JP2016025814A - 回転電機 - Google Patents

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Satoshi Kamijo
哲志 上條
淳 小嶋
Atsushi Kojima
淳 小嶋
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Abstract

【課題】検出部に伝達される熱を抑制する。
【解決手段】回転電機1は、回転するシャフト101を有する電動部10と、基板部301、基板部301上に形成される配線部302、及び、配線部302に接続されるとともにシャフト101の回転を検出する検出部303を有するエンコーダ基板30と、基板部301と電動部10とに係合してエンコーダ基板30を電動部10に固定する固定ネジ40と、を備える。
【選択図】図1

Description

本開示は、回転電機に関する。
回転部を有する電動部と、回転部の回転位置を検出する検出部とを備える回転電機がある。この回転電機では、電動部で発生した熱が検出部の電子部品に伝達されることがある。熱の伝達を抑制する構成を有する機器として、例えば、特許文献1に記載された電子機器がある。
特開2001−196859号公報
検出部を備える回転電機においては、検出部に伝達される熱をより一層抑制することが求められている。そこで、本開示は、検出部に伝達される熱を抑制することができる回転電機を提供することを目的とする。
本開示に係る回転電機は、回転部を有する電動部と、基板部、基板部上に形成される配線部、及び、配線部に接続されるとともに回転部の回転を検出する検出部を有する検出基板と、基板部と電動部とに係合して検出基板を電動部に固定する固定部材と、を備える。
回転電機は、樹脂によって形成された第1スペーサを更に備え、第1スペーサは、電動部と検出基板との間に配置されていてもよい。
回転電機は、樹脂によって形成された第2スペーサを更に備え、固定部材は、第2スペーサを介して基板部と係合していてもよい。
回転電機は、樹脂によって形成された第3スペーサを更に備え、第3スペーサは、電動部と検出基板との間に配置され、固定部材は、第1固定部材及び第2固定部材によって構成され、第1固定部材は、基板部と第3スペーサとに係合して基板部を第3スペーサに固定し、第2固定部材は、第3スペーサと電動部とに係合して第3スペーサを電動部に固定していてもよい。
回転電機は、検出部のフレームグランド端子又はフレームグランド端子に接続された配線部と電動部とを接続するグランド線を更に備えていてもよい。
回転電機は、検出基板を覆うとともに導電性を有するカバーと、検出部のフレームグランド端子又はフレームグランド端子に接続された配線部とカバーとを接続する第1接続部と、カバーと電動部とを接続する第2接続部と、を更に備えていてもよい。
本開示によれば、検出部に伝達される熱を抑制することができる。
(a)は第一実施形態に係る回転電機を検出基板側から見た図であり、(b)は(a)におけるIb−Ib線に沿った断面図である。 回転電機と制御装置との接続関係を示す図である。 ワッシャの変形例を示す拡大断面図である。 (a)は第二実施形態に係る回転電機を検出基板側から見た図であり、(b)は(a)におけるIVb−IVb線に沿った断面図である。 第二実施形態に係る回転電機の基板部を示す斜視図である。 第二実施形態に係る回転電機の第3スペーサを示す斜視図である。 第三実施形態に係る回転電機を示す断面図である。
以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
(第一実施形態)
第一実施形態について説明する。図1(a)及び図1(b)に示すように、回転電機1は、電動部10、第1スペーサ20、及び、エンコーダ基板(検出基板)30を含んで構成されている。電動部10は、回転子を固定子の内側に備えたインナーロータ型のモータである。電動部10は、シャフト(回転部)101、マグネット(回転子)102、ステータ(固定子)103、回転ディスク104、負荷側ブラケット105、フレーム106、反負荷側ブラケット107を含んで構成されている。
シャフト101は、回転電機1に供給される電力によって回転する。シャフト101の一方の端部は、回転力の伝達先の装置に接続される。以下、シャフト101における回転力の伝達先の装置に接続される側の端部を、負荷側端部101aとする、シャフト101における負荷側端部101aに対して反対側の端部を、反負荷側端部101bとする。
