JP2013211987A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機を高速で回転させた場合であっても、風損を低減させるとともに、遠心力による冷却ファンの破損を防止すること。
【解決手段】ロータ２の回転軸１と同軸に回転可能に支持される冷却ファン１１と、ロータ２の回転を冷却ファン１１に伝達する回転力伝達手段とを備え、ロータ２の回転数の上昇に応じて（冷却ファン１１の回転数）／（ロータ２の回転数）が低下するように構成される。冷却ファン１１と回転軸１とを直結せず、回転軸１の回転が間接的に冷却ファン１１に伝達される構造とすることによって、回転力伝達手段はロータ２の高速回転時において回転軸１の回転数よりも低い回転数で冷却ファン１１を回転させる。
【選択図】図１

Description

本発明は回転電機に関するものであり、特に、回転電機を冷却するための冷却ファンについて、ロータの高速回転時にも有効に冷却効果を奏する冷却ファンを有する回転電機に関するものである。

従来から、ロータの回転により生じる熱を冷却する冷却ファンを有する回転電機が開発されている。こうした冷却ファンは、ロータの回転軸に直結されているものが一般的である。ロータの回転に伴いロータと一体に回転することにより、回転電機の内部を負圧として外部から外気を取り入れる。取り入れられた外気が回転電機内部を通過することにより冷却する空冷方式である。例えば、下記の構成が開示されている。

特許文献１には、フレームの一方を閉塞するブラケット側に主電動機軸に直結された冷却ファンが配置される車両用主電動機が開示されている。

また、特許文献２には、機外に突出された回転軸に取り付けられた冷却ファンを備える全閉外扇形回転電機が開示されている。

特許第４３９７１８１号公報 特開２００９-１６５２９４号公報

上述して例示した２つの文献では、いずれも冷却ファンがロータの回転軸に直結されている。そのため、回転電機を高速で回転させる場合、回転軸に直結されている冷却ファンはロータの回転数と同じ高速の回転数で回転することとなる。この場合、高速回転に伴い冷却ファンには大きな風圧がかかる。この風圧は、冷却ファンに直結している回転軸の回転に対する負荷となり、いわゆる風損が増大することとなる。また、高速な回転により、冷却ファンには大きな遠心力が加わる。回転時の風圧や遠心力などにより、高速回転時においては冷却ファンの構造的強度が耐えられなくなり冷却ファンが破損する虞がある。

本発明は、上記の課題に鑑み提案されたものであって、ロータを高速で回転させた場合であっても、風損を低減させるとともに遠心力による冷却ファンの破損を防止する、高速回転にも対応可能な冷却ファンを備えた回転電機を提供することを目的とする。

本発明に係る回転電機は、円筒状ステータコアに回転磁界を生成するようにコイルが巻装されたステータと、ステータに対向し回転軸と回転軸に固定されたロータコアを有し回転軸中心にステータに対して回転可能に支持されたロータと、回転軸と同軸に回転可能に支持される冷却ファンと、ロータの回転を冷却ファンに伝達する回転力伝達手段とを備え、回転力伝達手段は、ロータの回転数の上昇に応じて、（冷却ファンの回転数）／（ロータの回転数）が低下するように回転力を伝達する。

更に、回転力伝達手段は、回転軸に同軸に直結される円環状の回転体基部を有し、この回転体基部の外径方向に立設して周方向に均等に配設される与力突出板を有する与力回転体と、冷却ファンの内径側に備えられ、与力突出板と対向して内径方向に立設して周方向に均等に配設される受力突出板とを備えている。

更に、冷却ファンは、円環状であって、受力突出板が内径方向に立設されると共に外径方向にファン羽根が立設されるファン基部と、回転軸方向の両端面にあってファン基部に連接され、内径側に与力回転体が閉塞収納される空間を形成する一対の蓋板とを備え、与力回転体は、与力突出板の間にあって回転体基部に開孔される第１オイル放出孔を備え、回転軸は、内方に軸方向に沿って開孔されオイルが輸送されるオイル輸送管と、直結された与力回転体の第１オイル放出孔に一致して開孔される第２オイル放出孔とを備えている。これにより、第１および第２オイル放出孔から冷却ファンの空間にオイルが放出され、放出されたオイルがロータの回転に伴う遠心力により受力突出板を押圧する。

更に、回転電機は誘導機であって、冷却ファンの一対の蓋板のうち内方側にある蓋板の外側面は、ロータのエンドリングの先端部よりロータ側に位置する。

更に、回転力伝達手段は、回転軸に当接して周方向に均等に配設される摺動部材と、摺動部材と冷却ファンとを連結し、摺接部材を回転軸に付勢する弾性部材とを備え、摺動部材は、弾性部材の付勢力と遠心力とに応じて、回転軸に当接する際の押圧力が調整される。

本発明に係る回転電機では、冷却ファンはロータの回転軸に直結されておらず、ロータの回転力が回転力伝達手段を介して間接的に冷却ファンに伝達される構造を有している。

これにより、ロータの高速回転時において、ロータの回転数よりも低い回転数で冷却ファンを回転させることができる。そのため、ロータの高速回転時に、冷却ファンが回転する際の風損を低減することができ、回転に伴う遠心力による冷却ファンの破損を防止することができる。

また、ロータの高速回転時に、冷却ファンの回転数が低減して冷却ファンの遠心力の影響が小さくなることから、より大きな冷却ファンを搭載できる。冷却ファンによる冷却効果を高めることができる。

