(57)【要約】【課題】フリンジャを有する電動機の回転に伴う騒音を低減する。【解決手段】電動機の回転軸に固定されるフリンジャ４８は、電動機の端面５０に設けられた複数のタップ穴４６と、タップ穴４６の各々の一部を切り欠く切り欠き５２とを有する。フリンジャ４８のタップ穴４６の深さは、従来技術に係るフリンジャのタップ穴の深さよりも、切り欠き５２の深さに相当する距離だけ短いので、タップ穴によって形成される気柱の固有振動数が大きくなる。従ってフリンジャ４８を使用した場合、回転時の騒音が大きくなる回転数を、より高回転側にシフトすることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、前記固定子に対して軸線回りに回転可能な回転軸を有する回転子と、前記回転軸を回転可能に支持する前方軸受及び後方軸受と、を有する電動機において、前記前方軸受より前記軸線について前方側にある前記回転軸の部分、及び、前記後方軸受より前記軸線について後方側にある前記回転軸の部分の一方又は双方に取り付けられるフリンジャであって、
複数のタップ穴と、前記タップ穴の各々の一部を切り欠く切り欠きとを有する、フリンジャ。
【請求項２】
前記切り欠きは、前記タップ穴の各々を該タップ穴の開口端から、前記タップ穴の深さより短い距離だけ切り欠く凹部として形成される、請求項１に記載のフリンジャ。
【請求項３】
前記切り欠きは、前記タップ穴の側部の一部を、該タップ穴の長手方向に沿って切り欠くスリットとして形成される、請求項１又は２に記載のフリンジャ。
【請求項４】
前記スリットは、前記フリンジャの外側面において開口しないように形成される、請求項３に記載のフリンジャ。
【請求項５】
固定子と、前記固定子に対して軸線回りに回転可能な回転軸を有する回転子と、前記回転軸を回転可能に支持する前方軸受及び後方軸受と、を有する電動機において、前記前方軸受より前記軸線について前方側にある前記回転軸の部分、及び、前記後方軸受より前記軸線について後方側にある前記回転軸の部分の一方又は双方に取り付けられるフリンジャであって、
複数のタップ穴と、前記回転軸の回転方向について前記タップ穴より下流側に形成された仕切りとを有する、フリンジャ。
【請求項６】
前記複数のタップ穴は、前記電動機の内部に面する側とは軸方向反対側の端面に設けられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載のフリンジャ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のフリンジャを備える電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転時に生じる騒音を低減する構造を備えたフリンジャ、及び該フリンジャを備えた電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の主軸等を回転させる電動機（回転電機）には、複数のタップ穴を具備するフリンジャと称される部品を設け、該タップ穴のいくつかにイモネジ等の錘を螺合させて、回転時のバランス調整を行えるようにしているものが多い。そのため、電動機（フリンジャ）が高速回転すると、錘が螺合していないタップ穴の存在によって騒音が発生する。
【０００３】
このような騒音を低減するための従来技術として、主軸の端面を覆うカバーを設けること（例えば特許文献１参照）や、タップ穴に皿ねじを錘としてねじ込んで、該タップ穴が形成されている面を略平坦にすること（例えば特許文献２参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２１８４６５号公報
【特許文献２】特開２００８−１３２５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
