JP2003102143A

JP2003102143A - モータ内蔵ローラ

Info

Publication number: JP2003102143A
Application number: JP2001292996A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Fukada; 茂貴深田; Toshiyuki Tachibana; 俊之橘
Original assignee: Ito Denki Co Ltd
Current assignee: Ito Denki Co Ltd
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2003-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】減速機を内蔵しなくても高トルクの回転動力
が得られ、安定して回転駆動できるモータ内蔵ローラを
提供することを目的とする。【解決手段】モータ内蔵ローラ１は、モータ３が内蔵
されており、モータ３の回転動力により固定軸５ａ，５
ｂに対して回転駆動する。モータ３は、電力を供給する
と８極の磁極を発生する固定子６と、固定子６の外周側
に配置され固定軸５ａに対して回転自在である回転子７
とを有する。モータ３は、固定子６が８極の磁極を発生
するため、低速で回転駆動できる。また、モータ３は、
筒状体４に通気孔１６が設けられており、その周囲には
風切部材１７が設けられているため、筒状体４の内部に
は熱がこもらず、安定した回転駆動が可能である。よっ
て、モータ内蔵ローラ１は、減速機を介さずして低速で
回転駆動でき、高トルクの回転動力を呈する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アウターロータ型
モータを内蔵するモータ内蔵ローラに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のモータ内蔵ローラは、実開平６−
５６０２６号公報、特開平１１−７９３５８号公報に開
示されているように、円筒状のローラ本体内にモータと
減速機とを内蔵している。これらのモータ内蔵ローラ
は、モータの回転動力が減速機において減速されてロー
ラ本体に伝達され、ローラ本体が低速で回転駆動する構
造である。

【０００３】従来のモータ内蔵ローラに採用されている
モータは、ローラ本体内に内蔵しなければならないた
め、回転子および固定子は小型であり、回転トルクが小
さくならざるを得ない。そこで、従来のモータ内蔵ロー
ラでは、ローラ本体内に前記モータと共に減速比の大き
な減速機を内蔵している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】モータ内蔵ローラは、
ローラコンベアやベルトコンベアなど、物品を搬送する
搬送装置の駆動源として利用されることが多い。物品を
搬送するためには、高トルクの回転動力が必要とされる
ため、通常のモータ内蔵ローラには高段の減速機がモー
タと共に内蔵されている。

【０００５】しかし、かかる構成によれば、ローラ本体
内に減速機を内蔵するためのスペースが必要となり、モ
ータ内蔵ローラの小型化が困難である。また、減速機を
内蔵すると、ローラ本体内の空隙が少なくなる。そのた
め、前記モータ内蔵ローラに高負荷を作用させると、モ
ータの回転駆動にともない発生する熱がローラ本体内に
こもってしまう。ローラ本体内に収納されているモータ
やその他の電気・電子機器は、高温下においては駆動に
支障をきたすため、モータ内蔵ローラの回転駆動を安定
して行えない。

【０００６】減速機を内蔵したモータ内蔵ローラは、ギ
アの磨耗によって製品寿命が短期化するとともに、騒音
も大きくなるという問題がある。また、減速機は、構成
が複雑であるため、減速機を内蔵するモータ内蔵ローラ
は、製造に手間がかかる。さらに、モータ内蔵ローラに
減速機を内蔵すると、その分構成部品の数が増え、製造
コストの低減が困難である。

【０００７】そこで、本発明においては、減速機を内蔵
しなくても高トルクの回転動力が得られ、安定して回転
駆動できるモータ内蔵ローラを提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した問題を解決すべ
く、本発明において以下の技術的手段を講じた。本発明
は、固定軸に対して回転自在に支持されたローラ本体内
にモータが内蔵され、該モータの回転動力がローラ本体
に伝達されることでローラ本体が固定軸に対して回転駆
動するモータ内蔵ローラにおいて、モータは、固定軸に
取り付けられた固定子と、前記固定子の外周側に配置さ
れ固定軸に対して回転自在である回転子とを有し、前記
固定子に電力を供給すると８極以上の磁極を発生するア
ウターロータ型モータであり、前記ローラ本体は、前記
回転子と同期的に回転すべく連結されていることを特徴
とするモータ内蔵ローラである。

