JP6589733B2

JP6589733B2 - 回転電機

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Publication number: JP6589733B2
Application number: JP2016082310A
Authority: JP
Inventors: 武雄前川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-04-15
Filing date: 2016-04-15
Publication date: 2019-10-16
Anticipated expiration: 2036-04-15
Also published as: WO2017179713A1; US20190181708A1; JP2017192273A

Description

本発明は、一以上の磁石と貫通孔とを備えるロータを含む回転電機に関する。

従来では、例えば下記の特許文献１において、スペーサの放熱性を高めて永久磁石の冷却効率を向上させることを目的とする永久磁石式回転機の回転子に関する技術が開示されている。この回転子は、ボスの両端面に永久磁石及びスペーサの軸方向のずれを押さえる非磁性体の押え板を取り付けるとともに、この押え板及びスペーサに軸方向に貫通する通風穴を設けた。

特許第３４８０８００号公報

しかし、特許文献１に記載の技術を適用すると、通風穴の入口部では回転時に押え板が外気を切り裂くため、通風穴への空気流れを遮断するエアーカーテン効果が働く。ロータの回転数が高まるにつれて、エアーカーテン効果も高まる。

また、通風穴はスペーサに設けられている。スペーサは、ロータの外周部で周方向に配置された磁石間の漏れ磁束を抑制する極間幅の狭い領域である。通風穴の断面積を大きく取れないため、冷却のために通風穴に流す空気の流量が抑制される。

上述したエアーカーテン効果や通風穴の断面積に起因して、ロータが回転しても通風穴にはほとんど空気が通らず、冷却効果が得られないという問題がある。

本開示はこのような点に鑑みてなしたものであり、下記の事項を目的とする回転電機を提供する。第１の目的は、エアーカーテン効果を受けずに積極的に冷媒を貫通穴に導入することである。第２の目的は、冷却効果を高めるために貫通穴の断面積を大きく確保することである。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、一以上の磁石（１３ａ）と軸方向に貫通する貫通孔（１３ｂ）とを含むロータ（１３）と、前記ロータに対向して設けられるステータ（１１）と、を有する回転電機（１０）において、一以上の前記貫通孔の開口部にかかる一部または全部に連通し、かつ、冷媒（１８ａ，１８ｂ）を導入する導入部材（１６）を有し、前記導入部材は、前記ロータの端面から軸方向に突出する突出部（１６ｂ）と、前記突出部の一端部に設けられて前記ロータの回転方向に向かって開口して前記冷媒を取り入れる取入部（１６ａ）と、前記突出部の他端部に設けられて前記開口部に連通する連通部（１６ｃ）と、を含み、前記導入部材は、前記ロータの両端面にそれぞれ設けられ、かつ、前記ロータの一方の端面で前記導入部材が連通する前記貫通孔と前記ロータの他方の端面で前記導入部材が連通する前記貫通孔とは、互いに異なる回転電機である。
この構成によれば、導入部材はロータの端面から軸方向に突出しており、ロータの回転方向に向かって開口しているので、エアーカーテン効果を受けずに積極的に冷媒を導入して冷却することができる。また、ロータの両端面からそれぞれ冷媒を取り込むことができ、反対側の端面から排出するのでバランス良く冷却することができる。

第２の発明は、前記導入部材は、前記連通部が複数の前記開口部に連通するように設けられ、複数の前記開口部に入る流量が等しくなるように前記冷媒を分岐させる回転電機である。
この構成によれば、貫通孔を流れる冷媒の流量が等しくなるので、貫通孔に対応する磁石を等しく冷却できる。

また、上記課題を解決するためになされた第３の発明は、一以上の磁石（１３ａ）と軸方向に貫通する貫通孔（１３ｂ）とを含むロータ（１３）と、前記ロータに対向して設けられるステータ（１１）と、を有する回転電機（１０）において、一以上の前記貫通孔の開口部にかかる一部または全部に連通し、かつ、冷媒（１８ａ，１８ｂ）を導入する導入部材（１６）を有し、前記導入部材は、前記ロータの端面から軸方向に突出する突出部（１６ｂ）と、前記突出部の一端部に設けられて前記ロータの回転方向に向かって開口して前記冷媒を取り入れる取入部（１６ａ）と、前記突出部の他端部に設けられて前記開口部に連通する連通部（１６ｃ）と、を含み、前記導入部材は、前記連通部が複数の前記開口部に連通するように設けられ、複数の前記開口部に入る流量が等しくなるように前記冷媒を分岐させる回転電機である。
この構成によれば、導入部材はロータの端面から軸方向に突出しており、ロータの回転方向に向かって開口しているので、エアーカーテン効果を受けずに積極的に冷媒を導入して冷却することができる。また、貫通孔を流れる冷媒の流量が等しくなるので、貫通孔に対応する磁石を等しく冷却できる。

第４の発明は、前記連通部が連通する複数の前記開口部は、前記ロータの回転方向に対して前側の前記開口部と後側の前記開口部とを含み、前記連通部は、前記前側の前記開口部と前記突出部における前記前側の前記開口部が投影された第一領域との間に形成される空間の体積をＶｆとし、前記後側の前記開口部と前記突出部における前記後側の前記開口部が投影された第二領域との間に形成される空間の体積をＶｒとすると、Ｖｆ＞Ｖｒが成立するように形成されている回転電機である。
この構成によれば、取入部から取り入れられた冷媒が貫通穴に向かう際、回転方向の後側にゆくにつれて冷媒の圧力が高まり流量が増す。そのため、ロータの回転方向に対して前側と後側とでそれぞれ位置する貫通穴に等しい量の冷媒を流すことができる。

