JP4142809B2

JP4142809B2 - 含油軸受を備えた電動機

Info

Publication number: JP4142809B2
Application number: JP14927499A
Authority: JP
Inventors: 猛田中
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2019-05-28
Also published as: JP2000337381A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は内部に潤滑油を有する多孔質状の含油軸受を用いた電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用送風機に用いられる電動機において、一般的に電動機は回転軸が鉛直方向に沿って配置され、含油軸受は潤滑油を含浸した多孔質状の焼結合金により形成され、摺動面は円筒形である。この構成では、含油軸受に浸潤している潤滑油は停止後長時間経過すると、回転軸と摺動面との間隙を伝わり外部に流出したり、多孔質な含油軸受内の細間に吸い込まれたりして摺動面には殆ど残存しないという現象が生じることがしばしばあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記現象が生じた潤滑油のない状態で電動機を起動させると、軸受と回転軸との摺動摩擦が大きいため軸の芯ずれによる遠心力が作用して、後進才差運動として知られる挙動を示し、不快な音を発生してしまうという問題がある。
【０００４】
この発明はこのような問題を解決するもので、回転軸が略鉛直方向に組付けられる場合にも含油軸受の摺動面に潤滑油を長期間にわたって保持でき、起動時に回転軸が振れ回り異常音が発生するのを確実に防止できる含油軸受およびそれを用いた電動機を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、第１の発明は、内周面が回転軸と平行である中央軸受部、該中央軸受部の一端において内周面が一端側に向かって徐々に広がる一端軸受部、前記中央軸受部の他端において内周面が他端側に向かって徐々に広がる他端軸受部からなる潤滑油を含む多孔質状の含油軸受であり、前記中央軸受部と前記一端軸受部との一端側境界部および前記中央軸受部の一端側境界部の近傍および前記一端軸受部の一端側境界部の近傍は非多孔質状表面であり、前記中央軸受部と前記他端軸受部との他端側境界部は多孔質状表面である含油軸受を備えた電動機であって、該電動機は、鉛直方向に配置された回転軸と、前記回転軸の上端部で軸支し上端部側に前記一端境界部の非多孔質状表面が配置される上端部側含油軸受と、前記回転軸の下端部側で軸支し下端部側に前記一端境界部の非多孔質状表面が配置される下端部側含油軸受とを備え、前記一端軸受部及び前記一端境界部は回転軸の端部側のお互い離間する位置に配置されたことを特徴とする含油軸受を備えた電動機である。
【０００６】
また、第２の発明は、第１の発明に加えて、前記含油軸受の前記中央軸受部における軸方向一部の周面に前記一端境界部近傍とは別の非多孔質状表面を設けたことを特徴とする含油軸受を備えた電動機である。
【０００７】
また、第３の発明は、第１の発明に加えて、前記他端軸受部における他端境界部近傍の周面に非多孔質状表面を設けたことを特徴とする含油軸受を備えた電動機である。
【０００９】
【作用】
まず、回転軸が上下の２つの含油軸受に支持された状態で回転する際、最も衝撃発生の原因となる回転として、図４のように上端部側および下端部側の含油軸受が、端部側の一端境界部において回転軸と接触する状態のときである。この発明の請求項１から３に関する含油軸受を備えた電動機は、上記構成によれば、回転軸が通常の回転中においては、回転軸と軸受内周面との接触摩擦熱により多孔質状の摺動面から潤滑油が溢れる。そして、その潤滑油は回転軸もしくは摺動面を伝わって中央軸受部と端部軸受部との間に設けられた非多孔質状表面の一端境界部にも至る。そして、回転軸を静止させ長時間放置した後でも、この一端境界部は非多孔質状表面であるので、潤滑油が内部に浸透することがなく、常に潤滑油が浸っている。その結果、回転軸を静止させ長時間放置した後、回転軸を作動させても、回転軸は潤滑油を介して一端境界部と常に接触することになる。よって、回転軸と軸受との摺動摩擦係数が大きくならずに後進才差運動が生じることがなく、不快な音の発生を防止することができる。
【００１０】
