JP2014050219A - 半径方向及び軸方向に延在する流路を備えた冷却構造を有する電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便かつ安価な方法で形成される冷却構造を有する電動機を提供する。
【解決手段】回転軸と、回転軸を包囲するように回転軸に嵌合される回転子と、回転子の周囲に設けられる固定子と、を備える電動機において、回転子及び固定子のうちの少なくとも一方を冷却するための冷却構造が設けられる。回転軸と回転子との間の境界部分には回転軸線に沿って延在する第１の穴が形成される。また、半径方向に延在していて一方の端部において第１の穴に連通するとともに他方の端部において回転軸及び回転子の周囲空間又は電動機の外部空間に開口する第２の穴がさらに形成される。冷却流体は、第１の穴及び第２の穴によって形成される流路を流れる。回転軸線に沿って延在する第３の穴が第２の穴と周囲空間又は外部空間との間に形成されてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却構造を有する電動機に関する。

公知の電動機において、電動機部品を冷却するための冷却媒体の流路が形成される場合がある。特許文献１は、固定子を冷却するための冷却構造を有する電動機を提案している。この従来技術に係る電動機の回転子には、回転子の端面から軸方向に延びる軸方向孔と、軸方向孔に連通していて回転子の半径方向に延びるとともに固定子の内周面に向けられた半径方向孔とが形成されている。そして、軸方向孔に流入した空気が半径方向孔を通じて固定子内周面に供給され、固定子を冷却できるようになっている。特許文献２は、回転軸の内部を通って軸方向に延びる第１の軸方向孔と、回転子の内部を通って軸方向に延びる第２の軸方向孔と、第１の軸方向孔及び第２の軸方向孔を互いに連通させるように回転子の内部において半径方向に延びる半径方向孔と、が形成された電動機が開示されている。

特開２００４−３１２８９８号公報 実開昭６１−１６５０５５号公報

簡便かつ安価な方法で形成される冷却構造を有する電動機が求められている。

本願に係る１番目の発明によれば、回転軸線の回りに回転可能な回転軸と、該回転軸の外周面に嵌合する内周面を有する回転子と、を備える電動機において、前記回転軸と前記回転子との間の境界部分において前記回転軸線に対して平行な方向に沿って延在するとともに、少なくとも一方の端部において前記回転軸及び前記回転子の周囲空間に連通する第１の穴と、前記第１の穴に連通する第１の端部、及び前記周囲空間又は当該電動機の外部空間に連通していて前記第１の端部とは反対側の第２の端部を有するとともに、前記回転軸線に対して直交する半径方向に沿って延在する第２の穴と、が形成される、電動機が提供される。

本願に係る２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記第１の穴は、前記回転軸の前記外周面及び前記回転子の前記内周面のうちの一方に形成された溝と、前記回転軸の前記外周面及び前記回転子の前記内周面のうちの他方と、によって画定される、電動機が提供される。

本願に係る３番目の発明によれば、１番目又は２番目の発明において、前記回転軸線に対して平行な方向に沿って、前記第２の穴の前記第２の端部と、前記周囲空間又は前記外部空間との間に延在する第３の穴がさらに形成される、電動機が提供される。

本願に係る４番目の発明によれば、３番目の発明において、前記第３の穴が、前記回転軸の内部又は前記回転子の内部を通って延在する、電動機が提供される。

本願に係る５番目の発明によれば、３番目の発明において、前記回転子の外周面に嵌合する内周面を有する円筒形部材をさらに備えており、前記第３の穴が、前記回転子部品の前記外周面に形成された溝と、前記円筒形部材の前記内周面と、によって画定される、電動機が提供される。

１番目の発明においては、回転軸線に沿って延在する第１の穴が回転子と回転軸との間の境界部分に形成される。したがって、回転子又は回転軸の内部に形成されるよりも簡単な方法で第１の穴が形成され、結果として安価な電動機が提供されるようになる。

２番目の発明において、第１の穴は、回転軸の外周面又は回転子の内周面に形成された溝によって形成される。このような溝は、切削等の比較的簡便な表面加工によって回転軸又は回転子に形成され得る。したがって、製造コストが削減され、安価な電動機が提供されるようになる。

３番目の発明においては、回転軸線に沿って第３の穴がさらに形成される。それにより、第１の穴、第２の穴及び第３の穴の組合せを変更することによって、冷却流体が流れる流路を種々の形状に形成できる。例えば回転子を内部から冷却したり、回転子を全長にわたって冷却したりするように流路を必要に応じて形成できる。

４番目の発明においては、回転軸線第３の穴が回転軸又は回転子の内部を通って延在する。それにより、回転軸又は回転子の内部を冷却流体が流れるようになり、これら部品を内部から冷却できるようになる。

５番目の発明においては、回転子の外周面に形成された溝と、筒状部材とによって第３の穴が形成される。回転子に溝を形成することによって第３の穴が形成されるので、加工が比較的簡便であり、製造コストを低減できる。

