JP2009118702A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、軸方向の振動を有効に抑制するとともに、軸受とハウジングとの間の振動伝達を抑制することができ、共振点をずらすことが可能な回転電機を提供することにある。
【解決手段】ステータ１と、ロータ２と、回転軸３と、ハウジング４と、エンドフレーム５と、を備えた回転電機に関する。
ハウジング４は、有底の略筒形状に形成されているとともに、ハウジング４の底部には貫通孔４１が形成されており、貫通孔４１からは、キャップ状の制振部材８が突出するとともに、制振部材８の外壁の一部は貫通孔４１周端部と当接しており、制振部材８は、回転軸３を支承する軸受７を被覆した状態で、軸受７と貫通孔４１周端部により挟持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は回転電機に係り、特に軸方向の振動を有効に抑制することが可能な回転電機に関する。

従来より、回転電機において、駆動時の振動を抑制することは重要な課題であった。
このように回転電機の振動を抑制することにより、駆動時に発生する騒音を抑制することができる。
回転電機の振動を抑制するための方法として、回転電機の防振技術が種々提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特開平１０−０６６３００号公報 特開２００７−１３５３４２号公報

特許文献１の技術では、負荷側玉軸受外輪の外周面と負荷側ブラケットの軸受ハウジングの内周面との間、負荷側玉軸受内輪の内周面と回転子軸外周面との間、反負荷側玉軸受外輪の外周面と反負荷側ブラケットの軸受ハウジングの内周面との間、反負荷側玉軸受内輪の内周面と回転子軸外周面との間に、それぞれ相対すべりによる粘性減衰力を発生させるゴムや樹脂等で作成された制振材を配設することにより、回転電機の振動を抑制することができる。

また、特許文献２の技術では、負荷軸受は、第１制振部材を介在させて、負荷側軸受収納部に収納・保持される。
この第１制振部材は、弾性を有する材料で形成されており、負荷側軸受にその軸方向一端側から圧入される。
この第１制振部材の介在により、振動が減衰されるとともに、この振動に起因する外輪と負荷側軸受収納部との衝突音が低減される。

しかし、特許文献１及び特許文献２に開示された技術では、軸受とハウジング間の振動を抑制することができるが、軸方向の振動は抑制することができず、有効に振動を低減することができないという問題点があった。

本発明の目的は、上記各問題点を解決することにあり、軸方向の振動を有効に抑制するとともに、軸受とハウジングとの間の振動伝達を抑制することができ、共振点をずらすことが可能な回転電機に関する。

上記課題は、本発明に係る回転電機によれば、ステータと、該ステータと対向するように配設されたロータと、該ロータを軸方向に貫通するとともに前記ロータの回転力を伝達する回転軸と、前記ステータ及び前記ロータを被覆するハウジングと、前記回転軸を突出させた状態で前記ハウジングの開口部を被覆するエンドフレームと、を備えた回転電機であって、前記ハウジングは有底の略筒形状に形成されているとともに、前記ハウジングの底部には貫通孔が形成されており、前記貫通孔からは、キャップ状の制振部材が突出するとともに、前記制振部材の外壁の一部は前記貫通孔周端部と当接しており、前記制振部材は、前記回転軸を支承する軸受を被覆した状態で、前記軸受と前記貫通孔周端部により挟持されていることにより解決される。

このように、本発明においては、制振部材をハウジングに取り付けることにより、この制振部材が、軸受を被覆した状態で、軸受と貫通孔周端部により挟持されることとなる。
よって、軸受とハウジングとの間に制振部材が挟持されることとなり、この制振部材の介在により、軸受よりハウジングに伝達される軸方向の振動及びラジアル方向の振動を有効に抑制することができる。

このとき、前記制振部材の外壁には、シール材を配設するための溝が形成されており、前記溝は、前記制振部材が前記ハウジングに配設されたとき、前記貫通孔の周端部と当接する位置に形成されていると好適である。
このように構成されているため、この制振部材に形成された溝にシール材（例えば、Ｏリング）を取り付けた状態で、ハウジングに制振部材を配設すれば、防水性を確保することができる。
このため、制振部材により振動を有効に抑制することができるとともに、防水性も確保することができ、防水構造が必要な回転電機に適用する際には特に好適である。

また、このとき、前記制振部材の内壁面の少なくとも一部には、振動抑制材が配設されていると、振動を更に有効に抑制することができるため好適である。
この振動抑制材としては、例えば、ゴム等の合成樹脂が使用される。
また、この振動抑制部材は、制振部材内壁面のうち、回転軸と対向する面に配設されるとよい。

