JP7183087B2 - 回転電機 - Google Patents
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Description
このような中、回転子を冷却するための様々な構造の回転電機が検討されている。
固定子鉄心およびコイルを有する固定子と、中心軸線と、第1端面と、前記中心軸線に平行な方向において前記第1端面とは反対側の第2端面と、それぞれ前記第1端面から前記第2端面まで貫通した複数の埋め込み孔と、を有する回転子鉄心と、複数の永久磁石と、前記第1端面と対向した第1エンドプレートと、前記第2端面と対向した第2エンドプレートと、を有し、前記中心軸線の回りで前記固定子に対して回転自在に設けられた回転子と、を備え、各々の前記埋め込み孔は、前記複数の永久磁石のうち対応する永久磁石が装填された装填領域と、前記埋め込み孔の全長にわたって延在し前記装填領域から連続して設けられ前記永久磁石を露出させる外周側空隙領域と、前記埋め込み孔の全長にわたって延在し前記装填領域から連続して設けられ前記永久磁石を露出させる内周側空隙領域と、を含み、前記第1エンドプレートは、それぞれ1つ若しくは複数の前記外周側空隙領域並びに1つ若しくは複数の前記内周側空隙領域を覆い前記第1端面との間に空気を案内する空間を形成する1つ又は複数の第1ガイド溝を有し、前記第2エンドプレートは、前記第1エンドプレートが覆った全ての前記外周側空隙領域及び全ての前記内周側空隙領域を露出させている。
まず、実施例1に係る回転電機1について説明する。図1は、本実施例1に係る回転電機1を示す断面図である。図2は、図1の回転子14を線II-IIに沿って示す断面図である。図2において、回転子鉄心24及び永久磁石26は端面を示し、回転軸22及び第1エンドプレート2は断面を示している。
ハウジング6は、略円筒状の内周面6aを有している。固定子12は、ハウジング6に固定されている。
回転子鉄心24は、磁性材、例えば、多数枚の円環状の電磁鋼板24aを有している。回転子鉄心24は、同心状の複数の電磁鋼板24aを中心軸線Cに平行な方向に積層した積層体として構成されている。回転子鉄心24は、複数の埋め込み孔34を有している。例えば、埋め込み孔34は、プレス加工が施された複数の電磁鋼板24aを積層することにより形成されている。
回転子14の半径方向において、第1エンドプレート2の外周縁2aは、埋め込み孔34の全体を越えて位置している。さらに、第1エンドプレート2の外周縁2aは、回転子14の半径方向において、回転子鉄心24の外周縁24bの手前に位置していたり、回転子鉄心24の外周縁24bと同一円周面上に位置していたり、した方が望ましい。何れにおいても、第1エンドプレート2に第1ガイド溝G1を形成することができればよい。
次に、外周側空隙領域34cの内部及び内周側空隙領域34bの内部に空気の流れを形成するための手段及び手法について説明する。
回転子14が回転すると、回転子14の表面に空気の流れが発生する。外周側空隙領域34cの周りと内周側空隙領域34bの周りに圧力が生じる。外周側空隙領域34cの位置における旋回速度は、内周側空隙領域34bの位置における旋回速度を超える。そのため、第2端面24s2側において、外周側空隙領域34cの周りでの空気の流速と、内周側空隙領域34bの周りでの空気の流速とに差が生じる。上記のことから、第2端面24s2側において、外周側空隙領域34cの周りと内周側空隙領域34bの周りとの間に圧力差が生じるものである。
ΔP1=ρ(Ro2-Ri2)ω2/2 ・・・(式1)
次に、図1に示した回転子14の変形例について説明する。図3は、図1に示した回転子14の変形例を示す断面図である。
図3に示すように、変形例において、第2エンドプレート5の形状に関して上記実施例1と相違している。第2エンドプレート5は、上記実施例1の第2エンドプレート5より大きい外径を有している。回転子14の半径方向において、第2エンドプレート5の外周縁5aは、埋め込み孔34の全体(外周側空隙領域34cの全体)を越えて位置している。さらに、第2エンドプレート5の外周縁5aは、回転子14の半径方向において、回転子鉄心24の外周縁24bの手前に位置していたり、回転子鉄心24の外周縁24bと同一円周面上に位置していたり、した方が望ましい。何れにおいても、第2エンドプレート5に第2貫通部h2を形成することができればよい。
