JP2017005961A - 回転電機のロータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータ全体を効率的に冷却できる回転電機のロータを提供する。
【解決手段】ロータコア１２と、ロータコア１２に埋め込まれた永久磁石１６と、を備え、回転軸５０により支持される回転電機６０のロータ１０であって、ロータコア１２には、回転軸５０内に形成された軸内冷媒路５２から供給された冷媒を当該ロータコア１２の外周端まで導いて、ステータ６２との間のギャップＧに放出する１以上のコア内冷媒路が形成されている。コア内冷媒路は、永久磁石より内周側位置において、軸方向に延びる中央冷媒路２２と、ロータコア１２の軸方向両端近傍に設けられ、軸内冷媒路５２と中央冷媒路２２とを連通する一対の内周側冷媒路２４と、中央冷媒路２２の軸方向略中央から径方向外側に延びてギャップＧに連通する外周側冷媒路２６と、を備え、中央冷媒路２２の径方向外側端部は、軸方向略中央に近づくにつれて径方向外側に進むような勾配を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロータコアと、前記ロータコアの外周近傍に埋め込まれた永久磁石と、を備えた回転電機のロータに関する。

ロータコアの内部に永久磁石を埋め込んだ永久磁石同期回転電機では、回転電機の駆動に伴いロータが温度上昇すると、磁石性能が低下してトルクや効率が低下するばかりでなく、高温になると永久磁石の減磁が発生する。保磁力の高い磁石を採用すれば、減磁の問題を回避できるが、その場合、重希土類の含有率を増やす必要があり、コストアップの原因となっていた。

そこで、従来から、回転電機を冷却するために、様々な構造が提案されている。例えば、特許文献１には、回転軸の内部に形成した供給油路から供給したオイルをロータコアの内部に形成した複数の冷却油路を経て排出することでロータを冷却する技術が開示されている。この特許文献１では、連続して軸方向に並ぶ複数の電磁鋼板ごとに、回転電機のｑ軸上に延びるスロットを、その径方向範囲をずらして形成することで、ｑ軸上に延びる冷却油路を形成している。

また、特許文献２には、回転軸の内部に形成した供給油路から供給したオイルをロータコアの内部に形成した複数の冷却油路を経て排出することでロータを冷却する技術が開示されている。この特許文献２では、冷却油路は、回転電機のｄ軸上に延びている。この特許文献２では、径方向に延びる油路が、軸方向に複数並んでいる。

特許文献３では、ロータコアに、軸方向に延びる貫通孔が形成され、当該貫通孔の一端から他端に冷却用のオイルを供給する技術が開示されている。この特許文献３では、貫通孔は、当該貫通孔とロータコアの外周面との距離が、一端（オイル通過経路の上流側）よりも他端側（オイル通過経路の下流側）の方で小さくなるように形成されている。

特開２００８−２２８５２２号公報 特開２００６−０６７７７７号公報 特開２０１２−２２３０７５号公報

しかし、特許文献１の技術では、軸方向に延びる油路がないため、軸方向に関して冷却ムラが生じやすく、ロータを効率的に冷却できなかった。特許文献２では、径方向に延びる油路が、軸方向に複数並んでいるため、特許文献１と比べて冷却ムラは、多少改善できる。しかし、特許文献２でも、軸方向に延びる油路がないため、軸方向での冷却ムラを効果的には、低減できなかった。また、特許文献２では、オイルは、軸方向に並ぶ複数の吐出口から、ロータとステータとの間隙であるギャップに放出されることになる。ここで、ギャップに放出されたオイルは、ギャップの軸方向両端から外部に放出される。しかし、特許文献２の場合、一つの吐出口から放出されたオイルは、ギャップの軸方向端部に進む過程で、異なる軸方向位置の吐出口から放出されたオイルと干渉しやすい。この場合、冷媒は、ギャップの軸方向端部に到達できず、ギャップ内に長時間、滞留する。こうしたオイルの滞留は、引き摺り損失増加の原因となっていた。

特許文献３の技術の場合、軸方向に延びる貫通孔にオイルを流すため、ロータを軸方向全体に渡って冷却できる。しかし、特許文献３では、オイルを、ロータの軸方向両端から、ステータのコイルエンドに向かって放出している。換言すれば、特許文献３では、オイルは、ギャップ内には供給されない。その結果、ステータのコイルは冷却できるものの、ロータの外周面を、十分に冷却できないおそれがあった。

