JPWO2016186024A1 - 回転電機 - Google Patents

Abstract

この発明は、磁気的空隙部への冷媒の流入を抑えて摩擦熱の発生を抑制し、かつ冷媒が永久磁石に接する構造として永久磁石の冷却性能を高めることができる回転電機を得る。冷媒流路は、磁石収容穴から内周側に離間して回転子鉄心を軸方向に貫通する筒状流路となっている主流路と、磁石収容穴内の永久磁石の内周側に形成され、永久磁石の内周側の面を流路の一部とする磁石冷却流路と、主流路と磁石冷却流路とを連結して回転子鉄心を軸方向に貫通する中継流路と、を備え、第１端板が、主流路の軸方向の一端を開放し、かつ磁石冷却流路および中継流路の軸方向の一端を塞口し、第２端板は、主流路、磁石冷却流路、および中継流路の軸方向の他端を開放し、主流路に軸方向の一端から供給された冷媒が、中継流路を介して磁石冷却流路に流入し、磁石冷却流路内を永久磁石に接しながら流通するように構成されている。

Description

この発明は、永久磁石が埋設された回転子を有する回転電機に関し、特に、永久磁石の冷却構造に関するものである。

従来の回転電機では、Ｖ字形に配置されて周方向に等角ピッチで配設された複数の永久磁石対と、周方向の複数箇所に配置されて軸方向に延びる複数の軸方向冷媒流路と、各軸方向冷媒流路に接続され、回転軸の内側から供給される冷媒を各軸方向冷媒流路に向かって流す複数の内径側接続冷媒流路と、を備え、各軸方向冷媒流路が、各永久磁石対の回転方向の一方側の永久磁石にのみ片寄って配置されていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１８７８３４号公報

特許文献１に記載の従来の回転電機では、軸方向冷媒流がＶ字状に配置された永久磁石対の回転方向の一方側の永久磁石にのみ片寄って配置されているので、軸方向冷媒流がＶ字状に配置された永久磁石対のそれぞれの永久磁石に配置される場合に比べて、永久磁石の冷却性能が低下してしまうという課題があった。さらに、軸方向冷媒流路を流れる冷媒は、永久磁石に接していないので、永久磁石の冷却性能が低下してしまうという課題もあった。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、冷媒が永久磁石に接する構造として永久磁石を効果的に冷却し、永久磁石の冷却性能を高めることができる回転電機を得ることを目的とする。

この発明に係る回転電機は、ハウジングと、上記ハウジングに回転可能に支持された回転軸、上記回転軸に固着されている状態で上記ハウジング内に配設された回転子鉄心、それぞれ上記回転子鉄心を軸方向に貫通している状態で周方向に複数形成された磁石収容穴、上記磁石収容穴のそれぞれに収容された永久磁石、上記永久磁石のそれぞれを冷却する冷媒を流通させる冷媒流路、および上記回転子鉄心の軸方向両端に配設されて上記永久磁石の軸方向への脱落を阻止する第１端板および第２端板を有する回転子と、上記回転子を囲繞するように上記ハウジングに保持された円環状の固定子と、を備えている。上記冷媒流路は、上記磁石収容穴から内周側に離間して形成された、上記回転子鉄心を軸方向に貫通する筒状流路となっている主流路と、上記磁石収容穴に収容された上記永久磁石の内周側に上記永久磁石に沿って形成され、上記回転子鉄心を軸方向に貫通しているとともに、上記永久磁石の内周側の面が流路の一部となっている磁石冷却流路と、上記主流路と上記磁石冷却流路とを連結している状態で上記回転子鉄心を軸方向に貫通している中継流路と、を備え、上記第１端板は、上記回転子鉄心の軸方向の一端に配設され、上記主流路の軸方向の一端を開放し、かつ上記磁石冷却流路と上記中継流路の軸方向の一端を塞口しており、上記第２端板は、上記回転子鉄心の軸方向の他端に配設され、上記主流路、上記磁石冷却流路、および上記中継流路の軸方向の他端を開放しており、上記主流路に軸方向の一端から供給された冷媒が、上記中継流路を介して上記磁石冷却流路に流入し、上記磁石冷却流路内を上記永久磁石に接しながら流通するように構成されている。

