JP5251334B2 - 軸受アダプタ、及び軸受アダプタ付のモータ - Google Patents

Description

本発明は、モータに取り付けて用いられる軸受アダプタ、及び軸受アダプタ付のモータに関するものである。

従来より、モータのシャフト（モータシャフト）を高速で回転駆動させることにより、このモータシャフトに連結された負荷装置の作動を試験するための装置が種々考えられている。このような試験装置においては、モータシャフトのトルクを計測するトルクメータがカップリング装置等を介してモータシャフトに連結されている場合がある。モータのモータシャフトに対するラジアル方向への負荷能力を補う必要がある場合には、所定の負荷装置とモータとの間にもう一つ別の負荷装置をカップリングを介して連結することが必要となるが、これらの負荷装置間にトルクメータを配置した構成が採用されていた。この場合、トルクメータもモータシャフトのラジアル方向への負荷要因の一つとして作用する。しかしながら、シャフト（モータシャフトの突出部分を含む）の軸端のモータからの持ち出し長さ（オーバーハング）が非常に長くなるため、モータシャフトを高速回転させる場合、負荷要因の荷重が大きいことからモータシャフトの回転がアンバランスとなり、比較的大きな振動が生じていた。また、オーバーハングが長いと、負荷要因の荷重によってモータシャフトを含むシャフトが撓みやすくなり、トルクメータの精度にも影響を及ぼすことにもなっていた。したがって、シャフトのオーバーハングをできるだけ短くして、アンバランスによる振動を低減し、また負荷要因の荷重によるシャフトの撓みとそれに伴うトルクメータの精度向上が求められていた。

そこで、本出願人は、モータ自体に負荷装置を取り付け、モータシャフトにその負荷装置のシャフトを連結するとともに、このシャフトにカップリングを介して別の負荷装置を連結した構成として、モータ側の負荷装置のシャフトにトルクメータを内蔵した構成の回転装置を提案している（例えば、特許文献１参照）。
特願２００７−１３１５６５出願明細書

ところで、この種の装置においては、高速回転時のアンバランスの影響と振動を低減し、またトルクメータによる計測値の精度をより向上するためには、シャフトの軸端のオーバーハングを可能な限り短くすることや、負荷要因によるシャフトの撓みを小さくすること、トルクメータと負荷装置との間には他の部材を挟まないことが望ましいといえる。しかしながら、特許文献１に記載の装置では、トルクメータと負荷装置の間に、カップリングや負荷装置の軸受等の部材が介在した構成となっており、またトルクメータを内蔵するモータ側の負荷装置の構造もやや複雑となる。さらに、シャフトのオーバーハングをさらに短くすることができれば、高速回転時のアンバランスの影響をより小さくして振動を抑え、さらにはトルクメータの精度をより向上することができると考えられる。

このような問題に鑑みて、本発明は、モータの高速回転時の振動を低減し、またモータの駆動によるトルクメータの計測を精度よく行い得るようにするための軸受アダプタ、及びそのような軸受アダプタを備えた軸受アダプタ付のモータを提供しようとするものである。

すなわち本発明に係る軸受アダプタは、モータシャフトを回転駆動する駆動部を有するモータと、このモータシャフトのトルクを計測するトルクメータとの間に介在させて用いられ、モータシャフトと同期して回転するシャフトと、このシャフトとモータシャフトとを接続する入力側アダプタと、シャフトの回転をトルクメータに伝達する出力側アダプタと、シャフトを回転可能に支持する軸受部とを具備し、シャフト、入力側アダプタ、出力側アダプタ、及び軸受部を収容するケーシングを更に具備し、モータ側からトルクメータ側に向けて先細となる断面形状にしたケーシングは、中空の略円錐台形をなす胴部の一端部にモータのケーシングと略同径の取付端部を一体に形成したものであり、モータのケーシングの長手方向一端部に装着した後カバーに取付端部を取り付けて用いられることを特徴としている。

このような軸受アダプタをモータとトルクメータとの間に装着した場合、入力側アダプタによってモータシャフトと接続されたシャフトは軸受部によって枢止されており、さらに出力側アダプタによってトルクメータを接続させる構成となるため、シャフトの実質的なオーバーハングは、軸受部のトルクメータ側の端部からトルクメータの軸受アダプタとの接続端部までとなる。したがって、この軸受部の配置場所の設定次第でシャフトのオーバーハングを極めて短くすることができることとなり、高速回転時におけるアンバランスの影響を低減して振動を抑制するとともに、トルクメータやそれに接続される負荷装置の加重によるシャフトの撓みを極力小さくして、トルクメータの精度を従来のものよりも格段に向上することが可能となる。さらに、このような軸受アダプタをモータに連結し、軸受アダプタにトルクメータを連結することで、軸受アダプタと負荷装置とを直接連結する構成とすることができるため、このことによってもトルクメータの精度向上が図られる。また、トルクメータを、モータや軸受アダプタとは別途に設けることで、装置の構造を簡素化することもできる。