また、ロータの回転力が回転力伝達手段を介して間接的に冷却ファンに伝達されるため、ロータの回転数が急変する場合でも、冷却ファンには慣性により回転数の急激な変化は生じない。ロータの回転数の急変に対しても冷却ファンの急変は生ぜず、冷却ファンに必要な耐遠心力強度を低く抑えることができ、より大きな冷却ファンを搭載することができる。冷却ファンの冷却効果を向上させることができる。

本発明に係る回転電機では、更に、回転力伝達手段には、ロータの回転軸に同軸に直結される与力回転体の外径側に立設される与力突出板と冷却ファンの内径側に立設される受力突出板とが対向して備えられている。ロータと一体に与力回転体が回転すると周辺に存在する気体や液体等の流動媒質が外径側に送り出される。送り出された流動媒質は受力突出板を押圧し受力突出板は押圧力を受ける。

これにより、冷却ファンは、流動媒質を介してロータの回転力を間接的に受けて回転することができる。

本発明に係る回転電機では、更に、冷却ファンは、受力突出板とファン羽根とがそれぞれ内径・外径の方向に立設される円環状のファン基部と回転軸方向の両端面を覆う一対の蓋板とにより内径側に形成される空間に、与力回転体が閉塞収納される。与力回転体には第１オイル放出孔が開孔されており、回転軸に開孔されたオイル輸送管と第２オイル放出孔を通って第１オイル放出孔にオイルが送られる。第１オイル放出孔から冷却ファンの内径側の空間にオイルが放出され、放出されたオイルがロータの回転に伴う遠心力により冷却ファンの受力突出板を押圧する。

これにより、冷却ファンはロータからの間接的な回転力により回転することができる。ここで、冷却ファンを回転させるために受力突出板を押圧するオイルは、ファン羽根が受ける風圧を発生させる空気よりも比重が重い。このため、ファン羽根が受ける風圧は風損となって冷却ファンの回転を抑止する抵抗力となるところ、風圧を発生させる空気より比重の重いオイルにより冷却ファンに回転力を加えるので、より確実に冷却ファンを回転させることができる。

ここで、オイルは、回転電機をロータの回転軸が水平になるように設置した場合に、回転電機の底部にオイル溜りを有して循環させることができる。オイルの循環経路は限定的であり、回転電機の内部においてオイルの飛散の影響を受けない位置に通気孔を設けて空冷を行うことができる。

本発明に係る回転電機が誘導機の場合には、更に、冷却ファンの内方に形成されている空間に放出されたオイルが蓋板と回転軸との間隙から溢れ出る。冷却ファンの内方側にある蓋板の外側面がロータのエンドリングの先端部よりロータ側に位置しているため、溢れ出たオイルは蓋板の外側面を伝ってエンドリングに適下される。

これにより、ロータの回転力を冷却ファンに間接的に伝達する流動媒質として利用されるオイルは、ロータのエンドリングの冷却にも供される。効果的にロータの冷却を行うことができる。

本発明に係る回転電機では、更に、回転軸に当接して周方向に均等に配設される摺動部材が、弾性部材により冷却ファンと連結され回転軸に付勢される。ロータの回転に伴い、摺動部材には、弾性部材の付勢力とは反対方向に遠心力が加えられる。付勢力と遠心力との合力により、摺動部材が回転軸に当接する際の押圧力が調整される。回転数が小さく付勢力が遠心力に勝る間は、摺動部材は回転軸に押圧されて回転軸と一体に回転し、冷却ファンはロータと一体に回転する。ロータの回転数が上昇し遠心力が付勢力に勝ると、摺動部材は回転軸から離間する。離間により冷却ファンはロータと切り離され回転数が低下する。回転数の低下に伴い遠心力も低下して摺動部材は回転軸側に押圧され再び回転軸に押圧される。押圧により冷却ファンの回転数が再び上昇して遠心力が付勢力を上回れば、再度、摺動部材は回転軸から離間する。摺動部材の回転軸への押圧と離間とが繰り返され、冷却ファンはほぼ一定の回転数に収斂する。

これにより、冷却ファンは、破損に至らない回転数であって風損の影響が許容範囲に抑えられた回転数を維持することができ、効果的な空冷を行うことができる。

第１実施形態における回転電機の、ロータ２の回転軸１に沿った断面図である。 第１実施形態における回転電機の、冷却ファン１１を中心とした拡大図である。 第１実施形態における冷却ファン１１と与力回転体１４との関係を示すＡＡ断面図（図２、参照）である。 第１実施形態における与力回転体１４の斜視図である。 第１実施形態における冷却ファンの回転数と冷却ファンをロータに直結した場合の回転数との関係を示す図である。 第１実施形態の別例における回転電機の、ロータ２Ａの回転軸１Ａに沿った断面図である。 第１実施形態の別例における回転電機の、冷却ファン１１Ａを中心とした拡大図である。 第１実施形態の別例における冷却ファン１１Ａと与力回転体１４Ａとの関係を示すＢＢ断面図（図７、参照）である。 第１実施形態の別例における与力回転体１４Ａの斜視図である。 第２実施形態における冷却ファン１１Ｂと摺動部材２６との関係を示す断面図である。 第２実施形態における冷却ファンの回転数と冷却ファンをロータに直結した場合の回転数との関係を示す図である。

