JPWO2019049394A1 - 回転電機 - Google Patents

Abstract

この発明による回転電機では、ロータは、ロータコアと、ロータコアに埋め込まれる永久磁石と、ロータコアの一端側を支持する一端側端板とを有する。ロータコアには、永久磁石を冷却するための冷媒がシャフトの軸長方向に流通するロータ冷媒路が設けられる。一端側端板には、ロータ冷媒路と連通する端板冷媒路が設けられる。端板冷媒路には、シャフトの径方向外側に突出する冷媒溜りが設けられる。

Description

本発明は、ロータ内部に永久磁石を有する回転電機に関するものである。

ロータ内部に永久磁石が埋め込まれる回転電機では、高出力化および小型化が進むにつれて、熱により性能が抑制される。特に、永久磁石の温度が上昇した場合、永久磁石の保持力が低下する現象、すなわち、減磁が発生し、回転電機の性能が大きく低下する。そのため、ロータ内に、冷媒が通る冷媒路が設けられ、冷媒によって永久磁石を冷却する技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載された従来の回転電機は、ロータのシャフト内に、シャフトの軸長方向へ延出するシャフト中央冷媒路、およびシャフトの半径方向へ延出するシャフト径方向冷媒路が設けられている。また、この従来の回転電機は、シャフト径方向冷媒路と連通して、ロータ本体であるロータコアの端面と、ロータコアを支持する端板との間に、端板冷媒路が設けられている。さらに、この従来の回転電機は、端板冷媒路と連通して、ロータコアに複数埋め込まれている永久磁石へ、それぞれ延出するロータ冷媒路が設けられている。このような構造を有することで、シャフト内の２つの冷媒路、および端板冷媒路を経由して、ロータ冷媒路に冷媒が流されることによって、永久磁石の冷却が行われる。

特開２０１２−２３５５４６号公報

しかしながら、この従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１に記載された回転電機では、永久磁石を冷却するための冷媒は、シャフト中央冷媒路から導入され、シャフト径方向冷媒路を通り、端板冷媒路に供給され、複数の磁石に向けてそれぞれ設けられているロータ冷媒路に供給される。端板冷媒路に供給された冷媒には、ロータの回転によって、遠心力が働く。そのため、冷媒は、端板冷媒路において、シャフトの径方向外側の面に押し付けられる。また、回転電機は、シャフトが水平となるように設置される場合が多く、この場合、冷媒には重力が働く。そのため、端板冷媒路において、上方となる側においては、下方となる側と比べて、シャフトの径方向外側の面に、十分な量の冷媒が溜められない。したがって、従来の回転電機には、端板冷媒路からロータ冷媒路に供給される冷媒の量に不均一性が生じるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、ロータの永久磁石を均一に冷却できる回転電機を提供することを目的とするものである。

この発明による回転電機では、ロータは、ロータコアと、ロータコアに埋め込まれる永久磁石と、ロータコアの一端側を支持する一端側端板とを有する。ロータコアには、永久磁石を冷却するための冷媒がシャフトの軸長方向に流通するロータ冷媒路が設けられる。一端側端板には、ロータ冷媒路と連通する端板冷媒路が設けられる。端板冷媒路には、シャフトの径方向外側に突出する冷媒溜りが設けられる。

この発明の回転電機によれば、端板冷媒路内の冷媒は、遠心力によって、端板冷媒路において、シャフトの径方向外側の面に押し付けられる。端板冷媒路において、シャフトの径方向外側の面には、その面の他の部分よりシャフトの径方向外側に突出した冷媒溜りが設けられている。重力が働いている場合、端板冷媒路の上方となる側においても、冷媒溜りには十分な量の冷媒が溜められる。そのため、端板冷媒路から複数のロータ冷媒路に対して、冷媒は安定して均一に供給される。

これにより、ロータの永久磁石を均一に冷却できる回転電機を提供することができる。

この発明の実施の形態１の回転電機における、シャフトの軸長方向に沿った模式的な断面図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線からロータを見た図である。 図２の冷媒溜りの拡大図である。 実施の形態２の回転電機において、非出力側冷媒路を含む面からロータを見た図である。 実施の形態３の回転電機における、シャフトの軸長方向に沿った模式的な断面図である。 図５におけるＶＩ−ＶＩ線からロータを見た図である。 実施の形態４の回転電機における、シャフトの軸長方向に沿った模式的な断面図である。 図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線からロータを見た図である。 冷媒溜りの変形例を示す図である。 冷媒溜りの変形例を示す図である。 冷媒溜りの変形例を示す図である。 冷媒溜りの変形例を示す図である。 冷媒溜りの変形例を示す図である。 冷媒溜りの変形例を示す図である。 冷媒溜りの変形例を示す図である。 冷媒溜りの変形例を示す図である。 冷媒溜りの変形例を示す図である。 冷媒溜りの変形例を示す図である。 冷媒溜りの変形例を示す図である。

