特開 2025-1325 回転電機および回転電機を用いた空気圧縮機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025001325

(43)【公開日】2025-01-08

(54)【発明の名称】回転電機および回転電機を用いた空気圧縮機

(51)【国際特許分類】

   H02K 9/19 20060101AFI20241225BHJP

   H02K 5/173 20060101ALI20241225BHJP

   H02K 5/20 20060101ALI20241225BHJP

【ＦＩ】

H02K9/19 Z

H02K5/173 A

H02K5/20

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023100841

(22)【出願日】2023-06-20

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(71)【出願人】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】竹内 啓祐

(72)【発明者】

【氏名】木村 守

(72)【発明者】

【氏名】浅海 勇介

【テーマコード（参考）】

5H605

5H609

【Ｆターム（参考）】

5H605AA01

5H605BB10

5H605BB17

5H605CC02

5H605CC04

5H605DD13

5H605EB10

5H605EB21

5H609BB03

5H609BB19

5H609PP02

5H609PP06

5H609PP07

5H609PP11

5H609QQ05

5H609QQ20

5H609RR26

5H609RR46

5H609RR48

5H609RR51

(57)【要約】

【課題】外部から供給される冷却媒体を用いて回転電機の発熱部位を効率的に冷却する。
【解決手段】回転軸８と、回転子１０と、回転軸８を軸支する軸受１６、２１と、固定子２６と、これらを収容するハウジング２を備える回転電機１において、ハウジング２の円筒部３の一端側を保持するエンドブラケット３０に、軸受１６、２１を収容する円筒状の軸受収容部３１を一体に形成する。エンドブラケット３０には、外部から供給するされる冷却媒体の流路（４２、４３）を形成し、軸方向に延在する軸方向流路４３を分岐させて、回転子１０の端面に冷却媒体を噴射するノズル５０に接続する第一の流路４４と、軸受１６、２１に冷却媒体を噴射するノズル５５に接続する第二の流路４５を形成した。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハウジング内に、回転軸と、前記回転軸に固定される回転子コアを備える回転子と、前記回転子コアの一方側及び他方側において前記回転軸を回転自在に軸支する軸受と、固定子コアと電機子巻線を備える固定子を有し、前記軸受は前記ハウジングに保持される回転電機であって、
前記ハウジングは、円筒部と、前記円筒部の両側に設けられるブラケット部により形成され、
前記ブラケット部に前記軸受の外輪を保持するための軸受ホルダが形成され、
前記ブラケット部には、前記ハウジングの外部から供給される冷却媒体の導入流路と、前記導入流路に接続され前記回転軸の軸線方向に延在するように前記軸受ホルダ内に形成される軸方向流路が形成され、
前記軸方向流路は、前記軸受ホルダから前記回転子の前記回転軸と直交する端面に前記冷却媒体を軸方向に噴射する第一の流路を有し、前記軸方向流路の途中から分岐して前記軸受に冷却媒体を噴射する第二の流路が形成されることを特徴とする回転電機。

【請求項2】

請求項１に記載の回転電機において、
前記第一の流路は第一のノズルに接続され、前記第一のノズルの噴射開口の断面積は、前記第一の流路の断面積よりも小さく形成され、
前記第二の流路は第二のノズルに接続され、前記第二のノズルの噴射開口の断面積は、前記第二の流路の断面積よりも小さく形成されることを特徴とする回転電機。

【請求項3】

請求項２に記載の回転電機において、
前記第二のノズルの噴射開口は複数設けられ、
前記第二の流路の断面積は、複数の前記第二のノズルの噴射開口の断面積の合計よりも大きく形成されることを特徴とする回転電機。

【請求項4】

請求項３に記載の回転電機において、
前記第一のノズルの噴射開口は、前記回転軸から径方向に見て、前記回転子コアの前記端面の占める径方向範囲の中央よりも前記回転軸に近い内側に設けられることを特徴とする回転電機。

【請求項5】

請求項３に記載の回転電機において、
前記軸受ホルダは円筒状であって、
前記第一のノズルは、前記軸受ホルダの長手方向の端面に設けられ、
前記第二のノズルは、前記軸受ホルダの内周面に設けられることを特徴とする回転電機。

【請求項6】

請求項５に記載の回転電機において、
前記第一のノズルの前記噴射開口の形状は、円形、楕円形、もしくは、四角形のいずれかにて形成されることを特徴とする回転電機。

【請求項7】

請求項５に記載の回転電機において、
前記第一のノズルの前記噴射開口からの前記冷却媒体の噴射方向が、前記回転子の回転方向へ所定の角度だけ傾斜して設けられることを特徴とする回転電機。

【請求項8】

請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の前記回転電機と、
前記回転電機によって駆動されるエアエンドと、を備えることを特徴とする空気圧縮機。

【請求項9】

ハウジング内に、回転軸と、前記回転軸に固定され永久磁石を有する回転子と、
前記回転子の前側及び後側において前記回転軸を回転自在に軸支する軸受と、
固定子コアと電機子巻線とを備える固定子と、を備える回転電機であって、
前記ハウジングは、円筒状の胴体部と、前記胴体部の前側を塞ぐと共に前記回転軸が貫通する貫通孔を有する前側エンドブラケットと、前記胴体部の後側を塞ぐ後側エンドブラケットを含んで形成され、
前記前側エンドブラケットの内側には、前記回転軸の前側を軸支する前側軸受の外輪を保持するための前側軸受ホルダが形成され、
前記前側エンドブラケットには、外部から冷却媒体を供給する前側導入流路と、前記前側導入流路に接続され前記回転軸の軸線方向に延在された前側軸方向流路が形成され、
前記前側軸方向流路は、先端の開口が絞り込まれた形状とされることにより前記冷却媒体が速度を速めて前記回転子の前側側面に噴射され、
前記後側エンドブラケットの内側には、前記回転軸の後側を軸支する後側軸受の外輪を保持するための前側軸受ホルダが形成され、
前記後側エンドブラケットには、外部から冷却媒体を供給する前側導入流路と、前記前側導入流路に接続され前記回転軸の軸線方向に延在された後側軸方向流路が形成され、
前記後側エンドブラケットの前記後側軸方向流路は、先端の開口が絞り込まれた形状とされることにより前記冷却媒体の速度を速めて前記回転子の後側側面に噴射することを特徴とすることを特徴とする回転電機。

