JP2013055752A - Permanent magnet type motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石型モータの冷却構造に関する。 The present invention relates to a cooling structure for a permanent magnet motor.
積層鋼板で構成されたロータコアの表面や内部に永久磁石を取り付け、ステータで発生する回転磁界とロータコアに働く電磁力によってロータを回転させる永久磁石型モータが用いられている。このような永久磁石型モータの駆動制御には、インバータによるパルス制御が用いられる場合が多いが、パルスによるリップル電流によって永久磁石が発熱してしまうので、永久磁石の近傍に設けた流路に冷媒を流して永久磁石を冷却する方法が用いられている。 A permanent magnet motor is used in which a permanent magnet is attached to the surface or inside of a rotor core made of laminated steel plates, and the rotor is rotated by a rotating magnetic field generated by the stator and an electromagnetic force acting on the rotor core. For drive control of such a permanent magnet motor, pulse control by an inverter is often used. However, since the permanent magnet generates heat due to a ripple current caused by the pulse, a refrigerant is provided in a flow path provided in the vicinity of the permanent magnet. Is used to cool the permanent magnet.
冷媒流路は、積層鋼板のロータコアを軸方向に貫通させるものであるが、ロータの回転数が高くなると、遠心力のために冷媒流路を流れる冷媒の一部が積層した鋼板の隙間からロータとステータとの隙間に流出し、ロータの回転抵抗となってモータの運転効率を低下させてしまうという問題があった。そこで、ロータの回転数が高くなった際に、永久磁石近傍の冷媒流路への冷媒の供給量を低減する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 The refrigerant flow path penetrates the rotor core of the laminated steel sheet in the axial direction. However, when the rotation speed of the rotor increases, the rotor flows from the gap between the steel sheets in which a part of the refrigerant flowing through the refrigerant flow path is laminated due to centrifugal force. It flows out into the gap between the stator and the stator, and there is a problem that it becomes a rotational resistance of the rotor and lowers the operation efficiency of the motor. Thus, a method has been proposed in which the amount of refrigerant supplied to the refrigerant flow path in the vicinity of the permanent magnet is reduced when the rotational speed of the rotor increases (see, for example, Patent Document 1).
また、永久磁石型モータでは、ロータの回転数が低い場合には、永久磁石の発熱が小さいので、永久磁石近傍の冷媒流路への冷媒供給量を制限し、回転数の高い場合に永久磁石の近傍の冷媒流路に冷媒を供給することにより、ロータによる冷媒の攪拌損失や冷媒ポンプの損失を低減し、モータの運転効率を向上させる方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 Further, in the permanent magnet motor, since the heat generation of the permanent magnet is small when the rotation speed of the rotor is low, the amount of refrigerant supplied to the refrigerant flow path in the vicinity of the permanent magnet is limited, and when the rotation speed is high, the permanent magnet A method has been proposed in which a refrigerant is supplied to a refrigerant flow path in the vicinity of the rotor to reduce the agitation loss of the refrigerant by the rotor and the loss of the refrigerant pump, thereby improving the operation efficiency of the motor (for example, see Patent Document 2). .
ところで、パルス制御によって制御する永久磁石型モータを電動車両の駆動源として用いる場合、出力や車両の運転状態に応じてパルス制御の方式がPWM制御、過変調制御、矩形波制御の間で変化する。このため、モータの回転数が中間程度の回転数領域において、永久磁石の温度が高くなり、ロータの回転数が低回転数領域や高回転数領域では、あまり永久磁石の温度が高くならない傾向がある。 By the way, when a permanent magnet motor controlled by pulse control is used as a drive source for an electric vehicle, the pulse control method varies among PWM control, overmodulation control, and rectangular wave control according to the output and the driving state of the vehicle. . For this reason, the temperature of the permanent magnet is high in the intermediate rotation speed range of the motor, and the temperature of the permanent magnet is not so high in the low rotation speed range or the high rotation speed range of the rotor. is there.
しかし、特許文献1,2に記載された従来技術では、ロータの回転数が高回転領域にある場合、または、ロータの回転数が低回転領域にある場合のいずれか一方においてのみ冷媒流量を低減することができるのみで、永久磁石の温度が高くなる中程度の回転数領域において冷媒の流量を増加させ、それ以外の回転数領域では冷媒の流量を低減することは困難で、冷却系統を含む永久磁石型モータのシステム効率の向上には限度があった。 However, in the prior art described in Patent Documents 1 and 2, the refrigerant flow rate is reduced only when the rotor rotation speed is in the high rotation area or when the rotor rotation speed is in the low rotation area. It is difficult to increase the flow rate of the refrigerant in the medium rotation speed range where the temperature of the permanent magnet becomes high and to reduce the flow rate of the refrigerant in other rotation speed ranges, including the cooling system. There was a limit to improving the system efficiency of permanent magnet motors.