第５の発明は、前記磁石は、前記貫通孔よりも外径側に配置されている回転電機である。
この構成によれば、貫通孔を通る冷媒は遠心力の作用を受けて、磁石が配置されている外径側にへばり付くように移動する。そのため、磁石を効率よく冷却することができる。

第６の発明は、前記貫通孔は、前記磁石を収容する収容孔と連通しており、前記磁石の磁気漏れを防止する磁気漏れ防止バリアを兼ねる回転電機である。
この構成によれば、冷媒は貫通孔の壁面だけでなく、磁石側面も冷却することができる。

第７の発明は、前記導入部材は、袋状である回転電機である。
この構成によれば、回転力が加わった冷媒を無駄なく貫通穴へ通すことができ、効果的に磁石を冷却することができる。

第８の発明は、前記取入部は、前記連通部よりも外径側に位置している回転電機である。
この構成によれば、外径側にゆくほど回転時の移動量が増えるので、より多くの冷媒を取り入れることができる。取り入れ得る冷媒量が増えるので、冷却効率が向上する。

第９の発明は、前記取入部は、前記ロータの端面から軸方向にそれぞれ延びる外径側壁部位（１６ａｅ）と内径側壁部位（１６ａｉ）とを含み、前記外径側壁部位の立ち上がり傾斜角をαとし、前記内径側壁部位の立ち上がり傾斜角をβとすると、α＞βが成立する回転電機である。
この構成によれば、外径側壁部位が内径側壁部位よりも立ち上がり傾斜角が大きいので、より多くの冷媒を取り入れることができる。取り入れ得る冷媒量が増えるので、冷却効率が向上する。

第１０の発明は、前記導入部材は、前記取入部から前記連通部に向かうにつれて、前記突出部の空間高さ（１６ｈ）が次第に低くなる回転電機である。
この構成によれば、導入部材内を移動する冷媒の圧力が高められ、ロータの軸長が長くなっても確実に貫通穴の反対側面まで導くことができる。

第１１の発明は、前記突出部は、前記取入部から前記連通部に向かうにつれて、前記ロータの端面に沿う面方向幅（１６ｗ）が次第に小さくなる回転電機である。
この構成によれば、導入部材内を移動する冷媒の圧力が高められ、ロータの軸長が長くなっても確実に貫通穴の反対側面まで導くことができる。

第１２の発明は、前記導入部材は、前記ロータの端面に設けられる側板（１７）と一体に成形されている。この構成によれば、別個に導入部材を用意しなくて済むので、ロータの製造コストを抑制することができる。導入部材と側板とが一つの部品になるので、ロータを製造する際の作業効率が落ちない。

第１３の発明は、前記導入部材は、非磁性体または前記非磁性体を含む材料を用いる。この構成によれば、磁束漏れによる性能低下を抑制することができる。

なお、「ロータ」は界磁巻線を含まず、磁石および貫通孔を有する。「導入部材」は、突出部，取入部，連通部を有する限りにおいて任意に構成してよい。「連通」は、冷媒が流れるように二つの要素が連なることを意味する。「冷媒」は、例えば空気，油，油ミストなどが該当する。「側板」は端板とも呼ばれ、ロータの組み付けに用いられる板である。「外径側」は径方向の外側を意味し、「内径側」は径方向の内側を意味する。「非磁性金属」は、銅，アルミニウム, ステンレス等のように磁石で吸着されにくい金属のすべてを指す。「非磁性体」は、磁束が流れ難いことを条件として、材料や構成などを問わない。例えば、非磁性金属，樹脂などの非金属材料が該当する。「回転電機」は、回転軸とも呼ぶシャフトを有する機器であれば任意であり、例えば発電機，電動機，電動発電機等が該当する。発電機には電動発電機が発電機として作動する場合を含み、電動機には電動発電機が電動機として作動する場合を含む。

回転電機の第１構成例を模式的に示す断面図である。図１のII−II線から見たロータの第１構成例を示す断面図である。図１のIII線から見たロータの第１構成例を示す側面図である。図１のIV線から見たロータの第１構成例を示す側面図である。導入部材の第１構成例を示す模式図である。導入部材の第２構成例を示す模式図である。導入部材の第３構成例を示す模式図である。導入部材の第４構成例を示す模式図である。導入部材の第５構成例を示す模式図である。導入部材の第６構成例を示す模式図である。導入部材の第７構成例を示す模式図である。導入部材の第８構成例を示す模式図である。導入部材の第９構成例を示す模式図である。導入部材の第１０構成例を示す模式図である。導入部材の第１１構成例を示す模式図である。導入部材の第１２構成例を示す模式図である。導入部材の第１３構成例を示す模式図である。回転電機の第２構成例を模式的に示す断面図である。図１８のXIX線から見たロータの第２構成例を示す側面図である。図１８のXX線から見たロータの第２構成例を示す側面図である。回転電機の第３構成例を模式的に示す断面図である。回転電機の第４構成例を模式的に示す断面図である。ロータの第３構成例を示す断面図である。ロータの第３構成例を示す側面図である。１極が１個の磁石のとき、導入部材の構成例を示す模式図である。ロータの第４構成例を示す側面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的に接続することを意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示しているとは限らない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。磁石は、他の要素と区別し易くするため、断面図であるか否かを問わずにハッチ線を付す。英数字の連続符号は記号「〜」を用いて略記する。二つの要素間を固定する形態は任意に適用してよい。例えば、ボルト，ネジ，ピン等の締結部材を用いる締結や、母材を溶かして溶接等を行う接合、接着剤を用いる接着などが該当する。