この発明によれば、冷媒が永久磁石の内周側の面に接しながら磁石冷却流路内を流れるので、永久磁石を効果的に冷却することができ、永久磁石の冷却性能が高められる。

この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す縦断面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における冷媒の流れを説明する縦断面図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 図３のＣ部拡大図である。 図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子の磁石収容穴周りを負荷側から見た要部平面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における磁石冷却流路の第１変形例を示す要部断面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における磁石冷却流路の第２変形例を示す要部断面図である。 この発明の実施の形態２に係る回転電機における回転子の磁石収容穴周りを反負荷側から見た要部平面図である。 この発明の実施の形態３に係る回転電機における回転子の磁石収容穴周りを反負荷側から見た要部平面図である。 この発明の実施の形態３に係る回転電機における回転子の磁石収容穴周りの磁束の流れを説明する要部平面図である。 この発明の実施の形態４に係る回転電機における流路プレートの主流路周りを示す要部断面図である。 この発明の実施の形態４に係る回転電機における回転子の磁石収容穴周りを負荷側から見た要部平面図である。 この発明の回転電機における回転子鉄心に形成される冷媒流路の第１変形例を示す要部平面図である。 この発明の回転電機における回転子鉄心に形成される冷媒流路の第２変形例を示す要部平面図である。 この発明の回転電機における回転子鉄心に形成される冷媒流路の第３変形例を示す要部平面図である。 この発明の回転電機における回転子鉄心に形成される冷媒流路の第４変形例を示す要部平面図である。 この発明の回転電機における回転子鉄心に形成される冷媒流路の第５変形例を示す要部平面図である。 この発明の回転電機における回転子鉄心に形成される冷媒流路の第６変形例を示す要部平面図である。 この発明の回転電機における回転子鉄心に形成される冷媒流路の第７変形例を示す要部平面図である。 この発明の回転電機における回転子鉄心に形成される冷媒流路の第８変形例を示す要部平面図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る回転電機を示す縦断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における冷媒の流れを説明する縦断面図、図３は図１のＡ−Ａ矢視断面図、図４は図３のＣ部拡大図、図５は図１のＢ−Ｂ矢視断面図、図６はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子の磁石収容穴周りを負荷側から見た要部平面図である。なお、縦断面図とは回転軸の軸心を含む平面における断面図である。また、図２は、冷媒の流れを説明するものであり、一部の構成にのみ符号を付している。

図１において、回転電機は、ハウジング１００と、ハウジング１００内に回転可能に配設された回転子８と、回転子８を囲繞して回転子８と同軸に配置されて、ハウジング１００に保持された円環状の固定子１と、を備えている。ここでは、ハウジング１００は、センターフレーム３と、フロントフレーム５と、リアフレーム７と、に３分割されている。また、固定子１と回転子８との間には、磁気的空隙部が形成されている。

固定子１は、例えば、コイルが巻装された分割鉄心を円環状に配列させ、鉄製の筒状のフレーム２に、圧入や焼き嵌めなどにより、内嵌状態に挿入、固定されて構成される。さらに、固定子１は、フレーム２に固定された状態で、圧入や焼き嵌めなどにより、アルミ製の筒状のセンターフレーム３に内嵌合状態に固定されている。コイルの各相に給電するためのバスバー９がバスバーホルダ１０に収容されて、固定子１の反負荷側の端面に配設されている。なお、コイルの固定子１の軸方向両端部に突出する部分が、コイルエンド部１１である。

フロントフレーム５とリアフレーム７は、軸方向両側からセンターフレーム３を挟み込むように配設され、締着ボルト（図示せず）の締着力により、一体化される。これにより、固定子１が、フロントフレーム５とリアフレーム７に保持される。そして、回転子８の回転軸１２が、フロントフレーム５およびリアフレーム７に保持された軸受４，６に支持されている。

回転子８は、電磁鋼板を積層して構成され、軸心位置を貫通する回転軸１２に固着された回転子鉄心１５と、回転子鉄心１５を貫通するように埋設された永久磁石１６と、回転子鉄心１５の軸方向の両端に配設されて、永久磁石１６の脱落を防止する第２端板としての負荷側端板１７および第１端板としての反負荷側端板１８と、反負荷側端板１８の軸方向外側に配設された流路プレート１９と、負荷側端板１７の軸方向外側に配設されて、回転子鉄心１５の脱落を防止するリング２０と、を備える。

磁石収容穴１４は、図４に示されるように、回転軸１２の軸心と直交する断面形状が、第１外周側磁石保持壁１０４ａ、第１内周側磁石保持壁１０４ｂ、第２外周側磁石保持壁１０５、内周側長辺１０６からなる矩形であり、回転子鉄心１５を軸方向に貫通するように形成されている。そして、磁石収容穴１４の対が、磁石収容穴１４の断面矩形の長辺が回転子鉄心１５の外周側に広がるＶ字形に配置されて、回転子鉄心１５の外周側に、周方向に等角ピッチで１０対配設されている。さらに、冷媒流路を構成する貫通穴１３が、磁石収容穴１４のそれぞれの内周側に、回転子鉄心１５を軸方向に貫通するように形成されている。

