(57)【要約】【課題】予圧の大きさを適宜変えることが可能な軸受の予圧機構を備えた回転機器を提供すること。【解決手段】シャフト４と、一側にあるシャフト４の一部分を支持する軸受８と、軸受８に固定されたマグネット１０と、シャフト４の長手方向において、マグネット１０に対向する電磁コイル１３と、を備え、マグネット１０と電磁コイル１３との間には磁気ギャップが設けられている、回転機器である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、
一側にある前記シャフトの一部分を支持する軸受と、
前記軸受に固定されたマグネットと、
前記シャフトの長手方向において、前記マグネットに対向する電磁コイルと、
を備え、
前記マグネットと前記電磁コイルとの間には磁気ギャップが設けられている、回転機器。
【請求項２】
前記軸受は、前記シャフトに固定された内周輪と、前記マグネットが固定された外周輪とを備える、請求項１に記載の回転機器。
【請求項３】
前記シャフトの長手方向において、前記マグネットと離間して対向する磁性部材を備え、 
前記電磁コイルは、前記磁性部材に巻き回されている、請求項１又は２に記載の回転機器。
【請求項４】
前記電磁コイルに流す電流又は電圧を制御する制御部を備える、請求項１〜３のいずれかに記載の回転機器。
【請求項５】
ハウジングを備え、
前記電磁コイルは、前記ハウジングに直接又は他の部材を介して支持され、
他側にある前記シャフトの一部分は、前記ハウジングに直接又は他の部材を介して回転自在に支持される、請求項１〜４のいずれかに記載の回転機器。
【請求項６】
前記電磁コイルに流す電流又は電圧を制御する制御部を備え、
前記制御部が、前記シャフトの他側に向けて前記軸受を変位させる磁界を生じさせる、請求項５に記載の回転機器。
【請求項７】
前記シャフトの長手方向において、前記電磁コイルが、前記軸受に対して、前記シャフトの一側に位置し、
前記シャフトの長手方向において、対向する、前記マグネット、及び、磁界を生じさせている前記電磁コイルの間に反発力が作用している、請求項５又は６に記載の回転機器。
【請求項８】
前記シャフトの長手方向において、前記電磁コイルが、前記軸受に対して、前記シャフトの他側に位置し、
前記シャフトの長手方向において、対向する、前記マグネット、及び、磁界を生じさせている前記電磁コイルの間に吸引力が作用している、請求項５又は６に記載の回転機器。
【請求項９】
前記シャフトの長手方向において、前記マグネットと離間して対向する磁性部材を備え、 
前記電磁コイルは、前記磁性部材に巻き回されており、
前記磁性部材は、前記ハウジングに直接又は他の部材を介して支持されている、請求項５〜８のいずれかに記載の回転機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ等の回転機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ等の回転機器において、回転力の出力軸となるシャフトの軸方向における動きや遊びを規制するために、軸受の予圧（「与圧」ともいう。）は無くてはならない機構の一つである。予圧には、一般的に、軸受のガタを無くした状態で固定輪を接着もしくは圧入で固定する定位置予圧と、軸受の固定輪もしくは回転輪をばね等で付勢し、ガタを無くした状態で保持する定圧予圧とがある。
【０００３】
定位置予圧は、部材毎の熱膨張係数の違いにより固定している位置が変化し、予圧が変化してしまう場合があり、予圧が安定しない。
一方、定圧予圧では、外部負荷や回転数等の運転状態によってガタを無くす為に必要な力は変わるにもかかわらず、予圧は一定で変えられないので、必要以上の軸負荷が軸受にかかってしまう場合がある。また、ロータの共振を抑える為にある回転数でのみ予圧を上げたい場合でも、全ての回転数の予圧を上げる必要がある。
【０００４】
いずれの予圧も、軸受の軸方向に負荷を与えてガタを無くす方式が取られている。しかし、予圧による負荷は回転時の抵抗となる為、回転を効率良くするという面から見ると可能な限り小さい方が望ましい。そのため、予圧による負荷を適時制御して、無駄な負荷を軽減することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平０５−４５２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、予圧の大きさを適宜変えることが可能な軸受の予圧機構を備えた回転機器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】
【０００７】