この発明の請求項２に関する含油軸受を備えた電動機は、上記構成によれば、長時間停止後の作動時において、図８のように傾斜した状態でなく回転軸が中央軸受部と平行であるときも、中央軸受部と摺動面にも潤滑油が浸ることになるので、よって、回転軸と中央軸受部との摺動摩擦係数が大きくならずに後進才差運動が生じることがなく、不快な音の発生を防止することができる。
【００１１】
この発明の請求項３に関する含油軸受を備えた電動機は、上記構成によれば、長時間停止後の作動時において、図８のように傾斜した状態になったとき、他端軸受部の近傍摺動面にも潤滑油が浸ることになり、回転軸と他端軸受部との摺動摩擦係数が大きくならずに後進才差運動が生じることがなく、不快な音の発生を防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を図に示す実施形態例について説明する。図１は本発明第１実施形態例の電動機の断面図であり、図２は本発明第１実施形態例の上端部側含油軸受の断面図であり、図３は本発明第１実施形態例の下端部側含油軸受の断面図である。電動機である図１において、１は回転駆動するアーマチャ、２は略鉛直方向に組付けられた回転軸であり、回転軸２の上端部に図示しない送風ファン等の被駆動体が取り付けられる。３は含油軸受で垂直方向に回転軸２を支えるように上端部側含油軸受３ａと下端部側含油軸受３ｂに位置する。４は回転軸に固定されたコンミテータで、モータの給電を整流している。５はヨークハウジング、６はヨークハウジング５の内壁に固定したマグネット、７は給電のためのブラシである。
【００１３】
図２の上端部側含油軸受３ａおよび図３の下端部側含油軸受３ｂは従来この種の電動機において使用される粉末金属を圧縮加圧してさらに焼結加工した多孔質状のものである。
【００１４】
ここで、まず図２の上端部側含油軸受３ａについて説明する。この上端部側含油軸受３ａは図１に示すように鉛直方向に配置されたモータ回転軸２を軸支するものであり、回転子本体となるアーマチャ１の上端部側方向に設けられている。上端部側含油軸受３ａは主に３つの部材から構成され、中央軸受部３１ａと一端軸受部３２ａと他端軸受部３３ａである。中央軸受部３１ａは回転軸２と平行である。そして、一端軸受部３２ａは、中央軸受部３１ａの上方向端部に設けられその内周面が軸長手方向上に向かって徐々に外方に広がる直線的なテーパ面を構成している。そして、他端軸受部３３ａは、中央軸受部３１ａの下方向端部に設けられその内周面が軸長手方向下に向かって徐々に外方に広がる直線的なテーパ面を構成している。この上端部側含油軸受３ａと回転軸２との位置関係は、一端軸受部３２ａはアーマチャ１から離れる方向であり、他端軸受部３３ａはアーマチャ１から近づく方向である。
【００１５】
次に、中央軸受部３１ａと一端軸受部３２ａとの境界となる一端境界部３４ａは、中央軸受部３１ａの平行内周面と一端部軸受部３２ａの直線的なテーパ内周面とから円形の屈折形状になっている。同様に、中央軸受部３１ａと他端部軸受部３３ａとの境界となる他端境界部３５ａは、中央軸受部３１ａの平行内周面と他端部軸受部３２ａの直線的なテーパ内周面とから円形の屈折形状になっている。この一端境界部３２ａとその近傍はそれぞれ非多孔質状表面３６ａになっており、この部分は多孔質状の含油軸受表面を目潰しすることにより形成される。一端境界部３４ａは円形の線であるが、この非多孔質部は一端境界部の近傍にも設けられるので、中央軸受部３１ａの内周面と一端部軸受部３２ａにも一部設けられることになる。そして、この非多孔質状表面３６ａには、全周方向全て非多孔質状表面にしている。
【００１６】
そして、上端部側含油軸受３ａの一端境界部３４ａでの非多孔質表面３４ａが設けられた方向における軸端表面に切欠状の目印３７ａが内周面から外周表面を貫通するように設けられている。これは外観から見ても非多孔質状表面３４ａの配置が判別できるようになっている。目印３７ａをアーマチャ１の外に向けて設けることにより、回転軸２のアーマチャ１から離れる上端部側に非多孔質状表面３６ａを配置することになるので、図４のような傾斜した場合の本発明作用を確実に生じさせることができる。また、上端部側軸受３ａの外周側面は軸芯に対して曲面形状になっている。この外周側面は電動機の固定子であるハウジングケース５０に固定される部分であり、回転軸２と図４のように傾斜した状態で、回転軸２が含油軸受３の境界部３４ａの非多孔質状表面３６ａに接触するように微調整できるための構造である。
【００１７】