以下、本発明の第１実施形態に係る回転電機の構造を、図１乃至図４を参照に説明する。回転電機は、外径形状が略円筒状のフレーム８と、フレーム８の両端面を閉塞する円形状のブラケット１３とで構成されるケースに収納される。ブラケット１３の中心にはベアリング１０が備えられ、回転軸１が回転可能に軸支されている。また、フレーム８やブラケット１３には、回転軸１が水平になるように配置される状態で、回転軸１よりも上方に位置する部分であって回転軸１が軸支される両端部に、少なくとも一組の通気孔９が開孔されている。後述する冷却ファン１１により起こされる冷却風の出入り口となる。また、回転電機の底部には、冷却・潤滑等のために内部を循環するオイルが貯留されるオイル溜りＯがある。オイル溜まりＯの油面は、冷却ファン１１（後述）のファン羽根１９が浸漬しない高さに制限されている。

フレーム８の内周には、内周壁に沿って略筒状のステータ３が配設されている。ステータ３には、ロータ２に向かう方向にスロット（不図示）が開孔されている。スロットには、ステータ３の両端部から突出するコイルエンド５で折り返されてコイルが巻装されている。

回転軸１を回転中心とする略円筒状のロータ２は、ステータ３の内周面に対向するように配設されている。ロータ２には回転軸１の方向に貫通し、ロータ２の周方向に所定間隔で配列される導体バー７が配設されている。周方向に所定間隔で配列される導体バー７は、ロータ２の両端部において、エンドリング４により互いに接続されている。エンドリング４と導体バー７とによりかご型形状を構成する、いわゆるかご型の誘導電動機である。また、ロータ２には回転軸１の方向にロータ２を冷却させるための冷却風を通過させる貫通孔６が貫通されている。

回転電機は冷却ファン１１を備えている。図３は、第１実施形態における冷却ファン１１と与力回転体１４との関係を示すＡＡ断面図（図２、参照）である。図３に示すように冷却ファン１１は、円環状のファン基部１７を備える。ファン基部１７の内周側には、周方向に所定の間隔で配列する受力突出板１８が内径方向に立設される。受力突出板１８は平板形状を有しており、平板面が回転軸１の方向と平行、すなわち、平板面が冷却ファン１１の回転方向に対向して立設されている。ファン基部１７の外周側には、周方向に所定の間隔で配列するファン羽根１９が外径方向に立設される。ファン羽根１９も同様に平板形状を有している。平板面は受力突出板１８とは異なり、回転軸１の方向に対して所定の角度を有して立設されている。冷却ファン１１は、ファン基部１７においてファン用ベアリング１２によってブラケット１３に回転自在に支持されており、回転軸１と同軸に回転する。ファン羽根１９の立設角度とロータ２の回転方向に応じて、ファン羽根１９により起こされる冷却風の方向が決まる。図１では、図視の右方から左方に向かって冷却風の流れができることを示している。

また、回転軸１の方向の両端は、ファン基部１７に連接され回転軸１が貫くように中心部が開孔された円環状の蓋板２０が備えられている。両端にある蓋板２０はファン基部１７と共に、冷却ファン１１の内部に閉塞された空間を形成する。この閉塞空間内であって受力突出板１８の内径側に与力回転体１４が収納される。

与力回転体１４は、回転軸１の外周面に嵌合する円環状の回転体基部１５を備え、回転軸１と一体に回転する。回転体基部１５の外側面には、外径方向に立設して周方向に均等に配設される与力突出板１６が備えられる。与力突出板１６は、冷却ファン１１に備えられる受力突出板１８と同様に平板形状を有しており、平板面が回転軸１の方向と平行、すなわち、平板面が冷却ファン１１の回転方向に対向して立設されている。与力突出板１６と受力突出板１８とは、図３に示すように、互いの回転が規制されない程度の間隙を有して対向している。また、回転体基部１５には、図４に示すように、与力突出板１６で挟まれた領域ごとに、オイル放出孔２３が開孔されている。

回転電機の底部のオイル溜まりＯに貯留されているオイルは、オイル輸送管２２を介して外部に設置されるポンプ２１により汲み出される。オイル輸送管２２は、回転軸１の内部を軸方向に与力回転体１４が嵌合されている位置まで配管されている。オイル輸送管２２の先端部は、回転軸１の径方向に開孔されるオイル放出孔２４に連通し、更に、オイル放出孔２４は与力回転体１４に開孔されているオイル放出孔２３に連通している。これにより、ポンプ２１により汲み出されたオイルＯは、オイル輸送管２２、オイル放出孔２４、及びオイル放出孔２３を介して、冷却ファン１１の内方に形成されている閉塞空間に放出される。

次に第１実施形態に係る回転電機の回転に伴う冷却機構を、図１乃至図５を参照に説明する。回転電機の一例としては、例えば、誘導電動機が例示される。ステータ３により生成される回転磁界に応じてロータ２に備えられる導体バー７に電磁誘導により誘導電流が誘起される。回転磁界と誘導電流との相互作用により回転力が生成される。

ロータ２は、電磁誘導による誘導電流の誘起や磁束の変化に伴う渦電流の影響など、電気的機械的なエネルギー損失に起因して発熱する。本実施形態では、ロータ２を中心に、ステータ３などのその他の部位も含めて、回転電機の内部を空冷により冷却する冷却ファン１１を例示するものである。特に、ロータ２の高速回転時にも有効に冷却効果を奏することが可能な冷却ファンとして例示する。

