JP2019161750A - 回転電機のロータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータコアの内部に配置された磁石を効率的に冷却することができる回転電機のロータを提供する。【解決手段】回転電機のロータ１０は、ロータコア３０と、ロータコア３０と一体に回転するロータシャフト２０と、を備える。ロータシャフト２０には、冷媒が供給される冷媒流路２１と、冷媒をロータコア３０に供給する冷媒供給部２２と、が設けられる。ロータコア３０には、ロータコア３０の内部を軸方向に延びて各々に磁石４１が配置された複数の磁石挿入孔３４、３５と、磁石４１の近傍に配置されロータコア３０の内部を軸方向に延びるコア内流路３３と、が設けられるとともに、冷媒分配プレート８０が介在する。冷媒分配プレート８０は、冷媒供給部２２とコア内流路３３とを接続する接続流路８２を形成する。【選択図】図３

Description

本発明は、電動車両などに搭載される回転電機のロータに関する。

近年、駆動源として回転電機が用いられるハイブリッド車両やＥＶ車両において、回転電機の性能に大きな影響を及ぼす永久磁石の温度上昇が問題となっており、効率的に冷却することが課題となっている。

特許文献１に記載の回転電機では、ケースに対して固定された冷却油供給パイプから回転中のロータのエンドプレートの端面に冷媒を供給することで、ロータを冷却するように構成されている。

特許第５６０１５０４号公報

しかし、特許文献１に記載の回転電機では、ロータ、特に温度上昇による減磁が問題となる永久磁石が、ロータコアの両端面を覆うエンドプレートを介して冷却されるため、冷却効率が低いという問題があった。また、冷却油供給パイプから供給される冷媒は、エンドプレートと干渉して飛散してしまい、最も冷却を要する永久磁石が冷却され難く、改善の余地があった。

本発明は、ロータコアの内部に配置された磁石を効率的に冷却することができる回転電機のロータを提供する。

本発明は、
ロータコアと、
該ロータコアと一体に回転するロータシャフトと、を備える、回転電機のロータであって、
前記ロータシャフトには、
冷媒が供給される冷媒流路と、
前記冷媒を前記ロータコアに供給する冷媒供給部と、が設けられ、
前記ロータコアには、
前記ロータコアの内部を軸方向に延びて、各々に磁石が配置された複数の磁石挿入孔と、
前記磁石の近傍に配置され、前記ロータコアの内部を軸方向に延びるコア内流路と、が設けられるとともに、冷媒分配プレートが介在されており、
前記冷媒供給部と前記コア内流路とを接続する接続流路が前記冷媒分配プレートに形成されている。

本発明によれば、冷媒分配プレートに形成された接続流路を介して冷媒が、ロータシャフトから磁石の近傍に配置されたコア内流路に供給されるので、コア内流路を流れる冷媒によって磁石を効率的に冷却することができる。

本発明の一実施形態の回転電機のロータの斜視図である。 図１の回転電機のロータの分解斜視図である。 図２の冷媒分配プレートと一方のロータコア部の斜視図である。 ロータコアの正面図である。 図３及び図４のＡ−Ａ線の位置における回転電機のロータの断面図である。 図３及び図４のＢ−Ｂ線の位置における回転電機のロータの断面図である。 変形例のロータコアの要部正面図である。

以下、本発明の回転電機のロータの一実施形態を、添付図面に基づいて説明する。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る回転電機のロータ１０は、ロータシャフト２０と、ロータシャフト２０に軸支されるロータコア３０と、ロータコア３０の軸方向の一側に配置される第一エンドプレート５０と、ロータコア３０の軸方向の他側に配置される第二エンドプレート６０と、ロータコア３０に介在する冷媒分配プレート８０と、を備える。

ロータシャフト２０には、その内側に冷媒が流通する冷媒流路２１が形成される。冷媒流路２１は、ロータシャフト２０の内部で軸方向に延びており、冷媒が外部から供給可能に構成される。冷媒としては、例えば、ＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）が用いられ、ＡＴＦがトランスミッションケースとモータハウジングとを循環するように供給経路が形成される。