同様に、図３の下端部側含油軸受３ｂについて説明する。この下端部側含油軸受３ｂは図１に示すように鉛直方向に配置されたモータ回転軸２を軸支するものであり、回転子本体となるアーマチャ１の下端部側方向に設けられている。下端部側含油軸受３ｂは主に３つの部材から構成され、中央軸受部３１ｂと一端軸受部３２ｂと他端軸受部３３ｂである。中央軸受部３１ｂは回転軸２と平行である。そして、一端軸受部３２ｂは、中央軸受部３１ｂの下方向端部に設けられその内周面が軸長手方向下に向かって徐々に外方に広がる直線的なテーパ面を構成している。そして、他端軸受部３３ｂは、中央軸受部３１ｂの下方向端部に設けられその内周面が軸長手方向下に向かって徐々に外方に広がる直線的なテーパ面を構成している。この下端部側含油軸受３ｂと回転軸２との位置関係は、一端軸受部３２ｂはアーマチャ１から離れる方向であり、他端軸受部３３ｂはアーマチャ１から近づく方向である。
【００１８】
次に、中央軸受部３１ｂと一端軸受部３２ｂとの境界となる一端境界部３４ｂは、中央軸受部３１ｂの平行内周面と一端部軸受部３２ｂの直線的なテーパ内周面とから円形の屈折形状になっている。同様に、中央軸受部３１ｂと他端部軸受部３３ｂとの境界となる他端境界部３５ｂは、中央軸受部３１ｂの平行内周面と他端部軸受部３２ｂの直線的なテーパ内周面とから円形の屈折形状になっている。この一端境界部３２ｂとその近傍はそれぞれ非多孔質状表面３６ｂになっており、この部分は多孔質状の含油軸受表面を目潰しすることにより形成される。一端境界部３４ｂは円形の線であるが、この非多孔質部は一端境界部の近傍にも設けられるので、中央軸受部３１ｂの内周面と一端部軸受部３２ｂにも一部設けられることになる。そして、この非多孔質状表面３６ｂには、全周方向全て非多孔質状表面にしている。
【００１９】
そして、下端部側含油軸受３ｂの一端境界部３４ｂでの非多孔質表面３４ｂが設けられた方向における軸端表面に切欠状の目印３７ａが内周面から外周表面を貫通するように設けられている。これは外観から見ても非多孔質状表面３４ｂの配置が判別できるようになっている。目印３７ｂをアーマチャ１の外に向けて設けることにより、回転軸２のアーマチャ１から離れる下端部側に非多孔質状表面３６ｂを配置することになるので、図４のような傾斜した場合の本発明作用を確実に生じさせることができる。また、下端部側軸受３ｂの外周側面は軸芯に対して曲面形状になっている。この外周側面は電動機の固定子であるハウジングケース５０に固定される部分であり、回転軸２と図４のように傾斜した状態で、回転軸２が含油軸受３の境界部３４ｂの非多孔質状表面３６ｂに接触するように微調整できるための構造である。
【００２０】
次に、上記構成より不快な音の発生を抑制するメカニズムを説明する。模式的に図４に示したアーマチャ１と回転軸２と上端部側含油軸受３ａと下端部側含油軸受３ｂとの位置関係により、回転中に回転軸２が傾斜した状態も生じる。このとき、回転軸２と上端部側含油軸受３ａの一端境界部３４ａの内周面とのＡ点での衝突、および回転軸２と下端部側含油軸受３ｂの一端境界部３４ｂの内周面とのＢ点での衝突、が振動発生の原因の一つになっており、特に、長期停止時における再起動時の非多孔質状表面への潤滑油の十分な供給がなされていない場合においては、後進才差運動として知られる挙動を発生し、不快な音を発生してしまう。
【００２１】
しかしながら、回転軸２の端部側である上端部側含油軸受３ａの一端境界部３４ａと下端部側含油軸受３ｂの一端境界部３４ｂとが非多孔質状表面になっているので、この部分には長期停止時における再起動時であっても潤滑油が浸ることが可能である。よって、後進才差運動として知られる挙動を発生し、不快な音を発生してしまうという問題を解消する。
【００２２】
次に、上記含油軸受３（上端部側含油軸受３ａ、下端部側含油軸受３ｂ）を備えた電動機１の構成においてその通常回転時の作動を説明する。まず、図示しない駆動スイッチを投入すると、図示しない外部電源から給電コネクタを通し、ブラシ７、コンミテータ４、アーマチャ１に給電し、このアーマチャ１が回転し、その回転駆動力を回転軸２に伝達し、非駆動体を回転させている。
【００２３】
次に潤滑油と上端部側含油軸受３ａについて図５の上図に従い説明する。摺動面に浸潤した潤滑油は、一端軸受部３２ａのテーパ部分と回転軸２との間隙において重力に沿って落下する。そして、潤滑油は非多孔質状表面３６ａの上に浸ることになる（矢印Ｃ）。一方、含油軸受３ａ内部に浸透している潤滑油は、中央軸受部３１ａ表面から吸収され供給される（矢印Ｄ）。なお、上記一端部軸受部３２ａの角度は回転軸２が振れ等で含油軸受３の軸心に対して最大傾斜しても、一端部軸受部３２ａの表面が当接しない程度の角度を有する図４のような状態である。よって、回転中は一端軸受部３２ａから潤滑油が吸収されることは少なく供給される方が多い。