〔実施の形態１〕
実施の形態１は図１〜図１７を参照しながら説明する。図１に示すインナーロータ型の回転電機１０は、ステータ１１，ロータ１３，軸受１４，シャフト１５，導入部材１６，側板１７などをフレーム１２内に有する。

「筐体」や「ハウジング」などに相当するフレーム１２は、ステータ１１，ロータ１３，軸受１４，シャフト１５，導入部材１６，側板１７などを収容できれば、形状や物質等を任意に設定してよい。このフレーム１２は、少なくともステータ１１を支持して固定するとともに、軸受１４を介してシャフト１５を回転自在に支持する。本形態のフレーム１２は、非磁性体のフレーム部材１２ａ，１２ｂなどを含む。フレーム部材１２ａ，１２ｂは一体に成形してもよく、個別に形成した後に固定してもよい。

「固定子」や「電機子」などに相当するステータ１１は、多相巻線１１ａ，ステータコア１１ｂなどを含む。「固定子鉄心」に相当するステータコア１１ｂは、軟磁性体であれば任意に構成してよい。本形態のステータコア１１ｂは、例えば多数の電磁鋼板を軸方向に積層して構成する。

多相巻線１１ａは、三相以上の巻線であって、スロットに収容されて巻装される。この多相巻線１１ａは、電機子巻線，固定子巻線，ステータコイルなどに相当する。多相巻線１１ａの形態は任意であって、例えば断面が四角形状の平角線に限らず、断面が円形状の丸線や、断面が三角形状の三角線などでもよい。多相巻線１１ａを巻装する形態も任意であって、例えば全節巻，分布巻，集中巻，短節巻などが該当する。スロットは、ステータコア１１ｂに設けられる収容空間である。

「回転子」に相当するロータ１３は、図１，図２に示すように、磁石１３ａ，貫通孔１３ｂ，ロータコア１３ｃ，収容孔１３ｄ，導入部材１６，側板１７などを有する。このロータ１３は、ステータコア１１ｂに対向して設けられるとともに、シャフト１５に固定される。すなわち、ロータ１３とシャフト１５は一体的に回転する。ロータ１３とステータ１１との間には、空隙Ｇが設けられる。空隙Ｇには、ロータ１３とステータ１１との間で磁束が流れる範囲において任意の数値を設定してよい。

「回転子鉄心」に相当するロータコア１３ｃは、軟磁性体であれば任意に構成してよい。本形態のロータコア１３ｃは、例えば多数の電磁鋼板を軸方向に積層して構成する。貫通孔１３ｂと収容孔１３ｄは、いずれも軸方向に並行するようにロータコア１３ｃに設けられた孔である。本形態の貫通孔１３ｂと収容孔１３ｄは、連通するように設けられる。

一以上の磁石１３ａは、軸方向に延びる形状の棒状磁石であり、対応する収容孔１３ｄに収容される。本形態の磁石１３ａは、図１，図２に示すように、貫通孔１３ｂよりも外径側に配置されている。磁石１３ａは、必要とする極数に応じて任意の数を設けてもよく、磁石の種類を問わない。本形態の磁石１３ａは、図２に示すように１極ごとに２個ずつ設けられ、種類はネオジム磁石などを用いる。

一以上の貫通孔１３ｂは、軸方向に延びる形状の棒状孔であり、冷媒を流して冷却を行うための孔である。本形態の貫通孔１３ｂは、磁石１３ａの磁気漏れを防止する磁気漏れ防止バリアを兼ねる。図２に示すように各貫通孔１３ｂはそれぞれ収容孔１３ｄの内径側位置に形成され、周方向に隣り合う２つの貫通孔１３ｂを１セットとしたものが８セット周方向に形成されている。

導入部材１６は、冷却を行うために冷媒を導入する部材である。本形態の導入部材１６は、図１，図３に示すように、ロータ１３における軸方向の一方側端面に設けられ、他方側端面には設けられない。導入部材１６の数は、磁石１３ａの数や貫通孔１３ｂの数などに応じて任意に設定してよい。本形態の導入部材１６は、図３に示すように、磁石１３ａの極数に応じて８つ設ける。導入部材１６の具体的な構成例については後述する。

「端板」とも呼ばれる側板１７は、収容孔１３ｄに磁石１３ａが収容されたロータコア１３ｃをシャフト１５に固定する部材である。本形態の側板１７は、図３，図４に示すように、貫通孔１３ｂに連通する貫通孔１７ｂなどを有する。図示を省略するが、収容孔１３ｄに連通する貫通孔を側板１７に備えてもよい。なお、図３に示すロータ１３の回転方向Ｄ１と、図４に示すロータ１３の回転方向Ｄ２は、同一方向である。

上述した導入部材１６と側板１７は、磁束漏れによる性能低下を抑制するため、非磁性体を用いる。非磁性体は、磁束が流れ難いことを条件として、物質や構成などを問わない。例えば、銅，アルミニウム, ステンレス等の非磁性金属や、樹脂などの非金属材料が該当する。本形態の導入部材１６と側板１７は、非磁性金属または非金属材料を用いる。放熱性を高めるため、ロータコア１３ｃよりも熱伝導率が高い材料が望ましい。本形態の導入部材１６と側板１７は一体に成形したものを用いる。

