CN205509736U - 电动机以及轴承构造 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及电动机以及轴承构造，其中，设置于滚珠轴承(10)的外圈(12)与马达壳体(6)(或者轴承壳体(7))之间的轴套(20)由圆筒形状的树脂部件(21)以及覆盖该树脂部件(21)的至少内外周面的金属部件(22)构成，金属部件(22)与滚珠轴承(10)的外圈(12)以及马达壳体(6)(或者轴承壳体(7))分别面接触。

Description

电动机以及轴承构造
技术领域
本实用新型涉及使用润滑脂封入式滚珠轴承来支承轴而使轴能够旋转的电动机以及轴承构造。
背景技术
高速旋转用的轴承作为机床以及汽车用部件而被广泛使用。最普通的轴承是构成为在内圈与外圈之间夹设有多个滚珠并封入润滑脂的润滑脂封入式滚珠轴承。用于高速旋转的轴承的内部发热较高，因此延长耐久寿命成为重要课题。
为了确保轴承的寿命，实施了变更轴承的内部构造(例如，减小滚珠与轨道面的接触面积)、变更轴承材料(例如，降低润滑脂的动粘度来提高润滑脂本身的耐热性能)等散热对策。另外，在产品内使用轴承时，在轴承安装散热件(例如，参照专利文献1)，对固定轴承的内圈的轴使用导热管(例如，参照专利文献2)，将带轮与轴承的外圈一体成型(例如，参照专利文献3)，从而来确保散热性能。
另一方面，在使用轴承来支承旋转部件(以下，以轴为例)并使该旋转部件能够旋转的情况下，需要考虑轴本身的振动。例如，在轴的固有频率与产品本身的固有频率一致而进行共振的情况下，会增大振动振幅，从而导致内部部件的损伤。为了衰减高速旋转的轴的振动，需要将轴本身的固有频率设定得尽可能高。
为了将轴的固有频率设定得较高，需要提高轴的刚性(缩短长度、增粗)，但由于产品的原因(例如，成本降低、重量减轻、体积减小)，有时难以将轴的固有频率设定得较高。在该情况下，为了提高轴的固有频率、或者降低轴的共振倍率，而在轴承安装容差环(例如，参照专利文献4)，安装O型环(例如，参照专利文献5)，设置高振动衰减金属(例如，参照专利文献6)，来使振动衰减。
专利文献1：日本特开2012－149742号公报
专利文献2：日本特开2013－57300号公报
专利文献3：日本特开2010－90969号公报
专利文献4：日本特表2010－525276号公报
专利文献5：日本特表2010－535969号公报
专利文献6：日本特开2004－251417号公报
此处，考虑将上述专利文献1～6的结构应用于电动机的情况。
在专利文献1、2的情况下，若将轴承压入轴，则壳体侧形成为间隙配合，因此在轴承与壳体之间存在空气层，从而无法确保从轴承向壳体的散热路径。
在专利文献3的情况下，对轴承与树脂制壳体进行一体成型，因此在轴承与树脂制壳体之间不存在空气层，导热不受阻碍，但最终散热路径由树脂形成，因此散热率较低。虽在采用高散热性能树脂来构成壳体的情况下能够期待散热率的提高，但成本增高。
另外，在专利文献1～3中无法期待振动衰减的效果。
在专利文献4的情况下，虽在轴承与壳体之间设置容差环来使振动衰减，但容差环为线接触，因此轴承的散热效果较低。
在专利文献5的情况下，虽通过在轴承与壳体之间设置O型环来使振动衰减，但O型环为线接触，因此轴承的散热效果较低。另外，在组装时，O型环的压缩应力施加于轴向，因此组装性变差。
在专利文献6的情况下，虽在轴承与壳体之间设置高振动衰减金属来使振动衰减，但由于高振动衰减金属具有处于高温则振动衰减效果大幅度降低的特性，所以需要在轴承与高振动衰减金属之间夹设低热传导部件，从而无法确保从轴承向壳体的散热路径。
这样，在上述专利文献1～6的结构中存在仅能够期待散热与振动 衰减的任一方的效果的课题。因此，为了获得散热与振动衰减的双方的效果，组合使用专利文献1～3的散热构造与专利文献4～6的振动衰减构造，从而导致构造的复杂化、组装性变差、以及高成本化等。
实用新型内容
本实用新型是为了解决如上所述的课题而产生的，其目的在于提供容易获得散热以及振动衰减的效果的轴承构造、以及使用了该轴承构造的电动机。
本实用新型的电动机具备轴套，其包括圆筒形状的树脂部件以及覆盖该树脂部件的至少内外周面的金属部件，上述轴套设置于滚珠轴承的外圈与壳体之间，金属部件与滚珠轴承的外圈以及壳体分别面接触。
