JP2012165620A - 回転機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータが高温下において高速回転している状況においても、冷媒の漏れを防止しつつ効率的な冷却を行うことができる回転機を提供する。
【解決手段】モータ１は、回転軸１０の周りで回転可能に構成されたロータ２０と、ロータ２０の周囲に設けられたステータ３０と、ロータ２０に形成された冷却用流路（例えば、フラックスバリアとしても用いられる流路）に介挿され、両端部５０ａ，５０ｂが、回転軸１０の連通流路１２ａ，１２ｂに対して溶接され、ロウ付けされ、或いは冷やしばめ等によって嵌合されることにより、回転軸１０の内部に形成された冷媒流路１１ａ，１１ｂに結合される冷却配管５０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電機や電動機等の回転機に関する。

周知の通り、発電機や電動機等の回転機は、ステータ（固定子）とロータ（回転子）とを備えており、ロータの回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、或いは電気エネルギーをロータの回転運動エネルギーに変換する機器である。ハイブリッド車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）や電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）等の車両に設けられる電動機は、車両を走行させる動力を発生する動力発生源として用いられるばかりでなく、回生ブレーキとしても用いられる。

上述したハイブリッド車や電気自動車等の車両に設けられる回転機は、車載スペースを低減するために小型であり、また、走行性能を向上させるために高出力であることが要求される。このように出力密度が高まると回転機の発熱量が多くなるため、回転機を効率良く冷却する冷却技術が重要になる。ここで、回転機の発熱は、その多くがステータに設けられたコイルの発熱とロータに設けられた永久磁石の発熱であるが、これらの発熱は冷却しにくいため、コイル及び永久磁石を効率的に冷却する様々な技術が提案されている。

以下の特許文献１，２には、ロータに形成されるフラックスバリア（ロータ内部での磁束の回り込みを防止してステータと鎖交する磁束を増やすもの）に冷媒を供給して永久磁石を冷却する冷却技術が開示されている。具体的に、以下の特許文献１では、永久磁石の移動を規制するためにフラックスバリア内に介挿された三角環状の固定部材内に冷媒を供給して永久磁石を冷却している。また、以下の特許文献２では、冷媒の漏れを防止するために樹脂材によって内壁が被覆されたフラックスバリアに冷媒を供給して永久磁石を冷却している。尚、ロータや永久磁石の冷却に関するものではないが、以下の特許文献３には、ステータに形成された複数の貫通穴に介挿されて拡径された円環状の冷却管内に冷媒を供給してステータを冷却する技術が開示されている。

特開２００９−２３２５５７号公報 特開２００９−３０３２９３号公報 特開２００７−７４８５３号公報

ところで、回転機に設けられるロータやステータの多くは、厚みが１ｍｍに満たない電磁鋼板を接着剤で積層することによって形成されている。回転機の発熱量が増大して回転機内部が高温になるとロータやステータを構成する電磁鋼板を接着している接着剤の接着強度が低下する。また、ロータが高速回転している間は、ロータの遠心力によってロータ内に供給された冷媒には径方向の力が作用する。

このため、発熱により回転機内部の温度が上昇し、且つ、ロータが高速回転している状況下においては、電磁鋼板の接着強度が低下してロータに供給された冷媒が電磁鋼板の隙間を介してロータの外周面から漏れる虞が考えられる。ステータとロータとの間の隙間（エアギャップ）は、出力を高めるために極めて微小にされており、ロータの外周面から漏れた冷媒がエアギャップに侵入すると、機械損失が増大して回転機の性能が低下してしまう問題が生ずる。

ここで、前述した特許文献２に開示された技術を用いてフラックスバリアの内壁を樹脂材によって被覆してしまえば、接着剤による電磁鋼板の接着強度が低下したとしても冷媒の漏れを防止することができるとも考えられる。しかしながら、樹脂材は熱抵抗が大きいため、前述の特許文献２に示された通りにフラックスバリアの内壁を樹脂材によって被覆してしまうと冷却効率が低下するという問題が生ずる。