永久磁石１６は、断面矩形の棒状体に作製され、磁石収容穴１４の断面矩形の短辺で構成される第１外周側磁石保持壁１０４ａおよび内周側磁石保持壁１０４ｂと、磁石収容穴１４の断面矩形の長辺で構成される第２外周側磁石保持壁１０５と、に接することで、位置決めされ、第２外周側磁石保持壁１０５に接着剤などで固定されている。これにより、外周側に広がるＶ字形に配置された永久磁石１６の対が、周方向に等角ピッチで配列される。そして、周方向に配列された永久磁石１６の対の外周側の極性が、周方向に交互にＮ極とＳ極とになるように、永久磁石１６のそれぞれが着磁配向されている。

空隙部１０７が、磁石収容穴１４の第１外周側磁石保持壁１０４ａと内周側磁石保持壁１０４ｂのそれぞれの第２外周側磁石保持壁１０５側を磁石収容穴１４の断面矩形の長辺の長さ方向の外方に膨出させて形成されている。

主流路１０１が、回転軸１２の軸心と直交する断面形状を円形として、磁石収容穴１４の内周側に磁石収容穴１４から離間して、回転子鉄心１５を軸方向に貫通するように形成されている。磁石収容穴１４は、断面矩形の長辺の長さが、永久磁石１６の断面矩形の長辺の長さと同じ、又は僅かに長くなっており、断面矩形の短辺の長さが、永久磁石１６の断面矩形の短辺の長さより長くなっている。そこで、第２外周側磁石保持壁１０５に固着された永久磁石１６は、磁石収容穴１４内に外周側に片寄って収容され、磁石収容穴１４の永久磁石１６の内周側に磁石冷却流路１０３が形成される。永久磁石１６の内周側を向く面が磁石冷却流路１０３の一部を構成する。さらに、中継流路１０２が、主流路１０１と磁石冷却流路１０３とを連結して、回転子鉄心１５を軸方向に貫通するように形成されている。そして、中継流路１０２の幅が、主流路１０１の径より狭くなっている。すなわち、主流路１０１の断面積が、中継流路１０２の断面積より大きくなっている。なお、中継流路１０２の幅とは、磁石収容穴１４の断面矩形の長辺の長さ方向の中継流路１０２の長さである。

貫通穴１３は、主流路１０１と、中継流路１０２と、磁石冷却流路１０３と、から構成され、一定の断面形状で回転子鉄心１５を軸方向に貫通するように形成されている。そして、貫通穴１３と磁石収容穴１４は１つの穴として形成され、永久磁石１６が磁石収容穴１４に収容されることで、磁石冷却流路１０３と空隙部１０７が形成される。ここで、主流路１０１は、軸方向に延びる筒状流路となっている。磁石冷却流路１０３は、永久磁石１６の内周側を永久磁石１６に沿って軸方向に回転子鉄心１５を貫通している。中継流路１０２は、主流路１０１と磁石冷却流路１０３とをつないでいる。この中継流路１０２は、その周方向幅が主流路１０１および磁石冷却流路１０３の周方向幅より狭くなっており、主流路１０１と磁石冷却流路１０３との間でくびれている。このくびれにより、図４に示される磁束２０１が永久磁石１６から回転子鉄心１５に流れる際に、磁束２０１が通る回転子鉄心１５の面積が広くなる。

負荷側端板１７は、図６に示されるように、外径が回転子鉄心１５の外径以下のリング状平板に作製され、永久磁石１６の負荷側端部を覆っている。さらに、負荷側端板１７には、貫通孔１７ａが形成され、主流路１０１、中継流路１０２および磁石冷却流路１０３の負荷側端部を開放している。なお、主流路１０１、中継流路１０２および磁石冷却流路１０３の負荷側端部が全開されているが、主流路１０１、中継流路１０２および磁石冷却流路１０３のそれぞれの負荷側端部の少なくとも一部が開放されていればよい。

反負荷側端板１８は、図５に示されるように、外径が回転子鉄心１５の外径以下のリング状平板に作製され、永久磁石１６の反負荷側端部を覆っている。さらに、反負荷側端板１８には、貫通孔１８ａが形成され、主流路１０１の反負荷側端部を開放し、中継流路１０２の反負荷側端部の少なくとも一部を開放している。なお、磁石冷却流路１０３の反負荷側端部は、反負荷側端板１８により塞口されている。

