JP2020108210A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの外周部を軸方向外側に隆起させることなく、冷媒のエアギャップへの進入を抑えることができる回転電機を提供する。【解決手段】本発明に係る回転電機１は、コイル１２が装着された筒状のステータ３と、ステータ３に対して径方向の内側にエアギャップ３７をあけた状態で回転可能に構成されたロータ４と、を備え、端面板３４，３５の外側面３４ｂ，３５ｂが軸方向に直交する平坦面に形成され、端面板３４，３５の外周面３４ｃ，３５ｃのうち、外側面３４ｂ，３５ｂ及びエアギャップ３７に対して軸方向に離れた位置には、径方向に延びる段部３８，３９が形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機に関する。

回転電機では、コイルに電流が供給されることでステータコアに磁界が形成され、ロータの永久磁石とステータコアとの間に磁気的な吸引力や反発力が生じる。これにより、ロータが回転軸を軸にしてステータに対して回転する。

上述した回転電機では、例えば高負荷運転の際に、磁石に発生する渦電流等の影響によりロータが発熱する。磁石の発熱により磁力が低下（いわゆる熱減磁）すると、回転電機の性能が低下する可能性がある。

回転電機を冷却する方法として、例えば回転軸内の冷媒が、ロータコアの回転による遠心力でロータコアと端面板との間を経てロータコアの内部に導かれることで、ロータコアを冷却する方法が知られている。ロータコアを冷却した冷媒は、端面板の貫通孔を経てロータコアの回転による遠心力で端面板における軸方向の外側を向く外側面に沿って端面板の外周縁に導かれる。端面板の外周縁に導かれた冷媒は、ロータコアの回転による遠心力でコイルに導かれ、コイルを冷却する。

しかし、上述した冷却方法では、端面板の外側面に沿って端面板の外周縁に導かれた冷媒がステータコアとロータコアとの間に形成された空間（エアギャップ）に進入することが考えられる。冷媒がエアギャップに進入すると、ロータと冷媒との間で発生する摩擦によりロータの回転効率に影響を与えることが考えられる。
この対策として、例えば特許文献１において、端面板の外周部を軸方向の外側に傾斜状に隆起させることが知られている。端面板の外周部を傾斜状に隆起させることにより、端面板の外周縁に導かれた冷媒を傾斜状の隆起でエアギャップから離すように軸方向の外側に飛散させることができる。これにより、冷媒がエアギャップに進入することを抑制できるとされている。

特開２０１３−２７２４４号公報

しかし、特許文献１の構成によれば、端面板（すなわち、ロータ）の外周部を軸方向の外側に隆起させる必要がある。このため、回転電機が軸方向に大型化する可能性がある。
また、端面板の外周部を軸方向の外側に隆起させることにより、端面板の外周部（すなわち、ロータ）の重量が増す。このため、ロータの回転効率に影響を与えることが考えられる。

本発明は、ロータの外周部を軸方向外側に隆起させることなく、冷媒のエアギャップへの進入を抑えることができる回転電機を提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る回転電機（例えば、実施形態における回転電機１）は、コイル（例えば、実施形態におけるコイル１２）が装着された筒状のステータ（例えば、実施形態におけるステータ３）と、前記ステータに対して径方向の内側に間隔（例えば、実施形態におけるエアギャップ３７）をあけた状態で回転可能に構成されたロータ（例えば、実施形態におけるロータ４）と、を備え、前記ロータの軸方向の端部表面（例えば、実施形態における外側面３４ｂ，３５ｂ）が軸方向に直交する平坦面に形成され、前記ロータの外周面のうち、前記端部表面及び前記間隔に対して軸方向に離れた位置には、径方向に延びる段部（例えば、実施形態における段部３８，３９）が形成されている。

（２）上記（１）の態様に係る回転電機において、前記段部は、前記ロータの径方向に延びる離間面（例えば、実施形態における離間面４４）と、前記離間面における径方向の内側端部に連なり、軸方向に延びる底面（例えば、実施形態における底面４５）と、を有していてもよい。

（３）上記（１）の態様に係る回転電機において、前記段部は、前記ロータの径方向に延びる第１離間面（例えば、実施形態における第１離間面１２３）と、前記第１離間面に対して軸方向で前記間隔寄りに位置して径方向に延びる第２離間面（例えば、実施形態における第２離間面１２４）と、前記第１離間面及び前記第２離間面の径方向の内側端部同士を接続する底面（例えば、実施形態における底面１２５）と、を有していてもよい。

（４）上記（２）又は（３）の態様に係る回転電機において、前記底面は、径方向において、前記ロータに設けられた永久磁石の端面の途中の位置に配置されていてもよい。

（５）上記（１）の態様に係る回転電機において、前記段部は、前記外周面から径方向の内側に向かうに従い軸方向の内側へ傾斜状に延びる第１離間面（例えば、実施形態における第１離間面１４３）と、前記第１離間面における径方向の内側端部から径方向の外側に向かうに従い軸方向の内側へ前記外周面まで傾斜状に延びる第２離間面（例えば、実施形態における第２離間面１４４）と、を有していてもよい。

（６）上記（１）の態様に係る回転電機において、前記段部は、前記外周面から径方向の内側に窪む円弧状に形成されていてもよい。

（７）上記（１）から（６）の何れかの態様に係る回転電機において、前記ロータは、ロータコア（例えば、実施形態におけるロータコア３２）と、前記ロータの軸方向の端面に設けられた端面板（例えば、実施形態における端面板３４，３５）と、を備え、前記段部は前記端面板に備えられていてもよい。