また、特許文献1,2に記載された従来技術は、いずれも部材質量に掛かる遠心力と拮抗する弾性材料の反力によって冷媒流路の開閉を行うため、部材の形状、質量(重量)が精度よく管理されていない場合には、冷媒流量がばらついてしまい、冷媒流量が過剰となってモータの運転効率が低下したり、冷媒流量が不足して永久磁石の温度が高くなり、ロータのトルク損失が増加したりするという問題があった。更に、流量のばらつきを考慮して冷媒供給ホンプを大きくすることが必要となる場合があり、この場合には、さらに永久磁石型モータのシステム効率が低下してしまうという問題があった。 Moreover, since the prior art described in Patent Documents 1 and 2 opens and closes the refrigerant flow path by the reaction force of the elastic material that antagonizes the centrifugal force applied to the member mass, the shape and mass (weight) of the member are If it is not managed accurately, the refrigerant flow rate will vary and the refrigerant flow rate will become excessive, reducing the motor's operating efficiency, or the refrigerant flow rate will be insufficient and the temperature of the permanent magnet will increase, and the rotor torque will increase. There was a problem that the loss increased. Furthermore, it may be necessary to increase the refrigerant supply pump in consideration of the flow rate variation. In this case, there is a problem that the system efficiency of the permanent magnet motor is further reduced.
本発明は、永久磁石型モータのシステム効率を向上させることを目的とする。 An object of this invention is to improve the system efficiency of a permanent magnet type motor.
本発明の永久磁石型モータは、その内部に軸方向に延びて冷媒が流通する第1冷媒流路と、前記第1冷媒流路とその外面とを連通する第2冷媒流路とを有するロータシャフトと、積層鋼板からなり、前記ロータシャフトの外面に固定されるロータコアと、前記ロータコアに固定された永久磁石と、を含むロータと、前記永久磁石の近傍に配置され、前記ロータコアを軸方向に貫通する第3冷媒流路と、前記ロータに設けられ、前記第2冷媒流路と前記第3冷媒流路とを連通する第4冷媒流路と、前記第2冷媒流路と、前記第4冷媒流路との間に配置され、前記第2冷媒流路と前記第4冷媒流路とを開閉する冷媒流路開閉機構と、を備える永久磁石型モータであって、前記冷媒流路開閉機構は、前記ロータの回転数が第1の所定値以下の場合には前記第2冷媒流路を閉とし、前記ロータの回転数が前記第1の所定値よりも大きい第2の所定値以上の場合には、前記第4冷媒流路を閉とし、前記ロータの回転数が前記第1の所定値を超えて第2の所定値未満の場合には、前記第2冷媒流路と前記第4冷媒流路の両方を開とすること、を特徴とする。 A permanent magnet type motor according to the present invention includes a first refrigerant channel that extends in an axial direction and through which a refrigerant flows, and a second refrigerant channel that communicates the first refrigerant channel with an outer surface thereof. A rotor comprising a shaft, a laminated steel plate, and a rotor core fixed to the outer surface of the rotor shaft; and a permanent magnet fixed to the rotor core; and disposed in the vicinity of the permanent magnet, the rotor core in the axial direction A third refrigerant channel penetrating through, a fourth refrigerant channel provided in the rotor and communicating with the second refrigerant channel and the third refrigerant channel, the second refrigerant channel, and the fourth A refrigerant magnet opening / closing mechanism that is disposed between the refrigerant channels and opens and closes the second refrigerant channel and the fourth refrigerant channel, wherein the refrigerant channel opening / closing mechanism is provided. When the rotational speed of the rotor is less than or equal to a first predetermined value When the second refrigerant flow path is closed and the rotational speed of the rotor is equal to or greater than a second predetermined value greater than the first predetermined value, the fourth refrigerant flow path is closed and the rotation of the rotor When the number exceeds the first predetermined value and is less than the second predetermined value, both the second refrigerant channel and the fourth refrigerant channel are opened.
本発明の永久磁石型モータにおいて、前記冷媒流路開閉機構は、前記第2冷媒流路の開度の増減と前記第4冷媒流路の開度の増減とが反対となるように前記第2冷媒流路と前記第4冷媒流路の開度を変化させること、としても好適である。 In the permanent magnet type motor of the present invention, the refrigerant flow path opening / closing mechanism is configured such that the increase / decrease in the opening degree of the second refrigerant flow path is opposite to the increase / decrease in the opening degree of the fourth refrigerant flow path. It is also preferable to change the opening degree of the refrigerant flow path and the fourth refrigerant flow path.
