JP2007166854A - 電動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】直流モータにて軸受２３に油の不足を生じることを抑制する。
【解決手段】回転軸１１と、各突出部１２ａを有するコア１２と、各突出部１２ａに対してそれぞれ回巻される各巻線１３とを有する回転子１０と、回転子１０を収納するケース２１と、回転軸１１を回転自在に支持する軸受２３とを備える固定子２０と、を備え、回転子１０は、コア１２および軸受２３の間に配置されるとともに、コア１２に固定され、かつ回転軸１１が中空部に貫通されている筒部１４ｂを備え、筒部１４ｂが軸受に接触しているとき、各巻線１３と固定子２０との間に空所を形成するように構成され、軸受２３のうち筒部１４ｂと反対側には油が塗布されているものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、軸受によって回転軸を回転自在に支持する電動モータに関する。

従来、この種の電動モータでは、回転軸と、回転軸を中心として放射状にそれぞれ突出する複数の突出部（ティース）を有するコアと、各突出部に対してそれぞれ回巻される各巻線とを有する回転子と、回転軸の先端側が外側に突出した状態で回転子を収納して磁気回路をなすヨークとしてのケースと、ケースの内側に配置され、回転子を回転させるために回転子に磁界を与える永久磁石と、ケースに対して回転軸を回転自在に支持する軸受とを備える固定子とを備える直流モータがある（例えば、特許文献１参照）。

このものにおいて、軸受は、多数の微小孔を有する焼結金属材料からなるものであって、油が予め含浸されている。このため、通常の温度状態では、軸受から徐々に染み出る油によって回転軸の円滑な摺動が確保できるようになっている。

また、特許文献１には、回転子と固定子との間の電気絶縁構造について記載されていないが、一般的に、各巻線とケースとの間を電気的に絶縁するために、回転子には、コアと軸受との間において筒部が設けられている。筒部は、中空部に回転軸が貫通するように形成されている。筒部が軸受に接触して干渉しているとき、各巻線とケースとの間に空所を形成して、各巻線とケースとの間を電気的に絶縁するようになっている。
特開２００１−６１２５２号公報

上述の特許文献１に記載の電動モータにおいて、通常の温度状態では、軸受から染み出る油によって回転軸の円滑な摺動を確保できるものの、低温状態では、軸受と油との体積膨張率の違いによって軸受の各微小孔の内部に油が入り込んでしまうので、軸受から油が染み出てこなくなり、回転軸の円滑な摺動を確保できなくなる。

そこで、本発明者は、軸受に油を補充するために、軸受において筒部側にグリスを塗布することを検討したところ、次のような問題が生じることが分かった。

軸受の筒部側にグリスを塗布したときに、軸受と筒部との間がグリスによって繋がっている状態になることがある。

ここで、回転軸が、上述の如く、筒部の中空部に貫通している状態では、回転軸と筒部との間に数十ミクロンの微小隙間が形成されている。このため、軸受と筒部との間がグリスによって繋がっている状態で時間が経過すると、グリスに含まれる油が毛細管現象により回転軸と筒部との間の微小隙間に移動してしまう。また、当該グリスを伝わって軸受から染み出た油も、筒部側に移動してしまう。このため、軸受に対してグリスを補充しても、低温状態になると、軸受において油が不足してしまうので、回転軸の円滑な摺動を確保できなくなり、異音が発生する場合がある。

本発明は、上記点に鑑み、軸受に油の不足を生じることを抑制するようにした電動モータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、回転軸（１１）と、複数の突出部（１２ａ）を有するコア（１２）と、複数の突出部に対してそれぞれ回巻される複数の巻線（１３）と、を有する回転子（１０）と、回転子を収納するケース（２１）と、ケースに固定され、油が予め含浸され、かつ回転軸を回転自在に支持する軸受（２３）と、を備える固定子（２０）と、を備え、回転子は、コアと軸受との間に配置されるとともに、コアに固定され、かつ回転軸が中空部に貫通されている筒部（１４ｂ）を備え、筒部が軸受に接触しているとき、複数の巻線と固定子との間に空所を形成するように構成される電動モータであって、軸受のうち筒部と反対側に油が塗布されているものであることを第１の特徴とする。

