特開 2023-174250 電動機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023174250

(43)【公開日】2023-12-07

(54)【発明の名称】電動機

(51)【国際特許分類】

   H02K 5/24 20060101AFI20231130BHJP

【ＦＩ】

H02K5/24 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022086997

(22)【出願日】2022-05-27

(71)【出願人】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小野里 直樹

【テーマコード（参考）】

5H605

【Ｆターム（参考）】

5H605AA04

5H605BB05

5H605CC01

(57)【要約】

【課題】電動機において、振動の発生を抑制する。
【解決手段】中空形状をなすケーシングと、ケーシングの内部に回転自在に支持される回転軸と、ケーシングの内周部に固定される固定子と、固定子と径方向に対向するように回転軸の外周部に固定される回転子と、ケーシング側に設けられる摩擦力を可変可能な摩擦減衰装置と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

中空形状をなすケーシングと、
前記ケーシングの内部に回転自在に支持される回転軸と、
前記ケーシングの内周部に固定される固定子と、
前記固定子と径方向に対向するように前記回転軸の外周部に固定される回転子と、
前記ケーシング側に設けられる摩擦力を可変可能な摩擦減衰装置と、
を備える電動機。

【請求項2】

前記摩擦減衰装置は、前記ケーシングに摺動自在に支持されるダンパ部材と、前記ケーシングと前記ダンパ部材との摺動抵抗を変更するアクチュエータとを有する、
請求項１に記載の電動機。

【請求項3】

前記ケーシングに貫通孔を有する複数の支持部材が固定され、前記ダンパ部材は、ロッド形状をなし、前記複数の支持部材の前記貫通孔に挿通されると共に摺動自在に支持され、前記アクチュエータは、前記ダンパ部材を屈曲することで前記ダンパ部材と前記貫通孔との摺動抵抗を変更する、
請求項２に記載の電動機。

【請求項4】

前記ダンパ部材は、長手方向の端部同士が前記アクチュエータにより連結されることで、前記ダンパ部材と前記アクチュエータで無端のリング形状をなし、前記アクチュエータによりダンパ部材の締付力を変更することで、前記ダンパ部材と前記貫通孔との摺動抵抗を変更する、
請求項３に記載の電動機。

【請求項5】

前記摩擦減衰装置は、前記ケーシングの内周部で前記固定子より軸方向の一方側に配置される、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電動機。

【請求項6】

前記回転軸の回転数に応じて前記アクチュエータを駆動制御する制御部を有する、
請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の電動機。

【請求項7】

前記制御部は、前記回転軸の回転数に応じて作動量が設定されたマップに基づいて前記アクチュエータを駆動制御する、
請求項６に記載の電動機。

【請求項8】

前記回転軸の回転数を検出する回転数検出器を有し、前記制御部は、前記回転数検出器が検出した前記回転軸の回転数に基づいて前記アクチュエータを駆動制御する、
請求項６に記載の電動機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電動機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

回転機械などに使用される電動機は、ケーシングに回転軸が回転自在に支持され、ケーシングに固定子が固定される一方、回転軸に回転子が固定されて構成される。そして、固定子のステータコイルに電流を流すと、発生する磁力の吸引力および反発力により回転子が回転し、回転軸が回転力を出力する。このような電動機として、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－９４９４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電動機を小型化すると共に軽量化したいという要望がある。一方で、電動機を高出力化したいという要望がある。電動機を小型化および軽量化した上で高出力化すると、剛性が低下することから共振による振動の発生が課題となる。

【0005】

本開示は、上述した課題を解決するものであり、振動の発生を抑制する電動機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の目的を達成するための本開示の電動機は、中空形状をなすケーシングと、前記ケーシングの内部に回転自在に支持される回転軸と、前記ケーシングの内周部に固定される固定子と、前記固定子と径方向に対向するように前記回転軸の外周部に固定される回転子と、前記ケーシング側に設けられる摩擦力を可変可能な摩擦減衰装置と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本開示の電動機によれば、振動の発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本実施形態の電動機を表す断面図である。

【図2】図２は、図１のII－II断面図である。

【図3】図３は、電動機の制御系統を表すブロック図である。

【図4】図４は、電動機における回転数に対する締付力と応力を表すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

【0010】

＜電動機の構成＞
図１は、本実施形態の電動機を表す断面図、図２は、図１のII－II断面図である。

【0011】

図１および図２に示すように、電動機１０は、ケーシング１１と、回転軸１２と、固定子１３と、回転子１４と、摩擦減衰装置１５とを備える。

【0012】

ケーシング１１は、中空の円筒形状をなす。ケーシング１１は、本体部２１と、第１支持部２２と、第２支持部２３とを有する。本体部２１に対して、第１支持部２２および第２支持部２３は、外径（内径）が小さい。第１支持部２２は、本体部２１における軸方向の一端部に一体に設けられ、第２支持部２３は、本体部２１における軸方向の他端部に一体に設けられる。