以下、本発明における回転電機の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、同一または相当部分については同一符号で示し、重複する説明は省略する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１の回転電機における、シャフトの軸長方向に沿った模式的な断面図である。
実施の形態１における回転電機の基本構成を、図１を用いて説明する。
回転電機１は、円筒状のハウジング１０、円盤状の出力側ブラケット１１、および円盤状の非出力側ブラケット１２が組み合わされて形成されている。ハウジング１０、出力側ブラケット１１、および非出力側ブラケット１２は、金属で成形されているが、樹脂で成形されていてもよい。ハウジング１０、出力側ブラケット１１、および非出力側ブラケット１２の中心には、金属製で円筒状のシャフト３０が設けられている。シャフト３０は、出力側ブラケット１１から突出している。出力側ブラケット１１の側において、回転電機１の出力が取り出される。回転電機１において、その内蔵部は、ハウジング１０、出力側ブラケット１１、および非出力側ブラケット１２で覆われることによって収容され、保護されている。

シャフト３０は、出力側ブラケット１１において、出力側ベアリング１３によって、回転自在に支持されている。また、シャフト３０は、非出力側ブラケット１２において、非出力側ベアリング１４によって、回転自在に支持されている。出力側ベアリング１３および非出力側ベアリング１４は、金属製であり、ドーナツ状である。出力側ベアリング１３および非出力側ベアリング１４は、シャフト３０を、正確かつ円滑に回転させる。

ハウジング１０の内部において、シャフト３０の径方向外側には、円筒形のロータ２５が固定されている。ロータ２５は、シャフト３０を回転軸として、シャフト３０と一体となって回転する。ロータ２５は、ロータコア３１、複数の永久磁石３２、非出力側端板３３、および出力側端板３４を有している。ロータコア３１は、円筒形であり、優れた磁気特性、すなわち、高い透磁率および小さな鉄損を有する薄い鋼板が、シャフト３０の軸長方向に積層されることによって、形成されている。ロータコア３１は、非出力側に非出力側端面３１ａを有し、出力側に出力側端面３１ｂを有する。非出力側端板３３は、非出力側端面３１ａ側に設けられ、出力側端板３４は、出力側端面３１ｂ側に設けられている。非出力側端板３３および出力側端板３４は、ロータコア３１を挟み込むことによって、ロータコア３１を固定している。非出力側端板３３および出力側端板３４は、円盤状で、金属で形成されているが、樹脂で形成されていてもよい。非出力側端板３３は、シャフト３０の径方向外側にフランジ３３ａを有し、その内側に窪みを有している。非出力側端板３３は、一端側端板を構成し、出力側端板３４は、他端側端板を構成する。

永久磁石３２は、ロータコア３１に埋め込まれている。各永久磁石３２は、直方体であり、アルニコ、フェライト、またはネオジムによって形成されている。ロータコア３１には、永久磁石３２に対して、シャフト３０の径方向内側に、内径側フラックスバリア３６が設けられている。また、ロータコア３１には、永久磁石３２に対して、シャフト３０の径方向外側に、外径側フラックスバリア３７が設けられている。内径側フラックスバリア３６および外径側フラックスバリア３７は、シャフト３０の軸長方向にロータコア３１を貫通する半円筒形の穴である。内径側フラックスバリア３６および外径側フラックスバリア３７は、ロータ２５が回転することによって、永久磁石３２にかかる応力を緩和し、ロータ２５の破損を抑制する。また、ロータコア３１には、永久磁石３２に対して、シャフト３０の径方向内側に、ロータコア冷却穴３５が設けられている。ロータコア冷却穴３５は、シャフト３０の軸長方向にロータコア３１を貫通する半円筒形の穴である。ロータコア冷却穴３５は、ロータ冷媒路を構成する。

ロータ２５に対向して、シャフト３０の径方向外側には、円筒形のステータ２２が設けられている。ステータ２２は、ステータコア２０およびコイル２１を有している。ステータコア２０は、優れた磁気特性を有する薄い鋼板が、シャフト３０の軸長方向に積層されることによって、形成されている。ステータコア２０は、ハウジング１０の内側の面に固定されている。ステータコア２０は、シャフト３０の軸長方向から見て、π字形状に成型されている。ステータコア２０は、Ｔ字形状に成型されていてもよい。コイル２１は、ステータコア２０のπ字形状の足部分に該当するティース部に、シャフト３０の径方向を軸として、導線が巻回されて構成されている。巻回されている導線は、高い電気伝導率を有する銅製であり、その断面形状は、円形であるが、平角形状であってもよい。

次に、永久磁石を冷却するための冷媒の流通に関わる部分の構成について、図１および図２を用いて説明する。
図１に示すように、シャフト３０の中央には、シャフト３０の軸長方向に沿って、シャフト３０の途中まで、シャフト中央冷媒路５２が設けられている。シャフト中央冷媒路５２は、断面が円形の穴である。シャフト中央冷媒路５２の非出力側は開口しており、冷媒供給部１７が形成されている。シャフト中央冷媒路５２と連通して、シャフト３０の径方向に、シャフト径方向冷媒路５３が設けられている。シャフト径方向冷媒路５３は、シャフト３０の中心から放射状に設けられた貫通穴である。