つまり、従来、ロータ全体を効率的に冷却できる構成はなかった。そこで、本発明では、ロータ全体を効率的に冷却できる回転電機のロータを提供することを目的とする。

本発明の回転電機のロータは、ロータコアと、前記ロータコアに埋め込まれた永久磁石と、を備え、回転軸により支持される回転電機のロータであって、前記ロータコアには、前記回転軸内に形成された軸内冷媒路から供給された冷媒を当該ロータコアの外周端まで導いて、ステータとの間のギャップに放出する１以上のコア内冷媒路が形成されており、前記コア内冷媒路は、前記永久磁石より内周側位置において、軸方向に延びる中央冷媒路と、前記ロータコアの軸方向両端近傍に設けられ、前記軸内冷媒路と前記中央冷媒路とを連通する一対の内周側冷媒路と、前記中央冷媒路の軸方向略中央から径方向外側に延びて前記ギャップに連通する外周側冷媒路と、を備え、前記中央冷媒路の径方向外側端部は、前記軸方向略中央に近づくにつれて径方向外側に進むような勾配を有している、ことを特徴とする。

好適な態様では、前記中央冷媒路および前記外周側冷媒路は、前記回転電機のｑ軸上に形成されており、前記内周側冷媒路は、前記回転電機のｑ軸と周方向にずれた位置において前記ロータの内周端から延びる第一冷媒路と、前記第一冷媒路と前記中央冷媒路とを連通するべく略周方向に延びる第二冷媒路と、を含む。この場合、前記第一冷媒路の軸方向位置と前記第二冷媒路の軸方向位置は、互いに異なる、ことが望ましい。

他の好適な態様では、前記中央冷媒路の断面積は、前記軸方向略中央に近づくにつれ大きい。他の好適な態様では、前記中央冷媒路の断面積は、前記軸方向において一定である。

本発明によれば、軸方向に延びる中央冷媒路を有し、この中央冷媒路の径方向外側端部が、軸方向略中央に近づくにつれて径方向外側に進むような勾配を有している。そのため、当該径方向外側端部に沿って流れる冷媒の流速が上がり、ロータコア全体を効率的に冷却できる。また、ロータ軸方向略中央に延びる外周側冷媒路からギャップに冷媒が吐出されるため、ギャップ内での冷媒の干渉が防止され、ロータコアの外周面およびステータの内周面を効率的に冷却できる。

本発明の実施形態である回転電機のロータの横断面図である。 図１におけるＸ−Ｘ断面図である。 冷媒の流れを示す図である。 電磁鋼板の一例を示す図である。 電磁鋼板の一例を示す図である。 電磁鋼板の一例を示す図である。 他のロータの構成を示す図である。 他のロータの構成を示す図である。 従来のロータに用いられる電磁鋼板の図である。 従来のロータの構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である回転電機６０に用いられるロータ１０の横断面図である。また、図２は、図１のＸ−Ｘ線における回転電機６０の断面図である。また、図３は、冷媒の流れを示す図である。ただし、発明を分かりやすくするために、図２、図３における径方向長さは、図１と同じではなく若干誇張して描いており、また、各電磁鋼板１４の厚み等も実際とは異なっている。

本実施形態の回転電機６０は、ロータコア１２の内部に永久磁石１６を埋め込んだ永久磁石同期回転電機である。この回転電機６０は、ロータ１０およびステータ６２を備えている。ステータ６２は、その内周に複数のティースが形成された略環状のステータコア６４と、各ティースに巻回されたステータコイル６６と、から構成される。ロータ１０は、このステータ６２の内側に、ステータ６２と同心に配される。ロータ１０の外周面とステータ６２の内周面との間には、ほぼ均一な距離のギャップＧが存在している。

ロータ１０は、ロータコア１２および当該ロータコア１２に埋め込まれた永久磁石１６を備えている。ロータコア１２の中心には、回転軸５０が挿通されており、当該回転軸５０は、ベアリング（図示せず）等を介してケース（図示せず）に対して回転自在に支持されている。ロータ１０は、この回転軸５０とともに回転自在となっている。

ロータコア１２は、複数の電磁鋼板１４を軸方向に積層して構成される。各電磁鋼板１４は、円盤形状であり、例えば、ケイ素電磁鋼板等である。ロータコア１２の外周近傍には、永久磁石１６を埋め込むための磁石孔２０が複数形成されている。複数の磁石孔２０は、ロータコア１２の周方向に均等に並んでおり、各磁石孔２０は、ロータコア１２をロータ軸方向（図１における紙面垂直方向）に貫通している。

