ロータおよび回転電機
【課題】周方向に発熱分布を有するロータを効率的に冷却できる回転電機のロータを提供する。
【解決手段】ロータ１２は、回転シャフト１８とロータコア４０とを備える。ロータコア４０は、回転作動時の発熱量が比較的大きい領域に形成される第１孔部５０と発熱量が比較的小さい領域に形成される第２孔部５２とを有する。ロータコア４０の軸方向端部外側に、回転シャフト１８の軸部２０を介して冷却媒体を受け取る冷媒貯留部４４が第１孔部５０および第２孔部５２の各開口部に隣接して設けられる。冷媒貯留部４４と第１孔部５０および第２孔部５２の各開口部との間に流量調整部材３６が配置される。流量調整部材３６に第１孔部５０の開口部に連通する第１冷媒通路と第２孔部５２に連通する第２冷媒通路とを形成し、第１冷媒通路の開口面積を第２冷媒通路より大きく設定してある。
【解決手段】ロータ１２は、回転シャフト１８とロータコア４０とを備える。ロータコア４０は、回転作動時の発熱量が比較的大きい領域に形成される第１孔部５０と発熱量が比較的小さい領域に形成される第２孔部５２とを有する。ロータコア４０の軸方向端部外側に、回転シャフト１８の軸部２０を介して冷却媒体を受け取る冷媒貯留部４４が第１孔部５０および第２孔部５２の各開口部に隣接して設けられる。冷媒貯留部４４と第１孔部５０および第２孔部５２の各開口部との間に流量調整部材３６が配置される。流量調整部材３６に第１孔部５０の開口部に連通する第１冷媒通路と第２孔部５２に連通する第２冷媒通路とを形成し、第１冷媒通路の開口面積を第２冷媒通路より大きく設定してある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータおよび回転電機に係り、特に、内部に冷媒通路が形成されたロータコアを備えるロータおよび回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電磁鋼板を積層して構成されるロータコア内に冷却媒体が流れる冷媒通路を形成したロータおよびこれを用いた回転電機が知られている。
【０００３】
例えば、特開２００９−５５７３７号公報（特許文献１）に開示される永久磁石式同期回転電機のロータコアは、第１よび第２電磁鋼板を交互に積層して構成され、第１および第２電磁鋼板は冷媒通路を形成する孔部を有していて、その孔部を互いに周方向にずらして配置することにより全周にわたって連通する冷媒通路を形成し、この冷媒通路に冷却媒体をロータコアの周方向全体に満遍なく供給することで冷却性能を向上させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−５５７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実際に回転電機が回転作動する際、ロータには周方向に発熱分布が存在することがある。その場合、上記特許文献１のようにロータの周方向全体に冷却媒体を満遍なく供給して一様に冷却する構造では、上記のような周方向に発熱分布を有するロータを効率的に冷却することができない。
【０００６】
本発明の目的は、周方向に発熱分布を有するロータを効率的に冷却できるロータおよび回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るロータは、回転シャフトと、その外周に固定されるロータコアとを備えるロータであって、前記ロータコアは、回転作動時の発熱量が比較的大きい領域において軸方向に延びて形成される第１孔部と前記発熱量が比較的小さい領域において軸方向に延びて形成される第２孔部とを有し、前記ロータコアの軸方向端部外側に、前記回転シャフトの軸部を介して冷却媒体を受け取る冷媒貯留部を前記第１孔部および第２孔部の各開口部に隣接して設け、前記冷媒貯留部と前記第１孔部および第２孔部の各開口部との間に流量調整部材を配置し、前記流量調整部材に前記第１孔部の開口部に連通する第１冷媒通路と前記第２孔部に連通する第２冷媒通路とを形成し、前記第１冷媒通路の開口面積を前記第２冷媒通路の開口面積より大きく設定してある。
【０００８】
本発明に係るロータにおいて、前記ロータコアには永久磁石が埋設されており、前記第１孔部は前記永久磁石に接して形成されていてもよい。
【０００９】
また、本発明に係るロータにおいて、前記永久磁石は一対で１つの磁極を構成し、前記一対の永久磁石は周方向に離れて配置され、前記第１孔部は前記一対の永久磁石の径方向内側の端部にそれぞれ接して２つ形成され、前記第２孔部は前記２つの第１孔部の間に形成されていてもよい。
【００１０】
また、本発明に係るロータにおいて、ロータコアの磁極に永久磁石が含まれる場合、前記第１および第２の孔部は、前記永久磁石からの磁束に対してフラックスバリアを構成してもよい。
【００１１】
また、本発明に係るロータにおいて、前記回転シャフトは、その外周面から径方向外側に突出するとともに前記ロータコアとの対向面に凹部が形成されたフランジ部を有しており、前記冷媒貯留部は前記凹部と前記流量調整部材とによって区画される空間により形成されてもよい。
【００１２】
また、本発明に係るロータにおいて、前記ロータコアの軸方向端部外側に配置されるエンドプレートをさらに備え、前記エンドプレートには前記ロータコアとの対向面に凹部が形成されており、前記冷媒貯留部は前記凹部と前記流量調整部材とによって区画される空間により形成されてもよい。
【００１３】
また、本発明に係るロータにおいて、前記流量調整部材は、前記ロータコアと前記冷媒貯留部との間に配置される環状プレートで構成され、前記第１および第２冷媒通路は前記流量調整部材の内周部に形成された切り込み部からなり、前記第１冷媒通路の切り込み部の幅が前記第２冷媒通路の幅よりも広く設定されていてもよい。
【００１４】
さらに、本発明に係るロータにおいて、ロータコアが板状部材積層体であって、前記環状プレートは前記板状部材の一部によって形成されてもよい。
【００１５】
そして、本発明に係る回転電機は、上記いずれかの構成からなるロータと、ロータ外周に配置されるステータとを備えるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るロータおよび回転電機によれば、回転作動時に比較的発熱量が大きくなる領域に形成された第１孔部に、開口面積が大きい第１冷媒通路を介して冷媒貯留部からより多くの冷却媒体を供給することができる。したがって、ロータにおける周方向の発熱分布に応じて冷却媒体による冷却性能を設定することができ、ロータを効率よく冷却することができる。その結果、ロータ温度の低減による回転電機の出力特性の維持または向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態である回転電機の軸方向断面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２中の一点鎖線領域Ｂの拡大図である。
【図４】本発明の第２実施形態である回転電機の軸方向断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態である回転電機の軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る実施の形態（以下、実施形態という）について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、下記において複数の実施形態が含まれる場合、各実施形態の構成が任意に組み合わせて用いられることは予め想定されている。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態の回転電機１０の軸方向断面図であり、図２は図１中のＡ−Ａ線断面図であり、図３は図２中の一点鎖線領域Ｂの拡大図である。回転電機１０は、ロータ１２と、ステータ１４とを備える。ロータ１２およびステータ１４は、軸方向の両端が閉じた円筒状のケース１６内に収容されている。