また、ロータに設けられる永久磁石は出力を高めるためにロータの外周面に近接させて配設される傾向があり、これに伴ってフラックスバリアもロータの外周面に近接させて形成される。永久磁石を冷却するための冷媒は、ロータ（ロータコア）の両端部に設けられるエンドリングとロータコアとの間に設けられる流路を介してフラックスバリアに供給されることが多いが、永久磁石やフラックスバリアがロータの外周面に近接させて配置されていると、ロータコアとエンドリングとの間からの冷媒の漏れを防止するためのシールが困難になるという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ロータが高温下において高速回転している状況においても、冷媒の漏れを防止しつつ効率的な冷却を行うことができる回転機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の回転機は、回転軸（１０）の周りで回転可能に構成されたロータ（２０）と、該ロータの周囲に設けられたステータ（３０）とを備える回転機（１〜５）において、前記ロータに形成された冷却用流路（ＦＢ）に介挿され、両端部（５０ａ、５０ｂ）が、前記回転軸の内部に形成された冷媒流路（１１ａ、１１ｂ）、或いは、前記回転軸の軸方向における前記ロータの少なくとも一側部に設けられるエンドリング（２４〜２６）の内部に形成されて前記回転軸の冷媒流路に連通する冷媒流路（２４ａ，２４ｂ、２５ａ、Ｑ２）に結合される冷却配管（５０、５１）を備えることを特徴としている。
また、本発明の回転機は、前記冷却配管の両端部が、前記回転軸又は前記エンドリングの内部に形成された冷媒流路に対し、溶接、ロウ付け、或いは冷やしばめにより結合されることを特徴としている。
また、本発明の回転機は、前記冷却配管が、外周が前記冷却用流路の内壁に密着した状態で前記冷却用流路に介挿されていることを特徴としている。
また、本発明の回転機は、前記ロータに形成された冷却用流路が、前記ロータに設けられる永久磁石（２２）に対するフラックスバリアを兼ねることを特徴としている。
また、本発明の回転機は、前記回転軸の内部に形成された冷媒流路は、前記冷却用流路に供給すべき冷媒が導かれる第１冷媒流路（１１ａ）と、前記冷却用流路を介した冷媒が導かれる第２冷媒流路（１１ｂ）とからなることを特徴としている。
ここで、本発明の回転機は、前記冷却配管が、折曲げられた状態で前記ロータに形成された全ての冷却用流路に介挿され、一端部が前記回転軸の第１冷媒流路に結合するとともに他端部が前記回転軸の第２冷媒流路に結合する１本の配管であることを特徴としている。
或いは、本発明の回転機は、前記ロータの一側部に設けられるエンドリング（２４）が、前記回転軸に形成された第１，第２冷媒流路にそれぞれ連通する第１，第２冷媒流路（２４ａ、２４ｂ）が形成されたものであり、前記冷却配管が、前記ロータに形成された一対の冷却用流路を単位として前記ロータの他側部側から介挿され、一端部が前記エンドリングの第１冷媒流路に結合するとともに他端部が前記エンドリングの第２冷媒流路に結合するＵ字形状の配管であることを特徴としている。
或いは、本発明の回転機は、前記ロータの一側部に設けられる第１エンドリング（２５）が、前記回転軸の第１冷媒流路に連通する第１冷媒流路（２５ａ）が形成されたものであり、前記ロータの他側部に設けられる第２エンドリング（２５）が、前記回転軸の第２冷媒流路に連通する第２冷媒流路（２５ａ）が形成されたものであり、前記冷却配管が、前記ロータに形成された冷却用流路毎に介挿され、一端部が前記第１エンドリングの第１冷媒流路に結合するとともに他端部が前記第２エンドリングの第２冷媒流路に結合する直線状の配管であることを特徴としている。
或いは、本発明の回転機は、前記第１，第２エンドリング（２６）が、前記ロータの前記冷却用流路に介挿された冷却配管の端部が結合される穴部（Ｈ）が形成された内側エンドリング（２６ａ）と、前記内側エンドリングに当接することにより、前記穴部に結合された前記冷却配管端部と前記回転軸に形成された冷媒流路とに連通する冷媒流路（Ｑ２）が形成される外側エンドリング（２６ｂ）とからなることを特徴としている。

本発明によれば、ロータに形成された冷却用流路に冷却配管を介挿し、この冷却配管の両端部を、回転軸の内部に形成された冷媒流路に結合し、或いは、回転軸の軸方向におけるロータの少なくとも一側部に設けられるエンドリングの内部に形成されて回転軸の冷媒流路に連通する冷媒流路に結合しているため、ロータが高温下において高速回転している状況においても、冷媒の漏れを防止しつつ効率的な冷却を行うことができるという効果がある。

本発明の第１実施形態による回転機としてのモータの構成を示す側断面図である。 図１中のＡ−Ａ線に沿う回転軸１０及びロータ２０の断面矢視図並びにフラックスバリアの拡大図である。 本発明の第２実施形態による回転機としてのモータの構成を示す側断面図である。 本発明の第３実施形態による回転機としてのモータの構成を示す側断面図である。 図４中のＢ−Ｂ線に沿う断面矢視図である。 本発明の第３実施形態で使用可能な冷却配管を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態による回転機としてのモータの構成を示す側断面図である。 本発明の第５実施形態による回転機としてのモータの構成を示す側断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による回転機について詳細に説明する。尚、以下の実施形態では、回転機が、外部から供給される電流（例えば、三相交流電流）により回転駆動されるモータ（電動機）である場合を例に挙げて説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による回転機としてのモータの構成を示す側断面図である。図１に示す通り、モータ１は、回転軸１０、ロータ２０（回転子）、ステータ３０（固定子）、及びハウジング４０を備えており、外部から供給される電流によってロータ２０とステータ３０との間に電磁力が作用してロータ２０が回転することにより回転軸１０が回転駆動される。尚、以下では、回転軸１０が延びている図１中の左右方向を「軸方向」という。

回転軸１０は、ロータ２０の回転駆動力を外部に伝達するための軸部材である。この回転軸１０は、ロータ２０に挿通されて固定されているとともに、左端部がハウジング４０から左方向に突出し、右端部がハウジング４０から右方向に突出した状態でハウジング４０に設置された軸受Ｂ１，Ｂ２によって回転自在に支持される。このため、回転軸１０及びロータ２０は、回転軸１０の回転軸線の周りで一体的に回転する。尚、軸受Ｂ１，Ｂ２としては、例えばアンギュラ玉軸受等の転がり軸受を用いることができる。

この回転軸１０の内部には、その中心軸に沿って右端部からロータ２０の右側部付近まで延びる冷媒流路１１ａ（第１冷媒流路）と、左端部からロータ２０の左側部付近まで延びる冷媒流路１１ｂ（第２冷媒流路）とが形成されている。また、冷媒流路１１ａ，１１ｂに連通して放射状に延びる複数（例えば、８個）の連通流路１２ａ，１２ｂがそれぞれ形成されている。冷媒流路１１ａ及び連通流路１２ａは、ロータ２０に供給すべき冷媒（例えば、冷却用オイル）が導かれる流路であり、冷媒流路１１ｂ及び連通流路１２ｂは、ロータ２０を介した冷媒が導かれる流路である。

