JP6269436B2 - 回転電機のロータ - Google Patents

Description

本発明は、ロータコアと、前記ロータコアの外周近傍に埋め込まれた永久磁石と、を備えた回転電機のロータに関する。

ロータコアの内部に永久磁石を埋め込んだ永久磁石同期回転電機では、回転電機の駆動に伴いロータが温度上昇すると、磁石性能が低下してトルクや効率が低下するばかりでなく、高温になると永久磁石の減磁が発生する。保磁力の高い磁石を採用すれば、減磁の問題を回避できるが、その場合、重希土類の含有率を増やす必要があり、コストアップの原因となっていた。

そこで、従来から、回転電機を冷却するために、様々な構造が提案されている。例えば、特許文献１には、回転軸の内部に形成した供給油路から供給したオイルをロータコアの内部に形成した複数の冷却油路を経て排出することでロータを冷却する技術が開示されている。この特許文献１では、冷却油路は、回転電機のｄ軸上に延びている。一つのｄ軸上に延びる冷却油路は、一枚の電磁鋼板の内周端から外周端までｄ軸上に延びる一つのスロットから構成されてもよいし、連続して並ぶ複数の電磁鋼板ごとに径方向範囲をずらして形成された複数のスロットから構成されてもよい。また、特許文献２にも同様の技術が開示されている。

また、特許文献３にも、回転軸の内部に形成した供給油路から供給したオイルをロータコアの内部に形成した複数の冷却油路を経て排出することでロータを冷却する技術が開示されている。この特許文献３では、連続して並ぶ複数の電磁鋼板ごとに、回転電機のｑ軸上に延びるスロットを、その径方向範囲をずらして形成することで、ｑ軸上に延びる冷却油路を形成している。

特開２００６−０６７７７７号公報 特開２００８−２２８５２３号公報 特開２００８−２２８５２２号公報

ところで、周知の通り、永久磁石同期回転電機では、永久磁石によるマグネットトルクのほかにリラクタンストルクも利用する。大きなマグネットトルクを確保するためには、ｑ軸を横断するようなｄ軸磁路が確保されていることが必要となる。また、大きなリラクタンストルクを確保するためには、ｄ軸を横断するようなｑ軸磁路が確保されていることが必要となる。

しかし、従来の特許文献１，２の技術では、ｑ軸磁路途中に、冷媒油路として機能するスリットが形成されており、当該スリットが磁路のエアギャップとなり、リラクタンストルクの低下を招いていた。また、特許文献３の技術では、ｄ軸磁路途中に、冷媒流路として機能するスリットが形成されており、当該スリットが磁路のエアギャップとなり、マグネットトルクの低下を招いていた。また、特許文献１−３の技術では、いずれも、各磁極ごとに冷却油路を設けている。この場合、回転軸やロータコアに、多数の穴（冷却油路）を設けなければならず、ロータコアや回転軸の強度が低下するという問題もあった。

そこで、本発明では、モータの出力性能および強度を悪化させることなく、冷却性能を向上できる回転電機のロータを提供することを目的とする。

本発明の回転電機のロータは、ロータコアと、前記ロータコアに埋め込まれた永久磁石と、を備え、回転軸により回転自在に支持される回転電機のロータであって、前記ロータコアには、前記回転軸内に形成された軸内冷媒路から供給された冷媒を当該ロータコアの外周端まで導いて、ステータとの間のギャップに放出するコア内冷媒路が形成されており、前記コア内冷媒路は、回転電機の各磁極ごとに形成され、回転電機の各ｑ軸上において前記ロータコアの外周端から前記ロータコアの内周側に延びる第一冷媒路と、回転電機の１磁極おきに形成され、前記第一冷媒路とロータ周方向にずれた位置において前記ロータコアの内周端から前記永久磁石より内周側の位置まで延びる第二冷媒路と、前記第一冷媒路とロータ軸方向にずれた位置において、前記第一冷媒路と前記第二冷媒路とを流体的に連通するべく、ロータ周方向に延びる第三冷媒路と、を備える、ことを特徴とする。

好適な態様では、前記コア内冷媒路は、ロータ軸方向に１箇所のみ設けられている。他の好適な態様では、前記第二冷媒路は、回転電機のｄ軸上に延びる。

他の好適な態様では、前記ロータコアは、複数の電磁鋼板をロータ軸方向に積層して構成され、前記第一冷媒路が形成された第一鋼板または前記第一鋼板を複数積層した第一鋼板群と、前記第三冷媒路が形成された第二鋼板または前記第二鋼板を複数積層した第二鋼板群と、はロータ軸方向に隣接配置される。

この場合、前記第三冷媒路は、前記第二冷媒路と当該第二冷媒路のロータ周方向一方側に隣接する第一冷媒路とを連通する一方側第三冷媒路と、前記第二冷媒路と当該第二冷媒路のロータ周方向他方側に隣接する第一冷媒路とを連通する他方側第三冷媒路と、を含み、前記一方側第三冷媒路と他方側第三冷媒路とは、互いに異なる電磁鋼板に形成されている、ことが望ましい。

