JP2015177706A - 回転電機のロータ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの一部のコア単板に径方向油路用の溝加工を施すことなく、ロータ側の径方向油路を構成できる回転電機のロータ構造の提供を図る。【解決手段】ロータ４を軸方向中心位置のセンタープレート９と、その両側に隣接配置した複数の分割したロータコア４Ａ、４Ｂとで構成し、このセンタープレート９にロータ側の径方向油路８ａを形成してある。これにより、ロータ４のコア単板を径方向油路構成用と一般部用とに作り分ける必要がなくなる。【選択図】図２

Description

本発明は、永久磁石型の回転電機のロータ構造に関する。

ロータの周方向に複数の永久磁石を配置した永久磁石型の回転電機では、稼働時における永久磁石の発熱に起因して減磁することによるモータ運転効率の低下を抑制する必要がある。

このため、例えば、特許文献１に示されているように、回転軸からロータ内に冷却油を導入して永久磁石を冷却する冷却構造が採用されている。

特に、ロータの軸方向中心位置で永久磁石が高温化する傾向にあるため、この特許文献１の冷却構造では、ロータの軸方向中心位置に径方向に延在するロータ側の冷却油路を設け、これを回転軸中心に軸方向に設けた回転軸側の冷却油路に連絡するようにしている。

特開２００９−２９０９７９号公報

特許文献１の開示技術では、ロータを構成する複数のコア単板を、軸方向中心位置に配置する径方向油路用の溝を含むコア単板と、径方向油路用の溝が無いコア単板とを作り分ける必要がある。

特に、生産コストを低く抑えるには、コア成形用のプレス設備内で全てのコア単板を連続積層する必要があるため、径方向油路用の溝を形成する加工ツールをＯＮ/ＯＦＦする
設備改造が必要となり、コスト的に不利となってしまうことは否めない。

そこで、本発明はロータの軸方向中心位置など一部に積層配置されるコア単板に径方向油路用の溝加工を施すことなく、ロータ側の径方向油路を構成することができる回転電機のロータ構造を提供するものである。

本発明の回転電機のロータ構造は、回転軸と、軸方向に貫通配置した永久磁石を周方向に複数備え前記回転軸に固定されてステータに内装されるロータと、を備えている。

上述の回転軸は、前記ロータ側へ冷却油を流通させる冷却油路を備えている一方、前記ロータは、その軸方向中心位置に径方向に延在して前記回転軸側の冷却油路に連なるロータ側の冷却油路を備えている。

そして、前記ロータは軸方向中心位置のセンタープレートと、その両側に隣接配置した複数の分割したロータコアとで構成し、このセンタープレートに前記径方向に延在するロータ側の冷却油路を設けたことを主要な特徴としている。

本発明によれば、ロータの軸方向中心位置に径方向に延在する冷却油路は、複数の分割
したロータコア間に積層配置したセンタープレートに設けてあるため、ロータのコア単板を径方向油路構成用と一般部用とに作り分ける必要がない。

従って、コア成形用のプレス設備の改造を伴うことがなく、コスト的に有利に得ることができる。

本発明の第１実施形態を示す略示的断面説明図。 第１実施形態のロータを部分断面として示す略示的外観斜視図。 センタープレートの外観斜視図。 図３のＡ−Ａ線に沿う断面図。 本発明の第２実施形態の要部を模式的に示す断面図。 本発明の第３実施形態を示す図５と同様の断面図。 センタープレートの第１変形例を示す外観斜視図。 センタープレートの第２変形例を示す外観斜視図。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

図１は、本発明の対象とする永久磁石型の回転電機１を示している。

この回転電機１は、モータハウジング２に回転可能に軸支された回転軸３と、該回転軸３に固定したロータ４と、モータハウジング２に固定されて前記ロータ４の周囲に所要の空隙をおいて配置したステータ５と、を備えている。

