DE112018003438T5

DE112018003438T5 - Rotierende elektrische Maschine

Info

Publication number: DE112018003438T5
Application number: DE112018003438.0T
Authority: DE
Inventors: Junji Kitao; Tomohira Takahashi; Yusuke KIMOTO; Yoshihiro Miyama; Masatsugu Nakano; Yuya Tanaka
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-07-05
Filing date: 2018-02-26
Publication date: 2020-04-16
Also published as: JPWO2019008820A1; CN110832755B; CN110832755A; US20200186007A1; US11283332B2; WO2019008820A1; JP6815510B2

Abstract

In einer erfindungsgemäßen rotierenden elektrischen Maschine ist eine Längsrichtung orthogonal zu einer Axialrichtung einer ersten Innenwandfläche einer Magnetaufnahmeöffnung in Umfangsrichtung in Bezug auf eine radiale Richtung geneigt. Jeder der Permanentmagnete ist in einer Magnetaufnahmeöffnung untergebracht, während ein erster Spalt zwischen einer ersten Außenwandfläche und der ersten Innenwandfläche gebildet ist und eine dritte Außenwandfläche radial nach außen gerichtet ist. Der Rotorkern weist eine Rotorkernkühlungsöffnung auf, die mit dem ersten Spalt an einer Position auf einer radial inneren Seite in Bezug auf einen Mittelabschnitt der ersten Innenwandfläche in Längsrichtung in Verbindung steht. Der Rotorkern weist einen radial-außenseitigen Kältemittelströmungskanal auf, der mit einem radial-außenseitigen Endabschnitt des ersten Spaltes in Verbindung steht. Eine erste Endplatte weist einen Verbindungskanal auf, der so ausgebildet ist, dass er sich von einer inneren Endfläche der ersten Endplatte bis zur Rotorkernkühlöffnung erstreckt. Eine zweite Endplatte weist einen Auslasskanal auf, der so ausgebildet ist, dass der radial-außenseitige Kältemittelströmungskanal mit einer Außenseite in Verbindung stehen kann.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine rotierende elektrische Maschine mit einem Rotor, in dem Permanentmagnete untergebracht sind, und insbesondere auf eine Kühlstruktur für die Permanentmagnete.
Hintergrund
Bei rotierenden elektrischen Maschinen, die beispielsweise für Industriemotoren, Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge eingesetzt werden, gibt es Anforderungen an Verkleinerung und höhere Leistung, und eine rotierende elektrische Maschine mit einem Rotor, in dem Neodym-Magnete untergebracht sind, wird häufig eingesetzt. Allerdings wird eine Magnettemperatur durch einen Wirbelstomverlust in den Magneten und den Empfang von Wärme von einem Rotorkern oder einer Statorwicklung höher. Wenn die Magnettemperatur höher wird, wird eine Koerzitivkraft verringert, so dass die Magnete anfälliger für Entmagnetisierung werden. Insbesondere bei Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen wird die rotierende elektrische Maschine unter hohen Temperaturen eingesetzt, so dass eine Gegenmaßnahme gegen die Entmagnetisierung der Magnete erforderlich ist. Um die Koerzitivkraft auch bei hohen Temperaturen aufrechtzuerhalten, wird daher eine Maßnahme getroffen, die in der Zugabe von Dysprosium besteht. Ein Seltenerdelement wie Dysprosium ist jedoch teuer, was zu dem Problem führt, dass die Kosten für Magnete steigen.
In Anbetracht eines solchen Umstandes wurden verschiedene Kühlstrukturen für die Magnete vorgeschlagen.
So wird beispielsweise in einer rotierenden elektrischen Maschine aus dem verwandten Stand der Technik, die in der Patentliteratur 1 beschrieben ist, Öl, das in einem Ölbehälter gelagert ist, der auf einer radial inneren Seite eines Rotorkernhalteabschnitts gebildet ist, durch eine Zentrifugalkraft über einen ersten Ölkanal in einen zweiten Ölkanal zugeführt, der sich in axialer Richtung entlang der Rückseiten von Permanentmagneten erstreckt, um Permanentmagnete zu kühlen.
Weiterhin wird bei der rotierenden elektrischen Maschine aus dem verwandten Stand der Technik, die in der Patentliteratur 2 beschrieben ist, Öl, das einer axialen Mittellage einer Welle zugeführt wird, den Flussbarrieren eines Rotorkerns über Ölverbindungskanäle, die in Endplatten gebildet sind, zugeführt, um Permanentmagnete zu kühlen.
Zitationsliste
Patent Literatur

[PTL 1] JP 2016-158365 A
[PTL 2] JP 2012-105487 A

Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Bei der in der Patentliteratur 1 beschriebenen rotierenden elektrischen Maschine aus dem verwandten Stand der Technik wird jedoch ein Außendurchmesser des Rotorkernhalteabschnitts vergrößert. Daher wird bei Anwendungen, bei denen ein radial innenliegender Abschnitt des Rotorkerns verwendet wird, ein Volumen des Rotorkernhalteabschnitts verringert. Daher ist es schwierig, die rotierende elektrische Maschine für solche Anwendungen einzusetzen.
Bei der in Patentliteratur 2 beschriebenen rotierenden elektrischen Maschine aus dem verwandten Stand der Technik strömt das Öl entlang von Wandflächen, die von einer kurzen Seite jedes der Permanentmagnete mit rechteckigem Querschnitt gebildet sind, und den Flussbarrieren ausgesetzt sind. Dadurch wird ein Kühlbereich der Permanentmagnete reduziert, so dass die Permanentmagnete nicht effektiv gekühlt werden können.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und hat das Ziel, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, die im Kühlbereich von Permanentmagneten vergrößert ist, um Permanentmagnete effektiv zu kühlen, so dass die Kühlleistung für die Permanentmagnete verbessert wird, und die bei Anwendungen angewendet werden kann, die eine Verwendung bis zu einem radial inneren Abschnitt eines Rotorkerns aufweisen.
Lösung der Aufgabe
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine rotierende elektrische Maschine vorgesehen, die Folgendes aufweist: einen Rotor mit: einem Rotorkern, der fest mit einer Welle verbunden ist und in Umfangsrichtung eine Vielzahl von Magnetaufnahmeöffnungen aufweist, die in axialer Richtung in den Rotorkern eindringen; eine erste Endplatte und eine zweite Endplatte, die an der Welle im Zustand des Kontakts mit beiden Endflächen des Rotorkerns in axialer Richtung montiert sind; und Permanentmagnete, die in den Magnetaufnahmeöffnungen untergebracht sind; und einen Stator, der koaxial mit dem Rotor auf einer äußeren Umfangsseite des Rotors angeordnet ist. Die Magnetaufnahmeöffnungen weisen jeweils eine erste Innenwandfläche und eine zweite Innenwandfläche auf, die einander parallel gegenüberliegen, und eine Längsrichtung orthogonal zu einer Axialrichtung der ersten Innenwandfläche ist in Umfangsrichtung in Bezug auf eine Radialrichtung geneigt. Jeder der Permanentmagnete ist so ausgebildet, dass er einen rechteckigen Querschnitt aufweist, hat eine erste Außenwandfläche und eine zweite Außenwandfläche, die durch ein Paar Längsseiten des rechteckigen Querschnitts gebildet sind, und eine dritte Außenwandfläche und eine vierte Außenwandfläche, die durch ein Paar kurze Seiten des rechteckigen Querschnitts gebildet sind, und ist in der Magnetaufnahmeöffnung untergebracht, während ein erster Spalt zwischen der ersten Außenwandfläche und der ersten Innenwandfläche definiert ist, und die dritte Außenwandfläche radial nach außen gerichtet ist. Der Rotorkern weist eine Rotorkernkühlungsöffnung auf, die so ausgebildet ist, dass sie den Rotorkern in axialer Richtung unter einem Zustand der Kopplung mit dem ersten Spalt an einer Position auf einer radial inneren Seite in Bezug auf einen Mittelabschnitt der ersten Innenwandfläche in Längsrichtung durchdringt. Der Rotorkern weist einen radial-außenseitigen Kältemittelströmungskanal auf, der so ausgebildet ist, dass er den Rotorkern in axialer Richtung entlang der dritten Außenwandfläche des Permanentmagneten im Zustand der Kopplung mit einem radial-außenseitigen Endabschnitt des ersten Spaltes durchdringt. Die erste Endplatte weist einen Verbindungskanal auf, der so ausgebildet ist, dass er sich von einer inneren Endfläche der ersten Endplatte bis zur Kühlöffnung des Rotorkerns erstreckt. Die zweite Endplatte weist einen Auslasskanal auf, der so ausgebildet ist, dass der radial-außenseitige Kältemittelströmungskanal mit einer Außenseite in Verbindung stehen kann. Die Welle weist einen Kältemittelzufuhrkanal auf, der es ermöglicht, ein Kältemittel von einer Druckquelle in den Verbindungskanal zu leiten.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung fließt das vom Verbindungskanal zu den Rotorkernkühlöffnungen zugeführte Kältemittel durch die Rotorkernkühlöffnungen in die ersten Spalte und durch die ersten Spalte in den radial-außenseitigen Kältemittelströmungskanal. Nach dem Durchströmen des radial-außenseitigen Kältemittelströmungskanals wird das Kältemittel aus dem Auslasskanal ausgetragen. Wie vorstehend beschrieben, fließt das Kältemittel entlang der ersten Außenwandflächen und der dritten Außenwandflächen der Permanentmagnete. Dadurch wird die Kühlfläche der Permanentmagnete vergrößert und die Permanentmagnete effektiv gekühlt, was die Kühlleistung der Permanentmagnete verbessert.
Weiterhin wird das Kältemittel den Kühlöffnungen des Rotorkerns über den in der ersten Endplatte gebildeten Verbindungskanal zugeführt. Daher kann die rotierende elektrische Maschine bei Anwendungen eingesetzt werden, die bis zum radial inneren Abschnitt des Rotorkerns reichen.
Figurenliste

1 ist eine Längsschnittansicht zur Veranschaulichung einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung von Magnetaufnahmeöffnungen eines Rotorkerns und deren Umgebung in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Querschnittsansicht zum Darstellen von Hauptabschnitten von Magnetaufnahmeöffnungen eines Rotorkerns und deren Umgebung in einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Querschnittsansicht zum Darstellen von Hauptabschnitten von Magnetaufnahmeöffnungen eines Rotorkerns und deren Umgebung in einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine Längsschnittansicht zur Veranschaulichung einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine Querschnittsansicht zur Darstellung der Hauptabschnitte einer Magnetaufnahmeöffnung eines Rotorkerns und deren Umgebung in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine Längsschnittansicht zur Veranschaulichung einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Querschnittsansicht zur Darstellung von Hauptabschnitten von Magnetaufnahmeöffnungen eines Rotorkerns und deren Umgebung in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Längsschnittansicht zur Veranschaulichung einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine Querschnittsansicht zum Darstellen von Hauptabschnitten von Magnetaufnahmeöffnungen eines ersten Rotorkerns und dessen Umgebung, der einen Rotorkern in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet.
11 ist eine Querschnittsansicht zum Darstellen von Hauptabschnitten von Magnetaufnahmeöffnungen eines zweiten Rotorkerns und dessen Umgebung, der den Rotorkern in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet.
12 ist eine Längsschnittansicht zur Veranschaulichung einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine Querschnittsansicht zum Darstellen von Hauptabschnitten von Magnetaufnahmeöffnungen eines ersten Rotorkerns und dessen Umgebung, der einen Rotorkern in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet.
14 ist eine Querschnittsansicht zum Darstellen von Hauptabschnitten von Magnetaufnahmeöffnungen eines zweiten Rotorkerns und dessen Umgebung, der den Rotorkern in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet.
15 ist eine Querschnittsansicht zum Darstellen von Hauptabschnitten von Magnetaufnahmeöffnungen eines dritten Rotorkerns und dessen Umgebung, der den Rotorkern in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet.
16 ist eine Längsschnittansicht zur Veranschaulichung einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
1 ist eine Längsschnittansicht zur Veranschaulichung einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Hauptabschnitte von Magnetaufnahmeöffnungen und eines Rotorkerns und dessen Umgebung in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Längsschnittansicht ist eine Schnittansicht zur Darstellung eines Querschnitts mit einer axialen Mitte einer Welle, und eine Querschnittansicht ist eine Schnittansicht zur Darstellung eines Querschnitts orthogonal zur axialen Mitte der Welle. In 1 und 2 zeigen Pfeile Ströme von Kühlöl an, die als Kältemittel dienen. In 2 ist nur ein Teil, das einem Pol entspricht, dargestellt. In 2 wird zur Vereinfachung der Beschreibung einer der Permanentmagnete 23 weggelassen.
In 1 und 2 hat eine rotierende elektrische Maschine 100 ein Gehäuse 1, einen Rotor 20 und einen Stator 10. Der Rotor 20 ist im Gehäuse 1 drehbar angeordnet. Der Stator 10 ist so angeordnet, dass er den Rotor 20 umgibt und koaxial zum Rotor 20 ist, und wird im Gehäuse 1 gehalten. Das Gehäuse 1 ist in drei Segmente unterteilt, die einen ringförmigen Rahmen 2, eine lastseitige Halterung 3 und eine gegenlastseitige Halterung 4 haben. Weiterhin ist ein magnetischer Spaltabschnitt zwischen dem Stator 10 und dem Rotor 20 gebildet.
Der Stator 10 hat einen ringförmigen Statorkern 11 und Statorspulen 12, die am Statorkern 11 montiert sind. Der Stator 10 ist derart im Rahmen 2 angeordnet, dass der Statorkern 11 im Rahmen 2 durch Einpressen oder Einschrumpfen eingesetzt und gehalten wird.
Die lastseitige Halterung 3 und die gegenlastseitige Halterung 4 sind so angeordnet, dass sie den Rahmen 2 von beiden Seiten in axialer Richtung sandwichartig verbinden und werden beispielsweise durch eine Befestigungskraft von Befestigungsschrauben (nicht dargestellt) gehalten. Eine Welle 21 des Rotors 20 wird von einem lastseitigen Lager 5 und einem gegenlastseitigen Lager 6 getragen, die in der lastseitigen Halterung 3 bzw. der gegenlastseitigen Halterung 4 gehalten werden.