【００２０】
図１を参照すると、ステータ１４は、筒状のステータコア１５ａと、ステータコア１５ａに巻装されたステータコイル１５ｂとを含む。ステータコア１５ａは、円環状に打ち抜き加工された多数の電磁鋼板を積層して構成される。ステータコア１５ａの外周面は、ケース１６の内周面上に固定されている。また、ステータコア１５ａは、その内周部に複数のティースを有している。ティースは、径方向内方に突設されるとともに、周方向に均等間隔で配置されている。
【００２１】
隣り合うティース間には、スロットが形成される。スロットは、ステータコア１５ａの軸方向全体にわたって延伸する溝として形成される。ステータコイル１５ｂは、ティースの周囲に巻回されて設けられており、スロット内に位置するスロット内部分と、ステータコア１５ａの軸方向端面から外側に膨出するコイルエンド部分とを有している。
【００２２】
ロータ１２は、ステータ１４の内側にエアギャップを介して配置されている。ロータ１２は、回転シャフト１８と、ロータコア４０とを含んで構成される。回転シャフト１８は、中空の略円筒状をなす軸部２０と、軸部２０の外周から径方向外方へ突出する略円盤のフランジ部２２とを備える。回転シャフト１８の軸部２０の軸方向両端部は、ケース１６の端部壁１７に固定された軸受部材２４によって回転可能に支持されている。回転シャフト１８の軸部２０内には、冷却媒体通路２６が軸方向に延びて形成されている。
【００２３】
ケース１６内の底部には、冷却媒体としてのオイルが溜まっている。オイルの量は、油面Ｃの高さがロータコア４０の外周面より下に設定され、ロータ１２の回転抵抗とならないようにされている。ケース１６の端部壁１７には、ケース１６内の底部に溜まったオイルを吸い出すためのオイル吸引孔部１７ａが形成されている。
【００２４】
ケース１６の端部壁１７のオイル吸引孔部１７ａには、途中にポンプ３０が設けられたオイル配管２８の一端部が接続されている。一方、オイル配管２８の他端部は、ケース１６の外部に露出した回転シャフト１８の軸部２０の端部において、冷却媒体通路２６に接続されている。これにより、ポンプ３０を作動させることによって、ケース１６の底部に溜まったオイルを吸引して回転シャフト１８内の冷却媒体通路２６へ供給できるようになっている。
【００２５】
なお、オイル配管２８には、オイルからの放熱を促進して降温させるためのオイルクーラが設けられてもよい。また、本実施形態では、回転シャフト１８の軸部２０内の冷却媒体通路２６が軸方向に貫通しているものとして示されるが、これに限定されるものではなく、冷却媒体通路２６がフランジ部２２側の端部において閉じていてもよい。
【００２６】
ロータコア４０は、打ち抜き加工された円板状の電磁鋼板を軸方向に積層して構成される。略円筒状をなすロータコア４０の中心には、回転シャフト１８の軸部２０が挿通されるシャフト挿通孔４２が軸方向に貫通して形成されている。
【００２７】
ロータ１２は、略円盤状をなすエンドプレート３２をさらに備える。エンドプレート３２は、ロータコア４０の磁気特性に影響を与えないように例えばアルミニウム、銅、ステンレス、樹脂等の非磁性材料で形成されるのが好ましい。
【００２８】
ロータ１２は、次のようにして組み立てられる。まず、回転シャフト１８の軸部２０に矢印Ｄ方向から後述する流量調整部材３６が外装される。続いて、ロータコア４０が軸部２０に外装されて、ロータコア４０の軸方向一端面とフランジ部２２との間に流量調整部材３６が挟持される。そして、エンドプレート３２を回転シャフト１８の軸部２０に外装して、所定の押圧力でロータコア４０の軸方向他端面に押し付ける。この状態で、軸部２０上に外装された筒状のかしめ部材３８をかしめ固定することにより、ロータコア４０が回転シャフト１８に対して軸方向位置が決められて固定される。また、ロータコア４０は、回転シャフト１８の軸部２０との間の凹凸嵌合または軸部２０上への圧入等の手法によって、回転シャフト１８に対する周方向位置も決められる。
【００２９】
回転シャフト１８のフランジ部２２おいてロータコア４０に対向する面には、円環状をなす凹部２３が軸部２０の周囲を取り囲んで形成されている。回転シャフト１８のフランジ部２２に形成された凹部２３は、周方向壁面と径方向壁面とを有する。
【００３０】
また、回転シャフト１８の軸部２０は、上記凹部２３に対応する位置にオイル吐出孔２７が冷却媒体通路２６に連通して形成されている。オイル吐出孔２７は、周方向に均等配置で複数（本実施形態では４つ、図２参照）形成されている。
【００３１】
流量調整部材３６は、ロータコア４０およびフランジ部２２と略同一の外径を有する円環状プレートにより構成される。流量調整部材３６の内周縁は、フランジ部２２の凹部２３の周方向壁面よりも径方向内方に突出して位置している。流量調整部材３６もまた、エンドプレート３２と同様に、ロータコア４０の磁気特性に影響を与えないように例えばアルミニウム、銅、ステンレス、樹脂等の非磁性材料で形成されるのが好ましい。
【００３２】
フランジ部２２の凹部２３における周方向壁面および径方向壁面と流量調整部材３６とによって区画される円環状の空間が冷媒貯留部４４とされている。冷媒貯留部４４は、径方向内方に開放しているため、回転シャフト１８の軸部２０に形成されたオイル吐出孔２７から吐出されたオイルを受け入れることができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、冷媒貯留部４４を径方向内方に開放する空間により形成したが、これに限定されるものではなく、径方向内方が凹部の内周側壁面によって閉じた冷媒貯留部としてもよい。この場合、フランジ部２２のロータ対向面にオイル吐出孔と冷媒貯留部とを連通する溝状のオイル供給路を形成すればよい。
【００３４】
図２を参照すると、ロータコア４０は、外周部に複数の磁極４６を含む永久磁石埋め込み型の回転子である。本実施形態では、８つの磁極４６が周方向に均等配置で設けられている。
【００３５】
各磁極４６には、一対の永久磁石４８が配置されている。永久磁石４８は、扁平矩形状の端面および断面を有するとともに、ロータコア４０の軸方向全体にわたって延びている。永久磁石４８は、ロータコア４０内に軸方向に延びて形成される磁石挿入孔内に挿入されて固定されている。磁極４６に含まれる一対の永久磁石４８は、周方向に離れて設けられていて、径方向外方へ向かって互いの間隔が広がるように略Ｖ字形に配置されている。
【００３６】
ロータコア４０内であって各磁極４６の径方向内側には、第１孔部５０および第２孔部５２が軸方向に延びて形成されている。第１孔部５０は、一対の永久磁石４８の内周側端部に接する位置に設けられており、本実施形態では２つ形成されている。また、第２孔部５２は、前記２つの第１孔部５０の間にブリッジ部５４を挟んで設けられており、本実施形態では第１孔部５０よりも径方向内側へ拡張して形成されている。これらの第１および第２孔部５０，５２は、永久磁石４８から生じた磁束（および／またはステータからロータの磁極へ流れ込んだ磁束）の流れ規制して磁路を画定するフラックスバリアを構成するとともに、後述するようにオイル通路としても機能する。
【００３７】
上記第１孔部５０は、ロータコア４０において回転作動時の発熱量が比較的大きくなる領域に設けられている。具体的には、ステータコイル１５ｂに通電されてステータ１４内に回転磁界が形成されることによりロータ１２が特に高速で回転作動するとき、永久磁石４８での損失が大きくなって発熱する。永久磁石４８は、発熱により高温になると減磁する可能性がある。減磁により永久磁石の磁力が低下すると、回転電機としての性能を発揮できなくなり、動力性能が低下する。そのため、本実施形態では、後述するようにロータコア４０において発熱による影響が大きい永久磁石４８に対する冷却性能を大きくするため、永久磁石４８に接する位置に第１孔部５０を形成してある。
