JP4397465B2 - 回転電機の回転軸の取付構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファンモータ等の回転電機における回転軸の取付構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ファンモータ等の回転電機の回転軸は、一般的に内輪と外輪との間に複数の転動体が配置されて構成されたボール軸受等のころがり軸受によって支持されている。そして回転軸の後方端部には回転軸と一緒に回転する後方側ストッパとしての抜け止め用リング部材が嵌合されている。このような後方側ストッパまたはリング部材を備えたファンモータは米国特許第5,879,141号の第２図に示されている。そして回転軸に固定されたロータが回転しているときには、回転軸はころがり軸受の内輪の中で回転軸の軸線方向に振動する。このような振動に対処するために、例えばファンモータでは、後方側ストッパまたはリング部材ところがり軸受の内輪との間にコイルばねを配置する構造が採用されている。また回転軸の前方端部に嵌合され回転軸が回転軸の軸線方向の後方側に必要以上に移動するのを阻止する前方側ストッパところがり軸受の内輪との間にばね性を有する環状のばね部材等を配置する構造も提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構造では、回転軸の軸線方向への振動に対処するために、リング部材とばね部材の２つの部品を用いている。しかしながら２つの部品を用いることは、回転電機の組み立て工数を増やすだけなく、回転電機の価格を上げる原因になっている。
【０００４】
本発明の目的は、少ない部品点数で回転軸の軸線方向への振動に対処できる回転電機の回転軸の取付構造に関するものである。
【０００５】
本発明の他の目的は、従来のファンモータよりも安価なファンモータを提供することにある。
【０００６】
本発明の更に他の目的は、従来のファンモータよりも部品点数が少なくてすむファンモータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ファンモータ等の回転電機の回転軸の取付構造を改良の対象とする。
【０００８】
回転軸は、軸受構造部によって回転自在に支持される。この軸受構造部は、内輪と外輪との間に複数の転動体が配置されて構成され、内輪の内側に回転軸が嵌合または挿入されて回転軸を回転自在に支持する１以上のころがり軸受から構成される。一般的には、２つのころがり軸受によって軸受構造部は構成される。軸受構造部は、軸受ホルダにより保持される。軸受構造部から回転軸の軸線方向の前方側（軸線方向の一方の方向または軸受構造部に回転軸が挿入される方向と逆の方向）に突出する回転軸の前方端部には、前方側ストッパが取付けられる。この前方側ストッパは、回転軸が回転軸の軸線方向の後方側(軸線方向の他方の方向または軸受構造部に回転軸が挿入される方向)に必要以上に移動するのを阻止する。前方側ストッパは、ファンモータの場合、ロータが固定されるカップ部材の一部によって構成されてもよい。また軸受構造部から回転軸の軸線方向の後方側に突出する回転軸の後方端部に後方側ストッパが取付けられる。後方側ストッパは、回転軸が回転軸の軸線方向の前方側に必要以上に移動するのを阻止する。回転軸の後方端部には、後方側ストッパの一部が嵌合される嵌合溝が形成されている。そして後方側ストッパは、この嵌合溝に嵌合される嵌合部と軸受構造部を構成するころがり軸受の内輪と接触する接触部とを有しており、後方側ストッパは回転軸の軸線方向に圧縮されると（軸線方向の両側から挟む力が加わると）元に戻ろうとするばね力を発生する構造を有している。後方側ストッパは、嵌合溝（具体的には嵌合溝を囲む壁面）ところがり軸受の内輪との間に圧縮された状態で配置されている。
【０００９】
