JP5630320B2

JP5630320B2 - 車載用ダイレクトドライブモータ及び車両

Info

Publication number: JP5630320B2
Application number: JP2011037556A
Authority: JP
Inventors: 和則小泉; 正幸丸山; 逸男渡辺
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2031-02-23
Also published as: JP2012175867A

Description

本発明は、ダイレクトドライブモータに関するものである。

従来、インデックステーブルを回動させる等のためにダイレクトドライブモータが用いられている。関連する技術として、本出願人は、静止状態に維持される固定子と、当該固定子に対して回転可能に配置された回転子と、前記固定子を固定して支持部材に取り付けられるベース部材と、前記回転子に固定されて当該回転子とともに回転可能な出力軸と、前記ベース部材と前記出力軸との間に介在されて当該出力軸を当該ベース部材に対して回転可能に支持する軸受を備えたダイレクトドライブモータであって、前記ベース部材は、前記支持部材に取り付けられた状態において当該支持部材と接する一連の連続面を少なくとも１つ有していることを特徴とするダイレクトドライブモータを提案した（特許文献１参照）。

特開２００９−３０３３０４号公報

一般に、ダイレクトドライブモータは、軸方向の寸法を抑えることが望まれる。そのため、特許文献１記載の技術のように、アキシアル荷重とモーメント荷重との両方を受けられる軸受を１個配置する。しかしながら、ダイレクトドライブモータのロータの出力端部に取付けられる負荷物の重心がダイレクトドライブモータから離れている場合で且つ振動が大きいと、ダイレクトドライブモータ内部の軸受には大きなモーメント荷重が作用し、軸受に影響を与え、軸受寿命が短くなるおそれがある。

また、複数の軸受による予圧の構造を採用すると、ダイレクトドライブモータの内外温度上昇差の影響による予圧変化の問題が生じ、これが軸受に影響を与え、軸受寿命が短くなってしまうことになる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、軸受寿命が短くなるおそれを低減することが可能なダイレクトドライブモータを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、車両の天井材から懸下されて固定されるステータと、前記ステータの鉛直下の方向に出力軸を有するロータと、前記ロータと前記ステータとの間に設けられ、前記ロータを回転可能に支持し、前記ロータからのアキシアル荷重及びラジアル荷重を受ける第１の軸受と、前記ロータの前記出力軸からの距離が前記第１の軸受よりも遠い位置で前記ロータと前記ステータとの間に設けられ、前記ロータを回転可能に支持し、前記ロータからのモーメント荷重をラジアル荷重として受ける第２の軸受と、を含み、前記出力軸の鉛直下側の面に負荷が固定され、前記第１の軸受は、前記負荷が前記車両の振動に伴って振動する際に発生するアキシアル荷重及びラジアル荷重を受け、前記第２の軸受は、前記負荷が前記車両の振動に伴って振動する際に発生するモーメント荷重をラジアル荷重として受け、前記第１の軸受が、クロスローラ軸受又は４点接触玉軸受けである、ことを特徴とする車載用ダイレクトドライブモータである。

本発明は、軸受寿命が短くなるおそれを低減することが可能なダイレクトドライブモータを提供することができる。

図１は、本実施形態に係るダイレクトドライブモータの回転軸を含む面で切ったときの断面を示す図である。図２は、本実施形態に係るダイレクトドライブモータの出力軸に負荷を結合させた様子を示す図である。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

図１は、本実施形態に係るダイレクトドライブモータの回転軸を含む面で切ったときの断面を示す図である。このダイレクトドライブモータ１は、アウターロータ型のＡＣモータである。

ダイレクトドライブモータ１は、ハウジングベース２１を有する。ハウジングベース２１は、ダイレクトドライブモータ１の回転中心軸Ｚｒと同軸の第１の円筒状部２１Ｂａを有する。ハウジングベース２１が有する第１の円筒状部２１Ｂａの第１の方向における端部は、モータ固定面２３となっている。第１の方向とは、回転中心軸Ｚｒと平行な方向かつ後述する出力軸１０とは反対側の方向である。

また、ハウジングベース２１は、第１の円筒状部２１Ｂａの第２の方向の端部から回転中心軸Ｚｒに向かって延びる円環状部２１Ｒを有する。第２の方向とは、回転中心軸Ｚｒと平行な方向かつ後述する出力軸１０側の方向である。さらに、ハウジングベース２１は、円環状部２１Ｒの軸を含む中央部から第２の方向に延在する第２の円筒状部２１Ｂｂを有する。