更に、このとき、前記制振部材は、底面と該底面周部より起立する側壁を有して形成されており、前記底面部分には、前記底面の中心点より放射状に複数の穴が形成されていると好適である。
このように構成されているため、例えば１０極１２スロットの回転電機のように振動モードが楕円で発生する回転電機の場合、振動の固有値を有効にずらすことができる。

また、このとき、前記穴は、前記回転電機の振動モードが偶数次のときには奇数個形成され、前記回転電機の振動モードが奇数次のときには偶数個形成されると好適である。
このように構成されているため、有効に共振点をずらすことができる。

更に、このとき、複数の前記穴は、前記中心点に対して対称となる位置には各々形成されないよう構成されている。
このように構成されているため、有効に共振点をずらすことができ、軸方向の振動を有効に抑制することができる。

また、このとき、前記制振部材の前記ハウジングへの固定位置の個数は、前記回転電機のマグネットの極数と一致しないよう構成されている。
また、前記軸受は、ボールベアリングであり、前記制振部材の前記ハウジングへの固定位置の個数は、前記軸受の玉の個数と一致しないよう構成されている。
このように構成されているため、有効に共振点をずらし、軸方向の振動を有効に抑制することができる。

また、このとき、前記制振部材の内壁面の一部と前記軸受の外壁面の一部との間には、ウエーブワッシャが挟持されている。
このように構成されているため、制振部材の振動抑制効果と、ウエーブワッシャの押圧力による振動抑制効果により、より確実に軸方向の振動を抑制することができる。

本発明によれば、制振部材をハウジングに取り付けることにより、この制振部材が、軸受を被覆した状態で、軸受と貫通孔周端部により挟持されることとなる。
よって、軸受とハウジングとの間に制振部材が挟持されることとなり、この制振部材の介在により、軸受よりハウジングに伝達される軸方向の振動及びラジアル方向の振動を有効に抑制することができる。
また、制振部材に複数の穴を形成することで、共振点をずらすことが可能となる。
更に、振動抑制材、ウエーブワッシャを併用することにより、ハウジングに伝達される軸方向の振動及びラジアル方向の振動をより有効に抑制することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下に説明する構成は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
本実施形態は、軸方向の振動を有効に抑制するとともに、軸受とハウジングとの間の振動伝達を抑制することができ、共振点をずらすことが可能な回転電機に関するものである。

図１乃至図１１は、本発明の一実施形態を示すものであり、図１はモータの断面図、図２は第１実施例に係るキャップを示す斜視図、図３は第１実施例に係るキャップの平面図及び断面図、図４は第１実施例に係るキャップの取り付け状態を示す説明図、図５は第１実施例に係るキャップのかしめ位置を示す説明図、図６は第２実施例に係るキャップを示す斜視図、図７は第２実施例に係るキャップの平面図及び断面図、図８は第３実施例に係るキャップを示す斜視図、図９は第３実施例に係るキャップの平面図及び断面図、図１０は第４実施例に係るキャップの説明図、図１１は第４実施例に係るキャップの取り付け状態を示す説明図である。

図１に本実施形態に係る回転電機としてのモータＭの構成を説明する。
本実施形態に係るモータＭは、ステータ１、ロータ２、回転軸３、ハウジング４、エンドフレーム５、出力軸側ベアリング６、軸受としてのエンド側ベアリング７、防振部材としてのキャップ８、を主要構成要素としている。
ステータ１は、円環部から中心方向へ向けて突出した複数のティース部を含む所定形状に打ち抜かれた薄板を複数毎積層することにより形成されている。
このステータ１のティース部Ｔには、ホルダ１１を介して巻線１２が巻回されている。

ロータ２は、略円筒状部材で、ステータ１のティース部Ｔ自由端と対向するようにマグネット２２が埋設されている。
また、ロータ２の中央部には、回転軸３が貫通している。
出力軸側ベアリング６及びエンド側ベアリング７は公知のボールベアリングであり、出力軸側ベアリング６は回転軸３の出力軸側端部に配設されるとともに、エンド側ベアリング７は回転軸３のエンド側端部に配設され、回転軸３を回転自在に支承している。

ハウジング４は、ステータ１及びロータ２等を被覆するための略筒形状の部材であり、その内周面には、ステータ１が固定されている。
ハウジング４のエンド側には、筒状のエンド側開口部４１が形成されており、このエンド側開口部４１にエンド側ベアリング７及び後述するキャップ８が配設される。
このエンド側開口部４１が貫通孔に相当する。

