JP6572860B2

JP6572860B2 - ロータ

Info

Publication number: JP6572860B2
Application number: JP2016198025A
Authority: JP
Inventors: 宏金原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2019-09-11
Anticipated expiration: 2036-10-06
Also published as: JP2018061368A

Description

本発明は、ロータに関する。

電気自動車やハイブリッド自動車などに用いられる電動モータは、ロータと、ステータと、回転軸とを含む。ロータは、回転軸の外径側に固定されるロータコアと、ロータコアに固定される複数の永久磁石と、を有する。ロータコアとして、永久磁石を挿入するための磁石孔が設けられた磁性鋼板を軸方向に複数枚積層して形成されたものが知られている。また、ステータはコイルを有する。このコイルに電流が流れることにより回転磁界が発生し、この回転磁界とロータとの間に働く電磁的作用によりロータが回転する。

電動モータは、回転時にステータのコイルを流れる電流によって発熱する。特に、電動モータを高速回転させた場合や電動モータが大型の場合には、回転時の電動モータの発熱量が著しく大きくなるので、これにより永久磁石の温度が著しく上昇する。永久磁石の温度が著しく上昇すると、電動モータのトルクを発生させる磁束が低下するので、電動モータの性能が悪化する。こういったことから、電動モータの回転時に永久磁石を冷却する必要がある。

特許文献１には、磁性板（磁性鋼板）の表面に、冷媒流路用の溝として、磁石孔空隙部と磁性板の外周とを接続する外周側径方向流路溝と、軸方向流路孔と磁石孔空隙部とを接続する内周側径方向流路溝５３ｂとが設けられた回転子（ロータ）が記載されている。電動モータの回転時に冷媒流路用の溝に気体冷媒を流すことで永久磁石を効果的に冷却できるとしている。

特開２０１５−２１１５７３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のロータでは、磁性鋼板の表面に冷媒流路用の溝を設けたことで、磁性鋼板の溝部分の強度が低下する。このため、電動モータを高速回転させた場合に、ロータにおいて、回転時の遠心力に耐え得る十分な強度が得られないおそれがあった。

本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、回転時の遠心力に対して十分な強度を確保しつつ、永久磁石を効果的に冷却することができるロータを提供することを目的とする。

本発明は、永久磁石と、積層された複数の磁性鋼板により構成され回転軸が嵌挿される軸孔と前記永久磁石が挿入される複数の磁石孔を有するロータコアと、を含むロータであって、各磁性鋼板の表面には、前記複数の磁石孔のそれぞれの周囲における磁石孔周囲溝および前記磁石孔周囲溝と前記軸孔を接続する内周側接続溝が形成され、前記磁石孔周囲溝および前記内周側接続溝には、それぞれ非磁性体の熱伝導部材が埋め込まれ、前記内周側接続溝に埋め込まれた熱伝導部材の前記軸孔側の端部には冷熱源が接触されるものである。

本発明によれば、回転時の遠心力に対して十分な強度を確保しつつ、永久磁石を効果的に冷却することができる。

本実施の形態にかかるロータの概略構成を示す斜視図である。図１において一点鎖線の扇形で囲った領域を拡大した拡大図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
まず、図１を参照して本実施の形態にかかるロータ１０の概略構成について説明する。ロータ１０は、電気自動車やハイブリッド自動車などに用いられる電動モータに使用される。電動モータは、ロータ１０の周囲に所定のギャップを隔てて配置された筒状のステータを備えている。ステータは、電流が流れることにより回転磁界を発生させるコイルを有する。この回転磁界とロータ１０との間に働く電磁的作用により、ロータ１０が回転する。

図１は、ロータ１０の概略構成を示す斜視図である。なお、図１において一点鎖線の扇形で囲った領域にのみ符号を付し、一点鎖線の扇形で囲った領域以外の領域については符号を省略する。図１に示すように、ロータ１０は、ロータコア１１と永久磁石１４とを有する。

ロータコア１１は、円環状に打ち抜き加工された磁性鋼板を軸方向Ｚに積層することで形成される。ロータコア１１を構成する複数の磁性鋼板は、カシメ、接着、又は溶接などにより、一体的に連結されている。ロータコア１１内で生じる渦電流によるエネルギー損失をできるだけ低減すべく、ロータコア１１を構成する各磁性鋼板は、両側の表面に形成された絶縁皮膜によって互いに電気的に絶縁されている。

ロータコア１１は、回転軸を嵌合するための軸孔１１３と、永久磁石１４を挿入するための磁石孔１１１，１１２ａ，１１２ｂが形成されている。軸孔１１３はロータコア１１の中央の位置に形成されている。軸孔１１３は、ロータコア１１を軸方向Ｚに貫通する貫通孔である。磁石孔１１１は、ロータコア１１の外縁部付近において円周方向に延在するように形成されている。また、一対の磁石孔１１２ａ，１１２ｂは、それぞれ磁石孔１１１の両側において半径方向に延在するように形成されている。磁石孔１１１，１１２ａ，１１２ｂは、ロータコア１１を軸方向Ｚに貫通する貫通孔である。