非出力側端板３３は、シャフト３０の径方向外側にフランジ３３ａを有している。非出力側端板３３がロータコア３１の非出力側端面３１ａに固定されることによって、非出力側端板３３には、円筒形の中空領域である非出力側冷媒路５４が形成される。フランジ３３ａは、シャフト３０の径方向内側に、壁面７０を有する。非出力側冷媒路５４は、非出力側端板３３において、壁面７０で囲まれた領域である。非出力側冷媒路５４は、シャフト径方向冷媒路５３と連通している。非出力側冷媒路５４は、端板冷媒路を構成する。

非出力側冷媒路５４には、非出力側端板３３の壁面７０の近傍において、冷媒溜り５６が設けられている。冷媒溜り５６は、非出力側冷媒路５４が、シャフト３０の径方向外側に突出した部分である。非出力側冷媒路５４は、冷媒溜り５６を介して、ロータコア冷却穴３５と連通している。ロータコア冷却穴３５は、内径側フラックスバリア３６と連通している。また、ロータコア冷却穴３５は、永久磁石３２が挿入されている穴を介して、外径側フラックスバリア３７と連通している。外径側フラックスバリア３７は、出力側端板３４に設けられた開口部である冷媒排出孔５５と連通している。

ハウジング１０の下部には、冷媒通路１９が設けられている。冷媒通路１９は、出力側から非出力側に冷媒が通過する溝である。非出力側ブラケット１２の下側には、冷媒排出部１８が設けられている。冷媒排出部１８は、冷媒が通過する貫通孔である。冷媒排出部１８は、オイルクーラ１６に接続されている。オイルクーラ１６は、ポンプ１５に接続されている。ポンプ１５は、冷媒供給部１７に接続されている。

図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線からロータを見た図である。図３は、図２の冷媒溜りの拡大図である。
シャフト径方向冷媒路５３は、シャフト３０の中心軸Ｐから、放射状に４つ設けられている。非出力側冷媒路５４は、シャフト３０の径方向外側に、シャフト３０の周方向全周にわたっている。

非出力側冷媒路５４は、シャフト３０の径方向外側に壁面７０を有している。壁面７０は、シャフト３０の周方向に沿って、円弧壁面７１および凸部壁面７２を、交互に有している。円弧壁面７１は、シャフト３０の中心軸Ｐを中心とし、長さＲを半径とする円Ｃ上に設けられた円弧面である。凸部壁面７２は、円弧壁面７１から、シャフト３０の径方向外側に張り出している半円形の曲面である。凸部壁面７２において、シャフト３０の径方向内側の部分が、冷媒溜り５６である。すなわち、冷媒溜り５６は、非出力側冷媒路５４において、シャフト３０の径方向外側に突出する凸部である。冷媒溜り５６は、半円状である。冷媒溜り５６の形状は、四角形のような、他の形状であってもよい。冷媒溜り５６において、ロータコア冷却穴３５は、非出力側冷媒路５４と連通している。永久磁石３２は、隣接する永久磁石３２と合わせて、シャフト３０の径方向外側に開口するように、Ｖ字状に設けられている。

次に、図１から図３を用いて、この実施の形態１に係る回転電機１における冷媒の循環フローとともに、この実施の形態１に係る回転電機１の作用について説明する。
図１の矢印が示すように、永久磁石３２を冷却するための冷媒は、ポンプ１５から、冷媒供給部１７へ供給される。冷媒は、冷媒供給部１７からシャフト３０内に入り、シャフト中央冷媒路５２およびシャフト径方向冷媒路５３を通り、非出力側冷媒路５４へ供給される。この場合、シャフト中央冷媒路５２の流路断面積は、シャフト径方向冷媒路５３の流路断面積より大きい。これによって、複数あるシャフト径方向冷媒路５３のそれぞれに対して、十分な量の冷媒を、シャフト中央冷媒路５２から供給することができる。

図２に示すように、非出力側冷媒路５４の壁面７０は、円弧形の円弧壁面７１、および円弧壁面７１からシャフト３０の径方向外側に突出した凸部壁面７２を繰り返す歯車形状となっている。非出力側冷媒路５４に供給される冷媒は、ロータ２５の回転によって、遠心力および慣性力を受ける。冷媒は、非出力側冷媒路５４において、シャフト３０の径方向外側へ押し付けられながら、シャフト３０の周方向に流動する。したがって、冷媒は、円弧壁面７１近傍より、凸部壁面７２近傍に集まりやすくなっている。すなわち、ロータ２５が回転している場合には、冷媒は、非出力側冷媒路５４において、冷媒溜り５６に溜められる。

