特開 2024-27662 回転電機の軸受構造および回転電機

(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】P2024027662

(43)【公開日】2024-03-01

(54)【発明の名称】回転電機の軸受構造および回転電機

(51)【国際特許分類】

   F16C 25/08 20060101AFI20240222BHJP

   H02K 5/173 20060101ALI20240222BHJP

   F16C 35/08 20060101ALI20240222BHJP

   F16C 35/06 20060101ALI20240222BHJP

   F16C 19/54 20060101ALI20240222BHJP

   F16C 19/06 20060101ALI20240222BHJP

【ＦＩ】

F16C25/08 Z

H02K5/173 A

F16C35/08

F16C35/06 Z

F16C19/54

F16C19/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022130632

(22)【出願日】2022-08-18

(71)【出願人】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 玲奈

(74)【代理人】

【識別番号】100116001

【弁理士】

【氏名又は名称】森 俊秀

(72)【発明者】

【氏名】七五三掛 貴浩

【テーマコード（参考）】

3J012

3J117

3J701

5H605

【Ｆターム（参考）】

3J012AB04

3J012BB01

3J012BB03

3J012BB05

3J012CB03

3J012DB09

3J012DB14

3J012FB10

3J117AA01

3J117DA01

3J117DB10

3J701AA02

3J701AA42

3J701AA52

3J701AA62

3J701AA81

3J701FA41

3J701GA24

5H605AA05

5H605BB05

5H605BB10

5H605CC03

5H605CC04

5H605EB10

5H605EB16

5H605EB39

(57)【要約】

【課題】軸受の予圧抜けを抑制できる回転電機の軸受構造を提供する。
【解決手段】回転電機の軸受構造は、ロータが固定されたシャフトと、シャフトを回転可能に軸支する軸受と、軸受の外輪を内周面で受ける軸受保持部を有し、シャフトが挿通されるハウジングと、軸受保持部内に配置され、シャフトの軸方向一方側に軸受を付勢する皿ばねと、を備える。皿ばねは、軸受よりも軸方向他方側に配置され、軸受保持部の内周面には、周方向に沿って切り欠かれ、軸方向他方側に圧縮された皿ばねの外周を受ける環状の溝が形成されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロータが固定されたシャフトと、
前記シャフトを回転可能に軸支する軸受と、
前記軸受の外輪を内周面で受ける軸受保持部を有し、前記シャフトが挿通されるハウジングと、
前記軸受保持部内に配置され、シャフトの軸方向一方側に軸受を付勢する皿ばねと、を備え、
前記皿ばねは、前記軸受よりも軸方向他方側に配置され、
前記軸受保持部の内周面には、周方向に延び、前記軸方向他方側に圧縮された前記皿ばねの外周を受ける環状の溝が形成されている
回転電機の軸受構造。

【請求項2】

前記溝は、前記軸受に予圧を負荷している状態の前記皿ばねの外周の位置よりも軸方向他方側に形成されている
請求項１に記載の回転電機の軸受構造。

【請求項3】

前記溝の前記軸方向一方側の面は、前記軸受保持部の内周面と接続される傾斜面である
請求項１に記載の回転電機の軸受構造。

【請求項4】

前記シャフトの軸方向他方側は、回転電機の負荷側である
請求項１に記載の回転電機の軸受構造。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転電機の軸受構造と、
ステータと、
を備える回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機の軸受構造および回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から回転電機において、ロータに挿通されたシャフトを２つの軸受で支持し、一方側の軸受は軸方向位置を固定し、他方側の軸受は軸方向位置を固定せずに自由端とする構成が知られている。この種の回転電機では、騒音や振動を抑制するために、他方側の軸受と当該軸受と対向する筐体の間にばねを配置し、他方側の軸受に予圧を負荷することが一般的である（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１８６６４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

この種の回転電機では、外部から予圧を超える負荷がかかるとシャフトが軸方向に移動し、軸受に負荷されている予圧が抜けてしまう。このような予圧の抜けが発生すると軸受の内部で遊びが生じ、軸受のがたつきで回転電機の騒音や振動が大きくなってしまう。

【0005】

本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであって、軸受の予圧抜けを抑制できる回転電機の軸受構造を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る回転電機の軸受構造は、ロータが固定されたシャフトと、シャフトを回転可能に軸支する軸受と、軸受の外輪を内周面で受ける軸受保持部を有し、シャフトが挿通されるハウジングと、軸受保持部内に配置され、シャフトの軸方向一方側に軸受を付勢する皿ばねと、を備える。皿ばねは、軸受よりも軸方向他方側に配置され、軸受保持部の内周面には、周方向に延び、軸方向他方側に圧縮された皿ばねの外周を受ける環状の溝が形成されている。

【0007】

また、溝は、軸受に予圧を負荷している状態の皿ばねの外周の位置よりも軸方向他方側に形成されていてもよい。
また、溝の軸方向一方側の面は、軸受保持部の内周面と接続される傾斜面であってもよい。
また、シャフトの軸方向他方側は、回転電機の負荷側であってもよい。
また、本発明の他の態様の回転電機は、上記の回転電機の軸受構造と、ステータと、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一態様によれば、軸受の予圧抜けを抑制できる回転電機の軸受構造を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施形態の回転電機の構成例を示す図である。

