(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に設けられた固定子と、前記固定子の内周側に設けられ前記固定子と同軸に設けられている回転軸を有する回転子と、を備えた回転電機を前記筐体の外部から冷却する回転電機の冷却ファンであって、
前記回転軸と同軸の円筒状に形成され、その内周側に前記回転軸が挿入される回転軸挿入孔を形成する内周壁部を有するボス部と、
前記ボス部の外周面に接続され、当該ボス部から径方向の外側に延びる複数のフィンと、
前記ボス部の前記内周壁部から径方向の内側に突出する係合凸部を有し、当該ボス部と前記回転軸挿入孔に挿入された前記回転軸との間の軸方向への相対的な移動を規制する軸移動規制部と、
前記ボス部の前記内周壁部に軸方向に延びて設けられ、当該ボス部と前記回転軸挿入孔に挿入された前記回転軸との間の周方向への相対的な回転を規制するキーを有する回転規制部と、を備え、
前記ボス部は、軸方向の少なくとも一方の端面に周方向に延びて開口し当該ボス部の内部を軸方向に向かって延びる肉抜き孔が形成されているとともに、前記肉抜き孔が開口している側の端面において当該肉抜き孔と前記係合凸部との間に治具挿入孔が形成され、
前記係合凸部は、前記肉抜き孔の内周側に位置して設けられていることを特徴とする回転電機の冷却ファン。
【請求項２】
前記係合凸部は、前記内周壁部側の周方向への長さが、対応する前記肉抜き孔の前記開口の周方向の長さよりも短く形成されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機の冷却ファン。
【請求項３】
前記係合凸部は、前記内周壁部において、前記肉抜き孔の前記開口の側の端部に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の回転電機の冷却ファン。
【請求項４】
前記係合凸部は、軸方向において前記回転軸が挿入される側と反対側の端部の少なくとも一部が、軸方向に垂直な平面形状に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の回転電機の冷却ファン。
【請求項５】
前記ボス部は、前記肉抜き孔が周方向に複数形成されており、
前記係合凸部は、前記内周壁部に複数設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の回転電機の冷却ファン。
【請求項６】
前記キーは、前記ボス部と一体に形成されており、前記ボス部の前記内周壁部から径方向の内側に突出し軸方向に延びて形成された凸部であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の回転電機の冷却ファン。
【請求項７】
前記係合凸部は、前記キーの内周側の端面に設けられていることを特徴とする請求項６記載の回転電機の冷却ファン。
【請求項８】
前記ボス部は、前記内周壁部から径方向の外側に窪んで形成されたキー挿入溝が形成され、
前記キーは、前記ボス部と別体に形成されており、前記キー挿入溝に挿入されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の回転電機の冷却ファン。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項記載の回転電機の冷却ファンが取り付けられる回転電機であって、
筐体内に設けられた固定子と、前記固定子の内周側に設けられ前記固定子と同軸に設けられている回転軸を有する回転子と、を備え、
前記回転軸は、前記冷却ファンが取り付けられる側の端部に、軸方向に延びて形成され前記キーに係合する係合溝部と、前記係合凸部に係合する係合凹部とを有することを特徴とする回転電機。
【請求項１０】
前記係合凹部は、前記回転軸の周方向の全周に形成されていることを特徴とする請求項９記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、回転電機の冷却ファン、および回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の回転軸に取り付けて回転電機を筐体の外部から冷却する冷却ファンがある。この冷却ファンは、例えば、ボス部を貫通するねじ部材やいわゆるＣリングなどの固定部材によって、あるいは、加熱による熱膨張により回転軸挿入孔の径を一時的に大きくし、回転軸を挿入した後冷却して締めつけることなどによって、回転軸に固定される（例えば、特許文献１参照）。このような冷却ファンは、作業工数や部品点数の削減あるいは自動化を図る観点などから、回転軸への取り付けが容易であることが望ましい。また、冷却ファンは、例えば回転電機を破棄する場合や軸受部材を交換するメンテナンス時などには、回転軸から取り外す必要がある。