(57)【要約】【課題】ロータおよび軸受の放熱を効率良く行うことが可能な回転電機の提供にある。【解決手段】回転電機１０のシャフト１９は、ロータコア１８の一方の端面に接合される中空の第１シャフト部３１と、ロータコアの他方の端面に接合される中空の第２シャフト部３２と、第１シャフト部３１および第２シャフト部３２の通孔３４、４４と、ロータコア１８に設けた軸孔１８Ａとにわたって形成された第３シャフト部３３と、を有し、第３シャフト部３３は、第１シャフト部３１および第２シャフト部３２よりも熱伝導率の高い材料により形成され、第１シャフト部３１および第２シャフト部３２は、軸受が装着される位置に対応して外周面と通孔３４、４４とを連通する連通孔４３、５３をそれぞれ有し、連通孔４３、５３には、第３シャフト部３３の材料が充填された。【選択図】  図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
ロータコアおよびシャフトを備えるロータと、
ステータコアおよびコイルを備えるステータと、
前記ステータを支持するハウジングと、
前記シャフトを前記ハウジングに支持する一対の軸受と、を備える回転電機であって、
前記シャフトは、
前記ロータコアの一方の端面に接合される中空の第１シャフト部と、
前記ロータコアの他方の端面に接合される中空の第２シャフト部と、
前記第１シャフト部および前記第２シャフト部の通孔と、前記ロータコアに設けた軸孔とにわたって形成された第３シャフト部と、を有し、
前記第３シャフト部は、前記第１シャフト部および前記第２シャフト部よりも熱伝導率の高い材料により形成され、
前記第１シャフト部および前記第２シャフト部は、前記軸受が装着される位置に対応して外周面と前記通孔とを連通する連通孔をそれぞれ有し、
前記連通孔には、前記第３シャフト部の材料が充填されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記軸孔を形成するロータコア内周壁は凹凸面により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。
【請求項３】
前記第１シャフト部および前記第２シャフト部の前記通孔を形成するシャフト内周壁は凹凸面により形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の回転電機。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転電機としては、例えば、特許文献１に開示された回転機が知られている。特許文献１に開示された回転機は、中空軸のシャフトを互いに熱伝導率の異なる２種類以上の材質にして熱伝導率の高い材質をシャフトの内側に配置し、かつ異なる材質の嵌合部に空間を設けると同時に熱伝導率の高い方の材質のシャフトに通風路を設けている。この回転機によれば、回転機に発生した損失による発熱は外側のシャフトを介してファンあるいは軸受を介して軸受に接するブラケット表面より放散されるが、外側のシャフトと内側のシャフトとは焼きばめ等で嵌合されており、外側のシャフトを介して熱伝導率の高い内側のシャフトに発生した熱が伝わり内側のシャフトの温度が上昇する。しかしながら、通風路を通じて冷却風が通過し熱放散を促進している。その一方、空間が熱を遮蔽して軸受への熱伝達を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１４１５０９号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された回転機では、温度上昇したロータ（回転子）の熱は外側のシャフトに伝わった後に熱伝導率の高い内側のシャフトに伝わるため、伝熱効率が低いという問題がある。また、空間によってシャフトの熱が軸受へ熱伝達されることを抑制しているが、軸受にて生じる熱の放熱が困難であった。
【０００５】