流路プレート１９は、図５に示されるように、外径が回転子鉄心１５の外径以下のリング状平板に作製され、反負荷側端板１８に接して配設されている。連通路１９ａが、流路プレート１９の反負荷側端板１８側の面に放射状に凹設され、連通路１９ａの外周側端部が貫通孔１８ａのそれぞれと軸方向に重なっている。

第１シャフト流路２１が、回転軸１２の軸心位置に反負荷側端部から回転子鉄心１５の反負荷側端部の内径側に至るように形成されている。さらに、第２シャフト流路２２が、第１シャフト流路２１の負荷側端部から径方向外方に延びるように回転軸１２に形成され、第１シャフト流路２１と連通路１９ａのそれぞれとを連通している。

センターフレーム３には、外部のポンプ２３から圧送された、冷媒としての冷却油を導入する入口２４と、入口２４から導入された冷却油をフロントフレーム５とリアフレーム７に流すための、センターフレーム３を軸方向に貫通する第１流路２５と、が形成されている。

フロントフレーム５には、第１流路２５から流入した冷却油をコイルエンド部１１に向けて噴射するコイル噴射孔２６と、軸受４に向けて噴射する軸受噴射孔２７とが形成されている。リアフレーム７には、第１流路２５から流入した冷却油をコイルエンド部１１に噴射するコイル噴射孔２６と、後述する冷媒導入部２９に向けて噴射するシャフト噴射孔３２とが形成されている。

カバー２８が、リアフレーム７の軸方向内方に配設されている。さらに、リアカバー３４が、リアフレーム７から突出する回転軸１２の端部を覆うように、リアフレーム７の軸方向外方に配設されている。そして、冷媒導入部２９と冷媒貯留部３０からなる第２流路３１が、リアフレーム７とカバー２８の間に形成されている。また、第３流路３５が、第１シャフト流路２１に面するようにリアカバー３４に形成されている。そして、貫通孔３３が、リアフレーム７に形成され、冷媒貯留部３０と第３流路３５とを連通している。

段部３６が、リアフレーム７の冷媒貯留部３０の下端面を構成する部位に、負荷側を低くして形成されている。さらに、小穴３７が、段部３６と回転子鉄心１５側とを連通するようにカバー２８に形成されている。

このように構成された回転電機における永久磁石１６の冷却方法について図２を参照しつつ説明する。なお、図２中、矢印は冷却油の流れを示している。

冷却油が、外部のポンプ２３により入口２４から第１流路２５に圧送され、フロントフレーム５とリアフレーム７に流入する。フロントフレーム５内に流入した冷却油は、コイル噴射孔２６からコイルエンド部１１に向かって噴射され、軸受噴射孔２７から軸受４に向かって噴射される。これにより、フロント側のコイルエンド部１１と軸受４が冷却される。また、リアフレーム７内に流入した冷却油は、コイル噴射孔２６からコイルエンド部１１に向かって噴射される。これにより、リア側のコイルエンド部１１が冷却される。さらに、リアフレーム７内に流入した冷却油は、シャフト噴射孔３２から冷媒導入部２９に向かって噴射される。これにより、冷却油は、冷媒導入部２９を通って冷媒貯留部３０に貯留される。冷媒貯留部３０に貯留された冷却油は、段部３６から小穴３７を通って軸受６に浴びせられる。これにより、リア側の軸受６が冷却される。

また、冷媒貯留部３０に貯留された冷却油は、貫通孔３３を通って第３流路３５に流入する。第３流路３５に流入した冷却油は、第１シャフト流路２１から第２シャフト流路２２、連通路１９ａを通って貫通孔１８ａから主流路１０１に流入する。主流路１０１に流入した冷却油は、回転子鉄心１５の熱を吸熱しつつ主流路１０１内を軸方向に流れ、貫通孔１７ａから負荷側に流出する。主流路１０１内を流通する冷却油の一部が、遠心力により、中継流路１０２を通って磁石冷却流路１０３に流入し、永久磁石１６の熱を吸熱しつつ磁石冷却流路１０３内を軸方向に流れ、貫通孔１７ａから負荷側に流出する。

この実施の形態１によれば、永久磁石１６を冷却する冷却油が、回転子鉄心１５内を軸方向に流れ、固定子１と回転子８との間の磁気的空隙部に流れ出ないので、磁気的空隙部に冷却油が存在することによる摩擦熱の発生が抑えられ、永久磁石１６の冷却性能の低下が抑制される。