導入部材１６の構成例について、図５〜図１７を参照しながら説明する。図５〜図１７にそれぞれ示す導入部材１６は、取入部１６ａ，突出部１６ｂ，連通部１６ｃを含む。導入部材１６は、取入部１６ａから突出部１６ｂを経て連通部１６ｃに向かって冷媒を誘導できれば、任意の形状を設定してよい。例えば、袋状，パイプ状，トンネル状，アーケード状，アーチ状の断面が連続する形状などが該当する。なお、図５〜図１７において同じ要素には同一の符号を付す。

取入部１６ａは、突出部１６ｂの一端部に設けられてロータ１３の回転方向Ｄ１に向かって開口して冷媒を取り入れる。冷媒は流体であれば任意であり、例えば空気，油，油ミストなどが該当する。取入部１６ａは、特に明示しない限り、ロータ１３の径方向に沿って設けられる。本形態の冷媒１８ａは、空気を用いる。突出部１６ｂは、図１に示すロータ１３の端面から軸方向に突出する。連通部１６ｃは突出部１６ｂの他端部に設けられる。この連通部１６ｃは、図１５〜図１７に示す貫通孔１３ｂの開口部１３ｂ１にかかる一部または全部と連通する。連通部１６ｃと開口部１３ｂ１とが一部で連通する場合、連通部１６ｃと連通していない開口部１３ｂ１の部位は側板１７によって塞がれる。

まず、導入部材１６の突出部１６ｂに関する平面形状，配置，数等の構成例について、図５〜図１０を参照しながら説明する。

図５に示す第１構成例の導入部材１６は、取入部１６ａ，突出部１６ｂ，連通部１６ｃがロータ１３の周方向に沿って設けられる。取入部１６ａで取り入れた冷媒は、突出部１６ｂや連通部１６ｃを経てダイレクトに周方向に隣り合う貫通孔１３ｂの両方に送られる。なお、二点鎖線で示す導入部材１６のように構成してもよく、後述する図１３の第９構成例を含む。

図６に示す第２構成例の導入部材１６は、取入部１６ａと連通部１６ｃとが径方向にずれる。具体的には、取入部１６ａが連通部１６ｃよりも外径側にずれている。取入部１６ａと連通部１６ｃとを連絡する突出部１６ｂは、実線で示すような直線形状でもよく、二点鎖線で示すような円弧形状または湾曲形状でもよい。外径側に設けた取入部１６ａは、第１構成例の導入部材１６よりも回転移動量が増えるので、より多くの冷媒を取り入れることができる。

図７に示す第３構成例の導入部材１６は、取入部１６ａから連通部１６ｃに向かうにつれて、突出部１６ｂはロータ１３の端面に沿う面方向幅１６ｗが次第に小さくなる形状である。すなわち、冷媒を取り入れる取入部１６ａの間口を広く確保する。冷媒は、突出部１６ｂ内を移動してゆくにつれて圧力が高められる。

図８に示す第４構成例の導入部材１６は、取入部１６ａの外径側が内径側よりも回転方向Ｄ１側に出ている。外径側にゆくほど円周が大きくなって回転移動量が増える。そのため、外径側が回転方向Ｄ１側に出ることで、冷媒の取入量を増やすことができる。

図９に示す第５構成例の導入部材１６は、貫通孔１３ｂの数に合わせて設けている。図２に示す貫通孔１３ｂは磁石１３ａの１極ごとに２個ずつ設けられるので、図９に示す導入部材１６も同様に２つずつ設けられる。２つの導入部材１６は、対応する貫通孔１３ｂにそれぞれ連通するように外径側と内径側に配置される。なお図９では、上側に示す導入部材１６が外径側に相当し、下側に示す導入部材１６が内径側に相当する。２つの貫通孔１３ｂに流す冷媒の流量を同じにして、２個の磁石１３ａを同等に冷却するには、２つの導入部材１６について取入部１６ａの開口面積を同じにするのが望ましい。

図１０に示す第６構成例の導入部材１６は、図９に示す第５構成例の変形例である。第５構成例が２つの導入部材１６で構成するのに対して、第６構成例は仕切壁１６ｄを設けて１つの導入部材１６で構成する。仕切壁１６ｄは、取入部１６ａから連通部１６ｃまで設けられる。仕切壁１６ｄで仕切られた外径側の第１取入部１６ａ１は図９に示す外径側の取入部１６ａに相当し、内径側の第２取入部１６ａ２は図９に示す内径側の取入部１６ａに相当する。第５構成例と同様に、２個の磁石１３ａを同等に冷却するには、第１取入部１６ａ１と第２取入部１６ａ２の開口面積を同じにするのが望ましい。

次に、取入部１６ａに関する正面形状の構成例について、図１１〜図１４を参照しながら説明する。

図１１に示す第７構成例の導入部材１６は、正面形状が半円形状となる取入部１６ａを有する。外径側と内径側の壁に関する立ち上がり傾斜角が等しいので、外径側と内径側とで同等に冷媒を取り入れることができる。

図１２に示す第８構成例の導入部材１６は、外径側壁部位１６ａｅと内径側壁部位１６ａｉとを含む取入部１６ａを有する。外径側壁部位１６ａｅの立ち上がり傾斜角をαとし、内径側壁部位１６ａｉの立ち上がり傾斜角をβとすると、α＞βである。外径側にゆくほど円周が大きくなって回転移動量が増える。外径側壁部位１６ａｅが内径側壁部位１６ａｉよりも立ち上がり傾斜角が大きいので、冷媒の取入量を増やすことができる。

