JP2012047277A

JP2012047277A - ベーン式発電機

Info

Publication number: JP2012047277A
Application number: JP2010190427A
Authority: JP
Inventors: Yuzuru Suzuki; 譲鈴木; Hiroki Takahashi; 裕樹高橋
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2012-03-08

Abstract

【課題】安定した回転を実現しながらも小型化可能なベーン式発電機を提供することである。
【解決手段】回転軸である出力軸と回転軸である入力軸とを接合する構造であって、前記出力軸と前記入力軸とを内輪内で接合するボールベアリングを備え、前記出力軸および前記入力軸はＤカット加工し、前記ボールベアリング内輪内に、前記出力軸および前記入力軸の少なくとも一方を圧入し、前記Ｄカット同士を噛み合わせて接合した。
【選択図】図３

Description

本発明はベーン式発電機に関する。

従来、ベーン式発電機におけるベーン部の出力軸と発電機部の入力軸との軸方向の接合には、発電機部をモータとしたポンプでは、特許文献１に記載のベーンポンプのように、ベーン部と発電機部あるいはモータとの接合のためのネジ等が必要になり、また、キーの固定による接合のためのスペースが必要である。また接合部では、ベーン部側と発電機部側あるいはモータ側の同軸の違いから、回転時に振れや偏芯があり、振動、騒音を生じ、ひいては発電機部側あるいはモータ側のベアリングの破損により故障するケースが多い。

これらの問題の解決方法として、特許文献２に記載のベーン式油圧ポンプでは、出力軸と入力軸とを弾性体を介して回転的に連結した構成を提案している。

また、これらの問題の解決方法として、特許文献３では、駆動軸（出力軸）の回転により生じた振動による軸間の心振れを補償する補償用カップリングを備えた、連続して可変の伝動装置用の回転ポンプを開示している。このポンプは駆動軸（出力軸）を有する回転子を備えており、ポンプハウジング内の軸受に取り付けられた、回転が安定した補償用カップリングが回転子と駆動軸との間に配置されている。ポンプハウジング内の取付け部材は補償用カップリングのまわりに係合しかつ回転子の一つの回転面に隣接する。

特許第２７３１１２６号公報実開昭６１−７３０９２号公報特開平９−２１７６８７号公報

しかしながら、特許文献１、特許文献２、特許文献３の構造では、スペースが必要なため、小型ベーン式発電機としては限界がある。

従来の小型ベーン式発電機では、ベーン部の出力軸と発電機部の入力軸との接合では、以下の問題がある。

すなわち、出力軸と入力軸との接合部では、ポンプ部側と発電機部側との同軸度の違いから、回転時に、心振れや偏芯があり、発電機部のベアリングの破損により故障するケースが多い。

また、太い軸を使用し、ねじ等やキーなどで出力軸と入力軸とを固定する方法では、接合部に大きなスペースを必要とし、小型化に制約がかかる。また、組立に手間もかかる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、安定した回転を実現しながらも小型化可能なベーン式発電機を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転軸である出力軸と回転軸である入力軸とを接合する構造であって、前記出力軸と前記入力軸とを内輪内で接合するボールベアリングを備えた。

また、請求項２に記載の発明は、前記出力軸および前記入力軸はＤカット加工し、前記ボールベアリング内輪内に、前記出力軸および前記入力軸の少なくとも一方を圧入し、前記Ｄカット同士を噛み合わせて接合した。

また、請求項３に記載の発明は、前記出力軸および前記入力軸はそれぞれ先端に軸凹部を有し、前記ボールベアリング内輪内で、前記出力軸と前記入力軸とを突き合わせたとき、前記出力軸および前記入力軸の軸凹部に嵌まり込む板状の接合部材をさらに備えたことを特徴とする。

本願発明によれば、安定した回転を実現しながらも小型化可能なベーン式発電機を提供することができる。

すなわち、本発明によれば、軸方向に寸法の長いボールベアリングを採用し、ボールベアリングの内輪の軸方向寸法内で、出力軸と入力軸との接合を完結することにより、発電機部のベアリングホルダーに配するボールベアリングの外輪外径とベーン部の係合部とで係合し、発電機部側およびベーン部側の双方で支えることで、同軸度を向上させることができる。

