JP2004245409A - 軸受ユニットおよびそれを用いた車両用電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受に異常などが生じたときでも、その異常な軸受の交換作業などを容易に行うことができる軸受ユニットを提供する。また、電気自動車等の車両の駆動輪に一体的に組み込まれても、タイヤの接地性と乗り心地性を悪化させることがなく、かつ駆動効率の高い車両用電動機を提供する。
【解決手段】 外輪４４の外周面に嵌合されるとともに、その外輪４４が取付けられるロータ保持部２０に対し着脱可能に固定される円環状のハウジング部材４１を設ける。外輪４４の周面において、その軸方向の一方側をロータ保持部２０側に形成された環状の取付面２２に対し着脱可能となるように露出するとともに、他方側にハウジング部材４１に嵌合する。また、電動機のステータ及びロータを円筒形状とし、軽量なものとする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、軸受ユニットおよびそれを用いた車両用電動機に関する。

電気自動車においては、電動機１台でトランスミッション、デファレンシャルギヤを介してトルクを分配して駆動輪を駆動する方式や、駆動輪に遊星ギヤ等の減速機と電動機を一体的に組み込んだインホイールモータ方式等が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２４７７１３号公報（第５頁）

しかし、上記のような電動機１台でデファレンシャルギヤ等を介して駆動輪を駆動する方式では、その動力伝達系による電動機出力の損失が大きいため駆動効率が悪かった。
また、上記インホイールモータ方式では、トランスミッションやデファレンシャルギヤを介することなく駆動輪を駆動するので、駆動効率は大幅に改善される。しかし、当該方式においても、減速機を介して駆動輪を駆動しているので電動機出力の損失は、なお存在していた。
また、このインホイールモータ方式においては、駆動輪に電動機や減速機が一体的に組み込まれているため、車両のサスペンションが路面に応じて上下動した場合、タイヤや車軸と共に、電動機や減速機等も上下動することになる。つまり、サスペンションにおける路面に応じて上下に可動する部分の重量が、電動機や減速機の装着により増加し、いわゆるバネ下重量の増加を招いていた。これにより、サスペンションの路面に対する追従性が低下し、タイヤの接地性と乗り心地性が大幅に悪化するという問題があった。
また、上述のような電動機に使用される軸受ユニットは、通常、電動機内で固定されており、その軸受ユニットの軸受に異常が生じた場合にその交換作業が行い難く、また軸受の点検作業などを実施するのが困難であった。

本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、軸受に異常などが生じたときでも、その異常な軸受の交換作業などを容易に行うことができる軸受ユニットを提供することを目的とする。
また、本発明は、電気自動車等の車両の駆動輪に一体的に組み込まれても、タイヤの接地性と乗り心地性を悪化させることがなく、かつ駆動効率の高い車両用電動機を提供することを目的とする。

本発明の軸受ユニットは、内輪と、外輪と、これら内外輪間に転動自在に設けられた複数の転動体とを備えた転がり軸受を有する軸受ユニットであって、
前記内輪の内周面及び前記外輪の外周面の少なくとも一方の軌道輪の周面に嵌合されるとともに、その軌道輪が取付けられる取付部品に対し着脱可能に固定される円環状のハウジング部材を有し、前記軌道輪の周面において、その軸方向の一方側は前記取付部品側に形成された環状の取付面に対し着脱可能となるように露出されるとともに、他方側は前記ハウジング部材に嵌合されていることを特徴としている。
上記のように構成された軸受ユニットによれば、その転がり軸受の上記軌道輪の周面の一方側は上記取付部品側に設けられた取付面に対し着脱可能となるように露出されており、他方側は前記円環状のハウジング部材を介してその取付部品に対して着脱可能に固定されるので、その取付部品を含んだ電動機等の装置に対して当該転がり軸受を着脱可能に取付けることができる。

また、上記軸受ユニットにおいて、前記内輪の内周面に嵌合される内側のハウジング部材と、前記外輪の外周面に嵌合される外側のハウジング部材とを備えるとともに、前記内側及び外側のハウジング部材の間に前記内外輪間の環状開口部をシールするシール手段を設けることが好ましい。
このようにした場合、上記環状開口部を前記シール手段によりシールすることができるので、転がり軸受の耐防塵、耐水性が向上し、軸受寿命の低下を抑制することができる。

また、本発明の車両用電動機は、ステータ及びロータを備え、前記ロータによって車両の駆動輪を回転駆動させる車両用電動機であって、
前記ステータの軸方向両端部及び前記ロータの軸方向両端部に、請求項１または２に記載の軸受ユニットの内輪及び外輪の一方及び他方がそれぞれ取付けられていることを特徴としている。
上記のように構成された車両用電動機は、前記ステータ及び前記ロータの各軸方向端部に前記軸受ユニットの内輪及び外輪の一方及び他方がそれぞれ取付けられているので、転がり軸受のみが破損した場合に、電動機全体を分解しなくても電動機から当該転がり軸受を前記ハウジング部材とともに着脱させることができ、当該転がり軸受を容易に交換することができる。

また、上記車両用電動機において、前記ロータ及び前記ステータは円筒状に構成され、
前記ステータは前記ロータに包囲されているとともに、前記駆動輪に連結可能に構成されていることが好ましい。
上記のように構成された車両用電動機は、円筒状のステータとロータとから構成される中空の円筒形状としているので、従来例に示した電動機よりも軽量なものとなる。また、減速機を介さずに前記ロータにより駆動輪を直接的に駆動することができることから、駆動効率が高いものとなる。