後方側ストッパのばね力は、回転する回転軸の軸線方向への振動を抑制するように作用する。本発明では、後方側ストッパを回転軸の後方端部における所定の位置に配置するだけでよいため、少ない部品点数で回転軸の軸線方向への振動を抑制できる。その結果、回転電機の組み立て工数が少なくなって、しかも回転電機の価格を安くすることができる。
【００１０】
後方側ストッパの構造は、前述のばね力を発生する構造であれば任意である。例えば、後方側ストッパは、回転軸の後方端部に嵌合される環状の本体と、環状の本体の内周部に一体に設けられて嵌合溝に嵌合される嵌合部を構成する１以上の突起片と、環状の本体の内周部に一体に設けられて環状の本体から前方側に立ち上がり、先端部に接触部を有する複数の板ばね片とを備えた構造とすることができる。このような構造の後方側ストッパは、金属製の板に機械加工を施して簡単に且つ安価に製造することができる。なおこの後方側ストッパを、複数（好ましくは３つ）の突起片が環状の本体の周方向にほぼ等しい間隔を開けて配置され、複数（好ましくは３つ）の板ばね片が環状の本体の周方向にほぼ等しい間隔を開けて配置され、複数の突起片と複数の板ばね片とが周方向に交互に配置された構造とすることができる。このような構造であれば、１回のプレス加工で後方側ストッパを製造できる。また後方側ストッパを回転軸の後方端部の嵌合溝に対して安定した状態で位置決めすることができる上、安定したばね力を確保することができる。なお環状の本体の一部には、回転軸の径方向に延び且つ本体の一部に一対の突合せ部を形成する切断部を形成しておくのが好ましい。このような切断部を形成しておけば、後方側ストッパの複数の突起片を回転軸の嵌合溝に比較的簡単に嵌合させることができる。
【００１１】
また後方側ストッパは、コイルばねから構成することもできる。その場合、回転軸の後方端部に形成される嵌合溝を、回転軸の後方端部の一部分の外周を完全に囲む環状の溝から構成する。そして回転軸の環状の溝の底面を構成する部分は、後方側に位置する円柱部と該円柱部と連続し且つこの円柱部よりも前方側に位置する切頭円錐部とから構成する。その上でこの嵌合溝に嵌合されるコイルばねの輪郭の形状を、前述の円柱部の外側に位置して前記嵌合部を構成する部分の直径が内輪と接触する前記接触部を構成する部分の直径よりも小さくなる切頭円錐形状にする。すなわちコイルばねは、一端(後方側)から他端(前方側)に向かうに従って、直径寸法が徐々に大きくなる形状を有している。このような形状のコイルばねを用いると、コイルばねの回転軸の後方端部への取付が簡単である上、コイルばねをしっかりと位置決めすることができる。
【００１２】
本発明を適用したファンモータは、下記のような構成になる。ファンモータは、回転軸と、内輪と外輪との間に複数の転動体が配置されて構成され、内輪の内側に回転軸が嵌合または挿入されて回転軸を回転自在に支持する２つのころがり軸受からなる軸受構造部と、２つのころがり軸受が保持される軸受ホルダと、軸受ホルダが取付けられたモータサポートと、モータサポートに固定されて複数のステータ側磁極を有するステータコアと、ステータコアに装着された複数の励磁巻線と、回転軸の軸線方向の前方側に位置する前方端部に固定されたベース壁部及びベース壁部の外周部から回転軸の軸線方向の後方側に起立する筒状の周壁部を有するカップ部材と、永久磁石からなる複数のロータ側磁極が周壁部の周方向に並ぶように周壁部の内周面に固定され、複数のステータ側磁極と対向する永久磁石ユニットと、カップ部材の周壁部の外周上に配置されて前方側または後方側に風を吐き出す複数枚のブレードを備えたインぺラと、軸受構造部から回転軸の軸線方向の前方側に突出する回転軸の前方端部に取付けられ、回転軸が回転軸の軸線方向の後方側に必要以上に移動するのを阻止する前方側ストッパと、軸受構造部から回転軸の軸線方向の後方側に突出する回転軸の後方端部に取付けられ、回転軸が前方側に必要以上に移動するのを阻止する後方側ストッパとを具備する。そして回転軸の後方端部には、後方側ストッパの一部が嵌合される嵌合溝が形成される。