CN107795583A - 带有磁性流体密封的轴承单元及驱动马达 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使用性及向旋转轴部分的装配作业性良好、可发挥稳定的密封功能的带有磁性流体密封的轴承单元。具体而言，本发明的带有磁性流体密封的轴承单元(1)具有：内圈(3)及外圈(5)，由磁性材料形成；多个滚动体(7)，安装在内圈(3)和外圈(5)之间；磁性密封机构(10)，配设在内圈(3)和外圈(5)之间，以阻止异物向多个滚动体侧进入；圆筒状且非磁性的内圈侧支撑部件(30)，嵌合、保持于内圈(3)；及圆筒状且非磁性的外圈侧支撑部件(40)，嵌合、保持于外圈(5)。

Description

带有磁性流体密封的轴承单元及驱动马达

技术领域

本发明涉及带有磁性流体密封的轴承单元及驱动马达，所述带有磁性流体密封的轴承单元在旋转自如地支撑旋转轴的同时，使灰尘、水分等异物不会进入到内部。

背景技术

通常，在设置于各种驱动力传递机构的旋转轴部分、驱动马达的旋转轴(输出轴)部分上配设有轴承。通常，轴承多是使用在内圈和外圈之间沿着周向收容有多个滚动体(滚动部件)的所谓的球轴承(ball bearing)，通过使用这样的类型的轴承，可实现旋转轴的旋转性能的提高。

可是，对于上述类型的轴承，为了防止灰尘、水分等异物进入到内部，已知有下述的构成，即，例如如专利文献1所公开的那样安装有磁性流体密封机构的构成(带有磁性流体密封的轴承)。安装于该轴承的磁性流体密封机构构成为，通过以内圈侧的外周面或外圈侧的内周面为固定侧安装环状的磁铁而形成磁回路，并将磁性流体保持在相反侧的间隙(外圈侧的内周面的间隙或内圈侧的外周面的间隙)中，来使异物不会进入到滚动体。

此外，关于磁性密封机构，还已知有下述情况，即，配设成保护配设在旋转轴与框架等框体部分之间的轴承，且不安装于轴承本身。例如，在专利文献2中公开有以下述方式构成的驱动马达，即，对于配设在电动卷筒的驱动马达的框架(壳体)和驱动轴之间的轴承，通过在框架上一体形成凸缘部，且在其凸缘部分上配设磁性密封机构，所述磁性密封机构在与驱动轴之间保持有磁性流体，来使异物不会进入轴承。

专利文献1：日本特开2015-10673号公报

专利文献2：日本特开2014-161300号公报

发明内容

由于如上所述的带有磁性流体密封的轴承为利用由磁铁形成的磁回路来保持磁性流体的构成，因此需要对其使用、向旋转轴部分的装配作业加以注意。例如，存在有下述可能性，即，当将带有磁性流体密封的轴承载放在金属制的工作台等具有磁性的部分上时，则磁回路受到影响，从而导致磁性流体流出。因此，虽然也可考虑在将带有磁性流体密封的轴承安装到旋转轴部分后注入磁性流体，但装配作业性变差。

此外，如专利文献2所公开的那样，当将磁性密封机构与驱动马达的轴承邻接而配设到驱动马达的框架上时，则磁性密封机构的由磁铁形成的磁回路受到由磁性材料形成的框架的影响而变得不稳定。即，为了在规定的间隙部分中稳定地保持磁性流体，优选稳定地形成磁回路。

本发明是着眼于上述问题而进行的，所要解决的技术问题是提供一种使用性及向旋转轴部分的装配作业性良好、可发挥稳定的密封功能的带有磁性流体密封的轴承单元。此外，本发明所要解决的技术问题是提供一种安装有可形成稳定的磁回路的带有磁性流体密封的轴承单元的驱动马达。