ロータ２が回転すると、ロータ２の回転軸１に同軸に嵌合されている与力回転体１４が回転軸１と一体に回転する。ポンプ２１によりオイル輸送管２２を循環するオイルは、オイル放出孔２４および２３を介して閉塞空間に放出される。放出されたオイルは、ロータ２の回転に伴う遠心力により閉塞空間内を外径方向に付勢される。更に、回転する与力突出板１６により、ロータ２の回転方向にも付勢される。その結果、放出されたオイルは、外径方向の冷却ファン１１の受力突出板１８を回転方向に付勢する。

閉塞空間に放出されたオイルは、蓋板２０と回転軸１との間の間隙から漏出して回転電機の底部にあるオイル溜まりＯに滴下して循環する。漏出したオイルは、蓋板２０の外側面を伝って漏出する。一対の蓋板２０のうちロータ２と対向する側の蓋板２０の外側面がエンドリング４の先端部よりロータ２側に位置しているため、外側面を伝って漏出するオイルはエンドリング４に滴下する。これにより、エンドリング４をオイルにより冷却することができる。一方、ロータ２とは反対側の蓋板２０の外側面を伝って漏出するオイルはファン用ベアリング１２に注油される。これにより、ファン用ベアリング１２を潤滑することができる。エンドリング４に滴下されファン用ベアリング１２に注油されたオイルは、その後、回転電機の底部にあるオイル溜まりＯに滴下して循環する。

また、蓋板２０と回転軸１との間の間隙から漏出するオイルの単位時間当たりの漏出量（漏出速度）とポンプ２１による単位時間当たりの循環量（循環速度）とのバランスにより、冷却ファン１１の内方に形成された閉塞空間へのオイルの充填度が決定される。漏出速度に比して循環速度が大きい場合には、閉塞空間内はオイルで充填される。漏出速度に比して循環速度が小さい場合には、閉塞空間内にはオイルは充填されず、オイル放出孔２３から放出されたオイルは外方に飛散する状態となる。いずれの場合でも閉塞空間に放出されたオイルは、冷却ファン１１に備えられている受力突出板１８を回転方向に押圧する付勢力として働き、冷却ファン１１を回転させる。

ロータ２から冷却ファン１１への回転力の伝達は、上述したように、与力回転体１４の与力突出板１６と冷却ファン１１の受力突出板１８との間を、オイルを媒介として伝達される。遠心力及び与力突出板１６により付与されるオイルの付勢力は、与力突出板１６の枚数、各板の面積、受力突出板１８までの距離、および回転数に応じて決定される。与力突出板１６の枚数が多いほど、各板の面積が大きいほど、受力突出板１８までの距離が短いほど、高速な回転であるほど、より大きな付勢力が生ずる。一方、オイルの付勢力は受力突出板１８に作用して冷却ファン１１に回転力が付与される。この場合、実際に冷却ファン１１が回転するためには、オイルの付勢力が、冷却ファン１１の重量に起因する慣性力、回転する際のファン用ベアリング１２における摩擦力、および回転時に主にファン羽根１９が受ける風圧、に打ち勝つことが必要である。ここで、慣性力は冷却ファン１１の重量が重いほど大きくなり、摩擦力はファン用ベアリング１２の有する摩擦係数が大きくなるほど大きくなる。また風圧は、ファン羽根１９の枚数、各羽根の面積、回転軸１からの距離、および冷却ファン１１の回転数に依存して変化する。すなわち、枚数が多いほど面積が大きいほど大きな風の抵抗を受けることになり、回転抵抗が大きくなる。また、距離が長いほど回転モーメントが大きくなり、回転抵抗が大きくなる。これらの回転抵抗に打ち勝つオイルの付勢力が必要である。

枚数、面積、距離が一定の場合には、ロータ２の回転数に応じてオイルの付勢力が大きくなり、冷却ファン１１の回転数が高くなる。この様子を図５に示す。図５は、第１実施形態における冷却ファン１１の回転数と冷却ファンをロータ２に直結した場合の回転数との関係を示す。回転数が低い領域では、与力回転体１４の回転により発生するオイルの付勢力が冷却ファン１１の回転抵抗に打ち勝つほど大きくなく、冷却ファン１１が回転しない領域が存在する。この領域ではロータ２の回転数が低いことからロータ２の発熱も少ない状態であり、冷却ファン１１が回転せず冷却風が流れなくともロータ２の温度は許容範囲に維持されるため、冷却ファン１１の回転による空冷は必要ない。

与力回転体１４の回転により発生するオイルの付勢力が冷却ファン１１の回転抵抗を超えてロータ２の回転数が大きくなると、オイルの付勢力を受力突出板１８が受けて冷却ファン１１が回転する。冷却ファン１１の回転数は、ロータ２の回転数に応じて高くなる。但し、回転力を伝達する際の損失等により、冷却ファンをロータ２に直結した場合に比して冷却ファン１１の回転数は低い回転数にとどまり、ロータ２の回転数が上昇するに伴って冷却ファン１１への回転力の伝達効率が悪化して回転数の差は徐々に大きくなる。冷却ファン１１の回転数は飽和する傾向となる。したがって少なくともロータ２の回転力が伝達されて冷却ファン１１の回転が始まった後においてロータ２の回転数の上昇に応じて、（冷却ファン１１の回転数）／（ロータ２の回転数）の値が低下する。

