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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022156437
(43)【公開日】2022-10-14
(54)【発明の名称】回転電機のロータ
(51)【国際特許分類】
H02K 1/32 20060101AFI20221006BHJP
【ＦＩ】
H02K1/32 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021060130
(22)【出願日】2021-03-31
(71)【出願人】
【識別番号】000005326
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100126664
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 慎吾
(74)【代理人】
【識別番号】100154852
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 太一
(74)【代理人】
【識別番号】100194087
【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 伸一
(72)【発明者】
【氏名】白砂 貴盛
(72)【発明者】
【氏名】渥美 和弥
(72)【発明者】
【氏名】松下 耕一朗
(72)【発明者】
【氏名】石松 尚也
【テーマコード（参考）】
5H601
【Ｆターム（参考）】
5H601AA16
5H601AA29
5H601CC15
5H601DD01
5H601DD09
5H601DD11
5H601DD29
5H601DD42
5H601DD47
5H601EE18
5H601EE25
5H601GA22
5H601GA32
5H601GE01
5H601GE11
(57)【要約】
【課題】高出力化を可能とするとともに、高出力時の冷却性能を向上した回転電機のロータを提供する。
【解決手段】回転電機のロータ４は、軸方向に貫通するとともに軸方向の両端間が連通した貫通孔が形成されたロータコア２１と、ロータコア２１における軸方向の第１端面を覆うとともに、貫通孔に連なる開口部３１が形成された第１端面板３０Ａと、第１端面板３０Ａと一体的に設けられ、回転時に開口部３１を通じて貫通孔の両端間に圧力差を発生させる羽根部４０と、を備える。羽根部４０は、貫通孔および開口部３１を軸方向の外側から覆う覆い壁４５を有する。
【選択図】図２
【解決手段】回転電機のロータ４は、軸方向に貫通するとともに軸方向の両端間が連通した貫通孔が形成されたロータコア２１と、ロータコア２１における軸方向の第１端面を覆うとともに、貫通孔に連なる開口部３１が形成された第１端面板３０Ａと、第１端面板３０Ａと一体的に設けられ、回転時に開口部３１を通じて貫通孔の両端間に圧力差を発生させる羽根部４０と、を備える。羽根部４０は、貫通孔および開口部３１を軸方向の外側から覆う覆い壁４５を有する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸方向に貫通するとともに前記軸方向の両端間が連通した貫通孔（２８）が形成されたロータコア（２１）と、
前記ロータコア（２１）における前記軸方向の一端面（２１ａ）を覆うとともに、前記貫通孔（２８）に連なる開口部（３１）が形成された端面板（３０Ａ）と、
前記端面板（３０Ａ）と一体的に設けられ、回転時に前記開口部（３１）を通じて前記貫通孔（２８）の両端間に圧力差を発生させる羽根部（４０）と、
を備え、
前記羽根部（４０）は、前記貫通孔（２８）および前記開口部（３１）を前記軸方向の外側から覆う覆い壁（４５）を有する、
回転電機のロータ。
前記ロータコア（２１）における前記軸方向の一端面（２１ａ）を覆うとともに、前記貫通孔（２８）に連なる開口部（３１）が形成された端面板（３０Ａ）と、
前記端面板（３０Ａ）と一体的に設けられ、回転時に前記開口部（３１）を通じて前記貫通孔（２８）の両端間に圧力差を発生させる羽根部（４０）と、
を備え、
前記羽根部（４０）は、前記貫通孔（２８）および前記開口部（３１）を前記軸方向の外側から覆う覆い壁（４５）を有する、
回転電機のロータ。
【請求項2】
前記羽根部（４０）の少なくとも一部は、前記開口部（３１）に対して前記ロータコア（２１）の回転方向に設けられている、
請求項１に記載の回転電機のロータ。
請求項１に記載の回転電機のロータ。
【請求項3】
前記羽根部（４０）は、前記端面板（３０Ａ）から前記軸方向に沿って起立した複数の起立壁（４１）を有し、
前記覆い壁（４５）は、前記複数の起立壁（４１）に一体的に設けられている、
請求項１または請求項２に記載の回転電機のロータ。
前記覆い壁（４５）は、前記複数の起立壁（４１）に一体的に設けられている、
請求項１または請求項２に記載の回転電機のロータ。
【請求項4】
前記羽根部（４０）は、前記端面板（３０Ａ）から前記軸方向に沿って起立した起立壁（４１）を有し、