【０００９】上記したモータ内蔵ローラにおいて、ロー
ラ本体内に内蔵されているアウターロータ型モータは、
固定子が８極以上の固定子巻線である。従って、固定子
の外周側に配置されている回転子は、固定子巻線に作用
する電源の周波数の１／４程度の低速で回転駆動する。
本発明のモータ内蔵ローラは、モータの回転動力がロー
ラ本体に伝達されるため、減速機を介さなくてもローラ
本体は固定軸に対して電源の周波数の１／４程度の低速
で回転駆動でき、高トルクの回転動力を呈する。

【００１０】また、前記モータ内蔵ローラは、モータの
回転動力により直接ローラ本体を回転するため、減速機
における機械的エネルギーのロスがない。よって、本発
明によれば、モータに供給される電気エネルギーからの
モータ内蔵ローラの回転駆動へのエネルギー変換効率が
高い。

【００１１】本発明のモータ内蔵ローラは、別途減速機
を設ける必要がないので、ローラ本体に減速機を収納す
るための空間を設ける必要がない。よって、本発明によ
れば、モータ内蔵ローラの小型化が可能である。また、
上記した構成によれば、減速機を内蔵した場合に比べ
て、ローラ本体内に空隙を大きく設けられる。よって、
本発明のモータ内蔵ローラは、高負荷が作用した場合で
もモータの回転駆動に伴い発生する熱がローラ本体内に
こもらない。従って、ローラ本体内に収納されているモ
ータやその他の電気・電子機器は、高温とならないため
動作が安定しており、モータ内蔵ローラの回転駆動が安
定して行える。

【００１２】本発明のモータ内蔵ローラは、減速機を介
さないため、減速機の摩耗等によるモータ内蔵ローラの
故障要因が減り、耐久性に優れているとともに、減速機
の駆動に伴う騒音が発生しない。また、上記した構成と
すれば、モータ内蔵ローラは、構成部品点数が少ないた
め、製造が容易であり、製造コストを低くできる。

【００１３】また、上記したモータ内蔵ローラは、ロー
ラ本体内には筒状体があり、回転子は筒状体の内部に収
納されており、該筒状体の外周部には複数の通気孔が設
けられた構成とすることも可能である。

【００１４】この様な構成とすると、通気孔を介して筒
状体の内外の空気の循環が可能であり、ローラ本体内に
内蔵されているモータの回転駆動により発生した熱が筒
状体の外部に放散できるため、前記モータは、高負荷が
作用しても回転駆動が安定している。よって、本発明の
モータ内蔵ローラは、高負荷作用時にも回転駆動を安定
して行える。

【００１５】また、上記したモータ内蔵ローラにおい
て、筒状体に設けられている通気孔の周囲には、風切部
材を有する構成とすることもできる。

【００１６】上記した構成とすると、ローラ本体に内蔵
されているモータの回転駆動時に、風切部材が、モータ
の外部側の空気を筒状体の内部に掻き込み、空気の循環
を促進する。モータの外部から通気孔を介して筒状体の
内部に流入した空気により、モータの内部で発生した熱
は効率よく冷却されるため、本発明のモータ内蔵ローラ
は、高負荷が作用しても回転駆動が安定して行える。な
お、風切部材は、筒状体の回転によって筒状体の内部方
向に外気を巻き込むものであればよく、筒状体の内部方
向および外部方向のいずれに向かって延伸したものであ
っても良い。

