JP2004266968A

JP2004266968A - アキシャルギャップ型電動機

Info

Publication number: JP2004266968A
Application number: JP2003056542A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Yamada; 伸一山田; Hisao Igarashi; 久男五十嵐; Tomonori Kojima; 智則小嶋; Takayuki Shinohara; 孝之篠原
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】安価なラジアル軸受を使用して、長寿命な軸受構造を有するアキシャルギャップ型電動機を提供する。
【解決手段】第１ラジアルボールベアリング７ａの外輪７１ａを支持する第１ベアリング収納部８１と、第２ラジアルボールベアリング７ｂの外輪７１ｂを支持する第２ベアリング収納部８２とを有する軸受ハウジング８を備え、第１ベアリング収納部８１に第１ラジアルボールベアリング７ａをそのボール軌道に歪みを与えない程度に圧入し、第２ベアリング収納部８２内に予圧バネ８６と第２ラジアルボールベアリング７ｂとを挿入し、第２ベアリング収納部８２の外周にスリーブ８５を嵌入してベアリング７の外輪７１を固定する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円盤状に形成されたステータの軸方向に対してロータが所定の間隙をもって対向配置されるアキシャルギャップ型電動機に関し、さらに詳しくいえば、上記ロータの出力軸をラジアルボールベアリングを介してステータにて軸支する際のがたつきを防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アキシャルギャップ型電動機は、円盤状に形成されたステータの軸方向に対して、同じく円盤状に形成されたロータが所定の空隙をもって対向配置した電動機であり、通常のモータに比べてブラケットを薄型に設計できることから、電動機付き自転車やＦＤ（フロッピィーディスク）ドライブなどの駆動用モータとして好ましく用いられている。
【０００３】
ところで、この種の電動機においては、ブラケットの軸方向スペースが薄型であるが故に出力軸の軸受構造の設置場所が限られる。その一例として、特許文献１においては、ステータの内径側に２つのラジアルボールベアリングを収納して、ロータの出力軸を２点で軸支するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３５６０１７号公報（図３参照）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ステータの内径内に２つのラジアルボールベアリングを配置する場合、次のような問題があった。すなわち、その軸間距離が大きく取れないため、その外輪および内輪をステータ側と出力軸側とにそれぞれ圧入してロータ出力軸のガタを強制的に押さえ込むようにすると、圧入によってベアリング内のボール軌道に歪みが生じやすく、その歪みによってラジアルボールベアリングの動作寿命が短くなるおそれがあった。
【０００６】
これを防止するには、より軸受精度の高いベアリングを用いたり、ラジアルボールベアリングとスラストベアリングとを複数個駆使して、動作寿命の長い軸受構造とすればよいのであるが、この方法では製作コストが高くつく。
【０００７】
また、高精度なベアリングを用いたとしても、２つのラジアルボールベアリング間の軸間距離が短いため、ロータ出力軸のがたつきをほぼ完璧に押さえ込むことは困難である。
【０００８】
そこで、本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであって、その目的は、安価なラジアルボールベアリングを使用して、長寿命かつ高精度な軸受構造を有するアキシャルギャップ型電動機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明は、出力軸を有するロータと、内径側に上記出力軸に対する軸受部を有するステータとを含み、上記ロータと上記ステータとが、上記出力軸上でその軸線方向に沿って所定の間隙をもって対向的に配置されているアキシャルギャップ型電動機において、上記軸受部は、各内輪が上記出力軸に圧入固定される第１，第２の２つのラジアルボールベアリングと、上記ステータの内径側に一体的に固定されるほぼ円筒状に形成された軸受ハウジングとを備え、上記軸受ハウジングには、その一端側から上記第１ラジアルボールベアリングの外輪が収納される第１ベアリング収納部と、他端側から上記第２ラジアルボールベアリングの外輪が収