第2エンドプレート5は、複数の第2貫通部h2を有している。複数の第2貫通部h2は、第1エンドプレート2が覆った全ての外周側空隙領域34c及び全ての内周側空隙領域34bに一対一でつながっている。各々の第2貫通部h2は、外周側空隙領域34c又は内周側空隙領域34bを露出させている。
(実施例2)
次に、実施例2に係る回転電機1について説明する。図4は、本実施例2に係る回転電機1の回転子14を示す断面図である。図4において、回転子鉄心24及び永久磁石26は端面を示し、回転軸22及び第1エンドプレート2は断面を示している。
又は、複数の第1ガイド溝G1の1以上は、周方向に隣合う複数の外周側空隙領域34c及び1つの内周側空隙領域34bを覆っていてもよい。その場合、複数の第1ガイド溝G1の残りは、1つの外周側空隙領域34c及び周方向に隣合う複数の内周側空隙領域34bを覆っている。
なお、実施例2の回転電機1は、変形例の第2エンドプレート5を備えていてもよい。
次に、実施例3に係る回転電機1について説明する。図5は、本実施例3に係る回転電機1の回転子14を示す断面図である。図5において、回転子鉄心24及び永久磁石26は端面を示し、回転軸22及び第1エンドプレート2は断面を示している。図6は、図5の回転子14を線VI-VIに沿って示す断面図である。
回転子鉄心24は、複数の第1空隙孔30を有している。第1空隙孔30は、中心軸線Cに平行な方向に延在し、第1端面24s1から第2端面24s2まで回転子鉄心24を貫通している。第1空隙孔30は、複数の内周側空隙領域34bより内周側に位置している。
各々の第1ガイド溝G1は、一対の第1領域A1と、第2領域A2と、第2領域A2につながり第1空隙孔30を覆った第3領域A3と、を有している。例えば、第3領域A3は、第1空隙孔30と対向する領域から第2領域A2まで半径方向に延在している。各々の第1ガイド溝G1は、外周側空隙領域34c、内周側空隙領域34b、及び第1空隙孔30をまとめて覆うことができる。なお、第2エンドプレート5は、複数の第1空隙孔30をさらに露出させている。
次に、実施例4に係る回転電機1について説明する。図7は、本実施例4に係る回転電機1の回転子14を示す断面図である。図7において、回転子鉄心24及び永久磁石26は端面を示し、回転軸22及び第1エンドプレート2は断面を示している。
図7に示すように、実施例4の回転電機1は、回転子鉄心24及び第1ガイド溝G1の構成に関して、上記実施例3と相違している。
各々の第1ガイド溝G1は、一対の第1領域A1と、第2領域A2と、第3領域A3と、を有している。第2領域A2は、第2空隙孔40を覆っている。本実施例4では、回転子鉄心24の半径方向において、第2領域A2の長さは、第1領域A1の長さと実質的に同一である。各々の第1ガイド溝G1は、外周側空隙領域34c、内周側空隙領域34b、第1空隙孔30、及び第2空隙孔40をまとめて覆うことができる。なお、第2エンドプレート5は、複数の第2空隙孔40をさらに露出させている。
次に、実施例5に係る回転電機1について説明する。図8は、本実施例5に係る回転電機1の回転子14を示す断面図である。図9は、図8の回転子14を線IX-IXに沿って示す断面図である。図9において、回転子鉄心24及び永久磁石26は一端面を示し、回転軸22及び第1エンドプレート2は断面を示している。図10は、図8の回転子14を線X-Xに沿って示す断面図である。図10において、回転子鉄心24及び永久磁石26は他端面を示し、回転軸22及び第2エンドプレート5は断面を示している。
図8乃至図10に示すように、実施例5の回転電機1は、第1エンドプレート2及び第2エンドプレート5の構成に関して、上記実施例1と相違している。
次に、実施例6に係る回転電機1について説明する。図11は、本実施例6に係る回転電機1の回転子14を示す断面図である。図11において、回転子鉄心24及び永久磁石26は一端面を示し、回転軸22及び第1エンドプレート2は断面を示している。図12は、本実施例6に係る回転電機1の回転子14を示す他の断面図である。図12において、回転子鉄心24及び永久磁石26は他端面を示し、回転軸22及び第2エンドプレート5は断面を示している。
