JP2010071458A - 回転電機の軸受構造及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの回転に伴って発生する振動をより好適に抑制させることができる回転電機を提供する。
【解決手段】制振部材３０は、環状に構成され、制振部材３０の外周面３０ｂにてハウジングとしてのエンドフレーム１２と当接されるとともに制振部材３０の内周面３０ａにて軸受２５と当接されものであり、制振部材３０の端面部３０ｃには、その一方であるエンドフレーム１２側に周方向に連続する溝部３０ｄが形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機の軸受構造、及びその軸受構造を用いて構成される回転電機に関するものである。

従来、回転電機では、ロータの回転に伴って発生する振動をハウジングに伝播させないようにするため、例えば特許文献１に示すように、ロータの回転軸を回転可能に軸支する軸受とハウジングとの間に、ゴム等で構成される制振部材を設けた回転電機が知られている。そのため、ロータの回転に伴って振動が発生した場合に、弾性部材が弾性変形して振動を吸収することによりステータの振動がハウジングに伝播することが抑制されている。

ところが、上記の回転電機のように、ハウジングと軸受との間にゴム等で構成される制振部材を介在する態様では、そのゴムは低周波の振動の抑制を得意としていることから、高周波の振動に対しては十分に抑制することができないという問題があった。

そこで、例えば特許文献２に示すように軸受（外輪）とハウジングとの間に制振合金で構成される制振部材を設けた構成の軸受装置を、回転電機に応用することが考えられる。つまり、回転電機のハウジングと軸受との間に制振合金で構成される制振部材を設けることで、低〜高周波の広い範囲の振動を好適に減衰する制振性に優れた制振合金により、ロータの回転に伴って発生する振動がハウジングに伝播されることをより好適に抑制することができる。
特開２００７−１３５３４２号公報 特開２００７−２１８３５１号公報

ところで、特許文献２に示す軸受装置を回転電機に応用することで、低〜高周波の広い範囲の振動についても好適に抑制することができるが、振動を完全に抑えることができるわけではないため、ロータの回転に伴って発生する振動をより好適に抑制させることができる軸受構造、及び回転電機の開発が望まれている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ロータの回転に伴って発生する振動をより好適に抑制させることができる回転電機の軸受構造及び回転電機を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転電機のハウジングと、回転軸を回転可能に支持する軸受との間に制振合金からなる制振部材が介在される回転電機の軸受構造であって、前記制振部材は、環状に構成され、少なくとも前記制振部材の外周面にて前記ハウジングと当接されるとともに前記制振部材の内周面にて前記軸受と当接されものであり、前記制振部材の端面部には、その少なくとも一方に周方向に連続する溝部が形成されることをその要旨とする。

この発明では、制振部材は、環状に構成され、少なくとも制振部材の外周面にてハウジングと当接されるとともに制振部材の内周面にて軸受と当接されものであり、制振部材の端面部には、その少なくとも一方に周方向に連続する溝部が形成される。つまり、制振部材の端面部に溝部が形成されることで、制振部材の材料自身の制振性能に加え、その形状にて制振部材が軸受を介して受ける振動の応力による歪みが解放しやすくなるとともに、その溝部での振動の遮断性能が向上され、発生する振動をより好適に抑制させることができる。また、ハウジングへの装着を圧入により行う場合において、制振部材に圧入代を設けても、制振部材の端面部に溝部を形成することで撓みやすくなり、例えば溝部が形成された端面部側からハウジングに挿入することで圧入を容易とすることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転電機の軸受構造において、前記制振部材に形成される前記溝部は、前記制振部材の端面部の軸方向両側に形成されることをその要旨とする。

この発明では、制振部材に形成される溝部は、制振部材の端面部の軸方向両側に形成されるため、いずれの溝部においても振動の応力による歪みを解放しやすく、それぞれの溝部においての振動の遮断性能が向上され、発生する振動をより好適に抑制させることができる。また、制振部材の端面部の軸方向両側に溝部が形成されるため、一方側の端面部の溝部がハウジング等の他の部材と当接する構成であっても、他方側の端面部の溝部により歪みを解放できるため、軸受に制振部材を装着する際の制振部材の向きなどの装着方法を考慮する必要が無くなり、装着を容易とすることが可能となる。