また、上記車両用電動機において、前記軸受ユニットは、前記内外輪間に取付けられた第一のシール部材と、前記環状開口部を塞ぐように前記ハウジング部材に取付けられた第二のシール部材とを有し、前記第一及び第二のシール部材間に潤滑剤を充填していることが好ましい。
このようにすることでシール部材を潤滑し、その摩耗を抑制することができ、当該シール部材の寿命が向上する。これにより長期に渡って電動機内部への耐防塵、耐水性を維持することができる。

また、上記車両用電動機において、前記シール部材には、被シール面に摺接する摺接部が設けられているとともに、この摺接部には、前記被シール面に対する接触面積を減少させる凹部が形成されていることが好ましい。
このようにすることで上記摺接部での接触面積が減少するので、高速回転時でも摺接部での動摩擦力が大きくなることを抑制することができ、前記シール部材の寿命を向上させることができる。よって、軸受寿命の向上および電動機内部への耐防塵・耐防水性を維持することができる。

また、上記車両用電動機において、前記シール部材の摺接部には、当該シール部材の主成分よりも比重の大きい微粉末が混入されていることが好ましい。
この場合、シール部材の摺接部に作用する遠心力が高められるので、ロータの回転速度に応じて摺接部を広げさせることができる。よって、ロータの回転速度に応じて摺接部での接触面圧を変化させることができ、高速回転時でも当該摺接部での動摩擦力の増加を抑えることができる。よって、軸受寿命の向上および電動機内部への耐防塵・耐防水性を維持することができる。

また、上記車両用電動機において、前記ロータに取付けられた磁石と、この磁石に対向するように前記ステータに配置されたホールＩＣとを有することが好ましい。
このようにすることで、ロータの回転数および回転位置を検出することができるので、車両用電動機の回転数制御が容易になる。

また、上記車両用電動機において、前記ロータ及び前記ステータの少なくとも一方側に形成され、電動機の内部空間と外部空間とを連通する連通孔と、この連通孔を閉塞し、電動機の内部空間の圧力が所定値以上になると当該連通孔を開放するリリーフ弁とを備えることが好ましい。
このようにすることで電動機の運転に伴う温度上昇によって電動機の内部空間の圧力が高くなった場合に、前記栓部材は、内部空間の空気圧により前記付勢手段の付勢力に抗して弁座から離れるよう押し上げられ、連通孔を開放状態にして当該内部空間の圧力を適度に下げることができる。これにより、電動機の内部の異常な圧力上昇を抑えることができる。

また、上記車両用電動機において、前記ステータの内周面には、冷却水路を備えたウォータージャケットが設けられていることが好ましい。
この場合、高負荷で電動機が運転された場合でも、ウォータージャケットの冷却水路を流れる冷却水によって、電動機の運転に伴う温度上昇を抑え、その温度上昇による電動機の破損等を防止することができる。

以上のように、本発明に係る軸受ユニットは、その転がり軸受が電動機等の装置に対して着脱可能に取付けることができるので、当該転がり軸受に異常などが生じたときでも、その異常な転がり軸受を容易に交換することができる。
また、本発明に係る車両用電動機は、駆動輪と一体に組み込まれた場合にも、バネ下重量の増加を抑制することができるため、タイヤの接地性と乗り心地を悪化させることを抑制できる。また、減速機を介さずに前記ロータにより駆動輪を直接的に駆動することができることから、駆動効率が高いものとなる。

本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、電気自動車の駆動源を構成する電動機に適用した場合を例示して説明する。
図１は、本発明の第一の実施形態に係る軸受ユニット及びこれを用いた車両用電動機の構成を模式的に示した車軸方向の断面図である。また、図２は、図１中の電動機の一部分を示した円筒軸方向断面図である。
図１において、本実施形態の電動機１０は、タイヤ６０ａとホイール６０ｂとからなる駆動輪６０の内部に設けられ、ホイール６０ｂに連結されて駆動輪６０を駆動するようになっている。

上記電動機１０は、図２に示すように、第一の保持部材２０ａと第二の保持部材２０ｂとを組み合わされてなる円筒状のロータ保持部２０と、第一の保持部材３０ａと第二の保持部材３０ｂとを組み合わされてなる円筒状のステータ保持部３０と、ロータ保持部２０及びステータ保持部３０の各軸方向両端部に組付けられた本発明の軸受ユニット４０とを具備している。
ロータ保持部２０の内周面には、ロータマグネット２１ａが埋め込まれた円筒状のロータ本体２１が取付けられており、これらのロータ保持部２０とロータ本体２１とで円筒状のロータＲが構成されている。上記ステータ保持部３０は、ロータ保持部２０に同心で対向配置されている。また、このステータ保持部３０の外周面には、ステータコイル３１ａとステータコア３１ｂを備えた円筒状のステータ本体３１が取付けられており、これらのステータ保持部３０とステータ本体３１とで円筒状のステータＳが構成されている。
上記軸受ユニット４０は、円環状のハウジング部材４１と玉軸受４２とにより構成されている。この軸受ユニット４０は、そのハウジング部材４１をロータ保持部２０に一体的に固定することで電動機１０に取付けられており、その玉軸受４２は、ロータ本体２１の内周面とステータ本体３１の外周面とが常に一定の間隔となるように、ステータ保持部３０に対してロータ本体２１とこれと共に回転するロータ保持部２０を回転自在に支持している。