本発明の永久磁石型モータにおいて、前記ロータシャフトは、その外面と前記第1冷媒流路との間を貫通するガイド孔を有し、前記冷媒流路開閉機構は、前記第2冷媒流路を塞ぐ第1弁体部と、前記第4冷媒流路を塞ぐ第2弁体部と、前記第1冷媒流路の冷媒圧力を受圧する受圧部とを含み、前記ガイド孔によってガイドされて半径方向に移動する弁部材と、前記弁部材を前記第1冷媒流路に向かって半径方向に付勢する弾性部材と、を備えること、としても好適である。 In the permanent magnet type motor of the present invention, the rotor shaft has a guide hole penetrating between an outer surface thereof and the first refrigerant channel, and the refrigerant channel opening / closing mechanism includes the second refrigerant channel. A first valve body portion for closing, a second valve body portion for closing the fourth refrigerant flow path, and a pressure receiving portion for receiving the refrigerant pressure of the first refrigerant flow path, and is guided in the radial direction by the guide hole. And a resilient member that urges the valve member radially toward the first refrigerant flow path.
本発明の永久磁石型モータにおいて、前記弁部材の前記第1弁体部が前記第2冷媒流路を塞いだ際に、前記受圧部の冷媒圧力を受ける面が前記第1冷媒流路の表面よりも半径方向外側に位置していること、としても好適であるし、前記ガイド孔の前記第1冷媒流路表面の開口周縁は、前記第1冷媒流路表面から半径方向外側に向かって凹んでいること、としても好適である。 In the permanent magnet type motor of the present invention, when the first valve body portion of the valve member closes the second refrigerant channel, the surface receiving the refrigerant pressure of the pressure receiving unit is the surface of the first refrigerant channel. It is also preferable that the outer circumferential edge of the guide hole is recessed radially outward from the surface of the first refrigerant channel. It is also suitable as being.
本発明の永久磁石型モータにおいて、前記第4冷媒流路は、前記ロータコアの内部に設けられ、半径方向に延びる流路であること、としても好適であるし、前記第4冷媒流路は、前記ロータコアの外部に設けられ、半径方向に延びる流路であること、としても好適である。 In the permanent magnet type motor of the present invention, it is preferable that the fourth refrigerant flow path is a flow path provided in the rotor core and extending in a radial direction. It is also preferable that the flow path is provided outside the rotor core and extends in the radial direction.
本発明は、永久磁石型モータのシステム効率を向上させるという効果を奏する。 The present invention has an effect of improving the system efficiency of a permanent magnet type motor.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図1に示すように、本実施形態の永久磁石型モータ100は、ケーシング10と、ケーシング10の内面に固定されたステータ40と、ステータ40の内周側に配置され、ケーシング10に回転自在に支持されるロータ20とを備えている。ステータ40は、薄い電磁鋼板を積層し、内周側に複数のスロットを備えるステータコア41と、ステータコア41の各スロットに巻回されたコイルがステータコア41の軸方向の両端面からそれぞれ突出した第1、第2コイルエンド42,43とを備えている。ロータ20は、中心孔22を有する中空形状のロータシャフト21と、薄い電磁鋼板24を積層し、ロータシャフト21の外面21bに固定されたロータコア23と、ロータコア23の中に取り付けられた永久磁石25と、ロータコア23と永久磁石25とを軸方向に両側から挟みこむ第1、第2エンドプレート26,27とを備えている。ロータシャフト21の第1、第2端部21e,21fは、ケーシング10の第1端板11、第2端板12にそれぞれ取り付けられた第1、第2ボールベアリング13,14によって回転軸91の周りに回転自在にケーシング10に取り付けられている。ロータシャフト21の中心孔22は、冷媒が回転軸91の方向に流れる第1冷媒流路である。また、各エンドプレート26,27は、ロータコア23と共にロータシャフト21の外面21bに固定されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the permanent