また、本発明によれば、ボールベアリングを構成するボールの遊びによって、多少の偏芯を吸収することができる。

また、本発明によれば、出力軸および入力軸は少なくとも一方を圧入として、Ｄカット接合としている。これによりＤカットと圧入による安価で組立容易な手法で、高い信頼性を得ることができる。

また、本発明の軸受構造によれば、ベーン式発電機の振動、騒音は低減され、長寿命を可能とすることができる。

また、本発明においては、ボールベアリングによる出力軸と入力軸との接合を果たせばよく、ボールベアリングをベーン部側、発電機側の双方から支えなくてもよい。

本発明の実施形態に係るベーン式発電機１の斜視図である。図１に示したベーン式発電機１の正面図である。図２のＡ−Ａ断面図である。図３の軸２７、軸１１部の拡大断面図である。本発明の実施形態に係る軸２７、軸１１の接合説明図であって、（ａ）は軸接合部の軸２７ｂと軸１１ｂのＤカット形状の説明図であり、（ｂ）は軸２７ｂと軸１１ｂとの接合前の説明図であり、（ｃ）は軸２７ｂと軸１１ｂとの接合後の説明図である。接合部形状の変形実施例を示す図であって、（ａ）は変形実施例の斜視図であり、（ｂ）は軸２７ｃと軸１１ｃとの接合前の説明図であり、（ｃ）は軸２７ｃと軸１１ｃとの接合後の説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るベーン式発電機を示す斜視図である。

ベーン式発電機１では、吸入口２から液体が送られ、ベーン部４を通過し、排出口３から排出される。ベーン部４で液体によりベーン９（図３に示す）が回転し、この回転は出力軸１１（図３に示す）から発電機部５の入力軸２７（図３に示す）へと伝えられ、この回転により発電機部５において発電がされる。この発電された電流は端子３２から出力される。

図２は、図１に示したベーン式発電機１の正面図である。

また、図３は、図２のＡ−Ａ部での断面図である。

発電機部５はロータ部３３の外周にステータ部３４を配する。ロータ部３３は、軸２７の外周に、ロータスリーブ２８を介して、円周方向に多極着磁された永久磁石２９を有して構成され、エンドプレート２６に固定した軸受２５および発電機部取付プレート２０に固定されたベアリングホルダー３０に配するボールベアリング３１により回転自在としている。

ロータ部３３の永久磁石２９と隙間を隔てて外周にはステータ部３４を配置する。ステータ部３４は、クローポール型であり、円筒状のインシュレーター２３に巻回されたコイル２４とヨークＡ２１とヨークＢ２２とを有し、永久磁石２９と対向する面に、ヨークＡ２１およびヨークＢ２２の極歯を配して構成される。

ベーン部４は、ベーン式であり、軸１１の外周にベーンホルダー８、およびベーン９を有し、吸入口２（図１、２に示す）から送られてきた液体により回転する。この回転は出力軸である軸１１から発電機部５の入力軸である軸２７に伝えられ、発電機部５のロータ部３３が回転し、ステータ部３４のコイル２４に電磁誘導による電流が流れ、発電機として機能する。この発電により、ステータ部３４の出力端子である端子３２（図１、２に示す）から電流が出力される。軸１１はケース７に配する軸受１０およびボールベアリング３１により回転自在としている。

次に、本実施の形態のベーン式発電機１の軸受構造についてさらに詳しく説明する。

図４は、図３に示した軸２７、軸１１部の拡大断面図である。

また、図５は、図３に示した軸２７と軸１１との接合について説明する図であって、（ａ）は軸接合部の軸２７ｂおよび軸１１ｂのＤカット形状説明図であり、（ｂ）は軸２７ｂと軸１１ｂとの接合前の説明図であり、（ｃ）は軸２７ｂと軸１１ｂとの接合後の説明図である。

図４に示すように、発電機部取付プレート２０にはベアリングホルダー３０が配置されており、発電機部５の軸２７の外径部２７ａとベーン部４の軸１１の外径部１１ａとは、ベアリングホルダー３０に配置されたボールベアリング３１の内輪内径３１ａに嵌まり、このとき軸２７と軸１１とは軸方向に接合する。

