JP5969571B2

JP5969571B2 - ハウジング内部への異物侵入を防止可能な電動機

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Publication number: JP5969571B2
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Description

本発明は、ハウジング内部への異物侵入を防止可能な電動機に関する。

電動機においては、ロータが収容されているハウジングの内部空間に、洗浄水や切削油等の異物が侵入するのを防止する必要がある。従来、ハウジングに通気路を設けて、該通気路を介してハウジングの内部空間から外部へと圧縮気体を吐出することによって、ハウジングの内部空間に異物が侵入するのを防ぐ技術が知られている（例えば、特許文献１および２）。

特開２００７−１０５８５０号公報実開平２−０５１０５０号公報

ハウジングの内部空間への異物の侵入を防ぐためには、より回転シャフトに近い位置で圧縮流体を吐出させる必要がある。しかしながら、従来の電動機によれば、通気路を設けることによって、回転シャフトを支持する軸受の強度に影響を与えてしまい、これにより、軸受からの異音の発生、および軸受の寿命の短縮に繋がってしまう虞があった。

本発明の一態様において、電動機は、回転シャフトを有するロータと、ロータの径方向外方に配置されるステータと、回転シャフトを回転可能に支持する軸受と、ステータを支持し、該ステータとともにロータを収容する内部空間を画定するハウジングとを備える。

また、この電動機は、ハウジングに対して移動不能に配置され、軸受の外周面を取り囲んで軸受を支持する軸受支持面と、軸受の外周面または軸受支持面に形成され、一端にて内部空間に連通し、他端にてハウジングの外部空間に連通する第１の溝と、軸受の外周面または軸受支持面に形成され、第１の溝と交差するように回転シャフトの周方向に延在する第２の溝とを備える。

軸受支持面は、ハウジングに形成されてもよい。電動機は、ハウジングと軸受との間に配置され、軸受支持面を内周に有する環状部材をさらに備えてもよい。第１の溝は、回転シャフトの軸方向に直線状に延びてもよい。

第２の溝は、軸受の外周面または軸受支持面の全周に亘って延在してもよい。第１の溝および第２の溝の双方は、軸受の外周面および軸受支持面のいずれか一方に形成されてもよい。

ハウジングは、ステータの軸方向一方側に固定される第１のハウジング部と、ステータの軸方向他方側に固定される第２のハウジング部とを有してもよい。軸受は、ステータの軸方向一方側に配置され、第２のハウジング部には、内部空間と外部空間とを連通させる通気孔が形成されてもよい。

本発明の一実施形態に係る電動機の側方断面図である。図１の一部を拡大した部分拡大図である。図２に示す回転シャフト、第１の軸受、およびフランジ部を、軸方向前方、すなわち図２中の矢印ＩＩＩから見た拡大図である。図３に示す軸受支持面の斜視図である。本発明の他の実施形態に係る電動機の回転シャフト、第１の軸受、およびフランジ部を、軸方向前方から見た拡大図であって、図３に対応する。図５に示す第１の軸受を、図５中の矢印ＩＶから見た図である。本発明のさらに他の実施形態に係る電動機の部分拡大図であって、図２に対応する。図７に示す環状部材の斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る電動機１０について説明する。なお、以下の説明における軸方向とは、回転シャフト１３の回転軸線Ｏに沿う方向を示し、径方向とは、軸線Ｏを中心とする円の半径方向を示し、周方向とは、軸線Ｏを中心とする円の円周方向を示す。また、便宜上、図１の紙面左方を、軸方向前方として説明する。

電動機１０は、ロータ１２、ステータ１６、ハウジング１８、第１の軸受２０、第２の軸受２２、リアカバー２４、および端子箱２６を備える。ステータ１６は、例えば、軸方向に積層された複数の磁性鋼板から作製される。ステータ１６には、コイル２８が巻回されている。

ロータ１２は、回転シャフト１３と、該回転シャフト１３の径方向外側に固定され、複数の磁石（図示せず）を有するロータコア１４とを有する。ロータコア１４は、ステータ１６の軸方向内方に僅かに離隔して配置されている。したがって、ロータコア１４の外周面とステータ１６の内周面との間には、僅かな隙間３０が形成されている。