【００１７】上記したモータ内蔵ローラにおいて、固定
子の固定子巻線は、スター結線された３相巻線とするこ
とが可能である。

【００１８】上記した構成によれば、固定子の１相当た
りに作用する電圧が、電源電圧より低下し、固定子巻線
に流れる電流が少なくなる。そのため本発明に用いられ
るモータは、回転駆動時の発熱が低減される。また、本
発明に用いられるモータは、固定子巻線がスター結線さ
れているため力率が高く、固定子巻線に大電流を流さず
して高トルクの回転動力が得られる。

【００１９】上記したモータ内蔵ローラにおいて、固定
子の固定子巻線に供給される電流は４Ａ以下とすること
も可能である。

【００２０】また、上記したモータ内蔵ローラの回転子
は、Ｎ・Ｓの４対８極以上を有する多極マグネットとす
ることができる。

【００２１】本発明によれば、回転子の回転速度を低速
とした場合においても、回転子が円滑に回転駆動でき
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図１は、本発明の一実施形態であるモータ内
蔵ローラ１の断面図である。図２（ａ）は、モータ内蔵
ローラ１のローラ本体２に内蔵されているモータ３の断
面図であり、（ｂ）は、同（ａ）のＡ−Ａ断面図であ
る。図３は、モータ３の筒状体４を示す図であり、
（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ
−Ｂ断面図である。モータ内蔵ローラ１は、固定軸５
ａ，５ｂに回転自在に支持された円筒形のローラ本体２
の内部に、モータ３が内蔵された構成である。

【００２３】モータ３は、図２（ａ）および同（ｂ）に
示すように、固定軸５ａに固定子６が固定され、その外
周側に回転子７が配置された構成である。固定子６は、
支持部材９に支持され、１２個のヨーク部８を有する鉄
心１０に、固定子巻線１１が巻き付けられたものであ
る。固定子６は、鉄心１０の積厚が７０ｍｍ程度であ
り、固定子巻線１１は、相間抵抗Ｒが２．５Ω〜３．５
Ω程度となるように適宜の線径の導線が鉄心１０に巻き
付けられている。なお、鉄心１０に巻き付けられている
導線の巻数は、いかなる値であっても良いが、電力供給
時に一層大きな電磁力を得るため、可能な限り巻数を大
きくすることが望ましい。固定子６は、固定子巻線１１
を図４に示すように３相スター結線したものである。固
定子６は、１相当たり４つの固定子巻線１１を備えたも
のであり、電力が供給されると８極の磁極を発生する。

【００２４】また、固定子６の外周側に固定子６を包囲
するように設けられている回転子７は、多極マグネット
１２を筒状体４の内部に固定したものである。多極マグ
ネット１２は、肉薄の円筒形であり、Ｎ極１３とＳ極１
４とが交互に並んだものであり、８つの極が周方向に等
間隔に設けられている。回転子７は、固定子６の周りを
固定軸５ａを中心として回転可能である。

【００２５】筒状体４は、図３に示すような円筒形の形
状であり、複数の通気孔１６を有する。通気孔１６の周
囲には、筒状体４の内部方向に向かう風切部材１７が設
けられている。風切部材１７は、通気孔１６の両側に設
けられており、筒状体４の軸方向に長い略矩形の壁状の
部材である。なお、風切部材１７は、筒状体４の外部方
向に向かう形状であっても良いが、外気を筒状体４内に
効率よく導入し、モータ３の小型化を図るべく、筒状体
の内部方向に向かう形状とすることが望ましい。また、
風切部材１７はいかなる形状を有しても良い。通気孔１
６および風切部材１７は、筒状体４のいかなる場所に設
けられても良いが、筒状体４の回転時に風切部材１７が
筒状体４の内部に配置された固定子６に接触し、筒状体
４の回転が停止するのを防止すべく、固定子６の収納位
置より軸方向両端側に設けるのが好ましい。