上記課題は、以下の本発明により解決される。即ち、本発明の回転機器は、シャフトと、一側にある前記シャフトの一部分を支持する軸受と、前記軸受に固定されたマグネットと、前記シャフトの長手方向において、前記マグネットに対向する電磁コイルと、を備え、前記マグネットと前記電磁コイルとの間には磁気ギャップが設けられている。
【０００８】
本発明において、前記軸受は、前記シャフトに固定された内周輪と、前記マグネットが固定された外周輪とを備えることが好ましい。
また、前記シャフトの長手方向において、前記マグネットと離間して対向する磁性部材を備え、前記電磁コイルは、前記磁性部材に巻き回されていることが好ましい。
本発明のモータにおいては、前記電磁コイルに流す電流又は電圧を制御する制御部を備えることが好ましい。
【０００９】
本発明のモータにおいては、ハウジングを備え、前記電磁コイルは、前記ハウジングに直接又は他の部材を介して支持され、他側にある前記シャフトの一部分は、前記ハウジングに直接又は他の部材を介して回転自在に支持されるものとすることができる。
このとき、前記電磁コイルに流す電流又は電圧を制御する制御部を備え、前記制御部が、前記シャフトの他側に向けて前記軸受を変位させる磁界を生じさせるものとすることができる。
【００１０】
また、前記シャフトの長手方向において、前記電磁コイルが、前記軸受に対して、前記シャフトの一側に位置し、前記シャフトの長手方向において、対向する、前記マグネット、及び、磁界を生じさせている前記電磁コイルの間に反発力が作用しているものとすることができる。
あるいは、前記シャフトの長手方向において、前記電磁コイルが、前記軸受に対して、前記シャフトの他側に位置し、前記シャフトの長手方向において、対向する、前記マグネット、及び、磁界を生じさせている前記電磁コイルの間に吸引力が作用しているものとすることができる。
【００１１】
そして、前記シャフトの長手方向において、前記マグネットと離間して対向する磁性部材を備え、 前記電磁コイルは、前記磁性部材に巻き回されており、前記磁性部材は、前記ハウジングに直接又は他の部材を介して支持されているものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一例である第１の実施形態にかかるモータの断面図である。
【図２】図１におけるシャフトの一端側（一側）及びその周辺部を拡大した拡大断面図である。
【図３】本発明の一例である第１の実施形態にかかるモータの、図２におけるＡ−Ａ拡大断面図である。
【図４】本発明の一例である第１の実施形態にかかるモータの、図２におけるＡ−Ａ拡大断面斜視図である。
【図５】本発明の一例である第２の実施形態にかかるモータの断面図である。
【図６】図５におけるシャフトの一端側（一側）及びその周辺部を拡大した拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、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。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一例である第１の実施形態にかかるモータ１の断面図である。モータ１の回転軸Ｐを含む平面で切った断面図である。
【００１４】
モータ１は、回転軸Ｐを中心として回転するシャフト４と、シャフト４に回転駆動力を与える動力部５と、を備えており、これらが底部３ａを有する筒状のケース３に収容されている。ケース３は、内カバー６及び外カバー２で開口が覆われて、全体としてモータ１のハウジング７を構成している。
【００１５】
動力部５は、ステータ１５と、ロータ１６とを備える。ステータ１５はコイル１５ａが巻き回された磁性部材１５ｂと、磁性部材１５ｂとコイル１５ａとを電気的に絶縁するインシュレータ１５ｃとを備える。ロータ１６は、シャフト４の外周面に固定された鉄心１６ａ（ヨークともいう。）と鉄心１６ａに固定されたマグネット１６ｂとを有するロータ１６を備える。このような構成を動力部５が備えることで、モータ１の回転力を生じさせる。本願発明において、適用可能な構成に制限はなく、本願発明に特有の構成に対する影響は特にないので、その詳細な説明は省略する。
シャフト４は、動力部５による回転力を取り出して、外部に伝える機能を果たす。
【００１６】
シャフト４は、動力部５を貫通して配置され、その一端側（一側）Ｘにある一部分には軸受８が取り付けられ、他端側（他側）Ｙにある一部分はケース３の底部３ａを貫通し、外部に露出しており、当該他端側Ｙから外部の不図示の部材に回転力が供給される。シャフト４は、軸受９を介してケース３の底部３ａに取り付けられており、回転自在にハウジング７に支持されている。