（８）上記（７）の態様に係る回転電機において、前記端面板の前記外周面は、軸方向から見て前記間隔よりも径方向の外側で、前記コイルよりも径方向の内側に配置されていてもよい。

上記（１）の態様によれば、段部とロータの外周縁との間において、ロータの外周面の表面積を減らすことができる。
ここで、冷媒は、ロータの軸方向の端部表面からロータの外周面に導かれる。よって、ロータの外周面の表面積を減らすことにより、ロータの外周面に導かれた冷媒に作用する表面張力を小さく抑えることができる。これにより、ロータの外周面に導かれた冷媒が、表面張力によって間隔に進入することを抑えることができ、冷媒を間隔とは反対方向に指向させることができる。
特に、ロータの外周面に段部を形成することにより、ロータの端部表面を軸方向において間隔から離れる外側に隆起させることなく、冷媒の間隔への進入を抑えることができる。その結果、回転電機の軸方向での大型化や、ロータの回転効率に影響を与えることなく、冷媒の間隔への進入を抑制できる。

上記（２）の態様によれば、段部を離間面と底面とにより構成する。離間面はロータの径方向に延び、底面はロータの軸方向に延びる。よって、ロータの外周面に段部を形成することにより、外周面に開口部を容易に形成することができる。これにより、ロータの外周面の表面積を簡単な構成で減らすことができる。

上記（３）の態様によれば、段部を第１離間面、第２離間面、及び底面で形成した。よって、第１離間面、第２離間面、及び底面で段部を断面Ｕ字状に形成して、ロータの外周面の表面積を減らすことができる。これにより、ロータの外周面に導かれた冷媒に作用する表面張力を小さく抑えることができる。したがって、ロータの外周面に導かれた冷媒が、表面張力によって間隔に進入することを抑えることができ、冷媒を間隔の方向とは反対方向に指向させることができる。
すなわち、ロータの外周部を軸方向外側に隆起させることなく、冷媒によるエアギャップへの進入を抑えることができる。

上記（４）の態様によれば、底面を永久磁石の端面の途中の位置に配置した。これにより、永久磁石をロータの内部に保持した状態において、段部の深さを広範囲において選択することが可能になり、設計の自由度を高めることができる。

上記（５）の態様によれば、段部を傾斜状の第１離間面、及び第２離間面で形成した。よって、第１離間面、及び第２離間面で段部を断面Ｖ字状に形成して、ロータの外周面の表面積を減らすことができる。これにより、ロータの外周面に導かれた冷媒に作用する表面張力を小さく抑えることができる。したがって、ロータの外周面に導かれた冷媒が、表面張力によって間隔に進入することを抑えることができ、冷媒を間隔の方向とは反対方向に指向させることができる。
すなわち、ロータの外周部を軸方向外側に隆起させることなく、冷媒によるエアギャップへの進入を抑えることができる。

上記（６）の態様によれば、段部を円弧状に延ばすことにより、ロータの外周面を開口させた。よって、ロータの外周面の表面積を減らすことができる。これにより、ロータの外周面に導かれた冷媒に作用する表面張力を小さく抑えることができる。したがって、ロータの外周面に導かれた冷媒が、表面張力によって間隔に進入することを抑えることができ、冷媒を間隔の方向とは反対方向に指向させることができる。
すなわち、ロータの外周部を軸方向外側に隆起させることなく、冷媒によるエアギャップへの進入を抑えることができる。

上記（７）の態様によれば、段部を端面板に形成した。よって、例えば、端面板をロータに組み付ける前工程において、端面板に段部を形成できる。これにより、端面板に段部を容易に形成することができる。

上記（８）の態様によれば、端面板の外周面が間隔よりも径方向の外側に配置されることで、外周面に到達した冷媒が間隔に進入するのを確実に抑えることができる。

第１実施形態に係る回転電機の概略構成を示す断面図である。 第１実施形態に係る回転電機の部分断面図である。 第１実施形態に係る回転電機の第１段部とエアギャップとの関係を示す断面図である。 第２実施形態に係る回転電機の要部を示す断面図である。 第３実施形態に係る回転電機の要部を示す断面図である。 第４実施形態に係る回転電機の要部を示す断面図である。 第５実施形態に係る回転電機の要部を示す断面図である。 第６実施形態に係る回転電機の要部を示す断面図である。 第７実施形態に係る回転電機の要部を示す断面図である。 第１実施形態の第１段部を第１端面板に加工する工程を説明する概略図である。 第１実施形態の第１段部を第１端面板に加工する工程を説明する概略図である。 第３実施形態の第１段部を第１端面板に加工する工程を説明する概略図である。 第３実施形態の第１段部を第１端面板に加工する工程を説明する概略図である。 比較例に係る回転電機の要部を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下で説明する各実施形態について対応する構成については、同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る回転電機１の概略構成を示す断面図である。
図１に示す回転電機１は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される走行用モータである。但し、本発明の構成は、走行用モータに限らず、発電用モータやその他用途のモータ、車両用以外の回転電機（発電機を含む）にも適用可能である。

回転電機１は、ケース２と、ステータ３と、ロータ４と、冷媒供給部５（図２参照）と、を備えている。以下の説明では、後述するシャフト３１の軸線Ｃに沿う方向を単に軸方向といい、軸線Ｃに直交する方向を径方向といい、軸線Ｃ回りの方向を周方向という場合がある。

ケース２は、ステータ３及びロータ４を収容している。ケース２内には、冷媒１０（図３参照）が収容されている。上述したステータ３は、ケース２内において、一部が冷媒１０に浸漬された状態で配置されている。なお、冷媒１０としては、トランスミッションの潤滑や動力伝達等に用いられる作動油である、ＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｌｕｉｄ）等が好適に用いられている。