ロータ20の第1エンドプレート26のロータシャフト21の側は、ロータシャフト21の第1端部21eに向かって軸方向に突き出した突部35が設けられており、その突部35の内部にはリング状のキャビティ34が設けられている。また、第1エンドプレート26の突部35より半径方向外周側の内部には、キャビティ34に連通し、半径方向に延びる半径方向孔29と、半径方向孔29に連通する軸方向孔30とを備えている。
On the
ロータコア23には、永久磁石25に沿って回転軸91の方向にロータコア23を貫通する貫通孔31が設けられており、第1エンドプレート26に設けられた軸方向孔30は、貫通孔31と半径方向及び周方向に同一位置で、貫通孔31に連通している。そして、ロータ20の第2エンドプレート27は、貫通孔31と半径方向及び周方向に同一位置にあり、貫通孔31と連通する軸方向孔32が設けられている。貫通孔31は、第3冷媒流路である。
The
ロータシャフト21には、第1エンドプレート26に設けられたキャビティ34と連通する連通孔28が設けられている。連通孔28は、キャビティ34、半径方向孔29、軸方向孔30を介して第3冷媒流路である貫通孔31と第1冷媒流路である中心孔22とを連通する第2冷媒流路であり、半径方向孔29は、キャビティ34、軸方向孔30を介して第2冷媒流路である連通孔28と第3冷媒流路である貫通孔31と連通する第4冷媒流路である。また、半径方向孔29は、ロータコア23の外側の第1エンドプレート26に設けられていることから、ロータコア23の外部に設けられた第4冷媒流路である。
The
第2冷媒流路である連通孔28と第4冷媒流路である半径方向孔29との間のキャビティ34には、連通孔28と半径方向孔29を開閉して冷媒の各孔28,29の流通を開放、遮断する冷媒流路開閉機構70が設けられている。図2,3に示す様に、冷媒流路開閉機構70は、弁部材71と、弁部材71を半径方向に付勢する弾性部材76とを含んでいる。弁部材71は、第2冷媒流路である連通孔28のキャビティ34側の端部に嵌まり込んで連通孔28の冷媒の流通を遮断する第1弁体部72と、第4冷媒流路である半径方向孔29のキャビティ34側の端部に嵌まり込んで半径方向孔29の冷媒の流通を遮断する第2弁体部73と、ロータシャフト21に設けられたガイド孔33にガイドされるガイド部74とを備えている。第1弁体部72と第2弁体部は、先端の丸い、すり鉢型の突起であり、先端がそれぞれ連通孔28又は半径方向孔29の中に入り、根元付近のテーパ面が連通孔28、半径方向孔29のキャビティ34側の開口端面に当たると連通孔28、半径方向孔29の冷媒の流通を遮断し、根元付近のテーパ面が連通孔28、半径方向孔29のキャビティ34側の開口端面から離れると連通孔28、半径方向孔29に冷媒を流通させる。また、根元付近のテーパ面と連通孔28、半径方向孔29のキャビティ34側の開口端面との間の隙間によって冷媒の流量を増減させることができる。
In the
ガイド孔33は中心孔22とキャビティ34との間を半径方向に連通するようにロータシャフト21に設けられた孔であり、中心孔22側の周縁は、中心孔22の表面、或いは中空状のロータシャフト21の内面21aから半径方向外側に凹むように座グリ36が設けられている。弁部材71のガイド部74の中心孔22側の端面は、中心孔22に流入する冷媒の圧力Pを受ける受圧面75となっている。この受圧面75は、第1弁体部72が連通孔28に嵌まり込んだ際、その半径方向の位置がガイド孔33の領域となるよう構成されている。なお、その際、受圧面75は中心孔22の表面或いはロータシャフト21の内面21aよりも半径方向外側に位置していればよく、ガイド孔33の領域まで入っていなくてもよい。
The
図3に示す様に、弁部材71の周方向の両端面には、ロータシャフト21の外面に設けられたラグ77との間を周方向に接続する弾性部材76が取り付けられている。図3に示す様に、ラグ77は、ガイド孔33に沿った方向(中心線93の方向)に第1弁体部72よりも水平方向の中心線92に寄った位置に設けられていることから、弾性部材76の張力によって弁部材71の第1弁体部72は連通孔28のキャビティ34側の端面に押し付けられている。つまり、弾性部材76は、弁部材71を半径方向内側に向かって付勢している。
As shown in FIG. 3,
本実施形態の永久磁石型モータ100は、ステータ40の各コイルエンド42,43と、ロータシャフト21の中心孔22とに冷媒を供給する冷媒供給ポンプ51と冷媒供給ポンプ51の出口に接続された冷媒供給管52と、冷媒供給管52から分岐して冷媒を各コイルエンド42,43に導く冷媒管53〜55と、冷媒管54,55に接続され、各コイルエンド42,43に冷媒を吹き付ける第1、第2冷媒吹きつけ管61,62と、冷媒管53〜55に取り付けられ、中心孔22と、各コイルエンド42,43に供給する冷媒の流量割合を調整するオリフィス56〜58と、を備えている。図1に示す様に、冷媒供給ポンプ51で加圧された冷媒の一部は、冷媒供給管52からロータシャフト21の中心孔22に流入し、冷媒流路開閉機構70が開となっている場合には、中心孔22から連通孔28、キャビティ34、半径方向孔29、軸方向孔30を通ってロータコア23の貫通孔31を通って永久磁石25を冷却し、軸方向孔32からケーシング10の内部に排出される。また、冷媒供給ポンプ51によって加圧された冷媒の一部は、冷媒管53,54を通って第1冷媒吹きつけ管61,62から第1、第2コイルエンド42,43に吹き付けられる。
The permanent
本実施形態の永久磁石型モータ100は、図6の線aに示す様な回転数と最大出力特性をもっている。図6に示す様に、ロータの回転数がr0以下の場合は、回転数に関わらず最大出力(トルク)は、T0一定で、ロータの回転数がr0を超えると、回転数が高くなるにつれて最大出力(トルク)は次第に低下してくる。また、ロータの回転数がr1を超えると、制御方法がPWM制御となり、出力が線aに近い最大出力近傍において、リップル電流により永久磁石25の温度が高くなる。そして、ロータの回転数がr2を超えると、制御方法が矩形波制御或いは過変調制御に移行するのでリップル電流が少なくなり、永久磁石25の温度はさほど高くならない。図6において、点線bによって囲まれるハッチングした領域cが永久磁石25の温度が高くなる領域である。
The permanent