【００１７】
軸受９としては、特に制限はないが、本例では、外周輪と内周輪と両者間に介在するベアリングボールとからなるボールベアリングが用いられている。本発明において、シャフトの他側にある軸受は、シャフト４が回転可能な構成であれば何ら制限はなく、シャフト４が回転可能でさえあれば公知の軸受を用いなくても構わない。
【００１８】
内カバー６の中心側には、回転軸Ｐを中心とする円形状の凹部６ａが設けられ、この凹部６ａにシャフトの一端側にある軸受８が、凹部６ａの底から若干離間した状態、即ちクリアランスを保持した状態で、嵌め込まれている。これにより、シャフト４の回転中心と回転軸Ｐとが一致してずれないようになっている。
【００１９】
図２に、図１におけるシャフト４の一端側Ｘ及びその周辺部を拡大した拡大断面図を示す。軸受８には、外周輪８ａと内周輪８ｂと両者間に介在するベアリングボール８ｃとからなるボールベアリングが用いられている。ベアリングボール８ｃが外周輪８ａと内周輪８ｂとの間で転がることにより、外周輪８ａに対する内周輪８ｂの回転抵抗が大幅に少なくなっている。
【００２０】
内周輪８ｂには、シャフト４が嵌め込まれるとともに固定されている。一方、外周輪８ａは、その他端側Ｙの一部分が、既述の通り凹部６ａに嵌め込まれ、また、外周輪８ａの一端側Ｘにはブラケット１１が取り付けられている。さらに、ブラケット１１には、円環状のマグネット１０が取り付けられている。即ち、マグネット１０は、ブラケット１１を介して外周輪８ａに固定されている。
【００２１】
マグネット１０は、回転軸Ｐ方向（シャフト４の長手方向）にＳ極、Ｎ極（以下、「両磁極」と呼称する。）を向けた状態に着磁されている。本実施形態においては、シャフト４の他端側Ｙを向いた面がＳ極でその逆側（一端側Ｘ）を向いた面がＮ極となっている。マグネット１０におけるＮ極の面（軸受８に対して、シャフト４の他端側（他側）Ｙとは逆側の面）に対向する位置には、電磁石１４が配置されている。
【００２２】
図３は、モータ１の電磁石１４周辺における、図２のＡ−Ａ拡大断面図である。また、図４は、図３と同じ断面箇所を斜め上方から見た拡大断面斜視図である。図３及び図４に示すように、電磁石１４は、円弧状のヨーク（磁性部材）１３に電磁コイル１２が巻き回されて構成されており、これが４個、全体として円環状となるように並べて配置されている。
【００２３】
一方、マグネット１０は、図４に示す通り、円弧状のマグネット片１０ａを８個、全体として円環状となるように隙間なく並べられて配置されている。なお、このマグネット１０としては、マグネット片に分かれた態様でなく、円環状の１つの構成であっても構わない。
【００２４】
ヨーク１３は、マグネット１０のＮ極との間に間隙が生じるように離間して対向している。この間隙が、後述するように電磁コイル１２に通電して電磁石１４に磁気を生じさせることで、磁気ギャップとなる。ヨーク１３のマグネット１０のＮ極と対向する面とは反対側は、外カバー２に固定されている。即ち、ヨーク（磁性部材）１３は、ハウジング７に直接支持されている。
【００２５】
電磁コイル１２には、不図示の制御装置（制御部）が電気的に接続されており、適切に制御された電流又は電圧が電磁コイル１２に印加されるようになっている。この制御装置は、例えば、外カバー２と内カバー６との間の空間に配しても構わないし、外カバー２の外側面に取り付けても構わない。
【００２６】
制御装置によって印加される電圧は、例えば直流電圧であり、電磁石１４のマグネット１０のＮ極と対向する面がＮ極となる向きに流れる。すると、対向する電磁石１４及びマグネット１０は、双方ともＮ極となる、即ち同極同士が相対する状態となり、両者間に反発力が生ずる。この反発力は、シャフト４の他端側Ｙに向けて軸受８を押し付けるように作用して、軸受８はシャフト４の他側に向けて変位する。すなわち、対向する電磁石１４及びマグネット１０に反発力が作用し、この作用は、シャフト４に対する予圧として機能する。なお、印加される電圧は交流電圧でもよく、電圧に代えて、直流電流、交流電流を印加しても構わない。また、制御装置は交流電圧を印加する際、印加する電圧の波形をパルス波として、パルス波のデューティー比を変調（ＰＷＭ）させるなど、公知の変調方法を適用しても構わない。
【００２７】
本実施形態のモータ１によれば、電磁コイル１２に印加する電流又は電圧を適切に制御することにより、シャフト４に対する予圧の大きさを適時調整することができる。
まず、モータ１の電源が入っていないとき、即ち、シャフト４が回転していないときには、予圧は必要ないので、電磁コイル１２に電圧は印加しない。そして、モータ１の電源のオンと同時に、あるいはモータ１の電源のオンと前後させて、必要な電圧を電磁コイル１２に印加すればよい。