エンドフレーム５は、平板状の部材であり、ハウジング４の出力軸側の開口部を被覆するように配設される。
このエンドフレーム５の中央部には、筒状の出力軸側開口部５１が形成されており、この出力軸側開口部５１に出力軸側ベアリング６が配設される。

キャップ８は、有底の略筒形状の部材であり、ハウジング４に形成されたエンド側開口部４１及びこのエンド側開口部４１に配設されたエンド側ベアリング７を被覆するように配設される。
なお、本実施形態においては、このキャップ８は、減衰率の高い制振合金で形成されている。
ただし、制振合金以外の材料（例えば、鉄、ＳＵＳ等）でキャップ８を作成した場合であっても、エンド側ベアリング７の収納部分の剛性が上がり、振動モードの固有値をずらすことができる。
このキャップ８の詳細は、後述する。

このように、本実施形態に係るモータＭは、ハウジング４内壁面にステータ１を支持し、そのステータ１の内部中央部にロータ２を配設して形成される。このとき回転軸３はロータ２の中心部を軸方向に貫通している。また、この回転軸３は、そのエンド側が、ハウジング４のエンド側開口部４１に配設されたエンド側ベアリング７に支承されるとともに、その出力軸側が、エンドフレーム５の出力軸側開口部５１に配設された出力軸側ベアリング６に支承される。このとき、エンドフレーム５は、ハウジング４の出力軸側の開口部を被覆するとともに、キャップ８はハウジング４のエンド側開口部４１を被覆する。

また、キャップ８は、エンド側開口部４１の周端部と、エンド側ベアリング７外輪の外側面に挟持された状態で配設される。
このように、エンド側ベアリング７とハウジング４との間にキャップ８が挟持されることとなり、このキャップ８の介在により、エンド側ベアリング７よりハウジング４に伝達される軸方向の振動及びラジアル方向の振動を有効に抑制することができる。

更に、エンド側ベアリング７のエンド側端面と、キャップ８の内壁天面（エンド側ベアリング７のエンド側端面と対向する面）との間には、ウエーブワッシャＷが配設されており、これらの面を押圧固定している。
つまり、このウエーブワッシャＷの介在により、エンド側ベアリング７とハウジング４間の振動を抑制している。

（第１実施例）
図２及び図３により、第１実施例に係るキャップ８を説明する。
図２はキャップ８を示す斜視図であり、図３（ａ）は図２のキャップ８をＢ方向から見た平面図、図３（ｂ）は図２のＡ−Ａ線断面図である。

図２及び図３に示すように、本例に係るキャップ８は、有底の略円筒形状の部材であり、蓋部８１、脚部８２で形成されている。
蓋部８１は、円盤状の平板である。
脚部８２は、円筒形状であり、蓋部８１の中心点と中心軸とが整合するように、蓋部８１の片側面より起立している。
この蓋部８１と脚部８２内壁面とで囲まれた状態で形成される空間をベアリング配設空間８３と記す。

図４の矢印で示すように、キャップ８は、ハウジング４のエンド側に形成されたエンド側開口部４１に挿入される。
このとき、キャップ８に形成されたベアリング配設空間８３には、回転軸３のエンド側端部が支承されたエンド側ベアリング７が配設される。
つまり、キャップ８は、エンド側開口部４１の周端部と、エンド側ベアリング７外輪の外側面に挟持されるように圧入される。
このように、キャップ８の介在により、エンド側ベアリング７よりハウジング４に伝達される軸方向の振動及びラジアル方向の振動を有効に抑制することができる。

また、エンド側ベアリング７のエンド側端面と、キャップ８のベアリング配設空間８３の天面８１ａ（エンド側ベアリング７のエンド側端面７１ａと対向する面）との間には、ウエーブワッシャＷが配設され、これらの面を押圧固定する。
つまり、このウエーブワッシャＷの介在により、ベアリング配設空間８３の天面８１ａとエンド側ベアリング７のエンド側端面７１ａとを固定し、エンド側ベアリング７とハウジング４間の振動を抑制している。

また、本例では、キャップ８をハウジング４にかしめ固定している。
このかしめ位置Ｋを図５に示した。
図５に示すように、本例では、キャップ８の脚部８２自由端部をハウジング４にかしめ固定する。
このかしめの個数は、ベアリング７のボールの個数及びモータＭのマグネット２２の極数と一致しない個数とする。
このようにかしめ個数を設定することにより共振を防ぐことができる。
なお、本例においては、キャップ８をハウジング４にかしめ固定したが、固定方法はこれに限られるものではなく、例えば、圧入、接着により固定してもよい。