また、磁石冷却流路１０３が永久磁石１６のそれぞれを冷却するように形成されているので、永久磁石１６の冷却性能を高めることができる。さらに、冷却油が、永久磁石１６に接しながら磁石冷却流路１０３内を流れるので、永久磁石１６の冷却性能をさらに高めることができる。

また、回転子鉄心１５の磁石冷却流路１０３の内周側を軸方向に貫通する主流路１０１を備え、永久磁石１６の冷却に供されず、暖められていない冷却油を主流路１０１に流している。また、主流路１０１の直径が中継流路１０２の幅より大きくなっているので、主流路１０１の断面積を大きくでき、冷却油の流通量を増大させることができる。そこで、発熱源である回転子鉄心１５を効果的に冷却することができる。なお、主流路１０１を流れる冷却油は、回転子８の回転による遠心力により中継流路１０２を通って磁石冷却流路１０３に供給されるので、中継流路１０２の幅を狭くしても、問題はない。

ここで、永久磁石１６の磁束２０１は、図４に矢印で示されるように、断面矩形の長辺で構成される内周側の面から出て、固定子鉄心を介して、永久磁石１６の断面矩形の長辺で構成される外周側の面に戻るように流れる。すなわち、磁石冷却流路１０３における磁束密度が最も高くなる。空隙部１０７が、磁石収容穴１４の第１外周側磁石保持壁１０４ａと内周側磁石保持壁１０４ｂのそれぞれの第２外周側磁石保持壁１０５側を磁石収容穴１４の断面矩形の長さ方向の外方に膨出させて形成されているので、永久磁石１６の断面矩形の長辺で構成される内周側の面から流れ出た磁束が、空隙部１０７の外側を通って、永久磁石１６の断面矩形の長辺で構成される外周側の面に戻る磁路の磁気抵抗が大きくなり、漏洩磁束の発生が抑制される。

また、磁石冷却流路１０３の径方向厚みが永久磁石１６の断面矩形の短辺より小さく、中継流路１０２の幅が主流路１０１の直径より小さくなっているので、永久磁石１６の断面矩形の長辺で構成される内周側の面から磁石冷却流路１０３を通って回転子鉄心１５に向かう磁束の流れは阻害されない。

ここで、上記実施の形態１では、磁石冷却流路１０３が永久磁石１６の断面矩形の長辺と同じ長さの長辺とする断面矩形の穴形状に形成されているが、磁石冷却流路１０３の断面形状は矩形に限定されない。例えば、磁石冷却流路１０３は、図７Ａに示されるように、永久磁石１６の断面矩形の長辺より短い長さの長辺とする断面矩形の穴形状に形成されてもよい。また、磁石冷却流路１０３は、図７Ｂに示されるように、下底を永久磁石１６の断面矩形の長辺と同じ長さとし、上底を永久磁石１６の断面矩形の長辺より短い長さとする断面等脚台形の穴形状としてもよい。

実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２に係る回転電機における回転子の磁石収容穴周りを反負荷側から見た要部平面図である。

図８において、第１主流路１０１ａと第２主流路１０１ｂが、同じ直径の断面円形の穴形状で、磁石冷却流路１０３の内径側に、磁石収容穴１４の断面矩形の長辺の長さ方向に離間して、回転子鉄心１５を軸方向に貫通するように形成されている。第１中継流路１０２ａと第２中継流路１０２ｂが、同じ幅で、かつ同じ断面積で、それぞれ、第１主流路１０１ａと磁石冷却流路１０３とを連結して、あるいは第２主流路１０１ｂと磁石冷却流路１０３とを連結して、回転子鉄心を軸方向に貫通するように形成されている。この構成においても、図５で示した構造と同様に、貫通穴１８ａが、第１主流路１０１ａと第２主流路１０１ｂの反負荷側端部を開放し、第１中継流路１０２ａと第２中継流路１０２ｂの反負荷側端部の少なくとも一部を開放するように、反負荷側端板に形成される。また、図５で示した構造と同様に、連通路１９ａが、外周側端部を反負荷側端板に形成された貫通穴に軸方向に重なるように、流路プレートに形成されている。さらに、図６で示した構造と同様に、第１主流路１０１ａ、第２主流路１０１ｂ、第１中継流路１０２ａ、第２中継流路１０２ｂ、磁石冷却流路１０３の負荷側端部は、開放されている。
なお、実施の形態２の他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態２では、永久磁石１６を冷却する冷却油が、回転子鉄心１５内を軸方向に流れ、固定子１と回転子８との間の磁気的空隙部に流れ出ない。また、磁石冷却流路１０３が永久磁石１６のそれぞれを冷却するように形成されている。さらに、冷却油が、永久磁石１６に接しながら磁石冷却流路１０３内を流れる。したがって、この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