第１の実施形態に係る電動機を示す縦断面図である。 第２の実施形態に係る電動機を示す縦断面図である。 第３の実施形態に係る電動機を示す縦断面図である。 第４の実施形態に係る電動機の横断面を部分的に示す部分断面図である。 図４の線４Ｂ−４Ｂに沿って見た部分断面図である。 第５の実施形態に係る電動機を示す斜視図である。 第５の実施形態に係る電動機を示す縦断面図である。 図６の線７Ａ−７Ａに沿って見た横断面図である。 図６の線７Ｂ−７Ｂに沿って見た横断面図である。 第６の実施形態に係る電動機を示す縦断面図である。 第６の実施形態に係る電動機の回転軸の例を説明するための図である。 第６の実施形態に係る電動機の回転軸の別の例を説明するための図である。 第７の実施形態に係る電動機を示す斜視図である。 第７の実施形態に係る電動機を示す縦断面図である。 第８の実施形態に係る電動機を示す縦断面図である。 第９の実施形態に係る電動機を示す斜視図である。 第９の実施形態に係る電動機を示す縦断面図である。 第１０の実施形態に係る電動機を示す縦断面図である。 第１１の実施形態に係る電動機を示す斜視図である。 図１６の線１７Ａ−１７Ａに沿って見た縦断面図である。 図１６の線１７Ｂ−１７Ｂに沿って見た縦断面図である。 第１２の実施形態に係る電動機を示す、図１７Ａに対応する縦断面図である。 第１２の実施形態に係る電動機を示す、図１７Ｂに対応する縦断面図である。 第１３の実施形態に係る電動機を示す縦断面図である。 第１４の実施形態に係る電動機を示す縦断面図である。 第１５の実施形態に係る電動機を示す縦断面図である。 図２１Ａの線２１Ｂ−２１Ｂに沿って見た断面図である。 本発明を適用可能な電動機の例を示す縦断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図示される実施形態の各構成要素は、本発明の理解を助けるためにその縮尺が実用的な形態から変更されている場合があることに留意されたい。

図２２を参照して、本発明を適用可能な電動機の構成例について先ず説明する。図２２は、電動機２００の例を示す縦断面図である。電動機２００は、回転軸線Ｏに沿って延在する回転軸２０２と、回転軸２０２の外周面２０４に嵌合される回転子２０６と、回転子２０６から半径方向外側に離間していて回転子２０６を包囲するように配置される固定子２０８と、電動機２００の外周壁を形成していて固定子２０８を保持する円筒状のハウジング２１０と、外周縁においてハウジング２１０の両端２１０ａ，２１０ｂにそれぞれ固定されるとともに中心部に回転軸２０２を通す中心穴２１４，２１４がそれぞれ形成された１対の概ね円盤状のブラケット２１２，２１２と、を備えている。ハウジング２１０及びブラケット２１２，２１２は、回転子２０６及び固定子２０８を収容する内部空間を画定している。

ブラケット２１２，２１２は、軸受２１６，２１６を収容する軸受ケーシングとしても作用する。回転軸２０２は、これら軸受２１６，２１６によって回転軸線Ｏの回りに回転可能に支持されている。一方のブラケット２１２には貫通穴２１８が形成されており、この貫通穴２１８を通して、固定子２０８から回転軸線Ｏに対して平行な方向において突出するコイルエンド２２２から動力線２２０が引き伸ばされるようになっている。

図１は、第１の実施形態に係る電動機１０を示す縦断面図である。電動機１０は、回転軸１２と、回転軸１２の外周面１４に嵌合される回転子２０と、回転子２０から半径方向外側に離間していて回転子２０を包囲するように配置される固定子３０と、を備えている。回転軸１２は概ね円柱状の金属製の部材であり、図示されない軸受によって回転軸線Ｏの回りに回転可能に支持されている。なお、本実施形態に係る電動機１０の基本構成は図２２に関連して説明した電動機２００の構成と同様であるので、説明を適宜省略する。また、図１においては、図面の視認性を考慮して、前述した電動機２００における対応するハウジング２１０の一部及びコイルエンド２２２が図示されているものの、ブラケット、軸受等は省略されている。

回転子２０は、例えば電磁鋼板を積層して形成される円筒状の部材である。回転子２０の内周面２４は、例えば締り嵌めによって回転軸１２に嵌合されるように回転軸１２の外周面１４に対して寸法決めされる。したがって、回転軸１２及び回転子２０は、回転軸線Ｏの回りに一体的に回転するようになっている。回転子２０は、回転軸線Ｏに対して平行に延在する図示されない複数の磁石列を周方向において所定間隔を空けて備えている。これら永久磁石は、回転子２０の内部に埋め込まれていてもよいし、回転子２０の外周面２２に接着剤等によって貼り付けられていてもよい。以下、本明細書において、便宜上、回転軸線Ｏに対して平行な方向を以下「軸方向」と称し、回転軸線Ｏに対して直交する方向を「半径方向」と称する。

固定子３０は磁性材料から形成される円筒状の部材である。固定子３０は、内周面３２に沿って周方向において所定間隔を空けて形成される図示されない複数のスロットを有している。これらスロットに通して導線が巻回されており、回転子２０に設けられる複数の磁石列と協働する電磁石を形成する。電動機１０は、回転子２０に設けられる複数の磁石列と、固定子３０に設けられる複数の電磁石との間の相互作用によって回転軸１２を回転させる動力が得られるようになっている。なお、電動機１０は、固定子において発生される回転磁界によって回転子に誘導電流を流し、それにより回転トルクを得る周知の誘導電動機として構成されてもよい。