Der Rotor 20 hat einen Rotorkern 22, Permanentmagnete 23, eine lastseitige Endplatte 24 und eine gegenlastseitige Endplatte 25. Der Rotorkern 22 besteht aus laminierten magnetischen Dünnblechen, die beispielsweise aus magnetischen Stahlblechen ausgestanzt sind, und ist fest mit der Welle 21 verbunden, die in einer axialen Mittelstellung eindringt. Die Permanentmagnete 23 sind so eingebettet, dass sie in axialer Richtung in den Rotorkern 22 eindringen. Die lastseitige Endplatte 24 und die gegenlastseitige Endplatte 25 sind an beiden Enden des Rotorkerns 22 in axialer Richtung angeordnet und verhindern das Herunterfallen des Rotorkerns 22 und der Permanentmagnete 23. Dabei dient die lastseitige Endplatte 24 als zweite Endplatte und die gegenlastseitige Endplatte 25 als erste Endplatte.
Magnetaufnahmeöffnungen 30 weisen jeweils eine erste Innenwandfläche 30a und eine zweite Innenwandfläche 30b auf, die einander parallel gegenüberliegen, und sind so ausgebildet, dass sie den Rotorkern 22 in axialer Richtung mit jeweiligen in axialer Richtung ausgerichteten Öffnungsrichtungen durchdringen. Zwei Magnetaufnahmeöffnungen 30 sind in einer V-förmigen Anordnung in Ebenensymmetrie in Bezug auf eine Ebene mit der axialen Mitte der Welle 21 angeordnet, in der die zweiten Innenwandflächen 30b einander zugewandt sind, und ein Abstand dazwischen nimmt allmählich zu einer radial äußeren Seite zu. Paare von V-förmig angeordneten Magnetaufnahmeöffnungen 30 sind in konstanten Abständen in Umfangsrichtung bezüglich der Anzahl der Pole des Rotors 20 gemustert. Wenn eine Richtung der zweiten Innenwandfläche 30b orthogonal zur Axialrichtung als Längsrichtung definiert ist, sind die Längsrichtung der zweiten Innenwandflächen 30b des Paares von Magnetaufnahmeöffnungen 30b in Umfangsrichtung in Bezug auf eine radiale Richtung zu gegenüberliegenden Seiten geneigt.
Eine radial innenseitige Flussbarriere 31 ist kontinuierlich zu einer radial inneren Seite der zweiten Innenwandfläche 30b der Magnetaufnahmeöffnung 30 in Längsrichtung ausgebildet und durchdringt den Rotorkern 22 in axialer Richtung. Ein radial innenseitiger Magnethalteabschnitt 32 ist so ausgebildet, dass er an einem radial innenseitigen Endabschnitt der ersten Innenwandfläche 30a der Magnetaufnahmeöffnung 30 in Richtung der zweiten Innenwandfläche 30b Seite ragt.
Eine radial-außenseitige Flussbarriere 33, die einen radial-außenseitigen Kältemittelströmungskanal bildet, ist kontinuierlich zu einer radial äußeren Seite der ersten Innenwandfläche 30a der Magnetaufnahmeöffnung 30 in Längsrichtung ausgebildet und durchdringt den Rotorkern 22 in axialer Richtung. Ein radial-außenseitiger Magnethalteabschnitt 34 ist so ausgebildet, dass er in Richtung der ersten Innenwandflächen 30a Seite an einem radial-außenseitigen Endabschnitt der zweiten Innenwandfläche 30b der Magnetaufnahmeöffnung 30 vorsteht.
Eine Rotorkernkühlungsöffnung 35 wird gebildet, indem der radial innenseitige Endabschnitt und eine Umgebung davon der ersten Innenwandfläche 30a der Magnetaufnahmeöffnung 30a in einer Richtung weg von der zweiten Innenwandfläche 30b vorstehen.
Die radial innenseitigen Flussbarrieren 31, die radial außenseitigen Flussbarrieren 33 und die Rotorkernkühlungsöffnungen 35, die mit den in der V-förmigen Anordnung angeordneten Magnetaufnahmeöffnungen 30 in Verbindung stehen, sind ebenfalls plansymmetrisch zu der Ebene, welche die axiale Mitte der Welle 21 enthält.
Die Permanentmagnete 23 sind jeweils zu einem rechteckigen Parallelepiped geformt, das eine axiale Länge des Rotorkerns 22 aufweist. Das heißt, die Permanentmagnete 23 weisen jeweils vier Oberflächen auf, die eine erste Außenwandfläche 23a und eine zweite Außenwandfläche 23b, die durch ein Paar Längsseiten des rechteckigen Querschnitts gebildet sind, und eine dritte Außenwandfläche 23c und eine vierte Außenwandfläche 23d, die durch ein Paar kurze Seiten des rechteckigen Querschnitts gebildet sind, einschließen. Die Permanentmagnete 23 sind in einem Paar von Magnetaufnahmeöffnungen 30 untergebracht, in denen die ersten Außenwandflächen 23a den ersten Innenwandflächen 30a und die dritten Außenwandflächen 23c radial nach außen ausgerichtet sind. Jeder Permanentmagnet 23 ist nahe der lastseitigen Endplattenseite 24 so angeordnet, dass er mit der lastseitigen Endplatte 24 in Kontakt steht. In einem Zustand, in dem die dritte Außenwandfläche 23c und die vierte Außenwandfläche 23d mit dem radial-außenseitigen Magnethalteabschnitt 34 und dem radial-innenseitigen Magnethalteabschnitt 32 in Kontakt stehen, so dass die Bewegung des Permanentmagneten 23 in Längsrichtung der zweiten Innenwandfläche 30b eingeschränkt ist, wird die zweite Außenwandfläche 23b mit einem Klebstoff 43 an der zweiten Innenwandfläche 30b befestigt. Ein erster Spalt 44 ist definiert zwischen der ersten Innenwandfläche 30a der Magnetaufnahmeöffnung 30 und der ersten Außenwandfläche 23a des Permanentmagneten 23. Die radial-außenseitige Flussbarriere 33 und das Rotorkernkühlöffnung 35 stehen über den ersten Spalt 44 miteinander in Verbindung.
In den beiden Permanentmagneten 23, die in dem Paar von in der V-förmigen Anordnung angeordneten Magnetaufnahmeöffnungen 30 aufgenommen sind, sind Richtungen orthogonal zu den ersten Außenwandflächen 23a und den zweiten Außenwandflächen 23b als Magnetisierungsrichtungen definiert, und die Permanentmagnete sind so magnetisiert, dass die gleichen Pole, die einander zugewandt sind, einen Pol bilden. Auf diese Weise werden die einpolig ausgebildeten Permanentmagnetpaare 23 um die Polzahl des Rotors 20 in konstanten Abständen in Umfangsrichtung angeordnet, während die Polaritäten der Paare auf der radial äußeren Seite abwechselnd verändert werden.
Ein Verbindungskanal 38 ist so ausgebildet, dass er sich von einer inneren Endfläche der gegenlastseitigen Endplatte 25 zu den Rotorkernkühlöffnungen 35 und weiter von der inneren Endfläche der gegenlastseitigen Endplatte 25 zu den radial-innerseitigen Flussbarrieren 31 erstreckt. Die Öffnungen der radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 auf der Gegenlastseite sind durch die gegenlastseitige Endplatte 25 verschlossen. Weiterhin sind Öffnungen der ersten Spalte 44 auf der Gegenlastseite, die es den radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 ermöglichen, mit den Kühlöffnungen 35 des Rotorkerns in Verbindung zu sein, durch die gegenlastseitige Endplatte 25 verschlossen.
Ein Auslasskanal 39 ist so ausgebildet, dass die radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 mit einer radial äußeren Seite der lastseitigen Endplatte 24 in Verbindung treten können und die radial-innenseitigen Flussbarrieren 31 mit der radial äußeren Seite der lastseitigen Endplatte 24 in Verbindung treten können. Die Öffnungen der lastseitigen Kühlöffnungen 35 des Rotorkerns werden durch die lastseitige Endplatte 24 verschlossen. Weiterhin sind Öffnungen der ersten Spalte 44 auf der Lastseite, die es den radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 ermöglichen, mit den Kühlöffnungen 35 des Rotorkerns in Verbindung zu stehen, durch die lastseitige Endplatte 24 verschlossen.
Ein erster Wellenkältemittelkanal 36 ist in der axialen Mittellage der Welle 21 so ausgebildet, dass er sich von einem Endabschnitt auf der Gegenlastseite zu einer Anordnungsposition der gegenlastseitigen Endplatte 25 erstreckt. Ein zweiter Wellenkältemittelkanal 37 ist in der Welle 21 so ausgebildet, dass er in radialer Richtung verzweigt ist, wobei es sich um Strömungskanalrichtungen vom ersten Wellenkältemittelkanal 36 handelt, die sich jeweils bis zum Verbindungskanal 38 erstrecken. Der erste Wellenkältemittelkanal 36 und der zweite Wellenkältemittelkanal 37 sind Kältemittelzufuhrkanäle zum Zuführen von Kühlöl 9 zum Verbindungskanal 38.
An einem unteren Endabschnitt des Rahmens 2 in vertikaler Richtung ist ein axialer Verbindungskanal 40 ausgebildet, so dass beide Seiten des Statorkerns 11 in axialer Richtung miteinander in Verbindung stehen können.
In der gegenlastseitigen Endplatte 25 ist eine Kältemittelaustrittsöffnung 42 so ausgebildet, dass eine untere Endseite in einem Innenraum des Gehäuses 1 in vertikaler Richtung mit einer Außenseite in Verbindung stehen kann. Eine Öffnung des ersten Wellenkältemittelkanals 36 dient als Kältemittelzufuhranschluss 41.
Es wird ein Verfahren zum Kühlen der Permanentmagnete 23 in der rotierenden elektrischen Maschine 100 mit der oben beschriebenen Konfiguration in Bezug auf 1 und 2 beschrieben.
Das Kühlöl 9 wird von der Kältemittelzufuhröffnung 41 zum Kältemittelkanal 36 der ersten Welle durch eine als Druckquelle dienende externe Pumpe 7 gepumpt und fließt vom Kältemittelkanal 37 der zweiten Welle in den Verbindungskanal 38. Ein Teil des in den Verbindungskanal 38 eingeflossenen Kühlöls 9 strömt in die radial-innerseitigen Flussbarrieren 31, strömt in axialer Richtung entlang der vierten Außenwandflächen 23d der Permanentmagnete 23d und wird über den Auslasskanal 39 radial nach außen abgegeben.
Der verbleibende Teil des Kühlöls 9, der in den Verbindungskanal 38 eingeflossen ist, fließt in die Kühlöffnungen 35 des Rotorkerns, um in axialer Richtung durch die Rotorkernkühlöffnungen 35 zu fließen. Die Öffnungen der lastseitigen Rotorkernkühlöffnungen 35 sind geschlossen, so dass das in axialer Richtung durch die Rotorkernkühlöffnungen 35 strömende Kühlöl 9 durch eine Pumpenkraft der Pumpe 7 und eine durch Rotordrehungen des Rotors 20 erzeugte Zentrifugalkraft in die ersten Spalte 44 fließt. Das in die ersten Spalte 44 eingedrungene Kühlöl 9 strömt entlang der ersten Außenwandflächen 23a der Permanentmagnete 23a in die radial-außenseitigen Flussbarrieren 33. Das in die radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 eingedrungene Kühlöl 9 strömt entlang der dritten Außenwandflächen 23c der Permanentmagnete 23 in axialer Richtung und wird über den Auslasskanal 39 radial nach außen abgegeben.
Das aus dem Auslasskanal 39 ausgetretene Kühlöl 9 wird durch die Zentrifugalkraft gestreut und nach dem Kühlen der lastseitigen Spulenenden der Statorwicklung 12 auf der unteren Endseite im Innenraum des Gehäuses 1 in vertikaler Richtung angesammelt. Das an der unteren Endseite im Innenraum des Gehäuses 1 in vertikaler Richtung angesammelte Kühlöl 9 wird aus der Kältemittelabflussöffnung 42 ausgetragen und über einen Ölkühler 8 zur Pumpe 7 zurückgeführt. Dabei strömt das auf der Lastseite des Stators 10 angesammelte Kühlöl 9 über den axialen Verbindungskanal 40 in Richtung der Gegenlastseite des Stators 10.
Der Kanal, der sich durch die radial innenseitigen Flussbarrieren 31 zum Auslasskanal 39 und der Kanal durch die Rotorkernkühlungsöffnungen 35, die ersten Spalten 44 und die radial außenseitigen Flussbarrieren 33 zum Auslasskanal 39 erstreckt, sind unabhängig voneinander.
Gemäß der ersten Ausführungsform sind die radial-innerseitigen Flussbarrieren 31 und die Rotorkernkühlungsöffnungen 35 voneinander isoliert, und der Strömungskanal, der sich durch die radial-innerseitigen Flussbarrieren 31 erstreckt und der Strömungskanal, der sich durch die Rotorkernkühlungsöffnungen 35, die ersten Spalte 44, und die radial außenseitigen Flussbarrieren 33 erstreckt, sind unabhängige Strömungskanäle. Somit strömt das Kühlöl 9 entlang der drei Wandflächen, einschließlich der ersten Außenwandflächen 23a, der dritten Außenwandflächen 23c und der vierten Außenwandflächen 23d der Permanentmagnete 23. Dadurch wird ein Kühlbereich der Permanentmagnete 23 vergrößert, und die Permanentmagnete 23 können effektiv gekühlt werden, wodurch die Kühlleistung der Permanentmagnete 23 verbessert werden kann. Dadurch kann die Menge eines Seltenerdelements wie Dysprosium reduziert werden, was die Kosten für Magnete senken kann.
Weiterhin wird das Kühlöl 9 aus dem in der gegenlastseitigen Endplatte 25 gebildeten Verbindungskanal 38 den radial innenliegenden Flussbarrieren 31 und die entlang der Magnetaufnahmeöffnungen 30 angeordneten Rotorkernkühlöffnungen 35 zugeführt und damit ist ein bisher erforderlicher Rotorkernhalteabschnitt nicht erforderlich. Dadurch kann die rotierende elektrische Maschine 100 auch bei Anwendungen eingesetzt werden, bei denen der radial innere Abschnitt des Rotorkerns 22 verwendet wird.
