WO2021140645A1 - ロータおよび回転電機 - Google Patents

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WO2021140645A1
WO2021140645A1 PCT/JP2020/000649 JP2020000649W WO2021140645A1 WO 2021140645 A1 WO2021140645 A1 WO 2021140645A1 JP 2020000649 W JP2020000649 W JP 2020000649W WO 2021140645 A1 WO2021140645 A1 WO 2021140645A1
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WO
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rotor
circumferential direction
protrusions
protrusion
electric machine
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PCT/JP2020/000649
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English (en)
French (fr)
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愛 中里
加藤　健次
貴裕 水田
貴之 安盛
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/24—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium

Definitions

  • the present disclosure relates to a rotor and a rotary electric machine having a plurality of protrusions.
  • rotary electric machines such as switched reluctance motors having a plurality of protrusions on the rotor do not have a permanent magnet provided on the rotor, and can output high output in a high speed range.
  • this type of rotary electric machine when the rotor rotates, the air flowing between the protrusions causes more wind damage than a general cylindrical rotor, and the temperature of the rotor rises.
  • Patent Document 1 includes a stator around which a coil is wound and a rotor core having a protruding rotor pole, and the rotor pole is provided with a vent hole that penetrates the rotor pole while being inclined with respect to the rotation direction of the rotor.
  • the switched reluctance motor is disclosed.
  • the switched reluctance motor described in Patent Document 1 when the rotor rotates, an air flow flowing through a ventilation hole provided in the rotor pole is formed, and the heat generated by the coil of the stator or the like is dissipated from the rotor by this air flow.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and an object of the present disclosure is to obtain a rotor capable of reducing wind damage and reducing temperature rise.
  • the rotor according to the present disclosure is a rotor facing the inner peripheral surface of the stator including the stator core to which the coil is attached, and includes a main body and a plurality of protrusions. , With a plurality of grooves.
  • the main body is formed in a cylindrical shape.
  • the plurality of protrusions project from the main body in the radial direction of the main body and in the direction toward the stator, and are arranged at intervals in the circumferential direction of the main body.
  • the plurality of grooves are formed between two protrusions that are adjacent to each other in the circumferential direction and have different combinations from each other among the plurality of protrusions.
  • Each of the plurality of protrusions has a pair of end faces in the circumferential direction formed in a concave curved surface shape, and the length of the tip in the circumferential direction is longer than the length of the tip of each of the plurality of grooves and the base in the circumferential direction. The length of the end is longer than the length of the base end of each of the plurality of grooves.
  • the rotor according to the present disclosure has the effect of reducing wind damage and reducing temperature rise.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of the rotary electric machine according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II shown in FIG.
  • the rotary electric machine 1 according to the first embodiment passes through a rotary shaft 2, a rotor 3 fixed to the rotary shaft 2, and a gap 12 in which an inner peripheral surface 4a is an air layer with the rotor 3. It is provided with a cylindrical stator 4 facing each other.
  • the rotary electric machine 1 is, for example, a switched reluctance motor.
  • the extending direction of the rotating shaft 2 may be described as the rotating shaft direction.
  • the rotary electric machine 1 has a frame 5 to which the stator 4 is fixed, a front bracket 6 attached to one end of the frame 5 in the rotation axis direction, and a rear bracket 7 attached to the other end of the frame 5 in the rotation axis direction. Be prepared. Further, the rotary electric machine 1 includes a bearing 8 provided between the rotary shaft 2 and the front bracket 6, a bearing 9 provided between the rotary shaft 2 and the rear bracket 7, and a control unit 10 for controlling the rotary electric machine 1. And a cover 11 that covers the control unit 10.
  • the bearing 8, the frame 5, the bearing 9, the rear bracket 7, the control unit 10, and the cover 11 are arranged in this order from the front bracket 6 along the rotation axis direction. Further, in the rotary electric machine 1, the stator 4, the rotor 3, and the rotary shaft 2 are arranged in this order from the frame 5 in the radial direction.
  • the rotor 3 Since the rotor 3 is fixed to the rotating shaft 2, when the rotary electric machine 1 operates, it rotates together with the rotating shaft 2.
  • the rotor 3 is formed by laminating a plurality of magnetic steel plates, for example.
  • the rotor 3 includes a cylindrical main body portion 30, a plurality of protrusions 31, and a plurality of groove portions 32.
  • the boundary line between the plurality of protrusions 31 and the plurality of groove portions 32 and the main body portion 30 is shown by a broken line.
  • the plurality of protrusions 31 project from the main body 30 toward the stator 4 in the radial direction of the main body 30 and are arranged at intervals in the circumferential direction of the main body 30.
  • the radial direction of the main body 30 is the same as the radial direction of the rotating shaft 2 and the radial direction of the rotor 3, and may be simply referred to as the radial direction below.
  • the circumferential direction of the main body 30 is the same as the circumferential direction of the rotating shaft 2, and may be simply referred to as the circumferential direction below.
  • the plurality of groove portions 32 are formed between two protrusions 31 which are adjacent to each other in the circumferential direction of the main body portion 30 and have different combinations from each other among the plurality of protrusions 31.
  • Each of the plurality of groove portions 32 is a space formed between two adjacent protrusions 31 having different combinations and the outer peripheral surface of the main body portion 30.
  • the length of the groove 32 in the radial direction is longer than the length of the gap 12 in the radial direction.
  • the stator 4 includes a stator core 41 and a plurality of coils 42.
  • the stator 4 is fixed to the frame 5 and maintains a stationary state even when the rotary electric machine 1 is operated.
  • the stator core 41 includes a plurality of protrusions that protrude toward the rotation shaft 2.
  • the plurality of protrusions are arranged at intervals in the circumferential direction of the rotating shaft 2, and the corresponding coil 42 of the plurality of coils 42 is attached to each of the plurality of protrusions.
  • the frame 5 is formed in a cylindrical shape, the inner wall surface is fixed to the outer peripheral surface 4b of the stator 4, and the outer wall surface serves as a cooling source.
  • the outer wall surface of the frame 5 is cooled by, for example, a gas such as air or a liquid such as water or oil.
  • Air cooling includes natural air cooling that does not use a fan, and forced air cooling that requires a fan.
  • the rotary electric machine 1 is provided with a jacket for forming a flow path on the outer wall surface of the frame 5.
  • the jacket may be provided with fins in order to enhance the heat dissipation effect.
  • the front bracket 6 and the rear bracket 7 shown in FIG. 1 have a function of a case for enclosing the internal parts of the rotary electric machine 1.
  • the front bracket 6 is also used to fix the rotary electric machine 1 to a mounting surface (not shown).
  • the control unit 10 is arranged in a space formed by the rear bracket 7 and the cover 11.