図１３に示す第９構成例の導入部材１６は、外径側端部から頂上部まで逆Ｊ字形状の取入部１６ａを有する。図１３および図５に二点鎖線で示すように、取入部１６ａから突出部１６ｂの途中まで次第に軸方向の突出部位が閉じるように構成することで冷媒を連通部１６ｃに向けて誘導する。

図１４に示す第１０構成例の導入部材１６は、側板１７と合わせて正面形状が四角形状となる取入部１６ａを有する。第１０構成例は、図１１に示す第７構成例と同様に、外径側と内径側の壁に関する立ち上がり傾斜角が等しい。そのため、外径側と内径側とで同等に冷媒を取り入れることができる。図示を省略するが、図１２に示す第８構成例と同様に、外径側壁部位１６ａｅの立ち上がり傾斜角αと、内径側壁部位１６ａｉの立ち上がり傾斜角βとがα＞βになるように構成してもよい。また、図１３に示す第９構成例と同様に、外径側端部から頂上部まで逆Ｌ字形状で構成してもよい。さらに、図１４に二点鎖線で示すように、取入部１６ａの一部を曲線状に構成してもよい。

さらに、導入部材１６の突出部１６ｂに関する断面形状の構成例について、図１５〜図１７を参照しながら説明する。図１５〜図１７にそれぞれ矢印の導入方向Ｄ３で示すように、冷媒１８ａは取入部１６ａで取り込まれ、突出部１６ｂに沿って流れ、連通部１６ｃおよび貫通孔１７ｂを経て貫通孔１３ｂに流れる。図１５〜図１７にそれぞれ示す空間高さ１６ｈは、冷媒１８ａが導入部材１６内を流れる空間の高さである。

図１５に示す第１１構成例の導入部材１６は、第１突出部位１６ｂ１と第２突出部位１６ｂ２とを有する突出部１６ｂを含む。第１突出部位１６ｂ１は、取入部１６ａから側板１７との空間高さ１６ｈが変化しない部位である。第２突出部位１６ｂ２は、断面が円弧状であって、図１５の右側に相当する後側の連通部１６ｃを含む領域で空間高さ１６ｈが小さくなる部位である。

図１６に示す第１２構成例の導入部材１６は、取入部１６ａから連通部１６ｃに向かうにつれて空間高さ１６ｈが次第に低くなる突出部１６ｂを有する。冷媒１８ａは、導入部材１６内を移動するにつれて圧力が高められる。

冷媒１８ａは、２つの貫通孔１３ｂで等しく冷却を行うため、それぞれの開口部１３ｂ１に入る流量が等しくなるように分岐させるのが望ましい。そのため、図１６にハッチ線で示す体積Ｖｆと体積Ｖｒは、Ｖｆ＞Ｖｒとなるように設定するとよい。体積Ｖｆは、図１６の左側に相当する前側の開口部１３ｂ１から突出部１６ｂに投影した空間の体積である。体積Ｖｒは、図１６の右側に相当する後側の開口部１３ｂ１から突出部１６ｂに投影した空間の体積である。

図１７に示す第１３構成例の導入部材１６は、図１５に示す第１１構成例の変形例であって、２つの貫通孔１３ｂに流す冷媒１８ａの流量を等しくする連通部１６ｃを有する。第１２構成例は、体積Ｖｆと体積ＶｒとがＶｆ＞Ｖｒになるように設定する。これに対して、第１３構成例の連通部１６ｃは、開口面積が異なる第１連通部位１６ｃ１と第２連通部位１６ｃ２を有する。第１連通部位１６ｃ１の開口面積をＳｆとし、第２連通部位１６ｃ２の開口面積をＳｒとすると、Ｓｆ＞Ｓｒとなるように設定するとよい。

導入部材１６は、主に突出部１６ｂの平面形状に関する図１に示す第１構成例から図１０に示す第６構成例と、主に取入部１６ａの正面形状に関する図１１に示す第７構成例から図１４に示す第１０構成例と、主に突出部１６ｂの断面形状に関する図１５に示す第１１構成例から図１７に示す第１３構成例とについて、どのように組み合わせてもよい。全部で６×４×３＝７２通りの組み合わせがある。例えば、｛第１構成例，第７構成例，第１１構成例｝の組み合わせ、｛第２構成例，第８構成例，第１２構成例｝の組み合わせ、｛第３構成例，第９構成例，第１３構成例｝の組み合わせ、｛第６構成例，第１０構成例，第１３構成例｝の組み合わせなどが該当する。回転電機１０の仕様や定格、磁石１３ａや貫通孔１３ｂの形態（例えば形状，大きさ，数）などに合わせて組み合わせてよい。

上述した実施の形態１によれば、以下に示す各作用効果を得ることができる。

（１）図１に示す回転電機１０は、ロータ１３やステータ１１などを有する。ロータ１３は、磁石１３ａ，貫通孔１３ｂ，ロータコア１３ｃ，収容孔１３ｄ，導入部材１６，側板１７などを有する。導入部材１６は、一以上の貫通孔１３ｂの開口部１３ｂ１にかかる一部または全部に連通し、かつ、冷媒１８ａを導入する。導入部材１６は、取入部１６ａ，突出部１６ｂ，連通部１６ｃを含む。取入部１６ａは、図５〜図１０に示すように、突出部１６ｂの一端部に設けられてロータ１３の回転方向Ｄ１に向かって開口して冷媒１８ａを取り入れる。突出部１６ｂは、ロータ１３の端面から軸方向に突出する。連通部１６ｃは、図１５〜図１７に示すように、突出部１６ｂの他端部に設けられて周方向に隣接する２つの開口部１３ｂ１に連通する。この構成によれば、導入部材１６はロータ１３の端面から軸方向に突出し、ロータ１３の回転方向Ｄ１に向かって開口するので、エアーカーテン効果を受けずに積極的に冷媒１８ａを導入することができる。これにより、特に温度上昇に伴って性能が低下してゆく磁石１３ａを効率的に冷却することができ、特性や性能が低下するのを抑制できる。また、磁石１３ａの熱減磁に対しても高価なディスプロシューム量が減らせるので、ロータ１３の製造コストを抑制することが可能となる。２つの開口部１３ｂ１は、それぞれが磁石１３ａが収容される収容孔１３ｄに連通しているので、効率的に両方の磁石１３ａを冷却できる。