次に、回転電機の内部を流れる冷却風の流れを説明する。冷却ファン１１が回転すると、図１では、ファン羽根１９により、ロータ２側の空間にある空気が冷却ファン１１の反対側に送られる。これにより、ロータ２側のブラケット１３に開孔されている通風孔９から外気が吸い込まれる。吸い込まれた外気は、冷却ファン１１を通って反対側のブラケット１３に開孔されている通気孔９から排出され、冷却風の流れが生ずる。この冷却風の流れは、ロータ２に開孔されている貫通孔６や、ステータ３とのエアギャップを通過して流れ、ロータ２やステータ３が空冷される。

次に、第１実施形態の別例について、図６乃至図９を参照に説明する。図６乃至図９に示す別例おいて、第１実施形態（図１乃至図５）と同じ構成については同じ符号を付し説明を省略する。

第１実施形態の別例に係る回転電機は、第１実施形態に係る回転電機とは異なり、オイルに代えて空気によりロータ２Ａの回転力を冷却ファン１１Ａに間接的に伝達する。そのため、回転電機の底部にオイル溜まりはなく、オイルを循環するポンプ２１、オイル輸送管２２も備えない。回転軸１Ａは回転軸１とは異なり、内部にオイル輸送管２２は備えられていない。第１実施形態のフレーム８では、回転電機の水平配置における上方にのみ通気孔９を備えているのに対して、フレーム８Ａでは、水平配置された回転電機の上下の方向に関わりなく通気孔９Ａが開孔されている。フレーム８Ａの両端部にあるブラケット１３Ａやフレーム８Ａにおけるブラケット１３Ａの近傍部分に開孔されている。

冷却ファン１１Ａは、第１実施形態の冷却ファン１１の両端面を閉塞する蓋板２０のうち、ロータ２Ａ側の蓋板は備えられておらず、閉塞空間に代えてロータ２Ａ側の端面が開放された凹部空間が形成されている。ロータ２Ａ側の端面が開放されているのは、後述する与力回転体１４Ａによりロータ２Ａ側の空間にある空気を引き込み、冷却ファン１１Ａへ回転力を伝達する流動媒質として利用するためである。また、図８は、冷却ファン１１Ａと与力回転体１４Ａとの関係を示すＢＢ断面図（図７、参照）である。図８に示すように冷却ファン１１Ａは、ファン基部１７に代えてファン基部１７Ａを備えている。ファン基部１７Ａには、与力回転体１４Ａにより引き込まれた空気を外部に逃がす抜き孔２５が外径方向に向かって開孔されている（図８）。なお、抜き孔は蓋板２０に開孔されていてもよい。抜き孔２５は、与力回転体１４Ａにより引き込まれ冷却ファン１１Ａの受力突出板１８を押圧する空気を排気するために開孔される。

与力回転体１４Ａに備えられている与力突出板１６Ａは第１実施形態における与力突出板１６とは異なり、ロータ２Ａの回転に伴いロータ２Ａ側にある空気を引き込むように、平板面が回転軸１Ａに対して傾きを有して立設されている（図８）。第１実施形態の別例では、回転力を伝達する流動媒質はオイルではなく空気であるので、与力回転体１４Ａにはオイル放出孔は開孔されていない。

なお、ロータ２Ａから冷却ファン１１Ａへの回転力の伝達は第１実施形態の場合と同様であり、図５に示した特性を有する。したがって少なくともロータ２Ａの回転力が伝達されて冷却ファン１１Ａの回転が始まった後においてロータ２Ａの回転数の上昇に応じて、（冷却ファン１１Ａの回転数）／（ロータ２Ａの回転数）の値が低下する。

第１実施形態に係る回転電機、および別例の回転電機では、冷却ファン１１、１１Ａは、ロータ２、２Ａの回転軸１、１Ａに直結されていない。ロータ２、２Ａの回転は、回転軸１、１Ａに直結された与力回転体１４、１４Ａに備えられる与力突出板１６、１６Ａから冷却ファン１１、１１Ａに備えられる受力突出板１８に、オイル、空気を介して間接的に伝達される。これにより、ロータ２、２Ａの高速回転時において、ロータ２、２Ａの回転数よりも低い回転数で冷却ファン１１、１１Ａを回転させることができ、冷却ファン１１、１１Ａが回転する際の風損を低減することができる。また、回転に伴う遠心力により冷却ファン１１、１１Ａが破損することもない。

また、ロータ２、２Ａの高速回転時に、冷却ファン１１、１１Ａの回転数が低減して冷却ファン１１、１１Ａに対する遠心力の影響が小さくなることから、より大きな冷却ファン１１、１１Ａを搭載でき、冷却ファン１１、１１Ａによる冷却効果を高めることができる。

また、ロータ２、２Ａの回転力が間接的に伝達されるため、ロータ２、２Ａの回転数が急変する場合でも慣性により冷却ファン１１、１１Ａの回転数の急激な変化は生じない。これにより、ロータ２、２Ａの回転数の急変に対して冷却ファン１１、１１Ａに過度な力は作用しない。冷却ファン１１、１１Ａに必要な耐遠心力強度を低く抑えることができ、より大きな冷却ファン１１、１１Ａを搭載することができる。冷却ファン１１、１１Ａの冷却効果を向上させることができる。