したがって、筒部と回転軸との間に微小隙間が形成されていても、軸受の油が筒部側に移動し難くなり、毛細管現象により油が筒部と回転軸との間に移動することを未然に防ぐことができる。このため、軸受に対して油を良好に補充することができるので、軸受に油の不足が生じることを抑制することができる。

なお、筒部とは、回転軸が貫通する中空部を有するものならば、円筒形状、角筒形状、短筒形状等以外であってもよく、外形について問わないものである。

本発明では、回転軸と軸受との間に油を補充するために、回転軸のうち軸受に対して筒部と反対側に油が塗布されているものであることを第２の特徴とする。

これによって、油が筒部側に移動することなく、回転軸と軸受との間に油を直接的に補充することができるので、回転軸の円滑な摺動を確保することができる。

本発明では、固定子には、回転子を回転させるために巻線に磁界を与える磁石（２２）が設けられており、磁石は、その磁力によって回転子を回転軸の後端側に引きつけて軸受と筒部との間に間隔（Ｓ）を開けていることを第３の特徴とする。

これによって、例えば、高温時などで軸受から油が大量に染み出てきても、この油が筒部側に移動し難くなる。したがって、高温時などに軸受から油が染み出ることが原因で、軸受において、油の不足が生じることを抑制することができる。

本発明では、回転軸のうち軸受と筒部との間には、油をはじくために撥油剤が塗布されていることを第４の特徴とする。

これによって、軸受から油が大量に染み出てきても、この油が撥油剤によってはじかれるので、油が筒部側に移動し難くなる。

本発明では、筒部には、軸受側の端部（１４ｄ）からコア側に向けて窪むように形成され、かつ回転軸の周りに空所を形成する凹部（１４ｃ）が設けられており、回転軸のうち凹部の内側部分（Ｆ）には、撥油剤が塗布されていることを第５の特徴とする。

これによって、筒部と軸受とが接触しているときでも、軸受から染み出た油が、筒部と回転軸との間の微小隙間に移動し難くすることができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

図１、図２に本発明の一実施形態に係る直流モータの概略構成を示す。図１は直流モータのうちケースの一部を破って内部構造を示している。

本実施形態の直流モータは、回転子１０、固定子２０、およびエンドフレーム３０から構成されている。

回転子１０は、回転軸１１、コア１２、巻線１３、インシュレータ１４、およびコミンテータ１５から構成されており、回転軸１１は、ステンレスから形成され、当該直流モータの回転トルクを出力する。コア１２は、鋼鉄製の鉄心をなすもので、巻線１３が回巻されている。巻線１３には、電磁力による回転トルクを発生させるために電流が流れる。

インシュレータ１４は、電気絶縁性の高い樹脂材料からなるもので、コア１２と巻線１３との間を電気的に絶縁する。コミンテータ１５は、巻線１３の各端部が接続され、後述するブラシが摺動して巻線１３に流れる電流の向きを切り替える。

固定子２０は、ケース２１、永久磁石２２、および軸受２３から構成されている。ケース２１は、鉄等の磁性体材料からなり、磁気回路を形成するヨークをなすものであって、一端側に底部２１ａを有し、かつ他端側に開口部２１ｂを有する円筒筒状に形成されている。ケース２１は、回転軸１１の先端側が底部２１ａの貫通穴を外側に貫通している状態で回転子１０を収納している。

永久磁石２２は、ケース２１の内側に固定され、円筒形に形成されているものであって、回転子１０を回転させるために巻線１３に磁界を与える。軸受２３は、底部２１ａの貫通穴内に嵌合されて、回転軸１１を回転自在に支持する。軸受２３は、油が予め含浸され、この含浸された油が徐々に染み出て油を回転軸１１に付与する。