冷媒は、冷媒溜り５６を介して、非出力側冷媒路５４からロータコア冷却穴３５に供給される。冷媒は、冷媒溜り５６において、供給に十分な量が溜められる。複数のロータコア冷却穴３５のそれぞれは、シャフト３０の周方向において、同じ大きさで形成されている。そのため、冷媒は、複数のロータコア冷却穴３５に対して、シャフト３０の周方向において、均等に供給される。したがって、冷媒は、回転電機１の回転数に依存することなく、かつシャフト３０の周方向に偏りなく、複数の永久磁石３２を冷却することができる。これにより、永久磁石３２の減磁による性能低下を抑制することができる。加えて、各冷媒溜り５６は、それぞれ２つの内径側フラックスバリア３６と連通している。そのため、冷媒は、回転電機１の回転数に依存することなく、各冷媒溜り５６からそれぞれ２つの内径側フラックスバリア３６にも連続的に供給される。これにより、各永久磁石３２の冷却は促進される。

図１に示すように、冷媒は、ロータ２５による遠心力およびポンプ１５の圧力によって、ロータコア冷却穴３５および内径側フラックスバリア３６から、永久磁石３２が挿入されている穴を通過し、外径側フラックスバリア３７に流通する。冷媒は、外径側フラックスバリア３７を通り、出力側端板３４に向かう。冷媒は、出力側端板３４において、冷媒排出孔５５から、ロータ２５の外部に排出される。冷媒は、ロータ２５が回転しているため、遠心力を受ける。そのため、冷媒は、冷媒排出孔５５からシャフト３０の径方向外側に、均一に飛散する。ロータ２５の外周には、コイル２１が、ロータ２５を囲うように配置されている。そのため、冷媒は、発熱したコイル２１を、ロータ２５の周方向において均一に冷却する。このような冷媒の働きによって、コイル２１は、温度ムラが低減され、性能低下が抑制される。

ロータ２５から排出された冷媒は、回転電機１の下部に溜まり、冷媒通路１９を通り、冷媒排出部１８から、回転電機１の外部に排出される。冷媒排出部１８から排出される冷媒は、永久磁石３２を冷却する過程で昇温されている。冷媒は、オイルクーラ１６によって冷却される。オイルクーラ１６は、例えば、気体−液体間、または液体−液体間の熱交換によって、冷媒を冷却する装置である。冷却された冷媒は、ポンプ１５を介して、冷媒供給部１７に供給される。これによって、冷媒は循環される。

このように、実施の形態１における回転電機１では、ロータ２５は、ロータコア３１と、ロータコア３１に埋め込まれる永久磁石３２と、ロータコア３１の非出力側を支持する非出力側端板３３とを有している。ロータコア３１には、永久磁石３２を冷却するための冷媒がシャフト３０の軸長方向に流通するロータコア冷却穴３５が設けられている。非出力側端板３３には、ロータコア冷却穴３５と連通する非出力側冷媒路５４が設けられている。非出力側冷媒路５４には、シャフト３０の径方向外側に突出する冷媒溜り５６が設けられている。

非出力側冷媒路５４内の冷媒は、ロータ２５の回転によって、遠心力および慣性力を受ける。冷媒は、非出力側冷媒路５４において、シャフト３０の径方向外側にある壁面７０へ押し付けられながら、シャフト３０の周方向に流動する。非出力側冷媒路５４の壁面７０には、シャフト３０の径方向外側に突出する冷媒溜り５６が設けられている。そのため、冷媒は、冷媒溜り５６に溜まりやすい。冷媒は、冷媒溜り５６から、ロータコア冷却穴３５に連続的に安定して供給される。そのため、複数のロータコア冷却穴３５のそれぞれに対して、非出力側冷媒路５４から供給される冷媒の量に不均一性は生じない。そのため、冷媒は、永久磁石３２を温度の偏りなく冷却することができる。

これにより、ロータの永久磁石を均一に冷却できる回転電機を提供することができる。

冷媒溜り５６において、ロータコア冷却穴３５は、非出力側冷媒路５４と連通している。これにより、冷媒溜り５６に溜められた冷媒は、効率良くロータコア冷却穴３５へ供給される。

シャフト３０には、シャフト３０の非出力側が開口され、シャフト３０内を非出力側から軸長方向へ部分的に延設されるシャフト中央冷媒路５２が設けられている。シャフト３０には、さらに、シャフト中央冷媒路５２と連通し、シャフト３０の径方向に延設され、非出力側冷媒路５４と連通するシャフト径方向冷媒路５３が設けられている。このようにすることで、回転するロータ２５に対して、冷媒を供給する配管を引き回す必要がない。これにより、ロータ２５の内部に、簡便に冷媒を供給することができる。

シャフト中央冷媒路５２の流路断面積は、シャフト径方向冷媒路５３の流路断面積より大きい。これにより、シャフト径方向冷媒路５３に対して、十分な冷媒の量を、シャフト中央冷媒路５２から供給することができる。

フランジ３３ａにおいて、非出力側端板３３がロータコア３１の非出力側端面３１ａと接することによって、非出力側冷媒路５４は形成されている。そのため、ロータコア３１および非出力側端板３３の間に中間部材を設ける必要がない。したがって、ロータ２５が回転することによって生じる遠心力を受けた冷媒が、中間部材とロータコア３１との隙間、または、中間部材と非出力側端板３３との隙間から漏れ出るリスクを軽減することができる。