ハウジング１８は、ステータ１６を支持する。具体的には、ハウジング１８は、ステータ１６の軸方向前方側に固定された前ハウジング（第１のハウジング部）３２と、ステータ１６の軸方向後方側に固定された後ハウジング（第２のハウジング部）３４とを有する。

前ハウジング３２は、円環状の本体部３６と、該本体部３６の軸方向前方の端部から径方向内側へ延出するフランジ部３８とを有する。前ハウジング３２は、本体部３６の軸方向後端部にて、ステータ１６の軸方向前方の端面１６ａに固定されている。

後ハウジング３４は、ステータ１６の軸方向後方の端面１６ｂに固定された円環状の本体部４０と、該本体部４０の径方向内側に固定された円環状の軸受支持部４２とを有する。後ハウジング３４の本体部４０には、該本体部４０を貫通する通気孔４４が形成されている。この通気孔４４は、内部空間Ｓ１と後ハウジング３４の外部空間Ｓ２とを連通させる。

リアカバー２４は、後ハウジング３４の本体部４０の軸方向後方の端部に固定されている。本実施形態においては、ロータ１２のロータコア１４は、前ハウジング３２、後ハウジング３４、ステータ１６、およびリアカバー２４によって画定された内部空間Ｓ１に収容されている。

第１の軸受２０は、前ハウジング３２のフランジ部３８と回転シャフト１３との間に介挿され、該回転シャフト１３を回転可能に支持する。なお、第１の軸受２０の支持構造については、後述する。

一方、第２の軸受２２は、後ハウジング３４の軸受支持部４２と回転シャフト１３との間に介挿され、第１の軸受２０と同様に、該回転シャフト１３を回転可能に支持する。

端子箱２６は、後ハウジング３４の外周面上に固定されている。端子箱２６には、コイル２８へ電力を供給するための動力ケーブル（図示せず）と、圧縮流体を内部空間Ｓ１へ送り込むための流体供給管（図示せず）とが、引き込まれている。

流体供給管は、その一端にて、後ハウジング３４に形成された通気孔４４に接続され、他端にて、電動機１０の外部に設置された流体供給装置（図示せず）に接続されている。流体供給装置は、流体供給管および通気孔４４を介して、圧縮流体を内部空間Ｓ１へ導入する。なお、圧縮流体は、例えば圧縮気体である。

次に、図２〜図４を参照して、前ハウジング３２のフランジ部３８および第１の軸受２０の構成について説明する。第１の軸受２０は、玉軸受であって、内輪４６、外輪４８、および、内輪４６と外輪４８との間に配置された複数の玉５０を有する。

内輪４６は、円環状の部材であり、内周面５２と、該内周面５２とは反対側の外周面５４とを有する。回転シャフト１３は、内輪４６の内周面５２と当接するように、内輪４６に嵌め込まれている。内輪４６の外周面５４は、軌道面として機能し、該外周面５４上を、玉５０が転動する。

外輪４８は、内輪４６よりも大径の円環状の部材であり、内周面５６と、該内周面５６とは反対側の外周面５８とを有する。外輪４８の内周面５６は、軌道面として機能し、該内周面５６上を、玉５０が転動する。外輪４８の外周面５８は、第１の軸受２０の外周面を画定しており、後述するように、前ハウジング３２のフランジ部３８に取り囲まれている。

前ハウジング３２のフランジ部３８は、その径方向内側の端部に、円筒状の軸受支持面６０を有する。軸受支持面６０は、外輪４８の外周面５８を径方向外側から取り囲み、該外周面５８と当接する。この軸受支持面６０によって、第１の軸受２０は、フランジ部３８の径方向内側に支持されている。

フランジ部３８には、環状壁６６が固定されている。環状壁６６は、第１の軸受２０の軸方向前方に配置されており、第１の軸受２０との間で、空間６８と、隙間６９を画定している。

