JP2005505221A - フレームレスカートリッジモータの構造 - Google Patents

Abstract

本発明は、フレームレスカートリッジモータの構造に係るシステム及び方法に関する。本発明の一実施例によれば、フレームレスカートリッジモータでは、モータのロータは、モータのステータと心合せされているほか、フィードバック装置は較正されていて、可撓性のある部材を介してモータに取付けられている。又ファスナーは、ロータをモータハウジングに固定している。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、ロータ／ステータ部品の組より構成される永久磁石形同期モータ、又はダイレクトドライブ・トルクモータに関する。このようなモータは、装置の性能、及びスペースを最大限に利用する目的で長年にわたって使用されている。性能に関する長所については良く知られており、これには、メンテナンス不要であること、機械的組立が清潔であること、部品点数が削減されていること、サーボ動作に優れること、正確さに優れること、及び静粛に作動すること、等が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
しかしながら、これらの使用は、これらの性能上の利益が絶対的に要求される様な極めて特別な用途に限定されている。これは、フレームレス部品の組（ロータ／ステータ）を、応用例中で使用することにより生じる設計時間、および応用例中に組み込むことが極めて困難であること、に起因する。導入を実現するためには、（循環しない開発資金と共に）度々発生する長期間の技術的協議及び設計が必要とされる。
【０００３】
この困難性は、これらの組が、ロータとステータの部品間の機械的な空隙を保持するハウジングやベアリングを持つ必要が無い、と言うことに起因する。ロータとステータの間には磁気的に大きな力が発生するため、機械装置の中で組立を行うことは困難である上、その困難性はモータのサイズに応じて増大する。ロータ構成部品をステータ内に（人間及び機械装置共に）安全、かつ円滑に挿入するには、相当な作業、工具の段取り、および注意が必要とされる。
【０００４】
ロータが、ステータを保持しているハウジングに於いて心合せされ、かつ固定される、ロータ／ステータの組合せを用いて上記のいくつかの問題を解決する手法については、現在知られている。これら従来例のシステムでは、上記のその固定は、ロータをハウジングと同一平面にボルト止めすることによって実現される。しかしながら、その様なシステムは、取付中にロータの大幅な軸方向の移動を必要とするため、取付中に困難さを生じさせている。又フィードバック装置を、上記取付の際に装着すると共に角度方向の位置合せをしなければならないところ、これは特別な装置を必要とする扱いにくい工程であり、そのため更なる困難に直面してしまうことになる。
【０００５】
本発明は、上記の安全性、組立の容易性、及び組み込む為に掛るコストの問題に対応するものである。
【０００６】
本発明のフレームレスカートリッジモータを提供することにより、上記の問題が解決されると共に技術的な進歩が得られる。
【０００７】
本発明のカートリッジモータの背後にある思想は、モータの適用及び組込に要する時間を短縮することにあり、それによってモータをより多くの応用例に使用し易くすることにある。この思想の基本的な実施に際し、モータ（ステータ及びロータ）、ハウジング、並びにフィードバック装置は単一ユニットとされ、モータを調整したり、或いはフィードバック装置を装着したり調整したりする必要無く、簡単に取付けられるものとされる。
【０００８】
一体式のフィードバック装置の付いたカートリッジモータが提供されたことで、モータを素早く簡単に取付けることが可能となる。又これを実現する為に、本発明では、モータが製造される工場に於いてフィードバック装置の取付を可能ならしめる、フィードバック装置用の可撓性のあるマウント（装着具）が提供される。この構成では、フィードバック装置は十分に、モータの電磁界に対して「ゼロ」になっているので、電子的な転流が正確である。本発明を用いなければ、フィードバック装置を装着するのは、煩わしいものとなる。また、本発明を用いない場合には、心合せを行うため、或いはモータが付いた装置を「ゼロ」にするためには、特別な装置が必要となることから、不正確なものになってしまう。そうすると、工程が長くなり、より高価となり、カートリッジモータの長所が削がれがちになってしまう。本開示に係る思想によれば、ユーザは、モータアセンブリ全体を素早く取付けると共に、ケーブルを繋いで作動させることが出来る様になる。