【請求項10】

請求項９に記載の回転電機において、
前記前側軸方向流路には、前記回転軸と交差する方向であって前記軸受に冷却媒体を供給する第二の前側流路に分岐するように形成され、
前記後側軸方向流路には、前記回転軸と交差する方向であって前記軸受に冷却媒体を供給する第二の後側流路に分岐するように形成されていることを特徴とする回転電機。

【請求項11】

請求項１０に記載の回転電機において、
前記第二の前側流路の開口部分に、先端の開口が細く絞り込まれた第二の前側ノズルが設けられ、
前記第二の後側流路の開口部分に、先端の開口を細く絞り込まれた第二の後側ノズルが設けられることを特徴とする回転電機。

【請求項12】

請求項１１に記載の回転電機において、
前記前側エンドブラケットには、２つの軸受が軸線方向に距離を隔てて設けられ、前記第二の前側ノズルの開口部分は、２つ前記軸受の間に位置することを特徴とする回転電機。

【請求項13】

請求項９乃至請求項１２のいずれかに記載の前記回転電機と、
前記回転電機によって駆動されるエアエンドと、を備えることを特徴とする空気圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機および、それを用いた空気圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

回転電機は出力密度向上や、それによる低コスト化を実現するため、その一手段である高速回転が要請されている。回転電機は、高速回転化によって回転軸を回転自在に支持する軸受における摩擦損失の増加が懸念され、高周波数化によって回転子における渦電流損失やヒステリシス損失等の増加が懸念される。これらの損失によって局所的な発熱が生ずるが、それら発熱箇所の冷却が重要となる。この対策に、冷却媒体を外部から供給し、冷却対象に対して高速かつ拡散させずに噴射させることが行われている。具体的には、冷却媒体の噴射部を冷却対象の近傍に配置し、噴射部までの冷却媒体の流路を構成する。

【0003】

回転電機の回転軸を軸支する軸受と、回転子はいずれも回転部分であるため、これらを効率よく冷却するには連れ回って回転する周囲の流体層に阻まれないように、冷却媒体を確実に冷却対象に当てるための工夫を要する。例えば、特許文献１に記載された回転電機が知られている。特許文献１の回転電機は、エンドブラケットに加工された冷却媒体流路から、回転軸と軸受に向けて潤滑油を供給する。これにより、回転軸と軸受との冷却媒体流路を単一の冷却媒体回路で構成できるため、安価かつシンプルに軸受の潤滑と、軸受と回転子の冷却を実現できる。しかしながら、２つの軸受が回転軸線方向に見てエンドブラケットの厚さ内に収まるように固定されるため、エンドブラケットの厚さが大きくなる。また、厚くなったエンドブラケット内において径方向に延在する冷却媒体流路を設けているので、各部品が干渉しないように配管および噴射部を取り廻すと装置の複雑化を招いてしまう。

【0004】

別の先行技術文献として、特許文献２が知られている。特許文献２ではハウジングの外周部分に冷却媒体（オイル）を供給する流路を設け、回転電機の回転体の外周側から回転子に向けて径方向に冷却媒体を供給している。また、ハウジングの外周部分から分岐させて、エンドブラケットを通って軸受に冷却媒体を供給するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特表２００７－５２３３０８号公報

【特許文献2】特開２０１８－９１３０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の回転電機では軸受と回転軸に対してのみ冷却媒体を供給し、さらに回転軸へ供給する冷却媒体は密封リップによりシールされるため、回転子の主たる発熱箇所である回転子コアや、回転子の界磁源への冷却効果を期待できない。界磁源とは、永久磁石モータの場合は永久磁石、誘導モータや巻線界磁モータの場合は回転子導体を意味する。これにより回転子の熱膨張、磁石の熱減磁、回転子導体の抵抗率増大などによる回転電機の性能劣化を招く。特許文献２の回転電機では、回転子の外周面に対して冷却媒体を噴射する流路を加工し、両流路は１つの給油口から分流して設けられる。しかしながら、回転子の外周側に冷却媒体を充てる方法では、回転子の回転によって連れ回る流体層に弾かれて、効率の良い冷却が阻害される恐れがある。加えて、冷却媒体を軸受と回転子へ確実に供給するために、分岐部をハウジングの円筒部の空間内に配置する必要があり、構造が複雑化する。

【0007】

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、回転電機の外部から冷却用の媒体を供給することにより、回転電機の冷却性能を向上させることにある。
本発明の他の目的は、回転電機のハウジングを形成するエンドブラケットの内部を貫通させる貫通孔を用いた冷却媒体流を形成することで、冷却構造を向上させると共に、部品点数を低減させた回転電機と、回転電機を用いた空気圧縮機を実現させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、ハウジング内に、回転軸と、回転軸に固定される回転子コアを備える回転子と、回転子コアの一方側（前側）及び他方側（後側）において回転軸を回転自在に軸支する軸受と、固定子コアと電機子巻線を備える固定子を有し、軸受はハウジングに保持される回転電機において、ハウジングは円筒部と円筒部の両側に設けられるブラケット部により形成され、ブラケット部に軸受の外輪を保持するための軸受ホルダが形成される。ブラケット部には、ハウジングの外部から供給される冷却媒体の導入流路と、導入流路に接続され回転軸の軸線方向に延在するように軸受ホルダ内に形成される軸方向流路が形成される。軸方向流路は、軸受ホルダの回転子に近い端面から、回転子の回転軸と直交する端面に冷却媒体を軸方向に噴射する第一の流路と、軸方向流路の途中から軸受に冷却媒体を噴射する第二の流路が形成される。第一の流路の下流側端部は第一のノズルに接続され、第一のノズルの噴射開口の断面積を、第一の流路の断面積よりも小さく形成した。第二の流路の下流側端部には第二のノズルが接続され、第二のノズルの噴射開口の断面積は、第二の流路の断面積よりも小さく形成した。