（実施例２）
次いで、図６及び図７により第２実施例を説明する。
図６は、キャップ１８の斜視図であり、図７（ａ）は図６のキャップ１８をＤ方向から見た平面図、図７（ｂ）は図６のＣ−Ｃ線断面図である。
なお、実施例１と同様の部材には同一符号を付し、同様の部材及び構造に関しての説明は省略する。
本例では、キャップ１８の形状が第１実施例と異なるのみで、モータＭを構成する他の部品等は実施例１と同様である。

本例におけるキャップ１８は、有底の略円筒形状の部材であり、蓋部１８１、脚部１８２で形成されている。
蓋部１８１は、円盤状の平板であり、中心点より放射状に略扇形形状の穴１８１ｂが５個形成されている。
脚部１８２は、円筒形状であり、蓋部１８１の中心点と中心軸とが整合するように、蓋部１８１の片側面より起立している。
この蓋部１８１と脚部１８２内壁面とで囲まれた状態で形成される空間をベアリング配設空間１８３と記す。

本例におけるキャップ１８には、穴１８１ｂが形成されている。
この穴１８１ｂは奇数個数（本例においては５個）形成されており、それぞれの穴１８１ｂは、蓋部１８１の中心点に対して対角位置に配設されないように穿孔される。
このため、振動エネルギーを効率良く吸収することができ、共振点をずらすことができる。
このような構成は、振動モードが楕円で発生するモータ（例えば、１０極１２スロットのようなモータ）に適用すると、有効に振動エネルギーを吸収することができ、共振点をずらすことができる。
なお、振動モードが奇数次の場合には、偶数個の穴を形成するとよい。

（実施例３）
次いで、図８及び図９により第３実施例を説明する。
図８は、キャップ２８の斜視図であり、図９（ａ）は図８のキャップ２８をＦ方向から見た平面図、図９（ｂ）は図８のＥ−Ｅ線断面図である。
なお、実施例１と同様の部材には同一符号を付し、同様の部材及び構造に関しての説明は省略する。
本例では、キャップ２８の形状が第１実施例と異なるのみで、モータＭを構成する他の部品等は実施例１と同様である。

本例におけるキャップ２８は、有底の略円筒形状の部材であり、蓋部２８１、脚部２８２で形成されている。
蓋部２８１は、円盤状の平板である。
脚部２８２は、略円筒形状であり、蓋部２８１の中心点と中心軸とが整合するように、蓋部２８１の片側面より起立している。
なお、脚部２８２の外壁面には、円周状に延びる溝２８２ａが形成されている。
この溝２８２ａは、シール材としてのＯリングを配設するための溝となる。
蓋部２８１と脚部２８２内壁面とで囲まれた状態で形成される空間をベアリング配設空間２８３と記す。

このように、本例におけるキャップ２８には、溝２８２ａが形成されている。
このため、防水構造が必要なモータにおいては、この溝２８２ａに配設されるＯリングにより確実に防水性を確保することができる。
よって、実施例１同様に、キャップ２８により、軸方向の振動エネルギーを効率良く抑制することができるとともに、このキャップ２８に配設されたＯリングにより防水性もまた実現される。
更に、本例におけるキャップ２８のベアリング配設空間２８３天面には、円盤形状の防振材Ｐが配設されている。
この防振材Ｐが振動抑制材に相当する。
この防振材Ｐとしては振動を吸収することができる材質であればどのようなものでもよいが、例えば、ゴム等の合成樹脂が使用される。
このことにより、より一層、軸方向の振動エネルギーを効率よく吸収することができる。

（実施例４）
次いで、図１０及び図１１により第４実施例を説明する。
なお、実施例１と同様の部材には同一符号を付し、同様の部材及び構造に関しての説明は省略する。
本例におけるキャップ３８は、エンド側ベアリング７を被覆するためのカップ形状の被覆部３８１と、その被覆部３８１の自由端側の円周にそって形成されたフリンジ状の固定部３８２で構成されている。

図１０で示すように、エンド側ベアリング７は、被覆部３８１により被覆される。
このときキャップ３８は、固定部３８２をハウジング４のエンド側開口部４１の内側に固定することにより、ハウジング４に配設される。つまり、ハウジング４のエンド側開口部４１を形成する端部を、固定部３８２と被覆部３８１外壁面との内隅部に配置した状態で固定される。

また、エンド側ベアリング７のエンド側端面と、キャップ３８の被覆部３８１の天面３８１ａ（エンド側ベアリング７のエンド側端面７１ａと対向する面）との間には、ウエーブワッシャＷが配設され、これらの面を押圧固定する。
つまり、このウエーブワッシャＷの介在により、被覆部３８１の天面３８１ａとエンド側ベアリング７のエンド側端面７１ａとを固定し、エンド側ベアリング７とハウジング４間の振動を抑制している。