ロータコア３１の応力を緩和するために、ロータコア３１において、シャフト３０の軸長方向に応力緩和穴が設けられる場合がある。応力緩和穴が、ロータコア冷却穴３５より、シャフト３０の径方向内側に設けられる場合、応力緩和穴に冷媒が流れ込む可能性がある。しかしながら、非出力側冷媒路５４内の冷媒には、遠心力が作用する。そのため、冷媒の多くは、応力緩和穴に供給されず、冷媒溜り５６に溜められる。したがって、応力緩和穴へ冷媒が流れ込むことを抑制する隔壁となる別部材を、非出力側冷媒路５４内に配置する必要はない。

実施の形態２．
次に、実施の形態２における回転電機について、図４を用いて説明する。実施の形態２の回転電機では、シャフトの周方向において、冷媒溜りに隣接する冷媒ガイド部が設けられている。

図４は、実施の形態２の回転電機において、非出力側冷媒路を含む面からロータを見た図である。図４は、実施の形態１における図２に相当する図である。図４は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線からロータを見た図に相当する。

実施の形態２において、ロータ１２５は、ロータコア３１、複数の永久磁石３２、非出力側端板１３３、および出力側端板３４を有している。非出力側端板１３３には、ロータコア３１の非出力側端面３１ａとの間に、非出力側冷媒路１５４が形成されている。非出力側冷媒路１５４には、シャフト３０の周方向において、冷媒溜り５６に隣接して、冷媒ガイド部５７が設けられている。冷媒ガイド部５７は、非出力側冷媒路１５４において、シャフト３０の径方向内側に突出している半円形の部分である。ロータコア冷却穴３５は、冷媒溜り５６において、非出力側冷媒路１５４と連通している。冷媒ガイド部５７は、ロータコア冷却穴３５に対して、シャフト３０の径方向内側に形成されている。

非出力側冷媒路１５４は、シャフト３０の径方向外側に壁面７４を有している。壁面７４は、シャフト３０の周方向に沿って、凸部壁面７２および凹部壁面７３を、交互に有している。冷媒ガイド部５７は、凹部壁面７３によって形成されている。

非出力側冷媒路１５４に供給される冷媒は、ロータ１２５の回転によって、遠心力および慣性力を受ける。冷媒は、非出力側冷媒路１５４において、シャフト３０の径方向外側へ押し付けられながら、シャフト３０の周方向に流動する。すなわち、冷媒は、壁面７４に沿って流動する。冷媒溜り５６および冷媒ガイド部５７は、壁面７４に沿って配置されている。冷媒ガイド部５７は、シャフト３０の周方向において、冷媒溜り５６に隣接して配置されている。そのため、冷媒ガイド部５７へ流れた冷媒は、冷媒溜り５６へ容易に流動する。冷媒は、冷媒溜り５６にトラップされる。冷媒溜り５６は、常に冷媒で満たされる。冷媒は、冷媒溜り５６から、冷媒溜り５６と連通している複数のロータコア冷却穴３５のそれぞれに、連続的に安定して均一に供給される。冷媒は、ロータコア冷却穴３５から外径側フラックスバリア３７までを流通する間に、永久磁石３２を冷却する。これにより、シャフト３０の周方向における永久磁石３２の温度ムラは低減され、永久磁石３２の減磁による性能低下は抑制される。

このように、非出力側冷媒路１５４には、シャフト３０の周方向において、冷媒溜り５６に隣接し、ロータコア冷却穴３５より、シャフト３０の径方向内側に突出する冷媒ガイド部５７が設けられている。そのため、冷媒ガイド部５７に流れた冷媒は、冷媒溜り５６へ容易に流動される。冷媒は、冷媒溜り５６にトラップされ、ロータコア冷却穴３５に連続的に安定して供給される。そのため、冷媒は、複数のロータコア冷却穴３５のそれぞれに、均一に供給される。これにより、シャフト３０の周方向における永久磁石３２の温度ムラは低減され、永久磁石３２の減磁による性能低下は抑制される。

実施の形態３．
次に、実施の形態３における回転電機について、図５および図６を用いて説明する。実施の形態３の回転電機では、非出力側冷媒路の外周側に、非出力側冷媒路と連通する、非出力側噴出路が設けられている。

図５は、実施の形態３の回転電機における、シャフトの軸長方向に沿った模式的な断面図である。実施の形態３における回転電機３において、ロータ２２５は、ロータコア３１、永久磁石３２、非出力側端板２３３、および出力側端板３４を備えている。非出力側端板２３３には、ロータコア３１の非出力側端面３１ａとの間に、非出力側冷媒路２５４が設けられている。非出力側端板２３３には、非出力側冷媒路２５４と連通して、非出力側噴出路５８が設けられている。非出力側噴出路５８は、非出力側冷媒路２５４からロータ２２５の外周面であるロータ外周面２２５ａまで貫通する穴である。非出力側噴出路５８は、一端側噴出路を構成する。