【0009】

本発明の他の特徴によれば、第二のノズルの噴射開口は１つ又は複数設けられ、第二の流路の断面積は、複数の第二のノズルの噴射開口の断面積の合計よりも大きくなるように形成する。また、第一のノズルの噴射開口は、回転軸から径方向に見て、回転子コアの端面の占める径方向範囲の中央よりも回転軸に近い内側に設けられるようにする。第一のノズルは、軸受ホルダの長手方向の端面、即ち回転子に近い端面に設けられ、第二のノズルは、軸受ホルダの内周面に設けられる。

【0010】

本発明のさらに他の特徴によれば、第一のノズルの噴射開口の形状は、円形、楕円形、もしくは、四角形のいずれかにて形成すると良い。また、第一のノズルの噴射開口からの冷却媒体の噴射方向が、回転子の回転方向（周方向）へ向けて所定の角度だけ傾斜して設けられるようにしても良い。以上のような回転電機を用いて、エアエンドを駆動することで、効率が高い空気圧縮機を実現できる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、回転電機の冷却性能を向上させるための冷却構造を、簡易な流路構成にて実現でき、回転電機の製造コストおよびメンテナンス性が改善する。また、冷却媒体を高速にて回転子の端面に噴射するため、回転子の回転によって連れ回る流体層に弾かれずに、確実に冷却媒体を当てて冷却することが可能となる。さらに、回転子の端面だけでなく軸受部分にも同時に冷却媒体を供給できるので、軸受及びその周辺の効果的な冷却を達成できる。上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施例に係る回転電機１の外観を示す斜視図である。

【図2】本発明の実施例に係る回転電機１の正面図である。

【図3】回転電機１の軸方向前半部分の縦断面図である。

【図4】回転電機１の軸方向後半部分の縦断面図である。

【図5】図３に示す回転電機１の冷却媒体流路４０の部分拡大図である。

【図6】図５に示す軸受収容部３１付近の部分拡大図である。

【図7】図４に示す回転電機１の冷却媒体流路７０の部分拡大図である。

【図8】図３の第一の流路４４と第二の流路４５の流路断面の比較図である。

【図9】回転子１０と軸受２１の連れ回る流体層の厚みの比較図である。

【図10】本発明の第２の実施例に係る第一の流路の流路断面図である。

【図11】本発明の第３の実施例に係る第一の流路の流路断面図である。

【図12】本発明の実施例４に係る空気圧縮機２００を示す斜視断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施例に係る回転電機１を、図面を参照して説明する。以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、本明細書においては、前後左右、上下の方向は図中に示す方向であるとして説明する。本実施例の回転電機１は、空気圧縮機の駆動源として用いるのに好適であるが、本発明において駆動される対象（被駆動機器）は特に限定されない。尚、回転子１０の回転軸Ａｘ方向を単に「軸方向」と呼び、回転方向θは「周方向」と呼んで説明する場合がある。

【実施例0014】

図１は、本発明に係る回転電機１の斜視図であり、図２は図１に示す回転電機１の正面図である。回転電機１は埋込磁石同期モータであって、図では見えない回転子と固定子をハウジング２内に収容したものである。ハウジング２は、前側及び後側に開口を有する円筒形の胴体部３と、胴体部３の前側開口に取り付けられる前側のエンドブラケット３０と、胴体部３の後側開口に取り付けられる後側のエンドブラケット６０によって主に構成される。本実施例では、ハウジング２を３つの部材（胴体部３、エンドブラケット３０、エンドブラケット６０）に分割して形成している。エンドブラケット３０、６０が、本発明の「ブラケット部」に相当する。尚、ハウジング２をどのような分割形式で構成するかは任意である。

【0015】

前側のエンドブラケット３０には貫通孔３２が形成され、回転子１０（図３で後述）が固定される回転軸８の一端側がハウジング２の外部に突出する。ハウジング２には、冷却媒体を供給するための２つの供給口４１、７１が形成される。回転軸線Ａｘ方向に見て前側に位置するエンドブラケット３０の外周面の一か所（ここでは上側）に、冷却媒体を供給するための供給口４１が形成される。また、回転軸線Ａｘ方向に見て後側に位置するエンドブラケット６０の外周面の一か所（ここでは上側）に、冷却媒体を供給するための供給口７１が形成される。本明細書では図２にて示すように、回転子１０の径方向をｒ（＋ｒが外周側）で表し、回転子１０の回転軸８の軸方向（回転軸方向）をＡｘで表し、回転子１０の回転方向をθで表す。

【0016】

図３は、回転電機１の軸方向前半部分の縦断面図（図２のＩ－Ｉ部に相当する断面図）である。回転電機１の前方側は、外側を円筒形の一体構造で製造された胴体部３と、胴体部３の前側開口３ａを塞ぐエンドブラケット３０によりハウジング２が形成される。エンドブラケット３０は、回転軸８を前方に貫通させるための貫通孔３２が形成され、貫通孔３２の周囲から内側の回転子１０方向に向けて、円筒状の軸受収容部３１が形成される。軸受収容部３１は２つの軸受１６、２１を保持するために形成されるもので、軸受収容部３１が、本発明の「軸受ホルダ」に相当する。軸受収容部３１は、エンドブラケット３０と同一の材料にて一体に製造される。尚、軸受収容部３１とエンドブラケット３０を一体式でなくて別ピースにて形成しても良い。

【0017】

回転子１０は回転軸８に固定されるもので、略円柱状であり、回転子コア１１と、永久磁石１２と、回転子端板１３とを備える。固定子２６は略円筒状の固定子コア２７と、電機子巻線２８とを備える。回転子コア１１と固定子コア２７は、例えば、公知の手法により薄い電磁鋼板を回転軸線Ａｘ方向に複数積層することによって製造される。

【0018】

固定子２６は胴体部３の内周面に固定され、回転子１０は軸受１６、２１を介してエンドブラケット３０の軸受収容部３１に回転自在な状態にて軸支される。また、エンドブラケット３０は胴体部３に対して、回転子１０と固定子２６の同心を確保するように固定される。エンドブラケット３０と胴体部３の固定の方法は任意であり、例えば図示しないボルトで固定する。また、回転電機１の内部への夾雑物の侵入および冷却媒体の漏れを防ぐために、エンドブラケット３０と胴体部３の開口部３ａ間の接触面にＯリング６が介在される。エンドブラケット３０、６０（図４で後述）と胴体部３の材質としては、炭素鋼、ステンレス、アルミニウム合金などを用いることができ、回転子端板１３、１４（図４で後述）の材質としては非磁性ステンレス鋼、アルミ、銅合金などが考えられる。