ロータシャフト２０には、冷媒流路２１からロータコア３０に冷媒を送り込むための複数の冷媒供給部２２が、周方向に所定の間隔で冷媒流路２１に連通して形成される。また、ロータシャフト２０の一端（図５において右側端部）には、位置決め部２３が形成されている。

ロータコア３０は、それぞれ複数の円環状の電磁鋼板が積層されることで構成される一対のロータコア部３０Ａ、３０Ｂを備える。

図４〜図６も参照して、一対のロータコア部３０Ａ、３０Ｂには、その中央に軸方向に貫通するロータ挿通孔３１が形成されている。一対のロータコア部３０Ａ、３０Ｂは、同じ形状を有し、その積厚（軸方向長さ）は略同じ積厚に設定されるのが好ましい。

ロータコア３０には、その重量を軽減するために、ロータコア３０の内周付近に複数(図４に示す実施形態では８個)の肉抜部３２が周方向に所定の間隔で形成されている。肉抜部３２は、断面形状が外径側に凸となる略三角形状に形成されている。

また、肉抜部３２よりも外径側には、断面略矩形状の複数(図４に示す実施形態では１６個)の空洞部３３ａが、断面略三角形状の肉抜部３２の外径側の２辺に沿って形成されている。空洞部３３ａのさらに外周側には、磁石４１を埋設するための複数(図４に示す実施形態では１６個)の磁石挿入孔３４、３５が、周方向に沿って所定間隔で交互に形成されている。

空洞部３３ａは、磁石挿入孔３４、３５の内径側に配置され、少なくとも空洞部３３ａの一部（空洞部３３ａの最外径部３３ｂ）が、磁石４１の最内径部４１ａよりも外径側に位置している。即ち、ロータシャフト２０の軸心Ｏから空洞部３３ａの最外径部３３ｂまで距離Ｌ１は、ロータシャフト２０の軸心Ｏから磁石４１の最内径部４１ａまでの距離Ｌ２よりも長くなっている。

磁石挿入孔３４、３５は、空洞部３３ａの長辺と略平行に形成された断面略矩形状の孔であり、ロータコア３０の外径側に向かって略Ｖ字形に開いて形成された磁石挿入孔３４、３５が対をなしている。略Ｖ字形の一対の磁石挿入孔３４、３５との間には、磁石挿入孔３４、３５を分離するブリッジ部３６が設けられている。

磁石４１は、例えばネオジム磁石等の永久磁石であり、略Ｖ字形の一対の磁石挿入孔３４、３５に配置される２つの磁石４１で１つの磁極部４２を構成する。図４に示す実施形態では、ロータ１０に８個の磁極部４２が形成されている。なお、空洞部３３ａは、冷媒供給部２２から供給される冷媒が通るコア内流路３３を構成する。また、コア内流路３３は、空洞部３３ａに加えて、磁石挿入孔３４、３５に設けられたフラックスバリア部３７も含む。ここで、フラックスバリア部３７は、磁石挿入孔３４、３５と磁石４１との間に形成された空隙のことである。フラックスバリア部３７は、一部に樹脂が充填されていてもよい。

図３、図５、及び図６に示すように、冷媒分配プレート８０は、絶縁材からなる円板であり、ロータコア３０、第一エンドプレート５０、及び第二エンドプレート６０と同じ外径寸法に形成され、ロータコア３０の軸方向中央部で一対のロータコア部３０Ａ、３０Ｂ間に配置されている。絶縁材からなる冷媒分配プレート８０は、渦電流損の発生を防止する。

冷媒分配プレート８０は、その中央にロータシャフト孔８１が形成されると共に、ロータコア３０の肉抜部３２に対応する位置に、肉抜部３２と略同一形状の複数の貫通孔８６が設けられている。また、冷媒分配プレート８０の側面には、片面に８個、両面で合計１６個の溝部で形成された接続流路８２が設けられている。

接続流路８２は、ロータシャフト２０の冷媒供給部２２に連通して外径方向に延びる径方向通路８３と、径方向通路８３から分岐して周方向両側且つ外径方向に延びてロータコア３０の空洞部３３ａに連通する一対の第１分岐路８４と、第１分岐路８４より外径側で径方向通路８３から分岐して周方向両側且つ外径方向に延びてロータコア３０の磁石挿入孔３４、３５に連通する一対の第２分岐路８５と、を備える。