【００２４】
次に潤滑油と下端部側含油軸受３ｂについて図５の下図に従い説明する。摺動面に浸潤した潤滑油は、一端軸受部３２ｂのテーパ部分と回転軸２との間隙において重力に逆らって保持される。この現象は一般に毛細管現象といわれ、液体の表面張力と間隙の寸法によって算出される力が働く。ちなみに１０μｍの間隙ではおよそ５０ｃｍの高さまで液面を持ち上げる。従ってテーパ部の望ましい角度は１°〜１０°である。下方の一端部軸受部３２ｂのテーパ面には摺動面内の潤滑油が垂れることを防止する作用がある。具体的には上方の他端部軸受部３３ｂは１°〜１０°で良いが、下方の一端部軸受部３２ｂはさらに角度を小さくして１°〜５°の範囲が望ましい。この範囲により、特に下方への潤滑油の垂れ防止が有効になる。上記一端軸受部３２ｂの角度は回転軸２が振れ等で含油軸受３の軸心に対して最大傾斜しても、一端軸受部３２ｂの表面が当接しない程度の角度を有している。図４のような状態である。一方、下方の一端軸受部３２ｂ非多孔質状表面３６ｂから落下した潤滑油は多孔質状の一端部側含油軸受３２ｂから含油軸受３ｂ内部に吸収される（矢印Ｅ）。そして、潤滑油は中央軸受部３１ｂ表面および他端軸受部３３ｂ表面を介して回転軸２の摺動面に供給され（矢印Ｆ）、摺動面から供給された潤滑油は境界部３３ｂ近傍の非多孔質状表面３４ｂの内周面に落下するように供給される（矢印Ｇ）。
【００２５】
次に本発明の長時間回転軸が停止した後、作動させるときの潤滑油のミクロ的な作用について図６に従い説明する。図６（Ａ）は回転軸２と多孔質で構成された含油軸受３の表面を示す説明図である。多孔質の含油軸受３には微細な孔３０が無数にあり、回転軸２の停止後は毛細管現象により潤滑油は含油軸受３本体内に吸収され微細な孔３０の開口部周りにおいて潤滑油は摺動面に存在しない。ところが、図６（Ｂ）に示した本発明の第1実施形態例の含油軸受３では一端境界部３４ａ、３４ｂ近傍の表面が微細な孔３０を塞いだ非多孔質状表面３６ａ、３６ｂに形成されているため、潤滑油はそのまま摺動面に保持され続ける。
【００２６】
その結果、回転軸２を静止させ長時間放置した後、回転軸２を作動させても、回転軸２は回転中に衝撃の原因となる図４のように傾斜した状態のとき、回転軸２と含油軸受３の一端境界部３４ａ、３４ｂの内周面との間には潤滑油で覆われることになるので、よって、回転軸２と含油軸受３との摺動摩擦係数が大きくならずに後進才差運動が生じることがなく、不快な音の発生を防止することができる。特に多孔質状表面３６ａ、３６ｂが設けられているので、非多孔質状表面３６ａ、３６ｂに潤滑油が浸っている確率も高くなる。
【００２７】
図７に摺動面を全て多孔質で形成した含油軸受を利用した場合と第1実施形態例を利用した場合との比較実験した結果を示す。実験は粘度の高い潤滑油を使って、起動と短い時間作動後の停止を繰り返し、起動時の消費電力を調べた。潤滑油が多く保持されていれば、粘度が高いので消費電力は大きくなる。実験では本案の軸受では繰り返し後も変化は見られなかった。一方全面多孔質の場合は実験を繰り返す度に消費電力は小さくなり、潤滑油が減少していることを示した。
【００２８】
図８および図９に第２実施形態例を示す。本実施形態例では上端部側含油軸受３ｃを図８に示し、下端部側含油軸受３ｄを図９に示した。
【００２９】
図８の上端部側含油軸受３ｃは、第１実施形態例の上端部側含油軸受３ａに対して他端軸受部３３ｃの他端境界部３５ｃの近傍から他端境界部３５ｃに至る部分まで非多孔質状表面３８ｃを設けている。この結果、長時間経過後、回転軸２を再起動させる際、中央軸受部３１ｃから落下した潤滑油が、この非多孔質表面３８ｃと回転軸２との間で保持できる。また、この上端部側含油軸受３ｃには、非多孔質表面３６ｃの方向逆側の端面に凸状の目印３７ｃが設けられている。この結果、目印３７ｃの逆側に非多孔質表面３６ｃが設けられていることが外観から判別できるので、目印３７ｃをアーマチャ１に向けて設けることにより、図４のような傾斜した場合の本発明作用を確実に生じさせることができる。
【００３０】