Die Rotorkernkühlöffnung 35 wird so gebildet, dass der radial innenseitige Endabschnitt und eine Umgebung davon von der ersten Innenwandfläche 30a der Magnetaufnahmeöffnung 30a in eine Richtung weg von der zweiten Innenwandfläche 30b ragen. Daher kann das Kühlöl 9 im Wesentlichen ganzflächig über die ersten Außenwandflächen 23a der Permanentmagnete 23 fließen, und die Permanentmagnete 23 können effektiv gekühlt werden.
Eine Öffnungsform, die die Magnetaufnahmeöffnung 30, die radial-innerseitige Flussbarriere 31, die radial-außenseitige Flussbarriere 33 und die Rotorkernkühlöffnung 35 aufweisen, ist entlang der axialen Richtung konstant. Wenn also die aus den magnetischen Stahlblechen ausgestanzten magnetischen dünnen Platten zu dem Rotorkern 22 laminiert werden, ist nur eine Art von Form der aus den elektromagnetischen Stahlblechen ausgestanzten magnetischen dünnen Platten erforderlich, wodurch die Bearbeitungskosten für den Rotorkern 22 reduziert werden können.
In der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform wird der Strömungskanal durch die Rotorkernkühlungsöffnungen 35, die ersten Spalte 44 und die radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 gebildet, und das Kühlöl 9 strömt entlang der beiden Wandflächen einschließlich der ersten Außenwandflächen 23a und der dritten Außenwandflächen 23c der Permanentmagnete 23. Dadurch kann die Kühlfläche der Permanentmagnete 23 vergrößert und eine ausreichende Kühlleistung für die Permanentmagnete 23 erreicht werden, so dass der Durchfluss des Kühlöls 9 durch die radial innenliegenden Flussbarrieren 31 entfallen kann. In diesem Fall wird eine Vereinfachung des Verbindungskanals 38 und des Auslasskanals 39 erreicht, wodurch die Bearbeitungskosten für die gegenlastseitige Endplatte 25 und die lastseitige Endplatte 24 reduziert werden können.
Weiterhin ist in der ersten vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Auslasskanal 39 so ausgebildet, dass die radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 mit der radial-außenseitigen Seite der lastseitigen Endplatte 24 kommunizieren können und die radial-innenseitigen Flussbarrieren 31 mit der radial-außenseite der lastseitigen Endplatte 24 kommunizieren können, wobei der Auslasskanal 39 so ausgebildet sein kann, dass die radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 mit einer axial äußeren Seite der lastseitigen Endplatte 24 in Verbindung stehen können und die radial-innerseitigen Flussbarrieren 31 mit der axial äußeren Seite der lastseitigen Endplatte 24 kommunizieren können.
Weiterhin ist in der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform der Verbindungskanal 38 so ausgebildet, dass das Kühlöl 9 den radial innenliegenden Flussbarrieren 31 und den Rotorkernkühlöffnungen 35 zugeführt wird, wobei der Verbindungskanal 38 jedoch weiterhin zu einer Außenseite der gegenlastseitigen Endplatte 25, beispielsweise zu einer radial äußeren Seite, geöffnet werden kann. Bei dieser Konfiguration wird das Kühlöl 9 durch die Zentrifugalkraft aus dem Verbindungskanal 38 gestreut, so dass die gegenlastseitigen Spulenenden der Statorspulen 12 gekühlt werden können.
Zweite Ausführungsform
3 ist eine Querschnittsansicht zum Darstellen von Hauptabschnitten von Magnetaufnahmeöffnungen eines Rotorkerns und deren Umfang in einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 3 zeigen Pfeile die Kühlölströme an. In 3 ist nur ein Teil dargestellt, dar einem Pol entspricht.
In 3 ist ein Paar von Magnetaufnahmeöffnungen 30 in einer V-förmigen Anordnung in ebener Symmetrie in Bezug auf eine Ebene mit der axialen Mitte der Welle 21 angeordnet, in der erste Innenwandflächen 30a einander zugewandt sind und ein Abstand dazwischen allmählich zu einer radial äußeren Seite hin zunimmt. Eine radial innenseitige Flussbarriere 31 ist kontinuierlich zu einer radial inneren Seite einer zweiten Innenwandfläche 30b der Magnetaufnahmeöffnung 30 in Längsrichtung ausgebildet und durchdringt einen Rotorkern 22 in axialer Richtung. Ein radial innenseitiger Magnethalteabschnitt 32 ist so ausgebildet, dass er an einem radial innenseitigen Endabschnitt der ersten Innenwandfläche 30a der Magnetaufnahmeöffnung 30 in Richtung der zweiten Innenwandfläche 30b Seite ragt.
Eine radial-außenseitige Flussbarriere 33, die einen radial-außenseitigen Kältemittelströmungskanal bildet, ist so ausgebildet, dass sie kontinuierlich zu einer radial äußeren Seite der ersten Innenwandfläche 30a der Magnetaufnahmeöffnung 30 in Längsrichtung verläuft und den Rotorkern 22 in axialer Richtung durchdringt. Der radial-außenseitige Magnethalteabschnitt 34 ist so ausgebildet, dass er an einem radial-außenseitigen Endabschnitt der zweiten Innenwandfläche 30b der Magnetaufnahmeöffnung 30 in Richtung der ersten Innenwandfläche 30a Seite ragt.
Eine Rotorkernkühlungsöffnung 35 wird gebildet, indem ein radial innenseitiger Endabschnitt und eine Umgebung davon der ersten Innenwandfläche 30a des der Magnetaufnahmeöffnung 30a in einer Richtung weg von der zweiten Innenwandfläche 30b vorstehen.
Die radial innenseitigen Flussbarrieren 31, die radial außenseitigen Flussbarrieren 33 und die Rotorkernkühlöffnungen 35, die mit den in der V-förmigen Anordnung angeordneten Magnetaufnahmeöffnungen 30 in Verbindung stehen, sind ebenfalls plansymmetrisch zu der Ebene einschließlich der axialen Mitte der Welle 21.
Die Permanentmagnete 23 sind in dem Paar von Magnetaufnahmeöffnungen 30 untergebracht, in denen die ersten Außenwandflächen 23a den ersten Innenwandflächen 30a zugewandt sind, und in denen die dritten Außenwandflächen 23c radial nach außen ausgerichtet sind. In einem Zustand, in dem die dritte Außenwandfläche 23c und die vierte Außenwandfläche 23d mit dem radial-außenseitigen Magnethalteabschnitt 34 und dem radial-innenseitigen Magnethalteabschnitt 32 in Kontakt stehen, so dass die Bewegung des Permanentmagneten 23 in Längsrichtung der zweiten Innenwandfläche 30b eingeschränkt ist, wird die zweite Außenwandfläche 23b mit einem Klebstoff 43 an der zweiten Innenwandfläche 30b befestigt. Der erste Spalt 44 ist definiert zwischen der ersten Innenwandfläche 30a der Magnetaufnahmeöffnung 30 und der ersten Außenwandfläche 23a des Permanentmagneten 23. Die radial-außenseitige Strömungssperre 33 und die Rotorkernkühlöffnung 35 stehen über den ersten Spalt 44 miteinander in Verbindung.
Andere Konfigurationen ähneln denen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
Auch in der zweiten Ausführungsform sind die radial-innerseitigen Flussbarrieren 31 und die Rotorkernkühlungsöffnungen 35 voneinander isoliert, und der Strömungskanal, der sich durch die radial-innerseitigen Flussbarrieren 31 und den Strömungskanal, der sich durch die Rotorkernkühlöffnungen 35, die ersten Lücken 44 und die radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 erstreckt sind unabhängige Strömungskanale. Somit strömt das Kühlöl 9 entlang der drei Wandflächen, einschließlich der ersten Außenwandflächen 23a, der dritten Außenwandflächen 23c und der vierten Außenwandflächen 23d der Permanentmagnete 23. Weiterhin wird die Rotorkernkühlöffnung 35 gebildet, indem der radial innenseitige Endabschnitt und eine Umgebung davon der ersten Innenwandfläche 30a der Magnetaufnahmeöffnung 30a in einer Richtung weg von der zweiten Innenwandfläche 30b vorstehen. Darüber hinaus ist eine Öffnungsformform, welche die Magnetaufnahmeöffnung 30, die radial-innerseitige Flussbarriere 31, die radial-außenseitige Flussbarriere 33 und die Rotorkernkühlöffnung 35 aufweisen, entlang der axialen Richtung konstant. Daher kann auch in der zweiten Ausführungsform eine ähnliche Wirkung wie bei der ersten Ausführungsform erreicht werden.
Dritte Ausführungsform
4 ist eine Querschnittsansicht zum Darstellen von Hauptabschnitten von Magnetaufnahmeöffnungen eines Rotorkerns und deren Umfang in einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 4 zeigen Pfeile die Durchflüsse von Kühlöl an. In 4 ist nur ein Teil, dar einem Pol entspricht, dargestellt.
In 4 ist eine Magnetaufnahmeöffnung 45 mit einer Öffnungsform eines rechteckigen Querschnitts so ausgebildet, dass sie in axialer Richtung in den Rotorkern 22 eindringt, wobei die Wandflächen, die durch Längsseiten des rechteckigen Querschnitts gebildet werden, orthogonal zu einer Ebene mit der axialen Mitte der Welle verlaufen. Die Magnetaufnahmeöffnung 45 ist mittig zwischen jedem Paar von in der V-förmigen Anordnung angeordneten Magnetaufnahmeöffnungen 30 angeordnet und ist auf der radial äußeren Seite im Rotorkern 22 angeordnet. Ein Paar Flussbarrieren 46 ist gebildet, indem Seitenwände, die durch kurze Seiten der Magnetaufnahmeöffnung 45 mit dem rechteckigen Querschnitt gebildet sind, in Längsrichtung der Längsseiten der Magnetaufnahmeöffnung 45 mit dem rechteckigen Querschnitt nach außen ragen. Der Permanentmagnet 23 wird in die Magnetaufnahmeöffnung 45 eingesetzt und mit dem Klebstoff 43 an der Wandfläche befestigt, die durch die Längsseite an der radial äußeren Seite der Magnetaufnahmeöffnung 45 mit dem rechteckigen Querschnitt gebildet ist. Der in der Magnetaufnahmeöffnung 45 gehaltene Permanentmagnet 23 ist so magnetisiert, dass die Polarität auf seiner radial äußeren Seite auf die gleiche Polarität eingestellt ist wie die Polaritäten der einander zugewandten Oberflächen der in der V-förmigen Anordnung angeordneten Permanentmagnete 23. Dementsprechend wird ein Pol durch die drei Permanentmagnete 23 gebildet.
Andere Konfigurationen ähneln denen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
In der dritten Ausführungsform ist die Kühlstruktur für die in der V-förmigen Anordnung angeordneten Permanentmagnete 23 ähnlich derjenigen der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform ausgebildet. Darüber hinaus ist eine Öffnungsform, die die Magnetaufnahmeöffnung 30, 45, die radial innenseitige Flussbarriere 31, die radial außenseitige Flussbarriere 33, die Rotorkernkühlöffnung 35 und die Flussbarriere 46 aufweisen, entlang der axialen Richtung konstant. Daher kann auch in der dritten Ausführungsform eine ähnliche Wirkung wie bei der ersten Ausführungsform erreicht werden.
Vierte Ausführungsform
5 ist eine Längsschnittansicht zur Veranschaulichung einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 6 ist eine Querschnittsansicht zur Darstellung der Hauptabschnitte einer Magnetaufnahmeöffnung eines Rotorkerns und eines Umfangs davon in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 5 und 6 zeigen Pfeile Kühlölströme an. In 6 ist nur ein Teil, das einem Pol entspricht, dargestellt.
In 6 ist in einem Rotorkern 22 eine Magnetaufnahmeöffnung 30 so ausgebildet, dass eine zweite Innenwandfläche 30b radial nach außen ausgerichtet ist, und eine Längsrichtung der zweiten Innenwandfläche 30b in Umfangsrichtung in Bezug auf die radiale Richtung geneigt ist, um den Rotorkern 22 in axialer Richtung mit jeweiligen in axialer Richtung ausgerichteten Öffnungsrichtungen zu durchdringen. Die Magnetaufnahmeöffnungen 30 sind in Umfangsrichtung mit konstanten Steigungen um die Polzahl des Rotors 20 angeordnet.
Die radial innenseitige Flussbarriere 31A ist kontinuierlich zur radial inneren Seite der Längsrichtung der zweiten Innenwandfläche 30b der Magnetaufnahmeöffnung 30b ausgebildet und durchdringt den Rotorkern 22 in axialer Richtung. Weiterhin erstreckt sich die radial-innerseitige Flussbarriere 31A in einer Richtung orthogonal zur zweiten Innenwandfläche 30b und in einer Richtung weg von der ersten Innenwandfläche 30a. Ein radial innenseitiger Magnethalteabschnitt 32 ist so ausgebildet, dass er an einem radial innenseitigen Endabschnitt der ersten Innenwandfläche 30a der Magnetaufnahmeöffnung 30 in Richtung der zweiten Innenwandfläche 30b Seite ragt.
Eine radial-außenseitige Flussbarriere 33, die einen radial-außenseitigen Kältemittelströmungskanal bildet, ist so ausgebildet, dass sie kontinuierlich zu einer radial äußeren Seite der zweiten Innenwandfläche der Magnetaufnahmeöffnung 30 in Längsrichtung verläuft und den Rotorkern 22 in axialer Richtung durchdringt. Der radial-außenseitige Magnethalteabschnitt 34 ist so ausgebildet, dass er an einem radial-außenseitigen Endabschnitt der zweiten Innenwandfläche 30b der Magnetaufnahmeöffnung 30 in Richtung der ersten Innenwandfläche 30a Seite ragt.
Eine Rotorkernkühlungsöffnung 35 ist gebildet, sodass der radial innenseitige Endabschnitt und eine Umgebung davon von der ersten Innenwandfläche 30a der Magnetaufnahmeöffnung 30a in einer Richtung weg von der zweiten Innenwandfläche 30b vorstehen.
