JP5445546B2

JP5445546B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP5445546B2
Application number: JP2011207218A
Authority: JP
Inventors: 芳和松本
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: CN103023201B; BR102012023327A2; CN103023201A; JP2013070510A

Description

開示の実施形態は、回転電機に関する。

通常、モータや発電機などの回転電機は、回転軸を転がり軸受で支持している（例えば、特許文献１を参照）。

かかる回転電機に用いられる転がり軸受の一般的な構造としては、内輪および外輪からなる軌道輪と、玉やころなどからなる転動体と、転動体を、内輪と外輪との間で一定間隔で保持する保持器とを備えている。そして、内輪と外輪との間には、ラジアル内部すきまやアキシアル内部すきまが形成されている。

かかる軸受を備えた回転電機において、回転軸の振れ精度向上や振動、あるいは騒音低減を図ることを目的として、軸受の内部すきまを減少させるための予圧ばねを備えたものが知られている。

特開２００１−１１２２１５号公報

しかし、回転電機における軸受による予圧は、通常、予圧を付与した状態で軸受を固着する定位置予圧を採用しているため、回転軸が熱膨張によって僅かでも伸長すると、予圧が急激に高まり、例えば、軸受の軌道輪と転動体との接触部の面圧上昇により寿命を短くするおそれがあった。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、軸受の軌道輪と転動体との接触部の面圧上昇を可及的に抑制可能とした回転電機を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る回転電機は、枠体に軸受を介して回転自在に支持された回転軸と、当該回転軸に取付けられて当該回転軸と一体的に回転する回転子と、前記枠体に、前記回転子と対向して取付けられた固定子とを備えている。さらに、前記軸受に対し、前記回転軸の軸方向にスライド自在とした支持部材を介して前記回転軸の軸方向に圧力を付与する予圧装置を備えている。また、前記予圧装置は、前記枠体に固着され、前記回転軸側に延在する延在部を有する第１の支持部材と、前記軸受の外輪を連接するとともに、前記第１の支持部材に対してスライド自在に設けられた第２の支持部材と、前記第１の支持部材の前記延在部と前記第２の支持部材の外側面との間に介設され、前記第２の支持部材を介して前記軸受を予圧する付勢部材と、前記第２の支持部材が前記回転軸回りに回動することを禁止する回り止め機構とを備える。そして、前記回り止め機構は、前記第２の支持部材に突設した突起部と、前記第１の支持部材に設けられ、前記突起部を遊嵌する溝部とを備え、前記溝部には、前記第２の支持部材の前記回転軸に対する軸方向へのスライドを許容する間隙が形成されている。

実施形態の一態様によれば、回転軸が熱膨張などによって伸長したとしても、予圧を一定に保持して軸受の軌道輪と転動体との接触部の面圧上昇を可及的に抑制し、寿命の短命化を防止することが可能となる。

図１は、実施形態に係る回転電機としてのモータの断面視による模式的説明図である。図２は、図１のＩ−Ｉ線における断面図である。図３は、要部の説明図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する回転電機の実施形態を詳細に説明する。ただし、以下の実施形態における例示で本発明が限定されるものではない。

図１は実施形態に係る回転電機としてのモータの断面視による模式的説明図、図２は同図１のＩ−Ｉ線における断面図、図３は要部の説明図である。図示するように、モータ１は、枠体１０と、この枠体１０内に設けられた回転軸１１と、回転子１２と、固定子１３とを備えている。

すなわち、モータ１は、回転軸１１が略円筒状の枠体１０に、第１、第２の軸受２１，２２を介して回転自在に支持されるとともに、この回転軸１１には永久磁石を備えた回転子１２が取付けられ、回転軸１１と回転子１２とが一体的に回転可能に構成されている。また、枠体１０には、回転子１２と対向して固定子１３が取付けられており、この固定子１３には、固定子コイル１４が樹脂モールドされて取付けられている。

本実施形態における第１の軸受２１は、回転子１２に対して枠体１０の一端側に設けられ、第２の軸受２２は、回転子１２に対して枠体１０の他端側に設けられている。

また、第１、第２の軸受２１，２２は、いずれも転がり軸受であって、図３に示すように、内輪２３および外輪２４からなる軌道輪と、内輪２３と外輪２４との間で、転動体である金属ボール２５を一定間隔で保持する保持器２６とを備えている。