カバーの取り付けや皿ねじのねじ込み等の作業を要することなく、電動機の回転に伴う騒音を効果的に低減できる構造が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様は、固定子と、前記固定子に対して軸線回りに回転可能な回転軸を有する回転子と、前記回転軸を回転可能に支持する前方軸受及び後方軸受と、を有する電動機において、前記前方軸受より前記軸線について前方側にある前記回転軸の部分、及び、前記後方軸受より前記軸線について後方側にある前記回転軸の部分の一方又は双方に取り付けられるフリンジャであって、複数のタップ穴と、前記タップ穴の各々の一部を切り欠く切り欠きとを有する、フリンジャである。
【０００７】
本開示の他の態様は、固定子と、前記固定子に対して軸線回りに回転可能な回転軸を有する回転子と、前記回転軸を回転可能に支持する前方軸受及び後方軸受と、を有する電動機において、前記前方軸受より前記軸線について前方側にある前記回転軸の部分、及び、前記後方軸受より前記軸線について後方側にある前記回転軸の部分の一方又は双方に取り付けられるフリンジャであって、複数のタップ穴と、前記回転軸の回転方向について前記タップ穴より下流側に形成された仕切りとを有する、フリンジャである。
【０００８】
本開示のさらなる他の態様は、本開示の上記態様に係るフリンジャを備える電動機である。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、タップ穴の存在に起因して電動機の回転時に発生する音の大きさを、従来品より大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本願発明の好適な実施形態に係る電動機の概略構成を示す図である。
【図２】図１の電動機が有するフリンジャの第１実施例を示す図である。
【図３】従来技術に係るフリンジャの構造例を示す図である。
【図４】図２のフリンジャによる騒音低減作用を説明する図である。
【図５】図２のフリンジャによる騒音低減効果を説明するグラフである。
【図６】第１実施例に係るフリンジャの他の構造例を示す図である。
【図７】図１実施例に係るフリンジャのさらなる他の構造例を示す図である。
【図８】図１の電動機が有するフリンジャの第２実施例を示す図である。
【図９】従来技術に係るフリンジャの部分拡大図である。
【図１０】図８のフリンジャの部分拡大図である。
【図１１】仕切りによってタップ穴への空気の流入量を低減する例を説明する図である。
【図１２】図８のフリンジャによる騒音低減効果を説明するグラフである。
【図１３】第２実施例に係るフリンジャの他の構造例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の好適な実施形態に係る電動機（回転電機）１０の概略構造を示す軸方向断面図である。電動機１０は、第１の軸受（前方軸受）１２及び第２の軸受（後方軸受）１４によって軸線１６回りに回転可能に支持される回転軸（シャフト）１８と、回転軸１８の外周面に嵌合して回転軸１８と一体的に回転する回転子（ロータ）２０と、回転子２０を囲繞するように軸線１６に沿って延在する概ね円筒形状の固定子２２と、を有する。
【００１２】
前方軸受１２は、回転軸１８の前方端１８ａの近傍に配置され、固定子コア２４の前端面２４ａにネジ留め等によって固定された前方ハウジング２６によって支持されている。前方ハウジング２６は、固定子コア２４の前端面２４ａから回転軸１８の前方端１８ａに向かって延在し、回転軸１８の一部及び前方軸受１２（の外輪）を支持している。また、前方ハウジング２６には、概ね円環形状を有する前方カバー２８が取付けられている。回転軸１８の前方端１８ａは、前方ハウジング２６及び前方カバー２８から突出しており、回転軸１８は、例えば旋盤やマシニングセンタ等の工作機械の主軸に直接的又は間接的に連結される出力軸として作用する。なお、本明細書においては、便宜上、出力軸側（図１では左方）を「前方」と称し、その反対側（図１では右方）を「後方」と称する。
【００１３】