本実施形態において、回転軸１２の外周面１４には回転軸線Ｏに対して平行に延びる溝１６が形成されている。溝１６は、図示されるように軸方向における回転子２０の全長にわたって形成され得るものの、そのような形態には限定されない。溝１６は、回転軸１２の外周面１４に沿って周方向において所定間隔を空けて形成される。溝１６は、例えば回転軸１２の外周面１４を直線状に切削することによって形成され得る。回転軸１２に形成される溝１６は半径方向外側に向かって開口しているものの、この開口は、回転子２０が回転軸１２に取付けられた状態において、回転子２０の内周面２４によって少なくとも部分的に閉塞される。すなわち、本実施形態における第１の穴の一例である軸方向流路１８は、回転軸１２に形成される溝１６と、回転子２０の内周面２４とによって画定される。このようにして、回転軸１２と回転子２０との間の境界部分において、軸方向流路１８が軸方向に形成される。本実施形態において軸方向流路１８は、両端において回転軸１２及び回転子２０の周囲空間、すなわち電動機１０の内部空間に対して開口している。

回転子２０には、回転軸線Ｏに対して直交する半径方向に沿って延在する第２の穴の一例である半径方向流路２６が形成されている。すなわち、半径方向流路２６は、軸方向における回転子２０の概ね中央部分において、回転子２０の内周面２４から外周面２２まで回転子２０を半径方向に貫通して延在している。半径方向流路２６は、半径方向内側に位置する内方端部２６ａにおいて軸方向流路１８に連通している。また、半径方向外側に位置する外方端部２６ｂにおいて、半径方向流路２６は電動機１０の内部空間に開口している。本実施形態において、半径方向流路２６は、半径方向外側の外方端部２６ｂにおいて固定子３０の内周面３２に向けられている。

半径方向流路２６は、例えば単数又は複数の電磁鋼板に放射状に形成された穴を重ね合わせることによって画定される。このような穴は、例えばプレス機を利用して打抜きによって形成され得る。或いは、半径方向流路２６は、回転子２０を組立てた後に、回転子２０の側周縁から半径方向内側に向かって、例えばドリルを用いて穿孔することによって形成してもよい。半径方向流路２６は、軸方向流路１８と同程度の断面積を有するように形成され得るものの、そのような寸法には限定されない。回転子２０が回転軸１２に取付けられる際には、半径方向流路２６と軸方向流路１８が互いに連通するように、すなわち周方向における半径方向流路２６の内方端部２６ａの位置が軸方向流路１８の位置に一致するように、回転子２０及び回転軸１２が周方向において互いに対して位置決めされる。

次に、このような電動機１０を冷却する冷却作用について説明する。図１において、軸方向流路１８に描かれた矢印Ａ１及び半径方向流路２６に描かれた矢印Ａ２は、電動機１０、特に回転子２０及び固定子３０を冷却するための冷却流体、例えば空気が流れる経路を表している。回転軸線Ｏの回りに回転する電動機１０においては、回転動作の結果として生じる遠心力によって、流体が矢印Ａ２で示されるように半径方向の内側から外側に向かって半径方向流路２６を流れるようになる。そして、半径方向流路２６の内方端部２６ａにおいて発生する負圧の影響を受けて、電動機１０の構成部品を冷却するための流体が、電動機１０の内部空間から矢印Ａ１で示されるように軸方向流路１８内に流入するようになる。

このようにして、冷却流体は、電動機の内部空間から軸方向流路１８を通って回転軸１２と回転子２０との間の境界部分を流れるとともに、回転子２０を半径方向に貫通する半径方向流路２６を通って固定子３０に向かって流れるようになる。図示される実施形態によれば、冷却流体の流路である軸方向流路１８が回転子２０の全長にわたって延在しているので、回転子２０がその全長にわたって冷却される。また、半径方向流路２６が回転子２０を貫通するとともに固定子３０に対して向けられているので、回転子２０を内部から冷却できるとともに固定子３０をその内周面３２から冷却できるようになる。このように電動機１０の構成部品を冷却することによって、高いトルクを発生させることができ、出力増大が可能になる。

本実施形態においては、軸方向流路１８が、回転軸１２の外周面１４に形成される溝１６と、回転子２０の内周面２４とによって画定される。このように軸方向流路１８を形成する目的で回転子２０を加工する必要がないので、回転子２０の機械的強度及び磁気的特性に影響を与えない。そして、溝１６は、回転軸１２の外周面１４に対して切削等の表面加工を施すことによって簡単に形成される。したがって、結果として製造コストが削減され、安価な電動機が提供される。

続いて、前述した実施形態とは異なる本発明の他の実施形態について説明する。以下の説明において、既に述べた内容と重複する事項については説明は適宜省略される。また、同一又は対応する構成要素には同一の参照符号が使用される。

図２は、第２の実施形態に係る電動機１０’を示す縦断面図である。電動機１０’においては、回転子２０の内周面２４に、溝２８が形成されている。溝２８は、図示されるように軸方向において回転子２０の全長にわたって形成されている。溝２８は、回転子２０の内周面２４に沿って周方向において所定間隔を空けて形成される。