本実施形態において、第１の円筒状部２１ａと円環状部２１Ｒとは、ボルト等の締結手段で結合されている。また、第２の円筒状部２１ｂと円環状部２１Ｒとは、ボルト等の締結手段で結合されている。このような構造により、第１の円筒状部２１ａと第２の円筒状部２１ｂとは、円環状部２１Ｒを介して結合され、これら３個の部材がハウジングベース２１を形成している。

ハウジングベース２１の内周側の空間、すなわち、第１の円筒状部２１Ｂａと円環状部２１Ｒとダイレクトドライブモータ１の取付対象とで囲まれた空間は、ハウジングインナ２２である。ハウジングインナ２２には、電磁ブレーキ２５が配置されている。ハウジングベース２１の第２の円筒状部２１Ｂｂの外周面には、モータコア２４Ａ及び巻線２４Ｂが配置されている。これらの部材がステータ２を構成する。なお、ダイレクトドライブモータ１は、電磁ブレーキ２５を必ずしも有していなくてもよい。

ダイレクトドライブモータ１は、負荷（ダイレクトドライブモータ１の駆動対象）が結合される出力軸１０を有する。出力軸１０は、円環の中心軸がダイレクトドライブモータ１の回転中心軸Ｚｒと同軸に形成された円環状部分１０Ｒと、円環状部分１０Ｒから円環状部分１０Ｒの中心軸と同軸に第２の方向に延在する円筒状部分２１Ｂと、を有する。出力軸１０の円筒状部分１０Ｂの第２の方向側の端部１０ＢＴに、負荷が結合される。

出力軸１０の円環状部分１０Ｒの辺縁部１０ＲＣには、円筒形状のロータフランジ１２が第１の方向に延在するように結合されている。ロータフランジ１２は、２つの円筒形状の第１フランジ１２Ａと、第２フランジ１２Ｂとをボルト等で結合した構造体である。

ロータフランジ１２の内周面の第１の方向側の部分、より具体的には、第２フランジ１２Ｂの内周面には、ステータ２のモータコア２４Ａ及び巻線２４Ｂと対向するように、永久磁石１３が取り付けられている。出力軸１０と、ロータフランジ１２と、永久磁石１３とがダイレクトドライブモータ１のロータ３を構成する。

出力軸１０の円環状部分１０Ｒの中心軸を含む中央部には、出力軸１０と同軸の中空シャフト１１が、第１の方向に延在するように結合されている。中空シャフト１１は、ハウジングベース２１の円環状部２１Ｒを貫通し、電磁ブレーキ２５の位置まで延在している。中空シャフト１１の出力軸１０とは反対側の端部には、円環形状の部材であるブレーキフランジ１４が取り付けられている。ブレーキフランジ１４は、磁性体で製造されるとともに、電磁ブレーキ２５の作動時には磁力によって電磁ブレーキ２５に吸引されるブレーキリング１５を有している。ブレーキフランジ１４とブレーキリング１５とが、電磁ブレーキ２５の回転子になる。

電磁ブレーキ２５が作動すると、ブレーキリング１５が電磁ブレーキ２５に吸引され、固定される。電磁ブレーキ２５は、静止系であるハウジングベース２１の円環状部２１Ｒに取り付けられているので、回転系であるロータ３は、中空シャフト１１とブレーキフランジ１４とブレーキリング１５とを介して電磁ブレーキ２５に固定される。このような構造により、電磁ブレーキ２５は、ロータ３に制動力を与えることができる。

ロータフランジ１２とハウジングベース２１の第２の円筒状部２１Ｂｂとの間には、第１の軸受としてのクロスローラ軸受３０が配置されている。クロスローラ軸受３０が配置される位置は、ロータフランジ１２が有する第２フランジ１２Ｂ内周面であって永久磁石１３が配置されている部分よりも第２の方向側の部分と、ハウジングベース２１の第２の円筒状部２１Ｂｂの外周面であってモータコア２４Ａ及び巻線２４、すなわちステータ２が配置されている部分よりも第２の方向側の部分と、の間である。

クロスローラ軸受３０は、ロータフランジ１２の第１フランジ１２Ａと第２フランジ１２Ｂとに挟持されて、ロータフランジ１２に固定されるとともに、ハウジングベース２１の第２の円筒状部２１Ｂｂに嵌め込まれている。このような構造により、ハウジングベース２１は、クロスローラ軸受３０を介して、ロータ３を回転可能に支持している。

クロスローラ軸受３０は、内輪と外輪との間に、ころを直交させて配列した軸受である。クロスローラ軸受３０は、ころと内輪及び外輪との転がり面は線接触である。クロスローラ軸受３０は、アキシアル荷重とモーメント荷重との両方を受けることができる。このように、クロスローラ軸受３０は、ロータ３とステータ２との間に設けられ、ロータ３を回転可能に支持し、ロータ３からのアキシアル荷重及びラジアル荷重を受ける。

