JP2007506053A - ベアリングアセンブリ - Google Patents

Abstract

特に電動モーターあるいは発電機のローターの配置に好適なベアリングアセンブリ(７,８)は、ハウジング(１１,１２)内に設置されたベアリング(９,１０)を具備してなる。ベアリング(９,１０)は、インナーレース(９ａ,１０ａ)と、アウターレース(９ｂ,１０ｂ)と、両者間の複数のボールベアリングとを具備してなる。ハウジング(１１,１２)の一部は変形可能なフレキシブル壁(１４,１５)を具備してなり、これによって、従来そうであったようにアウターレースをハウジング形状に無理に合致させるのではなくして、ハウジングをアウターレース部材の形状に合致させることが可能となる。

Description

本発明は、たとえば、電動モーターあるいは発電機のような電気機械のローター用のベアリングアセンブリに関する。

電動モーターは数多くのさまざまな用途で使用されており、しかも普通に家庭用機器にて使用されている。たとえば真空掃除機においてモーターはファンの駆動に用いられ、このファンによって汚れた空気が流入口を経て吸引される。汚れた空気は、サイクロン式あるいはバッグ式セパレータのような何らかの形態の分離デバイスを通過する。この分離デバイスは空気流からゴミおよび塵を分離し、そして最後に空気は排気口から放出される。

スイッチドリラクタンス機械が近年ますます一般的なものとなってきている。スイッチドリラクタンスモーターにおいては、ステータは一組の磁極を有し、これは、磁極の各組と関連付けられた磁界の作用のもと、給電された磁極の対と並ぶようにローターを回転させるため順次給電される。異なる磁極の対の間で素早い切換えを行うことにより、ローターを極めて高速で回転させることができる。

ベアリングアセンブリが、ステータに対してローターのシャフトを回転可能に支持するために採用される。典型的なベアリングアセンブリは、ベアリング(これはインナーレースとアウターレースとの間に保持された複数のボールベアリングを具備してなる)と、ローターのシャフトに対してベアリングを支持するためのハウジングとを備える。

従来型ベアリングアセンブリに付随するであろう問題は、ベアリングのアウターレースに対するハウジングの圧力によってベアリングが変形させられることがある、というものである。

本発明は、インナーレースおよびアウターレースを有するベアリングを具備してなるベアリングアセンブリであって、さらにベアリング用のハウジングを具備してなり、このハウジングの一部は変形可能な壁を具備してなるベアリングアセンブリを提供する。

本発明はさらに、インナーレースおよびアウターレースを有するベアリング用のハウジングであって、その一部が変形可能な壁を具備してなるハウジングを提供する。

変形可能な壁を設けたことにより、これまでそうであったようにアウターレースをハウジング形状に無理に合致させるのではなくして、ハウジングをアウターレース部材の外形に合致させることが可能となる。

上記変形可能な壁は概ね０.５ｍｍの厚みを有するが、０.１ｍｍと２ｍｍの間の厚みを有することができる。

好ましくは、上記変形可能な壁はハウジングの一部である。ゆえに、ハウジングおよび壁は、ダイキャスト、冷間鍛造あるいは成形のような単一のプロセスで製造可能である。

ハウジングはさらに、ベアリングに潤滑をもたらすための手段を具備してなることが有利であり、これがベアリングの耐用期間を通してローターアセンブリのスムーズな動作を保証する。

ハウジングが熱伝導性を有する素材からなると有利である。従来型ベアリングアセンブリにおいては、ベアリングは動作中に温度が上昇する傾向があり、しかも極めて高い回転速度では過熱することさえある。ベアリング用の熱伝導ハウジングを備えたことによりベアリングから生じる熱を放散させることが可能となる。ゆえに、ベアリングはこれまでよりも一層高速で動作することができる。

本発明は、シャフト上にローターを具備してなるローターアセンブリの支持に好適である。好ましくは、ベアリングアセンブリはシャフトの両端に配置される。弾性手段をハウジングに設けてもよく、これによって偏倚運動を伴わずに、ローターアセンブリがそれ自身の重心を中心として回転することが可能となる。堅固に取り付けられたベアリングアセンブリを有する従来型ローターアセンブリにおいては、ローターはその幾何学的中心のまわりを回転しようとするが、これはベアリングに半径方向の歪みを引き起こし、これによってその耐用期間が減少する。