また、前記第一冷媒路が形成された第一鋼板または前記第一鋼板を複数積層した第一鋼板群のロータ軸方向両側に、前記一方側第三冷媒路が形成された一方側第二鋼板または当該一方側第二鋼板を複数積層した鋼板群と、前記他方側第三冷媒路が形成された他方側第二鋼板または当該他方側第二鋼板を複数積層した鋼板群と、が配される、ことも望ましい。さらに、前記他方側第二鋼板は、前記一方側第二鋼板と同じ形状の鋼板を、前記一方側第二鋼板と表裏反転させて積層した鋼板である、ことも望ましい。他の好適な態様では、第一冷媒路および前記第二冷媒路は、同じ電磁鋼板に形成される。

本発明によれば、ｑ軸磁路およびｄ軸磁路の双方の磁気抵抗を低く抑えることができるため、リラクタンストルクおよびマグネットトルクの双方を有効に活用できる。また、第二冷媒路を１磁極おきに設けているため、電磁鋼板や回転軸の強度低下を抑えることができる。結果として、モータの出力性能および強度を悪化させることなく、冷却性能を向上できる。

本発明の第一実施形態であるロータの横断面図である。 図１のＸ−Ｘ線における回転電機の断面図である。 第一実施形態における第一鋼板および第二鋼板の構造を示す図である。 本発明の第二実施形態であるロータの縦断面図である。 第二実施形態における第一鋼板の構造を示す図である。 第二実施形態における第三鋼板の構造を示す図である。 第一鋼板および第二鋼板の他の構造を示す図である。 他の実施形態におけるロータコアの横断面図である。 他の実施形態におけるロータコアの横断面図である。 従来のロータの電磁鋼板の構成を示す図である。 従来のロータの電磁鋼板の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第一実施形態である回転電機６０に用いられるロータ１０の横断面図である。また、図２は、図１のＸ−Ｘ線における回転電機６０の断面図である。ただし、発明を分かりやすくするために、図２における径方向長さは、図１と同じではなく若干誇張して描いており、また、各電磁鋼板の厚み等も実際とは異なっている。

本実施形態の回転電機６０は、ロータコア１２の内部に永久磁石１６を埋め込んだ永久磁石同期回転電機である。この回転電機６０は、ロータ１０およびステータ６２を備えている。ステータ６２は、その内周に複数のティースが形成された略環状のステータコア６４と、各ティースに巻回されたステータコイル６６と、から構成される。ロータ１０は、このステータ６２の内側に、ステータ６２と同心に配される。ロータ１０の外周面とステータ６２の内周面との間には、ほぼ均一な距離のギャップＧが存在している。

ロータ１０は、ロータコア１２および当該ロータコア１２に埋め込まれた永久磁石１６を備えている。ロータコア１２の中心には、回転軸５０が挿通されており、当該回転軸５０は、ベアリング（図示せず）等を介してケース（図示せず）に対して回転自在に支持されている。ロータ１０は、この回転軸５０とともに回転自在となっている。

ロータコア１２は、複数の電磁鋼板１４をロータ軸方向に積層して構成される。各電磁鋼板１４は、円盤形状であり、例えば、ケイ素電磁鋼板等である。ロータコア１２の外周近傍には、永久磁石１６を埋め込むための磁石孔２０が複数形成されている。複数の磁石孔２０は、ロータコア１２の周方向に均等に並んでおり、各磁石孔２０は、ロータコア１２をロータ軸方向（図１における紙面垂直方向）に貫通している。

各磁石孔２０には、磁極１８を構成する永久磁石１６が埋め込まれている。一つの磁極１８は、ロータコア１２の外周側に向かって略Ｖ字状に広がるような姿勢で配置された一対の永久磁石１６で構成される。本実施形態では、ロータコア１２の外周端近傍に、１６個の永久磁石１６、すなわち、８個の磁極１８を設けている。各永久磁石１６は、それぞれ、扁平矩形状の断面を有するとともに、ロータコア１２と略同じ軸方向長さを有する板状となっている。なお、ここで説明した永久磁石１６や磁極１８の数は、一例であり、その数は、適宜変更されてよい。また、本実施形態では、一対の永久磁石１６で一つの磁極１８を構成しているが、一つの永久磁石１６で一つの磁極１８を構成してもよい。

回転軸５０およびロータコア１２には、ロータ１０およびステータ６２を冷却するための冷媒が通る冷媒流路が形成されている。冷媒流路は、回転軸５０内に形成された軸内冷媒路５２と、ロータコア１２内に形成されたコア内冷媒路と、に大別される。軸内冷媒路５２は、回転軸５０の軸心を通る穴である。軸内冷媒路５２は、回転軸５０の一端から、回転軸５０の軸方向中央まで延びた後、径方向に分岐し、ロータコア１２の内周端まで延びる。以下では、この軸内冷媒路５２のうち、軸方向に延びる冷媒路を「軸方向冷媒路５２ａ」、径方向に延びる冷媒路を「径方向冷媒路５２ｂ」と呼ぶ。本実施形態では、径方向冷媒路５２ｂを、１磁極おきに形成しているが、その理由については、後に詳説する。

コア内冷媒路は、ロータコア１２の軸方向中心に位置する二種類三枚の電磁鋼板に形成された冷媒路で構成される。二種類の電磁鋼板は、径方向に延びる第一冷媒路２２および第二冷媒路２４が形成された第一鋼板１４ａと、当該第一鋼板１４ａを挟むように配され、周方向に延びる第三冷媒路２６が形成された二枚の第二鋼板１４ｂと、からなる。