以上説明したような構造と永久磁石25の温度特性とを有する本実施形態の永久磁石型モータ100における冷媒流路開閉機構70の動作と永久磁石25の冷却動作について説明する。
The operation of the refrigerant flow path opening /
ロータの回転数が低い場合には、弁部材71に加わる遠心力は弾性部材76の張力によって弁部材71に加わる図3の中心線92に向かう押し付け力よりも小さく、弁部材71の第1弁体部72の先端は、連通孔28の中に入り、根元付近のテーパ面が連通孔28(第2冷媒流路)のキャビティ34側の開口端面に当たって連通孔28(第2冷媒流路)の冷媒の流通を遮断している。従って、冷媒供給ポンプ51から吐出された冷媒は、ロータシャフト21の中心孔22からロータコア23の貫通孔31には流れず、冷媒管53〜55を通って各コイルエンド42,43に吹き掛けられる。なお、図2,3に示す様に、この状態では、第2弁体部73は半径方向孔29のキャビティ34側の開口から半径方向内側に入った位置にあり、キャビティ34と半径方向孔29とは連通した状態となっている。
When the rotational speed of the rotor is low, the centrifugal force applied to the
ロータ20の回転数が高くなってくると、弁部材71に加わる遠心力が次第に大きくなってくる。また、ロータシャフト21の中心孔22に入っている冷媒にも遠心力が加わるため、弁部材71の受圧面75に加わる冷媒の圧力Pも次第に高くなってくる。本実施形態の永久磁石型モータ100では、中心孔22側の周縁に座グリ36が設けられ、受圧面75は、第1弁体部72が連通孔28に嵌まり込んだ状態では、その半径方向の位置がガイド孔33の領域で、中心孔22の表面或いはロータシャフト21の内面21aよりも半径方向外側に位置するように構成されている。このため、ロータ20が回転した際に受圧面75に掛かる冷媒の圧力は、座グリ36の無いロータシャフト21の内面21a又は中心孔22の表面(第1冷媒流路の表面)に掛かる冷媒の圧力よりも高くなっている。ロータ20の回転数が高くなると、弁部材71に加わる遠心力と、弁部材71の受圧面75に加わる冷媒の圧力Pによる半径方向外側への荷重の合計も増大するが、ロータ20の回転数がr1以下の場合には、弾性部材76の張力によって弁部材71に加わる図3の中心線92に向かう押し付け力よりも半径方向外側への荷重の合計の方が小さいため、弁部材71の第1弁体部72は連通孔28を遮断した状態となっている。弁部材71が半径方向に移動しないので、第2弁体部73は半径方向孔29のキャビティ34側の開口から半径方向内側に入った位置に留まっており、キャビティ34と半径方向孔29とは連通した状態となっている。
As the rotational speed of the
そして、更にロータ20の回転数が高くなり、ロータ20の回転数がr1を超えると、弁部材71に加わる遠心力と、弁部材71の受圧面75に加わる冷媒の圧力Pによる半径方向外側への荷重の合計が、弾性部材76の張力によって弁部材71に加わる図3の中心線92に向かう押し付け力よりも大きくなる。すると、図4に示す様に、弁部材71は半径方向外側に向かって移動し、第1弁体部72の根元付近のテーパ面は連通孔28(第2冷媒流路)のキャビティ34側の開口端面から離れる。この際、図4に示す様に、第2弁体部73の先端は、まだ半径方向孔29に入っておらず、半径方向孔29のキャビティ34側の開口端は開放されている。従って、冷媒供給ポンプ51から吐出された冷媒は、図4に示す矢印のように、ロータシャフト21の中心孔22から連通孔28、キャビティ34、半径方向孔29、軸方向孔30を通ってロータコア23の貫通孔31に流れ、永久磁石25を冷却し始める。
Then, when the rotational speed of the
ロータ20の回転数がr1を超えて上昇すると、それに伴って弁部材71に加わる遠心力と、弁部材71の受圧面75に加わる冷媒の圧力Pによる半径方向外側への荷重の合計が、より大きくなり、弁部材71の半径方向外側への移動量は次第に大きくなってくる。すると、第1弁体部72の根元付近のテーパ面と連通孔28のキャビティ34側の開口端面との隙間が大きくなり、図4に示す矢印のように、ロータシャフト21の中心孔22から連通孔28、キャビティ34、半径方向孔29、軸方向孔30を通ってロータコア23の貫通孔31に流れる冷媒の流量が増加していく。
When the rotational speed of the
そして、ロータ20の回転数が更に上昇すると、弁部材71の半径方向外側への移動によって、第2弁体部73の先端が半径方向孔29の中に進入し始める。すると、第2弁体部73の根元付近のテーパ面と半径方向孔29のキャビティ34側の開口端面との隙間が次第に小さくなり、図4に示す矢印のように、ロータシャフト21の中心孔22から連通孔28、キャビティ34、半径方向孔29、軸方向孔30を通ってロータコア23の貫通孔31に流れる冷媒の流量が減少していく。このように、弁部材71の半径方向外側への移動によって第1弁体部72と連通孔28(第2冷媒流路)との間の隙間、即ち、第2冷媒流路の開度が増加すると、反対に第2弁体部73と半径方向孔29(第4冷媒流路)との間の隙間、即ち、第4冷媒流路の開度が減少する。しかし、ロータ20の回転数がr2未満の場合には、第2弁体部73の根元付近のテーパ面は半径方向孔29のキャビティ34側の開口端面に接しておらず、冷媒は貫通孔31に流れ続けている。
When the rotational speed of the
そして、ロータ20の回転数がr2超えると、弁部材71は大きな遠心力と受圧面75に加わる冷媒の圧力上昇による半径方向外向きの荷重により、弾性部材76の張力によって弁部材71に加わる図3の中心線92に向かう押し付け力に打ち勝って更に半径方向外側に移動する。そして、図5に示す様に、第2弁体部73の先端が、半径方向孔29の中に入り、根元付近のテーパ面が半径方向孔29(第4冷媒流路)のキャビティ34側の開口端面に当たって半径方向孔29(第4冷媒流路)の冷媒の流通を遮断する。すると、冷媒供給ポンプ51から吐出された冷媒は、ロータシャフト21の中心孔22からロータコア23の貫通孔31には流れず、冷媒管53〜55を通って各コイルエンド42,43に吹き掛けられようになる。
When the rotational speed of the