ダイレクトドライブモータ１は、ハウジングベース２１の円環状部２１Ｒの内周面と中空シャフト１１の外周面と、の間には、第２の軸受としてのすべり軸受３１が配置されている。すべり軸受３１は、高負荷容量のラジアル軸受である。第２の軸受としてのすべり軸受３１は、ロータ３の負荷が結合される一方の端部、すなわち、出力軸１０の円筒状部分１０Ｂの端部からの距離が第１の軸受としてのクロスローラ軸受３０よりも遠い位置で、ロータ３とステータ２との間に設けられ、ロータ３を回転可能に支持している。

また、ハウジングベース２１の外周面であってクロスローラ軸受３０が配置されている部分よりも第２の方向側の部分と、ロータフランジ１２の内周面であってクロスローラ軸受３０が配置されている部分よりも第２の方向側の部分と、には、ロータ３の回転を検出する回転検出器（レゾルバ）２６が配置されている。より具体的には、レゾルバ２６は、ハウジングベース２１が有する第２の円筒状部２１Ｂｂの第２の方向側と、ロータフランジ１２が有する第１フランジ１２Ａとの間に配置される。

ダイレクトドライブモータ１は、ハウジングベース２１のモータ固定面２３側に、ハウジングベース２１を封止する封止部材としての底板２７が取り付けられている。また、ダイレクトドライブモータ１は、ハウジングベース２１が有する円環状部２１Ｒの外周に、第２の方向に向かって延在する筒状の筐体２８が取り付けられる。筐体２８は、ロータ３の外周側に、ロータ３と対向して配置される。

底板２７とブレーキフランジ１４との間には、回転系のブレーキフランジ１４と静止系の底板２７との間からの水分の浸入を抑制するための封止部材として、取付側シール５が設けられる。同様に、筐体２８とロータ３が有する出力軸１０の円筒状部分１０Ｂとの間には、回転系のロータ３と静止系の筐体２８との間からの水分の浸入を抑制するための封止部材として、ロータ側シール７が設けられる。なお、ダイレクトドライブモータ１は、取付側シール５及びロータ側シール７を有していなくてもよく、取付側シール５とロータ側シール７との少なくとも一方を有していてもよい。

図２は、本実施形態に係るダイレクトドライブモータの出力軸に負荷を結合させた状態を示す図である。ダイレクトドライブモータ１は、第１の軸受としてのクロスローラ軸受３０に加えて、第２の軸受としてのすべり軸受３１を備えたことを特徴としている。

例えば、軸受としてクロスローラ軸受３０のみを備え、すべり軸受３１を備えない場合、出力軸１０に結合された負荷４０が振動すると、クロスローラ軸受３０は中空シャフト１１を介してモーメント荷重（Ｍ×ｇ×Ｌ）を受ける。ここで、Ｍは負荷４０の質量、ｇは振動の加速度、Ｌは負荷４０の重心４０ａとクロスローラ軸受３０のローラ部との間の距離である。

負荷４０の質量が大きかったり、振動の加速度が大きかったり、負荷４０の重心４０ａとクロスローラ軸受３０のローラ部との間の距離Ｌが長かったりすると、負荷４０の振動等によってクロスローラ軸受３０が非常に大きなモーメント荷重を受ける。そして、そのモーメント荷重をクロスローラ軸受３０単独では負担しきれず、クロスローラ軸受３０が影響を受け、クロスローラ軸受３０の寿命低下を招くおそれがある。

本実施形態に係るダイレクトドライブモータ１は、第１の軸受としてのクロスローラ軸受３０に加えて、第２の軸受としてのすべり軸受３１を備えている。従って、負荷４０が振動しても、ダイレクトドライブモータ１のロータ３に作用する衝撃的なモーメント荷重は、中空シャフト１１を介して高負荷容量ラジアル軸受であるすべり軸受３１によって支持される。このような構造により、ロータ３にモーメント荷重が作用した場合、クロスローラ軸受３０は、アキシアル荷重及びラジアル荷重を負担し、モーメント荷重の負担割合は小さくなる。また、すべり軸受３１は、ロータ３からのモーメント荷重をラジアル荷重として受ける。これにより、クロスローラ軸受３０の寿命が短くなるおそれを低減することができる。なお、モーメント荷重がロータ３に作用しない場合、すべり軸受３１に対して荷重は作用しない。さらに、クロスローラ軸受３０とすべり軸受３１との両方に荷重が分散されるので、両者の荷重負荷能力に余裕ができる。その結果、ダイレクトドライブモータ１の許容荷重を大きくすることができる。