図２は、回転電機１の部分断面図である。
図２に示すように、ステータ３は、ステータコア１１と、ステータコア１１に装着されたコイル１２と、を備えている。
ステータコア１１は、軸線Ｃと同軸に配置された筒状である。ステータコア１１は、例えばケース２（図１参照）の内周面に固定されている。ステータコア１１は、軸方向を向く第１軸方向端面（ステータ３の軸方向の端面）１１ａ、及び第２軸方向端面（ステータ３の軸方向の端面）１１ｂを有する。
ステータコア１１は、電磁鋼板が軸方向に積層されて構成されている。なお、ステータコア１１は、いわゆる圧粉コアであっても構わない。

コイル１２は、ステータコア１１に装着されている。コイル１２は、周方向に関して互いに１２０°の位相差をもって配置されたＵ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルを有している。コイル１２は、ステータコア１１のスロット（不図示）に挿通された挿通部１２ａと、ステータコア１１から軸方向に突出したコイルエンド部１２ｂ，１２ｃと、を有している。ステータコア１１には、コイル１２に電流が流れることで磁界が発生する。

ロータ４は、ステータ３に対して径方向の内側に、間隔３７をあけて配置されている。ロータ４は、ステータ３に対向して軸線Ｃ回りに回転可能に構成されている。ロータ４は、シャフト３１と、ロータコア３２と、永久磁石３３と、端面板（第１端面板３４及び第２端面板３５）と、を備えている。以下、ステータ３及びロータ４間の間隔３７を「エアギャップ３７」という。

シャフト３１は、軸受（第１軸受４１及び第２軸受４２）を介して軸線Ｃ回りに回転可能に、ケース２に支持されている。

ロータコア３２は、軸線Ｃと同軸に配置された筒状に形成されている。ロータコア３２の内側には、シャフト３１が圧入固定されている。なお、ロータコア３２は、ステータコア１１と同様に電磁鋼板が軸方向に積層されて構成されていても、圧粉コアであってもよい。

ロータコア３２は、軸方向を向く第１軸方向端面（軸方向の端面）３２ａ、及び第２軸方向端面（軸方向の端面）３２ｂを有する。
ロータコア３２の第１軸方向端面３２ａと、ステータコア１１の第１軸方向端面１１ａとは、軸線Ｃの軸方向において面一になるように位置が揃えられている。また、ロータコア３２の第２軸方向端面３２ｂと、ステータコア１１の第２軸方向端面１１ｂとは、軸線Ｃの軸方向において面一になるように位置が揃えられている。但し、第１軸方向端面１１ａ，３２ａ同士、及び第２軸方向端面１１ｂ，３２ｂ同士は、軸方向の位置が互いに異なっていてもよい。

ここで、ステータコア１１とロータコア３２との間にエアギャップ３７が形成される。よって、エアギャップ３７における軸方向の第１側端部は、ロータコア３２の第１軸方向端面３２ａに対して、軸方向において面一になるように位置が揃えられている。また、エアギャップ３７における軸方向の第２側端部は、ロータコア３２の第２軸方向端面３２ｂに対して、軸方向において面一になるように位置が揃えられている。

ロータコア３２の外周部分には、ロータコア３２を軸方向に貫通する磁石保持孔３６が形成されている。磁石保持孔３６は、周方向に間隔をあけて複数形成されている。各磁石保持孔３６には、永久磁石３３が挿入されている。なお、ロータコア３２の内周部分には、ロータコア３２を軸方向に貫通する貫通孔４０が形成されている。貫通孔４０は、周方向及び径方向に間隔をあけて複数形成されている。

第１端面板３４は、ロータコア３２の第１軸方向端面３２ａに内側面３４ａが軸方向に接触した状態で設けられている。第１端面板３４は、シャフト３１に圧入固定された状態で、ロータコア３２における少なくとも磁石保持孔３６を軸方向の第１側から覆っている。
この状態において、第１端面板３４の外側面３４ｂは、第１軸方向端面３２ａの反対側に配置されている。第１端面板３４の外側面３４ｂは、ロータ４の軸方向の第１端部表面を形成し、軸方向に直交する平坦面に形成されている。
また、第１端面板３４の外周面３４ｃは、ロータコア３２の外周面３２ｃに対して径方向に面一になるように位置が揃えられている。第１端面板３４の外周面３４ｃには、第１段部（段部）３８が形成されている。第１段部３８は、エアギャップ３７に対して軸方向に離れた位置に配置されている。第１段部３８は、外周面３４ｃに沿って環状に形成され、且つ断面Ｌ字状の凹部に形成されている。

第２端面板３５は、ロータコア３２の第２軸方向端面３２ｂに内側面３５ａが軸方向に接触した状態で設けられている。第２端面板３５は、シャフト３１に圧入固定された状態で、ロータコア３２における少なくとも磁石保持孔３６を軸方向の第２側から覆っている。
この状態において、第２端面板３５の外側面３５ｂは、第２軸方向端面３２ｂの反対側に配置されている。第２端面板３５の外側面３５ｂは、ロータ４の軸方向の第２端部表面を形成し、軸方向に直交する平坦面に形成されている。
また、第２端面板３５の外周面３５ｃは、ロータコア３２の外周面３２ｃに対して径方向に面一になるように位置が揃えられている。第２端面板３５の外周面３５ｃには、第２段部（段部）３９が形成されている。第２段部３９は、エアギャップ３７に対して軸方向に離れた位置に配置されている。第２段部３９は、外周面３５ｃに沿って環状に形成され、且つ断面Ｌ字状の凹部に形成されている。

