JP2019149884A - 回転電機のロータ、及び、回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】製造時に永久磁石をロータに固定するための接着剤が冷却液の通路を狭めるのを抑制でき、安定したロータの冷却性能を得ることができる回転電機のロータ、及び、回転電機を提供する。【解決手段】回転電機のロータ１２は、ロータコア１９と、永久磁石２０とを備えている。ロータコア１９は、コア本体ブロック２２と、通路ブロック２３と、冷却パイプ２５と、を備えている。コア本体ブロック２２には、永久磁石２０が接着固定される。通路ブロック２３は、回転軸１３の冷却液導入通路２１に接続される冷却液通路２４を有し、かつ、コア本体ブロック２２の軸方向の端部に結合される。冷却パイプ２５は、通路ブロック２３の冷却液通路２４に接続されるとともに、コア本体ブロック２２の永久磁石２０の近傍に軸方向に沿って配設される。【選択図】図１

Description

本発明は、冷却液によって冷却を行う回転電機のロータ、及び、そのロータを用いる回転電機に関するものである。

車両等に搭載される回転電機として、回転軸と一体に回転するロータと、ロータの径方向外側に配置されるステータと、を備え、ロータの外周に複数の永久磁石が配置されるとともに、ステータにコイルが巻装されたものがある。この種の回転電機は、運転中にロータの永久磁石や、ステータのコイル部分が発熱し易い。
この対策として、ロータやステータのコイル部分を冷却液によって冷却するようにした回転電機が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。

上記従来の回転電機は、ロータが積層鋼板等によって構成され、これらの積層鋼板に冷却液流通用の通路孔が形成されるとともに、永久磁石が、積層鋼板の取付孔に嵌合された状態で積層鋼板に接着剤によって固定されている。

特開２０１１−２２３８０３号公報 特開２０１６−８６４６２号公報 特開２０１６−５４６０８号公報

しかしながら、上記従来の回転電機のロータは、冷却液の通路孔が積層鋼板に形成されるとともに、積層鋼板に永久磁石が接着剤によって固定されるため、製造時に、永久磁石を固定するための接着剤が通路孔内に流れ込んで通路孔の通路断面積が狭められることが懸念される。そして、通路孔の通路断面積が狭められると、冷却液の流れが不安定になり、安定した冷却性能が得られにくくなる。

そこで本発明は、製造時に永久磁石をロータに固定するための接着剤が冷却液の通路を狭めるのを抑制でき、安定したロータの冷却性能を得ることができる回転電機のロータ、及び、回転電機を提供しようとするものである。

本発明に係る回転電機のロータは、上記課題を解決するために、以下の構成を採用した。
即ち、本発明に係る回転電機のロータは、回転軸（例えば、実施形態の回転軸１３）に固定されて前記回転軸と一体に回転するロータコア（例えば、実施形態のロータコア１９）と、前記ロータコアに接着固定される永久磁石（例えば、実施形態の永久磁石２０）と、を備え、前記回転軸の冷却液導入通路から導入された冷却液が前記ロータコアの前記永久磁石の近傍を流れて前記ロータコアを冷却する回転電機のロータにおいて、前記ロータコアは、前記永久磁石が接着固定されるコア本体ブロック（例えば、実施形態のコア本体ブロック２２）と、前記回転軸の冷却液導入通路（例えば、実施形態の冷却液導入通路２１）に接続される冷却液通路（例えば、実施形態の冷却液通路２４）を有し、かつ、前記コア本体ブロックの軸方向の端部に結合される通路ブロック（例えば、実施形態の通路ブロック２３）と、前記通路ブロックの前記冷却液通路に接続されるとともに、前記コア本体ブロックの前記永久磁石の近傍に軸方向に沿って配設される冷却パイプ（例えば、実施形態の冷却パイプ２５）と、を備えていることを特徴とする。

上記の構成により、回転軸の冷却液導入通路を通して通路ブロックの冷却液通路に冷却液が供給されると、その冷却液は、通路ブロックの冷却液通路に接続された冷却パイプの中を流れ、その間にコア本体ブロックの永久磁石の近傍を冷却する。本発明の回転電機のロータは、通路ブロックの冷却液通路から流れ出る冷却液の通路が冷却パイプによって確保されている。このため、永久磁石をコア本体ブロックに接着するための接着剤が製造時に冷却液の通路方向に流れ込むことがあっても、冷却パイプの内部の通路面積は安定して維持される。