なお、本実施形態では、すべり軸受３１を、ハウジングベース２１の円環部の内周面であって電磁ブレーキ２５が配置されている部分よりも第２の方向側の部分に配置しているが、負荷軽減の観点からは、すべり軸受３１を、電磁ブレーキ２５が配置されている部分よりも第１の方向側、つまり中空シャフト１１の第１の方向側における端部に接するように配置してもよい。

ダイレクトドライブモータ１を、例えば車載カメラ回動用などの用途に用いる場合、防水性を要求されることがある。このような用途に用いる場合、上述したように、ダイレクトドライブモータ１は、取付側シール５及びロータ側シール７を有する。ダイレクトドライブモータ１が取付側シール５を有する場合、すべり軸受３１は、図１に示す電磁ブレーキ２５よりも第１の方向側に配置されることが好ましい。すなわち、すべり軸受３１は、第１の軸受としてのクロスローラ軸受３０と電磁ブレーキ２５との間の位置に設けられることが好ましい。このようにすると、ダイレクトドライブモータ１が取付側シール５及びすべり軸受３１を有する場合でも、回転中心軸Ｚｒと平行な方向におけるダイレクトドライブモータ１の寸法の増加を抑制できるので好ましい。また、すべり軸受３１の防水も確保できるので好ましい。

また、本実施形態では、第１の軸受としてクロスローラ軸受３０、第２の軸受としてすべり軸受３１を用いた場合について説明したが、これに限定されない。第１の軸受は、アキシアル荷重とラジアル荷重を受けられる軸受であれば良く、第２の軸受は、ラジアル荷重を受けられる軸受であれば良い。例えば、第１の軸受として、４点接触玉軸受を用いることとしても良い。

このように、ダイレクトドライブモータ１は、従来のダイレクトドライブモータよりもモーメント荷重及び負荷の振動に対する耐性を有する。このため、振動を多く受けやすい用途、例えば、車両に搭載される用途に好適である。このような用途としては、例えば、ダイレクトドライブモータ１は、車両に搭載され、車載カメラを回動させる用途等がある。また、ダイレクトドライブモータ１は、車両以外にも高加速度が作用する用途にも好適である。さらに、ダイレクトドライブモータ１は、高いモーメント荷重がロータ３に作用する用途、例えば、工作機械のインデックステーブルをダイレクトドライブモータ１が直接駆動する用途等にも好適である。

１ダイレクトドライブモータ
２ステータ
３ロータ
５取付側シール
７ロータ側シール
１０出力軸
１１中空シャフト
１２ロータフランジ
１３永久磁石
１４ブレーキフランジ
１５ブレーキリング
２１ハウジングベース
２２ハウジングインナ
２３モータ固定面
２４Ａモータコア
２４Ｂ巻線
２５電磁ブレーキ
２６回転検出器（レゾルバ）
２７底板
２８筐体
３０クロスローラ軸受
３１すべり軸受

Claims

車両の天井材から懸下されて固定されるステータと、
前記ステータの鉛直下の方向に出力軸を有するロータと、
前記ロータと前記ステータとの間に設けられ、前記ロータを回転可能に支持し、前記ロータからのアキシアル荷重及びラジアル荷重を受ける第１の軸受と、
前記ロータの前記出力軸からの距離が前記第１の軸受よりも遠い位置で前記ロータと前記ステータとの間に設けられ、前記ロータを回転可能に支持し、前記ロータからのモーメント荷重をラジアル荷重として受ける第２の軸受と、
を含み、
前記出力軸の鉛直下側の面に負荷が固定され、
前記第１の軸受は、前記負荷が前記車両の振動に伴って振動する際に発生するアキシアル荷重及びラジアル荷重を受け、
前記第２の軸受は、前記負荷が前記車両の振動に伴って振動する際に発生するモーメント荷重をラジアル荷重として受け、
前記第１の軸受が、クロスローラ軸受又は４点接触玉軸受である、
ことを特徴とする車載用ダイレクトドライブモータ。
前記第２の軸受が、すべり軸受であることを特徴とする請求項１に記載の車載用ダイレクトドライブモータ。
前記ロータの鉛直上側の端部に設けられた電磁ブレーキを更に備え、
前記第２の軸受は、前記第１の軸受と前記電磁ブレーキとの間の位置に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車載用ダイレクトドライブモータ。
前記出力軸の中心軸を含む中央部に結合され、前記出力軸と同軸の中空シャフトを更に含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の車載用ダイレクトドライブモータ。
アウターロータ型モータであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の車載用ダイレクトドライブモータ。
請求項１から５のいずれか１項に記載の車載用ダイレクトドライブモータを備えた車両。