後方軸受１４は、回転軸１８の前方端１８ａとは反対側に位置する回転軸１８の後方端１８ｂの近傍に配置されている。固定子コア２４の後端面２４ｂには、ネジ留め等によって後方ハウジング３０が固定され、後方ハウジング３０には、ネジ留め等によって支持環３２が固定され、支持環３２は後方軸受１４（の外輪）を支持している。後方ハウジング３０から突出する回転軸１８の後方端１８ｂは、後方ハウジング３０に取付けられた後方カバー３４から突出している。また回転軸１８の後方端１８ｂには、回転軸１８の回転位置及び回転速度等を検出するエンコーダ３６が取付けられている。
【００１４】
固定子２２は、積層された複数の電磁鋼板からなる固定子コア２４と、固定子コア２４の内周面に形成される突出部（図示せず）に巻回された巻線３８を備えている。巻線３８は、樹脂等によって固定子コア２４に固定されている。巻線３８は、固定子コア２４の両端から突出するように回転軸線１６に沿って延在し、端子箱４０から引き出されたリード線（図示せず）に接続されている。巻線３８は、リード線を介して供給される電流によって回転磁界を発生し、回転子２０は、発生した回転磁界によって、回転軸１８と一体的に回転するようになっている。
【００１５】
なお本願明細書において、「半径方向外側」とは、横断面において回転軸線１６から離間する方向を表し、「半径方向内側」とは、横断面において回転軸線１６に接近する方向を表す。また「軸線方向」又は「軸方向」とは、回転軸線１６に対して平行な方向を表す。
【００１６】
電動機１０は、回転軸１８と一体的に回転する少なくとも１つ（図示例では２つ）のフリンジャを有し、回転時のバランス調整を行えるようにしている。より詳細には、前方軸受１２より軸線１６について前方側にある回転軸１８の部分（図示例では前方カバー２８の近傍）に、軸方向に延びる複数のタップ穴４２が形成されたフリンジャ（ラビリンス）４４が締まり嵌め等によって固定され、電動機内部への異物の混入を防止するとともに、タップ穴４２の少なくとも１つにイモネジ等の錘（図示せず）を螺合させて、回転時のバランス調整を行えるようにしている。同様に、後方軸受１４より軸線１６について後方側にある回転軸１８の部分（図示例では後方カバー３４の近傍）に、軸方向に延びる複数のタップ穴４６が形成されたフリンジャ４８が締まり嵌め等によって固定され、後方カバー３４内部への異物の混入を防止するとともに、タップ穴４６のいくつかにイモネジ等の錘（図示せず）を螺合させて、回転時のバランス調整を行えるようにしている。
【００１７】
なお図示例では、回転軸１８の前方側及び後方側の双方にフリンジャを設けているが、いずれか一方にのみ設けてもよい。またフリンジャ４４とフリンジャ４８は、基本的な構造及び機能は同じでよいので、以降の説明は後方側のフリンジャ４８についてのみ行う。
【００１８】
（第１実施例）
図２は、第１実施例に係るフリンジャ４８の一構造例を示す斜視図であり、図３は比較例として、従来技術に係るフリンジャ４９の位置構造例を示す斜視図である。フリンジャ４８は、バランス調整用の錘が着脱可能な複数のタップ穴４６と、タップ穴４６（雌ねじ）の各々の一部を切り欠く切り欠き５２とを有し、ここではタップ穴４６及び切り欠き５２は、電動機１０の内部に面する側とは軸方向反対側の端面５０ａに形成される。より具体的には切り欠き５２は、各タップ穴４６をその開口端（ここでは端面５０）から（タップ穴深さより短い）一定距離だけ切り欠く凹部として形成され、図示例では円環状の溝である。しかし凹部はこれに限られるものではなく、例えばタップ穴４６より大径でかつ軸方向長さが短いザグリ穴のような凹部を、各タップ穴４６と同心になるように形成してもよい。このような切り欠きによって、実質的には後述するように、タップ穴４６によって形成される気柱の長さが、図３のタップ穴４７によって形成される気柱の長さよりも短くなる。
【００１９】
図４は、図２に示すフリンジャ４８による騒音低減作用を説明する図である。ここでは、図３に示す従来品のフリンジャ４９が有するタップ穴４７（図３参照）と、フリンジャ４８のタップ穴４６とを比較する。
【００２０】