各磁石孔２０には、磁極１８を構成する永久磁石１６が埋め込まれている。二つの永久磁石１６で一つの磁極１８が構成される。一つの磁極１８を構成する二つの永久磁石１６は、ロータコア１２の外周側に向かって略Ｖ字状に広がるような姿勢で配置される。本実施形態では、ロータコア１２の外周端近傍に、１６個の永久磁石１６、８個の磁極１８が配されている。各永久磁石１６は、それぞれ、扁平矩形状の断面を有するとともに、ロータコア１２と略同じ軸方向長さを有する板状となっている。なお、ここで説明した永久磁石１６や磁極１８の数は、一例であり、その数は、適宜変更されてよい。また、本実施形態では、一対の永久磁石１６で一つの磁極１８を構成しているが、一つの永久磁石１６、または、より多数の永久磁石１６で一つの磁極１８を構成してもよい。

回転軸５０およびロータコア１２には、ロータ１０およびステータ６２を冷却するための冷媒が通る冷媒路が形成されている。冷媒路は、回転軸５０内に形成された軸内冷媒路５２と、ロータコア１２内に形成されたコア内冷媒路に大別される。軸内冷媒路５２は、回転軸５０の軸心を通る穴である。軸内冷媒路５２は、回転軸５０の端部から軸方向に延びた後、径方向に分岐し、ロータコア１２の内周端まで延びる。図２に示すように、本実施形態では、軸内冷媒路５２は、回転軸５０の両端から延びており、ロータコア１２の軸方向両端に冷媒を供給できるようになっている。

コア内冷媒路は、後に詳述するように、軸内冷媒路５２から供給された冷媒を、ロータコア１２の外周端まで導いて、ギャップＧへと放出する冷媒路である。冷媒は、ポンプ等により、回転電機６０の外部に設けられた冷媒供給源から軸内冷媒路５２に供給される。軸内冷媒路５２に供給された冷媒は、続いて、コア内冷媒路を通って、ロータコア１２の外周端から、ギャップＧへと放出される。この放出された冷媒は、ギャップＧ内を進んだ後、回転電機６０のケース底部に落下する。ケースの底部に落下した冷媒は、適宜、回収され、冷却された後、冷媒供給源に戻される。なお、冷媒は、ロータ１０およびステータ６２に対して好適な冷却性能を発揮できる液体であれば、特に限定されないが、本実施形態では、冷却油を冷媒として用いている。

以上の説明から明らかな通り、本実施形態において、冷媒は、回転軸５０の内部からロータコア１２の内部、ギャップＧを順次通過していく。この通過の過程で、ロータコア１２や、永久磁石１６、ステータコア６４の熱が冷媒に奪われることで、これらの冷却が図られる。本実施形態では、この冷却の効率を上げるとともに、回転電機６０の出力性能の悪化を防止するために、コア内冷媒路の構成を特殊な構成としている。これについて、詳説する。

コア内冷媒路は、中央冷媒路２２と、内周側冷媒路２４と、外周側冷媒路２６と、に大別される。中央冷媒路２２は、ロータコア１２の一端近傍から他端近傍まで、軸方向に延びる冷媒路である。中央冷媒路２２は、永久磁石１６より内周側位置、かつ、回転電機６０のｑ軸上に設けられている。なお、ｑ軸とは、周知の通り、隣接する磁極１８間の中心位置（突極の中心位置）とロータ１０の中心とを通る軸である。また、ｄ軸は、一つの磁極１８の中心位置とロータ１０の中心とを通る軸である。本実施形態の中央冷媒路２２は、各ｑ軸上に設けられており、中央冷媒路２２の個数は、磁極１８の個数と同じとなっている。

中央冷媒路２２の径方向外側端部は、軸方向略中央に近づくにつれ、径方向外側に進むような勾配を有している。その一方で、中央冷媒路２２の径方向内側端部は、軸方向と平行な方向に延びている。その結果、中央冷媒路２２の横断面積は、軸方向中央に近づくにつれ、大きくなっている。こうした中央冷媒路２２の横断面積の変化（径方向外側端部の傾斜）は、電磁鋼板１４に形成される中央冷媒路２２を構成する中央孔２２ａ（図４参照）のサイズを、電磁鋼板１４毎に変えることで実現できる。図１では、軸方向略中央における中央冷媒路２２の形状を実線で、軸方向端部近傍における中央冷媒路２２の形状を破線で描いている。なお、本実施形態では、中央冷媒路２２の軸方向両端を閉鎖するために、ロータコア１２の軸方向両端に配された電磁鋼板１４には、中央冷媒路２２を構成する中央孔２２ａは設けていない。しかし、ロータコア１２の軸方向両端に、別途、エンドプレート等を設けるのであれば、軸方向両端の電磁鋼板１４にも中央冷媒路２２を構成する中央孔２２ａを形成してもよい。