ロータ４は、複数の薄いコア単板の積層体で構成されるロータコアの両側端面にエンドプレートを配置して構成され、外周近傍には図２に示すように周方向に等ピッチで複数の永久磁石６を軸方向に貫通して圧入配置してある。

永久磁石６は帯板状に形成して板面方向に着磁してあって、その複数個をロータ４の周方向に板面のＮ極とＳ極を交互にした配置としている。

このような永久磁石型の回転電機１では、前述のように稼働時における永久磁石６の発熱に起因するモータ運転効率の低下を抑制する必要がある。

そこで、回転軸３に冷却油路７を設ける一方、ロータ４内に冷却油路８を設けて、これら回転軸側の冷却油路７からロータ側の冷却油路８を経由して、永久磁石６の近傍に冷却油を導入してこれを冷却し、該永久磁石６の発熱による減磁を防止するようにしている。

回転軸側の冷却油路７は、回転軸３の一端中心からロータ４の軸方向中心位置に対応した位置まで軸方向に延在した軸方向油路７ａと、その端末から径方向に分岐して回転軸３の外周面に開口した複数の径方向油路７ｂとを備えている。

ロータ側の冷却油路８は、ロータ４の軸方向中心位置でその内周面から外周側に向けて径方向に延在して前記回転軸側の径方向油路７ｂに連なる複数の径方向油路８ａと、永久磁石６の近傍に沿ってロータ４の軸方向に延在する軸方向油路８ｂとを備えている。

この軸方向油路８ｂは丁度、径方向油路８ａのロータ内端末からＴ字状に分岐し、該分岐部から冷却油が軸方向油路８ｂを互いに逆方向にほぼ均等に分流するようにしている。

図２に示す例では軸方向油路８ｂを、永久磁石６よりも経内側となる位置で、かつ、周方向に隣接した永久磁石６、６間の中央に存在するようにしている。

本実施形態にあっては前述のロータ４を、その軸方向中心位置のセンタープレート９と、その両側に隣接配置した２つの分割したロータコア４Ａ、４Ｂとで構成してあり、ロータ側の径方向油路８ａをこのセンタープレート９に設けてある。

図３、図４にこのセンタープレート９の一例を示している。センタープレート９は、ロータ側の径方向油路８ａを形成可能な所要の厚みを備えて、ロータ４のコア単板と同様の円環状に形成してある。

センタープレート９は、上述のコア単板と同様の磁性金属材料あるいは適宜の合成樹脂材料で形成可能で、その外周寄りには永久磁石６を挿通して収容するための複数の貫通孔１０を周方向に等ピッチで形成してある。

一方、センタープレート９の内周縁からは、周方向に隣接する永久磁石６、６間の近傍位置にまで径方向に延出して、上述の径方向油路８ａを構成する複数の長溝１１を周方向に等ピッチで切欠形成してある。この長溝１１の径外方向の端末は、上述のロータ側の軸方向油路８ｂに連絡する円形孔として形成してある。

センタープレート９の内周縁部の一側面には、前記複数の長溝１１の内周側端部が臨設して前記回転軸側の径方向油路７ｂと、ロータ側の径方向油路８ａとを連絡する円環状の油溜り部１３を構成する段部１２を凹設してある。

これにより、分割した２つのロータコア４Ａ、４Ｂとセンタープレート９とを積層してロータ４を構成することによって、センタープレート９の長溝１１により径方向油路８ａが、および段部１２により油溜り部１３が構成される。

センタープレート９の長溝１１、１１間の板面両側には、上述の積層時に隣接するロータコア４Ａ，４Ｂと相互に凹凸係合が可能な位置決め手段としての突起１４を設けてある。

以上の構成からなる本実施形態によれば、ロータ４の軸方向中心位置に径方向に延在する冷却油路、即ち、ロータ側の径方向油路８ａは、２つのロータコア４Ａ、４Ｂ間に積層配置したセンタープレート９に設けてあるため、ロータ４のコア単板を従来のように径方向油路構成用と一般部用とに作り分ける必要がない。