  • the control unit 10 has a control board and a drive circuit, and the drive circuit can operate the rotary electric machine 1 by a command of the control board.
  • the drive circuit of the control unit 10 operates the rotary electric machine 1 by passing an electric current through a plurality of coils 42 of the stator 4 in the order of commands sent from the control board.
  • Bearings 8 and 9 are parts that smoothly rotate the rotating shaft 2 and the rotor 3.
  • the outer peripheral portion of the bearing 8 is attached to the front bracket 6, and the outer peripheral portion of the bearing 9 is attached to the rear bracket 7. Further, the inner peripheral portions of the bearings 8 and 9 are attached to the rotating shaft 2.
  • the front bracket 6 and the rear bracket 7 are fixed to the outer peripheral portions of the bearings 8 and 9 so as not to rotate, and when the rotary electric machine 1 operates, the inner peripheral portions of the bearings 8 and 9 rotate together with the rotating shaft 2.
  • a switched reluctance motor having a protrusion on the rotor is known to be low in cost and excellent in maintainability because a permanent magnet is not provided on the rotor. Since the switched reluctance motor has a simple structure in which the rotor uses an iron core, it is a rotary electric machine that is less affected by damage to parts due to centrifugal force and can be applied to high-speed rotation.
  • the switched reluctance motor cannot convert all the power into output with respect to the input power, and some power is lost due to magnetic resistance or electrical resistance. Such loss becomes heat and each part generates heat.
  • the main heat-generating components are the stator, coil, and rotor.
  • heat is also generated from the bearing as a mechanical loss. When the frame is actively cooled by forced air cooling, water, oil, etc., most of the heat generated by the loss is dissipated from the frame, so the temperature of the rotor farthest from the frame, which is the heat source, is high. high.
  • the cause of wind damage is the friction between the outer peripheral surface of the rotor and the air, and the drag force generated when the air hits the end surface of the protrusions provided on the rotor in the circumferential direction.
  • the outer peripheral surface of the rotor is a surface of a plurality of protrusions formed on the rotor that faces the stator via a gap.
  • each of the plurality of protrusions 31 is formed in a concave curved surface shape on each of the pair of end faces in the circumferential direction.
  • the tip length of each of the plurality of protrusions 31 is longer than the length of each tip of the plurality of groove portions 32 in the circumferential direction, and the base end length of each of the plurality of groove portions 32 in the circumferential direction is longer than the length of each tip of the plurality of groove portions 32. Longer than the length of the edge.
  • the protrusion 31 and the groove 32 will be specifically described.
  • the base end of the protrusion 31 can also be called the base of the protrusion 31.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the direction perpendicular to the rotation axis direction of the rotor according to the first embodiment, and is an enlarged view of the rotor 3 shown in FIG.
  • “Ri” is the radius of the portion of the rotor 3 from the center of the rotating shaft 2 to the base end of the protrusion 31, and may be hereinafter referred to as an inner radius.
  • the inner radius Ri is the same as the outer radius of the main body 30.
  • “Ro” is the radius of the portion of the rotor 3 from the center of the rotating shaft 2 to the tip of the protrusion 31, and may be hereinafter referred to as an outer radius.
  • the outer radius Ro can also be referred to as the outer radius of the rotor 3.
  • “Lo_a” is the length of the tip of the protrusion 31 in the circumferential direction, and can also be said to be the circumference of the protrusion 31 in the outer radius Ro.
  • “Lo_a” will be described as the peripheral length of the tip of the protrusion 31.
  • “Lo_b” is the length of the tip of the groove portion 32 in the circumferential direction, and can also be said to be the peripheral length of the groove portion 32 in the outer radius Ro.
  • “Lo_b” will be described as the peripheral length of the tip of the groove portion 32.
  • “Li_a” is the length of the base end of the protrusion 31 in the circumferential direction, and can also be said to be the peripheral length of the protrusion 31 in the inner radius Ri.
  • “Li_a” will be referred to as the peripheral length of the base end of the protrusion 31.
  • “Li_b” is the length of the base end of the groove portion 32 in the circumferential direction, and can also be said to be the peripheral length of the groove portion 32 in the inner radius Ri.
  • “Li_b” will be referred to as the peripheral length of the base end of the groove portion 32.
  • the peripheral length Lo_a at the tip of each protrusion 31 is longer than the peripheral length Lo_b at the tip of each groove 32, and the peripheral length Li_a at the base end of each protrusion 31 is longer than the peripheral length Li_b at the base end of each groove 32.
  • the rotor 3 according to the first embodiment is formed so that the relationship between the protrusion 31 and the groove 32 is Lo_a> Lo_b and Li_a> Li_b.
  • Each of the plurality of protrusions 31 has a pair of end faces in the circumferential direction formed into a concave curved surface. As a result, the rotary electric machine 1 according to the first embodiment can reduce the wind damage and reduce the temperature rise of the rotor 3.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view obtained by cutting one circumference of the rotor shown in FIG. 3 at an angle divided by the number of protrusions, and is a cross-sectional view showing a region including one protrusion 31.
  • the angle obtained by dividing one circumference of the rotor 3 by the number of protrusions 31 is 72 degrees.
  • each of the pair of end faces 34 of each protrusion 31 is formed in a shape having a smooth recess that is convex from the groove 32 toward the protrusion 31. That is, each of the pair of end faces 34 of each protrusion 31 is formed in a concave curved surface shape.
  • A shown in FIG. 4 indicates the position of the end face 34 in the circumferential direction with respect to the outer radius Ro of the rotor 3, and will be hereinafter referred to as point A.
  • B shown in FIG. 4 indicates a position of the end face 34 in the circumferential direction with respect to the inner radius Ri of the rotor 3, and is hereinafter referred to as point B.
  • C shown in FIG. 4 indicates a position in the circumferential direction between the outer radius Ro and the inner radius Ri of the rotor 3 in the end face 34, and will be hereinafter referred to as point C.
  • Point C is the point of the end face 34 at the position closest to the center line L1 of the protrusion 31.
  • the center line L1 is a straight line extending in the radial direction through the center in the circumferential direction of the protrusion 31.
  • each end face 34 is located at a position where the base end is farther from the center line L1 of the protrusion 31 than the tip end in the circumferential direction. That is, each end face 34 has a circumferential distance from the tip A point to the center line L1 shorter than the circumferential distance from the base end B point to the center line L1.
  • the end face 34 may have a base end and a tip end at the same distance from the center line L1 of the protrusion 31 in the circumferential direction.
  • the rotor 3 is formed so that the relationship between the protrusion 31 and the groove portion 32 is Lo_a> Lo_b and Li_a> Li_b.