第一鋼板１４ａは、図２に示すとおり、軸内冷媒路５２の終端と同じロータ軸方向位置に位置しており、径方向冷媒路５２ｂと第二冷媒路２４が流体的に連通するようになっている。また、第一冷媒路２２の内周側端部および第二冷媒路２４の外周側端部は、それぞれ、第三冷媒路２６の端部と流体的に連通している。したがって、ロータコア１２内には、第二冷媒路２４から第三冷媒路２６、第三冷媒路２６から第一冷媒路２２へと続くコア内冷媒路が形成されている。

冷媒は、ポンプ等により、回転電機６０の外部に設けられた冷媒供給源から軸内冷媒路５２に供給される。軸内冷媒路５２に供給された冷媒は、コア内冷媒路を通って、ロータコア１２の外周端から、ギャップＧへと放出される。この放出された冷媒は、ギャップＧ内を進んだ後、回転電機６０のケース底部に落下する。ケースの底部に落下した冷媒は、適宜、回収され、冷却された後、冷媒供給源に戻される。なお、冷媒は、ロータ１０およびステータ６２に対して好適な冷却性能を発揮できる液体であれば、特に限定されないが、本実施形態では、冷却油を冷媒として用いている。

以上の説明から明らかな通り、本実施形態において、冷媒は、回転軸５０の内部からコアの内部、ギャップＧ内を順次通過していく。この通過の過程で、ロータコア１２や、磁石、ステータコア６４の熱が冷媒に奪われることで、これらの冷却が図られる。本実施形態では、この冷却の効率を上げるとともに、モータの出力性能の悪化を防止するために、コア内冷媒路の構成を特殊な構成としている。これについて、図３を参照して詳説する。

図３は、第一鋼板１４ａおよび第二鋼板１４ｂの構造を示す図である。また、図３において、一点鎖線は、回転電機６０のｄ軸を、二点鎖線は、回転電機６０のｑ軸を示している。既述した通り、第一鋼板１４ａには、二種類の冷媒路、すなわち、第一冷媒路２２および第二冷媒路２４が形成されている。

第一冷媒路２２は、第一鋼板１４ａを貫通するスリットである。この第一冷媒路２２は、回転電機６０のｑ軸、すなわち、隣接する磁極１８間の中心位置（突極の中心位置）とロータ中心軸とを通る軸上に延びている。本実施形態では、この第一冷媒路２２を、磁極ごとに形成している。すなわち、第一冷媒路２２は、磁極の数と同じ数分、形成されている。第一冷媒路２２は、ロータコア１２の外周端からロータ内周側に向かってｑ軸方向に延びている。第一冷媒路２２の内周側端部は、他の部位に比べて広がっている。

第二冷媒路２４も、第一鋼板１４ａを貫通するスリットである。この第二冷媒路２４は、回転電機６０のｄ軸、すなわち、各磁極１８の中心位置（一つの磁極１８を構成する二つの永久磁石１６の間の中心位置）とロータ中心軸とを通る軸上に延びている。換言すれば、第二冷媒路２４は、第一冷媒路２２とロータ周方向にずれた位置に設けられている。本実施形態では、この第二冷媒路２４を、１磁極おきに形成している。すなわち、第二冷媒路２４は、磁極対数分（磁極数の半分）、形成されている。第二冷媒路２４は、ロータコア１２の内周端から永久磁石１６よりも内周側位置まで、回転電機６０のｄ軸方向に延びている。第二冷媒路２４の外周側端部は、略楕円形に広がっている。

第二鋼板１４ｂには、第三冷媒路２６が形成されている。第三冷媒路２６は、第二鋼板１４ｂを貫通するスリットである。この第三冷媒路２６は、第二冷媒路２４と、当該第二冷媒路２４の両側に位置する第一冷媒路２２と、を流体的に連通する冷媒路である。また、第三冷媒路２６は、永久磁石１６より内周側位置において、永久磁石１６に沿って延びており、永久磁石１６と同様に、ロータコア１２の外周側に向かって略Ｖ字状に広がるように配されている。図１に示すように、本実施形態では、一つの第二冷媒路２４に対して、略Ｖ字状に広がる一対の第三冷媒路２６を設けている。第二冷媒路２４は、１磁極おきに設けているため、第三冷媒路２６も、１磁極おきに設けられることになる。そして、第三冷媒路２６は、１磁極において二つ設けられるため、全体としては、磁極の数と同じ数分、形成されている。各第三冷媒路２６の一端は、第二冷媒路２４の外周側端部である楕円形部分と重複する位置にあり、各第三冷媒路２６の他端は、第一冷媒路２２の内周側端部と重複する位置にある。

この第二鋼板１４ｂを、第一鋼板１４ａに重ねることで、第三冷媒路２６は、第二冷媒路２４および第一冷媒路２２を流体的に接続する。図１から明らかな通り、第二冷媒路２４の外周側端部は、二本の第三冷媒路２６の一端と重複しており、一つの第二冷媒路２４の外周側端部には、二本の第三冷媒路２６が接続されている。また、第一冷媒路２２の内周側端部は、一本の第三冷媒路２６の他端と重複しており、一つの第一冷媒路２２の内周側端部には、一本の第三冷媒路２６が接続されている。

