JP2013126310A - サーボモータ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気センサにより回転子の位置情報を精度良く得ることのできるコンパクトなサーボモータを提供すること。
【解決手段】固定子２２と、永久磁石２３が組み込まれた回転子１２と、を有するサーボモータ１０において、回転子１２には、回転子１２の端面部から回転軸方向に突出する磁性材料で構成された突起部であるネジ部材２０が、永久磁石２３の磁力により磁化される位置に設けられ、ネジ部材２０の回転軌跡と対向する所定位置に、ネジ部材２０の磁力を検知する磁気センサ２８が配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、サーボモータ、特に物体の位置制御等に使用するサーボモータに関する。

サーボモータは、物体の位置、方位、姿勢等が設定値となるように制御するサーボ機構において、その制御のために使用するモータである。サーボモータは、モータケースの内周側に固定子を有し、固定子との電磁的作用により回転する回転子を有している。その回転子の回転角度位置等の情報を制御回路に帰還させ、この帰還信号に基づいてサーボモータの駆動を制御している。したがって、回転子の回転角度位置を検出することが必須となっている。

サーボモータの回転子の回転角度位置を検出する検出器として、光学式、磁気式等のロータリエンコーダがある。これらは、いずれも回転子の回転軸の延長上に、別体として設けられるものである。例えば、光学式ロータリエンコーダを用いたサーボモータについては特許文献１に記載されている。回転子の回転軸延長上にスリットを持つ回転部が取り付けられ、スリットにより信号光のオンオフ信号を利用するものである。

一方、ロータリエンコーダを使用しないものとして、特許文献２のサーボモータは、回転子としての円筒状の磁石材料に、周方向に所定の間隔でＮ極、Ｓ極に交互に着磁した駆動用着磁部分と、この駆動用着磁部分と軸方向に所定の間隔を開けて位置検出用着磁部分とが設けられている。回転子を収容するモータケース若しくは固定子の位置検出用着磁部分と対向する一部分に、磁気ヘッドが取り付けられ、位置検出用着磁部分の磁力を検出して、回転子の回転角度位置を検出するように構成されている。

上述のように、回転子に永久磁石を有するサーボモータの場合には、回転子の回転角度位置は、回転子に取り付けられた永久磁石の磁力又は回転子に回転角度位置検出のために設けられた磁石の磁力を磁気センサにより検出することで為される。

特開平７−２４５９１７号公報 特開平７−１０７７０６号公報

特許文献１に開示されているサーボモータは、回転軸の延長部分に回転子の回転角度位置を検出するための光エンコーダが取り付けられるため、サーボモータは光エンコーダを収容する空間が別に必要となり、サーボモータは煩雑で大型となる。また、特許文献２のサーボモータは、回転子の一部は位置検出用着磁部分とするため、回転子の長さはこの位置検出用着磁部分だけ余分に必要となる。また、位置検出用着磁部分の磁気を検出するために取り付けられる磁気センサは、位置検出用着磁部分に対向するモータケースの部分に取り付けられるが、その間隔は固定子のコイルの厚さ分より小さくできないので、位置検出用着磁部分の磁力を所定の強さに設定する、又は磁気センサの感度を上げておく必要がある。位置検出用着磁部分の磁力を強くすること又はセンサの感度を上げることはサーボモータのコスト高になる。また、磁気センサが固定子のコイルに近いと誤動作を起こす心配もある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁気センサにより回転子の位置情報を精度良く得ることのできるコンパクトなサーボモータを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載のサーボモータは、固定子と、永久磁石の組み込まれた回転子と、を有するサーボモータにおいて、前記回転子には、該回転子の端面部から回転軸方向に突出する磁性材料で構成された突起部が、前記永久磁石の磁力により磁化される位置に設けられ、前記突起部の回転軌跡と対向する所定位置に、前記突起部の磁力を検知する磁気センサが配置されたことを特徴とする。

この構成により、回転子には、回転子の回転軸方向の長さよりも突出して突起部が形成される。この突起部は磁性材料で構成され、永久磁石の磁力により磁化される位置に設けられる。したがって、磁化された突起部と、突起部の回転軌跡と対向する位置に配置された磁気センサとは、互いに近い位置に設けられ、磁気センサは突起部の磁力を容易に検知することができる。したがって、コンパクトな構成で回転子の位置情報を精度良く得ることが可能である。

請求項２に記載のサーボモータは、請求項１に記載のサーボモータにおいて、前記突起部は、磁性材料のネジ部材で構成され、前記回転子の端面部の何れか一方に螺入することで取り付けられること特徴とする。したがって、ネジ部材を回転させることにより、ネジ部材の先端部と磁気センサとの間隔をより精密に調整することができる。したがって、例えば使用する永久磁石の磁力の強度や磁気センサの感度に合わせた最適な間隔にセットできるので、サーボモータの回転子の位置情報をより確実に検出することができる。

