JP5883061B2 - 軸受部品の飛散防止部材を備える電動機 - Google Patents

Description

本発明は、軸受の構成部品がハウジングの内側に飛散するのを防止する飛散防止部材を備える電動機に関する。

多くの電動機において、回転子に取り付けられた駆動軸は、ハウジングの出力側の端部及び反出力側の端部に取り付けられた軸受によって支持される。これら軸受は、筒状のハウジングの内周面に形成された円周溝に嵌入されて固定される。通常、軸受の内輪はアキシャル隙間の範囲内で外輪に対して移動可能であるので、内輪が円周溝の側壁と干渉することのないように、円周溝の深さは外輪の半径方向の厚さと同程度にされる。このような軸受の取付構造を有する電動機が、特許文献１〜３に例示されている。

近年、最大出力及び最大トルク等が大きく、かつコンパクトである電動機に対するニーズが高まっている。ところが、電動機側の駆動軸と負荷装置側の被駆動軸がベルトで結合される場合には、電動機の最大トルクが大きくなるにつれて、駆動軸に加わるラジアル荷重も増大する。そして、駆動軸に過度のラジアル荷重が加わると、軸受の損傷及び早期破壊等を引き起こすことがある。その状態で電動機の運転が継続されると、軸受が分解され、それによりシールド板、保持器、及び転動体等の軸受部品が飛散する虞がある。この際、軸受部品がハウジングの内側に飛散すると、固定子巻線及び回転子鉄心等を含むハウジングの内側の構造部が損傷されるという深刻な二次被害を引き起こすことがある。

特開平８−５１７５２号公報 特開平８−２９４２４７号公報 特開平８−３３５３６７号公報

軸受の構成部品によってハウジングの内側の構造部が損傷されることを防止できる電動機が求められている。

本発明の第１の態様によれば、ハウジングと、ハウジングに固定される固定子と、固定子の内側に配置される回転子と、転動体及び保持器を備え、ハウジングの内側に取り付けられて回転子の回転軸を支持する軸受と、軸受に取り付けられ、軸受の内部の潤滑剤が飛散することを防止するシールド部材と、軸受と回転子の鉄心との間に位置するようにハウジングから延在し、シールド部材、転動体、及び保持器の少なくとも１つがハウジングの内側に飛散することを防止する飛散防止部材と、を備える電動機が提供される。
本発明の第２の態様によれば、第１の態様において、飛散防止部材が、回転軸の延在方向と平行な方向において、軸受のアキシャル隙間の１／２よりも大きい距離だけ軸受から離間している、電動機が提供される。
本発明の第３の態様によれば、第１又は第２の態様において、飛散防止部材が、回転軸が挿通される中心穴を有し、軸受が、複数の転動体を有する転がり軸受であり、中心穴の直径が、回転軸の直径に、転動体の直径を２倍した値を加えた和よりも小さい、電動機が提供される。
本発明の第４の態様によれば、第１〜第３の態様のいずれか１つにおいて、飛散防止部材が金属製の材料から形成される、電動機が提供される。
本発明の第５の態様によれば、第１〜第４の態様のいずれか１つにおいて、記飛散防止部材がハウジングと一体に形成される、電動機が提供される。

本発明の第１の態様によれば、軸受が破壊された結果、軸受の構成部品（シールド部材、転動体、保持器等）が回転子鉄心に向かって移動したとしても、それら構成部品は飛散防止部材に突き当たって停止させられる。従って、第１の態様によれば、過度のラジアル荷重等が原因で軸受が破壊されたとしても、軸受の構成部品が固定子及び回転子の配置されたハウジングの内側に飛散することを防止できるので、固定子巻線及び回転子鉄心等を含むハウジングの内側の構造部が損傷されることを防止できる。その結果、第１の態様によれば、軸受が破壊されたとしても、ハウジングの内側の構造部を修理したり交換したりする必要はなく、軸受を交換するだけで電動機を再利用できるようになるので、費用及び工数の面での使用者の負担が軽減される。
本発明の第２の態様によれば、アキシャル荷重等が原因で、軸受の内輪が外輪に対して軸線方向に移動したとしても、軸受の内輪が飛散防止部材と接触することを防止できる。
本発明の第３の態様によれば、軸受が破壊された結果、回転軸が本来の軸線方向に対して傾斜したとしても、少なくとも軸受の転動体がハウジングの内側に飛散することを防止できる。
本発明の第４の態様によれば、適度な剛性を有する金属製の材料を選択することで、軸受の構成部品が突き当たったときの衝撃で飛散防止部材が変形することを防止できる。
本発明の第５の態様によれば、軸受の構成部品が突き当たったときの衝撃で飛散防止部材がハウジングから脱落することを防止できる。従って、第５の態様によれば、飛散防止部材がハウジングの内側に侵入し、それにより固定子巻線及び回転子鉄心等が損傷されることを防止できる。さらに、第５の態様によれば、ハウジングの部品点数が削減されるので、ハウジングの組立工程が簡素化される。