図１に戻って、電動機１０では、ステータ保持部３０の内周面に突起状のブラケット３３が数箇所形成されている。このブラケット３３には、円形板である支持板５１が取付けられている。支持板５１は、その外径がステータ内周面の直径よりやや小さい直径に形成され、電動機１０の円筒軸直交面に対して平行に取付けられている。支持板５１の中心部には、円断面を有する固定軸である車両側の車軸５０を挿通するための円形の孔５１ａがその外周に対して同心に設けられている。この孔５１ａは、支持板５１がステータ保持部３０に取付けられた時に車軸５０と接触しない程度の大きさで成形されている。
前記支持板５１に対向するように、円形の支持板５２が設けられている。この支持板５２の中心部には、車軸５０を挿通するための円形の孔５２ａがその外周に対して同心に設けられている。この孔５２ａは、支持板５２が取付けられている位置における車軸５０の外径と略同じ直径で成形されている。そして、支持板５２は、前記孔５２ａに前記車軸５０を挿通しつつ、車軸５０に確実に固定されている。この支持板５２の支持板５１と対向する側の面の外縁部には、スライド式のフレキシブル継手５３が取付けられている。このフレキシブル継手５３は、支持板５１と支持板５２とが対向しているそれぞれの面同士を連結しており、両者の電動機１０の円筒軸直方向への多少の位置ずれが許容されている。
このようにして、支持板５１と支持板５２を連結することで、電動機１０は、フレキシブル継手５３により車軸５０に対して多少の円筒軸直方向への位置ずれを許容した状態で連結されると同時に、車軸方向の所定位置で保持されており、電動機１０と駆動輪６０との回転軸方向に対する位置関係を一定に維持している。

また、支持板５１の上端部には、ダンパー支持部材５１ｂが設けられており、このダンパー支持部材５１ｂと車軸５０とを連結するように電動機支持用のダンパー５４が取付けられている。このダンパー５４は、ケース内に緩衝部材（図示せず）を収納したケース５４ａと、このケース５４ａ内で緩衝部材に支持された棒状部材５４ｂを備えており、前記棒状部材５４ｂは、ケース５４ａに対してその軸直方向に移動可能となっている。棒状部材５４ｂの一端部は、ダンパー支持部材５１ｂに取付けられ、他端部は、ケース５４ａ内に収納された緩衝部材により支持されている。ケース５４ａは、車軸５０にダンパー５４が垂直になるように取付け、固定されている。また、図中では省略したが、支持板５１の下端部にもダンパー支持部材が設けられており、上記同様にダンパー支持部材と車軸５０とを連結するように電動機支持用のダンパーが取付けられている。
上記棒状部材５４ｂは、ケース５４ａに対して、電動機１０を上下動のみ可能に支持している。すなわち、ダンパー５４は、車両が静止状態である場合には、電動機１０の円筒軸が車軸５０の軸心と一致する様に電動機１０を支持している。車両が走行して車軸が車体に対して上下動した場合、ダンパー５４は、その緩衝作用によって車軸５０に対する上下動を抑え、車軸５０の上下動が電動機１０に伝達するのを抑えるように支持している。
このようにして、電動機１０は、車軸５０の上方側と下方側に取付けられたダンパーによって、車軸５０に対して支持されている。

上記車軸５０は、円断面である軸状の部材で、その一端には、図示しない軸受装置が設けられており、この軸受装置によりハブ５０ｃが回転可能に取付けられている。ハブ５０ｃには、図示しない路面と接地する駆動輪６０が一体回転可能に取付けられている。そして車軸５０の他端は、図示しない車体に揺動可能に取付けられている。車軸５０の車体側の端部付近には、車体支持用のサスペンション５０ｄが取付けられている。サスペンション５０ｄは、一端が車軸５０に他端が車体に取付けられており、駆動輪６０や車軸５０等が揺動可能に車体を支持することができるように構成されている。

図２中電動機１０の左側の上記ハウジング部材４１の側面には、円形板状の連結板５５がロータ保持部２０と同心一体に取付けられている。この連結板５５は、ロータ保持部２０の外径よりやや小さい直径に設定されている。その中心部には、円形の孔５５ａがその外周と同心に設けられており、車軸５０が挿通されている。この孔５５ａは、連結板５５が、ハウジング部材４１に取付けられた時に車軸５０と接触しない程度の大きさに設定されている。
ホイール６０ｂの車体側の垂直面には、連結板５６がホイール６０ｂと同心一体に取付けられている。この連結板５６には、その中心部にハブ５０ｃの外径と略同じ直径であって、円形の孔５６ａがその外周と同心に設けられており、この孔５６ａにハブ５０ｃが挿通されている。この連結板５６の電動機１０側の外縁部には、スライド式のフレキシブル継手５７が取付けられている。このフレキシブル継手５７は、連結板５６と連結板５５とが対向しているそれぞれの面同士を連結されており、両者の円筒軸直方向への多少の位置ずれが許容されている。
このようにして、連結板５５と連結板５６を連結することで、ホイール６０ｂは、フレキシブル継手５７によりロータ保持部２０に対して多少の円筒軸直方向への位置ずれを許容した状態で連結されている。これにより、ロータ保持部２０と駆動輪６０は、一体回転可能に連結されている。

