JP5522442B2 - 回転電機用ロータ - Google Patents

Description

本発明は、複数の円環板状の部材を積層して形成された円筒状のロータコアと、当該ロータコアと一体回転するように固定されたロータ軸体と、を有する回転電機用ロータに関する。

従来、様々な機器に亘って駆動用の動力源の一つとして回転電機が用いられている。このような回転電機は、一般的にコイルを有するステータと永久磁石を有するロータとを備えて構成される。また、回転電機は被駆動側の機器から大きな出力が要求されることが多々あることから、回転電機の各部、特にコイルや永久磁石からの発熱量が大きくなってしまう。このような発熱の原因の一つとして銅損や鉄損が挙げられる。

銅損はコイルに電流を流した場合に当該電流の大小に拘らず常に発生する損失であり、コイルに流れる電流の２乗に比例して増加する。一方、鉄損はヒステリシス損とうず電流損とからなり、磁性材料を交番磁界の中においた際に発生する損失である。ヒステリシス損は鉄心の磁区が交番磁界によって磁界の向きを変える時に発生する損失であり、うず電流損は導体の内部において磁束が変化しているところで発生するうず電流に起因する損失である。これらの損失が熱エネルギー、即ちジュール熱として発散されるため、回転電機のコイルや永久磁石が発熱することとなる。

このような発熱が過度に進行し、永久磁石がキュリー温度に達すると磁性体として機能しなくなることが知られている。このため、回転電機には適切に永久磁石を冷却することが可能な冷却手段を備えているものがある。この種の冷却手段として、例えば下記に出典を示す特許文献１に記載のものがある。

特許文献１に開示される回転電機は、冷媒を流通させる冷却路が形成された回転シャフトと、当該回転シャフトに固設された筒状のロータコアを有するロータと、当該ロータの周囲を囲むように配置されたステータコア及び当該ステータコアに巻き回されたコイルを含むステータとを備えて構成される。冷却路は回転シャフトの周面上に螺旋状に形成された溝部とロータコアの内周面とにより形成される。この冷却路に冷媒を流通させることによりロータコアを内周面から冷却し、ロータコアに備えられる永久磁石と回転シャフトとを冷却する。また、この冷却路に流通された冷媒をロータの径方向外側に排出する開口部が設けられる。開口部から排出された冷媒は、ステータコアの軸方向端面に位置するコイルのコイルエンドに対して吹き付けられる。これによりコイルエンドも冷却される。

特開２００９−８１９５３号公報

特許文献１に開示されるように冷却路を回転シャフトに対して螺旋状に形成すると、冷媒の流動方向が回転シャフトの回転方向に影響を受け易く、軸方向両端の側に達する冷媒の量が均一にならない可能性がある。このため、ロータに備えられる永久磁石は回転シャフトの軸方向に沿って温度差が発生するおそれがある。また、回転シャフトの軸方向両端の側に達する冷媒の量が均一にならない場合には、コイルエンドの夫々の端部に吹き付けられる冷媒の量も等しくならないため、コイルエンドにおいても当該コイルエンドの軸方向端部毎に温度差が発生するおそれがある。

また、ロータコアと冷却路との境界面が螺旋状で形成されているため、永久磁石の熱量が大きい場合には、特に回転シャフトの周面上において互いに隣り合う冷却路の間に位置する部位あっては十分に冷却できない可能性がある。更に、螺旋状の溝部では回転シャフトが冷媒の回転反力を受け易く、冷媒の移動に伴って回転シャフトに働く運動エネルギーが消費されてしまう。すなわち、回転電機により発生した運動エネルギーの一部が、冷媒を回転させるために消費されることになるため、エネルギー効率が悪化する可能性がある。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、永久磁石に温度差を生じることなく、且つ、冷媒から受ける回転反力の影響を軽減して冷却することが可能な回転電機用ロータを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る回転電機用ロータの特徴構成は、複数の円環板状の部材を積層して形成された円筒状のロータコアと、当該ロータコアと一体回転するように固定されたロータ軸体と、を有し、前記ロータコアの径方向内側に設けられ、冷媒が供給されて流通する冷媒流通空間と、前記冷媒流通空間からロータ径方向の外側へ向けて冷媒を排出する冷媒排出口と、ロータ軸方向における少なくとも一部の領域に設けられ、ロータ周方向全域に亘って前記冷媒流通空間に対して前記ロータコアの内周面を露出してなる冷却内周面と、を有し、前記ロータ軸体が、前記ロータコアに対してロータ軸方向一方側に取り付けられる第一軸体と、前記ロータコアに対してロータ軸方向他方側に取り付けられる第二軸体と、を有する点にある。なお、冷媒流通空間はロータコア内周面よりもロータ径方向で内側にあれば良く、径方向外側から見てロータコアと重なる位置関係でなくても良い。