ここで、本実施形態に係る電動機１０は、軸受支持面６０に形成された第１の溝６２および第２の溝６４を備える。第１の溝６２は、軸受支持面６０から径方向外方に凹むように形成され、且つ、軸受支持面６０の軸方向後端から軸方向前端まで、軸方向に直線状に延在している。

第１の溝６２は、その軸方向後端６２ａにて内部空間Ｓ１に連通する一方、その軸方向前端６２ｂにて、空間６８および隙間６９を介して、ハウジング１８の外部空間Ｓ２に連通している。本実施形態においては、計４個の第１の溝６２が、互い略等間隔（すなわち、９０°）で周方向に配列するように、設けられている。

第２の溝６４は、軸受支持面６０から径方向外方へ凹むように形成され、周方向に延在している。具体的には、第２の溝６４は、全ての第１の溝６２と交差するように、軸受支持面６０の全周に亘って延在している。ここで、第２の溝６４は、外輪４８の内周面５６上の玉５０の軌道と同じ軸方向位置、すなわち、外輪４８の内周面５６と玉５０とが当接する位置に、配置されている。

本実施形態においては、玉５０は、第１の軸受２０の軸方向の中央部に配置されており、外輪４８の内周面５６上の玉５０の軌道は、第１の軸受２０の軸方向の中央部に配置される。したがって、本実施形態に係る第２の溝６４は、軸受支持面６０の軸方向中央部に配置されている。

次に、本実施形態に係る電動機１０の機能について説明する。電動機１０の稼働中に内部空間Ｓ１へ異物が侵入するのを防止するために、端子箱２６内の流体供給管から内部空間Ｓ１へ、通気孔４４を介して、圧縮流体が導入される。

通気孔４４から内部空間Ｓ１へ導入された圧縮流体は、図１および図２の矢印Ａに示すように、隙間３０を経て、第１の軸受２０の軸方向後方側の内部空間Ｓ１の部分に流れ込む。

そして、圧縮流体は、第１の溝６２を通過して、空間６８に流れ込む。次いで、空間６８に流入した圧縮流体は、隙間６９を通過して、回転シャフト１３に向かって吹き付けられ、これにより、外部空間Ｓ２に吐出される。このように吐出される圧縮流体によって、隙間６９から異物が侵入することが防止される。

電動機１０の稼働中においては、第１の軸受２０の軌道面（すなわち、内輪４６の外周面５４と外輪４８の内周面５６）上を玉５０が転動する。ここで、本実施形態によれば、周方向に延びるように形成された第２の溝６４によって、電動機１０の稼働中に第１の溝６２に起因して発生する、第１の軸受２０に掛かる力の変動を低減することができる。

この機能について、以下に説明する。ここで、仮に、第２の溝６４が形成されていない場合について考える。この場合、外輪４８は、第１の溝６２の位置においてのみ、軸受支持面６０と当接していない。したがって、軸受支持面６０のうち、第１の溝６２が形成されている位置において、軸受支持面６０によって第１の軸受２０を径方向外側から押え付ける力が、僅かに弱まることになる。

このような状態で玉５０が軌道面上を転動した場合、玉５０が、軌道面のうち、第１の溝６２に相当する位置を通過する毎に、外輪４８が僅かに撓むこととなる。その結果、電動機１０の稼働中に第１の軸受２０に掛かる力にリプルが生じ、これにより、第１の軸受２０の強度に影響を与えてしまうことになる。

そこで、本実施形態においては、軸受支持面６０に、周方向に延びる第２の溝６４が形成されている。この第２の溝６４によって、外輪４８は、第１の溝６２の位置のみならず、軸受支持面６０の全周に亘って、該軸受支持面６０と当接しないことになる。これにより、第１の溝６２に起因して発生する、電動機１０の稼働中に第１の軸受２０に掛かる力の変動を、低減することができる。

したがって、圧縮気体の通過用に設けられた第１の溝６２が第１の軸受２０の強度に与える影響を排除しつつ、第１の溝６２を回転シャフト１３の近傍に配置することができる。その結果、第１の軸受２０からの異音の発生を防止し、且つ、第１の軸受２０の長寿命化を実現しつつ、内部空間Ｓ１への異物の侵入を効果的に防止できる。