Der Permanentmagnet 23 wird in die Magnetaufnahmeöffnung 30 eingesetzt, und die zweite Außenwandfläche 23b wird mit dem Klebstoff 43 an der zweiten Innenwandfläche 30b unter einem Zustand befestigt, in dem die vierte Außenwandfläche 23d und die dritte Außenwandfläche 23c mit dem radial innenseitigen Magnethalteabschnitt 32 und dem radial außenseitigen Magnethalteabschnitt 34 in Kontakt stehen. Der erste Spalt 44 ist definiert zwischen der ersten Innenwandfläche 30a der Magnetaufnahmeöffnung 30 und der ersten Außenwandfläche 23a des Permanentmagneten 23. Die radial-außenseitige Flussbarriere 33 und die Kühlöffnung 35 des Rotorkerns stehen über den ersten Spalt 44 miteinander in Verbindung. Weiterhin sind die radial-innerseitige Flussbarriere 31A und die Rotorkernkühlöffnung 35 voneinander isoliert.
In den in Umfangsrichtung angeordneten Permanentmagneten 23 sind die Richtungen orthogonal zur ersten Außenwandfläche 23a und der zweiten Außenwandfläche 23b als Magnetisierungsrichtungen definiert, und die Permanentmagnete sind so magnetisiert, dass die Polaritäten auf der radial äußeren Seite abwechselnd in Umfangsrichtung verändert werden. Ein Permanentmagnet 23 bildet einen Pol.
In 5 ist ein Verbindungskanal 47 so ausgebildet, dass er sich von einer inneren Endfläche der lastseitigen Endplatte 24A zu den Rotorkernkühlöffnungen 35 und weiter von der inneren Endfläche der lastseitigen Endplatte 24A zu den radial innenliegenden Flussbarrieren 31A erstreckt. Die Öffnungen der radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 auf der Lastseite werden durch die lastseitige Endplatte 24A verschlossen. Weiterhin werden Öffnungen der ersten Spalte 44 auf der Lastseite, die es den radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 ermöglichen, mit den Kühlöffnungen 35 des Rotorkerns in Verbindung zu stehen, durch die lastseitige Endplatte 24A verschlossen.
Ein Auslasskanal 48 ist so ausgebildet, dass radial-außenseitige Flussbarrieren 33 mit einer radial äußeren Seite der gegenlastseitigen Endplatte 25A in Verbindung treten können und dass die radial-innenseitigen Flussbarrieren 31A mit der radial äußeren Seite der gegenlastseitigen Endplatte 25A in Verbindung treten können. Die Öffnungen der Rotorkernkühlöffnungen 35 des Rotorkerns auf der Gegenlastseite werden durch die gegenlastseitige Endplatte 25A verschlossen. Weiterhin werden Öffnungen der ersten Spalte 44 auf der Gegenlastseite, die es den radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 ermöglichen, mit den Rotorkernkühlöffnungen 35 in Verbindung zu stehen, durch die gegenlastseitige Endplatte 25A verschlossen. Dabei dient die lastseitige Endplatte 24A als erste Endplatte und die gegenlastseitige Endplatte 25A als zweite Endplatte.
Ein erster Wellenkältemittelkanal 36 ist in der axialen Mittellage der Welle 21 so ausgebildet, dass er sich von einem Endabschnitt auf der Gegenlastseite zu einer Anordnungsposition der lastseitigen Endplatte 24A erstreckt. Ein zweiter Wellenkältemittelkanal 37 ist in der Welle 21 so ausgebildet, dass er in radialer Richtung verzweigt ist, wobei es sich um Strömungskanalrichtungen vom ersten Wellenkältemittelkanal 36 handelt, die sich jeweils bis zum Verbindungskanal 47 erstrecken.
Andere Konfigurationen ähneln denen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
Es wird ein Verfahren zum Kühlen der Permanentmagnete 23 in einer rotierenden elektrischen Maschine 101 mit der oben beschriebenen Konfiguration beschrieben.
Das Kühlöl 9 wird von der Kältemittelzufuhröffnung 41 zum ersten Wellenkältemittelkanal 36 durch eine als Druckquelle dienende externe Pumpe 7 gepumpt und strömt vom zweiten Wellenkältemittelkanal 37 in den Verbindungskanal 47. Ein Teil des in den Verbindungskanal 47 eingeflossenen Kühlöls 9 strömt in die radial-innerseitigen Flussbarrieren 31A, strömt in axialer Richtung entlang der vierten Außenwandflächen 23d der Permanentmagnete 23d und wird über den Auslasskanal 48 radial nach außen abgegeben.
Der verbleibende Teil des Kühlöls 9, das in den Verbindungskanal 47 eingeflossen ist, fließt in die Rotorkernkühlöffnungen 35, um durch die Rotorkernkühlöffnungen 35 in axialer Richtung zu fließen. Die Öffnungen der Rotorkernkühlöffnungen 35 auf der Gegenlastseite sind geschlossen, so dass das durch die Rotorkernkühlöffnungen 35 in axialer Richtung strömende Kühlöl 9 durch eine Pumpkraft der Pumpe 7 und eine durch Rotordrehungen des Rotors 20 erzeugte Zentrifugalkraft in die ersten Spalte 44 fließt. Das in die ersten Spalte 44 eingedrungene Kühlöl 9 strömt entlang der ersten Außenwandflächen 23a der Permanentmagnete 23a in die radial-außenseitigen Flussbarrieren 33. Das in die radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 eingedrungene Kühlöl 9 strömt entlang der dritten Außenwandflächen 23c der Permanentmagnete 23 in axialer Richtung und wird über den Auslasskanal 48 radial nach außen abgegeben.
Das aus dem Auslasskanal 48 ausgetretene Kühlöl 9 wird durch die Zentrifugalkraft gestreut und nach dem Abkühlen der gegenlastseitigen Spulenenden der Statorwicklung 12 auf der unteren Endseite im Innenraum des Gehäuses 1 in vertikaler Richtung angesammelt. Das an der unteren Endseite im Innenraum des Gehäuses 1 in vertikaler Richtung angesammelte Kühlöl 9 wird aus der Kältemittelabflussöffnung 42 ausgetragen und über einen Ölkühler 8 zur Pumpe 7 zurückgeführt. Dabei strömt das auf der Lastseite des Stators 10 angesammelte Kühlöl 9 über den axialen Verbindungskanal 40 in Richtung der Gegenlastseite des Stators 10.
Auch in der vierten Ausführungsform sind die radial-innerseitigen Flussbarrieren 31A und die Rotorkernkühlungsöffnungen 35 voneinander isoliert, und der Strömungskanal, der sich durch die radial-innerseitigen Flussbarrieren 31A und der Strömungskanal, der sich durch die Rotorkernkühlöffnungen 35, die ersten Lücken 44 und die radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 erstreckt sind unabhängige Strömungskanale. Somit strömt das Kühlöl 9 entlang der drei Wandflächen, einschließlich der ersten Außenwandflächen 23a, der dritten Außenwandflächen 23c und der vierten Außenwandflächen 23d der Permanentmagnete 23. Weiterhin ist die Rotorkernkühlungsöffnung 35 so gebildet, dass der radial innenliegende Endabschnitt und eine Umgebung davon von der ersten Innenwandfläche 30a der Magnetaufnahmeöffnung 30a in eine Richtung entgegengesetzt zur zweiten Innenwandfläche 30b der Magnetaufnahmeöffnung 30 vorstehen. Darüber hinaus ist eine Öffnungsform, die die Magnetaufnahmeöffnung 30, die radial-innerseitige Flussbarriere 31A, die radial-außenseitige Flussbarriere 33 und die Rotorkernkühlöffnung 35 aufweisen, entlang der axialen Richtung konstant. Daher kann auch in der vierten Ausführungsform eine ähnliche Wirkung wie bei der ersten Ausführungsform erreicht werden.
In der vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsform ist die zweite Innenwandfläche 30b, an der der Permanentmagnet 23 fest befestigt ist, die radial-außenseitige Innenwandfläche der Magnetaufnahmeöffnung 30, aber die zweite Innenwandfläche 30b, an der der Permanentmagnet 23 fest befestigt ist, kann die radial-innenseitige Innenwandfläche der Magnetaufnahmeöffnung 30 sein. In diesem Fall sind die radial innenseitige Flussbarriere 31A, der radial innenseitige Magnethalteabschnitt 32, die radial außenseitige Flussbarriere 33, der radial außenseitige Magnethalteabschnitt 34 und die Rotorkernkühlöffnung 35 in einem Positionsverhältnis ähnlich zur zweiten Ausführungsform ausgebildet.
Weiterhin wird in der vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsform der Strömungskanal durch die Rotorkernkühlungsöffnungen 35, die ersten Spalte 44 und radial-außenseitige Strömungssperren 33 gebildet, und das Kühlöl 9 strömt entlang der beiden Wandflächen einschließlich der ersten Außenwandflächen 23a und der dritten Außenwandflächen 23c der Permanentmagnete 23. Dadurch kann die Kühlfläche der Permanentmagnete 23 vergrößert und eine ausreichende Kühlleistung für die Permanentmagnete 23 erreicht werden, so dass der Durchfluss des Kühlöls 9 durch die radial innenliegenden Flussbarriere 31A entfallen kann.
Weiterhin ist in der vierten vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Auslasskanal 48 so ausgebildet, dass die radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 mit der radial äußeren Seite der gegenbelastseitigen Endplatte 25A in Verbindung stehen können und die radial-innerseitigen Flussbarrieren 31A mit der radial äußeren Seite der gegenbelastseitigen Endplatte 25A in Verbindung stehen können, wobei der Auslasskanal 48 so ausgebildet sein kann, dass die radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 mit einer axial äußeren Seite der gegenlastseitigen Endplatte 25A in Verbindung stehen können, und dass die radial-innerseitigen Flussbarrieren 31A mit der axial äußeren Seite der gegenlastseitigen Endplatte 25A in Verbindung treten können.
Weiterhin ist in der vierten vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Verbindungskanal 47 so ausgebildet, dass das Kühlöl 9 den radial innenliegenden Flussbarrieren 31A und den Rotorkernkühlöffnungen 35 zugeführt wird, wobei der Verbindungskanal 47 jedoch weiter nach außen, beispielsweise zu einer radial äußeren Seite der lastseitigen Endplatte 24A, geöffnet werden kann. Bei dieser Konfiguration wird das Kühlöl 9 durch die Zentrifugalkraft aus dem Verbindungskanal 47 gestreut, so dass die gegenlastseitigen Spulenenden der Statorspulen 12 gekühlt werden können.
Weiterhin ist in der ersten Ausführungsform bis zur vierten Ausführungsform die Rotorkernkühlöffnung 35 am radial-innerseitigen Endabschnitt der ersten Innenwandfläche 30a des Magnetaufnahmeöffnung 30 gebildet, wobei lediglich gefordert wird, dass die Position der zu bildenden Rotorkernkühlöffnung 35 auf der radial inneren Seite in Bezug auf den Mittelabschnitt der ersten Wandflächen 30a in Längsrichtung liegt.
Fünfte Ausführungsform
7 ist eine Längsschnittansicht zur Veranschaulichung einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Hauptabschnitte der Magnetaufnahmeöffnung eines Rotorkerns und eines Umfangs davon in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 7 und 8 zeigen Pfeile Kühlölströme an. In 8 ist nur ein Teil, der einem Pol entspricht, dargestellt.
In 8 sind zwei Magnetaufnahmeöffnungen 30 in einer V-förmigen Anordnung plansymmetrisch zu einer Ebene mit der axialen Mitte der Welle 21 angeordnet, in der die zweiten Innenwandflächen 30b einander zugewandt sind und ein Abstand dazwischen allmählich zur radialen Außenseite hin zunimmt. Somit sind die in der V-förmigen Anordnung angeordneten Magnetaufnahmeöffnungen 30 in Umfangsrichtung in konstanten Abständen um die Polzahl des Rotors 20 angeordnet. Dabei ist die Längsrichtung der zweiten Innenwandflächen 30b des Paares der Magnetaufnahmeöffnungen 30 zu gegenüberliegenden Seiten in Umfangsrichtung in Bezug auf eine radiale Richtung geneigt.
Eine radial innenseitige Flussbarriere 31B ist so ausgebildet, dass sie kontinuierlich zur radial inneren Seite der zweiten Innenwandflächen 30b des Magneten verläuft, der die Öffnungen 30 in Längsrichtung aufnimmt und den Rotorkern 22 in axialer Richtung durchdringt. Weiterhin ist die radial innenseitige Flussbarriere 31B so ausgebildet, dass sie in axialer Richtung in den Rotorkern eindringt, indem sie bewirkt, dass der radial innenseitige Endabschnitt und eine Umgebung der ersten Innenwandfläche 30a zu einer Seite entgegengesetzt zu den zweiten Innenwandflächen 30b vorstehen. Hier dient die radial-innerseitige Flussbarriere 31B auch als erste Rotor-Kernkühlungsöffnung.
Die radial-außenseitigen Strömungssperren 33, die einen radial-außenseitigen Kältemittelströmungskanal bilden, sind kontinuierlich zu einer radial äußeren Seite der ersten Innenwandfläche 30a der Magnetaufnahmeöffnung 30 in Längsrichtung ausgebildet und durchdringen den Rotorkern 22 in axialer Richtung. Die Rotorkernkühlöffnung 35A ist so ausgebildet, dass sie den Rotorkern 22 in axialer Richtung durchdringt, indem sie bewirkt, dass ein Abschnitt auf der radialen Innenseite in Bezug auf den mittleren Abschnitt der zweiten Innenwandfläche 30b der Magnetaufnahmeöffnung 30 in Längsrichtung zu einer der ersten Innenwandfläche gegenüberliegenden Seite ragt.
Die radial innenseitigen Flussbarrieren 31B, die radial außenseitigen Flussbarrieren 33 und die Rotorkernkühlöffnung 35A, die mit den in der V-förmigen Anordnung angeordneten Magnetaufnahmeöffnungen 30 in Verbindung stehen, sind auch in Bezug auf die Ebene mit der axialen Mitte der Welle 21 plansymmetrisch.