このため、コア成形用のプレス設備の改造が伴うことがなく、コスト的に有利に得ることができる。

ロータ側の複数の径方向油路８ａは、センタープレート９の内周縁から放射状に設けられるが、この内周縁部には回転軸側の径方向油路７ｂと、ロータ側の径方向油路８ａとを連絡する円環状の油溜り部１３を形成してある。

これにより、回転軸側の径方向油路７ｂから供給された冷却油は油溜り部１３で周方向全体に行きわたり、該油溜り部１３からロータ側の複数の径方向油路８ａに均等に分配されて、各永久磁石６の近傍への冷却油の供給を偏りなく適切に導入することができる。

また、このように放射状に存在するロータ側の径方向油路８ａに油溜り部１３から冷却油を均等分配できるため、回転軸側の径方向油路７ｂの設定数を少なくすることができ、
回転軸３の加工工数を削減できてコストダウンに寄与することができる。

更に、センタープレート９の両側面に設けた複数の突起１４を含む位置決め手段により、センタープレート９とその両側のロータコア４Ａ、４Ｂとの周方向および径方向の組付位置が定まるから、それらの積層加工を容易に行えて組付の自動化を有利に行うことができる。

図５は本発明の第２実施形態を示すものである。

本実施形態は、前述の永久磁石６をロータコア４Ａ側の永久磁石６Ａと、ロータコア４Ｂ側の永久磁石６Ｂとに分割して配置した仕様の回転電機１に本発明を適用したもので、冷却油路構造は第１実施形態と同様である。

永久磁石６Ａ、６Ｂは対応するロータコア４Ａ、ＡＢの各外周近傍に周方向に等ピッチで貫通配置してあり、永久磁石６Ａと６Ｂは相互に周方向に所要角度θずらして配置して段スキューを設定してある。

これにより、ロータコア４Ａと４Ｂのそれぞれのトルクリップル（トルク変動、脈動）の位相をずらしてトルクリップル同士を相殺するようにしている。

このような段スキューを設定した場合、ロータコア４Ａ、４Ｂ間で磁石磁束が短絡してステータ５の巻き線に鎖交する磁束が減少してしまうことが指摘されている。

そこで、本実施形態では永久磁石６Ａ、６Ｂは、ロータコア４Ａと４Ｂの対向面から突出して突出端が接しない範囲で近づくように設定してある。

一方、ロータコア４Ａ、４Ｂ間に積層配置したセンタープレート９の外周寄りに設けられる貫通孔１０は、これら永久磁石６Ａ，６Ｂの突出端部を共に収容可能な開口面積に形成して、これら永久磁石６Ａ、６Ｂの突出端部を収容した貫通孔１０内を、低透磁率の空隙として設定している。

従って、この第２実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の冷却効果が得られる他、貫通孔１０内の段スキュー境界付近を低透磁率の空隙として段スキューの設定に伴うロータコア４Ａ、４Ｂ間の磁石磁束の短絡を防止し、ステータ５の巻き線に鎖交する磁束の低減を抑制してトルク低下を回避することができる。

図６は本発明の第３実施形態を示すものである。

本実施形態は前記第２実施形態と同様に段スキュー設定仕様の回転電機１に本発明を適用したものである。

この第３実施形態では、センタープレート９自体をアルミあるいは合成樹脂等の透磁率の低い材料で構成し、図５に示した永久磁石６Ａ、６Ｂの突出部分を該低透磁率のセンタープレート９の厚み内に埋設した状態としている。

従って、この第３実施形態にあっても第２実施形態と同様の作用効果が得られ、特に、本実施形態では永久磁石６Ａ、６Ｂの突出端部における段スキュー境界付近を、低透磁率のセンタープレート９の材料で充填してしまうので、分割ロータ４Ａ、４Ｂ間の磁石磁束の短絡防止効果を高められる。

