JP2021177675A - Rotor and rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロータ及び回転電機に関するものである。 The present invention relates to a rotor and a rotary electric machine.
従来、軸心流路を有するシャフトを備えた回転電機のロータの構成が知られている。これらのロータでは、ロータコアの内部に冷媒が流通可能なコア流路を形成し、軸心流路の冷媒をコア流路に供給することによりロータを冷却する技術が種々提案されている。 Conventionally, a rotor configuration of a rotary electric machine having a shaft having an axial center flow path is known. In these rotors, various techniques have been proposed in which a core flow path through which a refrigerant can flow is formed inside the rotor core, and the rotor is cooled by supplying the refrigerant of the axial center flow path to the core flow path.
例えば特許文献1には、軸心流路を有するシャフトと、軸心流路と連通し、径方向に延びて冷媒を流すための切欠きが設けられる中間コアプレートと、切欠きと連通し、ロータコア内に冷媒を流通させるスリットが設けられるスリット付きコアプレートと、を備えたロータの構成が開示されている。特許文献1に記載の技術によれば、冷媒は、シャフト内の軸心流路、中間コアプレートの切欠き、スリット付きコアプレートのスリット、の順で流通可能とされている。 For example, Patent Document 1 describes a shaft having an axial flow path, an intermediate core plate that communicates with the axial center flow path and is provided with a notch that extends in the radial direction to allow a refrigerant to flow, and communicates with the notch. A configuration of a rotor including a slitted core plate provided with a slit for flowing a refrigerant in the rotor core is disclosed. According to the technique described in Patent Document 1, the refrigerant can be distributed in the order of the axial flow path in the shaft, the notch of the intermediate core plate, and the slit of the core plate with a slit.
しかしながら、特許文献1に記載の技術にあっては、シャフト側に開口する切欠きが形成された中間コアプレートの内周面にシャフトが圧入されることにより、ロータコアとシャフトとが固定されている。このように、ロータコアの内周面に切欠きが形成された場合には、切欠きを有しない場合と比較して、ロータコアの内周部の強度が低下し易い。よって、特許文献1に記載の技術にあっては、シャフト圧入時の応力によりロータコアが変形し、シャフトに対するロータコアの固定強度が低下するおそれがあった。 However, in the technique described in Patent Document 1, the rotor core and the shaft are fixed by press-fitting the shaft into the inner peripheral surface of the intermediate core plate having a notch formed on the shaft side. .. As described above, when the notch is formed on the inner peripheral surface of the rotor core, the strength of the inner peripheral portion of the rotor core is likely to decrease as compared with the case where the notch is not provided. Therefore, in the technique described in Patent Document 1, there is a possibility that the rotor core is deformed due to the stress at the time of press-fitting the shaft, and the fixing strength of the rotor core to the shaft is lowered.
そこで、本発明は、軸心流路からロータコアの内部へ冷媒を供給可能とするとともに、ロータコアの固定強度を向上したロータ及びこのロータを備えた回転電機を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a rotor capable of supplying a refrigerant from the axial flow path to the inside of the rotor core and having improved fixing strength of the rotor core, and a rotary electric machine provided with the rotor.
上記の課題を解決するため、請求項1に記載の発明に係るロータ(例えば、第1実施形態におけるロータ4)は、軸線(例えば、第1実施形態における軸線O)回りに回転するシャフト(例えば、第1実施形態におけるシャフト5)と、前記シャフトの外周部に取り付けられ、前記シャフトと一体に回転するロータコア(例えば、第1実施形態におけるロータコア6)と、を備え、前記シャフトは、前記軸線の軸方向に沿って延びるとともに冷媒が流通可能な軸心流路(例えば、第1実施形態における軸心流路15)と、前記シャフトの径方向に沿って延び、前記軸心流路と前記シャフトの外周部とを連通する冷媒供給路(例えば、第1実施形態における冷媒供給路16)と、を有し、前記ロータコアは、前記冷媒供給路と連通し、前記径方向に沿って延びる径方向流路(例えば、第1実施形態における径方向流路25)を有する第一コア(例えば、第1実施形態における第一コア21)と、前記第一コアと前記軸方向に積層され、前記径方向流路と連通するとともに前記軸方向に沿って延びる軸方向流路(例えば、第1実施形態における軸方向流路33)を有する第二コア(例えば、第1実施形態における第二コア22)と、を備え、前記第二コアの内周部には、前記シャフトが圧入される圧入部(例えば、第1実施形態における圧入部34)が設けられ、前記第一コアの内周部には、前記シャフトが圧入されることなく配置される非圧入部(例えば、第1実施形態における非圧入部26)が設けられることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the rotor according to the invention according to claim 1 (for example, the
また、請求項2に記載の発明に係るロータは、前記シャフトへの圧入前の前記第二コアの内径は、前記第一コアの内径よりも小さいことを特徴としている。 The rotor according to the second aspect of the present invention is characterized in that the inner diameter of the second core before press fitting into the shaft is smaller than the inner diameter of the first core.