マグネット102は、シャフト101の軸方向における略中央部にあって、シャフト101の外周面に取り付けられている。ステータ103は、シャフト101の半径方向においてマグネット102と所定の間隔を空けてマグネット102を囲んでいる。ステータ103は、コアと巻線とを有している。負荷側ブラケット105は、シャフト101におけるマグネット102が取り付けられた位置よりも負荷側端部101a側の部位を、軸受108を介して回転可能に支持している。反負荷側ブラケット107は、シャフト101におけるマグネット102が取り付けられた位置よりも反負荷側端部101b側の部位を、軸受109を介して回転可能に支持している。負荷側ブラケット105及び反負荷側ブラケット107は、それぞれ金属によって形成されている。
フレーム106は、円筒状に形成されている。フレーム106は、負荷側ブラケット105及び反負荷側ブラケット107に嵌合している。ステータ103は、フレーム106の内側に取り付けられている。負荷側端部101a及び反負荷側端部101bは、負荷側ブラケット105、フレーム106及び反負荷側ブラケット107によって囲まれる空間外に露出している。反負荷側端部101bには、回転ディスク104が取り付けられている。
ステータ103は、駆動部側配線111を通じて供給された電力によって磁界を発生させる電機子となる。界磁となるマグネット102がステータ103で発生した磁界と相互作用する。これにより、シャフト101は、シャフト101の軸線に沿った回転軸Pを軸として、マグネット102と共に回転する。
エンコーダ基板30は、シャフト101の軸方向において回転ディスク104と対向するように配置されている。エンコーダ基板30は、電動部10の回転ディスク104の回転を検出する。すなわち、エンコーダ基板30は、電動部10のシャフト101の回転(例えば、シャフト101の回転位置、回転数等)を検出する。エンコーダ基板30は、基板部301、配線部302、検出部303、及び、エンコーダ側配線304を含んで構成されている。
基板部301は、導電性を有さない例えば樹脂製の板である。基板部301は、一例として、円形の板である(図1(a)参照)。検出部303は、回転ディスク104の回転を検出する。検出部303は、回転ディスク104の回転を検出するセンサ、及び、IC(integrated circuit)チップ等、複数の電子部品によって構成されている。但し、図1(a)及び図1(b)では、図示の簡略化のため、検出部303を一つのブロックとして模式的に描いている。配線部302は、基板部301の表面に形成された導電性を有する配線である。配線部302は、検出部303が有する所定の電子部品の端子同士を接続するように、所定のパターン形状を有している。すなわち、配線部302は、複数の配線経路を有している。但し、図1(a)及び図1(b)では、図示の簡略化のため、配線部302を一枚の平板として模式的に描いている。
エンコーダ側配線304は、配線部302に接続されている。検出部303は、回転ディスク104の回転の検出結果を、エンコーダ側配線304を通じて出力する。なお、図1(b)では、基板部301の一方の面に配線部302及び検出部303が設けられている状態を示したが、配線部302及び検出部303を設ける位置はこれに限定されない。例えば、配線部302及び検出部303が、基板部301の両面に設けられていてもよい。例えば、配線部302及び検出部303が、基板部301の回転ディスク104側の面に設けられていてもよい。
電動部10とエンコーダ基板30との間には、第1スペーサ20が配置されている。第1スペーサ20は、樹脂によって形成されている。第1スペーサ20は、筒状に形成されている。なお、図1(b)等に示す第1スペーサ20に代えて、複数の支持カラーによって構成された第1スペーサを用いてもよい。第1スペーサ20の一方の端部は反負荷側ブラケット107に当接している。第1スペーサ20の他方の端部は基板部301に当接している。