前記起立壁（４１）は、前記開口部（３１）より径方向内側に位置する内側起立壁（４２）を有する、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機のロータ。
前記起立壁（４１）は、前記開口部（３１）より径方向内側に位置する内側起立壁（４２）を有する、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機のロータ。
【請求項5】
前記羽根部（４０）は、前記端面板（３０Ａ）から前記軸方向に沿って起立した起立壁（４１）を有し、
前記起立壁（４１）は、前記ロータコア（２１）の回転方向とは反対方向に向かうに従い径方向外側に延びている、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機のロータ。
前記起立壁（４１）は、前記ロータコア（２１）の回転方向とは反対方向に向かうに従い径方向外側に延びている、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機のロータ。
【請求項6】
前記覆い壁（４５）は、前記ロータコア（２１）の回転方向に先細っている、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機のロータ。
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機のロータ。
【請求項7】
前記羽根部（４０）は、前記端面板（３０Ａ）から前記軸方向に沿って起立した起立壁（４１）を有し、
前記起立壁（４１）は、
前記開口部（３１）より径方向内側に位置する内側起立壁（４２）と、
前記内側起立壁（４２）より前記径方向外側に位置する外側起立壁（４３）と、
を有し、
前記内側起立壁（４２）、前記外側起立壁（４３）および前記覆い壁（４５）は、一体的に形成されている、
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機のロータ。
前記起立壁（４１）は、
前記開口部（３１）より径方向内側に位置する内側起立壁（４２）と、
前記内側起立壁（４２）より前記径方向外側に位置する外側起立壁（４３）と、
を有し、
前記内側起立壁（４２）、前記外側起立壁（４３）および前記覆い壁（４５）は、一体的に形成されている、
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機のロータ。
【請求項8】
前記内側起立壁（４２）、前記外側起立壁（４３）および前記覆い壁（４５）は、前記ロータコア（２１）の回転方向および径方向両側から排気空間（４６）を画成し、
前記排気空間（４６）は、前記開口部（３１）を通じて前記貫通孔（２８）に連通しているとともに、前記貫通孔（２８）に前記軸方向で連通する領域から見て前記回転方向とは反対方向に開口している、
請求項７に記載の回転電機のロータ。
前記排気空間（４６）は、前記開口部（３１）を通じて前記貫通孔（２８）に連通しているとともに、前記貫通孔（２８）に前記軸方向で連通する領域から見て前記回転方向とは反対方向に開口している、
請求項７に記載の回転電機のロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回転電機のロータに関するものである。
【背景技術】
【0002】
モータ等の回転電機として、コイルが装着されたステータと、永久磁石が装着されたロータと、を備えたものがある。この種の回転電機では、コイルへの給電によってステータに鎖交磁束が形成されるとともに、この鎖交磁束とロータの永久磁石との間で磁気的な吸引力および反発力が生じ、ロータが継続的に回転される。
【0003】
ここで、永久磁石の温度上昇は減磁の原因となり、回転電機の性能に大きく関わる。このため、ロータを効率的に冷却するための様々な技術が提案されている。例えば、特許文献１には、回転子鉄心の軸方向の両端面にそれぞれ設けられた第一および第二の端板を備えた回転子を有し、第一の端板は、磁石挿入孔の一端側を塞ぐ基部と、基部の表面に設けられた羽根部と、を有し、回転子は回転子鉄心と第二の端板とを貫通する冷却孔を有し、回転子が回転しているときに、羽根部は回転子の軸方向の両端間に圧力差を発生させるモータが開示されている。このモータによれば、回転子が回転すると、羽根部によって回転子における回転軸方向の両端間の圧力差が大きくなり、冷却孔を流通する冷却媒体の流量が増加し、回転子の冷却能力を向上させることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第６８１８８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来技術の回転電機にあっては、羽根部が設けられていない構成と比較して、ロータの回転時に羽根部による風損が大きくなる可能性がある。これにより、回転電機の高出力化の妨げになる場合がある。また、高出力時の冷却性能にも改善の余地がある。
【0006】
