JP6113423B2 - スラストベアリングアッセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、スラストベアリングアッセンブリ、及びスラスト荷重ベアリングを使用するモータに係る。

既知の電気モータは、固定子と、固定子に対して回転可能な回転子とを有する。回転子は、シャフトを有する。シャフトにはスペーサが任意に固定される。シャフトは、固定子に固定されたスラストベアリングによって一方向の軸方向モーメントに対して回転可能に支持される。スラストベアリングは、シャフトの軸方向移動を制限するためにシャフトの端又はスペーサに直面して配置される。既知のスラストベアリングは、自己潤滑される。これらは、通常、オイル含浸焼結部品である。使用中、スラストベアリングからのオイルがうまく制御されずに、オイル移動を招き、従って、ベアリング内のオイルが急速に欠乏し、潤滑ロス、接触部分の急速な摩耗及びモータの故障を招く。

そこで、潤滑剤の流れを制御するか又は少なくとも多量の潤滑剤を与えるスラストベアリングが要望される。

従って、本発明は、その１つの態様において、軸方向荷重に対して回転可能なシャフトを支持するためのスラストベアリングアッセンブリであって、スラストベアリングアッセンブリに対して支えられるように配置された端面にシャフトが関連付けられるようなスラストベアリングアッセンブリにおいて、チャンバを画成する第１部分と、チャンバに配置された第２部分と、第１部分と共に固定され且つ第２部分から離間された第３部分と、端面を向くように配置された荷重面であって、第２部分及び第３部分の少なくとも一方により形成された荷重面と、第２部分と第３部分との間でチャンバ内に形成された潤滑剤収容貯蔵部と、この貯蔵部を荷重面と連通させて、潤滑剤が貯蔵部から荷重面へ通流できるようにする通路とを備え、第１、第２及び第３の部分が低い間隙率の材料で作られたスラストベアリングアッセンブリを提供する。

好ましくは、貯蔵部は、第２部分と第３部分との間に軸方向に形成される。

任意であるが、貯蔵部は、長方形断面を有する。

任意であるが、貯蔵部の軸方向サイズは、通路から離れて半径方向に増加する。

任意であるが、第２及び第３部分の２つの対向面の少なくとも一方は、シャフトの軸に対して傾斜される。

好ましくは、第３部分は、チャンバ内に配置され、第３部分及び第２部分は、荷重面を形成する。

好ましくは、第３部分は、モノリシック構造として第１部分と一体的に形成される。

好ましくは、第２部分は、スルーホールを画成し、シャフトがそのスルーホールを通して延び、シャフトは、第２部分に対して回転可能であり、シャフトにスペーサが固定され、このスペーサは、端面を画成する。

好ましくは、第２部分のスルーホールの内面が弧状であり、内面の軸方向両端がシャフトから離間されるようにする。

好ましくは、通路は、第２部分と第３部分との間の界面に形成される。

好ましくは、通路は、第２部分の周囲面に適合される第３部分の周囲内面に形成された複数の軸方向溝により形成される。

好ましくは、第３部分の荷重面には複数のテーパー付けされた溝が形成され、各々のテーパー付けされた溝は、各々の軸方向溝に接合され、そして軸方向溝から離れる半径及び周囲方向にテーパー付けされる。

或いは又、通路は、第３部分の周囲内面に適合される第２部分の周囲面に形成された複数の軸方向溝により形成される。

任意であるが、通路は、第２部分と第３部分との間の環状ギャップにより形成される。

或いは又、通路は、第３部分に形成された複数の軸方向に延びるホールよって形成される。

好ましくは、第３部分は、第２部分に形成された段に対して軸方向に支えられる軸方向に延びる環状内部フランジを有する。

好ましくは、第１、第２及び第３部分は、間隙率が１３％未満の材料で作られる。

又、第２の態様によれば、本発明は、固定子と、回転子と、固定子に固定された上述したスラストベアリングアッセンブリとを備えた電気モータであって、回転子は、回転可能なシャフトと、そのシャフトに固定されたスペーサとを備え、スペーサは、軸方向荷重に対してシャフトを支持してスペーサをスラストベアリングアッセンブリに接触させ、それにより、一方向におけるシャフトの軸方向移動を制限するために、スラストベアリングアッセンブリの荷重面を向いた端面を画成する。