第1スペーサ20及びエンコーダ基板30は、エンコーダ基板30側から電動部10側に向けて差し込まれた固定ネジ(固定部材)40によって電動部10に固定されている。より詳細には、固定ネジ40は、金属によって形成されている。固定ネジ40は、ヘッド部40a、及び、ネジ部40bを有している。ネジ部40bは、基板部301に設けられた貫通孔301a、及び、第1スペーサ20に設けられた貫通孔20aに通されている。
ネジ部40bの先端部は、反負荷側ブラケット107に設けられたネジ孔107aにねじ込まれている。これにより、ネジ部40bの先端部は、反負荷側ブラケット107と係合する。ネジ部40bの先端部がネジ孔107aにねじ込まれることにより、ヘッド部40aは、基板部301の貫通孔301a周りの部分と係合し、基板部301を電動部10側に付勢する。図1(b)に示すように、ヘッド部40aは、ワッシャ(第2スペーサ)41を介して基板部301と係合している。ワッシャ41は、樹脂によって形成されている。ワッシャ41は、円形の板状に形成されている。ワッシャ41は、固定ネジ40のネジ部40bが通される孔を有している。なお、ワッシャ41に代えて、筒状のカラーを用いてもよい。
なお、基板部301に設けられる貫通孔301aは、配線部302から離れた位置に設けられている。具体的には、貫通孔301aは、固定ネジ40のネジ部40bが貫通孔301aに差し込まれたときに、ヘッド部40aが配線部302と接触しない位置に設けられている。すなわち、エンコーダ基板30を電動部10に固定する固定ネジ40は、基板部301と電動部10とに係合する。
本実施形態では、回転軸Pに沿って回転電機1を見たときに回転軸Pを中心として周方向に等間隔に配置された4本の固定ネジ40によって、エンコーダ基板30が第1スペーサ20を介して電動部10に固定されている。
図2に示すように、エンコーダ側配線304及び駆動部側配線111は、制御装置2に接続されている。制御装置2は、電動部10に電力を供給してシャフト101の回転を制御する。具体的には、制御装置2は、エンコーダ側配線304を介して入力されたシャフト101の回転の検出結果に基づいて、駆動部側配線111を介してステータ103に設けられた巻線に電力を供給する。
検出部303の電子部品のグランド端子(フレームグランド端子)303a(図1(b)参照)は、配線部302に接続されている。但し、図1(b)では、図示の簡略化のため、検出部303を構成する電子部品のグランド端子303aを一つのみ模式的に描いている。エンコーダ側配線304は、回転ディスク104の回転の検出結果を送信するための信号線の他に、エンコーダ側グランド線(グランド線)304aを含んでいる。エンコーダ側グランド線304aの一端は、配線部302を介して検出部303の電子部品のグランド端子303aに接続されている。なお、エンコーダ側グランド線304aは、配線部302を介することなく、直接、検出部303の電子部品のグランド端子303aに接続されていてもよい。
駆動部側配線111は、ステータ103に設けられた巻線に電力を供給する電力供給線の他に、電動部側グランド線(グランド線)111aを含んでいる。電動部側グランド線111aは、ステータ103のコアに接続されている。なお、電動部側グランド線111aは、負荷側ブラケット105又は反負荷側ブラケット107に接続されていてもよい。
エンコーダ側グランド線304aと電動部側グランド線111aとは、制御装置2内において互いに接続されている。これにより、検出部303の電子部品のグランド端子303aは、配線部302、エンコーダ側グランド線304a、電動部側グランド線111aを介して電動部10のステータ103のコアに電気的に接続される。
本実施形態は以上のように構成され、固定ネジ40のヘッド部40aは、基板部301に係合する。固定ネジ40のネジ部40bは、反負荷側ブラケット107に係合する。すなわち、固定ネジ40と配線部302とは直接接触していない。さらに、固定ネジ40と検出部303とは直接接触していない。固定ネジ40から、配線部302及び検出部303への熱の伝達経路の途中には、樹脂によって形成された基板部301が設けられている。従って、電動部10の温度が上昇することに伴って固定ネジ40の温度が上昇しても、固定ネジ40と検出部303とが金属部品(例えば、銅箔パターン)によって熱的に直接接続されている場合に比べて、検出部303に伝達される熱を抑制できる。これにより、電動部10の許容上限温度を高くすることができる。
エンコーダ基板30と電動部10との間に、樹脂によって形成された第1スペーサ20が配置されている。これにより、電動部10で発生した熱が、エンコーダ基板30へ直接伝達されることを抑制できる。