【0019】

回転子コア１１および回転子端板１４は、回転軸８に圧入もしくは焼き嵌めして固定される。回転子コア１１の固定のためのその他の方法としては螺着、接着、溶接などが考えられる。永久磁石１２は回転子コア１１に嵌装され、追加で接着もしくは樹脂一体モールドにより固定しても良い。回転軸８は動力伝達用の出力軸として機能し、回転子コア１１および永久磁石１２は回転子１０の磁気回路として機能する。回転子端板１３は切削等による局所的な質量軽減により、回転子１０の静バランス、動バランスの調整部品としての機能を有する。固定子２６は固定子コア２７に電機子巻線２８を巻回して製作され、電機子巻線２８に制御された電流・電圧を通電して固定子コア２７に回転磁界を発生させ、回転子１０に回転動力を与える機能を有する。

【0020】

軸受１６、２１の外輪は、軸受収容部３１に対して、すきまばめ、もしくは中間ばめにて嵌合される。本実施例では軸受１６、２１は背面合わせの２列組合せアンギュラ玉軸受であり、回転軸線Ａｘ方向に２列並んで構成される。しかしながら、軸受の種類や、配置数は任意であり、単列もしくは複数列の任意の転がり軸受や、その他の軸受手段を適用することも可能である。２列の軸受１６、２１の間には外輪間座５５と内輪間座７ｂが配置される。外輪間座５５は軸受収容部３１と嵌め合い、軸方向の両面において軸受１６及び軸受２１の外輪と接触する。内輪間座７ｂは回転軸８と嵌め合い、軸方向の両面において軸受１６及び軸受２１の内輪と接触する。また、軸受１６の外輪は外輪押さえ３５により回転子１０に近い側（後方側）から軸方向前方側に押圧され、軸受２１の内輪は内輪押さえ７ａにより軸方向の回転子１０に近い側（後方側）に押圧される。このように軸受１６、２１は所定の予圧により保持された状態にて回転電機１が運転されることにより、摩擦損失や振動・騒音を低減でき、疲れ寿命を長くすることができる。

【0021】

エンドブラケット３０には冷却媒体流路４０が形成される。冷却媒体流路４０は、供給口４１からノズル５０及び外輪間座５５に至るもので、径方向に延在する導入流路４２と、導入流路４２の回転軸線Ａｘに近い端部から軸受収容部３１内を回転軸線Ａｘ方向に向けて延在する軸方向流路４３と、軸方向流路４３の途中で下方向に分岐する第２の流路４５を含んで形成される。ここで、「軸方向」とは、回転軸線Ａｘと完全に平行であることが要求されるのはなく、ある程度の範囲を許容するもので、平行状態からずれるような流路であっても良い。軸方向流路４３の回転子１０に近い端部には、冷却媒体の第一の噴射部となるノズル５０が設けられる。つまり、ノズル５０は、軸受ホルダの長手方向（回転軸線Ａｘ方向）の端面に設けられる。

【0022】

第２の流路４５の下流側には、冷却媒体の第二の噴射部となる外輪間座５５が設けられる。ここで、軸方向流路４３は略円筒形の軸受収容部３１の周方向に見て上側部分に１か所だけ配置される。その周方向の位置は、図２のように回転軸線Ａｘ方向視においてＩ－Ｉ断面と、ＩＶ－ＩＶ断面の交差する点付近とするのが好ましい。このように配置することで、エンドブラケット３０の上端に形成される供給口４１から軸方向流路４３に至る経路、即ち導入流路４２を中心軸線Ａｘを中心とした径方向上に、最短距離で配置できる。

【0023】

回転電機１の外部から温度が調整された冷却媒体（図示せず）が、供給口４１へ所定の圧力で圧送される。供給口４１を介して圧送される冷却媒体の一部は、導入流路４２、軸方向流路４３からノズル５０に至り、ノズル５０から噴射され、回転子１０の回転軸８と直交する端面、ここでは回転子端板１３に到達する。また、圧送されるの冷却媒体の残りは、軸方向流路４３から分岐して第二の噴射部となる外輪間座５５に到達し、外輪間座５５から噴射されることにより軸受１６、２１に到達して排熱の一手段とされる。このようにハウジング２の外部から冷却用の媒体（図示せず）が主に２つの部位（回転子１０、軸受１６、２１）に供給される。その後、軸受収容部３１の径方向内側に残留した冷却媒体は、軸受１６、２１の間に設けられた外輪間座５５の貫通孔５８及び第一の貫通孔４６と、第一の貫通孔４６に対して軸方向において回転電機１の外側に設けられた第二の貫通孔４７から重力および吸引ポンプ９１による負圧などによりハウジング２の鉛直方向下側へ誘導され、排出口４、排出口５（図４参照）からハウジング２の外へ排出される。本実施例では、冷却媒体として潤滑油を用いることを想定しているが、潤滑剤を添加したＨＦＣ等、油以外の冷却媒体も適用できる。

【0024】

所定の部位を冷却した後に、高温になった冷却媒体は、重力により胴体部３の内側底面付近に移動し、排出口４から所定の負圧で吸引される。この冷却媒体の循環回路を構成するために、回転電機１には、外部冷却媒体回路９０が接続される。外部冷却媒体回路９０は、吸引ポンプ９１により、排出口４、５（後述の図４参照）から回転電機１内部の冷却媒体を吸引し、冷却媒体用のタンク９２に一時貯蔵する。タンク９２に貯蔵された冷却媒体は、ポンプ９５により所定の圧力で吸い出され、フィルター９３にて夾雑物を除去した後に熱交換器９４に送出される。熱交換器９４では、外部の空気との熱交換によって冷却媒体を所定の低い温度に調整し、その後に冷却媒体は配管を通って再び供給口４１、７１（後述の図４参照）に供給される。以上により、冷却媒体が回転電機１の内部空間内に供給され、所定の冷却対象部位を冷却する。