なお、図３から明らかな通り、本実施形態では、一つの磁極内で隣接する二つの第三冷媒路２６の端部間が、狭くなり、強度的に弱くなりやすい。そこで、本実施形態では、この隣接する二つの第三冷媒路２６の端部間を少しでも広く保ちつつ、二つの第三冷媒路２６を一つの第二冷媒路２４に連結するために、第二冷媒路２４の端部を幅広としている。

また、一つの第二冷媒路２４を通過した冷媒は、二枚の第二鋼板１４ｂに形成された合計四本の第三冷媒路２６に分岐し、その後、二つの第一冷媒路２２に流入する。この冷媒路２２，２４，２６を流れる冷媒の圧力を一定に保つことを考えれば、第一冷媒路２２は、第二冷媒路２４の約１／２倍の幅（断面積）とし、第三冷媒路２６は、第二冷媒路２４の約１／４倍の幅（断面積）にすることが望ましい。ただし、第一冷媒路２２が形成されているｑ軸上は、磁石孔２０に挟まれており、非常に狭い箇所であるため、十分な広さの冷媒路が確保できない場合がある。また、第三冷媒路２６の断面積を過度に小さくすると、表面抵抗が大きくなり、冷媒が円滑に流れない恐れがある。そのため、各冷媒路の幅（断面積）は、ロータコア１２の強度や、表面抵抗（流体抵抗）等を考慮し、調整することが望ましい。

以上の説明から明らかな通り、第一、第二、第三冷媒路２２，２４，２６で構成されるコア内冷媒路は、ロータコア１２の内周側端部からｄ軸上を進んだ後、永久磁石１６より内周側位置においてロータ軸方向にシフトした後、永久磁石１６に沿って周方向に進み、ｑ軸付近で、ロータ軸方向に再びシフトしたうえで、ロータコア１２の外周側端部までｑ軸上を進む。このように、コア内冷媒路を適宜、屈曲させるとともに、ロータ軸方向にシフトさせることで、回転電機６０の出力性能を悪化させることなく、ロータ１０の冷却性能を向上できる。これについて、従来技術と比較して説明する。

従来でも、ロータコア１２の内部に冷媒流路を形成してロータ１０およびステータ６２を冷却する技術が提案されている。例えば、特許文献１では、図１０に示すように、二枚の電磁鋼板１４ａ，１４ｂに、径方向に延びる複数のスリット１００，１０２で冷媒流路を形成することが開示されている。この特許文献１では、複数のスリット１００，１０２は、磁石孔２０より内周側では回転電機６０のｄ軸上、磁石孔２０より外周側では、磁石孔２０の両サイドに形成されている。

また、特許文献３では、図１１に示すように、三枚の電磁鋼板１４ａ，１４ｂ，１４ｃに径方向に延びる複数のスリット１０４，１０６，１０８で冷媒流路を形成することが開示されている。この特許文献３では、複数のスリット１０４，１０６，１０８は、回転電機６０のｑ軸上に形成されている。

こうした従来技術によれば、冷媒を、ロータコアの内部からギャップＧへと放出することができるため、ロータ１０およびステータ６２を冷却できる。しかしながら、こうした従来の技術では、マグネットトルクまたはリラクタンストルクの一方が低下する恐れがあった。すなわち、周知の通り、ＩＰＭ回転電機は、永久磁石１６によるマグネットトルクとリラクタンストルクの双方を有効に活用することで、出力性能を向上している。マグネットトルクを有効に活用するためには、ｄ軸電流による鎖交磁束の磁路（以下「ｄ軸磁路」という）における磁気抵抗を低くすることが必要となる。また、リラクタンストルクを有効に活用するためには、ｑ軸電流による鎖交磁束の磁路（以下「ｑ軸磁路」という）における磁気抵抗を低くすることが必要となる。

ここで、ｑ軸磁路は、回転電機６０のｄ軸を横断するような磁路となる。そのため、特許文献１のように、ｄ軸上に冷媒流路のためのスリット１００，１０２を形成すると、ｑ軸磁路の途中に、磁気抵抗の高いスリット１００，１０２が位置することになり、ｑ軸磁路の磁気抵抗が大幅に増加し、リラクタンストルクの低下を招く。また、ｄ軸磁路は、回転電機６０のｑ軸を横断するような磁路となる。そのため、特許文献３のように、ｑ軸上に冷媒流路のためのスリット１０４，１０６，１０８を形成すると、ｄ軸磁路途中に、磁気抵抗の高いスリット１０４，１０６，１０８が位置することになり、ｄ軸磁路の磁気抵抗が大幅に増加し、マグネットトルクの低下を招く。

もちろん、冷媒流路を構成するための電磁鋼板１４の種類数を増やすとともに、一枚の電磁鋼板１４に形成するスリットの距離を短くすれば、冷媒流路をｑ軸上またはｄ軸上に形成したとしても、十分な広さの磁路を確保でき、マグネットトルクおよびリラクタンストルクの低下を防止できる。しかし、その場合は、スリットの形成位置が異なる複数種類の電磁鋼板１４を用意しなければならず、部品種類数の増加や、組み付けの手間の増加といった問題が生じる。