本考案は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本考案の目的は、ロータおよび軸受の放熱を効率良く行うことが可能な回転電機の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するため、本考案は、ロータコアおよびシャフトを備えるロータと、ステータコアおよびコイルを備えるステータと、前記ステータを支持するハウジングと、前記シャフトを前記ハウジングに支持する一対の軸受と、を備える回転電機であって、前記シャフトは、前記ロータコアの一方の端面に接合される中空の第１シャフト部と、前記ロータコアの他方の端面に接合される中空の第２シャフト部と、前記第１シャフト部および前記第２シャフト部の通孔と、前記ロータコアに設けた軸孔とにわたって形成された第３シャフト部と、を有し、前記第３シャフト部は、前記第１シャフト部および前記第２シャフト部よりも熱伝導率の高い材料により形成され、前記第１シャフト部および前記第２シャフト部は、前記軸受が装着される位置に対応して外周面と前記通孔とを連通する連通孔をそれぞれ有し、前記連通孔には、前記第３シャフト部の材料が充填されていることを特徴とする。
【０００７】
本考案では、第１シャフト部および第２シャフト部よりも熱伝導率の高い材料により形成された第３シャフト部が、第１シャフト部および第２シャフト部の通孔と、ロータコアに設けた軸孔とにわたって形成されている。このため、ロータコアにて生じた熱は、第１シャフト部および第２シャフト部よりも熱伝導率の高い材料により形成された第３シャフト部を通じて放熱される。また、第１シャフト部および第２シャフト部は、軸受が装着される位置に対応して外周面と通孔とを連通する連通孔をそれぞれ有し、連通孔には、第３シャフト部の材料が充填されている。このため、軸受にて生じた熱は、連通孔に充填された熱伝導率の高い材料を通じて第３シャフト部へ放熱される。よって、ロータおよび軸受の放熱を効率良く行うことが可能である。
【０００８】
また、上記の回転電機において、前記軸孔を形成するロータコア内周壁は凹凸面により形成されている構成としてもよい。
この場合、軸孔を形成するロータコア内周壁は凹凸面により形成されていることにより、ロータコアと第３シャフトとの接触面積を増大させることができる。その結果、ロータコアと第３シャフトとの伝熱効率を高めることができる。
【０００９】
また、上記の回転電機において、前記第１シャフト部および前記第２シャフト部の前記通孔を形成するシャフト内周壁は凹凸面により形成されている構成としてもよい。
この場合、シャフト内周壁が凹凸面により形成されていることにより、第１シャフト部および第２シャフト部と第３シャフトとの接触面積を増大させることができる。その結果、第１シャフト部および第２シャフト部と第３シャフト部との伝熱効率を高めることができる。
【考案の効果】
【００１０】
本考案によれば、ロータおよび軸受の放熱を効率良く行うことが可能な回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本考案の第１の実施形態に係る回転電機を示す縦断面図である。
【図２】（ａ）はロータコアの一方の端部付近を拡大して示す縦断面図であり、（ｂ）はロータコアの他方の端部付近を拡大して示す縦断面図である。
【図３】図１におけるＡ−Ａ線（Ｂ−Ｂ線）矢視図である。
【図４】（ａ）は第２の実施形態に係る第１シャフト部の要部を示す縦断面図であり、（ｂ）は同第２シャフト部の要部を示す縦断面図であり、（ｃ）はＣ−Ｃ線およびＤ−Ｄ線の矢視図である。
【考案を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る回転電機について図面を参照して説明する。本実施形態の回転電機は、三相誘導モータである。図１に示すように、回転電機１０は、ステータ１１の一方の端面を支持する第１ハウジング１２とステータ１１の他方の端面を支持する第２ハウジング１３を有する。ステータ１１は、円筒状のステータコア１４と、ステータコア１４のスロット１５に挿入されたコイル１６と、を備えている。コイル１６の一部は、ステータコア１４のスロット１５から突出してコイルエンドを形成する。
【００１３】