  • the length of the groove portion 32 in the circumferential direction is shortened as a whole, so that the amount of air flowing into the groove portion 32 is reduced. Since the flow velocity in the groove 32 becomes smaller due to the reduction in the air volume, the drag force of the end face 34 becomes smaller. As a result, in the rotary electric machine 1, the wind damage generated in the rotor 3 is reduced, so that the temperature rise of the rotor 3 can be reduced.
  • the peripheral length Lo_a at the tip of the protrusion 31 is longer than the peripheral length Lo_b at the tip of the groove 32, the heat transfer area from the tip of the protrusion 31 to the frame 5 which is the heat dissipation source is wide. Therefore, in the rotary electric machine 1, the thermal resistance from the rotor 3 to the frame 5 becomes small, and the temperature of the rotor 3 can be lowered. Further, since the peripheral length Lo_a at the tip of the protrusion 31 is longer than the peripheral length Lo_b at the tip of the groove 32, the area through which the magnetic field lines pass can be increased and the magnetic performance can be improved.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the peripheral length of the tip of the protrusion and the temperature of the rotor according to the first embodiment.
  • the vertical axis represents the temperature of the rotor 3
  • the horizontal axis represents the central angle formed by the arcuate surface along the circumferential direction at the tip of one protrusion 31.
  • the central angle formed by such an arcuate surface is “ ⁇ ” shown in FIG.
  • the peripheral length Lo_b at the tip of the groove 32 is zero.
  • the graph shown in FIG. 5 shows that the temperature of the rotor 3 tends to decrease as the central angle ⁇ increases. Therefore, the longer the peripheral length Lo_a at the tip of the protrusion 31, the lower the temperature of the rotor 3, and the longer the peripheral length Lo_a at the tip of the protrusion 31, the more preferable.
  • the central angle ⁇ is an angle larger than 36 degrees.
  • each of the pair of end faces 34 of the protrusion 31 is formed in a shape having a smooth recess that becomes convex from the groove 32 toward the protrusion 31. That is, each of the pair of end faces 34 of each protrusion 31 is formed in a concave curved surface shape, and as shown in FIG. 4, the point C of the end faces 34 closest to the center line L1 of the protrusion 31 is. It is located between the outer radius Ro and the inner radius Ri of the rotor 3 in the radial direction. Due to the shape of the end face 34, the rotary electric machine 1 can reduce the wind damage. Hereinafter, reduction of wind damage due to the shape of the end face 34 will be described.
  • FIG. 6 is a diagram showing a relative speed vector when the rotor is rotated in the rotary electric machine according to the first embodiment.
  • the relative velocity vector is a vector indicating the flow direction of the fluid when viewed from the rotating rotor 3.
  • a fluid vortex independent of the outflow is formed in the groove 32.
  • the outflow is a fluid flowing through the space formed by the gap 12. Since the rotor 3 rotates at a designated rotation speed, the air in the groove 32 rotates together with the rotor 3. The outflow of the space formed by the gap 12 is dragged by the rotation of the rotor 3 and rotates, but tends to be slower than the flow velocity of the groove portion 32. Since the pair of end faces 34 are formed in a concave curved surface shape, a fluid vortex independent of the outflow of the space formed by the gap 12 is formed in the groove portion 32.
  • the base end side of the protrusion 31 becomes hotter than the tip end side of the protrusion 31 because the air takes away the heat generated by the rotor 3.
  • the end surface 34 of the protrusion 31 is formed in a concave curved surface shape and a fluid vortex is formed in the groove portion 32, the stagnation portion where the air flow is stagnant is reduced, and the temperature of the rotor 3 is reduced. ..
  • the above-mentioned effect of forming the end surface 34 of the protrusion 31 into a concave curved surface is greater as the circumference Lo_a at the tip of the protrusion 31 is larger than the circumference Lo_b at the tip of the groove 32. This is because when the peripheral length Lo_b at the tip of the groove portion 32 becomes long, the vortex of the fluid generated in the groove portion 32 merges with the outer flow, and the flow velocity of the outer flow increases.
  • the rotor 3 faces the inner peripheral surface 4a of the stator 4.
  • the rotor 3 includes a main body portion 30, a plurality of protrusions 31, and a plurality of groove portions 32.
  • the main body 30 is formed in a cylindrical shape.
  • the plurality of protrusions 31 project from the main body 30 in the radial direction of the main body 30 and toward the stator 4, and are arranged at intervals in the circumferential direction of the main body 30.
  • the plurality of groove portions 32 are formed between two protrusions 31 which are adjacent to each other in the circumferential direction of the main body portion 30 and which have different combinations from each other among the plurality of protrusions 31.
  • each protrusion 31 has a peripheral length Lo_a, which is the length of the tip in the circumferential direction, longer than the peripheral length Lo_b, which is the length of each tip of the plurality of groove portions 32, and is the length of the proximal end in the circumferential direction.
  • the peripheral length Li_a is longer than the peripheral length Li_b, which is the length of each base end of the plurality of groove portions 32.
  • the rotary electric machine 1 includes a rotor 3 and a stator 4.
  • the stators 4 are arranged at intervals in the circumferential direction, and have a stator core 41 having a plurality of protrusions protruding toward the rotor 3, and a plurality of coils 42 attached to the corresponding protrusions among the plurality of protrusions of the stator core 41. And.
  • the rotary electric machine 1 can reduce the wind damage and reduce the temperature rise.
  • the rotary electric machine according to the second embodiment is a rotary electric machine according to the first embodiment in that the tip portion of each of the pair of end faces of the rotor is located at a position farther from the center line of the protrusion than the base end portion.
  • components having the same functions as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted, and the differences from the rotary electric machine 1 of the first embodiment will be mainly described.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the direction perpendicular to the rotation axis direction of the rotor of the rotary electric machine according to the second embodiment.
  • the rotor 3A of the rotary electric machine according to the second embodiment includes a main body portion 30, a plurality of protrusions 31A, and a plurality of groove portions 32A.
  • the rotor 3A is different from the rotor 3 in that the shapes of the protrusion 31A and the groove 32A are different from the shapes of the protrusion 31 and the groove 32.
  • the rotor 3A is formed so that the relationship between the protrusion 31A and the groove portion 32A is Lo_a> Lo_b and Li_a> Li_b, similarly to the rotor 3 of the rotary electric machine 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view obtained by cutting one round of the rotor shown in FIG. 7 at an angle divided by the number of protrusions, and is a cross-sectional view showing a region including one protrusion 31A.
  • the angle obtained by dividing one round of the rotor 3A by the number of protrusions 31 is 72 degrees.
  • Each end surface 34A of the rotor 3A is located at a position where the tip end portion is farther from the center line L1 of the protrusion 31A than the base end portion in the circumferential direction.
