JP2021191034A - Rotary electric machine rotor - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機ロータに関する。 The present invention relates to a rotary electric rotor.
回転電機においては、ロータの高速回転に起因する磁石渦電流により、磁石が発熱する。そのため、磁石が熱減磁し、トルクが低下するといった課題が存在する。磁石を冷却する方法として、軸心より冷却油を注入し、磁石を冷却する方法がある。特許文献1には、多孔質体内に冷却油を通して磁石を冷却する技術が開示されている。
In a rotary electric machine, the magnet generates heat due to the magnet eddy current caused by the high-speed rotation of the rotor. Therefore, there is a problem that the magnet is thermally demagnetized and the torque is reduced. As a method of cooling the magnet, there is a method of injecting cooling oil from the axis to cool the magnet.
特許文献1では、ロータコアより多孔質体内に冷却油の通路を設け、磁石を冷却している。このとき、多孔質体内の圧力損失が大きく、熱交換に必要な油量の確保が困難である。また、磁石に冷却油を直接接触させる方法ではないため、磁石を間接的に冷却するものといえる。そのため、磁石の冷却効率が高くないという問題がある。
In
本発明は、冷却効率を向上させることが可能な冷却構造を有する回転電機ロータを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a rotary electric rotor having a cooling structure capable of improving cooling efficiency.
本発明に係る回転電機ロータは、磁石孔を有する積層鋼板から構成されたロータコアと、前記磁石孔に挿入されると共に、磁石固定材によって前記磁石孔に固定された磁石と、前記ロータコア内に形成された冷媒路とを備え、前記磁石孔は前記冷媒路に連通し、前記磁石の外壁が前記冷媒路の一部を形成しており、前記冷媒路を形成する前記磁石の外壁の少なくとも一部は、前記磁石固定材によって被覆されていないものである。この回転電機ロータの構造により、冷却油によって直接磁石を冷却するため、磁石の冷却効率を向上させることが可能となる。 The rotary electric rotor according to the present invention is formed in the rotor core, a rotor core made of a laminated steel plate having magnet holes, a magnet inserted into the magnet holes and fixed to the magnet holes by a magnet fixing material, and a magnet. The magnet hole communicates with the refrigerant path, the outer wall of the magnet forms a part of the refrigerant path, and at least a part of the outer wall of the magnet forming the refrigerant path. Is not covered with the magnet fixing material. Due to the structure of the rotary electric machine rotor, the magnet is directly cooled by the cooling oil, so that the cooling efficiency of the magnet can be improved.
本発明により、冷却効率を向上させることが可能な冷却構造を有する回転電機ロータを提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a rotary electric rotor having a cooling structure capable of improving cooling efficiency.
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について説明する。なお、図面は簡略的なものであるから、この図面の記載を根拠として実施形態の技術的範囲を狭く解釈してはならない。また、同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、以下の実施形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む。)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. Since the drawings are simple, the technical scope of the embodiment should not be narrowly interpreted based on the description of the drawings. Further, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. Further, in the following embodiments, when the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.) is referred to, when it is specified in particular, or when it is clearly limited to a specific number in principle, etc. Except for this, the number is not limited to the specific number, and may be more than or less than the specific number.
さらに、以下の実施形態において、その構成要素は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等(個数、数値、量、範囲等を含む。)についても同様である。 Further, in the following embodiments, the components are not necessarily essential except when explicitly stated and when it is clearly considered to be essential in principle. Similarly, in the following embodiments, when the shape, positional relationship, etc. of the constituent elements, etc. are referred to, the shape, etc. It shall include those similar to or similar to. This also applies to the above numbers and the like (including the number, numerical value, quantity, range and the like).
以下、説明の明確化のため、xyz3次元直交座標系を用いて説明を行う。z方向はロータの厚さ方向であり、積層鋼板の積層方向となる。xy平面は、ロータ及び積層鋼板の主面に平行な平面である。また、+z方向が上方向であるとして説明を行うが、回転電機が配置される向きに応じて変化するものである。 Hereinafter, for the sake of clarification of the explanation, the explanation will be given using the xyz3D Cartesian coordinate system. The z-direction is the thickness direction of the rotor, which is the laminating direction of the laminated steel sheets. The xy plane is a plane parallel to the main surface of the rotor and the laminated steel plate. Further, although the description will be made assuming that the + z direction is the upward direction, it changes depending on the direction in which the rotary electric machine is arranged.