内周側冷媒路２４は、軸内冷媒路５２と中央冷媒路２２とを連通する冷媒路である。この内周側冷媒路２４は、ロータコア１２の軸方向両端近傍に設けられている。各内周側冷媒路２４は、ロータコア１２の内周端から延びる第一冷媒路２８と、第一冷媒路２８と中央冷媒路２２とを連通する第二冷媒路３０と、を含む。第一冷媒路２８は、ｄ軸上に延びる流路であり、その一端は、軸内冷媒路５２に接続し、他端は、永久磁石１６よりも内周側位置で停止している。第一冷媒路２８の他端は、第二冷媒路３０との連通を容易にするために、略楕円状に広がっている。第一冷媒路２８は、各ｄ軸上に設けられており、一つの内周側冷媒路２４が有する第一冷媒路２８の個数は、磁極１８との個数と同じである。

第二冷媒路３０は、永久磁石１６よりも内周側位置において、略周方向に延びる流路である。第二冷媒路３０の一端は、第一冷媒路２８の他端と重複する位置にある。したがって、図２に示すように、第二冷媒路３０が形成された電磁鋼板１４を、第一冷媒路２８が形成された電磁鋼板１４に隣接して積層することで、第二冷媒路３０と第一冷媒路２８が連通される。第二冷媒路３０の他端は、図１に示すように、中央冷媒路２２に接続されている。本実施形態では、一つの第一冷媒路２８に対して、略周方向に互いに逆方向に延びる二本の第二冷媒路３０を接続させている。また、一つの中央冷媒路２２には、互いに異なる第一冷媒路２８から延びる二本の第二冷媒路３０が接続されている。したがって、一つの内周側冷媒路２４が有する第二冷媒路３０の個数は、第一冷媒路２８の個数の２倍であり、磁極１８との個数の２倍である。

外周側冷媒路２６は、中央冷媒路２２の軸方向略中央から径方向外側に延びてギャップＧに連通する冷媒路である。外周側冷媒路２６は、ロータコア１２の外周端から径方向に延び、中央冷媒路２２に接続する。ここで、図２から明らかな通り、外周側冷媒路２６は、ロータコア１２の軸方向略中心にのみ設けられている。換言すれば、冷媒の吐出口（外周側冷媒路２６の外周端）は、ロータコア１２の軸方向中心にのみ設けられている。また、外周側冷媒路２６は、各ｑ軸上に設けられており、外周側冷媒路２６の個数は、磁極１８の個数と同じである。

以上のようなコア内冷媒路は、ロータコア１２を構成する電磁鋼板１４に、適宜、スロットや孔を形成することで構成される。また、ロータコア１２を構成する電磁鋼板１４は、積層される軸方向位置に応じて形状が異なることになる。これについて、図４Ａ〜図４Ｃを参照して説明する。

ロータコア１２を構成する電磁鋼板１４の種類は、大きく分けて五つある。一つ目は、複数の磁石孔２０のみが形成された電磁鋼板１４で、かかる電磁鋼板１４は、ロータコア１２の軸方向両端に配される。

二つ目は、図４Ａに示すように、複数の磁石孔２０に加えて、さらに、第一スロット２８ａおよび中央孔２２ａが形成された電磁鋼板１４である。かかる電磁鋼板１４は、ロータコア１２の軸方向両端近傍に配される。第一スロット２８ａは、ｄ軸に沿って、内周側端部から径方向外側に延びるスロットで、第一冷媒路２８を構成する。中央孔２２ａは、磁石孔２０より内周側、かつ、ｑ軸上に配される貫通孔で、中央冷媒路２２を構成する。

三つ目は、図４Ｂに示すように、複数の磁石孔２０に加えて、さらに、第二スロット３０ａおよび中央孔２２ａが形成された電磁鋼板１４である。かかる電磁鋼板１４は、図４Ａの電磁鋼板１４に隣接配置される。第二スロット３０ａは、磁石孔２０より内周側位置において略周方向に延びるスロットで、第二冷媒路３０を構成する。中央孔２２ａは、この第二スロット３０ａと接続している。なお、中央冷媒路２２の径方向外側端部に勾配を持たせるために、図４Ｂの電磁鋼板１４に形成された中央孔２２ａは、図４Ａの電磁鋼板１４に形成された中央孔２２ａよりも僅かに大きくなっている。