そのため、冷却ファンは、回転軸からの取り外しが容易であることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１４０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、作業工数や部品点数の削減ならびに自動化を図りつつ、回転軸への取り付けおよび取り外しが容易な回転電機の冷却ファン、および回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の回転電機の冷却ファンによれば、回転軸挿入孔を形成する内周壁部を有するボス部と、ボス部の外周面に接続された複数のフィンと、ボス部の内周壁部から径方向の内側に突出する係合凸部を有し当該ボス部の軸方向への移動を規制する軸移動規制部と、ボス部の内周壁部に軸方向に延びて設けられ当該ボス部の周方向への回転を規制するキーを有する回転規制部とを備え、ボス部は、軸方向の少なくとも一方の端面に周方向に延びて開口し当該ボス部の内部を軸方向に向かって延びる肉抜き孔が形成され、係合凸部は、肉抜き孔の内周側に位置して設けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態の冷却ファンを模式的に示す図
【図２】第１実施形態の冷却ファンの図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図
【図３】第１実施形態の回転電機を模式的に示す図で、（Ａ）は外観図、（Ｂ）はファンケースの一部を破断した図
【図４】第１実施形態の回転軸の端部を模式的に示す図で、（Ａ）は軸方向から視た平面図、（Ｂ）は（Ａ）の矢印ＩＶＢから視た側面図
【図５】第１実施形態の冷却ファンの取り付け手順を模式的に示す図
【図６】第１実施形態の冷却ファンを回転軸に取り付けた状態を軸方向から示す図
【図７】第１実施形態の冷却ファンの取り外し手順を模式的に示す図
【図８】第２実施形態の冷却ファンを模式的に示す図１相当図
【図９】第２実施形態の回転軸の端部を模式的に示す図４相当図
【図１０】第３実施形態の冷却ファンを模式的に示す図２相当図
【図１１】第３実施形態の回転軸の端部を模式的に示す図４相当図
【図１２】第３実施形態の冷却ファンを取り付けた状態を模式的に示す図５（Ｃ）相当図
【図１３】第４実施形態の冷却ファンを模式的に示す図で、（Ａ）は図１相当図、（Ｂ）は（Ａ）のＸＩＩＩＢ−ＸＩＩＩＢ線における断面を示す図２相当図
【図１４】第４実施形態の回転軸の端部を模式的に示す図４相当図
【図１５】第４実施形態の冷却ファンの取り付け手順を模式的に示す図５相当図
【図１６】第４実施形態の冷却ファンを模式的に示す図２相当図
【図１７】その他の実施形態の冷却ファンを模式的に示す図１相当図
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、回転電機の冷却ファンおよび回転電機の複数の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０００８】
（第１実施形態）
以下、第１実施形態による回転電機の冷却ファンおよび回転電機について、図１から図７を参照しながら説明する。
【０００９】
図１に示すように、本実施形態による冷却ファン１０は、ボス部１１と、複数のフィン１２と、各フィン１２間を接続する傾斜面部１３とを備えている。ボス部１１は、概ね円筒状に形成されており、その内周側に回転軸挿入孔１４を形成する内周壁部１５を有している。ボス部１１は、本実施形態では、弾性を有する樹脂材料により形成されている。内周壁部１５は、図２に示すように、ボス部１１を軸方向（図示左右方向）に貫通している。このため、内周壁部１５により形成される回転軸挿入孔１４は、ボス部１１の軸方向の両端に開口した形状に形成されている。回転軸挿入孔１４は、その内径が後述する回転軸２３（図３、図４など参照）の直径とほぼ等しい大きさに形成されており、回転軸２３（図３、図４など参照）が挿入される。具体的には、回転軸挿入孔１４の内径は、回転軸２３の直径とほぼ等しく、且つ、回転軸２３を挿入可能なクリアランスが設けられた若干大きめに形成されている。このように、ボス部１１は、回転軸２３と同軸の円筒状に形成されており、その内周側に回転軸挿入孔１４を形成する内周壁部１５を有している。
【００１０】
また、ボス部１１は、図１に示すように、肉抜き孔１６、係合凸部１７、治具挿入孔１８およびキー１９を有している。肉抜き孔１６は、図２に示すように、ボス部１１の一方（図示左方）の端面１１ａ側に周方向に延びて開口し、ボス部１１の内側を軸方向に向かって延びて形成されている。また、肉抜き孔１６は、開口と反対側（図示右方）の端部が先細りに形成されている。この肉抜き孔１６は、ボス部１１の軽量化などに寄与するとともに、本実施形態では後述する弾性変形機構としても機能する。
【００１１】