为了达成上述的目的，本发明所涉及的带有磁性流体密封的轴承单元的特征在于，具有：内圈及外圈，由磁性材料形成；多个滚动体，安装在所述内圈和外圈之间；磁性密封机构，配设在所述内圈和外圈之间，来阻止异物向所述多个滚动体侧进入；非磁性的内圈侧支撑部件，嵌合、保持于所述内圈；及非磁性的外圈侧支撑部件，嵌合、保持于所述外圈。

上述构成的带有磁性流体密封的轴承单元在内外圈间配设有磁性密封机构以便密封滚动体。由于在所述内圈上嵌合、保持有非磁性的内圈侧支撑部件，在所述外圈上嵌合、保持有非磁性的外圈侧支撑部件，因此当将这样的轴承单元安装到旋转轴和框架之间时，通过各自的支撑部件，则能够使内圈及外圈与框架之间适当地离开，从而抑制磁回路因框架而受到影响(因磁通泄漏等而受到影响)。其结果，由于磁回路的性能稳定，因此可以在间隙中稳定地保持磁性流体。此外，由于预先将这样的支撑部件嵌合、保持到内圈侧及外圈侧而进行了单元化，因此即使预先注入有磁性流体，在使用时也可以防止磁性流体散失，进而可提高向旋转轴部分的安装性(装配性)。

此外，为了达成上述的目的，本发明所涉及的驱动马达具有马达构成零件，所述马达构成零件具备：壳体；磁铁，收容在壳体内；转子，通过其与磁铁之间的电磁作用而被旋转驱动，且安装有旋转轴；及轴承，可旋转地支撑所述旋转轴，其特征在于，所述轴承由上述的轴承单元构成，所述外圈侧支撑部件被配设在所述外圈和所述壳体之间，所述内圈侧支撑部件被配设在所述内圈和所述旋转轴之间。

由于在上述的驱动马达上，在安装有磁性密封机构的轴承的外圈和壳体之间及内圈和旋转轴之间配设有非磁性的支撑部件，因此能够使内圈及外圈与马达构成零件之间适当地离开，因而能够抑制磁回路因马达构成零件而受到影响。其结果，由于磁回路的性能稳定，因此可以在间隙中稳定地保持磁性流体。

另外，对于上述的磁性密封机构，既可以设置在构成轴承的滚动体的两侧，也可以仅设置在一侧。并且，对于构成磁性密封机构的磁铁(保持磁铁的保持板)，既可以固定在外圈侧，也可以固定在内圈侧。

根据本发明，可得到一种使用性及向旋转轴部分的装配作业性良好、可发挥稳定的密封功能的带有磁性流体密封的轴承单元。此外，根据本发明，可得到一种安装有可形成稳定的磁回路的带有磁性流体密封的轴承单元的驱动马达。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的带有磁性流体密封的轴承单元的一个实施方式的中央剖视图。

图2是图1所示的带有磁性流体密封的轴承单元的分解立体图。

图3是对图2所示的带有磁性流体密封的轴承单元的轴承部分进行分解的立体图。

图4是表示驱动马达的一个构成例的示意立体图。

图5是表示图4所示的驱动马达的概要的剖视图。

符号说明

1，1A-带有磁性流体密封的轴承单元；3-内圈；5-外圈；7-滚动体；10-磁性密封机构；12-磁铁；14-极板；16-磁性流体；30，30A-内圈侧支撑部件；40，40A-外圈侧支撑部件；50-驱动马达；M1、M2-磁回路。

具体实施方式

图1至图3为表示本发明所涉及的带有磁性流体密封的轴承单元的一个实施方式的图，图1是中央剖视图，图2是图1所示的带有磁性流体密封的轴承单元的分解立体图，其后，图3是对图2所示的带有磁性流体密封的轴承单元的轴承部分进行分解的立体图。

本实施方式所涉及的带有磁性流体密封的轴承单元(以下，也称为轴承单元)1具备圆筒状的内圈3、围绕内圈3的圆筒状的外圈5、安装于所述内圈3和外圈5之间的多个滚动体(滚动部件)7。所述滚动体7被保持在呈环状形成的护圈(保持架)8上，使内圈3和外圈5可相对地进行旋转。