このように、第１段部３８が第１端面板３４に形成され、第２段部３９が第２端面板３５に形成されている。よって、例えば、第１段部３８や第２段部３９をロータコア３２に組み付ける前工程において、第１端面板３４に第１段部３８を形成し、第２端面板３５に第２段部３９を形成できる。これにより、第１端面板３４に第１段部３８を容易に形成し、第２端面板３５に第２段部３９を容易に形成することができる。

なお、ロータ４は、端面板３４，３５を有さない構成であってもよい。この場合、ロータ４の外周面において、軸方向の第１側端部に第１段部３８が形成され、第２側端部に第２段部３９が形成される。

冷媒供給部５は、冷媒ポンプの駆動によって送出される冷媒１０を、ステータ３やロータ４等に供給する。なお、冷媒ポンプは、シャフト３１の回転に連動して駆動する、いわゆるメカポンプであってもよく、シャフト３１の回転に対して独立して駆動する、いわゆる電動ポンプであってもよい。

冷媒供給部５は、シャフト流路５１と、第１端面板流路５２と、第２端面板流路５３と、を備えている。

シャフト流路５１は、軸心流路６１と、吐出口６２と、を備えている。
軸心流路６１は、シャフト３１内における軸線Ｃと同軸となる位置を軸方向に延在している。軸心流路６１内には、冷媒ポンプから送出される冷媒１０が軸方向に沿って流通する。

吐出口６２は、シャフト３１において、軸方向で第１端面板３４と同等の位置に形成されている。吐出口６２は、シャフト３１を径方向に延在している。吐出口６２における径方向の内側端部は、軸心流路６１内に連通している。吐出口６２における径方向の外側端部は、シャフト３１の外周面上で開口している。吐出口６２内には、軸心流路６１内を流れる冷媒１０が流入する。

第１端面板流路５２は、ロータ４の回転に伴う遠心力によって、吐出口６２から流入する冷媒１０を径方向の内側から外側に向けて流通させる。具体的に、第１端面板流路５２は、ロータ入口流路７１と、ステータ供給路７２と、を備えている。

ロータ入口流路７１は、第１端面板３４を径方向に延在している。ロータ入口流路７１における径方向の内側端部は、上述した吐出口６２内に連通している。すなわち、ロータ入口流路７１内には、吐出口６２を流れる冷媒１０が流入する。ロータ入口流路７１における径方向の外側端部は、第１端面板３４の外周部分で終端している。

ロータ入口流路７１は、第１端面板３４の内側面３４ａ上で開口している。ロータ入口流路７１は、上述した貫通孔４０内に連通している。ロータ入口流路７１内を流れる冷媒１０は、径方向の外側に向けて流通する過程で、貫通孔４０内に流入可能とされている。すなわち、貫通孔４０は、ロータコア３２を冷却する冷却通路としても機能する。

ステータ供給路７２は、ロータ入口流路７１の下流端部（径方向の外側端部）に接続されている。ステータ供給路７２は、第１端面板３４内を軸方向に貫通している。すなわち、上述したロータ入口流路７１は、ステータ供給路７２を通じてロータ４の外部に連通している。

第２端面板流路５３は、例えばロータ４の回転に伴う遠心力によって、ロータ４の内部を流れる冷媒１０をロータ４から排出する。第２端面板流路５３は、合流流路８１と、ステータ供給路８２と、を有している。
合流流路８１は、第２端面板３５を径方向に延在している。合流流路８１は、第２端面板３５の内側面３５ａ上で開口している。合流流路８１は、上述した磁石保持孔３６や貫通孔４０に連通している。

ステータ供給路８２は、合流流路８１における径方向の外側端部に連通している。ステータ供給路８２は、第２端面板３５を軸方向に貫通している。すなわち、上述した合流流路８１は、ステータ供給路８２を通じてロータ４の外部に連通している。なお、第１端面板流路５２や第２端面板流路５３は、周方向に複数形成されていてもよい。

ここで、第１端面板３４の外周面３４ｃには、上述したように第１段部３８が形成されている。また、第２端面板３５の外周面３５ｃには、上述したように第２段部３９が形成されている。第１段部３８及び第２段部３９は軸方向において対称に形成されている。そのため、以下第１段部３８について詳しく説明して第２段部３９の詳しい説明を省略する。

図３は、回転電機１の第１段部３８とエアギャップ３７との関係を示す断面図である。
図３に示すように、第１段部３８は、径方向に延びる離間面４４と、軸方向に延びる底面４５とを有する。離間面４４は、ロータコア３２の第１軸方向端面３２ａに対して軸方向に所定間隔Ｌ１をおいて離れた位置に形成されている。離間面４４は、第１軸方向端面３２ａに沿って底面４５から第１端面板３４の外周面３４ｃまで延びている。なお、離間面４４とは、法線方向が軸方向及び径方向の少なくとも一方向の成分を有してエアギャップ３７を向き、かつ第１端面板３４の外周面３４ｃよりもエアギャップ３７から径方向に離間している面である。本実施形態において、離間面４４の法線方向は、軸方向と平行に延在している。

底面４５は、離間面４４における径方向内端に連なっている。底面４５は、第１端面板３４の外周面３４ｃに対して径方向に所定間隔Ｈ１をおいて離れた位置に形成されている。底面４５は、離間面４４の径方向内端から軸方向に沿って第１端面板３４の内側面３４ａまで延びている。