【００２６】上記したモータ３は、電子整流によって回
転駆動するブラシレスモータであり、ブラシと整流子に
より構成される機械整流構造を有していない。すなわち
モータ３は、ホール素子とパワースイッチング回路とに
より構成される電子回路を有し、これにより回転駆動が
制御されている。モータ３は、前記ホール素子とパワー
スイッチング回路の全部あるいは一部を一体化したホー
ルＩＣ１８を、モータ３の磁極検知手段として備えてい
る。ホールＩＣ１８は、磁界の大きさを検知するホール
素子と、該ホール素子により検出された微小信号を増幅
する増幅器と、増幅器において増幅された信号を方形波
に成型するシュミットトリガ回路と、安定化電源回路
と、温度補償回路とを備えている。なお、本実施形態に
おいては、磁極検知手段としてホールＩＣ１８を用いる
磁極検知方式を採用したが、これに限らず発光ダイオー
ドとフォトセンサを用いたフォト・インタラプタ方式や
磁気飽和素子を用いたインダクタンス方式などいかなる
方式の磁極検知手段を採用しても良い。

【００２７】ホールＩＣ１８は、支持部材９に固定され
ている基板１５上に設けられており、固定軸５ａを中心
とする同心円上に、３つのホールＩＣ１８が周方向に等
間隔となるように配置されている。また、基板１５に
は、ローラ本体２の外部から内部側に導入された配線コ
ード１９が接続されている。なお、配線コード１９は、
固定軸５ａに設けられた貫通孔２０および配線導出孔２
１を通じて、ローラ本体２の外部側から内部側へと導入
された配線である。ホールＩＣ１８は、ホール信号の立
ち上がりをパルスとしてとらえることにより回転子７の
回転駆動に伴う磁界の変化を検出する。本実施形態にお
いては、３つのホール素子で多極マグネット１２の４対
（８極）の磁極による磁界の変化を検知するため、回転
子７が１回転する間に、磁界の変化を示す検知信号が１
２パルス発信される。即ち、回転子７が３０°回転する
毎に磁界の変化を示す検知信号が発信される。磁界の変
化を示す検知信号は、図５に示すように、比較部２２に
送信され、これによりモータ３の回転数が検出される。

【００２８】一方、比較部２２には、モータ内蔵ローラ
１を所望の回転速度で回転駆動させるべく、外部より速
度指令信号が入力されている。比較部２２は、速度指令
信号と、ホールＩＣ１８により検出されたモータ３の回
転数とを比較し、ＰＷＭ（パルス幅変調）指令信号をモ
ータドライバー部２３に送信する。モータドライバー部
２３は、受信したＰＷＭ指令信号に基づき固定子巻線１
１への供給電力を調整する。モータ３は、回転子７が３
０°回転する毎に供給電力が調整されるため、回転子７
の回転駆動が安定して行われる。

【００２９】モータ３は、固定子巻線１１に電力が供給
されると、回転子７が回転し筒状体４が回転駆動する。
モータ３の固定子６は、電力を供給すると３相８極の磁
界を発生し、電源周波数の１／４の回転速度（同期速度
ｎ₀）で前記磁界が回転する。そのため、モータ３の回
転子７は、同期速度ｎ₀よりさらにすべりＳの分だけ遅
い回転速度で回転する。また、固定子巻線１１は、３相
スター結線したものであるため、固定子巻線１１に流れ
る電流が小さく、固定子６での発熱が抑制される。ま
た、固定子巻線１１は、スター結線されているため力率
が高い。従って、モータ３は、固定子巻線１１に大電流
を流さなくても高トルクの回転動力を呈する。

【００３０】モータ３は、上記の通り非常に低速で回転
するものであるため、固定子６において高温の熱を発す
る。さらに、筒状体４に高負荷が作用したり、筒状体４
の回転駆動が長時間に及ぶと、固定子６の発熱量がさら
に増加し、筒状体４の内部雰囲気が非常に高温となる。
筒状体４に収納されている固定子巻線１１は、絶縁許容
温度を超えると絶縁破壊が生じてしまう。また、固定子
６と同様に筒状体４にはホールＩＣ１８などが取り付け
られた基板１５等の電気・電子部品が収納されている
が、これらは高温雰囲気下では機能を十分発揮できな
い。