請求項３に記載の発明は、回転電機のハウジングと、回転軸を回転可能に支持する軸受との間に制振合金からなる制振部材が介在される回転電機の軸受構造であって、前記制振部材は、環状に構成され、少なくとも前記制振部材の外周面にて前記ハウジングと当接されるとともに前記制振部材の内周面にて前記軸受と当接され、前記制振部材の内周面若しくは外周面と当接する各当接面の少なくとも一方の軸方向長さより長く形成されたことをその要旨とする。

この発明では、制振部材は、環状に構成され、少なくとも制振部材の外周面にてハウジングと当接されるとともに制振部材の内周面にて軸受と当接され、制振部材の内周面若しくは外周面と当接する各当接面の少なくとも一方の軸方向長さより長く形成される。つまり、制振部材と当接される軸受の当接面若しくは制振部材と当接されるハウジングの当接面より制振部材が軸方向に長く形成されることで、振動の応力による歪みを解放する箇所ができるため、歪みの解放により発生する振動をより好適に抑制させることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の回転電機の軸受構造において、前記制振部材は、前記制振部材の外周面にて前記ハウジングと当接する当接面の軸方向長さより軸方向長さが長く、且つ前記制振部材の内周面にて前記軸受と当接する当接面の軸方向長さより軸方向長さが長くなるように形成されることをその要旨とする。

この発明では、制振部材は、制振部材の外周面にてハウジングと当接する当接面の軸方向長さより軸方向長さが長く、且つ制振部材の内周面にて軸受と当接する当接面の軸方向長さより軸方向長さが長くなるように形成される。つまり、制振部材と当接される軸受の当接面及び制振部材と当接されるハウジングの当接面より制振部材がともに軸方向に長く形成されることで、振動の応力による歪みを解放する箇所が突出するため、歪みの解放により発生する振動をより確実に抑制させることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機の軸受構造において、前記制振部材は、前記制振部材の外周面と当接する前記ハウジングの当接面と、前記制振部材の内周面と当接する前記軸受の当接面とを軸方向にずらして配置されるように構成されることをその要旨とする。

この発明では、制振部材は、制振部材の外周面と当接するハウジングの当接面と、制振部材の内周面と当接する軸受の当接面とを軸方向にずらして配置されるように構成される。つまり、軸受からハウジングまでの距離を稼ぐこととなって振動が制振部材内を通過する距離が長くなるため、振動を好適に抑制させることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機の軸受構造を用いて、回転軸を回転可能に支持する軸受と回転電機のハウジングとの間に制振合金からなる制振部材が介在されたことをその要旨とする。

この発明では、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機の軸受構造を用いて、回転軸を回転可能に支持する軸受と回転電機のハウジングとの間に制振合金からなる制振部材が介在されるため、請求項１〜５のいずれか１項に記載の効果と同様の効果を奏することができる回転電機を提供することができる。

従って、上記記載の発明によれば、ロータの回転に伴って発生する振動をより好適に抑制させることができる回転電機の軸受構造及び回転電機を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態の回転電機の断面図を示す。図１に示すように、回転電機としてのブラシレスモータ１は、有底筒状のハウジングとしてのケース本体１１と、ケース本体１１の開口部を閉塞するエンドフレーム１２と、ケース本体１１の内周面に固定されたステータ１３と、ステータ１３の内側に配置されたロータ１４とを備えている。

ケース本体１１の底部には、略有底筒状の軸受保持部１１ａが形成されている。この軸受保持部１１ａは、ケース本体１１の底部中央でケース本体１１の軸方向の外部側に延びる筒状部１１ｂと、該筒状部１１ｂの先端部を略覆う形状の底部１１ｃとを有する。又、ケース本体１１における軸受保持部１１ａの底部１１ｃの中央には、ケース本体１１の内部への他の部材（ロータ１４等）の組み付けを容易とすべく、貫通孔１１ｄが形成されている。

ケース本体１１の開口部を閉塞するエンドフレーム１２は、略円盤形状に形成されるとともに、その中央部に貫通孔１２ａを有する略円盤形状に形成されている。また、エンドフレーム１２には、貫通孔１２ａの外周側からエンドフレーム１２の長手方向と直交する方向（軸方向であり、図１においてロータ１４側）に突出する略円筒状の軸受保持部１２ｂが形成されている。

ステータ１３は、略円筒状をなし、ステータコア１５及びコイル１６を備えている。ステータコア１５は、周方向に並設された複数のティース部１５ａ（図１中、２つのみ図示）を備え、これらのティース部１５ａは、ステータコア１５の外周側で連結されて一体的に構成されている。各ティース部１５ａには、インシュレータ１７を介してコイル１６が巻装されている。