係合凸部１７（軸移動規制部に相当する）は、内周壁部１５から径方向の内側に突出した形状に形成されている。つまり、係合凸部１７は、回転軸２３とほぼ同一の内径を有する回転軸挿入孔１４において、回転軸挿入孔１４の内径を小さくする方向に突出している。また、係合凸部１７は、図１および図２に示すように、内周壁部１５において、肉抜き孔１６の開口の内周側に位置して、且つ、ボス部１１の端面１１ａ側すなわち肉抜き孔１６が開口している側の端部に設けられている。本実施形態の場合、係合凸部１７は、内周壁部１５から球面形状に突出した形状に形成されている。この係合凸部１７は、詳細は後述するが、回転軸２３に取り付け可能な大きさ、且つ、後述する回転電機２１の運転時における熱膨張によっても回転軸２３との係合が解除されない大きさに形成されている。また、後述する図６に示すように、係合凸部１７の周方向への長さＬ１は、対応して設けられている肉抜き孔１６の周方向への長さＬ２よりも小さく形成されている。
【００１２】
治具挿入孔１８は、ボス部１１の端面１１ａ側、すなわち、肉抜き孔１６が開口している側に開口して形成されている。また、治具挿入孔１８は、肉抜き孔１６と内周壁部１５との間に位置して設けられている。つまり、治具挿入孔１８は、係合凸部１７の外周側において、肉抜き孔１６との間に位置して設けられている。この治具挿入孔１８には、後述するように例えばマイナスドライバなどの治具２８（図７参照）が挿入される。治具挿入孔１８は、その深さ（軸方向への長さ）が概ね係合凸部１７の軸方向の長さ程度に形成されている。なお、詳細は後述するが、治具挿入孔１８は、治具２８を挿入した状態で係合凸部１７を径方向の外側に移動できる大きさであればよい。
【００１３】
キー１９（回転規制部に相当する）は、内周壁部１５からボス部１１の径方向の内側に突出して形成されている。キー１９は、図１に示すように軸方向の断面形状で概ね長方形に形成されている。つまり、内周壁部１５から立ち上がって形成されたキー１９は、その周方向の両側の壁部１９ａが平面形状に形成されている。また、本実施形態では、キー１９は、後述するフィン１２の接続位置１２ａ（ボス部１１とフィン１２とが接続されている位置）の内周側に設けられている。このキー１９は、後述する回転軸２３のキー溝２７に係合する。
【００１４】
フィン１２は、ボス部１１の外周面に接続され、当該ボス部１１から径方向の外側に延びて設けられている。本実施形態では、フィン１２は、ボス部１１の周方向に等間隔で５枚設けられている。このフィン１２は、図２に示すように、軸方向に広がる平面形状（回転軸２３の軸心を含む平面上）に形成されている。つまり、フィン１２は、ボス部１１に接続されている接続位置１２ａにおいて、ボス部１１に垂直、すなわち、ボス部１１の法線方向に延びている。なお、ここでいう「垂直」とは概ね垂直と見なせる状態を意味しており、若干傾斜した状態などをも含んでいる。
【００１５】
傾斜面部１３は、図１に示すように、ボス部１１から径方向の外側に向かって広がるとともに、各フィン１２間を接続する扇形状に形成されている。また、傾斜面部１３は、図２に示すように、軸方向において接続位置１２ａからボス部１１と反対側（図示右方）に向かうにつれて径方向の外側に広がる円錐形状に形成されている。このため、冷却ファン１０が回転するとき、軸方向の図示左方からその中心部（ボス部１１の近傍）において吸入された空気は、傾斜面部１３に沿って径方向の外側に向かって斜めに流れる。つまり、本実施形態では、冷却ファン１０としていわゆる斜流ファンを採用している。この傾斜面部１３には、複数（例えば２つ）のファン取り外し時に使用する抜き穴２０が設けられている。
【００１６】
このような構成の冷却ファン１０は、図３に示すように、回転電機２１に取り付けられる。なお、図３（Ａ）は、回転電機２１の外観を示しており、図３（Ｂ）は、冷却ファン１０の取り付け位置を示している。回転電機２１は、図３（Ａ）に示すように、軸方向の両端が閉鎖された有底円筒状に形成された筐体２２と、筐体２２内に設けられている円筒状の図示しない固定子と、固定子の内周側に配置され固定子と同軸に設けられた回転軸２３を有する図示しない回転子と、筐体２２の軸方向の一方（図示左方）の端部２２ａに取り付けられたファンケース２４とを備えている。
【００１７】
円筒状に形成された筐体２２は、その表面に、径方向の外側に突出し、軸方向に平板状に延びる複数の放熱フィン２５が設けられている。この放熱フィン２５は、筐体２２の表面積を増加させて放熱を促すとともに、後述するように隣接する放熱フィン２５間に空気が流れる通風路を形成している。この回転電機２１は、図示しない駆動回路から例えばインバータ制御による駆動信号が供給され、図示しない駆動対象物を回転駆動する。
【００１８】