このような特徴構成とすれば、冷媒を供給することでロータ周方向全域に亘ってロータコアの内周面を直接冷却することができるので、回転電機用ロータを内周面から均一に冷却することが可能となる。したがって、例えば回転電機用ロータに永久磁石がロータ周方向に沿って複数備えられる場合に、それらの永久磁石毎に温度差が生じることなく適切に冷却することが可能となる。また、ロータ周方向全域に亘ってロータコアの内周面が露出した冷却内周面が形成されているので、冷媒流通空間内の冷媒が回転電機用ロータに対して周方向に相対移動することを妨げるものがない。よって、回転電機用ロータの回転速度が変化する際の慣性により回転電機用ロータが冷媒から受ける回転反力を軽減することができる。このため、回転電機が冷媒を回転させるために用いられる運動エネルギーを少なく抑えることができるので、回転電機のエネルギー効率を高めることができる。また、このような構成としても、回転電機用ロータが所定速度以上で回転している場合には、当該回転電機用ロータの回転により生じる遠心力によって冷媒が冷却内周面の周方向全域に接する状態とすることができる。さらに、ロータ軸体は、ロータコアに対してロータ軸方向一方側に取り付けられる第一軸体と、ロータコアに対してロータ軸方向他方側に取り付けられる第二軸体とを有しており、第一軸体と第二軸体との間の領域でロータコアの内周面を容易に露出させることができる。これにより、ロータ周方向全域に亘って冷媒流通空間に対してロータコアの内周面を露出してなる冷却内周面を適切に形成することができる。

また、前記冷媒流通空間は、前記冷却内周面により囲まれた冷却空間部と、当該冷却空間部に対してロータ軸方向の両側に夫々設けられ、前記冷却空間部よりも内径が小さく形成された小径部と、を有すると好適である。

このような構成とすれば、冷却空間部における小径部より径方向外側の空間に所定量の冷媒を溜めておくことができる。したがって、当該冷却空間部において露出される冷却内周面を効率良く冷却することが可能となる。

また、前記冷媒排出口が、前記小径部の内周面に開口部を有して形成されていると好適である。

このような構成とすれば、冷媒が冷却空間部における小径部より径方向外側の空間を満たしてから、開口部を通って冷媒排出口から排出されるので冷却空間部に留まってロータを冷却する冷媒の量を適切に調整することが可能となる。

また、前記小径部が、前記ロータコアの内周面に接するように前記ロータコア内に挿入された前記ロータ軸体の一部により形成されていると好適である。

このような構成とすれば、同一形状の円環板状の部材を積層したロータコアとロータ軸体の一部とにより冷却空間部と小径部とを形成することができる。したがって、回転電機用ロータを安価に形成することが可能となる。

また、前記ロータコアと前記第一軸体と前記第二軸体とが、前記ロータコアをロータ軸方向に貫通する貫通部材により結合されていると好適である。

このような構成とすれば、ロータコアを第一軸体と第二軸体とで挟持しつつ、貫通部材でロータコアを貫通して結合されるので、ロータコアと第一軸体と第二軸体との結合を強固なものとすることができる。

また、前記ロータコアと、前記第一軸体及び前記第二軸体とが、前記ロータコアの内周面と、当該ロータコア内に挿入される前記第一軸体及び前記第二軸体の夫々の挿入部外周面との双方に形成されたスプラインにより相対回転が規制されていると好適である。

このような構成とすれば、ロータコアと第一軸体及び第二軸体とが、スプライン結合されるので、ロータコアと第一軸体及び第二軸体との回転方向に対する結合を強固なものとすることができる。

また、前記冷媒排出口が、前記ロータコアの径方向外側に配設されるステータのコイルエンド部に向けて前記冷媒を噴射する噴射孔とされていると好適である。

このような構成とすれば、回転電機用ロータを冷却した後の冷媒を利用して、更にステータのコイルエンド部を冷却することが可能となる。したがって、回転電機全体を効率良く冷却することが可能となる。

また、前記冷却内周面は、ロータ周方向の全域に亘って滑らかな円筒面とされていると好適である。

このような構成とすれば、冷媒が回転電機用ロータの回転に応じて滑らかに冷却内周面に沿って移動することができるので、回転電機用ロータが冷媒から受ける回転反力を小さくすることができる。したがって、回転反力に起因するエネルギー損失を小さくできるので回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。

回転電機の側方断面を示す図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線における断面を示す図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面を示す図である。 ロータコアと第一軸体と第二軸体とを貫通部材を用いて結合した場合の例を示す図である。 流れ方向規制部材を備えた場合のロータを示す図である。 ロータコアと第一軸体及び第二軸体とを貫通ボルト及びスプラインにより結合した場合の例を示す図である。 その他の実施形態に係るロータを示す図である。

以下、本発明に係る回転電機用ロータＲ（以下「ロータＲ」とする）に関して説明する。詳細は後述するが、本ロータＲは、冷却液（本発明に係る「冷媒」に相当）をロータコアＲＣの内周面の周方向全域に亘って接する状態とすることにより、ロータコアＲＣの内周面を直接冷却することが可能なように構成されている。なお、この冷却液は一般的な冷却オイルを用いると好適であるが、これに限定されるものではない。

図１は、本実施形態に係るロータＲが配設される回転電機Ｍの側方断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面を示した図である。図１に示されるように、回転電機Ｍはケース本体ＭＣ１と当該ケース本体ＭＣ１の開口部を覆うカバーＭＣ２とで形成される空間内に、ステータＳとロータＲとが収納されるように構成され、ステータＳはケース本体ＭＣ１に固定される。なお、ケース本体ＭＣ１及びカバーＭＣ２は、回転電機Ｍを収納するケースに相当するため、以降の説明においては、ケース本体ＭＣ１及びカバーＭＣ２のいずれかを区別をする必要がない場合には、共にケースＭＣ１、ＭＣ２として説明する。

