(57)【要約】【課題】簡易な構造で軸受（モータ軸受）の温度上昇を防止すること、またこれによって軸受の長寿命化を図ることができるモータ及び軸受の温度上昇抑制方法を提供する。【解決手段】回転軸１０と、回転軸１０に固定された円筒形のロータ１と、ロータ１の外周面に対向するように配置されたステータ２０と、回転軸１を回転自在に支持する軸受３０Ａ，３０Ｂとを備えるモータＡにおいて、ロータ１の端面２Ｂ，２Ｃの少なくとも一方に、回転軸１の外周に沿って円環状に窪み部２ｂ，２ｃが形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、該回転軸に固定された円筒形のロータと、該ロータの外周面に対向するように配置されたステータと、前記回転軸を回転自在に支持する軸受とを備えるモータにおいて、
前記ロータの端面の少なくとも一方に、前記回転軸の外周に沿って円環状に窪み部が形成されていることを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記窪み部は、前記回転軸の軸方向に沿った断面において、角を有さない形状であることを特徴とする請求項１記載のモータ。
【請求項３】
前記窪み部は、円周溝状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のモータ。
【請求項４】
前記窪み部は、前記回転軸の軸心を中心として同心円状に複数形成されていることを特徴とする請求項３記載のモータ。
【請求項５】
回転軸に固定された円筒形のロータを回転自在に支持する軸受の温度上昇抑制方法であって、
二つの端面の少なくとも一方に、前記回転軸の外周に沿って円環状に窪み部が形成されたロータを用いることを特徴とする軸受の温度上昇抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ及び軸受の温度上昇抑制方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、回転機械としてのモータはステータをロータの周面に対向配置したものであり、上記ロータは軸受によって回転自在に支持されている。このようなモータにおける発熱はステータやロータで発生する鉄損及び銅損が主であるが、ステータやロータからの熱伝搬によって軸受が温度上昇すると、軸受内の潤滑油が揮発すること等によって軸受の寿命が低下する。
下記特許文献１には、このようなモータの冷却技術として、ロータを支持する軸受を囲むように軸受用冷却流路を形成し、この軸受用冷却流路に冷却水を流すことにより軸受を冷却する技術が開示されている。
【特許文献１】特許３３２０２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記軸受の冷却技術は、軸受用冷却流路を設ける必要があるので、モータが複雑化、大形化、高重量化あるいは／及び高コスト化するという問題がある。また、軸受用冷却流路を設けることによってモータが複雑化すると、モータの生産効率が悪くなるという問題がある。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構造で軸受（モータ軸受）の温度上昇を防止すること、またこれによって軸受の長寿命化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明は、モータに係る第一の解決手段として、回転軸と、該回転軸に固定された円筒形のロータと、該ロータの外周面に対向するように配置されたステータと、前記回転軸を回転自在に支持する軸受とを備えるモータにおいて、前記ロータの端面の少なくとも一方に、前記回転軸の外周に沿って円環状に窪み部が形成されている、という手段を採用する。
【０００６】
また、モータに係る第二の解決手段として、上記第一の解決手段において、前記窪み部が、前記回転軸の軸方向に沿った断面において、角を有さない形状である、という手段を採用する。
【０００７】
また、モータに係る第三の解決手段として、上記第一または第二の解決手段において、前記窪み部が、円周溝状に形成されている、という手段を採用する。
また、モータに係る第四の解決手段として、上記第三の解決手段において、前記窪み部が、前記回転軸の軸心を中心として同心円状に複数形成されている、という手段を採用する。