そこで本発明は、回転電機の高出力化を可能とするとともに、高出力時の冷却性能が向上した回転電機のロータを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の回転電機のロータは、軸方向に貫通するとともに前記軸方向の両端間が連通した貫通孔（２８）が形成されたロータコア（２１）と、前記ロータコア（２１）における前記軸方向の一端面（２１ａ）を覆うとともに、前記貫通孔（２８）に連なる開口部（３１）が形成された端面板（３０Ａ）と、前記端面板（３０Ａ）と一体的に設けられ、回転時に前記開口部（３１）を通じて前記貫通孔（２８）の両端間に圧力差を発生させる羽根部（４０）と、を備え、前記羽根部（４０）は、前記貫通孔（２８）および前記開口部（３１）を前記軸方向の外側から覆う覆い壁（４５）を有する。
【0008】
本発明によれば、羽根部に対する軸方向外側の空間から開口部に向かう気流の発生を覆い壁によって抑制できる。これにより、回転時に羽根部によって発生した負圧により、貫通孔内に端面板の開口部側に向かう気流を効率よく発生させることができる。よって、風損の増大の誘因となり得る羽根部の大型化を回避しつつ、冷却性能を向上させることができる。したがって、高出力化を可能とするとともに、高出力時の冷却性能を向上できる。
【0009】
上記の回転電機のロータにおいて、前記羽根部（４０）の少なくとも一部は、前記開口部（３１）に対して前記ロータコア（２１）の回転方向に設けられていてもよい。
【0010】
本発明によれば、回転時に羽根部に対する回転方向とは反対側に負圧が発生するので、羽根部に対して回転方向とは反対側に形成された開口部を通じて貫通孔から空気を吸い出すことができる。よって、貫通孔内に端面板の開口部側に向かう気流を発生させることができる。
【0011】
上記の回転電機のロータにおいて、前記羽根部（４０）は、前記端面板（３０Ａ）から前記軸方向に沿って起立した複数の起立壁（４１）を有し、前記覆い壁（４５）は、前記複数の起立壁（４１）に一体的に設けられていてもよい。
【0012】
本発明によれば、ロータコアとともに高速で回転する端面板に覆い壁を複数の起立壁によって強固に固定できる。
【0013】
上記の回転電機のロータにおいて、前記羽根部（４０）は、前記端面板（３０Ａ）から前記軸方向に沿って起立した起立壁（４１）を有し、前記起立壁（４１）は、前記開口部（３１）より径方向内側に位置する内側起立壁（４２）を有していてもよい。
【0014】
本発明によれば、羽根部に対する径方向内側の空間から開口部に向かう気流の発生を内側起立壁によって抑制できる。これにより、貫通孔内に端面板の開口部側に向かう気流をさらに効率よく発生させることができる。したがって、冷却性能をより一層向上させることができる。
【0015】
前記羽根部（４０）は、前記端面板（３０Ａ）から前記軸方向に沿って起立した起立壁（４１）を有し、前記起立壁（４１）は、前記ロータコア（２１）の回転方向とは反対方向に向かうに従い径方向外側に延びていてもよい。
【0016】
本発明によれば、回転時の空気抵抗の低減を図りつつ、起立壁に対する回転方向に位置する空気を径方向の外側に流すことができる。したがって、風損の増大を抑えつつ、貫通孔内を流通した空気を開口部近傍から効率よく逃がすことができる。
【0017】
上記の回転電機のロータにおいて、前記覆い壁（４５）は、前記ロータコア（２１）の回転方向に先細っていてもよい。
【0018】
本発明によれば、回転時に覆い壁に作用する空気抵抗の低減を図ることができる。したがって、風損の増大を抑えることができる。
【0019】
上記の回転電機のロータにおいて、前記羽根部（４０）は、前記端面板（３０Ａ）から前記軸方向に沿って起立した起立壁（４１）を有し、前記起立壁（４１）は、前記開口部（３１）より径方向内側に位置する内側起立壁（４２）と、前記内側起立壁（４２）より前記径方向外側に位置する外側起立壁（４３）と、を有し、前記内側起立壁（４２）、前記外側起立壁（４３）および前記覆い壁（４５）は、一体的に形成されていてもよい。
【0020】
本発明によれば、鋳造やプレス加工等により羽根部が一体的に設けられた端面板を容易に形成できる。
【0021】
上記の回転電機のロータにおいて、前記内側起立壁（４２）、前記外側起立壁（４３）および前記覆い壁（４５）は、前記ロータコア（２１）の回転方向および径方向両側から排気空間（４６）を画成し、前記排気空間（４６）は、前記開口部（３１）を通じて前記貫通孔（２８）に連通しているとともに、前記貫通孔（２８）に前記軸方向で連通する領域から見て前記回転方向とは反対方向に開口していてもよい。
【0022】
仮に排気空間が貫通孔に連通する領域から見て回転方向に開口している構成では回転時に排気空間への逆流が生じ得る。これに対して本発明によれば排気空間への逆流を抑制しつつ排気空間の空気を径方向の外側に流すことができる。したがって、回転時に羽根部によって負圧を効果的に発生させて、貫通孔内に端面板の開口部側に向かう気流をさらに効率よく発生させることができる。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、回転電機の高出力化を可能とするとともに、高出力時の冷却性能を向上した回転電機のロータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】実施形態の回転電機を示す断面図である。
【図2】実施形態のロータの外観斜視図である。
【図3】実施形態のロータの縦断面図である。