溝２８は、例えば回転子２０を形成する電磁鋼板に形成された切欠きを重ね合わせることによって形成され得る。例えば、溝２８に対応する形状の切欠きが形成された金型を利用して、各電磁鋼板を形成する。そして、それら電磁鋼板を重ね合わせることによって溝２８が形成された回転子２０が形成される。回転子２０に形成される溝２８は、半径方向内側に向かって開口しているものの、この開口は、回転子２０が回転軸１２に取付けられた状態において、回転軸１２の外周面１４によって閉塞される。すなわち、本実施形態における第１の穴の一例である軸方向流路２９は、回転軸１２の外周面１４と、回転子２０の溝２８とによって画定される。このようにして、回転軸１２と回転子２０との間の境界部分において、軸方向流路２９が軸方向に形成される。本実施形態において軸方向流路２９は、両端において電動機１０の内部空間に対して開口している。

軸方向流路２９は、前述した第１の実施形態と同様に、回転子２０を半径方向に貫通して延在する半径方向流路２６に連通している。したがって、矢印Ａ１、Ａ２で示されるように、冷却流体、例えば空気は、電動機１０の内部空間から軸方向流路２９に流入し、遠心力の作用によって半径方向流路２６を半径方向外側に向かって流れ、最終的には固定子３０に向かって外方端部２６ｂから固定子３０の内周面３２に向かって排出される。

本実施形態によれば、冷却流体の流路である軸方向流路２９が軸方向における回転子２０の全長にわたって延在しているので、回転子２０がその全長にわたって冷却されるようになる。また、半径方向流路２６が回転子２０を貫通するとともに固定子３０に対して向けられているので、回転子２０を内部から冷却できるとともに固定子３０をその内周面３２から冷却できるようになる。

さらに本実施形態によれば、前述した第１の実施形態のように軸方向流路１８及び半径方向流路２６を互いに連通させるように回転子２０を回転軸１２に対して周方向において位置合わせする必要がない。したがって、回転子２０を回転軸１２に取付ける工程が容易になる。また、回転軸１２には加工を施す必要がないので、そのための追加の工程も不要になる。さらに、前述したような電磁鋼板を積層して形成される回転子の場合、金型の表面を溝２８に対応する形状になるよう加工すればよい。このような表面加工は比較的簡便である。また、必要に応じて複雑な形状の溝を形成してもよい。したがって、この実施形態に係る電動機１０’によれば安価な方法で冷却構造を形成できる。さらに、回転軸１２には溝が形成されていないので、回転軸１２の機械的強度に影響を与えることもない。

図３は、第３の実施形態に係る電動機を示す縦断面図である。図３においては図面の視認性を考慮して固定子が省略されており、回転軸１２及び回転子２０のみが示されている。本実施形態においては、回転子２０を半径方向に貫通するように形成される半径方向流路２６’が、半径方向に延在するのではなく、半径方向に対して角度αを形成するように傾斜して延在している。本実施形態によれば、半径方向流路２６’の端部の位置をずらす必要がある場合、或いは加工時の都合により望ましい場合には、半径方向流路２６’を傾斜して形成できる。このように、本願発明との関係において、「半径方向に沿って延在する」の記載は、半径方向に延在する場合のみならず、本実施形態のように半径方向に対して傾斜して延在する場合を含んでいる。

図４Ａは、第４の実施形態に係る電動機の横断面を部分的に示す部分断面図である。図４Ａにおいて、中心線Ｘの左側は半径方向流路２６に沿って見た横断面図を表しており、中心線Ｘの右側は回転軸１２及び回転子２０を端面から見た端面図を表している。図４Ｂは、図４Ａの線４Ｂ−４Ｂに沿って見た部分断面図である。図４Ａ及び図４Ｂは、一例として、８つの半径方向流路２６が４５度の角度毎に周方向において形成されている場合を図示している。なお、図４Ａ及び図４Ｂにおいては図面の視認性を考慮して固定子が省略されている。

本実施形態においては、回転軸１２の外周面１４に形成される軸方向流路１８’を形成するための溝１６’が回転軸線Ｏに対して角度βを形成するように傾斜して形成されている。このように、本実施形態によれば、軸方向流路の端部の位置をずらす必要がある場合、或いは加工時の都合により望ましい場合には、軸方向流路を傾斜して形成できる。このように、本願発明との関係において、「軸方向に沿って延在する」の記載は、軸方向に延在する場合のみならず、本実施形態のように軸方向に対して傾斜して延在する場合を含んでいる。

図５は、第５の実施形態に係る電動機を示す斜視図である。図６は、第５の実施形態に係る電動機を示す縦断面図である。図７Ａは、図６の線７Ａ−７Ａに沿って見た横断面図である。図７Ｂは、図６の線７Ｂ−７Ｂに沿って見た横断面図である。図５においては、図面の視認性を考慮して回転子２０は輪郭のみ破線で表されており、回転子２０の内方に位置する回転軸１２を透視可能になっている。なお、図５〜図２１の図面においては、図面の視認性を考慮して固定子が省略されている。