第１端面板３４の外周面３４ｃに第１段部３８が形成されることにより、第１段部３８及び第１軸方向端面３２ａ間には、溝部４６が形成されている。溝部４６は、断面Ｕ字状の凹部に形成されることにより、第１端面板３４の外周面３４ｃに開口部４６ａが形成されている。溝部４６は、溝深さＨ１及び溝幅Ｌ１に設定されている。
このように、第１端面板３４の外周面３４ｃに第１段部３８を形成することにより、外周面３４ｃに第１段部３８（すなわち、開口部４６ａ）を容易に形成することができる。これにより、第１端面板３４の外周面３４ｃの表面積を簡単な構成で減らすことができる。

［作用］
次に、上述した回転電機１を冷媒１０で冷却する作用を図２〜図４に基づいて説明する。
図２に示すように、シャフト流路５１の軸心流路６１に冷媒１０（図３参照）が導かれる。軸心流路６１に導かれた冷媒１０は、冷媒ポンプの作用とロータ４の回転に伴う遠心力により、主に軸心流路６１の内周面上を伝って軸方向の第２側から第１側に向けて流れる。
軸心流路６１に案内された冷媒１０の一部は、吐出口６２内に流入する。吐出口６２内に流入した冷媒１０は、吐出口６２を径方向の外側に向けて流れた後、第１端面板流路５２のロータ入口流路７１内に流入する。なお、第１端面板流路５２では、ロータ４の回転に伴う遠心力によって径方向の内側から外側に向けて冷媒１０が流れる。

ロータ入口流路７１内に流入した冷媒１０のうち、一部の冷媒１０は、ロータ入口流路７１内を径方向の外側に流れる過程において、ステータ供給路７２内に流入する。ステータ供給路７２内に流入した冷媒１０は、ステータ供給路７２を通じてロータ４の外部に吐出される。ステータ供給路７２から吐出された冷媒１０は、遠心力によって径方向の外側に飛散し、ステータコア１１に対して軸方向の第１側に位置するコイルエンド部１２ｂに供給される。これにより、コイルエンド部１２ｂが冷却される。
冷媒１０を遠心力によって径方向の外側に飛散させる作用については図３で詳しく説明する。

一方、ロータ入口流路７１内に流入した冷媒１０のうち、一部の冷媒１０は、ロータ入口流路７１内を径方向の外側に流れる過程において、貫通孔４０内に流入する。貫通孔４０内に流入した冷媒１０は、貫通孔４０内を軸方向の第２側に向けて流れる。これにより、ロータ４が冷却される。貫通孔４０を通過した冷媒１０は、合流流路８１内に流入する。合流流路８１内に流入した冷媒１０は、合流流路８１内を径方向の外側に向けて流れた後、ステータ供給路８２を通してロータ４の外部に排出される。なお、ステータ供給路８２から排出された冷媒１０は、遠心力によって径方向の外側に向けて飛散し、ステータコア１１に対して軸方向の第２側に位置するコイルエンド部１２ｃに供給される。これにより、コイルエンド部１２ｃが冷却される。

次に、冷媒１０を遠心力によって径方向の外側に飛散させる作用について図３に基づいて詳しく説明する。
図３に示すように、ロータ入口流路７１からステータ供給路７２に流入した冷媒１０は、ステータ供給路７２を通じて第１端面板３４の外部（ロータ４の外部）に吐出される。ロータ４の外部に吐出された冷媒１０は、第１端面板３４の外側面３４ｂ及び外周縁３４ｄを経て外周面３４ｃに導かれる。

ここで、本実施形態では、ロータ４の外周面（第１端面板３４の外周面３４ｃ）において、エアギャップ３７に対して軸方向の外側に位置する部分に、第１段部３８が形成されている。よって、第１段部３８と外周縁３４ｄとの軸方向の間において、外周面３４ｃの表面積を減らすことができる。これにより、第１端面板３４の外周面３４ｃに冷媒１０が導かれる冷媒量を減らすことができる。そのため、外周面３４ｃに導かれた冷媒１０に作用する表面張力γを小さく抑えることができる。

具体的に、外周面３４ｃに導かれた冷媒１０には、ロータ４の回転による遠心力Ｆｃや、冷媒１０の表面張力γが作用する。遠心力Ｆｃ、表面張力γの限界式(つりあいの瞬間)を（１）式で示す。
Ｆｃ±Ｍｇ＝２πＲ×γ×cosθ……（１）
但し、
γ ：第１端面板３４の外周面３４ｃに導かれた冷媒１０の表面張力
Ｆｃ：ロータ４の回転により発生する遠心力
θ ：端面板３４の外周面３４ｃに導かれた冷媒１０の接触角
Ｍ ：第１端面板３４の外周面３４ｃに導かれた冷媒１０の質量
ｇ ：重力加速度
Ｒ ：第１端面板３４の外周面３４ｃの半径
である。

（１）式の左項の±において、＋の時は冷媒１０が下向きに噴出する時であり、−の時は冷媒１０が上向きに噴出するときである。冷媒１０が下向きに噴出する時の方が表面張力γの限界にはやく到達する。
（１）式から分かるように、外周面３４ｃに導かれた冷媒１０の表面張力γを小さく抑えることにより、表面張力γによって冷媒１０がエアギャップ３７に進入することを抑えることができる。
すなわち、第１端面板３４の外周面３４ｃに第１段部３８を形成することにより、第１端面板３４を軸方向においてエアギャップ３７から離れる外側に隆起させることなく、冷媒１０によるエアギャップ３７への進入を抑えることができる。