【0025】

図４は、回転電機１の後半部分の縦断面図（図２のＩ－Ｉ部に相当する断面）である。回転電機１の後半部分は、基本的に前半分と対称形状に構成すると良いが、軸受６６の形状や数、軸受収容部６１の形状等を変えて構成することも可能である。ハウジング２の胴体部３の後側開口３ｂは、後側のエンドブラケット６０にて閉鎖される。回転電機１の後ろ側には回転軸８が貫通しないため、エンドブラケット６０には回転軸線Ａｘ方向に貫通する貫通孔は形成されない。エンドブラケット６０の内側の回転軸近傍には、回転軸線Ａｘ方向前方側に突き出した円筒状の軸受収容部６１が形成され、内側に軸受６６を保持する。軸受収容部６１が、本発明の「後側の軸受ホルダ」に相当する。つまり、本実施例では回転子１０の前側と後側にそれぞれ軸受ホルダが設けられる。ここでは軸受収容部６１にて保持される軸受６６の数が一つであり、円筒ころ軸受が使用される。軸受収容部６１の回転軸線Ａｘ方向の長さは、軸受６６の数が１つであるので、図３で示した軸受収容部３１の長さよりも短くなっている。軸受６６の外輪６９は、軸受収容部６１に対して、すきまばめ、もしくは中間ばめにて嵌合される。

【0026】

前側のエンドブラケット３０（図３参照）と同様に、エンドブラケット６０内にも冷却媒体流路７０が形成される。冷却媒体流路７０は、供給口７１から径方向に延在する導入流路７２と、導入流路７２の回転軸線Ａｘに近い端部から回転軸線Ａｘ方向前方に向けて延在する軸方向流路７３と、軸方向流路７３の途中で分岐する第二の流路７５を含んで形成される。軸方向流路７３は略円筒形の軸受収容部６１の周方向に見て最上部の１か所だけに配置される。軸方向流路７３の回転子１０に近い端部には、冷却媒体の第一の噴射部となるノズル８０が設けられる。第二の流路７５の下流側には、冷却媒体の第二の噴射部となる外輪間座８５が設けられる。外輪間座８５は、エンドブラケット６０の壁面と軸受６６の外輪の後方側との間を所定の距離に保つための機能を有すると共に、冷却媒体を所定の方向に噴射するためのノズルとしての機能も有する。軸受６６の外輪６９の前方側は外輪押され６５によって保持される。

【0027】

ノズル８０から前方に向けて噴射される冷却媒体は、回転子端板１４に到達する。回転子端板１４に到達し、回転子端板１４から熱を奪った冷却媒体は、重力によって胴体部３の内側底面付近に落下する。また、詳細は図７にて後述するが、第二の噴射部となる外輪間座８５から噴射された冷却媒体は軸受６６に到達する。軸受６６の後側の外輪間座８５の下側には貫通孔８８が形成され、貫通孔８８が軸受収容部６１に形成された貫通孔７６と連通することにより、軸受６６から熱を奪った余剰の冷却媒体が胴体部３の内側底面に落下する。このようにハウジング２の外部から冷却用の媒体が供給されることにより、回転子１０や軸受６６付近の排熱除去の一手段とされる。ハウジング２の内側底部に溜まった冷却媒体は、胴体部３の下側に形成された排出口５を介して吸引ポンプ９１により所定の負圧で吸引され、冷却媒体のタンク９２（図３参照）に戻る。

【0028】

図５は、図３に示す回転電機１の冷却媒体流路４０の部分拡大図である。冷却媒体流路４０はエンドブラケット３０の回転電機１の外側に面する端面に開口した供給口４１（図３参照）から、回転子１０の近傍、及び、冷却対象の軸受１６、２１まで至る流路である。供給口４１（図３参照）から回転電機１内部に向かって圧送された冷却媒体は、Ｆ１のように流れる。尚、本実施例では供給口４１がエンドブラケット３０の径方向端面における鉛直方向端部（上端）に開口しているが、冷却媒体は圧送されるため、径方向端面のどこに開口していても良い。冷却媒体流路４０は、導入流路４２にて径方向外側から内側まで延在し、接続点４３ａにて軸方向流路４３に接続され、冷却媒体はＦ２のように流れる。導入流路４２と軸方向流路４３の断面の形状と断面積の大きさは同一にすると良い。これら２つの流路４２、４３は、ドリルによる穿孔加工で容易に形成できる。

【0029】

軸方向流路４３の途中の分岐点４３ｂにおいて流れＦ６のように下向きに向かう第２の流路４５が分岐する。分岐点４３ｂより下流側の軸方向流路４３は、Ｆ３の流れの第一の流路としてノズル５０まで接続される。ノズル５０は、先端の開口が細く絞り込まれた形状とされ、流れＦ３の断面を絞ることで早い速度の流れＦ４にて、冷却媒体を回転子端板１３に噴射する。一方、分岐点４３ｂより下流側の第２の流路４５への冷却媒体の流れＦ６は、ノズルの機能を兼ねる外輪間座５５から流れＦ７のように流れて第一の軸受１６に到達し、流れＦ８のように流れて第二の軸受２１に到達する。

【0030】

本実施例ではエンドブラケット３０に軸受収容部３１を形成し、その軸受収容部３１内に冷却媒体を供給するための軸方向流路４３を設けた。さらに、この軸方向流路４３を分岐点４３ｂにて第一の流路４４と第２の流路４５に分岐するようにしたので、１本の流路（軸方向流路４３）により、複数個所の冷却対象への冷却媒体の供給が可能となった。しかも、軸方向流路４３は軸受収容部３１内に形成されるので、軸受収容部３１の外側に別の管を配置する必要が無い。尚、回転電機１から軸方向流路４３へ冷却媒体を供給する流路（導入流路４２）を設ける位置は任意である。本実施例では、エンドブラケット３０の径方向外側から内側へ穿孔加工によって形成できることから、径方向に向けて導入流路４２を形成したが、導入流路４２を別の管路として配置することも可能である。例えば、回転電機１外側の軸方向端面（接続点４３ａ）の部分から最短距離となるエンドブラケット３０の外表面（矢印３０ａ付近）に接続するようにしても良い。