ロータ２０は、ロータコア２１、永久磁石２２（図１では図示省略、図２参照）、及びエンドリング２３を備えており、回転軸１０に取り付けられて回転軸１０の周りで回転可能に構成されている。図２は、図１中のＡ−Ａ線に沿う回転軸１０及びロータ２０の断面矢視図並びにフラックスバリアの拡大図である。尚、図２においては、複雑化を避けるため、４個の永久磁石２２を備えるロータ２０を図示しているが、永久磁石２２の数は任意に設定することができる。

図１，図２に示す通り、ロータコア２１は、磁性体からなる板材としての電磁鋼板を接着剤で複数積層して構成され、上述した回転軸１０が挿通される円環形状の部材である。このロータコア２１の外周面に近接して、永久磁石２２が介挿されるとともに、その両側の端部Ｅ１がフラックスバリアＦＢとされている挿通孔２１ａが複数形成されている。尚、ロータコア２１に形成される挿通孔２１ａの数は、ロータ２０に設けられる永久磁石２２の数と同じである。

ここで、フラックスバリアＦＢとされた挿通孔２１ａの両側の端部Ｅ１は、永久磁石２２を冷却するための冷媒が供給される冷却用流路としても用いられる。具体的に、フラックスバリアＦＢの各々には、例えば銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）等の非磁性体であって高い熱伝導性及び延性を有する材質で形成された薄肉の円環状の冷却配管５０が介挿されており、この冷却配管５０の内部に冷媒が供給される。この冷却配管５０は、冷却効率を高めるために、拡径されて挿通孔２１ａの内壁及び永久磁石２２に密着した状態で挿通孔２１ａに介挿されている。尚、ロータコア２１をなす電磁鋼板間が導通することによって発生する渦電流を低減するために、冷却配管５０の外周面には、ワニス等の絶縁材が塗布されていることが望ましい。

挿通孔２１ａに介挿された冷却配管５０は、ロータコア２０の左右両側において回転軸１０側に９０度だけ曲げられてＵ字形状とされており、その端部５０ａが回転軸１０に形成された冷媒流路１１ａに結合され、その端部５０ｂが回転軸１０に形成された冷媒流路１１ｂに結合されている。具体的に、冷却配管５０の端部５０ａ，５０ｂは、連通流路１２ａ，１２ｂに対して溶接され、ロウ付けされ、或いは冷やしばめ等によって嵌合されることにより、冷媒流路１１ａ，１１ｂにそれぞれ結合されている。このように、フラックスバリアＦＢに冷却配管５０を介挿して、その端部５０ａ，５０ｂを回転軸１０の冷媒流路１１ａ，１１ｂにそれぞれ結合させるのは、ロータ２０が高温下において高速回転している状況においても、冷媒の漏れを防止しつつ効率的な冷却を実現するためである。

永久磁石２２は、例えば軸方向に延びる直方体形状の磁石であり、ロータコア２１に形成された挿通孔２１ａに介挿されることにより、ロータコア２１の外周面に沿って一定の間隔をもって複数配列されている。これにより、ロータコア２１の外周面に沿って交番磁界が形成される。エンドリング２３は、ロータコア２１の軸方向（電磁鋼板の積層方向）両側部に設けられ、ロータコア２１を軸方向に挟持する円環形状の部材である。このエンドリング２３には、ロータコア２１に形成されたフラックスバリアＦＢに対応する位置に、冷却配管５０が介挿される複数（例えば、８個）の穴部が形成されている。

ステータ３０は、ステータコア３１及びコイル３２を備えており、回転軸１０の回転方向に沿ってロータ２０の周囲を取り囲むようにハウジング４０の一部をなす胴体部材４１の内周面に固定されて、外部からコイル３２に供給される電流に応じてロータ２０の外周方向に沿う回転磁界を形成する。ステータコア３１は、上述したロータ２０のロータコア２１と同様に、磁性体からなる板材としての電磁鋼板を複数積層して構成される円環形状の部材であり、その内周側にはロータ２０が配設される。このステータコア３１は、その内周面とロータ２０の外周面との間に予め設定された大きさの環状の間隙（エアギャップＧ）が形成されるように、その内径が設定されている。

コイル３２は、ステータコア３１に形成されたスロット（図示省略）に介挿されており、外部から供給される電流に応じた磁極を形成する。ここで、コイル３２は、三相交流のうち、Ｕ相の電流が供給される第１コイル、Ｖ相の電流が供給される第２コイル、及びＷ相の電流が供給される第３コイルからなり、これら第１〜第３コイルが、ステータコア３１の周方向に順次配列されている。このため、コイル３２に三相交流が供給されると、ステータコア３１の内周面に沿って回転磁界が形成される。尚、コイル３２は、図１に示す通り、ステータコア３１に対してコイルエンド部がステータコア３１の両端部から突出する状態に取り付けられる。

ハウジング４０は、胴体部材４１、右側壁部材４２、及び左側壁部材４３からなり、その内部に回転軸１０の一部、ロータ２０、及びステータ３０を収容するとともに、モータ１の外形を成す。胴体部材４１は、鉄合金等によって形成されており、軸方向両端が開口している円筒形状の部材である。この胴体部材４１の内周面には、上述したステータ３０が固定されている。右側壁部材４２は、その中心部に軸受Ｂ１の取り付け孔が形成された円板形状の部材であり、胴体部材４１の右端部に取り付けられる。左側壁部材４３は、その中心部に軸受Ｂ２の取り付け孔が形成された円板形状の部材であり、胴体部材４１の左端部に取り付けられる。

