JP6836312B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、回転電機に関する。

回転電機においては、回転子を回転させる回転軸を、例えばベアリングなどで構成される支持部により支持している。このような構成の回転電機において、その支持部から水や異物が入り込むと、導電部の短絡や潤滑油の劣化などといった不具合の要因となる。そのため、回転軸を支持する支持部を保護するための軸封構造が考えられている。この種の軸封構造として、例えばＶリングやオイルシールなどを用いた構造が考えられている。しかし、この構造では、Ｖリングやオイルシールの寿命が短いことから、長期にわたって回転電機の信頼性の向上を図ることができない。そこで、近年では、例えば特許文献１に開示されているように、いわゆるラビリンス構造を用いた軸封構造が考えられている。

特開２０１４−１５５２６４号公報

ラビリンス構造によれば、互いに対向する凸部と凹部が僅かな隙間を介して嵌り込んだ構造となっている。そのため、外部から入り込む水や異物は当該ラビリンス構造部分を通過しにくく、従って、水や異物が支持部内や回転電機内に入り込むことを回避することができる。しかしながら、このラビリンス構造は、水や異物が通過しにくいという性質を有する反面、一旦入り込んだ水や異物が排出されにくいという性質も有する。従って、ラビリンス構造部分に水や異物が蓄積してしまい、結果として、回転電機の信頼性を損なってしまうおそれがある。

そこで、本実施形態は、いわゆるラビリンス構造による軸封構造を採用した構成であっても、信頼性の向上を図ることができる回転電機を提供する。

本実施形態に係る回転電機は、回転電機本体部と、回転軸と、支持部と、カバー部と、複数の支持部側凸部と、複数の支持部側凹部と、カバー部側凹部と、カバー部側凸部と、径方向溝部と、を備える。回転電機本体部は、回転電機の外殻を構成する。回転軸は、前記回転電機本体部内に設けられた回転子を回転させる。支持部は、前記回転電機本体部の軸方向の両端部に設けられ、前記回転軸を支持する。カバー部は、前記回転軸のうち前記支持部よりも外側に突出する部位に固定され、前記支持部を覆う。複数の支持部側凸部および複数の支持部側凹部は、何れも前記支持部の外面に設けられ、それぞれ前記回転軸を中心とする環状をなす。カバー部側凹部は、前記カバー部に設けられ、前記回転軸を中心とする環状をなし、前記支持部側凸部に対向する。カバー部側凸部は、前記カバー部に設けられ、前記回転軸を中心とする環状をなし、前記支持部側凹部に対向する。径方向溝部は、複数の前記支持部側凸部のうち最も外側に位置する前記支持部側凸部に設けられ、前記回転軸の径方向に沿って延びて最も外側に位置する前記支持部側凸部を径方向において貫通する。複数の前記支持部側凸部は、前記回転電機本体部の軸方向の一端面よりも突出しており、最も外側に位置する前記支持部側凸部の外周面に、前記回転軸の周方向に延びる周方向溝部が設けられている。そして、複数の前記支持部側凸部のうち最も外側に位置する前記支持部側凸部に形成された前記周方向溝部の径方向外側が開放されている。

一実施形態に係る回転電機の要部の構成例を示す断面図 一実施形態に係る支持部を軸方向外側から見た図 変形例に係る回転電機の要部の構成例を示す断面図 変形例に係る支持部を軸方向外側から見た図

以下、回転電機に係る一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に例示する回転電機１０は、その外殻を構成する円筒状の回転電機本体部１１の内部に、固定子１２および回転子１３を備える。固定子１２は、回転電機本体部１１の内周面に固定されている。回転子１３は、固定子１２の内側に回転可能に設けられている。回転子１３は、当該回転子１３に固定された回転軸１４により回転される。回転軸１４は、その両端部が、回転電機本体部１１の軸方向の両端部に設けられた支持部１５により回転可能に支持されている。支持部１５には、回転軸１４を円滑に回転させるためのベアリング１６が備えられている。回転軸１４のうち支持部１５よりも外側に突出する部位には、円板状のカバー部１７が固定されている。このカバー部１７は、支持部１５を外側から覆うようにして取り付けられており、回転軸１４と一体的に回転する。