上記したように、電動機１０は、車軸５０に対する上下動をダンパー５４を介して許容しつつ、車軸５０に取付けられている。また、ロータ保持部２０は駆動輪６０と一体回転可能に連結されている。従って、電動機１０は、車軸５０に対して上下動した場合でも、ロータＲによって駆動輪６０を回転させることができる。

図３は、図１中の軸受ユニットの一部分を示した円筒軸方向断面図である。以下の説明では、図１中、電動機１０の右側に取付けられている軸受ユニット４０を説明する。
図３において、上記軸受ユニット４０は、上述したように、ハウジング部材４１と玉軸受４２とを備えている。玉軸受４２は、転動体としての複数のボール４３と、内周面に軌道面を有する回転輪としての外輪４４と、外周面に軌道面を有する固定輪としての内輪４５を備えている。ハウジング部材４１は円筒形状をしており、その内径は外輪４４の外周直径と略同じに設定され、また、その外径はロータ保持部２０の外径よりやや小さく設定されている。ハウジング部材４１には、ハウジング部材４１をロータ保持部２０に固定するためのボルト４６を通す貫通孔４１ｄがハウジング部材４１の同心円に等配して形成されている。そして、後述するように、玉軸受４２は、ハウジング部材４１に圧入されてこれと一体とされている。

ロータ保持部２０の端面には、外輪４４の外周面が取付けられる環状の軸受取付面２２と玉軸受４２の軸方向の位置を規制するための軸受規制部２３が形成されている。また、ロータ保持部２０の端面には、ネジ部２４が、貫通孔４１ｄに一致するように形成されている。このネジ部２４には、ハウジング部材４１をロータ保持部２０に固定するためのボルト４６が取付けられている。ステータ保持部３０の端面には、内輪４５の内周面が取付けられる軸受取付面３２が形成されている。

また、上記軸受ユニット４０では、外輪４４の内側端面４４ａがハウジング部材４１の内側端面４１ａよりもロータ保持部２０側へ突出して外輪４４の外周面の一方側に露出面４４ｃが形成されるように、ハウジング部材４１は当該外周面の他方側に嵌合されている。また、ハウジング部材４１には、外輪４４、ひいては玉軸受４２の軸方向への位置を規制しつつ、玉軸受４２の端部を覆うように縁部４１ｃが形成されている。

上記軸受ユニット４０を電動機１０に装着する場合、露出面４４ｃは軸受取付面２２に挿嵌され、軸受取付面３２は内輪４５の内周面に挿嵌される。このようにしてロータ保持部２０とステータ保持部３０との端部に玉軸受４２が取付けられ、ステータ保持部３０は、玉軸受４２を介してロータ保持部２０を同軸で回転自在に支持することができる。また、このとき、軸受取付面２２と露出面４４ｃとは、着脱可能に嵌合（ルーズフィット）されている。同様に内輪４５の内周面と軸受取付面３２とは着脱可能に嵌合されている。
そして、複数のボルト４６によりハウジング部材４１は、ロータ保持部２０の端面に取付けられ、さらに、円環状の止め板４７をボルト４８により取付けられている。このとき、外輪４４がその両端を軸受規制部２３と縁部４１ｃとによりロータ保持部２０に対して確実に位置決めされることで、玉軸受４２は、電動機に対して位置決めされている。このようにして、軸受ユニット４０は電動機１０に取付けられている。

なお、内輪４５の内側端面４５ａとステータ保持部３０の端面との間及び外側端面４５ｂと止め板４７との間には若干の間隙が設けられている。これは、電動機１０が運転時のその温度上昇した場合に発生するロータ保持部２０とステータ保持部３０との熱膨張量の差を許容するためである。

図３中、縁部４１ｃの内輪外側端面４５ｂと対向している部分には、内輪外側端面４５ｂと縁部４１ｃにより形成される開口部を塞ぐように例えば合成ゴムを主成分とする円筒状のシール部材７０が取付けられている。
図４は、シール部材の一部を表した模式図である。図３も参照して、このシール部材７０は、取付け部７０ａが、ハウジング部材縁部４１ｃに形成されている溝部４１ｅに取付けられ、摺接部７０ｃが、内輪外側端面４５ｂに接触し、内輪外側端面４５ｂと縁部４１ｃにより形成される開口部を塞いでいる。電動機１０の運転時において、シール部材７０は、ロータ保持部２０と共に回転するので、摺接部７０ｃが内輪外側端面４５ｂに対して摺接しつつ、開口部をシールするように構成されている。

摺接部７０ｃには、摺接部７０ｃの一部を切り欠くことで円周方向に沿って等間隔で連続的に凹部７０ｄが形成されている。そして、シール部材７０は、溝部４１ｅに取付けられる際には、屈曲部７０ｂで屈曲させた状態で取付けられる。このとき、摺接部７０ｃは、その先端を外周方向に向けるようにして取付けられる。このようにすることで、シール部材７０が伸直状態に戻ろうとする弾性力により、摺接部７０ｃを内輪外側端面４５ｂに押し付けてシール効果を高めている。
また、このシール部材７０において、摺接部７０ｃ付近のみに主成分の合成ゴムの中に例えば鉄の微粉末を混入して成形している。これにより、摺接部７０ｃ付近のみをシール部材７０の他の部分と比較して比重を大きくしている。

