JP2022149067A - 回転電機の筐体構造及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受が傾いた場合でもハウジングへの損傷を抑止させることが可能な回転電機の筐体構造を提供する。【解決手段】回転電機の筐体構造であって、ロータおよびステータを収納するとともに、回転軸１３が挿通されるハウジング１０と、回転軸の一方側を回転自在に軸支し、ハウジングに遊嵌される第１の軸受１１と、を備え、ハウジングは、第１の軸受の外周面１１ａに臨む内周面を有するとともに第１の軸受を受ける軸受保持部を有し、軸受保持部の内周面には、周方向に沿って切り欠かれ、回転軸が径方向に傾いたときに第１の軸受の外周隅部１２ａを受ける切り欠き部２０が形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機の筐体構造及び回転電機に関する。

従来、回転電機の筐体構造において、回転体を２つの軸受にて支持し、一方の軸受は軸受外輪を固定する固定端、もう一方の軸受は軸受外輪を固定しない自由端とする構成が知られている。また、この種の回転電機の筐体構造では、自由端側の軸受と当該軸受と対向する位置のハウジング面との間に予圧ばねを設置して軸受外輪に予圧を負荷する方式が一般的である。

特許文献１では、自由端側の軸受と、当該軸受と対向する位置のハウジング面との間に予圧ばねを設置して、軸受外輪に予圧を負荷している。さらに、特許文献１では、軸受外輪と、当該軸受外輪に臨むハウジングの内周面との間にすきまを形成する構成としており、軸受着脱における組立性や取り外し性を向上させている。

特開平５－６４３９０号公報

しかし、上記特許文献１では、回転電機を駆動させた場合等に、軸受外輪を固定していない自由端側においては、軸受外輪と、軸受外輪と当該軸受外輪に臨むハウジングの内周面とのすきま分だけ回転軸が傾く可能性がある。

回転軸が傾くと連動して軸受も傾き、軸受外輪の隅部が軸受外輪に臨むハウジングの内周面と接触してしまい、ハウジングに負荷される応力が接触箇所周辺で高くなる。この状態で回転電機を使用（駆動）し続けると、軸受外輪の隅部とハウジングの内周面との接触箇所が損傷して削られてしまい、発生した切削屑によって回転電機の駆動時に異音が発生する問題がある。

本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであって、軸受が傾いた場合でもハウジングへの損傷を抑止させることが可能な回転電機の筐体構造を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、回転電機の筐体構造であって、ロータおよびステータを収納するとともに、回転軸が挿通されるハウジングと、回転軸の一方側を回転自在に軸支し、ハウジングに遊嵌される第１の軸受と、を備え、ハウジングは、第１の軸受の外周面に臨む内周面を有するとともに第１の軸受を受ける軸受保持部を有し、軸受保持部の内周面には、周方向に沿って切り欠かれ、回転軸が径方向に傾いたときに第１の軸受の外周隅部を受ける切り欠き部が形成されている。

上記の回転電機の筐体構造において、切り欠き部は、凹形状に形成されてもよい。上記の回転電機の筐体構造において、切り欠き部の複数の隅部は面取り加工されてもよい。

上記の回転電機の筐体構造において、第１の軸受の外周面とハウジングの内周面との間に所定のすきまが形成されていてもよい。上記の回転電機の筐体構造において、回転軸の軸方向における第１の軸受の一端面と、第１の軸受の一端面に臨むハウジングの端面との間に与圧ばねが配置されていてもよい。上記の回転電機の筐体構造において、ハウジングに固定され回転軸の他方側を回転自在に軸支する第２の軸受を備えていてもよい。

本発明の他の態様に係る回転電機は、上記の回転電機の筐体構造と、ハウジングに収納されるロータおよびステータと、ハウジングに挿通される回転軸と、を備える。

本発明によれば、軸受が傾いた場合でもハウジングへの損傷を抑止させることが可能な回転電機の筐体構造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構成例を示す断面図である。 本実施形態における回転電機の筐体構造を示す図である。 本実施形態における回転電機の筐体構造の拡大図である。 本実施形態における回転電機の自由端側の軸受周辺の断面斜視図である。 本実施形態における自由端側の軸受が傾いた状態を示す図である。 比較例における回転電機の筐体構造を示す斜視図である。 比較例における回転電機の自由端側の軸受が傾いた状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
実施形態では説明を分かり易くするため、本発明の主要部以外の構造や要素については、簡略化または省略して説明する。また、図面において、同じ要素には同じ符号を付す。なお、図面に示す各要素の形状、寸法などは模式的に示したもので、実際の形状、寸法などを示すものではない。