フリンジャに形成された各タップ穴では、電動機の回転によって空気の流出入が生じるので、各タップ穴は回転時は一種の閉管として作用する。このとき、閉管（気柱）の固有振動数ｆは、音速をＶとし、気柱の長さをＬとすると、以下の式（１）で表される（但しｎ＝１，２，３，...）。式（１）から、気柱の長さＬが小さいほど、固有振動数ｆは大きくなることがわかる。
ｆ2n-1 ＝ （２ｎ−１）／４Ｌ・Ｖ           （１）
【００２１】
ここで第１実施例に係るフリンジャ４８のタップ穴４６の深さ（気柱の長さ）は、従来技術に係るフリンジャ４９のタップ穴４７の深さ（気柱の長さ）よりも、溝５２の深さｄに相当する距離だけ短いので、固有振動数が大きくなる。従ってフリンジャ４８を使用した場合は、フリンジャ４９を使用した場合よりも、回転時の騒音が大きくなる（極大となる）回転数を、より高回転側にシフトすることができる。
【００２２】
図５は、図２に示すフリンジャ４８を電動機１０に取り付けたときの騒音低減効果を説明するグラフである。図５において、横軸は電動機の回転数に比例する無次元数を表し、縦軸は電動機の回転に伴って発生する音の大きさに比例する無次元数である。なお音の大きさは、フリンジャから一定距離離れた定位置で測定した。また図２のフリンジャ４８を用いた測定結果がグラフ５４であり、図３のフリンジャ４９を用いた測定結果がグラフ５６であり、他の（理想的な）比較例として、図３のフリンジャ４９のタップ穴４７を全てイモネジ等で埋めたもの（タップ穴４７がないものに概ね相当）を用いた測定結果がグラフ５８である。
【００２３】
図５からわかるように、フリンジャ４９を使用した場合は、回転速度が約１７０のときに音の大きさが極大となる（グラフ５６）が、フリンジャ４８を使用した場合は、上述のように固有振動数がフリンジャ４９よりも固有振動数が大きくなるので、回転速度が２００を超えた領域において音の大きさが極大となると考えられる。従って電動機の回転速度が実用的な範囲（２００以下）であれば、フリンジャ４８を使用することで、騒音レベルを従来品より大幅に低減し、理想品（グラフ５８）にかなり近付けることができる。
【００２４】
図４に関し、気柱が短い方が騒音を小さくできるという考えに基づけば、単純にタップ穴を短くしてもよいとも考えられる。しかしその場合は、フリンジャの端面から大きく突出しないようにイモネジ等の長さも短くする必要がある（つまりイモネジは軽くなる）ことから、本来のバランス調整としての機能が得難くなるので好ましくない。そこで第１実施例では、端面に切り欠きを設けることにより、端面からのタップ穴の深さは変えずに、騒音レベルに影響する深さ（気柱の長さ）を短くして、従来と同じ長さのイモネジを使用できるとともに、騒音を防止することができる。
【００２５】
図６は、第１実施例の変形例として、フリンジャ４８ａの構造例を示す図である。フリンジャ４８ａは、バランス調整用の錘が着脱可能な複数のタップ穴４６ａと、タップ穴４６ａ（雌ねじ）の各々の一部を切り欠く切り欠き５２ａとを有し、ここではタップ穴４６ａ及び切り欠き５２ａは、電動機１０の内部に面する側とは軸方向反対側の端面５０ａに形成される。切り欠き５２ａは、タップ穴４６ａの側部の一部を、タップ穴４６ａの長手方向に沿って切り欠くスリットとして形成される。この場合、各タップ穴４６ａは円柱形状を具備しないので、電動機が回転しても、図４に示したような気柱そのものが形成されない。従ってフリンジャ４８ａを使用した場合も、従来に比べ、回転時の騒音を大幅に低減することができる。
【００２６】
図７は、第１実施例の他の変形例として、フリンジャ４８ｂの構造例を示す図である。フリンジャ４８ｂは、バランス調整用の錘が着脱可能な複数のタップ穴４６ｂと、タップ穴４６ｂ（雌ねじ）の各々の一部を切り欠く切り欠き５２ｂとを有し、ここではタップ穴４６ｂ及び切り欠き５２ｂは、電動機１０の内部に面する側とは軸方向反対側の端面５０ｂに形成される。切り欠き５２ｂは、切り欠き５２ａと同様に、タップ穴４６ｂの側部の一部を、タップ穴４６ｂの長手方向に沿って切り欠くスリットとして形成されるが、切り欠き５２ａがフリンジャ４８ａの外側面において開口しているのに対し、切り欠き５２ｂは、フリンジャ４８ｂの外側面において開口しないように形成される。従ってフリンジャ４８ｂを使用した場合、フリンジャ４８ａのように気柱が形成されないことによる騒音低減効果に加え、回転時にフリンジャ４８ｂの外側面周辺の空気の流れがフリンジャ４８ａを使用したときのそれより乱れないので、より高い騒音低減効果が期待できる。