【図6】実施形態のロータを軸方向から見た外観図である。
【図7】第１比較例に係るロータを示す斜視図である。
【図8】第２比較例に係るロータを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。
【0026】
図１は、実施形態の回転電機を示す断面図である。
図１に示すように、回転電機１は、例えば電動二輪車のような車両に搭載される走行用モータである。回転電機１は、ハウジング２と、ステータ３と、ロータ４と、シャフト５と、を備える。ハウジング２は、ステータ３およびロータ４を収容するとともに、軸受６を介してシャフト５を回転可能に支持している。なお、ステータ３、ロータ４およびシャフト５は、それぞれ軸線Ｃを共通軸線として配置されている。以下、軸線Ｃの延びる方向を軸方向と称し、軸線Ｃに直交する方向を径方向と称し、軸線Ｃ回りに周回する方向を周方向と称して説明する。また、各図中において、周方向のうちロータ４の正転方向を矢印＋θで示し、正転方向とは反対方向（ロータ４の逆転方向）を矢印－θで示している。
図１に示すように、回転電機１は、例えば電動二輪車のような車両に搭載される走行用モータである。回転電機１は、ハウジング２と、ステータ３と、ロータ４と、シャフト５と、を備える。ハウジング２は、ステータ３およびロータ４を収容するとともに、軸受６を介してシャフト５を回転可能に支持している。なお、ステータ３、ロータ４およびシャフト５は、それぞれ軸線Ｃを共通軸線として配置されている。以下、軸線Ｃの延びる方向を軸方向と称し、軸線Ｃに直交する方向を径方向と称し、軸線Ｃ回りに周回する方向を周方向と称して説明する。また、各図中において、周方向のうちロータ４の正転方向を矢印＋θで示し、正転方向とは反対方向（ロータ４の逆転方向）を矢印－θで示している。
【0027】
ステータ３は、ステータコア１０と、ステータコア１０に装着された複数層（例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイル１２と、を備えている。ステータ３は、コイル１２に電流が流れることにより磁界を発生する。ステータコア１０は、軸線Ｃを中心とする円筒状に形成されている。ステータコア１０は、例えば電磁鋼板を軸方向に複数枚積層することにより形成されている。なお、ステータコア１０は、金属磁性粉末（軟磁性粉）を圧縮成形した、いわゆる圧粉コアであってもよい。本実施形態では、ステータコア１０は、コイル１２が捲回されるティース１１を１つずつ有する分割コアを環状に配置して形成されている。ティース１１には、インシュレータ１４が装着されている。
【0028】
インシュレータ１４は、分割コアのティース１１を１つずつ囲む。インシュレータ１４は、樹脂等の電気絶縁材料により形成されている。インシュレータ１４は、ティース１１を覆うとともに外周側にコイル１２が捲回されるコイル巻回部１５と、コイル巻回部１５における径方向の内側の端縁から張り出した内フランジ１６と、コイル巻回部１５における径方向の外側の端縁から張り出した外フランジ１７と、を備える。
【0029】
コイル１２は、各ティース１１にインシュレータ１４を介して巻回されている。コイル１２は、内フランジ１６と外フランジ１７との間でコイル巻回部１５に巻回されている。ステータコア１０は、コイル１２に電流が流れることで磁界を発生する。
【0030】
ロータ４は、埋込磁石形のロータ４である。ロータ４は、ステータ３の径方向内側に配置されている。ロータ４は、シャフト５と一体となって、軸線Ｃ回りに回転可能になっている。ロータ４は、永久磁石２０と、永久磁石２０を保持するロータコア２１と、ロータコア２１における軸方向の第１端面２１ａ（一端面）を覆う第１端面板３０Ａと、ロータコア２１における軸方向の第２端面２１ｂを覆う第２端面板３０Ｂと、第１端面板３０Ａと一体的に設けられた羽根部４０と、を備えている。
【0031】
図２は、実施形態のロータの外観斜視図である。
図２に示すように、ロータコア２１は、軸方向に一様に延在する円筒状に形成されている。ロータコア２１は、例えば電磁鋼板を軸方向に複数枚積層することにより形成されている。なお、ロータコア２１は、金属磁性粉末（軟磁性粉）を圧縮成形した、いわゆる圧粉コアであってもよい。
図２に示すように、ロータコア２１は、軸方向に一様に延在する円筒状に形成されている。ロータコア２１は、例えば電磁鋼板を軸方向に複数枚積層することにより形成されている。なお、ロータコア２１は、金属磁性粉末（軟磁性粉）を圧縮成形した、いわゆる圧粉コアであってもよい。
【0032】
図３は、実施形態のロータの縦断面図である。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線におけるロータの横断面図である。
図３および図４に示すように、ロータコア２１は、ロータコア２１の外周部に位置する円環状のヨーク部２２と、ロータコア２１の内周部に位置し、ヨーク部２２に対して径方向に間隔をあけて配置された円環状のハブ部２３と、ヨーク部２２とハブ部２３とを連結する複数のリブ２４と、を有し、これらが一体に形成されている。