【0031】

第一の軸受１６は、外輪１８と内輪１９の間に多数のボール等の転動体１７を有するアンギュラ玉軸受を用いることができる。また、第二の軸受２１は、外輪２３と内輪２４の間に多数のボール等の転動体２２を有するアンギュラ玉軸受を用いることができる。ここでは、外輪１８と外輪２３の接触角の配置及び向きが逆向きになるように配置している。第一の軸受１６の外輪１８と、第二の軸受２１の外輪２３の間に設けられる外輪間座５５は、外輪１８、２３の間を一定に保つための機能だけでなく、第二の流路を通る矢印Ｆ６で示す冷却媒体の第二の噴射部（ノズル）としての機能も果たす。第一の軸受１６の内輪１９と、第二の軸受２１の内輪２４の間には、円筒状の内輪間座７ｂが設けられる。また、第二の軸受２１の内輪２４の前方側は、円筒状の内輪押さえ７ａによって軸受２１の軸方向前方側への移動を制限する。

【0032】

本実施例において第一の噴射部５０からの噴射の狙い位置は、軸方向流路４３による第一の流路の延長線上と回転子１０が初めて衝突する位置であり、回転子端板１３が位置する回転子１０の側面である。回転子端板１３が回転子コア１１よりも小径、もしくは回転子端板１３が設けられない場合には、回転子コア１１もしくは永久磁石１２が噴射の狙い位置であっても良い。第二の噴射部５５の狙い位置は、軸受１６の内輪１９もしくは転動体１７であり、さらに、軸受２１の内輪２４もしくは転動体２２である。ただし、第二の噴射部５５の狙い位置は、外輪１８及び２３であっても良い。

【0033】

第一の噴射部５０は軸線方向の流速成分を持つように設定され、矢印Ｆ４に示すように冷却媒体は回転子１０の回転軸Ａｘに対して略平行方向に噴射され、垂直な面（回転子端板１３）にかかる。その後、矢印Ｆ５に示すように冷却媒体は回転する回転子１０の遠心力により周方向に回転しつつも主に径方向外側へ伝っていく。第一の噴射部５０の矢印Ｆ４で示す噴射の狙い位置は、回転軸線Ａｘから半径Ｒｏである。この回転軸８の中心軸（回転軸）Ａｘとの距離は、回転子コア１１とはめあう軸方向位置における回転軸８の外半径Ｒｓよりも大きく、回転子コア１１の外半径Ｒｒよりも小さき地点であって、回転子コア１１の前側の端面の占める径方向範囲のほぼ中央（＝（Ｒｓ＋Ｒｒ）／２）の位置よりも小さくなるようにする。このように矢印Ｆ４で示す噴射の狙い位置は、回転子コアの中央付近よりも回転軸８に近い内側領域内に設定される。

【0034】

回転子端板１３に付着した冷却媒体は、回転子１０の主たる発熱源である回転子コア１１および永久磁石１２の熱を、回転子端板１３を介して奪う。冷却媒体は矢印Ｆ４のように回転子端板１４の外周面に達した後、遠心力により回転しながら矢印Ｆ５の径方向方向に分散するように飛散し、電機子巻線２８の軸方向の端部へかかり、コイル２８への通電により発生した熱を冷却する。冷却媒体は、その後重力および吸引ポンプ９１による負圧などによりハウジング２の鉛直方向下側へ誘導され、排出口４（図３参照）、排出口５（図４参照）からハウジング２の外へ排出される。

【0035】

第二の噴射部である外輪間座５５から噴射された冷却媒体の一部は、軸受１６にかかり、転動体１７および内輪１９の回転により周方向に攪拌され、軸受１６全体に亘って転動体１７と内輪１９および外輪１８との間に潤滑膜を形成して潤滑する。同様に、外輪間座５５から噴射された冷却媒体の残りは軸受２１にかかり、転動体２２および内輪２４の回転により周方向に攪拌され、軸受２１全体に亘って転動体２２と内輪２４および外輪２３との間に潤滑膜を形成して潤滑する。このように、冷却媒体流路４０によって、温度調整された冷却媒体を継続噴射することにより、機械損失により軸受１６、２１に発生する熱を冷却することができる。

【0036】

図６は、図５に示す回転電機１の軸受収容部３１付近のさらなる拡大図である。図６では２つの軸受１６、２１の図示を省略している。導入流路４２の長さ、即ち供給口４１（図３参照）から接続点４３ａまでの長さはＨである。接続点４３ａから軸線Ａｘ方向に延在する軸方向流路４３の長さはＬ１である。また、軸方向流路４３の先端には、ノズル５０によって長さＬ２分の流路が追加される。従って、接続点４３ａから噴射のための開口５３ａまでの長さは、Ｌ（＝Ｌ１＋Ｌ２）となる。長さＬ１は、長さＬ２よりも大きくすると好ましく、Ｌ１＞Ｌ２の関係で構成することにより、ノズル５０を小形にでき、製作性および組立性を改善できる。

【0037】

ノズル５０は、エンドブラケット３０とは別部品で形成されたもので、円柱状の部材に、軸方向流路４３の断面と同径の太径部５１と、断面を小さく形成された細径部５３と、太径部５１から細径部５３に至る部位を漏斗状に絞り込むように形成されたテーパー部５２をそれぞれ形成したものである。ここで細径部５３の先端の開口５３ａの形状は、円形である。ノズル５０の外形部の一部には雄ネジ５４が形成され、軸受収容部３１の雌ネジが形成された取付孔４８にねじ込み接続され、シールテープやシールワッシャ等で冷却媒体が漏れないように配慮される。外輪押さえ３５は略円環状の部位３５ａと、円環部の内周側端部から前方側に延在する胴体部３５ｂが一体に製造されたような形状とされる。尚、図６では図示していないが、ノズル５０を軸受収容部３１に螺合させる場合に、外輪押さえ３５も共締めするようにして、外輪押さえ３５も固定するように構成しても良い。

【0038】

第二の噴射部たる外輪間座５５には、第２の流路４５に連通する貫通孔５６が形成される。貫通孔５６の下側端面は閉鎖されており、下側端面付近から後方側に貫通する第一の噴射孔５７ａと、前方側に貫通する第２の噴射孔５７ｂが形成される。噴射孔５７ａからは矢印Ｆ７のように斜め下側に向けて、即ち、第一の軸受１６の内輪１９に向けて冷却媒体が噴射され、噴射孔５７ｂからは矢印Ｆ７のように斜め前側に向けて、即ち、第二の軸受２１の内輪２４に向けて冷却媒体が噴射される。噴射孔５７ａ、５７ｂの断面の大きさは、貫通孔５６の断面の大きさに比べて十分小さくし、噴射孔５７ａ、５７ｂの断面積の合計が、第２の流路４５の断面積よりも小さくなるように設定すると良い。