図１は、本実施形態の回転電機１の構成例を示す断面図である。
本実施形態の回転電機１は、車両などに搭載されて電動機や発電機として使用されるモータである。

本実施形態の回転電機１は、筒状のハウジング（フレーム）１０と、ハウジング１０に、軸受１１を介して回転自在に軸支される回転軸（シャフト）１３を備えている。軸受１１は、外輪及び内輪と、外輪及び内輪との間を転動する複数の転動体により構成される。
さらに、本実施形態の軸受１１は、回転軸１３の一方を回転自在に軸支し、ハウジング１０に遊嵌する自由端側の第１の軸受（図１中、左側）と、回転軸１３の他方を回転自在に軸支し、ハウジング１０に固定する固定端側の第２の軸受（図１中、右側）とを含む。なお、固定端側における第２の軸受は、第２の軸受の外輪がベアリングプレート２２と、ハウジング１０とで挟まれるように固定される。これにより、固定端側の第２の軸受が傾くことを防止している。

回転電機１は、回転軸１３に保持（固定）された円筒状のロータ（回転子）１４と、ロータ１４に対向配置されてハウジング１０に保持されたステータ（固定子）１８とを備えている。
ハウジング１０はアルミ、または鋳造品等からなり、ロータ１４及びステータ１８を収納するモータハウジングとして機能する。また、ハウジング１０は、自由端側の軸受１１の外周面１１ａに臨む内周面１０ａを有するとともに自由端側の軸受１１を受ける軸受保持部を有する。

回転軸１３は、ロータ１４のロータコアの中心に設けられたシャフト穴を回転軸線Ａの方向に貫通し、ロータ１４の回転軸線Ａ上に位置する。回転軸１３は、ロータ１４とともに回転軸線Ａを中心にして回転駆動する。また、回転軸１３は回転軸線Ａの方向に開口２１を介してハウジング１０の外部に突出する。
以下、回転軸線Ａの延在方向（Ｘ方向）を単に軸方向という。また、回転軸線Ａを中心にした周方向を単に周方向という。また、回転軸線Ａを中心にした径方向を単に径方向という。

ステータ１８は、円筒状に形成されたステータコア（固定子鉄心）１５を備える。
ステータコア１５の内周には、不図示ではあるが径方向内側に突出する複数のティース部が周方向に沿って設けられ、ティース部の間にはそれぞれスロットが形成される。

さらに、ステータコア１５は、ティース部にそれぞれ複数の巻線（素線）によって構成されるコイル１６が巻回される。コイル１６には、ステータコア１５の端面から突出するようにコイルエンド部１７が備えられている。

図６は、比較例の回転電機の自由端側の筐体構造を示す図である。
比較例の回転電機では、２つの軸受４１を介して回転軸４３を回転自在に軸支している。２つの軸受４１は、軸受４１をハウジング４０に遊嵌している自由端側の軸受と、軸受４１をハウジング４０に固定している固定端側の軸受とで構成される。なお、ハウジング４０及び回転軸４３の配置等は本実施形態のハウジング１０及び回転軸１３と同様である。

また、ハウジング４０は、自由端側の軸受４１の外周面４１ａに臨む内周面４０ａを有するとともに自由端側の軸受４１を受ける軸受保持部を有する。
軸受４１の外輪の隅部（エッジ）４２は、軸方向の一端面（図６中、軸受４１の左側）の隅部である外輪一端側隅部４２ａと、外輪一端側隅部４２ａと反対側の面（図６中、軸受４１の右側）の隅部である外輪他端側隅部４２ｂを含む。

自由端側の軸受４１の外輪の嵌めあいは、自由端側の軸受４１の外周面４１ａに臨む（径方向で対向する位置にある）ハウジング４０の軸受保持部の内周面４０ａとの間に所定すきまを介在させた、すきまばめとなっている。
軸受４１の外輪の嵌めあいをすきまばめとすることで、軸受着脱における組立性や取り外し性を向上させている。

さらに、自由端側の軸受４１の軸方向の一端面（図６中、軸受４１の左側）と、自由端側の軸受４１の軸方向の一端面と軸方向で対向する位置にあるハウジング４０の端面４０ｂとの間には与圧ばね４８が配置される。与圧ばね４８は、図６に示しているように軸受４１の外輪の一端面に位置するように配置される。

与圧ばね４８を配置することで、自由端側の軸受４１の外輪の一端面は所定の力で与圧される。これにより、回転軸４３の振れ精度の向上や騒音または振動等を抑えることができる。

図７は、比較例の回転電機で軸受４１が径方向に傾いた状態を示す図である。図７中のＡは自由端側の軸受４１が径方向に傾いていない状態における回転軸線を示している。図７中のＡ’は自由端側の軸受４１が径方向に傾いている状態における回転軸線の例を示している。なお、回転軸が径方向に傾くことで軸受が連動して傾く。
回転電機を駆動等させた場合、上記した所定のすきまが形成されていると、この所定のすきまが形成されている自由端側の軸受４１は、図７に示しているように径方向のいずれかの方向に所定のすきま分だけ径方向に傾く可能性がある。