回転電機１０は、支持部１５とカバー部１７により構成されるラビリンス構造部１８を備える。即ち、支持部１５の外面には、支持部側凸部１５ａおよび支持部側凹部１５ｂが設けられている。図２に例示すように、支持部側凸部１５ａおよび支持部側凹部１５ｂは、何れも回転軸１４を中心とする環状をなすように設けられている。この場合、支持部１５は、支持部側凸部１５ａおよび支持部側凹部１５ｂを交互に２つずつ有している。

カバー部１７の内面、つまり支持部１５の外面に対向する面には、カバー部側凹部１７ａおよびカバー部側凸部１７ｂが設けられている。カバー部側凹部１７ａおよびカバー部側凸部１７ｂは、何れも回転軸１４を中心とする環状をなすように設けられている。この場合、カバー部１７は、カバー部側凹部１７ａおよびカバー部側凸部１７ｂを交互に２つずつ有している。

カバー部側凹部１７ａは、支持部側凸部１５ａに対して僅かな隙間を有した状態で対向する。また、カバー部側凸部１７ｂは、支持部側凹部１５ｂに対して僅かな隙間を有した状態で対向する。これにより、支持部１５側の凸部１５ａおよび凹部１５ｂとカバー部１７側の凹部１７ａおよび凸部１７ｂとが僅かな隙間を有して嵌り込んだいわゆるラビリンス構造部１８が形成されている。なお、ラビリンス構造部１８に形成する隙間は、適宜変更して実施することができるが、極力狭くすることが望ましく、例えば０．２５ｍｍ以下で設定するとよい。また、ラビリンス構造部１８に形成される隙間に、必要に応じてグリスを充填するとよい。

また、回転電機１０は、支持部側凸部１５ａに、回転軸１４の径方向に沿って延びる径方向溝部１９を備える。この場合、径方向溝部１９は、回転軸１４の径方向において最も外側に位置する支持部側凸部１５ａに設けられている。また、支持部側凸部１５ａには、複数、この場合、３つの径方向溝部１９が設けられている。この場合、これら径方向溝部１９は、支持部側凸部１５ａの周方向に沿って等間隔を有して配置されている。

また、回転電機１０は、支持部側凸部１５ａの外周面に、回転軸１４の周方向に沿って延びる周方向溝部２０を備える。この場合、周方向溝部２０は、回転軸１４の径方向において最も外側に位置する支持部側凸部１５ａの外周面に設けられている。この場合、支持部側凸部１５ａの外周面には、１つの周方向溝部２０が設けられている。なお、周方向溝部２０は、支持部側凸部１５ａの外周面に沿って連続して設けられておらず、その途中に介在する径方向溝部１９により分断されている。また、回転電機１０は、支持部側凸部１５ａの外周面に複数の周方向溝部２０を備える構成としてもよい。

また、回転電機本体部１１の軸方向の端面は、支持部１５が設けられる中心部から径方向外側に向かって勾配を有している。この場合、回転電機本体部１１の軸方向の端面は、一対の支持部１５が設けられる中心部の軸方向の長さが外周部の軸方向の長さよりも長くなるように、徐々に傾斜した形状となっている。従って、回転電機１０を回転軸１４が上下方向となるように設置した状態では、回転電機本体部１１の軸方向の端面が、中心部から外周部に向かって徐々に下降するように傾斜した状態となる。なお、回転電機１０は、回転電機本体部１１の軸方向の両端面に勾配を有する構成としてもよいし、軸方向の一方の端面のみに勾配を有する構成としてもよい。即ち、回転電機１０は、回転軸１４が上下方向となる状態で設置される場合には、少なくとも、上側となる端面のみに勾配を有する構成とすればよい。また、勾配の角度は、例えば１度など、適宜変更して実施することができる。

また、カバー部１７の外周部には、支持部１５側に突出する環状の壁部１７ｃが設けられている。そして、この壁部１７ｃの先端部と支持部１５の表面との間には所定距離の隙間が確保されている。例えばラビリンス構造部１８の入口部となる外周部に水滴が存在する場合において、その水滴が壁部１７ｃの先端部に付着すると、毛細管現象の作用を受けてラビリンス構造部１８内に吸い込まれてしまうおそれがある。そのため、回転電機１０によれば、ラビリンス構造部１８の入口部において壁部１７ｃと支持部１５との間にある程度の隙間を確保することにより、壁部１７ｃに水滴が接触すること、ひいては、その水滴がラビリンス構造部１８内に吸い込まれてしまうことを回避するようにしている。