また、エアギャップ３７に進入することを抑えられた冷媒１０を、遠心力Ｆｃにより、ロータコア３２（エアギャップ３７）の方向とは反対方向に指向（飛散）させることができる。飛散させた冷媒１０は、ステータコア１１に対して軸方向の第１側に位置するコイルエンド部１２ｂ（図２参照）に供給される。これにより、コイルエンド部１２ｂが冷却される。
特に、端面板３４，３５の外周面３４ｃ,３５ｃに段部３８，３９を形成することにより、端面板３４，３５の外側面３４ｂ，３５ｂを軸方向の側に隆起させることなく、冷媒１０のエアギャップ３７への進入を抑えることができる。その結果、回転電機１の軸方向での大型化や、ロータ４の回転効率に影響を与えることなく、冷媒１０のエアギャップ３７への進入を抑制できる。

ここで、第１段部３８及び第１軸方向端面３２ａにより形成される溝部４６は、溝深さＨ１、溝幅Ｌ１に設定されている。溝深さＨ１が浅い場合には、溝部４６に冷媒１０が溜まり、冷媒１０に溝部４６の開口部４６ａを乗り越えてロータコア３２に伝わる表面張力が発生することが考えられる。よって、外周面３４ｃに導かれた冷媒１０が開口部４６ａを跨いでロータコア３２の外周面３２ｃまで導かれ、エアギャップ３７に進入することが考えられる。このため、溝部４６の溝深さＨ１は、冷媒１０の表面張力により、冷媒１０が開口部４６ａを乗り越えことを抑制できる深さに形成されることが好ましい。
すなわち、次の（２）式が成立する冷媒１０の質量Ｍとなるように、冷媒１０の密度と体積との関係を設定することが好ましい。
Ｆｃ＋Ｍｇ＞２πＲ×γ×cosθ……（２）

さらに、溝幅Ｌ１が小さすぎる場合には、冷媒１０に溝部４６の開口部４６ａを乗り越えてロータコア３２に伝わる表面張力が発生することが考えられる。よって、外周面３４ｃに導かれた冷媒１０が開口部４６ａを跨いでロータコア３２の外周面３２ｃまで導かれ、エアギャップ３７に進入することが考えられる。このため、溝部４６の溝幅Ｌ１は、冷媒１０による開口部４６ａの乗り越えを抑制できる幅に形成されることが好ましい。

図１５は、比較例の回転電機１００の要部を示す断面図である。図１５において第１実施形態の回転電機１と同一類似構成については同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
比較例の回転電機１００は、第１端面板１０１の外周面１０１ａに、第１実施形態の第１段部３８が形成されていない。よって、第１端面板１０１の外周面１０１ａの表面積は、第１実施形態の外周面３４ｃより大きくなる。このため、第１端面板１０１の外周面１０１ａに導かれる冷媒１０は、第１実施形態の外周面３４ｃに導かれる冷媒１０より導かれる冷媒量が増す。

ここで、第１端面板１０１の外周面１０１ａは、第１実施形態の第１端面板３４の外周面３４ｃと濡れ性が同じである。よって、第１端面板１０１の外周面１０１ａに導かれた冷媒１０の表面張力γの接触角θは、第１実施形態の第１端面板３４の外周面３４ｃに導かれた冷媒１０の接触角θと同じである。
また、第１端面板１０１の外周面１０１ａに導かれる冷媒量は、第１実施形態の外周面３４ｃに導かれる冷媒量より増す。このように、冷媒１０の接触角θが実施形態の接触角θと同じで、第１端面板１０１の外周面１０１ａに導かれる冷媒量が増すことにより、冷媒１０がエアギャップ３７に近接するまで導かれる。これにより、冷媒１０がエアギャップ３７に進入することが考えられる。

なお、前記実施形態では、段部３８，３９部が環状に形成された構成について説明したが、この構成のみに限らず、周方向に間欠的に形成されていてもよい。
前記実施形態では、冷媒１０が軸心流路６１を通過した後に外周面３４ｃ，３５ｃに付着する場合について説明したが、この構成のみに限られない。すなわち、冷媒はロータ４の外部から端面板３４，３５（外周面３４ｃ，３５ｃ）に付着する場合であってもよい。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係る回転電機１１０の要部を示す断面図である。
回転電機１１０は、第１端面板１１１の外周面１１１ａに第１段部（段部）１１２を形成したもので、その他の構成は第１実施形態の回転電機１と同様である。
第１段部１１２は、離間面１１３と、底面１１４とを有する。第１段部１１２は、第１実施形態の第１段部３８と同様に、離間面１１３及び底面１１４で断面Ｌ字状の凹部に形成されている。

底面１１４は、径方向において永久磁石３３の軸方向の第１側を向く磁石端面（端面）３３ａの途中の位置に配置されている。この状態において、第１端面板１１１の内側面１１１ｂは、磁石端面３３ａのうち径方向の内側部位３３ｂに接触する。よって、永久磁石３３を第１端面板１１１の内側面１１１ｂでロータコア３２の内部に保持できる。
第１段部１１２及び第１軸方向端面３２ａにより溝部１１６が形成されている。溝部１１６は、断面Ｕ字状の凹部に形成されることにより、第１端面板１１１の外周面１１１ａに開口部１１６ａが形成されている。

第２実施形態の第１段部１１２によれば、第１実施形態の第１段部３８と同様に、第１端面板１１１を軸方向においてエアギャップ３７から離れる外側に隆起させることなく、冷媒１０によるエアギャップ３７への進入を抑えることができる。
また、第１段部１１２の底面１１４を磁石端面３３ａの途中の位置に配置することにより、第１段部１１２の深さを広範囲において選択することが可能になり、設計の自由度を高めることができる。