前記コア本体ブロックは、前記通路ブロックの軸方向の一側に配置される第１本体ブロック（例えば、実施形態の第１本体ブロック２２Ａ）と、前記通路ブロックの軸方向の他側に配置される第２本体ブロック（例えば、実施形態の第２本体ブロック２２Ｂ）と、を有し、前記永久磁石と前記冷却パイプは、前記第１本体ブロックと前記第２本体ブロックにそれぞれ配置されるようにしても良い。
この場合、通路ブロックの軸方向の一側と他側に第１本体ブロックと第２本体ブロックが配置され、これらの本体ブロックに配置された永久磁石の近傍がそれぞれ冷却パイプによって冷却されることになる。したがって、この構成を採用した場合には、一つの通路ブロックによって第１本体ブロックと第２本体ブロックとを効率良く冷却することができる。

前記通路ブロックは、前記冷却液導入通路に接続される導入溝（例えば、実施形態の導入溝２８）を有する第１プレート（例えば、実施形態の第１プレート２９）と、前記第１プレートの軸方向の一側に配置され、前記第１本体ブロック側の前記冷却パイプと前記導入溝とを連通させる連通孔（例えば、実施形態の連通孔３０）を有する第２プレート（例えば、実施形態の第２プレート３１）と、前記第１プレートの軸方向の他側に配置され、前記第２本体ブロック側の前記冷却パイプと前記導入溝とを連通させる連通孔（例えば、実施形態の連通孔３２）を有する第３プレート（例えば、実施形態の第３プレート３３）と、を備えた構成としても良い。
この場合、第１プレートに導入溝を形成し、第２，第３プレートにそれぞれ連通孔を形成しておき、第１プレートの軸方向の一側と他側にそれぞれ第２プレートと第３プレートを接合することで通路ブロックを形成することができる。

前記通路ブロックは、樹脂材料によって一体に形成されるようにしても良い。
この場合、通路ブロックをより低コストで容易に形成することができる。

前記コア本体ブロックは、軸方向に沿うフラックスバリア用の空洞部（例えば、実施形態の空洞部２７）を備え、前記冷却パイプは、前記空洞部の内側に配置されるようにしても良い。
この場合、フラックスバリア用の空洞部を利用して、冷却パイプをコア本体ブロックに容易に設置することができる。

また、本発明に係る回転電機は、上記いずれかのロータと、前記ロータの径方向外側に配置されるとともに、コイル（例えば、実施形態のコイル１７）を巻装されたステータ（例えば、実施形態のステータ１１）と、を備えていることを特徴とする。

前記冷却パイプの前記通路ブロックと逆側の端部は、前記コイルの径方向内側位置に開口するようにしても良い。
この場合、ロータが回転すると、冷却液が冷却パイプの端部の開口からコイルに噴射供給されるようになる。

本発明は、ロータコアが、コア本体ブロックと、通路ブロックとを有し、通路ブロックの冷却液通路に接続された冷却パイプがコア本体ブロックの永久磁石の近傍に軸方向に沿って配設されている。このため、冷却液の通路が冷却パイプによって安定して確保され、製造時に永久磁石をロータに固定するための接着剤が冷却液の通路を狭めることがなくなる。したがって、本発明を採用した場合には、安定したロータの冷却性能を得ることができる。

本発明の一実施形態の回転電機の上半部の縦断面である。 本発明の一実施形態のロータの図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の一実施形態のロータの通路ブロックの拡大断面図である。 本発明の一実施形態の通路ブロックを構成する第１プレートの正面図である。 本発明の一実施形態の通路ブロックを構成する第２，第３プレートの正面図である。 本発明の他の実施形態のロータの通路ブロックの拡大断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、実施形態の回転電機１０の上半部を、軸方向に沿って縦断面にして示した図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。ただし、図２は、後述するロータ１２の４分の１の断面のみが示されている。
本実施形態の回転電機１０は、例えば、電動車両の駆動源に用いられる。回転電機１０は、回転磁界を発生するステータ１１と、ステータ１１で発生した回転磁界を受けて回転するロータ１２と、ロータ１２に同軸に設けらた回転軸１３と、ステータ１１を内部に保持し、ロータ１２とステータ１１の外側を覆うハウジング１４と、を備えている。

ステータ１１は、複数の電磁鋼板が積層されて成る略円筒状のステータコア１６と、ステータコア１６の内周側の縁部に巻装されたコイル１７と、を有している。コイル１７は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の三相コイルによって構成されている。本実施形態のコイル１７は、互いに連結されて使用される略矩形断面のセグメントコイルによって構成されている。セグメントコイルは、ステータコア１６のスロット７に挿入される一対の挿入部と、挿入部同士を連結する折り返し連結部と、を有するセグメント導体によって構成されている。一対の挿入部のうちの折り返し連結部と逆側の端部は、隣接する他のセグメント導体と接続される連結部とされている。