ファンケース２４は、図示左方の端部に底部２４ａを有し、図示右方の端部が開口した有底円筒状に形成されている。ファンケース２４の底部２４ａは、例えばメッシュ状に形成された開口窓があり、空気が流れ込む流入口として機能する。ファンケース２４は、図３（Ｂ）に示すように、その内部に冷却ファン１０を収容している。このファンケース２４は、その内径が放熱フィン２５を含んだ筐体２２の外径とほぼ同一の大きさに形成されている。このため、冷却ファン１０によって底部２４ａから流入した空気は、上記したように冷却ファン１０の傾斜面部１３に沿ってまず径方向の外側に向かって流れた後、ファンケース２４の内壁にぶつかることにより、軸方向（図示右方）への流れが形成される。そして、軸方向の流れが形成された空気は、ファンケース２４の内壁と筐体２２との隙間、すなわち、筐体２２の外周面に設けられている放熱フィン２５により形成される通風路に沿って流れる。このように、冷却ファン１０は、ファンケース２４と組み合わされることにより、回転電機２１の表面を軸方向に向かう空気の流れを形成するいわゆる軸流ファンとして機能する。
【００１９】
回転電機２１に設けられている回転軸２３は、金属材料により形成されている。回転軸２３は、筐体２２内で図示しない軸受部材（本実施形態ではベアリング）により回転可能に支持されている。この回転軸２３は、その両端部が筐体２２の外部に突出しいる。回転軸２３の一方（図示右方）の端部２３ａには、図示しない駆動対象物や回転軸２３の回転力を伝達する駆動伝達装置などが接続される。また、回転軸２３の他方（図示左方）の端部２３ｂには、冷却ファン１０が取り付けられる。
【００２０】
この回転軸２３の端部２３ｂは、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、その直径が回転軸２３の端部２３ａ側の２３ｃで示す部分の直径よりも小さく形成されている。この端部２３ｂの直径は、冷却ファン１０の回転軸挿入孔１４に挿入可能な所定のクリアランスを有する寸法精度で形成されている。具体的には、端部２３ｂの直径は、回転軸挿入孔１４の内径とほぼ等しいものの、若干小さめに形成されている。また端部２３ｂには、係合凹部２６およびキー溝２７が形成されている。係合凹部２６は、端部２３ｂの外周側において、球面形状に窪んだ形状、すなわち、冷却ファン１０の係合凸部１７と係合可能な形状に形成されている。この係合凹部２６は、冷却ファン１０の係合凸部１７とともに軸移動規制部を構成している。
【００２１】
また、キー溝２７は、端部２３ｂの外周側において、軸方向の断面形状で長方形状に窪んだ形状、すなわち、冷却ファン１０のキー１９が挿入可能な形状に形成されている。このキー溝２７の周方向の両側の壁部２７ａは、径方向の内側に立ち上がった平面形状に形成されている。このキー溝２７は、冷却ファン１０のキー１９とともに回転規制部を構成している。
【００２２】
次に、このような構成の冷却ファン１０および回転電機２１の作用について説明する。
冷却ファン１０は、図５（Ａ）に示すように、端部２３ｂ側から回転軸２３に取り付けられる。なお、この図５（Ａ）では、回転軸２３が回転電機２１に設けられた状態、すなわち、回転電機２１の筐体部品組立工程が終了した時点の状態を示している。換言すると、冷却ファン１０は、回転電機２１の筐体部品組立後に、回転電機２１に取り付けられる。この状態で、冷却ファン１０は、図５（Ｂ）に示すように、挿入途中において係合凸部１７が回転軸２３の外周側に乗り上げると、肉抜き孔１６が変形する。なお、実際にはボス部１１が弾性的に変形することによって肉抜き孔１６が変形するものであるが、説明の簡略化のため、肉抜き孔１６が変形するとして説明する。
【００２３】
冷却ファン１０が回転軸２３に挿入されていくと、ボス部１１の一部、具体的には、係合凸部１７が形成されている部位は、径方向の外側（図示上方）に押し上げられる。このとき、内周壁部１５から突出している係合凸部１７の高さ（内周壁部１５からの突出量）は、肉抜き孔１６の変形量により吸収される。換言すると、係合凸部１７は、その高さが、肉抜き孔１６の変形量よりも小さく形成されている。つまり、冷却ファン１０は、回転軸挿入孔１４の内径が最小となる部位（係合凸部１７を設けている部位）ではその内径が回転軸２３の直径よりも小さくなっているものの、肉抜き孔１６が変形することによって回転軸挿入孔１４に回転軸２３が挿入可能になっている。なお、樹脂材料で形成されているボス部１１全体あるいは係合凸部１７自体が弾性変形する可能性を考慮して、係合凸部１７の高さを、肉抜き孔１６の変形量と、想定されるボス部１１の変形量および係合凸部１７の変形量を合算した総変形量よりも小さくするとよい。
【００２４】
この状態で、図５（Ｃ）に示すように冷却ファン１０を回転軸２３の２３ｃ部分まで挿入すると、係合凸部１７は、ボス部１１の弾性変形が解かれて径方向の内側に移動し、回転軸２３の係合凹部２６と係合する。これにて、冷却ファン１０の取り付けは完了する。この図５（Ｃ）に示す状態では、冷却ファン１０は、係合凸部１７と係合凹部２６との係合により、回転軸２３の軸方向への相対的な移動、より具体的には、ボス部１１と回転軸２３との間の軸方向への相対的な移動が規制されている。
【００２５】