Wie in 7 dargestellt, ist die gegenlastseitige Endplatte 25B an Positionen, die den Magnetaufnahmeöffnungen 30 auf der Seite des Rotorkerns 22 zugewandt sind, vertieft, um eine Magnethaltekerbe 49 zu bilden. Der Verbindungskanal 38 ist in der gegenlastseitigen Endplatte 25B so ausgebildet, dass der zweite Wellenkältemittelkanal 37 mit den Rotorkernkühlöffnungen 35A in Verbindung steht und der Zweite Wellenkältemittelkanal 37 mit den radial innenliegenden Flussbarrieren 31B in Verbindung steht.
Die lastseitige Endplatte 24B ist an Positionen, die den Magnetaufnahmeöffnungen 30 auf der Seite des Rotorkerns 22 zugewandt sind, vertieft, um die Magnethaltekerbe 49 zu bilden. Der Auslasskanal 39 ist so ausgebildet, dass die radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 mit der radial äußeren Seite der lastseitigen Endplatte 24 in Verbindung stehen können und die radial-innenseitigen Flussbarrieren 31B mit der radial äußeren Seite der lastseitigen Endplatte 24B in Verbindung stehen können.
Die Permanentmagnete 23 werden in die Magnetaufnahmeöffnungen 30 in einem Zustand eingesetzt, in dem beide Endabschnitte in den in der lastseitigen Endplatte 24B und der gegenlastseitigen Endplatte 25B ausgebildeten Magnethaltekerben 49 gehalten werden. Die ersten Spalte 44a sind zwischen den ersten Innenwandflächen 30a der Magnetaufnahmeöffnungen 30 und den ersten Außenwandflächen 23a der Permanentmagnete 23 definiert. Zweite Zwischenräume 44b sind zwischen den zweiten Innenwandflächen 30b der Magnetaufnahmeöffnungen 30 und den zweiten Außenwandflächen 23b der Permanentmagnete 23 definiert. Die radial-außenseitigen Flussbarrieren 33, die radial-innenseitigen Flussbarrieren 31B und die Rotorkernkühlöffnungen 35A stehen über die ersten Spalte 44a und die zweiten Spalte 44b in Verbindung.
Die Öffnungen der radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 auf der Gegenlastseite werden durch die gegenlastseitige Endplatte 25B verschlossen. Die Öffnungen der radial innenliegenden Flussbarrieren 31B und die lastseitigen Kühlöffnungen 35A des Rotorkerns werden durch die lastseitige Endplatte 24B verschlossen. Weiterhin werden die Öffnungen der ersten Spalte 44a und der zweiten Spalte 44b auf der Lastseite und der Gegenlastseite durch die lastseitige Endplatte 24B und die gegenlastseitige Endplatte 25B verschlossen.
Andere Konfigurationen ähneln denen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
Es wird ein Verfahren zum Kühlen der Permanentmagnete 23 in der rotierenden elektrischen Maschine 102 mit der oben beschriebenen Konfiguration beschrieben.
Das Kühlöl 9 wird von der Kältemittelzufuhröffnung 41 zum ersten Wellenkältemittelkanal 36 durch eine externe Pumpe 7 gepumpt und fließt vom zweiten Wellenkältemittelkanal 37 in den Verbindungskanal 38. Ein Teil des in den Verbindungskanal 38 eingeflossenen Kühlöls 9 fließt in die radial-innerseitigen Flussbarrieren 31B und fließt in axialer Richtung entlang der radial inneren Seite der ersten Außenwandflächen 23a und der vierten Außenwandflächen 23d der Permanentmagnete 23d. Die Öffnungen der radial innenseitigen Flussbarrieren 31B auf der Lastseite sind geschlossen, so dass ein Teil des in den radial innenseitigen Flussbarrieren 31B in axialer Richtung strömenden Kühlöls 9 durch die Pumpkraft der Pumpe 7 und die durch Rotordrehungen des Rotors 20 erzeugte Zentrifugalkraft in die ersten Lücken 44a fließt. Das in die ersten Spalten 44a eingedrungene Kühlöl 9 strömt entlang der ersten Außenwandflächen 23a der Permanentmagnete 23a und strömt in die radial-außenseitigen Flussbarrieren 33.
Der verbleibende Teil des Kühlöls 9, der in den radial innenliegenden Flussbarrieren 31B in axialer Richtung strömt, strömt durch die Pumpkraft der Pumpe 7 und die durch die Rotordrehungen des Rotors 20 erzeugte Zentrifugalkraft in die zweiten Spalte 44b.
Der verbleibende Teil des Kühlöls 9, das in den Verbindungskanal 38 eingeflossen ist, fließt in die Rotorkernkühlöffnungen 35A, um durch die Rotorkernkühlöffnungen 35A in axialer Richtung zu fließen. Die Öffnungen der lastseitigen Rotorkernkühlöffnungen 35A sind geschlossen, so dass das durch die Rotorkernkühlöffnungen 35A in axialer Richtung strömende Kühlöl 9 durch die Pumpenkraft der Pumpe 7 und die durch Rotordrehungen des Rotors 20 erzeugte Zentrifugalkraft in die zweiten Spalten 44b strömt. Das Kühlöl 9, das aus den Läuferkernkühlöffnungen 35A in die zweiten Lücken 44b geflossen ist, wird mit dem Kühlöl 9 zusammengeführt, das aus den radial innenseitigen Flussbarrieren 31B in die zweiten Lücken 44b geflossen ist und entlang der zweiten Außenwandflächen 23b der Permanentmagnete 23b in die radial außenseitigen Flussbarrieren 33 strömt.
Das Kühlöl 9, das durch die ersten Spalte 44a in die radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 eingedrungen ist, wird mit dem Kühlöl 9 zusammengeführt, das durch die zweiten Spalte 44b in die radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 eingedrungen ist und entlang der dritten Außenwandflächen 23c der Permanentmagnete 23c in axialer Richtung strömt, die radial nach außen aus dem Auslasskanal 39 ausgetragen wird.
Das aus dem Auslasskanal 39 ausgetretene Kühlöl 9 wird durch die Zentrifugalkraft gestreut und nach dem Kühlen der lastseitigen Spulenenden der Statorwicklung 12 auf der unteren Endseite im Innenraum des Gehäuses 1 in vertikaler Richtung angesammelt. Das an der unteren Stirnseite im Innenraum des Gehäuses 1 in vertikaler Richtung angesammelte Kühlöl 9 wird aus der Kältemittelabflussöffnung 42 ausgetragen und über einen Ölkühler 8 zur Pumpe 7 zurückgeführt. Dabei strömt das auf der Lastseite des Stators 10 angesammelte Kühlöl 9 über den axialen Verbindungskanal 40 in Richtung der Gegenlastseite des Stators 10. Gemäß der fünften Ausführungsform werden der Strömungskanal, der sich durch die radial innenseitigen Flussbarrieren 31B erstreckt, der Strömungskanal, der sich durch die Kühlöffnungen 35A des Rotorkerns erstreckt, der Strömungskanal, der sich durch den ersten und zweiten Spalte 44a und 44b erstreckt, und der Strömungskanal, der sich durch die radial außenseitigen Flussbarrieren 33 erstreckt, gebildet. Daher strömt das Kühlöl 9 entlang der vier Wandflächen, die durch die vier Seiten der Permanentmagnete 23 mit dem rechteckigen Querschnitt gebildet werden, und die Kühlfläche der Permanentmagnete 23 wird vergrößert, wodurch die Kühlleistung für die Permanentmagnete 23 verbessert werden kann.
Eine Öffnungsform, die die Magnetaufnahmeöffnung 30, die radial-innerseitige Flussbarriere 31B, die radial-außenseitige Flussbarriere 33 und die Rotorkernkühlöffnung 35A aufweisen, ist entlang der axialen Richtung konstant. Wenn also die aus den magnetischen Stahlblechen ausgestanzten magnetischen dünnen Platten zu dem Rotorkern 22 laminiert werden, ist nur eine Art von Form der aus den elektromagnetischen Stahlblechen ausgestanzten magnetischen dünnen Platten erforderlich, wodurch die Bearbeitungskosten für den Rotorkern 22 reduziert werden können.
In der fünften Ausführungsform wird das Kühlöl 9 aus den Kühlöffnungen 35A des Rotorkerns den zweiten Spalten 44b zugeführt. Das Kühlöl 9 wird jedoch von den radial innenliegenden Flussbarrieren 31B zu den zweiten Spalten 44b geleitet, so dass die Rotorkernkühlöffnungen 35A entfallen können.
Weiterhin ist in der vorstehend beschriebenen fünften Ausführungsform der Auslasskanal 48 so ausgebildet, dass die radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 mit der radial äußeren Seite der lastseitigen Endplatte 24B in Verbindung stehen können, wobei der Auslasskanal 48 so ausgebildet werden kann, dass die radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 mit einer axial äußeren Seite der lastseitigen Endplatte 24B in Verbindung treten können.
Weiterhin ist in der vorstehend beschriebenen fünften Ausführungsform der Verbindungskanal 38 so ausgebildet, dass das Kühlöl 9 den radial innenliegenden Flussbarrieren 31B und den Rotorkernkühlöffnungen 35A zugeführt wird, wobei der Verbindungskanal 38 jedoch weiterhin zu einer Außenseite der gegenlastseitigen Endplatte 25B, beispielsweise zu einer radial äußeren Seite, geöffnet werden kann. Bei dieser Konfiguration wird das Kühlöl 9 durch die Zentrifugalkraft aus dem Verbindungskanal 38 gestreut, so dass die gegenlastseitigen Spulenenden der Statorwicklung 12 gekühlt werden können.
Weiterhin werden in der vorstehend beschriebenen fünften Ausführungsform die Permanentmagnete 23 an beiden Endabschnitten in der in der lastseitigen Endplatte 24B und der gegenlastseitigen Endplatte 25b ausgebildeten Magnethaltekerbe 49 gehalten, wobei jedoch eine Struktur, in der die zweiten Außenwandflächen 23b mit dem Klebstoff 43 an den zweiten Innenwandflächen 30b befestigt sind, kombinierbar ist.
Sechste Ausführungsform
9 ist eine Längsschnittansicht zur Veranschaulichung einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 10 ist eine Querschnittsansicht zum Darstellen von Hauptabschnitten von Magnetaufnahmeöffnungen und deren Umfang eines ersten Rotorkerns, der einen Rotorkern in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet. 11 ist eine Querschnittsansicht zum Darstellen von Hauptabschnitten von Magnetaufnahmeöffnungen eines zweiten Rotorkerns und deren Umfang, der den Rotorkern in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet. Die in 9 und 11 dargestellten Pfeile zeigen die Durchflüsse eines Kältemittels an. In 10 und 11 ist nur ein Teil dargestellt, das einem Pol entspricht. In 10 und 11 entfällt zur Vereinfachung der Beschreibung einer der Permanentmagnete.
In 9 hat ein Rotorkern 22A drei erste Rotorkerne 22Aa und zwei zweite Rotorkerne 22Ab und weist eine Konfiguration auf, bei der die ersten Rotorkerne 22Aa und die zweiten Rotorkerne 22Ab in axialer Richtung miteinander in Kontakt stehen und abwechselnd angeordnet sind. Die ersten Rotorkerne 22Aa und die zweiten Rotorkerne 22Ab werden jeweils durch die aus magnetischen Stahlblechen ausgestanzten, laminierenden magnetischen Dünnplatten gebildet. Das heißt, der Rotorkern 22A besteht aus zwei Arten von magnetischen dünnen Platten, die in axialer Richtung laminiert sind.
Wie in 10 dargestellt, weisen die ersten Magnetaufnahmeöffnungen 30Aa jeweils eine erste Innenwandfläche 30aa und eine zweite Innenwandfläche 30ba auf, die einander parallel gegenüberliegen, und sind so ausgebildet, dass sie den ersten Rotorkern 22Aa in axialer Richtung mit entsprechenden in axialer Richtung ausgerichteten Öffnungsrichtungen durchdringen. In axialer Richtung verlaufende Vorsprünge 60 sind in zwei Reihen so angeordnet, dass sie in radialer Richtung in der ersten Innenwandfläche 30aa der ersten Magnetaufnahmeöffnung 30Aa isoliert sind. Die axiale Länge des Vorsprungs 60 ist kürzer als die axiale Länge des ersten Rotorkerns 22Aa. Die beiden axialen Enden des Vorsprungs 60 sind axial nach innen gerichtet, bezogen auf die beiden axialen Enden des ersten Rotorkerns Aa. Die beiden ersten Magnetaufnahmeöffnungen 30Aa sind in einer V-förmigen Anordnung in ebener Symmetrie in Bezug auf eine Ebene mit der axialen Mitte der Welle 21 angeordnet, in der die zweiten Innenwandflächen 30ba einander zugewandt sind und ein Abstand dazwischen allmählich zur radial äußeren Seite hin zunimmt. Auf diese Weise werden die in der V-förmigen Anordnung angeordneten Paare der ersten Magnetaufnahmeöffnungen 30Aa in konstanten Abständen in Umfangsrichtung durch die Polzahl des Rotors 20A angeordnet.
Eine erste radial-innenseitige Flussbarriere 31a ist so ausgebildet, dass sie kontinuierlich zu einer radial inneren Seite der zweiten Innenwandfläche 30ba der ersten Magnetaufnahmeöffnung 30Aa in Längsrichtung aufnimmt, verläuft und den ersten Rotorkern 22Aa in axialer Richtung durchdringt. Ein radial innenseitiger Magnethalteabschnitt 32a ist so ausgebildet, dass er an einem radial innenseitigen Endabschnitt der ersten Innenwandfläche 30aa der ersten Magnetaufnahmeöffnung 30Aa in Richtung der zweiten Innenwandfläche 30ba Seite ragt.
Eine erste radial-außenseitige Flussbarriere 33a ist so ausgebildet, dass sie kontinuierlich zu einer radial äußeren Seite der ersten Innenwandfläche 30aa der ersten Magnetaufnahmeöffnung 30Aa in Längsrichtung verläuft und den ersten Rotorkern 22Aa in axialer Richtung durchdringt. Ein erster radial-außenseitiger Magnethalteabschnitt 34a ist so ausgebildet, dass er in Richtung der Seite der ersten Innenwandfläche 30aa an einem radial-außenseitigen Endabschnitt der zweiten Innenwandfläche 30ba der ersten Magnetaufnahmeöffnung 30Aa ragt.