次に、上記構成におけるモータ１の動作について簡単に説明する。外部からの三相交流がモータ１に供給されると、三相交流の各相の電流がステータ３０に設けられたコイル３２（第１〜第３コイル）に流れ、供給される電流に応じてロータ２０の回転方向に沿って回転磁界が形成される。すると、外周に沿って交番磁界が形成されたロータコア２１がこの回転磁界と相互作用し、吸引力及び反発力が生ずることによりロータ２０が回転し、これにより回転軸１０がロータ２０と一体に回転して回転軸１０の回転駆動力が外部に伝達される。

また、モータ１の駆動時には、不図示のポンプ等によって冷媒が回転軸１０に形成された冷媒流路１１ａに供給される。冷媒流路１１ａに供給された冷媒は、回転軸１０に形成された連通流路１２ａを介して冷却配管５０に導かれてロータ２０を冷却する。ここで、冷却配管５０は、銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）等の高い熱伝導性を有する材質で形成されており、ロータコア２１に形成された挿通孔２１ａの内壁及び永久磁石２２に密着した状態で挿通孔２１ａに介挿されているため、ロータコア２１及び永久磁石２２を効率的に冷却することができる。冷却配管５０を介して冷媒は、回転軸１０に形成された連通流路１２ｂを介して回転軸１０に形成された連通流路１２ｂに導かれて外部に排出される。

以上の通り、本実施形態では、冷却用流路としても用いられるフラックスバリアＦＢに冷却配管５０を介挿するとともに、冷却配管５０の端部５０ａ，５０ｂを回転軸１０の冷媒流路１１ａ，１１ｂにそれぞれ結合させることにより、ロータ２０を冷却するための冷媒を、回転軸１０の冷媒流路１１ａから冷却配管５０を介して回転軸１０の冷媒流路１１ｂに導くようにしている。このため、モータ１の温度上昇によってロータコア２１を構成する電磁鋼板を接着している接着剤の接着強度が低下した状況下においてロータ２０が高速回転をしたとしても、ロータ２０に供給される冷媒の漏れを防止することができる。

また、本実施形態では、銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）等の高い熱伝導性を有する材質で形成された冷却配管５０を用い、しかも、拡径してロータコア２１に形成された挿通孔２１ａの内壁及び永久磁石２２に冷却配管５０を密着させている。このため、フラックスバリアの内壁を樹脂材によって被覆した場合に比べて冷却効率を高くすることができる。更に、本実施形態では、回転軸１０の連通流路１２ａ，１２ｂに対し、冷却配管５０の端部５０ａ，５０ｂを溶接し、ロウ付けし、或いは冷やしばめ等によって嵌合することによって、冷却配管５０の両端部を回転軸１０の冷媒流路１１ａ，１１ｂにそれぞれ結合させているため、ロータコア２１とエンドリング２３との間からの冷媒の漏れを防止するためのシールを省略することができる。

〔第２実施形態〕
図３は、本発明の第２実施形態による回転機としてのモータの構成を示す側断面図である。尚、図３では、簡略化のために、ステータ３０及びハウジング４０の図示を省略し、回転軸１０及びロータ２０等のみを図示している。これは、以下で述べる第３〜５実施形態でも同様である。図３に示すモータ２と図１に示すモータ１とは、回転軸１０に形成される連通流路１２ａ，１２ｂ及び冷却配管５０の数が相違する。

つまり、図１に示すモータ１は、冷媒流路１１ａ，１１ｂに連通して放射状に延びる連通流路１２ａ，１２ｂが回転軸１０にそれぞれ複数（例えば、８個）形成されており、端部５０ａ，５０ｂが連通流路１２ａ，１２ｂに溶接等される冷却配管５０が複数（例えば、８個）用いられていた。これに対し、図３に示すモータ２は、冷媒流路１１ａ，１１ｂに連通して放射状に延びる連通流路１２ａ，１２ｂが回転軸１０にそれぞれ１つずつ形成されており、端部５０ａ，５０ｂがその連通流路１２ａ，１２ｂに溶接等される１本の冷却配管５０のみが用いられている。

本実施形態で用いられる冷却配管５０は、ロータコア２１の軸方向の長さをＷとし、エンドリング２３の厚みをＴとし、ロータコア２１に形成されたフラックスバリアＦＢの数をＮとすると、長さが以下の（１）式で示される長さＬよりも長く設定されている。
Ｌ＝（Ｗ＋２Ｔ）×Ｎ …（１）
以上の長さに設定された冷却配管５０は、ロータコア２１の右側部及び左側部の各々においてＵ字形状に折り曲げられつつロータコア２１に形成されたフラックスバリアＦＢに順次介挿されることによって、フラックスバリアＦＢの全てに介挿されている。そして、冷却配管５０の端部５０ａ，５０ｂが、連通流路１２ａ，１２ｂに対して溶接され、ロウ付けされ、或いは冷やしばめ等によって嵌合されることにより、冷媒流路１１ａ，１１ｂにそれぞれ結合されている。

尚、本実施形態で用いられる冷却配管５０の材質や断面形状は、第１実施形態で用いられるものと同じである。また、本実施形態で用いられる冷却配管５０も、冷却効率を高めるために、拡径されて挿通孔２１ａの内壁及び永久磁石２２に密着した状態で挿通孔２１ａに介挿されている。更に、本実施形態においても、渦電流の発生を低減するために、冷却配管５０の外周面には、ワニス等の絶縁材が塗布されていることが望ましい。