図３および図４に示すように、ロータコア２１は、ロータコア２１の外周部に位置する円環状のヨーク部２２と、ロータコア２１の内周部に位置し、ヨーク部２２に対して径方向に間隔をあけて配置された円環状のハブ部２３と、ヨーク部２２とハブ部２３とを連結する複数のリブ２４と、を有し、これらが一体に形成されている。
【0033】
ヨーク部２２は、永久磁石２０を保持する。ヨーク部２２は、複数（本実施形態では８個）の磁極部２５を備える。磁極部２５は、周方向に均等に設けられている。各磁極部２５には、永久磁石２０が挿入される一対のスロット２６が形成されている。一対のスロット２６は、周方向に対称に形成されている。スロット２６は、ヨーク部２２を軸方向に貫通している。各スロット２６には、永久磁石２０が収容され、これによりロータコア２１が永久磁石２０を保持している。複数の磁極部２５は、周方向に交互に磁化方向が反転するように形成されている。
【0034】
ハブ部２３は、シャフト５に外挿されている。ハブ部２３は、シャフト５に固定されている。これにより、ロータコア２１は、軸線Ｃ回りにシャフト５と一体回転可能になっている。
【0035】
リブ２４は、ハブ部２３の外周面とヨーク部２２の内周面とに接続している。リブ２４は、ハブ部２３の外周面から周方向の一方かつ径方向の外側に延びる第１リブ２７Ａと、ハブ部２３の外周面から周方向の他方かつ径方向の外側に延びる第２リブ２７Ｂと、を備える。第１リブ２７Ａおよび第２リブ２７Ｂは、それぞれ磁極部２５と同数設けられている。第１リブ２７Ａおよび第２リブ２７Ｂは、それぞれ周方向に等間隔に配置されている。第１リブ２７Ａおよび第２リブ２７Ｂは、互いに交差している。
【0036】
ロータコア２１には、複数の貫通孔２８が形成されている。貫通孔２８は、ヨーク部２２とハブ部２３との隙間に相当し、リブ２４によって区画されている。貫通孔２８は、ロータコア２１を軸方向に貫通している。貫通孔２８には他の部材が配置されておらず、これにより貫通孔２８の軸方向の両端間が連通している。貫通孔２８は、軸方向に一様に延在している。
【0037】
永久磁石２０は、希土類磁石である。希土類磁石としては、例えばネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石、プラセオジム磁石等が挙げられる。永久磁石２０は、ヨーク部２２の各スロット２６に挿入され、例えば樹脂や接着剤等によってロータコア２１に固定されている。永久磁石２０は、径方向に磁化されている。
【0038】
図３に示すように、第１端面板３０Ａおよび第２端面板３０Ｂは、ロータコア２１を軸方向の両側から挟むように配置され、それぞれシャフト５に固定されている。第１端面板３０Ａは、ロータコア２１の第１端面２１ａに接触している。第２端面板３０Ｂは、ロータコア２１の第２端面２１ｂに接触している。第１端面板３０Ａおよび第２端面板３０Ｂは、非磁性体の金属材料、例えばＳＵＳ３０４やアルミニウム、銅等により円環状に形成され、シャフト５と同軸に配置されている。第１端面板３０Ａおよび第２端面板３０Ｂは、それぞれロータコア２１の外径と略同じ外径を有する。第１端面板３０Ａおよび第２端面板３０Ｂは、それぞれロータコア２１の内径と略同じ内径を有する。
【0039】
図５は、図３のＶ－Ｖ線におけるロータの断面図である。
図５に示すように、第１端面板３０Ａは、スロット２６の少なくとも一部を閉塞し、軸方向から見て永久磁石２０に重なっている。これにより、第１端面板３０Ａは、永久磁石２０の脱落を規制している。第１端面板３０Ａには、開口部３１が形成されている。開口部３１は、第１端面板３０Ａを軸方向に貫通している。開口部３１は、軸方向から見て貫通孔２８の少なくとも一部に重なっている。これにより、開口部３１は、ロータコア２１の貫通孔２８に連通している。本実施形態では、開口部３１は、ハブ部２３よりも径方向外側の位置から、ヨーク部２２の内周縁３２よりも径方向外側の位置にわたって設けられている。これにより、開口部３１は、ヨーク部２２の端面の一部を露出させている。さらに、開口部３１は、永久磁石２０の端面の一部を露出させている。
図５に示すように、第１端面板３０Ａは、スロット２６の少なくとも一部を閉塞し、軸方向から見て永久磁石２０に重なっている。これにより、第１端面板３０Ａは、永久磁石２０の脱落を規制している。第１端面板３０Ａには、開口部３１が形成されている。開口部３１は、第１端面板３０Ａを軸方向に貫通している。開口部３１は、軸方向から見て貫通孔２８の少なくとも一部に重なっている。これにより、開口部３１は、ロータコア２１の貫通孔２８に連通している。本実施形態では、開口部３１は、ハブ部２３よりも径方向外側の位置から、ヨーク部２２の内周縁３２よりも径方向外側の位置にわたって設けられている。これにより、開口部３１は、ヨーク部２２の端面の一部を露出させている。さらに、開口部３１は、永久磁石２０の端面の一部を露出させている。
【0040】
第１端面板３０Ａは、軸線Ｃを中心としてｎ回対称（本実施形態では２回対称）に形成されている。開口部３１は、軸線Ｃを中心として第１端面板３０Ａをｎ分割した場合、各領域に複数設けられている。本実施形態では、開口部３１は、第１端面板３０Ａを２分割した各領域に３つ設けられている。開口部３１は、径方向において内側から外側に向かうに従い周方向に漸次拡幅している。開口部３１の開口縁は、周方向に沿って延びる内周縁３２および外周縁３３と、内周縁３２および外周縁３３を接続する一対の側縁３４，３５と、を備える。