納される第２ベアリング収納部とが設けられているとともに、上記第１，第２ベアリング収納部間には仕切壁が形成されており、上記第１ベアリング収納部は、その内径がベアリング内のボール軌道に歪みを与えない程度に上記第１ラジアルボールベアリングの外輪を圧入し得る大きさに形成されており、上記第２ベアリング収納部は、その内径が上記第２ラジアルボールベアリングの外輪を緩く嵌合し得る大きさに形成されているとともに、上記仕切壁と上記第２ラジアルボールベアリングの外輪との間には予圧バネが介装されており、上記第２ベアリング収納部の外周には、同第２ベアリング収納部を強制的に縮径して上記第２ラジアルボールベアリングの外輪を固定するスリーブが設けられていることを特徴としている。
【００１０】
これによれば、第１ラジアルボールベアリングが圧入によって保持されていても、他方の第２ラジアルボールベアリングが適正予圧を付与された状態でスリーブを介して固定でき、安価なラジアルボールベアリングを使った高精度な軸受構造を得ることができる。
【００１１】
仕切壁はラジアルボールベアリングの内径に接触してはならないため、上記仕切壁の内径は、上記各ラジアルボールベアリングの内輪の外径よりも大径であることが好ましい。
【００１２】
予圧バネとしては、例えば弾性ゴムやＣリングなどの各種バネ部材が用いられるが、より各ボールベアリングに均等に予圧を付与するためには、上記予圧バネには、上記ラジアルボールベアリングの外輪を上記出力軸の軸線と平行な方向に付勢する波ワッシャバネが用いられることがより好ましい。
【００１３】
また、上記第１および第２ベアリング収納部には、上記第１および第２ベアリング収納部に可撓性を与えるためのすり割り溝が複数設けられていることが好ましい。さらに好ましくは、上記第１ベアリング収納部に設けられるすり割り溝と、上記第２ベアリング収納部に設けられるすり割り溝とが、互いに異なる位置に設けられている。これによれば、各ベアリング収納部の可撓性を容易にコントロールでき、ベアリングの取付作業性がよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型電動機の内部構造を概略的に示す断面図である。このアキシャルギャップ型電動機１は、円盤状に形成されたステータ２と、同ステータ２の両側に所定の間隙をもって対向配置される一対のロータ３１，３２とを備えている。
【００１５】
なお、このアキシャルギャップ型電動機１は、ステータ２の両側に一対のロータ３１，３２を配置しているが、いずれか一方のみであってもよい。ステータ２やロータ３１，３２を含む各種機構が実際には図示しないブラケット内に収納されているが、本発明においてブラケットの構成は任意のため、図示しないとともに、その説明は省略する。
【００１６】
ステータ２は、環状に形成されたステータコア５と、ロータ出力軸３３の軸受手段としてステータコア５の中心に配置される軸受部６とを備え、それらが合成樹脂２１によって一体的にモールド成型されている。各ロータ３１，３２は、回転駆動力を出力するロータ出力軸３３に対して同軸的に固定されている。
【００１７】
図２に示すように、軸受部６は、第１および第２の２つのラジアルボールベアリング７ａ，７ｂと、各ラジアルボールベアリング７ａ，７ｂを支持し、ステータ２に対して一体的に固定される軸受ハウジング８とを備えている。
【００１８】
第１ラジアルボールベアリング７ａ（図２では左側）は、外輪７１ａと内輪７２ａとの間に転動体７３ｃが挟まれた、いわゆる深溝玉タイプのラジアルボールベアリングからなり、内輪７２ａはロータ出力軸３３に対して圧入固定される。
【００１９】
同様に、第２ラジアルボールベアリング７ｂ（図２では右側）は、外輪７１ｂと内輪７２ｂとの間に転動体７３ｂが挟まれた、いわゆる深溝玉タイプのラジアルボールベアリングからなり、この第２ラジアルボールベアリング７ｂにおいても内輪７２ｂはロータ出力軸３３に対して圧入固定される。
【００２０】
なお、この例において、各ラジアルボールベアリング７ａ、７ｂは、いずれも深溝玉タイプのラジアルボールベアリングが用いられているが、ほかのラジアルボールベアリング（玉軸受）であってもよいし、ころ軸受であってもよい。
【００２１】
軸受ハウジング８は、合成樹脂の成型品からなり、軸方向（図２では左右方向）に沿って円筒状に形成されている。軸受ハウジング８には、第１ボールベアリング７ａの外輪７１ａを支持する第１ベアリング収納部８１と、第２ボールベアリング７ｂの外輪７１ｂを支持する第２ベアリング収納部８２とが設けられている。
【００２２】
第１ベアリング収納部８１と第２ベアリング収納部８２との間には、ロータ出力軸３３を挿通可能な挿通孔８３１を有する仕切壁８３が形成されている。この仕切壁８３は、各ラジアルボールベアリング７ａ、７ｂの内輪７２ａ、７２ｂに接触しない程度のフランジ状に形成されている。