（２）磁石１３ａは、図１，図２に示すように、貫通孔１３ｂよりも外径側に配置されている。この構成によれば、貫通孔１３ｂを通る冷媒１８ａは遠心力の作用を受けて、磁石１３ａが配置されている外径側にへばり付くように移動する。そのため、磁石１３ａを効率よく冷却することができる。

（３）貫通孔１３ｂは、図２〜図１０に示すように、磁石１３ａを収容する収容孔１３ｄと連通しており、磁石１３ａの磁気漏れを防止する磁気漏れ防止バリアを兼ねる。この構成によれば、貫通孔１３ｂは磁気漏れ防止バリアとして磁石１３ａの磁気漏れを防止することができる。冷媒１８ａは、貫通孔１３ｂの壁面だけでなく、磁石１３ａの側面も冷却することができる。

（４）図５〜図１７に示すように、導入部材１６は袋状である。この構成によれば、回転力が加わった冷媒１８ａを無駄なく貫通孔１３ｂへ通すことができ、効果的に磁石１３ａを冷却することができる。

（５）取入部１６ａは、図６に示すように、連通部１６ｃよりも外径側に位置している。外径側にゆくほど円周が大きくなって回転移動量が増える。この構成によれば、冷媒１８ａの取入量が増えるので、冷却率が向上する。

（６）取入部１６ａは、図１２に示すように、ロータ１３の端面から軸方向にそれぞれ延びる外径側壁部位１６ａｅと内径側壁部位１６ａｉとを含み、外径側壁部位１６ａｅの立ち上がり傾斜角をαとし、内径側壁部位１６ａｉの立ち上がり傾斜角をβとすると、α＞βである。この構成によれば、外径側壁部位１６ａｅが内径側壁部位１６ａｉよりも立ち上がり傾斜角が大きいので、冷媒１８ａの取入量が増えて冷却率が向上する。

（７）導入部材１６は、図１６に示すように、取入部１６ａから連通部１６ｃに向かうにつれて、突出部１６ｂの空間高さ１６ｈが次第に低くなる。この構成によれば、導入部材１６内を移動するにつれて冷媒１８ａの圧力が次第に高められるので、図１に示すロータ１３の軸長が長くなっても確実に貫通孔１３ｂの反対側面（図１では右側面）まで導くことができる。

（８）突出部１６ｂは、図７に示すように、取入部１６ａから連通部１６ｃに向かうにつれて、ロータ１３の端面に沿う面方向幅１６ｗが次第に小さくなる。この構成によれば、導入部材１６内を移動するにつれて冷媒１８ａの圧力が次第に高められるので、図１に示すロータ１３の軸長が長くなっても確実に貫通孔１３ｂの反対側面（図１では右側面）まで導くことができる。

（１０）導入部材１６は、図１５〜図１７に示すように、連通部１６ｃが複数の開口部１３ｂ１に連通するように設けられ、複数の開口部１３ｂ１に入る流量が等しくなるように冷媒１８ａを分岐させる。この構成によれば、貫通孔１３ｂを流れる冷媒１８ａの流量が等しくなるので、貫通孔１３ｂに対応する磁石１３ａを等しく冷却できる。

（１１）図１５〜図１７に示すように、複数の開口部１３ｂ１はロータ１３の回転方向Ｄ１に対して前側と後側とに設けられる。図１６に示すように、連通部１６ｃは前側の開口部１３ｂ１から突出部１６ｂに投影した空間の体積をＶｆとし、後側の開口部１３ｂ１から突出部１６ｂに投影した空間の体積をＶｒとすると、Ｖｆ＞Ｖｒである。この構成によれば、取入部１６ａから取り入れられた冷媒１８ａが貫通孔１３ｂに向かう際、回転方向Ｄ１の後側にゆくにつれて冷媒１８ａの圧力が高まり流量が増す。そのため、ロータ１３の回転方向Ｄ１に対して前側と後側とでそれぞれ位置する貫通孔１３ｂに等しい量の冷媒１８ａを流すことができる。

（１２）図１，図１５〜図１７に示すように、導入部材１６は、ロータ１３の端面に設けられる側板１７と一体に成形されている。この構成によれば、別個に導入部材１６を用意しなくて済むので、ロータ１３の製造コストを抑制することができる。導入部材１６と側板１７とが一つの部品になるので、ロータ１３を製造する際の作業効率が落ちない。

（１３）図１に示すように、導入部材１６は非磁性体または非磁性体を含む材料を用いる。この構成によれば、磁束漏れによる性能低下を抑制することができる。

〔実施の形態２〕
実施の形態２は図１８〜図２０を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態１と相違する点を説明する。

図１８に示すインナーロータ型の回転電機１０は、実施の形態１と同様に、ステータ１１，ロータ１３，軸受１４，シャフト１５，導入部材１６，側板１７などをフレーム１２内に有する。本形態の回転電機１０が実施の形態１と相違するのは、導入部材１６が設けられる部位である。実施の形態１では、図１に示すように全ての導入部材１６をロータ１３における軸方向の一方側端面に設けた。