所述内圈3、外圈5及滚动体7由具有磁性的原材料例如铬类不锈钢(SUS440C)形成，所述护圈8由耐腐蚀性、耐热性优秀的原材料例如不锈钢材(SUS304)形成。另外，对于滚动体7，不一定要为磁性体。此外，虽然本实施方式的内圈3及外圈5构成为，轴向(轴承的轴心方向)X上的长度相同(也可以是大致相同)，但既可以将外圈5形成为在轴向上比内圈3更长，也可以将内圈3形成为在轴向上比外圈5更长，且还可以利用其变长的部分来设置以下的磁性密封机构。

在所述内圈3和外圈5的开口侧设置有阻止异物向所述多个滚动体侧进入的磁性密封机构(磁性流体密封)10。另外，虽然在本实施方式中，在所述内圈3和外圈5的两侧的开口上配设有相同构成的磁性密封机构10，但也可以将这样的磁性密封机构仅配设在一方的开口，且也可以在两开口侧形成不同的构成。

所述磁性密封机构10具有：磁铁(以下，也称为磁铁)12，呈环状构成；环状极板(以下，也称为极板)14，将该磁铁12安装到轴向内侧面；及磁性流体16，被保持在由所述磁铁12形成的磁回路中，在本实施方式中，以外圈5的内周面为固定侧，磁铁12及极板14与内圈3的外周面之间形成有规定的间隙。即，在内圈3的外周面与磁铁12及极板14之间形成有规定的间隙，通过将磁性流体16填充到该间隙部分，从而具有密封的功能，使异物不会进入到所述滚动体7内。

作为所述磁铁12，可以使用磁通密度高、磁力强的永久磁铁例如通过烧结制法制作的钕磁铁，且预先以磁极(S极、N极)朝向轴向(轴承的轴心方向)X的方式进行磁化(在图1中，对于左侧的磁性密封机构的磁铁，图示有磁化的形态)。此外，所述极板14以接触的方式被配设在磁铁12的轴向外侧面上。极板14形成与所述磁铁12大致相同的环状的外观形状，且由具有磁性的原材料例如铬类不锈钢(SUS440C)形成。由此，在内圈3侧形成如图所示的磁回路M1，在外圈5侧形成如图所示的磁回路M2。

被所述磁回路保持的磁性流体是例如利用表面活性剂使Fe₃O₄这样的磁性微粒子分散到基础油中而构成的，具有粘性且具备当接近磁铁时则发生反应的特性。即，通过在与内圈3之间的间隙部分中保持这样的磁性流体而对间隙进行密封，从而具备防止异物进入到内部的功能。此时，由于在外圈5侧也如上所述形成有磁铁12所形成的磁回路，因此也可以在外圈5的内周面和磁铁12之间的微小的间隙内预先填充磁性流体。

在本实施方式的外圈5上，在滚动体侧的内周面上形成有台阶5a，通过该台阶5a，外圈5的开口侧构成薄壁区域，滚动体侧则构成厚壁区域，因而轴向的外侧的内外圈间隔形成为比内侧更大。该台阶5a具备将从开口侧插入(嵌入)并被安装于规定位置的磁铁12(安装有极板14的磁铁12；与磁铁单元化的极板)抵住来进行定位固定的功能。

所述极板14以在所述极板14与内圈3的外周面之间且在整周上产生均匀的间隙的方式安装于磁铁12。此时，极板14被形成为比磁铁12的内圈侧缘面更向径向内侧突出的尺寸，所述磁铁12被形成为，在被安装于极板14的状态下，在磁铁12与内圈3的外周面之间产生与上述间隙大致相同程度的间隙。当所述磁性流体16通过玻璃吸管等注入工具而被填充到间隙中时，则通过磁回路的磁力而被保持在整周上。对于所述磁铁12和极板14，既可以通过磁性吸附来进行固定，也可以在磁性吸附的基础上介由粘接剂来进行固定。