第１実施形態の回転電機では回転力を伝達する流動媒質としてオイルを使用する。オイルは空気より比重が重いため、オイルによる付勢力は風圧による回転抵抗に抗して大きな押圧力とすることができる。このため、ロータ２の回転力を冷却ファン１１に伝達する際にオイルの付勢力を介在させてやれば、ロータ２の回転力をより確実に冷却ファン１１に伝達することができる。

また、オイルは、回転電機をロータ２の回転軸１が水平になるように設置した場合に、回転電機の底部のオイル溜まりＯからオイル輸送管２２を通って冷却ファン１１に至り循環する。オイルの循環経路は限定的であり、回転電機の内部のうち上部にはオイルは飛散しない。このため、上部に通気孔９を設けて空冷を行うことができる。

また、回転電機が誘導機の場合、冷却ファン１１の両端部を閉塞する蓋板２０のうちロータ２側にある蓋板２０の外側面が、ロータ２のエンドリング４の先端部よりロータ２側に位置しているため、冷却ファン１１の内方にある閉塞空間に放出されたオイルが蓋板２０と回転軸１との間隙から溢れ蓋板２０の外側面を伝ってエンドリング４に適下される。ロータ２の回転力を冷却ファン１１に間接的に伝達する流動媒質として利用されるオイルをロータ２のエンドリング４の冷却にも利用することができる。また、ロータ２側とは反対側にある蓋板２０の外側面を伝って漏出するオイルはファン用ベアリング１２に注油され、ファン用ベアリング１２の潤滑にも利用することができる。

また、回転軸１の内部に軸に沿って備えられるオイル輸送管２２を通ってオイルが循環する。これにより、回転軸１がオイルにより直接冷却され、回転軸１及びロータ２の冷却効果を高めることができる。

また、与力回転体１４が収納される冷却ファン１１の内方の閉塞空間にオイルが充填されていれば、与力回転体１４及びオイルを介して、回転軸１と冷却ファン１１とが熱的に連絡されることとなる。冷却ファン１１に備えられるファン羽根１９が放熱フィンとして機能して、回転軸１及びロータ２を放熱することができる。与力回転体１４、冷却ファン１１、及び両者の間に充填されるオイルの構成により放熱に資することができる。

第１実施形態の別例である回転電機では回転力を伝達する流動媒質として空気を使用する。オイルを使用しないことにより回転電機の内部にオイルが飛散することはなく、フレーム８Ａやブラケット１３Ａに自由に通風孔９Ａを開孔することができる。多数の通気孔９Ａが開孔されたオープンフレーム構造として空冷効率を向上させることができる。

また、オイルを使用しないため、取り扱いが容易であり、オイルを循環させるためのポンプ２１やオイル輸送管２２などの構成を備える必要がなく構造も簡略化することができる。

次に、第２実施形態について、図１０及び図１１を参照に説明する。図１０及び図１１に示す第２実施形態おいて、第１実施形態（図１乃至図５）と同じ構成については同じ符号を付し説明を省略する。

第２実施形態の回転電機は、第１実施形態およびその別例に係る回転電機と異なり、ロータの回転力をオイルや空気などの流動媒質を介して伝達すことに代えて、回転に伴う遠心力を利用する。第２実施形態では、図１０に示すように、摺動部材２６がバネ体２７を介して冷却ファン１１Ｂのファン基部１７Ｂと連結されている。摺動部材２６は、バネ体２７により内径方向に作用する付勢力が加えられている。摺動部材２６とバネ体２７とは、冷却ファン１１Ｂのファン基部１７Ｂに連接され内径方向の回転軸１Ａに向かって延設されるガイド２８内に収納される。摺動部材２６はガイド２８に沿って摺動可能とされている。ガイド２８に収納されバネ体２７で付勢される摺動部材２６は回転軸１Ａの周方向に均等に配置されている。尚、第２実施形態では、回転力の伝達にオイルを使用しない構成であり、回転軸は第１実施形態の別例の場合と同様に、内部にオイル輸送管２２を備えない回転軸１Ａが使用される。したがって、ロータも第１実施形態の別例と同じ構造のロータ２Ａが備えられる。

ロータ２Ａが回転していない状態では、バネ体２７の付勢力により摺動部材２６は回転軸１Ａに押圧されて当接している。この状態では、摺動部材２６が回転軸１Ａに押圧されているので、ロータ２Ａの回転に伴い摺動部材２６すなわち冷却ファン１１Ｂも一体に回転する。ロータ２Ａの回転数が上昇すると摺動部材２６に加わる遠心力は大きくなっていく。遠心力は摺動部材２６をバネ体２７の付勢力に抗して外径方向に押圧する力である。このため、遠心力は、付勢力による摺動部材２６の回転軸１Ａへの押圧力を減殺する力として作用する。しかしながら、ロータ２Ａの回転数が低く遠心力がバネ体２７による付勢力より小さい間は、摺動部材２６に加わる合力は付勢力が優勢であるので、摺動部材２６が回転軸１Ａに押圧された状態が維持される。冷却ファン１１Ｂはロータ２Ａと一体に回転する状態が継続する。図１１に示すように、冷却ファン１１Ｂをロータ２Ａに直結した場合と同じ状態である。