【００２８】
また、ロータの共振を抑える為に、共振を生じる特定の回転数領域のみ、印加電圧を大きくして予圧を上げ、それ以外の回転数領域では電圧を小さくして予圧を下げるような制御を行うことができ、予圧による負荷を必要最小限乃至それに近いところまで抑制することができる。
さらに、外部負荷の状況や使用時間、環境温度等によって、必要とされる予圧の大きさが変化する場合にも、その状況に応じて印加電圧を制御して、予圧を適切な大きさに調整することができる。
【００２９】
以上のように、本実施形態によれば、シャフト４に対する予圧の大きさを最適化し、さらには、モータ１が駆動していない時には予圧をかけないようにすることで、シャフト４に対する予圧による無駄な負荷を大幅に軽減することができる。そのため、モータの回転効率を向上させることができ、また、モータの耐久性を向上させることができる。
【００３０】
＜第２の実施形態＞
図５は、本発明の一例である第２の実施形態にかかるモータ２１の回転軸Ｐを含む平面で切った断面図である。また、図６は、図５におけるシャフト２４の一端側Ｘ及びその周辺部を拡大した拡大断面図である。図５及び図６において、第１の実施形態と同じ機能を有する同一形状の部材については、第１の実施形態と同一の符号を付して、その詳細な説明は、基本的に省略する。
【００３１】
本実施形態にかかるモータ２１の特徴的な部分について説明する。
ケース３は、内カバー２６及び外カバー２２で開口が覆われて、全体としてモータ２１のハウジング２７を構成している。
外カバー２２の中心側には、回転軸Ｐを中心とする円形状の凹部２２ａが設けられ、この凹部２２ａに一端側の軸受８が、凹部２２ａの底から若干離間した状態、即ちクリアランスを保持した状態で、嵌め込まれている。これにより、シャフト２４の回転中心と回転軸Ｐとが一致してずれないようになっている。
【００３２】
軸受８の内周輪８ｂには、シャフト４’が嵌挿されるとともに固定されている。一方、外周輪８ａは、その一端側Ｘ（他端側Ｙとは逆側）が、既述の通り凹部２２ａに嵌め込まれ、また、その逆側（他端側Ｙ）にはブラケット１１が取り付けられている。さらに、ブラケット１１には、円環状のマグネット１０が取り付けられている。即ち、マグネット１０は、ブラケット１１を介して外周輪８ａに固定されている。
【００３３】
本実施形態において、マグネット１０は、シャフト４の他端側Ｙを向いた面がＳ極でその逆側（一端側Ｘ）を向いた面がＮ極となっている。シャフト４の長手方向において、マグネット１０におけるＳ極の面（軸受８に対して、シャフト４の他端側（他側）Ｙの面）に対向する位置には、ヨーク（磁性部材）１３に電磁コイル１２が巻き回されて構成された電磁石１４が配置されている。
【００３４】
ヨーク１３は、マグネット１０のＳ極との間に間隙が生じるように離間して対向している。この間隙が、後述するように電磁コイル１２に通電して電磁石１４に磁気を生じさせることで、磁気ギャップとなる。
電磁コイル１２には、第１の実施形態と同様、不図示の制御装置（制御部）が電気的に接続されており、適切に制御された電圧が電磁コイル１２に印加されるようになっている。この制御装置は、例えば、外カバー２２と内カバー２６との間の空間に配しても構わないし、外カバー２２の外側面に取り付けても構わない。
【００３５】
制御装置によって印加される電圧は、例えば直流電圧であり、電磁石１４のマグネット１０のＳ極と対向する面がＮ極となる向きに流れる。すると、対向する電磁石１４とマグネット１０とが互いに異なる極の状態となり、両者間に吸引力が生ずる。この吸引力は、シャフト２４の他端側Ｙに向けて軸受８を押し付けるように作用して、軸受８はシャフト４の他側に向けて変位する。この作用は、シャフト２４に対する予圧として機能する。なお、印加される電圧は交流電圧でもよく、電圧に代えて、直流電流、交流電流を印加しても構わない。また、制御装置は交流電圧を印加する際、印加する電圧の波形をパルス波として、パルス波のデューティー比を変調（ＰＷＭ）させるなど、公知の変調方法を適用しても構わない。
【００３６】
本実施形態のモータ２１によれば、電磁コイル１２に印加する電圧を適切に制御することにより、シャフト２４に対する予圧の大きさを適時調整することができる。本実施形態は、対向する電磁石１４とマグネット１０との間に生ずる磁気力が吸引力である点が、反発力である第１の実施形態とは異なるが、その他の作用及び効果については、第１の実施形態と全て同一である。
【００３７】