  • the rotor 3A has a relationship of Lo_a> Li_a.
  • the peripheral length Lo_a at the tip of the protrusion 31A is longer than the peripheral length Lo_b at the tip of the groove 32A as compared with the rotor 3, so that the air flowing through the gap 12 flows into the groove 32A.
  • the entrance area of is smaller. Therefore, in the rotary electric machine according to the second embodiment, it becomes difficult for air to flow from the gap 12 into the groove portion 32A, so that the velocity of the fluid inside the groove portion 32A becomes low. When the velocity of the fluid flowing through the groove 32A is reduced, the wind loss is reduced. As a result, in the rotary electric machine according to the second embodiment, the temperature rise of the rotor 3A can be further reduced as compared with the rotary electric machine 1.
  • each of the pair of end faces 34A is located at a position where the tip portion is farther from the center line L1 of the protrusion 31A than the base end portion in the circumferential direction. is there.
  • the speed of the fluid flowing through the groove 32A of the rotor 3A is reduced, wind damage can be reduced, and the temperature rise can be reduced.
  • Embodiment 3 The rotary electric machine according to the third embodiment is different from the rotary electric machine 1 according to the first embodiment in that a fillet is provided at the end of each protrusion in the circumferential direction.
  • components having the same functions as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted, and the differences from the rotary electric machine 1 of the first embodiment will be mainly described.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the direction perpendicular to the rotation axis direction of the rotor of the rotary electric machine according to the third embodiment.
  • the rotor 3B of the rotary electric machine according to the third embodiment includes a main body portion 30, a plurality of protrusions 31B, and a plurality of groove portions 32B.
  • the rotor 3B is different from the rotor 3 in that the shapes of the protrusion 31B and the groove 32B are different from the shapes of the protrusion 31 and the groove 32.
  • the rotor 3B is formed so that the relationship between the protrusion 31B and the groove portion 32B is Lo_a> Lo_b and Li_a> Li_b, similarly to the rotor 3 of the rotary electric machine 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view obtained by cutting one round of the rotor shown in FIG. 9 at an angle divided by the number of protrusions, and is a cross-sectional view showing a region including one protrusion 31B.
  • the angle obtained by dividing one round of the rotor 3B by the number of protrusions 31 is 72 degrees.
  • the thermal resistance tends to increase.
  • the thermal resistance tends to increase at the circumferential end of the protrusion. Therefore, in the rotor 3B of the rotary electric machine according to the third embodiment, a fillet 35 is provided at the end of each protrusion 31B in the circumferential direction. As a result, in the rotary electric machine according to the third embodiment, the local temperature rise at the tip of the protrusion 31B can be reduced.
  • the size of the fillet 35 is set under the condition that the relationship between the protrusion 31B and the groove portion 32B is within the range where Lo_a> Lo_b.