<実施形態1>
本実施形態に係る回転電機ロータ10について、図1、図2及び図3を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る回転電機ロータ10を用いた回転電機1の垂直断面図である。図2は、本実施形態に係る回転電機ロータ10の構造を部分的に示す平面図である。また、図3は本実施形態に係る回転電機ロータ10の構造を部分的に示す斜視図である。
<
The rotary
図1に示す回転電機1は、本実施形態に係る回転電機ロータ10及びステータ20により構成される。回転電機ロータ10は、ロータシャフト11、ロータコア12及び磁石13を有する。さらに、ステータ20は、ステータコア21及びコイル22を有する。ロータコア12は、積層鋼板14により構成される。
The rotary
図1に示すように、ロータシャフト11は、+z方向に延設されたパイプ状部材であって、ロータコア12に設けられた軸孔15に嵌挿されている。ロータシャフト11の内部に冷媒路16を設ける。冷媒路16に冷媒を流すことにより、回転電機ロータ10を冷却することができる。冷媒として、例えば冷却油、冷却水及び空気がある。本明細書においては、冷媒として冷却油を用いることとして説明しているが、本発明ではこれに限らない。なお、ロータシャフト11は、パイプ状部材に限らず、棒状部材であってもよい。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、ロータコア12は、円環状に打ち抜き加工された積層鋼板14を上方向(+z方向)に積層することで形成される。ロータコア12を構成する複数の積層鋼板14は、接着や溶接などにより一体的に連結されている。ロータコア12内で生じる渦電流によるエネルギー損失をできるだけ低減すべく、ロータコア12を構成する各積層鋼板14は、両側の表面に形成された絶縁皮膜によって互いに電気的に絶縁されていてもよい。
As shown in FIG. 1, the
積層鋼板14の外縁部において円周方向に延設された磁石孔17に、磁石13が挿入され、磁石固定材18により封止される。当該磁石固定材18が磁石13を覆う領域は、磁石13と冷却油とが接触しない領域である。図2に示した例では、磁石13における短側面13a以外の2つの長側面及び1つの短側面が、磁石固定材18に被覆されている。他方、冷媒路16を形成する磁石13における短側面13aは、磁石固定材18に被覆されていない。磁石固定材18は、例えばエポキシなどの発泡樹脂(すなわち多孔質体)が用いられるがこれに限らない。磁石13には、例えばエポキシコート等によって、冷却油による劣化を防止するためのコーティングがなされてもよい。
The
ここで、コイル22に電流が流れることにより回転磁界が発生し、この回転磁界とロータコア12との間に働く電磁的作用により回転電機ロータ10が回転する。回転電機1は、回転時にステータコア21のコイル22を流れる電流によって発熱する。特に、回転電機ロータ10を高速回転させた場合や回転電機1が大型の場合には、回転時のロータコア12の発熱量が著しく大きくなる。このため、磁石13の温度が著しく上昇する。磁石13の温度が著しく上昇すると、トルクを発生させる磁束が低下するので、回転電機1の性能が悪化する。そのため、回転電機1の回転時に磁石13を冷却する必要がある。
Here, a rotating magnetic field is generated by the current flowing through the
ロータコア12において、冷却油は冷媒路16をロータシャフト11の軸心方向(−x方向)から流入し、磁石13の外壁を伝って、ロータコア12の上下方向(+z方向及び−z方向)から排出される。この過程により磁石13は冷却される。
In the
本実施形態においては、磁石13の外壁は、冷媒路16の一部を形成する。より詳細には、図2に示すように、磁石13における短側面13aと長側面の一部13bとが冷媒路16の一部を形成する。ここで、冷媒路16を形成する磁石13における短側面13aは、磁石固定材18に被覆されていない。すなわち、冷却油が直接磁石13に接触する領域を有する。そのため、磁石13は、冷却油によって直接冷却される。したがって、図4及び図5の場合よりも磁石13の冷却効率の向上を図ることができる。なお、本発明において、冷却油の流路と磁石13が直接接するものであればよい。したがって、磁石13の外壁による冷媒路の形成形態は問わない。
In the present embodiment, the outer wall of the
なお、冷媒路16を形成する磁石13の外壁の少なくとも一部が、磁石固定材18によって被覆されていなければよい。他方、図2に示した例では、冷媒路16を形成する磁石13の長側面の一部13bが磁石固定材18に被覆されているが、長側面の一部13bが磁石固定材18に被覆されていなくてもよい。
It is sufficient that at least a part of the outer wall of the
ここで、冷却過程において、磁石13がロータコア12より低温となった場合に、ロータコア12から磁石13への熱流が発生する可能性がある。このとき、磁石13の冷却効率が悪化する。
Here, when the
また、上述したロータコア12から磁石13への熱流を防ぐ観点から、磁石固定材18は熱伝導性が低い断熱性を有する素材で構成される。磁石固定材18の素材として、熱硬化性樹脂が用いられるがこれに限らない。また、磁石固定材18は、ロータコア12の絶縁被膜として併用してもよい。
Further, from the viewpoint of preventing the heat flow from the
<比較例>
ここで、比較例に係る回転電機ロータの問題点を、図4及び図5を用いて説明する。図4は比較例に係る回転電機ロータの構造を部分的に示す平面図である。また、図5は比較例に係る回転電機ロータの構造を部分的に示す斜視図である。
<Comparison example>
Here, the problems of the rotary electric rotor according to the comparative example will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a plan view partially showing the structure of the rotary electric rotor according to the comparative example. Further, FIG. 5 is a perspective view partially showing the structure of the rotary electric rotor according to the comparative example.