また、請求項3に記載の発明に係るロータは、前記第一コアの前記軸方向に沿う長さを第一コア軸長B(例えば、第1実施形態における第一コア軸長B)とし、前記ロータコアの前記軸方向に沿う長さをロータコア軸長D(例えば、第1実施形態におけるロータコア軸長D)とし、前記シャフトに対する前記第一コアの周方向へのスリップに対する安全率をスリップ安全率Z(例えば、第1実施形態におけるスリップ安全率Z)としたとき、前記第一コア軸長B、前記ロータコア軸長D、前記スリップ安全率Zは、
また、請求項4に記載の発明に係るロータは、前記シャフトに対する前記第一コアの周方向への移動を規制する規制部材(例えば、第1実施形態における規制部材8)を備えることを特徴としている。
The rotor according to the fourth aspect of the invention is characterized by including a regulating member (for example, a regulating
また、請求項5に記載の発明に係るロータは、前記ロータコアには、前記軸方向に沿って貫通する貫通孔(例えば、第1実施形態における第一貫通孔24及び第二貫通孔32)が形成され、前記規制部材は、前記第一コアに形成された前記貫通孔(例えば、第1実施形態における第一貫通孔24)及び前記第二コアに形成された前記貫通孔(例えば、第1実施形態における第二貫通孔32)に挿入されていることを特徴としている。
Further, in the rotor according to the fifth aspect of the present invention, the rotor core has through holes (for example, the first through
また、請求項6に記載の発明に係るロータは、前記貫通孔と前記規制部材との空隙(例えば、第1実施形態における空隙39)には、絶縁性のスペーサー(例えば、第1実施形態におけるスペーサー40)が設けられていることを特徴としている。
Further, in the rotor according to the invention of
また、請求項7に記載の発明に係るロータは、前記スペーサーは、前記規制部材よりも前記径方向の外側に設けられていることを特徴としている。
Further, the rotor according to the invention according to
また、請求項8に記載の発明に係るロータは、前記規制部材(例えば、第2実施形態における規制部材208)は、前記第一コアに対して前記軸方向に隣り合って配置されるとともに前記第一コアに係合する係合部(例えば、第2実施形態における係合部209)を有し、前記規制部材の内周部は、前記シャフトに圧入されていることを特徴としている。
Further, in the rotor according to the invention of
また、請求項9に記載の発明に係るロータは、前記規制部材は、非磁性体であることを特徴としている。 Further, the rotor according to the invention according to claim 9 is characterized in that the regulating member is a non-magnetic material.
請求項10に記載の発明に係る回転電機(例えば、第1実施形態における回転電機1)は、上述のロータと、前記ロータの外周部に間隔をあけて配置されるステータ(例えば、第1実施形態におけるステータ3)と、を備えることを特徴としている。 The rotary electric machine according to the invention according to claim 10 (for example, the rotary electric machine 1 in the first embodiment) is a stator (for example, the first embodiment) arranged at intervals between the above-mentioned rotor and the outer peripheral portion of the rotor. It is characterized by including a stator 3) in the form.
本発明の請求項1に記載のロータによれば、シャフトは、軸心流路と冷媒供給路とを有する。ロータコアは、径方向流路を有する第一コアと、軸方向流路を有する第二コアと、を有する。第一コアの径方向流路は、シャフトの冷媒供給路と連通し、第二コアの軸方向流路は、第一コアの径方向流路と連通している。このため、軸心流路内の冷媒は、冷媒供給路、径方向流路、軸方向流路の順で流通し、ロータコアの内部に供給される。これにより、ロータコアを冷却できる。
第一コアの内周部には、シャフトが圧入されることなく配置される非圧入部が設けられている。第一コアの径方向流路は、シャフトが位置する内周部側に開口するので、第一コアの内周部に非圧入部を設けることにより、圧入による第一コアの変形や破損等の発生を抑制できる。一方、第二コアの内周部には、シャフトが圧入される圧入部が設けられる。第二コアの軸方向流路は軸方向に沿って延びているので、第二コアの内周部は、第一コアの内周部と比較して剛性が高くなっている。このため、第二コアの内周部にシャフトを圧入することにより、シャフトに対して第二コアを強固に固定できる。また、第二コア及び第一コアは軸方向に積層されるので、例えば一対の第二コアの間に第一コアが配置されることにより、第一コアと第二コアとを固定できる。これにより、第一コアの内周部に非圧入部を設けた場合であっても、シャフトに対して第一コアを間接的に固定することができる。よって、シャフトに対する第一コアの周方向へのスリップを抑制できる。
したがって、軸心流路からロータコアの内部へ冷媒を供給可能とするとともに、ロータコアの固定強度を向上したロータを提供できる。
According to the rotor according to claim 1 of the present invention, the shaft has an axial flow path and a refrigerant supply path. The rotor core has a first core having a radial flow path and a second core having an axial flow path. The radial flow path of the first core communicates with the refrigerant supply path of the shaft, and the axial flow path of the second core communicates with the radial flow path of the first core. Therefore, the refrigerant in the axial flow path flows in the order of the refrigerant supply path, the radial flow path, and the axial flow path, and is supplied to the inside of the rotor core. As a result, the rotor core can be cooled.
A non-press-fitting portion is provided on the inner peripheral portion of the first core so that the shaft is not press-fitted. Since the radial flow path of the first core opens on the inner peripheral side where the shaft is located, by providing a non-press-fitting portion on the inner peripheral portion of the first core, the first core is deformed or damaged due to press-fitting. Occurrence can be suppressed. On the other hand, a press-fitting portion into which the shaft is press-fitted is provided on the inner peripheral portion of the second core. Since the axial flow path of the second core extends along the axial direction, the inner peripheral portion of the second core has higher rigidity than the inner peripheral portion of the first core. Therefore, by press-fitting the shaft into the inner peripheral portion of the second core, the second core can be firmly fixed to the shaft. Further, since the second core and the first core are laminated in the axial direction, the first core and the second core can be fixed by arranging the first core between the pair of second cores, for example. As a result, the first core can be indirectly fixed to the shaft even when the non-press-fitting portion is provided on the inner peripheral portion of the first core. Therefore, slippage of the first core with respect to the shaft in the circumferential direction can be suppressed.
Therefore, it is possible to provide a rotor in which the refrigerant can be supplied from the axial flow path to the inside of the rotor core and the fixing strength of the rotor core is improved.