固定ネジ40のヘッド部40aは、樹脂によって形成されたワッシャ41を介して基板部301と係合する。これにより、ヘッド部40aから検出部303へ伝達される熱をより一層抑制できる。なお、固定ネジ40を反負荷側ブラケット107のネジ孔107aにねじ込んだときに、ネジ部40bの外周面は基板部301の貫通孔301aの内周面に押し付けられない。このため、ネジ部40bの外周面と、基板部301の貫通孔301aの内周面とが対向していても、ネジ部40bから貫通孔301aの内周面を介して基板部301へ伝達される熱は少ない。
検出部303のエンコーダ側グランド線304aと、ステータ103のコアに接続された電動部側グランド線111aとが互いに接続されている。これにより、検出部303におけるフレームグランドを確保することができる。検出部303とステータ103のコアとは、金属であるエンコーダ側グランド線304a及び電動部側グランド線111aによって接続されている。しかしながら、エンコーダ側グランド線304a及び電動部側グランド線111aは、フレームグランドを確保するための機能のみを有していればよい。エンコーダ側グランド線304a及び電動部側グランド線111aは、例えば固定ネジ40等のように部品同士を固定するための機能を有している必要が無い。このため、エンコーダ側グランド線304a及び電動部側グランド線111aとして、断面積が小さい線を用いることができる。従って、検出部303のフレームグランドを確保しつつ、電動部10から検出部303への熱の伝達を抑制できる。
(ワッシャの変形例)
第一実施形態で用いたワッシャ41に代えて、図3に示すワッシャ(第2スペーサ)42を用いてもよい。ワッシャ42は、板状部42a、及び、円筒部42bによって構成されている。板状部42aは、円形の板状に形成されている。板状部42aは、固定ネジ40のネジ部40bが通される貫通孔を有している。円筒部42bは、筒状に形成され、一端が板状部42aに接続されている。板状部42aに設けられた貫通孔と円筒部42bに設けられた貫通孔とは互いに連通している。ワッシャ42の円筒部42bは、基板部301の貫通孔301aに嵌め込まれる。
固定ネジ40のネジ部40bは、板状部42a及び円筒部42bに設けられた貫通孔と、第1スペーサ20に設けられた貫通孔20aとに通されている。ネジ部40bの先端部は、反負荷側ブラケット107に設けられたネジ孔107aにねじ込まれている。これにより、ネジ部40bの先端部は、反負荷側ブラケット107と係合する。ネジ部40bの先端部がネジ孔107aにねじ込まれることにより、ヘッド部40aは、板状部42aを介して基板部301の貫通孔301a周りの部分と係合し、基板部301を電動部10側に付勢する。基板部301の貫通孔301aの内壁と、ネジ部40bとの間に円筒部42bが設けられているので、ネジ部40bと基板部301とが直接接触することが無い。このため、固定ネジ40から基板部301へ伝達される熱をより一層抑制できる。
(第二実施形態)
第二実施形態について説明する。図4(a)、図4(b)、図5及び図6に示すように、第二実施形態に係る回転電機1Aは、第一実施形態における第1スペーサ20及び基板部301に代えて、第3スペーサ20A及び基板部301Aを有している。以下、回転電機1Aの説明において、第一実施形態に係る回転電機1と同じ構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。基板部301Aは、第一実施形態における基板部301と同様に、導電性を有さない例えば樹脂製の板である。基板部301Aは、一例として、円形の板である。基板部301Aの外周縁には、固定ネジ(第2固定部材)40との干渉を避けるための、切欠き305が2つ設けられている。2つの切欠き305は、基板部301Aにおける円形の中心位置を挟んで互いに対向している。基板部301Aには、固定ネジ43のネジ部43bが通される貫通孔301aが2つ設けられている。
第3スペーサ20Aは、第一実施形態における第1スペーサ20と同様に、樹脂によって形成されている。第3スペーサ20Aは、筒状に形成されている。第3スペーサ20Aは、回転ディスク104を囲むように配置されている。第3スペーサ20Aには、2つの貫通孔20aと、2つのネジ孔20bとが設けられている。貫通孔20a及びネジ孔20bは、第3スペーサ20Aの筒状の軸線方向に沿って延在している。