特に、シャフトのオーバーハングを短くできるようにするには、軸受アダプタにおける軸受部を、出力側アダプタの近傍に配置することが好適である。

また、トルクメータの校正を行うには、モータシャフトの回転を一旦停止させる軸ロック部材が必要である。ここで、モータに構造上の変更を加えることなく、モータシャフトの回転を規制する軸ロック部材を設けることを考慮した場合、軸ロック部材は、モータ等を設置・支持する台座に設けるか、本発明の軸受アダプタに設けるかの何れかが適当であると考えられる。トルクメータの校正のためにモータシャフトの回転を完全に停止させるには、シャフトを径方向に挟む十分な二面幅を軸ロック部材に確保することが必要となるが、トルクメータを出力側アダプタに固定するために、軸受アダプタとトルクメータとの間にボルトを配置するのに最小限のスペースのみを確保した方がオーバーハングの大きさとトルクメータ精度との関係上有利となることから、台座に軸ロック部材を設ける場合には、出力側アダプタとトルクメータとの間により広いスペースを設けなければならず不利である。そこで、本発明の軸受アダプタに、シャフトの回転を規制又は規制解除する軸ロック部材を更に設けることが望ましいといえる。

また、軸受アダプタには、シャフト、入力側アダプタ、出力側アダプタ、軸受部等の機構部品を収容するケーシングを更に具備するものとすることができ、この場合、ケーシングを、モータ側からトルクメータ側に向けて先細となる断面形状とすれば、軸受アダプタのトルクメータ側の部位を軽量化することができるため、モータシャフト及びシャフトに作用するラジアル方向の負荷を低減し、トルクメータの精度をさらに向上することができる。

特に、軸受アダプタにおいてシャフトの回転の潤滑性を向上するためには、シャフトに潤滑油を流通させる油路を形成し、この油路を前記ケーシングの内部空間に連通させて潤滑油の廃油も行うことができる。

また、モータシャフトがその軸心に沿って潤滑油を流通させる油路を形成したものである場合には、このモータシャフトの油路にシャフトの油路を連通させるオイルアダプタを設ければ、モータ側から流し入れた潤滑油を軸受アダプタにまで流通させることができるため、潤滑油使用量の低減と給油廃油の便をも向上することとなる。
また、本発明に係る軸受アダプタ付のモータは、モータシャフト及びモータシャフトを回転駆動する駆動部を有するモータと、モータシャフトに接続してなるシャフトを有する軸受アダプタとを備えたものであって、軸受アダプタは、モータシャフトと同期して回転するシャフトと、シャフトとモータシャフトとを接続する入力側アダプタと、モータシャフトのトルクを計測するトルクメータにシャフトの回転を伝達する出力側アダプタと、シャフトを回転可能に支持する軸受部と、これらシャフト、入力側アダプタ、出力側アダプタ、及び軸受部を収容するケーシングを具備し、モータ側からトルクメータ側に向けて先細となる断面形状にした前記軸受アダプタのケーシングを、中空の略円錐台形をなす胴部の一端部に前記モータのケーシングと略同径の取付端部を一体に形成し、軸受アダプタを、モータのケーシングの長手方向一端部に装着した後カバーに取付端部を取り付けて用いるように構成していることを特徴としている。

本発明の軸受アダプタによれば、モータとトルクメータとの間に軸受アダプタを介在させ、シャフトをモータシャフトとトルクメータに接続した上で、軸受アダプタ内部でシャフトを軸受部により枢支させることで、シャフトのトルクメータ側へのオーバーハングを短くすることができため、モータの高速回転時におけるアンバランスの影響が格段に小さくして振動を低減することが可能であり、またラジアル方向へのシャフトの撓みを低減し、トルクメータと負荷部との間に他の部材を介在させない構造を採用してトルクメータのさらなる精度向上を図ることが可能である。また、軸受アダプタとトルクメータとを別部材とすることで、軸受アダプタ自体の構造の簡易化を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１に主要部を背面から見た状態の外観を斜視図で示すこの実施形態に係る軸受アダプタ３は、モータの回転性能を試験する試験装置１に適用され、モータ２とトルクメータ４との間に取り付けられるものである。トルクメータ４には、図示しない負荷装置がさらに連結される。モータ２は、台座５に載置され固定されている。図２はこの試験装置１の背面図、図３は図２におけるＡ−Ａ線断面図、図４は同Ｂ−Ｂ線断面図、図５は図４におけるＣ−Ｃ線端面図、図６は図３の特に主要部を拡大して示す断面図、図７はこの試験装置１を破断して示す模式的な斜視図である。以下、各部について具体的に説明する。