本発明の請求項2に記載のロータによれば、シャフト圧入前の第二コアの内径は、第一コアの内径よりも小さい。このため、第二コアの内周部(圧入部)にシャフトが圧入されると、シャフトからの押圧力を受けて第二コアの内径が僅かに拡径する。一方、第一コアの非圧入部にはシャフトからの押圧力が作用しないため、第一コアの内径は拡径しない。これにより、シャフトの圧入により第二コアの内径のみが拡径される。特に、シャフトに非圧入部が接触可能となるように第一コアの内径を設定した場合、圧入後の第一コアの内径と第二コアの内径とを同等とすることができる。これにより、第一コアの非圧入部とシャフトとの隙間に冷媒が入り込むことを抑制できる。よって、軸心流路からロータコアの内部へ向かう冷媒の流通効率の低下を抑制できる。
According to the rotor according to
本発明の請求項3に記載のロータによれば、第一コア軸長B、ロータコア軸長D、スリップ安全率Zは、(1)式を満たすように設定される。これにより、シャフトに対して、第一コアの所望のスリップ安全率を確保できる。したがって、シャフトに圧入されない非圧入部を有する第一コアがロータコアの一部として設けられた場合であっても、シャフトに対する第一コアのスリップを抑制できる。(1)式は、ロータコア全体の厚み(ロータコア軸長D)と、第一コアの厚み(第一コア軸長B)と、スリップ安全率と、の関係を表している。このため、(1)式を満たしてさえいれば、所望のスリップ安全率を確保しつつ、ロータコア全体に対する第一コアの軸方向の位置は任意の位置に設定できる。特に、ロータコアの両端部に端面板を配置する場合には、ロータコアのうち軸方向の端部に第一コアを配置することができる。よって、第一コアの配置に関する設計自由度を向上したロータとすることができる。
According to the rotor according to
本発明の請求項4に記載のロータによれば、ロータは、規制部材を備える。規制部材は、シャフトに対する第一コアの周方向への移動を規制する。これにより、第一コアのスリップを効果的に抑制できる。よって、ロータコアの固定強度をより一層高めることができる。
According to
本発明の請求項5に記載のロータによれば、規制部材は、第一コアに形成された貫通孔及び第二コアに形成された貫通孔に挿入されている。これにより、第一コアと第二コアとの周方向に沿う相対移動が規制される。換言すれば、第一コアと第二コアとは一体的に回転する。第二コアは、圧入部によりシャフトと強固に固定されている。よって、シャフトに対する第一コア及び第二コアのスリップを抑制し、シャフトに対してロータコアを強固に固定できる。
According to the rotor according to
本発明の請求項6に記載のロータによれば、貫通孔と規制部材との空隙には、絶縁性のスペーサーが設けられている。これにより、ロータ回転時にスペーサーが緩衝材の役割を担うので、ロータ回転時の振動や遠心力による応力等が発生した場合に、規制部材とロータコアとの摩耗や欠損等を抑制できる。よって、第一コアと第二コアとの相対移動を安定的に抑制できる。
According to the rotor according to
本発明の請求項7に記載のロータによれば、スペーサーは、規制部材よりも径方向の外側に設けられている。これにより、ロータ回転時の遠心力が規制部材に作用した際、規制部材がロータコアに押し付けられることによる規制部材の摩耗や欠損等を抑制できる。
According to the rotor according to
本発明の請求項8に記載のロータによれば、規制部材は、第一コアと軸方向に隣り合って配置される。これにより、例えばロータコアの軸方向の端部に第一コアが配置された場合に、規制部材と第二コアとにより第一コアを挟持できる。規制部材の内周部は、シャフトに圧入され、規制部材は、第一コアに係合する係合部を有する。これにより、シャフトと規制部材とが一体的に回転するとともに、係合部により規制部材と第一コアとの周方向への相対移動が規制される。よって、シャフトに対する第一コアのスリップを抑制できる。したがって、特にロータコアの端部に第一コアを配置した場合に、ロータコアをシャフトに強固に固定できる。
According to
本発明の請求項9に記載のロータによれば、規制部材は、非磁性体である。これにより、規制部材を設けることによるロータの磁気特性への影響を抑制しつつ、ロータコアの固定強度を高めることができる。 According to the rotor according to claim 9 of the present invention, the regulating member is a non-magnetic material. As a result, the fixing strength of the rotor core can be increased while suppressing the influence of the provision of the regulating member on the magnetic characteristics of the rotor.
本発明の請求項10に記載の回転電機によれば、上述のロータを備えるので、軸心流路の冷媒をロータコアの内部へ供給することにより、ロータを効果的に冷却できる。また、シャフト圧入時における第一コアの変形や破損等を抑制することで、ロータの固定強度を高めることができる。
したがって、軸心流路からロータコアの内部へ冷媒を供給可能とするとともに、ロータコアの固定強度を向上したロータを備えた、高性能な回転電機を提供できる。
According to the rotary electric machine according to claim 10 of the present invention, since the rotor is provided, the rotor can be effectively cooled by supplying the refrigerant of the axial center flow path to the inside of the rotor core. Further, the fixing strength of the rotor can be increased by suppressing deformation or breakage of the first core at the time of press-fitting the shaft.
Therefore, it is possible to provide a high-performance rotary electric machine provided with a rotor capable of supplying a refrigerant from the axial flow path to the inside of the rotor core and improving the fixing strength of the rotor core.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
(回転電機)
図1は、第1実施形態に係る回転電機1の部分断面図である。図1では、説明のためロータコア6における第一コア21の厚みを誇張して図示している。
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1(発電機を含む)としても適用可能である。
回転電機1は、ケース2と、ステータ3と、ロータ4と、を備える。
(First Embodiment)
(Rotating machine)
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the rotary electric machine 1 according to the first embodiment. In FIG. 1, the thickness of the
The rotary electric machine 1 is a traveling motor mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle. However, the configuration of the present invention is applicable not only to a traveling motor, but also to a power generation motor, a motor for other purposes, and a rotary electric machine 1 (including a generator) other than for vehicles.