【０００８】
また、軸受の温度上昇抑制方法に係る解決手段として、回転軸に固定された円筒形のロータを回転自在に支持する軸受の温度上昇抑制方法であって、二つの端面の少なくとも一方に、前記回転軸の外周に沿って円環状に窪み部が形成されたロータを用いる、という手段を採用する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、回転軸の外周に沿って円環状に窪み部が形成されているので、この窪み部分だけロータの体積が減少すると共に鉄損が減少する。これにより、ロータの温度が窪み部を設けない場合に比べて低温となると共に軸受の温度が低温度になり、また、モータ効率を向上させることができる。従って、簡易な構造で軸受の温度上昇を防止することができ、またこれによって軸受の長寿命化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るモータＡの回転中心軸Ｐに沿った縦断面図、また図２は、当該縦断面図におけるII−II線断面図である。
モータＡは、永久磁石型同期モータであり、ロータ１、回転軸１０、ステータ２０、一対の軸受３０Ａ，３０Ｂ及びケーシング４０から構成されている。
【００１１】
ロータ１は、円筒状のロータコア２と８枚の永久磁石３（３Ｎ，３Ｓ）とによって構成されており、ロータコア２の中心軸上に設けられた貫通孔２ａに回転軸１０が圧入・固定されている。
【００１２】
ロータコア２は、中空円盤形状の鋼鈑を複数枚積層した積層鋼板であり、端面２Ｂ、２Ｃにおいて回転軸１０の外周に沿って円環状に窪み部２ｂ，２ｃが形成されている。
【００１３】
この窪み部２ｂ，２ｃは、モータＡにおいて最も特徴とする構成要素である。この窪み部２ｂ，２ｃの詳細について説明すると、窪み部２ｂ，２ｃは、図３に示すように構成されている。
窪み部２ｂ，２ｃは、それぞれ端面２Ｂ，２Ｃにおいて、回転軸１０の外周に沿って円周溝状に形成されたものである。この窪み部２ｂ，２ｃは、鋼板を積層させた後に切削加工で溝入れすることにより、形成されたものである。
【００１４】
これら窪み部２ｂ，２ｃは、回転軸１０の回転中心軸Ｐの方向に沿った断面において、角を有さない形状となっている。具体的には、この窪み部２ｂ，２ｃの断面形状を略Ｕ字状に形成し、窪み部２ｂ，２ｃを形成する面が曲部を介して連なった形状となっている。
【００１５】
図１及び図２に戻って、永久磁石３（３Ｎ，３Ｓ）は、円弧状に形成されており、外周側にＮ極の極性を持つ永久磁石３ＮとＳ極の極性を持つ永久磁石３Ｓとがそれぞれ４枚ずつ、ロータコア２の周面に貼設されている。具体的には、ロータコア２の中心軸方向に同極性のものが２枚（図１参照）、またロータコア２の周方向に永久磁石３Ｎと永久磁石３Ｓとが交互に並ぶように４枚（図２参照）、つまり合計８枚が貼設されている。
このような構成により、ロータ１は、４つの磁極を備えている。
【００１６】
回転軸１０は、円柱状部材であって、複数の径を有して多段状に形成されたものである。この回転軸１０の最大径を有する部位にロータコア２が固定されており、この最大径を有する部位を挟むように両側に軸受３０Ａ，３０Ｂが圧入・固定されている。
【００１７】
ステータ２０は、略円筒形状のステータコア２１と該ステータコア２１に巻回された巻き線２２とから構成されている。
ステータコア２１は、複数の金属製のコアプレートが積層されて構成されており、円環状に形成されてヨーク２１ａから内周側に突設されたティース２１ｂを等角度間隔に２４個備えている。このティース２１ｂの先端部は、全体として略円管状の内周面２０ａを形成している。
【００１８】
巻き線２２は、ティース２１ｂに複数巻き回されており、モールド剤２３がティース２１ｂに対する巻き線２２の位置を固定している。
【００１９】
このような構成により、ステータ２０は、２４極の磁極を備えており、内周面２０ａが所定の隙間を介してロータ１の外周面（永久磁石３）に対向する。
【００２０】
軸受３０Ａ，３０Ｂは、ボールベアリングであり、内輪が回転軸１０に固定され、外輪がケーシング４０に固定されて、回転軸１０を回転自在に支持している。
【００２１】