Eine erste Rotorkernkühlungsöffnung 35a wird gebildet, indem der radial innenseitige Endabschnitt der ersten Innenwandfläche 30aa der ersten Magnetaufnahmeöffnung 30Aa und eine Umgebung davon in einer Richtung weg von der zweiten Innenwandfläche 30ba vorstehen.
Wie in 11 dargestellt, weisen die zweiten Magnetaufnahmeöffnungen 30Ab jeweils eine erste Innenwandfläche 30ab und eine zweite Innenwandfläche 30bb auf, die einander parallel gegenüberliegen, und sie sind so ausgebildet, dass sie den zweiten Rotorkern 22Ab in axialer Richtung mit entsprechenden in axialer Richtung ausgerichteten Öffnungsrichtungen durchdringen. Die beiden zweiten Magnetaufnahmeöffnungen 30Ab sind in einer V-förmigen Anordnung in ebener Symmetrie in Bezug auf eine Ebene mit der axialen Mitte der Welle 21 angeordnet, in der die zweiten Innenwandflächen 30bb einander zugewandt sind, und ein Abstand dazwischen allmählich zur radial äußeren Seite hin zunimmt. So werden Paare von zweiten Magnetaufnahmeöffnungen 30Ab, die in der V-förmigen Anordnung angeordnet sind, in Umfangsrichtung in konstanten Abständen um die Polzahl des Rotors 20 angeordnet.
Die ersten radial-innerseitigen Flussbarrieren 31a sind so ausgebildet, dass sie zur radial inneren Seite in Längsrichtung der zweiten inneren Wandfläche 30bb der zweiten Magnetaufnahmeöffnung 30Ab kontinuierlich sind und den zweiten Rotorkern 22Ab in axialer Richtung durchdringen. Ein radial innenseitiger Magnethalteabschnitt 32b ist so ausgebildet, dass er an einem radial innenseitigen Endabschnitt der ersten Innenwandfläche 30ab der zweiten Magnetaufnahmeöffnung 30Ab in Richtung der zweiten Innenwandfläche 30bb-Seite vorsteht.
Eine zweite radial-außenseitige Flussbarriere 33b ist so ausgebildet, dass sie in Längsrichtung kontinuierlich zur radial äußeren Seite der ersten Innenwandfläche 30aa der zweiten Magnetaufnahmeöffnung 30Ab verläuft und den zweiten Rotorkern 22Ab in axialer Richtung durchdringt. Ein zweiter radial-außenseitiger Magnethalteabschnitt 34b ist so ausgebildet, dass er in Richtung der Seite der ersten Innenwandfläche 30ab an einem radial-außenseitigen Endabschnitt der zweiten Innenwandfläche 30bb der zweiten Magnetaufnahmeöffnung 30Ab ragt.
Eine zweites Rotorkernkühlungsöffnung 35b wird gebildet, indem der radial innenseitige Endabschnitt der ersten Innenwandfläche 30ab der zweiten Magnetaufnahmeöffnung 30Ab und eine Umgebung davon in einer Richtung weg von der zweiten Innenwandfläche 30bb vorstehen.
Der erste Rotorkern 22Aa ist so ausgebildet, dass er die gleiche Form wie der zweite Rotorkern 22Ab hat, mit der Ausnahme, dass die Vorsprünge 60 ausgebildet sind. Im Rotorkern 22A werden die Magnetaufnahmeöffnungen durch die ersten Magnetaufnahmeöffnungen 30Aa und die zweiten Magnetaufnahmeöffnungen 30Ab so gebildet, dass sie in axialer Richtung kontinuierlich zueinander verlaufen. Die radial-innerseitigen Flussbarrieren werden durch die ersten radial-innerseitigen Flussbarrieren 31a und die zweiten radial-innerseitigen Flussbarrieren 31b so gebildet, dass sie in axialer Richtung kontinuierlich zueinander sind. Die radial innenseitigen Magnethalteabschnitte werden durch die ersten radial innenseitigen Magnethalteabschnitte 32a und die zweiten radial innenseitigen Magnethalteabschnitte 32b so gebildet, dass sie in axialer Richtung kontinuierlich zueinander verlaufen. Radial äußere seitliche Flussbarrieren 33 werden durch die ersten radial außenseitigen Flussbarrieren 33a und die zweiten radial außenseitigen Flussbarrieren 33b so gebildet, dass sie in axialer Richtung kontinuierlich zueinander sind. Radial außenliegende Magnethalteabschnitte werden durch die ersten radial außenliegenden Magnethalteabschnitte 34a und die zweiten radial außenliegenden Magnethalteabschnitte 34b so gebildet, dass sie in axialer Richtung kontinuierlich zueinander sind. Die Rotorkernkühlöffnungen 35 werden durch die ersten Rotorkernkühlöffnungen 35a und die zweiten Rotorkernkühlöffnungen 35b gebildet, so dass sie in axialer Richtung kontinuierlich zueinander verlaufen.
Die Permanentmagnete 23 sind jeweils zu einem rechteckigen Quader mit einer axialen Länge des Rotorkerns 22A geformt. Die Permanentmagnete 23 sind in einem Paar von Magnetaufnahmeöffnungen untergebracht, in denen die ersten Außenwandflächen 23a den ersten Innenwandflächen 30aa und 30ab zugewandt sind und die dritten Außenwandflächen 23c radial nach außen ausgerichtet sind. Dies ist in einem Zustand, in dem die dritte Außenwandfläche 23c und die vierte Außenwandfläche 23d mit dem ersten radial-außenseitigen Magnethalteabschnitt 34a und dem zweiten radial-innenseitigen Magnethalteabschnitt 32b in Kontakt stehen, so dass die Bewegung des Permanentmagneten 23 in Längsrichtung der zweiten Innenwandfläche 30ba und 30bb eingeschränkt ist, und die zweite Außenwandfläche 23b mit dem Vorsprung 60 an der zweiten Innenwandfläche 30ba befestigt ist. Erste Spalte 44 sind zwischen den ersten Innenwandflächen 30aa und 30ab der Magnetaufnahmeöffnungen 30 und den ersten Außenwandflächen 23a der Permanentmagnete 23 definiert. Die radial-außenseitigen Strömungssperren 33 und die Rotorkernkühlöffnungen 35 stehen über die ersten Spalte 44 miteinander in Verbindung.
Andere Konfigurationen ähneln denen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
Es wird ein Verfahren zum Kühlen der Permanentmagnete 23 in der rotierenden elektrischen Maschine 103 mit der oben beschriebenen Konfiguration unter Bezugnahme auf 9 bis 11 beschrieben.
Das Kühlöl 9 wird von der Kältemittelzufuhröffnung 41 zum ersten Wellenkältemittelkanal 36 durch eine als Druckquelle dienende externe Pumpe 7 gepumpt und fließt vom Kältemittelkanal 37 der zweiten Welle in den Verbindungskanal 38. Ein Teil des in den Verbindungskanal 38 eingeflossenen Kühlöls 9 strömt in die radial-innerseitigen Flussbarrieren, strömt in axialer Richtung entlang der vierten Außenwandflächen 23d der Permanentmagnete 23d und wird über den Auslasskanal 39 radial nach außen abgegeben.
Der verbleibende Teil des Kühlöls 9, der in den Verbindungskanal 38 eingeflossen ist, fließt in die Rotorkernkühlöffnungen 35, um durch die Rotorkernkühlöffnungen 35 in axialer Richtung zu fließen. Die Öffnungen der lastseitigen Rotorkernkühlöffnungen 35 werden geschlossen, so dass das durch die Rotorkernkühlöffnungen 35 in axialer Richtung strömende Kühlöl 9 in die ersten Spalte 44 strömt, die zwischen den ersten Magnetaufnahmeöffnungen 30Aa und den zweiten Magnetaufnahmeöffnungen 30Ab definiert sind, durch eine Pumpkraft der Pumpe 7 und durch eine durch Drehungen des Rotors 20A erzeugte Zentrifugalkraft.
Das Kühlöl 9, das in die ersten Spalte 44 der zweiten Magnetaufnahmeöffnungen 30Ab eingedrungen ist, strömt entlang der ersten Außenwandflächen 23a der Permanentmagnete 23, um in die radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 zu fließen. Das in die radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 eingedrungene Kühlöl 9 strömt entlang der dritten Außenwandflächen 23c der Permanentmagnete 23 in axialer Richtung und wird über den Auslasskanal 39 radial nach außen abgegeben. Währenddessen strömt das Kühlöl 9, das in den ersten Spalten 44 der ersten Magnetaufnahmeöffnungen 30Aa geflossen ist, entlang der Vorsprünge 60 in axialer Richtung und wird mit dem Kühlöl 9 zusammengeführt, das in die ersten Spalte 44 der zweiten Magnetaufnahmeöffnungen 30Ab fließt, um entlang der ersten Außenwandflächen 23a der Permanentmagnete 23 zu fließen.
Das aus dem Auslasskanal 39 ausgetretene Kühlöl 9 wird durch die Zentrifugalkraft gestreut und nach dem Kühlen der lastseitigen Spulenenden der Statorwicklung 12 auf der unteren Endseite im Innenraum des Gehäuses 1 in vertikaler Richtung angesammelt. Das an der unteren Endseite im Innenraum des Gehäuses 1 in vertikaler Richtung angesammelte Kühlöl 9 wird aus der Kältemittelabflussöffnung 42 ausgetragen und über einen Ölkühler 8 zur Pumpe 7 zurückgeführt. Dabei strömt das auf der Lastseite des Stators 10 angesammelte Kühlöl 9 über den axialen Verbindungskanal 40 in Richtung der Gegenlastseite des Stators 10.
Der Kanal, der sich durch die ersten radial-innerseitigen Flussbarrieren 31a und die zweiten radial-innerseitigen Flussbarrieren 32b zum Auslasskanal 39 erstreckt, und der Kanal, der sich durch die Rotorkernkühlungsöffnungen 35, die ersten Spalte 44 und die radial-außenseitigen Flussbarrieren 33 zum Auslasskanal 39 erstreckt, sind unabhängig voneinander.
Daher kann auch in der sechsten Ausführungsform ein ähnlicher Effekt wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform erreicht werden. Gemäß der sechsten Ausführungsform sind die zweiten Außenwandflächen 23b der Permanentmagnete 23 an den zweiten Innenwandflächen 30ba durch die Vorsprünge 60 befestigt, und die Permanentmagnete 23 werden in den Magnetaufnahmeöffnungen gehalten. Daher ist Klebstoff 43 zur Befestigung der Permanentmagnete 23 hinfällig, wodurch die Kosten gesenkt werden können.
In der sechsten Ausführungsform sind die Vorsprünge 60, die sich in axialer Richtung mit den axialen Längen der ersten Rotorkerne 22Aa erstrecken, in zwei Reihen radial in den ersten Innenwandflächen 30aa angeordnet, wobei die Vorsprünge jedoch nur eine Höhe aufweisen müssen, mit der die zweiten Außenwandflächen 23b der Permanentmagnete 23 an den zweiten Innenwandflächen 30ba befestigt werden können. So können beispielsweise eine Vielzahl von inselförmigen Vorsprüngen in den ersten Innenwandflächen 30aa verteilt angeordnet sein.
Siebte Ausführungsform
12 ist eine Längsschnittansicht zur Veranschaulichung einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 13 ist eine Querschnittsansicht zum Darstellen von Hauptabschnitten von Magnetaufnahmeöffnungen eines ersten Rotorkerns, der einen Rotorkern der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet, und dessen Umgebung. 14 ist eine Querschnittsansicht zum Darstellen von Hauptabschnitten von Magnetaufnahmeöffnungen eines zweiten Rotorkerns, der den Rotorkern der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet, und einer Umgebung davon. 15 ist eine Querschnittsansicht zum Darstellen von Hauptabschnitten von Magnetaufnahmeöffnungen eines dritten Rotorkerns, der den Rotorkern der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der siebten Ausführungsform bildet, und einer Umgebung davon. Die in 12 dargestellten Pfeile zeigen die Durchflüsse eines Kältemittels an. In 13 bis 15 ist ein Teil, der nur einem Magnetpol entspricht, dargestellt. In 13 bis 15 entfällt zur Vereinfachung der Beschreibung einer der Permanentmagnete.
In 12 hat ein Rotorkern 22B einen ersten Rotorkern 22Ba, einen zweiten Rotorkern 22Bb und einen dritten Rotorkern 22Bc, und der erste Rotorkern 22Ba, der zweite Rotorkern 22Bb und der dritte Rotorkern 22Bc sind in axialer Richtung angeordnet, während sie miteinander in Kontakt stehen. Der erste Rotorkern 22Ba, der zweite Rotorkern 22Bb und der dritte Rotorkern 22Bc sind jeweils aus laminierten magnetischen Dünnplatten gebildet, die aus magnetischen Stahlblechen ausgestanzt sind. Das heißt, der Rotorkern 22B besteht aus drei Arten von magnetischen dünnen Platten, die in axialer Richtung laminiert sind.
Wie in 13 dargestellt, weisen die ersten Magnetaufnahmeöffnungen 30Ba jeweils eine erste Innenwandfläche 30aa und eine zweite Innenwandfläche 30ba auf, die parallel zueinander sind, und sie sind so ausgebildet, dass sie den ersten Rotorkern 22Ba in axialer Richtung mit jeweils in axialer Richtung ausgerichteten Öffnungsrichtungen durchdringen. Die sich in axialer Richtung erstreckenden Vorsprünge 60 sind mittig in den Längsrichtungen der ersten Innenwandflächen 30aa der ersten Magnetaufnahmeöffnungen 30Ba ausgebildet. Die axialen Längen der Vorsprünge 60 sind gleich lang wie die axiale Länge des ersten Rotorkerns 22Ba. Die beiden ersten Magnetaufnahmeöffnungen 30Ba sind in einer V-förmigen Anordnung in ebener Symmetrie in Bezug auf eine Ebene mit der axialen Mitte der Welle 21 angeordnet, in der die zweiten Innenwandflächen 30ba zueinander zeigen und ein Abstand dazwischen allmählich zur radial äußeren Seite hin zunimmt. Auf diese Weise werden die in der V-förmigen Anordnung angeordneten Paare der ersten Magnetaufnahmeöffnungen 30Ba in konstanten Abständen in Umfangsrichtung durch die Polzahl des Rotors 20B angeordnet.