第１ハウジング１２および第２ハウジング１３はハウジングに相当し、ロータ１７を回転可能に支持する。ロータ１７は、軸孔１８Ａを有するロータコア１８とシャフト１９を備えている。ロータコア１８は、コア本体２０とコア本体２０に形成されたスロット２１に充填された二次導体２２を有している。コア本体２０は鉄製であり、二次導体２２はアルミダイカストによりスロット２１に充填されるアルミニウムである。二次導体２２は、コア本体２０に充填される本体部２２Ａと、本体部２２Ａの両端であってコア本体の端部に形成されるエンドリング２２Ｂとを備えている。また、エンドリング２２Ｂには、軸方向へ突出するフィン２７が一体形成されている。
【００１４】
図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、コア本体２０は、３種類の積層鋼板２３、２４、２５を備えている。コア本体２０において複数の積層鋼板２３、２４、２５が積層されている。積層鋼板２３の中心に形成されている通孔の内径は、積層鋼板２４の中心に形成されている通孔の内径より小さい。本実施形態では、所定枚数の積層鋼板２３を積層した後、所定枚数の積層鋼板２４を積層することを繰り返すことによりコア本体２０の殆どを形成している。従って、ロータコア１８の軸孔１８Ａを形成するロータコア内周壁は凹凸面２６によって形成される。積層鋼板２３、２４が積層された積層鋼板２３、２４の集合体の両端部に複数の積層鋼板２５が積層されている。積層鋼板２５の中心に形成されている通孔の内径は、後述する第１シャフト部３１が嵌合されるように設定されている。従って、積層鋼板２５の通孔の内径は、積層鋼板２３、２４の中心に形成されている通孔の内径より大きい。
【００１５】
エンドリング２２Ｂはコア本体２０における積層方向の両端に位置するようにそれぞれ配置されている。図２（ａ）では一方のエンドリング２２Ｂおよびフィン２７を図示し、図２（ｂ）では他方のエンドリング２２Ｂおよびフィン２７を図示する。
【００１６】
次に、シャフト１９について説明する。図１に示すように、シャフト１９は、第１シャフト部３１と、第２シャフト部３２と、第３シャフト部３３と、を有している。第１シャフト部３１および第２シャフト部３２は鉄製であり、第３シャフト部３３はアルミニウム製である。
【００１７】
第１シャフト部３１は、通孔３４を有する中空の軸部材である。第１シャフト部３１は、ロータコア１８の一方の端面に接合され、回転電機１０の出力側の軸部を形成する。第１シャフト部３１の一方の端部３５は、第１ハウジング１２から外部へ突出している。第１シャフト部３１の他方の端部３６の外周径は、一方の端部３５の外周径よりも大きい。第１シャフト部３１の他方の端部３６が、コア本体２０における一方の積層鋼板２５の通孔と嵌合することにより、第１シャフト部３１は、ロータコア１８の一方の端面に接合される。
【００１８】
第１シャフト部３１の通孔３４を形成するシャフト内周壁には、凹凸面３７が形成されるようにねじ溝が形成されている。ねじ溝はタップにより形成されており、ねじ溝による凹凸面３７によってシャフト内周壁の表面積が増大されている。第１シャフト部３１は、第１軸受３８によって第１ハウジング１２に回転可能に支持されている。第１軸受３８はラジアル軸受であり、内輪３９、外輪４０および転動体４１を有する。第１シャフト部３１において内輪３９が装着される装着部４２には、通孔３４から外周面まで径方向に貫通する複数の連通孔４３が形成されている。図３に示すように、複数の連通孔４３は軸心Ｐを中心に放射状に配設されている。連通孔４３内には後述する第３シャフト部３３と同じ材料であるアルミニウムがアルミダイカストによって充填されている。
【００１９】
第２シャフト部３２は、通孔４４を有する中空の軸部材である。第２シャフト部３２は、ロータコア１８の他方の端面に接合され、回転電機１０の出力側の軸部と反対側の軸部を形成する。第２シャフト部３２の他方の端部４５は、第２ハウジング１３から外部へ突出していない。第２シャフト部３２の一方の端部４６の外周径は、他方の端部４５の外周径よりも大きい。第２シャフト部３２の一方の端部４６が、コア本体２０における他方の積層鋼板２５の通孔と嵌合することにより、第２シャフト部３２は、ロータコア１８の他方の端面に接合される。なお、第２シャフト部３２の他方の端部４５は、第２ハウジング１３から外部へ突出していないが、センサギヤやファンを取り付ける場合は、第２ハウジング１３から外部へ突出させてもよい。
【００２０】