以下、添付図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を一例として説明する。２つ以上の図に現れる同じ構造物、要素又は部品は、一般的に、それらが現れる全ての図において同じ参照番号で示す。図示されたコンポーネント及び特徴部の寸法は、一般的に、表現の便宜上及び明瞭化のために選択されたものであって、必ずしも一定の縮尺率で描かれていない。

本発明の第１の好ましい実施形態による軸方向荷重及び作用状態にあるスラストベアリングアッセンブリを示す。 本発明の第２の好ましい実施形態による軸方向荷重及び非作用状態のスラストベアリングアッセンブリを示す。 図２Ａのスラストベアリングアッセンブリを作用状態で示す。 本発明の第３の好ましい実施形態による軸方向荷重及び作用状態にあるスラストベアリングアッセンブリを示す。 本発明の第４の好ましい実施形態によるスラストベアリングアッセンブリを示す。 本発明の第４の好ましい実施形態によるスラストベアリングアッセンブリを示す。 本発明の第５の好ましい実施形態によるスラストベアリングアッセンブリを示す。 本発明の第５の好ましい実施形態によるスラストベアリングアッセンブリを示す。 図５Ｂのスラストベアリングアッセンブリに対する変更を示す。 図５Ｂのスラストベアリングアッセンブリに対する更なる変更を示す。 本発明の第６の好ましい実施形態によるスラストベアリングアッセンブリを作用状態で示す。 本発明の第７の好ましい実施形態によるスラストベアリングアッセンブリを示す。 本発明のスラストベアリングアッセンブリを合体した電気モータを示す。

図１は、本発明の第１の好ましい実施形態による軸方向荷重１２に対するスラストベアリングアッセンブリ１０を示す。軸方向荷重１２は、回転可能なシャフト１６、又はシャフトに固定されたワッシャー又はスペーサ１８であり、これは、軸方向にプレスされてスラストベアリングアッセンブリに接触される。軸方向荷重１２は、好ましくは軸方向荷重１２のプッシュ方向Ｙに垂直な端面１４を有する。軸方向荷重は、シャフト及び／又はスペーサを通してスラストベアリングアッセンブリの荷重面に加えられる。端面１４は、例えば、シャフトの端であるか、シャフトに形成された段であるか、又はシャフトに固定されたスペーサの面であることによりシャフトに関連付けられる。端面の目的は、スラストベアリングに対して支えられて、一方向におけるシャフトの軸方向移動を制限することである。

スラストベアリングアッセンブリ１０は、第１部分２０、第２部分３０、及び第３部分４０を備え、それらは、全て、間隙率の低い、即ち間隙率が１５％以下の材料で作られるのが好ましい。第１部分２０、第２部分３０、及び第３部分４０は、間隙率が１３％未満の焼結材料で作られるのが好ましい。図１の実施形態では、第１部分２０は、軸方向荷重１２のプッシュ方向Ｙに平行な軸方向を定義する中空のチューブである。第１部分２０には、チャンバが形成される。第２部分３０は、第１部分２０のチャンバに受け入れられる内実部分である。第２部分３０は、軸方向荷重１２から離れた装着区分３２を含む。この装着区分３２は、第１区分２０の内面にしっかり取り付けられる。第２部分３０は、軸方向荷重１２の端面１４に接触してシャフト１６の軸方向移動を制限するための荷重面３４を含む。この例示では、端面は、シャフトの軸方向端である。第２部分３０は、荷重面３４と装着区分３２との間に形成された段３６を含む。第１部分２０のチャンバに受け入れられる第３部分４０は、第１部分２０の内面にしっかり装着される装着区分４２を含む。第３部分４０の装着区分４２は、第１部分２０の装着区分３２を向き、そして装着区分３２から軸方向に離間される。

長方形断面を有する環状貯蔵部５０が、第１部分２０の内面と装着区分３２、４２との間に形成される。第３部分４０は、周囲内面４８により取り巻かれた軸方向スルーホールを画成する。装着区分３２から離れた第２部分３０の一部分が第３部分４０のスルーホールを通して延びる。第３部分４０の内面４８は、第２部分３０の一部分の外面３８から半径方向に離間されている。第３部分４０は、好ましくは第２部分３０の荷重面３４と同一平面である荷重面４４と、第２部分３０の段３６を向いた段４６とを有する。第３部分４０の荷重面４４は、第２部分３０の荷重面３４から半径方向に離間され、一方、段４６は、段３６から軸方向に離間される。従って、段３６、４６と面３８、４８との間には狭い通路５２が形成される。通路５２は、貯蔵部５０を荷重面３４、４４に連通させる。オイルのような低粘性の潤滑剤、又はグリースのような高粘性の潤滑剤、或いは固体潤滑剤が貯蔵部５０に蓄積される。使用中に、スラストベアリングアッセンブリが熱くなるにつれて、潤滑剤５４も熱くなり、熱膨張のために、貯蔵部から通路５２を通して放出されて、軸方向荷重の端面１４と荷重面３４、４４との間の界面を潤滑させる。