回転電機Ｍは、当該回転電機Ｍが発生する駆動力（回転動力）を回転電機Ｍの外部に出力することが可能である。このような場合には回転電機Ｍは電動機として機能する。また、回転電機Ｍに外部から駆動力（回転動力）を伝達することにより、当該回転電機Ｍが発電を行う発電機として機能することも可能である。本実施形態では回転電機Ｍが電動機として機能している場合の例を用いて説明する。

電動機として機能する回転電機Ｍは、コイルＣと永久磁石ＰＭ（図２参照）との電磁作用により回転動力を取得する。この回転動力の取得は公知技術であるため説明は省略する。本実施形態においては、コイルＣはステータＳに備えられ、永久磁石ＰＭはロータＲに備えられるものとして説明する。

ロータＲは、複数の円環板状の部材を積層して形成された円筒状のロータコアＲＣと、当該ロータコアＲＣと一体回転するように固定されたロータ軸体１０と、を有して構成される。円環板状とはその外周が円形であり、且つその中心部が前記円形と同じ軸心とする前記円形よりも小さい円形の開口でくり抜かれたリング状（ドーナツ状）の板が相当する。円環板状の部材は所定の厚さ（例えば数ｍｍ）のコア材（鋼板）をこのようなリング状で打ち抜いて（打ち抜き加工により）形成される。円筒状のロータコアＲＣは、打ち抜き加工により形成された同一形状の複数の円環板状の部材を積層して形成される。円環板状の部材を積層する際には、夫々の部材の軸心が一致するように積層される。したがって、ロータコアＲＣは、その径方向中心部にロータ軸方向に沿った貫通孔２０（図２参照）を有する円筒状で形成される。

ロータコアＲＣのロータ軸方向両端には、当該ロータコアＲＣと一体回転するロータ軸体１０が配設される。このロータ軸体１０は、第一軸体１０ａと第二軸体１０ｂとからなる。第一軸体１０ａはロータコアＲＣに対してロータ軸方向一方側に取り付けられる。ロータ軸方向一方側とは、ロータコアＲＣのロータ軸方向における２つの端部のうちの一方の端部の側である。また、第二軸体１０ｂはロータコアＲＣに対してロータ軸方向他方側に取り付けられる。ロータ軸方向他方側とは、ロータコアＲＣのロータ軸方向における２つの端部のうちの他方の端部の側、すなわち第一軸体１０ａが取り付けられていない側である。

第一軸体１０ａは、円筒状部１０ｃとフランジ部１０ｄとを含んで形成される。円筒状部１０ｃは、図１に示される第一軸体１０ａにおいてロータ軸心と同心の円筒状の部分が相当する。円筒状部１０ｃの内径及び外径は、ロータ軸方向に亘って同じ内径及び外径で形成される。また、円筒状部１０ｃの径方向内側には、ロータ軸心と同心の円柱状空間１０ｅが形成され、その軸方向両端は開口状態で形成される。

フランジ部１０ｄは、円筒状部１０ｃの外周面からロータ径方向に所定の高さを有すると共に、軸方向に一定の厚さを有して突出形成された円環板状の部分が相当する。したがって、フランジ部１０ｄは、当該フランジ部１０ｄの外径が少なくとも円筒状部１０ｃの外径よりも大きくなるように形成される。本実施形態におけるフランジ部１０ｄは、当該フランジ部１０ｄのロータ軸方向両側に円筒状部１０ｃが突出する位置に形成される。これにより、フランジ部１０ｄに対して軸方向一方側の円筒状部１０ｃが前記貫通孔２０に挿入され、第一軸体１０ａをロータコアＲＣに対して径方向に位置決めすることができると共に、フランジ部１０ｄに対して軸方向他方側の円筒状部１０ｃをロータコアＲＣから軸方向外側に突出させることができる。これにより、フランジ部１０ｄの他方側の円筒状部１０ｃに後述する冷媒排出口１２を形成することができる。また、フランジ部１０ｄのロータ軸方向一方側の面が、ロータコアＲＣの軸方向端面に当接するように形成される。

第二軸体１０ｂも、円筒状部１０ｆとフランジ部１０ｇとを含んで形成される。円筒状部１０ｆ及びフランジ部１０ｇは、夫々第一軸体１０ａの円筒状部１０ｃ及びフランジ部１０ｄと同様に形成される。ただし、第一軸体１０ａの円筒状部１０ｃは、上述のように軸方向両端が開口状態で形成されていたが、第二軸体１０ｂの円筒状部１０ｆは一方の端部（後述する回転軸Ａｂの側の端部）が開口状態とならないように、即ち閉じた状態（蓋をされた状態）で形成される。その他の構成については、上述の第一軸体１０ａの円筒状部１０ｃ及びフランジ部１０ｄと同様であるため、説明は省略する。なお、第二軸体１０ｂの円筒状部１０ｆの径方向内側には、ロータ軸心と同心の円柱状空間１０ｈが形成される。