【０００９】
別の実施例中には、ファスナーが付いたカートリッジモータが開示されているが、この場合には、取付時に大幅な軸方向の移動が不要となる。この構成も、同様に取付の煩雑さを軽減する。
【００１０】
従って、本発明の目的は、ハウジング、ステータ、ロータ及びファスナーからなるダイレクトドライブ・カートリッジモータを提供することにある。輸送用に位置合せされかつ較正された構成中で、ロータをハウジングに固定するのにファスナーが用いられる場合、取付時に広範囲にわたる軸方向の移動は要求されない。
【００１１】
本発明の更なる目的は、ハウジング、ロータ、ステータ、ファスナー、及び可撓性のある部材（メンバ）を介してモータに装着されたフィードバック装置からなる、一体型のフィードバック装置を備えたダイレクトドライブ・カートリッジモータを提供することにある。ここで、ファスナーは、輸送用に位置合せされかつ較正された構成中で、ロータ、ステータ及びハウジングを固定するのに用いられる。又可撓性のある部材は、モータと角度方向の位置合せがされたフィードバック装置を保持しながら、その他の方向における若干程度の移動を許容する。
【００１２】
本発明の更なる目的は、ロータとステータの位置合せをし、可撓性のある部材の付いたモータにフィードバック装置を装着し、フィードバック装置を位置合せし、並びに輸送のため、その位置合せされた構成中でロータを固定する、ことからなる、ダイレクトドライブ・カートリッジモータの組立方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の別の又は更なる側面は、以下の記載を通して、また添付図面を参照することによってより明らかとなるであろう。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明のフレームレスカートリッジモータ構造は、従来知られたダイレクトドライブシステムに伴って来る一層の困難を回避しながら、ダイレクトドライブ・トルクモータの全ての長所を提供するものである。本発明のカートリッジモータは、ユニット完成品になっているダイレクトドライブモータを提供するものであって、難しい取付を回避できるものである。これは、全ての必要な位置合せ及び調整をモータの製造所に於て行い、そしてその後ステータを所定位置に固定することによって実現される。この固定を行うことで、製造者によってなされたモータの調整及び位置合せを保持する。モータは、エンドユーザに向けて出荷されて取付けられる。取付を行っている間に、モータはロック解除され、そして作動状態に置かれる。
【００１５】
図１は、本発明の典型的な実施例に従って、輸送用に準備されたカートリッジモータを示すものである。カートリッジモータは、ステータ１５を支持するハウジング１０からなる。別の実施例では、ハウジングは環境よりシール（封鎖）され得、及び／又はステータは液冷され得る。勿論、モータはモータシャフト２０の周りに配置されたロータ１８をも包含している。モータシャフトはまた、モータを、被駆動装置のドライブシャフトに取付ける際に用いられるプラテン２５をも有している。
【００１６】
製造時、カートリッジモータの各部品は、正しく動作する様に組立、調整される。ロータとステータは心合せされ、両者の間には適切な空隙が形成される。その後、ロータは所定位置に固定される。所定位置にロータとステータを固定することで、輸送中においても前記の適切な調整を保持し、それによりエンドユーザの装置に取り付け易くしている。この固定は種々の方法により実現可能である。例えば、図１に示す様に、輸送用ボルト３０でロータをハウジングに固定して、適切な半径方向の位置合せを保持する、ものが挙げられる。
【００１７】