また後方側ストッパは、嵌合溝に嵌合される嵌合部と後方側に位置するころがり軸受の内輪と接触する接触部とを有し且つ後方側ストッパは回転軸の軸線方向と平行な方向に圧縮されると元に戻ろうとするばね力を発生する構造を有する。そして後方側ストッパは、嵌合溝を囲む壁面と内輪との間に圧縮された状態で配置される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、永久磁石電動機１を駆動源とするファンモータ３に本発明を適用した実施の形態の一例の平面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図であり、図３は図２の要部の拡大図である。以下の説明において、回転軸５が後述する軸受構造部に組み立て段階で挿入される方向（図２において左側に向かう方向）を後方と言い、その反対側（図２において右側に向かう方向）を前方と言う。
【００１４】
図２及び図３に示すように、電動機１の回転軸５の一端即ち後方端部７には環状の嵌合溝９が形成されている。嵌合溝９よりも後方側に位置する後方端部７の部分には後方側に向かうに従って径寸法が小さくなる向きのテ−パが付けられている。そして嵌合溝９には、抜け止め部材としての後方側ストッパ１１の一部が嵌合されている。図３及び図４に示すように、後方側ストッパ１１は、回転軸５の後方端部７に嵌合される環状の本体１３と、環状の本体１３の内周部に一体に設けられて嵌合溝９に嵌合される嵌合部を構成する３つの突起片１５と、環状の本体１３の内周部に一体に設けられて環状の本体１３から前方側に立ち上がり、先端部に接触部を有する３つの板ばね片１７とを備えている。このような構造の後方側ストッパ１１は、ばね性を持つステンレス、例えばＳＵＳ３０１等の金属製の板にプレス加工（機械加工）を施して簡単に且つ安価に製造することができる。３つの突起片１５は、環状の本体１３の周方向にほぼ等しい間隔（約１２０度間隔）を開けて配置され、３つの板ばね片１７も環状の本体１３の周方向にほぼ等しい間隔（約１２０度間隔）を開けて配置され、突起片１５と板ばね片１７とは周方向に交互に（約６０度間隔で）配置されている。３つの板ばね片１７は、回転軸５の軸線方向に圧縮されると（軸線方向の両側から挟む力が加わると）元に戻ろうとするばね力を発生する構造を有している。
【００１５】
このような構造であれば、１回のプレス加工で後方側ストッパ１１を製造できる。また後方側ストッパ１１を回転軸の後方端部７の嵌合溝９に対して安定した状態で位置決めすることができる上、板ばね片１７が発生するばね力が安定したものとなる。なお環状の本体１３の一部（１つの突起片１５が形成された部分）には、回転軸５の径方向に延び且つ本体１３の一部に一対の突合せ部を形成する（１つの突起片１５を径方向に半分に切断する）切断部（またはスリット）１９が形成されている。このような切断部１９を形成しておけば、環状の本体１３を切断部１９の両側に広げることができるので、後方側ストッパ１１の３つの突起片１５を回転軸５の嵌合溝９に比較的簡単に嵌合させることができる。
【００１６】
回転軸５は、回転軸５の軸線方向に並ぶ２つのボールベアリングからなるころがり軸受２１及び２３によって回転自在に支持されている。この例では、２つのころがり軸受２１及び２３によって軸受構造部が構成されている。回転軸５は、ころがり軸受２１及び２３の内輪２１ａ及び２３ａが挿入されている。図３に２示すように、後方側ストッパ１１の３つの板ばね片１７の先端部（接触部）は、後方側に位置する一方のころがり軸受２１の内輪２１ａの後方端面（軸線方向の後方側の端面）と接触している。ころがり軸受２１及び２３の外輪２１ｂ及び２３ｂは、絶縁樹脂製のモータサポート２５の中央部に形成された嵌合孔に嵌合または圧入された軸受ホルダ２７の内部に嵌合されて保持されている。２１ｃ及び２３ｃは、内輪２１ａ，２３ａと外輪２１ｂ，２３ｂとの間に配置された複数の転動体である。
【００１７】