Eine erste radial-innerseitige Flussbarriere 31a ist so ausgebildet, dass sie kontinuierlich zu einer radial inneren Seite der zweiten Innenwandfläche 30ba des ersten Magneten, der die Öffnung 30Ba in Längsrichtung aufnimmt, verläuft und den ersten Rotorkern 22Ba in axialer Richtung durchdringt. Ein erster radial-innenseitiger Magnethalteabschnitt 32a ist so ausgebildet, dass er in Richtung der Seite der zweiten Innenwandfläche 30ba an einem radial-innerseitigen Endabschnitt der ersten Innenwandfläche 30aa der ersten Magnetaufnahmeöffnung 30Ba ragt.
Eine erste radial-außenseitige Flussbarriere 33a ist so ausgebildet, dass sie in Längsrichtung kontinuierlich zur radial äußeren Seite der ersten Innenwandfläche 30aa der ersten Magnetaufnahmeöffnung 30Ba verläuft und den ersten Rotorkern 22Ba in axialer Richtung durchdringt. Ein erster radial-außenseitiger Magnethalteabschnitt 34a ist so ausgebildet, dass er in Richtung der Seite der ersten Innenwandfläche 30aa an einem radial-außenseitigen Endabschnitt der zweiten Innenwandfläche 30ba der ersten Magnetaufnahmeöffnung 30Ba ragt.
Eine erste Rotorkernkühlöffnung 35a wird gebildet, indem der radial innenseitige Endabschnitt der ersten Innenwandfläche 30aa der ersten Magnetaufnahmeöffnung 30Ba und eine Umgebung davon in einer Richtung weg von der zweiten Innenwandfläche 30ba vorstehen.
Wie in 14 dargestellt, weisen die zweiten Magnetaufnahmeöffnung 30Bb jeweils eine erste Innenwandfläche 30ab und eine zweite Innenwandfläche 30bb auf, die einander parallel gegenüberliegen, und sind so ausgebildet, dass sie den zweiten Rotorkern 22Bb in axialer Richtung mit entsprechenden, in axialer Richtung ausgerichteten Öffnungsrichtungen durchdringen. Die sich in axialer Richtung erstreckenden Vorsprünge 60 werden an drei Positionen gebildet, die eine Mitte, eine radiale Innenseite und eine radiale Außenseite der ersten Innenwandfläche 30ab der zweiten Magnetaufnahmeöffnung 30Bb in Längsrichtung sind. Die axialen Längen der Vorsprünge 60 sind gleich lang wie die axiale Länge des zweiten Rotorkerns 22Bb. Die beiden zweiten Magnetaufnahmeöffnungen 30Bb sind in der V-förmigen Anordnung plansymmetrisch zu einer Ebene mit der axialen Mitte der Welle 21 ähnlich den ersten Magnetaufnahmeöffnungen 30Ba angeordnet. So sind Paare von zweiten Magnetaufnahmeöffnungen 30Bb, die in der V-förmigen Anordnung angeordnet sind, in konstanten Abständen in Umfangsrichtung um die Polzahl des Rotors 20B angeordnet.
Die zweiten radial innenseitigen Flussbarrieren 31b, die zweiten radial innenseitigen Magnethalteabschnitte 32b, die zweiten radial außenseitigen Flussbarrieren 33b, die zweiten radial außenseitigen Magnethalteabschnitte 34b und die zweiten Rotorkernkühlungsöffnungen 35b sind im zweiten Rotorkern 22Bb ähnlich den ersten radial innenseitigen Flussbarrieren 31a, den ersten radial innenseitigen Magnethalteabschnitte 32a, den ersten radial außenseitigen Flussbarrieren 33a, den ersten radial außenseitigen Magnethalteabschnitte 34a und den ersten Rotorkernkühlöffnungen 35a, die in dem ersten Rotorkern 22Ba ausgebildet sind, ausgebildet.
Wie in 15 dargestellt, weisen die dritten Magnetaufnahmeöffnungen 30Bc jeweils eine erste Innenwandfläche 30ac und eine zweite Innenwandfläche 30bc auf, die einander parallel gegenüberliegen, und sind so ausgebildet, dass sie den dritten Rotorkern 22Bc in axialer Richtung mit entsprechenden in axialer Richtung ausgerichteten Öffnungsrichtungen durchdringen. Die sich in axialer Richtung erstreckenden Vorsprünge 60 sind an zwei Positionen gebildet, die eine radial innere Seite und eine radial äußere Seite der ersten Innenwandfläche 30ac der Magnetaufnahmeöffnung 30Bc sind. Die axialen Längen der Vorsprünge 60 sind gleich lang wie die axiale Länge des dritten Rotorkerns 22Bc. Die beiden dritten Magnetaufnahmeöffnungen 30Bc sind in der V-förmigen Anordnung plansymmetrisch zu einer Ebene angeordnet, die die axiale Mitte der Welle 21 ähnlich den ersten Magnetaufnahmeöffnungen 30Ba aufweist. Somit sind die in der V-förmigen Anordnung angeordneten Paare von Öffnungen 30Bc des dritten Magneten in konstanten Abständen in Umfangsrichtung um die Polzahl des Rotors 20C angeordnet.
Die dritten radial-innenseitigen Flussbarrieren 31c, die dritten radial-innerseitigen Magnethalteabschnitte 32c, die dritten radial außenseitigen Flussbarrieren 33c, die dritten radial außenseitigen Magnethalteabschnitte 34c und die dritten Rotorkernkühlöffnungen 35c sind im dritten Rotorkern 22Bc ähnlich wie die ersten radial innenseitigen Flussbarrieren 31a, die ersten radial innenseitigen Magnethalteabschnitte 32a, die ersten radial außenseitigen Flussbarrieren 33a, die ersten radial außenseitigen Magnethalteabschnitte 34a und die ersten Rotorkernkühlungsöffnungen 35a, die in dem ersten Rotorkern 22Ba ausgebildet sind, gebildet.
Der erste Rotorkern 22Ba, der zweite Rotorkern 22Bb und der dritte Rotorkern 22Bc sind so ausgebildet, dass sie die gleiche Form haben, mit der Ausnahme, dass die Anzahl und die Anordnung der Vorsprünge 60 unterschiedlich sind. Im Rotorkern 22B sind die ersten Magnetaufnahmeöffnungen 30Ba, die zweiten Magnetaufnahmeöffnungen 30Bb und die dritten Magnetaufnahmeöffnungen 30Bc kontinuierlich in axialer Richtung, um die Magnetaufnahmeöffnungen zu bilden. Die ersten radial innenseitigen Flussbarrieren 31a, die zweiten radial innenseitigen Flussbarrieren 31b und die dritten radial innenseitigen Flussbarrieren 31c sind kontinuierlich in axialer Richtung, um die radial-innerseitigen Flussbarrieren zu bilden. Die ersten radial innenseitigen Magnethalteabschnitte 32a, die zweiten radial innenseitigen Magnethalteabschnitte 32b und die dritten radial innenseitigen Magnethalteabschnitte 32c sind kontinuierlich in axialer Richtung, um die radial innenseitigen Magnethalteabschnitte zu bilden. Die ersten radial-außenseitigen Flussbarrieren 33a, die zweiten radial-außenseitigen Flussbarrieren 33b und die dritten radial-außenseitigen Flussbarrieren 33c sind in axialer Richtung kontinuierlich, um die radial-außenseitige Strömungssperre 33 zu bilden. Die ersten radial-außenseitigen Magnethalteabschnitte 34a, die zweiten radial-außenseitigen Magnethalteabschnitte 34b und die dritten radial-außenseitigen Magnethalteabschnitte 34c sind in Axialrichtung kontinuierlich, um die radial-außenseitigen Magnethalteabschnitte zu bilden. Die ersten Rotorkernkühlöffnungen 35a, die zweiten Rotorkernkühlöffnungen 35b und die dritten Rotorkernkühlöffnungen 35c sind in axialer Richtung durchgehend, um das die Rotorkernkühlöffnungen 35 zu bilden.
Die Permanentmagnete 23 sind jeweils zu einem rechteckigen Parallelepiped mit einer axialen Länge des Rotorkerns 22B geformt. Die Permanentmagnete 23 sind in einem Paar von Magnetaufnahmeöffnungen untergebracht, in denen die ersten Außenwandflächen 23a den ersten Innenwandflächen 30aa, 30ab und 30ac zugewandt sind und die dritten Außenwandflächen 23c radial nach außen ausgerichtet sind. Unter einem Zustand, in dem die dritte Außenwandfläche 23c und die vierte Außenwandfläche 23d mit den ersten bis dritten radial-außenseitigen Magnethalteabschnitten 34a, 34b und 34c und den ersten bis dritten radial-innenseitigen Magnethalteabschnitten 32a, 31b und 32c in Kontakt stehen, so dass die Bewegung des Permanentmagneten 23 in Längsrichtung in Richtung der zweiten Innenwandflächen 30ba, 30bb und 30bc begrenzt ist, ist die zweite Außenwandfläche 23b an den zweiten Innenwandflächen 30ba, 30bb und 39bc mit den Vorsprüngen 60 befestigt. Erste Spalte 44 sind zwischen den ersten Innenwandflächen 30aa, 30ab und 30ac der Magnetaufnahmeöffnungen und den ersten Außenwandflächen 23a der Permanentmagnete 23 gebildet. Die radial-außenseitigen Strömungssperren 33 und die Rotorkernkühlöffnungen 35 stehen über die ersten Spalte 44 miteinander in Verbindung.
Andere Konfigurationen ähneln denen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
Es wird ein Verfahren zum Kühlen der Permanentmagnete 23 in der rotierenden elektrischen Maschine 103 mit der oben beschriebenen Konfiguration in Bezug auf 9 bis 11 beschrieben.
Das Kühlöl 9 wird von der Kältemittelzufuhröffnung 41 zum ersten Wellenkältemittelkanal 36 durch eine als Druckquelle dienende externe Pumpe 7 gepumpt und strömt vom zweiten Wellenkältemittelkanal 37 in den Verbindungskanal 38. Ein Teil des Kühlöls 9, das in den Verbindungskanal 38 eingeflossen ist, fließt in die radial innenseitigen Flussbarrieren und fließt in axialer Richtung entlang der vierten Außenwandflächen 23d der Permanentmagnete 23d und wird über den Auslasskanal 39 radial nach außen abgegeben.
Der verbleibende Teil des Kühlöls 9, der in den Verbindungskanal 38 eingeflossen ist, fließt in die Rotorkernkühlöffnungen 35, um durch die Rotorkernkühlöffnungen 35 in axialer Richtung zu fließen. Die Öffnungen der lastseitigen Rotorkernkühlöffnungen 35 sind geschlossen, so dass das durch die Rotorkernkühlöffnungen 35 in axialer Richtung strömende Kühlöl 9 in die ersten Spalte 44 der ersten Magnetaufnahmeöffnungen 30Ba, der zweiten Magnetaufnahmeöffnungen 30Bb und der dritten Magnetaufnahmeöffnungen 30Bc durch eine Pumpkraft der Pumpe 7 und eine durch Drehungen des Rotors 20B erzeugte Zentrifugalkraft strömt.
Das Kühlöl 9, das in die ersten Spalte der ersten Magnetaufnahmeöffnungen 30Ba eingedrungen ist, strömt entlang der Vorsprünge 60 zur Gegenlastseite und strömt in die ersten Spalte 44 zwischen den Vorsprüngen 60 an den radial inneren Seiten und in den Zentren der zweiten Magnetaufnahmeöffnungen 30Bb. Das Kühlöl 9, das in die ersten Spalte 44 der zweiten Magnetaufnahmeöffnungen 30Bb eingedrungen ist, fließt in die ersten Spalte 44 zwischen den beiden Vorsprüngen 60 der dritten Magnetaufnahmeöffnungen 30Bc. Das Kühlöl 9, das in die ersten Spalte 44 zwischen den beiden Vorsprüngen 60 der dritten Magnetaufnahmeöffnungen 30Bc eingedrungen ist, wird zur Lastseite hin geleitet und fließt in die ersten Spalte 44 zwischen den Vorsprüngen 60 in den Zentren und an den radial äußeren Seiten der zweiten Magnetaufnahmeöffnungen 30Bb. Das Kühlöl 9, das in die ersten Spalte 44 der zweiten Magnetaufnahmeöffnungen 30Bb eingedrungen ist, fließt in die ersten Spalte 44 an den radial äußeren Seiten der Vorsprünge 60 der ersten Magnetaufnahmeöffnungen 30Ba. Wie durch die Pfeile von 12 angedeutet, strömt das Kühlöl 9, um die Strömung abwechselnd in lastseitiger Richtung und die Strömung in gegenlastseitiger Richtung entlang der ersten Außenwandflächen 23a der Permanentmagnete 23a zu wiederholen, und strömt in die radial-außenseitige Flussbarriere 33. Das in die radial-außenseitige Flussbarriere 33 eingedrungene Kühlöl 9 strömt entlang der dritten Außenwandflächen 23c der Permanentmagnete 23 in axialer Richtung und wird über den Auslasskanal 39 radial nach außen abgegeben. Währenddessen strömt das Kühlöl 9, das in die ersten Spalte 44 der zweiten Magnetaufnahmeöffnungen 30Bb und der dritte Magnetaufnahmeöffnungen 30Bc eingeflossen ist, entlang der ersten Außenwandflächen 23a der Permanentmagnete 23 in axialer Richtung und wird mit dem Kühlöl 9 zusammengeführt, das in die ersten Spalten 44 der ersten Magnetaufnahmeöffnungen 30Ba eingeflossen ist.
Das aus dem Auslasskanal 39 ausgetretene Kühlöl 9 wird durch die Zentrifugalkraft gestreut und nach dem Kühlen der lastseitigen Spulenenden der Statorwicklung 12 auf der unteren Endseite im Innenraum des Gehäuses 1 in vertikaler Richtung angesammelt. Das an der unteren Endseite im Innenraum des Gehäuses 1 in vertikaler Richtung angesammelte Kühlöl 9 wird aus der Kältemittelabflussöffnung 42 ausgetragen und über einen Ölkühler 8 zur Pumpe 7 zurückgeführt. Dabei strömt das auf der Lastseite des Stators 10 angesammelte Kühlöl 9 über den axialen Verbindungskanal 40 in Richtung der Gegenlastseite des Stators 10.