第２シャフト部３２の通孔４４を形成するシャフト内周壁には、凹凸面４７が形成されるようにねじ溝が形成されている。ねじ溝はタップにより形成されており、ねじ溝による凹凸面４７によってシャフト内周壁の表面積が増大されている。第２シャフト部３２は、第２軸受４８によって第２ハウジング１３に回転可能に支持されている。第２軸受４８はラジアル軸受であり、内輪４９、外輪５０および転動体５１を有する。第２シャフト部３２において内輪４９が装着される装着部５２には、通孔３４から外周面まで径方向に貫通する複数の連通孔５３が形成されている。図３に示すように、複数の連通孔５３は軸心Ｐを中心に放射状に配設されている。連通孔５３内には後述する第３シャフト部３３と同じ材料であるアルミニウムがアルミダイカストによって充填されている。
【００２１】
第３シャフト部３３は、第１シャフト部３１の通孔３４および第２シャフト部３２の通孔４４と、ロータコア１８の軸孔１８Ａとにわたって形成されている。従って、第３シャフト部３３は、第１シャフト部３１の一方の端部３５から第２シャフト部３２の他方の端部４５まで延在する。第３シャフト部３３はアルミダイカストにより充填されたアルミニウムにより形成されている。このため第３シャフト部３３は第１シャフト部３１および第２シャフト部３２よりも熱伝導率が高い。
【００２２】
第３シャフト部３３を形成する手順を説明すると、まず、第１シャフト部３１をロータコア１８の一方の端面に接合し、第２シャフト部３２をロータコア１８の他方の端面に接合しておく。次に、連通孔４３、５３の外周面側の開口を塞ぐとともに、第１シャフト部３１の端部３５又は第２シャフト部３２の端部４５の一方を開放しつつ、端部３５又は端部４５の他方を塞ぐ。次に、溶湯を第１シャフト部３１の通孔３４と、第２シャフト部３２の通孔４４と、ロータコア１８の軸孔１８Ａとに流し込み充填する。充填された溶湯が冷却されることにより第３シャフト部３３が形成される。第３シャフト部３３の形成によりロータ１７が完成すると、ロータ１７をステータ１１内に挿通し、第１軸受３８および第２軸受４８を介して第１ハウジング１２および第２ハウジング１３に支持させることにより回転電機１０が完成する。
【００２３】
次に、本実施形態に係る回転電機１０の作用について説明する。回転電機１０にあっては、ステータ１１のコイル１６に電流を流すことにより、ステータ１１に回転磁界が生じる。ステータ１１に生じた磁界がロータコア１８を鎖交し、二次導体２２に誘導電流が流れ、二次導体２２に誘導電流が流れることにより、各二次導体２２には一方向に電磁力が作用する。この結果、ロータ１７は、シャフト１９の軸心Ｐを中心にして回転する。また、ロータコア１８に誘導電流が流れることによりロータコア１８は発熱する。
【００２４】
ロータコア１８に発生した熱は、凹凸面２６を通じて第３シャフト部３３へ移動する。凹凸面２６によってロータコア１８と第３シャフト部３３との接触面積が可及的に増大されており、ロータコア１８から第３シャフト部３３への熱伝達は効率的に行われる。第３シャフト部３３へ伝達された熱は、第３シャフト部３３の両端部から放熱される。発熱源であるロータコア１８と熱伝導率の高い第３シャフト部３３が接触しているので、ロータコア１８の放熱が効率的に行われる。
【００２５】
また、ロータコア１８から第１シャフト部３１および第２シャフト部３２へ伝達された熱は第１シャフト部３１の凹凸面３７および第２シャフト部３２の凹凸面４７を介して第３シャフト部３３へ移動する。凹凸面３７、４７によって第１シャフト部３１および第２シャフト部３２と第３シャフト部３３との接触面積が可及的に増大されており、第１シャフト部３１および第２シャフト部３２から第３シャフト部３３への熱伝達は効率的に行われる。
【００２６】
また、第１軸受３８および第２軸受４８は、ロータ１７の回転よる機械損によって発熱する。第１軸受３８の熱は、第１軸受３８の装着部４２に形成されている連通孔４３に充填されている材料を通じて第３シャフト部３３へ伝達される。また、第２軸受４８の熱は、第２軸受４８の装着部５２に形成されている連通孔５３に充填されている材料を通じて第３シャフト部３３へ伝達される。従って、内輪３９、４９から連通孔４３、５３に充填されている材料が接触しているので、第１軸受３８および第２軸受４８の放熱は効率的に行われる。