弾性手段は、各ハウジングに取り付けられた少なくとも一つのＯリングの形態をとることができる。好ましくは、ベアリングを均等に支持するため、Ｏリングの対は、一つのリングが各ハウジングの各端部に取り付けられた状態で、各ハウジングに設けられる。

本発明はスイッチドリラクタンス機械に応用でき、しかも特に、たとえば毎分100,000回転の高速で動作するような機械において有用である。

以下の実施形態は、真空掃除機のファンを駆動するのに使用されるモーターへの本発明の応用を説明したものであるが、いかなるタイプの用途に関しても、本発明はモーターおよび発電機の両方に利用可能であり、しかも真空掃除機あるいは家庭用機器の分野に限定されないことは明白であろう。

ここで本発明について添付図面を参照して例証として説明する。

同じ参照数字は、本明細書を通して同じ部材を意味する。

図１ないし図３は、概して参照数字１によって指し示されるローターアセンブリを示している。このローターアセンブリ１は、ローター部材３を有するローターシャフト２を具備してなる。ローター部材３は軸方向に積層された鋼板のスタックを具備してなり、これは一対の磁極３ａ,３ｂを形成するよう構成されている。シャフト２はまた、複数のブレード５を有する同心インペラ４を支持しており、このブレード５は、シャフトからインペラの周縁へ向う流体の流れを接線方向に導くよう構成されている。シャフトはまた、一対のバランスリングおよび光学エンコーダーディスクの形態のポジションインジケーター６を支持し、これによって作動中に回転部材３の回転ポジションを特定することが可能となる。

ベアリングアセンブリ７,８はシャフト２の上に設けられる。各ベアリングアセンブリ７,８は、ハウジング１１,１２によってシャフト２の上で支持されたベアリング９,１０を具備してなる。ベアリング９,１０は、その個々のハウジング１１,１２内に圧入されかつまたローターシャフト２に嵌着されるよう構成される。各ベアリング９,１０は、インナーレース９ａ,９ｂと、アウターレース１０,１０ｂと、レース間に保持された複数のボールベアリング(図示せず)を具備してなる。ベアリング９,１０は、図４に示すように、ローター３がステータ１３内で回転可能に支持されることを可能にする。

本発明に従って、各ベアリングハウジング１１,１２はフレキシブルで変形可能な壁１４,１５を含む。各壁１４,１５はハウジング１１,１２の薄い金属部分からなり、しかも半径方向に変形可能であるよう構成される。ゆえに、作動中、ハウジング１１,１２の壁１４,１５は、個々のベアリング９,１０のアウターレース９ｂ,１０ｂの外形に合致しようとし、これによってそれは密着当接状態で保持される。

剛体壁を有する圧入ハウジングを備えた従前の構造では、ハウジングはベアリングのアウターレースを押圧し、それを変形させる傾向があった。ハウジングをさらに高い精度で製造することにより、この問題を軽減する提案がなされたが、これは一層コストがかさむ製造技術を伴う。通常、ハウジングは冷間鍛造あるいはダイキャスト技術によって形成されるが、そのいずれによっても精密圧入ハウジングに要求される製造公差を提供することはできない。本発明は、上記ハウジングをこれら公知の技術を用いて製造することを可能にする。冷間鍛造は、金属加工物を、通常は室温で、適当な輪郭を持つ型の間で圧潰して所望の最終形状を得る工業プロセスである。ダイキャストは、高圧下で金属型内に溶融金属を圧入することによって実施される。

ハウジングはまた、グリースのような流体の個々のリザーバ１６,１７を備え、これは作動中にベアリング９,１０に潤滑をもたらすよう構成されている。通常、ボールベアリングは、時間の経過と共にレースからしみ出てくるグリースによって覆われる。グリースのリザーバ１６,１７はボールベアリングに、その耐用期間を通じて潤滑をもたらす。