後方側ストッパ１１は、回転軸５が軸線方向の前方側に必要以上に移動するのを阻止する。後方側ストッパ１１は、嵌合溝９（具体的には嵌合溝を囲む壁面）ところがり軸受２１の内輪２１ａとの間に圧縮された状態で配置されている。これにより後方側ストッパ１１の板ばね片１７のばね力は、回転する回転軸５の軸線方向への振動を抑制するように作用する。このような構造の後方側ストッパ１１を用いると、後方側ストッパ１１を回転軸５の後方端部７における所定の位置に配置するだけでよいため、少ない部品点数で回転軸５の軸線方向への振動を抑制できる。その結果、ファンモータの組み立て工数が少なくなって、しかもファンモータの価格を安くすることができる。
【００１８】
図２に示すように、回転軸５の前方端部２９即ちころがり軸受２３から前方側に突出する部分には、導磁性材料からなるカップ部材３１が固定されている。カップ部材３１は、回転軸５の前方端部２９が嵌合されて固定される筒状のボス３３を中央部に備えたベース壁部３５とこのベース壁部３５の外周部から回転軸５の軸線方向の後方側（図２において左側またはモータサポート２５が位置する側）に起立する筒状の周壁部３７とを有している。この例では、ボス３３が前方側ストッパを構成している。このボス３３の後方側端面がころがり軸受２３の内輪と接触することにより、回転軸５が軸線方向の後方側(軸線方向の他方の方向またはころがり軸受２３に回転軸５が挿入される方向)に必要以上に移動するのが阻止されている。
【００１９】
カップ部材３１の周壁部３７の内周部には、永久磁石からなる複数のロータ側磁極が周壁部３７の周方向に並ぶように周壁部３７の内周面に固定されてなる永久磁石ユニット３９が配置されている。複数のロータ側磁極は、複数の永久磁石によって構成されていてもよいが、環状の１つの永久磁石が周方向に交互にＮ極とＳ極とに着磁されたものでもよい。カップ部材３１の外側には第２のカップ部材４１が嵌合されて固定されている。第２のカップ部材４１の周壁部４３の外周面上には複数枚のブレード（羽）４５が周方向に所定の間隔をあけて固定されている。複数枚のブレード４５は、回転軸５が回転したときに回転軸の軸線方向に風を吹き付けるまたは吐き出すようにその形状が定められている。この例では、第２のカップ部材４１と複数のブレード４５とによりインペラが構成されている。
【００２０】
また軸受ホルダ２７の外周部には、ステータコア４７が嵌合されて固定され、これによりステータコア４７がモータサポート２５に固定されている。ステータコア４７は、周方向に所定の間隔をあけて配置された複数の突極磁極からなるステータ側磁極４９を備えている。複数のロータ側磁極の磁極面と複数のステータ側磁極４９の磁極面とは回転軸５の径方向に対向している。
【００２１】
ステータコア４７には、絶縁樹脂からなるインシュレータ５１が装着されており、ステータコア４７の複数のステータ側磁極４９には複数相分の励磁巻線５３が巻装されている。５５は、励磁巻線５３の励磁電流を制御する制御回路が実装された回路基板である。モータサポート２５の径方向外側には、周方向に所定の間隔をあけて配置された３本のウエブ５７を介して筒状のハウジング５９が配置されている。
【００２２】
図５は、本発明をファンモータに適用した第２の実施の形態の平面図であり、図６は図５のＶＩ−ＶＩ線断面図であり、図７は図６の要部の拡大図である。図５乃至図７においては、図１乃至図５に示した第１の実施の形態の構成部分と同様の部分に図１乃至図５に付した符号に１００の数を加えた数の符号を付してある。第２の実施の形態は、第１の実施の形態と比べて、後方側ストッパ１１１の構造と、回転軸１０５の嵌合溝１０９の形状が異なる。第２の実施の形態のその他の構造は、第１の実施の形態の構造と同じである。
【００２３】