【図2】第２蓋部の軸受保持部を示す拡大図である。

【図3】第２蓋部の軸受保持部を一方側からみた図である。

【図4】比較例の回転電機における軸受の状態を示す模式図である。

【図5】第２蓋部の軸受保持部の変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
実施形態では説明を分かり易くするため、本発明の主要部以外の構造や要素については、簡略化または省略して説明する。また、図面において、同じ要素には同じ符号を付す。なお、図面に示す各要素の形状、寸法などは模式的に示したもので、実際の形状、寸法などを示すものではない。

【0011】

図１は、本実施形態の回転電機の構成例を示す図である。なお、以下の説明では、回転軸Ａｘの延長方向と平行な方向を軸方向と称し、回転軸Ａｘを中心とする周方向を単に周方向と称し、回転軸Ａｘを中心とする径方向を単に径方向と称する。

【0012】

図１に示す回転電機１０は、インナーロータ型モータであり、ロータ１１と、ステータ１２と、シャフト１３と、ハウジング１４と、軸受１５、１６とを備える。図１において、回転電機１０の回転軸Ａｘの延長方向（軸方向）は紙面左右方向である。また、図中左側を軸方向の一方側とも称し、図中右側を軸方向の他方側と称することもある。なお、回転電機１０の負荷側は他方側であるものとする。

【0013】

ロータ１１は、回転軸Ａｘに沿ってシャフト１３が嵌入された円筒状の鉄心を有する。シャフト１３は、軸方向の一方側および他方側に配置された軸受１５、１６により回転自在に支持されている。ロータ１１は、例えば、磁石埋込型回転子、表面磁石型回転子、かご型回転子、巻線型回転子などのいずれの構成であってもよい。

【0014】

ステータ１２は、僅かなエアギャップを隔ててロータ１１の外周に同心状に配置される。ステータ１２には、ロータ１１の外周に沿ってコイル１２ａが装着されている。回転電機１０においては、コイル１２ａの電流制御でステータ１２の磁界を順番に切り替えることで、ロータ１１の磁界との吸引力または反発力をステータ１２に生じさせる。これにより、回転軸Ａｘを中心としてロータ１１およびシャフト１３が回転する。

【0015】

ハウジング１４は、本体部１４ａ、第１蓋部１４ｂ、第２蓋部１４ｃを有し、ロータ１１およびステータ１２を内部に収容する。本体部１４ａは、ロータ１１およびステータ１２を収容し、一方側および他方側が開口された筒状の内部空間を有している。

【0016】

第１蓋部１４ｂは、本体部１４ａの一方側に取り付けられ、本体部１４ａの一方側の開口を塞ぐ。シャフト１３の一方側の端部は、第１蓋部１４ｂを貫通してハウジング１４の外側に突出している。また、第１蓋部１４ｂの内側面には、シャフト１３を受ける穴の周囲に軸受保持部１７が形成されている。軸受保持部１７は、一方側の軸受１５を収容する円筒状の切り欠きであり、他方側が開口されるとともに一方側に環状の抜け止め部を有している。

【0017】

第１蓋部１４ｂの軸受保持部１７の他方側にはベアリングプレート１９が取り付けられている。これにより、一方側の軸受１５の外輪１５ａは、軸受保持部１７の内周面に受けられるとともに、軸受保持部１７とベアリングプレート１９に挟まれて軸方向に位置決めされている。

【0018】

第２蓋部１４ｃは、本体部１４ａの他方側に取り付けられ、本体部１４ａの他方側の開口を塞ぐ。シャフト１３の他方側の端部は、第２蓋部１４ｃを貫通してハウジング１４の外側に突出している。また、第２蓋部１４ｃの内側面には、シャフト１３を受ける穴の周囲に軸受保持部１８が形成されている。

【0019】

図２（ａ）、（ｂ）は、第２蓋部１４ｃの軸受保持部１８を示す拡大図である。軸受保持部１８は、他方側の軸受１６を収容する円筒状の切り欠きであり、一方側が開口されるとともに他方側に環状の抜け止め部１８ａを有している。また、軸受１６の外輪１６ａは、軸受保持部１８の内周面１８ｂに受けられている。

【0020】

第２蓋部１４ｃの軸受保持部１８には、他方側の軸受１６よりも他方側に予圧ばねとしての皿ばね２０が挿入されている。皿ばね２０は、軸受保持部１８の抜け止め部１８ａと軸受１６の外輪１６ａに挟まれ、外周側が一方側に向けて傾くように配置されている。

【0021】

皿ばね２０は、軸受１６の外輪１６ａを一方側に付勢することで、軸受１６を介してシャフト１３に一方側への予圧を負荷する機能を担う。また、シャフト１３が他方側に引き込まれたときには、シャフト１３とともに他方側に動く軸受１６によって皿ばね２０は他方側に圧縮される。