以上の通り、本実施形態のモータ２は、冷却用流路としても用いられるフラックスバリアＦＢに冷却配管５０が介挿されて冷却配管５０の端部５０ａ，５０ｂが回転軸１０の冷媒流路１１ａ，１１ｂにそれぞれ結合されている点においては、図１に示すモータ１と同じである。このため、本実施形態においても、ロータ２０を冷却するための冷媒は、回転軸１０の冷媒流路１１ａから冷却配管５０を介して回転軸１０の冷媒流路１１ｂに導かれるため、ロータ２０に供給される冷媒の漏れを防止しつつ効率的に冷却することができる。

ここで、図１に示すモータ１においては、複数用いられる冷却配管５０の全ての端部５０ａ，５０ｂを連通流路１２ａ，１２ｂに対して溶接し、ロウ付けし、或いは冷やしばめ等によって嵌合する必要があった。これに対し、図３に示すモータ２は、１本の冷却配管５０の端部５０ａ，５０ｂだけを連通流路１２ａ，１２ｂに対して溶接し、ロウ付けし、或いは冷やしばめ等によって嵌合すれば良い。このため、本実施形態では、第１実施形態に比べて、冷却配管５０を曲げる工数は多くなるものの、溶接等の工数を低減することができる。また、本実施形態では、冷媒がロータ２０内を軸方向に往復することになるので、冷媒が軸方向に沿って一方向に供給される場合に比べて温度勾配を少なくすることができる。

〔第３実施形態〕
図４は、本発明の第３実施形態による回転機としてのモータの構成を示す側断面図である。図４に示すモータ３と図１に示すモータ１とは、回転軸１０に形成される冷媒流路１１ａ，１１ｂ及び連通流路１２ａ，１２ｂの構造、冷却配管５０の数、及びロータコア２１の左側部のエンドリング２３に代えてエンドリング２４が設けられている点が相違する。

図５は、図４中のＢ−Ｂ線に沿う断面矢視図であって、（ａ）は回転軸１０とエンドリング２４とが組み合わされた状態を示す断面矢視図であり、（ｂ）は回転軸１０のみを示す断面矢視図であり、（ｃ）はエンドリング２４のみを示す断面矢視図である。図４，図５に示す通り、モータ３に設けられる回転軸１０には、その中心軸に沿って左端部からロータ２０の左側部付近まで延びる冷媒流路１１ａと、左端部からロータ２０の左側部付近まで冷媒流路１１ａに対して平行に延びる複数の冷媒流路１１ｂとが形成されている。

また、図５（ｂ）に示す通り、回転軸１０には、冷媒流路１１ａに連通して放射状に延びる複数（例えば、４個）の連通流路１２ａと、冷媒流路１１ｂの各々に連通して放射状に延びる複数（例えば、４個）の連通流路１２ｂとが形成されている。尚、冷媒流路１１ａ及び連通流路１２ａは、ロータ２０に供給すべき冷媒が導かれる流路であり、冷媒流路１１ｂ及び連通流路１２ｂは、ロータ２０を介した冷媒が導かれる流路である。

エンドリング２４は、ロータ２０の右側部に設けられたエンドリング２３とともにロータコア２１を軸方向に挟持する円環形状の部材であるが、その内部に冷媒流路が形成されている点がエンドリング２３とは相違する。このエンドリング２４は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）等で形成される。図５（ａ），（ｃ）に示す通り、エンドリング２４の内部には、ロータ２０に供給すべき冷媒が導かれる複数（例えば、４個）の冷媒流路２４ａと、ロータ２０を介した冷媒が導かれる複数（例えば、４個）の冷媒流路２４ｂとが形成されている。これら冷媒流路２４ａ，２４ｂは何れも、エンドリング２４の内周部から外周部付近まで放射状に延びて、外周部付近で９０度に折れ曲がるＬ字形状の流路である。

図５（ａ）に示す通り、エンドリング２４は、冷媒流路２４ａの各々が回転軸１０に形成された連通流路１２ａの各々に連通し、且つ、冷媒流路２４ｂの各々が回転軸１０に形成された連通流路１２ｂの各々に連通するように回転軸１０に取り付けられる。これにより、エンドリング２４に形成された冷媒流路２４ａは、連通流路１２ａを介して回転軸１０に形成された冷媒流路１１ａに連通し、エンドリング２４に形成された冷媒流路２４ｂは、連通流路１２ｂを介して回転軸１０に形成された冷媒流路１１ｂに連通する。

また、本実施形態で用いられる冷却配管５０は、第１実施形態で用いられるものの半数である。具体的に、本実施形態で用いられる冷却配管５０は、ロータコア２１に形成されたフラックスバリアＦＢのうち、一対（２つ）を単位として介挿されるＵ字形状の配管である。この冷却配管５０は、ロータコア２１の右側部側からフラックスバリアＦＢに介挿され、一方の端部５０ａがエンドリング２４に形成された冷媒流路２４ａに結合され、他方の端部５０ｂがエンドリング２４に形成された冷媒流路２４ｂに結合される。具体的に、冷却配管５０の端部５０ａ，５０ｂは、冷媒流路２４ａ，２４ｂに対して冷やしばめ等によって嵌合されることによりそれぞれ結合されている。