軸２７および軸１１は、ボールベアリング３１の内輪内径３１ａ内に１：１の長さ比率で配され、少なくとも一方がボールベアリング３１の内輪内径３１ａ内に圧入され、軸方向に軸２７の接合部にはＤカット部２７ｂを有し、軸１１の接合部にはＤカット部１１ｂを有し、Ｄカット部２７ｂとＤカット部１１ｂとが噛み合って接合されている。

本実施の形態では、出力軸と入力軸との接合に当たり、軸方向に寸法の長いボールベアリング３１を採用し、ボールベアリング３１の内輪内径３１ａの軸方向寸法内で、出力軸である軸１１と入力軸である軸２７との接合を完結し、また、ボールベアリング３１の外輪外径３１ｂは、ベーン部４のベーン部取付プレート６のボールベアリング嵌合部６ａと発電機部５のベアリングホルダー３０とに嵌合する。

また、ボールベアリング３１の外輪外径３１ｂは、ベーン部取付プレート６のボールベアリング嵌合部６ａに嵌合し、発電機部５のベアリングホルダー３０はボールベアリング嵌合部６ａに係合するものであってもよい。

また、ボールベアリング３１の外輪外径３１ｂは、発電機部５のベアリングホルダー３０に嵌合し、ベーン部４のベーン部取付プレート６のボールベアリング嵌合部６ａはベアリングホルダー３０に係合するものであってもよい。

出力軸である軸１１と入力軸である軸２７とは、それぞれをボールベアリング３１の内輪内径３１ａで支えることで、互いの同軸度を向上させることができる。

また、ボールベアリング３１のボールの遊びで、多少の偏芯を吸収することができる。

本実施の形態では、出力軸である軸１１と入力軸である軸２７は、圧入、Ｄカットとしている。これによりＤカットと圧入による安価で組立容易な手法で、高い信頼性を得ることができる。例えば、強度を均等にするため、軸２７と軸１１は軸方向に略１：１の長さで接合してもよい。また発電機部、ベーン部の大きさによりその比率は任意に設定することができる。

図５を参照して、入力軸である軸２７と出力軸である軸１１との接合についてさらに説明する。

図５（ａ）では代表して軸１１の斜視図を示すが、軸２７も同様の構造である。図５（ａ）に示すように、軸１１および軸２７は、対向する先端部にＤカット形状の軸１１ｂおよび軸２７ｂを有し、この軸１１ｂおよび軸２７ｂが互いに噛み合うことによって、軸１１と軸２７との軸回転方向の接合が強固に行われる。図５（ｂ）は接合前の軸１１および軸２７を示し、図５（ｃ）は接合状態を示す。

また、出力軸である軸１１の外径１１ａと入力軸である軸２７の外径２７ａは、ボールベアリング３１の内輪内径３１ａにより、同軸度が確保され、軸接合後、発電機部５とベーン部４とは、図１、図２に示す発電機部ベーン部固定ネジ３５により合体する。

次に、軸１１および軸２７の、図５とは別の例（変形例）について図６を参照して説明する。

また、図６は、図３に示した軸２７と軸１１との接合の変形例について説明する図であって、（ａ）は軸接合部の軸２７ｂおよび軸１１ｂのＤカット形状説明図であり、（ｂ）は軸２７ｂと軸１１ｂとの接合前の説明図であり、（ｃ）は軸２７ｂと軸１１ｂとの接合後の説明図である。

図５に示した例では、軸１１および軸２７の軸回転方向の接合をＤカット形状によって行ったが、本発明はこれに限られるものではない。図６ではこの変形例を示す。

図６（ａ）では代表して軸２７の斜視図を示すが、軸１１も同様の構造である。図６（ａ）に示すように、この変形例では、軸１１および軸２７は、対向する先端部に軸凹部１１ｃおよび軸凹部２７ｃを有し、さらに板状の接合部材２７ｄを設けている。

接合部材２７ｄを間に入れて軸１１と軸２７とを突き合わせると、軸凹部１１ｃおよび軸凹部２７ｃに接合部材２７ｄが嵌まり込み、軸１１と軸２７との軸回転方向の接合が強固に行われる。図６（ｂ）は接合前の軸１１、軸２７およびを接合部材２７ｄ示し、図６（ｃ）は接合状態を示す。