【0039】

図７は、図４に示す回転電機１の冷却媒体流路７０の部分拡大図である。導入流路７２は、即ち供給口７１（図４参照）から接続点７３ａまでの鉛直方向に延在するように伸び、接続点７３ａから軸線Ａｘ方向前方に延在する軸方向流路７３が形成される。軸方向流路７３の先端には、ノズル８０が接続される。また、軸方向流路７３の途中の分岐点７３ｂから下方向に分岐する第二の流路７５が形成される。第二の流路７５の下流側には、冷却媒体の第二の噴射部となる外輪間座８５が設けられる。ここで、軸方向流路７３は略円筒形の軸受収容部６１の周方向に見て上側部分に１つだけ配置される。その周方向の配置は、図２のように回転軸線Ａｘ方向視においてＩ－Ｉ断面と、ＩＶ－ＩＶ断面の交差する点付近とするのが好ましい。

【0040】

ノズル８０は、軸受収容部６１とは別部品で形成されたもので、円柱状の部材に、軸方向流路７３の断面と同径の太径部８１と、断面を小さく形成された細径部８３と、太径部８１から細径部８３に至る部位を漏斗状に絞り込むように形成されたテーパー部８２をそれぞれ形成したものである。ここで細径部８３の開口８３ａの形状は、円形である。ノズル８０の外形部の一部には雄ネジ部（図示せず）が形成され、軸受収容部６１の雌ネジが形成された取付孔７６にねじ込み接続され、シールテープやシールワッシャ等で冷却媒体が漏れないように配慮される。尚、図７では図示していないが、ノズル８０を軸受収容部３１に螺合させる際に、外輪押さえ６５も共締めするようにしても良い。

【0041】

外輪押さえ６５は略円環状の部位６５ａと、内周側端部から前方側に延在する円筒部６５ｂにより形成される。外輪間座８５は、第２のノズルを形成するものであり、第二の流路７５に連結される穴部８６を有し、穴部８６の底面付近から細長い貫通孔８７が接続される。貫通孔８７の直径は、穴部８６の断面の大きさに対して十分小さく形成される。

【0042】

供給口７１（図４参照）から導入流路７２に流入する冷却媒体はＦ１１のように径方向外側から内側に向かって流れ、分岐点７３ｂにてＦ１２のように軸方向流路７３に向きを変えて流れ、流れＦ１３からＦ１４のようにノズル８０から後側の回転子端板１４の側面に噴射される。導入流路７２の分岐点７３ｂからは、Ｆ１５に示す第二の流路７５が分岐されるので、第２のノズルである外輪間座８５内に到達した冷却媒体は、矢印Ｆ１６の方向に軸受６６の外輪６７、転動体６８に対して噴射される。冷却対象の軸受６６付近から熱を奪って高温になった冷却媒体は、ハウジング２の内側において重力により底部に落下し、排出口５（図４参照）から所定の負圧で回転電機１の外へ排出される。

【0043】

図８は第一の流路４４と第二の流路４５の流路断面の比較図である。第一の噴射部であるノズル５０の流路断面積Ｓｒ２と第二の噴射部であるノズル５５の流路断面積Ｓｂ２はそれぞれ、分岐点４３ｂ近傍の第一の流路４４の流路断面積Ｓｒ１、第二の流路４５の流路断面積Ｓｂ１よりも小さく設けられる。また、第二の噴射部のノズル５５の流路断面積Ｓｂ２は、第一の噴射部のノズル５０の流路断面積Ｓｒ２よりも小さくなるように設定される。

【0044】

次に、本実施例の作用効果および原理について説明する。冷却媒体流路４０は、エンドブラケット３０に加工された単一の供給口４１から冷却媒体を圧送し、分岐部４３ｂにおいて回転子端板１４へ噴射する第一の流路４４と、軸受１６、２１へ噴射する第二の流路４５に分岐するように形成される。これにより、追加の配管部材を回転電機１内部に設置することなく回転子端板１４及び軸受１６、２１に冷却媒体を供給でき、装置の簡素化、低コスト化が可能となり、分解が容易になってメンテナンス性に優れる。

【0045】

導入流路４２に接続される軸方向流路４３は、分岐点４３ｂから第一の流路４４として第一の噴射部（ノズル５０）に至る流路を形成する。つまり、第一の流路４４は、軸方向流路４３の分岐点４３ｂよりも下流側の一部を指している。第一の流路４４を形成したことで、冷却媒体を回転子端板１４の近傍まで容易に取り廻すことができ、回転子１０の端面に冷却媒体を当てることができるので、回転子１０の周囲を連れ回る流体層に阻まれずに回転子１０を効率良く冷却することができる。さらに、この軸方向流路４３による流路は、軸受収容部３１の軸受１６、２１の外径側を軸方向に通るので、軸受１６の外輪１８、軸受２１の外輪２３から軸受収容部３１やエンドブラケット３０へ伝達される熱を冷却する効果もある。

【0046】

このように、本実施例の冷却機構により、軸受１６、２１の温度を低下させて軸受すきまを適正に保ち、機械損失の低減と疲れ寿命の改善を実現できる。また、複雑な配管構成を取ることなく、分岐点４３ｂから下方向（径方向）に延在する第二の流路４５を形成し、それに取り付けた簡易な構造の外輪間座５５を用いて軸受１６、２１に対する冷却媒体の噴射機構を実現した。この噴射機構は、軸受１６、２１の近傍まで容易に取り廻すことができる。これにより、冷却媒体の噴射流速の減衰を小さく抑え、拡散を防ぐことができ、軸受１６、２１の周囲を連れ回る流体層に阻まれずに冷却媒体を当てて確実に冷却することができる。