本実施形態に係る回転電機１０によれば、支持部１５とカバー部１７とで構成されるラビリンス構造部１８により軸封構造を実現している。従って、外部から入り込もうとする水や異物を当該ラビリンス構造部１８において阻止することができ、水や異物が支持部１５内や回転電機１０内に入り込むことを回避することができる。

そして、この回転電機１０によれば、このようなラビリンス構造部１８による軸封構造を採用した構成において、そのラビリンス構造部１８に、さらに、回転軸１４の径方向に沿って延びる径方向溝部１９を備える。この構成によれば、ラビリンス構造部１８内に水や異物が入り込んだとしても、その水や異物を径方向溝部１９から排出することができる。従って、ラビリンス構造部１８内に水や異物が蓄積してしまうことを回避でき、ひいては、回転電機１０の信頼性を向上することができる。

さらに、回転電機１０によれば、ラビリンス構造部１８の外周面に、回転軸１４の周方向に沿って延びる周方向溝部２０を備える。この構成によれば、ラビリンス構造部１８の外周部から水や異物が勢い良く入り込もうとしても、その進入を周方向溝部２０により阻止することができる。従って、ラビリンス構造部１８内に水や異物が入り込みにくくなり、ひいては、回転電機１０の信頼性を一層向上することができる。

また、例えば回転電機１０を回転軸１４が横方向となる状態で設置した場合には、ラビリンス構造部１８に入り込もうとする水や異物を周方向溝部２０に沿って下方に導くことができる。従って、ラビリンス構造部１８内に水や異物が入り込みにくくなり、ひいては、回転電機１０の信頼性を一層向上することができる。

また、回転電機１０によれば、回転電機本体部１１は、支持部１５が設けられる中心部から径方向外側に向かって勾配を有している。特に、その勾配は、回転電機１０を回転軸１４が上下方向となる状態で設置した場合には、回転電機本体部１１の中心部から外周部に向かって下方に傾斜したものとなる。この構成によれば、ラビリンス構造部１８内に入り込もうとする水や異物が、重力の作用を受けて、回転電機本体部１１の中心部から外周部に向かう方向、つまりラビリンス構造部１８から離れる方向に導かれるようになる。従って、ラビリンス構造部１８内に水や異物が入り込みにくくなり、ひいては、回転電機１０の信頼性を一層向上することができる。なお、回転電機本体部１１は、その端面部全体が勾配を有するように構成してもよいし、少なくとも表面が勾配を有するように構成してもよい。

また、回転電機１０によれば、支持部１５は支持部側凸部１５ａおよび支持部側凹部１５ｂを交互に２つずつ有しており、カバー部１７はカバー部側凹部１７ａおよびカバー部側凸部１７ｂを交互に２つずつ有している。即ち、回転電機１０は、２段階のラビリンス構造を有している。このように多段階のラビリンス構造を備えることにより、ラビリンス構造部１８内への水や異物の進入を一層回避することができ、回転電機１０の信頼性を一層向上することができる。

なお、図３および図４に例示するように、回転電機１０は、支持部１５に支持部側凸部１５ａおよび支持部側凹部１５ｂを交互に３つずつ有し、カバー部１７にカバー部側凹部１７ａおよびカバー部側凸部１７ｂを交互に３つずつ有する構成としてもよい。即ち、回転電機１０は、３段階のラビリンス構造を有する構成としてもよい。このように、ラビリンス構造の段数を増やすことにより、ラビリンス構造部１８内への水や異物の進入を一層回避することができ、回転電機１０の信頼性を一層向上することができる。なお、ラビリンス構造の段数は、２段、３段に限られるものではなく、例えば１段であってもよいし、４段以上の複数段であってもよい。

