JP2005341653A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動機の動作時における発熱や遠心力による変形を抑制でき、エアギャップを小さくでき、かつロータとステータとの同軸度を確保することが容易な電動機を提供する。
【解決手段】 電動機はモータロータ１とモータステータ２とを有しており、モータロータ１とモータステータ２に取付けられたコイル４との間に転がり軸受３が配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動機に関し、特に小型で軽量な産業用の電動機に関するものである。

従来から小型で軽量なモータの開発が広範囲で検討されており、放熱性の向上を検討した例としては、特開平１０−２４３６１８号公報がある。

この公報には、シャフトの外周部に取付けられたロータと、そのロータの外周部に対向して配設されたステータコアと、ステータコアのスロットに巻き込まれた電線とを有する電動機が開示されている。この電動機においては、モータとステータとはエアギャップを介して対向している。
特開平１０−２４３６１８号公報

上記公報に開示された電動機には以下の問題点があった。

（１） 電動機の動作時にステータコアが主に発熱し、それによりステータコアおよびロータに変形が生じる。また電動機の動作時の遠心力によってもロータに変形が生じる。

（２） 電動機の発熱および遠心力によりステータコアおよびロータに変形が生じるため、この変形を見込んだ隙間が必要となり、電動機のエアギャップを大きくする必要がある。エアギャップが大きくなると磁石の吸引力がエアギャップの２乗に反比例するため、ロータとステータコア間（つまりエアギャップ部）の磁束密度が低くなり、電動機の出力をアップすることができない。

（３） ロータとステータとの組み立て誤差を考慮すると、エアギャップが大きくなる。

（４） ロータとステータとの同軸度を確保することが難しい。

それゆえ本発明の目的は、電動機の動作時における発熱や遠心力による変形を抑制でき、エアギャップを小さくでき、かつロータとステータとの同軸度を確保することが容易な電動機を提供することである。

本発明の電動機は、ロータとステータとを有する電動機において、ロータとステータとの間およびロータとロータに取付けられたコイルとの間の少なくともいずれかに１組以上の軸受が配置されていることを特徴とするものである。

本発明の電動機によれば、ロータとステータとの間およびロータとステータに取付けられたコイルとの間の少なくともいずれかに１組以上の軸受が配置されていることにより、ロータおよびステータなどが軸受の転動体もしくは軌道輪により押さえ付けられている。このため、ロータおよびステータが電動機の動作時における発熱や遠心力によって変形することを抑制できる。

また電動機の動作時における発熱によるロータおよびステータの変形を抑制できるため、ロータとステータとの間のエアギャップを小さくすることができ、電動機の出力を向上することができる。

またロータとステータが軸受の転動体によって隙間管理できるので、組立誤差を考慮する必要がなく電動機のエアギャップを小さくすることができ、またロータとステータとの同軸度を確保することが容易となる。

またロータとステータとの間およびロータとステータに取付けられたコイルとの間の少なくともいずれかに１組以上の軸受を配置することにより、電動機と軸受とが一体になっているので、電動機自体をコンパクトにすることができる。

またロータおよびステータの変形を抑制できるため、変形による回転中心に対する重量のアンバランス量を低減することもできる。

上記の電動機において好ましくは、軸受が転動体と保持器とからなる。

この転動体によりロータおよびステータなどが押さえ付けられるため、ロータおよびステータが電動機の動作時における発熱や遠心力によって変形することを抑制できる。

上記の電動機において好ましくは、ロータとステータとの径方向における転動体の寸法は１ｍｍ以下である。

これによりロータとステータとの径方向の間隔を小さくすることができるため、電動機の出力向上を期待できる。なお、ロータとステータとの径方向における転動体の寸法は０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。

