JP2010051141A - 位置検出器付モータ - Google Patents

Abstract

【課題】安価で熱対策とノイズ耐量を向上させることができる位置検出器付モータを提供する。
【解決手段】モータ１の反出力軸側に装着した位置検出器２を検出器カバー３で覆った位置検出器付モータにおいて、検出器カバー３を、合成樹脂製の筒部４と金属製の底部５に分割して構成し、筒部４の内周に対して隙間を設けた筒壁部７を底部５に一体構成し、筒壁部７で位置検出器２の信号処理回路部６を軸方向に覆い、モータ１から位置検出器２への熱移動を筒部４で抑制し、底部５で吸熱し、外気に放熱する。また、底部５と筒壁部６でノイズ耐量を向上させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、位置検出器付モータにおける位置検出器への熱移動の抑制（熱対策）およびノイズ耐量の向上に関する。

近年、ＦＡ機器を駆動するサーボモータは、小型化および高い位置決め精度が求められている。

サーボモータの位置決め精度を左右する位置検出器には、ロータリーエンコーダやレゾルバが一般的に用いられ、用途に応じて使い分けられている。ロータリーエンコーダ（光学式）は、レゾルバに比べて位置決め精度が高い反面、耐熱性と電磁ノイズに弱く課題があった。

ロータリーエンコーダなどの位置検出器には、信号処理回路が必要であり熱に弱い回路部品が含まれているため、モータ巻線から位置検出器への熱対策が重要になっている。

一般的に熱や埃を嫌う位置検出器は、モータの反出力軸の外側に設けられ、外力からの保護と防塵対策のため、検出器カバーで覆われる。熱伝導の悪い合成樹脂製の検出器カバーを用いると、モータの熱は、回転軸や取付面（モータブラケット）から位置検出器へ移動する。また、樹脂製の場合、位置検出器への電磁ノイズの遮蔽対策としては効果がない。一方、熱伝導のよい金属製の検出器カバーを用いると、電磁ノイズ対策に効果があるものの、モータの熱は、金属製の検出器カバーに移動し、検出器カバーの内側にある位置検出器にも熱放射するため、さらに温度上昇値が増加する。

モータは、モータ巻線に流す電流によって発熱し、熱伝導率のよい部材を伝播しながらモータ全体に熱移動（伝熱）する。

熱移動には、熱伝導、熱放射（輻射）、対流などがあり、固体内で熱エネルギーが次々に隣の分子に伝播されてゆくのが熱伝導による伝熱で、物質固有の値（熱伝導率）を有している。熱放射は、電磁波による熱エネルギーの放出、対流は、流体内の分子が自由に動きまわれることで熱を伝える。

従来、モータからエンコーダへの熱移動を抑制するため、エンコーダの回転側を、耐熱性を有する樹脂成形軸に取付け、この樹脂成形軸をモータの回転軸に連結したエンコーダを内蔵する直流モータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の技術は、金属製のモータ回転軸に比べて熱伝導率の低い樹脂成形軸をエンコーダ軸に用いることで、モータからエンコーダへの熱移動を抑制したものである。

また、エンコーダカバーの保護壁とロータリーエンコーダの空間部に充填した樹脂組成物を介して、ロータリーエンコーダとエンコーダカバーを熱的につなぎ、モータからロータリーエンコーダに達した熱を、エンコーダカバーの外表面から大気中に放出するエンコーダ付モータが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２の技術は、エンコーダカバーの保護壁とロータリーエンコーダの空間部に樹脂組成物を介在させ、積極的な熱伝導によりエンコーダカバーに伝熱し、エンコーダカバーから放熱するものである。

一方、ロータリーエンコーダは、出力信号レベルが小さく、電磁ノイズの影響を受け易い。このため、エンコーダカバーを、ガラス強化難燃ポリアミド樹脂のカバーと、その内周面に導電体部材のカーボンなどを混ぜた塗料により得られた導電体膜とで構成して電磁シールド性能を向上させたサーボモータが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開昭６２−７７０４２号公報 特開２０００−１１６０６６号公報 特開平１１−３５５９９８号公報

解決しようとする問題点は、従来の検出器カバーでは、位置検出器への熱移動の抑制とノイズ耐量の向上を両立させることができない点である。

特許文献１の技術は、樹脂成形軸と回転軸を別体で構成するため、位置検出器への熱移動を抑制できるものの、連結精度および連結後の位置精度に課題が残る。また、電磁ノイズに対して何ら効果はない。

また、特許文献２の技術は、エンコーダカバーの保護壁とロータリーエンコーダの空間部に樹脂組成物を充填するため、位置検出器への熱移動を抑制できるものの、隙間と充填量の管理面で課題がある。また、特許文献１と同様に電磁ノイズに対して何ら効果はない。