図２、図５及び図６に示すように、ロータコア３０の両側に配置された第一エンドプレート５０及び第二エンドプレート６０は、その中央にロータシャフト孔５１、６１が形成される。

また、第一及び第二エンドプレート５０、６０のロータコア３０側の側面には、それぞれ複数（図２に示す実施形態では１６個）のプレート流路５２、６２が形成されている。プレート流路５２、６２は、ロータコア３０に形成された１対の磁石挿入孔３４、３５及び該１対の磁石挿入孔３４、３５の内径側に位置する略Ｖ字形の一対の空洞部３３ａごとに設けられている。なお、プレート流路５２、６２は、同一形状を有するので、以下では、図２に図示されているプレート流路６２についてのみ説明し、プレート流路５２については説明を省略する。

プレート流路６２は、第二エンドプレート６０のロータコア３０側の側面に形成された溝であり、その内径側に位置する一端部６３は一対の空洞部３３ａに接続され、外径側に位置する他端部は、外周面で開口する開口部６４に接続されている。開口部６４は、不図示のステータのコイルエンドに対向する。

回転電機のロータ１０は、冷媒分配プレート８０を一対のロータコア部３０Ａ、３０Ｂで挟持し、さらにロータコア３０の軸方向両側に第一エンドプレート５０及び第二エンドプレート６０を配置した状態で、第二エンドプレート６０のロータシャフト孔６１、ロータコア部３０Ｂのロータ挿通孔３１、冷媒分配プレート８０のロータシャフト孔８１、ロータコア部３０Ａのロータ挿通孔３１、及び第一エンドプレート５０のロータシャフト孔５１にロータシャフト２０が挿入されて組み付けられる。このとき、第二エンドプレート６０は、ロータシャフト２０の位置決め部２３に当接する。

次に、図２〜図６を参照して、ロータコア３０、特に、磁石４１の冷却作用について説明する。冷媒は、不図示の冷媒ポンプによりロータシャフト２０の冷媒流路２１に圧送され、さらに冷媒流路２１から冷媒供給部２２を介してロータコア部３０Ａ、３０Ｂ間に位置する冷媒分配プレート８０の両面に形成された一対の径方向通路８３から各接続流路８２に供給される。

接続流路８２に供給された冷媒は、径方向通路８３から第１分岐路８４に分流してロータコア部３０Ａ、３０Ｂの空洞部３３ａ（コア内流路３３）を左右に軸方向に流れると共に、径方向通路８３から第２分岐路８５に分流して磁石挿入孔３４、３５と磁石４１との隙間であるフラックスバリア部３７（コア内流路３３）を左右に軸方向に流れる。

そして、空洞部３３ａ（コア内流路３３）を軸方向に流れる冷媒は、第一及び第二エンドプレート５０、６０のプレート流路５２、６２の一端部５３、６３に流出する。また、フラックスバリア部３７（コア内流路３３）を軸方向に流れる冷媒も、第一及び第二エンドプレート５０、６０のプレート流路５２、６２に流出する。この冷媒は、さらに遠心力によりプレート流路５２、６２の開口部５４、６４から径方向外方に排出されて、不図示のステータのコイルエンドを冷却する。

このように、フラックスバリア部３７を軸方向に流れる冷媒は、磁石４１に直接接触して磁石４１を冷却し、また、磁石４１に近接して設けられた空洞部３３ａを軸方向に流れる冷媒も磁石４１を冷却する。これにより、回転電機のロータ１０の性能に重大な影響を及ぼし、最も冷却を要する磁石４１をロータコア３０の内部から効果的に冷却することができ、磁石４１の温度上昇に起因する回転電機のロータ１０の性能低下が防止される。

なお、前述した実施形態は、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、冷媒分配プレート８０は、必ずしも軸方向中央部に配置されていなくてもよい。また、コア内流路３３は、空洞部３３ａ及びフラックスバリア部３７のいずれか一方であってもよい。

また、上記実施形態では、冷媒分配プレート８０の両面に接続流路８２を設け、ロータコア部３０Ａ、３０Ｂの磁石４１を同時に冷却するものとして説明したが、冷媒分配プレート８０の一方の面にのみ接続流路８２を形成してロータコア部３０Ａ、３０Ｂのいずれか一方の磁石４１を冷却することもできる。また、１つの磁極部４２を構成する磁石４１は、Ｖ字形配置された２つの磁石４１に限定されず、１つ又は３つ以上の磁石で１つの磁極を構成するようにしてもよい。