貫通孔20aは、第3スペーサ20Aにおける基板部301Aと当接する側の端部から反負荷側ブラケット107に当接する側の端部に亘って設けられている。ネジ孔20bは、第3スペーサ20Aにおける基板部301Aと当接する側の端部から反負荷側ブラケット107に当接する側の端部に向かって設けられている。
第3スペーサ20Aは、固定ネジ40によって反負荷側ブラケット107に固定される。より詳細には、固定ネジ40のネジ部40bは、第3スペーサ20Aの貫通孔20aに通されている。ネジ部40bの先端部は、反負荷側ブラケット107に設けられたネジ孔107aにねじ込まれている。これにより、ネジ部40bの先端部は、反負荷側ブラケット107と係合する。ネジ部40bの先端部がネジ孔107aにねじ込まれることにより、ヘッド部40aは、第3スペーサ20Aの貫通孔20aの周りの部分と係合し、第3スペーサ20Aを電動部10側に付勢する。基板部301Aに切欠き305が設けられていることにより、基板部301Aを第3スペーサ20Aに重ねたときに固定ネジ40のヘッド部40aと基板部301Aとが干渉することが防止されている。
基板部301Aは、固定ネジ(第1固定部材)43によって第3スペーサ20Aに固定される。固定ネジ43は、金属によって形成されている。より詳細には、固定ネジ43のネジ部43bは、基板部301Aの貫通孔301aに通されている。ネジ部43bの先端部は、第3スペーサ20Aのネジ孔20bにねじ込まれている。これにより、ネジ部43bの先端部は、第3スペーサ20Aと係合する。固定ネジ43の先端がネジ孔20bにねじ込まれることにより、固定ネジ43のヘッド部43aは、基板部301Aの貫通孔301aの周りの部分と係合し、基板部301Aを第3スペーサ20A側に付勢する。
本実施形態は以上のように構成され、固定ネジ40は、第3スペーサ20Aと反負荷側ブラケット107とに係合して第3スペーサ20Aを反負荷側ブラケット107に固定する。固定ネジ43は、基板部301Aと第3スペーサ20Aとに係合して基板部301Aを第3スペーサ20Aに固定する。これにより、反負荷側ブラケット107に係合する固定ネジ40が、基板部301に直接接することが無い。従って、電動部10の温度が上昇することに伴って固定ネジ40の温度が上昇しても、基板部301に熱が伝達されることを抑制できる。
(第三実施形態)
第三実施形態について説明する。図7に示すように、第三実施形態に係る回転電機1Bは、第一実施形態における回転電機1に対し、カバー50を更に備えている。以下、回転電機1Bの説明において、第一実施形態に係る回転電機1と同じ構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。カバー50は、第1スペーサ20及びエンコーダ基板30を覆っている。カバー50は、導電性を有する材料(例えば金属)によって形成されている。カバー50は、固定ネジ(第2接続部)44によって反負荷側ブラケット107にネジ止めされている。固定ネジ44は、金属によって形成されている。
本実施形態では、エンコーダ側グランド線(第1接続部)304aと、回転ディスク104の回転の検出結果を送信するための信号線304bとが個別に設けられている。エンコーダ側グランド線304aの一端は、配線部302を介して検出部303のグランド端子303aに接続されている。なお、エンコーダ側グランド線304aの一端は、配線部302を介することなく、直接、グランド端子303aに接続されていてもよい。エンコーダ側グランド線304aの他端は、カバー50に接続されている。検出部303のグランド端子303aは、配線部302、エンコーダ側グランド線304a、カバー50及び固定ネジ44を介して電動部10の反負荷側ブラケット107に電気的に接続されている。
本実施形態は以上のように構成され、検出部303のグランド端子303aと、電動部10の反負荷側ブラケット107とが、配線部302、エンコーダ側グランド線304a、カバー50及び固定ネジ44を介して電気的に接続されている。グランド端子303aと反負荷側ブラケット107とを電気的に接続する経路の途中に、カバー50が設けられているので、電動部10で発生した熱がカバー50で放熱される。これにより、検出部303のフレームグランドを確保しつつ、電動部10で発生した熱がカバー50、及びエンコーダ側グランド線304a等を介して検出部303に伝達されることを抑制できる。