本発明の１つの実施形態の例示的な電動機の縦断面図である。 図１の部分拡大図であり、図１の電動機における飛散防止部材の近傍を拡大して示している。 飛散防止部材の変形例が適用された電動機を示す、図１と同様の縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に記載される内容は、特許請求の範囲に記載される発明の技術的範囲や用語の意義等を限定するものではない。

図１〜図３を参照して、本発明の１つの実施形態の電動機について説明する。本実施形態の電動機は、回転子と固定子が協働して動力を発生させる回転式の電動機である。より具体的に、本実施形態の電動機は、回転子の内部に永久磁石が埋め込まれた構造を有するＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータである。図１は、例示的な電動機Ｍの縦断面図である。図１のように、本例の電動機Ｍは、筒状の本体部１１を有するハウジング１と、本体部１１の内側に配置される固定子２及び回転子３と、ハウジング１に取り付けられ、回転子３の回転軸３２を支持する一対の軸受４，４と、を備えている。これらについて以下に順に説明する。なお、以下の説明では、回転軸３２の延在方向を単に軸線方向と称することがある。

図１のように、本例のハウジング１は、軸線方向に沿って延在する筒状の本体部１１と、本体部１１の延在方向の両端部の各々を閉塞する側壁部１２，１３と、を有している。それら側壁部１２，１３の各々には、軸線方向に沿って延在する円柱状の中心穴ＣＨが形成されており、中心穴ＣＨの内周面には、軸受４の外輪４１に対応する寸法及び形状を有する円周溝ＣＧが形成されている。以下では、ハウジング１の外側に突出する回転軸３２の先端部ＡＥに近い方の側壁部１２を出力側の側壁部１２と称し、それとは反対側の側壁部１３を反出力側の側壁部１３と称することがある。図１のように、反出力側の側壁部１３に隣接する本体部１１の所定の箇所には、軸線方向に対して垂直に延在する貫通穴ＴＨが形成されており、貫通穴ＴＨには、後述する固定子巻線２２の引き出し線ＬＷが挿通されている。そして、本体部１１の外周面には、貫通穴ＴＨを閉塞するように配置された端子台ＴＢが取り付けられている。

続いて、本例の固定子２は、複数の電磁鋼板が積層された構造を有する筒状の固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１に装着された固定子巻線２２と、を有している。図１のように、固定子鉄心２１の外周面が、ハウジング１の本体部１１の内周面に固着されており、固定子鉄心２１と本体部１１は同心状になっている。また、固定子鉄心２１の内周面には、軸線方向に沿って延在する複数のスロットが等間隔に形成されており、それらスロットの内部には固定子巻線２２が配置されている。そして、固定子巻線２２の引き出し線ＬＷは、上述した端子台ＴＢの金属端子部と電気的に接続されている。従って、端子台ＴＢに交流電源が接続されると、固定子巻線２２を流れる交流電源によって回転軸３２の周りに回転磁界が形成される。