遠心力は、内径方向に向けて摺動部材２６を押圧するバネ体２７による付勢力とは反対方向に働く力である。そのため、ロータ２Ａの回転数が上昇し遠心力が付勢力を超えると、摺動部材２６が回転軸１Ａを押圧する力はなくなる。これにより、摺動部材２６が回転軸１Ａから離間して冷却ファン１１Ｂに回転力が伝達されなくなり冷却ファン１１Ｂの回転数は減速する。その結果、摺動部材２６に加わる遠心力が低下し付勢力が優勢になって摺動部材２６は回転軸１Ａに押圧される。これにより、再度、摺動部材２６の回転数が上昇して遠心力が付勢力を超えて大きくなり押圧力がなくなる動作に戻る。この動作は微少時間において繰り返される動作である。この動作が繰り返されて、定常的には、摺動部材２６が回転軸１Ａに摺動しながら当接してロータ２Ａが回転する状態にバランスされる。つまり、回転軸１Ａと摺動部材２６との間ですべりが生じつつ、摩擦力によって回転力が伝達される。この状態では、摺動部材２６には、回転軸１Ａの回転力からすべりの分だけ減じられた回転力が加わる。これにより、ロータ２Ａの回転数に比して摺動部材２６すなわち冷却ファン１１Ｂの回転数が減衰する。図１１に示すように、冷却ファン１１Ｂは、冷却ファンをロータ２Ａに直結した場合の回転数に比較して低い回転数で回転する状態となる。したがって第２実施形態においても、ロータ２Ａの回転数の上昇に応じて、（冷却ファン１１Ｂの回転数）／（ロータ２Ａの回転数）の値が低下する。

第２実施形態に係る回転電機では、摺動部材２６に加わるバネ体２７の付勢力と遠心力とのバランスにより、摺動部材２６をロータ２Ａの回転軸１Ａに滑りながら当接させることができる。これにより、第１実施形態の場合と同様に、ロータ２Ａの高速回転時において、ロータ２Ａの回転数よりも低い回転数で冷却ファン１１Ｂを回転させることができ、冷却ファン１１Ｂが回転する際の風損を低減することができる。また、回転に伴う遠心力による冷却ファン１１Ｂの破損を防止することができる。

また、ロータ２Ａの高速回転時に、冷却ファン１１Ｂの回転数が低減して冷却ファン１１Ｂの回転に伴う遠心力の影響が小さくなることから、より大きな冷却ファン１１Ｂを搭載でき、冷却効果を高めることができることも第１実施形態の場合と同様である。

第２実施形態の回転電機では、摺動部材２６と回転軸１Ａとは、バネ体２７による付勢力から摺動部材２６の遠心力を減じた力により、摺動部材２６が回転軸１Ａに押し付けられた状態で当接している。すなわち、互いに滑りながら摺動して当接する状態に維持されている。このため、ロータ２Ａの回転数を急激に変動させても、冷却ファン１１Ｂの回転数が変わらないと、摺動部材２６に加わる遠心力は変化しないため摩擦力は変化しない。したがって、摺動部材２６の回転軸１Ａへの当接の状態は緩やかに変化させることができる。ロータ２Ａの回転数の急変に伴い摺動部材２６の当接の状態が急変することが防止され、冷却ファン１１Ｂに過渡的に過度な力が加わることはない。冷却ファン１１Ｂに必要な耐遠心力強度を低く抑えることができ、より大きな冷却ファン１１Ｂを搭載することができる。冷却ファン１１Ｂの冷却効果を向上させることができる。

第２実施形態の回転電機では、摺動部材２６に加わる遠心力とバネ体２７による付勢力とのバランスによりロータ２Ａの回転力が間接的に冷却ファン１１Ｂに伝達される。

ここで、与力回転体１４、冷却ファン１１に備えられる受力突出板１８、および両者の間に介在するオイルが第１実施形態における回転力伝達手段の一例である。また、与力回転体１４Ａ、冷却ファン１１Ａに備えられる受力突出板１８、および両者の間に介在する空気が第１実施形態の別例における回転力伝達手段の一例である。更に、摺動部材２６およびバネ体２７が第２実施形態における回転力伝達手段の一例である。また、与力回転体１４の回転体基部１５に開孔されたオイル放出孔２３が第１オイル放出孔の一例であり、回転軸１に開孔されたオイル放出孔２４が第２オイル放出孔の一例である。また、バネ体２７は弾性部材の一例である。

尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。

例えば、第１及び第２実施形態では、ファン用ベアリング１２はブラケット１３に配設される場合を例示したが、これに限定されるものではなく、回転軸に配設する構成としてもよい。

ファン用ベアリングをブラケットに配設する場合、ファン用ベアリングに係る回転数は冷却ファン自体の回転数である。これに対して、回転軸に配設する場合、ファン用ベアリングに係る回転数は回転軸の回転数と冷却ファンの回転数との差となる。

したがって、ファン羽根の枚数が多数である、ファン羽根が大きな面積を有する、あるいは冷却ファンが大きくファン羽根が外径上回転軸から離れた位置にあるなど、冷却風を起こす能力が大きな冷却ファンである場合には、冷却ファンの回転数を低く維持することができる。このとき、ロータの回転数が高速であれば回転軸と冷却ファンとの回転数の差は大きくなる。より低回転を軸支するファン用ベアリングが好ましく、この場合は、ファン用ベアリングをブラケットに配設することが有利である。

逆に、冷却ファン自体の回転数が高回転になり、冷却ファン自体の回転数に比して回転軸と冷却ファンとの回転数の差の方が低回転になる場合には、ファン用ベアリングを回転軸に配設することがファン用ベアリングに係る回転がより低回転となり有利である。