（第３実施形態）
図５は、第３実施形態に係る回転電機１２０の要部を示す断面図である。
回転電機１２０は、第１端面板１２１の外周面１２１ａに第１段部（段部）１２２を形成したもので、その他の構成は第１実施形態の回転電機１と同様である。
第１段部１２２は、第１端面板１２１の外周面１２１ａにおいて、外周面１２１ａに沿って環状に形成されている。第１段部１２２は、第１離間面１２３と、第２離間面１２４と、底面１２５と、を有する。

第１離間面１２３は、エアギャップ３７から軸方向の外側において径方向に延びている。第２離間面１２４は、第１離間面１２３より軸方向の内側（エアギャップ３７側）において径方向に延びている。底部１２５は、軸方向に延び、第１離間面１２３の径方向に内側端部、及び第２離間面１２４の径方向に内側端部同士を連結している。
第１段部１２２は、第１離間面１２３、第２離間面１２４、及び底面１２５で断面Ｕ字状の凹部（溝部）に形成されている。

第３実施形態の第１段部１２２によれば、第１実施形態の第１段部３８と同様に、第１端面板１２１の外周面１２１ａの表面積を減らすことができる。これにより、第１端面板１２１の外周面１２１ａに導かれた冷媒１０に作用する表面張力を小さく抑えることができる。したがって、第１端面板１２１の外周面１２１ａを軸方向外側に隆起させることなく、冷媒１０によるエアギャップ３７への進入を抑えることができる。

（第４実施形態）
図６は、第４実施形態に係る回転電機１３０の要部を示す断面図である。
回転電機１３０は、第１端面板１３１の外周面１３１ａに第１段部（段部）１３２を形成したもので、その他の構成は第３実施形態の回転電機１２０と同様である。
第１段部１３２は、第１離間面１３３と、第２離間面１３４と、底面１３５と、を有する。第１段部１３２は、第３実施形態の第１段部１２２と同様に、第１離間面１３３、第２離間面１３４、及び底面１３５で断面Ｕ字状の凹部（溝部）を形成する。

底面１３５は、径方向において永久磁石３３の軸方向の第１側を向く磁石端面３３ａの途中の位置に配置されている。この状態において、第１端面板１３１の内側面１３１ｂは、磁石端面３３ａに接触する。よって、永久磁石３３を第１端面板１３１の内側面１３１ｂでロータコア３２の内部に保持できる。

第４実施形態の第１段部１３２によれば、第３実施形態の第１段部１２２と同様に、第１端面板１３１を軸方向においてエアギャップ３７から離れる外側に隆起させることなく、冷媒１０によるエアギャップ３７への進入を抑えることができる。
また、第１段部１３２の底面１３５を磁石端面３３ａの途中の位置に配置することにより、第１段部１３２の深さを広範囲において選択することが可能になり、設計の自由度を高めることができる。

（第５実施形態）
図７は、第５実施形態に係る回転電機１４０の要部を示す断面図である。
回転電機１４０は、第１端面板１４１の外周面１４１ａに第１段部（段部）１４２を形成したもので、その他の構成は第１実施形態の回転電機１と同様である。
第１段部１４２は、第１端面板１４１の外周面１４１ａにおいて、外周面１４１ａに沿って環状に形成されている。第１段部１４２は、第１離間面１４３と、第２離間面１４４と、を有する。

第１離間面１４３は、第１端面板１４１の外周面１４１ａから径方向の内側に向かうに従い軸方向の内側（すなわち、エアギャップ３７側）へ傾斜状に延びている。第２離間面１４４は、第１離間面１４３の径方向の内側端部から径方向の外側に向かうに従い軸方向の内側（すなわち、エアギャップ３７側）へ外周面１４１ａまで傾斜状に延びている。
すなわち、第１段部１４２は、第１離間面１４３及び第２離間面１４４で断面Ｖ字状の凹部（溝部）に形成されている。

第５実施形態の第１段部１４２によれば、第１実施形態の第１段部３８と同様に、第１端面板１４１の外周面１４１ａの表面積を減らすことができる。これにより、第１端面板１４１の外周面１４１ａに導かれた冷媒１０に作用する表面張力を小さく抑えることができる。したがって、第１端面板１４１の外周面１４１ａを軸方向外側に隆起させることなく、冷媒１０によるエアギャップ３７への進入を抑えることができる。
入を抑えることができる。

（第６実施形態）
図８は、第６実施形態に係る回転電機１５０の要部を示す断面図である。
回転電機１５０は、第１端面板１５１の外周面１５１ａに第１段部（段部）１５２を形成したもので、その他の構成は第１実施形態の回転電機１と同様である。
第１段部１５２は、第１端面板１５１の外周面１５１ａにおいて、外周面１５１ａに沿って環状に形成されている。第１段部１５２は、円弧状の離間面で形成されている。
具体的に、第１段部（離間面）１５２は、第１端面板１５１の外周面１５１ａから径方向の内側に窪む円弧状に形成されている。すなわち、第１段部１５２は、断面円弧状の凹部（溝部）に形成されている。

第６実施形態の第１段部１５２によれば、第１実施形態の第１段部３８と同様に、第１端面板１５１の外周面１５１ａの表面積を減らすことができる。これにより、第１端面板１５１の外周面１５１ａに導かれた冷媒１０に作用する表面張力を小さく抑えることができる。したがって、第１端面板１５１の外周面１５１ａを軸方向外側に隆起させることなく、冷媒１０によるエアギャップ３７への進入を抑えることができる。