請求項３に記載のサーボモータは、請求項２に記載のサーボモータにおいて、前記ネジ部材は、前記回転子の構成部材を結合する結合部材の回転軸方向に膨出した膨出部に螺入することで取り付けられることを特徴とする。したがって、ネジ部材は結合部材の膨出部に螺入により取り付けられるので、別途新たな構成や特別な構成を必要とせず、コンパクトな構成とすることができる。

請求項４に記載のサーボモータは、請求項１から３の何れか１項に記載のサーボモータにおいて、前記磁気センサは、前記回転子の端面部と対向し、該回転子の回転軸受け部が設けられたモータ後板に取り付けられたことを特徴とする。したがって、磁気センサを取り付けるための部材を別途準備することなく、モータ後板に取り付けられるので、サーボモータをコンパクトな構成とすることができる。

本発明のサーボモータによれば、回転子の永久磁石により磁化される突起部と磁気センサとの間隔を狭くすることができる。したがって、コンパクトな構成で回転子の位置情報を精度良く得ることができ、サーボモータの回転制御をより高性能に行うことが可能である。

本発明のサーボモータの実施の形態に係り、回転軸を横切る方向の概略断面図である。 図１のＡ−Ａ概略断面図である。 図１のＢ−Ｂ概略断面図である。

本発明のサーボモータの実施の形態を、以下図面を参照しながら詳述する。図１は、サーボモータの回転軸を横切る方向の概略断面図、図２は、図１のＡ−Ａ概略断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ概略断面図である。

なお、出願人は、以前にモータの回転子及び回転子の製造方法について、特許出願しており、特許を受けている（特許第４７１４５１２号）。そのモータの回転子は、以下に説明するサーボモータの回転子と同じ構造を有しており、ただ極数が異なる。この構成を用いることにより、永久磁石であるネオジウム系磁石を強度的に強い形状で回転子に組み込むことができる。また、磁界のロスを抑えた高性能な回転子が形成でき、完成後のモータは、外部からの衝撃、例えば落下等に耐え得る構造とすることができる。今回、このモータをサーボモータとするために発明したものである。

サーボモータ１０は、回転子１２と固定子２２を有する。回転子１２は、構成部材である内側部材１４と外側部材１６と永久磁石２３を有する。内側部材１４は、磁性材料で構成され、外周に複数の突出部１４ａが所定間隔で８個形成されており、略中心に主軸１２ａを有している。外側部材１６は、磁性材料で構成され、内側部材１４の周囲に互いに所定の間隔を開けて８個設けられ、それぞれ内側部材１４の突出部１４ａに対向する対向面を一端部１６ａに有している。

内側部材１４の突出部１４ａは、両側面に凹部１４ｃが形成され、外側部材１６の対向面と対向する部位が略平面状とされ、内側受け座１４ｂとして構成される。外側部材１６の一端部１６ａは、両側面に凹部１６ｃが形成され、対向面が略平面状とされ、外側受け座１６ｄとして構成される。この内側受け座１４ｂと外側受け座と１６ｄの間に断面略矩形状の細長の永久磁石２３が設置される。

内側部材１４の突出部１４ａ相互間、永久磁石２３の間、及び外側部材１６相互間には、非磁性材料で形成され、且つ可撓性材料で形成された結合部材１８が埋め込まれる。この結合部材１８によって内側部材１４と外側部材１６は結合される。なお、本実施の形態では、永久磁石２３は、ネオジウム系磁石を用いている。また、外側部材１６、永久磁石２３、及び内側部材１４の突出部１４ａの数はいずれも８としている。更に、図２、図３に示すように、結合部材１８は、回転子１２の回転軸方向に膨出した膨出部１９を有し、この膨出部１９に後述する突起部であるネジ部材２０が螺入されている。

固定子２２は、磁性材料で構成され、回転子１２の外側部材１６のそれぞれの外周部１６ｂに対向するように１２個の突起部２２ａがあり、それぞれの突起部２２ａにはコイル２２ｂが巻回されている。このコイル２２ｂに電流を流すと、回転子１２の永久磁石２３との電磁的な相互作用により、回転子１２が回転することが可能に構成されている。突起部２２ａと回転子１２の外側部材１６との隙間は、コイル２２ｂで発生する磁力と永久磁石２３の磁力とが効率的に作用するように、できるだけ狭く設定されている。

固定子２２はモータケースと一体で構成され、モータケースはモータ後板３２とモータ前板３４を有している。モータ後板３２とモータ前板３４には回転子１２の主軸１２ａを受ける軸受け部２６がそれぞれ設けられている。モータ後板３２には、後述する磁気センサ２８が取り付けられている。