さらに、特許文献１，３では、各磁極ごとに冷媒路を設けている。この場合、電磁鋼板には、磁極数に比例した数の穴を形成しなければならず、電磁鋼板そのものの強度が低下し、ひいては、回転電機の出力や信頼性が低下するおそれがあった。また、特許文献１，３の技術では、コア内冷媒路と連通する回転軸内の径方向磁路を磁極数と同じ数分、設けなければならない。しかし、径方向磁路の数が増えれば増えるほど、回転軸のねじり強度が低下し、回転電機の信頼性が低下するおそれがあった。

本実施形態では、こうした問題を避け、回転電機６０の出力性能を悪化させることなく、ロータ１０の冷却性能を向上するために、コア内冷媒路を適宜、屈曲させるとともに、ロータ軸方向にシフトさせている。すなわち、図３に示す通り、マグネットトルクを生みだすためのｄ軸電流による鎖交磁束は、一つの磁極１８の中心を通るように、ロータコア１２内に進んだ後、隣接する他の磁極１８の中心を通るようにしてロータコア１２外に出る。したがって、ｄ軸磁路Ｌｄは、回転電機６０のｑ軸を横断するような磁路となる。本実施形態では、このｄ軸磁路Ｌｄを阻害しないように、周方向に延びる第三冷媒路２６とｑ軸上に延びる第一冷媒路２２を互いに別の電磁鋼板１４に形成するとともに、第一冷媒路２２を、電磁鋼板１４の径方向半ばまでしか延ばしていない。そのため、第一鋼板１４ａにおいては、第一冷媒路２２の内周側端部から電磁鋼板１４の内周端までが、ｄ軸磁路Ｌｄとして利用することができ、ｄ軸磁路を広く保つことができる。また、第二鋼板１４ｂでは、ｑ軸上には冷媒路が形成されておらず、ｄ軸磁路Ｌｄを分断する冷媒路が存在していない。その結果、ｄ軸磁路Ｌｄの磁気抵抗を低く抑えることができる。

また、リラクタンストルクを生みだすためのｑ軸電流による鎖交磁束は、磁極１８間に形成される突極からロータコア１２内に進んだ後、隣接する他の突極を通るようにしてロータコア１２の外部に出る。本実施形態では、このｑ軸磁路Ｌｑを阻害しないように、ｄ軸上に延びる第二冷媒路２４を、永久磁石１６よりも内周側位置までしか延ばしておらず、第三冷媒路２６も、永久磁石１６よりも内周側位置を進むようにしている。そのため、第一鋼板１４ａにおいては、第二冷媒路２４の内周側端部と永久磁石１６との間をｑ軸磁路Ｌｑとして利用でき、ｑ軸磁路Ｌｑが冷媒路で分断されないようになっている。また、第二鋼板１４ｂでは、ｑ軸電流による鎖交磁束とほぼ平行な方向に第三冷媒路２６が延びているため、やはり、ｑ軸磁路Ｌｑが冷媒路で分断されず、磁気抵抗を小さく抑えることができる。つまり、本実施形態によれば、ｄ軸磁路Ｌｄおよびｑ軸磁路Ｌｑの双方が冷媒路により分断されないため、マグネットトルクおよびリラクタンストルクの双方を有効に活用でき、ひいては、回転電機６０の出力性能の悪化を防止できる。

さらに、本実施形態では、第二冷媒路２４を１磁極おきに設けている。そのため、第二冷媒路２４を各磁極ごとに設ける場合に比べて、各電磁鋼板に形成される孔数を低減でき、また、径方向冷媒路５２ｂの数を半減できる。その結果、電磁鋼板の強度が過度に低下することが防止でき、回転電機の出力の低下や信頼性の低下を防止できる。また、径方向冷媒路５２ｂの数を低減できるため、回転軸５０のねじり強度も、従来技術に比べて向上できる。

一方で、本実施形態では、第一冷媒路２２は、各磁極ごとに設けられている。この第一冷媒路２２の外周端は、ギャップＧ内への冷媒の吹き出し口となる。つまり、本実施形態では、ギャップＧ内への冷媒の吹き出し口の数は、従来技術と同じ、磁極数分、ある。

ここで、回転電機６０では、ロータ１０やステータ６２の中でも、特に永久磁石１６を効果的に冷却することが求められる。これは、永久磁石１６の温度が過度に上昇すると、マグネットトルクが低下するだけでなく、磁石の減磁が生じてしまい、回転電機６０の性能低下を招くからである。こうした減磁は、保磁力の高い磁石を採用することで防止できるが、この場合、重希土類の含有量を増やさなければならず、コストアップの原因となる。

そこで、冷媒を流して永久磁石１６を冷却することが考えられている。永久磁石１６は、冷媒が、ロータコア１２内を流れる過程でもある程度冷却される。しかし、コア内冷媒路は、軸方向略中心にしか設けられていないため、冷媒がロータコア１２を流れる過程では、永久磁石１６の軸方向中心近傍しか冷却できない。一方、ギャップＧ内に吹き出した冷媒は、軸方向に流れる過程で、ロータ１０の外周面およびステータ６２の内周面に広く接触する。その結果、冷媒がギャップＧ内を流れる過程では、永久磁石１６はもちろん、ロータコア１２やステータ６２が効果的に冷却される。この冷却効果は、ギャップＧ内において、冷媒が、均等に、かつ、多量に流れるほど向上する。