本実施形態においては、回転軸１２と回転子２０との間の境界部分において軸方向に延在する第１の穴の一例である第１の軸方向流路４０と、第１の軸方向流路４０に連通していて回転軸１２の内部を通って半径方向に延在する半径方向流路６０と、回転軸１２に対して同心であって回転軸１２を軸方向に貫通して形成される第３の穴の一例である第２の軸方向流路８０と、によって、冷却流体の流路が形成されている。

第１の軸方向流路４０は、一方の端部４０ａにおいて電動機の内部空間に対して開口しており、他方の端部４０ｂにおいて半径方向流路６０に連通している。第１の軸方向流路４０は、図７Ａに示されるように回転軸１２の外周面１４に沿って周方向において所定間隔を空けて形成されている。本実施形態において、第１の軸方向流路４０は、回転軸１２の外周面１４に形成された溝と、回転子２０の内周面２４とによって画定される。図示された実施形態においては、軸方向における回転子２０の全長の一部にわたって第１の軸方向流路４０が形成されているものの、第１の軸方向流路４０の形状はこの特定の形態に限定されない。例えば、回転子２０の全長にわたって第１の軸方向流路４０が形成されていてもよい。その場合、第１の軸方向流路４０の両端４０ａ，４０ｂは電動機の内部空間に対してそれぞれ開口することになる。

半径方向流路６０は、半径方向外側に位置する外方端部６０ｂにおいて第１の軸方向流路４０の端部４０ｂに接続されていて、半径方向内側に位置する内方端部６０ａにおいて第２の軸方向流路８０に連通している。半径方向流路６０は、図７Ｂに示されるように第２の軸方向流路８０から半径方向外側に向かって放射状に形成される。第２の軸方向流路８０は、軸方向において回転軸１２の全長にわたって形成されており、その両端８０ａ，８０ｂは、電動機の外部空間に対して開口している。

本実施形態においては、回転軸１２及び回転子２０が回転軸線Ｏの回りに回転することによって発生する遠心力によって、図示される矢印の向きに従って冷却流体、例えば空気が流れる。すなわち、電動機の外部空間に存在する周囲の冷却流体、例えば空気は、第２の軸方向流路８０の両端８０ａ，８０ｂから第２の軸方向流路８０を通って回転軸１２の内部に流入する。冷却流体は、半径方向流路６０の内方端部６０ａから半径方向流路６０に流入し、半径方向外側に向かって回転軸１２の内部を流れる。そして、冷却流体は、第１の軸方向流路４０の端部４０ｂを通って第１の軸方向流路４０に流入し、端部４０ｂとは反対側の端部４０ａを通って電動機の内部空間に流出する。このように、本実施形態においては、第２の軸方向流路８０を通じて電動機の外部空間から冷却流体を取り込めるようになっている。すなわち、電動機の外部に存在する冷却流体によって、電動機の内部空間の温度を低下させられる。また、第１の軸方向流路４０は、回転子２０の端面の近傍に位置する端部４０ｂから反対側の端部４０ａまで延在しているので回転子２０を概ね全長にわたって冷却できる。

本実施形態においては、第１の軸方向流路４０を形成する目的で回転子２０を加工する必要がない。したがって、回転子２０の機械的強度及び磁気的特性に影響を与えない。そして、第１の軸方向流路４０は、回転軸１２の外周面１４に対して溝を形成することによって比較的簡単に形成される。したがって、結果として製造コストが削減され、安価な電動機が提供される。また、回転子２０及び回転軸１２を互いに周方向において位置決めする必要がないので、電動機の組立工程が簡便である。

図８は、第６の実施形態に係る電動機を示す縦断面図である。本実施形態においては、回転軸１２と回転子２０との間の境界部分において軸方向に延在する、第１の穴の一例である第１の軸方向流路５０と、第１の軸方向流路５０に連通していて回転子１２の内部を通って半径方向に延在する、第２の穴の一例である半径方向流路７０と、回転子２０の内部を通って軸方向に延在する、第３の穴の一例である第２の軸方向流路９０と、によって、冷却流体の流路が形成されている。

第１の軸方向流路５０は、一方の端部５０ａにおいて電動機の内部空間に対して開口している。また、他方の端部５０ｂにおいて半径方向流路７０に連通している。第１の軸方向流路５０は、回転軸１２の外周面１４に形成された溝と、回転子２０の内周面２４とによって画定されている。

半径方向流路７０は、半径方向内側に位置する内方端部７０ａにおいて第１の軸方向流路５０の端部５０ｂに接続されており、半径方向外側に位置する外方端部７０ｂにおいて第２の軸方向流路９０に連通している。

第２の軸方向流路９０は、一方の端部９０ａにおいて電動機の内部空間に対して開口しており、他方の端部９０ｂにおいて半径方向流路７０の外方端部７０ｂに接続されている。したがって、本実施形態においては、図示される矢印の向きに従って冷却流体、例えば空気が第１の軸方向流路５０、半径方向流路７０、第２の軸方向流路９０を順番に通って流れるようになる。図８において破線で囲まれる部分は、回転子２０の内部に配置される複数の永久磁石からなる磁石列１００の位置を表している。図示されるように、第２の軸方向流路９０を回転子２０の内部に形成する場合、磁石列１００は、半径方向において第２の軸方向流路９０と回転子２０の外周面２２との間に配置される。