エンドフレーム３０は、ベース部３１、軸受３２、電源端子３３ａ、３３ｂ、およびブラシ３４から構成されている。ベース部３１は、円板状に形成されて、ケース２１の開口部２１ｂに嵌合されている。軸受３２は、ベース部３１によって支持されて、軸受２３と同様、油が予め含浸されているものであって、回転軸１１の後端側（すなわち、先端側に対して反対側）を回転自在に支持する。電源端子３３ａ、３３ｂは、ベース部３１によって支持されて、外部から電力が与えられるものである。ブラシ３４は、ベース部３１によって支持されて、コミンテータ１５に対して摺動することにより、電源端子３３ａ、３３ｂを通して与えられる電力をコミンテータ１５に付与する。

次に、回転子１０の具体的な構造について図２を参照して説明する。図２（ａ）は、ケース２１から回転子１０を取り出した状態で、図１中矢印Ｙ方向から視た図、図２（ｂ）は図２（ａ）中Ａ−Ａ断面図である。

コア１２には、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、回転軸１１が貫通しており、コア１２は、図２（ａ）に示すように、回転軸１１を中心として放射状（図２（ａ）中矢印Ｔ方向）にそれぞれ突出して断面Ｔ字状に形成される複数（図２（ａ）中３つ）の突出部１２ａ（ティース）が設けられている。突出部１２ａには、巻線１３がそれぞれ回巻されている。ここで、突出部１２ａのそれぞれの表面には、インシュレータ１４のカバー部１４ａが設けられている。カバー部１４ａは、電気絶縁性を有する樹脂材料からなるもので、突出部１２ａの表面を覆うように薄膜状に形成され、各突出部１２ａと各巻線１３との間を電気的に絶縁する。なお、突出部１２ａのうち突出方向（図２（ａ）中矢印Ｔ方向）の先端面１２ｂには、カバー部が形成されていない。

インシュレータ１４は、カバー部１４ａ以外に、電気絶縁性を有する樹脂材料によって円筒形状に形成されている筒部１４ｂを備えている。筒部１４ｂは、図１に示すように、コア１２および軸受２３との間に配置され、中空部に回転軸１１が貫通しているものである。図３において、筒部１４ｂおよび軸受２３の配置関係を示す。筒部１４ｂは、軸受２３と間においては、間隔Ｓが開けられている。これは、回転子２０に対して永久磁石２０の磁気中心をずらすことで、永久磁石２２がその磁力により回転子１０のコア１２を回転軸１１の後端側に引きつけているからである。

筒部１４ｂは、振動等により回転子１０が回転軸１１の先端側に移動して軸受２３に接触したときには、ケース２１の底面２１ａと巻線１３との間に空所を形成して、ケース２１と巻線１３との間を電気的に絶縁している。これに加えて、筒部１４ｂは、巻線１３と回転軸１１との間を電気的に絶縁するようになっている。また、筒部１４ｂの先端には、凹部１４ｃが設けられており、凹部１４ｃは、当該筒部１４ｂにおいて軸受２３側の端部１４ｄからコア１２側に向けて窪むように形成されることで、回転軸１１の周りに空所を形成している。

次に、本実施形態の直流モータの組み立てについて説明する。まず、ケース２１の底部２１ａの貫通穴内に軸受２３を圧入し、その後、ケース２１内に永久磁石２２を配置する。これによって、固定子２０が組み立てられることになる。

一方、コア１２および回転軸１１を用意し、コア１２の貫通穴に回転軸１１を圧入して、コア１２および回転軸１１を固定する。

その後、回転軸１１およびコア１２を用いるインサート成形によって、筒部１４ｂおよびカバー部１４ａを樹脂成形する。これによって、筒部１４ｂおよびカバー部１４ａ（すなわち、インシュレータ１４）が、一体成形された状態で、コア１２に固定される。なお、当該樹脂成形に伴って、筒部１４ｂおよび回転軸１１の間には、数十ミクロンの微小隙間が形成されることになる。