図4及び図5において、冷却油は図2及び図3の場合と同様に冷媒路16を回転電機1の軸心方向(−x方向)から流入する。そして、ロータコア12の上下方向(+z方向及び−z方向)から排出される。図4及び図5に示すとおり、磁石孔17が冷媒路16に連通しておらず、冷却油が直接磁石13に接触しないため、磁石13は間接的に冷却される。
In FIGS. 4 and 5, the cooling oil flows into the
ここで、磁石13は磁石固定材18によって磁石孔17に固定されている。図4に示すように、磁石13と磁石孔17との隙間には磁石固定材18が充填されている。すなわち、磁石13の外壁(短側面及び長側面)の全体が磁石固定材18によって被覆されている。
Here, the
これに対し、本実施形態係る回転電機ロータ10では、磁石孔17が冷媒路16に連通し、磁石13の外壁が冷媒路16の一部を形成している。そして、冷媒路16を形成する磁石13の外壁の少なくとも一部は、磁石固定材18によって被覆されていない。そのため、冷却油によって磁石13を直接冷却でき、磁石13の冷却効率を高めることができる。
On the other hand, in the rotary
<変形例>
図6は、本発明の変形例に係る回転電機1の一部における冷却油の流れを示す垂直断面の概略図である。図6において、冷却油の流れを示すために、ロータコア12、積層鋼板14及びエンドプレート30以外の構成要素(磁石13、磁石孔17及び磁石固定材18)の図示は省略する。図6では、ロータコア12を構成する積層鋼板14の上下(±z方向)に、エンドプレート30を設ける。図6に示す矢印は、冷却油の流れを表す。図6においては、主軸方向(−x方向)から冷却油を注入する構造として説明する。
<Modification example>
FIG. 6 is a schematic view of a vertical cross section showing the flow of cooling oil in a part of the rotary
図6に示すとおり、積層鋼板14と上面(+z方向)のエンドプレート30の間の一部に隙間を設ける。下面(−z方向)と積層鋼板14の間にも同様に隙間を設ける。さらに、当該上面に設けた隙間と下面に設けた隙間とを接続するように積層鋼板14の一部に上下方向(±z方向)の孔を設ける。当該孔は、図6においてはエンドプレート30から見て垂直としているがこれに限らない。
As shown in FIG. 6, a gap is provided in a part between the
このとき、冷却油は主軸方向(−x方向)から上面側(+z方向側)エンドプレート30と積層鋼板14の隙間を流入する。積層鋼板14に設けた孔を下方向(−z方向)に流れ、積層鋼板14と下面側(−z方向側)のエンドプレート30の隙間を主軸と反対の方向(+x方向)に流れる。
At this time, the cooling oil flows into the gap between the upper surface side (+ z direction side)
このように、冷媒路16を、実施形態1のように積層鋼板14の孔の部分のみに形成するのではなく、本変形例のように冷媒路の一部を積層鋼板14とエンドプレート30の隙間として形成することも可能である。本変形例においても、実施形態1と同様の冷却効果を奏する。
In this way, the
以上、本発明を上記の実施形態に即して説明したが、本発明は上記の実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。 Although the present invention has been described above in accordance with the above-described embodiment, the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment, and is within the scope of the claimed invention within the scope of the claims of the present application. Of course, it includes various modifications, corrections, and combinations that can be made by a person skilled in the art.
10 回転電機ロータ
12 ロータコア
13 磁石
14 積層鋼板
15 軸孔
16 冷媒路
17 磁石孔
18 磁石固定材
10 Rotating
Claims (1)
前記磁石孔に挿入されると共に、磁石固定材によって前記磁石孔に固定された磁石と、
前記ロータコア内に形成された冷媒路と、
を備え、
前記磁石孔は前記冷媒路に連通し、前記磁石の外壁が前記冷媒路の一部を形成しており、
前記冷媒路を形成する前記磁石の外壁の少なくとも一部は、前記磁石固定材によって被覆されていない、
回転電機ロータ。 A rotor core made of laminated steel plate with magnet holes and
A magnet inserted into the magnet hole and fixed to the magnet hole by a magnet fixing material,
The refrigerant passage formed in the rotor core and
Equipped with
The magnet hole communicates with the refrigerant passage, and the outer wall of the magnet forms a part of the refrigerant passage.
At least a part of the outer wall of the magnet forming the refrigerant passage is not covered with the magnet fixing material.
Rotating electric rotor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2020091320A JP2021191034A (en) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | Rotary electric machine rotor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2020091320A Pending JP2021191034A (en) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | Rotary electric machine rotor |
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Country | Link |
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2020
- 2020-05-26 JP JP2020091320A patent/JP2021191034A/en active Pending
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