ギャップＧ内に冷媒を均等に流すためには、冷媒の吹き出し口を均等にかつ多数設けることが必要となる。本実施形態では、第一冷媒路２２を各磁極ごとに設けているため、冷媒の吹き出し口の数は、従来技術と同じ、磁極数分、ある。その結果、本実施形態によれば、従来技術に比べて、電磁鋼板や回転軸５０における冷媒路の数を低減しつつも、従来技術と同様の冷却効果を得ることができる。

また、これまでの説明で明らかなとおり、本実施形態では、ロータコア１２の内周端から外周端まで冷媒を導く冷媒流路を二種類の電磁鋼板１４ａ，１４ｂで構成している。そのため、冷媒の形成位置が異なる電磁鋼板を多数用意する必要がなく、部品種類数を削減でき、組み付けの手間も低減できる。

さらに、本実施形態では、コア内冷媒流路を、ロータ軸方向の一カ所にだけ設けている。かかる構成とすることで、冷媒のギャップＧ内における滞留を防止でき、ひいては、引き摺り損失を低減できる。すなわち、コア内冷媒流路を、ロータ軸方向に二カ所以上、設けた場合、一カ所のコア内冷媒流路からギャップＧ内に噴出した冷媒と、他の箇所のコア内冷媒流路からギャップＧ内に噴出した冷媒とが、互いに干渉しあう。その結果、冷媒が迅速にギャップＧの外に流れ出ず、ギャップＧ内に滞留する。この場合、冷媒がロータ１０の回転抵抗となり、引き摺り損失が増大する。一方、本実施形態のように、ロータ軸方向の一カ所にのみコア内冷媒流を設けることで、コア内冷媒流路からギャップＧ内に噴出した冷媒は、他の冷媒と干渉することなく、迅速にギャップＧ外に排出される。その結果、引き摺り損失を低減でき、回転電機６０の効率をより向上できる。

なお、第一実施形態では、第一、第二冷媒路２２，２４が形成された第一鋼板１４ａの両側に第三冷媒路２６が構成された第二鋼板１４ｂを配する構成、すなわち、第二鋼板１４ｂを二枚設けた構成としているが、第二鋼板１４ｂは、一枚でもよい。第二鋼板１４ｂを一枚だけにした場合、その分、当該第二鋼板１４ｂに形成される第三冷媒路２６の幅（断面積）を広くすることが望ましい。

次に、第二実施形態について、図４〜図６を参照して説明する。図４は、第二実施形態である回転電機６０の断面図である。また、図５は、この回転電機６０で用いられる第一鋼板１４ａの構造を示す図であり、図６は、この回転電機６０で用いられる二種類の第三鋼板１４ｂ＿１，１４ｂ＿２の構造を示す図である。

この回転電機６０のロータ１０は、第三冷媒路２６を二枚の鋼板１４ｂ＿１，１４ｂ＿２に分けて形成している点で、第一実施形態と相違する。すなわち、本実施形態では、第一実施形態と同様に、第一鋼板１４ａに形成された第一冷媒路２２ｒ，２２ｌおよび第二冷媒路２４と、その軸方向両側に位置する鋼板１４ｂ＿１，１４ｂ＿２に形成された第三冷媒路２６と、でコア内冷媒路を形成している。このうち、第一鋼板１４ａの構造、ひいては、第一冷媒路２２および第二冷媒路２４の構造は、第一実施形態と同じである。なお、図５では、第一冷媒路の符号「２２」に添え字ｒ、ｌを付しているが、これは、後の説明を容易にするために付したものであり、第一鋼板１４ａの構成は、第一実施形態のそれと同じである。

第三冷媒路２６は、第一鋼板１４ａの軸方向両側に位置する鋼板１４ｂ＿１，１４ｂ＿２に分けて形成されている。すなわち、第一鋼板１４ａの軸方向上側（図４における左側）に位置する上側第二鋼板１４ｂ＿１に、一方側第三冷媒路２６＿１が、第一鋼板１４ａの軸方向下側（図４における右側）に位置する下側第二鋼板１４ｂ＿２に、他方側第三冷媒路２６＿２が、それぞれ形成されている。

一方側第三冷媒路２６＿１は、第二冷媒路２４と、当該第二冷媒路２４と周方向一方側（図５における周方向左側）に隣接する第一冷媒路２２ｌと、を連通する冷媒路である。この一方側第三冷媒路２６＿１は、１磁極おきに一つずつ設けられており、内周側から外周側に進むにつれて、周方向一方側（図６における周方向左側）に進む形状となっている。

また、他方側第三冷媒路２６＿２は、第二冷媒路２４と、当該第二冷媒路２４と周方向他方側（図５における周方向右側）に隣接する第一冷媒路２２ｒと、を連通する冷媒路である。この他方側第三冷媒路２６＿２は、１磁極おきに一つずつ設けられており、内周側から外周側に進むにつれて、周方向他方側（図６における周方向右側）に進む形状となっている。

上側第二鋼板１４ｂ＿１および下側第二鋼板１４ｂ＿２で、第一鋼板１４ａを挟むように鋼板を積層すると、一方側の第一冷媒路２２ｌには、第二冷媒路２４、一方側第三冷媒路２６＿１を介して、冷媒が送られる。また、他方側の第一冷媒路２２ｒには、第二冷媒路２４、他方側第三冷媒路２６＿２を介して、冷媒が送られる。