ロータ１４は、回転軸２１と、該回転軸２１に固定（外嵌）されたロータヨーク２２と、ロータヨーク２２の外周に配置された永久磁石２３とから構成され、永久磁石２３がステータコア１５の内周面との間に一定の隙間を有して配置されている。

回転軸２１は、その両端側が一対の軸受２４，２５にて回転可能に支持（軸支）されている。
詳しくは、一方の軸受２４は、ボールベアリングであって、その外輪２４ａが軸受保持部１１ａの筒状部１１ｂに挿入されて保持され、その内輪２４ｂに回転軸２１の軸方向他方側が内嵌されて固定されている。尚、本実施の形態では、軸受保持部１１ａの底部１１ｃと軸受２４との間に、環状で軸方向に弾性を有するウェーブワッシャ２６が介在されており、このウェーブワッシャ２６の弾性力により回転軸２１及び軸受２４のがたつきが抑制されている。

また、他方の軸受２５は、ボールベアリングであって、図２に示すように、その外輪２５ａの外周面２５ｂは制振合金（例えば、Ｍｎ−２０Ｃｕ−５Ｎｉ−２Ｆｅの組成を有する合金）からなる環状の制振部材３０の内周面３０ａと当接し係合されている。そして、この制振部材３０の外周面３０ｂがエンドフレーム１２の軸受保持部１２ｂの内周面１２ｃと当接し、軸受保持部１２ｂに制振部材３０が圧入（内嵌）固定されている。このように固定された軸受２５の内輪２５ｃに回転軸２１の軸方向一方側が内嵌されることで、回転軸２１の一端側を回転可能に支持されている。制振部材３０は、ハウジングとしてのエンドフレーム１２と当接する端面部３０ｃに溝部３０ｄが形成されている。この溝部３０ｄは、端面部３０ｃの周方向に連続する態様で形成されている。

上記のように構成されたブラシレスモータ１は、ステータ１３の回転磁界を受けてロータ１４を構成する環状の永久磁石２３が回転され、永久磁石２３の回転力がロータヨーク２２に伝達されて回転軸２１が回転されるようになっている。また、制振部材３０の端面部３０ｃに周方向に連続する溝部３０ｄを形成することで、ロータ１４の回転に伴って発生する振動の応力による歪みを解放しやすくなり、制振部材３０の制振性能を維持して発生する振動を好適に抑制させることができる。

次に、本実施の形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）制振部材３０は、環状に構成され、少なくとも制振部材３０の外周面３０ｂにてハウジングとしてのエンドフレーム１２と当接されるとともに制振部材３０の内周面３０ａにて軸受２５と当接されものであり、制振部材３０の端面部３０ｃには、その一方であるエンドフレーム１２側に周方向に連続する溝部３０ｄが形成される。つまり、制振部材３０の端面部３０ｃに溝部３０ｄが形成されることで、制振部材３０の材料自身の制振性能に加え、その形状にて制振部材３０が軸受２５を介して受ける振動の応力による歪みを解放しやすくなるとともに、その溝部３０ｄでの振動の遮断性能が向上され、発生する振動を好適に抑制させることができる。また、エンドフレーム１２への装着を圧入により行う本実施形態において、制振部材３０に圧入代を設けても、制振部材３０の端面部３０ｃに溝部３０ｄを形成することで撓みやすくなり、圧入を容易とすることができる。エンドフレーム１２への装着を圧入により行う場合において、制振部材３０に圧入代を設けても、制振部材３０の端面部３０ｃに溝部３０ｄを形成することで撓みやすくなり、溝部３０ｄが形成された端面部３０ｃ側からエンドフレーム１２の軸受保持部１２ｂに挿入することで圧入を容易とすることができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、制振部材３０の溝部３０ｄをエンドフレーム１２と当接する端面部３０ｃ側に形成したが、例えば、図３に示すように、端面部３０ｃとは軸方向反対側の端面部３０ｅ側にも周方向に連続する溝部３０ｄを形成する構成としてもよい。このような構成とすることで、それぞれの溝部３０ｄにおいての振動の遮断性能が向上され、発生する振動をより好適に抑制させることができる。また、制振部材３０の端面部３０ｃ，３０ｅの軸方向両側に溝部３０ｄが形成されるため、一方側の端面部３０ｃの溝部３０ｄがエンドフレーム１２等の他の部材と当接する構成であっても、他方側の端面部３０ｅの溝部３０ｄにより歪みを解放できるため、軸受２５に制振部材３０を装着する際の制振部材３０の向きなどの装着方法を考慮する必要が無くなり、装着を容易とすることが可能となる。尚、端面部３０ｅ側のみに溝部３０ｄを形成する構成としてもよい。