  • the circumferential distance from the tip point A to the center line L1 is the same as the circumferential distance from the base end point B to the center line L1.
  • the distance in the circumferential direction from the point A which is the tip portion to the center line L1 is the center line from the point B which is the base end portion, similarly to each end surface 34A of the rotor 3A. It may be longer than the circumferential distance to L1.
  • the rotor 3B can reduce the velocity of the fluid flowing through the groove 32B to reduce the wind damage, and can reduce the temperature rise of the rotor 3B.
  • each of the plurality of protrusions 31B is provided with a fillet 35 at the distal end in the circumferential direction.
  • the local temperature rise at the tip of the protrusion 31B can be reduced, and the temperature rise of the rotor 3 can be reduced.
  • the configuration shown in the above embodiments is an example, and can be combined with another known technique, can be combined with each other, and does not deviate from the gist. It is also possible to omit or change a part of the configuration.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

ロータ（３）は、コイル（４２）が取り付けられたステータコア（４１）を含むステータ（４）の内周面（４ａ）と対向する。ロータ（３）は、本体部（３０）と、複数の突起（３１）と、複数の溝部（３２）と、を備える。本体部（３０）は、円筒状に形成される。複数の突起（３１）は、本体部（３０）の径方向であってステータ（４）に向かう方向に本体部（３０）から各々突出し、本体部（３０）の周方向に間隔を空けて配列される。複数の溝部（３２）は、複数の突起（３１）のうち周方向で隣接し且つ互いに組み合わせが異なる２つの突起（３１）間に各々形成される。複数の突起（３１）の各々は、周方向における一対の端面の各々が凹曲面状に形成されており、周方向において先端の長さが複数の溝部（３２）の各々の先端の長さよりも長く且つ周方向において基端の長さが複数の溝部（３２）の各々の基端の長さよりも長い。

Description

ロータおよび回転電機
　本開示は、複数の突起を備えたロータおよび回転電機に関する。
　従来、ロータに複数の突起を有するスイッチトリラクタンスモータなどの回転電機は、永久磁石がロータに設けられておらず、高速域において高出力が可能である。この種の回転電機は、ロータが回転すると、突起間に流れる空気の影響で、一般的な円筒型のロータよりも多くの風損が発生してロータの温度が上昇する。
　特許文献１には、コイルが巻き付けられたステータと、突起状のロータ極を有するロータコアとを備え、ロータ極に、ロータの回転方向に対して傾斜しつつロータ極を貫通する通気孔が設けられたスイッチトリラクタンスモータが開示されている。特許文献１に記載のスイッチトリラクタンスモータでは、ロータが回転すると、ロータ極に設けられた通気孔を流れる気流が形成され、この気流によってステータのコイルなどで発生した熱がロータから放散される。
特開２００９－３３８８６号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ロータが回転する際に、ロータに設けられた通気孔を流れる気流によって風損が生じる。そのため、特許文献１に記載の技術では、気流によるロータの温度上昇の低減効果が気流による風損によって小さくなる。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、風損を低減して温度上昇を低減することができるロータを得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係るロータは、コイルが取り付けられたステータコアを含むステータの内周面と対向するロータであって、本体部と、複数の突起と、複数の溝部と、を備える。本体部は、円筒状に形成される。複数の突起は、本体部の径方向であってステータに向かう方向に本体部から各々突出し、本体部の周方向に間隔を空けて配列される。複数の溝部は、複数の突起のうち周方向で隣接し且つ互いに組み合わせが異なる２つの突起間に各々形成される。複数の突起の各々は、周方向における一対の端面の各々が凹曲面状に形成されており、周方向において先端の長さが複数の溝部の各々の先端の長さよりも長く且つ周方向において基端の長さが複数の溝部の各々の基端の長さよりも長い。
　本開示に係るロータは、風損を低減して温度上昇を低減することができる、という効果を奏する。
実施の形態１に係る回転電機の縦断面図 図１に示すII-II線に沿った断面図 実施の形態１に係るロータの回転軸方向に垂直な方向に沿った断面図 図３に示すロータの１周分を突起の個数で分割した角度で切り取って得られる断面図 実施の形態１に係る突起の先端の周長とロータの温度との関係を示すグラフ 実施の形態１に係る回転電機においてロータを回転した際の相対速度ベクトルを示す図 実施の形態２に係る回転電機のロータの回転軸方向に垂直な方向に沿った断面図 図７に示すロータの１周分を突起の個数で分割した角度で切り取って得られる断面図 実施の形態３に係る回転電機のロータの回転軸方向に垂直な方向に沿った断面図 図９に示すロータの１周分を突起の個数で分割した角度で切り取って得られる断面図
　以下に、実施の形態に係るロータおよび回転電機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本開示が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る回転電機の縦断面図である。図２は、図１に示すII-II線に沿った断面図である。図１に示すように、実施の形態１に係る回転電機１は、回転軸２と、回転軸２に固定されるロータ３と、内周面４ａがロータ３と空気層であるギャップ１２を介して対向する円筒状のステータ４とを備える。回転電機１は、例えば、スイッチトリラクタンスモータである。以下において、回転軸２の延在方向を回転軸方向と記載する場合がある。
　また、回転電機１は、ステータ４が固定されるフレーム５と、回転軸方向におけるフレーム５の一端に取り付けられるフロントブラケット６と、回転軸方向におけるフレーム５の他端に取り付けられるリアブラケット７とを備える。また、回転電機１は、回転軸２とフロントブラケット６との間に設けられるベアリング８と、回転軸２とリアブラケット７との間に設けられるベアリング９と、回転電機１を制御する制御部１０と、制御部１０を覆うカバー１１とを備える。