ここで、本実施形態でも、第一冷媒路２２と第三冷媒路２６＿１，２６＿２は、互いに異なる電磁鋼板に設けられているため、ｄ軸磁路Ｌｄおよびｑ軸磁路Ｌｑが冷媒路によって分断されない。結果として、マグネットトルクおよびリラクタンストルクの双方を有効に活用でき、ひいては、回転電機６０の出力性能の悪化を防止できる。

また、本実施形態では、第三冷媒路２６＿１，２６＿２は、１磁極おきに一つずつ設けられており、一つの第二鋼板１４ｂ＿１，１４ｂ＿２には、（磁極数／２）個の第三冷媒路２６＿１，２６＿２が形成されている。この個数は、第一実施形態において一つの第二鋼板１４ｂに形成される冷媒路の個数の半分である。そのため、本実施形態では、第一実施形態に比べて、冷媒路の数が少ない分、コア強度が向上している。その一方で、ギャップＧへの冷媒の吹き出し口（第一冷媒路２２の外周端）の個数は、第一実施形態と同じである。その結果、本実施形態によれば、第一実施形態に比べて、コア強度を向上しつつも、第一実施形態と同様の冷却効果を得ることができる。

なお、上側第二鋼板１４ｂ＿１および下側第二鋼板１４ｂ＿２は、図６から明らかな通り、鏡像関係となっている。この上側第二鋼板１４ｂ＿１および下側第二鋼板１４ｂ＿２は、全く同じ構造の鋼板を互いに表裏逆転させたものである。換言すれば、上側第二鋼板１４ｂ＿１および下側第二鋼板１４ｂ＿２は、積層する際、表裏逆転させているだけの同種の鋼板である。つまり、第二実施形態でも、コア内冷媒路を形成するために使用する鋼板種類は、二種類（第一鋼板１４ａおよび第二鋼板１４ｂ）だけである。したがって、本実施形態でも、第一実施形態と同様に、冷媒の形成位置が異なる電磁鋼板を多数用意する必要がなく、部品種類数を削減でき、組み付けの手間も低減できる。

なお、これまで説明した構成は、一例であり、少なくとも、ロータコア１２の外周端からロータコア１２の内部までｑ軸上に延びる第一冷媒路２２と、第一冷媒路２２とは周方向にずれた位置においてロータコア１２の内周端からロータコア１２の内部まで延びる第二冷媒路２４と、第一冷媒路２２と軸方向にずれた位置において第一冷媒路２２および第二冷媒路２４を接続するべく周方向に延びる第三冷媒路２６と、を備え、第一冷媒路２２が各磁極ごとに、第二冷媒路２４が１磁極おきに設けられるのであれば、その他の構成は適宜、変更されてもよい。

例えば、第一冷媒路２２と第三冷媒路２６が別の電磁鋼板１４に形成されるのであれば、第一冷媒路２２、第二冷媒路２４、第三冷媒路２６を全て異なる電磁鋼板１４に形成するようにしてもよい。また、第二冷媒路２４は、第三冷媒路２６と同じ電磁鋼板１４に形成されてもよい。すなわち、図７に示すように、第一鋼板１４ａに、第一冷媒路２２のみを形成し、第二鋼板１４ｂに、第二冷媒路２４および第三冷媒路２６を構成してもよい。また、別の例として、上側第二鋼板１４ｂ＿１に、第二冷媒路２４および一方側第三冷媒路２６＿１を、下側第二鋼板１４ｂ＿２に、第二冷媒路２４および他方側第三冷媒路２６＿２を、設けてもよい。

また、これまでの説明では、電磁鋼板１４を貫通するスリットで冷媒路を構成したが、スリットに変えて電磁鋼板１４を貫通しない溝で冷媒路を構成してもよい。また、第一鋼板１４ａまたは第二鋼板１４ｂを、複数枚積層して、各冷媒路２２，２４，２６の厚み（軸方向長さ）を調整してもよい。例えば、第一鋼板１４ａを複数積層した第一鋼板群と、第二鋼板１４ｂを複数積層した第二鋼板群と、をロータ軸方向に隣接配置してもよい。さらに、第一鋼板群のロータ軸方向両側に第二鋼板群を配置してもよい。さらに、本実施形態では、電磁鋼板１４を積層した積層鋼板からなるロータコア１２のみを例示したが、例えば、強度的特性および磁気的特性を保てるのであれば、ロータコア１２を、積層鋼板以外、例えば、圧粉磁心等から構成してもよい。

さらに、本実施形態では、第二冷媒路２４を、ｄ軸上に配置しているが、第二冷媒路２４は、第一冷媒路２２とロータ周方向にずれた位置に形成されるのであれば、ｄ軸上に限らず、他の箇所に設けられてもよい。また、これまでの説明では、永久磁石１６をＶ字形に配したロータ１０のみを例示したが、ロータコア１２内に永久磁石１６を埋め込んだロータ１０であれば、永久磁石１６の形状は、図８、図９に示すように、矩形であってもよいし、アーク形であってもよい。さらに、図１の実施形態では、第三冷媒路２６は、ｄ軸上（第二冷媒路２４の長軸線上）において分断されているが、第三冷媒路２６は、ロータ周方向に延びて、第一冷媒路２２と第二冷媒路２４を接続できるのであれば、連続していてもよい。例えば、図８に示すように、第三冷媒路２６は、ｄ軸において分断せず、一つのｑ軸から隣接する他のｑ軸まで連続して延びる冷媒路としてもよい。ただし、電磁鋼板１４の強度を確保するためには、第三冷媒路２６は、ｄ軸上で、分断されていることが望ましい。