【００２７】
なお図６及び図７ではいずれも、切り欠き（スリット）は各タップ穴の全長にわたって形成されているが、その長手方向の一部にわたって形成された場合でも、実質的に気柱の長さを従来品より短くできるので、一定の騒音低減効果は得られる。また本開示における（タップ穴の）「長手方向」とは、タップ穴の軸方向に厳密に平行な方向に限られず、例えば、軸方向に対して１０°以下、２０°以下、又は３０°以下の角度をなす方向も含むものとする。またスリットは直線状のものに限られず、例えば曲線状又は螺旋状のものでもよい。
【００２８】
（第２実施例）
図８は、第２実施例に係るフリンジャ４８ｃの一構造例を示す斜視図である。フリンジャ４８ｃは、バランス調整用の錘が着脱可能な複数のタップ穴４６ｃと、回転軸１８の回転方向についてタップ穴４６ｃより下流側に形成された仕切り６０とを有し、ここではタップ穴４６ｃ及び仕切り６０は、電動機１０の内部に面する側とは軸方向反対側の端面５０ｃに形成され、仕切り６０はタップ穴４６ｃより下流側の、端面５０ｃ上の部位に形成される。図示例では仕切り６０は、回転方向についてタップ穴４６ｃの両側に形成された星形形状の突状物として構成されているが、これに限られるものではない。
【００２９】
図９−図１１は、仕切り６０の作用効果を説明する図である。比較例として示す図９のように、従来技術に係るフリンジャ４９（図３参照）では、電動機が回転すると、タップ穴４７の近傍では回転方向６２の略反対方向の空気の流れ（矢印６４で図示）が生じ、タップ穴４７内に対して一定量の空気の流出入が発生し、これが騒音の原因となる。
【００３０】
これに対し第２実施例に係るフリンジャ４８ｃでは、図１０に示すように、回転方向６２についてタップ穴４６ｃより下流側の端面５０ｃ上の部位に設けた仕切り６０によって、回転方向６２と略反対方向の空気の流れ（矢印６６で図示）が偏向される（より具体的には、図１１に示すように端面５０ｃから離れる方向に空気を逃がす）ので、タップ穴４６内に対する空気の流出入量は、図９に示す従来品よりも小さくすることができる。その結果、回転時の騒音を抑制することができる。
【００３１】
図１２は、図８に示すフリンジャ４８ｃを電動機１０に取り付けたときの騒音低減効果を説明するグラフである。図１２において、横軸は電動機の回転数に比例する無次元数を表し、縦軸は電動機の回転に伴って発生する音の大きさに比例する無次元数である。なお音の大きさは、フリンジャから一定距離離れた定位置で測定した。また図８のフリンジャ４８ｃを用いた測定結果がグラフ６８であり、図３のフリンジャ４９を用いた測定結果がグラフ５６であり、他の（理想的な）比較例として、図３のフリンジャ４９のタップ穴４７を全てイモネジ等で埋めたもの（タップ穴４７がないものに概ね相当）を用いた測定結果がグラフ５８である。
【００３２】
図１２からわかるように、フリンジャ４９を使用した場合は、回転速度が約１７０のときに音の大きさが極大となり（グラフ５６）、フリンジャ４８ｃを使用した場合も、回転速度が約１７０のときに音の大きさが極大となる傾向がみられる。しかし上述のように、タップ穴４６ｃ内に対する空気の流出入量が仕切り６０によって大きく低減されるので、第２実施例では騒音レベルを従来品より大幅に低減し、理想品（グラフ５８）にかなり近付けることができる。
【００３３】
なお図１２の測定では、仕切り６０の高さｈ（図１１参照）は０．５ｍｍとした。但しこれは一例であり、１ｍｍ以下、２ｍｍ以下、３ｍｍ以下等、回転数や騒音の大きさに応じて適宜変更可能である。
【００３４】