図１１に本例に係るキャップ３８の取り付け状態を示す。
本例におけるキャップ３８は、図１１に示すように、ハウジング４の内側より取り付けられる。
つまり、被覆部３８１を、ハウジング４の内側から外側へ向けて、エンド側開口部４１より突出させ、ハウジング４のエンド側開口部４１を形成する端部を、固定部３８２と被覆部３８１外壁面との内隅部に配置した状態で取り付けられることとなる。
また、被覆部３８１の下方側端部（固定部３８２との連結部付近）は、ハウジング４のエンド側開口部４１の周端部と、エンド側ベアリング７外輪の外側面に挟持されるよう組みつけられる。
このように、キャップ３８の介在により、エンド側ベアリング７よりハウジング４に伝達される軸方向の振動及びラジアル方向の振動を有効に抑制することができる。

モータの断面図である。 第１実施例に係るキャップを示す斜視図である。 第１実施例に係るキャップの平面図及び断面図である。 第１実施例に係るキャップの取り付け状態を示す説明図である。 第１実施例に係るキャップのかしめ位置を示す説明図である。 第２実施例に係るキャップを示す斜視図である。 第２実施例に係るキャップの平面図及び断面図である。 第３実施例に係るキャップを示す斜視図である。 第３実施例に係るキャップの平面図及び断面図である。 第４実施例に係るキャップの説明図である。 第４実施例に係るキャップの取り付け状態を示す説明図である。

符号の説明

１‥ステータ、１１‥ホルダ、１２‥巻線、
２‥ロータ、２２‥マグネット、
３‥回転軸、
４‥ハウジング、４１‥エンド側開口部、
５‥エンドフレーム、５１‥出力軸側開口部、
６‥出力軸側ベアリング、
７‥エンド側ベアリング、７１ａ‥エンド側端面、
８，１８，２８，３８‥キャップ、８１，１８１，２８１‥蓋部、
８２，１８２，２８２‥脚部、８３，１８３，２８３‥ベアリング配設空間、
８１ａ，３８１ａ‥天面、
１８１ｂ‥穴、
２８２ａ‥溝、
３８１‥被覆部、３８２‥固定部、
Ｍ‥モータ、Ｐ‥防振材、Ｔ‥ティース部、Ｗ‥ウエーブワッシャ

Claims (9)

1. ステータと、該ステータと対向するように配設されたロータと、該ロータを軸方向に貫通するとともに前記ロータの回転力を伝達する回転軸と、前記ステータ及び前記ロータを被覆するハウジングと、前記回転軸を突出させた状態で前記ハウジングの開口部を被覆するエンドフレームと、を備えた回転電機であって、
   前記ハウジングは有底の略筒形状に形成されているとともに、前記ハウジングの底部には貫通孔が形成されており、
   前記貫通孔からは、キャップ状の制振部材が突出するとともに、前記制振部材の外壁の一部は前記貫通孔周端部と当接しており、
   前記制振部材は、前記回転軸を支承する軸受を被覆した状態で、前記軸受と前記貫通孔周端部により挟持されていることを特徴とする回転電機。
2. 前記制振部材の外壁には、シール材を配設するための溝が形成されており、前記溝は、前記制振部材が前記ハウジングに配設されたとき、前記貫通孔の周端部と当接する位置に形成されていることを特徴とする回転電機。
3. 前記制振部材の内壁面の少なくとも一部には、振動抑制材が配設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転電機。
4. 前記制振部材は、底面と該底面周部より起立する側壁を有して形成されており、前記底面部分には、前記底面の中心点より放射状に複数の穴が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか一項に記載の回転電機。
5. 前記穴は、前記回転電機の振動モードが偶数次のときには奇数個形成され、前記回転電機の振動モードが奇数次のときには偶数個形成されることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
6. 複数の前記穴は、前記中心点に対して対称となる位置には各々形成されないことを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
7. 前記制振部材の前記ハウジングへの固定位置の個数は、前記回転電機のマグネットの極数と一致しないことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
8. 前記軸受は、ボールベアリングであり、前記制振部材の前記ハウジングへの固定位置の個数は、前記軸受の玉の個数と一致しないことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
9. 前記制振部材の内壁面の一部と前記軸受の外壁面の一部との間には、ウエーブワッシャが挟持されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８いずれか一項に記載の回転電機。

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