JPWO2016002867A1 - 回転電機 - Google Patents
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Abstract
Description
実施の形態1.
図1は、本発明を実施するための実施の形態1に係る回転電機1の上半面の側断面図である。図1において、回転電機1は、円環状の固定子31と、固定子31の内側に配置され、固定子31に対して回転可能な回転子40とを備えている。
図5の前提条件として、第1の冷却流路134の冷媒の入口と第3の冷却流路136の冷媒の出口との圧力差を一定としている。このため、第2の冷却流路135における圧力損失の増加によって、第1の冷却流路134における冷媒の流速が減少する。この結果、回転子全体における冷媒の平均流速が減少する。
ここで、次式に熱コンダクタンスと冷媒の流速の関係を示す。
図5では、冷媒が空気と仮定し、ρ=1.2[kg/m3]、ν=0.0000154[m2/s]、Nu=4.36、λ=0.0261[W/(mK)]とおいて計算した。
κ=0%の場合では、第1の回転子鉄心34の温度よりも第2の回転子鉄心35の温度が高い。一方、κ>0%の場合では、κ=0%と比べて第2の回転子鉄心35の温度が低下する。このため、第1の回転子鉄心34の温度が第2の回転子鉄心35の温度よりも高くなるようなκが存在する。さらにκを増加させると、第1の回転子鉄心34の温度よりも第2の回転子鉄心35の温度が低下する。これは、第1の回転子鉄心34の冷却性能よりも第2の回転子鉄心35の冷却性能が向上したことを示している。
なお、上述の図5、図6は、それぞれLa:Lb:Lc=1:1:1の場合における熱コンダクタンス特性図、温度特性図であり、図7の曲線Aの場合に対応している。
以上の結果から、曲線A,B,Cの関係は図7のような大小関係になる。
図8は、本発明を実施するための実施の形態2に係る回転子鉄心の断面図である。図8において、本実施の形態に係る回転電機1の構成は、以下に述べる点で、実施の形態1と異なる。第2の冷却流路135の断面形状は、第1の冷却流路134の断面形状および第3の冷却流路136の断面形状と同様に四辺形形状を有している。そして、四辺形形状の4つの隅部における各2辺は、円弧状に滑らかに接続されている。また、第1の冷却流路134の断面形状、第2の冷却流路135の断面形状および第3の冷却流路136の断面形状は、回転子40の周方向に配置された永久磁石42間の周方向における中間点43(図3における回転子40の外周上の点)と中間点43から回転子40の軸に直交する点とを結ぶ線を基準線44とした場合に、基準線44と長辺方向とが平行に形成された四辺形形状となっている。ここで、永久磁石42による界磁磁束が固定子31の多相巻線33に鎖交することによって生じる誘起電圧と同位相の電流をq軸電流、q軸電流に対して90度位相が遅れた電流をd軸電流と呼ぶ。また、図8に示すq軸磁路81は、q軸電流で発生する磁界による磁束が通る磁路であり、永久磁石42間の周方向における中間点43におけるq軸磁路の方向は、基準線44に沿っている。そのため四辺形形状の長辺方向は、q軸磁路81に沿っている。
図9は、本発明を実施するための実施の形態3に係る回転子鉄心における第2の冷却流路135aの断面図である。図9において、本実施の形態に係る回転電機1の構成は、以下に述べる点で、実施の形態2と異なる。第2の冷却流路135aの断面形状は、基準線44に沿って左右に分割された四辺形のスリット状になっている。そして、基準線44に沿って平行な鉄心部分45が、これらのスリット135a−1、135a−2を中央部で分割している。また、第1の冷却流路134の断面形状および第3の冷却流路136の断面形状は、図示されていないが、第2の冷却流路135aの断面形状から鉄心部分45を除いた形状である。このため、第2の冷却流路135aの断面積は、第1の冷却流路134の断面形状および第3の冷却流路136の断面形状よりも鉄心部分45の断面積の分だけ減少している。なお、スリット135a−1、135a−2における四辺形形状の4つの隅部では、各2辺が円弧状に滑らかに接続されている。そして、スリット135a−1、135a−2における四辺形形状の長辺方向は、q軸磁路(図示せず)に沿っている。
図10は、本発明を実施するための実施の形態4に係る回転子鉄心における第2の冷却流路135bの断面図である。図10において、本実施の形態に係る回転電機1の構成は、以下に述べる点で、実施の形態2と異なる。第2の冷却流路135bの内面は、複数の突起46を有している。第1の冷却流路134の断面形状および第3の冷却流路136の断面形状は、図示していないが、第2の冷却流路135bの内面から複数の突起46を除いた形状である。このため、第2の冷却流路135bの断面積は、第1の冷却流路134の断面形状および第3の冷却流路136の断面形状よりも複数の突起46の分だけ減少している。なお、四辺形形状の4つの隅部では、各2辺が円弧状に滑らかに接続されている。そして、四辺形形状の長辺方向は、q軸磁路(図示せず)に沿っている。