図７、図８はセンタープレート９の各変形例を示すものである。

図７に示す変形例は、センタープレート９の貫通孔１０の内周側を拡開してここに径方向油路８ａ（長溝１１）を連通させ、永久磁石６の内周側板面を直接冷却油で冷却する仕様としたものである。即ち、このセンタープレート９は、ロータ側の軸方向油路８ｂに永久磁石６の内周側板面を露出させた仕様に用いられる。

図８に示す変形例は、一磁極あたり３個の永久磁石６をΔ配置とした仕様に用いられるもので、センタープレート９の長孔１１はΔ配置用の３つの貫通孔１０ａ〜１０ｃの各内周側近傍位置に延出して形成してある。

センタープレート９の長溝１１は、前記実施形態および変形例に限定されるものではなく、永久磁石６の配置構造や、ロータ側の軸方向油路８ｂの配置構造等に合わせて任意に設定することができる。

また、センタープレート９を２枚合わせの構造としてそれらの間に径方向油路８ａを構成することもできる。

センタープレート９を樹脂製とする場合、ロータコア４Ａ、４Ｂと一体にモールド成形することも可能である。

更に、ロータ４は上述の２分割ロータコア構造に限らず、４分割ロータコア構造として、それらの合わせ面間にセンタープレート９を介装して径方向油路８ａを形成することも可能である。

１…回転電機
２…モータハウジング
３…回転軸
４…ロータ
４Ａ、４Ｂ…ロータコア
５…ステータ
６、６Ａ、６Ｂ…永久磁石
７…回転軸側の冷却油路
７ａ…軸方向油路
７ｂ…径方向油路
８…ロータ側の冷却油路
８ａ…径方向油路
８ｂ…軸方向油路
９…センタープレート
１０…貫通孔
１１…長孔
１２…段部
１３…油溜り部
１４…突起（位置決め手段）

Claims (5)

1. 回転軸と、
   軸方向に貫通配置した永久磁石を周方向に複数備え前記回転軸に固定されてステータに内装されるロータと、を備え、
   前記回転軸は、前記ロータ側へ冷却油を流通させる冷却油路を備えている一方、
   前記ロータは、その軸方向中心位置に径方向に延在して前記回転軸側の冷却油路に連なるロータ側の冷却油路を備えた構造であって、
   前記ロータを、軸方向中心位置のセンタープレートと、その両側に隣接配置した複数の
   
   分割したロータコアと、で構成し、
   前記センタープレートに、前記径方向に延在するロータ側の冷却油路を設けたことを特
   
   徴とする回転電機のロータ構造。
2. 前記センタープレートは、前記回転軸に嵌合する内周縁部に、前記回転軸側の冷却油路と前記ロータ側の冷却油路とを連絡する環状の油溜り部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ構造。
3. 前記センタープレートと、その両側に隣接する前記分割したロータコアとに、相互に係合する位置決め手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機のロータ構造。
4. 前記ロータは、前記センタープレートを挟んで対向する前記両側のロータコアの永久磁石を相互に周方向にずらして配置した段スキューを設定すると共に、各ロータコアの対向面に突出して配置してあって、
   前記センタープレートは、その外周寄りに設けた前記貫通孔を、これらロータコアから突出した永久磁石の端部を共に収容可能な開口面積に設定し、該貫通孔内を低透磁率の空隙として設定したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の回転電機のロータ構造。
5. 前記ロータは、前記センタープレートを挟んで対向する前記両側のロータコアの永久磁石を相互に周方向にずらして配置した段スキューを設定すると共に、各ロータコアの対向面に突出して配置してある一方
   前記センタープレートを透磁率の低い材料で構成し、
   前記永久磁石の突出端部における段スキュー境界付近を該センタープレートの厚み内に埋設した状態に構成したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の回転電機のロータ構造。

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