・上記実施形態では、ハウジングとしてのエンドフレーム１２（軸受保持部１２ｂ）と軸受２５との間の制振合金からなる制振部材３０を設ける構成としたが、これに限らず、ケース本体１１側でケース本体１１（軸受保持部１１ａ）と軸受２４との間に制振部材３０を設けてもよい。また、ケース本体１１側のみに制振部材３０を設けてもよい。

・上記実施形態では、制振部材３０の材質をＭｎ−２０Ｃｕ−５Ｎｉ−２Ｆｅの組成を有する合金としたが、これに限らず、制振合金であればよい。また、上記実施形態に加えて軸受２５の材質をアルミ合金で構成してもよい。このような構成とすることで、制振部材３０の線膨張係数（２２．４×１０^−６）と軸受２５の線膨張係数（２４．０×１０^−６）が近くなるため、軸受２５に応力が掛かり難くなり、ロストルクの増大や軸受２５の抜けを抑えることが可能となる。

この他、例えば、制振部材３０を線膨張係数１１．０×１０^−６のＦｅ−Ａｌ合金で構成してもよく、この場合、軸受２５の材質を線膨張係数１１．７×１０^−６のＦｅ系の金属（ＳＵＪ２）を使用することで、制振部材３０及び軸受２５の線膨張係数を近くでき、軸受２５側に応力が掛かりにくくでき、ロストルクの増大や軸受２５の抜けを防ぐことが可能となる。また、Ｆｅ−Ａｌ合金で構成することで、比較的安価に制振部材３０を構成することができる。

・上記実施形態では、制振部材３０の端面部３０ｃに溝部３０ｄを形成することで、ロータ１４の回転に伴って発生する振動を抑制する構成としたが、これに限らない。例えば、図４に示すように、制振合金からなる環状の制振部材４０の内周面４０ａと当接する軸受２５の外輪２５ａの外周面（当接面）２５ｂより、制振部材４０の軸方向長さがエンドフレーム１２側にギャップＸだけ長くなるような構成を加えてもよく、若しくは、この構成単独でもよい。このような構成とすることで、制振部材４０と当接される軸受２５の外周面（当接面）２５ｂより制振部材４０が軸方向に長く形成することで、振動の応力による歪みを解放する箇所ができるため、歪みの解放により発生する振動をより好適に抑制させることができる。特に軸受２５から受ける応力による歪みをその当接していない制振部材３０において好適に抑制することができる。また、図４では、ハウジングとしてのエンドフレーム１２と軸受２５とが軸方向で当接しないように構成しているため、軸受２５からの振動を制振部材４０に直接伝播させることが抑制され、より好適に振動を抑制することが可能となる。

また、図５に示すように、制振合金からなる環状の制振部材５０の内周面５０ａと当接する軸受２５の外輪２５ａの外周面（当接面）２５ｂより制振部材５０の軸方向長さが反エンドフレーム１２側に長く、且つ、制振部材５０の外周面５０ｂと当接するエンドフレーム１２のエンドフレーム１２の軸受保持部１２ｂの内周面（当接面）１２ｃより制振部材５０の軸方向長さが反エンドフレーム１２側にギャップＹだけ長くなるような構成を加えても良く、若しくは、この構成単独でもよい。このように、制振部材５０においてハウジングとしてのエンドフレーム１２及び軸受２５と当接していない部分にて、ロータ１４（回転軸２１）の回転に伴う振動の応力による歪みを解放することができ、より好適に振動を抑制することができる。制振部材５０と当接される軸受２５の外周面２５ｂ及び制振部材５０と当接されるエンドフレーム１２の軸受保持部１２ｂの内周面１２ｃより制振部材５０が軸方向に長く形成されることで、振動の応力による歪みを解放する箇所が軸方向に突出されるため、歪みの解放により発生する振動をより確実に抑制させることができる。