さらに、ロータコア１１には、永久磁石１４からの漏れ磁束を抑制するための磁束漏れ抑制孔１１４が形成されている。磁束漏れ抑制孔１１４は、磁石孔１１２ａの半径方向内側（半径方向中心側）の端部と磁石孔１１２ｂの半径方向内側の端部との間に形成されている。磁束漏れ抑制孔１１４は、ロータコア１１を軸方向Ｚに貫通する貫通孔である。

ロータコア１１は、図１中の一点鎖線の扇形で囲った領域に示されたパターンが、円周方向に沿って４５°ピッチで８回繰り返されている。

図２は、図１において一点鎖線の扇形で囲った領域を拡大した拡大図である。図２に示すように、各磁性鋼板の表面には、磁石孔１１１，１１２ａ，１１２ｂのそれぞれの周囲における磁石孔周囲溝２１および磁石孔周囲溝２１と軸孔１１３を接続する内周側接続溝２２が形成されている。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図３に示すように、各磁性鋼板の表面に形成された磁石孔周囲溝２１には、非磁性体の熱伝導部材２０が埋め込まれている。図２に示す、各磁性鋼板の表面に形成された内周側接続溝２２についても、磁石孔周囲溝２１と同様に、非磁性体の熱伝導部材２０が埋め込まれている。内周側接続溝２２に埋め込まれた熱伝導部材２０の軸孔１１３側の端部２２ａにおいて、冷却油などの冷熱源と接触する。

各磁性鋼板の表面には、磁石孔周囲溝２１と磁性鋼板の外周１１５を接続する外周側接続溝２３や隣り合う磁石孔周囲溝２１を連結する連結溝２４が形成されていてもよい。外周側接続溝２３および連結溝２４には、磁石孔周囲溝２１と同様に、非磁性体の熱伝導部材２０が埋め込まれる。冷却パスを増やすことで、永久磁石１４をより効果的に冷却することができる。

ロータコア１１内で生じる渦電流によるエネルギー損失をできるだけ低減する必要があるため、熱伝導部材２０の材質は非磁性体のものを選択する。熱伝導部材２０の材質は、例えば、アルミニウム（熱伝導率：２３６Ｗ／ｍ・Ｋ）、銀（熱伝導率：４２６Ｗ／ｍ・Ｋ）、ステンレス鋼（熱伝導率：１６．７〜２０．９Ｗ／ｍ・Ｋ）、カーボンナノチューブ（熱伝導率：３０００〜５５００Ｗ／ｍ・Ｋ）などである。特に、カーボンナノチューブは、熱伝導率が極めて高く、微細な形状に加工することが可能なため、コストの問題が解決されれば非磁性体の熱伝導部材２０の材質として非常に好ましい。

内周側接続溝２２に埋め込まれた熱伝導部材２０の軸孔１１３側の端部２２ａにおいて冷熱源が接触すると、冷熱は、内周側接続溝２２に埋め込まれた熱伝導部材２０の軸孔１１３側の端部２２ａから磁石孔周囲溝２１に接続された端部へと伝導する。さらに、冷熱は、磁石孔周囲溝２１に埋め込まれた熱伝導部材２０に伝導して磁石孔周囲溝２１に埋め込まれた熱伝導部材２０が冷却される。磁石孔周囲溝２１に埋め込まれた熱伝導部材２０が冷却されると、磁石孔１１２ａ，１１２ｂに嵌挿された永久磁石１４が磁石孔周囲溝２１に埋め込まれた熱伝導部材２０を介して冷却される。これにより、永久磁石１４を効果的に冷却することができる。

ロータコア１１の各磁性鋼板の表面に、磁石孔周囲溝２１や内周側接続溝２２などの永久磁石１４を冷却するための溝を形成すると、磁性鋼板の溝部分の強度が低下する。永久磁石１４を冷却するための溝に固体である熱伝導部材２０が埋め込まれることで、磁性鋼板の溝部分の強度が補強される。これにより、回転時の遠心力に対して十分な強度を確保することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。上記実施の形態では、ロータコアの各磁性鋼板の一方の側の表面にのみ非磁性体の熱伝導部材が埋め込まれる磁石孔周囲溝および内周側接続溝を形成したが、これに限るものではない。ロータコアの各磁性鋼板の両側の表面に非磁性体の熱伝導部材が埋め込まれる磁石孔周囲溝および内周側接続溝を形成してもよい。

１０ロータ
１１ロータコア
１４永久磁石
２０熱伝導部材
２１磁石孔周囲溝
２２内周側接続溝
２２内周側接続溝
２２ａ端部
２３外周側接続溝
２４連結溝
１１１，１１２ａ，１１２ｂ磁石孔
１１３軸孔
１１４磁束漏れ抑制孔
１１５外周

Claims

永久磁石と、積層された複数の磁性鋼板により構成され回転軸が嵌挿される軸孔と前記永久磁石が挿入される複数の磁石孔を有するロータコアと、を含むロータであって、
各磁性鋼板の表面には、前記複数の磁石孔のそれぞれの周囲における磁石孔周囲溝および前記磁石孔周囲溝と前記軸孔を接続する内周側接続溝が形成され、
前記磁石孔周囲溝および前記内周側接続溝には、それぞれ非磁性体の熱伝導部材が埋め込まれ、
前記内周側接続溝に埋め込まれた熱伝導部材の前記軸孔側の端部には冷熱源が接触される、ロータ。