本実施形態によれば、第１の軸方向流路５０は、回転軸１２の外周面１４に対して溝を形成することによって簡単に形成される。したがって、結果として製造コストが削減され、安価な電動機が提供される。また、第２の軸方向流路９０が回転子２０の内部を通って延在しているので、回転子２０を内部から効果的に冷却できる。

図９Ａは、第６の実施形態に係る電動機の回転軸１２の例を説明するための図である。図９Ａにおいて、図面の視認性を考慮して回転子２０が破線で示されている。回転軸１２には、直線状の溝１０２が軸方向に形成されている。溝１０２は、回転子２０の内周面２４とともに第１の軸方向流路５０を画定する。溝１０２は、回転軸１２の外周面１４に沿って周方向において所定間隔を空けて形成される。

図９Ｂは、第６の実施形態に係る電動機の回転軸１２の別の例を説明するための図である。図９Ｂにおいて、図９Ａと同様に回転子２０が破線で示されている。回転軸１２には、図９Ａと同様に直線状の溝１０２が軸方向に形成されている。回転軸１２には、回転軸１２の外周面１４に沿って形成された環状溝１０４がさらに形成されている。環状溝１０４は、各溝１０２を互いに連通させるように回転軸１２の全周にわたって形成されている。

図１０は、第７の実施形態に係る電動機を示す斜視図である。図１１は、第７の実施形態に係る電動機を示す縦断面図である。図５〜図７Ｂに関連して説明した第５の実施形態と比較すると、半径方向流路６２が、軸方向における回転子２０の中央部に対応する位置に形成されているとともに、第１の軸方向流路４２が回転子２０の全長にわたって形成される点において相違する。すなわち、図５及び図６に示されるように、第５の実施形態においては第１の軸方向流路４０の一方の端部４０ａのみが電動機の内部空間に対して開口していたものの、本実施形態においては、第１の軸方向流路４２の両端４２ａ，４２ｂのそれぞれが内部空間に対して開口している。したがって、冷却流体は、第２の軸方向流路８２から半径方向流路６２を通って第１の軸方向流路４２に流入する際、図１１において矢印で示されるように外方端部６２ｂにおいて分岐して第１の軸方向流路４２の両端４２ａ，４２ｂから内部空間に流出するようになっている。本実施形態においては、半径方向流路６２が回転子２０の中央部に対応する位置において第１の軸方向流路４２に連通するようになっているので、回転子２０を軸方向において均等に、かつその全長にわたって冷却できるようになる。

図１２は、第８の実施形態に係る電動機を示す縦断面図である。本実施形態は、第７の実施形態に係る概念を第６の実施形態に適用したものである。すなわち、図８に関連して説明した第６の実施形態と比較すると、第１の軸方向流路５２が軸方向における回転子２０の全長にわたって形成されており、半径方向流路７２が軸方向における回転子２０の中央部に対応する位置に形成されるとともに、第２の軸方向流路９２が、軸方向において回転子２０を貫通するようにその全長にわたって延在している点において相違する。本実施形態においては、第２の軸方向流路９２の両端９２ａ，９２ｂのそれぞれが電動機の内部空間に対して開口している。したがって、冷却流体は、半径方向流路７２を通って第２の軸方向流路９２に流入する際、図１１において矢印で示されるように外方端部７２ｂにおいて分岐して第２の軸方向流路９２の両端９２ａ，９２ｂから内部空間に流出するようになっている。本実施形態においては、半径方向流路７２が回転子２０の中央部に対応する位置において第１の軸方向流路５２及び第２の軸方向流路９２に連通するようになっているので、回転子２０を軸方向において均等に、かつその全長にわたって冷却できるようになる。

図１３は、第９の実施形態に係る電動機を示す斜視図である。図１４は、第９の実施形態に係る電動機を示す縦断面図である。本実施形態は、図５〜図７Ｂに関連して説明した第５の実施形態と比較すると、１つの第２の軸方向流路８４から１対の半径方向流路６４が互いに平行に離間して形成されている点において相違している。さらに、１対の第１の軸方向流路４４が１対の半径方向流路６４の各々の外方端部６４ｂから互いに反対向きに形成されている。各第１の軸方向流路４４は、半径方向流路６４の外方端部６４ｂに接続される端部４４ｂから反対側の端部４４ａまで延在しており、端部４４ａは、電動機の内部空間に対してそれぞれ開口している。本実施形態においては、冷却流体は、図１２において矢印で示されるように、電動機の外部空間から第２の軸方向流路８４の両端８４ａ，８４ｂを通って第２の軸方向流路８４に流入し、１対の半径方向流路６４，６４を通って対応する第１の軸方向流路４４，４４に流入する。そして、各第１の軸方向流路４４の端部４４ａから電動機の内部空間に流出するようになっている。本実施形態によれば、半径方向流路６４及び第１の軸方向流路４４がそれぞれ２つずつ形成されているので、冷却流体の流量を増大させられる。その結果として、冷却効果を向上できる。