四つ目は、複数の磁石孔２０と中央孔２２ａと、が形成された電磁鋼板１４である。かかる電磁鋼板１４は、図４Ｂの電磁鋼板１４と、図４Ｃの電磁鋼板１４との間に配される。ただし、かかる電磁鋼板１４に形成される中央孔２２ａのサイズは一定ではなく、軸方向中央寄りに配される電磁鋼板１４ほど、中央孔２２ａが大きくなっている。

五つ目は、複数の磁石孔２０に加えて、さらに、中央孔２２ａおよび外周側スロット２６ａが形成された電磁鋼板１４である。かかる電磁鋼板１４は、ロータコア１２の軸方向略中央に配される。外周側スロット２６ａは、ｑ軸に沿って、外周側端部から径方向内側に延びるスロットで、外周側冷媒路２６を構成する。中央孔２２ａは、この外周側スロット２６ａと接続している。また、図４Ｃの電磁鋼板１４に形成される中央孔２２ａは、他の電磁鋼板１４に形成される中央孔２２ａよりも大きくなっている。こうした複数種類の電磁鋼板１４を積層していくことで、コア内冷媒路が形成されたロータコア１２を構成することができる。

次に、こうしたロータ１０を用いた場合のロータ１０の冷却性能について、従来技術と比較して説明する。従来でも、ロータコア１２の内部に冷媒流路を形成してロータ１０およびステータ６２を冷却する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、図７に示すように、連続して軸方向に並ぶ複数の電磁鋼板１４ごとに、回転電機のｑ軸上に延びるスロット１０４，１０６，１０８を、その径方向範囲をずらして形成することで、ｑ軸上に延びる冷却油路を形成する技術が開示されている。また、特許文献２には、図８に示すように、ｄ軸上に延びる冷媒路１１０を、軸方向の複数個所に設けた技術が開示されている。

こうした従来技術によれば、冷媒を、ロータコア１２の内部からギャップＧへと放出することができるため、ロータ１０およびステータ６２を冷却できる。しかしながら、特許文献１の技術では、軸方向に延びる冷媒路が無いため、軸方向全体を均等に冷却することができず、軸方向に冷却ムラが生じやすかった。特に、軸方向に長尺な永久磁石を均等に冷却することが難しく、永久磁石の冷却効率が悪かった。

冷媒路を軸方向の複数箇所に設けた特許文献２の技術によれば、こうした問題は、多少は改善される。しかし、特許文献２の技術でも、軸方向に延びる冷媒路は無いため、永久磁石１６を均等に冷却するのは難しい。また、特許文献２の技術によれば、ロータコア１２の外周面には、冷媒の吐出口が多数、軸方向に並ぶことになる。この場合、図８において矢印で示すように、吐出口からギャップＧに放出された冷媒は、ギャップＧの両端に進む途中で、他の吐出口から放出された冷媒と干渉する。その結果、冷媒が、ギャップＧから迅速に排出されず、ギャップＧに滞留し、引き摺り損失の増加を招く恐れがあった。

さらに、特許文献１の技術で、冷媒路は、ｑ軸上に、特許文献２の技術で、冷媒路は、ｄ軸上に延びている。この場合、マグネットトルクおよびリラクタンストルクの一方が低下する恐れがあった。すなわち、周知の通り、ＩＰＭ回転電機は、永久磁石１６によるマグネットトルクとリラクタンストルクの双方を有効に活用することで、出力性能を向上している。マグネットトルクを有効に活用するためには、ｄ軸電流による鎖交磁束の磁路（以下「ｄ軸磁路」という）における磁気抵抗を低くすることが必要となる。また、リラクタンストルクを有効に活用するためには、ｑ軸電流による鎖交磁束の磁路（以下「ｑ軸磁路」という）における磁気抵抗を低くすることが必要となる。