尚、本実施形態で用いられる冷却配管５０の材質や断面形状は、第１実施形態で用いられるものと同じである。また、本実施形態で用いられる冷却配管５０も、冷却効率を高めるために、拡径されて挿通孔２１ａの内壁及び永久磁石２２に密着した状態で挿通孔２１ａに介挿されている。更に、本実施形態においても、渦電流の発生を低減するために、冷却配管５０の外周面には、ワニス等の絶縁材が塗布されていることが望ましい。

以上の通り、本実施形態では、冷却用流路としても用いられるフラックスバリアＦＢに介挿される冷却配管５０の端部５０ａ，５０ｂが、エンドリング２４の内部に形成されていて回転軸１０の冷媒流路１１ａ，１１ｂに連通する冷媒流路２４ａ，２４ｂにそれぞれ結合されている。このため、本実施形態において、ロータ２０を冷却するための冷媒は、回転軸１０の冷媒流路１１ａからエンドリング２４の冷媒流路２４ａを介して冷却配管５０に導かれるとともに、エンドリング２４の冷媒流路２４ｂを介して回転軸１０の冷媒流路１１ｂに導かれるため、ロータ２０に供給される冷媒の漏れを防止しつつ効率的に冷却することができる。

ここで、図１に示すモータ１においては、複数用いられる冷却配管５０の全ての端部５０ａ，５０ｂを連通流路１２ａ，１２ｂに対して溶接し、ロウ付けし、或いは冷やしばめによって嵌合する必要があり、図３に示すモータ２においては、１本の冷却配管５０を複数回に亘って折曲げる必要があった。これに対し、図４に示すモータ３は、一対のフラックスバリアＦＢを単位として冷却配管５０が設けられるため、冷却配管５０を曲げる工数と溶接等の工数との双方を低減することができる。

尚、本実施形態において、１つの永久磁石２２の両端部に位置する一対のフラックスバリアＦＢを単位として冷却配管５０を介挿すれば、永久磁石２２の右端部が冷却配管５０によって抑えられる状態になるため、ロータ２０の右側部に配置されたエンドリング２３を省略することも可能である。但し、本実施形態で用いられる冷却配管５０は薄肉の配管をＵ字形状にしたものであるため強度が不足する場合が考えられる。かかる場合には、図６に示す冷却配管５１を用いることができる。

図６は、本発明の第３実施形態で使用可能な冷却配管を示す斜視図である。図６に示す冷却配管５１は、２つの配管部材５１ａと１つの押さえ部材５１ｂとからなる。配管部材５１ａは、冷却配管５０と同様に、銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）等の非磁性体であって高い熱伝導性及び延性を有する材質で形成された薄肉の円環状の部材である。押さえ部材５１ｂは、銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）等で形成されており、その内部にＵ形状の流路Ｒが形成されている。２つの配管部材５１ａは、押さえ部材５１ｂの内部に形成された流路Ｒと連通するように溶接やロウ付け等によって押さえ部材５１ｂに固着されている。

以上の冷却配管５１を、その２つの配管部材５１ａが永久磁石２２の両端部にそれぞれ配置されるようフラックスバリアＦＢに介挿し、冷やしばめ等によって端部５０ａ，５０ｂを冷媒流路２４ａ，２４ｂに対して嵌合させて結合させれば、永久磁石２２の右端部が冷却配管５１の押さえ部材５１ｂに当接して押さえられる状態になる。図６に示す冷却配管５１は、冷却配管５０よりも強度が高いため、エンドリング２３を省略しても、永久磁石２２を良好に固定することができる。

〔第４実施形態〕
図７は、本発明の第４実施形態による回転機としてのモータの構成を示す側断面図である。図７に示すモータ４と図１に示すモータ１とは、回転軸１０における連通流路１２ａ，１２ｂの形成位置、冷却配管５０の形状、及びロータコア２１の軸方向両側部に設けられたエンドリング２３に代えてエンドリング２５（第１，第２エンドリング）が設けられている点が相違する。

図７に示す通り、本実施形態において、回転軸１０には、ロータコア２１の右側部におけるエンドリング２５が配置される位置に連通流路１２ａが形成されており、ロータコア２１の左側部におけるエンドリング２５が配置される位置に連通流路１２ｂが形成されている。尚、冷媒流路１１ａ，１１ｂ及び連通流路１２ａ，１２ｂの構造自体は図１に示すものと同じである。

エンドリング２５は、図５（ｂ）に示すエンドリング２４と同様に、例えばアルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）等で形成された円環形状の部材であり、その内部にはエンドリング２４に形成された冷媒流路２４ａ，２４ｂと同様のＬ字形状の冷媒流路２５ａ（第１，第２冷媒流路）が複数（例えば、８個）の形成されている。ここで、図５（ｂ）に示すエンドリング２４に形成された冷媒流路２４ａはロータ２０に供給すべき冷媒が導かれる流路であり、冷媒流路２４ｂはロータ２０を介した冷媒が導かれる流路であったが、エンドリング２５に形成された全ての流路はそれらの何れかの流路である。

ロータコア２１の右側部に配置されるエンドリング２５は、冷媒流路２５ａの各々が回転軸１０に形成された連通流路１２ａの各々に連通するように取り付けられる。これにより、そのエンドリング２５に形成された冷媒流路２５ａは、連通流路１２ａを介して回転軸１０に形成された冷媒流路１１ａに連通するため、冷媒流路２５ａにはロータ２０に供給すべき冷媒が導かれる。これに対し、ロータコア２１の左側部に配置されるエンドリング２５は、冷媒流路２５ａの各々が回転軸１０に形成された連通流路１２ｂの各々に連通するように取り付けられる。これにより、そのエンドリング２５に形成された冷媒流路２５ａは、連通流路１２ｂを介して回転軸１０に形成された冷媒流路１１ｂに連通するため、冷媒流路２５ａにはロータ２０を介した冷媒が導かれる。