【0022】

また、図２、図３に示すように、第２蓋部１４ｃにおいて軸受保持部１８の内周面１８ｂには、周方向に延びる環状の溝１８ｃが形成されている。溝１８ｃの軸方向の位置は、抜け止め部１８ａからは間隔をあけて形成され、軸受１６に予圧を負荷している状態の皿ばね２０の外周部の位置よりも圧縮側（他方側）に位置している。図２（ｂ）に示すように、溝１８ｃは、皿ばね２０が他方側に圧縮されたときに皿ばね２０の外周部を溝１８ｃで受け、皿ばね２０の過剰な圧縮を抑制する。

【0023】

次に、図４を参照しつつ、シャフト１３が引き込まれた時の動作について説明する。図４（ａ）は、比較例の回転電機１０ａにおける通常時の軸受１５、１６の状態を示す模式図である。図４（ｂ）は、比較例の回転電機１０ａにおいて、シャフト１３が他方側に引き込まれたときの軸受１５、１６の状態を示す模式図である。

【0024】

比較例の回転電機１０ａは、他方側の軸受保持部１８に溝１８ｃが形成されていない点で本実施形態の回転電機１０と相違する。簡単のため、図４ではロータ１１およびステータ１２の図示はいずれも省略している。

【0025】

図４（ａ）に示すように、比較例の回転電機１０ａのシャフト１３は、皿ばね２０によって一方側に予圧が負荷されている。これにより、一方側の軸受１５では、外輪１５ａの一方側と内輪１５ｂの他方側に転動体１５ｃが点接触した状態で、ばね荷重によって転動体１５ｃが押さえつけられる。同様に、他方側の軸受１６では、外輪１６ａの他方側と内輪１６ｂの一方側に転動体１６ｃが点接触した状態で、ばね荷重によって転動体１６ｃが押さえつけられる。したがって、軸受１５、１６はいずれもがたつきのない状態で回転する。

【0026】

一方、図４（ｂ）に示すように、予圧を超える圧力でシャフト１３が他方側に引き込まれると、シャフト１３は、シャフト１３に固定された内輪１５ｂ、１６ｂとともに図４（ａ）の状態から他方側に移動する。すると、他方側の軸受１６では、転動体１６ｃを介して外輪１６ａに他方側への荷重が伝達される。そして、軸受１６の外輪１６ａによって皿ばね２０が過剰に圧縮され、シャフト１３および軸受１５、１６に予圧がかからない予圧抜けの状態となる。

【0027】

図４（ｂ）の予圧抜けの状態では、一方側の軸受１５の内部で遊びが生じ、転動体１５ｃがかたつくことで騒音や振動が発生してしまう。なお、他方側の軸受１６では、軸受１６が大きな荷重を受けることで、通常よりも転動体１６ｃが摩耗しやすくなる。

【0028】

これに対し、本実施形態の回転電機１０では、軸受保持部１８の内周面１８ｂにおいて環状の溝１８ｃが形成されている。図２（ｂ）に示すように、本実施形態の回転電機１０では、皿ばね２０が他方側に圧縮されると、皿ばね２０の外周部が溝１８ｃに入り込んで引っ掛かる。これにより、皿ばね２０が他方側に移動しなくなるとともに、溝１８ｃに引っ掛かった皿ばね２０は、軸受１６の外輪１６ａからの荷重に対して一方側への反力を生じさせる。

【0029】

以上のように、本実施形態の回転電機１０では、溝１８ｃに引っ掛かった皿ばね２０によって、軸受１６の外輪１６ａの他方側の動きが規制される。これにより、シャフト１３の予圧抜けが抑制され、軸受１５のかたつきによる騒音や振動なども抑制できる。

【0030】

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。
例えば、上記実施形態では回転電機１０がモータである場合について説明したが、回転電機１０は発電機であってもよい。

【0031】

また、上記実施形態の軸受保持部１８において、図５に示すように、溝１８ｃの一方側に、軸受保持部１８の内周面１８ｂと接続される傾斜面１８ｄが環状に形成されていてもよい。図５の構成例によれば、皿ばね２０に対して引き込み方向の負荷が小さくなったときに、皿ばね２０が溝１８の傾斜面１８ｄに案内されて通常時の位置に復帰することが容易となる。なお、上記の傾斜面１８ｄは、一方側に向けて溝が浅くなるテーパー状でもよく、溝１８ｃの一方側にアールを付けることで曲面状に形成してもよい。

【0032】

加えて、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0033】

１０…回転電機、１１…ロータ、１２…ステータ、１２ａ…コイル、１３…シャフト、１４…ハウジング、１４ａ…本体部、１４ｂ…第１蓋部、１４ｃ…第２蓋部、１５，１６…軸受、１５ａ，１６ａ…外輪、１５ｂ，１６ｂ…内輪、１５ｃ，１６ｃ…転動体、１７，１８…軸受保持部、１８ａ…抜け止め部、１８ｂ…内周面、１８ｃ…溝、１８ｄ…傾斜面、１９…ベアリングプレート、２０…皿ばね

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】