　回転電機１では、回転軸方向に沿って、フロントブラケット６から、ベアリング８、フレーム５、ベアリング９、リアブラケット７、制御部１０、およびカバー１１の順に配置される。また、回転電機１では、径方向において、フレーム５から、ステータ４、ロータ３、および回転軸２の順に配置される。
　ロータ３は、回転軸２に固定されるため、回転電機１が作動すると回転軸２と共に回転する。ロータ３は、例えば、複数の磁性鋼板を積層して形成される。ロータ３は、図２に示すように、円筒状の本体部３０と、複数の突起３１と、複数の溝部３２とを備える。図２においては、複数の突起３１および複数の溝部３２と本体部３０との境界線が破線で示されている。
　複数の突起３１は、本体部３０からステータ４に向けて本体部３０の径方向に各々突出し本体部３０の周方向に間隔を空けて配列される。本体部３０の径方向は、回転軸２の径方向およびロータ３の径方向と同じであり、以下、単に径方向と記載する場合がある。また、本体部３０の周方向は、回転軸２の周方向と同じ方向であり、以下、単に周方向と記載する場合がある。
　複数の溝部３２は、複数の突起３１のうち本体部３０の周方向で隣接し且つ互いに組み合わせが異なる２つの突起３１間に各々形成される。複数の溝部３２の各々は、互いに組み合わせが異なる隣接する２つの突起３１と本体部３０の外周面との間に形成される空間である。径方向における溝部３２の長さは、径方向におけるギャップ１２の長さよりも長い。
　ステータ４は、ステータコア４１と複数のコイル４２とを備える。かかるステータ４は、フレーム５に固定されており、回転電機１が作動した場合においても静止状態が維持される。ステータコア４１は、回転軸２に向けて突出する複数の突起を備える。かかる複数の突起は、回転軸２の周方向に間隔を空けて配置され、複数のコイル４２のうち対応するコイル４２が各々取り付けられる。
　フレーム５は、円筒状に形成されており、内壁面がステータ４の外周面４ｂに固定され、外壁面が冷却源になる。フレーム５の外壁面は、例えば、空気などの気体、または、水または油などの液体などによって冷却される。空気による冷却には、ファンを用いない自然空冷、またはファンを必要とする強制空冷などがある。フレーム５の外壁面が水また油によって冷却される場合は、回転電機１には、フレーム５の外壁面に流路を作るためのジャケットが設けられる。かかるジャケットには、放熱効果を高めるために、フィンが設けられてもよい。
　図１に示すフロントブラケット６およびリアブラケット７は、回転電機１の内部の部品を囲うケースの機能を有する。また、フロントブラケット６は、回転電機１を不図示の取り付け面に固定するためにも使用される。
　制御部１０は、リアブラケット７とカバー１１とで形成される空間に配置される。制御部１０は、制御基板と駆動回路とを有しており、駆動回路は、制御基板の指令によって、回転電機１を作動させることができる。例えば、制御部１０の駆動回路は、制御基板から送られた指令通りの順番でステータ４の複数のコイル４２へ電流を流すことで、回転電機１を作動させる。
　ベアリング８，９は、回転軸２およびロータ３を滑らかに回転させる部品である。ベアリング８の外周部がフロントブラケット６に取り付けられ、ベアリング９の外周部がリアブラケット７に取り付けられる。また、ベアリング８，９の内周部は回転軸２に取り付けられる。ベアリング８，９の外周部は、回転しないようにフロントブラケット６およびリアブラケット７は固定されており、回転電機１が作動すると、ベアリング８，９の内周部が回転軸２と共に回転する。
　ここで、スイッチトリラクタンスモータについて説明する。ロータに突起を備えるスイッチトリラクタンスモータは、永久磁石がロータに設けられないことから、低コストで保守性に優れることが知られている。スイッチトリラクタンスモータは、ロータが鉄心を使用した簡易な構造であるため、遠心力による部品の破損などの影響が小さく、高速回転にも適用可能な回転電機である。
　スイッチトリラクタンスモータは、入力される電力に対して、全ての電力を出力に変換することができず、一部の電力は磁気抵抗または電気抵抗などによって損失になる。かかる損失は熱となって各部が発熱する。主に発熱する部品としては、ステータ、コイル、およびロータである。また、その他、機械損失として、ベアリングからも発熱する。フレームが強制空冷、水、または油などによって積極的に冷やされる場合、損失によって発生した熱は、ほとんどがフレームから放散されるため、放熱源となるフレームから最も離れた位置にあるロータの温度が高い。
　フレームとロータの間には、ステータに加え、熱伝導率が他の部品と比べて著しく低い空気層であるギャップおよび溝部が介在する。したがって、熱伝導率の小さいギャップおよび溝部で熱抵抗が大きくなるため、ロータの温度が上昇する。さらに、ロータが回転した際、ロータの表面周りの空気抵抗により空気の摩擦によって熱が発生する。空気の摩擦による熱の発生は風損と呼ばれる。
　風損が発生する原因は、ロータの外周面と空気との間の摩擦、およびロータに設けられる突起の周方向における端面に空気が当たることにより発生する抗力である。なお、ロータの外周面は、ロータに形成される複数の突起のうちステータとギャップを介して対向する面である。
　ロータが高速に回転するほど、ロータの周囲における空気の流速が相対的に速くなるため、風損が大きくなる傾向にある。風損の発生により、ステータコア、コイル、およびロータの温度が上昇する。特に、ロータは、放熱源となるフレームに対してギャップを介して設けられるため、温度が最も上昇しやすい傾向となる。
　そこで、実施の形態１に係る回転電機１では、複数の突起３１の各々は、周方向における一対の端面の各々が凹曲面状に形成される。そして、複数の突起３１の各々は、周方向において先端の長さが複数の溝部３２の各々の先端の長さよりも長く、且つ周方向において基端の長さが複数の溝部３２の各々の基端の長さよりも長い。これにより、回転電機１は、風損を低減して温度上昇を低減することができる。以下、突起３１および溝部３２について具体的に説明する。なお、突起３１の基端は、突起３１の付け根と呼ぶこともできる。
　図３は、実施の形態１に係るロータの回転軸方向に垂直な方向に沿った断面図であり、図２に示すロータ３の拡大図である。図３において、「Ｒｉ」は、回転軸２の中心からロータ３のうち突起３１の基端までの部分の半径であり、以下、内半径と記載する場合がある。内半径Ｒｉは、本体部３０の外半径と同じである。また、図３において、「Ｒｏ」は、回転軸２の中心からロータ３のうち突起３１の先端までの部分の半径であり、以下、外半径と記載する場合がある。外半径Ｒｏは、ロータ３の外半径とも呼ぶことができる。
　図３において、「Ｌｏ＿ａ」は、周方向における突起３１の先端の長さであり、外半径Ｒｏにおける突起３１の周長と言うこともできる。以下、「Ｌｏ＿ａ」を突起３１の先端の周長と記載する。また、図３において、「Ｌｏ＿ｂ」は、周方向における溝部３２の先端の長さであり、外半径Ｒｏにおける溝部３２の周長と言うこともできる。以下、「Ｌｏ＿ｂ」を溝部３２の先端の周長と記載する。
　図３において、「Ｌｉ＿ａ」は、周方向における突起３１の基端の長さであり、内半径Ｒｉにおける突起３１の周長と言うこともできる。以下、「Ｌｉ＿ａ」を突起３１の基端の周長と記載する。また、図３において、「Ｌｉ＿ｂ」は、周方向における溝部３２の基端の長さであり、内半径Ｒｉにおける溝部３２の周長と言うこともできる。以下、「Ｌｉ＿ｂ」を溝部３２の基端の周長と記載する。
　各突起３１の先端の周長Ｌｏ＿ａは、各溝部３２の先端の周長Ｌｏ＿ｂよりも長く、各突起３１の基端の周長Ｌｉ＿ａは、各溝部３２の基端の周長Ｌｉ＿ｂよりも長い。このように、実施の形態１に係るロータ３は、突起３１と溝部３２との関係がＬｏ＿ａ＞Ｌｏ＿ｂおよびＬｉ＿ａ＞Ｌｉ＿ｂとなるように形成される。そして、複数の突起３１の各々は、周方向における一対の端面の各々が凹曲面状に形成される。これにより、実施の形態１に係る回転電機１は、風損を低減してロータ３の温度上昇を低減することができる。