軸方向荷重１２が、例えば、方向Ｒに回転するときには、軸方向荷重１２の端面１４とスラストベアリングアッセンブリ１０の荷重面３４、４４との間の摩擦のために熱が発生する。貯蔵部５０に蓄積された潤滑剤５４は、加熱されて、熱膨張を受ける。潤滑剤の温度が上昇するにつれて、潤滑剤の流動性が増す。潤滑剤は、潤滑剤を貯蔵部から通路５２を経て強制する熱膨張のために、又は表面張力、等のために流動することができる。潤滑剤は、貯蔵部５０から通路５２を経て、端面１４と荷重面３４、４４との間に形成されたエリア又はスペースへ流れ出す。従って、端面１４と荷重面３４、４４との間に潤滑剤の層が形成され、それにより、端面１４と荷重面３４、４４との間との間の摩擦が相当に減少される。軸方向荷重１２が回転を停止すると、潤滑剤は、通路５２を経て貯蔵部５０へ戻される。

図２Ａ及び２Ｂは、本発明の第２の好ましい実施形態による軸方向荷重１２のためのスラストベアリングアッセンブリ１０を示す。図２Ａは、スラストベアリングアッセンブリ１０を固定状態で示し、一方、図２Ｂは、スラストベアリングアッセンブリ１０を回転状態で示す。この実施形態では、スラストベアリングアッセンブリ１０は、シャフト１６がジャーナルマウントされるか又は回転可能にマウントされるスルーホール３１を第２部分３０が画成するスラストベアリング及びラジアルベアリングとして使用される。スペーサ１８は、シャフト１６に固定されて一緒に回転することができる。スペーサは、軸方向荷重を表わし、端面１４を画成する。

図３は、本発明の第３の好ましい実施形態による軸方向荷重１２のためのスラストベアリングアッセンブリ１０を示す。このスラストベアリングアッセンブリ１０は、第２の実施形態のスラストベアリングアッセンブリ１０と同様であるが、シャフト１６を取り巻く第２部分３０のスルーホールの内面３７が弧状にされる。内面３７が弧状にされて、内面３７の軸方向両端がシャフト１６から半径方向に離間される。従って、潤滑剤５４は、軸方向荷重１２の端面１４と荷重面３４、４４との間に形成されたエリアから、第２部分３０の内面３７とシャフト１６との間に形成されたスペースへと流れ、シャフト１６と第２部分３０との間の摩擦を減少させる。

別の構成では、第３部分４０の内面４８が第２部分３０の外面３８に直接接触する。この構成が図４Ａ−７の実施形態に示されている。この構成では、通路５２は、複数の周囲方向に離間されたホールで形成される。これらホールは、図６及び７に示すように、第２部分３０又は第３部分４０に形成される。好ましくは、これらホールは、軸方向に延びる溝を外面３８及び内面４８の一方又は両方に形成することにより作られる。第３部分４０の内面４８の溝により形成される通路５２が図４Ｂ、５Ｂ及び５Ｄに示されている。第２部分３０の外面４８の溝により形成される通路５２が図５Ｃに示されている。

図４Ａ及び４Ｂは、本発明の第４の好ましい実施形態による軸方向荷重のためのスラストベアリングアッセンブリ１０を示す。この実施形態は、第２の実施形態のスラストベアリングアッセンブリと同様であるが、第２部分３０及び第３部分４０の２つの対向面３９、４９が傾斜されて、貯蔵部５０の軸方向の奥行きが通路５２から離れて半径方向に徐々に増加するようにされる。図４Ｂにおいて明らかなように、通路５２は、第３部分４０の周囲内面４８に形成された複数の溝により形成される。又、第３部分の段４６が第２部分の段３６にのせられるときに、溝が段４６を通して延びて、貯蔵部５０に接続される。