例えば、冷却油を磁石冷却流路１０３に断面矩形の長辺の長さ方向の中央から供給した場合には、磁石冷却流路１０３の断面矩形の長辺の長さ方向の両端部に冷却油の淀みが生じやすい。そして、磁石冷却流路１０３内に冷却油の淀みが生じると、永久磁石１６の冷却性能が低下することになる。

この実施の形態２によれば、第１主流路１０１ａと第２主流路１０１ｂが、磁石収容穴１４の断面矩形の長辺の長さ方向に離間して、配設されているので、冷却油が、磁石収容穴１４の断面矩形の長辺の長さ方向に離間する２箇所から磁石冷却流路１０３に供給される。これにより、冷却油が磁石冷却流路１０３内を淀みなく流れ、永久磁石１６の冷却性能を高めることができる。

なお、上記実施の形態２では、磁石収容穴の断面矩形の長辺の長さ方向に離間して２つの主流路を形成しているが、主流路の個数は３個以上でもよい。

実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３に係る回転電機における回転子の磁石収容穴周りを反負荷側から見た要部平面図、図１０はこの発明の実施の形態３に係る回転電機における回転子の磁石収容穴周りの磁束の流れを説明する要部平面図である。

図９において、第１主流路１０１ａと第２主流路１０１ｂのうち、内周側に配置される第２主流路１０１ｂの断面積が、外周側に配置される第１主流路１０１ａの断面積より、大きくなっている。さらに、第２主流路１０１ｂと磁石冷却流路１０３とを連結する第２中継流路１０２ｂの幅が、第１主流路１０１ａと磁石冷却流路１０３とを連結する第１中継流路１０２ａの幅より広くなっている。すなわち、第２中継流路１０２ｂの断面積が、第１中継流路１０２ａの断面積より大きくなっている。
なお、実施の形態３の他の構成は、上記実施の形態２と同様に構成されている。

したがって、実施の形態３においても、上記実施の形態２と同様の効果が得られる。

ここで、内周側の第２主流路１０１ｂ内を流れる冷却油に作用する遠心力は、外径側の第１主流路１０１ａ内を流れる冷却油に作用する遠心力より小さくなるので、冷却油は、内周側の第２主流路１０１ｂから第２中継流路１０２ｂを介して磁石冷却流路１０３に供給されにくい。実施の形態３によれば、内周側の第２主流路１０１ｂの断面積を外周側の第１主流路１０１ａの断面積より大きくしているので、第２主流路１０１ｂ内を流れる冷却油の流量が増大し、第２主流路１０１ｂから磁石冷却流路１０３への冷媒油の供給量が多くなり、永久磁石１６の冷却性能を高めることができる。

さらに、永久磁石１６の冷却性能を低下させることなく、外径側の第１主流路１０１ａの断面積を小さくできるので、図１０に示されるように、固定子のコイルが発生した磁束２０２の経路である永久磁石１６の対間の磁路断面積が大きくなり、磁束２０２の流れを阻害することがない。

なお、上記実施の形態３では、磁石収容穴の断面矩形の長辺の長さ方向に離間して２つの主流路を形成しているが、主流路の個数は３個以上でもよい。

実施の形態４．
図１１はこの発明の実施の形態４に係る回転電機における流路プレートの主流路周りを示す要部断面図、図１２はこの発明の実施の形態４に係る回転電機における回転子の磁石収容穴周りを負荷側から見た要部平面図である。

図１１および図１２において、負荷側端板１７の貫通孔１７ａの主流路１０１の出口に相対する部分の穴直径Ｄ２が、主流路１０１の穴直径Ｄ１より小さくなっている。
なお、実施の形態４の他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。

したがって、実施の形態４においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態４によれば、負荷側から負荷側端板１７を見たときの主流路１０１における流路口の開口面積が、反負荷側から反負荷側端板１８を見たときの主流路１０１における流路口開口面積より小さい。つまり、主流路１０１の出口が負荷側端板１７により直径Ｄ１から直径Ｄ２に絞られる。そこで、主流路１０１内での圧力損失が大きくなるので、主流路１０１に供給された冷却油が中継流路１０２から磁石冷却流路１０３に効果的に流され、永久磁石１６の冷却性能が高められる。

なお、上記実施の形態４では、主流路を部分的に覆うように負荷側端板の貫通孔を小さくして、負荷側から負荷側端板を見たときに、主流路の開口面積を小さくしているが、負荷側端板の貫通孔を小さくせず、回転子鉄心の負荷側端部を構成する電磁鋼板のみの主流路を構成する開口の直径を小さくして、負荷側から負荷側端板を見たときに、主流路の開口面積を小さくしてもよい。