また、本実施形態で用いられる冷却配管５０は、ロータコア２１に形成されたフラックスバリアＦＢの各々に介挿される直線形状の配管であり、第１実施形態と同数だけ用いられる。フラックスバリアＦＢの各々に介挿された冷却配管５０は、ロータコア２１の右側部に配置されるエンドリング２５の冷媒流路２５ａに一方の端部５０ａが結合され、ロータコア２１の左側部に配置されるエンドリング２５の冷媒流路２５ａに他方の端部５０ｂが結合される。具体的に、冷却配管５０の端部５０ａ，５０ｂは、冷媒流路２５ａに対して冷やしばめ等によって嵌合されることによりそれぞれ結合されている。

尚、本実施形態で用いられる冷却配管５０の材質や断面形状は、第１実施形態で用いられるものと同じである。また、本実施形態で用いられる冷却配管５０も、冷却効率を高めるために、拡径されて挿通孔２１ａの内壁及び永久磁石２２に密着した状態で挿通孔２１ａに介挿されている。更に、本実施形態においても、渦電流の発生を低減するために、冷却配管５０の外周面には、ワニス等の絶縁材が塗布されていることが望ましい。

以上の通り、本実施形態では、冷却用流路としても用いられるフラックスバリアＦＢの各々に冷却配管５０が介挿されており、これら冷却配管５０の一方の端部５０ａが回転軸１０の冷媒流路１１ａに連通する右側のエンドリング２５の冷媒流路２５ａに結合され、他方の端部５０ｂが回転軸１０の冷媒流路１１ｂに連通する左側のエンドリング２５の冷媒流路２５ａに結合されている。このため、本実施形態において、ロータ２０を冷却するための冷媒は、回転軸１０の冷媒流路１１ａから右側のエンドリング２５の冷媒流路２５ａを介して冷却配管５０に導かれるとともに、左側のエンドリング２５の冷媒流路２５ａを介して回転軸１０の冷媒流路１１ｂに導かれるため、ロータ２０に供給される冷媒の漏れを防止しつつ効率的に冷却することができる。

〔第５実施形態〕
図８は、本発明の第５実施形態による回転機としてのモータの構成を示す側断面図である。図８に示すモータ５は、図７に示すモータ４が備えるロータコア２１の軸方向両側部に設けられたエンドリング２５に代えてエンドリング２６（第１，第２エンドリング）を設けた構成である。このエンドリング２６は、内側エンドリング２６ａ及び外側エンドリング２６ｂからなる。

内側エンドリング２６ａは、中央部に回転軸１０が介挿される穴部が形成されているとともに、その穴部の周囲に冷却配管５０の端部５０ａ又は端部５０ｂが結合される複数（例えば、８個）の穴部Ｈが形成された円形皿状の部材である。この内側エンドリング２６ａは、その凹部をロータコア２１に向けた状態でロータコア２１の右側部及び左側部にそれぞれ配置される。内側エンドリング２６ａがロータコア２１に当接することによってロータコア２１の両側部には冷却配管５０の一部が収容される収容部Ｑ１が形成される。

外側エンドリング２６ｂは、中央部に回転軸１０が介挿される穴部が形成された円形皿状の部材である。この外側エンドリング２６ｂは、その凹部を内側エンドリング２６ａに向けた状態でロータコア２１の右側部及び左側部にそれぞれ配置される。外側エンドリング２６ｂが内側エンドリング２６ａに当接することによって冷媒流路Ｑ２が形成される。尚、内側エンドリング２６ａと外側エンドリング２６ｂとが当接する部分には、これらの間からの冷媒の漏れを防止するためのシールＳが設けられている。このように、内側エンドリング２６ａと外側エンドリング２６ｂとが当接する部分にシールＳを設けることによって、永久磁石２２やフラックスバリアＦＢがロータコア２１の外周面に近接していてもシールが困難になることはない。

ロータコア２１の右側に配置される内側エンドリング２６ａと外側エンドリング２６ｂとによって形成される冷媒流路Ｑ２は、内側エンドリング２６ａの穴部Ｈに結合される冷却配管５０の端部５０ａと回転軸１０の連通流路１２ａ（冷媒流路１１ａ）とに連通する。これに対し、ロータコア２１の左側に配置される内側エンドリング２６ａと外側エンドリング２６ｂとによって形成される冷媒流路Ｑ２は、内側エンドリング２６ａの穴部Ｈに結合される冷却配管５０の端部５０ｂと回転軸１０の連通流路１２ｂ（冷媒流路１１ｂ）とに連通する。

また、本実施形態で用いられる冷却配管５０は、ロータコア２１に形成されたフラックスバリアＦＢの各々に介挿されて収容部Ｑ１内において折曲げられる配管であり、第４実施形態と同数だけ用いられる。冷却配管５０の右側の端部５０ａは、ロータコア２１の右側部に配置された内側エンドリング２６ａに形成された穴部Ｈに結合され、左側の端部５０ｂは、ロータコア２１の左側部に配置された内側エンドリング２６ａに形成された穴部Ｈに結合される。具体的に、冷却配管５０の端部５０ａ，５０ｂは、内側エンドリング２６ａの穴部Ｈに対して溶接やロウ付け等によって結合されている。