図５Ａ及び５Ｂは、本発明の第５の好ましい実施形態による軸方向荷重のためのスラストベアリングアッセンブリ１０を示す。この実施形態では、第３部分４０に第１部分２０がモノリシック構造として一体的に形成され、貯蔵部５０は、一般的に三角形の断面を有する。この実施形態では、第３部分４０を向いた第２部分３０の装着区分３２の面が傾斜されて、貯蔵部５０の軸方向の奥行きが通路５２から離れて半径方向に徐々に増加するようにされる。第３部分４０の内面４８は、第２部分３０の外面３８に接近配置されるか又は接触される。通路５２は、第３部分４０の内面４８と第２部分３０の外面３８との間の界面に形成される。図５Ｂにおいて、通路５２は、第３部分４０の内面４８における複数の周囲方向に離間されて軸方向に延びる溝により形成される。

図５Ｃは、図５Ｂのスラストベアリングアッセンブリと同様であるが、第２部分３０の周囲面３８における複数の周囲方向に離間された軸方向に延びる溝により第２部分と第３部分との間の界面に通路５２が形成された変更型スラストベアリングアッセンブリ１０を示す。

図５Ｄは、第３部分４０の荷重面４４に溝５６が形成された図５Ｂのスラストベアリングアッセンブリ１０の更なる変更を示す。各溝５４は、各通路５２に接合する近方端と、通路５２から離れた遠方端とを有する。理想的には、各溝５６は、近方端から遠方端への方向に徐々に減少する巾及び／又は奥行きを有し、軸方向荷重１２が回転するときに遠方端により高い圧力を発生して、軸方向荷重１２をスラストベアリングアッセンブリ１０の荷重面３４、４４から離れるように押す。

図６は、本発明の第６の好ましい実施形態による軸方向荷重のためのスラストベアリングアッセンブリ１０を示す。この実施形態では、通路５２は、第２部分と第３部分との間の界面に形成されない。むしろ、通路５２は、第３部分４０の内面から半径方向に離間されて第３部分４０に形成された複数のホールによって形成される。第３部分が荷重面又は荷重面の一部分を形成するとき、第３部分の荷重面にホールを形成して、潤滑剤を荷重面へ直接導くのが理想的である。

図７は、本発明の第７の好ましい実施形態による軸方向荷重のためのスラストベアリングアッセンブリ１０を示す。この実施形態は、図６のスラストベアリングアッセンブリと同様であるが、第３部分４０は、更に、その内縁から軸方向に延びる内部フランジ４７を含む。従って、内部フランジは、第２部分の周囲面３８に取り付けられる環状壁を形成する。内部フランジ４７は、第２部分３０の段３６に軸方向に接触して、軸方向荷重１２が第３部分４０をプレスするときに第３部分４０が変形されるのを防止する。

図８は、スラストベアリングアッセンブリが固定された固定子と、シャフト及びシャフトに固定されたスペーサ１８を含む回転子と、を有する電気モータ８０の概略図である。スペーサの端面は、弛緩状態において小さなエアギャップを横切ってスラストベアリングアッセンブリの荷重面に直面する。軸方向荷重がシャフトにＹ方向に加わると、シャフトは、端面が荷重面に対して支えられて、Ｙ方向におけるそれ以上の軸方向移動を防止するまで、軸方向に移動する。

スラストベアリングアッセンブリは、シャフトに固定されたスペーサと相互作用し且つシャフトを半径方向に支持するように示されているが、シャフトは、スリーブベアリングのような個別のラジアルベアリングによって支持され、そしてスラストベアリングアッセンブリは、シャフトの端に直接接触するように配置されてもよい。

本発明の説明及び特許請求の範囲において、動詞「備える(comprise)」、「含む(include)」、「収容する(contain)」及び「有する(have)」並びにその変化は、各々、ここに述べたアイテムの存在を特定するために包括的な意味で使用され、付加的なアイテムの存在を除外するものではない。

本発明は、１つ以上の好ましい実施形態を参照して説明したが、当業者であれば、種々の変更がなされ得ることが明らかであろう。それ故、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって決定されるものとする。

更に、第２部分３０の荷重面３４及び第３部分４０の荷重面４４は、互いに同一平面でなくてもよい。例えば、第３部分４０の荷重面４４は、第２部分３０の荷重面３４に対してくぼんでいてもよい。

ここに示す実施形態の種々の特徴は、考えられる唯一の組合せではなく、任意の特徴の異なる組み合わせを使用することにより他の実施形態が形成されてもよいことが明らかであろう。