図６は、図５におけるＶＩ−ＶＩ線からロータを見た図である。非出力側冷媒路２５４は、シャフト３０の径方向外側に、壁面７６を有している。壁面７６は、シャフト３０の周方向に沿って、円弧壁面７５および凸部壁面７２を、交互に有している。円弧壁面７５は、シャフト３０の中心軸Ｐを中心とし、長さＲを半径とする円Ｃ上に設けられた円弧面である。非出力側噴出路５８は、円弧壁面７５を起点として、すなわち、非出力側冷媒路２５４から、ロータ外周面２２５ａまで通じている。非出力側噴出路５８の断面は、円形である。非出力側噴出路５８の断面は、楕円または矩形であってもよい。非出力側噴出路５８は、コイル２１の非出力側の部分に対向している。

非出力側冷媒路２５４に供給される冷媒は、ロータ２２５の回転によって、遠心力および慣性力を受ける。冷媒は、非出力側冷媒路２５４において、シャフト３０の径方向外側へ押し付けられながら、シャフト３０の周方向に流動する。すなわち、冷媒は、壁面７６に沿って流動する。冷媒の一部は、冷媒溜り５６にトラップされる。冷媒溜り５６にトラップされた冷媒は、複数のロータコア冷却穴３５のそれぞれに、均一に供給される。冷媒は、ロータコア冷却穴３５から外径側フラックスバリア３７までを流通する間に、永久磁石３２を冷却する。冷媒は、外径側フラックスバリア３７を通り、出力側端板３４の冷媒排出孔５５から排出される。

一方、壁面７６に到達した冷媒の一部は、冷媒溜り５６にトラップされず、非出力側噴出路５８を通り、ロータ２２５の外部へ導かれる。ロータ２２５の外側には、コイル２１が、ロータ２２５を囲うように配置されている。非出力側噴出路５８から排出された冷媒には、ロータ２２５の回転による遠心力が作用している。そのため、冷媒は、飛沫状態となって飛散する。また、非出力側噴出路５８は、コイル２１の非出力側の部分に対向している。そのため、冷媒は、非出力側において、コイル２１を高効率に冷却することができる。すなわち、非出力側噴出路５８を通過した冷媒は、発熱したコイル２１の温度上昇を抑制することができる。

一方、出力側端板３４の冷媒排出孔５５から排出される冷媒は、ロータ２２５の回転による遠心力を受けて飛沫上に飛散する。冷媒排出孔５５から排出される冷媒は、出力側において、ロータ２２５の周囲に設けられたコイル２１を、周方向において均一に冷却する。このような構成によって、コイル２１の出力側および非出力側の両端は、ロータ２２５の出力側および非出力側から飛散した冷媒によって、それぞれ冷却される。そのため、コイル２１の温度上昇は、先の実施の形態１の構成を採用した場合と比較して、さらに抑制される。コイル２１は、銅のような高熱伝導率を有する部材で構成されることが多い。そこで、この実施の形態３のように、飛散される冷媒を用いて、コイル２１が両端から冷却される場合、コイル２１の内部では熱移動が盛んに行われる。そのため、冷媒は、コイル２１の両端だけでなく、コイル２１の中央の温度も効率的に低下させることができる。コイル２１の温度低下に伴って、コイル２１に、より多くの電流を印加することができるため、回転電機の性能向上を達成することができる。

このように、非出力側端板２３３には、非出力側冷媒路５４と連通し、シャフト３０の径方向外側に開口される非出力側噴出路５８が設けられている。そのため、コイル２１は、非出力側において、高効率に冷却される。これにより、回転電機の性能を、より向上させることができる。

実施の形態４．
次に、実施の形態４における回転電機について、図７および図８を用いて説明する。実施の形態４の回転電機では、出力側端板の外周側に、出力側噴出路が設けられている。

図７は、実施の形態４の回転電機における、シャフトの軸長方向に沿った模式的な断面図である。実施の形態４における回転電機４において、ロータ３２５は、ロータコア３１、永久磁石３２、非出力側端板２３３、および出力側端板３３４を備えている。出力側端板３３４は、内部出力側端板３３４ａおよび外部出力側端板３３４ｂを有している。内部出力側端板３３４ａは、ロータコア３１の出力側端面３１ｂに接して備えられている。外部出力側端板３３４ｂは、内部出力側端板３３４ａに接して、ロータコア３１の出力側端面３１ｂと反対側に備えられている。

内部出力側端板３３４ａには、内部出力側排出路５９ａが設けられている。内部出力側排出路５９ａは、外径側フラックスバリア３７と連通する流路である。外部出力側端板３３４ｂには、外部出力側排出路５９ｂが設けられている。外部出力側排出路５９ｂは、内部出力側排出路５９ａと連通する流路である。外部出力側端板３３４ｂには、シャフト３０の径方向外側の面に、出力側噴出路６０が設けられている。出力側噴出路６０は、外部出力側端板３３４ｂが開口されており、例えば、シャフト３０の周方向に切られたスリットである。出力側噴出路６０は、コイル２１の出力側の部分に対向している。出力側噴出路６０は、外部出力側排出路５９ｂと連通している。内部出力側排出路５９ａおよび外部出力側排出路５９ｂは、排出孔を構成する。出力側噴出路６０は、他端側噴出路を構成する。