尚、本実施形態で用いられる冷却配管５０の材質や断面形状は、第１実施形態で用いられるものと同じである。また、本実施形態で用いられる冷却配管５０も、冷却効率を高めるために、拡径されて挿通孔２１ａの内壁及び永久磁石２２に密着した状態で挿通孔２１ａに介挿されている。更に、本実施形態においても、渦電流の発生を低減するために、冷却配管５０の外周面には、ワニス等の絶縁材が塗布されていることが望ましい。

以上の通り、本実施形態では、冷却用流路としても用いられるフラックスバリアＦＢの各々に冷却配管５０が介挿されており、これら冷却配管５０の一方の端部５０ａが右側の内側エンドリング２６ａの穴部Ｈに結合され、他方の端部５０ｂが左側の内側エンドリング２６ａの穴部Ｈに結合されている。右側のエンドリング２６内に形成される冷媒流路Ｑ２は回転軸１０の冷媒流路１１ａに連通し、左側のエンドリング２６内に形成される冷媒流路Ｑ２は回転軸１０の冷媒流路１１ｂに連通する。このため、本実施形態において、ロータ２０を冷却するための冷媒は、回転軸１０の冷媒流路１１ａから右側のエンドリング２６内の冷媒流路Ｑ２を介して冷却配管５０に導かれるとともに、左側のエンドリング２６内の冷媒流路Ｑ２を介して回転軸１０の冷媒流路１１ｂに導かれるため、ロータ２０に供給される冷媒の漏れを防止しつつ効率的に冷却することができる。

以上、本発明の実施形態による回転機について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、フラックスバリアＦＢを冷却用流路としても用いる例について説明したが、本発明は、冷却用流路がフラックスバリアＦＢとは別に形成されている場合にも適用可能である。また、上記実施形態では、フラックスバリアＦＢに介挿される冷却配管５０の断面形状が円環状であるものを例に挙げて説明したが、フラックスバリアＦＢの形状に応じた断面形状を有する冷却配管５０を用いることもできる。更に、上記実施形態では、電動機の一種であるモータを例に挙げて説明したが、発電機にも本発明を適用することができる。

１〜５ モータ
１０ 回転軸
１１ａ，１１ｂ 冷媒流路
２０ ロータ
２２ 永久磁石
２３〜２６ エンドリング
２４ａ，２４ｂ 冷媒流路
２５ａ 冷媒流路
２６ａ 内側エンドリング
２６ｂ 外側エンドリング
３０ ステータ
５０ 冷却配管
５０ａ，５０ｂ 端部
５１ 冷却配管
ＦＢ フラックスバリア
Ｈ 穴部
Ｑ２ 冷媒流路

Claims (9)

1. 回転軸の周りで回転可能に構成されたロータと、該ロータの周囲に設けられたステータとを備える回転機において、
   前記ロータに形成された冷却用流路に介挿され、両端部が、前記回転軸の内部に形成された冷媒流路、或いは、前記回転軸の軸方向における前記ロータの少なくとも一側部に設けられるエンドリングの内部に形成されて前記回転軸の冷媒流路に連通する冷媒流路に結合される冷却配管を備えることを特徴とする回転機。
2. 前記冷却配管の両端部は、前記回転軸又は前記エンドリングの内部に形成された冷媒流路に対し、溶接、ロウ付け、或いは冷やしばめにより結合されることを特徴とする請求項１記載の回転機。
3. 前記冷却配管は、外周が前記冷却用流路の内壁に密着した状態で前記冷却用流路に介挿されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転機。
4. 前記ロータに形成された冷却用流路は、前記ロータに設けられる永久磁石に対するフラックスバリアを兼ねることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の回転機。
5. 前記回転軸の内部に形成された冷媒流路は、前記冷却用流路に供給すべき冷媒が導かれる第１冷媒流路と、
   前記冷却用流路を介した冷媒が導かれる第２冷媒流路と
   からなることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の回転機。
6. 前記冷却配管は、折曲げられた状態で前記ロータに形成された全ての冷却用流路に介挿され、一端部が前記回転軸の第１冷媒流路に結合するとともに他端部が前記回転軸の第２冷媒流路に結合する１本の配管であることを特徴とする請求項５記載の回転機。
7. 前記ロータの一側部に設けられるエンドリングは、前記回転軸に形成された第１，第２冷媒流路にそれぞれ連通する第１，第２冷媒流路が形成されたものであり、
   前記冷却配管は、前記ロータに形成された一対の冷却用流路を単位として前記ロータの他側部側から介挿され、一端部が前記エンドリングの第１冷媒流路に結合するとともに他端部が前記エンドリングの第２冷媒流路に結合するＵ字形状の配管である
   ことを特徴とする請求項５記載の回転機。
8. 前記ロータの一側部に設けられる第１エンドリングは、前記回転軸の第１冷媒流路に連通する第１冷媒流路が形成されたものであり、
   前記ロータの他側部に設けられる第２エンドリングは、前記回転軸の第２冷媒流路に連通する第２冷媒流路が形成されたものであり、
   前記冷却配管は、前記ロータに形成された冷却用流路毎に介挿され、一端部が前記第１エンドリングの第１冷媒流路に結合するとともに他端部が前記第２エンドリングの第２冷媒流路に結合する直線状の配管である
   ことを特徴とする請求項５記載の回転機。
9. 前記第１，第２エンドリングは、前記ロータの前記冷却用流路に介挿された冷却配管の端部が結合される穴部が形成された内側エンドリングと、
   前記内側エンドリングに当接することにより、前記穴部に結合された前記冷却配管端部と前記回転軸に形成された冷媒流路とに連通する冷媒流路が形成される外側エンドリングと
   からなることを特徴とする請求項８記載の回転機。

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