另外，轴套的金属部件的沿轴的旋转轴向的剖面为U字形，该U字的折弯部为多边形状。
另外，轴套通过变更树脂部件的材质以及硬度的任一方或者双方，来调整共振倍率以及共振频率的任一方或者双方。
另外，轴套的树脂部件具有散热性。
另外，轴套通过向金属部件注入具有热固化性或者湿固化性的树脂部件而形成。
另外，轴套被压入滚珠轴承的外圈与壳体之间。
另外，壳体由铝构成。
本实用新型的轴承构造具备：润滑脂封入式滚珠轴承，其将固定于内圈侧的第1部件与固定于外圈侧的第2部件支承为能够相对旋转；以及轴套，其包括圆筒形状的树脂部件以及覆盖该树脂部件的至少内外周面的金属部件，上述轴套设置于滚珠轴承的外圈与第2部件之间，金属部件与滚珠轴承的外圈以及第2部件分别面接触。
根据本实用新型，通过将主要担负轴的振动衰减功能的树脂部件、与主要担负滚珠轴承的散热功能的金属部件形成为一体而构成轴套，从 而能够容易获得振动衰减以及散热的效果。并且，通过使金属部件与滚珠轴承以及壳体进行面接触，能够提高从滚珠轴承经由轴套而向壳体的散热性能。
根据本实用新型，通过将主要担负第1部件的振动衰减功能的树脂部件、与主要担负滚珠轴承的散热功能的金属部件形成为一体而构成轴套，从而能够容易获得振动衰减以及散热的效果。并且，通过使金属部件与滚珠轴承以及第2部件进行面接触，能够提高从滚珠轴承经由轴套而向第2部件的散热性能。
附图说明
图1是表示本实用新型的实施方式1的电动机的结构的剖视图。
图2是将图1的A框内的构造放大的图。
图3是表示使用在实施方式1的电动机的轴套的共振曲线的图表。
图4是表示使用在实施方式1的电动机的轴套的共振曲线的图表。
具体实施方式
以下，为了对本实用新型更详细地进行说明，根据附图对用于实施本实用新型的方式进行说明。
实施方式1.
如图1所示，电动机1具备：收容电动机主体2的马达壳体6；将轴3支承为能够旋转的润滑脂封入式滚珠轴承10；收容一方的滚珠轴承10的轴承壳体7；以及安装于滚珠轴承10的外圈12侧的轴套20。
电动机主体2主要具备：轴3；固定于轴3的转子4；以及以包围转子4的方式设置于马达壳体6的定子5等。对于上述部件以外的结构(线圈等)省略图示。作为电动机主体2，假定为具有约3万rpm～10万rpm左右的转速的高速旋转用的马达构造(例如，磁感应子型马达构造)的机构，但并不限定于此。
两个滚珠轴承10分别间隙配合于轴3的两端部，将轴3(第1部件) 与壳体6、7(第2部件)支承为能够相对旋转。该滚珠轴承10通过在内圈11与外圈12之间夹设有多个滚珠13并封入润滑脂而成。内圈11与轴3接触，外圈12与马达壳体6侧或轴承壳体7侧的轴套20接触。另外，利用加压弹簧9进行施力而将设置于马达壳体6的一方的滚珠轴承10沿轴向固定。
使用在高速旋转用电动机主体2的滚珠轴承10的内部发热较高，因此确保散热性能很重要。另外，还需要使高速旋转的轴3的振动衰减。因此，在本实施方式1中，使用具有散热与振动衰减的功能的轴套20。
如图2的放大图所示，轴套20由圆筒形状的树脂部件21和覆盖树脂部件21的至少内外周面的金属部件22构成。金属部件22通过切削或者冲压(拉深加工)被制成剖面U字形的圆环形状，并向其内侧注入树脂材料而成型树脂部件21。在注入时，通过管理注入树脂量来防止在金属部件22与树脂部件21之间产生间隙的情况。这是因为若产生间隙，则轴套20的导热效率变差。
将该轴套20压入并嵌合于滚珠轴承10，使金属部件22的内周面侧与滚珠轴承10的外圈12面接触，并且使金属部件22的外周面侧与马达壳体6或轴承壳体7面接触。通过压入轴套20与滚珠轴承10，来防止在面接触部分产生间隙的情况。另外，由于轴套20为面接触，所以滚珠轴承10、轴套20、以及马达壳体6(或者轴承壳体7)之间的导热效率提高，散热性能提高。
马达壳体6以及轴承壳体7使用热传导率高的铝，例如通过压铸成型来制作。另外，优选在马达壳体6的与轴套20对置的外周部设置散热片6a，来提高散热性能。同样，优选在轴承壳体7的与轴套20对置的外周部设置散热片7a，来提高散热性能。
另外，虽省略图示，但也可以在马达壳体6以及轴承壳体7设置水冷通路等，来提高散热性能。
滚珠轴承10所产生的大部分热量经由金属部件22向马达壳体6导热(图2的热传递路径B1)，并从散热片6a散热(图2的散热路径C)。