　ここで、各突起３１の周方向における一対の端面について説明する。図４は、図３に示すロータの１周分を突起の個数で分割した角度で切り取って得られる断面図であり、１つの突起３１を含む領域を示す断面図である。図３に示す例では、突起３１の個数は、５つであるため、ロータ３の１周分を突起３１の個数で分割した角度は、７２度である。
　図４に示すように、各突起３１の一対の端面３４の各々は、溝部３２から突起３１に向かって凸となる滑らかな窪みを持った形状に形成される。すなわち、各突起３１の一対の端面３４の各々は、凹曲面状に形成される。
　図４に示す「Ａ」は、端面３４のうちロータ３の外半径Ｒｏにおける周方向の位置を示し、以下、Ａ点と記載する。また、図４に示す「Ｂ」は、端面３４のうちロータ３の内半径Ｒｉにおける周方向の位置を示し、以下、Ｂ点と記載する。また、図４に示す「Ｃ」は、端面３４のうちロータ３の外半径Ｒｏと内半径Ｒｉとの間の周方向の位置を示し、以下、Ｃ点と記載する。Ｃ点は、端面３４のうち突起３１の中心線Ｌ１に最も近い位置の点である。中心線Ｌ１は、径方向のうち突起３１の周方向の中心を通る方向に延伸する直線である。
　ロータ３において、各端面３４は、周方向において基端が先端よりも突起３１の中心線Ｌ１から遠い位置にある。すなわち、各端面３４は、先端であるＡ点から中心線Ｌ１までの周方向の距離が、基端であるＢ点から中心線Ｌ１までの周方向の距離より短い。なお、各端面３４は、周方向において基端と先端とが突起３１の中心線Ｌ１から同じ距離の位置にあってもよい。
　ロータの突起に周方向に対して傾斜しつつ突起を軸方向に貫通する通気孔が設けられる従来のスイッチトリラクタンスモータでは、ロータを回転させると、突起に設けられた通気孔を流れる気流が形成される。かかる気流によって風損が増加する。そのため、気流によるロータの温度上昇の低減効果が気流による風損によって小さくなる。
　実施の形態１に係る回転電機１では、上述したように、突起３１と溝部３２との関係がＬｏ＿ａ＞Ｌｏ＿ｂおよびＬｉ＿ａ＞Ｌｉ＿ｂとなるようにロータ３が形成される。これにより、回転電機１では、溝部３２の周方向における長さが全体的に短くなるため、溝部３２に流れ込む風量が低減される。風量の低減により溝部３２における流速が小さくなるため、端面３４の抗力が小さくなる。これにより、回転電機１では、ロータ３で生じる風損が低減されるため、ロータ３の温度上昇を低減することができる。
　また、突起３１の先端の周長Ｌｏ＿ａは、溝部３２の先端の周長Ｌｏ＿ｂよりも長いことから、突起３１の先端から放熱源となるフレーム５までの伝熱面積が広い。そのため、回転電機１では、ロータ３からフレーム５までの熱抵抗が小さくなりロータ３の温度を下げることができる。また、突起３１の先端の周長Ｌｏ＿ａは、溝部３２の先端の周長Ｌｏ＿ｂよりも長いことから、磁力線の通過面積を増やすことができ、磁気性能を向上させることができる。
　図５は、実施の形態１に係る突起の先端の周長とロータの温度との関係を示すグラフである。図５に示すグラフにおいて、縦軸は、ロータ３の温度を示し、横軸は、１つの突起３１の先端における周方向に沿った弧状の面が成す中心角を示す。かかる弧状の面が成す中心角は、図４に示す「α」である。中心角αが小さいほど突起３１の先端の周長Ｌｏ＿ａが短くなり、中心角αが大きいほど突起３１の先端の周長Ｌｏ＿ａが長くなる。突起３１の個数は、５つであるため、中心角αの最大値は、３６０度／５＝７２度である。中心角αが７２度である場合、溝部３２の先端の周長Ｌｏ＿ｂはゼロである。
　図５に示すグラフでは、中心角αが大きくなるほど、ロータ３の温度が下がる傾向を示している。したがって、突起３１の先端の周長Ｌｏ＿ａが長いほど、ロータ３の温度が下がっており、突起３１の先端の周長Ｌｏ＿ａは長いほど好ましい。図５に示す例では、中心角αは、３６度よりも大きい角度である。
　また、突起３１の一対の端面３４の各々は、溝部３２から突起３１に向かって凸となる滑らかな窪みを持った形状に形成される。すなわち、各突起３１の一対の端面３４の各々は、凹曲面状に形成されており、図４に示すように、端面３４のうち突起３１の中心線Ｌ１に最も近い位置にあるＣ点は、径方向においてロータ３の外半径Ｒｏと内半径Ｒｉとの間に位置する。かかる端面３４の形状によって、回転電機１では、風損を低減することができる。以下、端面３４の形状による風損の低減について説明する。
　図６は、実施の形態１に係る回転電機においてロータを回転した際の相対速度ベクトルを示す図である。相対速度ベクトルは、回転しているロータ３から見た場合の流体の流れ方向を示すベクトルである。
　図６に示すように、溝部３２では、外流と独立した流体の渦が形成される。外流は、ギャップ１２で形成される空間を流れる流体である。ロータ３は、指定された回転速度で回転するため、溝部３２の空気は、ロータ３と一緒に回転する。ギャップ１２で形成される空間の外流は、ロータ３の回転に引きずられて回転するものの、溝部３２の流速よりは遅い傾向となる。一対の端面３４が凹曲面状に形成されるため、溝部３２では、ギャップ１２で形成される空間の外流と独立した流体の渦が形成される。
　このように、回転電機１では、溝部３２にギャップ１２で形成される空間の外流と独立した流体の渦が形成されるため、一対の端面３４が平面状に形成される場合に比べ、外流の流速が低下し、ステータ４の内周面４ａとの摩擦損失によって発生する風損が低減される。
　また、回転電機１では、溝部３２からギャップ１２へ空気が流入する際において、空気はギャップ１２と溝部３２との２方向へ分流する。突起３１の端面３４は凹曲面状に形成されているため、突起３１の端面３４に衝突する際の流速が低減される。そのため、回転電機１では、溝部３２に流れる流体に対する端面３４の抗力が小さくなり、風損が低減される効果がある。
　また、突起３１の基端側は、ロータ３で発生した熱を空気が奪うため、突起３１の先端側よりも高温となる。回転電機１では、突起３１の端面３４が凹曲面状に形成されて溝部３２に流体の渦が形成されるため、空気の流れが停滞するよどみ部分が低減され、ロータ３の温度が低減される。
　突起３１の端面３４が凹曲面状に形成されることによる上述した効果は、突起３１の先端の周長Ｌｏ＿ａが溝部３２の先端の周長Ｌｏ＿ｂよりも大きいほど大きい。これは、溝部３２の先端の周長Ｌｏ＿ｂが長くなると、溝部３２で発生する流体の渦が、外流に合流してしまい、外流の流速が上がってしまうためである。
　以上のように、実施の形態１に係るロータ３は、ステータ４の内周面４ａと対向する。ロータ３は、本体部３０と、複数の突起３１と、複数の溝部３２と、を備える。本体部３０は、円筒状に形成される。複数の突起３１は、本体部３０の径方向であってステータ４に向かう方向に本体部３０から各々突出し、本体部３０の周方向に間隔を空けて配列される。複数の溝部３２は、複数の突起３１のうち本体部３０の周方向で隣接し且つ互いに組み合わせが異なる２つの突起３１間に各々形成される。各突起３１は、周方向における一対の端面３４の各々が凹曲面状に形成される。また、各突起３１は、周方向において先端の長さである周長Ｌｏ＿ａが複数の溝部３２の各々の先端の長さである周長Ｌｏ＿ｂよりも長く且つ周方向において基端の長さである周長Ｌｉ＿ａが複数の溝部３２の各々の基端の長さである周長Ｌｉ＿ｂよりも長い。これにより、ロータ３は、風損を低減して温度上昇を低減することができる。
　また、実施の形態１に係る回転電機１は、ロータ３と、ステータ４とを備える。ステータ４は、周方向に間隔を空けて配列され、ロータ３に向けて各々突出する複数の突起を有するステータコア４１と、ステータコア４１の複数の突起のうち対応する突起に取り付けられた複数のコイル４２とを備える。これにより、回転電機１は、風損を低減して温度上昇を低減することができる。
