JP4949983B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に関し、特に、永久磁石が埋設された回転電機に関する。

従来から冷却油等を用いて磁石やステータのコイルエンドを冷却する電動機等の回転電機が各種提案されている。たとえば、特許文献１（特開２００６−６０９１号公報）に記載された電動機は、永久磁石を備えたロータと、コイルが巻回されたステータと、永久磁石に向けて冷却冷媒を噴出する噴出口とを備えている。

この回転電機においては、冷却冷媒内に含まれる磁性夾雑物を磁石に吸着させて、その後、コイルエンドに冷却冷媒を噴出することで、コイルエンドの絶縁被膜の損傷が抑制されている。

また、特許文献２（特開２００６−１７４５５１号公報）に記載されたアキシャルギャップ型回転電機においては、ロータの表面に設けられた永久磁石と、ステータコアとの間から外周に向かってオイルを供給することで、永久磁石とステータコアの冷却が図られている。
特開２００６−６０９１号公報 特開２００６−１７４５５１号公報

ここで、上記従来の回転電機においては、回転子が高速回転している際に、冷媒の供給量が十分でない場合には、永久磁石を直接冷媒で冷却し難く、永久磁石を十分に冷却することが困難なものとなっていた。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、回転電機の駆動時に冷媒が十分供給されない場合おいても、永久磁石を十分に冷却することができる回転電機を提供することである。

本発明に係る回転電機は、１つの局面では、回転可能に設けられた回転軸と、回転軸に固設されたコア体およびコア体に埋設されると共に少なくとも一部がコア体から露出する永久磁石を含む回転子と、回転子の軸方向端面に設けられたエンドプレートとを備える。また、この回転電機は、上記回転軸に形成され、冷媒が流通可能な第１冷媒通路と、第１冷媒通路に連設すると共に、エンドプレートに形成され、冷媒が流通可能な第２冷媒通路とを備える。そして、上記永久磁石のうち、コア体から露出する部分は、第２冷媒通路内に位置し、この回転電機は、永久磁石のうちコア体から露出する部分の少なくとも一部に、前記冷媒を滞留させる冷媒滞留部が、第２冷媒通路内に設けられる。

本発明に係る回転電機は、他の局面では、回転可能に設けられた回転軸と、回転軸に固設されたコア体およびコア体に埋設されると共に少なくとも一部がコア体から露出する永久磁石を含む回転子とを備える。この回転電機は、上記回転子の軸方向端面に設けられたエンドプレートと、回転軸に形成され、冷媒が流通可能な第１冷媒通路と、第１冷媒流通路に連通すると共に、エンドプレートに形成され、冷媒が流通可能な第２冷媒通路とを備える。そして、上記エンドプレートは、回転軸に固設され、永久磁石に対して前記回転軸の軸方向に離れ、永久磁石を覆うように延びる天板部と、天板部の外周縁部から回転子の軸方向端面に向けて垂下するように形成された周壁部とを含む。さらに、上記永久磁石は、コア体の軸方向端面から第２冷媒通路内に向けて突出する。そして、上記永久磁石のうち、コア体から突出する部分の外周面と、周壁部の内周面との間に規定された冷媒滞留領域を有する。

好ましくは、上記天板部に形成され、第２冷媒流通に連通し、冷媒を外部に排出可能な排出孔をさらに備え、排出孔は、永久磁石に対して、回転子の径方向内方側に位置する。好ましくは、上記永久磁石の軸方向端面は、エンドプレートの内表面から離れる。

本発明に係る回転電機によれば、永久磁石の表面に冷媒を滞留させることができるので、回転電機の駆動中において、冷媒が十分に供給されない場合においても、永久磁石を良好に冷却することができる。

本実施の形態に係る回転電機１００について、図１から図５を用いて説明する。
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の変形例が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の変形例の特徴部分を適宜組合わせることは、当初から予定されている。

図１は、この発明の実施の形態における回転電機を示す断面図である。図中に示す回転電機は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な２次電池（バッテリ）から電力供給されるモータとを動力源とするハイブリッド自動車に搭載されたモータである。そして、回転電機とは、電力が供給されてモータとしての機能と、発電機（ジェネレータ）としての機能との少なくとも一方の機能を有するモータジェネレータを意味する。