另外，滚珠轴承10所产生的热量的一部分经由外圈12侧的金属部 件22、树脂部件21、马达壳体6侧的金属部件22向马达壳体6导热(图2的热传递路径B2)，并从散热片6a散热(图2的散热路径C)。
虽省略图示，但设置于轴承壳体7的滚珠轴承10也构成同样的热传递路径与散热路径。
此处，对轴套20详细地进行说明。
树脂部件21形成为包围滚珠轴承10的圆筒形状。该树脂部件21主要担负使轴3的振动衰减的功能，能够通过变更树脂材料(或者橡胶材料)而变更硬度来调整振动衰减效果。例如，在对硅系或者丁基系橡胶材料(高分子材料)附加衰减效果的情况下，向基底的橡胶材料添加碳(carbon)以及树脂填料等。此时，能够通过增减添加量来变更振动衰减效果的大小。
因此，能够不伴随轴套20的形状变更而对振动衰减性能进行管理。
在图3以及图4中示出了轴套20的共振曲线。各图表的横轴为频率，纵轴为共振倍率。在图3中，若增高树脂部件21的硬度，则共振曲线从L0变化为L1，共振频率(固有频率)从f0上升至f1。另一方面，在图4中，若降低树脂部件21的硬度，则共振曲线从L0变化为L2，共振倍率从p0下降至p2。
因此，根据作为振动源的轴3的频率，变更树脂部件21的硬度，并调整共振频率以及共振倍率的任一方或者双方，从而能够调整振动衰减性能。
另外，轴套20因滚珠轴承10的发热而温度上升，因此对于树脂部件21优选使用热固化性树脂材料。
并且，为了提高经由图2所示的热传递路径B2的散热性能，优选对树脂部件21使用具有至少0.3W/mK以上的散热性能的树脂材料。
能够通过变更树脂部件21的树脂材料(或者橡胶材料)来调整散热效果。
通常，在使树脂材料(聚苯硫醚；PPS、尼龙、环氧树脂)高散热 化的情况下，向基底的树脂材料添加高导热性填料。此时，能够通过增减添加量来变更散热效果的大小。
因此，能够不伴随轴套20的形状变更而对散热性能进行管理。
另一方面，轴套20的金属部件22是沿轴3的旋转轴向的剖面形成为U字形的圆环部件，并覆盖树脂部件21。该金属部件22主要担负将滚珠轴承10的发热向马达壳体6或轴承壳体7导热而进行散热的功能，并使用具有热传导性的金属材料构成。
另外，金属部件22优选使用比滚珠轴承10的外圈12刚性低的金属材料(例如，弹簧钢材料)。由此，在将轴套20压入滚珠轴承10时，抑制滚珠轴承10的外圈12的变形，不使滚珠轴承10的内部间隙减少。
另外，对金属部件22的U字的开口侧的内周缘部实施C倒角或者R倒角来设置倒角部23。该倒角部23在将轴套20压入滚珠轴承10时作为引导部发挥功能。由此，轴套20的组装性能提高。
并且，使金属部件22的U字的折弯部24侧的内周缘部在多个位置弯曲来设置多边部25。该多边部25在将轴套20压入滚珠轴承10时积极变形，吸收施加于折弯部24的应力，因此能够确保金属部件22与外圈12的面接触。
接下来，对电动机1的组装顺序的一个例子进行说明。在本例中，最初组装马达壳体6侧，接着组装轴承壳体7侧，但也可以为相反的顺序。
首先，将轴套20压入马达壳体6侧的滚珠轴承10，从而将该轴套20压入马达壳体6。接着，将加压弹簧9设置于滚珠轴承10的一个端面，利用轴套20的内径定位加压弹簧9。接着，将轴3间隙配合于滚珠轴承10。由此成为在马达壳体6组装有滚珠轴承10、轴套20以及轴3的状态。
接着，将轴套20压入轴承壳体7侧的滚珠轴承10，从而将该轴套20压入轴承壳体7。接着，将组装于马达壳体6的轴3间隙配合于轴承壳体7侧的滚珠轴承10。最后利用带8(或者螺栓等)紧固轴承壳体7 与马达壳体6的对接部分。
以上，根据实施方式1，轴套20由圆筒形状的树脂部件21以及覆盖该树脂部件21的至少内外周面的金属部件22构成，并设置于滚珠轴承10的外圈12与马达壳体6(或者轴承壳体7)之间，金属部件22构成为与滚珠轴承10的外圈12以及马达壳体6(或者轴承壳体7)分别面接触。因此，能够容易地利用一个部件获得散热以及振动衰减的效果。另外，由于金属部件22与滚珠轴承10的外圈12以及马达壳体6(或者轴承壳体7)面接触，所以经由热传递路径B2(图2所示)的散热性能提高。
另外，根据实施方式1，轴套20的金属部件22的沿轴3的旋转轴向的剖面为U字形，将该U字的折弯部24在多个位置弯曲而形成为多边部25。