図１５は、第１０の実施形態に係る電動機を示す縦断面図である。本実施形態は、第９の実施形態の概念を第６の実施形態に適用したものである。すなわち、本実施形態は、図８に関連して説明した第６の実施形態と比較すると、１つの第１の軸方向流路５４から１対の半径方向流路７４が互いに平行に離間して形成されている点において相違している。さらに、１対の第２の軸方向流路９４が１対の半径方向流路７４の各々の外方端部７４ｂから互いに反対向きに形成されている。各第２の軸方向流路９４は、半径方向流路７４の外方端部７４ｂに接続される端部９４ｂから反対側の端部９４ａまで延在しており、端部９４ａは、電動機の内部空間に対してそれぞれ開口している。本実施形態においては、冷却流体は、図１５において矢印で示されるように、第１の軸方向流路５４の両端５４ａ，５４ｂから第１の軸方向流路５４に流入し、１対の半径方向流路７４，７４を通って対応する第２の軸方向流路９４，９４に流入する。そして、各第２の軸方向流路９４の端部９４ａから内部空間に流出するようになっている。本実施形態によれば、半径方向流路７４及び第２の軸方向流路９４がそれぞれ２つずつ形成されているので、冷却流体の流量を増大させられる。その結果として、冷却効果を向上できる。

図１６は、第１１の実施形態に係る電動機を示す斜視図である。図１７Ａは、図１６の線１７Ａ−１７Ａに沿って見た縦断面図である。図１７Ｂは、図１６の線１７Ｂ−１７Ｂに沿って見た縦断面図である。本実施形態は、図５〜図７Ｂに関連して説明した第５の実施形態と比較すると、周方向において所定間隔を空けて設けられる第１の軸方向流路４６において、電動機の内部空間に対して開口する端部４６ａが回転子２０の反対側に交互に配置される点において相違する。それに対応して、第1の軸方向流路４６の端部４６ｂを介して第１の軸方向流路４６に連通する半径方向流路６６は、図１６Ａ及び図１６Ｂを対比すると分かるように、周方向に隣接する他の半径方向流路６６から軸方向に離間して延在している。両端８６ａ，８６ｂにおいて電動機の外部空間に対して開口する第２の軸方向流路８６は、第５の実施形態における第２の軸方向流路８０と同様の形態を有しているので、詳細な説明は省略される。本実施形態においては、第１の軸方向流路４６が回転子２０の反対側の端面から交互に延在しているので、回転子２０を全周にわたって均等に冷却できる。

図１８Ａは、第１２の実施形態に係る電動機を示す縦断面図である。図１８Ｂは、第１２の実施形態に係る電動機を示す縦断面図である。第１２の実施形態は、第１１の実施形態の概念を第６の実施形態に適用したものである。図１８Ａは図１７Ａに対応しており、図１８Ｂは図１７Ｂに対応している。すなわち、第６の実施形態においては、電動機の内部空間に対してそれぞれ開口する第１の軸方向流路５０の端部５０ａ及び第２の軸方向流路９０の端部９０ａが全周にわたって回転子２０の同一の端面ないしその近傍に配置されていた。しかしながら、本実施形態においては、周方向に互いに隣接する第１の軸方向流路５６の端部５６ａ及び第２の軸方向流路９６の端部９６ａが回転子２０の反対側の端面ないしその近傍に交互に配置されるように第１の軸方向流路５６及び第２の軸方向流路９６が形成されている。また、それに対応して、第１の軸方向流路５６及び第２の軸方向流路９６に連通する半径方向流路７６は、図１８Ａ及び図１８Ｂを対比すると分かるように、周方向に隣接する他の半径方向流路７６から軸方向に離間して延在している。本実施形態においては、第１の軸方向流路５６、半径方向流路７６及び第２の軸方向流路９６によって形成される流路が回転子２０の反対側の端面から交互に延在しているので、回転子２０を全周にわたって均等に冷却できる。

図１９は、第１３の実施形態に係る電動機を示す縦断面図である。第５から第１２の実施形態において、第１の軸方向流路は、回転軸１２の外周面１４に形成された溝と、回転２０の内周面２４とによって形成されていた。第１３の実施形態に係る電動機は、図８に示される第６の実施形態における第１の軸方向流路５０に代えて、回転子２０の内周面２４に形成された溝と、回転軸１２の外周面１４とによって形成される第１の軸方向流路５８を備えている。

本実施形態によれば、第１の軸方向流路又は第２の軸方向流路と、半径方向流路とを互いに連通させるように回転子２０を回転軸１２に対して周方向において位置合わせする必要がない。したがって、回転子２０を回転軸１２に取付ける工程が容易になる。また、回転軸１２には加工を施す必要がないので、そのための追加の工程も不要になる。したがって、この実施形態に係る電動機１０’によれば安価な方法で冷却構造を形成できる。さらに、回転軸１２には溝が形成されていないので、回転軸１２の機械的強度に影響を与えることもない。

図示されない他の実施形態において、第１３の実施形態の概念を適用して、回転子２０の内周面２４に形成された溝と、回転軸１２の外周面１４とによって第１の軸方向流路が形成されるように、第５及び第７〜第１２の実施形態を変更できる。当業者であれば、本明細書の記載を参酌してこのような変更を容易に実施できるであろう。