こうして、固定子コイル１４に通電されると、回転子１２の永久磁石に駆動トルクが発生し、その駆動トルクにより、回転軸１１が回転子１２と共に高速回転する。

ところで、本実施形態における枠体１０の一端側とは、図１における左側であり、枠体１０の他端側とは、図１における右側であって、回転軸１１の出力側である。

本実施形態における係るモータ１では、枠体１０の一端に検出器４が設けられ、枠体１０の他端には減速機６が設けられている。

検出器４は、回転部となる角度検出用マグネット板４１と、磁気センサ４２とを備えた磁気式の構成としている。なお、図１に示すように、枠体１０の一端には、検出器４を保護する検出器カバー７が取り付けられている。

すなわち、回転軸１１の一端に、当該回転軸１１と垂直な一方向に磁化された円板状の角度検出用マグネット板４１を取付け、後述するブレーキカバー５６の一側端面にホール素子を用いた磁気センサ４２を設けている。磁気センサ４２は、角度検出用マグネット板４１の外周側に所定間隔をあけて位置するように配設される。

また、減速機６は、例えば、サーキュラスプライン、フレックススプライン、およびウェーブジェネレータを備えた波動歯車装置、いわゆるハーモニック減速機とすることができる。また、減速機６は、回転軸１１に対して、軸方向へのずれを吸収可能なカップリング構造（図示せず）を備えている。

さらに、本実施形態に係るモータ１は、ブレーキ機構５を備えている。ブレーキ機構５は、図１に示すように、枠体１０の一端側に設けたブレーキカバー５６内に収納したブレーキディスク５３と、このブレーキディスク５３を挟持して摩擦力により回転を制動する固定プレート５１と可動プレート５２とを備えている。

ブレーキディスク５３は、回転軸１１と一体的に回転可能であり、回転軸１１に嵌着したハブ５０に連接している。

また、ブレーキ機構５は、可動プレート５２を固定プレート５１側に押圧する図示しないプレート押圧バネと、軸方向に移動可能に取付けられた可動プレート５２を吸引してブレーキディスク５３から離接させるコイル５４とを備えている。コイル５４は電磁石となるもので、前述のプレート押圧バネと共にブレーキヨーク５５に埋設されている。

ブレーキヨーク５５は、所定の厚みを有し、中央に回転軸挿通孔５５ａを有する円板体からなり、外周縁を枠体１０の一端側に連接するとともに、回転軸挿通孔５５ａの内周面で第１の軸受２２を介して回転軸１１を回転自在に支持している。

そして、コイル５４に通電されていないときはプレート押圧バネによって可動プレート５２をブレーキディスク５３側に付勢し、ブレーキディスク５３を固定プレート５１との間で挟持する。一方、コイル５４に通電されると、軸方向に移動可能に取付けられた磁性板からなる可動プレート５２を吸引してブレーキディスク５３から離接させ、ブレーキ力を解除する。

上述してきた構成において、本実施形態に係るモータ１は、回転軸１１の軸方向に圧力を付与する予圧装置３を備えている。

すなわち、回転軸１１の出力側となる枠体１０の他端側に予圧装置３を設け、回転軸１１の軸方向にスライド自在とした第１の支持部材３１を介して第２の軸受２２に圧力を付与可能としている。

第２の軸受２２の内輪２３は、回転軸１１に固着されており、外輪２４は、後述する第２の支持部材３２に接着されている。なお、内輪２３を回転軸１１に固着する場合は、例えば焼嵌めなどの方式を適用することができ、外輪２４を第２の支持部材３２に接着する場合は、例えば接着剤などを用いることができる。

予圧装置３は、枠体１０に固着された第１の支持部材３１と、この第１の支持部材３１に対してスライド自在に設けられた第２の支持部材３２と、第１の支持部材３１と第２の支持部材３２との間に介設した付勢部材としてのバネワッシャ３３とを備えている。

より具体的に説明すると、予圧装置３の第１の支持部材３１は、略短筒状に形成されて枠体１０に固着されている。そして、図１および図３に示すように、回転軸１１の出力側の端部には、回転軸１１側に、すなわち、内側方向に延在する延在部３１１が形成されている。

また、予圧装置３の第２の支持部材３２は、第１の支持部材３１の内周面に当接するように配設された環状体からなり、内周面に第２の軸受２２の外輪２４を接着して連接するとともに、第１の支持部材３１に対してはスライド自在に設けられている。