ベアリングハウジング１１,１２は、弾性手段１８,１９によってステータ１３に対して支持されている。この実施形態では、弾性手段１８,１９はＯリング１８ａ,１８ｂ,１９ａおよび１９ｂの形態で設けられる。ハウジング１１,１２のそれぞれは、一対のＯリング１８ａ,１８ｂおよびＯリング１９ａ,１９ｂを支持する。各対のＯリングはハウジング上で、個々のハウジング内のベアリングの端部に対応するポジションに配置されている。ステータアセンブリに対するローターシャフトのこの柔軟な設置によって、ローターアセンブリ１が作動中にそれ自身の回転中心を獲得することが可能となる。ゆえに、ローターアセンブリ１は偏倚運動を伴わずに、それ自身の重心を中心として回転する。また、柔軟設置されたベアリングアセンブリにより、伝達荷重および振動の低減がもたらされる。

ベアリングアセンブリ７,８はローターシャフト２の末端部に配置される。この特徴は組立中にシャフト２の釣合いを助ける。

ステータ１３は、四つの内側に突出する突極を有するよう構成された、鋼製薄板のスタックを具備してなる。直径方向に対向する磁極１３ａおよび１３ｂの二つが図４に示されている。各磁極は巻き線２０ａ,２０ｂを支持し、これらは共に第１の相を形成する。他の直径方向に対向する磁極(図示せず)も同様に個々の巻き線を収容するが、これは第２の相として機能する。各巻き線は、それぞれのステータ磁極の周りの、何度も巻かれた(たとえば５０回以上)絶縁導電体からなる。

ステータ１３および巻き線２０は射出成形処理によってプラスチック素材２１を用いて密封されている。この射出成形では、プラスチック微粒子が溶融され、続いて所望の形状をなすよう圧力下で型空隙内に射出される。この処理の間に、ローターアセンブリ用の開口部２２およびベアリングハウジング１１の一方を収容するための端部キャップ２３が同時に形成される。

光学エンコーダーディスク６(すなわちチョッパー)がローターシャフト２上に配置される。ディスク６は、ディスクの、したがってローター部材３の回転ポジションを検出するよう構成された光学センサーと関連付けられる。光学センサーからの信号は制御装置(図示せず)に伝送される。エンコーダーディスク６はローター部材３のそれよりも小さな直径を有し、これはローターアセンブリの製造を容易にする。製造時、ローターアセンブリの構成要素はシャフト上で組み立てられ、そしてローターアセンブリ全体は、ハウジング１１が端部キャップ２３に当接した状態で、ローター部材３のために設けられた開口部２２内に容易に納められる。以前は、ローターアセンブリの個々の構成要素は、モーターあるいは発電機内に組み込まれる前に別個にバランス取りされており、完成したローターアセンブリの理想的なバランス条件は満たされなかった。だが、本発明に係るローターアセンブリはモーターの最終組立て前に完成させることができ、この結果、完成したローターアセンブリを一つの工程でバランス取りできる。

制御装置は駆動ユニットに電気的に接続されており、この駆動ユニットに対してステータ磁極部のそれぞれの巻き線が接続される。トルクは、各位相において、巻き線に流れる電流を順次切り換えることによって発生し、この結果、吸引磁力が、互いに接近しつつあるローターおよびステータ磁極間に生じる。電流は、各位相において、その位相のステータ磁極に最も近いローター磁極が整列ポジションを通過する前に断たれる。

インペラ４はローターシャフト２と共に回転し、空気をモーター内に引き込む。ベアリングアセンブリ８は、インペラ４の上流側で、シャフトの端部に配置されたノーズコーンを形成する。したがって、インペラ４によって引き込まれた空気は、まず、ベアリングアセンブリ８を横切って流動する。

ベアリング１０から生じる熱はベアリングハウジング１２によって放散されるが、このハウジング１２は熱伝導素材からなる。ベアリングアセンブリ８を横切る空気流は、ベアリングハウジング１２を冷却するよう機能する。

