material.
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。 One pole is formed by a plurality of permanent magnets arranged side by side in the circumferential direction of the rotor core,
The rotor of the rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the passage portion is formed in an inner bridge portion of the rotor core sandwiched between permanent magnets forming the one pole.
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。 The second resin material is filled in the gap of the magnet accommodation hole in which the permanent magnet is accommodated, integrally with the first resin material that is a resin material that covers the inner wall of the passage portion,
The rotor of a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 5, wherein the permanent magnet is fixed in the magnet housing hole by the second resin material.
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。 The rotor according to any one of claims 1 to 7,
A stator disposed on the outer peripheral side of the rotor;
Rotating electric machine composed of
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。 A rotor rotation axis;
A rotor core having a laminated steel plate fixed to the rotor rotating shaft, and a plurality of magnet housing holes provided by penetrating the laminated steel plate in the axial direction of the rotor rotating shaft;
A plurality of permanent magnets housed in each of the magnet housing holes;
A resin part configured to be filled with a resin material in the magnet accommodation hole, and fixing the permanent magnet in the magnet accommodation hole;
Comprising
The magnet housing hole has an occupied portion of the permanent magnet, and a refrigerant passage portion provided to be expanded from the occupied portion,
The rotor of the rotating electrical machine in which the refrigerant passage is formed by penetrating the resin portion in the axial direction in the passage portion.
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