【0013】

回転軸１２は、ケーシング１１の内部に配置される。回転軸１２は、軸方向の一端部１２ａが第１軸受２４によりケーシング１１の第１支持部２２に回転自在に支持される。回転軸１２は、軸方向の他端部１２ｂが第２軸受２５によりケーシング１１の第２支持部２３に回転自在に支持される。

【0014】

固定子１３は、円筒形状をなす。固定子１３は、ケーシング１１の本体部２１の内周部に固定される。固定子１３は、ステータ鉄芯と、ステータコイルとを有する。ステータ鉄芯は、円筒形状をなし、外周面がケーシング１１の内周面に密着するように固定される。ステータコイルは、ステータ鉄芯に巻き付けられる。

【0015】

回転子１４は、円筒形状をなす。回転子１４は、回転軸１２における軸方向の中間位置に固定される。回転子１４は、ロータ鉄芯（永久磁石）を有する。ロータ鉄芯は、円筒形状をなし、回転軸１２の外周面に固定される。回転軸１２は、軸心Ｏに沿って配置され、ケーシング１１と回転軸１２と固定子１３と回転子１４は、軸心Ｏを中心とした同心状に配置される。

【0016】

固定子１３と回転子１４は、内周面と外周面が径方向に対向する。固定子１３と回転子１４は、内周面と外周面との間に隙間が設けられる。そのため、固定子１３のステータコイルに電流が流れると、発生する磁力の吸引力および反発力により回転子１４が回転し、回転軸１２が回転力を出力する。

【0017】

摩擦減衰装置１５は、ケーシング１１の内周部に設けられ、摩擦力を可変可能である。摩擦減衰装置１５は、ケーシング１１の内周部で、固定子１３より軸方向の一方側（図１にて、右側）に配置される。但し、摩擦減衰装置１５は、ケーシング１１の内周部で、固定子１３より軸方向の他方側（図１にて、左側）に配置されていてもよい。摩擦減衰装置１５は、ダンパ部材３１と、アクチュエータ３２とを有する。

【0018】

ケーシング１１は、内周面に周方向に所定間隔を空けて複数（本実施形態では、４個だが、数は限定されない。）の支持部材３３が固定される。支持部材３３は、ケーシング１１の周方向に沿って貫通孔３４が形成される。

【0019】

ダンパ部材３１は、ロッド形状であるが、本実施形態では、ロッドが湾曲したリング形状をなす。ダンパ部材３１は、複数の支持部材３３の各貫通孔３４に挿通される。アクチュエータ３２は、リング形状をなすダンパ部材３１の途中部に設けられる。すなわち、ロッド形状をなすダンパ部材３１が複数の支持部材３３の各貫通孔３４に挿通された後、端部同士がアクチュエータ３２により連結される。そのため、ダンパ部材３１とアクチュエータ３２により、無端のリング形状をなす。

【0020】

ダンパ部材３１は、円形断面形状をなし、貫通孔３４も、円形状をなす。ダンパ部材３１の外径は、貫通孔３４の内径と同径または若干小さい。このため、ダンパ部材３１は、ケーシング１１に固定された支持部材３３の貫通孔３４に摺動自在に支持されることとなる。なお、ダンパ部材３１と貫通孔３４は、このような形状に限定されるものではない。ダンパ部材３１と貫通孔３４は、例えば、ケーシング１１の径方向の薄く、軸方向の厚い矩形断面形状などであってもよく、両者の間で摺動抵抗が発生する形状であればよい。

【0021】

アクチュエータ３２は、例えば、圧電素子である。圧電素子は、電圧を印加すると、逆圧電効果により変形して長さが短く（または、長く）なる。そのため、アクチュエータ３２を構成する圧電素子に電圧を印加すると、その長さが短くなる。すると、ダンパ部材３１は、アクチュエータ３２に連結された側の端部が牽引され、ダンパ部材３１とアクチュエータ３２からなるリング形状をなす部材の周方向の長さが短くなる。ダンパ部材３１は、各貫通孔３４に挿通されていることから、貫通孔３４を介して各支持部材３３を締め付ける締付力が高くなる。その結果、ダンパ部材３１とケーシング１１に固定された各支持部材３３の貫通孔３４との摺動抵抗が大きくなるように変更される。