続いて、本例の回転子３は、複数の電磁鋼板が積層された構造を有する円筒状の回転子鉄心３１と、回転子鉄心３１と一体に回転するように回転子鉄心３１の中心穴に嵌入された回転軸３２と、を有している。図１のように、回転子鉄心３１は、その周方向に沿って等間隔に配置された複数の挿入穴ＩＨを有している。それら挿入穴ＩＨの各々は、回転子鉄心３１の外周面よりも所定の距離だけ半径方向の内側に位置しており、回転子鉄心３１の軸線方向の概ね全長にわたって延在している。そして、それら挿入穴ＩＨの各々には、軸線方向に沿って並べられた複数の平板状の磁石３３が挿入されている。本例の磁石３３は、フェライト磁石又はネオジム磁石等の永久磁石であり、それら磁石３３の外面は挿入穴ＩＨの内面に接着されている。

また、本例の回転軸３２は、ハウジング１の出力側の側壁部１２に取り付けられた出力側の軸受４、及び反出力側の側壁部１３に取り付けられた軸受４によって支持されている。回転軸３２の先端部ＡＥは、工作機械又は周辺機器等の負荷装置（図示しない）の被駆動軸に連結可能であり、それにより電動機Ｍの回転駆動力が種々の負荷装置に伝達される。例えば、回転軸３２の先端部ＡＥに装着された駆動プーリ、及び被駆動軸の先端部に装着された被駆動プーリに掛けられた無端状のベルトを介して、電動機Ｍの回転駆動力が負荷装置に伝達される。このような負荷装置の駆動方式は一般にベルト駆動方式と称される。

続いて、本例の電動機Ｍにおける軸受４について説明する。図２は、図１の部分拡大図であり、図１の電動機Ｍにおける出力側の軸受４の近傍を拡大して示している。なお、出力側の軸受４と反出力側の軸受４は同様の構造を有するので、以下では出力側の軸受４のみについて説明する。図２のように、出力側の軸受４は、円筒状の外輪４１と、外輪４１よりも半径方向の寸法が小さい円筒状の内輪４２と、外輪４１及び内輪４２の間に配置された複数の転動体４３と、それら転動体４３を円周方向に沿って等間隔に保持する保持器（図示しない）と、を備えている。このような構造を有する軸受は一般に転がり軸受と称される。そして、出力側の軸受４の外輪４１は、上述した出力側の側壁部１２の円周溝ＣＧに嵌着されており、内輪４２の中心穴には回転軸３２が嵌入されている。

図２のように、出力側の軸受４には、複数の転動体４３が軸受４の外部に露出しないように、外輪４１と内輪４２の間の円環状の開口部を少なくとも部分的に閉塞する円環状のシールド部材４４が取り付けられている。より具体的に、出力側の軸受４には、複数の転動体４３を挟むように軸線方向に沿って配列された一対のシールド部材４４，４４が取り付けられており、それらシールド部材４４，４４の各々は、外輪４１の内周面に形成された円周溝に嵌着されている。本例のシールド部材４４は、主として、軸受４の内部に付与された潤滑剤、特に、外輪４１及び内輪４２のそれぞれと転動体４３の接触部に塗布された潤滑剤が、軸受４の外部に飛散するのを防止する機能を有している。これにより、軸受４の内部の潤滑剤が、ハウジング１の本体部１１の内側に飛散して回転子鉄心３１及び固定子巻線２２等に付着することが防止される。なお、出力側の軸受４のシールド部材４４，４４の各々は、軸受４の外輪４１ではなく内輪４２に嵌着されてもよいし、ハウジング１の側壁部１２の内周面に取り付けられてもよい。

ところで、電動機Ｍによる負荷装置の駆動方式として、上述したベルト駆動方式が採用される場合には、電動機Ｍの最大トルクが大きくなるにつれて回転軸３２に加わるラジアル荷重も増大する。そして、回転軸３２に過度のラジアル荷重が加わると、出力側の軸受４が破壊され、それにより軸受４の構成部品が飛散する虞がある。ここでいう軸受４の構成部品には、上述したシールド部材４４、転動体４３、及び保持器等が含まれる。そこで、本例の電動機Ｍは、破壊された軸受４の構成部品がハウジング１の本体部１１の内側に飛散するのを防止する飛散防止部材５を備えている。引き続き図２を参照して、本例の飛散防止部材５について詳細に説明する。