【００２７】
本実施形態の回転電機１０は以下の効果を奏する。
（１）第１シャフト部３１および第２シャフト部３２よりも熱伝導率の高い材料により形成された第３シャフト部３３が、第１シャフト部３１の通孔３４および第２シャフト部３２の通孔４４と、ロータコア１８に設けた軸孔１８Ａとにわたって形成されている。このため、ロータコア１８にて生じた熱は、第１シャフト部３１および第２シャフト部３２よりも熱伝導率の高い材料により形成された第３シャフト部３３を通じて放熱される。また、第１シャフト部３１および第２シャフト部３２は、第１軸受３８および第２軸受４８が装着される位置に対応して外周面と通孔３４、４４とを連通する連通孔４３、５３をそれぞれ有し、連通孔４３、５３には、第３シャフト部３３の材料が充填されている。このため、第１軸受３８および第２軸受４８にて生じた熱は、連通孔４３、５３に充填された熱伝導率の高い材料を通じて第３シャフト部３３へ放熱される。よって、ロータ１７および第１軸受３８および第２軸受４８の放熱を効率良く行うことが可能である。
【００２８】
（２）ロータコア１８の軸孔１８Ａを形成するロータコア内周壁は凹凸面２６により形成されている。このため、ロータコア１８と第３シャフト部３３との接触面積が増大させることができる。その結果、ロータコア１８と第３シャフト部３３との伝熱効率を高めることができる。
【００２９】
（３）第１シャフト部３１を形成するシャフト内周壁は凹凸面３７により形成され、第２シャフト部３２を形成するシャフト内周壁は凹凸面４７により形成されている。このため、第１シャフト部３１および第２シャフト部３２と第３シャフト部３３との接触面積を増大させることができる。その結果、第１シャフト部３１および第２シャフト部３２と第３シャフト部３３との伝熱効率を高めることができる。
【００３０】
（４）シャフト１９の第１シャフト部３１と第２シャフト部３２がロータコア１８の両側にそれぞれ固定されるため、ロータコア１８の軸方向の厚さが変更されても、第１シャフト部３１と第２シャフト部３２を流用することが可能である。因みに、圧入や焼きばめによってシャフトをロータに固定する場合では、ロータコアの軸方向の厚さに応じたシャフトを用意する必要があったが、本実施形態ではロータコアの軸方向の厚さに応じたシャフトを用意する必要がない。
【００３１】
（５）第１シャフト部３１の内輪３９が装着される装着部４２には、通孔３４から外周面まで径方向に貫通する複数の連通孔４３が形成されている。また、第２シャフト部３２の内輪４９が装着される装着部５２には、通孔４４から外周面まで径方向に貫通する複数の連通孔５３が形成されている。このため、第１軸受３８の熱は、第１軸受３８の装着部４２に形成されている連通孔４３に充填されている材料を通じて第３シャフト部３３へ伝達される。また、第２軸受４８の熱は、第２軸受４８の装着部５２に形成されている連通孔５３に充填されている材料を通じて第３シャフト部３３へ伝達される。従って、第１軸受３８および第２軸受４８の放熱を効率的に行うことができる。
【００３２】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る回転電機について説明する。本実施形態の回転電機は、第１シャフト部および第２シャフト部の構成が第１の実施形態と異なる。本実施形態では、第１の実施形態と同じ構成については、第１の実施形態の説明を援用し、共通の符号を用いる。
【００３３】
図４（ａ）に示す回転電機６０の第１シャフト部６１において、第１軸受３８の内輪３９が装着される装着部６２には、装着部６２の周方向にわたって刻設された環状溝６３が形成されている。通孔３４から環状溝６３の底まで径方向に貫通する複数の連通孔６４が形成されている。図４（ｃ）に示すように、複数の連通孔６４は軸心Ｐを中心に放射状に配設されている。環状溝６３および連通孔６４内には後述する第３シャフト部３３と同じ材料であるアルミニウムがアルミダイカストによって充填されている。環状溝６３に充填された材料は内輪３９と接触する。
【００３４】