ここで、主流路１０１および中継流路１０２の変形例について図１３Ａから図１３Ｈを参照しつつ説明する。図１３Ａから図１３Ｈはそれぞれこの発明の回転電機における回転子鉄心に形成される冷媒流路の変形例を示す要部平面図である。

上記実施の形態１では、主流路１０１および中継流路１０２が磁石収容穴１４の断面矩形の長さ方向の中央部に配置しているが、主流路１０１および中継流路１０２は、図１３Ａに示されるように、磁石収容穴１４の断面矩形の長さ方向の一端側（内周側）に寄せて配置してもよいし、磁石収容穴１４の断面矩形の長さ方向の他端側（外周側）に寄せて配置してもよい。

上記実施の形態１では、中継流路１０２が磁石冷却流路１０３に磁石収容穴１４の断面矩形の長さ方向に対して垂直に連結されているが、中継流路１０２は、図１３Ｂに示されるように、磁石冷却流路１０３に磁石収容穴１４の断面矩形の長さ方向に対して傾斜して連結されてもよい。図１３Ｂでは、中継流路１０２は、磁石収容穴１４の断面矩形の長さ方向に対して外周側が鋭角となるように傾斜して磁石冷却流路１０３に連結されているが、中継流路１０２は、磁石収容穴１４の断面矩形の長さ方向に対して内周側が鋭角となるように傾斜して磁石冷却流路１０３に連結されてもよい。

上記実施の形態１では、中継流路１０２の軸方向と直交する断面形状が矩形であるが、中継流路１０２の軸方向と直交する断面形状は、図１３Ｃに示されるように、主流路１０１との連結部を上底とし、磁石冷却流路１０３との連結部を下底とする等脚台形でもよい。

上記実施の形態１では、主流路１０１の軸方向と直交する断面形状が円形であるが、主流路１０１の軸方向と直交する断面形状は円形に限定されない。主流路１０１の軸方向と直交する断面形状は、例えば、図１３Ｄおよび図１３Ｅに示されるように、楕円でもよく、図１３Ｆに示されるように、三角形でもよく、図１３Ｇに示されるように、三角形の角部にＲを付けたものでもよく、図１３Ｈに示されるように、正八角形でもよい。

また、主流路１０１は、主流路１０１の中心を通り、磁石収容穴１４の断面矩形の長辺と直交する線分に対して対称な断面形状に形成されているが、主流路１０１は、主流路１０１の中心を通り、磁石収容穴１４の断面矩形の長辺と直交する線分に対して非対称な断面形状でもよい。
このように、主流路１０１および中継流路１０２は、主流路１０１に流通する冷却油を中継流路１０２を介して磁石冷却流と１０３に供給できれば、種々の断面形状や配置をとることができる。

主流路１０１および中継流路１０２が１つの磁石冷却流路１０３に対して複数配設される場合においても、複数の主流路１０１および複数の中継流路１０２は、主流路１０１に流通する冷却油を中継流路１０２を介して磁石冷却流と１０３に供給できれば、種々の断面形状や配置をとることができる。また、複数の主流路１０１および複数の中継流路１０２の断面形状は、互いに異なってもよい。

なお、上記各実施の形態では、冷却油をコイル噴射孔からコイルエンド部に直接噴射するようにしているが、冷却油が直接コイルエンド部に噴射できないようにコイル噴射孔の位置や形状を変えて、別部材を介してコイルエンド部に冷却油を誘導するようにしてもよい。

また、上記各実施の形態では、冷却油を軸受噴射孔から軸受に直接噴射するようにしているが、冷却油が直接軸受に噴射できないように軸受噴射孔の位置や形状を変えて、別部材を介して軸受に冷却油を誘導するようにしてもよい。

また、上記各実施の形態では、コイル噴射孔、軸受噴射孔、シャフト噴射孔がフロントフレームおよびリアフレームに１個ずつ形成されているが、コイル噴射孔、軸受噴射孔、シャフト噴射孔は、フロントフレームおよびリアフレームに複数個ずつ形成されてもよい。
また、上記各実施の形態では、ハウジングが、フロントフレーム、センターフレーム、リアフレームに３分割されているが、ハウジングは、センターフレームとフロントフレーム又はリアフレームを一体に作製し、残る一つとの２分割に構成してもよい。