図１を参照して、回転電機１００は、ロータ１０と、ロータ１０の外周上に配置されたステータ５０とを備える。ロータ１０は、中心線１０１に沿って延びるシャフト（回転軸）５８に設けられている。シャフト５８は、ロータ１０とともに中心線１０１を中心に回転する。

ロータ１０は、ロータコア２０と、ロータコア２０に埋設された永久磁石３１とを有する。すなわち、回転電機１００は、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータである。ロータコア２０は、中心線１０１に沿った円筒形状を有する。ロータコア２０は、中心線１０１の軸方向に積層された複数の電磁鋼板２１から構成されている。

中心線１０１方向に位置するロータ１０の軸方向の両端面には、エンドプレート２９が設けられている。

ステータ５０は、ステータコア５５と、ステータコア５５に巻回されたコイル５１とを有する。ステータコア５５は、中心線１０１の軸方向に積層された複数の電磁鋼板５２から構成されている。なお、ロータコア２０およびステータコア５５は、電磁鋼板に限定されず、たとえば圧粉磁心から構成されても良い。

コイル５１は、３相ケーブル６０によって制御装置７０に電気的に接続されている。３相ケーブル６０は、Ｕ相ケーブル６１、Ｖ相ケーブル６２およびＷ相ケーブル６３からなる。コイル５１は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルからなり、これらの３つのコイルの端子に、それぞれ、Ｕ相ケーブル６１、Ｖ相ケーブル６２およびＷ相ケーブル６３が接続されている。

制御装置７０には、ハイブリッド自動車に搭載されたＥＣＵ（Electrical Control Unit）８０から、回転電機１００が出力すべきトルク指令値が送られる。制御装置７０は、そのトルク指令値によって指定されたトルクを出力するためのモータ制御電流を生成し、そのモータ制御電流を、３相ケーブル６０を介してコイル５１に供給する。

図２は、図１に示すロータ１０の一部を拡大視した拡大断面図である。図３は、図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。

この図２および図３に示すように、ロータ１０には、複数の磁極を規定する磁石群３０Ａ〜３０Ｈが設けられている。なお、各磁石群３０Ａ〜３０Ｈは、２つの永久磁石３１によって構成されており、たとえば、磁石群３０Ａは、２つの永久磁石３１Ａ（３１）を備えている。永久磁石３１同士は、ロータ１０の周方向に配列しており、Ｖ字状に配列している。そして、ロータ１０の周方向に隣り合う磁石群３０Ａ〜３０Ｈによって規定される磁極は、互いに異なる。

回転電機１００は、磁石群３０Ａ〜３０Ｈを構成する永久磁石３１を冷却する磁石冷却通路４０を備えている。この磁石冷却通路４０は、シャフト５８に形成された冷媒通路４５と、この冷媒通路４５に連通し、エンドプレート２９に形成された冷媒通路４３と、冷媒通路４３に連通する排出孔４４とを備えている。

ここで、冷媒通路４５は、シャフト５８の軸方向１０１に沿って延びる軸方向通路４１と、シャフト５８の径方向に延びる径方向通路４２とを備えている。

径方向通路４２は、各磁石群３０Ａ〜３０Ｈに向けて延びており、この各径方向通路４２は、冷媒通路４３に連通している。

冷媒通路４３は、エンドプレート２９の一方の主表面に形成された溝部と、ロータコア２０の軸方向端面とによって規定されている。冷媒通路４３は、各磁石群３０Ａ〜３０Ｈを覆うように延びている。

そして、図３において、エンドプレート２９は、天板部７８と、この天板部７８の周縁部に形成され、ロータコア２０の軸方向端面に垂下する周壁部７９とを備えている。なお、天板部７８を規定する内表面は、永久磁石３１に対して、シャフト５８の中心線１０１に沿って離れた位置を、永久磁石３１を覆うように延びている。

排出孔４４は、冷媒通路４３に連通するように天板部７８に形成され、磁石群３０Ａ〜３０Ｈに対して径方向内方側に位置している。

ここで、図２に示すように、各永久磁石３１は、ロータコア２０に形成され、軸方向に延びる磁石収容孔２４内に収容されている。そして、磁石収容孔２４は、ロータコア２０の軸方向に延び、ロータコア２０の両軸方向端面に達すると共に、磁石収容孔２４の開口縁部から突出するように延びている。そして、磁石収容孔２４を規定するロータコア２０の内表面と、永久磁石３１との間には、樹脂２６が充填され、永久磁石３１が固定されている。