因此，能够经由剖面U字形的金属部件22所构成的热传递路径B1(图2所示)高效地对滚珠轴承10的热量进行散热。另外，在将轴套20压入滚珠轴承10时，多边部25积极变形，吸收施加于金属部件22的内周面的应力，因此能够确保金属部件22与滚珠轴承10的外圈12的面接触。
另外，根据实施方式1，轴套20能够通过变更树脂部件21的材质以及硬度的任一方或者双方，来调整共振倍率以及共振频率的任一方或者双方。由此，能够不变更轴套20的形状而使振动衰减性能提高。
另外，根据实施方式1，由具有散热性能的树脂材料构成轴套20的树脂部件21，因此能够不变更轴套20的形状而使散热性能提高。
另外，根据实施方式1，轴套20是通过向金属部件22注入具有热固化性的树脂部件21而成，因此能够不在金属部件22与树脂部件21之间产生间隙，从而能够获得高导热效率。另外，通过使用热固化性的树脂部件21，无需封堵剖面U字形的金属部件22的开口部。
并且，作为树脂部件21也可以使用湿固化树脂。
另外，根据实施方式1，由于将轴套20压入滚珠轴承10的外圈12 与马达壳体6(或者轴承壳体7)之间，所以能够使之无间隙地紧贴。因此，能够将滚珠轴承10的热量经由轴套20从马达壳体6(或者轴承壳体7)向外部高效地散热。
另外，根据实施方式1，由于由热传导率高的铝构成马达壳体6以及轴承壳体7，所以能够高效地散热。
另外，在上述说明中，对将具备滚珠轴承10与轴套20的轴承构造应用于电动机1的例子进行了说明，但还能够将其应用于机床等。
应予说明，本实用新型能够在其实用新型范围内对实施方式的任意的构成要素进行变形、或省略实施方式的任意的构成要素。
工业上的利用可行性
如以上那样，本实用新型的轴承构造在润滑脂封入式滚珠轴承与壳体之间设置有具有散热以及振动衰减的效果的轴套，因此适于使用在高速旋转用的电动机等。
附图标记说明
1…电动机；2…电动机主体；3…轴(第1部件)；4…转子；5…定子；6…马达壳体(第2部件)；6a、7a…散热片；7…轴承壳体(第2部件)；8…带；9…加压弹簧；10…滚珠轴承；11…内圈；12…外圈；13…滚珠；20…轴套；21…树脂部件；22…金属部件；23…倒角部；24…折弯部；25…多边部。

Claims (8)

1.一种电动机，具备：
轴，其固定有转子；
壳体，其以包围所述转子的方式设置有定子；以及
润滑脂封入式滚珠轴承，其将所述轴支承为能够相对于所述壳体旋转，
所述电动机的特征在于，
具备轴套，其包括圆筒形状的树脂部件以及覆盖该树脂部件的至少内外周面的金属部件，所述轴套设置于所述滚珠轴承的外圈与所述壳体之间，所述金属部件与所述滚珠轴承的外圈以及所述壳体分别面接触。
2.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于，
所述轴套的所述金属部件的沿所述轴的旋转轴向的剖面为U字形，该U字的折弯部为多边形状。
3.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于，
所述轴套通过变更所述树脂部件的材质以及硬度的任一方或者双方，来调整共振倍率以及共振频率的任一方或者双方。
4.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于，
所述轴套的所述树脂部件具有散热性。
5.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于，
所述轴套以如下方式形成，即：通过向所述金属部件注入具有热固化性或者湿固化性的所述树脂部件而成。
6.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于，
所述轴套被压入所述滚珠轴承的外圈与所述壳体之间。
7.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于，
所述壳体由铝构成。
8.一种轴承构造，其特征在于，具备：
润滑脂封入式滚珠轴承，其将固定于内圈侧的第1部件与固定于外圈侧的第2部件支承为能够相对旋转；以及
轴套，其包括圆筒形状的树脂部件以及覆盖该树脂部件的至少内外周面的金属部件，所述轴套设置于所述滚珠轴承的外圈与所述第2部件之间，所述金属部件与所述滚珠轴承的外圈以及所述第2部件分别面接触。
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