また、上記各実施の形態では、外周側に広がるＶ字形に配置された永久磁石の対が、周方向に等角ピッチで配設されているが、永久磁石が周方向に等角ピッチで１つずつ配設されてもよい。この場合、主流路、中継流路および磁石冷却流路が、永久磁石の内周側に配設され、かつ冷却油が永久磁石に接しながら磁石冷却流路を流れればよい。
また、上記各実施の形態では、永久磁石が断面矩形に作製されているが、永久磁石の断面形状は矩形で限定されず、例えば円弧形でもよい。

なお、上記各実施の形態では、ポンプによる圧送された冷却油を第１シャフト流路、第２シャフト流路および流路プレートの連通路を介して主流路に供給しているが、主流路への冷却油の供給方法はこれに限定されないことは言うまでもないことである。

この発明による回転電機を車両に用いた場合、永久磁石などの回転電機の内部部品を直接冷却することができるので、冷却性能が高くなり、回転電機の小型化および軽量化が可能となる。そして、回転電機の小型化により、車両への設置制約を少なくすることができ、回転電機の軽量化により、車両のエネルギー効率、すなわち消費電力や燃費などを向上することができる。また、この発明による回転電機を産業機器に用いた場合、筐体外形を大きくすることなく、出力を向上させることができる。これにより、例えば、輸送機器においては、運搬する物体の大重量化が可能となる。また、工作機械においては、被加工物の移動にかかる時間を短縮することができる。

Claims (7)

1. ハウジングと、
   上記ハウジングに回転可能に支持された回転軸、上記回転軸に固着されている状態で上記ハウジング内に配設された回転子鉄心、それぞれ上記回転子鉄心を軸方向に貫通している状態で周方向に複数形成された磁石収容穴、上記磁石収容穴のそれぞれに収容された永久磁石、上記永久磁石のそれぞれを冷却する冷媒を流通させる冷媒流路、および上記回転子鉄心の軸方向両端に配設されて上記永久磁石の軸方向への脱落を阻止する第１端板および第２端板を有する回転子と、
   上記回転子を囲繞するように上記ハウジングに保持された円環状の固定子と、を備え、
   上記冷媒流路は、上記磁石収容穴から内周側に離間して形成された、上記回転子鉄心を軸方向に貫通する筒状流路となっている主流路と、上記磁石収容穴に収容された上記永久磁石の内周側に上記永久磁石に沿って形成され、上記回転子鉄心を軸方向に貫通しているとともに、上記永久磁石の内周側の面が流路の一部となっている磁石冷却流路と、上記主流路と上記磁石冷却流路とを連結している状態で上記回転子鉄心を軸方向に貫通している中継流路と、を備え、
   上記第１端板は、上記回転子鉄心の軸方向の一端に配設され、上記主流路の軸方向の一端を開放し、かつ上記磁石冷却流路と上記中継流路の軸方向の一端を塞口しており、
   上記第２端板は、上記回転子鉄心の軸方向の他端に配設され、上記主流路、上記磁石冷却流路、および上記中継流路の軸方向の他端を開放しており、
   上記主流路に軸方向の一端から供給された冷媒が、上記中継流路を介して上記磁石冷却流路に流入し、上記磁石冷却流路内を上記永久磁石に接しながら流通するように構成された回転電機。
2. 上記中継流路は、上記主流路と上記磁石冷却流路とより周方向幅が小さく、上記主流路と上記磁石冷却流路との間でくびれている請求項１記載の回転電機。
3. 上記主流路の軸方向と直交する断面積が、上記中継流路の軸方向と直交する断面積より大きい請求項１又は請求項２記載の回転電機。
4. 上記冷媒流路は、複数の上記主流路と、１つの上記磁石冷却流路と、複数の上記主流路のそれぞれと上記磁石冷却流路とを連結する複数の上記中継流路と、を備え、
   複数の上記主流路の軸方向と直交する断面積が同じであり、複数の上記中継流路の軸方向と直交する断面積が同じである請求項３記載の回転電機。
5. 上記冷媒流路は、複数の上記主流路と、１つの上記磁石冷却流路と、複数の上記主流路のそれぞれと上記磁石冷却流路とを連結する複数の上記中継流路と、を備え、
   複数の上記主流路の軸方向と直交する断面積が互いに異なり、複数の上記中継流路の軸方向と直交する断面積が互いに異なる請求項３記載の回転電機。
6. 複数の上記主流路と複数の上記中継流路は、断面積が内径側ほど大きくなるように配列されている請求項５記載の回転電機。
7. 上記軸方向の他側から上記第２端板を見たときの上記主流路における流路口の開口面積が、上記軸方向の一側から上記第１端板を見たときの上記主流路における流路口の開口面積より小さい請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機。

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