このようなロータコアＲＣとロータ軸体１０とを有するロータＲは、冷媒流通空間Ｒ１、冷媒排出口１２、冷却内周面ＣＰを備えて構成される。冷媒流通空間Ｒ１は、ロータコアＲＣの径方向内側に設けられ、冷却液が供給され流通される。上述のようにロータコアＲＣは径方向中心部にロータ軸方向に沿った貫通孔２０を有する円筒状で形成される。本実施形態では、この貫通孔２０によって冷媒流通空間Ｒ１の一部が形成されている。この冷媒流通空間Ｒ１は、後述する回転軸Ａの軸中心部に形成された冷媒流通路Ａ１から冷却液が供給される。

冷媒排出口１２は、冷媒流通空間Ｒ１からロータ径方向の外側に向けて冷却液を排出する。図１及び図２に示されるように、冷媒排出口１２は、冷媒流通空間Ｒ１の内部（本実施形態においては円柱状空間１０ｅ及び１０ｈ）と外部とを連通する孔とされている。この冷媒排出口１２はロータ軸方向視において周方向に沿って複数形成される。図２においては、ロータ軸方向視において周方向に４５度毎に形成しているが、もちろん、他の角度毎に形成することも当然に可能である。回転軸Ａの軸中心部に形成された冷媒流通路Ａ１から供給された冷媒流通空間Ｒ１内の冷却液は、ロータＲの回転により生じる遠心力によって円柱状空間１０ｅ及び１０ｈから冷媒排出口１２を介して径方向外側に向けて排出される。このように排出される冷却液が、図１及び図２において破線６０で示される。

冷却内周面ＣＰは、ロータ軸方向における少なくとも一部の領域に設けられ、ロータ周方向全域に亘って冷媒流通空間Ｒ１に対してロータコアＲＣの内周面を露出してなる面である。上述のように、ロータコアＲＣのロータ軸方向端部には、第一軸体１０ａ及び第二軸体１０ｂが備えられる。この第一軸体１０ａ及び第二軸体１０ｂは、図１に示されるように、ロータコアＲＣのロータ軸方向端部に挿入して配設される。より詳しくは、第一軸体１０ａの円筒状部１０ｃ及び第二軸体１０ｂの円筒状部１０ｆが貫通孔２０の両端開口部に夫々挿入される。また、ロータコアＲＣの内周面とは、ロータコアＲＣの径方向内側の面、即ち貫通孔２０の内周面である。したがって、ロータコアＲＣの径方向内側の面は、ロータコアＲＣのロータ軸方向端部に第一軸体１０ａ及び第二軸体１０ｂが挿入されることにより、露出される領域と露出されない領域とが形成される。冷却内周面ＣＰは、このような領域のうちロータコアＲＣの径方向内側の内周面が露出される領域のロータコアＲＣの内周面（貫通孔２０の内周面）が相当する。

特に、本実施形態に係る冷却内周面ＣＰは、図１に示されるようにロータ周方向の全域に亘ってロータコアＲＣの内周面を露出させる。このため、冷媒流通空間Ｒ１内の冷却液がロータＲに対して周方向に相対移動し易くなるので、ロータＲの回転速度が変化する際の慣性により当該ロータＲが冷却液から受ける回転反力を軽減することができる。したがって、回転電機が冷却液を回転させるために用いられる運動エネルギーを少なく抑えることができるので、回転電機のエネルギー効率を高めることが可能となっている。

冷媒流通空間Ｒ１は、冷却空間部９１と小径部９０とを有して形成される。冷却空間部９１は、上述の冷却内周面ＣＰにより囲まれた領域であり、小径部９０は、冷却空間部９１に対してロータ軸方向の両端に夫々設けられた領域である。したがって、図１に示されるように、冷却空間部９１は、ロータ軸方向に沿って両側に形成された２つの小径部９０に挟まれた領域が相当する。小径部９０は、ロータコアＲＣの内周面に接するようにロータコアＲＣ内に挿入されたロータ軸体１０の一部、即ち第一軸体１０ａの円筒状部１０ｃの内周面に囲まれた円柱状空間１０ｅ及び第二軸体１０ｂの円筒状部１０ｆの内周面に囲まれた円柱状空間１０ｈにより形成される。このため、小径部９０は、冷却空間部９１よりも内径が小さく形成される。本実施形態における小径部９０の内径は、ロータコアＲＣのロータ軸方向端部に挿入された第一軸体１０ａの円筒状部１０ｃ及び第二軸体１０ｂの円筒状部１０ｆの内径に相当する。また、冷却空間部９１の内径は、円筒状のロータコアＲＣの内径に相当する。このように、小径部９０の内径は冷却空間部９１の内径よりも小さく形成される。

回転軸Ａは、ロータコアＲＣと一体回転可能に支持ベアリングＢＲＧを介して、ケース本体ＭＣ１及びケースＭＣ２に対して回転可能に支持される。図１において、回転軸Ａは回転電機Ｍの両端に備えられている例を示している。この回転軸Ａは、特に区別が必要な場合には一方の回転軸を符号Ａａを付して説明し、他方の回転軸を符号Ａｂを付して説明する。一方の回転軸Ａａは、当該回転軸Ａａの軸心が第一軸体１０ａの軸心と一致するように、その外周面が第一軸体１０ａの内周面に例えばスプライン嵌合により固定される。また、他方の回転軸Ａｂは、当該回転軸Ａｂの軸心が第二軸体１０ｂの軸心と一致するように例えばスプライン嵌合により固定される。本実施形態では、このように回転軸Ａと一対のロータ軸体１０とが嵌合により固定されるとして説明するが、特に限定されるものではない。他の方法により固定することも当然に可能である。