図４（ｂ）に示すように、第２シャフト部７１において、第２軸受４８の内輪４９が装着される装着部７２には、装着部７２の周方向にわたって刻設された環状溝７３が形成されている。通孔４４から環状溝７３の底まで径方向に貫通する複数の連通孔７４が形成されている。図４（ｃ）に示すように、複数の連通孔７４は放射状に軸心Ｐを中心に放射状に配設されている。環状溝７３および連通孔７４内には後述する第３シャフト部３３と同じ材料であるアルミニウムがアルミダイカストによって充填されている。環状溝７３に充填された材料は内輪４９と接触する。
【００３５】
本実施形態は、第１の実施形態の（１）〜（４）と同等の作用効果を奏する。また、第１シャフト部６１において、第１軸受３８の内輪３９が装着される装着部６２には、装着部６２の周方向にわたって刻設された環状溝６３が形成され、通孔３４から環状溝６３の底まで径方向に貫通する複数の連通孔６４が形成されている。第２シャフト部７１において、第２軸受４８の内輪４９が装着される装着部７２には、装着部７２の周方向にわたって刻設された環状溝７３が形成され、通孔４４から環状溝７３の底まで径方向に貫通する複数の連通孔７４が形成されている。よって、内輪３９（４９）から環状溝６３（７３）および連通孔６４（７４）に充填された材料を通じて第３シャフト部３３へ熱伝達でき、第１軸受３８および第２軸受４８の放熱をより一層効率的に行うことができる。
【００３６】
本考案は、上記の実施形態に限定されるものではなく考案の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更してもよい。
【００３７】
○  上記の実施形態では、第３シャフト部の材料としてアルミニウムを用いたが、第３シャフト部の材料はアルミニウムに限定されない。例えば、銅や銅合金を第３シャフト部の材料としてもよく、第３シャフト部の材料は、第１シャフト部および第２シャフト部よりも熱伝導率が高い金属材料であればよい。
○  上記の実施形態では、ロータコアのロータコア内周壁は凹凸面により形成されているとしたが、これに限らない。ロータコアの内周壁は凹凸面以外の面により形成してもよい。
○  上記の実施形態では、第１シャフト部および第２シャフト部の軸孔を形成するシャフト内周壁は凹凸面としてねじ溝とする例を説明したが、凹凸面はねじ溝に限定されない。第１シャフト部および第２シャフト部の軸孔を形成するシャフト内周壁は凹凸面以外の面により形成してもよい。凹凸面としては例えば、スプラインやセレーションであってもよい。
○  上記の実施形態では、ロータコアのロータコア内周壁は凹凸面としたが、これに限らない。ロータコア内周壁は凹凸のない面であってもよい。
○  上記の実施形態では、第１シャフト部および第２シャフト部の通孔から径方向へ向けて複数の連通孔が放射状に配設されたが、連通孔の数は実施形態の例に限らない。連通孔の数は、例えば、２個であってもよい。
○  上記の実施形態では、２種類の積層鋼板を用意することにより、ロータコア内周壁を凹凸面としたが、積層鋼板の種類は２種類に限定されず、例えば、３種類の積層鋼板を用いて凹凸面を形成してもよい。
○  上記の実施形態では、回転電機としての誘導モータを例示したが、回転電機は誘導モータに限定されない。回転電機は、同期モータ等、誘導モータ以外の電動モータであってもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１０、６０  回転電機
１１  ステータ
１２  第１ハウジング
１３  第２ハウジング
１４  ステータコア
１６  コイル
１７  ロータ
１８  ロータコア
１８Ａ  軸孔
１９  シャフト
２０  コア本体
２３  積層鋼板
２４  積層鋼板
２５  積層鋼板
２６、３７、４７  凹凸面
３１  第１シャフト部
３２  第２シャフト部
３３  第３シャフト部
３４、４４  通孔
３８  第１軸受
４２、５２、６１、７１  装着部
４３、５３、６３、７３  連通孔
４８  第２軸受
５２  装着部
５３  連通孔
６２、７３  環状溝
Ｐ  軸心
【図１】
0003219947.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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