また、冷却ファン１０を回転軸２３に取り付けた状態では、図６に示すように、冷却ファン１０のキー１９は、回転軸２３のキー溝２７に挿入される。なお、図６では、フィン１２や傾斜面部１３などの図示を省略している。この状態では、冷却ファン１０のキー１９の両側の壁部１９ａと、回転軸２３のキー溝２７の両側の壁部２７ａとが互いに当接する。そして、壁部１９ａおよび壁部２７ａは、当接する部位がともに平面形状に形成されている。このため、周方向への回転は、互いの壁部１９ａ、２７ａにより規制される。つまり、冷却ファン１０のボス部１１は、キー１９がキー溝２７に挿入されることにより、回転軸２３との間で周方向へ相対的に回転することが規制されている。
【００２６】
このように、本実施形態による冷却ファン１０は、係合凸部１７を有する軸移動規制部により回転軸２３との間で軸方向への相対的な移動を規制することができるとともに、キー１９を有する回転規制部により回転軸２３との間で周方向への相対的な回転を規制することができる。
【００２７】
そして、ボス部１１には、軸方向の少なくとも一方の端面（本実施形態では端面１１ａ）に開口する肉抜き孔１６が形成されており、係合凸部１７は、内周壁部１５において肉抜き孔１６が開口している側の端部、且つ、肉抜き孔１６の内周側に位置して設けられている。また、係合凸部１７は、回転軸２３に取り付け可能な高さに形成されている。このため、冷却ファン１０を回転軸２３に取り付ける場合、係合凸部１７が回転軸２３の外周面に乗り上げると、ボス部１１は、肉抜き孔１６が設けられている部位が弾性的に変形する。つまり、肉抜き孔１６は、冷却ファン１０を取り付ける際に、ボス部１１における弾性変形の変形量を増加させる弾性変形機構として機能している。したがって、係合凸部１７がボス部１１の内周壁部１５よりも径方向内側に突出している構成であっても、冷却ファン１０を回転軸２３に取り付けることができる。
【００２８】
また、係合凸部１７は、内周壁部１５側の周方向への長さが、対応する肉抜き孔１６の周方向の長さよりも短く形成されている。換言すると、係合凸部１７の周方向への全長は、肉抜き孔１６が変形可能な領域内に収まっている。したがって、回転軸２３の挿入時に係合凸部１７全体が径方向に移動し、冷却ファン１０の取り付けを容易に行うことができる。そして、冷却ファン１０の取り付けには、従来の構成とは異なり、固定部材や冷却ファン１０を熱膨張させるための熱エネルギーなどを必要としない。このため、冷却ファン１０を取り付ける際の作業工数や部品点数の削減、および消費エネルギーの削減を図ることができる。また、取り付け作業は実質的に回転軸２３を冷却ファン１０の回転軸挿入孔１４に挿入するだけであるので、自動化を図ることもできる。
【００２９】
また、肉抜き孔１６は、ボス部１１の端面１１ａ側が開口し、端面１１ｂに向かって先細りとなるとともに、端面１１ｂ側は開口していない。そして、本実施形態では、係合凸部１７は、内周壁部１５において肉抜き孔１６が開口している側に設けられている。このため、冷却ファン１０を取り付ける場合、ボス部１１の端面１１ａ側（係合凸部１７側）では肉抜き孔１６が開口していることによって変形の変形量が大きくなる一方、端面１１ｂ側に向かうにしたがって変形量が低減されていく。したがって、端面１１ａ側では冷却ファン１０の取り付けを容易にすることができるとともに、端面１１ｂ側では回転軸２３との間のすきまが必要以上に大きくなることがない。
【００３０】
ところで、回転電機２１に取り付けられた冷却ファン１０は、回転電機２１の運転時に回転軸２３から熱が伝わることが想定される。その場合、冷却ファン１０は、回転電機２１の運転時に熱膨張するおそれがある。そのため、係合凸部１７は、その高さが、熱膨張により係合凹部２６との係合が解除されない大きさ、すなわち、ボス部１１における膨張量よりも小さく形成されている。これにより、回転電機２１の運転時に熱膨張した場合であっても、冷却ファン１０の係合凸部１７と回転軸２３の係合凹部２６との係合が解除されることが無くなる。したがって、回転電機２１の運転時に冷却ファン１０が外れるおそれを低減することができる。なお、ボス部１１における膨張量は、冷却ファン１０の形状や材質などに応じて適宜設定すればよい。この場合、冷却ファン１０の形状とは、ボス部１１の直径や内径（回転軸挿入孔１４の直径）、ボス部１１の軸方向の端面の幅（直径と内径との差）、肉抜き孔１６の開口の径方向および周方向の大きさなどが考えられる。
【００３１】
さて、図３（Ｂ）に示すような状態で回転電機２１に取り付けられた冷却ファン１０は、例えば軸受部材の交換などを行うメンテナンス時、あるいは回転電機２１を破棄する時などには、回転軸２３から取り外す必要がある。その一方、樹脂材料で形成されている冷却ファン１０自体は、破損などが生じない限りは交換や破棄する必要性が低く、再利用可能であることが多い。そのため、冷却ファン１０は、回転軸２３からの取り外しが容易であることが望ましい。
【００３２】