自由端側の軸受４１が径方向に傾くと、当該軸受４１の外輪一端側隅部４２ａがハウジング４０の軸受保持部の内周面４０ａと接触（点接触を含む）する場合があり、当該接触によって接触箇所のハウジング４０に負荷される応力が高くなる。

この状態で回転電機を駆動し続けると、自由端側の軸受４１の外輪がクリープした時に応力集中したまま当該軸受４１が回転する。これにより、応力集中しているハウジング４０の軸受保持部の内周面４０ａが自由端側の軸受４１の外輪一端側隅部４２ａによって削られ、ハウジング４０の内周面４０ａに線状の溝が形成される。

さらに、この時発生した切削屑が回転電機１の各部に入り込むと、回転電機１を駆動させた際に異音が発生し、車両等における乗り心地を悪化させてしまう。さらに、切削屑によってハウジング４０の内部や軸受４１が錆びてしまう場合もあり、このような事象が生じると回転電機の寿命が短くなってしまう可能性がある。

図２は、本実施形態における回転電機１の自由端側の筐体構造を示す図である。図３は本実施形態における回転電機１の自由端側の筐体構造の一部拡大図である。図４は、本実施形態における回転電機１の自由端側の軸受周辺の断面斜視図である。
本実施形態における自由端側の軸受１１の外輪の隅部（エッジ）１２は、軸方向の一端面（図２中、軸受１１の左側）の隅部である外輪一端側隅部１２ａと、外輪一端側隅部１２ａと反対側の面（図２中、軸受１１の右側）の隅部である外輪他端側隅部１２ｂを含む。

自由端側の軸受１１の外輪の嵌めあいは、自由端側の軸受１１の外周面１１ａに臨む（径方向で対向する位置にある）ハウジング１０の軸受保持部の内周面１０ａとの間に所定のすきまを介在させた、すきまばめとなっている。所定のすきまを形成したことによる効果は上記した比較例と同様である。

さらに、自由端側の軸受１１の軸方向の一端面（図２中、軸受１１の左側）と、自由端側の軸受１１の軸方向の一端面と軸方向で対向する位置にあるハウジング１０の端面１０ｂとの間には与圧ばね１９が配置される。与圧ばね１９の配置位置や効果については上記した比較例と同様である。なお、本実施形態における与圧ばね１９は、例えば、皿ばねや圧縮コイルばね等である。

図５は、本実施形態の回転電機１の自由端側の軸受１１が径方向に傾いた状態を示す図である。図５中のＡは自由端側の軸受１１が径方向に傾いていない状態における回転軸線を示している。図５中のＡ’は自由端側の軸受１１が径方向に傾いている状態における回転軸線を示している。
回転電機を駆動等させた場合、上記した所定のすきまが形成されていると、当該所定のすきまが形成されている自由端側の軸受１１が、図５に示しているように所定のすきま分だけ回転軸１３の傾きに連動して径方向に傾く可能性がある。

従来であれば、自由端側の軸受１１が径方向に傾くと当該軸受１１の外輪一端側隅部１２ａがハウジング１０の軸受保持部の内周面１０ａと接触してしまう。接触した場合には接触位置におけるハウジング１０の軸受保持部の内周面１０ａが削れてしまう。これに対し、本実施形態では自由端側の軸受１１が径方向に傾いた場合に、当該軸受１１の外輪一端側隅部１２ａを受ける箇所周辺のハウジング１０の軸受保持部の内周面１０ａに切り欠き部２０を形成している。

切り欠き部２０を形成することで、自由端側の軸受１１が上記した所定のすきま分、径方向に傾いたとしても、切り欠き部２０における領域２０ｄが当該軸受１１の外輪一端側隅部１２ａを受ける。これにより、ハウジング１０の軸受保持部の内周面１０ａに当該軸受１１の外輪一端側隅部１２ａが接触することを抑止できる。

また、図４に示しているように、切り欠き部２０はハウジング１０の軸受保持部の内周面１０ａに周方向沿って凹形状の窪みを有するように円環状に形成される。切り欠き部２０を円環状に形成することで、自由端側の軸受１１が径方向のいずれの方向に傾いたとしても、当該軸受１１の外輪一端側隅部１２ａを切り欠き部２０における領域２０ｄが受けることができる。これによって、自由端側の軸受１１の外輪一端側隅部１２ａがハウジング１０の軸受保持部の内周面１０ａと接触することを抑止できる。

また、切り欠き部２０は、ハウジング１０の軸方向一方側に形成される一端斜面部（図３中左側）２０ａと、一端斜面部２０ａに対向した位置に形成される他端斜面部（図３中右側）２０ｂと、一端斜面部２０ａと他端斜面部２０ｂとの間に形成される中央部２０ｃによって構成される。