在所述内圈3上，以内嵌的方式配设有圆筒状且非磁性的内圈侧支撑部件30。优选该圆筒状的内圈侧支撑部件30具有从内圈3向轴向突出的轴向长度，以便内圈3相对于框架(框体、壳体等)切实地保持适当的距离，在本实施方式中形成为下述长度，即，相对于内圈3的内周面在全长上嵌合、保持，且其一端从内圈3的端部突出的长度。此时，既可以将内圈侧支撑部件30在以一体化的方式被固定的状态下保持于内圈，也可以将两者嵌合成可滑动的程度来进行保持。此外，既可以将内圈侧支撑部件30形成为两端从内圈3的端部突出的长度，也可以如图5所示形成为，一端从内圈3的端部突出，而另外一端在内圈的中央部分形成终端。即，对于内圈侧支撑部件30的嵌合长度，可根据安装的部分(框架)的形态进行适当变形。另外，对于内圈侧支撑部件30的形状不局限于圆筒状，例如可以构成为筒状，并使内面成为多边形等来进行适当变形。

由于在将轴承单元1配设到旋转轴部分时，所述内圈侧支撑部件30如上所述在内圈3与框架之间维持了适当的离开距离，因此具备使上述的磁回路M1、M2稳定化的功能。即，当内圈3形成与框架(磁性材料)直接接触的状态时，则在磁回路M1、M2中产生有磁通泄漏等而变得不稳定化，由此存在有磁性流体的保持状态也变得不稳定的可能性，但通过配设上述的内圈侧支撑部件30，能够稳定地维持磁回路，进而可发挥稳定的密封功能。此外，由于这样的内圈侧支撑部件30被配设为从内圈3向轴向突出，因此可以在实现使用性的提高的同时，防止磁性流体的散失。

此外，在所述外圈5上，也以外嵌的方式配设有圆筒状且非磁性的外圈侧支撑部件40。优选该圆筒状的外圈侧支撑部件40具有从外圈3向轴向突出的轴向长度，以便外圈5相对于框架(框体、壳体等)切实地保持适当的距离，在本实施方式中形成为下述长度，即，相对于外圈5的外周面在全长上嵌合、保持，且其一端从外圈5的端部突出的长度。此时，既可以将外圈侧支撑部件40在以一体化的方式被固定的状态下保持于外圈，也可以将两者嵌合成可滑动的程度来进行保持。此外，既可以将外圈侧支撑部件40形成为两端从外圈5的端部突出的长度，也可以如图5所示形成为，一端从外圈5的端部突出，而另外一端在外圈的中央部分形成终端。即，对于外圈侧支撑部件40的嵌合长度，可根据安装的部分(框架)的形态进行适当变形。另外，对于外圈侧支撑部件40的形状不局限于圆筒状，例如可以构成为筒状，并使外面成为多边形等来进行适当变形。

由于与内圈侧支撑部件30相同，在将轴承单元1配设到旋转轴部分时，这样的外圈侧支撑部件40如上所述在外圈5和框架之间维持了适当的离开距离，因此具备使上述的磁回路M1、M2稳定化的功能。即，在外圈5形成与框架(磁性材料)直接接触的状态时，则在磁回路M1、M2中产生有磁通泄漏等而变得不稳定化，由此存在有磁性流体的保持状态变得不稳定的可能性，但通过配设上述的外圈侧支撑部件40，能够稳定地维持磁回路，进而可发挥稳定的密封功能。此外，由于这样的外圈侧支撑部件40被配设为从外圈5向轴向突出，因此能够在实现使用性的提高的同时，防止磁性流体的散失。