第２の実施の形態では、後方側ストッパ１１１として、コイルばね１１２を用いている。そして回転軸１０５の後方端部１０７に形成された嵌合溝１０９は、回転軸１０５の後方端部１０７の一部分の外周を完全に囲む環状の溝から構成されている。そしてこの嵌合溝１０９の底面を構成する回転軸１０５の部分は、後方側に位置する円柱部１０５ａとこの円柱部１０５ａと連続し且つ円柱部１０５ａよりも前方側に位置する切頭円錐部１０５ｂとから構成されている。図７及び図８に示すように、コイルばね１１２は、回転軸１０５に形成された円柱部１０５ａの外側に位置する部分（嵌合部）１１２ａの直径が、ころがり軸受１２１の内輪１２１ａと接触する部分(接触部)１１２ｂの直径よりも小さくなる切頭円錐形状の輪郭形状を有している。すなわちコイルばね１１２は、一端(後方側)１１２ａから他端(前方側)１１２ｂに向かうに従って、直径寸法が徐々に大きくなる形状を有している。そしてこのコイルばね１１２は、軸線方向に圧縮された状態で嵌合溝１０９を囲む壁面のうち軸線方向の後方側に位置する環状の内側壁面ところがり軸受１２１の内輪の後方側端面との間に配置されている。このような形状のコイルばね１１２を後方側ストッパとして用いると、コイルばね１１２の回転軸１０５の後方端部１０７への取付が簡単になる上、コイルばね１１２をしっかりと位置決めすることができる。
【００２４】
尚、上記２つの実施の形態では、２つのころがり軸受によって軸受構造部を構成しているが、１つのころがり軸受によって軸受構造部を構成する一軸受型ファンモータにも本発明を適用できるのは勿論である。また上記の実施の形態は、アウターロータ型のファンモータに本発明を適用した例であるが、本発明はステータの内部でロータが回転するインナーロータ型のファンモータにも適用できるのは勿論である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、後方側ストッパを回転軸の後方側端部における所定の位置に配置するだけで、少ない部品点数で回転軸の軸線方向への振動を抑制することができ、回転電機の組み立て工数が少なくなって、しかも回転電機の価格を安くすることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 永久磁石電動機を駆動源とするファンモータに本発明を適用した実施の形態の一例の平面図である。
【図２】 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】 図２の要部の拡大図である。
【図４】 図１の実施の形態で用いる後方側ストッパの平面図である。
【図５】 永久磁石電動機を駆動源とするファンモータに本発明を適用した第２の実施の形態の一例の平面図である。
【図６】 図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】 図６の要部の拡大図である。
【図８】 (Ａ)及び（Ｂ）は図５の実施の形態において後方側ストッパとして用いるコイルばねの平面図及び正面図である。
【符号の説明】
１ 永久磁石電動機
３ ファンモータ
５ 回転軸
７ 後方端部
９ 嵌合溝
１１ 後方側ストッパ
２１，２３ ころがり軸受
２１ａ 内輪

Claims (4)

1. 回転電機の回転軸の取付構造であって、
   内輪と外輪との間に複数の転動体が配置されて構成され、前記内輪の内側に前記回転軸が嵌合されて前記回転軸を回転自在に支持する１以上のころがり軸受からなる軸受構造部と、
   前記軸受構造部が保持される軸受ホルダと、
   前記軸受構造部から前記回転軸の軸線方向の前方側に突出する前記回転軸の前方端部に取付けられ、前記回転軸が前記回転軸の軸線方向の後方側に必要以上に移動するのを阻止する前方側ストッパと、
   前記軸受構造部から前記回転軸の軸線方向の後方側に突出する前記回転軸の後方端部に取付けられ、前記回転軸が前記回転軸の軸線方向の前方側に必要以上に移動するのを阻止する後方側ストッパとを具備し、
   前記回転軸の前記後方端部には、前記後方側ストッパの一部が嵌合される嵌合溝が形成され、
   前記後方側ストッパは、前記嵌合溝に嵌合される嵌合部と前記軸受構造部を構成する前記ころがり軸受の前記内輪と接触する接触部とを有し且つ前記後方側ストッパは前記回転軸の軸線方向に圧縮されると元に戻ろうとするばね力を発生する構造を有し、