上記の電動機において好ましくは、ロータとステータとの互いに対向する面が転走面を兼ねる。

これにより軌道輪を省略することができ、構成部品の簡素化を図ることができる。

上記の電動機において好ましくは、軸受はコイルエンドに配置されている。

上記の電動機において好ましくは、軸受は動圧軸受である。

これにより電動機のコンパクト化がさらに容易となる。

上記の電動機において好ましくは、ロータとステータとの互いに対向する面が動圧軸受面を兼ねる。

上記の電動機において好ましくは、軸受は非磁性の材質からなっている。

上記の電動機において好ましくは、転動体は非磁性の材質からなっている。

このように軸受全体や少なくとも転動体を非磁性の材質から構成することにより、電動機で生じる磁場に影響を与えることがないため、電動機の性能を損ねることはない。

上記の電動機において好ましくは、ロータは回転軸に結合され、ロータおよび回転軸の少なくともいずれかにはロータおよび回転軸を結合するための加工が施されている。

上記の電動機において好ましくは、ロータにスプライン加工が施されている。

このようにロータに回転体との結合の加工（好ましくはスプライン加工）が施されているので、モータの組立が容易である。

以上説明したように本発明の電動機によれば、電動機の動作時における発熱や遠心力による変形を抑制でき、エアギャップを小さくでき、かつロータとステータとの同軸度を確保することが容易となる。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電動機の構成を概略的に示す断面図である。図１を参照して、本実施の形態の電動機（モータ）は、モータロータ１と、モータステータ２と、転がり軸受３と、コイル４と、転がり軸受支持部材５とを有している。モータロータ１の外周をモータステータ２が取囲むように配置されており、モータステータ２にはコイル４が取付けられている。コイル４の端部（コイルエンド）には転がり軸受支持部材５が取付けられており、転がり軸受支持部材５とモータロータ１との間に転がり軸受３が配置されている。転がり軸受３と転がり軸受支持部材５とは両側のコイルエンドの双方に配置されている。

なお、転がり軸受支持部材５は、モータステータ２に溶接やリベットなどで一体化されている。

転がり軸受３は、たとえばモータロータ１の外周面に取付けられた内輪と、転がり軸受支持部材５の内周面に取付けられた外輪と、その内輪および外輪間に配置された複数の転動体と、その複数の転動体の各々を保持するための保持器とを有している。この転がり軸受３の全ての構成要素（内輪、外輪、転動体、保持器など）が非磁性の材質からなっていることが好ましく、また少なくとも転動体が非磁性の材質からなっていることが好ましい。

本実施の形態によれば、モータロータ１とコイル４との間に転がり軸受３が配置されることにより、モータロータ１およびモータステータ２が転がり軸受３の転動体および軌道輪により押さえ付けられている。このため、モータロータ１およびモータステータ２が電動機の動作時における発熱や遠心力によって変形することを抑制できる。

また電動機の動作時における発熱によるモータロータ１およびモータステータ２の変形を抑制できるため、モータロータ１とモータステータ２との間のエアギャップを小さくすることができ、電動機の出力を向上することができる。

またモータロータ１とコイル４との間に転がり軸受３を配置することにより、電動機と転がり軸受３とが一体になっているので、電動機自体をコンパクトにすることができる。

またモータロータ１およびモータステータ２の変形を抑制できるため、変形による回転中心に対する重量のアンバランス量を低減することもできる。

さらに、転がり軸受３の材料を非磁性材料で構成すれば、電磁気的に空気と同じであり、磁場に影響を与えることがないので、モータの特性を損なうことはない。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施に形態２における電動機の構成を示す概略断面図である。図２を参照して、本実施の形態では、保持器付ころ軸受がモータロータ１とモータステータ２との間に配置されている。このため、図１に示す転がり軸受支持部材５は省略されている。

保持器付ころ軸受は、複数のころ６と、複数のころを保持するための保持器７とから構成されている。この保持器付ころ軸受は内輪および外輪を有しないため、モータロータ１の外径面とモータステータ２の内径面とが転がり軸受の転走面となっている。また保持器付ころ軸受のころ６と保持器７とは非磁性材料で製作されていることが好ましい。

なお、これ以外の構成については上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

またころ６の外径寸法でモータのエアギャップが確定するため、同軸度が容易に確保でき、組立誤差を考慮する必要もないため電動機のエアギャップを小さくすることができる。

モータの性能を考えると、ころ６の外径寸法（モータロータ１およびモータステータ２の半径方向の寸法）は１ｍｍ以下が好ましく、さらには０．５ｍｍ以下が好ましい。

（実施の形態３）
図３は、本発明の実施に形態３における電動機の構成を示す概略断面図である。図３を参照して、本実施の形態では、動圧軸受がモータロータ１とモータステータ２との間に配置されている。この動圧軸受は、動圧溝８を有している。本実施の形態においては、動圧溝８はモータロータ１の外周面に加工されている。また、モータステータ２には、エアギャップと動圧軸受との隙間を最適化するために、非磁性の筒状のスリーブ９が内挿されている。本実施の形態では、モータロータ１とモータステータ２との互いに対向する面が動圧軸受面を兼ねている。