また、本実施形態によれば、第１の溝６２および第２の溝６４を、前ハウジング３２のフランジ部３８を加工することによって容易に形成できるので、電動機１０の製造コストを低減できる。

また、本実施形態においては、第２の溝６４が、軌道面上を転動する玉５０の軌道と同じ軸方向位置に配置されている。この構成によれば、第１の溝６２による第１の軸受２０に掛かる力の変動をさらに効果的に低減できる。

また、本実施形態においては、第１の溝６２が軸方向に直線状に形成されているので、第１の溝６２を通過する圧縮流体の圧力損失を小さくすることができる。このため、内部空間Ｓ１に導入した圧縮流体をより効率的に外部空間Ｓ３へと吐出することができる。

次に、図５および図６を参照して、本発明の他の実施形態に係る電動機７０について説明する。なお、以下に説明する種々の実施形態において、既に述べた実施形態と同様の要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る電動機７０は、上述の電動機１０と、以下の点で相違する。すなわち、電動機７０においては、第１の溝８４および第２の溝８６が、前ハウジング７２のフランジ部７４に設けられた軸受支持面７６ではなく、第１の軸受７８の外周面上に形成されている。

具体的には、電動機７０の前ハウジング７２は、フランジ部７４を有し、該フランジ部７４は、その径方向内側の端部に、円筒状の軸受支持面７６を有する。この軸受支持面７６は、第１の軸受７８の外周面と当接し、該第１の軸受７８を支持する。

第１の軸受７８は、玉軸受であって、内輪４６、外輪８０、および複数の玉５０を有する。外輪８０は、内周面５６と、該内周面５６とは反対側の外周面８２とを有する。外輪８０の外周面８２は、第１の軸受７８の外周面を画定しており、フランジ部７４の軸受支持面７６によって取り囲まれて支持されている。

ここで、電動機７０は、外輪８０の外周面８２に形成された第１の溝８４および第２の溝８６を備える。第１の溝８４は、外周面８２から径方向内方に凹むように形成され、且つ、外輪８０の軸方向後端から軸方向前端まで、軸方向に直線状に延在している。

上述の第１の溝６２と同様に、第１の溝８４は、その軸方向後端８４ａにて内部空間Ｓ１に連通する一方、軸方向前端８４ｂにて、上述の空間６８および隙間６９を介して、外部空間Ｓ２に連通している。本実施形態においては、計４個の第１の溝８４が、互い略等間隔（すなわち、９０°）で周方向に配列するように、設けられている。

第２の溝８６は、外輪８０の外周面８２から径方向内方へ凹むように形成され、且つ、周方向に延在している。本実施形態においては、第２の溝８６は、外輪８０の軸方向中央部に配置され、計４個の第１の溝８４と交差するように、外周面８２の全周に亘って延在している。

本実施形態においては、内部空間Ｓ１に導入された圧縮流体は、外輪８０の外周面８２に形成された第１の溝８４を通過して、外部空間Ｓ２へと吐き出される。また、外輪８０の外周面８２には、第１の溝８４と交差するように、第２の溝８６が形成されている。

この構成によれば、圧縮気体の通過用に設けられた第１の溝８４が第１の軸受７８の強度に与える影響を排除しつつ、第１の溝８４を回転シャフト１３の近傍に配置することができる。その結果、第１の軸受７８からの異音の発生を防止し、且つ、第１の軸受７８の長寿命化を実現しつつ、内部空間Ｓ１への異物の侵入を効果的に防止できる。

また、本実施形態によれば、第１の溝８４および第２の溝８６を、外輪８０の外周面８２を加工することによって容易に形成できるので、電動機７０の製造コストを低減できる。

また、本実施形態においては、第１の溝８４が軸方向に直線状に形成されているので、第１の溝８４を通過する圧縮流体の圧力損失を小さくすることができる。このため、内部空間Ｓ１に導入した圧縮流体をより効率的に外部空間Ｓ３へと吐出することができる。