図２のように、本例の飛散防止部材５は、軸線方向に対して垂直に配置された円盤状の形態を有しており、その中央部には、回転軸３２が挿通される中心穴５１が形成されている。そして、本例の飛散防止部材５は、ハウジング１の側壁部１２における固定子鉄心２１及び回転子鉄心３１に対向する端面に取り付けられている。なお、本例の飛散防止部材５は、軸受４のアキシャル隙間の１／２よりも大きい距離だけ、軸受４から軸線方向に離間して配置されることが好ましい。ここでいうアキシャル隙間とは、外輪４１を固定した状態で内輪４２を軸線方向の両側に移動させたときの最大の移動量を意味している。上述した飛散防止部材５の配置によれば、回転軸３２に加わるアキシャル荷重等によって軸受４の内輪４２が外輪４１に対して軸線方向に移動したとしても、軸受４の内輪４２が飛散防止部材５に接触することを防止できる。

このように、出力側の軸受４と回転子鉄心３１の間には、軸線方向に対して垂直に配置された飛散防止部材５が介在しているので、軸受４の構成部品が回転子鉄心３１に向かって移動したとしても、それら構成部品は飛散防止部材５に突き当たって停止させられる。また、本例の飛散防止部材５は、軸受４の構成部品が突き当たったときの衝撃で変形することのないように、高度な剛性を有する金属材料から形成されることが好ましい。ただし、本例の飛散防止部材５は、高度な剛性を有する種々の樹脂材料又は複合材料から形成されてもよい。さらに、本例の飛散防止部材５は、軸受４の構成部品が突き当たったときの衝撃でハウジング１から脱落することのないように、ボルト及びナット等を含む固定部材によってハウジング１に強固に固定されることが好ましい。ただし、本例の飛散防止部材５は、ハウジング１に溶接されてもよいし、種々の接着剤によってハウジング１に接着されてもよい。

また、本例の電動機Ｍにおいて、飛散防止部材５の中心穴５１の寸法は、軸受４の構成部品が本体部１１の内側に飛散するのを確実に防止するように最適化されうる。例えば、飛散防止部材５の中心穴５１の直径（Ｄ）は、回転軸３２の直径（ｄ₁）に、転動体４３の直径（ｄ₂）を２倍した値を加えた和よりも小さくされることが好ましい。すなわち、Ｄ＜ｄ₁＋ｄ₂×２であることが好ましい。これにより、軸受４が破壊された結果、回転軸３２が本来の軸線方向に対して傾斜したとしても、回転軸３２の外周面と飛散防止部材５の内周面との間に、転動体４３の直径（ｄ₂）よりも大きい隙間が形成されることはない。従って、上述した中心穴５１の寸法によれば、軸受４の転動体４３が本体部１１の内側に飛散するのを確実に防止できる。ただし、飛散防止部材５の中心穴５１の直径（Ｄ）を回転軸３２の直径（ｄ₁）に際限なく近づけると、軸受４のラジアル隙間等が原因で、飛散防止部材５の内周面が回転軸３２の外周面に接触する虞がある。ここでいうラジアル隙間とは、外輪４１を固定した状態で内輪４２を半径方向に移動させたときの最大の移動量を意味している。そのため、中心穴５１の直径（Ｄ）は、回転軸３２の直径（ｄ₁）に、軸受４のラジアル隙間（ｇ）を加えた和よりも大きくされることが好ましい。すなわち、Ｄ＞ｄ₁＋ｇであることが好ましい。

以上のように、本例の電動機Ｍによれば、軸受４が破壊された結果、軸受４の構成部品が回転子鉄心３１に向かって移動したとしても、それら構成部品は飛散防止部材に突き当たって停止させられる。従って、本例の電動機Ｍによれば、過度のラジアル荷重等が原因で軸受４が破壊されたとしても、軸受４の構成部品が、固定子２及び回転子３の配置されたハウジング１の本体部１１の内側に飛散することを防止できるので、固定子巻線２２及び回転子鉄心３１等を含む本体部１１の内側の構造部が損傷されることを防止できる。その結果、軸受４が破壊されたとしても本体部１１の内側の構造部を修理したり交換したりする必要はなく、軸受４を交換するだけで電動機Ｍを再利用できるようになるので、費用及び工数の面での使用者の負担が軽減される。