永久磁石３１の軸方向端部３１ａ，３１ｂは、ロータコア２０の軸方向端面より、軸方向に突出している。そして、永久磁石３１の軸方向端部３１ａ，３１ｂの周面のうち、径方向外方側に位置する側面３１ｃと、エンドプレート２９の周壁部７９の内周面２９ａとによって、冷媒Ａが滞留する冷媒滞留領域Ｒが規定されている。

このように構成された回転電機１００においては、軸方向通路４１から各径方向通路４２内に冷媒Ａが供給される。そして、各径方向通路４２から各冷媒通路４３内に冷媒Ａが入り込む。

そして、各永久磁石３１の軸方向端部３１ａ，３１ｂは、ロータコア２０から突出し、冷媒通路４３内に達している。このため、各永久磁石３１に冷媒Ａが直接触れる面積が大きく、永久磁石３１を直接冷却することができる。

さらに、冷媒滞留領域Ｒ内に冷媒Ａが入り込むと、冷媒Ａは永久磁石３１の側面３１ｃと、エンドプレート２９の内周面２９ａとに挟み込まれ、冷媒滞留領域Ｒから抜け出し難くなっている。

このため、回転電機１００が駆動して、ロータ１０が回転しているときに、永久磁石３１に向けて供給される冷媒Ａの供給量が少なくなったとしても、冷媒滞留領域Ｒ内に冷媒Ａが入り込むことで、永久磁石３１の表面と接触する冷媒Ａを確保することができる。これにより、各永久磁石３１を良好に冷却することができる。

特に、各磁石群３０Ａ〜３０Ｈの永久磁石３１は、Ｖ字状に配置されているため、各永久磁石３１は、各磁石群３０Ａ〜３０Ｈの周方向端部側に向かうにしたがって、エンドプレート２９の内周面２９ａに近接する。このため、各永久磁石３１の軸方向端部３１ａ，３１ｂの側面３１ｃの周方向端部と、エンドプレート２９の内周面との間に冷媒Ａが溜まりやすくなっている。このため、冷媒Ａの供給量が少なくなったとしても、永久磁石３１の表面に冷媒Ａが付着し、永久磁石３１を冷却することができる。

なお、図２に示すように、各永久磁石３１の軸方向端部３１ａ，３１ｂは、樹脂２６に覆われておらず、樹脂２６およびロータコア２０から露出している。

また、永久磁石３１の軸方向端部３１ａ，３１ｂがロータコア２０の軸方向の両端面から突出する突出長さｔ１は、軸方向端部３１ａ，３１ｂの端面と天板部７８の内表面との距離ｔ２と略等しくされている。さらに、天板部７８の厚さｔ３は、突出長さｔ１と距離ｔ２との合計長さ（ｔ１＋ｔ２：冷媒通路４３の軸方向長さ）の１．５倍〜３倍程度とされている。

このように、天板部７８の内表面と、永久磁石３１端面との間に隙間が設けられているため、永久磁石３１の軸方向端部３１ａ、３１ｂと天板部７８の内表面との間に冷媒Ａが嵌りこみ易くなっている。これにより、永久磁石３１の軸方向端部３１ａ，３１ｂが冷却される。なお、隣り合う永久磁石３１間には、隙間が規定されており、この隙間を通して冷媒Ａが永久磁石３１の軸方向端部３１ａ，３１ｂの周囲を回り込む。

さらに、排出孔４４は、各永久磁石３１に対して、径方向内方に位置している。このため、ロータ１０が回転している際に、少量の冷媒Ａが冷媒通路４３内に供給されると、供給された冷媒Ａは遠心力によって、エンドプレート２９の周壁部７９の内周面２９ａに押し付けられる。このため、永久磁石３１より径方向内方に位置する排出孔４４から冷媒Ａが排出され難くなっている。これにより、冷媒Ａが冷媒通路４３内に滞留しやすく、永久磁石３１を直接冷却することができる。