The rotary electric machine 1 includes a
(ケース)
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の内部には、不図示の冷媒が収容されている。上述したステータ3及びロータ4は、ケース2の内部において、一部が冷媒に浸漬された状態で配置されている。なお、冷媒としては、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。
以下の説明では、ロータ4の回転中心である軸線Oに沿う方向を単に軸方向といい、軸線Oに直交する方向を径方向といい、軸線O周りの方向を周方向という場合がある。
(Case)
The
In the following description, the direction along the axis O, which is the center of rotation of the
(ステータ)
ステータ3は、ケース2の内壁面に固定されている。ステータ3は、環状に形成されている。ステータ3は、ステータコア11と、コイル12と、を有する。
ステータコア11は、複数の鋼板を軸方向に積層して形成される積層コアである。ステータコア11は、軸線Oを中心とする環状に形成されている。ステータコア11の外周部は、ケース2の内壁面に固定されている。ステータコア11は、ステータコア11の内周部から径方向内側に向かって突出する不図示のティースを有する。ティースは周方向に複数設けられている。各ティース間はスロット(不図示)とされている。
(Stator)
The
The
コイル12は、ステータコア11のスロットに挿入されている。コイル12は、例えば複数の銅線セグメントをスロットに挿入することにより、ステータコア11に装着されている。コイル12は、ステータコア11のスロットに挿入されるコイル挿通部12aと、ステータコア11から軸方向の両側に突出するコイルエンド12bと、を有する。
The
(ロータ)
ロータ4は、軸線Oを中心とする柱状に形成されている。ロータ4は、ステータ3に対して径方向の内側に間隔をあけて配置されている。ロータ4は、シャフト5と、ロータコア6と、永久磁石7と、規制部材8(図2参照)と、を備える。
(Rotor)
The
シャフト5は、軸線Oを中心とする筒状に形成されている。シャフト5は、ケース2に取り付けられた軸受17を介してケース2に対して回転可能に支持されている。シャフト5は、軸線O回りに回転する。シャフト5は、軸心流路15と、冷媒供給路16と、を有する。
軸心流路15は、シャフト5の内部を軸方向に沿って延びている。軸心流路15は、軸線Oと同軸上に形成されている。軸心流路15には、冷媒が流通可能となっている。
冷媒供給路16は、シャフト5の内部を径方向に沿って延びている。冷媒供給路16の径方向内側の端部は、軸心流路15と接続されている。冷媒供給路16の径方向外側の端部は、シャフト5の外周部に開口している。冷媒供給路16は、周方向に複数(本実施形態では6個)設けられている。冷媒供給路16には、軸心流路15内の冷媒が流入可能となっている。
The
The
The
図2は、第1実施形態に係るロータ4の斜視図である、図3は、第1実施形態に係るロータ4の分解図である。図2及び図3では、シャフト5の図示を省略している。
ロータコア6は、シャフト5(図1参照)の外周面に固定されている。ロータコア6は、軸線Oを中心とする環状に形成されている。ロータコア6は、軸線O回りにシャフト5と一体的に回転可能となっている。ロータコア6全体の軸方向に沿う長さ(ロータコア軸長)は、Dとなっている。ロータコア6は、軸方向に分割された複数のコア部材により形成されている。具体的に、ロータコア6は、第一コア21と、一対の第二コア22と、を有する。
FIG. 2 is a perspective view of the
The
図4は、第1実施形態に係る第一コア21の正面図である。
図1及び図2に示すように、第一コア21は、ロータコア6の軸方向における中央部に設けられている。図2に示すように、第一コア21の軸方向に沿う長さ(第一コア軸長)は、Bとなっている。図3及び図4に示すように、第一コア21は、軸線Oと同軸な円環状に形成されている。第一コア21は、第一磁石挿通孔23と、第一貫通孔24と、径方向流路25と、非圧入部26と、を有する。
FIG. 4 is a front view of the
As shown in FIGS. 1 and 2, the
第一磁石挿通孔23は、第一コア21の外周部に設けられている。第一磁石挿通孔23は、第一コア21を軸方向に貫通している。第一磁石挿通孔23は、周方向に複数設けられている。軸方向から見て、各第一磁石挿通孔23は、矩形状に形成されている。複数の第一磁石挿通孔23のうち周方向に隣り合う一対の第一磁石挿通孔23は、軸方向から見て、径方向の外側に向かうにつれて互いに周方向に離間するV字状に形成されている。
The first
第一貫通孔24は、第一磁石挿通孔23よりも径方向の内側に設けられている。第一貫通孔24は、第一コア21を軸方向に貫通している。第一貫通孔24は、周方向において、隣り合う第一磁石挿通孔23のうち径方向の内側に位置する端部同士の間に設けられている。第一貫通孔24は、周方向に複数(本実施形態では6個)設けられている。軸方向から見て、第一貫通孔24は、径方向の外側に頂点を向けた三角形状に形成されている。第一貫通孔24は、例えばロータ4の磁気特性に影響を与えない箇所、すなわち磁束の通過を抑制したい箇所や、磁束の通過量が少ない箇所等に設けられている。
The first through
径方向流路25は、周方向において、隣り合う第一貫通孔24の間に設けられている。径方向流路25は、周方向に沿って等間隔に複数(本実施形態では6個)設けられている。径方向流路25は、第一コア21を軸方向に貫通している。軸方向から見て、径方向流路25は、径方向に沿って延びている。径方向流路25における径方向外側の端部は、径方向における第一磁石挿通孔23と第一貫通孔24との間の位置で終端している。径方向流路25における径方向外側の端部には、径方向流路25よりも幅の広い冷媒溜まり部27が接続されている。冷媒溜まり部27は、径方向の外側に頂点を向けた三角形状に形成されている。
The
径方向流路25における径方向内側の端部は、第一コア21の内周部側に開口している。第一コア21の内周部にシャフト5が挿入された状態で、径方向流路25における径方向内側の端部は、シャフト5の冷媒供給路16の径方向外側の端部と接続されている。径方向流路25には、冷媒供給路16内の冷媒が流入可能となっている。