また、ロータ２に貫通されている貫通孔６の数は、実施形態に例示した場合に限定されるものではなく、適宜変更することができる。また、貫通孔６は回転軸に平行な直線状に備えられることのほか、いわゆるスキューを有してロータを取り巻くように周方向に螺線状となる経路とすることもできる。また、貫通孔６は必須のものではなく、貫通孔６を備えない構成とすることもできる。この場合、ロータ２とステータ３との間隙に冷却風を通すことで冷却することが可能である。

また、フレーム８、８Ａやブラケット１３、１３Ａに開孔される通気孔９、９Ａの数は、実施形態に例示した数に限定されるものではない。

また、与力回転体１４、１４Ａに備えられる与力突出板１６、１６Ａ、および冷却ファン１１、１１Ａに備えられる受力突出板１８は、周方向に均等に立設されていればよく、その数は実施形態に例示されたものに限定されるものではなく、各々の数を同数とする必要もない。また、オイル放出孔２３、２４の数についても実施形態に例示されたものに限定されるものではない。また、摺動部材２６、バネ体２７、ガイド２８のセットについても、周方向に均等に立設されていればよく、その数は実施形態に例示されたものに限定されるものではない。

また、実施形態では、冷却ファンはロータの片側にのみ配置される構成を例示しているが、本発明は、これに限定されるものではない。ロータを挟んで両側に冷却ファンを配置する構成とすることもできる。また、一方の側を冷却ファンとして他方の側を放熱フィンとする構成でもよい。この場合、放熱フィンを本願の冷却ファンと同様の構成を有してロータの回転により間接的に回転力を得て回転する構成とすることもできる。

また、第１実施形態では、一対の蓋板２０と回転軸１との間の間隙から漏出したオイルのうちロータ２と対向する側の蓋板２０の外側面を伝って漏出するオイルは、エンドリング４に滴下するとして説明した。これは、蓋板２０の外側面がエンドリング４の先端部よりロータ２側に位置しているためである。しかしながら、本願はこれに限定されるものではない。例えば、ロータ２と対向する側の蓋板２０の外側面に、外径方向に向かうほどロータ２側に向かって傾斜・突出する傾斜面や突出部を設けることも考えられる。これにより、漏出したオイルをエンドリング４に導くことができる。

１、１Ａ 回転軸
２、２Ａ ロータ
３ ステータ
４ エンドリング
５ コイルエンド
６ 貫通孔
７ 導体バー
８、８Ａ フレーム
９、９Ａ 通気孔
１０ ベアリング
１１、１１Ａ、１１Ｂ 冷却ファン
１２ ファン用ベアリング
１３、１３Ａ ブラケット
１４、１４Ａ 与力回転体
１５ 回転体基部
１６、１６Ａ 与力突出板
１７、１７Ａ、１７Ｂ ファン基部
１８ 受力突出板
１９ ファン羽根
２０ 蓋板
２１ ポンプ
２２ オイル輸送管
２３、２４ オイル放出孔
２５ 抜き孔
２６ 摺動部材
２７ バネ体
２８ ガイド
Ｏ オイル溜り

Claims (5)

1. 円筒状ステータコアに回転磁界を生成するようにコイルが巻装されたステータと、
   前記ステータに対向し回転軸と該回転軸に固定されたロータコアを有し該回転軸中心に前記ステータに対して回転可能に支持されたロータと、
   前記回転軸と同軸に回転可能に支持される冷却ファンと、
   前記ロータの回転を冷却ファンに伝達する回転力伝達手段とを備え、
   前記回転力伝達手段は、前記ロータの回転数の上昇に応じて、（前記冷却ファンの回転数）／（前記ロータの回転数）が低下するように回転力を伝達することを特徴とする回転電機。
2. 前記回転力伝達手段は、
   前記回転軸に同軸に直結される円環状の回転体基部を有し、該回転体基部の外径方向に立設して周方向に均等に配設される与力突出板を有する与力回転体と、
   前記冷却ファンの内径側に備えられ、前記与力突出板と対向して内径方向に立設して周方向に均等に配設される受力突出板とを備えることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記冷却ファンは、
   円環状であって、前記受力突出板が内径方向に立設されると共に外径方向にファン羽根が立設されるファン基部と、
   前記回転軸方向の両端面にあって前記ファン基部に連接され、内径側に前記与力回転体が閉塞収納される空間を形成する一対の蓋板とを備え、
   前記与力回転体は、前記与力突出板の間にあって前記回転体基部に開孔される第１オイル放出孔を備え、
   前記回転軸は、
   内方に軸方向に沿って開孔されオイルが輸送されるオイル輸送管と、
   直結された前記与力回転体の前記第１オイル放出孔に一致して開孔される第２オイル放出孔とを備え、
   前記第１および第２オイル放出孔から前記空間にオイルが放出され、放出されたオイルが前記ロータの回転に伴う遠心力により前記受力突出板を押圧することを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
4. 前記回転電機は誘導機であって、前記冷却ファンの前記一対の蓋板のうち内方側にある蓋板の外側面は、前記ロータのエンドリングの先端部より前記ロータ側に位置することを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
5. 前記回転力伝達手段は、
   前記回転軸に当接して周方向に均等に配設される摺動部材と、
   前記摺動部材と前記冷却ファンとを連結し、前記摺接部材を前記回転軸に付勢する弾性部材とを備え、
   前記摺動部材は、前記弾性部材の付勢力と遠心力とに応じて、前記回転軸に当接する際の押圧力が調整されることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。

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