本形態の回転電機１０は、図１８に示すように導入部材１６をロータ１３の両端面にそれぞれ設ける。さらに図１９，図２０に示すように、一方の端面で連通する貫通孔１３ｂと他方の端面で連通する貫通孔１３ｂとが異なるように導入部材１６を設ける。導入部材１６は実施の形態１と同様の形態である。

上述した実施の形態２によれば、導入部材１６を設ける位置が相違するに過ぎないので、実施の形態１と同様の作用効果が得られ、次の作用効果を得ることもできる。

（９）導入部材１６は、図１８〜図２０に示すように、ロータ１３の両端面にそれぞれ設けられ、かつ、一方の端面で連通する貫通孔１３ｂと他方の端面で連通する貫通孔１３ｂとが異なる。この構成によれば、ロータ１３の両端面からそれぞれ冷媒１８ａを取り込むことができ、反対側の端面から排出するのでバランス良く冷却することができる。

〔実施の形態３〕
実施の形態３は図２１，図２２を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１，２で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態１，２と相違する点を説明する。

図２１，図２２に示す回転電機１０は、いずれも実施の形態１と同様に、ステータ１１，ロータ１３，軸受１４，シャフト１５，導入部材１６，側板１７などをフレーム１２内に有する。本形態の回転電機１０が実施の形態１と相違するのは、冷媒１８ａとして空気を用いるのに対して、冷媒１８ｂとして油を用いる点である。冷媒１８ｂは、図２１，図２２の下側に位置する導入部材１６が液面下となる容量とするのが望ましい。

図２１に示す回転電機１０は、冷媒１８ｂを除いて図１に示す回転電機１０と同様であるので、実施の形態１と同様の作用効果が得られる。また図２２に示す回転電機１０は、冷媒１８ｂを除いて図１８に示す回転電機１０と同様であるので、実施の形態２と同様の作用効果が得られる。

〔実施の形態４〕
実施の形態４は図２３，図２４を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１〜３で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態１〜３と相違する点を説明する。

図２３に示すロータ１３は、図１，図１８，図２１，図２２に示すロータ１３に代わる構成である。本形態のロータ１３は、複数の部分ロータ１３１〜１３４を有する。部分ロータ１３１〜１３４は、図１，図１８，図２１，図２２に示すロータ１３と同様の構成であるが、軸方向の長さが短い点が相違する。なお、ロータ１３が有する部分ロータの数は、本形態では４を適用するが、２以上で任意の数を適用してもよい。

部分ロータ１３１，１３３は、例えば図２に示すように構成する。部分ロータ１３２，１３４は、例えば図２４に示すように構成する。図２に示すように構成した部分ロータ１３１，１３３を基準位置として配置するとき、部分ロータ１３２，１３４は角度θだけ回転させた位置に配置する。角度θだけ周方向にずれるため、図２３に示すように磁石１３ａや貫通孔１３ｂの位置が周方向でずれる。貫通孔１３ｂが周方向にずれても、冷媒１８ａ，１８ｂは導入部材１６を通って図２３に示す軸方向の一方側端面から他方側端面に流れる。したがって、実施の形態１〜３と同様の作用効果が得られる。

図示を省略するが、軸方向の一方側端面から他方側端面まで冷媒１８ａ，１８ｂが流れる限りにおいて、複数の部分ロータ１３１〜１３４をどのようにずらしてもよい。例えば、部分ロータ１３１，１３４を基準位置に配置し、部分ロータ１３２，１３３を角度θだけ回転させた位置に配置してもよい。部分ロータ１３１を基準位置に配置し、部分ロータ１３２を角度２θだけ回転させた位置に配置し、部分ロータ１３３を角度３θだけ回転させた位置に配置し、部分ロータ１３４を角度４θだけ回転させた位置に配置してもよい。ずらすための角度θは、一定でなく変化させてもよい。いずれの配置にせよ、実施の形態１〜３と同様の作用効果が得られる。

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態１〜４に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。

上述した実施の形態１〜４では、図２，図２４に示すように、ロータ１３の極数を８とし、１極ごとに磁石１３ａを２個ずつ設ける構成とした。この形態に代えて、ロータ１３の極数を８以外の任意値で設定してもよい。また、図２５に示すように、１極ごとに磁石１３ａを１個ずつ設ける構成としてもよい。図２５に示すロータ１３は、収容孔１３ｄに磁石１３ａが収容され、収容孔１３ｄの両側から周方向に貫通孔１３ｂが設けられている。二点鎖線で示す導入部材１６は、２つの貫通孔１３ｂに冷媒１８ａ，１８ｂを導入するように設けられる。図示を省略するが、１極ごとに磁石１３ａを３個以上の複数個ずつ設ける構成としてもよい。１個の磁石１３ａは、複数の部分磁石で構成してもよい。１極ごとに設ける磁石１３ａの数が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜４と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態１〜４では、図２〜図４，図１９，図２０，図２４に示すような形状で貫通孔１３ｂと収容孔１３ｄを構成した。この形態に代えて、図２６に示すような形状で貫通孔１３ｂと収容孔１３ｄを構成してもよい。つまり、貫通孔１３ｂは冷媒１８ａ，１８ｂが流れることを条件として任意の形状で実現してよく、収容孔１３ｄは磁石１３ａが収容されることを条件として任意の形状で実現してよい。貫通孔１３ｂと収容孔１３ｄの形状が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜４と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態１〜４では、図１，図１８，図２１，図２２に示すように、導入部材１６と側板１７は一体に成形する構成とした。この形態に代えて、図示を省略するが、別体で成形した導入部材１６と側板１７を固定したものを用いる構成としてもよい。この構成では、図１５，図１６に示すように、連通部１６ｃと貫通孔１７ｂは同じ形状で構成するのが望ましい。図１７では第２連通部位１６ｃ２の開口面積を第１連通部位１６ｃ１の開口面積よりも小さく構成したが、第２連通部位１６ｃ２に対応する貫通孔１７ｂの開口面積を、第１連通部位１６ｃ１に対応する貫通孔１７ｂの開口面積よりも小さく構成してもよい。導入部材１６と側板１７の構成が一体か別体かの相違に過ぎないので、実施の形態１〜４と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態１〜４では、インナーロータ型の回転電機１０に適用する構成とした。この形態に代えて、アウターロータ型の回転電機に適用する構成としてもよい。ステータ１１とロータ１３の配置が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜４と同様の作用効果が得られる。