【００３８】
これに対し、本実施形態のロータ１２における第２孔部５２は、特に高速回転作動時に発熱量が大きくなる永久磁石４８から離れて配置されている。つまり、第２孔部５２は、ロータコア４０において回転作動時の発熱量が比較的小さい領域に設けられているといえる。ただし、第２孔部５２は、２つの第１孔部５０間に位置して一対の永久磁石４８間に挟まれた磁路領域に臨んで形成されているため、後述するように第２孔部５０に供給されるオイルによって磁極４６に含まれる積層鋼板からなる磁路領域を効果的に冷却することができ、これによりコア鉄損を抑制することができる。
【００３９】
図３を参照すると、第１および第２孔部５０，５２は、ロータコア４０の軸方向端部外側に形成された冷媒貯留部４４に隣接する位置に開口している。そして、流量調整部材３６には、２つの第１孔部５０にそれぞれ連通する第１冷媒通路５６と、第２孔部５２に連通する第２冷媒通路５８とが形成されている。
【００４０】
第１および第２冷媒通路５６，５８は、環状プレートからなる流量調整部材３６の内周縁から径方向外側へ向かって矩形状に入り込んだ切り込み部により形成されている。第１および第２冷媒通路５６，５８をなす各切り込み部は、径方向に関して同一深さに形成されている。つまり、第１および第２冷媒通路５６，５８の径方向外側の底部は、ロータコア４０の回転中心から同一半径Ｒ１上に揃うように位置している（図２参照）。これに対し、それぞれ周方向に略沿う方向の第１冷媒通路５６の幅ｄa，ｄc、第２冷媒通路５８の幅ｄbとすると、ｄa＝ｄc＞ｄbを満たすように設定されている。これにより、第１孔部５０に連通する第１冷媒通路５６の開口面積が、第２孔部５２に連通する第２冷媒通路５８の開口面積よりも大きく設定されている。
【００４１】
第１冷媒通路５６は、切り込み部のうち径方向外側の一部において第１孔部５０と連通している。他方、第２冷媒通路５８は、その切り込み部全体が第２孔部５２と連通する位置および形状に形成されている。回転シャフト１８の軸部２０のオイル吐出孔２７から径方向外側へ吐出されるオイルは冷媒貯留部４４に受け取られて貯留されるが、ロータ１２の回転作動による遠心力によって冷媒貯留部４４内のオイルは、冷媒貯留部４４の底部４５に相当する凹部２３の周方向壁面上に円環状に保持されることとなる。そして、冷媒貯留部４４内のオイルの量が増えるにしたがって油面Ｃが径方向内側へと移動していき（図３中の矢印Ｅ方向）、油面Ｃが第１および第２冷媒通路５６，５８の切り込み方向奥側端部に達すると各冷媒通路５６，５８を介してオイルが冷媒貯留部４４から第１および第２孔部５０，５２へと供給される。このとき、上述したように第１冷媒通路５６の開口面積が第２冷媒通路５８の開口面積よりも大きく設定してあることで、第１孔部５０へのオイル供給量が第２孔部５２のオイル供給量よりも多くなり、その結果、第１孔部５０における冷却性能が第２孔部５２における冷却性能よりも大きくなるよう構成されている。
【００４２】
なお、本実施形態では、第１および第２冷媒通路５６，５８を環状プレートからなる流量調整部材３６の内周縁に開口する切り込み部により形成したが、これに限定されるものではなく、たとえば環状プレートに形成された矩形状または長円形状等の貫通孔により形成されてもよい。この場合、貫通孔の大きさを異ならせることによって、第１および第２冷媒通路の開口面積を上記のように設定すればよい。
【００４３】
図１を参照すると、エンドプレート３２には、複数のオイル排出孔３３が形成されている。オイル排出孔３３は、ロータコア４０の軸方向他端部における第２孔部５２の開口部に対向してそれぞれ形成されている。なお、ロータコア４０の軸方向他端部とエンドプレート３２のオイル排出孔３３の間に空間が形成されているため、第１孔部５０を通ってロータコア４０から流れ出たオイルも上記空間を介してオイル排出孔３３からロータ外へ排出されることができる。
【００４４】
次に、上記構成からなる回転電機１０における冷却動作について説明する。
【００４５】
ロータ１２が回転作動する回転電機１０おいてポンプ３０を作動させると、ケース１６の底部に溜まったオイルがオイル吸引孔部１７ａからオイル配管２８の一端部により吸引されて、オイル配管２８の他端部から回転シャフト１８の端部から冷却媒体通路２６に供給される。
【００４６】
冷却媒体通路２６に供給されたオイルは、回転シャフト１８の軸部２０内の冷却媒体通路２６を軸方向一方側に流れて、オイル吐出孔２７に連通する部分に至る。そして、オイルは、回転するロータ１２による遠心力によってオイル吐出孔２７から径方向外側へ向けて吐出される。
【００４７】
オイル吐出孔２７から吐出されたオイルは、冷媒貯留部４４によって受け取られて貯留される。冷媒貯留部４４に貯留されたオイルは、回転するロータ１２による遠心力によって冷媒貯留部４４の底部に押し付けられた状態で、円環状に保持される。
【００４８】
冷媒貯留部４４内に貯留されたオイルの量が増えてきて、その油面Ｃが径方向内側（矢印Ｅ方向）へと移動してくる。そして、オイルの油面Ｃが第１および第２冷媒通路５６，５８の切り込み方向奥側端部に達すると、オイルが第１および第２冷媒通路５６，５８を介してロータコア４０内の第１および第２孔部５０，５２に供給される。このとき、第１冷媒通路５６の開口面積が第２冷媒通路５８の開口面積よりも大きく形成されていることから、第１孔部５０へのオイル供給量が第２孔部５２へのオイル供給量よりも多くなるよう調整される。
【００４９】
冷媒貯留部４４から第１および第２冷媒通路５６，５８を介してロータコア４０内の第１および第２孔部５０，５２へ供給されたオイルは、回転するロータ１２による遠心力によって外周側壁面に押し付けられながら軸方向他方側に流れる。このとき、第１孔部５０内には永久磁石４８の内周側端部が露出しているため、第１孔部５０内を比較的多く流れるオイルによって永久磁石４８が直接的かつ効果的に冷却される。他方、第２孔部５２内に比較的少なく流れるオイルは、ロータコア４０の磁極４６に含まれる磁路領域の内周側部分に沿って流れることで、一対の永久磁石４８の間に位置する磁路領域を効果的に冷却することができる。
【００５０】
ロータコア４０の第１および第２孔部５０，５２内を流れてロータコア４０の軸方向端部に達したオイルは、エンドプレート３２のオイル排出孔３３からロータ外へ排出される。ロータ外へ排出されたオイルは、重力作用によってケース１６内の底部に溜まる。そして、オイルは、ポンプ３０による吸引によってオイル吸引孔部１７ａからオイル配管２８を介して回転シャフト１８に循環供給されることとなる。
【００５１】
上述したように本実施形態のロータ１２およびこれを備えた回転電機１０によれば、ロータコア４０において回転作動時に比較的発熱量が大きくなる領域に形成された第１孔部５０に、開口面積が大きい第１冷媒通路５６を介して冷媒貯留部４４からより多くの冷却媒体を供給することができる。したがって、ロータ１２における周方向の発熱分布に応じてオイルによる冷却性能を設定することができ、ロータ１２を効率よく冷却することができる。その結果、ロータ温度の低減による回転電機１０の出力特性の維持または向上を図れる。
【００５２】
より詳細には、本実施形態のロータ１２は、永久磁石埋め込み型の回転子であり、第１孔部５０は磁極４６を構成する一対の永久磁石４８に接して形成されている。そのため、永久磁石４８は、第１孔部５０に沿って流れるオイルによって直接的にかつ効果的に冷却されることができ、発熱による永久磁石４８の減磁によって出力性能が低下するのを有効に防止することができる。
【００５３】
また、本実施形態のロータ１２では、第２孔部５２が磁極４６内の一対の永久磁石４８間の磁路領域の内周側部分に形成されているため、第２孔部５２内を流れるオイルによって上記磁路領域を効果的に冷却することができる。これにより、ロータコア４０の磁極４６におけるコア損失を低減することができ、これによっても回転電機１０の出力性能の向上に寄与することができる。