【0022】

すなわち、ダンパ部材３１は、端部同士がアクチュエータ３２により連結されたリング形状をなし、ケーシング１１に固定された各支持部材３３の各貫通孔３４に挿通される。アクチュエータ３２が作動すると、アクチュエータ３２とダンパ部材３１で構成されるリング形状をなす部材の周方向の長さが短く変更される。すると、ダンパ部材３１は、曲率が変わるように屈曲し、ダンパ部材３１の外面が貫通孔３４の内面を押圧する押圧力が大きくなるように変動する。その結果、ダンパ部材３１と各貫通孔３４との摺動抵抗が大きくなるように変更される。

【0023】

本実施形態にて、アクチュエータ３２は、ダンパ部材３１に連結され、ケーシング１１の内周面に対して離間しているが、アクチュエータ３２は、ケーシング１１の内周部に支持されていてもよい。

【0024】

＜電動機の制御系統＞
図３は、電動機の制御系統を表すブロック図である。

【0025】

図３に示すように、電動機１０は、ダンパ部材３１およびアクチュエータ３２から構成される摩擦減衰装置１５が設けられる。電動機１０は、回転数検出器４１が設けられる。回転数検出器４１は、回転軸１２（図１参照）の回転数を検出する。制御部４２は、回転数検出器４１が接続され、検出した回転軸１２の回転数が入力する。制御部４２は、記憶部４３が接続される。記憶部４３は、アクチュエータ３２を作動するためのマップが格納される。制御部４２は、回転軸１２の回転数とマップに基づいてアクチュエータ３２を駆動制御する。

【0026】

電動機１０は、一般的に、特定の回転数領域で振動が大きくなる共振現象を発生する。電動機１０は、共振が発生すると振動し、騒音が大きくなる。本実施形態では、摩擦減衰装置１５により電動機１０が共振を発生する回転数領域を変えることで、共振の発生による振動を低減し、騒音の増大を抑制するものである。

【0027】

なお、制御部４２は、制御装置であり、制御装置は、コントローラであり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）などにより、記憶部に記憶されている各種プログラムがＲＡＭを作業領域として実行されることにより実現される。

【0028】

＜摩擦減衰装置の制御方法＞
図４は、電動機における回転数に対する締付力と応力を表すグラフである。

【0029】

図３および図４に示すように、電動機１０は、例えば、回転数Ｎ１の領域で共振して振動Ｓ１が最大になる。そのため、制御部４２は、回転数Ｎ１を含む領域でアクチュエータ３２を駆動制御し、ダンパ部材３１による締付力をＦ１とする。すると、ダンパ部材３１が各支持部材３３を押圧する押圧力が変化し、ケーシング１１側の剛性が変化する。すなわち、電動機１０は、共振する回転数が変化し、例えば、回転数Ｎ３の領域で共振して振動Ｓ２が最大になるものとなる。そのため、電動機１０は、回転数が上昇して回転数Ｎ１に到達したとき、振動Ｓ１から振動Ｓ１ａに低減される。

【0030】

電動機１０は、回転数Ｎ３で振動Ｓ２が最大になることから、制御部４２は、回転数が回転数Ｎ２より低い回転数Ｎ３に到達したとき、回転数Ｎ２を含む領域でアクチュエータ３２を駆動制御し、ダンパ部材３１による締付力をＦ２と低下させる。すると、ダンパ部材３１が各支持部材３３を押圧する押圧力が変化し、ケーシング１１側の剛性が変化する。すなわち、電動機１０は、共振する回転数が変化し、例えば、回転数Ｎ１の領域で共振して振動Ｓ１が最大になるものとなる。そのため、電動機１０は、回転数が上昇して回転数Ｎ２に到達したとき、振動Ｓ２から振動Ｓ２ａに低減される。

【0031】

制御部４２は、アクチュエータ３２を駆動制御するとき、回転数検出器４１から回転軸１２の回転数を取得し、記憶部４３に格納されたマップに基づいてアクチュエータ３２を駆動制御する。電動機１０の共振特性は、予め実験やシミュレーションなどにより確認しておき、マップは、回転数に応じたダンパ部材３１の締付力、つまり、アクチュエータ３２を構成する圧電素子への電圧をマッピングしたものである。

【0032】

なお、制御部４２は、回転軸１２の回転数とマップに基づいてアクチュエータ３２を駆動制御するように構成したが、この構成に限定されるものではない。例えば、電動機１０の振動を検出する振動センサ（例えば、加速度センサなど）を設け、制御部４２は、振動センサが検出した振動が予め設定された判定値より大きくなったとき、アクチュエータ３２を駆動制御するように構成してもよい。

【0033】

［本実施形態の作用効果］
第１の態様に係る電動機は、中空形状をなすケーシング１１と、ケーシング１１の内部に回転自在に支持される回転軸１２と、ケーシング１１の内周部に固定される固定子１３と、固定子１３と径方向に対向するように回転軸１２の外周部に固定される回転子１４と、ケーシング１１側に設けられる摩擦力を可変可能な摩擦減衰装置１５とを備える。