The radial inner end of the
非圧入部26は、第一コア21の内周部に設けられている。第一コア21の内周部には、シャフト5が圧入されることなく配置される。換言すれば、第一コア21の内周部であって、シャフト5が圧入されることなく挿入される際にシャフト5と対向する部分が非圧入部26となっている。非圧入部26において、第一コア21は、シャフト5と接触している。
The non-press-fitting
図2及び図3に示すように、第二コア22は、第一コア21と軸方向に積層されている。本実施形態において、第二コア22は、第一コア21に対して軸方向の両側に配置されている。つまり、第二コア22は、ロータコア6の軸方向における両端部に設けられている。図2に示すように、各第二コア22の軸方向に沿う長さ(第二コア軸長)は、それぞれA及びCとなっている。本実施形態において、2個の第二コア22は同等の構成となっている。つまり、本実施形態では、A=Cである。以下の説明では、2個の第二コア22のうち一方の第二コア22について詳細に説明し、他方の第二コア22についての説明を省略する場合がある。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
図5は、第1実施形態に係る第二コア22の正面図である。
第二コア22は、軸線Oと同軸な円環状に形成されている。第二コア22は、第二磁石挿通孔31と、第二貫通孔32と、軸方向流路33と、圧入部34と、を有する。
FIG. 5 is a front view of the
The
第二磁石挿通孔31は、第二コア22の外周部に設けられている。第二磁石挿通孔31は、第二コア22を軸方向に貫通している。第二磁石挿通孔31は、周方向に複数設けられている。軸方向から見て、各第二磁石挿通孔31は、矩形状に形成されている。複数の第二磁石挿通孔31のうち周方向に隣り合う一対の第二磁石挿通孔31は、軸方向から見て、径方向の外側に向かうにつれて互いに周方向に離間するV字状に形成されている。第一コア21と第二コア22とが積層された状態で、第二コア22の第二磁石挿通孔31は、軸方向から見て第一コア21の第一磁石挿通孔23と同じ位置に設けられている。
The second
第二貫通孔32は、第二磁石挿通孔31よりも径方向の内側に設けられている。第二貫通孔32は、第二コア22を軸方向に貫通している。第二貫通孔32は、周方向において、隣り合う第二磁石挿通孔31のうち径方向の内側に位置する端部同士の間に設けられている。第二貫通孔32は、周方向に複数(本実施形態では6個)設けられている。軸方向から見て、第二貫通孔32は、径方向の外側に頂点を向けた三角形状に形成されている。第一コア21と第二コア22とが積層された状態で、第二コア22の第二貫通孔32は、軸方向から見て第一コア21の第一貫通孔24と同じ位置に設けられている。
The second through
軸方向流路33は、周方向において、隣り合う第二貫通孔32の間に設けられている。軸方向流路33は、周方向に複数(本実施形態では6個)設けられている。軸方向流路33は、径方向において、第二磁石挿通孔31と第二貫通孔32との間に設けられている。軸方向流路33は、第一コア21を軸方向に貫通することにより、軸方向に沿って延びている。軸方向から見て、軸方向流路33は、径方向の外側に頂点を向けた三角形状に形成されている。第一コア21と第二コア22とが積層された状態で、第二コア22の軸方向流路33は、第一コア21の冷媒溜まり部27と同じ位置に設けられている。よって、第二コア22の軸方向流路33は、第一コア21の径方向流路25と連通している。軸方向流路33には、径方向流路25内の冷媒が流入可能となっている。
The
圧入部34は、第二コア22の内周部に設けられている。第二コア22の内周部には、シャフト5が圧入されて固定されている。換言すれば、第二コア22の内周部であって、シャフト5が圧入される部分が圧入部34となっている。圧入部34が設けられることにより、第二コア22は、シャフト5に対して強固に固定されている。圧入部34は、第一コア21の非圧入部26のような内周部側に開口する切欠き(径方向流路25)が設けられることなく形成されている。よって、圧入部34が設けられた第二コア22の内周部は、非圧入部26が設けられた第一コア21の内周部と比較して高い剛性を有している。
シャフト5が圧入される前の第二コア22の内径は、第一コア21の内径よりも小さい。シャフト5が第二コア22に圧入されると、第二コア22の内径が拡径される。これにより、シャフト5が圧入された状態で、第二コア22の内径と、第一コア21の内径と、が同等となっている。
The press-fitting
The inner diameter of the
図2に示すように、このように形成された第一コア21及び第二コア22は、軸方向に沿って順に、第二コア22、第一コア21、第二コア22の順で積層されることにより、ロータコア6を形成している。ロータコア6のロータコア軸長Dは、第一コア軸長B及び2個の第二コア軸長A,Cの和である(D=A+B+C)。
ここで、シャフト5に対する第一コア21の周方向へのスリップに対する安全率をスリップ安全率Zとする。このとき、シャフト5に対する第一コア21のスリップ安全率Zが1倍となるためには、第一コア軸長B、ロータコア軸長D及びスリップ安全率Zは、以下の(2)式を満たす。
As shown in FIG. 2, the
Here, the safety factor for slipping of the
(2)式より、以下の(3)式が導かれる。 From equation (2), the following equation (3) is derived.
よって、第一コア軸長B、ロータコア軸長D、スリップ安全率Zは、以下の(1)式を満たすように設定される。(1)式において、スリップ安全率Zは、1以上の値である(Z≧1)。 Therefore, the first core shaft length B, the rotor core shaft length D, and the slip safety factor Z are set so as to satisfy the following equation (1). In the equation (1), the slip safety factor Z is a value of 1 or more (Z ≧ 1).