Der Kanal, der sich durch die ersten bis dritten radial innenseitigen Flussbarrieren 31a, 31b und 31c zum Auslasskanal 39 erstreckt, und der Kanal, der sich durch die Rotorkernkühlöffnungen 35, die ersten Spalte 44 und die radial außenseitigen Flussbarrieren 33 zum Auslasskanal 39 erstreckt, sind unabhängig voneinander.
Daher kann auch in der siebten Ausführungsform eine ähnliche Wirkung wie bei der ersten Ausführungsform erreicht werden. Gemäß der siebten Ausführungsform sind die zweiten Außenwandflächen 23b der Permanentmagnete 23 durch die Vorsprünge 60 an den zweiten Innenwandflächen 30ba, 30bb und 30bc befestigt, und die Permanentmagnete 23 werden in den Magnetaufnahmeöffnungen gehalten. Daher ist der Klebstoff zur Befestigung der Permanentmagnete 23 überflüssig, wodurch die Kosten gesenkt werden können.
Gemäß der siebten Ausführungsform wird der mäandernde Kältemittelströmungskanal gebildet, indem die sich auf der Lastseite erstreckenden Strömungskanal und die sich auf der Gegenlastseite erstreckenden Strömungskanäle abwechselnd in den Längsrichtung der ersten Innenwandflächen 30aa, 30ab und 30ac durch die in den ersten Innenwandflächen 30aa, 30ab und 30ac gebildeten Vorsprünge 60 der ersten bis dritten Magnetaufnahmeöffnungen 30Ba, Bb und Bc wiederholt werden. Dadurch wird die Fließweglänge des Kühlöls 9 entlang der ersten Außenwandflächen 23a der Permanentmagnete 23 länger, und die in den Permanentmagneten 23 erzeugte Wärme kann effektiv abgegeben werden.
In der vorstehend beschriebenen sechsten und siebten Ausführungsform ist der Rotorkern in fünf oder drei Segmente in axialer Richtung unterteilt, aber die Anzahl der Teilungen des Rotorkerns ist darauf nicht beschränkt.
Weiterhin ist in der sechsten und siebten Ausführungsform der Rotorkern der ersten Ausführungsform in fünf oder drei Segmente in axialer Richtung unterteilt, wobei die Rotorkerne der zweiten bis fünften Ausführungsform jeweils in fünf oder drei Segmente in axialer Richtung unterteilt werden können.
Achte Ausführungsform
16 ist eine Längsschnittansicht zur Veranschaulichung einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 16 zeigen Pfeile Strömungen von Kühlöl an.
In 16 wird ein Permanentmagnet 23A durch Anordnen von sechs in Axialer Richtung miteinander in Kontakt stehenden Magnetblöcken 50 gebildet und zu einem rechteckigen Parallelepiped mit einer axialen Länge des Rotorkerns 22 geformt. Die sechs Magnetblöcke 50 sind in den Magnetaufnahmeöffnungen 30 so angeordnet, dass sie nahe der Gegenlastseite und in Kontakt mit der gegenlastseitigen Endplatte 25 stehen.
Andere Konfigurationen ähneln denen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
Wenn beispielsweise ein Spalt zwischen der gegenlastseitigen Endplatte 25 und dem Permanentmagneten 2A gebildet ist, strömt das Kühlöl 9 durch die Pumpkraft der Pumpe 7 und eine durch die Drehung eines Rotors 20C erzeugte Zentrifugalkraft in den Spalt zwischen der lastseitigen Endplatte 24 und dem Permanentmagneten 2A. Dadurch strömt das Kühlöl 9 in den Spalt zwischen der lastseitigen Endplatte 24 und dem Permanentmagneten 2A, und damit wird ein Durchfluss des Kühlöls 9, das entlang der ersten Außenwandflächen 23a des Permanentmagneten 23A strömt, kleiner.
In einer rotierenden elektrischen Maschine 105 mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration sind die sechs Magnetblöcke 50 in den Magnetaufnahmeöffnungen 30 so angeordnet, dass sie nahe der Gegenlastseite und in Kontakt mit der gegenlastseitigen Endplatte 25 stehen. Selbst wenn der Permanentmagnet 23A innerhalb eines Maßtoleranzbereichs kürzer als die axiale Länge des Rotorkerns 22 ausgebildet ist, steht der Permanentmagnet 23A in Kontakt mit der gegenlastseitigen Endplatte 25. Somit ist ein Spalt zwischen der lastseitigen Endplatte 24 und dem Permanentmagneten 23A gebildet, aber kein Spalt ist zwischen der gegenlastseitigen Endplatte 25 und dem Permanentmagneten 23A gebildet. Daher strömt das in den Kühlöffnungen 35 des Rotorkerns in axialer Richtung strömende Kühlöl 9 durch die Pumpkraft der Pumpe 7 und die durch die Drehungen des Rotors 20C erzeugte Zentrifugalkraft in die ersten Spalte 44. Mit dieser Konfiguration wird der Durchfluss des Kühlöls 9, das entlang der ersten Außenwandflächen 23a des Permanentmagneten 23A strömt, sichergestellt und eine Abnahme der Kühlung des Permanentmagneten 23A unterdrückt. Der Permanentmagnet 23A ist in axialer Richtung geteilt, so dass ein Wirbelstromverlust im Permanentmagnet 23A reduziert werden kann.
In der vorstehend beschriebenen achten Ausführungsform ist der Permanentmagnet der rotierenden elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform in die Vielzahl der Magnetblöcke in axialer Richtung unterteilt, aber die Permanentmagnete der rotierenden elektrischen Maschine von der zweiten Ausführungsform bis hin zur siebten Ausführungsform können in eine Vielzahl von Magnetblöcken in axialer Richtung unterteilt werden.
Weiterhin wird in jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der aus den laminierten Kernen gebildete Rotorkern beschrieben, wobei der Rotorkern jedoch auch aus einem massiven Kern gebildet werden kann.
Noch weiter, in der sechsten und siebten Ausführungsform, die vorstehend beschrieben sind, ist der Rotorkern in eine Vielzahl von Segmenten in axialer Richtung unterteilt, aber alle der geteilten Vielzahl von Rotorkernen können aus laminierten Kernen oder einem massiven kern gebildet sein, oder die laminierten Kerne und der massive kern können gemischt werden, um die geteilte Vielzahl von Rotorkernen zu bilden.
Bezugszeichenliste
7 Pumpe (Druckquelle); 9 Kühlöl (Kältemittel); 10 Stator; 20, 20A, 20B, 20C Rotor; 21 Welle; 22, 22A, 22B Rotorkern; 23, 23A Permanentmagnet; 23a erste Außenwandfläche; 23b zweite Außenwandfläche; 23c dritte Außenwandfläche; 23d vierte Außenwandfläche; 24, 24A, 24B lastseitige Endplatte; 25, 25A, 25B gegenlastseitige Endplatte; 30 Magnetaufnahmeöffnung; 30a erste Innenwandfläche, 30b zweite Innenwandfläche; 31, 31A radial innenseitige Flussbarriere; 31B radial innenseitige Flussbarriere (erste Rotorkernkühlöffnung); 32 radial innenseitiger Magnethalteabschnitt; 33 radial innenseitige Flussbarriere (radial außenseitiger Kältemittelströmungskanal); 34 radial außenseitiger Magnethalteabschnitt; 35, 35A Rotorkernkühlöffnung; 36 erster Wellenkühlungskanal (Kältemittelzufuhrkanal); 37 zweiter Wellenkühlungskanal (Kältemittelzufuhrkanal); 38 Verbindungskanal; 39 Auslasskanal; 50 Magnetblock
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016158365 A [0005]
JP 2012105487 A [0005]

Claims

Rotierende elektrische Maschine, aufweisend: einen Rotor, der aufweist: einen Rotorkern, der fest mit einer Welle verbunden ist und der in Umfangsrichtung eine Vielzahl von Magnetaufnahmeöffnungen aufweist, die den Rotorkern in axialer Richtung durchdringen; eine erste Endplatte und eine zweite Endplatte, die so an der Welle befestigt sind, dass sie mit beiden Endflächen des Rotorkerns in axialer Richtung in Kontakt stehen; und Permanentmagnete, die in den Magnetaufnahmeöffnungen untergebracht sind; und einen Stator, der koaxial zum Rotor an einer äußeren Umfangsseite des Rotors angeordnet ist, wobei die Magnetaufnahmeöffnungen jeweils eine erste Innenwandfläche und eine zweite Innenwandfläche aufweisen, die einander parallel gegenüberliegen, und wobei eine Längsrichtung orthogonal zu einer Axialrichtung der ersten Innenwandfläche in Bezug auf eine radiale Richtung in eine Umfangsrichtung geneigt ist, wobei jeder der Permanentmagnete so gebildet ist, dass er einen rechteckigen Querschnitt aufweist, eine erste Außenwandfläche und eine zweite Außenwandfläche aufweist, die durch ein Paar Längsseiten des rechteckigen Querschnitts gebildet sind, und eine dritte Außenwandfläche und eine vierte Außenwandfläche, die durch ein Paar kurze Seiten des rechteckigen Querschnitts gebildet sind, und in der Magnetaufnahmeöffnung untergebracht ist, während ein erster Spalt zwischen der ersten Außenwandfläche und der ersten Innenwandfläche gebildet ist, und die dritte Außenwandfläche radial nach außen gerichtet ist, wobei der Rotorkern eine Rotorkernkühlungsöffnung aufweist, die so ausgebildet ist, dass sie den Rotorkern in axialer Richtung durchdringt, in einem Zustand, in dem sie mit dem ersten Spalt an einer Position auf einer radial inneren Seite in Bezug auf einen Mittelabschnitt der ersten Innenwandfläche in Längsrichtung in Verbindung steht, wobei der Rotorkern einen radial-außenseitigen Kältemittelströmungskanal aufweist, der so ausgebildet ist, dass er den Rotorkern in axialer Richtung entlang der dritten Außenwandfläche des Permanentmagneten durchdringt, in einem Zustand, in dem er mit einem radial-außenseitigen Endabschnitt des ersten Spaltes in Verbindung steht, wobei die erste Endplatte einen Verbindungskanal aufweist, der so ausgebildet ist, dass er sich von einer inneren Endfläche der ersten Endplatte zur Rotorkernkühlöffnung erstreckt, wobei die zweite Endplatte einen Auslasskanal aufweist, der so ausgebildet ist, dass der radial-außenseitige Kältemittelströmungskanal mit einer Außenseite in Verbindung stehen kann, und wobei die Welle einen Kältemittelzufuhrkanal aufweist, der es einem Kältemittel ermöglichen kann, von einer Druckquelle in den Verbindungskanal zugeführt zu werden.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1, bei der die Rotorkernkühlöffnung mit einem radial innenseitigen Endabschnitt des ersten Spalts in Verbindung steht.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, bei der die zweite Außenwandfläche des Permanentmagneten an der zweiten Innenwandfläche der Magnetaufnahmeöffnung befestigt ist.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 3, bei welcher der radial außenseitige Kältemittelströmungskanal eine radial außenseitige Flussbarriere aufweist, die so gebildet ist, dass sie in der Längsrichtung kontinuierlich zur radial äußeren Seite der ersten Innenwandfläche der Magnetaufnahmeöffnung ist, und den Rotorkern in axialer Richtung durchdringt.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 4, bei der ein radial außenseitiger Magnethalteabschnitt aus einem radial außenseitigen Endabschnitt der zweiten Innenwandfläche herausragt, sodass er an einer Seite der zweiten Außenwandfläche mit einem Endabschnitt der dritten Außenwandfläche des Permanentmagneten in Kontakt steht.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der die Rotorkernkühlöffnung eine radial innenseitige Flussbarriere aufweist, die so gebildet ist, dass sie in Längsrichtung mit einer radialen Außenseite der ersten Innenwandfläche der Magnetaufnahmeöffnung kontinuierlich ist, und den Rotorkern in axialer Richtung durchdringt.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der eine radial innenseitige Flussbarriere gebildet ist, die in Längsrichtung kontinuierlich zu einer radialen Innenseite der zweiten Innenwandfläche der Magnetaufnahmeöffnung in verläuft, und den Rotorkern in axialer Richtung durchdringt, wobei ein radial innenseitiger Magnethalteabschnitt aus einem radial innenseitigen Endabschnitt der ersten Innenwandfläche so herausragt, dass er an einer Seite der ersten Außenwandfläche mit einem Endabschnitt der vierten Außenwandfläche des Permanentmagneten in Kontakt steht, und wobei die radial innenseitige Flussbarriere mit dem Verbindungskanal und dem Auslasskanal in Verbindung steht.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Permanentmagnet mit der ersten Endplatte in Kontakt steht.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der der Permanentmagnet an beiden Endabschnitten davon in axialer Richtung von der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte gehalten wird, und so in der Magnetaufnahmeöffnung aufgenommen ist.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Permanentmagnet aus Magnetblöcken gebildet ist, die in axialer Richtung angeordnet sind, während sie miteinander in Kontakt stehen, und die mit der ersten Endplatte in Kontakt stehen und von der zweiten Endplatte beabstandet sind.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der ein Paar von Magnetaufnahmeöffnungen in einer V-förmigen Anordnung angeordnet sind, in der die Längsrichtung der ersten Innenwandflächen in Umfangsrichtung in Bezug auf eine radiale Richtung zu gegenüberliegenden Seiten geneigt ist, so dass der Abstand zwischen den ersten Innenwandflächen in Umfangsrichtung graduell in Richtung einer radial äußeren Seite zunimmt, und Paare der Magnetaufnahmeöffnungen in gleichen Winkelabständen in Umfangsrichtung angeordnet sind, und wobei ein Pol durch die Permanentmagnete gebildet ist, die in dem Paar von Permanentmagnetöffnungen untergebracht sind.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welcher der Rotorkern aus in axialer Richtung laminierten Magnetplatten eines Typs gebildet ist.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der die erste Innenwandfläche einen Vorsprung aufweist, der in Kontakt mit dem Permanentmagneten steht.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 13, bei welcher der Rotorkern aus von in axialer Richtung laminierten Magnetplatten einer Vielzahl von Typen gebildet ist.