また、図３を参照して、内輪４５の軌道面端部には、玉軸受４２の環状開口部を塞ぐように例えば合成ゴムを主成分とする円環状のシール部材７１が取付けられている。このシール部材７１は、内輪４５の軌道面側に形成される溝部４５ｃに取付けられ、摺接部７１ｃが、外輪４４の軌道面側端部４４ｄに接触し、玉軸受４２の環状開口部を塞いでいる。電動機１０の運転時には、回転しない摺接部７１ｃに対して、回転する外輪軌道面側端部４４ｄとが摺接しつつ、環状開口部をシールするように構成されている。

このシール部材７１も上述のシール部材７０と同様に摺接部７１ｃには、摺接部７１ｃの一部を切り欠くことで円周方向に沿って等間隔で連続的に凹部が形成されている。シール部材７１は、玉軸受４２に取付けられる際には、屈曲した状態で取付けられており、シール部材７１が伸直状態に戻ろうとする弾性力により、摺接部７１ｃを外輪軌道面側端部４４ｄに押し付けてシール効果を高めている。
シール部材７０とシール部材７１と玉軸受４２とハウジング部材４１とにより形成される円環状の空間７２には、例えばグリスが充填されており、外部に漏れないように保持されている。

図５は、図１中、本発明の第一の実施形態に係る電動機１０の一部分を示した円筒軸方向断面図である。ロータ保持部２０の内周側に形成されている円環状の磁石取付部２５には、円環状の磁石２６が一体に固定されている。この磁石２６は、外周は前記磁石取付部２５の内径と略同じ直径で形成されており、複数の磁極が連続的に配置されている。ホール素子を含んだホールＩＣ３４は、ステータ保持部３０に取付けられている取付板３５に固定されている。そして、このホールＩＣ３４は、ロータ保持部２０と一体に回転する前記円環状の磁石２５の内周面とホールＩＣ３４とが常に一定の間隔をもって対向配置されるように固定されている。

上記のように構成された本実施形態にかかる電動機１０は、ロータＲ及びステータＳが円筒状に構成されているので、上記従来例よりも軽量なものとすることができる。従って、本実施例のように、電動機１０を車軸５０に搭載した場合にも、バネ下重量の増加を抑制することができる。また、この電動機１０は、減速機等を介さずロータＲにより駆動輪６０を直接的に駆動しているので、駆動効率が高いものとなる。
さらに、本実施形態では、電動機１０は、ダンパー５４とフレキシブル継手５３とを介して車軸５０に支持され、駆動輪６０と前記ロータ保持部２０はフレキシブル継手５７で連結されている。従って、車両が走行して車軸が上下に振動した場合にも、電動機１０は車軸５０に対して上下動が可能であるので、車軸軸５０の上下動を電動機１０に伝達するのを抑え、電動機１０ができるだけ車体に対して上下方向に振動するのを抑制することができる。これにより、電動機１０が車軸５０へ与える影響を少なくすることができるため、駆動輪６０の路面に対する追従性が低下するのを抑制し、乗り心地性が悪化することを抑制できる。また、この電動機１０において、車両を支えるための負荷荷重は、駆動輪６０を支持している車軸５０やサスペンション５０ｄにより負担されており、電動機１０には、前記負荷荷重は、全く作用しないように搭載されている。これにより、電動機１０は、外部から作用する荷重を考慮する必要性が低くなるので、より軽量な構造設計とすることができる。

また、本実施形態では、シール部材７０とシール部材７１と玉軸受４２とハウジング部材４１とにより形成される円環状の空間７２には、グリスが充填されているので、両シール部材７０，７１の摺接部７０ｃ，７１ｃは、常にグリスにより潤滑される。これによって、摺接部７０ｃ，７１ｃは、これらに接触している部材と摺動しても摩耗を抑制することができ、両シール部材７０，７１の寿命が向上する。これにより長期に渡って電動機内部への耐防塵・耐水性を維持することができる。また、摺接部７０ｃ，７１ｃには、その一部を切り欠くことで円周方向に沿って等間隔で連続的に凹部が形成されているので、摺接部７０ｃ，７１ｃとこれに接触している部材との接触面積が減少し、高速回転時でも摺接部７０ｃ，７１ｃでの動摩擦力が大きくなることを抑制することができ、当該シール部材７０，７１の寿命を向上させることができる。よって、軸受寿命の向上および電動機内部への耐防塵・耐防水性を維持することができる。

さらに、シール部材７０は、摺接部７０ｃを外周方向に向けるように屈曲させて取付けられているので、電動機１０の運転時に、シール部材７０が高速回転した場合、摺接部７０ｃは、遠心力により外周方向への力を受ける。すなわち、摺接部７０ｃには、内輪外側端面４５ｂから離反するように遠心力が作用する。それに加えて、摺接部７０ｃ付近は、主成分の合成ゴムの中に鉄の微粉末を混入して成形されており、摺接部７０ｃ付近のみ他の部分と比較して比重を大きくしているので、摺接部７０ｃに作用する遠心力は、より高められ、内輪外側端面４５ｂから離反する方向への力が高められる。これにより、ロータＲの回転速度に応じて摺接部７０ｃを広げさせることができる。よって、ロータＲの回転速度に応じて摺接部７０ｃでの接触面圧を変化させることができ、高速回転時でも当該摺接部７０ｃでの動摩擦力の増加を抑えることができる。よって、軸受寿命の向上および電動機内部への耐防塵・耐防水性を維持することができる。