优选上述的内圈侧支撑部件30及外圈侧支撑部件40在突出端部上预先形成有抵住内圈及外圈的端面的凸缘30a、40a。由于通过形成这样的凸缘30a、40a，在安装到框架时，能够切实地防止内圈3及外圈5与框架接触，因此便于维持稳定的磁回路。此外，通过形成这样的凸缘，能够切实地防止因其他物体的接触等而导致磁性流体散失，可进一步实现作为轴承单元的使用性、装配性的提高。并且，通过形成这样的凸缘，在与内圈的内侧及外圈的外侧嵌合时，可进行定位并实现其保持状态的稳定化。

另外，对于上述的凸缘30a、40a，也可以仅形成任意一方。此外，虽然对于凸缘30a、40a的径向长度，只要为能够遮盖内圈3及外圈5的端面的程度即可，但也可以如图1的凸缘40a那样，形成为覆盖磁性密封机构的程度的长度。如此，通过将凸缘形成为覆盖磁性密封机构的尺寸，可以使所形成的磁回路更加稳定化。

虽然对所述内圈侧支撑部件30及外圈侧支撑部件40的壁厚T没有特别的限制，但只要是以所形成的磁回路不受影响的方式使内外圈从框架适当地离开的程度即可，可以为0.05mm以上。此时，如果支撑部件的壁厚确保在0.05mm以上，则还可以利用毛细现象来防止磁性流体散失。此外，通过使壁厚T增大到一定程度，还可以起到屏蔽磁力的效果。即，在设置到驱动马达的旋转轴部分上时，可以在防止来自驱动马达的构成零件的磁力给磁性密封机构带来影响的同时，防止磁性密封机构的磁力给驱动马达的构成零件带来影响。

虽然对于所述非磁性的内圈侧支撑部件30及外圈侧支撑部件40，可以由如铝、锌这样的金属原材料构成，但也可以由树脂、橡胶等绝缘体构成。通过由这样的绝缘体构成，在附着有水分等时，可以有效地抑制电蚀等所导致的腐蚀。另外，对于这样的绝缘体，也可以为任意一方的支撑部件。

接下来，参照图4及图5对在驱动马达内安装有与上述的轴承单元相同构成的轴承单元1A的实施方式进行说明。

另外，在以下说明的实施方式中，对与前述实施方式相同的构成标注相同的参照符号，并省略详细的说明。

图4是表示驱动马达的一个构成例的示意立体图，图5是表示图4所示的驱动马达的概要的剖视图。

本实施方式的驱动马达50的构成零件具备：壳体51；多个棒状的磁铁52，收容在壳体51内；转子55，安装有旋转轴53，通过与所述磁铁52之间的电磁作用而被旋转驱动；及轴承单元1A，可旋转地支撑旋转轴53。

所述磁铁52作为定子52A(永久磁铁型的定子)而被安装在壳体的内面，其内侧配设有卷绕有电线(线圈)的转子55。在转子55的中心部安装有旋转轴53，通过所述磁铁52与转子55的电磁作用，旋转轴53与转子一起被旋转驱动。

所述轴承单元1A将旋转轴53以相对于壳体51可旋转的方式支撑在壳体51和马达构成零件之间，在外圈和马达构成零件之间及内圈和马达构成零件之间配设有非磁性的支撑部件40A、30A。具体而言，在外圈5和壳体51之间及内圈3和旋转轴53及转子55之间配设有非磁性的支撑部件(外圈侧支撑部件40A及内圈侧支撑部件30A)。

所述外圈侧支撑部件40A具有不会使外圈5直接与马达构成零件即壳体51接触的功能，且与上述的实施方式相同，形成嵌合、保持于外圈5的圆筒状。此外，所述内圈侧支撑部件30具有不会使内圈3与马达构成零件即转子55直接接触的功能，且与上述的实施方式相同，形成嵌合、保持于内圈3的圆筒状。即，由于内圈3及外圈5通过各自的支撑部件而距马达构成零件维持了适当的离开距离，并可旋转地支撑旋转轴53，因此磁性密封机构10的磁回路不会因马达构成零件而受到影响，从而可以发挥稳定的密封功能。