(1)式を満たすように第一コア軸長Bを設定することにより、設計時に設定されたスリップ安全率Zが確保されたロータ4を形成可能である。
By setting the first core shaft length B so as to satisfy the equation (1), it is possible to form the
図3に示すように、永久磁石7は、第一コア21に形成された第一磁石挿通孔23及び第二コア22に形成された第二磁石挿通孔31に挿入されている。永久磁石7は、ロータコア6の内部を軸方向に沿って延びている。永久磁石7の軸方向に沿う長さは、ロータコア6の軸方向に沿う長さ(ロータコア軸長D)と同等の長さに形成されている。1個の永久磁石7は、第一コア21及び第二コア22に亘って設けられている。永久磁石7は、例えば不図示の接着剤によりロータコア6に固定されている。
As shown in FIG. 3, the
規制部材8は、少なくとも第一コア21に取り付けられている。規制部材8は、シャフト5に対する第一コア21の周方向への移動を規制している。本実施形態において、規制部材8は、第一コア21に形成された第一貫通孔24及び第二コア22に形成された第二貫通孔32に挿入されるピン部材である。規制部材8は、軸方向に沿って延びている。規制部材8の軸方向に沿う長さは、ロータコア6の軸方向に沿う長さ(ロータコア軸長D)と同等に形成されている。規制部材8は、第一コア21及び2個の第二コア22に亘って設けられている。規制部材8は、周方向に複数(本実施形態では6個)設けられている。規制部材8は、非磁性体の材料により形成されている。より好ましくは、規制部材8は、絶縁体かつ非磁性体の材料により形成されている。本実施形態において、規制部材8は、絶縁体かつ非磁性体である樹脂材料により形成されている。規制部材8は、第一コア21及び第二コア22に固定され、第一コア21と第二コア22との軸線C回りの相対回転を不能にしている。これにより、規制部材8は、シャフト5に対して強固に固定された第二コア22を介して、第一コア21とシャフト5とを間接的に相対回転不能にしている。
The regulating
図6は、第1実施形態に係る貫通孔24,32の部分拡大図である。
軸方向から見て、規制部材8は、径方向の外側に頂点を向けた三角形状に形成されている。規制部材8の外形は、第一貫通孔24及び第二貫通孔32(以下、単に貫通孔24,32という場合がある。)の内形よりも僅かに小さい。よって、貫通孔24,32に規制部材8が挿入された状態で、規制部材8とロータコア6との間には、空隙39が形成されている。この空隙39は、規制部材8のうち径方向の外側に位置する2辺と、ロータコア6と、の間に設けられている。空隙39には、絶縁性のスペーサー40が充填されている。スペーサー40は、規制部材8よりも径方向の外側に設けられている。スペーサー40は、絶縁体かつ非磁性体の材料により形成されている。具体的に、スペーサー40は、樹脂材料により形成されている。スペーサー40は、規制部材8とロータコア6との空隙39を埋めるとともに、規制部材8をロータコア6に固定している。
FIG. 6 is a partially enlarged view of the through
When viewed from the axial direction, the regulating
(ロータ内を流通する冷媒の流通経路)
次に、上述の回転電機1において、ロータ4内を流通する冷媒の流通経路について説明する。
まず、不図示のポンプ等によりシャフト5の軸心流路15に供給された冷媒は、軸心流路15内を軸方向に流通するとともに、ロータ4回転時の遠心力により冷媒供給路16内を流通して径方向の外側へ向かって移動する。次に、冷媒供給路16の径方向外側の端部に到達した冷媒は、第一コア21に設けられた径方向流路25に流入する。径方向流路25内の冷媒は、遠心力により、さらに径方向の外側へ向かって第一コア21内を移動する。
(Distribution route of refrigerant circulating in the rotor)
Next, in the above-mentioned rotary electric machine 1, the distribution path of the refrigerant circulating in the
First, the refrigerant supplied to the shaft
径方向流路25の径方向外側に到達した冷媒は、冷媒溜まり部27に貯留された後、内圧により、第一コア21の両側に位置する第二コア22の軸方向流路33へそれぞれ流入する。軸方向流路33内の冷媒は、軸方向の内側から外側に向かって流通することにより、ロータコア6を冷却する。
次に、冷媒は、ロータコア6の軸方向の両端部からロータコア6の外部へ排出される。排出された冷媒は、ケース2内を循環して再び軸心流路15へ供給される。
The refrigerant that has reached the radial outside of the
Next, the refrigerant is discharged to the outside of the
(作用、効果)
次に、上述のロータ4及び回転電機1の作用、効果について説明する。
本実施形態のロータ4によれば、シャフト5は、軸心流路15と冷媒供給路16とを有する。ロータコア6は、径方向流路25を有する第一コア21と、軸方向流路33を有する第二コア22と、を有する。第一コア21の径方向流路25は、シャフト5の冷媒供給路16と連通し、第二コア22の軸方向流路33は、第一コア21の径方向流路25と連通している。このため、軸心流路15内の冷媒は、冷媒供給路16、径方向流路25、軸方向流路33の順で流通し、ロータコア6の内部に供給される。これにより、ロータコア6を冷却できる。
第一コア21の内周部には、シャフト5が圧入されることなく配置される非圧入部26が設けられている。第一コア21の径方向流路25は、シャフト5が位置する内周部側に開口するので、第一コア21の内周部に非圧入部26を設けることにより、圧入による第一コア21の変形や破損等の発生を抑制できる。一方、第二コア22の内周部には、シャフト5が圧入される圧入部34が設けられる。第二コア22の軸方向流路33は軸方向に沿って延びているので、第二コア22の内周部は、第一コア21の内周部と比較して剛性が高くなっている。このため、第二コア22の内周部にシャフト5を圧入することにより、シャフト5に対して第二コア22を強固に固定できる。また、第二コア22及び第一コア21は軸方向に積層されるので、例えば一対の第二コア22の間に第一コア21が配置されることにより、第一コア21と第二コア22とを固定できる。これにより、第一コア21の内周部に非圧入部26を設けた場合であっても、シャフト5に対して第一コア21を間接的に固定することができる。よって、シャフト5に対する第一コア21の周方向へのスリップを抑制できる。
したがって、軸心流路15からロータコア6の内部へ冷媒を供給可能とするとともに、ロータコア6の固定強度を向上したロータ4を提供できる。
(Action, effect)
Next, the actions and effects of the
According to the
A non-press-fitting
Therefore, it is possible to provide the
シャフト5圧入前の第二コア22の内径は、第一コア21の内径よりも小さい。このため、第二コア22の内周部(圧入部34)にシャフト5が圧入されると、シャフト5からの押圧力を受けて第二コア22の内径が僅かに拡径する。一方、第一コア21の非圧入部26にはシャフト5からの押圧力が作用しないため、第一コア21の内径は拡径しない。これにより、シャフト5の圧入により第二コア22の内径のみが拡径される。特に、シャフト5に非圧入部26が接触可能となるように第一コア21の内径を設定した場合、圧入後の第一コア21の内径と第二コア22の内径とを同等とすることができる。これにより、第一コア21の非圧入部26とシャフト5との隙間に冷媒が入り込むことを抑制できる。よって、軸心流路15からロータコア6の内部へ向かう冷媒の流通効率の低下を抑制できる。
The inner diameter of the
第一コア軸長B、ロータコア軸長D、スリップ安全率Zは、(1)式を満たすように設定される。これにより、シャフト5に対して、第一コア21の所望のスリップ安全率Zを確保できる。したがって、シャフト5に圧入されない非圧入部26を有する第一コア21がロータコア6の一部として設けられた場合であっても、シャフト5に対する第一コア21のスリップを抑制できる。(1)式は、ロータコア6全体の厚み(ロータコア軸長D)と、第一コア21の厚み(第一コア軸長B)と、スリップ安全率Zと、の関係を表している。このため、(1)式を満たしてさえいれば、所望のスリップ安全率Zを確保しつつ、ロータコア6全体に対する第一コア21の軸方向の位置は任意の位置に設定できる。特に、ロータコア6の両端部に端面板を配置する場合には、ロータコア6のうち軸方向の端部に第一コア21を配置することができる。よって、第一コア21の配置に関する設計自由度を向上したロータ4とすることができる。
