JP6934977B1 - 回転電機 - Google Patents
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Abstract
Description
なお、端板を介した放熱方法を採用した場合、ステンレス製の端板に磁石を近接配置させることで熱伝導性を向上させることはできるが、端板には渦電流が発生するため、モータ動作の効率が低下するという問題があった。
特許文献3には、回転子の両端に配置された端板にそれぞれファンが形成され、ファンによって生じる気流が回転子と固定子との間に軸に沿って送られる技術が開示されている。しかし、永久磁石は冷却媒体に直接的に接することがなく、回転子の冷却性が限定的な構成であった。
本願の実施の形態1による回転電機について、図1から図5を用いて説明する。図1は回転子10の軸方向に沿った断面図である。図2は図1のA−A線に沿った軸方向に垂直な断面を矢印方向から観察した矢視図である。図3(a)および図3(b)は、回転子鉄心2に収容された永久磁石5の収容状態を示す平面図である。図4は溝部4が穿たれた端板3の斜視図である。図5は、回転子10の軸方向に沿った要部拡大断面図であり、溝部4によって構成される冷媒流路を冷却媒体が通過する状態を示している。
回転子鉄心2の内部には軸方向に沿って永久磁石5が収容されている。例えば永久磁石5は長方形の端面が軸方向に延在する形状、つまり直方体に形成されるが、端面形状は様々に変形させることができ、側面部を曲線的に形成することも可能であることは言うまでもない。
この端板3は溝部4の開口によって一部の厚みが小さくなっているが、上述したように平面形状を従来と同様(回転子鉄心2の端面を覆う形状)に保つことができ、軸方向における厚みを大幅に増すことなく、端板3自体の剛性(強度)を確保することが可能となっている。
放熱用貫通孔50は、図1には示されていないが、例えば図1の永久磁石5の手前側および奥行側に開口されており、永久磁石5の一方向に長い端面形状の長手方向の両端部に配設されている。
図2の溝部4の平面形状は、例えば径方向内側から径方向外側に開口幅が広がる扇型に近似することができ、溝部4のU字型またはV字型の輪郭に沿って、その輪郭の内側に複数(例えば3個)の永久磁石5が間隔をあけて配設されている。
なお、ファン形成部4aの形状については、ファン機能の向上のために、圧力がかかる面部を適切な曲面形状に成形するなどの調整が可能であることは言うまでもない。
さらに、図2、図4等に示すように、端板3の内周面には径方向内側に突き出した突起状の回り止め部3aが形成され、この回り止め部3aをシャフト1に嵌合させることで端板3の周方向へ移動を規制している。
また、図1、図5等に示すように、押さえプレート7が端板3の軸方向外側の端面に接して配置され、シャフト1に強く圧入されることによって固定されている。この押さえプレート7は、例えばシャフト1と共通の材質よりなる鉄系材料で構成することができ、その場合、シャフト1と押さえプレート7との間で熱膨張率に差が無くなり、モータの動作時における温度変化に対して歪等を生じ難いという効果が得られる。
ここで、端板3を鉄系材料で構成した場合には鉄損の増加が懸念されるが、端板3に設けられた溝部4によって端板3と永久磁石5の間に隙間が生じるため、渦損低減の顕著な効果が得られ、鉄損増加の影響を補うことができる。
上述の実施の形態1においては、回転子10の軸方向の少なくとも一端に端板3を配設し、端板3に浅く設けた溝部4を回転子鉄心2に開口した冷却媒体流路となる開口部に連通させて冷却性を向上させることについて説明した。この実施の形態2では、回転子10の軸方向の一端と他端とで端板の構成を異ならせることで、冷却媒体の流れる方向を規制し、冷却性をより一層向上させることについて説明する。
この回転子10は、回転子鉄心2の上下の端面に、互いに異なる冷却媒体流路を持つ端板30、31を配設した点に特徴がある。図6の例では、冷却媒体は、端板30の溝部4から径方向内側に吸気され、回転子鉄心2内の冷却媒体流路(軸方向貫通部6を例示)を軸方向下向きに通過して、端板31の溝部4から径方向外側に排出されるとともに、追加的に開口された開口部31aから軸方向下向きに排出されることを模式的に表している。
また、図7に溝部4の一つの輪郭を破線で示したように、開口部31aと溝部4とは軸方向に重なっており、互いに連通している。ここで、開口部31aと永久磁石5の端面とが軸方向に重ならない配置とすることにより、永久磁石5の端面を端板31にて覆うことができ、永久磁石5の飛散防止の効果が得られる。