・上記実施形態では特に言及していないが、例えば、図６に示すように、制振部材６０は、制振部材６０の外周面６０ａと当接するハウジングとしてのエンドフレーム１２の軸受保持部１２ｂの内周面（当接面）１２ｃの軸方向中心位置である直線Ｌ１と、制振部材６０の内周面６０ｂと当接する軸受２５の外輪２５ａの外周面（当接面）２５ｂの軸方向中心位置である直線Ｌ２とをずらして配置されるように構成してもよい。つまり、軸受２５の外周面（当接面）２５ｂとエンドフレーム１２の軸受保持部１２ｂの内周面（当接面）１２ｃとを軸方向にずらすことで、例えば軸受２５からエンドフレーム１２までの距離を稼いで振動が制振部材６０内を通過する距離が長くなるため、振動を好適に抑制させることができる。

次に、上記実施の形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ） 請求項１に記載の回転電機の軸受構造において、前記制振部材の内周面及び外周面の少なくとも一方は、当接する各当接面の軸方向長さより長く形成されたことを特徴とする回転電機の軸受構造。

これにより、請求項１に記載の効果に加え、制振部材を軸受若しくはハウジングと当接される当接面より軸方向に長く形成することで、特に軸受から受ける応力による歪みをその当接していない制振部材において好適に抑制することができる。

（ロ） 上記（イ）に記載の回転電機の軸受構造を用いて軸受と回転電機のハウジングとの間に制振合金からなる制振部材が介在されたことを特徴とする回転電機。
これにより、上記（イ）に記載の効果と同様の効果を奏することができる回転電機を提供することができる。

本実施形態における回転電機の断面図である。 同上における軸受構造を説明するための説明図である。 別例における軸受構造を説明するための説明図である。 別例における軸受構造を説明するための説明図である。 別例における軸受構造を説明するための説明図である。 別例における軸受構造を説明するための説明図である。

符号の説明

１…回転電機としてのブラシレスモータ、１２…ハウジングとしてのエンドフレーム、２１…回転軸、１２ｃ…エンドフレームの内周面及び当接面、２４，２５…軸受、２５ｂ…軸受の外周面及び当接面、３０ａ，４０ａ，５０ａ…制振部材の内周面、３０ｂ，５０ｂ…制振部材の外周面、３０，４０，５０，６０…制振部材、３０ｃ，３０ｅ…端面部、３０ｄ…溝部。

Claims (6)

1. 回転電機のハウジングと、回転軸を回転可能に支持する軸受との間に制振合金からなる制振部材が介在される回転電機の軸受構造であって、
   前記制振部材は、環状に構成され、少なくとも前記制振部材の外周面にて前記ハウジングと当接されるとともに前記制振部材の内周面にて前記軸受と当接されものであり、
   前記制振部材の端面部には、その少なくとも一方に周方向に連続する溝部が形成されることを特徴とする回転電機の軸受構造。
2. 請求項１に記載の回転電機の軸受構造において、
   前記制振部材に形成される前記溝部は、前記制振部材の端面部の軸方向両側に形成されることを特徴とする回転電機の軸受構造。
3. 回転電機のハウジングと、回転軸を回転可能に支持する軸受との間に制振合金からなる制振部材が介在される回転電機の軸受構造であって、
   前記制振部材は、環状に構成され、少なくとも前記制振部材の外周面にて前記ハウジングと当接されるとともに前記制振部材の内周面にて前記軸受と当接され、前記制振部材の内周面若しくは外周面と当接する各当接面の少なくとも一方の軸方向長さより長く形成されたことを特徴とする回転電機の軸受構造。
4. 請求項３に記載の回転電機の軸受構造において、
   前記制振部材は、前記制振部材の外周面にて前記ハウジングと当接する当接面の軸方向長さより軸方向長さが長く、且つ前記制振部材の内周面にて前記軸受と当接する当接面の軸方向長さより軸方向長さが長くなるように形成されることを特徴とする回転電機の軸受構造。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機の軸受構造において、
   前記制振部材は、前記制振部材の外周面と当接する前記ハウジングの当接面と、前記制振部材の内周面と当接する前記軸受の当接面とを軸方向にずらして配置されるように構成されることを特徴とする回転電機の軸受構造。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機の軸受構造を用いて、回転軸を回転可能に支持する軸受と回転電機のハウジングとの間に制振合金からなる制振部材が介在されたことを特徴とする回転電機。

Images