另外，对于外圈侧支撑部件40A及内圈侧支撑部件30A的形状、壁厚、轴向长度等构成，可根据驱动马达的构成零件、各构成零件的形状、轴承单元的配设部位等进行适当变形。此外，对于各支撑部件，也可以与上述的实施方式相同而用绝缘体来构成。

如此，根据安装了带有磁性流体密封的轴承单元的驱动马达，在能够切实地防止异物进入配设于旋转轴的轴承部分的同时，可得到稳定的密封性能。此外，由于如上所述预先填充有磁性流体等而便于轴承单元的使用，因此便于进行向壳体内部的装配作业。

对于上述这样的驱动马达的结构(定子、转子、壳体等结构)，可以进行各种变形，且根据变形可以对轴承单元的支撑部件的构成进行适当变形。例如可以为将线圈安装到壳体的内面侧、将磁铁安装到转子侧这样的形态，对于驱动马达的内部结构，不局限于特定的形态。此外，对于上述的驱动马达，可以用作下述驱动源，即，使用环境严格的状况下所使用的装置例如电动卷筒、无人驾驶飞机、电动汽车、空气冷却扇等的驱动源。

以上，虽然对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不局限于上述的实施方式，可以进行适当变形。

本发明的特征在于，配设在安装有磁性密封机构的轴承单元的外圈部分及内圈部分上的支撑部件，而对于磁性密封机构，只要构成为在与内圈或内圈之间的间隙中形成磁回路来保持磁性流体，使异物不会向内部进入的构成，则对其构成(磁铁、极板的内部形态等)不做限制。此外，作为轴承单元而言，也可以为仅配设有外圈侧支撑部件、内圈侧支撑部件任意一方的构成。并且，可以将轴承单元的保持状态保持在将带有磁性密封的轴承以一定程度的较强的力压入到外圈侧支撑部件和内圈侧支撑部件即压入的保持状态、将带有磁性密封的轴承紧密嵌合的保持状态、将带有磁性密封的轴承嵌合粘结的保持状态等可使用的单元状态，且可适当设定单元保持方法。

Claims (7)

1.一种带有磁性流体密封的轴承单元，其特征在于，具有：

内圈及外圈，由磁性材料形成；

多个滚动体，安装在所述内圈和外圈之间；

磁性密封机构，配设在所述内圈和外圈之间，来阻止异物向所述多个滚动体侧进入；

非磁性的内圈侧支撑部件，嵌合、保持于所述内圈；

及非磁性的外圈侧支撑部件，嵌合、保持于所述外圈。

2.根据权利要求1所述的带有磁性流体密封的轴承单元，其特征在于，在所述内圈侧支撑部件和外圈侧支撑部件的至少一方上形成有在嵌合、保持的状态下抵住内圈或外圈的端面的凸缘。

3.根据权利要求1或2所述的带有磁性流体密封的轴承单元，其特征在于，所述内圈侧支撑部件或外圈侧支撑部件的至少一方由绝缘体构成。

4.根据权利要求1或2所述的轴承单元，其特征在于，所述内圈侧支撑部件及外圈侧支撑部件呈圆筒状形成。

5.一种驱动马达，具有马达构成零件，所述马达构成零件具备：壳体；磁铁，收容在壳体内；转子，通过其与磁铁之间的电磁作用而被旋转驱动，且安装有旋转轴；及轴承，可旋转地支撑所述旋转轴，其特征在于，

所述轴承由权利要求1至4的任意1項所述的轴承单元构成，

所述外圈侧支撑部件被配设在所述外圈和所述壳体之间，

所述内圈侧支撑部件被配设在所述内圈和所述旋转轴之间。

6.根据权利要求5所述的驱动马达，其特征在于，所述内圈侧支撑部件与所述转子抵接。

7.根据权利要求6所述的驱动马达，其特征在于，所述内圈侧支持部件的所述凸缘与所述转子抵接。