【００２３】
軸受ハウジング８の外周には、環状の鉤部８４が形成されている。鉤部８４は、軸受ハウジング８をステータコア５とともに合成樹脂２１によって一体的に樹脂モールドする際、合成樹脂２１の溶融樹脂が入り込んで軸受ハウジング８を固定する。この例において、鉤部８４はリング状に形成されているが、少なくとも溶融樹脂に対する固定（ストッパ）効果が得られる構造を備えていれば適宜選択してよい。
【００２４】
図３（ａ）および図４を併せて参照して、第１ベアリング収納部８１は、ロータ出力軸３３の軸線を中心に同軸的に形成された円筒状を有し、その内径が第１ラジアルボールベアリング７ａの作動隙間をなくさない程度に圧入可能な大きさとされている。
【００２５】
第１ベアリング収納部８１の周壁には、すり割り溝８１１が複数にわたって設けられている。すり割り溝８１１は、所定の間隔を持って第１ラジアルボールベアリング７ａに対する保持力を調節するためであり、この例においては、６０°間隔で６カ所設けられている。なお、すり割り溝の形状および数は、使用する第１ラジアルボールベアリング７ａの形状に合わせて任意に選択できる。
【００２６】
図３（ｂ）および図４を参照して、第２ベアリング収納部８２は、ロータ出力軸３３の軸線を中心に同軸的に形成された円筒状を有し、その内径が第２ラジアルボールベアリング７ｂを隙間バメ可能な大きさ、すなわち手などによっても無理な力を加えることなくにスムーズに装着可能な大きさに形成されている。
【００２７】
この第２ベアリング収納部８２の周壁にも、すり割り溝８２１が複数にわたって設けられている。すり割り溝８２１は、所定の間隔を持って第２ラジアルボールベアリング７ｂに対する保持力を調節する目的で形成され、この例において、９０°間隔で４カ所設けられている。なお、すり割り溝の形状および数は、使用する第２ラジアルボールベアリング７ｂの形状に合わせて任意に選択できる。
【００２８】
第２ベアリング収納部８２内には、各ラジアルボールベアリング７ａ、７ｂの外輪７１ａ、７１ｂに対して適正予圧を付与するための予圧バネ８６が仕切壁８３と第２ボールベアリング７ｂとの間に介装されている。
【００２９】
この例において、予圧バネ８６は、各ボールベアリング７ａ、７ｂの外輪７１ａ、７１ｂに対して約３ｋＮの予圧を与える波目ワッシャからなる。
【００３０】
第２ベアリング収納部８２は、第２ボールベアリング７ｂを隙間バメ可能な大きさに形成されているため、第２ボールベアリング７ｂを固定する必要がある。そこで、第２ベアリング収納部８２の外周には、第２ベアリング収納部８２を介して第２ボールベアリング７ｂの外輪を固定するスリーブ８５が設けられている。
【００３１】
スリーブ８５は、金属製のリング体からなり、第２ベアリング収納部８２の外径に対して小径な内径を有する。これによれば、スリーブ８５を第２ベアリング収納部８２の外周に嵌入することにより、第２ベアリング収納部８２を締め付けて、その内部ある第２ボールベアリング７ｂの外輪７１ｂを固定することができる。
【００３２】
なお、スリーブ８５の内径は、第２ベアリング収納部８２に嵌入した際に、第２ボールベアリング７ｂの作動隙間が無くならない程度に固定される保持力を発生するものがより好ましい。
【００３３】
なお、本発明においてスリーブ８５は、金属製のリング体を用いているが、例えばこのリング体の一部に切り込み溝を設けてバネ弾性によって第２ベアリング収納部８２を固定するようにしてもよい。
【００３４】
次に、図４を参照して、このアキシャルギャップ型電動機１の組立手順の一例を説明する。なお、図４において軸受ハウジング８は、図示しないステータ２に対してモールド成型されている。
【００３５】
まず、ロータ出力軸３３に対して、第１ラジアルボールベアリング７ａを圧入固定する。圧入するにあたっては、内輪７２ａが変形しないように、ベアリングの側面を抑えながら圧入することが好ましい。
【００３６】
次に、第１ラジアルボールベアリング７ａが取り付けられたロータ出力軸３３の先端を軸受ハウジング８（ステータ２）の挿通孔８６１（図２）の左側から差し込む。このとき、第１ラジアルボールベアリング７ａを軸受ハウジング８の第１ベアリング収納部８１に圧入する。
【００３７】
あらかじめ第２ベアリング収納部８２内に予圧バネ８６を挿入しておき、ロータ出力軸３３の先端から第２ラジアルボールベアリング７ｂを圧入しながら、第２ラジアルボールベアリング７ｂを軸受ハウジング８１の第２ベアリング収納部８２内に収納する。
【００３８】