以上、実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、電動部10の形状及び構成は上記で説明した構成に限定されず、エンコーダ基板30を取り付け可能な電動部であれば他の形状及び構成であってもよい。
第一実施形態及び第三実施形態において、ワッシャ41を用いて固定ネジ40と基板部301とを係合させたが、ワッシャ41を用いなくてもよい。ワッシャ41を用いた場合には、固定ネジ40から基板部301への熱の伝達をより一層抑制できる。
第三実施形態において、固定ネジ44を用いてカバー50を反負荷側ブラケット107に固定したが、カバー50を固定する構成は図7を用いて説明した構成に限定されない。第三実施形態において、固定ネジ44を用いてカバー50と反負荷側ブラケット107とを電気的に接続したが、固定ネジ44に代えてグランド線(第2接続部)を用いてカバー50と反負荷側ブラケット107とを電気的に接続してもよい。また、固定ネジ44等を用いずに、カバー50を反負荷側ブラケット107に直接接触させることにより、カバー50と反負荷側ブラケット107とを電気的に接続してもよい。
第三実施形態において、図7に示すように、エンコーダ側グランド線304aと、信号線304bとを互いに離して設けたが、カバー50内においてエンコーダ側グランド線304aと信号線304bとが束ねられていてもよい。すなわち、エンコーダ側グランド線304aは、配線部302からカバー50外へ向かって延びる信号線304bに沿って、配線部302からカバー50の内面に向かって延びている。そして、エンコーダ側グランド線304aの両端が、配線部302とカバー50とにそれぞれ電気的に接続されていてもよい。
1,1A,1B…回転電機、10…電動部、20…第1スペーサ、20A…第3スペーサ、30…エンコーダ基板(検出基板)、40…固定ネジ(固定部材、第2固定部材)、41,42…ワッシャ(第2スペーサ)、43…固定ネジ(第1固定部材)、44…固定ネジ(第2接続部)、50…カバー、101…シャフト(回転部)、111a…電動部側グランド線(グランド線)、301…基板部、302…配線部、303…検出部、303a…グランド端子(フレームグランド端子)、304a…エンコーダ側グランド線(グランド線、第1接続部)。

Claims (6)

  1. 回転部を有する電動部と、
    基板部、前記基板部上に形成される配線部、及び、前記配線部に接続されるとともに前記回転部の回転を検出する検出部を有する検出基板と、
    前記基板部と前記電動部とに係合して前記検出基板を前記電動部に固定する固定部材と、を備える回転電機。
  2. 樹脂によって形成された第1スペーサを更に備え、
    前記第1スペーサは、前記電動部と前記検出基板との間に配置される、請求項1に記載の回転電機。
  3. 樹脂によって形成された第2スペーサを更に備え、
    前記固定部材は、前記第2スペーサを介して前記基板部と係合する、請求項1又は2に記載の回転電機。
  4. 樹脂によって形成された第3スペーサを更に備え、
    前記第3スペーサは、前記電動部と前記検出基板との間に配置され、
    前記固定部材は、第1固定部材及び第2固定部材によって構成され、
    前記第1固定部材は、前記基板部と前記第3スペーサとに係合して前記基板部を前記第3スペーサに固定し、
    前記第2固定部材は、前記第3スペーサと前記電動部とに係合して前記第3スペーサを前記電動部に固定する、請求項1に記載の回転電機。
  5. 前記検出部のフレームグランド端子又は前記フレームグランド端子に接続された前記配線部と前記電動部とを接続するグランド線を更に備える、請求項1から4のいずれか一項に記載の回転電機。
  6. 前記検出基板を覆うとともに導電性を有するカバーと、
    前記検出部のフレームグランド端子又は前記フレームグランド端子に接続された前記配線部と前記カバーとを接続する第1接続部と、
    前記カバーと前記電動部とを接続する第2接続部と、を更に備える、請求項1から4のいずれか一項に記載の回転電機。
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