コイル１７は、ステータ１１の軸方向の一端側に各セグメント導体の連結部が配置され、ステータ１１の軸方向の他端側に折り返し連結部が配置されている。連結部と折り返し連結部は、ステータ１１の軸方向の各端部から外側に突出している（外部に露出している）。連結部と折り返し連結部は、コイル１７のコイルエンド１８ｆ，１８ｓを構成している。一方のコイルエンド１８ｆには、外部の電力線が接続されている。コイル１７には、電力線を通して電流が通電される。

ロータ１２は、回転軸１３の外面に一体に結合されたロータコア１９と、ロータコア１９の外周縁部に円周方向に離間して配置された複数の永久磁石２０と、を有している。ロータ１２は、複数の電磁鋼板が積層されて略円筒状に形成されている。回転軸１３は、軸受９を介してハウジング１４に回転可能に支持されている。回転軸１３は、ロータ１２がステータ１１の回転磁界を受けて回転することにより、ロータ１２と一体に回転する。
なお、図中の符号８は、ロータ１２の両端の電磁鋼板に重ねられて、複数の電磁鋼板を挟み込む端面板である。

回転軸１３の軸心部には、冷却液をロータ１２の内部に導入するための冷却液導入通路２１が形成されている。冷却液導入通路２１は、図示しないポンプ装置に接続され、ポンプ装置から送給された冷却液が導入されるようになっている。

ロータコア１９は、外周縁部に複数の永久磁石２０が接着固定される第１本体ブロック２２Ａ、及び、第２本体ブロック２２Ｂ（コア本体ブロック２２）と、第１本体ブロック２２Ａと第２本体ブロック２２Ｂの間に介装される通路ブロック２３と、を有している。第１本体ブロック２２Ａと第２本体ブロック２２Ｂは、通路ブロック２３を挟んで軸方向で略対称形状に形成されている。通路ブロック２３は、径方向の内側端が回転軸１３の冷却液導入通路２１に接続される冷却液通路２４を有し、かつ、軸方向の両側の端面が第１本体ブロック２２Ａと第２本体ブロック２２Ｂに当接するようになっている。冷却液通路２４の径方向外側の端部は、第１本体ブロック２２Ａ側と第２本体ブロック２２Ｂ側とに開口している。

また、ロータコア１９は、第１本体ブロック２２Ａと第２本体ブロック２２Ｂの各永久磁石２０の近傍に軸方向に沿って配置される複数の冷却パイプ２５をさらに備えている。各冷却パイプ２５は、一端側が通路ブロック２３の冷却液通路２４の径方向外側の端部に接続されている。また、各冷却パイプ２５の他端側は、対応する端面板８に貫通状態で保持されている。こうして端面板８に保持された各冷却パイプ２５の端部は、コイル１７の各コイルエンド１８ｆ，１８ｓの径方向内側位置に開口している。

第１本体ブロック２２Ａと第２本体ブロック２２Ｂの各積層鋼板には、対応する永久磁石２０が嵌入される複数の取付孔２６が形成されている。各取付孔２６には、対応する永久磁石２０が嵌入された状態で接着剤によって固定される。また、第１本体ブロック２２Ａと第２本体ブロック２２Ｂの各積層鋼板には、永久磁石２０の取付孔２６に連続して、若しくは、隣接して、フラックスバリア用の複数の空洞部２７が形成されている。空洞部２７は、第１本体ブロック２２Ａと第２本体ブロック２２Ｂに軸方向に沿って設けられている。上述した複数の冷却パイプ２５は、第１本体ブロック２２Ａと第２本体ブロック２２Ｂの各空洞部２７内に挿入配置されている。本実施形態の場合、一つの永久磁石２０に対して二本の冷却パイプ２５が隣接して配置されている。

図３は、図１に示す通路ブロック２３を拡大した断面図である。
通路ブロック２３は、スリット状の導入溝２８（図４参照）を有する第１プレート２９と、第１プレート２９の軸方向の一側に重ねられ、第１本体ブロック２２Ａ側の冷却パイプ２５と第１プレート２９の導入溝２８を連通させる連通孔３０を有する第２プレート３１と、第１プレート２９の軸方向の他側に重ねられ、第２本体ブロック２２Ｂ側の冷却パイプ２５と第１プレート２９の導入溝２８を連通させる連通孔３２を有する第３プレート３３と、を備えている。第１プレート２９の導入溝２８の径方向内側の端部は、回転軸１３の冷却液導入通路２１に接続されている。第１プレート２９の導入溝２８と、第２，第３プレート３１，３３の連通孔３０，３２は、通路ブロック２３の冷却液通路２４を構成している。