また、本実施形態では、ステータ保持部３０にホールＩＣ３４を備え、ロータ保持部２０に円環状磁石２５を備えているので、電動機１０の運転時にロータの回転数および回転位置を検出することができ、電動機１０の運転制御が容易なものにできる。

また、本実施形態に係る軸受ユニット４０は、その玉軸受４２がロータＲ及びステータＳの各軸方向両端部に取付けられている。また、その内輪４５の内周面がステータＳ側の軸受取付面３２に対し着脱可能に嵌合されるとともに、外輪４４の外周面の一方側に構成された上記露出面４４ｃがロータＲ側の軸受取付面２２に対し着脱可能に嵌合され、かつ外輪外周面の他方側に嵌合されたハウジング部材４１がロータＲ側のロータ保持部２０に対し着脱可能に固定されている。これにより、玉軸受４２を電動機１０に対して着脱可能に取付けることができ、当該玉軸受４２の点検時や異常発生時などに、電動機１０を分解しなくても電動機１０から玉軸受４２のみを取付・取外しすることができる。

図６は、本発明の第二の実施形態に係る車両用電動機の一部分を示した円筒軸方向断面図である。本実施形態と第一の実施形態との主な相違点は、ロータ保持部２０に電動機１０の内部空間から外部空間への一方向のみに通気可能に構成されたリリーフ弁２７を設けた点である。
このリリーフ弁２７は、ロータ保持部２０に形成された連通孔２７ｅと、連通孔２７ｅ内で上記内部空間側に設けられた弁座２７ｆと、連通孔２７ｅ内を移動可能に配置された栓部材としてのボール２７ｃと、連通孔２７ｅの内部に配置された付勢手段としてのスプリング２７ｄと、前記スプリング２７ｄを連通孔２７ｅに留めるための円筒状部材２７ａとにより構成されている。
連通孔２７ｅは、電動機１０の内部空間と外部空間とを連通しており、その内径は、ボール２７ｃが自在に移動可能な径に設定されている。そして、上記弁座２７ｆはボール２７ｃが密接可能なように半球状に形成されており、当該弁座２７ｆにボール２７ｃが密接したときに連通孔２７ｅは閉塞状態とされ、またボール２７ｃが弁座２７ｆから離反したときに連通孔２７ｅは開放状態とされるようになっている。また、このボール２７ｃには、一端側が円筒状部材２７ａに当接したスプリング２７ｄの他端側が当接されており、ボール２７ｃがスプリング２７ｄによって弁座２７ｆ側に付勢されており、スプリング２７ｄの付勢力によってボール２７ｃと弁座２７ｆとの密接状態が維持されて連通孔２７ｅは閉塞状態で保持されている。

このように構成されたリリーフ弁２７では、電動機１０の運転に伴う当該電動機１０の内部の温度上昇によってその内部空間が熱せられ、その内部圧力が上昇した場合、ボール２７ｃには、その内部圧力（空気圧）によってロータ保持部２０外側方向へ押し上げられる力が作用する。そして、上記内部圧力がスプリング２７ｄの付勢力以上に達したときには、ボール２７ｃは、その押し上げられる力により弁座２７ｆから離される。これによりリリーフ弁２７は作動して、連通孔２７ｅが閉塞状態から開放状態となり、電動機１０の内部圧力を下げることができる。このとき、スプリング２７ｄの自由長やバネ定数、連通孔２７ｅや通気孔２７ｂの内径等は、電動機１０の内部圧力が最適な値に保持できるように設定されている。

上記のように構成された本実施形態にかかる電動機１０は、その運転に伴う温度上昇により電動機内部の圧力が高くなった場合にのみ開口するリリーフ弁２７が設けられているので、電動機の外部からの粉塵や水分等の電動機内部への侵入を防ぎながら、電動機内部の異常な圧力上昇を抑えることができる。
また、上記の説明では、ロータ保持部２０にリリーフ弁２７を設けた構成について説明したが、ステータＳ側のステータ保持部３０にリリーフ弁２７を設ける構成でもよい。また、リリーフ弁２７には、栓部材としてボール２７ｃと、半球状に形成された弁座２７ｆとを用いたが、三角柱形状の栓部材と、その栓部材に対して密着可能な弁座とを用いてもよい。

図７は、本発明の第三の実施形態に係る電動機１０の一部分を示した円筒軸方向断面図である。本実施形態と第一および第二の実施形態との主な相違点は、ステータ保持部３０の内周面に電動機１０を冷却するためのウォータージャケット３７を設けた点である。
このウォータージャケット３７は、冷却水路３７ａが内部に形成されている。このウォータージャケット３７は、ステータ保持部３０の内周部に形成されたウォータージャケットの取付部３８に、ウォータージャケット３７の外周面が密着するように圧入されている。このとき、取付部３８は、ウォータージャケット３７が圧入された時にステータ保持部３０内周面には段差が形成されないように形成されている。そして、冷却水路３７ａには冷却水が流され、ステータ保持部３０を冷却するように構成されている。
上記のように構成された本実施形態にかかる電動機１０は、高負荷で電動機が運転された場合でも、ウォータージャケット３７によって、電動機の運転に伴う温度上昇を抑え、その温度上昇による電動機の破損等を防止することができる。

図８は、本発明の第四の実施形態である電動機の一部分を示した円筒軸方向断面図である。本実施形態と第一、第二及び第三の実施形態との相違点は、電動機１０両端部に取付けられている本発明に係る軸受ユニット８０の構成において、内輪の内周側にもハウジング部材を取付けた点である。