The first core shaft length B, the rotor core shaft length D, and the slip safety factor Z are set so as to satisfy the equation (1). As a result, the desired slip safety factor Z of the
ロータ4は、規制部材8を備える。規制部材8は、シャフト5に対する第一コア21の周方向への移動を規制する。これにより、第一コア21のスリップを効果的に抑制できる。よって、ロータコア6の固定強度をより一層高めることができる。
The
規制部材8は、第一コア21に形成された第一貫通孔24及び第二コア22に形成された第二貫通孔32に挿入されている。これにより、第一コア21と第二コア22との周方向に沿う相対移動が規制される。換言すれば、第一コア21と第二コア22とは一体的に回転する。第二コア22は、圧入部34によりシャフト5と強固に固定されている。よって、シャフト5に対する第一コア21及び第二コア22のスリップを抑制し、シャフト5に対してロータコア6を強固に固定できる。
The regulating
貫通孔24,32と規制部材8との空隙39には、絶縁性のスペーサー40が設けられている。これにより、ロータ4回転時にスペーサー40が緩衝材の役割を担うので、ロータ4回転時の振動や遠心力による応力等が発生した場合に、規制部材8とロータコア6との摩耗や欠損等を抑制できる。よって、第一コア21と第二コア22との相対移動を安定的に抑制できる。
An insulating
スペーサー40は、規制部材8よりも径方向の外側に設けられている。これにより、ロータ4回転時の遠心力が規制部材8に作用した際、規制部材8がロータコア6に押し付けられることによる規制部材8の摩耗や欠損等を抑制できる。
The
規制部材8は、非磁性体である。これにより、規制部材8を設けることによるロータ4の磁気特性への影響を抑制しつつ、ロータコア6の固定強度を高めることができる。
また、規制部材8が挿入される貫通孔24,32は、ロータコア6のうち、磁束の影響が少ない箇所に設けられている。これにより、非磁性体の規制部材8を配置した場合であっても、規制部材8を設けることによる磁束への影響を抑制できる。よって、ロータ4の性能を高い状態に維持することができる。
The regulating
Further, the through
本実施形態の回転電機1によれば、上述のロータ4を備えるので、軸心流路15の冷媒をロータコア6の内部へ供給することにより、ロータ4を効果的に冷却できる。また、シャフト5圧入時における第一コア21の変形や破損等を抑制することで、ロータ4の固定強度を高めることができる。
したがって、軸心流路15からロータコア6の内部へ冷媒を供給可能とするとともに、ロータコア6の固定強度を向上したロータ4を備えた、高性能な回転電機1を提供できる。
According to the rotary electric machine 1 of the present embodiment, since the
Therefore, it is possible to provide a high-performance rotary electric machine 1 provided with a
(第2実施形態)
次に、本発明に係る第2実施形態について説明する。図7は、第2実施形態に係るロータ204の斜視図である。図8は、図7における規制部材208(端面板)を省略したロータ204の斜視図である。以下の説明において、上述した第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態では、規制部材8として端面板が設けられる点において上述した実施形態と相違している。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment according to the present invention will be described. FIG. 7 is a perspective view of the
本実施形態において、第一コア21及び第二コア22は、軸方向に沿って順に、第一コア21、第二コア22、第二コア22の順で積層されることにより、ロータコア206を形成している。つまり、第一コア21は、ロータコア206における軸方向の端部に設けられている。
また、本実施形態において、規制部材208は、ロータコア206の端部に配置された端面板である。規制部材208は、第一コア21に対して軸方向に隣り合って配置されている。規制部材208は、ロータコア206と同軸な円環状に形成されている。規制部材208の外径は、ロータコア206の外径と同等となっている。規制部材208の内周部には、シャフト5が圧入されて固定されている。規制部材208は第一コア21に係合する係合部209を有する。具体的に、係合部209は、規制部材208から軸方向の第一コア21側に突出した突起部である。係合部209は、第一コア21の第一貫通孔24に係合している。これにより、係合部209は、規制部材208と第一コア21との相対回転を不能にしている。
In the present embodiment, the
Further, in the present embodiment, the
本実施形態によれば、規制部材208は、第一コア21と軸方向に隣り合って配置される。これにより、例えばロータコア206の軸方向の端部に第一コア21が配置された場合に、規制部材208と第二コア22とにより第一コア21を挟持できる。規制部材208の内周部は、シャフト5に圧入され、規制部材208は、第一コア21に係合する係合部209を有する。これにより、シャフト5と規制部材208とが一体的に回転するとともに、係合部209により規制部材208と第一コア21との周方向への相対移動が規制される。よって、シャフト5に対する第一コア21のスリップを抑制できる。したがって、特にロータコア206の端部に第一コア21を配置した場合に、ロータコア206をシャフト5に強固に固定できる。
According to this embodiment, the regulating
なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述の各実施形態では、2個の第二コア22は、第二コア軸長A,Cがそれぞれ同等の長さとなるように形成された構成について説明したが、これに限られない。2個の第二コア22のうち一方の第二コア軸長Aと、2個の第二コア22のうち他方の第二コア軸長Cと、が異なっていてもよい。
ロータコア6は、例えば3個以上の第二コア22を有していてもよい。ロータコア6は、複数の第一コア21を有していてもよい。
The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in each of the above-described embodiments, the configuration in which the two
The
第一コア21の非圧入部26において、第一コア21とシャフト5とが非接触な状態で配置されていてもよい。
規制部材8の材料は、ステンレスやアルミニウムを含む非磁性体の金属材料により形成されていてもよい。
第1実施形態において、周方向に複数設けられる規制部材8の個数や、径方向流路25の個数、冷媒供給路16の個数等は、上述した実施形態の個数に限定されない。
In the non-press-fitting
The material of the regulating
In the first embodiment, the number of the plurality of regulating
上述の各実施形態では、ロータコア6のうち磁路を避けた箇所に貫通孔24,32を形成し、この貫通孔24,32に非磁性体の規制部材8を挿入する構成としたが、これに限定されない。例えば、ロータコア6のうち磁束を通過させたい箇所に貫通孔を形成するとともに、貫通孔に磁性体の規制部材8を挿入する構成としてもよい。但し、ロータ4の磁気特性への影響をより抑制できる点で、磁束が通らない箇所に貫通孔24,32を形成し、貫通孔24,32に非磁性体の規制部材8を挿入する上述の実施形態の構成は優位性がある。
また、例えば磁束の通過を制限するために予めロータコア6に形成された磁束制御孔(フラックスバリア)を貫通孔としてもよい。この場合、規制部材8を配置するための貫通孔24,32を別途形成する必要が無いので、追加工が不要となり、製造時の工程数を削減できる。
In each of the above-described embodiments, through