１０回転電機
１１ステータ
１３ロータ
１３ａ磁石
１３ｂ貫通孔
１３ｃロータコア
１３ｄ収容孔
１６導入部材
１６ａ取入部
１６ｂ突出部
１６ｃ連通部
１７側板
１８ａ，１８ｂ冷媒

Claims

一以上の磁石（１３ａ）と軸方向に貫通する貫通孔（１３ｂ）とを含むロータ（１３）と、前記ロータに対向して設けられるステータ（１１）と、を有する回転電機（１０）において、
一以上の前記貫通孔の開口部にかかる一部または全部に連通し、かつ、冷媒（１８ａ，１８ｂ）を導入する導入部材（１６）を有し、
前記導入部材は、前記ロータの端面から軸方向に突出する突出部（１６ｂ）と、前記突出部の一端部に設けられて前記ロータの回転方向に向かって開口して前記冷媒を取り入れる取入部（１６ａ）と、前記突出部の他端部に設けられて前記開口部に連通する連通部（１６ｃ）と、を含み、
前記導入部材は、前記ロータの両端面にそれぞれ設けられ、かつ、
前記ロータの一方の端面で前記導入部材が連通する前記貫通孔と前記ロータの他方の端面で前記導入部材が連通する前記貫通孔とは、互いに異なる回転電機。
前記導入部材は、前記連通部が複数の前記開口部に連通するように設けられ、複数の前記開口部に入る流量が等しくなるように前記冷媒を分岐させる請求項１に記載の回転電機。
一以上の磁石（１３ａ）と軸方向に貫通する貫通孔（１３ｂ）とを含むロータ（１３）と、前記ロータに対向して設けられるステータ（１１）と、を有する回転電機（１０）において、
一以上の前記貫通孔の開口部にかかる一部または全部に連通し、かつ、冷媒（１８ａ，１８ｂ）を導入する導入部材（１６）を有し、
前記導入部材は、前記ロータの端面から軸方向に突出する突出部（１６ｂ）と、前記突出部の一端部に設けられて前記ロータの回転方向に向かって開口して前記冷媒を取り入れる取入部（１６ａ）と、前記突出部の他端部に設けられて前記開口部に連通する連通部（１６ｃ）と、を含み、
前記導入部材は、前記連通部が複数の前記開口部に連通するように設けられ、複数の前記開口部に入る流量が等しくなるように前記冷媒を分岐させる回転電機。
前記連通部が連通する複数の前記開口部は、前記ロータの回転方向に対して前側の前記開口部と後側の前記開口部とを含み、
前記連通部は、前記前側の前記開口部と前記突出部における前記前側の前記開口部が投影された第一領域との間に形成される空間の体積をＶｆとし、前記後側の前記開口部と前記突出部における前記後側の前記開口部が投影された第二領域との間に形成される空間の体積をＶｒとすると、Ｖｆ＞Ｖｒが成立するように形成されている請求項２又は３に記載の回転電機。
前記磁石は、前記貫通孔よりも外径側に配置されている請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機。
前記貫通孔は、前記磁石を収容する収容孔と連通しており、前記磁石の磁気漏れを防止する磁気漏れ防止バリアを兼ねる請求項５に記載の回転電機。
前記導入部材は、袋状である請求項１から６のいずれか一項に記載の回転電機。
前記取入部は、前記連通部よりも外径側に位置している請求項１から７のいずれか一項に記載の回転電機。
前記取入部は、前記ロータの端面から軸方向にそれぞれ延びる外径側壁部位（１６ａｅ）と内径側壁部位（１６ａｉ）とを含み、
前記外径側壁部位の立ち上がり傾斜角をαとし、前記内径側壁部位の立ち上がり傾斜角をβとすると、α＞βが成立する請求項８に記載の回転電機。
前記導入部材は、前記取入部から前記連通部に向かうにつれて、前記突出部の空間高さ（１６ｈ）が次第に低くなる請求項１から９のいずれか一項に記載の回転電機。
前記突出部は、前記取入部から前記連通部に向かうにつれて、前記ロータの端面に沿う面方向幅（１６ｗ）が次第に小さくなる請求項１から１０のいずれか一項に記載の回転電機。
前記導入部材は、前記ロータの端面に設けられる側板（１７）と一体に成形されている請求項１から１１のいずれか一項に記載の回転電機。
前記導入部材は、非磁性体または前記非磁性体を含む材料を用いる請求項１から１２のいずれか一項に記載の回転電機。