ここで、ｄ軸磁路Ｌｄは、図４において破線で示すように、回転電機６０のｑ軸を横断するような磁路となる。そのため、特許文献１のように、ｑ軸上に冷媒路のためのスロット１０４，１０６，１０８を形成すると、ｄ軸磁路Ｌｄ途中に、磁気抵抗の高いスロット１０４，１０６，１０８が位置することになる。この場合、ｄ軸磁路Ｌｄの磁気抵抗が大幅に増加し、マグネットトルクの低下を招く。また、ｑ軸磁路Ｌｑは、図４において二点鎖線で示すように、回転電機６０のｄ軸を横断するような磁路となる。そのため、特許文献２のように、ｄ軸上に冷媒流路のためのスロットを形成すると、ｑ軸磁路Ｌｑ途中に、磁気抵抗の高いスロットが位置することになり、ｑ軸磁路Ｌｑの磁気抵抗が大幅に増加し、リラクタンストルクの低下を招く。

一方、本実施形態では、軸方向に延びる中央冷媒路２２を設けている。そのため、図３において太線で示すように、冷媒は、ロータコア１２の軸方向に沿って流れることができる。結果として、本実施形態によれば、ロータコア１２および永久磁石１６を、軸方向に略均等に冷却することができる。また、本実施形態では、この中央冷媒路２２の径方向外側端部を、軸方向略中央に近づくにつれて、径方向外側に進むように傾斜させている。この傾斜により、外周側冷媒路２６（軸方向略中央）に進む冷媒の流速を向上することができ、冷却能力をより向上できる。すなわち、ロータ１０が高速で回転すると、遠心力、すなわち、径方向外側に向かう力が発生する。中央冷媒路２２に供給された冷媒は、この遠心力を受けて径方向外側端部へと進む。そして、径方向外側端部に到達した冷媒は、さらに、径方向外側端部に沿いつつも径方向外側に向かう方向、すなわち、軸方向略中央側へと移動する。また、この遠心力は、半径（回転中心からの距離）が大きい位置ほど大きくなる。中央冷媒路２２の径方向外側端部は、軸方向中央に近づく程、回転中心からの距離が大きくなるため、径方向外側端部に発生する遠心力は、軸方向略中央に近づくにつれ大きくなる。つまり、本実施形態の中央冷媒路２２の径方向外側端部には、遠心力差が生じている。この遠心力差があることにより、中央冷媒路２２に供給された冷媒は、遠心力のより大きい方向、すなわち、軸方向略中央へと進みやすくなる。結果として、外周側冷媒路２６（軸方向略中央）へ向かう冷媒の流速を向上でき、冷却効率をより向上できる。

また、本実施形態では、中央冷媒路２２を通過した冷媒を、外周側冷媒路２６からギャップＧに放出している。外周側冷媒路２６は、軸方向略中央にのみ設けている。そのため、冷媒の吐出口は、軸方向略中央にのみ存在することになる。その結果、図３に示す通り、軸方向略中央から放出された冷媒は、ギャップＧの軸方向両端に進む過程で他の吐出口から放出された冷媒と干渉することがなく、迅速にギャップＧの外部に放出される。結果として、冷媒の滞留に起因する引き摺り損失を効果的に防止できる。

また、本実施形態によれば、冷媒は、永久磁石１６より内周側にある中央冷媒路２２と、永久磁石１６より外周側にあるギャップＧと、の両方に流れる。その結果、永久磁石１６は、内周側および外周側の両方から冷却されることになり、永久磁石１６をより効果的に冷却できる。そして、これにより、熱による永久磁石１６の性能低下や減磁を防止できる。

また、本実施形態では、第一冷媒路２８、第二冷媒路３０、外周側冷媒路２６を、互いに異なる軸方向位置（電磁鋼板１４）に形成している。そのため、本実施形態によれば、ｄ軸磁路Ｌｄおよびｑ軸磁路Ｌｑの双方が冷媒路により分断されないため、マグネットトルクおよびリラクタンストルクの双方を有効に活用でき、ひいては、回転電機６０の出力性能の悪化を防止できる。

すなわち、図４Ａ〜図４Ｃにおいて破線で示すように、ｄ軸磁路Ｌｄは、一つの磁極１８の中心を通るように、ロータコア１２内に進んだ後、ｑ軸を横断して、隣接する他の磁極１８の中心を通るようにしてロータコア１２外に出る。また、図４Ａ〜図４Ｃにおいて二点鎖線で示すように、ｑ軸磁路Ｌｑは、磁極１８間に形成される突極からロータコア１２内に進んだ後、ｄ軸磁路Ｌｄを横断して、隣接する他の突極を通るようにしてロータコア１２の外部に出る。こうしたｄ軸磁路Ｌｄおよびｑ軸磁路Ｌｑの経路途中にスロット等が存在すると、マグネットトルクおよびリラクタンストルクが低下する。

