JPH06311686A - 高速型モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 モータにおいてロータを３点以上で支持する
ような構造に対し、支持位置同士の間隔寸法を短くして
許容回転速度を向上させる。 【構成】 両端がベアリング５によって回転自在に支持
されたロータ３の長手方向の中間部に対応した位置に中
間軸受ハウジング７を配設し、この中間軸受ハウジング
７によってロータ３をベアリング６を介して回転自在に
支持する。中間軸受ハウジング７にステータ４の積層鋼
板４ａと同様のスロット７ｃを形成し、積層鋼板４ａの
スロット４ｂ及び中間軸受ハウジング７のスロット７ｃ
に亘ってコイルを挿通させて各ステータ４，４において
内側のコイルエンドをなくすことにより、その配設空間
を廃し各ベアリング５，６同士の間隔寸法を小さくして
ロータ３の許容回転速度を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速型モータに係り、
特に、ロータを回転自在に支持するための軸受け構造の
改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特開昭６３−１６７０
９５号公報に開示されている圧縮機に備えられているモ
ータは、回転体としてのロータが２点によって回転自在
に支持されている。つまり、ロータ両端部の夫々が、モ
ータケーシングに対してベアリング（転がり軸受）によ
り回転自在に支持されている。その構成についてマグネ
ットモータを例に掲げて具体的に説明すると、図６に示
すように、マグネットモータ(a) は、円筒状のケーシン
グ(b) 内の中央部にロータ(c) が配設され、該ロータ
(c) の外周囲にステータ(d) が配設されて構成されてい
る。また、前記ケーシング(b) は、その両端部に軸受ハ
ウジング(e),(e) が夫々配設されている。そして、前記
ロータ(c) はマグネット(f) と該マグネット(f) の軸心
を貫通するロータシャフト(g) とからなっており、この
ロータシャフト(g) の両端部が前記軸受ハウジング(e),
(e) を貫通し、この貫通部分においてベアリング(h),
(h) によって回転自在に支持されている。また、前記ス
テータ(d) は、積層鋼板(i) と図示しないコイルとによ
って成り、該コイルが積層鋼板(i) に形成されている図
示しないスロット（溝）に挿入配置されて構成されてい
る。また、このステータ(d) の両端面部には前記コイル
のコイルエンド(j),(j) が存在しており、前記ケーシン
グ(b) の両端面位置、つまり、軸受ハウジング(e),(e)
の配設位置は、このコイルエンド(j),(j) の外側に配置
され、積層鋼板(i) の両端面と軸受ハウジング(e),(e)
との間には、このコイルエンド(j),(j) を配置させるた
めの空間(s)が形成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
構成においてロータ(c) を高速回転させるような場合、
前記ロータ(c) はロータシャフト(g) の両端部がベアリ
ング(h),(h) により支持されているのみであり、且つ、
ケーシング(b) の軸受ハウジング(e),(e) は、積層鋼板
(i) の端面との間にコイルエンド(j),(j) の配置空間
(s) を介した外側に配置されているために、この支持部
同士の間隔寸法（図６における寸法Ａ）は、積層鋼板
(i) の長さと２つのコイルエンド(j),(j) の寸法との和
よりも大きく設定せねばならず、この支持部同士の間隔
寸法が大きくなる傾向があり、このため、ロータ(c) 全
体としての１次曲げモード（図６に仮想線で示すような
曲げモード）に対する許容回転速度を大きく設定するこ
とができないといった課題があった。つまり、両持ち柱
の固有円振動数は、その支持部間の距離の二乗に反比例
する関係にあり、これによって、前記支持部同士の間隔
寸法（図６においては寸法Ａ）が大きい場合には、ロー
タ(c) を高速回転させる際に発生するロータ全体の曲り
量（図６におけるロータ軸心の曲り量としての寸法Ｂ）
を許容範囲内に抑えるための許容回転速度を大きくする
ことができなかった。

【０００４】この点に鑑み、ロータ(c) の長手方向の両
端部と中間部を支持することにより、支持部同士の間隔
寸法を小さく設定することが考えられる。つまり、図７
に示すように、マグネット(f) を分割することによりロ
ータ(c) の中間部をロータシャフト(g) のみで形成し、
このロータシャフト(g) に対応した部分に新たな軸受け
ハウジング(k) をケーシングから延設させ、このロータ
シャフト(g) と軸受けハウジング(k) との間にベアリン
グ(m) を配設するような構成とすることによってロータ
(c) 全体を、その両端部と中間部との合計３点で支持す
ることにより、支持部同士の間隔寸法を小さくして（図
７にあっては寸法Ｃ）、ロータ(c) の許容回転速度を大
きくできるようにすることが考えられる。