   前記後方側ストッパが前記嵌合溝と前記内輪との間に圧縮された状態で配置されており、
   前記後方側ストッパは、
   前記回転軸の前記後方端部に嵌合される環状の本体と、
   前記環状の本体の内周部に一体に設けられて前記嵌合溝に嵌合される前記嵌合部を構成する複数の突起片と、
   前記環状の本体の前記内周部に一体に設けられて前記環状の本体から前記前方側に立ち上がり、先端部に前記接触部を有する複数の板ばね片とからなり、
   複数の前記突起片が前記環状の本体の周方向にほぼ等しい間隔を開けて配置されており、
   複数の前記板ばね片が前記環状の本体の前記周方向にほぼ等しい間隔を開けて配置されており、
   前記複数の突起片と前記複数の板ばね片とは前記周方向に交互に配置されていることを特徴とする回転電機の回転軸の取付構造。
2. 前記環状の本体の一部には、回転軸の径方向に延び且つ前記本体の一部に一対の突合せ部を形成する切断部が形成されている請求項１に記載の回転電機の回転軸の取付構造。
3. 回転軸と、
   内輪と外輪との間に複数の転動体が配置されて構成され、前記内輪の内側に前記回転軸が嵌合されて前記回転軸を回転自在に支持する２つのころがり軸受からなる軸受構造部と、
   前記２つのころがり軸受が保持される軸受ホルダと、
   前記軸受ホルダが取付けられたモータサポートと、
   前記モータサポートに固定されて複数のステータ側磁極を有するステータコアと、
   前記ステータコアに装着された複数の励磁巻線と、
   前記回転軸の軸線方向の前方側に位置する前方端部に固定されたベース壁部及び前記ベース壁部の外周部から前記回転軸の軸線方向の後方側に起立する筒状の周壁部を有するカップ部材と、
   永久磁石からなる複数のロータ側磁極が前記周壁部の周方向に並ぶように前記周壁部の内周面に固定され、前記複数のステータ側磁極と対向する永久磁石ユニットと、
   前記カップ部材の前記周壁部の外周上に配置されて前記前方側または前記後方側に風を吐き出す複数枚のブレードを備えたインぺラと、
   前記軸受構造部から前記回転軸の前記軸線方向の前記前方側に突出する前記回転軸の前記前方端部に取付けられ、前記回転軸が前記回転軸の軸線方向の前記後方側に必要以上に移動するのを阻止する前方側ストッパと、
   前記軸受構造部から前記回転軸の軸線方向の前記後方側に突出する前記回転軸の後方端部に取付けられ、前記回転軸が前記前方側に必要以上に移動するのを阻止する後方側ストッパとを具備し、
   前記回転軸の前記後方端部には、前記後方側ストッパの一部が嵌合される嵌合溝が形成され、
   前記後方側ストッパは、前記嵌合溝に嵌合される嵌合部と前記後方側に位置する前記ころがり軸受の前記内輪と接触する接触部とを有し且つ前記後方側ストッパは前記回転軸の軸線方向と平行な方向に圧縮されると元に戻ろうとするばね力を発生する構造を有し、
   前記後方側ストッパが前記嵌合溝を囲む壁面と前記内輪との間に圧縮された状態で配置されており、
   前記後方側ストッパは、
   前記回転軸の前記後方端部に嵌合される環状の本体と、
   前記環状の本体の内周部に一体に設けられて前記嵌合溝に嵌合される前記嵌合部を構成する３つの突起片と、
   前記環状の本体の前記内周部に一体に設けられて前記環状の本体から前記前方側に立ち上がり、先端部に前記接触部を有する３つの板ばね片とからなり、
   ３つの前記突起片が前記環状の本体の周方向にほぼ等しい間隔を開けて配置されており、
   ３つの前記板ばね片が前記環状の本体の前記周方向にほぼ等しい間隔を開けて配置されており、
   前記３つの突起片と前記３つの板ばね片とが前記周方向に交互に配置されていることを特徴とするファンモータ。
4. 前記環状の本体の一部には、回転軸の径方向に延び且つ前記本体の一部に一対の突合せ部を形成する切断部が形成されている請求項３に記載のファンモータ。

Images