回転子１２の結合部材１８の膨出部１９であって、外側部材１６の一端部１６ａと外周部１６ｂとの間には、突起部としてのネジ部材２０が取り付けられる。ネジ部材２０は磁性材料で構成されている。ネジ部材２０は、膨出部１９に螺入して取り付けられている。一方、モータ後板３２に取り付けられた磁気センサ２８は、ネジ部材２０の回転軌跡に対向する位置に設けられている。ネジ部材２０の頭部と磁気センサ２８との間隔は、ネジ部材２０を回転することにより精密に調整することが可能である。なお、図示していないが、磁気センサ２８はモータ後板３２に、回転軸を中心として円周方向に３０度の角度を為して３個取り付けられている。また、回転軸の回転方向で磁気センサ２８の位置が微調整できるように、調整レバー３６が設けられている。すなわち、磁気センサ２８は、リング状のプリント配線ボード３８に取り付けられ、このプリント配線ボード３８は調整レバー３６により微小回転させ、磁気センサ２８の位置を調整することが可能に構成されている。

ネジ部材２０は、前述のように磁性材料で構成されており、永久磁石２３の極近傍にあるので、永久磁石２３の磁力を受け着磁若しくは磁化されている。その磁力は、ネジ部材２０の頭部が磁気センサ２８に接近しているので磁気センサ２８で容易に検出することが可能である。したがって、回転子１２が回転してネジ部材２０が周方向に回転し、磁気センサ２８と対向する位置を通過する際には、その磁力が磁気センサ２８によって検出されるので、回転子１２の回転位置情報を取得できることになる。

本実施の形態のサーボモータ１０によれば、回転子１２の回転角度位置は、回転子１２の外側部材１６に取り付けられた突起部であるネジ部材２０とモータ後板３２に取り付けられた磁気センサ２８とにより検出される。ネジ部材２０は、回転子１２の結合部材１８の膨出部１９であって、外側部材１６の一端部１６ａと外周部１６ｂとの間に設けられ、モータ後板３２に取り付けられた磁気センサ２８との間隔が小さくなるように、磁気センサ２８側に突出して設けられ、然もその間隔が調整可能に構成されている。したがって、永久磁石２３の磁力により着磁したネジ部材２０の磁力は、磁気センサ２８との間隔が狭いことから感度良く検出される。このような構成を採用することにより、コンパクトな構成で、回転子１２の位置情報を精度よく得ることが可能である。回転子１２の位置情報が分かれば、回転子１２の回転数を把握することができ、また角度位置制御を行うことが可能となる。また、全体をコンパクトにできることから各種のサーボ機構に適用することができる。

なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、実施例では８極１２コイルのサーボモータの例を示したが、これに限られるものではない。例えば、６個の永久磁石２３を用いて６極９コイルとしても良い。更に、突起部はネジ部材２０を用いたが、湾曲した板状部材で周方向に所定の幅を有するものを用いても良い。

１０ サーボモータ
１２ 回転子
１２ａ 主軸
１４ 内側部材
１４ａ 突出部
１４ｂ 内側受け座
１４ｂ 凹部
１６ 外側部材
１６ａ 一端部
１６ｂ 外周部
１６ｃ 凹部
１６ｄ 外側受け座
１８ 結合部材
１９ 膨出部
２０ ネジ部材(突起部)
２２ 固定子
２２ａ コイル
２３ 永久磁石
２４ モータ後板
２６ 軸受け部
２８ 磁気センサ
３０ 膨出部
３２ モータ後板
３４ モータ前板
３６ 調整レバー
３８ プリント配線基板

Claims (4)

1. 固定子と、永久磁石の組み込まれた回転子と、を有するサーボモータにおいて、
   前記回転子には、
   該回転子の端面部から回転軸方向に突出する磁性材料で構成された突起部が、前記永久磁石の磁力により磁化される位置に設けられ、
   前記突起部の回転軌跡と対向する所定位置に、前記突起部の磁力を検知する磁気センサが配置されたことを特徴とするサーボモータ。
2. 前記突起部は、
   磁性材料のネジ部材で構成され、前記回転子の端面部の何れか一方に螺入することで取り付けられること特徴とする請求項１に記載のサーボモータ。
3. 前記ネジ部材は、
   前記回転子の構成部材を結合する結合部材の回転軸方向に膨出した膨出部に螺入することで取り付けられることを特徴とする請求項２に記載のサーボモータ。
4. 前記磁気センサは、
   前記回転子の端面部と対向し、該回転子の回転軸受け部が設けられたモータ後板に取り付けられたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のサーボモ−タ。

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