回転軸Ａａの軸中心部には、冷媒流通路Ａ１が形成される。そして、冷媒流通路Ａ１には、当該冷媒流通路Ａ１から冷媒流通空間Ｒ１に冷却液を供給する冷媒供給口Ａ２が形成される。冷媒供給口Ａ２は、その内径が冷媒流通路Ａ１の内径よりも小さくなるように、円板状の返し部Ａ３が形成される。返し部Ａ３は、当該返し部Ａ３の軸心が冷媒供給口Ａ２の軸心と一致するように備えられる。これにより、一旦、冷媒流通路Ａ１から冷媒流通空間Ｒ１に供給された冷却液が、冷媒流通路Ａ１へ戻ること（冷媒流通路Ａ１への逆流）を適切に防止することができる。なお、本実施形態では、冷媒流通路Ａ１は一方の回転軸Ａａにのみ形成されている場合の例を示しているが、回転軸Ａｂにも冷媒流通路Ａ１を形成することも当然に可能である。係る場合には、回転軸Ａｂ側の冷媒流通路Ａ１の冷媒供給口Ａ２にも上述の返し部Ａ３を形成すると好適である。

上述のように、ロータＲには、冷媒流通空間Ｒ１から冷却液を排出する冷媒排出口１２が備えられる。本実施形態では、冷媒排出口１２は小径部９０の内周面に開口部を有して形成される。上述のように小径部９０は、第一軸体１０ａの円柱状空間１０ｅ及び第二軸体１０ｂの円柱状空間１０ｈにより形成される。冷媒排出口１２は、この第一軸体１０ａの円柱状空間１０ｅ及び第二軸体１０ｂの円柱状空間１０ｈのそれぞれと外部とを連通可能に、第一軸体１０ａの円筒状部１０ｃ及び第二軸体１０ｂの円筒状部１０ｆの内周面に開口部を有して形成される。第一軸体１０ａの円筒状部１０ｃ及び第二軸体１０ｂの円筒状部１０ｆの内周面とは、夫々のロータ軸方向中心側を向く面である。このような冷媒排出口１２は上述のように周方向に沿って所定の間隔で複数形成される。

図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。特に図３（ａ）ではロータＲが回転していない状態を示し、ケース本体ＭＣ１やステータＳ等は省略されている。図３（ａ）に示されるように、ロータＲには複数の永久磁石ＰＭが配設されている。また、上述のようにロータＲの径方向内側、即ちロータコアＲＣの貫通孔２０の一部は、冷却液が流通される冷媒流通路Ｒ１の冷却空間部９１に相当する。冷媒流通路Ｒ１のロータ軸方向端面にはロータ軸体１０（１０ａ、１０ｂ）が配設される。これにより、冷却空間部９１の軸方向両側に冷却空間部９１の内径よりも小径の小径部９０が配置される。このため、本ロータＲは、冷却空間部９１における小径部９０よりも径方向外側の空間に冷却液を溜めておくことができる。したがって、ロータＲが回転していない状態や低速回転時は図３（ａ）のように冷媒流通空間Ｒ１内に残存する冷却液は、符号Ｗを付して示されるように、冷却空間部９１の側に優先的に溜まることになる。

図３（ｂ）にはロータＲの回転状態（特に高速回転時）における図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図が示される。このようなロータＲの高速回転時にあっては、ロータＲの回転によって生じる遠心力により冷却液は冷却内周面ＣＰに接する状態になる。このときも、本ロータＲは、冷却空間部９１における小径部９０よりも径方向外側の空間に冷却液を溜めておくことができる。このような冷却液は、図３（ｂ）において符号Ｗを付して示される。このように、冷却液は、ロータコアＲＣの内周面に直接接することになるのでロータコアＲＣを介して永久磁石ＰＭを効率良く冷却することが可能となる。

また、冷却内周面ＣＰは、ロータ周方向の全域に亘って滑らかな円筒面として形成される。これにより、冷却液はロータＲの回転に対して滑らかに冷却内周面ＣＰに沿って相対移動することができるので、ロータＲが冷却液から受ける回転反力を小さくすることができる。したがって、回転反力に起因するエネルギー損失を小さくできるので回転電機Ｍのエネルギー効率を高くすることができる。

ここで、本実施形態に係る回転電機Ｍが有するロータコアＲＣは、図４に示されるように、第一軸体１０ａ及び第二軸体１０ｂを介して回転軸Ａに支持されるよう形成される。上述のように、第一軸体１０ａは回転軸Ａａと結合され、第二軸体１０ｂは回転軸Ａｂと結合される。これに対して、ロータコアＲＣと第一軸体１０ａと第二軸体１０ｂとは、ロータコアＲＣをロータ軸方向に貫通する貫通部材３０により結合される。このため、円環板状の部材を打ち抜いて形成する際に、貫通部材３０を挿入する貫通孔３１（図３参照）も合わせて形成すると好適である。