次に、図７および図８を参照して、本発明のさらに他の実施形態に係る電動機９０について説明する。本実施形態に係る電動機９０は、上述の電動機１０と、以下の点にて相違する。すなわち、電動機９０は、前ハウジング９２のフランジ部９４と、第１の軸受２０との間に介装された環状部材１００をさらに備える。

具体的には、環状部材１００は、円環状の部材であって、内周面１０２、および該内周面１０２とは反対側の外周面１０４を有する。内周面１０２は、外輪４８の外周面５８を径方向外側から取り囲み、該外周面５８と当接する。

この内周面１０２によって、第１の軸受２０は、フランジ部９４の径方向内側に支持されている。すなわち、本実施形態においては、環状部材１００の内周面１０２は、第１の軸受２０を支持するための軸受支持面として機能する。

一方、前ハウジング９２のフランジ部９４は、その径方向内側の端部に、円筒状の内周面９６を有しており、該内周面９６は、環状部材１００の外周面１０４を径方向外側から取り囲み、該外周面１０４と当接して支持する。これにより、環状部材１００は、前ハウジング９２に対して固定され、環状部材１００の内周面１０２は、前ハウジング９２に対して移動不能に配置される。

ここで、本実施形態に係る電動機９０は、環状部材１００の内周面１０２に形成された第１の溝１０６および第２の溝１０８を備える。第１の溝１０６は、内周面１０２から径方向外方に凹むように形成され、且つ、環状部材１００の軸方向後端から軸方向前端まで、軸方向に直線状に延在している。

上述の第１の溝６２と同様に、第１の溝１０６は、その軸方向後端１０６ａにて内部空間Ｓ１に連通する一方、軸方向前端１０６ｂにて、上述の空間６８および隙間６９を介して、外部空間Ｓ２に連通している。本実施形態においては、計４個の第１の溝１０６が、互い略等間隔（すなわち、９０°）で周方向に配列するように、設けられている。

第２の溝１０８は、環状部材１００の内周面１０２から径方向外方へ凹むように形成され、且つ、周方向に延在している。本実施形態においては、第２の溝１０８は、環状部材１００の軸方向中央部に配置され、計４個の第１の溝１０６と交差するように、内周面１０２の全周に亘って延在している。

本実施形態に係る電動機９０においては、内部空間Ｓ１に導入された圧縮流体は、環状部材１００の内周面１０２に形成された第１の溝１０６を通過して、外部空間Ｓ２へと吐き出される。また、環状部材１００の内周面１０２には、第１の溝１０６と交差するように、第２の溝１０８が形成されている。

この構成によれば、圧縮気体の通過用に設けられた第１の溝１０６が第１の軸受２０の強度に与える影響を排除しつつ、第１の溝１０６を回転シャフト１３の近傍に配置することができる。その結果、第１の軸受２０からの異音の発生を防止し、且つ、第１の軸受２０の長寿命化を実現しつつ、内部空間Ｓ１への異物の侵入を効果的に防止できる。

また、本実施形態によれば、第１の溝１０６および第２の溝１０８を、環状部材１００の内周面１０２を加工することによって容易に形成できるので、電動機９０の製造コストを低減できる。

また、本実施形態においては、第１の溝１０６が軸方向に直線状に形成されているので、第１の溝１０６を通過する圧縮流体の圧力損失を小さくすることができる。このため、内部空間Ｓ１に導入した圧縮流体をより効率的に外部空間Ｓ３へと吐出することができる。

なお、上述の実施形態においては、第１の溝６２，８４，１０６および第２の溝６４，８６，１０８の双方が、第１の軸受２０，７８の外周面５８，８２および軸受支持面６０，７６，１０２のいずれか一方に形成されている場合について述べた。

しかしながら、これに限らず、第１の溝６２，８４，１０６を、第１の軸受２０，７８の外周面５８，８２および軸受支持面６０，７６，１０２のうちの一方に形成し、第２の溝６４，８６，１０８を、第１の軸受２０，７８の外周面５８，８２および軸受支持面６０，７６，１０２のうちの他方に形成してもよい。