図11及び図12に示すように、実施例6の回転電機1は、第1エンドプレート2及び第2エンドプレート5の構成に関して、上記実施例5と相違している。第1エンドプレート2が覆った外周側空隙領域34cの総数と、第2エンドプレートが覆った外周側空隙領域34cの総数と、は互いに異なっている。本実施例6において、第1エンドプレート2に形成された第1ガイド溝G1の個数と、第2エンドプレート5に形成された第2ガイド溝G2の個数とは、互いに異なっている。
次に、実施例7に係る回転電機1について説明する。図13は、本実施例7に係る回転電機1の回転子14を示す断面図である。
図13に示すように、実施例7の回転電機1は、第2エンドプレート5の構成に関して、上記変形例と相違している。
なお、実施例7の回転電機1に、上述した実施例1乃至6の技術を組合せてもよい。
次に、実施例8に係る回転電機1について説明する。図14は、本実施例8に係る回転電機1の回転子14を示す断面図である。
図14に示すように、実施例8の回転電機1は、第1エンドプレート2の構成に関して、上記実施例1と相違している。
又は、第1ガイド溝G1は、底面S1と、底面S1につながった内周側側面S2と、外周側側面S3と、底面S1につながった第2内周側端辺S5a及び外周側側面S3につながった第2外周側端辺S5bを含む第2傾斜面S5と、を有していてもよい。
本実施例8の技術は、第2ガイド溝G2に適用してもよい。また、実施例8の回転電機1に、上述した実施例2乃至7の技術を組合せてもよい。
本発明の実施形態を説明したが、上記の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記の新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記の実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
図2に示すように、第1ガイド溝G1が覆う最内周側の孔部が内周側空隙領域34bであり、第1ガイド溝G1が覆う最外周側の孔部が外周側空隙領域34cである場合、内周側側面S2は内周側空隙領域34bより内周縁2c側にオフセットし、外周側側面S3は外周側空隙領域34cより外周縁2a側にオフセットしている。但し、内周側側面S2は内周側空隙領域34bのうち内周縁2c側の端に位置していてもよく、外周側側面S3は外周側空隙領域34cのうち外周縁2a側の端に位置していてもよい。
図7に示すように、第1ガイド溝G1が覆う最外周側の孔部が第2空隙孔40である場合、外周側側面S3は第2空隙孔40より外周縁2a側にオフセットしている。但し、外周側側面S3は第2空隙孔40のうち外周縁2a側の端に位置していてもよい。
24…回転子鉄心、24b…外周縁、24s1…第1端面、24s2…第2端面、
26…永久磁石、34…埋め込み孔、34a…装填領域、34b…内周側空隙領域、
34c…外周側空隙領域、30…第1空隙孔、40…第2空隙孔、
2…第1エンドプレート、2a…外周縁、2b…第1対向部、G1…第1ガイド溝、
S1…底面、S2…内周側側面、S3…外周側側面、S4…第1傾斜面、S5…第2傾斜面、S4a…第1内周側端辺、S4b…第1外周側端辺、S5a…第2内周側端辺、
S5b…第2外周側端辺、h1…第1貫通部、5…第2エンドプレート、5a…外周縁、
5b…第2対向部、G2…第2ガイド溝、h2…第2貫通部、8,9…軸受、
C…中心軸線、ΔP1,ΔP2,ΔP3…圧力差、Ro…第1距離、Ri…第2距離、
Rt1…第3距離、Rt2…第4距離。
Claims (8)
- 固定子鉄心およびコイルを有する固定子と、
中心軸線と、第1端面と、前記中心軸線に平行な方向において前記第1端面とは反対側の第2端面と、それぞれ前記第1端面から前記第2端面まで貫通した複数の埋め込み孔と、を有する回転子鉄心と、複数の永久磁石と、前記第1端面と対向した第1エンドプレートと、前記第2端面と対向した第2エンドプレートと、を有し、前記中心軸線の回りで前記固定子に対して回転自在に設けられた回転子と、を備え、
各々の前記埋め込み孔は、前記複数の永久磁石のうち対応する永久磁石が装填された装填領域と、前記埋め込み孔の全長にわたって延在し前記装填領域から連続して設けられ前記永久磁石を露出させる外周側空隙領域と、前記埋め込み孔の全長にわたって延在し前記装填領域から連続して設けられ前記永久磁石を露出させる内周側空隙領域と、を含み、