【００３１】筒状体４には、通気孔１６が設けられてお
り、通気孔１６の周囲には風切部材１７が設けられてい
るため、筒状体４が回転駆動すると風切部材１７が外気
を筒状体４の内部に掻き入れ、筒状体４の内気は通気孔
１６から外部に放出される。よって、本実施形態のモー
タ３は、通気孔１６を介して筒状体４の内気と外気の循
環が十分行われ、筒状体４の内部が高温とならない。従
って本実施形態のモータ３は、回転子７に高負荷が作用
したり、長時間にわたり回転子７を回転駆動しても、低
速で高トルクの回転動力を安定して発生できる。

【００３２】モータ３は、モータ内蔵ローラ１の駆動源
としてローラ本体２の内部に収納されている。ローラ本
体２の軸方向両端部には、キャップ３０，３１が設けら
れている。モータ３の固定軸５ａは、キャップ３０に設
けられた軸装着孔３２に軸受け３７を介して支持されて
おり、キャップ３０から軸方向外方に突出している。ま
た、固定軸５ａは、ローラ本体２内に固定された略円筒
形の固定部材３４に、軸受け３８を介して支持されてい
る。固定軸５ｂは、固定軸５ａと軸心が一致しており、
キャップ３１に設けられた軸装着孔３３に軸受け４０を
介して支持されている。なお、本実施形態においては、
固定軸５ａ，５ｂは本体ローラ２内において分割されて
いるが、ローラ本体２の内部で一体的に連結されていて
も良い。

【００３３】固定軸５ｂは、軸方向片端側に凹部４１が
設けられており、内部にボール４２が収納されている。
軸受け４０を挟み、キャップ３１には押圧部材４３が取
り付けられており、押圧部材４３がバネ４４およびボー
ル４２を介して固定軸５ｂをローラ本体２の軸方向外部
側に押しつけている。なお、固定軸５ｂは、軸方向一方
側の端部にフランジを有するため、固定軸５ｂはローラ
本体２の外部側に抜け落ちない。また、固定軸５ｂは、
ローラ本体２の軸方向内部側に押圧されると、バネ４４
が弾性変形しローラ本体２の内部側に収納され、押圧を
解除するとバネ４４の復元力により所定の位置に戻る。
そのため、モータ内蔵ローラ１は、図６に示すようなあ
らかじめ所定の間隔で並列されたフレーム４８，４９に
も容易に取り付けられる。

【００３４】モータ３の筒状体４は、軸方向両端部をキ
ャップ３０およびローラ本体２内に固定された略円筒形
の固定部材３４により挟み込むことでローラ本体２の内
部に固定されている。筒状体４の端部に設けられている
固定片４ａが、固定部材３４に設けられた凹部３５およ
びキャップ３０に設けられた凹部３６に嵌め込まれてい
るため、筒状体４はローラ本体２に対して相対回転不能
である。即ち、ローラ本体２は、モータ３の筒状体４と
同期的に回転し、減速機を介在させずとも低速で回転可
能であり、高トルクの回転動力を呈する。

【００３５】モータ３の固定子６に電力が供給される
と、回転子７が固定軸５ａの軸心を中心として低速で回
転駆動する。モータ３の筒状体４は、ローラ本体２に相
対回転不能に固定されているため、回転子７の回転駆動
に連動してローラ本体２が固定軸５ａに対して低速で回
転駆動し、高トルクの回転動力を呈する。

【００３６】本実施形態のモータ内蔵ローラ１は、図６
に示すコンベア装置４７等の駆動源として用いられる。
コンベア装置４７は、左右１対のフレーム４８，４９に
モータ内蔵ローラ１および内部に駆動源を持たない複数
本のフリーローラ５０を並列に取り付けたものである。