ケーシング４０は、回転中心軸Ｐを中心とする略円筒状に形成されており、内部空間にステータ２０と軸受３０Ａ，３０Ｂによって回転中心軸Ｐが回転中心となるように回転自在に支持されたロータ１とを収容する。
【００２２】
具体的には、ケーシング４０は、回転中心軸Ｐを軸心とする円筒壁部４０ａ、この円筒壁部４０ａの両端に配置され、回転中心軸Ｐを中心とする略円形の端壁部４０ｂ、４０ｃ、端壁部４０ｂ、４０ｃの中心近傍に各々設けられ、軸受３０Ａ，３０Ｂが各々固定される軸受取付部４０ｄ，４０ｅ及び回転軸１０の各端部が挿通される開口部４０ｆ，４０ｇを備えている。そして、円筒壁部４０ａと各端壁部４０ｂ、４０ｃによって囲まれた空間に略円筒状のステータ２０を、またこのステータ２０の内側かつ軸受取付部４０ｄ，４０ｅの間にロータ１を収容する。また、上記軸受取付部４０ｄ，４０ｅは、軸受３０Ａ，３０Ｂの外輪が固定されている。
このようなケーシング４０において、円筒壁部４０ａ内には、外部から供給される冷却水の流路（冷却流路４０ｈ）がステータ２０の外周に沿って形成されている。
【００２３】
次に、上記の構成を備えるモータＡの作用について説明する。
巻き線２２に通電すると複数の巻き線２２、ステータコア２１、永久磁石３によって磁気回路が形成され、巻き線２２への通電を切り替えることでロータ１が回転する。
【００２４】
この際、巻き線２２に銅損が生じると共にステータコア２１に鉄損が生じることにより、巻き線２２とステータコア２１が発熱してステータ２０の温度が上昇する。また、ロータ１に鉄損が生じることにより、ロータコア２が発熱してロータ１の温度が上昇する。
【００２５】
ロータ１に発生した熱は、ロータ１の外周面から空気を介してステータ２０に伝熱するか、回転軸１０又は空気を介して端面２Ｂ，２Ｃから軸受３０Ａ，３０Ｂに伝熱する。なお、ステータ２０は、冷却流路４０ｈによって冷却され、回転軸１０はほとんど発熱しないので、ロータ１がステータ２０と回転軸１０とに比べて高温となっている。
【００２６】
図４は、モータＡと窪み部２ｂ，２ｃを設けずに他の構成要素をモータＡと同様とした溝なしモータとを比較したグラフであって、図４（ａ）は、稼働から所定時間が経過した各軸受３０Ａ，３０Ｂの温度をそれぞれ比較したグラフであり、図４（ｂ）は、モータ効率を比較したグラフである。
【００２７】
軸受３０Ａ及び軸受３０Ｂのいずれの場合であっても、図４（ａ）に示すように、窪み部２ｂ，２ｃを設けずに構成した溝なしモータの軸受の温度に比べてモータＡの軸受３０Ａ，３０Ｂの温度が低い値を示しており、図４（ｂ）に示すように、溝なしモータのモータ効率に比べてモータＡのモータ効率が数パーセントだけ高い値を示している。
【００２８】
図４（ａ）と図４（ｂ）とに示される結果を総合的に解釈すると、窪み部２ｂ，２ｃを設けることでロータコア２の体積が減少し、この減少分だけ鉄損が減少したものと考えることができる。そして、この鉄損減少により上記溝なしモータよりもモータＡのロータ１の温度が低くなるので、軸受３０Ａ，３０Ｂの温度が減少すると共にモータ効率が上昇したと考えることができる。
【００２９】
このような本実施形態によれば、回転軸１０の外周に沿って円環状に窪み部２ｂ，２ｃが形成されているので、この窪み部分だけロータコア２の体積が減少すると共に鉄損が減少する。これにより、ロータ１の温度が窪み部２ｂ，２ｃを設けない場合に比べて低温となって軸受３０Ａ，３０Ｂの温度が低温度になると共にモータ効率を向上させることができる。従って、簡易な構造で軸受３０Ａ，３０Ｂの温度上昇を防止することができ、またこれによって軸受３０Ａ，３０Ｂの長寿命化を図ることが可能となる。
【００３０】
さらに、窪み部２ｂ，２ｃを円周溝状に形成すると共に回転中心軸Ｐの方向に沿った断面において、角を有さない形状となっているので、磁束密度が局所的に高くになることがない。これにより、モータＡの稼働が不安定になったり、磁場が変化して性能が低下したりすることがない。
【００３１】
なお、上述したように、窪み部２ｂ，２ｃを設けることにより、鉄損が減少すると推測したが、窪み部２ｂ，２ｃが熱抵抗的に作用し、ロータ１で発生した熱が軸受３０Ａ，３０Ｂまで伝達し難くなると推測することもできる。