ロータ20の回転数がr2よりも高い状態から低下してくる場合には上記と反対に、回転数がr2よりも低くなると、第2弁体部73と半径方向孔29とが流通して冷媒が貫通孔31に流れる。回転数が更に低くなると、弁部材71の半径方向内側への移動によって第2弁体部73と半径方向孔29(第4冷媒流路)との間の隙間、即ち、第4冷媒流路の開度が増加すると、反対に第1弁体部72の連通孔28(第2冷媒流路)との間の隙間、即ち、第2冷媒流路の開度が減少する。そして、更にロータ20の回転数が低下してr1以下となると、弾性部材76の張力によって弁部材71に加わる図3の中心線92に向かう押し付け力よって第1弁体部72のテーパ面が連通孔28のキャビティ34側の開口端面に接して連通孔28を遮断し、冷媒の貫通孔31への流通が遮断される。
Contrary to the above, if the rotational speed of the
なお、本実施形態では、ロータ20の回転数がr1において第1弁体部72が連通孔28を開閉し、回転数がr2において第2弁体部73が半径方向孔29を開閉するように、弁部材71の重量、受圧面75の面積、弾性部材76の張力が調整されている。第1、第2弁体部72,73が開閉動作を行うロータ20の回転数は、例えば、弾性部材76の弾性率、受圧面75の面積などを調整することによって、永久磁石型モータ100に適合するよう調整する。
In the present embodiment, the
以上説明したように、本実施形態の永久磁石型モータ100は、永久磁石25の温度が高くなる中回転数領域で永久磁石25の近傍に冷媒を流して永久磁石25を冷却し、低回転数領域と高回転数領域では、永久磁石25の近傍への冷媒の流通を遮断することができる。これにより、低回転数領域、高回転数領域においては、不必要な冷媒の流通を抑制することにより、冷媒供給ポンプ51の吐出量を低減することによって永久磁石型モータ100のシステム効率を向上させることができる。また、ロータ20の回転数がr2を超えると、ロータコア23の貫通孔31に冷媒が流通しなくなるので、遠心力により貫通孔31から積層された電磁鋼板24の隙間を通ってロータコア23の外面に冷媒が漏れ出してロータコア23とステータコア41との間に滞留することによるロータ20のトルク損失特性が図7の線fで示す状態から線eに示す状態となる。これにより高回転数領域でのトルク損失が大きく低減され、高回転領域でも永久磁石型モータ100のシステム効率を向上させることができる。
As described above, the permanent
また、本実施形態の永久磁石型モータ100の冷媒流路開閉機構70は、弁部材71に掛かる遠心力のみでなく、受圧面75に掛かる冷媒の圧力Pによる半径方向外側に向かう荷重を合わせた荷重により弁部材71を半径方向に移動させるよう構成されている。このため、従来技術のように、単にその部材に掛かる遠心力のみによって部材を半径方向に移動させて冷媒の流量を調整する方式に比べて、冷媒を流通させるロータ20の回転数範囲を広い範囲で調整することができ、永久磁石型モータ100の大きさ、出力に応じて冷媒が通流するロータ20の回転数を最適化し、そのシステム効率を向上させることができる。また、遠心力のみでなく、冷媒の圧力Pによる荷重を合わせて弁部材71に加わる半径方向外側に向かう荷重としているので、弁部材71の遠心力のみにより弁部材71を半径方向外側に移動させる構造に比較して、弁部材71の重量を小さくすることができ、永久磁石型モータ100を小型化、軽量化することができる。更に、弁部材71の形状、重量の精度があまり高くなくても、所定の回転数において冷媒流路の開閉を確実に行い、永久磁石25を冷却する冷媒流量を精度よく調整することができるので、冷媒流量のばらつき、冷媒流量の過不足を抑制し、運転効率の低下を抑制することができる。
In addition, the refrigerant flow path opening /
次に、図8を参照しながら本発明の他の実施形態について説明する。先に図1から図7を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付し、説明は省略する。図8に示す様に、本実施形態の永久磁石型モータ100は、ロータコア23の回転軸91方向の中央部分の電磁鋼板24を切り欠いてキャビティ37を形成し、電磁鋼板24の一部を切り欠いてキャビティ37から半径方向に延びて貫通孔31(第3冷媒流路)に連通する半径方向孔29(第4冷媒流路)を形成したものである。つまり、半径方向孔29は、ロータコア23の内部に設けられた第4冷媒流路である。また、ロータシャフト21の中心孔22(第1冷媒流路)とキャビティ37と連通する連通孔28(第2冷媒流路)、ガイド孔33はキャビティ37に対向する位置のロータシャフト21に設けられており、弁部材71もガイド孔33、連通孔28、半径方向孔29の回転軸91方向の位置に合わせてロータコア23の回転軸91方向の略中央に配置されている。また、これに合わせて弾性部材76、ラグ77もロータコア23の軸方向の略中央に配置されている。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Parts similar to those of the embodiment described above with reference to FIGS. 1 to 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. As shown in FIG. 8, the permanent
本実施形態の永久磁石型モータ100では、ロータシャフト21の第1端部21e側からロータシャフト21の中心孔22(第1冷媒流路)に供給された冷媒は、ロータコア23の軸方向中央位置まで中心孔22を流れてくる。そして、ロータ20の回転数がr1を超えてr2未満の場合、冷媒流路開閉機構70によって連通孔28(第2冷媒流路)、半径方向孔29(第4冷媒流路)が共に開放状態となり、冷媒は、中心孔22(第1冷媒流路)から連通孔28(第2冷媒流路)、キャビティ37、ロータコア23の軸方向中央の位置に配置された半径方向孔29(第4冷媒流路)を通って貫通孔31(第3冷媒流路)に流入する。半径方向孔29を通って貫通孔31に流入した冷媒は、半径方向孔29の位置からロータシャフト21の第1端部21e、第2端部21fの方向に分かれて貫通孔31の中を軸方向に反対方向に流れ、エンドプレート26,27にそれぞれ設けられた軸方向孔30,32からケーシング10の内部に排出される。