図１および図３に示すように、第１の支持部材３１の延在部３１１には、当該延在部３１１の端面からの厚みがそれぞれ異なる第１の段差面３１ａと第２の段差面３１ｂとによって段差部３１２が形成されている。

そして、第１の段差面３１ａと第２の支持部材３２の外側面３２１との間に、第１の支持部材３１に対して第２の支持部材３２のスライドを許容する間隙Ｌが形成されている。すなわち、第２の支持部材３２は、間隙Ｌの範囲でスライドすることができる。

また、第１の段差面３１ａまでよりも厚みの薄い第２の段差面３１ｂと、第２の支持部材３２の外側面３２１との間に形成された空間内に、付勢部材としてのバネワッシャ３３を介設している。

すなわち、第１の支持部材３１の延在部３１１と第２の支持部材３２の外側面３２１との間に介設されたバネワッシャ３３により、第２の支持部材３２を介して第２の軸受２２に対して軸方向に圧力を付与することができる。すなわち、第２の軸受２２には、第２の支持部材３２を介して、回転軸１１の軸方向に定圧予圧を付与することが可能となっている。

したがって、例えば、回転軸１１が熱膨張によって伸長しても、第２の軸受２２は追従することが可能となるため、従来の回転電機における軸受への定位置予圧のように、軸受面圧が過度に大きくなってしまうことを防止することが可能となる。

また、本実施形態に係る予圧装置３は、第２の支持部材３２が回転軸１１回りに回動することを禁止する回り止め機構３００を備えている。

本実施形態に係る回り止め機構３００は、図示するように、第２の支持部材３２に突設した突起部３２５と、第１の支持部材３１に設けられ、突起部３２５を遊嵌する溝部３１５とから構成されている。

図３に示すように、溝部３１５には、第１の段差面３１ａと第２の支持部材３２の外側面３２１との間に形成された間隙Ｌと同寸法の間隙Ｌが形成されている。したがって、第２の支持部材３２は、回転軸１１に対して周回りの回転は禁止される一方、軸方向へのスライドは許容されることになる。

このように、回り止め機構３００を設けたことにより、第２の支持部材３２の回転軸１１回りへの回転に関するクリープ現象が防止され、焼き付きなどを効果的に抑制することができる。なお、回り止め機構３００の突起部３２５は、第１の支持部材３１と一体的に形成されたものでもよいし、例えば別体のピンなどを第１の支持部材３１に突設したものであってもよい。

以上、説明してきたように、本実施形態に係るモータ１は、第２の軸受２２に対し、回転軸１１の軸方向にスライド自在とした第２の支持部材３２を介して回転軸１１の軸方向に圧力を付与する予圧装置３を備えている。

したがって、回転軸１１が熱膨張などによって伸長したとしても、第２の支持部材３２を介して、予圧を一定に保持する定圧予圧を行うことになり、第２の軸受２２における軌道輪と転動体である金属ボール２５との接触部の面圧上昇を可及的に抑制し、面圧による疲れ寿命の短命化を防止することが可能となる。

なお、予圧装置３は、第２の軸受２２に代えて第１の軸受２１に作用させるように配設しても構わないし、第１の軸受２１と第２の軸受２２とにそれぞれ対応させて配設してもよい。

しかし、本実施形態においては、枠体１０の一端に検出器４を設けた構成としている。検出器４が設けられる側では、回転軸１１の膨張による伸長は望ましくない。そのため、予圧装置３を、検出器４とは反対側をなす枠体１０の他端側に設けられた第２の軸受２２に定圧予圧を付与できるように配設している。

また、本実施形態におけるモータ１は、枠体１０の他端に減速機６を設けている。減速機６を備えたモータ１では、減速機６からの振動による影響が第１の軸受２１よりも第２の軸受２２への方が大きいと考えられる。

したがって、減速機６の側に配設された第２の軸受２２は、当該減速機６からの振動などと相俟って負荷が大きくなり、例えば、磨耗の進行がより早まることも考えられる。その点からも、本実施形態のモータ１のように、予圧装置３は、減速機６側の第２の軸受２２に対して定圧予圧を付与できるように配設されることが望ましい。