【００３７】コンベア装置４７は、モータ内蔵ローラ１
およびフリーローラ５０を無端ベルト５１により連結し
たものである。フリーローラ５０は、無端ベルト５１に
より伝達されるモータ内蔵ローラ１の回転動力を利用し
て回転する。モータ内蔵ローラ１には、モータ内蔵ロー
ラ１自身に作用する負荷に加え、無端ベルト５１により
連結されているフリーローラ５０に作用する負荷も作用
する。モータ内蔵ローラ１は、低速で回転駆動し、高ト
ルクの回転動力を呈するため、単独で多数のフリーロー
ラ５０を回転駆動できる。なお、モータ内蔵ローラ１
は、ローラコンベアに限らず、ベルトコンベアなどあら
ゆる搬送装置の駆動源として採用可能である。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、減速機を内蔵せずとも
モータ内蔵ローラを低速で回転駆動でき、高い回転トル
クが得られる。また、本発明によれば、モータ内蔵ロー
ラを小型化でき、製造コストの低減が可能である。さら
に本発明のモータ内蔵ローラは、モータで発生する熱を
効率よく冷却でき、高負荷が作用しても安定して回転駆
動できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるモータ内蔵ローラの
断面図である。

【図２】（ａ）は、本発明の一実施形態であるモータ内
蔵ローラに内蔵されているモータの断面図であり、
（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図２に示すモータに用いられる本体筒を示す図
であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は
（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。

【図４】図２に示すモータの固定子に用いられる固定子
巻線の結線回路図である。

【図５】図２に示すモータの回転速度の制御方法を示す
模式図である。

【図６】本発明の一実施形態であるモータ内蔵ローラを
用いたローラコンベアの正面図である。

【符号の説明】

１モータ内蔵ローラ２ローラ本体３モータ４筒状体５ａ，５ｂ固定軸６固定子７回転子１１固定子巻線１２多極マグネット１６通気孔１７風切部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3J103 AA02 AA72 AA81 BA16 CA25 CA37 FA19 FA30 GA37 5H019 AA06 AA07 BB05 BB15 BB18 BB22 BB24 CC04 DD01 FF01 5H607 AA04 BB01 BB07 BB09 BB14 BB17 BB26 CC05 FF11 5H621 GA04 HH01 JK15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定軸に対して回転自在に支持されたロ
ーラ本体内にモータが内蔵され、該モータの回転動力が
ローラ本体に伝達されることでローラ本体が固定軸に対
して回転駆動するモータ内蔵ローラにおいて、モータ
は、固定軸に取り付けられた固定子と、前記固定子の外
周側に配置され固定軸に対して回転自在である回転子と
を有し、前記固定子に電力を供給すると８極以上の磁極
を発生するアウターロータ型モータであり、前記ローラ
本体は、前記回転子と同期的に回転すべく連結されてい
ることを特徴とするモータ内蔵ローラ。
【請求項２】ローラ本体内には筒状体があり、回転子
は筒状体の内部に収納されており、該筒状体の外周部に
は複数の通気孔が設けられていることを特徴とする請求
項１に記載のモータ内蔵ローラ。
【請求項３】筒状体に設けられている通気孔の周囲に
は、風切部材を有することを特徴とする請求項２に記載
のモータ内蔵ローラ。
【請求項４】固定子の固定子巻線は、スター結線され
た３相巻線であることを特徴とする請求項１乃至３のい
ずれかに記載のモータ内蔵ローラ。
【請求項５】固定子の固定子巻線に供給される電流は
４Ａ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいず
れかに記載のモータ内蔵ローラ。
【請求項６】回転子は、Ｎ・Ｓの４対８極以上を有す
る多極マグネットであることを特徴とする請求項１乃至
５のいずれかに記載のモータ内蔵ローラ。