また、回転電機１０は、ラビリンス構造の段数を増やすことに伴い、径方向溝部１９を設ける支持部側凸部１５ａの数を増やすようにしてもよい。即ち、回転電機１０は、例えばラビリンス構造の段数を５段に増やした場合には、最も外側に位置する支持部側凸部１５ａのほか、さらに、その内側に位置するいくつかの支持部側凸部１５ａにも径方向溝部１９を設けるようにしてもよい。

また、径方向溝部１９は、１つ、２つであってもよいし、４つ以上の複数であってもよい。但し、径方向溝部１９の数が多すぎると、その径方向溝部１９からの水や異物の進入を無視できなくなるため、実際には、３つあるいは４つ程度であることが好ましい。また、複数の径方向溝部１９を設ける場合には、これら径方向溝部１９は、等間隔で設けてもよいし、不等間隔で設けてもよい。また、径方向溝部１９の幅は、例えば８ｍｍほどなど、適宜変更して実施することができる。

以上に説明した本実施形態に係る回転電機は、回転電機本体部と、回転軸と、支持部と、カバー部と、支持部側凸部と、支持部側凹部と、カバー部側凹部と、カバー部側凸部と、径方向溝部と、を備える。回転電機本体部は、回転電機の外殻を構成する。回転軸は、前記回転電機本体内に設けられた回転子を回転させる。支持部は、前記回転電機本体部に設けられ、前記回転軸を支持する。カバー部は、前記回転軸のうち前記支持部よりも外側に突出する部位に固定され、前記支持部を覆う。支持部側凸部および支持部側凹部は、何れも前記支持部に設けられ、それぞれ前記回転軸を中心とする環状をなす。カバー部側凹部は、前記カバー部に設けられ、前記回転軸を中心とする環状をなし、前記支持部側凸部に対向する。カバー部側凸部は、前記カバー部に設けられ、前記回転軸を中心とする環状をなし、前記支持部側凹部に対向する。径方向溝部は、前記支持部側凸部に設けられ、前記回転軸の径方向に沿って延びる。この構成によれば、いわゆるラビリンス構造による軸封構造を採用した回転電機において、ラビリンス構造部分に水や異物が蓄積してしまうことを回避することができ、信頼性の向上を図ることができる。

なお、本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態およびその変形は、発明の範囲および要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１０は回転電機、１１は回転電機本体部、１３は回転子、１４は回転軸、１５は支持部、１５ａは支持部側凸部、１５ｂは支持部側凹部、１７はカバー部、１７ａはカバー部側凹部、１７ｂはカバー部側凸部、１９は径方向溝部、２０は周方向溝部を示す。

Claims (3)

1. 外殻を構成する回転電機本体部と、
   前記回転電機本体部内に設けられた回転子を回転させる回転軸と、
   前記回転電機本体部の軸方向の両端部に設けられ、前記回転軸を支持する支持部と、
   前記回転軸のうち前記支持部よりも外側に突出する部位に固定され、前記支持部を覆うカバー部と、
   前記支持部の外面に設けられ、それぞれ前記回転軸を中心とする環状をなす複数の支持部側凸部および複数の支持部側凹部と、
   前記カバー部に設けられ、前記回転軸を中心とする環状をなし、前記支持部側凸部に対向するカバー部側凹部と、
   前記カバー部に設けられ、前記回転軸を中心とする環状をなし、前記支持部側凹部に対向するカバー部側凸部と、
   複数の前記支持部側凸部のうち最も外側に位置する前記支持部側凸部に設けられ、前記回転軸の径方向に延びて最も外側に位置する前記支持部側凸部を径方向において貫通する径方向溝部と、
   を備え、
   複数の前記支持部側凸部は、前記回転電機本体部の軸方向の一端面よりも突出しており、最も外側に位置する前記支持部側凸部の外周面に、前記回転軸の周方向に延びる周方向溝部が設けられており、
   複数の前記支持部側凸部のうち最も外側に位置する前記支持部側凸部に形成された前記周方向溝部の径方向外側が開放されている回転電機。
2. 前記回転電機本体部は、前記支持部が設けられる中心部から径方向に向かって勾配を有する請求項１に記載の回転電機。
3. 前記支持部は、前記支持部側凸部および前記支持部側凹部を交互に複数有し、
   前記カバー部は、前記カバー部側凹部および前記カバー部側凸部を交互に複数有する請求項１または２に記載の回転電機。

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