【０００５】ところが、このような構成にあっては、中
間の軸受ハウジング(k) の存在のために、ステータ(d)
もマグネット(f),(f) に対応して分割されることにな
り、この各ステータ(d),(d) の両端面部には夫々コイル
エンド(j),(j'), …が配置されることになる。このた
め、本構成にあっては、新たなコイルエンド(j')の収容
空間(s')が形成されてしまうことになるので、ベアリン
グ(h),(m) 同士の間隔寸法Ｃは、積層鋼板(i) の長さと
２つのコイルエンド(j),(j')との和よりも大きく設定せ
ねばならず、ロータ(c) の許容回転速度を大幅に向上さ
せるには至らなかった。

【０００６】本発明は、この点に鑑みてなされたもので
あって、ロータを３点以上ので支持するような構造にお
いて、支持位置同士の間隔寸法を短くできる構成を得る
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、中間の軸受ハウジングの構成を改良する
ことにより、この中間の軸受ハウジングと該軸受ハウジ
ングに対向するステータとの間隔寸法を小さくできるよ
うにした。具体的に、請求項１記載の発明は、ケーシン
グ(2) 内にロータ(3) と該ロータ(3) の外周囲に配設さ
れたステータ(4) とが収容され、前記ロータ(3) の両端
部が前記ケーシング(2) の両端部に配設された両端軸受
ハウジング(2b),(2b) に両端軸受手段(5) を介して回転
自在に支持されている一方、前記ステータ(4) はステー
タ本体(4a)の内面に形成されたスロット(4b),(4b),…に
コイルが挿通されて成っており、該コイルへの通電によ
り前記ロータ(3) が高速回転される高速型モータを前提
としている。そして、前記ケーシング(2) における前記
ロータ(3) の長手方向の中間位置に対向する部分に、少
なくとも１つの中間軸受ハウジング(7) を配設し、ロー
タ(3) の長手方向の中間位置を前記中間軸受ハウジング
(7) に中間軸受手段(6) を介して回転自在に支持させ
る。また、前記中間軸受ハウジング(7) に、ステータ本
体(4a)と同様のスロット(7c)を形成し、前記両端軸受ハ
ウジング(2b),(2b) のスロット(4b)及び前記中間軸受ハ
ウジング(7) スロット(7c)に亘って前記コイルを挿通さ
せるような構成としている。

【０００８】請求項２記載の発明は、前記請求項１記載
の高速型モータにおいて、中間軸受ハウジング(7) とロ
ータ(3) との間に介設されている中間軸受手段を、複数
の電磁石(9),(9),…で成る磁気軸受で構成するようにし
ている。

【０００９】

【作用】上記の構成により、本発明では以下に述べるよ
うな作用が得られる。請求項１記載の発明では、ロータ
(3) の長手方向の中間位置を中間軸受手段(6) を介して
回転自在に支持する中間軸受ハウジング(7) にスロット
(7c)を形成し、両端軸受ハウジング(2b),(2b) のスロッ
ト(4b)及び前記中間軸受ハウジング(7) のスロット(7c)
に亘ってコイルを挿通させることにより、この中間軸受
ハウジング(7) に隣接するステータ本体(4a)の端面部に
コイルエンドが形成されることがないので、この部分に
おいてコイルエンドを収容するための空間が廃されるこ
とになり、その分だけ各軸受手段(5),(6) 同士の間隔寸
法が小さくできることになる。

【００１０】請求項２記載の発明では、ロータ(3) の長
手方向の中間位置が磁気軸受によって支持されることに
なり、ロータ(3) を非接触状態で支持することができ、
中間軸受手段の配設位置に高い精度が要求されず、モー
タ全体としての組立て作業性が向上されることになる。