本実施形態では、ｄ軸磁路Ｌｄを阻害しないように、周方向に延びる第二冷媒路３０とｑ軸上に延びる外周側冷媒路２６を別の電磁鋼板１４に形成するとともに、第一冷媒路２８を、電磁鋼板１４の径方向半ばまでしか延ばしていない。そのため、ｄ軸磁路Ｌｄが、冷媒路で分断されず、ｄ軸磁路Ｌｄの磁気抵抗を低く抑えることができる。また、本実施形態では、ｑ軸磁路Ｌｑを阻害しないように、ｑ軸上に延びる外周側冷媒路２６を、永久磁石１６よりも内周側位置までしか延ばしていない。そのため、ｑ軸磁路Ｌｑも冷媒路で分断されず、磁気抵抗を小さく抑えることができる。

なお、これまで説明した構成は、一例であり、コア内冷媒路が、軸方向に延びる中央冷媒路２２と、軸内冷媒路５２と中央冷媒路２２とを連通する内周側冷媒路２４と、軸方向略中央において中央冷媒路２２とギャップＧとを連通する外周側冷媒路２６と、を有し、中央冷媒路２２の径方向外側端部が、軸方向略中央に近づくにつれ径方向外側に進むような勾配を有しているのであれば、その他の構成は、変更されてもよい。

例えば、中央冷媒路２２の径方向外側端部の勾配は、図２、図３に示すような滑らかな傾斜で達成してもよいが、図６に示すように、段差で達成してもよい。かかる構成とすれば、一つの段差から次の段差までの間に存在する複数（図示例では３枚）の電磁鋼板１４に形成される中央孔２２ａの位置および形は、同じにできる。その結果、電磁鋼板１４の種類数を低減できる。

また、本実施形態では、中央冷媒路２２の径方向外側端部にのみ勾配を持たせたが、図５、図６に示すように、径方向内側端部にも勾配を持たせてもよい。この場合、中央孔２２ａの断面積は、軸方向位置に関わらず、同じとなる。換言すれば、軸方向中央近傍でも、中央孔２２ａを小さく抑えることができるため、中央孔２２ａに起因する強度低下を低減できる。ただし、ロータコア１２の強度が保てるのであれば、図２、図３に示すように、中央孔２２ａは、軸方向中央に近づくにつれ、大きくなるほうが望ましい。これは、中央孔２２ａが大きい程、冷媒とロータコア１２との接触面積が増加し、冷却効率が向上するためである。軸方向中央は、軸方向端部に比べて、冷媒の流れの下流側に位置しており、比較的、温度上昇した冷媒が流れる位置である。かかる、軸方向中央においては、中央孔２２ａを大きくして、ロータコア１２と冷媒との接触面積増加を図ることが望ましい。

なお、こうした中央冷媒路２２の勾配やサイズは、必要とされる冷却能力や、ロータコア１２のサイズ等に応じて、適宜変更されればよい。例えば、冷却効率は、冷媒の流速が高いほど高くなる。そして、冷媒の流速を高めるためであれば、勾配は、大きいほうが望ましい。一方で、勾配が大きいと、軸方向両端近傍における中央冷媒路２２と永久磁石１６との距離が大きくなり、軸方向両端における永久磁石１６の冷却効率が低下する。中央冷媒路２２の勾配は、こうした必要とされる冷媒の流速や、中央冷媒路２２と永久磁石１６との距離等に応じて決定すればよい。また、中央冷媒路２２の断面積は、大きい程、ロータコア１２と冷媒との接触面積が広がるため、冷却効率が上がる。しかし、中央冷媒路２２の断面積が過度に大きいと、ロータコア１２の強度が低下したり、ｄ軸磁路Ｌｄやｑ軸磁路Ｌｑが狭くなったりする。したがって、中央冷媒路２２の断面積は、こうした事情を考慮して決定することが望ましい。

また、本実施形態では、図４Ｂに示すように、第二スロット３０ａと中央孔２２ａとを同じ電磁鋼板１４に形成している。しかし、図６に示すように、中央冷媒路２２を、第二スロット３０ａが形成される電磁鋼板１４と隣接する電磁鋼板１４から延ばし、第二スロット３０ａと中央孔２２ａとを互いに異なる電磁鋼板１４に形成してもよい。この場合、図４Ｂの場合に比べて、ｄ軸磁路Ｌｄを広く確保することができる。