ベアリングアセンブリ７のための第２の空気流用の流入口２４もまた、シャフトの多端に設けられる。ベアリング９から生じる熱は熱伝導ハウジング１１によって放散されるが、このハウジング１１は流入口２４からの空気流によって冷却される。

図５には、上記モーターが使用される真空掃除機３０の一例を示す。モーター駆動インペラ４は、ノズル３１、ホースおよび杖アセンブリ３２を経て、掃除機３０内に汚れた空気を引き込む。この汚れた空気はセパレータ３３に入るが、このセパレータは汚れた空気からゴミおよび塵を分離させる役割を果たす。このセパレータ３３は、(ここに示すような)サイクロン式セパレータとすることが、あるいはたとえばゴミバッグのような他のセパレータとすることができる。きれいになった空気は、掃除機の本体３４内に配置されたモーターハウジングに入る前に、セパレータ３３を出る。通常、プレモーターフィルターがインペラの前の空気流路に配置され、セパレータ３３によって分離されなかった微細なゴミ粒子を濾過する。

作動時、モーターはインペラ４を(約100,000rpmの)極めて高い速度で回転させる。インペラ４のポンピング作用は掃除機を通って空気を引き込む。空気は続いてベアリングハウジングを横切って流動し、そしてインペラブレード５によって拡散出口２５を経て渦巻き形ケーシング２６内へと導かれる。

モーター後方フィルターを渦巻き形ケーシングの後の空気流路に配置可能である。だがブラシレスモーターを用いることで、そうしたフィルターの必要性が低減される。きれいになった空気は、その後、掃除機から適当な排気口を経て大気中に放出される。

上記実施形態の変形例は当業者には明白であり、それも本発明の範囲内のものである。たとえば、変形可能な壁はハウジングの一部である必要はない。この壁はハウジングの残部の素材とは異なる素材から製造可能である。

変形可能な壁は、ベアリングを取り囲む壁の一部あるいは複数の部分からなっていてもよい。

変形可能なフレキシブル壁を設けたことにより、ベアリングに対する圧縮力が低減するので、騒音およびローター装置に対する振動が低減される。ハウジングはまた、作動中、ベアリングから生じる熱の放散を促進する。

本発明について、複数のボールベアリングが回転動作をもたらすベアリングを参照して説明した。だが本発明はまた、ローラーを採用するベアリングのような他のタイプのベアリングにも応用できる。

本発明のベアリングアセンブリは、モーターおよび発電機(必ずしもスイッチドリラクタンス型である必要はない)のローター構造に同様に応用可能であり、しかも芝刈り機、エアコンディショナー、ハンドドライヤーおよび送水ポンプのような家庭用真空掃除機以外の機器にも採用可能である。

本発明に従って構成されたハウジングを有するベアリングアセンブリを具備してなるローターアセンブリを示す図である。 図１のローターアセンブリの分解組立図である。 図１および図２のローターアセンブリの断面図である。 図１ないし図３のローターアセンブリを具備してなるモーターの断面図である。 図４のモーターを具備してなる真空掃除機の側面図である。

符号の説明

１ ローターアセンブリ
２ ローターシャフト
３ ローター部材
３ａ,３ｂ 磁極
４ インペラ
５ ブレード
６ 光学エンコーダーディスク(ポジションインジケーター)
７,８ ベアリングアセンブリ
９,１０ ベアリング
９ａ,１０ａ インナーレース
９ｂ,１０ｂ アウターレース
１１,１２ ハウジング
１３ ステータ
１４,１５ 変形可能な壁
１６,１７ リザーバ
１８,１９ 弾性手段
１８ａ,１８ｂ,１９ａ,１９ｂ Ｏリング
２０ 巻き線
２０ａ,２０ｂ 巻き線
２１ プラスチック素材
２２ 開口部
２３ 端部キャップ
２４ 流入口
２５ 拡散出口
２６ 渦巻き形ケーシング
３０ 真空掃除機
３１ ノズル
３２ ホースおよび杖アセンブリ
３３ セパレータ
３４ 掃除機本体

Claims (26)