【００５４】
また、本実施形態のロータ１２では、ロータコア４０内の冷媒通路となる第１および第２孔部５０，５２が磁極４６におけるフラックスバリアを構成することから、第１および第２孔部５０，５２を磁極４６のフラックスバリアとは別に形成する場合に比べて、ロータコア４０の耐遠心力強度の低下を抑制できる。
【００５５】
また、本実施形態のロータ１２では、ロータコア４０の軸方向端部外側に設けた冷媒貯留部４４を回転シャフト１８のフランジ部２２の凹部２３によって形成することから、冷媒貯留部を形成するための特別の部材を別途設ける必要がなく、構成が簡易なものとすることができる利点もある。
【００５６】
なお、本実施形態では、第１孔部５０に永久磁石４８を露出させてオイルにより直接的に冷却するよう構成したが、これに限定されず、第１孔部が永久磁石に対して近接して設け、狭い鋼板積層領域を介して冷却するよう構成してもよい。
【００５７】
（第２実施形態）
次に、図４を参照して、第２実施形態のロータ１２および回転電機１０について説明する。
【００５８】
第２実施形態の回転電機１０のロータ１２では、第１実施形態におけるフランジ部２２に代えて、エンドプレート６０が設けられている。エンドプレート６０のロータ対向面に凹部２３が形成されている。また、エンドプレート６０は、回転シャフト１８の当り部２１に当接して軸部２０に対する軸方向位置が決められている。このエンドプレート６０もまた、ロータコア４０の磁気特性に影響を与えないように例えばアルミニウム、銅、ステンレス、樹脂等の非磁性材料で形成されるのが好ましい。他の構成は、上記第１実施形態と同様であるため同一または対応する構成要素に同一または対応する符号を付して、重複説明を援用により省略する。
【００５９】
第２実施形態のロータ１２および回転電機１０によれば、上記第１実施形態とほぼ同様の作用効果を奏することができる。また、本実施形態では、エンドプレート６０によって冷媒貯留部４４を形成することから、回転シャフト１８を小径化することができ、これにより回転シャフト１８の製造コストを大幅に低減できるという特有の効果を奏することができる。
【００６０】
（第３実施形態）
次に、図５を参照して、第３実施形態のロータ１２および回転電機１０について説明する。
【００６１】
第３実施形態のロータ１２および回転電機１０は、上記第１実施形態とほぼ同様の構成を備える。異なるところは、第１実施形態における流量調整部材３６に代えて、ロータコア４０の軸方向端部に積層された円板状の１枚または複数枚（本実施形態では２枚）の電磁鋼板によってオイル流量調整機能を果たすようにした点である。他の構成は、上記第１実施形態と同様であるため同一または対応する構成要素に同一または対応する符号を付して、重複説明を援用により省略する。
【００６２】
第３実施形態のロータ１２および回転電機１０によれば、上記第１実施形態とほぼ同様の作用効果を奏することができる。また、本実施形態では、ロータコア４０を構成する板状部材である電磁鋼板よってオイル流量調整部を形成することで、オイル流量調整部をロータコア４０の積層時に一体に組み込むことができ、ロータ１２の組付けが容易になるとともに、流量調整部材が別部材として存在しなくなることで部品数の削減よりコスト低減を図れるという特有の効果を奏することができる。
【００６３】
なお、上記において第１ないし第３実施形態について説明したが、本発明に係るロータおよび回転電機は、上記の構成に限定されるものではなく、種々の変更または改良が可能である。
【００６４】
上記各実施形態のロータ１２は、１つの磁極４６に一対の永久磁石４８を含むものとして説明したが、各磁極に含まれる永久磁石の数は１つ又は３つ以上であってもよい。
【００６５】
また、上記各実施形態ではロータ１２が永久磁石埋め込み型の回転子を例に説明したが、これに限定されるものではなく、永久磁石を含まない、いわゆる磁石レスロータに適用されてもよい。この場合、ロータの外周部においてステータからの磁束が多く通ることとなる部分およびその近傍が発熱量の比較的大きい領域に相当するから、その領域に近接して第１孔部を設けるとともに、上記領域から比較的離れた低発熱領域に第２孔部を形成してもよい。またこの場合、第１および第２孔部は、フラックスバリアを構成してもよいし、フラックスバリアとは別に形成されてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 回転電機、１２ ロータ、１４ ステータ、１５ａ ステータコア、１５ｂ ステータコイル、１６ ケース、１７ 端部壁、１７ａ オイル吸引孔部、１８ 回転シャフト、２０ 軸部、２１ 当り部、２２ フランジ部、２２ フランジ部、２３ 凹部、２４ 軸受部材、２６ 冷却媒体通路、２７ オイル吐出孔、２８ オイル配管、３０ ポンプ、３２，６０ エンドプレート、３３ オイル排出孔、３６ 流量調整部材、３８ かしめ部材、４０ ロータコア、４２ シャフト挿通孔、４４ 冷媒貯留部、４５ 底部、４６ 磁極、４８ 永久磁石、５０ 第１孔部、５２ 第２孔部、５４ ブリッジ部、５６ 第１冷媒通路、５８ 第２冷媒通路、Ｃ 油面、ｄa，ｄb，ｄc 幅、Ｒ１ 半径。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータおよび回転電機に係り、特に、内部に冷媒通路が形成されたロータコアを備えるロータおよび回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電磁鋼板を積層して構成されるロータコア内に冷却媒体が流れる冷媒通路を形成したロータおよびこれを用いた回転電機が知られている。
【０００３】
例えば、特開２００９−５５７３７号公報（特許文献１）に開示される永久磁石式同期回転電機のロータコアは、第１よび第２電磁鋼板を交互に積層して構成され、第１および第２電磁鋼板は冷媒通路を形成する孔部を有していて、その孔部を互いに周方向にずらして配置することにより全周にわたって連通する冷媒通路を形成し、この冷媒通路に冷却媒体をロータコアの周方向全体に満遍なく供給することで冷却性能を向上させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−５５７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実際に回転電機が回転作動する際、ロータには周方向に発熱分布が存在することがある。その場合、上記特許文献１のようにロータの周方向全体に冷却媒体を満遍なく供給して一様に冷却する構造では、上記のような周方向に発熱分布を有するロータを効率的に冷却することができない。
【０００６】
本発明の目的は、周方向に発熱分布を有するロータを効率的に冷却できるロータおよび回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るロータは、回転シャフトと、その外周に固定されるロータコアとを備えるロータであって、前記ロータコアは、回転作動時の発熱量が比較的大きい領域において軸方向に延びて形成される第１孔部と前記発熱量が比較的小さい領域において軸方向に延びて形成される第２孔部とを有し、前記ロータコアの軸方向端部外側に、前記回転シャフトの軸部を介して冷却媒体を受け取る冷媒貯留部を前記第１孔部および第２孔部の各開口部に隣接して設け、前記冷媒貯留部と前記第１孔部および第２孔部の各開口部との間に流量調整部材を配置し、前記流量調整部材に前記第１孔部の開口部に連通する第１冷媒通路と前記第２孔部に連通する第２冷媒通路とを形成し、前記第１冷媒通路の開口面積を前記第２冷媒通路の開口面積より大きく設定してある。
【０００８】
本発明に係るロータにおいて、前記ロータコアには永久磁石が埋設されており、前記第１孔部は前記永久磁石に接して形成されていてもよい。
【０００９】