このような貫通部材３０は、図２に示されるように、ロータＲの軸心方向に沿って複数、挿入される。本実施形態では貫通部材３０は円柱状のピンで構成される。図２においては、８本の貫通部材３０が挿入されている例を示している。貫通部材３０は第一軸体１０ａ側から挿入され、第二軸体１０ｂと圧入することにより固定される。このような構成とすることにより、ロータコアＲＣと第一軸体１０ａと第二軸体１０ｂとの結合を強固なものとすることができる。

ステータＳはロータコアＲＣの径方向外側に配設され、ケース本体ＭＣ１に固定されるステータコアＳＣを備えて構成される。このステータコアＳＣに巻かれるコイルＣのコイルエンドＣＥが、ステータコアＳＣの軸方向両端外側に位置される構成となっている。ステータコアＳＣは、円板状の鋼板を多数枚、ロータコアＲＣの軸心方向に沿って積層して構成される。

コイルＣはステータコアＳＣに導線を巻くことにより形成される。このようなコイルＣは、ステータコアＳＣの内周側に設けられ複数のスロット内に挿入されると共に、２つのスロット間をつなぐコイルＣの部分がステータコアＳＣから軸方向両端に突出して形成される。このようなステータコアＳＣから軸方向両端に突出する突出部がコイルエンドＣＥとなる。

上述のように、回転軸Ａの軸中心部に形成された冷媒流通路Ａ１から冷媒流通空間Ｒ１に供給された冷却液は、ロータＲの回転によって生じる遠心力によって冷却内周面ＣＰに接する状態とされることにより適切に永久磁石ＰＭを冷却することが可能となる。このようにロータＲが回転している状態においても、上述のように冷却液は冷却空間部９１における小径部９０より径方向外側の空間に溜められる。この状態から冷媒流通空間Ｒ１に供給する冷却液の量が増えると、冷却空間部９１における小径部９０より径方向外側の空間からあふれた冷却液が、第一軸体１０ａの円筒状部１０ｃ及び第二軸体１０ｂの円筒状部１０ｆに形成された冷媒排出口１２から排出される。このような冷媒排出口１２により、ロータＲを冷却する冷却液の量を適切に調整することが可能となる。

この冷媒排出口１２は、ステータＳのコイルエンドＣＥに向けて冷却液を噴射する噴射孔として用いられる。すなわち、コイルエンドＣＥに対して、ロータＲの回転によって生じる遠心力により冷媒排出口１２から径方向外側へ向けて冷却液が噴射される。したがって、回転電機Ｍの回転に応じて発熱するコイルＣを適切に冷却することが可能となる。冷媒排出口１２から噴射される冷却液が、図１及び図２において破線６０で示される。このようにコイルエンドＣＥに冷却液を噴射することにより、ロータＲ（ロータＲが備える永久磁石ＰＭ）を冷却した冷却液を利用して、更にステータＳのコイルエンドＣＥを介してコイルＣを適切に冷却することが可能となる。

このように本ロータＲによれば、冷却液の回転反力を低減しつつ均一にロータＲを冷却し、更にはステータＳを冷却することが可能となる。

〔その他の実施形態〕
（１）上記実施形態では、ロータＲの回転により生じた遠心力によって冷却空間部９１に接する状態とされ、冷却空間部９１における小径部９０より径方向外側の空間からあふれた冷却液が冷媒排出口１２から排出されるとして説明した。例えば、冷却内周面ＣＰに接して流れる冷却液を冷媒排出口１２の側、即ちロータＲの軸心方向端部の側へ移動し易くするために、流れ方向規制部材５０を備えることも可能である。

このような流れ方向規制部材５０は図５に示されるようにロータコアＲＣの内周面、特に冷却内周面ＣＰに沿って、当該冷却内周面ＣＰから立ち上がる流れ方向規制面５１を備えて構成される。流れ方向規制部材５０は、ロータコアＲＣの内周面に沿って湾曲すると共に、一定高さで径方向内側に突出するように設けられる。これにより、流れ方向規制部材５０はロータコアＲＣと一体的に回転することが可能となる。図示の例では、流れ方向規制面５０は、２つのＶ字の一方を反転してつないだ菱形の傾斜面を有して形成される。流れ方向規制面５１は、ロータコアＲＣの回転によって発生する、冷却内周面ＣＰに沿った冷却液の流れに対してロータ軸方向へ向かう成分を付与するように流れ方向を規制する。このような流れ方向規制部材５０は、ロータ周方向に離れるにしたがってロータ軸方向両側へ向かって広がるＶ字状の傾斜面を有する流れ方向規制面５１を有すると好適である。もちろん、流れ方向規制部材５０はＶ字状に限定されることはなく、他の形状（例えば、ロータ周方向に離れるにしたがってロータ軸方向両側へ向かって曲線）で構成することも当然に可能である。

（２）上記実施形態では、ロータコアＲＣと第一軸体１０ａと第二軸体１０ｂとが、ロータコアＲＣをロータ軸方向に貫通する貫通部材３０を用いて圧入により固定されるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。例えば、ロータコアＲＣをロータ軸方向に沿って貫通する貫通ボルト８０を用いて固定することも可能である。更に、ロータコアＲＣの内周面にロータ軸方向に沿ってスプラインを設けることも可能である。図６には、このような貫通ボルト８０とスプラインとを設けた例について示している。