なお、上記のように、冷媒Ａが冷媒通路４３内に溜まることで、エンドプレート２９や、ロータコア２０自体をも冷却することができる。

図４は、本実施の形態に係る回転電機１００の変形例を示す断面図である。この図４に示すように、永久磁石３１の軸方向端部３１ａ，３１ｂは、磁石収容孔２４内に位置している。そして、永久磁石３１の軸方向端面３１ａ，３１ｂと、磁石収容孔２４を規定する内周面とによって、凹部状の冷媒滞留領域Ｒが規定されている。

このため、この図４に示す例においても、ロータ１０の回転中に少量の冷媒Ａが供給されると、冷媒Ａは、径方向外方側に進み、上側の冷媒滞留領域Ｒ内に入り込む。この際、永久磁石３１の軸方向端部３１ａ，３１ｂの上端面は、樹脂２６から露出しており、冷媒Ａは、各永久磁石３１の軸方向端部３１ａ，３１ｂの上端面を冷却する。

さらに、一旦、凹部状の冷媒滞留領域Ｒ内に入り込んだ冷媒Ａは、冷媒滞留領域Ｒから抜け出し難く、供給される冷媒Ａの供給量が少なくとも、良好に永久磁石３１を冷却することができる。

図５は、冷媒通路４３の変形例を示す断面図である。この図５に示すように、冷媒通路４３を環状に形成してもよい。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。さらに、上記数値などは、例示であり、上記数値および範囲にかぎられない。

本発明は、回転電機に適用することができ、特に、車両に搭載される回転電機に好適である。

この発明の実施の形態における回転電機を示す断面図である。 図１に示すロータの一部を拡大視した拡大断面図である。 図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。 本実施の形態に係る回転電機の変形例を示す断面図である。 冷媒通路の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１０ ロータ、２０ ロータコア、２９ エンドプレート、２９ａ 内周面、３１ｃ 側面、３１ 永久磁石、３１ａ，３１ｂ 軸方向端部、４０ 磁石冷却通路、５５ ステータコア、Ｒ 媒滞留領域。

Claims (4)

1. 回転可能に設けられた回転軸と、
   前記回転軸に固設されたコア体および前記コア体に埋設されると共に少なくとも一部が前記コア体から露出する永久磁石を含む回転子と、
   前記回転子の軸方向端面に設けられたエンドプレートと、
   前記回転軸に形成され、冷媒が流通可能な第１冷媒通路と、
   前記第１冷媒通路に連設すると共に、前記エンドプレートに形成され、前記冷媒が流通可能な第２冷媒通路とを備え、
   前記永久磁石のうち、前記コア体から露出する部分は、前記第２冷媒通路内に位置し、
   前記永久磁石のうち前記コア体から露出する部分の少なくとも一部に前記冷媒を滞留させる冷媒滞留部が、前記第２冷媒通路内に設けられた、回転電機。
2. 回転可能に設けられた回転軸と、
   前記回転軸に固設されたコア体および前記コア体に埋設されると共に少なくとも一部が前記コア体から露出する永久磁石を含む回転子と、
   前記回転子の軸方向端面に設けられたエンドプレートと、
   前記回転軸に形成され、冷媒が流通可能な第１冷媒通路と、
   前記第１冷媒流通路に連通すると共に、前記エンドプレートに形成され、前記冷媒が流通可能な第２冷媒通路とを備え、
   前記エンドプレートは、前記回転軸に固設され、前記永久磁石に対して前記回転軸の軸方向に離れ、前記永久磁石を覆うように延びる天板部と、前記天板部の外周縁部から前記回転子の軸方向端面に向けて垂下するように形成された周壁部とを含み、
   前記永久磁石は、前記コア体の軸方向端面から前記第２冷媒通路内に向けて突出し、
   前記永久磁石のうち、前記コア体から突出する部分の外周面と、前記周壁部の内周面との間に規定された冷媒滞留部を有する、回転電機。
3. 前記天板部に形成され、前記第２冷媒流通に連通し、前記冷媒を外部に排出可能な排出孔をさらに備え、
   前記排出孔は、前記永久磁石に対して、前記回転子の径方向内方側に位置する、請求項２に記載の回転電機。
4. 前記永久磁石の軸方向端面は、前記エンドプレートの内表面から離れた、請求項２または請求項３に記載の回転電機。

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