【0047】

第一の噴射部５０は軸方向の流速成分を持つ向きに設けられ、回転子１０の回転軸Ａｘに対して略垂直な面にかかる。この時、冷却媒体が回転子１０にかかった後に摩擦力および遠心力により周方向と径方向へ伝って拡散し、広い面積にわたって冷却媒体が吸着する。例えば、回転軸８の円筒面に対して径方向内向きに冷却媒体を噴射した場合は、冷却媒体は回転子１０にかかった後、周方向にのみ伝って飛散するため、冷却媒体の吸着面積は限定される。以上より、本実施例は冷却性能を向上させることができる。

【0048】

第一の噴射部５０は回転子端板１４に冷却媒体をかけ、回転子端板１４は軸方向において回転子コア１１および永久磁石１２と接触して設けられる。回転子１０において、永久磁石１２は渦電流損失により発熱し、高温時には熱減磁による回転電機１の性能劣化を招く。回転子コア１１は渦電流損失およびヒステリシス損失により発熱し、高温時には熱応力で損失の更なる増加、回転軸８へ熱伝達されて軸方向に熱膨張して軸受１６、２１の予圧異常、内輪１９へ熱伝達し軸受１６、２１の運転すきま減少による機械損失の増大と疲れ寿命の短縮が発生して回転電機１の性能劣化を招く。回転子端板１４に冷却媒体をかけることにより、回転子端板１４を介して回転子コア１１および永久磁石１２を冷却することができ、さらにそれぞれは軸方向において接触して設けられるため、効率よく冷却でき、結果として上述の性能劣化を防ぎ、回転電機１の性能を改善できる。尚、回転子端板１４が第一の噴射部５０と回転子コア１１の間に設けられない場合（回転子端板１４が、第一の噴射部５０の中心線の延長線よりも小径、もしくは無い場合も同様）においても、回転子コア１１もしくは永久磁石１２に冷却媒体が直接かかるため、同等以上の冷却効果が得られる。

【0049】

第一の噴射部５０の流路断面積Ｓｒ２と第二の噴射部５５の流路断面積Ｓｂ２は、それぞれ、分岐点４３ｂ近傍の第一の流路の流路断面積Ｓｒ１、第二の流路４５の流路断面積Ｓｂ１よりも小さく設けられる。これにより、冷却媒体を軸受１６、２１および回転子１０に対して高速かつ大きく拡散させずに噴射することができ、連れ回る周囲の流体層を貫いて確実に冷却媒体を当てて冷却することができる。

【0050】

第二の噴射部５５の流路断面積Ｓｂ２は、第一の噴射部５０の流路断面積Ｓｒ２よりも小さくなるように設けられる。図９は回転子１０と軸受２１の連れ回る流体層の厚みの比較図である。軸受２１は転動体２２が周方向において等間隔に配置されて回転している。そのため、周囲の流体は転動体２２により攪拌され、軸方向における転動体２２の厚さと同等の厚さＷｂの高速回転する流体層が形成される。一方で回転子端板１４の軸方向端面は、表面粗さおよび周囲の流体の粘度に応じてごく表層の厚さＷｒの流体層のみが高速回転している。ＷｂはＷｒに対して非常に大きいため、流体層に阻まれないために必要となる噴射速度は軸受２１の方が高い。冷却媒体の狙い位置において、回転子１０の方が軸受２１よりも外径側に位置し、周速が大きい場合も必要な噴射速度は軸受２１の方が高い。このため、第二の噴射部５５の流路断面積Ｓｂ２は、第一の噴射部５０の流路断面積Ｓｒ２よりも小さくなるように設けることで、確実に冷却媒体を回転子１０に当てつつ、軸受１６および２１にかける冷却媒体の量を多くすることができ、冷却性能を向上させることができる。第一の噴射部５０と第二の噴射部５５の流路断面形状を円形となるように設けられる。これにより、冷却媒体流路４０の圧力損失を小さくすることができ、ポンプ９５の出力を低減でき、安価かつ小形な外部冷却媒体回路９０を構成できる。

【0051】

以上、実施例を用いて回転電機の冷却構造を説明した。図８及び図９で説明した特徴は、図４及び図７で示す後方側の冷却媒体流路７０にも同様に適用される。本実施例は埋込磁石同期モータを想定しているが、他の種類のモータ、ジェネレータにおいても本開示と同じ構成で同様の効果が得られる。表面磁石同期モータの場合は、磁石の径方向の位置・形状のみが異なるため、同じ原理で同様の効果が得られる。誘導モータおよび巻線界磁モータの場合は界磁源が永久磁石でなく回転子導体であり、運転中は界磁電流を通電してオームの法則に則った銅損が発生して発熱する。高温になった場合は回転子導体の抵抗率増大による銅損の更なる増加で性能が劣化するため、同じ構成を適用することで性能劣化を防ぐことができる。回転子に界磁源を持たず、最低限の構成として回転軸および回転子コアのみを有すシンクロナスリラクタンスモータ、スイッチトリラクタンスモータなどに関しても、上述した回転子コアの発熱による性能劣化が生じるため、同じ冷却構成で同様の効果が得られる。以上より、回転子に発熱要因を持つ任意のモータ、ジェネレータ等の回転電機に関して本構成で同様の効果が得られる。

【実施例0052】

図１０は第一の噴射部の形状を変更した第２の実施例を示すもので、図２のＩＶ－ＩＶ面に相当する図である。この実施例ではノズル５０Ａの形状が、第一の実施例のノズル５０の形状と一部異なる。形状１で示すノズル５０Ａでは、開口５３ｂの形状が略四角形状であって、例えば、水平方向に延在する辺が長手となるようにした。開口５３ｂの形状により、噴射後の冷却媒体の拡散を一方向のみに抑制することができ、円形状や正四角形状で大きくした場合に比べて、噴射速度を大きく下げずに冷却媒体の吸着面積を大きくできる。また、第１の実施例の作用効果に加えて、さらに回転電機１の冷却性能お改善することができる。

【0053】

図１０で形状２と示すのは、第２の実施例の変形例である。ここでは、開口５３ｃを長方形状ではなくて、長軸が水平方向に延在する楕円形状とした。このように噴射後の冷却媒体の拡散を特定の一方向の拡散度合いを大きくしつつ、別の方向の拡散度合いを小さくすることができる。尚、開口５３ｂ、開口５３ｃを有する細径部の流路形状は同じであり、太径部５１から細径部に至る部分を滑らかな曲面にて接続するようにテーパー部５２の形状を決定すると良い。