図11は、本発明を実施するための実施の形態5に係る回転子の斜視図である。図11において、本実施の形態に係る回転電機1の構成は、以下に述べる点で、実施の形態1と異なる。回転子40は、実施の形態1の第1の回転子鉄心34、第2の回転子鉄心35および第3の回転子鉄心36に代えて、第4の回転子鉄心63、第5の回転子鉄心64および第6の回転子鉄心65を備えている。
図13は、本発明を実施するための実施の形態6に係る回転子鉄心の要部を構成する側断面図である。図13において、本実施の形態に係る回転電機1の構成は、以下に述べる点で、実施の形態5と異なる。第4の回転子鉄心63の第4の冷却流路163および第6の回転子鉄心65の第6の冷却流路165は、冷媒の上流から下流に向かうにつれて、外周側に向かって回転子40の中心軸方向に対し傾斜している。そして、第4の冷却流路163および第6の冷却流路165は、第5の回転子鉄心64の第5の冷却流路164における冷媒の上流端および下流端でつながっている。すなわち、第4の冷却流路163の冷媒が流れる方向の下流端における径方向位置が、第4の冷却流路163の冷媒が流れる方向の上流端における径方向位置よりも外周側にある。そして、第6の冷却流路165の冷媒が流れる方向の下流端における径方向位置が、第6の冷却流路165の冷媒が流れる方向の上流端における径方向位置よりも外周側にある。また、第5の冷却流路164の断面積は、第4の冷却流路163の断面積および第6の冷却流路165の断面積よりも小さい。
Claims (6)
- 固定子鉄心およびこの固定子鉄心に巻回された多層巻線を有する固定子と、
前記固定子鉄心に対向させて配置された回転子鉄心を有し前記固定子に対し回転自在に支持された回転子とを備え、
前記回転子鉄心は、永久磁石と前記回転子の中心軸方向に貫通し前記回転子の中心軸方向に順に並んで第1の冷却流路、第2の冷却流路および第3の冷却流路とを有し、
前記回転子の中心軸方向に垂直な前記第2の冷却流路の断面積は、前記回転子の中心軸方向に垂直な前記第1の冷却流路の断面積および前記第3の冷却流路の断面積よりも小さく、
前記第1の冷却流路の断面積および前記第3の冷却流路の断面積が等しく、
前記第2の冷却流路の中心軸方向の長さは、前記第1の冷却流路の中心軸方向の長さと前記第3の冷却流路の中心軸方向の長さとを合わせた長さの0.2倍以上、かつ2倍以下であり、
前記第1の冷却流路の断面積をSa、前記第2の冷却流路の断面積をSb、および前記Saに対する前記Sbの減少率をκ=(Sa―Sb)/(Sa)とした場合に、
前記κが0.02≦κ≦0.09の関係にあることを特徴とする回転電機。 - 前記回転子の中心軸方向に垂直な前記第1の冷却流路の断面形状、前記第2の冷却流路の断面形状および前記第3の冷却流路の断面形状は、前記回転子の周方向に配置された前記永久磁石間の前記周方向における中間点と前記中間点から前記回転子の軸に直交する点とを結ぶ線を基準線とした場合に、前記基準線と長辺方向とが平行に形成された四辺形形状であることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。
- 前記回転子の中心軸方向に垂直な前記第2の冷却流路の断面形状は、前記基準線に対して左右に分割された四辺形形状であることを特徴とする請求項2に記載の回転電機。
- 前記第2の冷却流路の内面は、複数の凹凸を有する形状を有することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の回転電機。
- 前記第2の冷却流路の冷媒が流れる方向の下流端の径方向位置が、前記冷媒が流れる方向の上流端の径方向位置よりも外周側にあることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の回転電機。
- 前記第1の冷却流路の前記冷媒が流れる方向の下流端における径方向位置が、前記第1の冷却流路の前記冷媒が流れる方向の上流端における径方向位置よりも外周側にあり、
前記第3の冷却流路の前記冷媒が流れる方向の下流端における径方向位置が、前記第3の冷却流路の前記冷媒が流れる方向の上流端における径方向位置よりも外周側にあることを特徴とする請求項5に記載の回転電機。
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