図中本実施形態である軸受ユニット８０は、第一のハウジング部材８１と第二のハウジング部材８２と玉軸受８３とを備えている。玉軸受８３は、転動体としてのボール８４と、内周面に軌道面を有する回転輪としての外輪８５と、外周面に軌道面を有する固定輪としての内輪８６とを備えている。第一のハウジング部材８１は円筒形状をしており、その内径は玉軸受８３の外輪８５の外周直径と略同じに設定され、また、その外径はロータ保持部２０の外径よりやや小さく設定されている。第一のハウジング部材８１には、第一のハウジング部材８１をロータ保持部２０に固定するためのボルト８７を通す貫通孔８１ｃが第一のハウジング部材８１の同心円に等配して形成されている。第二のハウジング部材８２も円筒形状をしており、その外径は玉軸受８３の内輪８６の内周直径と略同じに設定され、また、その内径はステータ保持部３０の内径と略同じに設定されている。第二のハウジング部材８２には、第二のハウジング部材８２をステータ保持部３０に固定するためのボルト８９を通す貫通孔８２ｃが第二のハウジング部材８２の同心円に等配して形成されている。そして、後述するように、第二のハウジング部材８２は玉軸受８３の内径に圧入され、玉軸受８３は第一のハウジング部材８１の内径に圧入されて一体とされている。

ロータ保持部２０の端面には、外輪８５の外周面が取付けられる環状の軸受取付面２２と玉軸受８３の軸方向の位置を規制するための軸受規制部２３が形成されている。また、ロータ保持部２０の端面には、ネジ部２４が、貫通孔８１ｃに一致するように形成されている。このネジ部２４には、第一のハウジング部材８１をロータ保持部２０に固定するためのボルト８７が取付けられている。ステータ保持部３０の端面には、内輪４５の内周面が取付けられる軸受取付面３２が形成されている。また、ステータ保持部３０の端面には、ネジ部３９が、貫通孔８２ｃに一致するように形成されている。このネジ部３９には、第二のハウジング部材８２をロータ保持部２０に固定するためのボルト８９が取付けられている。

また、上記軸受ユニット８０では、外輪８５の内側端面８５ａが第一のハウジング部材８１の内側端面８１ａよりもロータ保持部２０側へ突出して外輪８５の外周面の一方側に露出面８５ｃが形成されるように、第一のハウジング部材８１は当該外周面の他方側に嵌合されている。同様に、また、内輪８６の内側端面８６ａが第二のハウジング部材８２の内側端面８２ａよりもステータ保持部３０側へ突出して内輪８６の内周面の一方側に露出面８６ｃが形成されるように、第二のハウジング部材８２は当該内周面の他方側に嵌合されている。

上記軸受ユニット８０を電動機１０に装着する場合、露出面８５ｃはロータ保持部２０の軸受取付面２２に挿嵌され、露出面８６ｃは、ステータ保持部３０の軸受取付面３２に挿嵌される。このようにしてロータ保持部２０とステータ保持部３０の端部に玉軸受８３が取付けられ、ステータ保持部３０は、玉軸受８３を介してロータ保持部２０を同軸で回転自在に支持することができる。また、このとき、軸受取付面２２と露出面８５ｃとは、着脱可能に嵌合されている。同様に露出面８６ｃと前記軸受取付面３２とは着脱可能に嵌合されている。
そして、第一のハウジング部材８１は、複数のボルト８７によりロータ保持部２０の端面に固定され、また、第二のハウジング部材８２は、複数のボルト８９によりステータ保持部３０の端面に固定されている。
さらに、第一のハウジング部材８１と第二のハウジング部材８２とにより形成される環状開口部には、玉軸受８３を保護するため、円環状のシール部材９０が装着される。そして、このシール部材９０の脱落を防止するために、円環状の止め板８８が、第二のハウジング部材８２をステータに固定しているボルト８９により共締めされて固定されている。このようにして、軸受ユニット８０は電動機１０に取付けられている。

上記のように構成された本実施形態の軸受ユニット８０は、上記露出面８５ｃ及び８６ｃが対応する軸受取付面２２及び３２に対して着脱可能に嵌合されているので、玉軸受８３を電動機１０に対して着脱可能に取付けることができる。これにより、上記実施形態と同様に、玉軸受８３の点検時や異常発生時などに、電動機１０を分解しなくても電動機１０から玉軸受４２のみを取付・取外しすることができる。また、本実施形態では、玉軸受８３の開口部は、軸受ユニット８０に取付けられる円環状のシール部材９０でシールすることができるので、軸受ユニット４０の耐防塵、耐水性が向上し、軸受寿命の低下を抑制することができる。

本実施形態で示した軸受ユニット８０では、内輪８５の内径には第二のハウジング部材８２が圧入されているが、内輪８５の内径と第二のハウジング部材８２とは、着脱可能に嵌合されていてもよい。第二のハウジング部材８２は内輪８５に取付けられ、それ自身は回転しないので特に強固に固定する必要がないからである。

上記説明した本実施形態の軸受ユニット４０，８０では、外輪の外周面のみにハウジング部材４１を嵌合した場合と、内外輪の周面にハウジング部材８１，８２を嵌合した場合とを示したが、内輪の内周面にのみハウジング部材を嵌合した構成でもよい。
また、上記実施形態の軸受ユニット４０，８０では、外輪にはロータＲが取付けられ、内輪にはステータＳが取付けられる構成となっていたが、当該軸受ユニットが取付けられる電動機の構成により、外輪にステータが取付けられ、内輪にロータが取付けられる構成でもよい。