したがって、本実施形態によれば、シャフト２４に対する予圧の大きさを最適化し、さらには、モータ２１が駆動していない時には予圧をかけないようにすることで、シャフト２４に対する予圧による無駄な負荷を大幅に軽減することができる。そのため、モータの効率を向上させることができ、また、モータの耐久性を向上させることができる。
【００３８】
以上、本発明の回転機器について、好ましいモータの実施形態を挙げて説明したが、本発明の回転機器は上記実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、予圧をかけることが望まれる回転機器は、極めて多岐にわたり、いずれの回転機器に対しても本発明を適用することができる。適用可能な回転機器としては、例えば、モータ等の電動機に限られず、化石燃料や再生可能燃料等による各種発動機、発動機と電動機のハイブリッド装置等の回転駆動装置を挙げることができる。また、本発明は、回転駆動装置に限らず、従動装置や従動部品（本発明においては、「部品」も「回転機器」の概念に含めることとする。）においても、予圧が望まれる装置に全て適用することができる。
【００３９】
また、上記実施形態では、電磁石１４として、円弧状のヨーク（磁性部材）１３に電磁コイル１２が巻き回されて構成された物を４個、全体として円環状となるように並べて配置されたものを用いたが、電磁石の数は４個に限定されず、複数（理論上は単数でも可能）の円弧状の磁石を円環状になるように配置しても構わない。
【００４０】
また、そもそも円環状になるように電磁石を配置しなければならないわけではなく、例えば円柱状のヨークと円形コイル状の電磁コイルとからなる電磁石を１個または２個以上用いても構わないし、その他の形状の電磁石を用いても構わない。マグネットと電磁石の反発又は吸引のバランスを考慮すると、この場合の電磁石の数は２個以上が好ましく、３個以上がより好ましい。さらに、電磁石の数が複数個である場合に、電磁石の数（ｎ個）の回転対称（ｎ回対称）に配置されていることが特に好ましい。
マグネットと電磁石の反発又は吸引のバランスとともに、電磁石の効率を考慮した場合には、上記実施形態のように、３個以上の電磁石を円環状に配置することが好ましい。
【００４１】
また、上記実施形態では、制御装置を用いて電磁コイルへの印加電圧を制御する構成を例示しているが、この制御装置も必須の構成ではない。単に、回転機器の電源オンで予圧開始して、オフで予圧を解除する構成であっても、電源オフ時の無駄な予圧が解消されるため、本願発明の効果が奏される。
【００４２】
また、ヨーク（磁性部材）１３に電磁コイル１２が巻き回されて構成された電磁石１４を用いた構成を例示しているが、磁性部材無しに電磁コイルのみでも磁界は発生するので、本願発明の効果が奏される。この場合、電磁コイルとマグネットとの間を離間させることで磁気ギャップを設ければよい。効率の観点では、勿論、磁性部材を有する電磁石を用いることが望ましい。
【００４３】
なお、本発明の特徴部分の一つである予圧に利用される軸受の位置や、ハウジングに回転自在に支持される位置（軸受を介している場合には、その軸受の位置）は、シャフトにおける端部である必要はなく、その中途の何れの箇所でも構わないため、本発明においては、前者の位置する側を「一側」、後者の位置する側を「他側」と定義している。これらは、シャフトにおける相対的な位置関係を示すものであり、一端側や他端側にそれぞれ寄っている必要もなく、両方ともいずれかに偏っていても構わない。ただし、上記実施形態においては、一端側や他端側にそれぞれ寄っている例を挙げているため、「一端側」並びに「他端側」と表現している。
【００４４】
その他、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の回転機器を適宜改変することができる。かかる改変によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４５】
１，２１…モータ、２，２２…外カバー、３…ケース、３ａ…底部、４，２４…シャフト、５…動力部、６，２６…内カバー、６ａ…凹部、７，２７…ハウジング、８…軸受、８ａ…外周輪、８ｂ…内周輪、８ｃ…ベアリングボール、９…軸受、１０…マグネット、１０ａ…マグネット片、１１…ブラケット、１２…電磁コイル、１３…ヨーク（磁性部材）、１４…電磁石、１５…ステータ、１５ａ…コイル、１５ｂ…磁性部材、１５ｃ…インシュレータ、１６…ロータ、１６ａ…鉄心（ヨーク）、１６ｂ…マグネット、２２ａ…凹部、Ｐ…回転軸、Ｘ…一端側、Ｙ…他端側
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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