そこで、本実施形態の冷却ファン１０は、回転軸２３からの取り外しが可能且つ容易に構成されている。冷却ファン１０は、図７（Ａ）に示すように、回転軸２３に取り付けられた状態で治具挿入孔１８に治具２８（例えば、マイナスドライバの先端など）を挿入し、矢印Ａにて示すように外周側に力を加える。その結果、上記したように肉抜き孔１６が変形することから、係合凸部１７と係合凹部２６との係合が解除される。続いて、係合凸部１７と係合凹部２６との係合が解除された状態で、図７（Ｂ）に示すように、冷却ファン１０を回転軸２３から引き抜く。これにより、冷却ファン１０は、回転軸２３から取り外される。なお、治具２８は、マイナスドライバではなく専用の工具を使用してもよい。その場合、治具挿入孔１８は、治具２８が挿入可能、且つ、治具２８による引き上げが可能な大きさ（深さや開口の大きさ）に形成すればよい。
【００３３】
このように、本実施形態の冷却ファン１０、およびその冷却ファン１０を取り付けた回転電機２１によれば、治具挿入孔１８を設けたことにより、その治具挿入孔１８に治具２８を挿入して外周方向への力を加えることで冷却ファン１０の取り外しが可能になる。また、冷却ファン１０を取り外すとき、従来のように固定部材の取り外しや冷却ファン１０を熱膨張させる熱エネルギーなどを必要としない。したがって、冷却ファン１０を容易に回転軸２３から取り外すことができる。また、肉抜き孔１６が変形することで取り外しが可能になっていることから、取り外した冷却ファン１０の再利用も容易である。さらに、上記したように冷却ファン１０の取り付けが容易であることから、メンテナンスが終了した回転電機２１への再取り付け作業、あるいは、他の回転電機２１への再利用を促進することができる。
【００３４】
また、肉抜き孔１６は、上記したようにボス部１１の端面１１ｂに向かって先細りの形状に形成されているため、治具２８で係合凸部１７を引き上げるとき、端面１１ｂ側の端部（先細り形状の先端部分）が支点となった状態で開口側において大きく変形する。つまり、冷却ファン１０を取り外すときにボス部１１の軸方向全体を変形させる必要がない。したがって、治具２８により加える力を小さくすることができ、取り外し時に過大な力が加わってボス部１１を破損してしまうおそれを低減することができる。
【００３５】
（第２実施形態）
以下、第２実施形態による冷却ファンおよび回転電機を図８および図９を参照しながら説明する。第２実施形態では、係合凸部の数および回転子の係合凹部の構成が第１実施形態と異なっている。なお、回転電機の主な構成は第１実施形態と共通であるので、図３をも参照して説明する。
図８に示すように、第２実施形態の冷却ファン１０は、ボス部１１の内周側に係合凸部１７が複数（例えば２つ）設けられている。これらの係合凸部１７は、第１実施形態と同様に、肉抜き孔１６の内周側に設けられている。また、肉抜き孔１６の内周側において係合凸部１７の間には、治具挿入孔１８が設けられている。
【００３６】
一方、回転電機２１の回転軸２３は、図９に示すように、回転軸２３の周方向の全域においてキー溝２７を除いた部位に溝状の係合凹部３０が設けられている。なお、溝状の係合凹部３０は、図９に示すような窪みが平面の組み合わせで構成された形状だけではなく、窪みが曲面や球面、あるいは、平面や曲面、球面の組み合わせで構成された形状であってもよい。
このような構成によれば、冷却ファン１０は、複数の係合凸部１７がそれぞれ係合凹部３０に係合する。換言すると、軸方向の移動を規制する部位が増加する。したがって、冷却ファン１０が軸方向に移動することをより確実に規制することができる。
また、回転軸２３の周方向の全域に設けられている係合凹部３０は、旋盤などにより容易に形成することができる。したがって、回転軸２３に係合凹部３０を設ける作業工数や作業時間が低減され、製造コストの低減を図ることができる。
【００３７】
（第３実施形態）
以下、第３実施形態による冷却ファンおよび回転電機を図１０から図１２を参照しながら説明する。第３実施形態では、係合凸部および係合凹部の形状が第１実施形態と異なっている。なお、回転電機の主な構成は第１実施形態と共通であるので、図３をも参照して説明する。
図１０は、第３実施形態の冷却ファン１０の断面の拡大図である。冷却ファン１０に設けられている係合凸部４０は、ボス部１１の軸方向において回転軸２３（図１１参照）が挿入される側と反対側の端部４０ａ（図１０の場合、図示左方の端部）が、軸方向に対して垂直な平面形状に形成されている。
【００３８】
また、図１１に示すように、回転軸２３に設けられている係合凹部４１は、肉抜き孔１６が開口している側（図示左方）の端部４１ａが、軸方向に垂直な平面形状に形成されている。換言すると、係合凸部４０および係合凹部４１は、冷却ファン１０が回転軸２３から外れる方向（図示左方）に移動するときに当接する部位が、平面形状に形成されている。なお、ここでいう「垂直」とは概ね垂直と見なせる範囲で傾斜した状態も含んでいる。
【００３９】