モータ２は、例えばエンジンを模したダイナモ装置からなるものであり、図１、図３、図４に示すように、円筒形状のケーシング２１内に回転可能なモータシャフト２２を備えている。ケーシング２１の長手方向両端部には、前カバー（図示省略）及び後カバー２３が装着してあり、この後カバー２３の中央部にモータシャフト２２の端部を貫通させて若干突出させている。さらに、後カバー２３には、モータシャフト２２を支持する軸受部２３１を前方に向けて形成し、この軸受部２３１に複数のダンパ（例えばスクイズフィルムダンパ）２３２を設けている。モータシャフト２２の他方の端部は、前述した前カバーの近傍に設けられた適宜の軸受部で支持されている。

また、モータシャフト２２には、図示しないがその外周面に円筒状の永久磁石を固定して設け、さらに永久磁石の径方向外方にコイルを有する円筒状のステータコアが設けられている。また、図３に示すように、モータシャフト２２には、径方向中央部に長手方向に延びるスラスト油路２２１を形成し、さらにこのスラスト油路２２１の適宜の位置とケーシング２１内部とを連通するように複数のラジアル油路２２２を形成することで、外部から注入した潤滑油を、モータシャフト２２を通じてモータ２の内部に行き渡るようにしている。

軸受アダプタ３は、内部機構部品を収容するケーシング３１と、シャフト３２と、このシャフト３２をモータシャフト２２に連結する入力側アダプタ３３と、シャフト３２をトルクメータ４に連結する出力側アダプタ３４とを主として有している。

ケーシング３１は、各図に示すように、中空の略円錐台形をなす胴部３１１の一端部をモータ２のケーシング２１と略同径の取付端部３１２を一体に形成したものであり、この取付端部３１２を図示しないボルト等によりモータ２の後カバー２３に強固に取り付けている。これら胴部３１１と取付端部３１２は、何れもモータ２側の径が大きく、トルクメータ４側に向けて先細に漸次径が小さくなるように傾斜させた形状をなしている。

モータシャフト２２の端部は、このフランジ部３１２の近傍まで延出させてあり、モータシャフト２２の端部とシャフト３２の端部とを、入力側アダプタ３３によって連結している。ここで、シャフト３２は、モータシャフト２２と同様に径方向中央部に長手方向に延びるスラスト油路３２１を形成した中空の部材であり、モータシャフト２２のスラスト油路２２１とシャフト３２のスラスト油路３２１とを概略円筒形状のオイルアダプタ３５で接続することで、このオイルアダプタ３５によってもシャフト３２をモータシャフト２２に連結するようにしている。入力側アダプタ３３は、内アダプタ３３１と外アダプタ３３２とから構成されている。内アダプタ３３１は、一端部にモータシャフト２２の端部を嵌合させ、他端部にオイルアダプタ３５を挿入させて、オイルアダプタ３５を介してスラスト油路２２１，３２１を連通させる部材である。外アダプタ３３２は、内アダプタ３３１とシャフト３２を内嵌させて連結する筒状の部材である。また、モータシャフト２２と同じく、シャフト３２にもスラスト油路３２１とケーシング３１の内部空間とを連通させるラジアル油路３２２を複数形成しており、モータシャフト２２のスラスト油路２２１、オイルアダプタ３５、シャフト３２のスラスト油路３２１，ラジアル油路３２２を流通させた潤滑油が、軸受アダプタ３においてはケーシング３１の取付端部３１２における底部に斜め下方を向けて形成された排油口３１３を経て外部へ排出されるようにしている。また、モータ２のケーシング２１の底部に連通させて、後カバー２３に軸受アダプタ３側に向けて延び、軸受アダプタ３のケーシング３１における排油口３１３に連通する排油口２３３が形成されており、モータ２のケーシング２１内に流通された潤滑油も、軸受部３の排油口３１３から一括して排出できるようにしている。なお、図示しないが、各ラジアル油路２２２，３２２には潤滑油を噴出させる噴射ノズルを装着している。