図８は、図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線からロータを見た図である。内部出力側排出路５９ａは、隣り合う永久磁石３２の２つの外径側フラックスバリア３７と連通している。内部出力側排出路５９ａの断面は、例えば、四角形である。外部出力側排出路５９ｂは、外部出力側端板３３４ｂ内において、全周にわたる空洞である。

冷媒は、永久磁石３２を冷却し、外径側フラックスバリア３７に到達する。冷媒は、内部出力側排出路５９ａおよび外部出力側排出路５９ｂを通る。冷媒は、出力側噴出路６０から、ロータ３２５の外部に排出される。ロータ３２５の周囲には、コイル２１が配置されている。そのため、出力側噴出路６０から飛散される冷媒は、発熱したコイル２１に対して、均一に吹き付けられる。

出力側噴出路６０が設けられることによって、内部出力側排出路５９ａおよび外部出力側排出路５９ｂを通る冷媒は、確実に、出力側噴出路６０からシャフト３０の径方向外側へ飛散される。そのため、冷媒が、シャフト３０の軸長方向に漏れることは抑制される。

出力側噴出路６０から排出される冷媒は、ロータ３２５の回転による遠心力を受ける。そのため、冷媒は、飛沫状に均一に飛散される。出力側噴出路６０の周囲には、コイル２１がロータ３２５を囲うように配置されている。出力側噴出路６０は、コイル２１の出力側に対向して設けられている。そのため、出力側噴出路６０から飛散される冷媒は、発熱したコイル２１に対して、均一に効率よく吹き付けられる。そのため、コイル２１は、実施の形態１における冷媒排出孔５５の場合と比べて、より強力に冷却される。コイル２１の温度低下に伴って、コイル２１に、より多くの電流を印加できるため、回転電機の性能向上を達成することができる。

さらに、非出力側端板２３３には、非出力側噴出路５８が設けられている。そのため、非出力側噴出路５８から飛散される冷媒によって、コイル２１の非出力側の部分は冷却される。このように、非出力側噴出路５８および出力側噴出路６０を組み合わせることによって、ロータ３２５から飛散される冷媒は、コイル２１を、非出力側および出力側の両端から冷却することができる。コイル２１は、銅のような高熱伝導率を有する部材で構成されることが多い。そこで、この実施の形態４のように、飛沫する冷媒を用いて、コイル２１が両端から冷却される場合、コイル２１の内部では、熱移動が盛んに行われる。そのため、冷媒は、コイル２１の両端だけでなく、コイル２１の中央の温度も効率的に低下させることができる。コイル２１の温度低下に伴って、コイル２１に、より多くの電流を印加することができるため、回転電機の性能向上を達成することができる。

出力側噴出路６０がスリット形状にされていることによって、内部出力側排出路５９ａおよび外部出力側排出路５９ｂから供給される冷媒の圧力損失は低減される。そのため、ポンプ１５の動力を低減することができる。

このように、ロータ３２５は、ロータコア３１の出力側を支持する出力側端板３３４をさらに有している。出力側端板３３４には、ロータコア冷却穴３５を流れた冷媒が、出力側端板３３４内へ導かれる内部出力側排出路５９ａおよび外部出力側排出路５９ｂが設けられている。さらに、出力側端板３３４には、外部出力側排出路５９ｂと連通し、シャフト３０の径方向外側に開口される出力側噴出路６０が設けられている。そのため、出力側噴出路６０から飛散される冷媒は、発熱したコイル２１に対して、均一に吹き付けられる。コイル２１は、ロータ３２５の周方向に、温度の偏りなく均等に冷却される。これにより、従来以上にコイル２１に電流を印加できるため、回転電機の性能向上を達成することができる。

実施の形態１から４において、例えば、図１に示すように、非出力側冷媒路５４は、シャフト３０および非出力側端板３３が組み合わされることによって形成される。この場合、非出力側冷媒路５４におけるシャフト３０の軸長方向の幅は、シャフト径方向冷媒路５３におけるシャフト３０の軸長方向の幅より大きくする。このようにすることで、非出力側冷媒路５４およびシャフト径方向冷媒路５３の位置ずれは生じない。そのため、冷媒は、シャフト径方向冷媒路５３から、確実に非出力側冷媒路５４へ導かれる。また、シャフト径方向冷媒路５３の流路幅は狭められることなく、流量の安定的な供給が可能となる。