【0034】

第１の態様に係る電動機によれば、摩擦減衰装置１５を作動させると、ケーシング側の剛性が変化し、電動機１０における共振回転数が変化する。そのため、電動機１０の回転数に応じて摩擦減衰装置１５を作動して共振回転数を変化させることで、電動機１０の共振における振動の発生を抑制することができる。

【0035】

第２の態様に係る電動機は、第１の態様に係る電動機であって、さらに、摩擦減衰装置１５として、ケーシング１１に摺動自在に支持されるダンパ部材３１と、ケーシング１１とダンパ部材３１との摺動抵抗を変更するアクチュエータ３２とを設ける。これにより、簡単な構成で摺動抵抗を変更することができる。

【0036】

第３の態様に係る電動機は、第２の態様に係る電動機であって、さらに、ケーシング１１に貫通孔３４を有する複数の支持部材３３を固定し、ダンパ部材３１をロッド形状とし、複数の支持部材３３の貫通孔３４に挿通すると共に摺動自在に支持し、アクチュエータ３２がダンパ部材３１を屈曲することでダンパ部材３１と貫通孔３４との摺動抵抗を変更する。これにより、装置の簡素化を図ることができる。

【0037】

第４の態様に係る電動機は、第３の態様に係る電動機であって、さらに、ダンパ部材３１は、長手方向の端部同士がアクチュエータ３２により連結されることで、ダンパ部材３１とアクチュエータ３２とで無端のリング形状をなし、アクチュエータ３２によりダンパ部材３１の締付力を変更することで、ダンパ部材３１と貫通孔３４との摺動抵抗を変更する。これにより、装置の簡素化を図ることができる。

【0038】

第５の態様に係る電動機は、第１の態様から第４の態様に係る電動機であって、さらに、摩擦減衰装置１５がケーシング１１の内周部で固定子１３より軸方向の一方側に配置される。これにより、電動機１０の大型化を抑制することができる。

【0039】

第６の態様に係る電動機は、第２の態様から第４の態様に係る電動機であって、さらに、回転軸１２の回転数に応じてアクチュエータ３２を駆動制御する制御部４２を有する。これにより、容易に電動機１０の共振回転数を変更し、共振による振動の発生を抑制することができる。

【0040】

第７の態様に係る電動機は、第６の態様に係る電動機であって、さらに、制御部４２は、回転軸１２の回転数に応じて作動量が設定されたマップに基づいてアクチュエータ３２を駆動制御する。これにより、制御部４２による制御の簡素化を図ることができる。

【0041】

第８の態様に係る電動機は、第６の態様に係る電動機であって、さらに、回転軸１２の回転数を検出する回転数検出器４１を有し、制御部４２は、回転数検出器４１が検出した回転軸１２の回転数に基づいてアクチュエータ３２を駆動制御する。これにより、制御部４２による制御の高精度化を図ることができる。

【0042】

なお、上述した実施形態では、ダンパ部材３１の端部同士をアクチュエータ３２により連結することでリング形状としたが、この形状に限定されるものではない。例えば、ダンパ部材３１を２個のロッド部材とし、各ロッド部材をケーシングに固定された各支持部材の貫通孔に挿通し、各ロッド部材の一端部をケーシングに固定し、他端部同士をアクチュエータ３２により連結する形状としてもよい。

【0043】

また、上述した実施形態では、ダンパ部材３１をケーシング１１の内周部に周方向に沿って配置したが、この配置に限定されるものではない。例えば、ダンパ部材をケーシングの外周部に周方向に沿って配置したり、ダンパ部材をケーシングの軸方向に沿って配置したり、周方向と軸方向に交差する方向に沿って配置したりしてもよい。

【0044】

また、上述した実施形態では、アクチュエータ３２を圧電素子としたが、この構成に限定されるものではない。例えば、アクチュエータを流体圧シリンダや小型モータなどとしてもよい。

【0045】

また、上述した実施形態では、ダンパ部材３１をケーシング１１に固定された支持部材３３に支持したが、この構成に限定されるものではない。例えば、ダンパ部材をケーシングに直接支持してもよく、ダンパ部材は、ケーシングや固定子などを含む静止体側に支持されていればよい。

【符号の説明】

【0046】

１０ 電動機
１１ ケーシング
１２ 回転軸
１３ 固定子
１４ 回転子
１５ 摩擦減衰装置
２１ 本体部
２２ 第１支持部
２３ 第２支持部
２４ 第１軸受
２５ 第２軸受
３１ ダンパ部材
３２ アクチュエータ
３３ 支持部材
３４ 貫通孔
４１ 回転数検出器
４２ 制御部
４３ 記憶部
Ｏ 軸心

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】