具体的には、図１〜図４に示す実施形態において、第１の溝６２を軸受支持面６０に形成する一方で、第２の溝を外輪４８の外周面５８に形成してもよい。また、図７および図８に示す実施形態において、第１の溝１０６を環状部材１００の内周面１０２に形成する一方で、第２の溝を外輪４８の外周面５８に形成してもよい。

また、上述の実施形態においては、第１の溝６２，８４，１０６が軸方向に直線状に延在している場合について述べたが、これに限らず、軸方向後端から軸方向前端まで、湾曲しつつ延在してもよい。

また、上述の実施形態においては、第１の軸受２０，７８の外周面５８，８２、および軸受支持面６０，７６，１０２が、いずれも円筒状である場合について述べたが、これに限らず、例えば多角形または楕円形等、円筒形以外の形状を有していてもよい。

また、上述の実施形態においては、１つのみの第２の溝６４，８６，１０８が設けられている場合について述べた。しかしながら、これに限らず、複数の第２の溝が、軸方向に配列するように設けられてもよい。

また、上述の実施形態においては、第１の軸受２０，７８が玉軸受である場合について述べた。しかしながら、これに限らず、第１の軸受２０，７８は、例えばころ軸受であってもよい。この場合、第２の溝は、ころと軌道面とが当接する軸方向位置の各々に配置され得る。

例えば、ころの軸方向両端がクラウニングされ、ころの軸方向中央部が軌道面と当接する場合は、１つの第２の溝が、該ころの軸方向中央部に相当する軸方向位置に、配置されてもよい。

一方、ころの軸方向中央部がクラウニングされ、ころの軸方向両端が軌道面と当接する場合は、計２つの第２の溝が、該ころの軸方向両端部に相当する軸方向位置に、それぞれ配置されてもよい。

以上、発明の実施形態を通じて本発明を説明したが、上述の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、本発明の実施形態の中で説明されている特徴を組み合わせた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得るが、これら特徴の組み合わせの全てが、発明の解決手段に必須であるとは限らない。さらに、上述の実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることも当業者に明らかである。

１０，７０，９０電動機
１２ロータ
１３回転シャフト
１６ステータ
１８ハウジング
２０，２２，７８軸受
６０，７６，１０２軸受支持面
６２，８４，１０６第１の溝
６４，８６，１０８第２の溝

Claims

回転シャフトを有するロータと、
前記ロータの径方向外方に配置されるステータと、
前記回転シャフトを回転可能に支持する軸受と、
前記ステータを支持し、該ステータとともに前記ロータを収容する内部空間を画定するハウジングと、
前記ハウジングに対して移動不能に配置され、前記軸受の外周面を取り囲んで前記軸受を支持する軸受支持面と、
前記軸受の外周面または前記軸受支持面に形成され、一端にて前記内部空間に連通し、他端にて前記ハウジングの外部空間に連通する第１の溝であって、外部の流体供給装置から前記内部空間に供給された圧縮流体を、前記一端から前記他端に向かって通過させて該他端から前記外部空間へ吐出する、第１の溝と、
前記軸受の外周面または前記軸受支持面に形成され、前記第１の溝と交差するように前記回転シャフトの周方向に延在する第２の溝と、を備える、電動機。
前記軸受支持面は、前記ハウジングに形成される、請求項１に記載の電動機。
前記ハウジングと前記軸受との間に配置され、前記軸受支持面を内周に有する環状部材をさらに備える、請求項１に記載の電動機。
前記第１の溝は、前記回転シャフトの軸方向に直線状に延びる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動機。
前記第２の溝は、前記軸受の外周面または前記軸受支持面の全周に亘って延在する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動機。
前記第１の溝および前記第２の溝の双方は、前記軸受の外周面および前記軸受支持面のいずれか一方に形成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動機。
前記ハウジングは、
前記ステータの軸方向一方側に固定される第１のハウジング部と、
前記ステータの軸方向他方側に固定される第２のハウジング部と、を有し、
前記軸受は、前記ステータの前記軸方向一方側に配置され、
前記第２のハウジング部には、前記内部空間と前記外部空間とを連通し、前記圧縮流体を前記内部空間に導入する通気孔が形成される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電動機。