スプラインは、ロータコアＲＣの内周面にロータ軸方向に沿って形成される凹凸部７０と、第一軸体１０ａ及び第二軸体１０ｂがロータコアＲＣに挿入される円筒状部１０ｃ及び１０ｆの外周面（挿入部外周面）に形成される凹凸部７１により実現される。この場合には、これらの凹凸部７０及び凹凸部７１を互いに係合させてスプライン嵌合することにより、ロータＲの回転方向の結合を強固なものにすることが可能となる。即ち、ロータコアＲＣと、第一軸体１０Ａ及び第二軸体１０ｂとが、ロータコアＲＣの内周面と、当該ロータコアＲＣ内に挿入される第一軸体１０ａの円筒状部１０ｃ及び第二軸体１０ｂの円筒状部１０ｆの夫々の挿入部外周面との双方に形成されたスプラインにより相対回転が規制される。ロータコアＲＣの内周面に形成される凹凸部７０は、円環板状の部材を打ち抜く時に合わせて形成すると好適である。また、スプライン嵌合に用いられる凹凸部７０により冷却内周面ＣＰの表面積を大きくすることができるので、冷却効果を高めることが可能である。

また、図６においてはロータ軸方向に沿ってロータコアＲＣの内周面の全領域に凹凸部７０が形成されるように図示した。例えば、凹凸部７０をロータコアＲＣのロータ軸方向両端側のみに形成することも可能である。即ち、ロータコアＲＣのロータ軸方向両端側は内周面に凹凸部７０を有する円環板状の部材を用い、ロータコアＲＣのロータ軸方向中央側は内周面に凹凸部７０が形成されていない円環板状の部材を用いることも当然に可能である。係る場合には、２種類の円環板状の部材を用いてロータコアＲＣが構成される。また、上述のような圧入固定に適した円柱状のピンからなる貫通部材３０とスプライン嵌合とを用いて構成することも当然に可能である。なお、貫通部材３０や貫通ボルト８０は、ロータコアＲＣを貫通させていなくても良い。更に、このように貫通部材３０や貫通ボルト８０がロータコアＲＣを貫通しない構成において、スプライン嵌合を用いても良いし、スプライン嵌合を用いなくても良い。このような構成であっても、本発明に係るロータＲを構成することは当然に可能である。

（３）上記実施形態では、ロータ軸体１０が軸方向一方の側の第一軸体１０ａ及び軸方向他方の側の第二軸体１０ｂの２つに分かれている場合について説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。例えば、図７に示されるように、ロータ軸体１０がロータコアＲＣ内を貫通するように構成することも当然に可能である。このような場合においては、ロータコアＲＣ内を貫通する貫通部分１０ｃに連通路１００を形成し、貫通部分１０ｃの外周面と、冷却内周面ＣＰとの間に空間を形成すると好適である。この連通路１００によりロータコアＲＣの径方向内側から前記空間（貫通部分１０ｃの外周面とロータコアＲＣの内周面（即ち、冷却内周面ＣＰ）との間の空間）に冷却液を供給することが可能となる。このような構成とすることにより、ロータＲの回転速度に拘らず冷却液を冷却内周面ＣＰに供給することが可能となる。

また、上記実施形態では冷却排出口１２は第一軸体１０ａの円柱状部１０ｃ及び第二軸体１０ｂの円柱状部１０ｆに形成されるとして説明したが、図７に示されるように夫々のフランジ部１０ｄ及び１０ｇとロータコアＲＣの径方向端面とで形成することも当然に可能である。このように形成することにより、ロータコアＲＣの径方向端面も冷却することができるので、冷却効率を高くすることができる。また、図示はしないが前記空間（貫通部分１０ｃの外周面とロータコアＲＣの内周面との間の空間）に上述の図５に示すような流れ方向規制部材５０を設けることも可能である。このように流れ方向規制部材５０を設けることにより、連通路１００から供給された冷却液を積極的に冷媒排出口１２の側に流通させることができる。

（４）上記実施形態では、ロータＲの両端に回転軸Ａａ及び回転軸Ａｂが備えられるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。ロータＲの一方の端部にのみ回転軸Ａａを備える構成であっても、本発明の適用範囲である。また、第一軸体１０ａ及び第二軸体１０ｂのみで回転軸Ａを構成することも当然に可能である。係る場合には、第一軸体１０ａ及び第二軸体１０ｂ自体を支持ベアリングＢＲＧを介してケースＭＣ１、ＭＣ２に回転可能に支持すると好適である。

（５）上記実施形態では、永久磁石ＰＭの数や貫通部材３０の数を例示して説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。他の数のものを用いて構成することも当然に可能である。

（６）上記実施形態では、回転電機Ｍが電動機として用いられた場合の例を示して説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。回転電機Ｍを発電機として用いる場合であっても本発明を適用することは当然に可能である。

（７）上記実施形態では、冷媒流通空間Ｒ１は、冷却空間部９１と、当該冷却空間部９１よりも内径が小さく形成された小径部９０と、を有して形成されるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。冷媒流通空間Ｒ１は小径部９０を設けることなく、冷却空間部９１のみで形成することは当然に可能である。