また、本発明に係るロータにおいて、前記永久磁石は一対で１つの磁極を構成し、前記一対の永久磁石は周方向に離れて配置され、前記第１孔部は前記一対の永久磁石の径方向内側の端部にそれぞれ接して２つ形成され、前記第２孔部は前記２つの第１孔部の間に形成されていてもよい。
【００１０】
また、本発明に係るロータにおいて、ロータコアの磁極に永久磁石が含まれる場合、前記第１および第２の孔部は、前記永久磁石からの磁束に対してフラックスバリアを構成してもよい。
【００１１】
また、本発明に係るロータにおいて、前記回転シャフトは、その外周面から径方向外側に突出するとともに前記ロータコアとの対向面に凹部が形成されたフランジ部を有しており、前記冷媒貯留部は前記凹部と前記流量調整部材とによって区画される空間により形成されてもよい。
【００１２】
また、本発明に係るロータにおいて、前記ロータコアの軸方向端部外側に配置されるエンドプレートをさらに備え、前記エンドプレートには前記ロータコアとの対向面に凹部が形成されており、前記冷媒貯留部は前記凹部と前記流量調整部材とによって区画される空間により形成されてもよい。
【００１３】
また、本発明に係るロータにおいて、前記流量調整部材は、前記ロータコアと前記冷媒貯留部との間に配置される環状プレートで構成され、前記第１および第２冷媒通路は前記流量調整部材の内周部に形成された切り込み部からなり、前記第１冷媒通路の切り込み部の幅が前記第２冷媒通路の幅よりも広く設定されていてもよい。
【００１４】
さらに、本発明に係るロータにおいて、ロータコアが板状部材積層体であって、前記環状プレートは前記板状部材の一部によって形成されてもよい。
【００１５】
そして、本発明に係る回転電機は、上記いずれかの構成からなるロータと、ロータ外周に配置されるステータとを備えるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るロータおよび回転電機によれば、回転作動時に比較的発熱量が大きくなる領域に形成された第１孔部に、開口面積が大きい第１冷媒通路を介して冷媒貯留部からより多くの冷却媒体を供給することができる。したがって、ロータにおける周方向の発熱分布に応じて冷却媒体による冷却性能を設定することができ、ロータを効率よく冷却することができる。その結果、ロータ温度の低減による回転電機の出力特性の維持または向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態である回転電機の軸方向断面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２中の一点鎖線領域Ｂの拡大図である。
【図４】本発明の第２実施形態である回転電機の軸方向断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態である回転電機の軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る実施の形態（以下、実施形態という）について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、下記において複数の実施形態が含まれる場合、各実施形態の構成が任意に組み合わせて用いられることは予め想定されている。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態の回転電機１０の軸方向断面図であり、図２は図１中のＡ−Ａ線断面図であり、図３は図２中の一点鎖線領域Ｂの拡大図である。回転電機１０は、ロータ１２と、ステータ１４とを備える。ロータ１２およびステータ１４は、軸方向の両端が閉じた円筒状のケース１６内に収容されている。
【００２０】
図１を参照すると、ステータ１４は、筒状のステータコア１５ａと、ステータコア１５ａに巻装されたステータコイル１５ｂとを含む。ステータコア１５ａは、円環状に打ち抜き加工された多数の電磁鋼板を積層して構成される。ステータコア１５ａの外周面は、ケース１６の内周面上に固定されている。また、ステータコア１５ａは、その内周部に複数のティースを有している。ティースは、径方向内方に突設されるとともに、周方向に均等間隔で配置されている。
【００２１】
隣り合うティース間には、スロットが形成される。スロットは、ステータコア１５ａの軸方向全体にわたって延伸する溝として形成される。ステータコイル１５ｂは、ティースの周囲に巻回されて設けられており、スロット内に位置するスロット内部分と、ステータコア１５ａの軸方向端面から外側に膨出するコイルエンド部分とを有している。
【００２２】
ロータ１２は、ステータ１４の内側にエアギャップを介して配置されている。ロータ１２は、回転シャフト１８と、ロータコア４０とを含んで構成される。回転シャフト１８は、中空の略円筒状をなす軸部２０と、軸部２０の外周から径方向外方へ突出する略円盤のフランジ部２２とを備える。回転シャフト１８の軸部２０の軸方向両端部は、ケース１６の端部壁１７に固定された軸受部材２４によって回転可能に支持されている。回転シャフト１８の軸部２０内には、冷却媒体通路２６が軸方向に延びて形成されている。
【００２３】
ケース１６内の底部には、冷却媒体としてのオイルが溜まっている。オイルの量は、油面Ｃの高さがロータコア４０の外周面より下に設定され、ロータ１２の回転抵抗とならないようにされている。ケース１６の端部壁１７には、ケース１６内の底部に溜まったオイルを吸い出すためのオイル吸引孔部１７ａが形成されている。
【００２４】
ケース１６の端部壁１７のオイル吸引孔部１７ａには、途中にポンプ３０が設けられたオイル配管２８の一端部が接続されている。一方、オイル配管２８の他端部は、ケース１６の外部に露出した回転シャフト１８の軸部２０の端部において、冷却媒体通路２６に接続されている。これにより、ポンプ３０を作動させることによって、ケース１６の底部に溜まったオイルを吸引して回転シャフト１８内の冷却媒体通路２６へ供給できるようになっている。
【００２５】
なお、オイル配管２８には、オイルからの放熱を促進して降温させるためのオイルクーラが設けられてもよい。また、本実施形態では、回転シャフト１８の軸部２０内の冷却媒体通路２６が軸方向に貫通しているものとして示されるが、これに限定されるものではなく、冷却媒体通路２６がフランジ部２２側の端部において閉じていてもよい。
【００２６】
ロータコア４０は、打ち抜き加工された円板状の電磁鋼板を軸方向に積層して構成される。略円筒状をなすロータコア４０の中心には、回転シャフト１８の軸部２０が挿通されるシャフト挿通孔４２が軸方向に貫通して形成されている。
【００２７】
ロータ１２は、略円盤状をなすエンドプレート３２をさらに備える。エンドプレート３２は、ロータコア４０の磁気特性に影響を与えないように例えばアルミニウム、銅、ステンレス、樹脂等の非磁性材料で形成されるのが好ましい。
【００２８】
ロータ１２は、次のようにして組み立てられる。まず、回転シャフト１８の軸部２０に矢印Ｄ方向から後述する流量調整部材３６が外装される。続いて、ロータコア４０が軸部２０に外装されて、ロータコア４０の軸方向一端面とフランジ部２２との間に流量調整部材３６が挟持される。そして、エンドプレート３２を回転シャフト１８の軸部２０に外装して、所定の押圧力でロータコア４０の軸方向他端面に押し付ける。この状態で、軸部２０上に外装された筒状のかしめ部材３８をかしめ固定することにより、ロータコア４０が回転シャフト１８に対して軸方向位置が決められて固定される。また、ロータコア４０は、回転シャフト１８の軸部２０との間の凹凸嵌合または軸部２０上への圧入等の手法によって、回転シャフト１８に対する周方向位置も決められる。
【００２９】
回転シャフト１８のフランジ部２２おいてロータコア４０に対向する面には、円環状をなす凹部２３が軸部２０の周囲を取り囲んで形成されている。回転シャフト１８のフランジ部２２に形成された凹部２３は、周方向壁面と径方向壁面とを有する。