【0041】
内周縁３２は、軸方向から見てロータコア２１のヨーク部２２とハブ部２３との間に位置し、貫通孔２８およびリブ２４のうち少なくともいずれか一方に重なっている。外周縁３３は、軸方向から見てヨーク部２２に重なっている。外周縁３３は、内周縁３２よりも長い。外周縁３３の中心は、内周縁３２の中心に対してロータ４の正転方向とは反対方向にずれている。一対の側縁３４，３５は、内周縁３２および外周縁３３それぞれにおけるロータ４の正転方向の端部同士を接続する第１側縁３４と、内周縁３２および外周縁３３それぞれにおけるロータ４の正転方向とは反対側の端部同士を接続する第２側縁３５と、である。第１側縁３４の全体は、内周縁３２の端部から径方向外側に向かうに従いロータ４の正転方向とは反対方向に延びている。第２側縁３５の全体は、内周縁３２の端部から径方向外側に向かうに従いロータ４の正転方向とは反対方向に延びている。
【0042】
図３に示すように、第２端面板３０Ｂは、スロット２６の少なくとも一部を閉塞し、軸方向から見て永久磁石２０に重なっている。これにより、第２端面板３０Ｂは、永久磁石２０の脱落を規制している。第２端面板３０Ｂには、ロータコア２１の貫通孔２８に連通する通気孔が形成されている。これにより、ロータ４は、第１端面板３０Ａの開口部３１および第２端面板３０Ｂの通気孔によってロータコア２１の貫通孔２８を軸方向両側に開口させている。なお、第２端面板３０Ｂの通気孔は、複数の貫通孔２８のうち少なくとも第１端面板３０Ａの開口部３１に連通する貫通孔２８に連通していればよい。つまり、第２端面板３０Ｂは、第１端面板３０Ａによって閉塞された貫通孔２８を閉塞していてもよい。
【0043】
図２および図５に示すように、羽根部４０は、遠心ファンとして機能する。羽根部４０は、第１端面板３０Ａの各開口部３１の周囲に設けられ、ロータ４の回転時に開口部３１を通じて貫通孔２８の両端間に圧力を発生させる。羽根部４０は、第１端面板３０Ａと一体的に設けられている。羽根部４０と第１端面板３０Ａとの接続部は、連続性を有する。羽根部４０は、第１端面板３０Ａから軸方向に沿ってロータコア２１から離れる方向に起立した複数の起立壁４１と、ロータコア２１の貫通孔２８および第１端面板３０Ａの開口部３１を軸方向の外側から間隔をあけて覆う覆い壁４５と、を有する。
【0044】
図５に示すように、複数の起立壁４１は、開口部３１毎に設けられている。複数の起立壁４１は、開口部３１の開口縁の一部に沿って配置され、軸方向から見て開口部３１を径方向の内側、および周方向の両側から囲っている。複数の起立壁４１は、全体として第１端面板３０Ａから同じ高さに起立している。複数の起立壁４１は、開口部３１よりも径方向の内側に位置する内側起立壁４２と、内側起立壁４２より径方向外側に位置する一対の外側起立壁４３と、を備える。
【0045】
内側起立壁４２は、開口部３１の内周縁３２の全体に接続している。内側起立壁４２は、略一定の厚みで周方向に沿って延びている。
【0046】
一対の外側起立壁４３は、開口部３１の一対の側縁３４，３５全体に接続している。外側起立壁４３は、内側起立壁４２の端部から径方向の外側に向かうに従いロータ４の回転方向とは反対方向に延びている。外側起立壁４３は、略一定の厚みで延びている。各外側起立壁４３の径方向外側の端部は、軸方向から見て開口部３１の外周縁３３よりも径方向の外側に位置している。
【0047】
図６は、実施形態のロータを軸方向から見た図である。
図６に示すように、覆い壁４５は、開口部３１毎に設けられている。覆い壁４５は、内側起立壁４２における軸方向外側の端縁の全体から、一対の外側起立壁４３の間を軸方向に直交する方向に延びている。覆い壁４５は、周方向に延びて一対の外側起立壁４３に接続している。これにより、覆い壁４５は、軸方向から見て開口部３１に重なっている。覆い壁４５は、内側起立壁４２および一対の外側起立壁４３と一体的に形成されている。覆い壁４５は、周方向に沿って延びて一対の外側起立壁４３に接続する外周縁を備える。外周縁は、開口部３１の外周縁３３よりも径方向の内側に位置している。これにより、覆い壁４５は、軸方向から見て開口部３１のうち径方向内側の部分に重なっている。覆い壁４５は、軸方向から見て貫通孔２８のうち開口部３１を通じて露出した部分の全体に重なっている。覆い壁４５は、内側起立壁４２および一対の外側起立壁４３のうちロータ４の回転方向の外側起立壁４３の形状に倣い、ロータ４の回転方向に先細っている。
図６に示すように、覆い壁４５は、開口部３１毎に設けられている。覆い壁４５は、内側起立壁４２における軸方向外側の端縁の全体から、一対の外側起立壁４３の間を軸方向に直交する方向に延びている。覆い壁４５は、周方向に延びて一対の外側起立壁４３に接続している。これにより、覆い壁４５は、軸方向から見て開口部３１に重なっている。覆い壁４５は、内側起立壁４２および一対の外側起立壁４３と一体的に形成されている。覆い壁４５は、周方向に沿って延びて一対の外側起立壁４３に接続する外周縁を備える。外周縁は、開口部３１の外周縁３３よりも径方向の内側に位置している。これにより、覆い壁４５は、軸方向から見て開口部３１のうち径方向内側の部分に重なっている。覆い壁４５は、軸方向から見て貫通孔２８のうち開口部３１を通じて露出した部分の全体に重なっている。覆い壁４５は、内側起立壁４２および一対の外側起立壁４３のうちロータ４の回転方向の外側起立壁４３の形状に倣い、ロータ４の回転方向に先細っている。
