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公開番号2025139631
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024038570
出願日2024-03-13
発明の名称モータ軸受システム
出願人マツダ株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02K 7/08 20060101AFI20250919BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】転がり軸受と気体軸受とを切り替えるモータ軸受システムにおいて、気体軸受の共振を適切に回避する。
【解決手段】モータ軸受システム20は、内輪4、外輪5、複数の転動体6及びスリーブ7を含み、モータ1の回転軸2を支持する軸受3と、この軸受のスリーブの固定と解放とを切り替え可能なブレーキ機構9と、このブレーキ機構をモータ回転数に基づき制御する制御装置50と、を有し、制御装置は、モータ回転数が所定値未満であるときには、軸受を転がり軸受として機能させるべく、スリーブを固定するようにブレーキ機構を作動させ、モータ回転数が所定値以上であるときには、軸受を気体軸受として機能させるべく、スリーブを解放するようにブレーキ機構を停止させ、また、モータ回転数が所定値以上で且つ気体軸受の共振回転域に応じた所定回転域にあるときには、ブレーキ機構を作動させる。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
モータ軸受システムであって、
モータの回転軸を支持するように当該回転軸の外周に設けられた軸受であって、周方向に延在するようにそれぞれ形成され、径方向において対向するように離間して配置された第１軌道輪部及び第２軌道輪部と、前記第１軌道輪部と前記第２軌道輪部との間に介装された複数の転動体と、を備える前記軸受と、
前記軸受の前記第１軌道輪部を固定することで、前記軸受を転がり軸受として機能させることが可能な状態と、前記軸受の前記第１軌道輪部を解放することで、前記軸受を気体軸受として機能させることが可能な状態と、を切り替えられるように構成されたブレーキ機構と、
前記モータのモータ回転数を検出するモータ回転数センサと、
前記モータ回転数センサにより検出された前記モータ回転数に基づき、前記ブレーキ機構を制御するように構成された制御装置と、
を有し、
前記制御装置は、
前記モータ回転数が所定値未満であるときには、前記転がり軸受を機能させるべく、前記第１軌道輪部を固定するように前記ブレーキ機構を作動させ、前記モータ回転数が前記所定値以上であるときには、前記気体軸受を機能させるべく、前記第１軌道輪部を解放するように前記ブレーキ機構を停止させ、
前記モータ回転数が前記所定値以上で且つ前記気体軸受の共振回転域に応じた所定回転域にあるときには、前記ブレーキ機構を作動させる、
ように構成されている、ことを特徴とするモータ軸受システム。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記制御装置は、前記モータ回転数が上昇している場合において、前記モータ回転数又は前記第１軌道輪部の回転数が前記所定回転域に入ったときに、前記第１軌道輪部の回転数を前記共振回転域未満に維持させるように前記ブレーキ機構を制御し、前記モータ回転数が前記所定回転域から出たときに、前記第１軌道輪部の回転数を急上昇させるように前記ブレーキ機構を停止するように構成されている、請求項１に記載のモータ軸受システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記モータ回転数が下降している場合において、前記モータ回転数又は前記第１軌道輪部の回転数が前記所定回転域に入ったときに、前記第１軌道輪部の回転数を急降下させて前記共振回転域未満に維持させるように前記ブレーキ機構を制御し、前記モータ回転数が前記所定回転域から出たときに、前記ブレーキ機構を停止するように構成されている、請求項１又は２に記載のモータ軸受システム。
【請求項４】
前記ブレーキ機構は、前記第１軌道輪部を固定するために、当該第１軌道輪部にブレーキ力を付与するように構成され、
前記制御装置は、前記モータ回転数が前記所定回転域にあるときに、前記ブレーキ機構から前記第１軌道輪部に付与されるブレーキ力を調整すべく、前記ブレーキ機構に対してデューティ制御を行うように構成されている、請求項１又は２に記載のモータ軸受システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記モータ回転数が前記所定回転域に入った直後の所定期間において前記デューティ制御で適用するデューティ比を、前記モータ回転数の変化率の絶対値が小さいほど、小さな値に設定するように構成されている、請求項４に記載のモータ軸受システム。
【請求項６】
前記モータ軸受システムは、前記軸受において発生する振動を検出する１つ以上の振動センサを更に有すると共に、前記第１軌道輪部を固定するために、当該第１軌道輪部における周方向の複数の位置にブレーキ力をそれぞれ付与するように設けられた複数の前記ブレーキ機構を有し、
前記制御装置は、前記１つ以上の振動センサにより検出された前記振動の方向に基づき、前記複数のブレーキ機構の中で前記振動の方向に対応する１つ以上の前記ブレーキ機構を作動させる制御を行うように構成されている、
請求項１に記載のモータ軸受システム。
【請求項７】
前記第１軌道輪部は、前記複数の転動体の径方向外側に設けられ、前記第２軌道輪部は、前記複数の転動体の径方向内側に設けられ、
前記モータ軸受システムは、
前記第１軌道輪部の外周面に沿って延在し且つ当該外周面との間に隙間を空けて設けられた内周面を備え、前記回転軸の回転に伴って回転しないように固定された固定部材を更に有し、
前記ブレーキ機構が前記第１軌道輪部を解放しているときに、前記第１軌道輪部の前記外周面が前記固定部材の前記内周面から離間した状態にて、前記軸受の全体が前記回転軸の回転に伴って前記固定部材に対して回転することで、前記軸受が前記気体軸受として機能するようになっている、
請求項１又は２に記載のモータ軸受システム。
【請求項８】
前記モータ軸受システムは、前記第１軌道輪部の前記外周面と前記固定部材の前記内周面との前記隙間に気体を供給するための気体通路と、前記気体通路上に設けられ、前記気体を圧送するポンプと、を更に有し、