径方向の外周側の一方に徐々に窪んでいくように形成される一端斜面部２０ａと径方向の外周側の他方に徐々に窪んでいくように形成される他端斜面部２０ｂを形成することで、直角で構成される単純な凹形状に比べて応力を逃がしやすくなる。これにより、回転電機１を長年使用した場合であっても、切り欠き部２０を起点としたクラックや破断等を抑止することができる。
また、自由端側の軸受１１の径方向の傾きは、自由端側の軸受１１の外周面１１ａと軸受保持部の内周面１０ａとの間の距離、即ち所定のすきまの大きさによって変わる。そのため、所定のすきまの大きさによって切り欠き部２０のサイズや形成位置を設定する。

さらに、切り欠き部２０におけるそれぞれの隅部は面取りしたＲ加工とする。それぞれの隅部をＲ加工することで、例えば、回転軸１３が径方向のいずれかに傾いた際に、外輪一端側隅部１２ａとそれぞれの隅部のいずれかとが接触することを抑止することができる。さらに、それぞれの隅部をＲ加工することで、いずれかの要因で発生した応力が隅部に集中することを抑止し、回転電機１を長年使用した場合であっても、切り欠き部２０の隅部を起点としたクラックや破断等を抑止することができる。

以上のように、本実施形態では、自由端側の軸受１１が径方向に傾いたときに、自由端側の軸受１１の外輪一端側隅部１２ａを受けるハウジング１０の軸受保持部の内周面１０ａに切り欠き部２０を形成する。これによって、自由端側の軸受１１の外輪一端側隅部１２ａがハウジング１０の軸受保持部の内周面１０ａと接触することを抑止できるためハウジング１０の損傷を抑止可能な筐体構造を有する回転電機を提供することができる。さらに、切削屑の発生も抑止できるため、寿命要求が長期な車両等へ適応可能な筐体構造を有する回転電機を提供することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。

例えば、自由端側の軸受１１が径方向に傾いた際に、上記した所定のすきまのサイズやハウジング１０の軸受保持部の内周面１０ａの形状によっては、自由端側の軸受１１の外輪一端側隅部１２ａと外輪他端側隅部１２ｂの両方がハウジング１０の軸受保持部の内周面１０ａに接触してしまう可能性がある。
この場合、本実施形態における切り欠き部２０に加え、自由端側の軸受１１の外輪他端側隅部１２ｂが接触してしまうハウジング１０の軸受保持部の内周面１０ａに第２の切り欠き部を形成するようにしてもよい。第２の切り欠き部の構成等は本実施形態の切り欠き部２０と同様としてもよい。

また、切り欠き部２０は上記した形状に限らず、半円形状や多角形状に形成するようにしてもよい。
また、本実施形態の回転電機１は、例えば単相や二相交流、三相交流または五相交流などの構成であってもよい。

加えて、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１…回転電機、１１…軸受、１１ａ…軸受の外周面、１１ｂ…軸受の内周面、１２ａ…外輪一端側隅部、１２ｂ…外輪他端側隅部、１９…与圧ばね、２０…切り欠き部、２０ａ…一端斜面部、２０ｂ…他端斜面部、２０ｃ…中央部、２０ｄ…領域

Claims (7)

1. ロータおよびステータを収納するとともに、回転軸が挿通されるハウジングと、
   前記回転軸の一方側を回転自在に軸支し、前記ハウジングに遊嵌される第１の軸受と、を備え、
   前記ハウジングは、前記第１の軸受の外周面に臨む内周面を有するとともに前記第１の軸受を受ける軸受保持部を有し、
   前記軸受保持部の前記内周面には、周方向に沿って切り欠かれ、前記回転軸が径方向に傾いたときに前記第１の軸受の外周隅部を受ける切り欠き部が形成されている
   回転電機の筐体構造。
2. 前記切り欠き部は、凹形状に形成される
   請求項１に記載の回転電機の筐体構造。
3. 前記切り欠き部における複数の隅部は面取り加工される
   請求項１または２のいずれか１項に記載の回転電機の筐体構造。
4. 前記第１の軸受の前記外周面と前記ハウジングの前記内周面との間に所定のすきまが形成される
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機の筐体構造。
5. 前記回転軸の軸方向における前記第１の軸受の一端面と、前記第１の軸受の一端面に臨む前記ハウジングの端面との間に与圧ばねが配置される
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転電機の筐体構造。
6. 前記ハウジングに固定され前記回転軸の他方側を回転自在に軸支する第２の軸受をさらに備える
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回転電機の筐体構造。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の回転電機の筐体構造と、
   前記ハウジングに収納されるロータおよびステータと、
   前記ハウジングに挿通される回転軸と、
   を備える回転電機。
   
   
   

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