続いて、本実施形態の電動機Ｍにおける飛散防止部材５の変形例について説明する。図３は、本例の飛散防止部材５が適用された電動機Ｍを示す、図１と同様の縦断面図である。図１と図３を比較すると分かるように、図１の例では、ハウジング１とは別個に形成された飛散防止部材５が、ハウジング１の側壁部１２に取り付けられているのに対して、図３の例では、飛散防止部材５がハウジング１と一体に形成されている。より具体的に、本例の飛散防止部材５は、種々の金属材料の鋳造又は機械加工等によってハウジング１の出力側の側壁部１２と一体に形成されている。本例の飛散防止部材５の寸法及び形状等は上述した図１の例と同様であり、本例の電動機Ｍにおける飛散防止部材５以外の部分の構造も上述した図１の例と同様である。

本例の電動機Ｍによれば、軸受４の構成部品が突き当たったときの衝撃で飛散防止部材５がハウジング１の側壁部１２から脱落することを防止できる。従って、本例の電動機Ｍによれば、飛散防止部材５がハウジング１の本体部１１の内側に侵入し、それにより固定子巻線２２及び回転子鉄心３１等が損傷されることを防止できる。さらに、本例の電動機Ｍによれば、ハウジング１の部品点数が削減されるので、ハウジング１を組み立てる組立工程が簡素化される。

本発明は、上記の実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で種々改変されうる。例えば、上記の実施形態では、ハウジング１の出力側の側壁部１２のみに飛散防止部材５が取り付けられているものの、本発明の電動機Ｍでは、出力側の側壁部１２と反出力側の側壁部１３の両方に飛散防止部材５が取り付けられてもよい。また、上記の実施形態では、永久磁石３３が回転子鉄心３１に埋め込まれた構造のＩＰＭモータが採用されているものの、本発明の電動機Ｍは、永久磁石３３が回転子鉄心３１の外周面に貼り付けられた構造のＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータであってもよいし、その他の形式のモータであってもよい。さらに、上述した各部の寸法、形状、及び材質等は一例にすぎず、本発明の効果を達成するために多様な寸法、形状、及び形状等が採用されうる。

１ ハウジング
１１ 本体部
１２ 側壁部
１３ 側壁部
２ 固定子
２１ 固定子鉄心
２２ 固定子巻線
３ 回転子
３１ 回転子鉄心
３２ 回転軸
３３ 磁石
４ 軸受
４１ 外輪
４２ 内輪
４３ 転動体
４４ シールド部材
５ 飛散防止部材
５１ 中心穴
ＡＥ 先端部
ＣＧ 円周溝
ＣＨ 中心穴
ＩＨ 挿入穴
ＬＷ 引き出し線
ＴＢ 端子台
ＴＨ 貫通穴
Ｍ 電動機

Claims (5)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに固定される固定子と、
   前記固定子の内側に配置される回転子と、
   転動体及び保持器を備え、前記ハウジングに取り付けられて前記回転子の回転軸を支持する軸受と、
   前記軸受に取り付けられ、前記軸受の内部の潤滑剤が飛散することを防止するシールド部材と、
   前記軸受と前記回転子の鉄心との間に位置するように前記ハウジングから延在し、前記シールド部材、前記転動体、及び前記保持器の少なくとも１つが前記ハウジングの内側に飛散することを防止する飛散防止部材と、を備える電動機。
2. 前記飛散防止部材が、前記回転軸の延在方向と平行な方向において、前記軸受のアキシャル隙間の１／２よりも大きい距離だけ前記軸受から離間している、請求項１に記載の電動機。
3. 前記飛散防止部材は、前記回転軸が挿通される中心穴を有し、
   前記軸受は、複数の転動体を有する転がり軸受であり、
   前記中心穴の直径が、前記回転軸の直径に、前記転動体の直径を２倍した値を加えた和よりも小さい、請求項１または２に記載の電動機。
4. 前記飛散防止部材が金属製の材料から形成される、請求項１〜３のいずれか１つに記載の電動機。
5. 前記飛散防止部材が前記ハウジングと一体に形成される、請求項１〜４のいずれか１つに記載の電動機。

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