【００３０】
また、回転シャフト１８の軸部２０は、上記凹部２３に対応する位置にオイル吐出孔２７が冷却媒体通路２６に連通して形成されている。オイル吐出孔２７は、周方向に均等配置で複数（本実施形態では４つ、図２参照）形成されている。
【００３１】
流量調整部材３６は、ロータコア４０およびフランジ部２２と略同一の外径を有する円環状プレートにより構成される。流量調整部材３６の内周縁は、フランジ部２２の凹部２３の周方向壁面よりも径方向内方に突出して位置している。流量調整部材３６もまた、エンドプレート３２と同様に、ロータコア４０の磁気特性に影響を与えないように例えばアルミニウム、銅、ステンレス、樹脂等の非磁性材料で形成されるのが好ましい。
【００３２】
フランジ部２２の凹部２３における周方向壁面および径方向壁面と流量調整部材３６とによって区画される円環状の空間が冷媒貯留部４４とされている。冷媒貯留部４４は、径方向内方に開放しているため、回転シャフト１８の軸部２０に形成されたオイル吐出孔２７から吐出されたオイルを受け入れることができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、冷媒貯留部４４を径方向内方に開放する空間により形成したが、これに限定されるものではなく、径方向内方が凹部の内周側壁面によって閉じた冷媒貯留部としてもよい。この場合、フランジ部２２のロータ対向面にオイル吐出孔と冷媒貯留部とを連通する溝状のオイル供給路を形成すればよい。
【００３４】
図２を参照すると、ロータコア４０は、外周部に複数の磁極４６を含む永久磁石埋め込み型の回転子である。本実施形態では、８つの磁極４６が周方向に均等配置で設けられている。
【００３５】
各磁極４６には、一対の永久磁石４８が配置されている。永久磁石４８は、扁平矩形状の端面および断面を有するとともに、ロータコア４０の軸方向全体にわたって延びている。永久磁石４８は、ロータコア４０内に軸方向に延びて形成される磁石挿入孔内に挿入されて固定されている。磁極４６に含まれる一対の永久磁石４８は、周方向に離れて設けられていて、径方向外方へ向かって互いの間隔が広がるように略Ｖ字形に配置されている。
【００３６】
ロータコア４０内であって各磁極４６の径方向内側には、第１孔部５０および第２孔部５２が軸方向に延びて形成されている。第１孔部５０は、一対の永久磁石４８の内周側端部に接する位置に設けられており、本実施形態では２つ形成されている。また、第２孔部５２は、前記２つの第１孔部５０の間にブリッジ部５４を挟んで設けられており、本実施形態では第１孔部５０よりも径方向内側へ拡張して形成されている。これらの第１および第２孔部５０，５２は、永久磁石４８から生じた磁束（および／またはステータからロータの磁極へ流れ込んだ磁束）の流れ規制して磁路を画定するフラックスバリアを構成するとともに、後述するようにオイル通路としても機能する。
【００３７】
上記第１孔部５０は、ロータコア４０において回転作動時の発熱量が比較的大きくなる領域に設けられている。具体的には、ステータコイル１５ｂに通電されてステータ１４内に回転磁界が形成されることによりロータ１２が特に高速で回転作動するとき、永久磁石４８での損失が大きくなって発熱する。永久磁石４８は、発熱により高温になると減磁する可能性がある。減磁により永久磁石の磁力が低下すると、回転電機としての性能を発揮できなくなり、動力性能が低下する。そのため、本実施形態では、後述するようにロータコア４０において発熱による影響が大きい永久磁石４８に対する冷却性能を大きくするため、永久磁石４８に接する位置に第１孔部５０を形成してある。
【００３８】
これに対し、本実施形態のロータ１２における第２孔部５２は、特に高速回転作動時に発熱量が大きくなる永久磁石４８から離れて配置されている。つまり、第２孔部５２は、ロータコア４０において回転作動時の発熱量が比較的小さい領域に設けられているといえる。ただし、第２孔部５２は、２つの第１孔部５０間に位置して一対の永久磁石４８間に挟まれた磁路領域に臨んで形成されているため、後述するように第２孔部５０に供給されるオイルによって磁極４６に含まれる積層鋼板からなる磁路領域を効果的に冷却することができ、これによりコア鉄損を抑制することができる。
【００３９】
図３を参照すると、第１および第２孔部５０，５２は、ロータコア４０の軸方向端部外側に形成された冷媒貯留部４４に隣接する位置に開口している。そして、流量調整部材３６には、２つの第１孔部５０にそれぞれ連通する第１冷媒通路５６と、第２孔部５２に連通する第２冷媒通路５８とが形成されている。
【００４０】
第１および第２冷媒通路５６，５８は、環状プレートからなる流量調整部材３６の内周縁から径方向外側へ向かって矩形状に入り込んだ切り込み部により形成されている。第１および第２冷媒通路５６，５８をなす各切り込み部は、径方向に関して同一深さに形成されている。つまり、第１および第２冷媒通路５６，５８の径方向外側の底部は、ロータコア４０の回転中心から同一半径Ｒ１上に揃うように位置している（図２参照）。これに対し、それぞれ周方向に略沿う方向の第１冷媒通路５６の幅ｄa，ｄc、第２冷媒通路５８の幅ｄbとすると、ｄa＝ｄc＞ｄbを満たすように設定されている。これにより、第１孔部５０に連通する第１冷媒通路５６の開口面積が、第２孔部５２に連通する第２冷媒通路５８の開口面積よりも大きく設定されている。
【００４１】
第１冷媒通路５６は、切り込み部のうち径方向外側の一部において第１孔部５０と連通している。他方、第２冷媒通路５８は、その切り込み部全体が第２孔部５２と連通する位置および形状に形成されている。回転シャフト１８の軸部２０のオイル吐出孔２７から径方向外側へ吐出されるオイルは冷媒貯留部４４に受け取られて貯留されるが、ロータ１２の回転作動による遠心力によって冷媒貯留部４４内のオイルは、冷媒貯留部４４の底部４５に相当する凹部２３の周方向壁面上に円環状に保持されることとなる。そして、冷媒貯留部４４内のオイルの量が増えるにしたがって油面Ｃが径方向内側へと移動していき（図３中の矢印Ｅ方向）、油面Ｃが第１および第２冷媒通路５６，５８の切り込み方向奥側端部に達すると各冷媒通路５６，５８を介してオイルが冷媒貯留部４４から第１および第２孔部５０，５２へと供給される。このとき、上述したように第１冷媒通路５６の開口面積が第２冷媒通路５８の開口面積よりも大きく設定してあることで、第１孔部５０へのオイル供給量が第２孔部５２のオイル供給量よりも多くなり、その結果、第１孔部５０における冷却性能が第２孔部５２における冷却性能よりも大きくなるよう構成されている。
【００４２】
なお、本実施形態では、第１および第２冷媒通路５６，５８を環状プレートからなる流量調整部材３６の内周縁に開口する切り込み部により形成したが、これに限定されるものではなく、たとえば環状プレートに形成された矩形状または長円形状等の貫通孔により形成されてもよい。この場合、貫通孔の大きさを異ならせることによって、第１および第２冷媒通路の開口面積を上記のように設定すればよい。
【００４３】
図１を参照すると、エンドプレート３２には、複数のオイル排出孔３３が形成されている。オイル排出孔３３は、ロータコア４０の軸方向他端部における第２孔部５２の開口部に対向してそれぞれ形成されている。なお、ロータコア４０の軸方向他端部とエンドプレート３２のオイル排出孔３３の間に空間が形成されているため、第１孔部５０を通ってロータコア４０から流れ出たオイルも上記空間を介してオイル排出孔３３からロータ外へ排出されることができる。
【００４４】
次に、上記構成からなる回転電機１０における冷却動作について説明する。
【００４５】
ロータ１２が回転作動する回転電機１０おいてポンプ３０を作動させると、ケース１６の底部に溜まったオイルがオイル吸引孔部１７ａからオイル配管２８の一端部により吸引されて、オイル配管２８の他端部から回転シャフト１８の端部から冷却媒体通路２６に供給される。
【００４６】