尚、上記説明した本発明に係る車両用電動機の実施形態は電気自動車に適用した場合であるが、タイヤ駆動の新交通システム、荷役システムなどへの適用や、タイヤの替わりに鉄輪を用いた軌道上を走行する路面電車、レールバスなどへも適用可能であることはいうまでもない。

また、上記に説明した本発明に係る軸受ユニットの実施形態では、転がり軸受として玉軸受を用いたが、ころ軸受等の玉軸受以外の転がり軸受を用いてもよい。

本発明の車両用電動機および軸受ユニットは、上記各実施形態に限定されるものではなく、電動機の構成や、車両への搭載方法、軸受ユニットの設置数、ハウジング部材の設置数や設置箇所等は、本発明の趣旨に基づいて適宜変更することができる。

本発明の第一の実施形態に係る軸受ユニット及びそれを用いた車両用電動機の構成を模式的に示した車軸方向の断面図である。 図１中の電動機の一部分を示した円筒軸方向断面図である。 図１中の軸受ユニットの一部分を示した円筒軸方向断面図である。 シール部材の一部を表した模式図である。 図１中の電動機の一部分を示した円筒軸方向断面図である。 本発明の第二の実施形態に係る電動機の一部分を示した円筒軸方向断面図である。 本発明の第三の実施形態に係る電動機の一部分を示した円筒軸方向断面図である。 本発明の第四の実施形態に係る電動機の一部分を示した円筒軸方向断面図である。

符号の説明

１０ 電動機
２１ ロータ本体
２２ 軸受取付面
２６ 磁石
２７ リリーフ弁
２７ｅ 連通孔
３１ ステータ本体
３２ 軸受取付面
３４ ホールＩＣ
３７ ウォータージャケット
４０，８０ 軸受ユニット
４１，８１，８２ ハウジング部材
４２，８３ 玉軸受
４３，８４ ボール（転動体）
４４，８５ 外輪
４４ｃ，８５ｃ，８６ｃ 露出面
４５，８６ 内輪
６０ 駆動輪
７０，７１，９０ シール部材
７０ｃ，７１ｃ 摺接部
７０ｄ 凹部
Ｒ ロータ
Ｓ ステータ

Claims (10)

1. 内輪と、外輪と、これら内外輪間に転動自在に設けられた複数の転動体とを備えた転がり軸受を有する軸受ユニットであって、
   前記内輪の内周面及び前記外輪の外周面の少なくとも一方の軌道輪の周面に嵌合されるとともに、その軌道輪が取付けられる取付部品に対し着脱可能に固定される円環状のハウジング部材を有し、
   前記軌道輪の周面において、その軸方向の一方側は前記取付部品側に形成された環状の取付面に対し着脱可能となるように露出されるとともに、他方側は前記ハウジング部材に嵌合されていることを特徴とする軸受ユニット。
2. 前記内輪の内周面に嵌合される内側のハウジング部材と、前記外輪の外周面に嵌合される外側のハウジング部材とを備えるとともに、
   前記内側及び外側のハウジング部材の間に前記内外輪間の環状開口部をシールするシール手段を設けた請求項１記載の軸受ユニット。
3. ステータ及びロータを備え、前記ロータによって車両の駆動輪を回転駆動させる車両用電動機であって、
   前記ステータの軸方向両端部及び前記ロータの軸方向両端部に、請求項１または２に記載の軸受ユニットの内輪及び外輪の一方及び他方がそれぞれ取付けられていることを特徴とする車両用電動機。
4. 前記ロータ及び前記ステータは円筒状に構成され、
   前記ステータは前記ロータに包囲されているとともに、前記駆動輪に連結可能に構成されていることを特徴とする請求項３記載の車両用電動機。
5. 前記軸受ユニットは、前記内外輪間に取付けられた第一のシール部材と、前記環状開口部を塞ぐように前記ハウジング部材に取付けられた第二のシール部材とを有し、前記第一及び第二のシール部材間に潤滑剤を充填したことを特徴とする請求項３もしくは４記載の車両用電動機。
6. 前記シール部材には、被シール面に摺接する摺接部が設けられているとともに、この摺接部には、前記被シール面に対する接触面積を減少させる凹部が形成されていることを特徴とする請求項５記載の車両用電動機。
7. 前記シール部材の摺接部には、当該シール部材の主成分よりも比重の大きい微粉末が混入されていることを特徴とする請求項６記載の車両用電動機。
8. 前記ロータに取付けられた磁石と、この磁石に対向するように前記ステータに配置されたホールＩＣとを有することを特徴とする請求項３〜７のいずれか記載の車両用電動機。
9. 前記ロータ及び前記ステータの少なくとも一方側に形成され、電動機の内部空間と外部空間とを連通する連通孔と、
   この連通孔を閉塞し、電動機の内部空間の圧力が所定値以上になると当該連通孔を開放するリリーフ弁とを備えることを特徴とする請求項３〜８のいずれか記載の車両用電動機。
10. 前記ステータの内周面には、冷却水路を備えたウォータージャケットが設けられていることを特徴とする請求項４〜９のいずれか記載の車両用電動機。

Images