図２０は、第１４の実施形態に係る電動機を示す縦断面図である。本実施形態においては、回転子２０に筒状部材１１０が取付けられる。筒状部材１１０は、回転子２０と図示されない固定子との間に介在するように取付けられる。筒状部材１１０は、回転子２０の外周面２２に例えば締まり嵌めによって嵌合するように寸法決めされた内周面１１２を有している。回転子２０の外周面２２には、軸方向に延在する溝が周方向において所定間隔を空けて形成されている。回転子２０の溝は半径方向外側に向かって開口しているものの、溝の開口部は筒状部材１１０の内周面１１２によって閉塞されており、それにより、第２の軸方向流路９８が形成されている。すなわち、第２の軸方向流路９８は、回転子２０の外周面２２に形成された溝と、筒状部材１１０の内周面１１２とによって画定されている。第２の軸方向流路９８は、両端９８ａ，９８ｂにおいて電動機の内部空間に対して開口している。第１の軸方向流路５２及び半径方向流７２は、図１２に関連して説明した第８の実施形態と同様の形状を有しているので、詳細な説明は省略される。

本実施形態においても、電動機の回転運動の結果として生じる遠心力の作用によって、半径方向内側から外側に向かって冷却流体が流れる。より具体的には、冷却流体は、第１の軸方向流路５２の両端５２ａ，５２ｂから流入し、半径方向流路７２を通って第２の軸方向流路９８に流入する。そして、冷却流体は、第２の軸方向流路９８の両端９８ａ，９８ｂから内部空間に流出するようになっている。

図２１Ａは、第１５の実施形態に係る電動機を示す縦断面図である。図２１Ｂは、図２１Ａの線２１Ｂ−２１Ｂに沿って見た断面図である。本実施形態は、図３並びに図４Ａ及び図４Ｂに関連して説明した第３及び第４の実施形態に係る概念を第５の実施形態に適用した例である。すなわち、図２１Ａを参照すると分かるように、本実施形態においては、半径方向流路６０’が半径方向に対して角度αを形成するように傾斜して延在している。また、図２１Ｂを参照すると、第１の軸方向流路４０’が回転軸線Ｏに対して角度βを形成するように傾斜して延在している。このように、半径方向流路又は軸方向流路の端部の位置をずらす必要がある場合その他加工上の都合に応じて半径方向流路及び軸方向流路を傾斜して形成してもよい。なお、半径方向流路及び軸方向流路のうちの一方のみが傾斜するように形成してもよい。また、第２の軸方向流路が回転軸線Ｏに対して傾斜するように形成されてもよい。

以上、本発明の種々の実施形態を説明したが、本明細書において明示的又は暗示的に開示される複数の実施形態の特徴を任意に組合せることによっても本発明を実施できることは当業者に自明である。例えば、軸方向において回転軸の外周面及び回転子の内周面にそれぞれ溝を形成し、それら両方の溝を重ね合わせることによって第１の穴を形成してもよい。

１０ 電動機
１０’ 電動機
１２ 回転軸
１４ 回転軸の外周面
１６ 溝
１８，１８’ 軸方向流路（第１の穴）
２０ 回転子
２４ 回転子の内周面
２６，２６’ 半径方向流路（第２の穴）
２９ 軸方向流路（第１の穴）
３０ 固定子
４０，４０’，４２，４４，４６，５０，５２，５４，５６，５８ 第１の軸方向流路（第１の穴）
６０，６０’，６２，６４，６６，７０，７２，７４，７６ 半径方向流路（第２の穴）
８０，８２，８４，８６，９０，９２，９４，９６，９８ 第２の軸方向流路（第３の穴）
Ｏ 回転軸線

Claims (5)

1. 回転軸線の回りに回転可能な回転軸と、該回転軸の外周面に嵌合する内周面を有する回転子と、を備える電動機において、
   前記回転軸と前記回転子との間の境界部分において前記回転軸線に対して平行な方向に沿って延在するとともに、少なくとも一方の端部において前記回転軸及び前記回転子の周囲空間に連通する第１の穴と、
   前記第１の穴に連通する第１の端部、及び前記周囲空間又は当該電動機の外部空間に連通していて前記第１の端部とは反対側の第２の端部を有するとともに、前記回転軸線に対して直交する半径方向に沿って延在する第２の穴と、が形成される、電動機。
2. 前記第１の穴は、前記回転軸の前記外周面及び前記回転子の前記内周面のうちの一方に形成された溝と、前記回転軸の前記外周面及び前記回転子の前記内周面のうちの他方と、によって画定される、請求項１に記載の電動機。
3. 前記回転軸線に対して平行な方向に沿って、前記第２の穴の前記第２の端部と、前記周囲空間又は前記外部空間との間に延在する第３の穴がさらに形成される、請求項１又は２に記載の電動機。
4. 前記第３の穴が、前記回転軸の内部又は前記回転子の内部を通って延在する、請求項３に記載の電動機。
5. 前記回転子の外周面に嵌合する内周面を有する円筒形部材をさらに備えており、
   前記第３の穴が、前記回転子部品の前記外周面に形成された溝と、前記円筒形部材の前記内周面と、によって画定される、請求項３に記載の電動機。

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