また、ケーシング３１の他端部には、内カバー３６及び外カバー３７の２つのカバーを図示しないボルト等で強固に取り付けている。内カバー３６には、シャフト３２を挿通させて支持する筒状の軸受部３６１がケーシング３１内に挿入されるように形成してあり、この軸受部３６１には複数のＯリング３６２を設けている。外カバー３７は、中央部でシャフト３２を貫通させ突出させた状態で、内カバー３６と共にケーシング３１を閉止するリング状の部材である。そして、外カバー３７から突出するシャフト３２の端部には、トルクメータ４を連結するためのフランジ部３４を固定して取り付けている。このフランジ部３４は、本発明における出力側アダプタに相当する部材である。フランジ部３４は、シャフト３２の先端部における外周に固定して嵌着される筒状の基端部３４１と、トルクメータ４を固定するリング状の取着部３４２とを一体に形成したものである。基端部３４１の外周面の一部には、後述する理由により、図５、図６、図７に示すように、平坦面３４１ａを形成している。

トルクメータ４は、各図に示すように、フランジ部３４の取着部３４２にボルト等で固定される第１円盤部４１と、トルクメータ４に図示しない負荷装置を連結するための供試体アダプタ６を固定して取り付ける第２円盤部４２とを、一定距離だけ離間させて対向配置した状態で一体に形成したものである。詳述しないが、第１円盤部４１及び第２円盤部４２には、エンコーダリングその他のトルクメータとして必要な部品が装備されている。

ここで、トルクメータ４を校正する場合には、モータシャフト２２、シャフト３２及びトルクメータ４の回転を停止させる必要がある。そのために本実施形態では、軸受アダプタ３の外カバー３７における外壁面に、シャフト３２の先端部に取り付けたフランジ部３４の基端部３４１に沿った溝３７１を形成し、この溝３７１に沿って進退動作するように板状の軸ロック部材３８を装着している。この軸ロック部材３８は、先端部が二股に分かれており、トルクメータ４の構成時に溝３７１内に進出することで、フランジ部３４の基端部３４１における平坦面３４１ａに係合してシャフト３２の回転を完全に停止させ、モータ２の駆動時には溝３７１から退出してシャフト３２を回転させるように構成したものである。

上述したような試験装置１に適用される本実施形態の軸受アダプタ３は、以上に説明したように、モータ２とトルクメータ４とは別体としてそれらの間に介在させて用いられるものであり、モータシャフト２２に対して入力側アダプタ３３やオイルアダプタ３５によりシャフト３２を接続し、さらにこのシャフト３２を独自の軸受部３６１により回転可能に支持させて、シャフト３２を出力側アダプタであるフランジ部３４を介してトルクメータ４に接続するようにしている。そのため、モータシャフト２２の両端部はモータ２内で軸受部２３１等により支持させた構成としつつ、シャフト３２のトルクメータ４側へのオーバーハングを短く設定している。その結果、モータ２の高速駆動によるモータシャフト２２及びシャフト３２の高速回転時におけるアンバランスの影響を小さくして、振動を低減することが可能である。また、シャフト３２のオーバーハングを短くできることにより、トルクメータ４及びそれに供試体アダプタ６を介して接続される負荷装置を含む負荷要因によるシャフト３２のラジアル方向への撓みを小さくすることができるので、トルクメータ４による計測精度を従来のものよりも向上することが可能である。特に、軸受部３６１は、軸受アダプタ３のケーシング３１におけるトルクメータ４側の開口端を閉止する内カバー３６に形成したものであるので、シャフト３２のオーバーハングを極めて短く設定できることとなる。さらに、トルクメータ４と負荷装置との間には、供試体アダプタ６は必須の部品として必要であるものの、その他の機構部品を存在させないようにすることができるため、この点でもトルクメータ４の精度を向上することができる。さらにまた、軸受アダプタ３のケーシング３１を、モータ２側からトルクメータ４側に向けて先が窄まる傾斜形状としていることから、軸受アダプタ３のトルクメータ４側の重量を軽量化することができるため、この点でもシャフト３２に作用するラジアル方向の負荷を低減し、トルクメータ４のさらなる精度向上に寄与することができる。また、軸受アダプタ３はモータ２とは別体の装置となり、これらの内部にトルクメータを内蔵させるというような複雑な構造を回避できることから、試験装置１の構成要素となる各装置の製造やメンテナンスを簡易化することも可能である。