1. インナーレースおよびアウターレースを有するベアリングを具備してなるベアリングアセンブリであって、さらに前記ベアリング用のハウジングを具備してなり、前記ハウジングの一部は変形可能な壁を具備してなることを特徴とするベアリングアセンブリ。
2. 前記変形可能な壁は概ね０.５ｍｍの厚みを有することを特徴とする請求項１に記載のベアリングアセンブリ。
3. 前記変形可能な壁は概ね２ｍｍ以下の厚みを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のベアリングアセンブリ。
4. 前記変形可能な壁は前記ハウジングの残部と一体であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のベアリングアセンブリ。
5. 前記変形可能な壁は前記ベアリングの前記アウターレースと密着当接状態にあることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のベアリングアセンブリ。
6. 前記ハウジングはさらに、前記ベアリングに潤滑をもたらすための手段を具備してなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のベアリングアセンブリ。
7. 潤滑をもたらすための前記手段は流体のリザーバを具備してなることを特徴とする請求項６に記載のベアリングアセンブリ。
8. 前記ハウジングは熱伝導性を有することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のベアリングアセンブリ。
9. 前記変形可能な壁は亜鉛合金素材からなることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のベアリングアセンブリ。
10. 実質的に、図面を参照して説明されるかあるいは図面に示されたベアリングアセンブリ。
11. インナーレースおよびアウターレースを有するベアリング用のハウジングであって、その一部が変形可能な壁を具備してなることを特徴とするハウジング。
12. 各端部に、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のベアリングアセンブリを有するシャフト上のローターを具備してなるモーター用のローターアセンブリであって、
    前記ベアリングが前記ローターおよび前記シャフトを回転可能に支持するよう構成されていることを特徴とするローターアセンブリ。
13. 作動時にローターがそれ自身の重心を中心として回転するよう配置構成された、各ベアリングアセンブリ上の弾性手段をさらに具備してなることを特徴とする請求項１２に記載のローターアセンブリ。
14. 前記シャフト上に固定関係で配設されたインペラをさらに具備してなることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載のローターアセンブリ。
15. 前記インペラは、作動時、前記インペラによって流入させられる流体が前記ベアリングアセンブリの少なくとも一つを横切って引き込まれるよう、前記ベアリングアセンブリ間に配置されることを特徴とする請求項１４に記載のローターアセンブリ。
16. 前記弾性手段は、前記シャフトと実質的に同心のＯリングを各ハウジング上に具備してなることを特徴とする請求項１２ないし請求項１５のいずれか１項に記載のローターアセンブリ。
17. 前記弾性手段は、前記シャフトと実質的に同心の一対のＯリングを各ハウジング上に具備してなり、各対の前記リングは前記ハウジングの個々の端部に配置されていることを特徴とする請求項１２ないし請求項１６のいずれか１項に記載のローターアセンブリ。
18. 実質的に、図面を参照して説明されるかあるいは図面に示されたローターアセンブリ。
19. 請求項１ないし請求項１８のいずれか１項に記載のローターアセンブリを含む電気機械。
20. その中に前記ローターアセンブリが配置されるステータをさらに具備してなり、前記弾性手段は前記ベアリングハウジングと前記ステータとの間に介在させられていることを特徴とする請求項１９に記載の電気機械。
21. 前記ステータに対する前記ローターの回転ポジションを検出するための手段をさらに具備してなることを特徴とする請求項１９または請求項２０に記載の電気機械。
22. 前記ステータの電気巻き線、および前記ポジション検出手段からの信号に従って前記巻き線に給電するよう構成された制御手段をさらに具備してなることを特徴とする請求項２１に記載の電気機械。
23. 高速モーターの形態である請求項１９ないし請求項２２のいずれか１項に記載の電気機械。
24. 請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のベアリングアセンブリを具備してなるクリーニング機器。
25. 請求項１２ないし請求項１８のいずれか１項に記載のローターアセンブリを具備してなるクリーニング機器。
26. 請求項１９ないし請求項２３のいずれか１項に記載の電気機械を具備してなるクリーニング機器。

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