JP2009159667A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】偏芯許容構造を備えた電動機を提供する。
【解決手段】本発明は、回転軸２を備えた回転子３と、前記回転子と軸方向に対峙するように配置された固定子４と、前記回転子と前記固定子とを内装し、その内面に前記固定子を固定するケース５とを備えた電動機において、前記ケースの内面と前記回転子との間に前記固定子の中心線に直交する方向の前記回転子の偏芯を許容するフリーベアリング７を設けたことを特徴とする電動機である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機、特に回転軸の偏芯許容構造を備えた電動機に関するものである。

従来、低速高トルクが要求される電動機に対応する電動機として、回転軸方向に固定子と回転子とが対向して配置される軸方向空隙型電動機がある。従来の軸方向空隙型電動機は、コイルが巻回される固定子と、このコイルに回転軸方向に対向して配置され、複数対の永久磁石が周方向起磁力形に配置される回転子とからなり、固定子コイルに電流を流して回転磁界を発生させ、これに伴い固定子と回転子との間の磁気的な吸引力および反発力によって、回転子を回転させる（特許文献１、２参照のこと）。
特開２００２−１５３０２８号公報 特開平１１‐１８７６３５号公報

しかしながら、これら従来の軸方向空隙型電動機では、固定子の中心線と回転子の中心線とを同軸として構成され、たとえば回転子に接続する被回転部材の回転中心線も回転子の中心線と同一にする必要が生じる。しかし、組み立て精度等を考慮するとバラツキを除去することができない。この中心線のズレ（偏芯）を許容するために、従来はオルダムカップリングを回転子と被回転部材間に設置することが行われていた。このため、オルダムカップリングの設定に伴い、コストアップや重量増加という課題が生じる。

本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、偏芯許容構造を備えた電動機においてコストや重量の増加を抑制することを目的とする。

本発明は、回転軸を備えた回転子と、前記回転子と軸方向に対峙するように配置された固定子と、前記回転子と前記固定子とを内装し、その内面に前記固定子を固定するケースとを備えた電動機において、前記ケースの内面と前記回転子との間に前記固定子の中心線に直交する方向の前記回転子の偏芯を許容するフリーベアリングを設けている。

本発明では、回転子とケースとの間にフリーベアリングを備えたので、このフリーベアリングにより回転子の中心線と固定子の中心線との偏芯を許容し、従来、偏芯を許容するため設けていたオルダムカップリングを廃止することができ、コストの上昇や重量の増加を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の軸方向空隙型電動機１の構成を示す断面図である。

本実施形態において、軸方向空隙型電動機１は、回転軸２を備えた回転子３と、回転軸２の軸方向に所定の間隙をもって回転子３と対峙する一対の固定子４とを、ケース５内に収納し、構成される。

回転子３には、軸方向に延びる回転軸２が固定され、回転子３は、軸方向に直交する平面を備えた円板状のフランジ１１と、このフランジ１１の外周に固定された複数の永久磁石１２とを備える。各永久磁石１２は、周方向に等間隔に配置される。

固定子４は、ケース５に固定されるヨーク部８と、ヨーク部８から回転子３側に突出し、周方向に所定間隔で設けられる複数のティース部９と、ティース部９に巻回されるコイル１０とから構成される。ヨーク部８は、ティース部９をケース５に固定するとともに、ティース部９の磁束を周方向に回して別のティース部９へ流す役割を果す。各ティース部９に巻回されたコイル１０は、回転軸２の軸方向に回転子３の各永久磁石１２と対峙する。またコイル１０は、図示しない絶縁体を介してティース部９に巻回され、ティース部９から絶縁される。

ケース５は、回転子３と固定子４とを内部に収納し、有底円筒形状の本体部５ａと本体部５ａの開口部を閉止する蓋部５ｂとから構成される。蓋部５ｂには、回転軸２が貫通する貫通孔５ｃを形成する。回転子３の永久磁石１２と軸方向にて対峙する固定子４の各ヨーク部８が、ケース５の本体部５ａの底部５ｄと蓋部５ｂとにそれぞれ固定される。回転子３と固定子４は、軸方向の間隙１４が所定値となるように設置される。

ケース５の貫通孔５ｃは、回転軸２の外径に対して所定量だけ大きく形成される。回転子３の、固定子４の中心線に直交する方向（以下、軸直角方向という）のケース５との相対的な変位量（偏芯量）は、貫通孔５ｃの内径と回転軸２の外径との差によって規定される。