In the permanent
本実施形態の冷媒流路開閉機構70の動作は、先に図1から図7を参照して説明した実施形態と同様であり、その効果も先に図1から図7を参照して説明した実施形態と同様である。
The operation of the refrigerant flow path opening /
10 ケーシング、11,12 端板、13,14 ボールベアリング、20 ロータ、21 ロータシャフト、21a 内面、21b 外面、21e 第1端部、21f 第2端部、22 中心孔、23 ロータコア、24 電磁鋼板、25 永久磁石、26,27 エンドプレート、28 連通孔、29 半径方向孔、30,32 軸方向孔、31 貫通孔、33 ガイド孔、34,37 キャビティ、35 突部、36 座グリ、40 ステータ、41 ステータコア、42,43 コイルエンド、51 冷媒供給ポンプ、52 冷媒供給管、53〜55 冷媒管、56〜58 オリフィス、61,62 冷媒吹きつけ管、70 冷媒流路開閉機構、71 弁部材、72 第1弁体部、73 第2弁体部、74 ガイド部、75 受圧面、76 弾性部材、77 ラグ、91 回転軸、92,93 中心線、100 永久磁石型モータ。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
積層鋼板からなり、前記ロータシャフトの外面に固定されるロータコアと、
前記ロータコアに固定された永久磁石と、を含むロータと、
前記永久磁石の近傍に配置され、前記ロータコアを軸方向に貫通する第3冷媒流路と、
前記ロータに設けられ、前記第2冷媒流路と前記第3冷媒流路とを連通する第4冷媒流路と、
前記第2冷媒流路と、前記第4冷媒流路との間に配置され、前記第2冷媒流路と前記第4冷媒流路とを開閉する冷媒流路開閉機構と、を備える永久磁石型モータであって、
前記冷媒流路開閉機構は、前記ロータの回転数が第1の所定値以下の場合には前記第2冷媒流路を閉とし、前記ロータの回転数が前記第1の所定値よりも大きい第2の所定値以上の場合には、前記第4冷媒流路を閉とし、前記ロータの回転数が前記第1の所定値を超えて第2の所定値未満の場合には、前記第2冷媒流路と前記第4冷媒流路の両方を開とすること、
を特徴とする永久磁石型モータ。 A rotor shaft having a first refrigerant passage extending in the axial direction therein and through which the refrigerant flows; and a second refrigerant passage communicating the first refrigerant passage and the outer surface thereof;
A rotor core made of a laminated steel plate and fixed to the outer surface of the rotor shaft;
A rotor including a permanent magnet fixed to the rotor core;
A third refrigerant flow path disposed in the vicinity of the permanent magnet and penetrating the rotor core in the axial direction;
A fourth refrigerant channel provided in the rotor and communicating the second refrigerant channel and the third refrigerant channel;
A permanent magnet type, comprising: a refrigerant channel opening / closing mechanism that is disposed between the second refrigerant channel and the fourth refrigerant channel and opens and closes the second refrigerant channel and the fourth refrigerant channel. A motor,
The refrigerant flow path opening / closing mechanism closes the second refrigerant flow path when the rotational speed of the rotor is equal to or less than a first predetermined value, and the rotational speed of the rotor is larger than the first predetermined value. The second refrigerant flow path is closed when the value is equal to or greater than a predetermined value of 2, and when the rotational speed of the rotor is greater than the first predetermined value and less than a second predetermined value, the second refrigerant is Opening both the flow path and the fourth refrigerant flow path;
Permanent magnet type motor characterized by
前記冷媒流路開閉機構は、前記第2冷媒流路の開度の増減と前記第4冷媒流路の開度の増減とが反対となるように前記第2冷媒流路と前記第4冷媒流路の開度を変化させること、