この係合凸部４０は、図１０に示すように、その高さＨ１（内周壁部１５からの突出量）が、肉抜き孔１６の変形量よりも小さく形成されているとともに、回転電機２１の運転時の熱膨張により係合が解除されない高さに形成されている。このため、冷却ファン１０が回転軸２３に取り付けられた状態では、係合凸部４０の端部４０ａと係合凹部４１の端部４１ａとがほぼ垂直に当接するとともに、回転電機２１の運転中においても互いの係合が解除されることがない。これにより、軸方向において図示左方への冷却ファン１０の移動、すなわち冷却ファン１０が回転軸２３から外れる方向への移動をより確実に規制することができる。
【００４０】
また、図１２に示すように、凸部の内周壁部１５側の一部が平面形状に形成された係合凸部４２を設けてもよい。具体的には、係合凸部４２の回転軸２３が挿入される側と反対側の端部（図１２の場合、図示左方の端部）に、平面形状の第一端部４２ａと、この第一端部４２ａの最内周端から係合凸部４２の最突出位置まで傾斜する（あるいは曲面に形成された）第二端部４２ｂとを設けてもよい。第一端部４２ａは、その高さＨ２（内周壁部１５からの突出量）が回転電機２１の運転時に想定される熱膨張の膨張量よりも大きく、且つ、肉抜き孔１６の開口の高さ（肉抜き孔１６そのものによる変形量の最大値）よりも小さく形成されている。そして、回転軸２３には、この係合凸部４２に対応した形状、すなわち、第一端部４２ａに対応する平面形状の部位と、第二端部４２ｂに対応する傾斜した（あるいは曲面状の）部位とを有する形状に形成された係合凹部４３が形成されている。
【００４１】
これにより、運転時に熱膨張により係合凸部４２と係合凹部４３との係合が解除されるおそれを低減することができるとともに、治具２８により径方向の外側に力を加えた場合には、第二端部４２ｂが傾斜していることから、冷却ファン１０を容易に取り外し方向（図示左方）に移動させることができる。
なお、第２実施形態と同様に、係合凸部４０および係合凸部４２を複数設けたり、係合凹部４１および係合凹部４３を回転軸２３の周方向の全域に設けたり、それらを組み合わせたりしても勿論よい。
【００４２】
（第４実施形態）
以下、第４実施形態による冷却ファンおよび回転電機を図１３から図１６を参照しながら説明する。第４実施形態では、係合凸部をキーに設けている点において第１実施形態と異なっている。なお、回転電機の主な構成は第１実施形態と共通であるので、図３をも参照して説明する。
図１３（Ａ）に示すように、第４実施形態の冷却ファン１０は、ボス部１１の内周壁部１５から径方向の内側に突出して形成されたキー５０を備えている。このキー５０の外周側には、ボス部１１の端面１１ｂ側に開口した肉抜き孔１６が形成されている。この肉抜き孔１６は、周方向の両端がそれぞれ内周壁部１５に形成されている凹部１５ａに開口している。また、キー５０は、図１３（Ｂ）に示すように、ボス部１１の端面１１ｂ側で内周壁部１５に接続されている。つまり、キー５０は、肉抜き孔１６の変形により径方向の外側（図示下方）に向かって移動可能になっている。キー５０と肉抜き孔１６の開口との間には、治具挿入孔１８が形成されている。
【００４３】
キー５０の内周側の端面（図示上方の面）には、係合凸部５１が設けられている。係合凸部５１は、図１３（Ｂ）に示すように、軸方向の長さが肉抜き孔１６の軸方向の長さよりも小さく形成されている。このため、係合凸部５１は、その全体が、キー５０の径方向の外側への移動にともなって径方向の外側へ移動可能になっている。また、係合凸部５１は、図１３（Ａ）に示すように、周方向の長さが、キー５０の周方向の長さとほぼ同一に形成されている。この係合凸部５１を含めたキー５０は、上記した第１実施形態などと同様に、治具挿入孔１８に治具２８を挿入することによっても径方向の外側への移動が可能になっている。この係合凸部５１は、その高さ（キー５０からの突出量）が、肉抜き孔１６の変形量よりも小さく形成されているとともに、回転電機２１の運転時の熱膨張により係合が解除されない高さに形成されている。
【００４４】
一方、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、回転電機２１の回転軸２３は、キー溝５２と、そのキー溝５２の内周側からさらに径方向の内側に窪んだ係合凹部５３とが形成されている。キー溝５２はキー５０が挿入され、係合凹部５３は係合凸部５１と係合する。
【００４５】
この冷却ファン１０は、図３と同様に回転電機２１に取り付けられる。具体的には、冷却ファン１０は、図１５（Ａ）に示すように係合凸部５１が回転軸２３に接触する位置まで挿入されると、肉抜き孔１６が変形を開始する。これにより、キー５０は、そのほぼ全体が径方向の外側（矢印Ｂの向き）に移動する。そして、図１５（Ｂ）に示すように冷却ファン１０をさらに挿入すると、係合凸部５１と係合凹部５３とが係合する。これにより、冷却ファン１０と回転軸２３との間の軸方向への移動が規制されるとともに、周方向への移動も規制される。
【００４６】