冷却媒体通路２６に供給されたオイルは、回転シャフト１８の軸部２０内の冷却媒体通路２６を軸方向一方側に流れて、オイル吐出孔２７に連通する部分に至る。そして、オイルは、回転するロータ１２による遠心力によってオイル吐出孔２７から径方向外側へ向けて吐出される。
【００４７】
オイル吐出孔２７から吐出されたオイルは、冷媒貯留部４４によって受け取られて貯留される。冷媒貯留部４４に貯留されたオイルは、回転するロータ１２による遠心力によって冷媒貯留部４４の底部に押し付けられた状態で、円環状に保持される。
【００４８】
冷媒貯留部４４内に貯留されたオイルの量が増えてきて、その油面Ｃが径方向内側（矢印Ｅ方向）へと移動してくる。そして、オイルの油面Ｃが第１および第２冷媒通路５６，５８の切り込み方向奥側端部に達すると、オイルが第１および第２冷媒通路５６，５８を介してロータコア４０内の第１および第２孔部５０，５２に供給される。このとき、第１冷媒通路５６の開口面積が第２冷媒通路５８の開口面積よりも大きく形成されていることから、第１孔部５０へのオイル供給量が第２孔部５２へのオイル供給量よりも多くなるよう調整される。
【００４９】
冷媒貯留部４４から第１および第２冷媒通路５６，５８を介してロータコア４０内の第１および第２孔部５０，５２へ供給されたオイルは、回転するロータ１２による遠心力によって外周側壁面に押し付けられながら軸方向他方側に流れる。このとき、第１孔部５０内には永久磁石４８の内周側端部が露出しているため、第１孔部５０内を比較的多く流れるオイルによって永久磁石４８が直接的かつ効果的に冷却される。他方、第２孔部５２内に比較的少なく流れるオイルは、ロータコア４０の磁極４６に含まれる磁路領域の内周側部分に沿って流れることで、一対の永久磁石４８の間に位置する磁路領域を効果的に冷却することができる。
【００５０】
ロータコア４０の第１および第２孔部５０，５２内を流れてロータコア４０の軸方向端部に達したオイルは、エンドプレート３２のオイル排出孔３３からロータ外へ排出される。ロータ外へ排出されたオイルは、重力作用によってケース１６内の底部に溜まる。そして、オイルは、ポンプ３０による吸引によってオイル吸引孔部１７ａからオイル配管２８を介して回転シャフト１８に循環供給されることとなる。
【００５１】
上述したように本実施形態のロータ１２およびこれを備えた回転電機１０によれば、ロータコア４０において回転作動時に比較的発熱量が大きくなる領域に形成された第１孔部５０に、開口面積が大きい第１冷媒通路５６を介して冷媒貯留部４４からより多くの冷却媒体を供給することができる。したがって、ロータ１２における周方向の発熱分布に応じてオイルによる冷却性能を設定することができ、ロータ１２を効率よく冷却することができる。その結果、ロータ温度の低減による回転電機１０の出力特性の維持または向上を図れる。
【００５２】
より詳細には、本実施形態のロータ１２は、永久磁石埋め込み型の回転子であり、第１孔部５０は磁極４６を構成する一対の永久磁石４８に接して形成されている。そのため、永久磁石４８は、第１孔部５０に沿って流れるオイルによって直接的にかつ効果的に冷却されることができ、発熱による永久磁石４８の減磁によって出力性能が低下するのを有効に防止することができる。
【００５３】
また、本実施形態のロータ１２では、第２孔部５２が磁極４６内の一対の永久磁石４８間の磁路領域の内周側部分に形成されているため、第２孔部５２内を流れるオイルによって上記磁路領域を効果的に冷却することができる。これにより、ロータコア４０の磁極４６におけるコア損失を低減することができ、これによっても回転電機１０の出力性能の向上に寄与することができる。
【００５４】
また、本実施形態のロータ１２では、ロータコア４０内の冷媒通路となる第１および第２孔部５０，５２が磁極４６におけるフラックスバリアを構成することから、第１および第２孔部５０，５２を磁極４６のフラックスバリアとは別に形成する場合に比べて、ロータコア４０の耐遠心力強度の低下を抑制できる。
【００５５】
また、本実施形態のロータ１２では、ロータコア４０の軸方向端部外側に設けた冷媒貯留部４４を回転シャフト１８のフランジ部２２の凹部２３によって形成することから、冷媒貯留部を形成するための特別の部材を別途設ける必要がなく、構成が簡易なものとすることができる利点もある。
【００５６】
なお、本実施形態では、第１孔部５０に永久磁石４８を露出させてオイルにより直接的に冷却するよう構成したが、これに限定されず、第１孔部が永久磁石に対して近接して設け、狭い鋼板積層領域を介して冷却するよう構成してもよい。
【００５７】
（第２実施形態）
次に、図４を参照して、第２実施形態のロータ１２および回転電機１０について説明する。
【００５８】
第２実施形態の回転電機１０のロータ１２では、第１実施形態におけるフランジ部２２に代えて、エンドプレート６０が設けられている。エンドプレート６０のロータ対向面に凹部２３が形成されている。また、エンドプレート６０は、回転シャフト１８の当り部２１に当接して軸部２０に対する軸方向位置が決められている。このエンドプレート６０もまた、ロータコア４０の磁気特性に影響を与えないように例えばアルミニウム、銅、ステンレス、樹脂等の非磁性材料で形成されるのが好ましい。他の構成は、上記第１実施形態と同様であるため同一または対応する構成要素に同一または対応する符号を付して、重複説明を援用により省略する。
【００５９】
第２実施形態のロータ１２および回転電機１０によれば、上記第１実施形態とほぼ同様の作用効果を奏することができる。また、本実施形態では、エンドプレート６０によって冷媒貯留部４４を形成することから、回転シャフト１８を小径化することができ、これにより回転シャフト１８の製造コストを大幅に低減できるという特有の効果を奏することができる。
【００６０】
（第３実施形態）
次に、図５を参照して、第３実施形態のロータ１２および回転電機１０について説明する。
【００６１】
第３実施形態のロータ１２および回転電機１０は、上記第１実施形態とほぼ同様の構成を備える。異なるところは、第１実施形態における流量調整部材３６に代えて、ロータコア４０の軸方向端部に積層された円板状の１枚または複数枚（本実施形態では２枚）の電磁鋼板によってオイル流量調整機能を果たすようにした点である。他の構成は、上記第１実施形態と同様であるため同一または対応する構成要素に同一または対応する符号を付して、重複説明を援用により省略する。
【００６２】
第３実施形態のロータ１２および回転電機１０によれば、上記第１実施形態とほぼ同様の作用効果を奏することができる。また、本実施形態では、ロータコア４０を構成する板状部材である電磁鋼板よってオイル流量調整部を形成することで、オイル流量調整部をロータコア４０の積層時に一体に組み込むことができ、ロータ１２の組付けが容易になるとともに、流量調整部材が別部材として存在しなくなることで部品数の削減よりコスト低減を図れるという特有の効果を奏することができる。
【００６３】
なお、上記において第１ないし第３実施形態について説明したが、本発明に係るロータおよび回転電機は、上記の構成に限定されるものではなく、種々の変更または改良が可能である。
【００６４】
上記各実施形態のロータ１２は、１つの磁極４６に一対の永久磁石４８を含むものとして説明したが、各磁極に含まれる永久磁石の数は１つ又は３つ以上であってもよい。
【００６５】