このときも、内輪７２ｂが変形しないように、ベアリングの側面を抑えながら圧入することが好ましい。最後に、スリーブ８５で第２ベアリング収納部８２の外周を締め付けることで、ステータ２に各ラジアルボールベアリング７ａ、７ｂが組み込まれ、ロータ回転軸３３が軸支される。
【００３９】
これによれば、予圧バネ８６によって第１ラジアルボールベアリング７ａの外輪７１は仕切壁８３を介して左方向（図２）に押圧され、第２ラジアルボールベアリング７ｂの外輪７１ｂは、右方向（図２）にそれぞれ押圧されることで、内輪７２ａ、７２ｂとの間において適正な軸受精度が保持される。
【００４０】
最後に、ロータ出力軸３３の両側からロータ３１，３２を圧入固定することで、アキシャルギャップ型電動機１としてのドライブ機構が完成する。これによれば、あらかじめロータ回転軸３３が高精度で軸受されているため、ステータ２とロータ３１，３２との間隙も高精度に管理できる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、軸受ハウジングに第１ラジアルボールベアリングの外輪が収納される第１ベアリング収納部と、第２ラジアルボールベアリングの外輪が収納される第２ベアリング収納部とを設け、第１，第２ベアリング収納部間に仕切壁を形成し、第１ベアリング収納部にその内径がベアリング内のボール軌道に歪みを与えない程度に第１ラジアルボールベアリングの外輪を圧入し、第２ベアリング収納部に、その内径が第２ラジアルボールベアリングの外輪を緩く嵌合して、仕切壁と第２ラジアルボールベアリングの外輪との間に予圧バネを介装するとともに、スリーブを用いて第２ベアリング収納部の外周を強制的に縮径して第２ラジアルボールベアリングの外輪を固定することにより、内輪の移動が固定されている場合でも、外輪が予圧バネによって内輪に対して適正位置に保持されていることにより、安価なラジアルボールベアリングを使った高精度な軸受構造を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型電動機の内部構造を概略的に示す断面図。
【図２】軸受部の要部断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図およびＢ−Ｂ線断面図。
【図４】軸受部の構成を模式的示した分解斜視図。
【符号の説明】
１アキシャルギャップ型電動機
２ステータ
３ロータ
４ロータ出力軸
５ステータコア
６軸受部
７ベアリング
８軸受ハウジング
８１第１ベアリング収納部
８２第２ベアリング収納部
８３仕切壁
８４鉤部
８５スリーブ
８６予圧バネ

Claims

出力軸を有するロータと、内径側に上記出力軸に対する軸受部を有するステータとを含み、上記ロータと上記ステータとが、上記出力軸上でその軸線方向に沿って所定の間隙をもって対向的に配置されているアキシャルギャップ型電動機において、
上記軸受部は、各内輪が上記出力軸に圧入固定される第１，第２の２つのラジアルボールベアリングと、上記ステータの内径側に一体的に固定されるほぼ円筒状に形成された軸受ハウジングとを備え、
上記軸受ハウジングには、その一端側から上記第１ラジアルボールベアリングの外輪が収納される第１ベアリング収納部と、他端側から上記第２ラジアルボールベアリングの外輪が収納される第２ベアリング収納部とが設けられているとともに、上記第１，第２ベアリング収納部間には仕切壁が形成されており、
上記第１ベアリング収納部は、その内径がベアリング内のボール軌道に歪みを与えない程度に上記第１ラジアルボールベアリングの外輪を圧入し得る大きさに形成されており、
上記第２ベアリング収納部は、その内径が上記第２ラジアルボールベアリングの外輪を緩く嵌合し得る大きさに形成されているとともに、上記仕切壁と上記第２ラジアルボールベアリングの外輪との間には予圧バネが介装されており、
上記第２ベアリング収納部の外周には、同第２ベアリング収納部を強制的に縮径して上記第２ラジアルボールベアリングの外輪を固定するスリーブが設けられていることを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。
上記仕切壁の内径は、上記各ラジアルボールベアリングの内輪の外径よりも大径である請求項１に記載のアキシャルギャップ型電動機。
上記予圧バネには、上記ラジアルボールベアリングの外輪を上記出力軸の軸線と平行な方向に付勢する波ワッシャバネが用いられる請求項１または２に記載のアキシャルギャップ型電動機。
上記第１および第２ベアリング収納部には、上記各ベアリング収納部に可撓性を与えるためのすり割り溝が複数設けられている請求項１，２または３に記載のアキシャルギャップ型電動機。
上記第１ベアリング収納部に設けられるすり割り溝と、上記第２ベアリング収納部に設けられるすり割り溝とが、互いに異なる位置に設けられている請求項４に記載のアキシャルギャップ型電動機。