また、回転子鉄心2の一方の端面にのみ溝部4を設けた端板30を配置し、他方の端面には端板を設けない(端板を省略した)構成とするなどの方法がある。この場合、端板作成に要する部材費用等の削減が可能となり、また、軸方向における回転電機の小型化に有効である。
また、回転子鉄心2の他方の端面への端板の配置自体を省略するのではなく、他方の端面には溝部4の形成を省略した基本構造の端板を配設し、放熱用貫通孔50、軸方向貫通部6等の流路の内部に冷却媒体が流れるように、基本構造の端板に、放熱用貫通孔50、軸方向貫通部6等に連通する開口部を設ける構成とすることも有効である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。
Claims (11)
- 固定子と回転子とを備え、
上記回転子は、シャフトに固定された回転子鉄心、上記回転子鉄心に軸方向に沿って収容された磁石、上記回転子鉄心の軸方向の端面に接して配置された端板を有し、
上記回転子鉄心には、軸方向に貫通する放熱用貫通孔が設けられ、
上記端板には、上記回転子鉄心の上記端面と接する側の面に、軸方向に掘り下げられ、径方向外側に開放された溝部が、径方向において上記放熱用貫通孔に重なる位置から上記端板の外周端にかけて設けられ、
上記磁石の軸方向の端面が上記溝部に露出されると共に、上記磁石の一方向に長い端面形状の長手方向の両端部に上記放熱用貫通孔が配設され、上記磁石の軸方向に沿った側面部が上記放熱用貫通孔に露出され、上記溝部と上記放熱用貫通孔が連通されてなる流路に冷却媒体の気体が流されることを特徴とする回転電機。 - 上記端板は、上記溝部が複数、周方向に設けられると共に、隣り合う上記溝部に挟まれたファン形成部を有し、上記ファン形成部は、上記回転子の正転時、冷却媒体を上記溝部から径方向外側に流す形状に設けられたことを特徴とする請求項1記載の回転電機。
- 上記溝部の平面形状は、径方向内側から径方向外側に開口幅が広がる扇型であり、複数の上記磁石は、上記扇型の輪郭に沿って、上記輪郭の内側に互いに間隔をあけて配設されたことを特徴とする請求項1または請求項2記載の回転電機。
- 上記磁石は上記回転子鉄心に開口された収容孔に収容され、上記回転子鉄心の上記収容孔に連通する上記放熱用貫通孔には、上記磁石の側面部に接する突起部が配設されたことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載の回転電機。
- 上記磁石の軸方向に沿った一つの側面部が上記収容孔に露出されたことを特徴とする請求項4記載の回転電機。
- 上記回転子鉄心には、上記磁石および上記放熱用貫通孔と接しない位置において軸方向に貫通する軸方向貫通部が設けられ、上記軸方向貫通部は上記溝部に連通されたことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項記載の回転電機。
- 上記軸方向貫通部は、上記磁石の一方向に長い端面形状の長手方向の面部に対向する位置に開口されていることを特徴とする請求項6記載の回転電機。
- 上記回転子は、上記回転子鉄心の軸方向の他方の端面に接して配置された別の端板を有し、上記別の端板には、上記放熱用貫通孔に連通する開口部が設けられていることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項記載の回転電機。
- 上記回転子は、上記回転子鉄心の軸方向の他方の端面に接して配置された別の端板を有し、上記別の端板には、上記回転子鉄心の他方の上記端面と接する側の面部に、軸方向に掘り下げられ、径方向外側に開放された別の溝部が設けられ、
上記端板の上記溝部と上記別の端板の上記別の溝部は異なる形状または異なる大きさに形成されたことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項記載の回転電機。 - 上記端板は押さえプレートにより上記シャフトに固定され、上記端板は非磁性の材料で構成され、上記押さえプレートは鉄系材料で構成されたことを特徴とする請求項1から9のいずれか一項記載の回転電機。
- 上記磁石は、上記回転子鉄心に接着剤により固定されていることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項記載の回転電機。
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