【００１１】

【実施例】（第１実施例）次に本発明の第１実施例を図
面に基いて説明する。図１には、本例に係る高速型モー
タとしてのマグネットモータ(1) の縦断面図を示してい
る。この図１に示すように、本マグネットモータ(1)
は、円筒状のケーシング(2) 内の中央部にロータ(3) が
配設され、該ロータ(3) の外周囲にステータ(4) が配設
されて構成されている。以下、各部材について説明す
る。前記ケーシング(2) は、円筒状のケーシング本体(2
a)の左右の各開放部に本発明でいう両端軸受ハウジング
としての軸受ハウジング(2b),(2b) が夫々嵌着されて成
っており、その内部に、前記ロータ(3) 及びステータ
(4) を収容する空間が形成されている。また、前記ロー
タ(3) はマグネット(3a)と該マグネット(3a)の軸心を貫
通するロータシャフト(3b)とから成っており、このロー
タシャフト(3b)の左右両端部が前記軸受ハウジング(2
b),(2b)を貫通しこの貫通部分において本発明でいう両
端軸受手段としてのベアリング(5),(5) （転がり軸受）
によって回転自在に支持されている。このベアリング
(5)は、前記各軸受ハウジング(2b)の中央部に形成され
た開口(2c)にシール材(2d)及び取付座(2e)を介して嵌着
されており、夫々ロータシャフト(3b)の端部が挿入され
て該ロータシャフト(3b)ひいてはロータ(3) 全体を回転
自在に支持している。そして、本ロータ(3) のマグネッ
ト(3a)はその中間部分において２分割されており、ロー
タ(3) の中間部はマグネット(3a)よりも小径のロータシ
ャフト(3b)のみで形成されている。

【００１２】また、前記ステータ(4) は、本発明でいう
ステータ本体としての積層鋼板(4a)と図示しないコイル
とによって成り、該コイルが、積層鋼板(4a)に形成され
ている溝であるスロットに挿入配置されて構成されてい
る。つまり、図２に示すように、ステータ(4) の積層鋼
板(4a)は中央部にロータ(3) を配置するための開口を有
するドーナツ型の円板であって、その内周面には、前記
コイルを挿入するための、幅寸法の小さい多数（本例の
ものは１２個）の溝であるスロット(4b),(4b),…が放射
状に形成されており、この各スロット(4b),(4b),…にコ
イルが挿入配置されている。

【００１３】そして、本例の特徴とする構成としては、
前記ロータ(3) の中間部分の軸受構造にある。以下、こ
のロータ(3) の中間部分の軸受構造について説明する。
上述したようなロータ(3) の中間部分のロータシャフト
(3b)のみで形成されている部分が本発明でいう中間軸受
手段としてのベアリング(6) （転がり軸受）により回転
自在に支持されている。具体的には、このロータ(3) の
中間部分に対向するケーシング本体(2a)の内周面には中
間軸受ハウジング(7) が嵌着されている。この中間軸受
ハウジング(7) は中央部に前記ベアリング(6) を配置す
るための開口を有するドーナツ状の円板であって、その
外径寸法はケーシング本体(2a)の内径寸法に略一致され
ており、その内径寸法は前記積層鋼板(4a)の内径寸法に
一致されている。また、この中間軸受ハウジング(7) の
厚さ寸法は、その両端面が各積層鋼板(4a),(4a) の端面
に当接するように設定されている。つまり、この厚さ寸
法はロータ(3) の中央部のロータシャフト(3b)のみで構
成されている部分の長さ寸法に一致されている。そし
て、この中間軸受ハウジング(7) の内周面には、シール
材(7a)及び取付座(7b)を介して前記ベアリング(6) が嵌
着されており、このベアリング(6) によって前記ロータ
(3) の中央部におけるロータシャフト(3b)を回転自在に
支持するように構成されている。これにより、本例のロ
ータ(3) は、その両端部及び中間部において夫々ベアリ
ング(5),(6) により回転自在に支持されており、該ロー
タ(3) は３点支持されていることになる。

【００１４】そして、本例の特徴として図３に示すよう
に、前記中間軸受ハウジング(7) の内周面には、上述し
た左右両側の積層鋼板(4a),(4a) と同様に、幅寸法の小
さい多数（１２個）の溝であるスロット(7c),(7c),…が
放射状に形成されており、図１の如く中間軸受ハウジン
グ(7) と積層鋼板(4a)，(4a)とが組付けられた状態で
は、夫々のスロット(4b),(7c) の位置が一致するように
なっている。つまり、中間軸受ハウジング(7) と各積層
鋼板(4a),(4a) とに亘って連続するスロット(4b),(7c)
が形成されたような構成となっている。そして、前記コ
イルは、上記連続して形成されたスロット(4b),(7c) に
亘って挿入配置されている。従って、各ステータ(4) に
おいて図１の左右方向中央部に位置するコイルは中間軸
受ハウジング(7) 内のスロット(7c)を通過することによ
り、該中間軸受ハウジング(7) に対向するステータ(4)
の端面部にはコイルエンドが存在せず、コイルエンド
(8),(8) は各ステータ(4),(4) の外側の端面部分にのみ
配置されることになる。このために、この中間軸受ハウ
ジング(7) とステータ(4) との間にコイルエンドを配設
するための空間（図７における空間s'）が不要になっ
て、上述したように、各ステータ(4),(4) と中間軸受ハ
ウジング(7) とは重合わされた状態で配置されることに
なる。