一方、特許文献３の技術は、電磁シールド（ノイズ耐量）に効果があっても、熱対策の面から見ると検出器カバー内で熱放射が促進され逆効果となる。

このように、特許文献１−３では、位置検出器への熱移動の抑制とノイズ耐量の向上を両立させることができず、課題があった。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、安価で熱対策とノイズ耐量を向上させることができる位置検出器付モータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１に記載の位置検出器付モータは、モータの反出力軸側に装着した位置検出器を検出器カバーで覆った位置検出器付モータにおいて、前記検出器カバーを、合成樹脂製の筒部と金属製の底部に分割して構成し、前記モータから位置検出器への熱移動を、前記筒部で抑制し、前記底部で吸熱、外気に放熱する。

また、請求項２に記載の位置検出器付モータは、前記筒部の内周に対して隙間を設けた筒壁部を前記底部に一体構成する。

また、請求項３に記載の位置検出器付モータは、前記筒壁部で位置検出器の信号処理回路部を軸方向に覆ったものである。

また、請求項４に記載の位置検出器付モータは、前記信号処理回路部を前記底部側に設け、前記底部と筒壁部で電磁ノイズを遮蔽する。

さらに、請求項５に記載の位置検出器付モータは、前記位置検出器が光学式ロータリーエンコーダである。

請求項１記載のエンコーダ付モータによれば、樹脂製の筒部と金属製の底部によって熱移動の制御が可能となり、金属製の底部によって電磁ノイズ対策が可能となる。軸方向寸法が小さい位置検出器に好適である。

また、請求項２のエンコーダ付モータによれば、金属製の底部に筒壁部を一体構成することで、熱対策および電磁ノイズ対策が効果的になる。

また、請求項３、４記載のエンコーダ付モータによれば、熱と電磁ノイズに弱い信号処理回路部を筒壁部で覆うため、熱対策と電磁ノイズ対策がさらに向上する。

さらに、請求項５に記載のエンコーダ付モータによれば、光学式ロータリーエンコーダにおける熱対策と電磁ノイズ対策が可能になる。

モータの反出力軸側に装着した位置検出器を検出器カバーで覆った位置検出器付モータにおいて、前記検出器カバーを、合成樹脂製の筒部と金属製の底部に分割して構成し、前記モータから位置検出器への熱移動を、前記筒部で抑制し、前記底部で吸熱、外気に放熱する位置検出器付モータである。以下、具体的な実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、位置検出器付モータの要部断面図である。

図１において、１はモータ（反出力軸側のみ図示）、２は位置検出器、３は検出器カバー、４は筒部、５は底部、６は位置検出器２の信号処理回路部である。

本発明の位置検出器付モータ１は、位置検出器２を保護する目的で備え付けられた検出器カバー３を、合成樹脂製の筒部４と、金属製の底部５に分割して構成し、モータ１から位置検出器２への熱移動を、筒部４で抑制し、底部５で吸熱、外気に放熱する点に特徴があり、筒部４は、モータ１にネジなどの締結物により固定され、底部５は筒部４にネジなどの締結物により固定される。

位置検出器２は、光学式のロータリーエンコーダであり、図示しない回転部としての回転符号板と、固定部としての信号処理回路部６とを、軸受を介して一体構成したもので、回転部はモータの回転軸に、固定部はモータブラケットに板バネを介して固定されている。

信号処理回路部２は、受光素子と処理回路などで構成され、回転符号板を挟むように受光素子と発光素子が配置されている。

以下、モータ１からの熱移動を中心に説明する。モータ１は、駆動時にモータ巻線に流す電流により発熱する。モータ１の熱は、回転軸から位置検出器２に移動、もしくは位置検出器２の取付面(モータブラケット)からの放射熱となり位置検出器２に伝熱し、位置検出器２の温度も上昇する。

位置検出器２の信号処理回路部６には、熱に弱い回路部品が含まれているため、温度上昇の程度によっては機器に対する不具合の発生も懸念される。また、モータ１からの熱伝導もしくは熱放射だけではなく、検出器カバー３もモータ１より伝導する熱により温度上昇し、その熱が検出器カバー３の内側にある位置検出器２に熱放射し、位置検出器２はさらに温度上昇する。

このため、筒部４を合成樹脂、底部５を金属で構成する。仮に筒部４が金属で構成されていると、モータ１からの検出器カバー３への熱の伝導量が増えるため、位置検出器２の温度上昇値が増加する。