なお、これ以外の構成については上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また動圧軸受を用いたことにより、電動機をさらに小型化することが可能となる。

また上記においてはモータロータ１の外周面に動圧溝８を加工した場合について説明したが、モータステータ２の内周面に動圧溝が加工されていてもよく、またモータロータ１の外周面とモータステータ２の内周面との双方に動圧溝が加工されていてもよい。

（実施の形態４）
図４は、本発明の実施に形態４における電動機の構成を示す概略断面図である。図４を参照して、本実施の形態では、モータロータ１の内周面と回転軸１２の外周面とにスプライン加工が施されており、モータロータ１と回転軸１２とを容易に係合できる。一方、モータステータ２はハウジング１１に圧入されて組み立てられている。

なお、これ以外の構成については上述した実施の形態２の構成とほぼ同じであるため、同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態によれば、モータロータ１の内周面と回転軸１２の外周面とにスプライン加工が施されているため、モータロータ１と回転軸１２とを容易に係合することができる。

また上記においては、モータロータ１と回転軸１２との結合をスプラインを例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、モータロータ１と回転軸１２との結合は、市販されているカップリングやフランジを利用したボルト締結などの方法で行われてもよい。またモータロータ１と回転軸１２とを結合するための加工はスプライン加工に限定されず、これ以外の加工であってもよい。

上記の実施の形態においては、ラジアルタイプの電動機について説明したが、本発明はアキシャル型の電動機に適用することもできる。

また上記の実施の形態においては、軸受を２組設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、１組以上の軸受を設けた構成全般に適用することができる。

また上記の実施の形態においてはモータロータ１がモータステータ２の内周側に位置するインナーロータタイプの電動機について説明したが、本発明はモータロータ１がモータステータ２の外周側に位置するアウターロータタイプの電動機にも適用することができる。

今回開示された実施の形態はすべ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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、小型で軽量な産業用の電動機に特に有利に適用することができる。

本発明の実施に形態１における電動機の構成を示す概略断面図である。 本発明の実施に形態２における電動機の構成を示す概略断面図である。 本発明の実施に形態３における電動機の構成を示す概略断面図である。 本発明の実施に形態４における電動機の構成を示す概略断面図である。

符号の説明

１ モータロータ、２ モータステータ、３ 転がり軸受、４ コイル、５ 転がり軸受支持部材、７ 保持器、８ 動圧溝、９ スリーブ、１１ ハウジング、１２ 回転軸。

Claims (11)

1. ロータとステータとを有する電動機において、前記ロータと前記ステータとの間および前記ロータと前記ステータに取付けられたコイルとの間の少なくともいずれかに１組以上の軸受が配置されていることを特徴とする、電動機。
2. 前記軸受が転動体と保持器とからなることを特徴とする、請求項１に記載の電動機。
3. 前記ロータと前記ステータとの径方向における前記転動体の寸法は１ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項２に記載の電動機。
4. 前記ロータと前記ステータとの互いに対向する面が転走面を兼ねることを特徴とする、請求項１に記載の電動機。
5. 前記軸受はコイルエンドに配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の電動機。
6. 前記軸受は動圧軸受であることを特徴とする、請求項１に記載の電動機。
7. 前記ロータと前記ステータとの互いに対向する面が動圧軸受面を兼ねることを特徴とする、請求項６に記載の電動機。
8. 前記軸受は非磁性の材質からなっていることを特徴とする、請求項１に記載の電動機。
9. 前記転動体は非磁性の材質からなっていることを特徴とする、請求項８に記載の電動機。
10. 前記ロータは回転軸に結合され、前記ロータおよび前記回転軸の少なくともいずれかには前記ロータおよび前記回転軸を結合するための加工が施されていることを特徴とする、請求項１に記載の電動機。
11. 前記ロータにスプライン加工が施されていることを特徴とする、請求項１０に記載の電動機。

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