図９の下端部側含油軸受３ｄは、第１実施形態例の下端部側含油軸受３ｂに対して中央軸受部３１ｄの軸方向一部に周方向全体に渡って非多孔質状表面３９ｄを設けている。この結果、長時間経過後、回転軸２を再起動させる際、図４のように傾斜しない中央軸受部３１ｄに回転軸２が接触したときであっても、潤滑油が軸受内周面と回転軸２との間に介在するので、衝撃を緩和することができる。また、この上端部側含油軸受３ｄには、非多孔質表面３６ｄの方向逆側の端面に凸状の目印３７ｄが設けられている。この結果、目印３７ｄの逆側に非多孔質表面３６ｄが設けられていることが外観から判別できるので、目印３７ｄをアーマチャ１に向けて設けることにより、図４のような傾斜した場合の本発明作用を確実に生じさせることができる。
【００３１】
なお上記構成では、図８の上端部側含油軸受３ｃに非多孔質部３８ｃを設け、図９を下端部側含油軸受３ｄに非多孔質部３９ｄ用いたが、上端部側含油軸受３ｃに非多孔質部３９ｄと同様な位置である非多孔質部を設けたり、図９を下端部側含油軸受３ｄに非多孔質部３８ｃと同様な位置である非多孔質部を設けても良い。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば焼結含油軸受より染み出した潤滑油が回転軸を伝わって軸受の外部へ垂れてくることを防ぎ、さらに焼結含油軸受内の細間に溜まってしまうことを防ぎ、長時間停止した後の起動直後にも軸受の摺動面に潤滑油を保持することができる。とくに振動発生の原因となる回転軸の傾斜時の含油軸受と回転軸との摩擦を低減できるので、それにより起動時の不快音を防止することができる。しかも、その確実性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例の電動機の断面図である。
【図２】第１実施形態例における上端部側含油軸受の断面図である。
【図３】第１実施形態例における下端部側含油軸受の断面図である。
【図４】上端部側及び下端部側の含油軸受に対して回転軸が傾斜したときの説明図である。
【図５】第１実施形態例における潤滑油の動きを示す説明図である。
【図６】含油軸受における潤滑油の動きを示す説明図である。
【図７】本案と従来の軸受との比較実験の結果である。
【図８】第２実施形態例における上端部側含油軸受の説明図である。
【図９】第２実施形態例における下端部側含油軸受の説明図である。
【符号の説明】
１…アーマチャ、２…回転軸、３…含油軸受、４…コンミテータ、
５…ヨークハウジング、６…マグネット、７…ブラシ、
３０…従来技術における軸受の微細な孔、
３ａ、３ｃ…上端部側含油軸受、
３ｂ、３ｄ…下端部側含油軸受、
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ…中央軸受部、
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ…一端軸受部、
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ…他端軸受部、
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ…一端境界部、
３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ…他端境界部、
３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３８ｃ、３９ｄ…非多孔質状表面、
１００…潤滑油

Claims

内周面が回転軸と平行である中央軸受部、該中央軸受部の一端において内周面が一端側に向かって徐々に広がる一端軸受部、前記中央軸受部の他端において内周面が他端側に向かって徐々に広がる他端軸受部からなる潤滑油を含む多孔質状の含油軸受であり、
前記中央軸受部と前記一端軸受部との一端側境界部および前記中央軸受部の一端側境界部の近傍および前記一端軸受部の一端側境界部の近傍は非多孔質状表面であり、
前記中央軸受部と前記他端軸受部との他端側境界部は多孔質状表面である含油軸受を備えた電動機であって、
該電動機は、鉛直方向に配置された回転軸と、前記回転軸の上端部で軸支し上端部側に前記一端境界部の非多孔質状表面が配置される上端部側含油軸受と、前記回転軸の下端部側で軸支し下端部側に前記一端境界部の非多孔質状表面が配置される下端部側含油軸受とを備え、前記一端軸受部及び前記一端境界部は回転軸の端部側のお互い離間する位置に配置されたことを特徴とする含油軸受を備えた電動機。
前記中央軸受部における軸方向一部の周面に前記一端境界部近傍とは別の非多孔質状表面を設けたことを特徴とする請求項１記載の電動機。
前記他端軸受部における他端境界部近傍の周面に非多孔質状表面を設けたことを特徴とする請求項１記載の電動機。