出力５．５ｋＷのモータにおいて、検出器カバー３の材質を合成樹脂（熱伝導率０．１９W／m・K程度）からアルミニウム（熱伝導率２３６W／m・K程度 ）に変更した実験結果によれば、位置検出器２の信号処理回路部６で８．３度上昇が確認された。

一方、実施の形態１の構成では、検出器カバー３の底部５を、熱伝導率の大きなアルミニウム（ＡＤＣ１２など）で構成することで、モータ１から筒部４に伝わった熱が、底部５に吸熱され、底部５の外表面から放熱される。

上述したように、合成樹脂と金属の熱伝導率には大きな差があるため、底部５からの放熱量が増加し、その結果、位置検出器２の温度上昇値は低減される。

また、金属製の底部５によって電磁ノイズを遮蔽することができ、位置検出器２の誤動作を防ぐことができる。検出器カバー３をすべて金属で構成した方が、電磁ノイズ対策は効果が高いが、上述したように、位置検出器２の温度上昇が問題となる。

本発明は、合成樹脂製の筒部４と、金属製の底部５によって、位置検出器２の温度上昇の対策が可能となり、金属製の底部５によって、電磁ノイズ対策も可能となる。

また、筒部４の固定時には、すでに位置検出器２の原点調整ならびに出力端子との接続は完了していることが望ましい。これにより、底部５の取り付け時に、位置検出器２の検出器カバー３の内部配線の引き回しを目視確認することができ、内部配線が位置検出器２や検出器カバー３に接触することによる線擦れを防止することが可能となる。

なお、実施の形態１では、位置検出器を光学式のロータリーエンコーダで説明したが、信号処理回路を有する磁気式エンコーダなどにも適用できるのは言うまでもない。
（実施の形態２）
図２は、検出器カバー３の筒部５の内部に筒壁部７を設けた位置検出器付モータ１の要部断面図である。実施の形態１とは、筒壁部７を設けた点が異なり、その他は同じで符号を省略する。

この筒壁部７は、金属製の底部５と一体構成され、位置検出器２の外周を囲むように構成されている。また、信号処理回路部６と図示しないモータ制御装置を接続するため、筒壁部７には、リード線用の切欠部を設けている。

筒壁部７は、位置検出器２からの熱放射の吸収を主目的としており、筒部４およびモータブラケットとは隙間を設けて、熱伝導を抑制する必要がある。

実施の形態２の構成によれば、位置検出器２およびモータブラケットからの熱放射を筒壁部７で吸熱し、底部５の外表面から大気中に放熱して、位置検出器２の温度上昇を抑制することができる。

出力３．０ｋＷのモータにおいて、オール合成樹脂製の検出器カバーから実施の形態２の構成に変更した実験結果によれば、位置検出器２の信号処理回路部６で、４．９度の低減が確認された。

また、筒壁部７の追加により、実施の形態１に比べて電磁ノイズ対策も向上する。なお、筒壁部７は、熱とノイズに弱い信号処理回路部６を軸方向に完全に覆うことが望ましく、電磁ノイズ対策は、より向上する。

本発明の位置検出器付モータは、従来の検出器カバーを金属製の底部（筒壁部を含む）と、合成樹脂製の筒部に分割し、筒部による熱伝導の抑制と、底部による熱放射の吸熱および大気への放熱によって、位置検出器の温度上昇を抑制することができ、安価で軸方向寸法の小さい位置検出器付モータを提供することができる。

本発明の位置検出器付モータは、ＦＡ機器を駆動するサーボモータなどに有用である。

本発明の実施の形態１における位置検出器付モータの要部断面図 本発明の実施の形態２における位置検出器付モータの要部断面図

符号の説明

１ モータ（反出力軸側のみ）
２ 位置検出器
３ 検出器カバー
４ 筒部
５ 底部
６ 信号処理回路部
７ 筒壁部

Claims (5)

1. モータの反出力軸側に装着した位置検出器を検出器カバーで覆った位置検出器付モータにおいて、
   前記検出器カバーを、合成樹脂製の筒部と金属製の底部に分割して構成し、
   前記モータから位置検出器への熱移動を、前記筒部で抑制し、前記底部で吸熱、外気に放熱することを特徴とする位置検出器付モータ。
2. 前記筒部の内周に対して隙間を設けた筒壁部を前記底部に一体構成した請求項１に記載の位置検出器付モータ。
3. 前記筒壁部で位置検出器の信号処理回路部を軸方向に覆った請求項２に記載の位置検出器付モータ。
4. 前記信号処理回路部を前記底部側に設け、前記底部と筒壁部で電磁ノイズを遮蔽する請求項２または請求項３に記載の位置検出器付モータ。
5. 前記位置検出器が光学式ロータリーエンコーダである請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の位置検出器付モータ。

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