次に、回転子３の軸直角方向の相対変位を許容する構成について説明する。

回転軸２に固定されたフランジ１１の外径は、ケース５の蓋部５ｂの貫通孔５ｃの内径より大きく形成される。具体的には、フランジ１１の外径は、回転軸２がケース５の軸直角方向に対して最大量だけ偏芯しても常に貫通孔５ｃより大きくなるように設定される。

ケース５の本体部５ａの底部５ｄと蓋部５ｂにはそれぞれフリーベアリング７が設置され、フリーベアリング７の複数のボール７ａがフランジ１１の平面１１ａ、１１ｂに両側から接する。

図２から図４を参照すると、フリーベアリング７は、環状に形成し、固定子４の中心線と同軸に配置される。フリーベアリング７は、フランジ１１の表裏をなす平面１１ａ、１１ｂと平行に形成された面７ａを備え、ケース５に固定するベース７ｂと、面７ａに形成した半球状の複数の凹部７ｅに収装された複数のボール７ｃと、凹部７ｅとボール７ｃとの間に介在して、ボール７ｃをフランジ１１に対して転動可能に支持する支持部材７ｄとから構成される。支持部材７ｄは、樹脂軸受や小径の複数のボールで構成される。

図２に示すように、ボール７ｃは、周方向に一定間隔で配置されており（α１＝α２）、フリーベアリング７のベース７ｂの内径Ｄ１は、貫通孔５ｃよりできるだけ大きく設定し、外径Ｄ２と内径Ｄ１との差Ｄ２−Ｄ１はできるだけ小さく設定し、かつボール７ｃの直径は大きく設定する。

このような構成により、回転子３のフランジ１１は一対のフリーベアリング７により軸方向から挟持され、フリーベアリング７のボール７ｃが回転子３の固定子４に対する軸直角方向への変位時に転動し、回転子３の固定子４に対する相対変位を可能とする。

なお、固定子４側にフリーベアリング７を配置する構成を説明したが、回転子３側にフリーベアリングを配置することも可能である。

次に作用を説明する。

本発明の軸方向空隙型電動機は、例えば、ケース５を図示しない支持部材に固定し、回転子３が固定される回転軸２を不図示の被回転部材に接続した状態で固定子４のコイル１０に通電することで運転が行われる。固定子４のコイル１０に通電すると、回転磁界が発生し、これに伴い固定子４と回転子３との間の磁気的な吸引力および反発力によって、回転子３が所定方向に回転する。この回転により回転軸２も回転する。

本発明では、ケース５と回転子３との間にフリーベアリング７を備えたので、容易な構成で回転子３が固定子４の中心線に直交する方向の変位を許容することができる。これにより偏芯機能を有しながら、コスト上昇や重量の増加を抑制することができる。

フリーベアリング７のベース７ｂの内径Ｄ１は、貫通孔５ｃよりできるだけ大きく設定し、外径Ｄ２と内径Ｄ１との差Ｄ２−Ｄ１はできるだけ小さく設定したので回転子３の固定子４に対する偏芯量を大きく設定することができる。また、ボール７ｃの直径は大きく設定したので、ボール７ｃの面圧を低減でき、ボール７ｃに作用する軸方向の押圧力に抗して、回転子３の許容回転数を向上することができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明の軸方向空隙型電動機１の構成を説明する断面図である。 フリーベアリングの構成図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。

符号の説明

１ 軸方向空隙型電動機
２ 回転軸
３ 回転子
４ 固定子
５ ケース
５ａ 本体部
５ｂ 蓋部
５ｃ 貫通孔
７ フリーベアリング
８ ヨーク部
９ ティース部
１０ コイル
１１ フランジ

Claims (3)

1. 回転軸を備えた回転子と、
   前記回転子と軸方向に対峙するように配置された固定子と、
   前記回転子と前記固定子とを内装し、その内面に前記固定子を固定するケースとを備えた電動機において、
   前記ケースの内面と前記回転子との間に前記固定子の中心線に直交する方向の前記回転子の偏芯を許容するフリーベアリングを設けたことを特徴とする電動機。
2. 前記ケースは、前記回転軸が貫通する貫通孔を備え、
   この貫通孔と前記回転軸の径差により前記回転子の前記偏芯量を規定することを特徴とする請求項１に記載の電動機。
3. 前記フリーベアリングは、前記回転子または前記固定子のいずれかと転接するボールと、このボールを転動可能に支持する環状のベース材を備え、
   前記ベース材は、その内径が前記貫通孔の径より大きく設定され、前記ボールは、周方向に等間隔で設置することを特徴とする請求項２に記載の電動機。

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