図４は、第１プレート２９の一部の正面図であり、図５は、第２，第３プレート３１，３３の一部の正面図である。
本実施形態の場合、第１プレート２９の導入溝２８は、第１プレート２９の径方向内側の端部から径方向外側に向かって延びる径方向溝２８ａと、径方向溝２８ａの径方向外側の端部から二方向に分岐する分岐通路２８ｂ，２８ｃが形成されている。また、第２，第３プレート３１，３３の各連通孔３０，３２は、第１プレート２９の分岐通路２８ｂ，２８ｃと重なる位置形成されている。各連通孔３０，３２は、第２，第３プレート３１，３３が第１プレート２９に結合されると、対応する分岐通路２８ｂ，２８ｃと接続される。第２，第３プレート３１，３３の各連通孔３０，３２には、対応する冷却パイプ２５が嵌入固定される。

ロータ１２を実際に製造する場合には、第１，第２本体ブロック２２Ａ，２２Ｂは、積層鋼板を予め積層しておき、その積層鋼板に永久磁石２０と冷却パイプ２５とを組み付ける。このとき、冷却パイプ２５の端部は、図示しない封止栓によって封止しておき、その状態で永久磁石２０を積層鋼板に接着剤によって固定する。封止栓は、永久磁石２０の接着固定の後に取り除かれる。この後、第１本体ブロック２２Ａと第２本体ブロック２２Ｂは、通路ブロック２３の各端面に結合される。各冷却パイプ２５の端部は、このとき通路ブロック２３の対応する連通孔３０，３２に嵌入される。こうしてロータ１２が製造されると、永久磁石２０を固定するための接着剤が冷却パイプ２５や冷却液通路２４の内部に流入するのを防ぐことができる。

本実施形態の回転電機１０においては、ロータ１２の回転時に回転軸１３の冷却液導入通路２１に冷却液が導入されると、ロータコア１９の通路ブロック２３の冷却液通路２４を通して複数の冷却パイプ２５に冷却液が導入される。こうして各冷却パイプ２５に冷却液が導入されると、その冷却液は、各冷却パイプ２５の内部を通過して第１，第２本体ブロック２２Ａ，２２Ｂの各永久磁石２０の近傍部を冷却し、その後に各冷却パイプ２５の端部から外部に流出する。このとき外部に流出した冷却液は、ロータ１２の遠心力によってコイル１７の各コイルエンド１８ｆ，１８ｓに噴射供給される。この結果、ロータ１２の永久磁石２０の近傍部と、コイル１７の各コイルエンド１８ｆ，１８ｓが冷却液によって冷却される。

以上のように、本実施形態の回転電機１０のロータ１２は、ロータコア１９が、コア本体ブロック２２と、通路ブロック２３とを有し、通路ブロック２３の冷却液通路２４に接続された冷却パイプ２５がコア本体ブロック２２の永久磁石２０の近傍に軸方向に沿って配設されている。このため、ロータ１２内における冷却液の通路が冷却パイプ２５によって安定して確保され、製造時に永久磁石２０を固定するための接着剤が冷却液の通路を狭めることがなくなる。したがって、本実施形態のロータ１２を採用した場合には、安定したロータ１２の冷却性能を得ることができる。

また、本実施形態のロータ１２は、コア本体ブロック２２が、通路ブロック２３の軸方向の一側に配置される第１本体ブロック２２Ａと、通路ブロック２３の軸方向の他側に配置される第２本体ブロック２２Ｂと、を有し、永久磁石２０と冷却パイプ２５が、第１本体ブロック２２Ａと第２本体ブロック２２Ｂにそれぞれ配置されている。このため、本実施形態のロータ１２を採用した場合には、一つの通路ブロック２３を通して第１，第２本体ブロック２２Ａ，２２Ｂの永久磁石２０の近傍を冷却液によって効率良く冷却することができる。

また、本実施形態のロータ１２では、通路ブロック２３が、第１プレート２９と第２プレート３１と第３プレート３３とを備え、第１プレート２９に、冷却液導入通路２１と接続される導入溝２８が設けられている。そして、第２プレート３１には、第１本体ブロック２２Ａ側の冷却パイプ２５と導入溝２８を連通させる連通孔３０が設けられ、第３プレート３３には、第２本体ブロック２２Ｂ側の冷却パイプ２５と導入溝２８を連通する連通孔３２が設けられている。したがって、この構成を採用した場合には、第１プレート２９に導入溝２８を形成し、第２プレート３１と第３プレート３３にそれぞれ連通孔３０，３２を形成しておき、第１プレート２９の軸方向の一側と他側にそれぞれ第２プレート３１と第３プレート３３を接合することで通路ブロック２３を容易に形成することができる。