実施の形態２．
　実施の形態２に係る回転電機は、ロータにおける一対の端面の各々において、基端の部分よりも先端の部分が突起の中心線から遠い位置にある点で、実施の形態１に係る回転電機１と異なる。以下においては、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１の回転電機１と異なる点を中心に説明する。
　図７は、実施の形態２に係る回転電機のロータの回転軸方向に垂直な方向に沿った断面図である。図７に示すように、実施の形態２に係る回転電機のロータ３Ａは、本体部３０と、複数の突起３１Ａと、複数の溝部３２Ａとを備える。ロータ３Ａは、突起３１Ａおよび溝部３２Ａの形状が突起３１および溝部３２の形状と異なる点で、ロータ３と異なる。ロータ３Ａは、実施の形態１に係る回転電機１のロータ３と同様に、突起３１Ａと溝部３２Ａとの関係がＬｏ＿ａ＞Ｌｏ＿ｂおよびＬｉ＿ａ＞Ｌｉ＿ｂとなるように形成される。
　図８は、図７に示すロータの１周分を突起の個数で分割した角度で切り取って得られる断面図であり、１つの突起３１Ａを含む領域を示す断面図である。図８において、ロータ３Ａの１周分を突起３１の個数で分割した角度は、７２度である。ロータ３Ａの各端面３４Ａは、周方向において、先端の部分が基端の部分よりも突起３１Ａの中心線Ｌ１から遠い位置にある。すなわち、各端面３４Ａは、先端の部分であるＡ点から中心線Ｌ１までの周方向の距離が、基端の部分であるＢ点から中心線Ｌ１までの周方向の距離よりも長い。換言すれば、ロータ３Ａは、Ｌｏ＿ａ＞Ｌｉ＿ａの関係を有する。
　これにより、ロータ３Ａでは、ロータ３に比べて、突起３１Ａの先端の周長Ｌｏ＿ａが溝部３２Ａの先端の周長Ｌｏ＿ｂよりもより長くなることから、ギャップ１２を流れる空気が溝部３２Ａへ流入するための入口面積が小さくなる。したがって、実施の形態２に係る回転電機では、ギャップ１２から溝部３２Ａへ空気が流れ込みづらくなるため、溝部３２Ａの内部における流体の速度が小さくなる。溝部３２Ａに流れる流体の速度が小さくなると、風損が低減される。これにより、実施の形態２に係る回転電機では、回転電機１に比べて、ロータ３Ａの温度上昇をさらに低減することができる。
　以上のように、実施の形態２に係る回転電機のロータ３Ａでは、一対の端面３４Ａの各々は、周方向において、先端の部分が基端の部分よりも突起３１Ａの中心線Ｌ１から遠い位置にある。これにより、ロータ３Ａは、溝部３２Ａに流れる流体の速度が小さくなり、風損を低減することができ、温度上昇を低減することができる。
実施の形態３．
　実施の形態３に係る回転電機は、各突起の先端における周方向の端部にフィレットが設けられる点で、実施の形態１に係る回転電機１と異なる。以下においては、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１の回転電機１と異なる点を中心に説明する。
　図９は、実施の形態３に係る回転電機のロータの回転軸方向に垂直な方向に沿った断面図である。図９に示すように、実施の形態３に係る回転電機のロータ３Ｂは、本体部３０と、複数の突起３１Ｂと、複数の溝部３２Ｂとを備える。ロータ３Ｂは、突起３１Ｂおよび溝部３２Ｂの形状が突起３１および溝部３２の形状と異なる点で、ロータ３と異なる。ロータ３Ｂは、実施の形態１に係る回転電機１のロータ３と同様に、突起３１Ｂと溝部３２Ｂとの関係がＬｏ＿ａ＞Ｌｏ＿ｂおよびＬｉ＿ａ＞Ｌｉ＿ｂとなるように形成される。
　図１０は、図９に示すロータの１周分を突起の個数で分割した角度で切り取って得られる断面図であり、１つの突起３１Ｂを含む領域を示す断面図である。図１０において、ロータ３Ｂの１周分を突起３１の個数で分割した角度は、７２度である。
　ロータの突起の先端が細くなると、熱抵抗が大きくなる傾向がある。特に、突起の先端における周方向の端部で熱抵抗が大きくなる傾向がある。そこで、実施の形態３に係る回転電機のロータ３Ｂでは、各突起３１Ｂの先端における周方向の端部にフィレット３５が設けられる。これにより、実施の形態３に係る回転電機では、突起３１Ｂの先端の局所的な温度上昇を低減することができる。
　なお、各突起３１Ｂにおいてフィレット３５を大きくするほど、溝部３２Ｂの幅を広げることになり、風損が増大してしまう。したがって、実施の形態３に係る回転電機では、フィレット３５の大きさは、突起３１Ｂと溝部３２Ｂとの関係がＬｏ＿ａ＞Ｌｏ＿ｂとなる範囲内となる条件下で設定される。
　図９および図１０に示すロータ３Ｂの各端面３４Ｂは、先端であるＡ点から中心線Ｌ１までの周方向の距離が、基端であるＢ点から中心線Ｌ１までの周方向の距離と同じか短いが、かかる例に限定されない。例えば、ロータ３Ｂの各端面３４Ｂは、ロータ３Ａの各端面３４Ａと同様に、先端の部分であるＡ点から中心線Ｌ１までの周方向の距離が、基端の部分であるＢ点から中心線Ｌ１までの周方向の距離よりも長くてもよい。これにより、ロータ３Ｂは、溝部３２Ｂに流れる流体の速度を小さくして風損を低減することができ、ロータ３Ｂの温度上昇を低減することができる。
　以上のように、実施の形態３に係る回転電機のロータ３Ｂでは、複数の突起３１Ｂの各々には先端における周方向の端部にフィレット３５が設けられる。これにより、実施の形態３に係る回転電機では、突起３１Ｂの先端の局所的な温度上昇を低減して、ロータ３の温度上昇を低減することができる。
　以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１　回転電機、２　回転軸、３，３Ａ，３Ｂ　ロータ、４　ステータ、４ａ　内周面、４ｂ　外周面、５　フレーム、６　フロントブラケット、７　リアブラケット、８，９　ベアリング、１０　制御部、１１　カバー、１２　ギャップ、３０　本体部、３１，３１Ａ，３１Ｂ　突起、３２，３２Ａ，３２Ｂ　溝部、３４，３４Ａ，３４Ｂ　端面、３５　フィレット、４１　ステータコア、４２　コイル、Ｌ１　中心線、Ｌｉ＿ａ，Ｌｉ＿ｂ，Ｌｏ＿ａ，Ｌｏ＿ｂ　周長、Ｒｉ　内半径、Ｒｏ　外半径、α　中心角。

Claims (4)

  1. 　コイルが取り付けられたステータコアを含むステータの内周面と対向するロータであって、
    　円筒状に形成された本体部と、
    　前記本体部の径方向であって前記ステータに向かう方向に前記本体部から各々突出し、前記本体部の周方向に間隔を空けて配列された複数の突起と、
    　前記複数の突起のうち前記周方向で隣接し且つ互いに組み合わせが異なる２つの突起間に各々形成された複数の溝部と、を備え、
    　前記複数の突起の各々は、
    　前記周方向における一対の端面の各々が凹曲面状に形成されており、前記周方向において先端の長さが前記複数の溝部の各々の先端の長さよりも長く且つ前記周方向において基端の長さが前記複数の溝部の各々の基端の長さよりも長い
    　ことを特徴とするロータ。
  2. 　前記一対の端面の各々は、
    　前記周方向において、先端の部分が基端の部分よりも前記突起の中心線から遠い位置にある
    　ことを特徴とする請求項１に記載のロータ。
  3. 　前記複数の突起の各々には、先端における前記周方向の端部にフィレットが設けられる
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載のロータ。
  4. 　請求項１から３のいずれか１つに記載のロータと、
    　前記ステータと、を備える
    　ことを特徴とする回転電機。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS59169560U (ja) * 1983-04-28 1984-11-13 日本電気精器株式会社 永久磁石回転形電動機

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