（第７実施形態）
図９は、第７実施形態に係る回転電機１６０の要部を示す断面図である。
回転電機１６０は、第１端面板１６１の外周面１６１ａに第１段部（段部）１６２を形成したもので、その他の構成は第１実施形態の回転電機１と同様である。本実施形態において、第１端面板１６１の外周面１６１ａは、ロータコア３２の外周面３２ｃよりも径方向の外側に位置している。具体的に、外周面１６１ａは、軸方向から見てステータコア１１と重なり合い、かつコイル１２よりも径方向の内側に位置している。

第７実施形態の第１段部１６２によれば、外周面１６１ａの表面積を減らすことにより、第１端面板１６１の外側面１６１ｂに導かれた冷媒１０に作用する表面張力を小さく抑えることができる。これにより、第１端面板１６１の外周面１５１ａを軸方向外側に隆起させることなく、冷媒１０によるエアギャップ３７への進入を抑えることができる。
しかも、第１端面板１６１の外周面１６１ａがエアギャップ３７よりも径方向の外側に配置されることで、外周面１６１ａに到達した冷媒１０がエアギャップ３７に進入するのを確実に抑えることができる。

次に、第１実施形態〜第７実施形態のうち、代表例として、第１実施形態の第１段部３８、第３実施形態の第１段部１２２を加工する例を図１０〜図１４に基づいて説明する。
図１０は、第１実施形態の第１段部３８を第１端面板３４に加工する工程を説明する概略図である。
図１０に示すように、第１端面板３４をテーブル１７０に固定し、切削工具１７１を回転させる。
図１１に示すように、切削工具１７１で第１段部３８を第１端面板３４の外周面３４ｃに沿って環状にフライス加工する。
このように、第１段部３８をロータコア３２（図２参照）に組み付ける前工程において、第１端面板３４に第１段部３８を加工することにより、第１端面板３４に第１段部３８を容易に形成することができる。

図１３は、第３実施形態の第１段部１２２を第１端面板１２１に加工する工程を説明する概略図である。
図１３に示すように、第１端面板１２１をテーブル１８０に固定し、切削工具１８１を回転させる。
図１４に示すように、切削工具１８１で第１段部１２２を第１端面板１２１の外周面１２１ａに沿って環状に形成する。
このように、第１段部１２２をロータコア３２（図２参照）に組み付ける前工程において、第１端面板１２１に第１段部１２２を加工することにより、第１端面板１２１に第１段部１２２を容易に形成することができる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１，１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０…回転電機
３…ステータ
４…ロータ
１０…冷媒
１１…ステータコア
１２…コイル
３２…ロータコア
３３…永久磁石（磁石）
３３ａ…磁石端面（端面）
３４，１０１，１１１，１２１，１３１，１４１，１５１，１６１…第１端面板（端面板）
３４ｂ…外側面（端部表面）
３４ｃ，１０１ａ，１１１ａ，１２１ａ，１３１ａ，１４１ａ，１５１ａ，１６１ａ…外周面
３５…第２端面板（端面板）
３５ｂ…外側面（端部表面）
３５ｃ…外周面
３７…エアギャップ（間隔）
３８，１１２，１２２，１３２，１４２，１５２，１６２…第１段部（段部）
３９…第２段部（段部）
１１３…離間面
１１４…底面
１２３…第１離間面
１２４…第２離間面
１２５…底面
１２５…底部
１３３…第１離間面
１３４…第２離間面
１３５…底面
１４３…第１離間面
１４４…第２離間面

Claims (8)

1. コイルが装着された筒状のステータと、
   前記ステータに対して径方向の内側に間隔をあけた状態で回転可能に構成されたロータと、を備え、
   前記ロータの軸方向の端部表面が軸方向に直交する平坦面に形成され、
   前記ロータの外周面のうち、前記端部表面及び前記間隔に対して軸方向に離れた位置には、径方向に延びる段部が形成されている回転電機。
2. 前記段部は、
   前記ロータの径方向に延びる離間面と、
   前記離間面における径方向の内側端部に連なり、軸方向に延びる底面と、を有する請求項１に記載の回転電機。
3. 前記段部は、
   前記ロータの径方向に延びる第１離間面と、
   前記第１離間面に対して軸方向で前記間隔寄りに位置して径方向に延びる第２離間面と、
   前記第１離間面及び前記第２離間面の径方向の内側端部同士を接続する底面と、を有する請求項１に記載の回転電機。
4. 前記底面は、径方向において、前記ロータに設けられた永久磁石の端面の途中の位置に配置されている請求項２又は請求項３に記載の回転電機。
5. 前記段部は、
   前記外周面から径方向の内側に向かうに従い軸方向の内側へ傾斜状に延びる第１離間面と、
   前記第１離間面における径方向の内側端部から径方向の外側に向かうに従い軸方向の内側へ前記外周面まで傾斜状に延びる第２離間面と、を有する請求項１に記載の回転電機。
6. 前記段部は、前記外周面から径方向の内側に窪む円弧状に形成されている請求項１に記載の回転電機。
7. 前記ロータは、
   ロータコアと、
   前記ロータの軸方向の端面に設けられた端面板と、を備え、
   前記段部は前記端面板に備えられる請求項１から請求項６の何れか１項に記載の回転電機。
8. 前記端面板の前記外周面は、軸方向から見て前記間隔よりも径方向の外側で、前記コイルよりも径方向の内側に配置されている請求項７に記載の回転電機。

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