また、本実施形態のロータ１２では、コア本体ブロック２２に、軸方向に沿うフラックスバリア用の空洞部２７が設けられ、その空洞部２７の内側に冷却パイプ２５が配置されている。このため、本実施形態のロータ１２は、フラックスバリア用の空洞部２７を利用して、冷却パイプ２５をコア本体ブロック２２の永久磁石２０の近傍に容易に設置することができる。

さらに、本実施形態の回転電機１０では、冷却パイプ２５の通路ブロック２３と逆側の端部が、ステータコア１６のコイル１７の径方向内側位置に開口している。このため、ロータ１２の回転時に冷却パイプ２５から噴射された冷却液によって効率良くコイル１７を冷却することができる。特に、冷却液が冷却パイプ２５内を流れるときには冷却液が外部に漏れ出ることがないため、冷却液を効率良くコイル１７に噴射供給することができる。

図６は、他の実施形態のロータの通路ブロック１２３を拡大して示し断面図である。
上記の実施形態の通路ブロック２３は、第１プレートに第２プレートと第３プレートが重ねられて構成されているが、本実施形態の通路ブロック１２３は、全体が樹脂材料によって一体に形成されている。即ち、本実施形態の通路ブロック１２３は、回転軸の冷却液導入通路に接続される導入孔３５と、その導入孔３５を、第１本体ブロック側と第２本体ブロック側の各冷却パイプ２５に連通させる連通孔３６，３７が樹脂ブロックに形成されている。
本実施形態のロータを採用した場合には、通路ブロック１２３をより低コストで容易に形成することができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、コイル１７として略矩形断面のセグメントコイルを例示したが、丸線や束線を用いることも可能である。

１０…回転電機
１１…ステータ
１２…ロータ
１３…回転軸
１７…コイル
１９…ロータコア
２０…永久磁石
２１…冷却液導入通路
２２…コア本体ブロック
２２Ａ…第１本体ブロック
２２Ｂ…第２本体ブロック
２３，１２３…通路ブロック
２４…冷却液通路
２５…冷却パイプ
２７…空洞部
２８…導入溝
２９…第１プレート
３０…連通孔
３１…第２プレート
３２…連通孔
３３…第３プレート

Claims (7)

1. 回転軸に固定されて前記回転軸と一体に回転するロータコアと、
   前記ロータコアに接着固定される永久磁石と、を備え、
   前記回転軸の冷却液導入通路から導入された冷却液が前記ロータコアの前記永久磁石の近傍を流れて前記ロータコアを冷却する回転電機のロータにおいて、
   前記ロータコアは、
   前記永久磁石が接着固定されるコア本体ブロックと、
   前記回転軸の冷却液導入通路に接続される冷却液通路を有し、かつ、前記コア本体ブロックの軸方向の端部に結合される通路ブロックと、
   前記通路ブロックの前記冷却液通路に接続されるとともに、前記コア本体ブロックの前記永久磁石の近傍に軸方向に沿って配設される冷却パイプと、
   を備えていることを特徴とする回転電機のロータ。
2. 前記コア本体ブロックは、前記通路ブロックの軸方向の一側に配置される第１本体ブロックと、前記通路ブロックの軸方向の他側に配置される第２本体ブロックと、を有し、
   前記永久磁石と前記冷却パイプは、前記第１本体ブロックと前記第２本体ブロックにそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ。
3. 前記通路ブロックは、
   前記冷却液導入通路に接続される導入溝を有する第１プレートと、
   前記第１プレートの軸方向の一側に配置され、前記第１本体ブロック側の前記冷却パイプと前記導入溝とを連通させる連通孔を有する第２プレートと、
   前記第１プレートの軸方向の他側に配置され、前記第２本体ブロック側の前記冷却パイプと前記導入溝とを連通させる連通孔を有する第３プレートと、
   を備えていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機のロータ。
4. 前記通路ブロックは、樹脂材料によって一体に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機のロータ。
5. 前記コア本体ブロックは、軸方向に沿うフラックスバリア用の空洞部を備え、
   前記冷却パイプは、前記空洞部の内側に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機のロータ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機のロータと、前記ロータの径方向外側に配置されるとともに、コイルを巻装されたステータと、を備えていることを特徴とする回転電機。
7. 前記冷却パイプの前記通路ブロックと逆側の端部は、前記コイルの径方向内側位置に開口していることを特徴とする請求項６に記載の回転電機。

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