変形例のロータコア９０は、図７に示すように、ロータコア９０の内周付近に断面略長円状の肉抜部９１が形成され、肉抜部９１の外周側には、断面略矩形の３つの空洞部９３ａが周方向に形成されている。

３つの空洞部９３ａのさらに外径側には、磁石９８を埋設するための磁石挿入孔９４、９５、９６が、周方向に沿って所定間隔で形成されている。磁石挿入孔９４、９５、９６には、それぞれネオジム磁石等の磁石９８が配置されて、３つの磁石９８で１つの磁極部９２を構成する。なお、３つの空洞部９３ａは、磁石挿入孔９４、９５、９６に対応して内径側に設けられている。

３つの空洞部９３ａ及び３つの磁石挿入孔９４、９５、９６のフラックスバリア部９７は、コア内流路９３を構成する。３つの空洞部９３ａは、図２及び図３に示す実施形態の回転電機のロータ１０と同様に、それぞれ不図示の冷媒分配プレートの第１分岐路、及び第一及び第二エンドプレートのプレート流路に連通する。また、３つの磁石挿入孔９４、９５、９６のフラックスバリア部９７は、それぞれ冷媒分配プレートの第２分岐路、および第一及び第二エンドプレートのプレート流路に連通する。

そして、冷媒分配プレートの接続流路から供給されて空洞部９３ａ（コア内流路９３）、及び磁石挿入孔９４、９５、９６のフラックスバリア部９７（コア内流路９３）を軸方向に流れる冷媒により磁石９８を効果的に冷却する。その他の作用は、上記実施形態の回転電機のロータ１０と同様である。

また、本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。

（１） ロータコア（ロータコア３０、９０）と、
該ロータコアと一体に回転するロータシャフト（ロータシャフト２０）と、を備える、回転電機のロータ（回転電機のロータ１０）であって、
前記ロータシャフトには、
冷媒が供給される冷媒流路（冷媒流路２１）と、
前記冷媒を前記ロータコアに供給する冷媒供給部（冷媒供給部２２）と、が設けられ、
前記ロータコアには、
前記ロータコアの内部を軸方向に延びて、各々に磁石（磁石４１、９８）が配置された複数の磁石挿入孔（磁石挿入孔３４、３５、９４、９５、９６）と、
前記磁石の近傍に配置され、前記ロータコアの内部を軸方向に延びるコア内流路（コア内流路３３、９３）と、が設けられるとともに、冷媒分配プレート（冷媒分配プレート８０）が介在されており、
前記冷媒供給部と前記コア内流路とを接続する接続流路（接続流路８２）が前記冷媒分配プレートに形成されている、回転電機のロータ。

（１）によれば、冷媒分配プレートに形成された接続流路を介して冷媒が、ロータシャフトから磁石の近傍に配置されたコア内流路に供給されるので、コア内流路を流れる冷媒によって磁石を効率的に冷却することができる。

（２） （１）に記載の回転電機のロータであって、
前記コア内流路は、前記磁石挿入孔に設けられたフラックスバリア部（フラックスバリア部３７、９７）を含む、回転電機のロータ。

（２）によれば、コア内流路が磁石挿入孔に設けられたフラックスバリア部を含むので、フラックスバリア部を流れる冷媒により磁石を直接冷却することができる。また、フラックスバリア部をコア内流路とすることで、汎用性のある電磁鋼板を用いることができる。

（３） （１）又は（２）に記載の回転電機のロータであって、
前記コア内流路は、前記磁石挿入孔の内径側に配置され、少なくとも一部（最外径部３３ｂ）が前記磁石の最内径部（最内径部４１ａ）よりも外径側に位置している空洞部（空洞部３３ａ、９３ａ）を含む、回転電機のロータ。

（３）によれば、コア内流路が磁石挿入孔の内径側に配置される空洞部を含むので、空洞部を流れる冷媒がロータの回転による遠心力によってコア内流路の磁石側を流れる。また、コア内流路の少なくとも一部が磁石の最内径部よりも外径側に位置しているので、磁石を効果的に冷却することができる。