いずれにしても、ｑ軸上においてロータコア１２の外周端から延びる第一冷媒路２２と、ロータコア１２の内周端から延びる第二冷媒路２４と、第一冷媒路２２に対してロータ軸方向にずれた位置において第一冷媒路２２と第二冷媒路２４とを流体的に連通する第三冷媒路２６と、を設けるとともに、第一冷媒路２２を各磁極ごとに、第二冷媒路２４を１磁極おきに設けるのであればよい。かかる構成とすれば、ｑ軸磁路およびｄ軸磁路の双方の磁気抵抗を低く抑えることができる。また、電磁鋼板や回転軸５０の強度を高く保ちつつ、高い冷却性能が得られる。そして、結果として、回転電機６０の出力性能を悪化させることなく、ロータ１０の冷却性能を向上できる。

１０ ロータ、１２ ロータコア、１４ 電磁鋼板、１４ａ 第一鋼板、１４ｂ 第二鋼板、１６ 永久磁石、１８ 磁極、２０ 磁石孔、２２ 第一冷媒路、２４ 第二冷媒路、２６ 第三冷媒路、５０ 回転軸、５２ 軸内冷媒路、５２ａ 軸方向冷媒路、５２ｂ 径方向冷媒路、６０ 回転電機、６２ ステータ、６４ ステータコア、６６ ステータコイル、１００，１０２，１０４，１０６，１０８ スリット、Ｇ ギャップ、Ｌｄ ｄ軸磁路、Ｌｑ ｑ軸磁路。

Claims (8)

1. ロータコアと、前記ロータコアに埋め込まれた永久磁石と、を備え、回転軸により回転自在に支持される回転電機のロータであって、
   前記ロータコアには、前記回転軸内に形成された軸内冷媒路から供給された冷媒を当該ロータコアの外周端まで導いて、ステータとの間のギャップに放出するコア内冷媒路が形成されており、
   前記コア内冷媒路は、
   回転電機の各磁極ごとに形成され、回転電機の各ｑ軸上において前記ロータコアの外周端から前記ロータコアの内周側に延びる第一冷媒路と、
   回転電機の１磁極おきに形成され、前記第一冷媒路とロータ周方向にずれた位置において前記ロータコアの内周端から前記永久磁石より内周側の位置まで延びる第二冷媒路と、
   前記第一冷媒路とロータ軸方向にずれた位置において、前記第一冷媒路と前記第二冷媒路とを流体的に連通するべく、ロータ周方向に延びる第三冷媒路と、
   を備える、ことを特徴とする回転電機のロータ。
2. 請求項１に記載の回転電機のロータであって、
   前記コア内冷媒路は、ロータ軸方向に１箇所のみ設けられている、ことを特徴とする回転電機のロータ。
3. 請求項１または２に記載の回転電機のロータであって、
   前記第二冷媒路は、回転電機のｄ軸上に延びる、ことを特徴とする回転電機のロータ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機のロータであって、
   前記ロータコアは、複数の電磁鋼板をロータ軸方向に積層して構成され、
   前記第一冷媒路が形成された第一鋼板または前記第一鋼板を複数積層した第一鋼板群と、前記第三冷媒路が形成された第二鋼板または前記第二鋼板を複数積層した第二鋼板群と、はロータ軸方向に隣接配置される、
   ことを特徴とする回転電機のロータ。
5. 請求項４に記載の回転電機のロータであって、
   前記第三冷媒路は、
   前記第二冷媒路と当該第二冷媒路のロータ周方向一方側に隣接する第一冷媒路とを連通する一方側第三冷媒路と、
   前記第二冷媒路と当該第二冷媒路のロータ周方向他方側に隣接する第一冷媒路とを連通する他方側第三冷媒路と、
   を含み、前記一方側第三冷媒路と他方側第三冷媒路とは、互いに異なる電磁鋼板に形成されている、
   ことを特徴とする回転電機のロータ。
6. 請求項５に記載の回転電機のロータであって、
   前記第一冷媒路が形成された第一鋼板または前記第一鋼板を複数積層した第一鋼板群のロータ軸方向両側に、前記一方側第三冷媒路が形成された一方側第二鋼板または当該一方側第二鋼板を複数積層した鋼板群と、前記他方側第三冷媒路が形成された他方側第二鋼板または当該他方側第二鋼板を複数積層した鋼板群と、を配した、
   ことを特徴とする回転電機のロータ。
7. 請求項６に記載の回転電機のロータであって、
   前記他方側第二鋼板は、前記一方側第二鋼板と同じ形状の鋼板を、前記一方側第二鋼板と表裏反転させて積層した鋼板である、
   ことを特徴とする回転電機のロータ。
8. 請求項３から７のいずれか１項に記載の回転電機のロータであって、
   第一冷媒路および前記第二冷媒路は、同じ電磁鋼板に形成される、
   ことを特徴とする回転電機のロータ。

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