【００１５】このように、本例の構成によれば、分割さ
れたステータ(4),(4) において夫々片側のコイルエンド
が廃されるようになっているので、各ベアリング(5),
(5),(6) の配設位置の間隔寸法を従来のものよりも小さ
く設定することができ（図１における寸法Ｄ）、具体的
には、図７において各ステータの内側に配置されている
コイルエンドを廃してこのコイルエンドの配置スペース
分（図７における寸法Ｅ）だけ各ベアリング(5),(5),
(6) の配設位置の間隔寸法が小さくなり、これによっ
て、ロータ(3) の許容回転速度を大幅に向上させること
ができ、モータ回転の高速化を許容することができるこ
とになる。また、本例のような構成では、中間軸受ハウ
ジング(7) のスロット(7c)に挿入配置されているコイル
が発生する電磁力が各マグネット(3a),(3a) に影響を与
えることにより、この電磁力を有効利用することができ
る。つまり、この中間軸受ハウジング(7) のスロット(7
c)に挿入配置されているコイルからの漏れ磁束を有効利
用することによってモータ性能の向上を図ることができ
ることになる。更に、前記中間軸受ハウジング(7) を非
磁性体で形成するようにすれば、この中間軸受ハウジン
グ(7) での渦電流の発生が抑制され、この渦電流による
ロータ回転への悪影響が回避され、所謂渦電流損失の防
止を図ることができることになる。

【００１６】（第２実施例）次に請求項２記載の発明に
係る第２実施例を図面に基いて説明する。本例は、ロー
タ中央部の軸受構造の変形例であって、その他の部分は
上述した第１実施例と同様であるので、本例では、第１
実施例との相違点についてのみ説明する。図４に示すよ
うに、本例におけるロータ中央部の軸受構造には磁気軸
受が採用されている。具体的には、本例のケーシング
(2) の中央部には、上述した第１実施例と同様に中間軸
受ハウジング(7) が嵌着されており、該中間軸受ハウジ
ング(7) の内周面にはスロット(7c),(7c),…が形成され
ている。そして、本例の中間軸受ハウジング(7) の特徴
として隣接するスロット(7c),(7c) 間の間隔が複数箇所
（４箇所）においてその他の部分の間隔よりも僅かに大
きく設定されている。具体的には、図５に示す寸法Ｆの
部分が、その他の寸法Ｇの部分よりも大きく設定されて
いる。そして、このスロット(7c),(7c) 間の間隔が大き
く設定された部分の内部には本例の特徴として電磁石
(9) が収容されている。具体的にその構成を説明する
と、図４及び図５に示すように、このスロット(7c),(7
c) 間の間隔が大きく設定された部分には、該中間軸受
ハウジング(7) の半径方向に沿って延び、且つこの中間
軸受ハウジング(7) の内周面から外周面に亘って貫通す
る貫通孔(7d)が形成されており、この貫通孔(7d)内に前
記電磁石(9) を構成する鉄心(9a)と該鉄心(9a)の周囲に
巻かれたコイル(9b)とが配設されている。そして、この
電磁石(9) の配設位置は９０°の角度間隔を存した位
置、つまり、一対が互いに向い合うような位置に電磁石
(9) が夫々配置されるように設定されている。そして、
各コイル(9b)に通電することによってロータ(3) の中間
部を互いに引合うような磁力を発生することにより、こ
のロータ(3) の中間部(3c)の支持を行うようになってい
る。また、このロータ(3) の中間部(3c)は各電磁石(9),
(9),…の電磁力が効果的に作用するように、その外径が
ロータ(3) のマグネット(3a)と同径に形成されている。