位置合せの際にはまた、フィードバック装置４０も取付けられる。フィードバック装置のロータ３５は、可撓性のある装着板を介して、モータシャフトに取り付けられている。この、可撓性のある装着板は、軸方向及び半径方向における若干程度の移動を許容しながら、角度方向の位置合せを保持する。これに代えて、フィードバック装置のステータは、可撓性のあるカップリングを介してモータのステータに取付けられ、又フィードバック装置のロータは、モータのロータに堅く固定される。フィードバックロータ３５は、モータシャフトの角度方向の移動を探知し、その移動をフィードバック装置４０に伝達する。
【００１８】
図１のカートリッジモータでは、ベアリング５０を１つだけ要求するに過ぎない。さらにこのベアリングは、フィードバックロータ３５に可撓性のある部材が取付けられた際、フィードバックロータ３５とフィードバック装置４０の間の一定の空隙を保持するためにのみ使用される。従って、本カートリッジモータの構成によれば、寿命のため故障してしまうであろう部品点数を大幅に削減できるため、装置の使用可能期間が増大する。
【００１９】
図２は、対象装置に部分的に装着された図１のカートリッジモータを示すものである。モータハウジング１０は、対象装置のボディ６５に、ボルト６８を介して固定されている。その固定箇所は、モータが固定され同じ状態を保つ部分である。モータのプラテン２５は、対象装置のドライブシャフト７０に、ボルト７５によって部分的に固定されている。プラテンとドライブシャフトの機能は、これらを互いに案内して適切な位置合せを保証することにある。取付の段階では、ボルト７５は堅く締付けられず、又ドライブシャフトとプラテンの間の隙間８０は保持される。対象装置の案内機能によって、モータに対する適切な位置合せが保持されることになるので、ロータ及びハウジングが対象装置に固定されるのに伴って、輸送用ボルト３０は緩められ得る。ボルト３０を緩めると、シャフト２０は軸方向に自由に移動可能になる。
【００２０】
図３は、対象装置に完全に装着された図１のカートリッジモータを示すものである。この状態は、ボルト７５を締め、そしてボルト３０を取り除くことによって得られる。ボルト７５が締付けられてプラテンがドライブシャフト７０に向けて引張られることによって隙間８０は閉じられる。この工程は又、ロータ１８をハウジングから引き離して隙間８５を開くことにもなるので、ロータを自由に回転可能な状態にするものである。ロータが堅く対象装置に固定され、かつ、ロータが自由に回転し得る状態に置かれることで、モータは作動準備が整うこととなる。
【００２１】
フィードバック装置は取付と位置合せが困難なものであり、それ故製造時点に於て予め組立てられている。図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の典型的な一実施例に従って、可撓性のあるフィードバックマウントにつき示すものである。可撓性のあるフィードバックメンバ（部材）４００は、取付中の軸方向及びその他の方向の移動を許容すると共に、フィードバック装置を予め取付けておくことを許容する。可撓性のあるフィードバックカップリングはまた、フィードバックベアリング５０が高精度でフィードバックロータを支持することを可能ならしめることによって、フィードバック装置の組み込みをスムーズにしている。
【００２２】
図４Ａに示す様に、可撓性のあるフィードバックメンバは、フィードバックロータ３５とシャフト２０に取付けられている。図４Ｂは、可撓性のあるフィードバックメンバの典型的な一実施例の構造を示している。この特殊な、可撓性のあるフィードバックメンバは、フィードバックロータを装着するために内方へ折り曲げられた２つのＬ字型のタブ４２０、およびモータシャフトを装着する為に外側の円周上に設けられた２つのＬ字型のタブ４４０の付いた平板な一片の金属板からなる。このカップリングは、比較的高い回転剛性をもたらす一方、振れによる軸方向及び半径方向の動き、公差のばらつき及び熱膨張を受容する。
【００２３】
図５，図６及び図７は、先の実施例とは違って、取付中における著しい軸方向の移動を回避するカートリッジモータの一例を示すものである。これらの実施例では、ロータとハウジングの間に隙間が保持されている。この構成でモータを輸送すれば、図２の実施例中で示した様にボルトを交互に締めたり緩めたりする必要がないので、取付作業を簡単に行える。無論、このカートリッジモータは、対象装置に確実に、容易に装着され得るものであると共に、輸送用ファスナーが容易に取り除かれ得るものである。ハウジングとモータの間に隙間を設けておくことで、ファスナーを除去すればすぐに、ロータを自由に回転させることが出来る状態を保っている。この隙間は、例えば、使用されるファスナーの種類、或いはファスナーが配置される手段の種類に応じて保持され得るものである。