図１３は、第２実施例の変形例として、フリンジャ４８ｄの構造例を示す図である。フリンジャ４８ｄは、バランス調整用の錘が着脱可能な複数のタップ穴４６ｄと、回転軸１８の回転方向についてタップ穴４６ｄより下流側に形成された仕切り７０とを有し、ここではタップ穴４６ｄ及び仕切り７０は、電動機１０の内部に面する側とは軸方向反対側の端面５０ｄに形成され、仕切り７０はタップ穴４６ｄより下流側の、端面５０ｄ上の部位に形成される。図示例では仕切り７０は、端面５０ｄ上において、隣接するタップ穴４６ｄの中間を、回転中心から放射状に延びる突状物として構成されているが、これに限られるものではない。図１３のフリンジャ４８ｄを用いた場合も、図８のフリンジャ４８ｃと用いた場合と同様に、タップ穴４６ｄ内に対する空気の流出入量が仕切り７０によって大きく低減されるので、騒音レベルを従来品より大幅に低減することができる。
【００３５】
上述の実施例ではいずれも、フリンジャの端面に、軸線１６回りの周方向について３０°の等間隔で１２個のタップ穴が形成されているが、本開示はこれに限られない。例えば、フリンジャの端面に、周方向について９０°の等間隔で４個のタップ穴を形成してもよいし、周方向について６０°の等間隔で６個のタップ穴を形成してもよいし、周方向について４５°の等間隔で８個のタップ穴を形成してもよい。なお複数のタップ穴の間隔は等間隔でなくともよいが、主軸の回転に伴うバランスや偏心を考慮すると、同サイズのタップ穴が周方向に等間隔で、回転中心と同心の円上に形成されることが好ましい。また通常、タップ穴はフリンジャを貫通しない（タップ穴の深さは、フリンジャの軸方向長さより短い）。さらに、タップ穴は、フリンジャの端面以外の面（例えば外側面）に設けてもよい。
【００３６】
なお上述の実施例における切り欠きや仕切りは、フリンジャの回転対称性が損なわれないように形成されることが好ましい。フリンジャ自体が回転非対称であると、イモネジ等をタップ穴に挿入して回転バランスを調整することが非常に困難となるからである。
【００３７】
本開示に係るフリンジャを電動機（回転電機）に適用することにより、騒音防止用のカバーを使用したり、タップ穴をバランス調整以外の目的で塞いだりせずとも、電動機の回転に伴う騒音を大幅に低減することができる。また上述の実施例に係るフリンジャは、金型を改造するだけで比較的容易に製造することができ、コスト面でも従来品と大差がない。さらに、本開示に係るフリンジャを備えた電動機を、ＮＣ旋盤やマシニングセンタ等の、一般に主軸が高速回転する工作機械に適用すれば、騒音の少ない作業環境が実現できる。
【符号の説明】
【００３８】
１０    電動機
１２    前方軸受
１４    後方軸受
１６    回転軸線
１８    回転軸
２０    回転子
２２    固定子
２４    固定子コア
２６    前方ハウジング
２８    前方カバー
３０    後方ハウジング
３２    支持環
３４    後方カバー
３６    エンコーダ
３８    巻線
４０    端子箱
４２、４６、４６ａ−４６ｄ    タップ穴
４４、４８、４８ａ−４８ｄ    フリンジャ
５２、５２ａ、５２ｂ    切り欠き
６０、７０    仕切り
【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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【図７】
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【図８】
2019216542.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2019216542.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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