前記制御装置は、前記モータ回転数が前記所定値以上であるときに、前記気体を前記気体通路から前記隙間に供給するように前記ポンプを制御するよう構成されている、
請求項７に記載のモータ軸受システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受と滑り軸受とを切り替え可能なモータ軸受システムに関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば車両の動力源（エンジンやモータ）の回転軸などを支持する軸受として、転がり軸受や滑り軸受が用いられている。転がり軸受は、低回転域においてフリクションが小さい一方、滑り軸受は、低回転域においてフリクションが大きい。他方で、転がり軸受は、転がり疲労により寿命が有限であるが、滑り軸受は、潤滑が適切な条件下では寿命が永久的である。
【０００３】
ここで、転がり軸受及び滑り軸受の両方を有するようにシステムを構成して、上記のような各軸受の特性に応じて、適用する軸受を切り替える技術が提案されている。例えば、特許文献１には、ハウジングに収納された回転体を支持する滑り軸受と、滑り軸受に並列に配設され、回転体を支持する転がり軸受と、転がり軸受の内輪又は外輪を軸方向に移動させることで、回転体を支持するように機能させる軸受を切り替える移動機構と、を有するシステムが記載されている。特に、このシステムでは、移動装置の駆動により内輪又は外輪を軸方向に相対移動させることで転がり軸受のラジアル隙間を変化させ、転がり軸受のラジアル隙間が滑り軸受のラジアル隙間より大きい場合には滑り軸受のみを機能させる一方、転がり軸受のラジアル隙間が滑り軸受のラジアル隙間より小さい場合には転がり軸受のみを機能させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００９－１９７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、上記したような滑り軸受では、潤滑油による流体潤滑が用いられているが、流体潤滑を行う滑り軸受は、高回転域において、潤滑油の流体摩擦や抵抗が大きくなる。そのため、滑り軸受を高回転域で動作させるようなシステムでは、潤滑油よりも粘度が小さい気体での潤滑を用いる気体軸受（典型的には空気軸受）を、滑り軸受として適用するのが効果的である。しかしながら、低回転域では、気体軸受の負荷能力が確保されない傾向にある。一方で、高回転域では、くさび効果や絞り効果などにより、気体軸受の負荷能力を確保できるようになる。そのため、本件発明者は、低回転域では転がり軸受を機能させ、高回転域では気体軸受を機能させるように、回転域に応じて軸受を切り替えられるようにシステムを構築することを考えた。
【０００６】
他方で、本件発明者は、鋭意研究を重ねた結果、気体軸受では、当該軸受を適用する高回転域内の所定の回転域において、比較的大きな共振が発生することを発見した。つまり、気体軸受は、比較的高い回転域において、共振回転域（共振周波数域）を有するのである。このように気体軸受において共振が発生すると、その負荷能力が低下するため、気体軸受を的確に実現できない場合がある。
【０００７】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、転がり軸受と気体軸受とを切り替えるモータ軸受システムにおいて、気体軸受の共振を適切に回避することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明は、モータ軸受システムであって、モータの回転軸を支持するように当該回転軸の外周に設けられた軸受であって、周方向に延在するようにそれぞれ形成され、径方向において対向するように離間して配置された第１軌道輪部及び第２軌道輪部と、第１軌道輪部と第２軌道輪部との間に介装された複数の転動体と、を備える軸受と、軸受の第１軌道輪部を固定することで、軸受を転がり軸受として機能させることが可能な状態と、軸受の第１軌道輪部を解放することで、軸受を気体軸受として機能させることが可能な状態と、を切り替えられるように構成されたブレーキ機構と、モータのモータ回転数を検出するモータ回転数センサと、モータ回転数センサにより検出されたモータ回転数に基づき、ブレーキ機構を制御するように構成された制御装置と、を有し、制御装置は、モータ回転数が所定値未満であるときには、転がり軸受を機能させるべく、第１軌道輪部を固定するようにブレーキ機構を作動させ、モータ回転数が所定値以上であるときには、気体軸受を機能させるべく、第１軌道輪部を解放するようにブレーキ機構を停止させ、モータ回転数が所定値以上で且つ気体軸受の共振回転域（共振周波数域）に応じた所定回転域にあるときには、ブレーキ機構を作動させる、ように構成されている。
【０００９】
このように構成された本発明では、制御装置は、モータ回転数が所定値以上である場合、基本的には、気体軸受を機能させるべく、ブレーキ機構を停止させるが、モータ回転数が所定値以上であっても所定回転域にあるときには、例外的に、ブレーキ機構を作動させるようにする。これにより、モータ回転数が所定回転域にあるときに、ブレーキ機構により軸受の第１軌道輪部の回転数を調整することで、気体軸受の回転数をモータ回転数と独立して制御することができる。特に、ブレーキ機構により第１軌道輪部を減速させることで、気体軸受をモータ回転数よりも小さい回転数に一時的に設定することができる。その結果、気体軸受の回転数を共振回転域内に停滞させずに当該回転域から速やかに抜けさせることが可能となる。よって、気体軸受の共振を回避することが可能となる。
【００１０】
本発明において、好ましくは、制御装置は、モータ回転数が上昇している場合において、モータ回転数又は第１軌道輪部の回転数が所定回転域に入ったときに、第１軌道輪部の回転数を共振回転域未満に維持させるようにブレーキ機構を制御し、モータ回転数が所定回転域から出たときに、第１軌道輪部の回転数を急上昇させるようにブレーキ機構を停止するように構成されている。
このように構成された本発明によれば、モータ回転数が上昇するときに、気体軸受の回転数を共振回転域から速やかに抜けさせることができ、気体軸受の共振を効果的に回避可能となる。
（【００１１】以降は省略されています）

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