１０：スラストベアリングアッセンブリ
１２：軸方向荷重
１４：端面
１６：シャフト
１８：スペーサ
２０：第１部分
３０：第２部分
３２、４２：装着区分
３４、４４：荷重面
３６：段
４０：第３部分
４６：段
４７：内部フランジ
４８：周囲内面
５０：貯蔵部
５２：通路
５４、５６：溝
８０：電気モータ

Claims (14)

1. 軸方向荷重に対して回転可能なシャフトを支持するためのスラストベアリングアッセンブリであって、スラストベアリングアッセンブリに対して支えられるよう配置された端面にシャフトが関連付けられるようなスラストベアリングアッセンブリにおいて、
   チャンバを画成する第１部分と、
   前記チャンバ内に配置された第２部分と、
   前記第１部分と共に固定され且つ前記第２部分から離間された第３部分と、
   前記端面を向くように配置された荷重面であって、前記第２部分及び第３部分の少なくとも一方により形成された荷重面と、
   を備えたスラストベアリングアッセンブリにおいて、
   前記第２部分と第３部分との間で前記チャンバ内に形成された潤滑剤収容貯蔵部と、
   前記貯蔵部を前記荷重面と連通させて、潤滑剤が前記貯蔵部から前記荷重面へ通流できるようにする通路と、
   を備え、前記第１、第２及び第３の部分が低い間隙率の材料で作られ、前記貯蔵部の軸方向サイズは、前記通路から離れて半径方向に増加することを特徴とするスラストベアリングアッセンブリ。
2. 前記第２及び第３部分の２つの対向面の少なくとも一方は、前記シャフトの軸に対して傾斜される、請求項１に記載のアッセンブリ。
3. 前記第３部分は、前記チャンバ内に配置され、前記第３部分及び第２部分は、前記荷重面を形成する、請求項１又は２に記載のアッセンブリ。
4. 前記第３部分は、前記第１部分と一体的に形成される、請求項１から３のいずれか１項に記載のアッセンブリ。
5. 前記第２部分は、スルーホールを画成し、前記シャフトがそのスルーホールを通して延び、前記シャフトは、前記第２部分に対して回転可能であり、前記シャフトにスペーサが固定され、このスペーサは、前記端面を画成する、請求項１から４のいずれか１項に記載のアッセンブリ。
6. 前記第２部分のスルーホールの内面が弧状にされ、該内面の軸方向両端がシャフトから離間されるようにする、請求項５に記載のアッセンブリ。
7. 前記通路は、前記第２部分と前記第３部分との間の界面に形成される、請求項１から６のいずれか１項に記載のアッセンブリ。
8. 前記通路は、前記第２部分と第３部分との間の環状ギャップにより形成される、請求項７に記載のアッセンブリ。
9. 前記通路は、前記第３部分の周囲内面及び前記第２部分の周囲面の少なくとも一方に形成された複数の軸方向溝によって形成され、前記第３部分の周囲内面は、前記第２部分の周囲面に適合される、請求項７に記載のアッセンブリ。
10. 前記第３部分は、荷重面の少なくとも一部分を形成し、前記第３部分の荷重面には複数のテーパー付けされた溝が形成され、各々のテーパー付けされた溝は、各々の軸方向溝に接合され、そして軸方向溝から離れる半径及び周囲方向にテーパー付けされる、請求項９に記載のアッセンブリ。
11. 前記通路は、前記第３部分に形成された複数の軸方向に延びるホールより形成される、請求項１から６のいずれか１項に記載のアッセンブリ。
12. 前記第３部分は、前記第２部分に形成された段に対して軸方向に支えられる軸方向に延びる環状内部フランジを有する、請求項１から１１のいずれか１項に記載のアッセンブリ。
13. 前記第１、第２及び第３部分は、間隙率が１３％未満の材料で作られる、請求項１から１２のいずれか１項に記載のアッセンブリ。
14. 固定子と、回転子と、固定子に固定された請求項１から１３のいずれか１項に記載のスラストベアリングアッセンブリとを備えた電気モータにおいて、前記回転子は、回転可能なシャフトと、そのシャフトに固定されたスペーサとを備え、該スペーサは、スラストベアリングアッセンブリの荷重面を向いた端面を画成し、軸方向荷重に対してシャフトを支持してスペーサをスラストベアリングアッセンブリに接触させ、それにより、一方向におけるシャフトの軸方向移動を制限する、電気モータ。

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