また、モータ２のモータシャフト２２と軸受アダプタ３のシャフト３２の内部にはそれぞれ長手方向に延びるスラスト油路２２１，３２１が形成されており、これらのスラスト油路２２１，３２１がオイルアダプタ３５により連通されていることから、モータ２側からモータシャフト２２のスラスト油路２２１に注入した潤滑油を、オイルアダプタ３５を通じて軸受アダプタ３のスラスト油路３２１にも供給することができるため、試験装置１全体における潤滑油の注入箇所を削減することができ、構造の簡易化や潤滑油注入の手間の低減を図ることができる。さらに、軸受アダプタ３のケーシング３１の上述したような傾斜形状により、シャフト３２のスラスト油路３２１からラジアル油路３２２を通じてケーシング３１内に供給された潤滑油を、ケーシング３１におけるモータ２側の端部に集めて容易に排出することも可能である。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、各部の具体的構成については上記実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の一実施形態に係る軸受アダプタを適用した試験装置の主要部を示す後方斜視図。 同試験装置を示す背面図。 図２における概略的なＡ−Ａ線断面図。 図２における概略的なＢ−Ｂ線断面図。 図４における概略的なＣ−Ｃ線断面図。 図２において特に軸受アダプタの周辺部を示す概略的な拡大断面図。 図２において特に軸受アダプタの周辺部を示す概略的な斜視断面図。

符号の説明

１…試験装置
２…モータ
３…軸受アダプタ
４…トルクメータ
２２…モータシャフト
２２１…油路（スラスト油路）
２２２…油路（ラジアル油路）
３１…ケーシング
３２…シャフト
３３…入力側アダプタ
３４…出力側アダプタ（フランジ部）
３５…オイルアダプタ
３８…軸ロック部材
３２１…油路（スラスト油路）
３２２…油路（ラジアル油路）
３６１…軸受部

Claims (6)

1. モータシャフトを回転駆動する駆動部を有するモータと、当該モータシャフトのトルクを計測するトルクメータとの間に介在させて用いられ、
   前記モータシャフトと同期して回転するシャフトと、当該シャフトと前記モータシャフトとを接続する入力側アダプタと、前記シャフトの回転を前記トルクメータに伝達する出力側アダプタと、前記シャフトを回転可能に支持する軸受部とを具備し、
   前記シャフト、前記入力側アダプタ、前記出力側アダプタ、及び前記軸受部を収容するケーシングを更に具備し、
   前記モータ側から前記トルクメータ側に向けて先細となる断面形状にした前記ケーシングは、中空の略円錐台形をなす胴部の一端部に前記モータのケーシングと略同径の取付端部を一体に形成したものであり、
   前記モータの前記ケーシングの長手方向一端部に装着した後カバーに前記取付端部を取り付けて用いられることを特徴とする軸受アダプタ。
2. 前記軸受部を、前記出力側アダプタの近傍に配置している請求項１に記載の軸受アダプタ。
3. 前記シャフトの回転を規制又は規制解除する軸ロック部材を更に具備している請求項１又は２の何れかに記載の軸受アダプタ。
4. 前記シャフトに、潤滑油を流通させる油路を形成し、当該油路を前記ケーシングの内部空間に連通させている請求項１乃至３の何れかに記載の軸受アダプタ。
5. 前記モータシャフトがその軸心に沿って潤滑油を流通させる油路を形成したものである場合、当該モータシャフトの油路に前記シャフトの油路を連通させるオイルアダプタを更に具備している請求項４に記載の軸受アダプタ。
6. モータシャフト及び当該モータシャフトを回転駆動する駆動部を有するモータと、前記モータシャフトに接続してなるシャフトを有する軸受アダプタとを備えた軸受アダプタ付のモータであって、
   前記軸受アダプタは、
   前記モータシャフトと同期して回転する前記シャフトと、当該シャフトと前記モータシャフトとを接続する入力側アダプタと、前記モータシャフトのトルクを計測するトルクメータに前記シャフトの回転を伝達する出力側アダプタと、前記シャフトを回転可能に支持する軸受部と、これら前記シャフト、前記入力側アダプタ、前記出力側アダプタ、及び前記軸受部を収容するケーシングを具備し、前記モータ側から前記トルクメータ側に向けて先細となる断面形状にした前記軸受アダプタのケーシングを、中空の略円錐台形をなす胴部の一端部に前記モータのケーシングと略同径の取付端部を一体に形成し、
   前記軸受アダプタを、前記モータのケーシングの長手方向一端部に装着した後カバーに前記取付端部を取り付けて用いるように構成していることを特徴とする軸受アダプタ付のモータ。

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