【００２４】
図５は、輸送中にハウジングとロータの間の隙間を保持するために使用されるボルトの一例を示すものである。図に示す通り、ボルトは、その先端にネジ溝が切られた部分５００を有しており、又その先端部分は、ボルト５５０の残りの部分よりも小さな直径を有している。この構成では、ボルトのネジが切られた部分は、ロータ１８内にある相補的な孔に嵌め合わされ、その後ネジは、ロータがボルトの大きな直径の部分により支持されるまで締付けられる。
【００２５】
図６は、ボルトの配列によって得られる、ロータとハウジングの間の隙間を保持する為の別のシステムを示すものである。この実施例では、一組のボルト６００は、ネジは、ハウジングを貫くだけであって、しかもロータの表面に接しているものであり、それによってハウジングとロータの間の間隔を保持するものである。次に、第２の組のより長いボルト６２０は、ロータ内を貫通し、かつ第１の組のボルト６００に対してロータを堅く締付けるものである。ハウジングを回転軸方向より見下ろした図には、短いボルトと長いボルトが交互に配置されていることを示す白丸及び黒丸が示されている。
【００２６】
図７は、輸送中におけるロータハウジングの隙間を保持する為並びにモータ及びそのフィードバック装置の正確な位置合せを保持する為の別の手法を示すものである。この実施例では、正確なロータの隙間を保持し、かつフィードバック装置の正確な位置合せを保つためにブレーキ７００が使用される。ブレーキ７００は、安全ブレーキと共通するものであって、これに何のエネルギーも加えられないときに噛み合わせてあるものである。ブレーキは、固定板７１０とクラッパ（接触子）板７２０とを用いており、ブレーキロータ７３０を軸方向及び回転方向における固定位置に保持する。対象装置に取付けられた後、ブレーキは解放され得、その後モータは通常通りコイル７４０を介して作動する様になっている。
【００２７】
先に説明した各例を組合せたものも、用いられ得る。例えば、ブレーキをロータ／ハウジングの隙間を保持する為に用いながら、一又はそれ以上のボルトをロータ内に差込み、輸送中に確実に回転しない様にするもの、等が挙げられる。
【００２８】
本発明の数多くの特徴及び利点は、明細書中の詳細な説明から明らかである。又添付のクレームにより、発明の精神及び範囲内に包含される本発明の全てのその様な特徴及び利点をカバーしようとしていることも明らかである。
【００２９】
さらに、種々の改良及びバリエーションが、当業者にとって直ちに明らかとなるであろうが、本発明は、ここに図示され、記載された正確な教え及び動作に限定されるものではない。従って、全ての改良物や均等物は、クレームの範囲内に包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の典型的な一実施例に従って、輸送用に準備されたカートリッジモータを示す図である。
【図２】本発明の典型的な一実施例に従って、対象装置に部分的に装着されたカートリッジモータを示す図である。
【図３】本発明の典型的な一実施例に従って、対象装置に装着されたカートリッジモータを示す図である。
【図４Ａ】本発明の典型的な一実施例に従って、可撓性のあるフィードバックマウントが描き表された分解組立図を伴うカートリッジモータを示す図である。
【図４Ｂ】本発明の典型的な一実施例に従って、可撓性のあるフィードバックマウントの正面及び端部を示す図である。
【図５】本発明の典型的な一実施例に従って、別の輸送用ボルトを示す図である。
【図６】本発明の典型的な一実施例に従って、別の輸送用ボルトの配置を示す図である。
【図７】本発明の典型的な一実施例に従って、その輸送用ファスナーとしてブレーキを使用するカートリッジモータを示す図である。

Claims (23)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに取付けられたステータと、
   ステータと共通中心軸を共にするロータと、
   前記共通中心軸に沿って、前記ロータ中を通って延びるシャフトと、