（８）上記実施形態では、小径部９０が第一軸体１０ａの円柱状空間１０ｅ及び第二軸体１０ｂの円柱状空間１０ｈで構成されている例について説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。例えば内径が異なる２種類の円環板状の部材を用いてロータコアＲＣを形成することにより、小径部９０及び冷却空間部９１を形成することが可能である。即ち、ロータコアＲＣのロータ軸方向両端側は内径の小さい円環板状の部材を積層して形成し、ロータコアＲＣのロータ軸方向中央側は内径の大きい円環板状の部材を積層して形成すると好適である。このような構成とすることで第一軸体１０ａ及び第二軸体１０ｂを用いることなく、小径部９０及び冷却空間部９１を有するロータコアＲＣを形成することが可能である。

（９）上記実施形態では、冷媒排出口１２が、小径部９０を構成する円筒状部１０ｃ及び１０ｆの内周面に開口部を有して形成されているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。冷媒排出口１２を他の位置に設けることも当然に可能である。

（１０）上記実施形態では、冷媒排出口１２が、ロータコアＲＣの径方向外側に配設されるステータＳのコイルエンド部ＣＥに向けて冷却液を噴射する噴射孔とされているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。冷媒排出口１２をコイルエンド部ＣＥに冷却液を噴射する噴射孔として用いずに構成することも当然に可能である。

（１１）上記実施形態では、冷却内周面ＣＰは、ロータ周方向の全域に亘って滑らかな円筒面とされているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。冷却内周面ＣＰに凹凸があっても本発明に係るロータＲを構成することは当然に可能である。

（１２）上記実施形態では、ロータコアＲＣの内周面のうち、ロータ軸方向両側の第一軸体１０ａの円筒状部１０ｃ及び第二軸体１０ｂの円筒状部１０ｆが挿入されている部分以外を露出して冷却内周面ＣＰが形成されているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。例えば、第一軸体１０ａ及び第二軸体１０ｂがロータコアＲＣに挿入されずに、ロータコアＲＣの軸方向全域を冷却内周面ＣＰとすることも当然に可能である。また、第一軸体１０ａ及び第二軸体１０ｂ以外の構成により軸方向の一部が覆われており、それ以外の部分が冷却内周面ＣＰとされても良い。いずれにしても、冷却内周面ＣＰはロータコアＲＣのロータ軸方向における少なくとも一部の領域に設けられ、当該領域では周方向全域で内周面を露出するように構成される。

本発明は、複数の円環板状の部材を積層して形成された円筒状のロータコアと、当該ロータコアと一体回転するように固定されたロータ軸体と、を有するロータを備えた回転電機に利用することが可能である。

１０：ロータ軸体
１０ａ：第一軸体
１０ｂ：第二軸体
１２：冷媒排出口
３０：貫通部材
ＣＥ：コイルエンド
ＣＰ：冷却内周面
Ｒ：ロータ（回転電機用ロータ）
Ｒ１：冷媒流通空間
ＲＣ：ロータコア
Ｓ：ステータ
９０：小径部
９１：冷却空間部

Claims (8)

1. 複数の円環板状の部材を積層して形成された円筒状のロータコアと、当該ロータコアと一体回転するように固定されたロータ軸体と、を有する回転電機用ロータであって、
   前記ロータコアの径方向内側に設けられ、冷媒が供給されて流通する冷媒流通空間と、
   前記冷媒流通空間からロータ径方向の外側へ向けて冷媒を排出する冷媒排出口と、
   ロータ軸方向における少なくとも一部の領域に設けられ、ロータ周方向全域に亘って前記冷媒流通空間に対して前記ロータコアの内周面を露出してなる冷却内周面と、
   を有し、
   前記ロータ軸体は、前記ロータコアに対してロータ軸方向一方側に取り付けられる第一軸体と、前記ロータコアに対してロータ軸方向他方側に取り付けられる第二軸体と、を有する回転電機用ロータ。
2. 前記冷媒流通空間は、前記冷却内周面により囲まれた冷却空間部と、当該冷却空間部に対してロータ軸方向の両側に夫々設けられ、前記冷却空間部よりも内径が小さく形成された小径部と、を有する請求項１に記載の回転電機用ロータ。
3. 前記冷媒排出口が、前記小径部の内周面に開口部を有して形成されている請求項２に記載の回転電機用ロータ。
4. 前記小径部が、前記ロータコアの内周面に接するように前記ロータコア内に挿入された前記ロータ軸体の一部により形成されている請求項２又は３に記載の回転電機用ロータ。
5. 前記ロータコアと前記第一軸体と前記第二軸体とが、前記ロータコアをロータ軸方向に貫通する貫通部材により結合されている請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機用ロータ。
6. 前記ロータコアと、前記第一軸体及び前記第二軸体とが、前記ロータコアの内周面と、当該ロータコア内に挿入される前記第一軸体及び前記第二軸体の夫々の挿入部外周面との双方に形成されたスプラインにより相対回転が規制されている請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機用ロータ。
7. 前記冷媒排出口が、前記ロータコアの径方向外側に配設されるステータのコイルエンド部に向けて前記冷媒を噴射する噴射孔とされている請求項１から６のいずれか一項に記載の回転電機用ロータ。
8. 前記冷却内周面は、ロータ周方向の全域に亘って滑らかな円筒面とされている請求項１から７のいずれか一項に記載の回転電機用ロータ。

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