を特徴とする永久磁石型モータ。 The permanent magnet type motor according to claim 1,
The refrigerant flow path opening / closing mechanism has the second refrigerant flow path and the fourth refrigerant flow so that the increase / decrease in the opening degree of the second refrigerant flow path is opposite to the increase / decrease in the opening degree of the fourth refrigerant flow path. Changing the opening of the road,
Permanent magnet type motor characterized by
前記ロータシャフトは、その外面と前記第1冷媒流路との間を貫通するガイド孔を有し、
前記冷媒流路開閉機構は、
前記第2冷媒流路を塞ぐ第1弁体部と、前記第4冷媒流路を塞ぐ第2弁体部と、前記第1冷媒流路の冷媒圧力を受圧する受圧部とを含み、前記ガイド孔によってガイドされて半径方向に移動する弁部材と、
前記弁部材を前記第1冷媒流路に向かって半径方向に付勢する弾性部材と、を備えること、
を特徴とする永久磁石型モータ。 The permanent magnet type motor according to claim 1 or 2,
The rotor shaft has a guide hole penetrating between an outer surface thereof and the first refrigerant flow path,
The refrigerant flow path opening / closing mechanism is
The guide includes: a first valve body portion that closes the second refrigerant flow path; a second valve body portion that closes the fourth refrigerant flow path; and a pressure receiving portion that receives the refrigerant pressure of the first refrigerant flow path. A valve member that is guided by a hole and moves in a radial direction;
An elastic member that urges the valve member in a radial direction toward the first refrigerant flow path,
Permanent magnet type motor characterized by
前記弁部材の前記第1弁体部が前記第2冷媒流路を塞いだ際に、前記受圧部の冷媒圧力を受ける面が前記第1冷媒流路の表面よりも半径方向外側に位置していること、
を特徴とする永久磁石型モータ。 The permanent magnet type motor according to claim 3,
When the first valve body portion of the valve member closes the second refrigerant flow path, the surface of the pressure receiving portion that receives the refrigerant pressure is positioned radially outward from the surface of the first refrigerant flow path. Being
Permanent magnet type motor characterized by
前記ガイド孔の前記第1冷媒流路表面の開口周縁は、前記第1冷媒流路表面から半径方向外側に向かって凹んでいること、
を特徴とする永久磁石型モータ。 The permanent magnet type motor according to claim 3 or 4,
The opening peripheral edge of the surface of the first coolant channel of the guide hole is recessed radially outward from the surface of the first coolant channel;
Permanent magnet type motor characterized by
前記第4冷媒流路は、前記ロータコアの内部に設けられ、半径方向に延びる流路であること、
を特徴とする永久磁石型モータ。 It is a permanent magnet type motor given in any 1 paragraph of Claims 1-5,
The fourth refrigerant channel is a channel provided in the rotor core and extending in a radial direction;
Permanent magnet type motor characterized by
前記第4冷媒流路は、前記ロータコアの外部に設けられ、半径方向に延びる流路であること、
を特徴とする永久磁石型モータ。 It is a permanent magnet type motor given in any 1 paragraph of Claims 1-5,
The fourth coolant channel is a channel provided outside the rotor core and extending in a radial direction;
Permanent magnet type motor characterized by
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