【0048】
図５および図６に示すように、これら内側起立壁４２、外側起立壁４３および覆い壁４５は、開口部３１を通じて貫通孔２８に連通した排気空間４６を画成している。排気空間４６のうち径方向内側の端部領域４７は、貫通孔２８に軸方向で連通している。排気空間４６は、ロータ４の回転方向の外側起立壁４３によってロータ４の回転方向から画成されている。さらに排気空間４６は、ロータ４の回転方向の外側起立壁４３によって径方向の外側から画成され、かつ内側起立壁４２およびロータ４の回転方向とは反対方向の外側起立壁４３によって径方向の内側から画成されている。これにより、排気空間４６は、その径方向内側の端部領域４７から見てロータ４の回転方向とは反対方向寄りに開口している。
【0049】
本実施形態では、上述したようにｎ分割された第１端面板３０Ａの各領域において、周方向に隣り合う羽根部４０同士が一体的に設けられている。すなわち、羽根部４０の内側起立壁４２は、一体化して周方向に沿って延びている。また、軸方向から見て隣り合う一対の開口部３１の間に位置する外側起立壁４３は、一体化して単一の壁として設けられている。本実施形態において、一体化した３つの羽根部４０により形成された構造体は、最もロータ４の回転方向に位置する羽根部４０の内側起立壁４２および外側起立壁４３によって、ロータ４の回転方向に先細っている。
【0050】
以上に説明したように、本実施形態のロータ４は、第１端面板３０Ａと一体的に設けられ、ロータ４の回転時に第１端面板３０Ａの開口部３１を通じてロータコア２１の貫通孔２８の両端間に圧力差を発生させる羽根部４０を備える。羽根部４０は、貫通孔２８および開口部３１を軸方向の外側から覆う覆い壁４５を有する。この構成によれば、羽根部４０に対する軸方向外側の空間から開口部３１に向かう気流の発生を覆い壁４５によって抑制できる。これにより、回転時に羽根部４０によって発生した負圧により、貫通孔２８内に第１端面板３０Ａの開口部３１側に向かう気流を効率よく発生させることができる。よって、風損の増大の誘因となり得る羽根部４０の大型化を回避しつつ、冷却性能を向上させることができる。
【0051】
ここで、本実施形態に係るロータ４の風損抑制および冷却性能向上の効果を実施例および比較例を用いて示す。
図７は、第１比較例に係るロータを示す斜視図である。図８は、第２比較例に係るロータを示す斜視図である。
図７に示す第１比較例のロータ１０４は、端面板を備えておらず、すなわちロータコア１２１の貫通孔１２８の両端間に圧力差を発生させる羽根部を備えていない。図８に示す第２比較例のロータ２０４は、第１比較例のロータコア１２１の貫通孔１２８に連なる開口部２３１が形成された端面板２３０と、開口部２３１の開口縁のうちロータ１０４の回転方向に位置する部分から起立した起立壁２４１と、を備える。第２比較例のロータ２０４には、実施形態の覆い壁４５のような、貫通孔１２８および開口部２３１を軸方向の外側から覆う構造が設けられていない。実施例のロータは、図示しないが、第１比較例のロータコア１２１と、実施形態の第１端面板３０Ａおよび羽根部４０を組み合わせたものである。
図７は、第１比較例に係るロータを示す斜視図である。図８は、第２比較例に係るロータを示す斜視図である。
図７に示す第１比較例のロータ１０４は、端面板を備えておらず、すなわちロータコア１２１の貫通孔１２８の両端間に圧力差を発生させる羽根部を備えていない。図８に示す第２比較例のロータ２０４は、第１比較例のロータコア１２１の貫通孔１２８に連なる開口部２３１が形成された端面板２３０と、開口部２３１の開口縁のうちロータ１０４の回転方向に位置する部分から起立した起立壁２４１と、を備える。第２比較例のロータ２０４には、実施形態の覆い壁４５のような、貫通孔１２８および開口部２３１を軸方向の外側から覆う構造が設けられていない。実施例のロータは、図示しないが、第１比較例のロータコア１２１と、実施形態の第１端面板３０Ａおよび羽根部４０を組み合わせたものである。
【0052】
【表1】
【0053】
表１は、各比較例および実施例のロータを毎分９０００回転させた場合の、ロータコアの貫通孔における気流の通過流量およびロータの風損を示す。表１に示すように、実施例のロータによれば、両比較例に比べて気流の通過流量を増大させつつ、第２比較例に比べて風損を低減している。
【0054】
以上により、本実施形態によれば、回転電機１の高出力化を可能とするとともに、高出力時の冷却性能を向上できる。
【0055】
羽根部４０の少なくとも一部は、開口部３１に対してロータコア２１の回転方向に設けられている。この構成によれば、回転時に羽根部４０に対する回転方向とは反対側に負圧が発生するので、羽根部４０に対して回転方向とは反対側に形成された開口部３１を通じて貫通孔２８から空気を吸い出すことができる。よって、貫通孔２８内に開口部３１側に向かう気流を発生させることができる。