なお、上記実施形態では、ステータ部３４およびロータ部３３を、ベーン部４のベーン９の回転による発電機として機能させるように説明したが、本発明は、これに限定されない。すなわち、本発明は、ステータ部３４およびロータ部３３をモータとして機能させてベーンポンプとして用いることもできる。具体的には、モータである発電機部５に駆動電圧を印加すると、このモータが回転し、この回転はポンプであるベーン部４のベーン９を回転させる。この回転により、ベーン９は、吸入口２から流体を吸い込み、排出口３から排出する。

また、本発明においては、ボールベアリングによる出力軸と入力軸との接合を果たせばよく、ボールベアリングをベーン部側、発電機部側の双方から支えなくてもよい。

本発明の軸受構造によれば、出力軸あるいは入力軸である軸１１と入力軸あるいは出力軸である軸２７とを、ボールベアリング３０の内輪の内側で接合するようにしたので、軸１１と軸２７との同軸度を高めることができる。

また、本発明をベーンポンプに適用する場合においては、ベーン部４のベーン９を回転させる駆動力は、電動モータによらなくてもよく、たとえば各種エンジンの駆動力によって出力軸を回転させ、この回転を本発明の軸受構造によってベーン部４の入力軸に伝達するようにすることもできる。

以上、本発明の好ましい実施形態および変形例について説明したが、実施の形態については上記に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更および組み合わせが可能である。

１ベーン式発電機
２吸入口
３排出口
４ベーン部
５発電機部
６ベーン部取付プレート
６ａボールベアリング嵌合部
７ケース
８ベーンホルダー
９ベーン
１０軸受（ベアリング）
１１軸
１１ａ軸外径部
１１ｂ軸Ｄカット部
１１ｃ軸凹部
２０発電機部取付プレート
２１ヨークＡ
２２ヨークＢ
２３インシュレーター
２４コイル
２５ベアリング（軸受）
２６エンドプレート
２７軸
２７ａ軸外径部
２７ｂ軸Ｄカット部
２７ｃ軸凹部
２７ｄ接合部材
２８ロータスリーブ
２９永久磁石
３０ボールベアリングホルダー
３１ボールベアリング
３１ａ内輪内径部
３１ｂ外輪外径部
３２端子
３３ロータ部
３４ステータ部
３５発電機部ベーン部固定ネジ

Claims

回転軸である出力軸と回転軸である入力軸とを接合する構造であって、
前記出力軸と前記入力軸とを内輪内で接合するボールベアリングを備えたことを特徴とする軸受構造。
前記出力軸および前記入力軸はＤカット加工し、前記ボールベアリング内輪内に、前記出力軸および前記入力軸の少なくとも一方を圧入し、前記Ｄカット同士を噛み合わせて接合したことを特徴とする請求項１に記載の軸受構造。
前記出力軸および前記入力軸はそれぞれ先端に軸凹部を有し、
前記ボールベアリング内輪内で、前記出力軸と前記入力軸とを突き合わせたとき、前記出力軸および前記入力軸の軸凹部に嵌まり込む板状の接合部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の軸受構造。
発電機部とベーン部とを備え、
前記入力軸が、該入力軸の外周にロータを有する前記発電機の回転軸であり、
前記出力軸が、該出力軸の径方向に配されたベーンを有するベーン部の回転軸である、
ことを特徴とする請求項１ないし３のうちのいずれか１項に記載の軸受構造。
前記ボールベアリングは、前記発電機部のボールベアリングホルダーで保持される、
ことを特徴とする請求項４に記載の軸受構造。
前記ベーン部は、前記ボールベアリングホルダーと係合する係合部を有する、
ことを特徴とする請求項５に記載の軸受構造。
請求項４ないし６のうちのいずれか１項に記載の軸受構造を用いることを特徴とするベーン式発電機。
モータとベーン部とを備え、
前記出力軸が、該出力軸の外周にロータを有する前記モータの回転軸であり、
前記入力軸が、該入力軸の径方向に配されたベーンを有するベーン部の回転軸である、
ことを特徴とする請求項１ないし３のうちのいずれか１項に記載の軸受構造。
前記ボールベアリングは、前記モータのボールベアリングホルダーで保持される、
ことを特徴とする請求項８に記載の軸受構造。
前記ベーン部は、前記ボールベアリングホルダーと係合する係合部を有する、
ことを特徴とする請求項９に記載の軸受構造。
請求項８ないし１０のうちのいずれか１項に記載の軸受構造を用いることを特徴とするベーンポンプ。