また、実施の形態１から４では、冷媒溜り５６の形状が円弧形状である場合を示したが、冷媒溜り５６の形状は、これに限られるものではない。冷媒溜り５６は、円弧壁面７０または円弧壁面７５から、シャフト３０の径方向外側に突出した空間であり、ロータコア冷却穴３５と連通していればよい。図９〜図１９は、冷媒溜り５６の変形例を示す図である。冷媒溜り５６の形状は、図９〜図１２に示すように、Ｖ字状に配置された２つの永久磁石３２の対称軸に対称である四角形の形状、三角形の形状、２つの三角形を連ねた形状、または２つの円弧を連ねた形状でもよい。また、冷媒溜り５６の形状は、図１３〜図１６に示すように、Ｖ字状に配置された２つの永久磁石３２の対称軸に非対称である四角形の形状、四角形を連接した形状、円弧を連接して形状、または２つの三角形を連接して形状でもよい。さらに、冷媒溜り５６の形状は、図１７〜図１９に示すように、円弧と四角形とを連接した形状、円弧と三角形とを連接した形状、または四角形と三角形とを連接して形状でもよい。冷媒溜り５６の形状は、図９〜図１９に示した以外の種々の多角形および円弧を連接した形状でもよい。なお、本発明の実施の形態１から４について図を用いて説明したが、図は一例を示したものであり、本発明は、種々の実施の形態を取り得る。

１，３，４ 回転電機、２５，１２５，２２５，３２５ ロータ、３０ シャフト、３１ ロータコア、３２ 永久磁石、３３，１３３，２３３ 非出力側端板（一端側端板）、３４，３３４ 出力側端板（他端側端板）、３５ ロータコア冷却穴（ロータ冷媒路）、５２ シャフト中央冷媒路、５３ シャフト径方向冷媒路、５４，１５４，２５４ 非出力側冷媒路（端板冷媒路）、５６ 冷媒溜り、５７ 冷媒ガイド部、５８ 非出力側噴出路（一端側噴出路）、５９ａ 内部出力側排出路（排出孔）、５９ｂ 外部出力側排出路（排出孔）、６０ 出力側噴出路（他端側噴出路）。

この発明による回転電機では、ロータは、ロータコアと、ロータコアに埋め込まれる永久磁石と、ロータコアの一端側を支持する一端側端板とを有し、シャフトには、径方向に貫通するシャフト径方向冷媒路が設けられ、ロータコアには、永久磁石を冷却するための冷媒がシャフトの軸長方向に流通するロータ冷媒路が設けられ、一端側端板には、ロータ冷媒路とシャフト径方向冷媒路とを連通する端板冷媒路がシャフトの全周にわたって設けられ、端板冷媒路には、シャフトの径方向外側に突出する冷媒溜りが設けられる。

この発明による回転電機では、ロータは、ロータコアと、ロータコアに埋め込まれる複数の永久磁石と、ロータコアの一端側を支持する一端側端板とを有し、シャフトには、径方向に貫通するシャフト径方向冷媒路が設けられ、ロータコアには、複数の永久磁石を冷却するための冷媒がシャフトの軸長方向に流通する複数のロータ冷媒路が設けられ、一端側端板には、複数のロータ冷媒路とシャフト径方向冷媒路とを連通する端板冷媒路がシャフトの全周にわたって設けられ、端板冷媒路には、シャフトの径方向外側に突出する複数の冷媒溜りが設けられ、前記複数の冷媒溜りのそれぞれは、前記複数の永久磁石のうちの一対の永久磁石を冷却する位置に配置されている。

Claims (7)

1. シャフトを回転軸としてロータが回転する回転電機であって、
   前記ロータは、ロータコアと、前記ロータコアに埋め込まれる永久磁石と、前記ロータコアの一端側を支持する一端側端板とを有し、
   前記ロータコアには、前記永久磁石を冷却するための冷媒が前記シャフトの軸長方向に流通するロータ冷媒路が設けられ、
   前記一端側端板には、前記ロータ冷媒路と連通する端板冷媒路が設けられ、
   前記端板冷媒路には、前記シャフトの径方向外側に突出する冷媒溜りが設けられる回転電機。
2. 前記冷媒溜りにおいて、前記ロータ冷媒路は、前記端板冷媒路と連通する請求項１に記載の回転電機。
3. 前記端板冷媒路には、前記シャフトの周方向において、前記冷媒溜りに隣接し、前記ロータ冷媒路より、前記シャフトの径方向内側に突出する冷媒ガイド部が設けられる請求項１または２に記載の回転電機。
4. 前記一端側端板には、前記端板冷媒路と連通し、前記シャフトの径方向外側に開口される一端側噴出路が設けられる請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機。
5. 前記ロータは、前記ロータコアの他端側を支持する他端側端板をさらに有し、
   前記他端側端板には、
   前記ロータ冷媒路を流れた前記冷媒が前記他端側端板内へ導かれる排出孔と、
   前記排出孔と連通し、前記シャフトの径方向外側に開口される他端側噴出路と、
   が設けられる請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機。
6. 前記シャフトには、
   前記シャフトの前記一端側が開口され、前記シャフト内を前記一端側から前記シャフトの前記軸長方向へ部分的に延設されるシャフト中央冷媒路と、
   前記シャフト中央冷媒路と連通し、前記シャフトの径方向に延設され、前記端板冷媒路と連通するシャフト径方向冷媒路と、
   が設けられる請求項１から５のいずれか１項に記載の回転電機。
7. 前記シャフト中央冷媒路の流路断面積は、前記シャフト径方向冷媒路の流路断面積より大きい請求項６に記載の回転電機。

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