【0056】
羽根部４０は、第１端面板３０Ａから軸方向に沿って起立した複数の起立壁４１を有する。覆い壁４５は、複数の起立壁４１に一体的に設けられている。この構成によれば、ロータコア２１とともに高速で回転する第１端面板３０Ａに覆い壁４５を複数の起立壁４１によって強固に固定できる。
【0057】
また、起立壁４１は、開口部３１より径方向内側に位置する内側起立壁４２を有する。この構成によれば、羽根部４０に対する径方向内側の空間から開口部３１に向かう気流の発生を内側起立壁４２によって抑制できる。これにより、貫通孔２８内に開口部３１側に向かう気流をさらに効率よく発生させることができる。したがって、冷却性能をより一層向上させることができる。
【0058】
覆い壁４５は、ロータコア２１の回転方向に先細っている。この構成によれば、回転時に覆い壁４５に作用する空気抵抗の低減を図ることができる。したがって、風損の増大を抑えることができる。
【0059】
起立壁４１は、内側起立壁４２より径方向外側に位置する外側起立壁４３をさらに有する。内側起立壁４２、外側起立壁４３および覆い壁４５は、一体的に形成されている。この構成によれば、鋳造やプレス加工等により羽根部４０が一体的に設けられた第１端面板３０Ａを容易に形成できる。
【0060】
外側起立壁４３は、ロータ４の回転方向とは反対方向に向かうに従い径方向外側に延びている。この構成によれば、回転時の空気抵抗の低減を図りつつ、外側起立壁４３に対するロータ４の回転方向に位置する空気を径方向の外側に流すことができる。したがって、風損の増大を抑えつつ、貫通孔２８内を流通した空気を開口部３１近傍から効率よく逃がすことができる。
【0061】
内側起立壁４２、外側起立壁４３および覆い壁４５は、ロータ４の回転方向および径方向両側から排気空間４６を画成している。排気空間４６は、開口部３１を通じて貫通孔２８に連通しているとともに、貫通孔２８に軸方向で連通する径方向内側の端部領域４７から見てロータ４の回転方向とは反対方向に開口している。仮に排気空間が貫通孔に連通する領域から見てロータ４の回転方向に開口している構成では回転時に排気空間への逆流が生じ得る。これに対して本実施形態によれば、排気空間４６への逆流を抑制しつつ排気空間４６の空気を径方向の外側に流すことができる。したがって、回転時に羽根部４０によって負圧を効果的に発生させて、貫通孔２８内に第１端面板３０Ａの開口部３１側に向かう気流をさらに効率よく発生させることができる。
【0062】
なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態においては、回転電機として磁石埋込形のロータを備えた、いわゆるＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータに本発明を適用しているが、本発明の適用範囲はこれに限定されない。回転電機は、ロータコアの外周面に磁石が装着されたロータを備えた、いわゆるＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータであってもよい。また、回転電機は、発電機であってもよい。
例えば、上記実施形態においては、回転電機として磁石埋込形のロータを備えた、いわゆるＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータに本発明を適用しているが、本発明の適用範囲はこれに限定されない。回転電機は、ロータコアの外周面に磁石が装着されたロータを備えた、いわゆるＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータであってもよい。また、回転電機は、発電機であってもよい。
【0063】
また、ロータコアのリブの形状は上記実施形態に限定されない。すなわち本発明は、永久磁石が装着される外周部と、シャフトに固定される内周部と、の間に通気可能な貫通孔が形成されたロータコアに適用できる。
【0064】
また、上記実施形態では、第１端面板３０Ａの開口部３１が第１端面板３０Ａの外周縁および内周縁から離れて形成されているが、これに限定されない。すなわち、第１端面板の開口部の開口縁は、第１端面板の外周縁または内周縁に連なっていてもよい。
【0065】
また、上記実施形態では、周方向に隣り合う羽根部４０同士が一体的に設けられているが、この構成に限定されない。すなわち、羽根部は、互いに独立して設けられていてもよい。
【0066】
また、上記実施形態では、ロータコア２１の貫通孔２８を流通する冷媒が空気である構成を例に挙げているが、これに限定されない。冷媒は、空気以外の気体であってもよいし、潤滑油等の液体であってもよい。
【0067】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
【符号の説明】
【0068】
１…回転電機 ４…ロータ ２１…ロータコア ２１ａ…第１端面（一端面） ２８…貫通孔 ３０Ａ…第１端面板（端面板） ３１…開口部 ４０…羽根部 ４１…起立壁 ４２…内側起立壁 ４３…外側起立壁 ４５…覆い壁 ４６…排気空間
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】