Further, for example, a magnetic flux control hole (flux barrier) formed in advance in the
規制部材8として、第1実施形態におけるピン部材と、第2実施形態における端面板と、を併用してもよい。
第1実施形態において、ロータコア6の両端部に別途端面板を設けてもよい。
第2実施形態において、規制部材208と第一コア21との固定方法として、キー溝及びキー部材(いずれも不図示)を用いた固定方法を適用してもよい。
上述の各実施形態では、ロータ4の内部に永久磁石7が配置されるIPMモータを例に説明したが、ロータ4の外周面に永久磁石7が配置されるSPMモータに適用してもよい。
As the regulating
In the first embodiment, end face plates may be separately provided at both ends of the
In the second embodiment, as a method of fixing the regulating
In each of the above-described embodiments, the IPM motor in which the
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、上述した実施形態を適宜組み合わせてもよい。 In addition, it is possible to replace the components in the above-described embodiments with well-known components as appropriate without departing from the spirit of the present invention, and the above-described embodiments may be combined as appropriate.
1 回転電機
3 ステータ
4 ロータ
5 シャフト
6,206 ロータコア
8,208 規制部材
15 軸心流路
16 冷媒供給路
21 第一コア
22 第二コア
24 第一貫通孔(貫通孔)
25 径方向流路
26 非圧入部
32 第二貫通孔(貫通孔)
33 軸方向流路
34 圧入部
39 空隙
40 スペーサー
209 係合部
B 第一コア軸長
D ロータコア軸長
O 軸線
Z スリップ安全率
1 Rotating
25
33
Claims (10)
前記シャフトの外周部に取り付けられ、前記シャフトと一体に回転するロータコアと、
を備え、
前記シャフトは、
前記軸線の軸方向に沿って延びるとともに冷媒が流通可能な軸心流路と、
前記シャフトの径方向に沿って延び、前記軸心流路と前記シャフトの外周部とを連通する冷媒供給路と、
を有し、
前記ロータコアは、
前記冷媒供給路と連通し、前記径方向に沿って延びる径方向流路を有する第一コアと、
前記第一コアと前記軸方向に積層され、前記径方向流路と連通するとともに前記軸方向に沿って延びる軸方向流路を有する第二コアと、
を備え、
前記第二コアの内周部には、前記シャフトが圧入される圧入部が設けられ、
前記第一コアの内周部には、前記シャフトが圧入されることなく配置される非圧入部が設けられることを特徴とするロータ。 A shaft that rotates around the axis and
A rotor core attached to the outer peripheral portion of the shaft and rotating integrally with the shaft,
With
The shaft
An axial flow path that extends along the axial direction of the axis and allows the refrigerant to flow through,
A refrigerant supply path that extends along the radial direction of the shaft and communicates the axial flow path and the outer peripheral portion of the shaft.
Have,
The rotor core
A first core having a radial flow path that communicates with the refrigerant supply path and extends along the radial direction.
A second core that is laminated in the axial direction with the first core and has an axial flow path that communicates with the radial flow path and extends along the axial direction.
With
A press-fitting portion into which the shaft is press-fitted is provided on the inner peripheral portion of the second core.
A rotor characterized in that a non-press-fitting portion is provided on the inner peripheral portion of the first core so that the shaft is not press-fitted.
前記ロータコアの前記軸方向に沿う長さをロータコア軸長Dとし、
前記シャフトに対する前記第一コアの周方向へのスリップに対する安全率をスリップ安全率Zとしたとき、
前記第一コア軸長B、前記ロータコア軸長D、前記スリップ安全率Zは、
The length of the rotor core along the axial direction is defined as the rotor core axial length D.
When the safety factor for slip of the first core in the circumferential direction with respect to the shaft is the slip safety factor Z,
The first core shaft length B, the rotor core shaft length D, and the slip safety factor Z are
前記規制部材は、前記第一コアに形成された前記貫通孔及び前記第二コアに形成された前記貫通孔に挿入されていることを特徴とする請求項4に記載のロータ。 The rotor core is formed with a through hole penetrating along the axial direction.
The rotor according to claim 4, wherein the regulating member is inserted into the through hole formed in the first core and the through hole formed in the second core.
前記規制部材の内周部は、前記シャフトに圧入されていることを特徴とする請求項4に記載のロータ。 The regulating member has an engaging portion that is arranged adjacent to the first core in the axial direction and engages with the first core.
The rotor according to claim 4, wherein the inner peripheral portion of the regulating member is press-fitted into the shaft.
前記ロータの外周部に間隔をあけて配置されるステータと、
を備えることを特徴とする回転電機。 The rotor according to any one of claims 1 to 9,
A stator arranged at intervals on the outer peripheral portion of the rotor,
A rotary electric machine characterized by being equipped with.
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