また、本実施形態では、第一冷媒路２８、第二冷媒路３０、外周側冷媒路２６を、電磁鋼板１４を貫通するスロットで構成したが、スロットに代えて電磁鋼板１４を貫通しない溝で、これら冷媒路を構成してもよい。また、第一冷媒路２８、第二冷媒路３０、外周側冷媒路２６は、一枚の電磁鋼板１４ではなく、複数の電磁鋼板１４で構成されてもよい。例えば、図６に示すように、外周側スロット２６ａが形成された電磁鋼板１４を３枚積層するようにしてもよい。この場合、外周側冷媒路２６の厚み（軸方向距離）は、３枚の電磁鋼板１４の厚み相当となり、外周側冷媒路２６の断面積を広げることができる。また、本実施形態では、電磁鋼板１４を積層した積層鋼板からなるロータコア１２のみを例示したが、例えば、強度的特性および磁気的特性を保てるのであれば、ロータコア１２を、積層鋼板以外、例えば、圧粉磁心等から構成してもよい。

さらに、本実施形態では、第一冷媒路２８を、ｄ軸上に配置しているが、第一冷媒路２８は、ｑ軸に対して周方向にずれた位置に形成されるのであれば、ｄ軸上に限らず、他の箇所に設けられてもよい。また、各種冷媒路の個数は、適宜変更されてもよい。例えば、中央冷媒路２２は、２磁極おきに形成されてもよい。それに伴い、第一冷媒路２８、第二冷媒路３０、外周側冷媒路２６の数も調整されてもよい。

また、これまでの説明では、永久磁石１６をＶ字形に配したロータ１０のみを例示したが、ロータコア１２内に永久磁石１６を埋め込んだロータ１０であれば、永久磁石１６の形状は、矩形でもよいし、馬蹄形でもよい。

１０ ロータ、１２ ロータコア、１４ 電磁鋼板、１６ 永久磁石、１８ 磁極、２０ 磁石孔、２２ 中央冷媒路、２２ａ 中央孔、２４ 内周側冷媒路、２６ 外周側冷媒路、２６ａ 外周側スロット、２８ 第一冷媒路、２８ａ 第一スロット、３０ 第二冷媒路、３０ａ 第二スロット、５０ 回転軸、５２ 軸内冷媒路、６０ 回転電機、６２ ステータ、６４ ステータコア、６６ ステータコイル、１０４，１０６，１０８ スロット、１１０ 冷媒路。

Claims (5)

1. ロータコアと、前記ロータコアに埋め込まれた永久磁石と、を備え、回転軸により支持される回転電機のロータであって、
   前記ロータコアには、前記回転軸内に形成された軸内冷媒路から供給された冷媒を当該ロータコアの外周端まで導いて、ステータとの間のギャップに放出する１以上のコア内冷媒路が形成されており、
   前記コア内冷媒路は、
   前記永久磁石より内周側位置において、軸方向に延びる中央冷媒路と、
   前記ロータコアの軸方向両端近傍に設けられ、前記軸内冷媒路と前記中央冷媒路とを連通する一対の内周側冷媒路と、
   前記中央冷媒路の軸方向略中央から径方向外側に延びて前記ギャップに連通する外周側冷媒路と、
   を備え、
   前記中央冷媒路の径方向外側端部は、前記軸方向略中央に近づくにつれて径方向外側に進むような勾配を有している、
   ことを特徴とする回転電機のロータ。
2. 請求項１に記載の回転電機のロータであって、
   前記中央冷媒路および前記外周側冷媒路は、前記回転電機のｑ軸上に形成されており、
   前記内周側冷媒路は、前記回転電機のｑ軸と周方向にずれた位置において前記ロータの内周端から延びる第一冷媒路と、前記第一冷媒路と前記中央冷媒路とを連通するべく略周方向に延びる第二冷媒路と、を含む、
   ことを特徴とする回転電機のロータ。
3. 請求項２に記載の回転電機のロータであって、
   前記第一冷媒路の軸方向位置と前記第二冷媒路の軸方向位置は、互いに異なる、ことを特徴とする回転電機のロータ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機のロータであって、
   前記中央冷媒路の断面積は、前記軸方向略中央に近づくにつれ大きい、ことを特徴とする回転電機のロータ。
5. 請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機のロータであって、
   前記中央冷媒路の断面積は、前記軸方向において一定である、ことを特徴とする回転電機のロータ。

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