すなわち、端面２Ｂ，２Ｃ近傍において、ステータ２０側から回動軸１０を介して熱伝導により軸受３０Ａ，３０Ｂに伝熱する熱は、窪み部２ｂ，２ｃが形成されることにより回転軸１０までの到達距離が増加するので、この増加した距離だけケーシング４０の内部空間に放熱され易くなり、軸受３０Ａ，３０Ｂへの伝熱量が減少したと考えることができる。
また、窪み部２ｂ，２ｃ近傍から内部空間を介して熱放射により軸受３０Ａ，３０Ｂに伝熱する熱は、窪み部２ｂ，２ｃの分だけ軸受３０Ａ，３０Ｂまでの到達距離が長くなるので、この長くなった距離だけ電磁波が軸受３０Ａ，３０Ｂに到達し難いものとなり、伝熱量が減少したと考えることができる。
また、上記の要因が重畳的に作用して軸受３０Ａ，３０Ｂの温度が低下したと考えることもできる。
【００３２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下の変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、窪み部２ｂ，２ｃを円周溝状に形成したが、これは窪み部２ｂ，２ｃの熱抵抗的な作用があること等を考慮してなされたものであり、必ずしも円周溝状に窪み部を形成する必要はない。
例えば、図５（ａ）に示す変形例１のように、複数の小孔状の窪み部２ｅが回転軸１０の外周に沿って円環状に形成してもよい。また、図５（ｂ）に示す変形例２のように、窪み部２ｂ，２ｃの外方に、回転軸１０の回転中心軸Ｐ（軸心）を中心として同心円状に窪み部２ｆを形成してもよい。
さらに、ロータ１の端面２Ｂ，２Ｃに散在的に複数の窪み部を設けてもよいし、長孔状の窪み部を複数形成してこれを円環状に配置してもよい。なお、一方の端面２Ｂ，２Ｃにだけ窪み部を設ける構成にしても上述した効果が得られることは言うまでもない。
【００３３】
（２）上記実施形態では、窪み部２ｂ，２ｃが回転中心軸Ｐの方向に沿った断面において、角を有さない形状に構成したが、これは角に磁束密度が集中してモータＡの稼働についての不安定要素を排除するためであり、必ずしも必須の処理ではない。
（３）上記実施形態では、永久磁石型同期モータに本発明を適用して説明したが、他のインナーロータ型のモータに対しても適用することが可能である。
（４）上記実施形態では、ロータ１と回転軸１０とを分離することができる構成としたが、例えば、切削加工によりこれらロータ１と回転軸１０とを一体的に形成してもよい。同様に、ロータコア２は、積層に構成しなくてもよく一体的に構成してもよい。
【００３４】
（５）上記実施形態では、窪み部２ｂ，２ｃは中空のままの構成としたが、窪み部２ｂ，２ｃに断熱材をつめて、これを接着剤によって固定させてもよい。
（６）上記実施形態では、切削加工により端面２Ｂ，２Ｃに溝入れをすることで窪み部２ｂ，２ｃを形成したが、例えば積層することで窪み部が形成される鋼鈑を用いて窪み部２ｂ，２ｃを構成してもよい。
【００３５】
（７）また、各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。例えば、磁極の数やケーシングの形状を適宜変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータＡの概略構成図を示した図である。
【図２】本発明の一実施形態において、図１におけるII−II断面図である。
【図３】本発明の一実施形態において、ロータ１の端面２Ｂ，２Ｃを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るモータＡと溝なしモータとを比較したグラフであって、図４（ａ）は、軸受３０Ａ，３０Ｂの温度を比較したグラフであり、図４（ｂ）は、モータ効率を比較したグラフである。
【図５】本発明の一実施形態において、モータＡの変形例を示した図であって、図５（ａ）は、変形例１を示す図であり、図５（ｂ）は、変形例２を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…ロータ
２Ｂ，２Ｃ…端面
２ｂ，２ｃ…窪み部
１０…回転軸
２０…ステータ
３０Ａ，３０Ｂ…軸受
Ａ…モータ
【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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