しかも、予圧装置３には、回り止め機構３００が設けられているため、第２の軸受２２の軌道輪と金属ボール２５との接触部の面圧上昇をより効果的に抑制することが可能となる。

ところで、本実施形態においては、検出器４を磁気式として説明したが、磁気式に限るものではなく、例えば、光学式であってもよい。その場合、回転軸１１に回転部として設けられたスリットを有する回転ディスクと、この回転ディスクを挟むように対向状態に配置された発光素子と受光素子とを備えた構成とすることができる（図示せず）。

かかる光学式の検出器４であれば、回転軸１１の膨張により伸長することは磁気式よりも望ましいことではない。したがって、検出器４とは反対側をなす第２の軸受２２に定圧予圧を付与できるように予圧装置３を配設した本実施形態の構成は、より有効となる。

また、予圧装置３の付勢部材としては、コンパクト化をも考慮し、バネワッシャ３３を用いている。これにより、モータ１として軸方向へ長くなってしまうことを抑制することができるが、付勢部材としてはバネワッシャ３３に限定されるものではない。

さらに、予圧装置３の回り止め機構３００としては、必ずしも、第２の支持部材３２に突設した突起部３２５と、第１の支持部材３１に設けられた溝部３１５とからなる構成に限定されるものでもない。

例えば、付勢部材をコイルバネ、板バネなどから構成し、その一端を第１の支持部材３１に固着し、他端を第２の支持部材３２に固着することにより、第２の支持部材３２の回転軸１１回りの回転を規制することもできる。

なお、上述してきた実施形態では、回転電機を、減速機一体型で、ブレーキ付のモータ１として説明したが、必ずしもそのような構成のモータ１である必要はない。また、モータ１に限らず、回転電機としては発電機であっても構わない。

上述した実施形態のさらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１モータ（回転電機）
３予圧装置
４検出器
５ブレーキ機構
６減速機
１０枠体
１１回転軸
１２回転子
１３固定子
２１第１の軸受
２２第２の軸受
３１第１の支持部材
３２第２の支持部材
３３バネワッシャ(付勢部材)
３００回り止め機構
３１１延在部
３１５溝部
３２５突起部

Claims

枠体に軸受を介して回転自在に支持された回転軸と、
当該回転軸に取付けられて当該回転軸と一体的に回転する回転子と、
前記枠体に、前記回転子と対向して取付けられた固定子と、
前記軸受に対し、前記回転軸の軸方向にスライド自在とした支持部材を介して前記回転軸の軸方向に圧力を付与する予圧装置と、
を備え、
前記予圧装置は、
前記枠体に固着され、前記回転軸側に延在する延在部を有する第１の支持部材と、
前記軸受の外輪を連接するとともに、前記第１の支持部材に対してスライド自在に設けられた第２の支持部材と、
前記第１の支持部材の前記延在部と前記第２の支持部材の外側面との間に介設され、前記第２の支持部材を介して前記軸受を予圧する付勢部材と、
前記第２の支持部材が前記回転軸回りに回動することを禁止する回り止め機構と、
を備え、
前記回り止め機構は、
前記第２の支持部材に突設した突起部と、前記第１の支持部材に設けられ、前記突起部を遊嵌する溝部とを備え、前記溝部には、前記第２の支持部材の前記回転軸に対する軸方向へのスライドを許容する間隙が形成されている
ことを特徴とする回転電機。
前記回転軸の回転を検出する検出器を備えるとともに、前記回転軸を支持する前記軸受を、前記回転子に対して前記枠体の一端側に設けた第１の軸受と、前記回転子に対して前記枠体の他端側に設けた第２の軸受とから構成し、
前記検出器を前記枠体の一端に設ける一方、前記回転軸の出力側をなす前記枠体の他端側に前記予圧装置を設けて前記第２の軸受に圧力を付与可能とした
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記第１の支持部材の前記延在部には、前記第２の支持部材の外側面と相対的に近接する第１の段差面と、前記第２の支持部材の外側面と相対的に離隔した第２の段差面とが形成され、前記第１の段差面と前記第２の支持部材の外側面との間に、前記第１の支持部材に対して前記第２の支持部材のスライドを許容する間隙が形成され、前記第２の段差面と前記第２の支持部材の外側面との間には、前記付勢部材を配設する空間が形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
前記回転軸の出力側に減速機を設けた
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の回転電機。