このように、係合凸部５１をキー５０に設けた場合であっても、冷却ファン１０を回転軸２３に容易に取り付けることができる。また、治具挿入孔１８に治具２８を挿入し、係合凸部５１を径方向の外側に移動させることにより、冷却ファン１０を容易に取り外すことができる。
また、係合凸部５１の周方向の長さをキー５０の周方向の長さとほぼ同じに形成しているので、係合凸部５１と係合凹部５３とが当接する面積が大きい。これにより、ボス部１１が軸方向へ移動することをより確実に規制することができる。この場合、第２実施形態と同様に、係合凸部５１と係合凹部５３とが当接する部位あるいはその一部を平面形状に形成してもよい。
【００４７】
また、係合凸部５１と係合凹部５３を、図１６に示すように、キー５０の奥側（図示右方の端部側）に設けてもよい。この場合、肉抜き孔１６を係合凸部５１の外周側（ボス部１１の端面１１ａ側に開口）に設けるとともに、治具挿入孔１８を開口側に向かって徐々にその内径が広がる形状、例えば、一方の面（図示下方の面）を傾斜させるように形成するとよい。これにより、図示斜め下方から治具２８を挿入し、治具挿入孔１８を支点として径方向の内側に向かってその治具２８を回動させることにより、キー５０の奥側に設けられている係合凸部５１が肉抜き孔１６の変形によって径方向の外側（図示下方）に移動させることが可能となる。これにより、係合凸部５１と係合凹部５３との係合が解除され、冷却ファン１０を取り外すことができる。
【００４８】
（その他の実施形態）
第１実施形態などではキー１９を冷却ファン１０に設けた例を示したが、図１７に示すように、冷却ファン６０のボス部１１にキー挿入溝６１（回転規制部に相当する）を設け、冷却ファン６０および回転軸２３とは別体に形成したキー６２（回転規制部に相当する）を挿入してもよい。このような構成であっても、冷却ファン６０のボス部１１と回転軸２３との間の周方向への相対的な回転を規制することができるとともに、冷却ファン６０を容易に取り付けおよび取り外しすることができる。この場合、キー挿入溝６１をフィン１２の接続位置１２ａの内周側に設けているので、キー６２を挿入あるいは圧入した場合にボス部１１が外周側に変形することを抑制することができる。
【００４９】
冷却ファン１０、６０としていわゆる斜流ファンを採用しファンケース２４とともに軸流ファンを構成する例を示したが、ファン自体を軸流ファンで構成してもよい。すなわち、冷却ファン１０、６０は、ボス部１１の概ね径方向に広がるフィンを有する構成であってもよい。
第２実施形態では回転軸２３の周方向の全域においてキー溝２７を除いた部位に溝状の係合凹部３０を設けた例を示したが、第１実施形態と同様の球面状に窪んだ係合凹部２６を係合凸部１７に対応させて複数設けた構成としてもよい。
【００５０】
以上説明したように、実施形態の回転電機の冷却ファンによれば、回転軸挿入孔を形成する内周壁部を有するボス部と、ボス部の外周面に接続された複数のフィンと、ボス部の内周壁部から径方向の内側に突出する係合凸部を有し当該ボス部の軸方向への移動を規制する軸移動規制部と、ボス部の内周壁部に軸方向に延びて設けられ当該ボス部の周方向への回転を規制するキーを有する回転規制部とを備え、ボス部は、軸方向の少なくとも一方の端面に開口し当該ボス部の内部を軸方向に向かって延び径方向に変形可能な肉抜き孔が形成され、係合凸部は、肉抜き孔の内周側に位置して設けられている。
【００５１】
これにより、冷却ファンは、係合凸部によって回転軸との間で軸方向への相対的な移動が規制されるとともに、キーによって回転軸との間で周方向への相対的な回転が規制される。そして、係合凸部は、ボス部の内周壁部において、肉抜き孔の内周側に位置して設けられている。また、係合凸部は、回転軸に取り付け可能な高さに形成されている。このため、冷却ファンを回転軸に取り付ける場合、係合凸部が回転軸の外周面に乗り上げて径方向の外側に変形すると、その変形量は肉抜き孔が変形することにより吸収される。したがって、ボス部の内周壁部より突出した係合凸部を設けた場合であっても、冷却ファンを回転軸に容易に取り付けることができる。
【００５２】
また、このような構成の冷却ファンを設けた回転電機についても同様の効果を得ることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５３】
図面中、１０、６０は冷却ファン、１１はボス部、１２はフィン、１４は回転軸挿入孔、１５は内周壁部、１６は肉抜き孔、１７、４０、４２、５１は係合凸部（軸移動規制部）、１８は治具挿入孔、１９、５０、６２はキー（回転規制部）、２１は回転電機、２２は筐体、２３は回転軸、２６、３０、４１、４３、５３は係合凹部（軸移動規制部）、２７、５２はキー溝（回転規制部）、６１はキー挿入溝（回転規制部）を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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