また、上記各実施形態ではロータ１２が永久磁石埋め込み型の回転子を例に説明したが、これに限定されるものではなく、永久磁石を含まない、いわゆる磁石レスロータに適用されてもよい。この場合、ロータの外周部においてステータからの磁束が多く通ることとなる部分およびその近傍が発熱量の比較的大きい領域に相当するから、その領域に近接して第１孔部を設けるとともに、上記領域から比較的離れた低発熱領域に第２孔部を形成してもよい。またこの場合、第１および第２孔部は、フラックスバリアを構成してもよいし、フラックスバリアとは別に形成されてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 回転電機、１２ ロータ、１４ ステータ、１５ａ ステータコア、１５ｂ ステータコイル、１６ ケース、１７ 端部壁、１７ａ オイル吸引孔部、１８ 回転シャフト、２０ 軸部、２１ 当り部、２２ フランジ部、２２ フランジ部、２３ 凹部、２４ 軸受部材、２６ 冷却媒体通路、２７ オイル吐出孔、２８ オイル配管、３０ ポンプ、３２，６０ エンドプレート、３３ オイル排出孔、３６ 流量調整部材、３８ かしめ部材、４０ ロータコア、４２ シャフト挿通孔、４４ 冷媒貯留部、４５ 底部、４６ 磁極、４８ 永久磁石、５０ 第１孔部、５２ 第２孔部、５４ ブリッジ部、５６ 第１冷媒通路、５８ 第２冷媒通路、Ｃ 油面、ｄa，ｄb，ｄc 幅、Ｒ１ 半径。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転シャフトと、その外周に固定されるロータコアとを備えるロータであって、
前記ロータコアは、回転作動時の発熱量が比較的大きい領域において軸方向に延びて形成される第１孔部と前記発熱量が比較的小さい領域において軸方向に延びて形成される第２孔部とを有し、前記ロータコアの軸方向端部外側に、前記回転シャフトの軸部を介して冷却媒体を受け取る冷媒貯留部を前記第１孔部および第２孔部の各開口部に隣接して設け、前記冷媒貯留部と前記第１孔部および第２孔部の各開口部との間に流量調整部材を配置し、前記流量調整部材に前記第１孔部の開口部に連通する第１冷媒通路と前記第２孔部に連通する第２冷媒通路とを形成し、前記第１冷媒通路の開口面積を前記第２冷媒通路の開口面積より大きく設定した、ロータ。
【請求項２】
請求項１に記載のロータにおいて、
前記ロータコアには永久磁石が埋設されており、前記第１孔部は前記永久磁石に接して形成されていることを特徴とするロータ。
【請求項３】
請求項２に記載のロータにおいて、
前記永久磁石は一対で１つの磁極を構成し、前記一対の永久磁石は周方向に離れて配置され、前記第１孔部は前記一対の永久磁石の径方向内側の端部にそれぞれ接して２つ形成され、前記第２孔部は前記２つの第１孔部の間に形成されていることを特徴とするロータ。
【請求項４】
請求項２または３に記載のロータにおいて、
前記第１および第２の孔部は、前記永久磁石からの磁束に対してフラックスバリアを構成することを特徴とするロータ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のロータにおいて、
前記回転シャフトは、その外周面から径方向外側に突出するとともに前記ロータコアとの対向面に凹部が形成されたフランジ部を有しており、前記冷媒貯留部は前記凹部と前記流量調整部材とによって区画される空間により形成されることを特徴とするロータ。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一項に記載のロータにおいて、
前記ロータコアの軸方向端部外側に配置されるエンドプレートをさらに備え、前記エンドプレートには前記ロータコアとの対向面に凹部が形成されており、前記冷媒貯留部は前記凹部と前記流量調整部材とによって区画される空間により形成されることを特徴とするロータ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のロータにおいて、
前記流量調整部材は、前記ロータコアと前記冷媒貯留部との間に配置される環状プレートで構成され、前記第１および第２冷媒通路は前記流量調整部材の内周部に形成された切り込み部からなり、前記第１冷媒通路の切り込み部の幅が前記第２冷媒通路の幅よりも広く設定されていることを特徴とするロータ。
【請求項８】
請求項７に記載のロータにおいて、
前記ロータコアが板状部材積層体であって、前記環状プレートは前記板状部材の一部によって形成されることを特徴とするロータ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載のロータと、ロータ外周に配置されるステータとを備える回転電機。
【請求項１】
回転シャフトと、その外周に固定されるロータコアとを備えるロータであって、
前記ロータコアは、回転作動時の発熱量が比較的大きい領域において軸方向に延びて形成される第１孔部と前記発熱量が比較的小さい領域において軸方向に延びて形成される第２孔部とを有し、前記ロータコアの軸方向端部外側に、前記回転シャフトの軸部を介して冷却媒体を受け取る冷媒貯留部を前記第１孔部および第２孔部の各開口部に隣接して設け、前記冷媒貯留部と前記第１孔部および第２孔部の各開口部との間に流量調整部材を配置し、前記流量調整部材に前記第１孔部の開口部に連通する第１冷媒通路と前記第２孔部に連通する第２冷媒通路とを形成し、前記第１冷媒通路の開口面積を前記第２冷媒通路の開口面積より大きく設定した、ロータ。
【請求項２】
請求項１に記載のロータにおいて、
前記ロータコアには永久磁石が埋設されており、前記第１孔部は前記永久磁石に接して形成されていることを特徴とするロータ。
【請求項３】
請求項２に記載のロータにおいて、
前記永久磁石は一対で１つの磁極を構成し、前記一対の永久磁石は周方向に離れて配置され、前記第１孔部は前記一対の永久磁石の径方向内側の端部にそれぞれ接して２つ形成され、前記第２孔部は前記２つの第１孔部の間に形成されていることを特徴とするロータ。
【請求項４】
請求項２または３に記載のロータにおいて、
前記第１および第２の孔部は、前記永久磁石からの磁束に対してフラックスバリアを構成することを特徴とするロータ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のロータにおいて、
前記回転シャフトは、その外周面から径方向外側に突出するとともに前記ロータコアとの対向面に凹部が形成されたフランジ部を有しており、前記冷媒貯留部は前記凹部と前記流量調整部材とによって区画される空間により形成されることを特徴とするロータ。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一項に記載のロータにおいて、
前記ロータコアの軸方向端部外側に配置されるエンドプレートをさらに備え、前記エンドプレートには前記ロータコアとの対向面に凹部が形成されており、前記冷媒貯留部は前記凹部と前記流量調整部材とによって区画される空間により形成されることを特徴とするロータ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のロータにおいて、
前記流量調整部材は、前記ロータコアと前記冷媒貯留部との間に配置される環状プレートで構成され、前記第１および第２冷媒通路は前記流量調整部材の内周部に形成された切り込み部からなり、前記第１冷媒通路の切り込み部の幅が前記第２冷媒通路の幅よりも広く設定されていることを特徴とするロータ。
【請求項８】
請求項７に記載のロータにおいて、
前記ロータコアが板状部材積層体であって、前記環状プレートは前記板状部材の一部によって形成されることを特徴とするロータ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載のロータと、ロータ外周に配置されるステータとを備える回転電機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２３５５４６（Ｐ２０１２−２３５５４６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１００３８１（Ｐ２０１１−１００３８１）
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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