前記第1エンドプレートは、それぞれ1つ若しくは複数の前記外周側空隙領域並びに1つ若しくは複数の前記内周側空隙領域を覆い前記第1端面との間に空気を案内する空間を形成する1つ又は複数の第1ガイド溝を有し、
前記第2エンドプレートは、前記第1エンドプレートが覆った全ての前記外周側空隙領域及び全ての前記内周側空隙領域を露出させている、
回転電機。 - 前記回転子鉄心の半径方向において、前記中心軸線から各々の前記外周側空隙領域までの第1距離は同一であり、前記中心軸線から各々の前記内周側空隙領域までの第2距離は同一であり、
各々の前記第1ガイド溝は、前記回転子鉄心の周方向に隣合う複数の外周側空隙領域及び前記周方向に隣合う複数の内周側空隙領域を覆い、又は、
前記複数の第1ガイド溝の1以上は前記周方向に隣合う複数の外周側空隙領域及び前記1つの内周側空隙領域を覆い、前記複数の第1ガイド溝の残りは前記1つの外周側空隙領域及び前記周方向に隣合う複数の内周側空隙領域を覆っている、
請求項1に記載の回転電機。 - 前記回転子鉄心は、それぞれ、前記複数の内周側空隙領域より内周側に位置し前記第1端面から前記第2端面まで貫通した複数の第1空隙孔をさらに有し、
前記複数の第1ガイド溝のうち1以上の第1ガイド溝は、それぞれ、少なくとも1つの前記第1空隙孔をさらに覆っている、
請求項1又は2に記載の回転電機。 - 前記回転子鉄心は、それぞれ、前記複数の内周側空隙領域より外周側に位置し前記第1端面から前記第2端面まで貫通した複数の第2空隙孔をさらに有し、
前記複数の第1ガイド溝のうち1以上の第1ガイド溝は、それぞれ、少なくとも1つの前記第2空隙孔をさらに覆っている、
請求項1乃至3の何れか1項に記載の回転電機。 - 前記第1エンドプレートは、前記第1端面と対向し全ての前記第1ガイド溝を含む第1対向部と、前記回転子鉄心の周方向に前記全ての第1ガイド溝とともに間隔を置いて並べられた1つ又は複数の第1貫通部と、を有し、
前記第2エンドプレートは、それぞれ1つ若しくは複数の前記外周側空隙領域並びに1つ若しくは複数の前記内周側空隙領域を覆い前記第2端面との間に空気を案内する空間を形成する1つ又は複数の第2ガイド溝を含み前記第2端面と対向した第2対向部と、前記周方向に前記全ての第2ガイド溝とともに間隔を置いて並べられた1つ又は複数の第2貫通部と、を有し、
前記1つ又は複数の第1貫通部は、前記第2エンドプレートが覆った全ての前記外周側空隙領域及び全ての前記内周側空隙領域を露出させ、
前記1つ又は複数の第2貫通部は、前記第1エンドプレートが覆った全ての前記外周側空隙領域及び全ての前記内周側空隙領域を露出させている、
請求項1に記載の回転電機。 - 前記第1エンドプレートが覆った前記外周側空隙領域の総数と、前記第2エンドプレートが覆った前記外周側空隙領域の総数と、は互いに異なる、
請求項5に記載の回転電機。 - 前記第2エンドプレートは、前記第1エンドプレートが覆った全ての前記外周側空隙領域及び全ての前記内周側空隙領域に一対一でつながった複数の第2貫通部を有し、
各々の前記第2貫通部は、前記外周側空隙領域又は前記内周側空隙領域を露出させ前記回転子鉄心に向かって孔径が小さくなるテーパ孔である、
請求項1に記載の回転電機。 - 前記第1ガイド溝は、底面と、内周側側面と、外周側側面と、前記内周側側面につながった第1内周側端辺及び前記底面につながった第1外周側端辺を含む第1傾斜面と、前記底面につながった第2内周側端辺及び前記外周側側面につながった第2外周側端辺を含む第2傾斜面と、を有し、又は、
前記第1ガイド溝は、底面と、内周側側面と、前記底面につながった外周側側面と、前記内周側側面につながった第1内周側端辺及び前記底面につながった第1外周側端辺を含む第1傾斜面と、を有し、又は、
前記第1ガイド溝は、底面と、前記底面につながった内周側側面と、外周側側面と、前記底面につながった第2内周側端辺及び前記外周側側面につながった第2外周側端辺を含む第2傾斜面と、を有する、
請求項1に記載の回転電機。
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