次に、回転軸１１およびコア１２に対してコミンテータ１５を組み付けて、コア１２の各突出部１２ａに対してそれぞれ巻線を回巻する。

次に、回転軸１１のうち筒部１４ｂの凹部１４ｃの内側部分（図３中Ｆ参照）、および間隔Ｓに相当する範囲に撥油剤を塗布する。これによって、回転子１０が組み立てられることになる。なお、本実施形態では、撥油剤としては、フッ素系のポリマー等からなるものが用いられている。

次に、ケース２１内に回転子１０を挿入して、回転軸１１の先端側がケース２１の底部２１ａの貫通穴を外側に貫通している状態とする。その後、ケース２１に対して、ベース部３１を、軸受３２、電源端子３３ａ、３３ｂ、およびブラシ３４とともに組み付ける。
この組み立てられた状態では、固定子２０の永久磁石２２がその磁力により回転子１０のコア１２（すなわち、筒部１４ｂ）を回転軸１１の後端側に引きつけるので、筒部１４ｂおよび軸受２３の間においては間隔Ｓが開けられた状態が保持される。

次に、軸受２３に油を補充するために、図１又は図３に示す如く、軸受２３のうち筒部１４ｂと反対側に油（図中Ｇ参照）を塗布する。なお、本実施形態の油とは、粘性の高い固形状の油（すなわち、グリス）以外に、液状の油を用いてもよい。これに加えて、回転軸１１および軸受２３の間においても直接的に油を与えるために、回転軸１１のうち軸受２３に対して筒部１４ｂと反対側（図中Ｇ参照）に油を塗布する。以上により、直流モータの組み立てが完成することになる。

以上のように構成される本実施形態によれば、軸受２３に油を補充するために、軸受２３のうち筒部１４ｂと反対側に油が塗布されている。このため、回転軸１１および筒部１４ｂの間に微小隙間が形成されていても、軸受の油が筒部側に移動しし難くなるため、微小隙間に油が入り込むことを未然に防ぐことができる。したがって、軸受２３に良好に油を補充することができるので、低温状態になっても、回転軸１１の円滑な摺動を確保できる。

また、本実施形態によれば、回転軸１１のうち軸受２３に対して筒部１４ｂと反対側に油を塗布するので、時間の経過に伴い、回転軸１１と軸受２３との間に油が徐々に浸透していき、回転軸１１と軸受２３との間に油を直接的に与えることができるので、回転軸１１のより円滑な摺動を確保することができる。

さらに、本実施形態においては、回転軸１１のうち軸受２３と筒部１４ｂとの間（間隔Ｓに相当する範囲）には、油をはじくために、撥油剤が塗布されている。

ここで、回転軸１１に撥油剤が塗布されていない従来の直流モータにおいては、高温状態になると、軸受２３から油が大量に染み出て、この染み出た油が毛細管現象によって筒部１４ｂと回転軸１１との間の微小隙間に移動してしまうことがあった。

これに対して、本実施形態では、上述の如く回転軸１１に撥油剤が塗布されているので、高温状態になって軸受２３から油が大量に染み出てきても、その油がはじかれて筒部１４ｂと回転軸１１との間の微小隙間に移動することを未然に防ぐことができる。

さらに、本実施形態では、回転軸１１のうち凹部１４ｃの内側部分においても撥油剤が塗布されている。このため、振動等により回転子１０が回転軸１１の先端側に移動して筒部１４ｂが軸受２３に接触したときでも、回転軸１１のうち凹部１４ｃの内側部分において油がはじかれるので、軸受２３から染み出た油が筒部１４ｂ側に移動し難くすることができる。

さらに、本実施形態では、永久磁石２２がその磁力により回転子１０を回転軸１１の後端側に引きつけて、筒部１４ｂと軸受２３との間に間隔Ｓを開けている。したがって、高温状態になって軸受２３から油が大量に染み出てきても、その油が筒部１４ｂ側に移動し難くすることができる。

上述の実施形態では、電動モータとして、直流モータを用いた例について説明したが、これに限らず、軸受２３および筒部１４ｂを有するならば、交流モータ、ステッピングモータなどの各種の電動モータを用いても良い。