（４） （１）〜（３）のいずれかに記載の回転電機のロータであって、
前記ロータコアの両端部には一対のエンドプレート（エンドプレート５０、６０）が設けられ、
前記一対のエンドプレートには、一端部（一端部５３、６３）が前記コア内流路に接続されるともに、他端部（開口部５４、６４）がステータのコイルエンド（コイルエンド）に対向する、プレート流路（プレート流路５２、６２）が形成されている、回転電機のロータ。

（４）によれば、ロータコアの両端部に配置された一対のエンドプレートには、一端部がコア内流路に接続されるとともに、他端部がステータのコイルエンドに対向するプレート流路が形成されているので、仮にロータシャフトに偏心が発生したとしても、いずれかのプレート流路から冷媒が排出されるので、コア内流路に冷媒が残留することが防止される。また、プレート流路の他端部は、ステータのコイルエンドに対向するので、磁石とともにステータのコイルも冷却することができる。

（５） （１）〜（４）のいずれかに記載の回転電機のロータであって、
前記冷媒分配プレートは、前記ロータコアの軸方向中央部に配置されている、回転電機のロータ。

（５）によれば、冷媒分配プレートはロータコアの軸方向中央部に配置されているので、最も高温になりやすいロータコアの軸方向中央部に冷媒を積極的に供給できる。

（６） （１）〜（５）のいずれかに記載の回転電機のロータであって、
前記接続流路は、前記冷媒分配プレートの一端面側に設けられた溝部と、他端面側に設けられた溝部とにより形成されている、回転電機のロータ。

（６）によれば、接続流路は、冷媒分配プレートの一端面側に設けられた溝部と、他端面側に設けられた溝部とにより形成されているので、ステータコアの両側のコア内流路に均等に冷媒を供給できる。

１０ 回転電機のロータ
２０ ロータシャフト
２１ 冷媒流路
２２ 冷媒供給部
３０、９０ ロータコア
３３、９３ コア内流路
３３ａ、９３ａ 空洞部
３４、３５、９４、９５、９６ 磁石挿入孔
３７、９７ フラックスバリア部
４１、９８ 磁石
５０ 第一エンドプレート（エンドプレート）
５２、６２ プレート流路
５３、６３ 一端部
５４、６４ 開口部（他端部）
６０ 第二エンドプレート（エンドプレート）
８０ 冷媒分配プレート
８２ 接続流路
４１ａ 磁石の最内径部

Claims (6)

1. ロータコアと、
   該ロータコアと一体に回転するロータシャフトと、を備える、回転電機のロータであって、
   前記ロータシャフトには、
   冷媒が供給される冷媒流路と、
   前記冷媒を前記ロータコアに供給する冷媒供給部と、が設けられ、
   前記ロータコアには、
   前記ロータコアの内部を軸方向に延びて、各々に磁石が配置された複数の磁石挿入孔と、
   前記磁石の近傍に配置され、前記ロータコアの内部を軸方向に延びるコア内流路と、が設けられるとともに、冷媒分配プレートが介在されており、
   前記冷媒供給部と前記コア内流路とを接続する接続流路が前記冷媒分配プレートに形成されている、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、
   前記コア内流路は、前記磁石挿入孔に設けられたフラックスバリア部を含む、回転電機のロータ。
3. 請求項１又は２に記載の回転電機のロータであって、
   前記コア内流路は、前記磁石挿入孔の内径側に配置され、少なくとも一部が前記磁石の最内径部よりも外径側に位置している空洞部を含む、回転電機のロータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機のロータであって、
   前記ロータコアの両端部には一対のエンドプレートが設けられ、
   前記一対のエンドプレートには、一端部が前記コア内流路に接続されるともに、他端部がステータのコイルエンドに対向するプレート流路が形成されている、回転電機のロータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機のロータであって、
   前記冷媒分配プレートは、前記ロータコアの軸方向中央部に配置されている、回転電機のロータ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機のロータであって、
   前記接続流路は、前記冷媒分配プレートの一端面側に設けられた溝部と、他端面側に設けられた溝部とにより形成されている、回転電機のロータ。

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