   輸送中、ロータをハウジングに固定し、それによって前記ロータと前記ステータの間の適切な隙間を保持するためのファスナーと、
   前記シャフトに接続された可撓性のある部材と、並びに、
   前記可撓性のある部材に装着されたフィードバック装置と、
   からなり、
   前記可撓性のある部材は、回転に係る心合せを保持しながら、前記シャフトと前記フィードバック装置の間における軸方向又は半径方向の調整を許容する、ことを特徴とするカートリッジモータ。
2. 前記ハウジングは、前記ハウジングを対象装置に装着するためのガイドを含んでいることを特徴とする請求項１に記載のカートリッジモータ。
3. 前記シャフトは、前記シャフトを対象装置に装着するためのガイドを含んでいることを特徴とする請求項１に記載のカートリッジモータ。
4. 前記ファスナーが、ロック時、前記ロータを前記ハウジングに接触せしめる軸方向の力を供給することを特徴とする請求項１に記載のカートリッジモータ。
5. 前記ファスナーは、前記ロータと前記ハウジングの間の隙間を保持しながら、前記ロータを前記ハウジングに固定する、ことを特徴とする請求項１に記載のカートリッジモータ。
6. 前記フィードバック装置がエンコーダであることを特徴とする請求項１に記載のカートリッジモータ。
7. 前記フィードバック装置がレゾルバであることを特徴とする請求項１に記載のカートリッジモータ。
8. 前記フィードバック装置がタコメータであることを特徴とする請求項１に記載のカートリッジモータ。
9. 前記フィードバック装置がインダクトシンであることを特徴とする請求項１に記載のカートリッジモータ。
10. 前記フィードバック装置が正弦波エンコーダであることを特徴とする請求項１に記載のカートリッジモータ。
11. 前記フィードバック装置がテープ目盛であることを特徴とする請求項１に記載のカートリッジモータ。
12. 前記フィードバック装置が一組のホール効果センサであることを特徴とする請求項１に記載のカートリッジモータ。
13. 前記フィードバック装置は、発送に先立って角度方向の位置合せがされていることを特徴とする請求項１に記載のカートリッジモータ。
14. 前記可撓性のある部材は、前記フィードバック装置の角度方向の位置合せを保持しながら、前記ロータの軸方向の移動を許容することを特徴とする請求項１３に記載のカートリッジモータ。
15. 前記モータが永久磁石形ブラシレスモータであることを特徴とする請求項１に記載のカートリッジモータ。
16. 前記ステータが液冷されていることを特徴とする請求項１に記載のカートリッジモータ。
17. 前記ハウジングが環境とはシールされていることを特徴とする請求項１に記載のカートリッジモータ。
18. ハウジングと、
    前記ハウジングに取付けられたステータと、
    ステータと共通中心軸を共にするロータと、
    前記共通中心軸に沿って、前記ロータ中を通って延びるシャフトと、
    輸送中、前記ステータと同軸にある前記ロータを固定し、それによって前記ロータと前記ステータの間の適切な隙間、並びに前記ロータと前記ハウジングの間の適切な隙間を保持するファスナーと、
    からなり、
    前記ロータ／ハウジングの隙間が、取付中の著しい軸方向の移動を防止する、ことを特徴とするカートリッジモータ。
19. 前記ファスナーはボルトからなり、そのボルトには、前記ボルトの残りの部分よりも小さな直径を有する先端部分が付いていることを特徴とする請求項１８に記載のカートリッジモータ。
20. 前記ファスナーは、前記ロータと前記ハウジングの間の間隔を保持する一組の短目のボルトと、前記ロータを前記短目のボルトに確実に締め付ける一組の長目のボルトと、を伴う少なくとも２種類のボルトからなることを特徴とする請求項１８に記載のカートリッジモータ。
21. 前記ファスナーは、前記ロータを所定位置に保持するブレーキからなることを特徴とする請求項１８に記載のカートリッジモータ。
22. 前記ロータの任意の角度方向の移動を防止する追加のファスナーを更に備えたことを特徴とする請求項２１に記載のカートリッジモータ。
23. 角度方向の位置合せを保持しながら、軸方向の若干程度の動きを許容する、フィードバック装置を前記モータに取付けるための可撓性のあるフィードバックマウントを更に備えたことを特徴とする請求項１８に記載のカートリッジモータ。