上述の実施形態では、筒部１４ｂに凹部１４ｃを設けた例について説明したが、これに限らず、筒部１４ｂに凹部１４ｃを設けないようにしてもよい。

上述の実施形態では、カバー部１４ａと筒部１４ｂとを一体成形したものについて説明したが、これに代えて、カバー部１４ａおよび筒部１４ｂをそれぞれ別部品としてもよい。この場合、筒部１４ｂとして、巻線１３と回転軸１１との間を電気的に絶縁する機能を果たさないものとするならば、電気絶縁材料以外の導電性材料から形成されるものを用いてもよい。

上述の実施形態では、筒部１４ｂがインサート成形によって樹脂成形されて、筒部１４ｂがコア１２に固定されるものについて説明したが、これに代えて、筒部１４ｂに回転軸１１を圧入して筒部１４ｂおよび回転軸１１を固定し、筒部１４ｂ、回転軸１１およびコア１２の三者を固定するようにしてもよい。

上述の実施形態では、筒部１４ｂとして、円筒形状のものを用いた例について説明したが、これに限らず、筒部１４ｂとしては、中空部を有する形状を有するものならば、角筒形状、短筒形状など、あらゆる外形形状のものを用いてもよい。

本発明に係る直流モータの一実施形態の内部構造を示す破断図である。 図１のコア、インシュレータ、および巻線を示す図である。 図１の軸受および筒部の配置関係を示す部分拡大図である。

符号の説明

１０…回転子、１１…回転軸、１２ａ…各突出部、１２…コア、
１３…巻線、１４ｂ…筒部、１４…インシュレータ、２０…固定子、
２１…ケース、２３…軸受。

Claims (7)

1. 回転軸（１１）と、前記回転軸に固定され、かつ前記回転軸を中心として放射状にそれぞれ突出する複数の突出部（１２ａ）を有するコア（１２）と、前記複数の突出部に対してそれぞれ回巻される複数の巻線（１３）と、を有する回転子（１０）と、
   前記回転軸の先端側が外側に突出した状態で前記回転子を収納するケース（２１）と、前記ケースに固定され、油が予め含浸され、かつ前記回転軸を回転自在に支持する軸受（２３）と、を備える固定子（２０）と、を備え、
   前記回転子は、前記コアと前記軸受との間に配置されるとともに、前記コアに固定され、かつ前記回転軸が中空部に貫通されている筒部（１４ｂ）を備え、
   前記筒部が前記軸受側に移動したとき、前記複数の巻線と前記固定子との間に空所を形成するように構成される電動モータであって、
   前記軸受のうち前記筒部と反対側に前記油が塗布されているものであることを特徴とする電動モータ。
2. 前記回転軸と前記軸受との間に前記油を与えるために、前記回転軸のうち前記軸受に対して前記筒部と反対側に前記油が塗布されているものであることを特徴とする請求項１に記載の電動モータ。
3. 前記固定子には、前記ケースの内側に配置され、前記回転子を回転させるために前記巻線に磁界を与える磁石（２２）が設けられており、
   前記磁石は、その磁力によって前記回転子を前記回転軸の後端側に引きつけて前記軸受と前記筒部との間に間隔（Ｓ）を開けていることを特徴とする請求項１または２に記載の電動モータ。
4. 前記回転軸のうち前記軸受と前記筒部との間には、前記油をはじくために撥油剤が塗布されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電動モータ。
5. 前記筒部には、前記軸受側の端部（１４ｄ）から前記コア側に向けて窪むように形成され、かつ前記回転軸の周りに空所を形成する凹部（１４ｃ）が設けられており、
   前記回転軸のうち前記凹部の内側部分（Ｆ）には、前記油をはじくために撥油剤が塗布されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電動モータ。
6. 前記筒部は、電気絶縁材料からなるものであって、前記複数の巻線と前記回転軸との間を電気的に絶縁するように形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電動モータ。
7. 電気絶縁材料からなり、前記複数の突出部と前記複数の巻線との間をそれぞれ電気的に絶縁する絶縁部（１４ａ）を備え、
   前記絶縁部は、前記筒部と一体成形されたものであることを特徴とする請求項６に記載の電動モータ。

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