【００１７】このように、本例の構成によれば、ロータ
(3) の中央部を磁気軸受によって支持するようにしてい
るために、ロータ(3) を非接触状態で３点支持すること
ができ、上述した第１実施例のものに比べて中央部にベ
アリングを配設していないので、その配設位置に高い精
度が要求されず、モータ全体としての組立て作業性の向
上を図ることができる。

【００１８】尚、上述した各実施例は、マグネット型モ
ータを例に掲げて説明したが本発明はこれに限らず、ロ
ータに電線を備えて成る所謂籠型モータに採用すること
もできる。また、各実施例ではロータ(3) を３点で支持
する場合について説明したが、中間軸受ハウジング(7)
を２箇所以上に配設するようにして４点以上で支持する
ようにしてもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば以下に述べるような効果が発揮される。請求項１記載
の発明によれば、ケーシング(2) におけるロータ(3) の
長手方向の中間位置に対向する部分に、少なくとも１つ
の中間軸受ハウジング(7) を配設し、ロータ(3) の長手
方向の中間位置を前記中間軸受ハウジング(7) に中間軸
受手段(6) を介して回転自在に支持させ、前記中間軸受
ハウジング(7) に、ステータ本体(4a)と同様のスロット
(7c)を形成し、前記両端軸受ハウジング(2b),(2b) のス
ロット(4b)及び前記中間軸受ハウジング(7) スロット(7
c)に亘ってコイルを挿通させるようにしたために、中間
軸受ハウジング(7) に隣接するステータ本体(4a)の端面
部にコイルエンドが形成されることがなく、この部分に
おいてコイルエンドを収容するための空間が廃されるこ
とになり、その分だけ各軸受手段(5),(6) 同士の間隔寸
法が小さくできることになり、ロータ(3) の許容回転速
度を大幅に向上させることができ、モータ回転の高速化
を許容することができることになる。

【００２０】請求項２記載の発明によれば、中間軸受ハ
ウジング(7) とロータ(3) との間に介設されている中間
軸受手段を、複数の電磁石(9),(9),…で成る磁気軸受で
構成するようにしたために、この部分においてはロータ
(3) を非接触状態で支持することができ、その配設位置
に高い精度が要求されず、モータ全体としての組立て作
業性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例におけるモータの縦断面図である。

【図２】積層鋼板の端面形状を示す図である。

【図３】中間軸受ハウジングの端面形状を示す図であ
る。

【図４】第２実施例における図１相当図である。

【図５】図４のV-V 線に対応した位置における断面図で
ある。

【図６】従来のマグネットモータを示す図１相当図であ
る。

【図７】ロータを３点支持した状態の一例を示す図１相
当図である。

【符号の説明】

(2) ケーシング (2b) 軸受ハウジング（両端軸受ハウジング） (3) ロータ (4) ステータ (4a) 積層鋼板（ステータ本体） (4b) スロット (5) ベアリング（両端軸受手段） (6) ベアリング（中間軸受手段） (7) 中間軸受ハウジング (7c) スロット (9) 電磁石

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシング(2) 内にロータ(3) と該ロー
   タ(3) の外周囲に配設されたステータ(4) とが収容さ
   れ、前記ロータ(3) の両端部が前記ケーシング(2) の両
   端部に配設された両端軸受ハウジング(2b),(2b) に両端
   軸受手段(5) を介して回転自在に支持されている一方、
   前記ステータ(4) はステータ本体(4a)の内面に形成され
   たスロット(4b),(4b),…にコイルが挿通されて成ってお
   り、該コイルへの通電により前記ロータ(3) が高速回転
   される高速型モータにおいて、 前記ケーシング(2) における前記ロータ(3) の長手方向
   の中間位置に対向する部分には少なくとも１つの中間軸
   受ハウジング(7) が配設されており、ロータ(3) の長手
   方向の中間位置が前記中間軸受ハウジング(7) に中間軸
   受手段(6) を介して回転自在に支持されており、 前記中間軸受ハウジング(7) にはステータ本体(4a)と同
   様のスロット(7c)が形成されていて、前記両端軸受ハウ
   ジング(2b),(2b) のスロット(4b)及び前記中間軸受ハウ
   ジング(7) スロット(7c)に亘って前記コイルが挿通され
   ていることを特徴とする高速型モータ。
2. 【請求項２】 中間軸受ハウジング(7) とロータ(3) と
   の間に介設されている中間軸受手段は複数の電磁石(9),
   (9),…で成る磁気軸受で構成されていることを特徴とす
   る請求項１記載の高速型モータ。