JP2021044872A - 付加部品付きモーターのリード線引出し構造 - Google Patents

Abstract

【課題】付加部品付きモーターにおいてモーター及び付加部品のリード線を効率的に固定する。【解決手段】付加部品付きモーター２０において、モーター７の回転軸方向に少なくとも一つの付加部品４が取り付けられており、前記モーターのリード線８が、前記モーターのハウジングの内部から外部に引き出され、さらに軸方向一方向に引き出されており、前記付加部品のリード線５が、前記付加部品のハウジングの内部から外部に引き出され、さらに前記軸方向一方向に引き出されており、前記モーターのハウジングと前記付加部品のハウジングとの各々にクランプ６、９が設けられており、各クランプは、当該クランプが設けられたハウジングの内部から外部に引き出されたリード線と、当該クランプが設けられたハウジングの軸方向他方向側に取り付けられたハウジングの内部から外部に引き出されたリード線とを固定する。【選択図】図２

Description

本発明は、付加部品付きモーターのリード線引出し構造に関する。

特許文献１には、小形電動機において励磁電流供給や信号伝達に使用されるケーブルを電動機ハウジングのケーブル引出し口周辺で固定的に保持するためのケーブル固定装置が開示されている。このケーブル固定装置は、同文献の図２に示されるように、例えば電流供給用及び信号伝達用の各ケーブルをケーブル引出し口周辺で固定的に保持するために使用される。さらにケーブル固定装置は、同文献の図７に示すように、クランプ部材の蓋部のケーブル引出し側の縁部に隆起を設け、この隆起に対向するハウジングの領域に対応の隆起を設けることができる点が記載されている。これらの隆起により、クランプ部材をクランプ作用位置に配置したときのケーブル固定作用がさらに強化されることが開示されている。その他、ケーブル固定装置は、同文献の図５に示すように、ハウジングのケーブル引出し口の周辺に、ケーブル引出し口とケーブルとの間を少なくとも水密式に密封するための防水性接着剤５４を設置できるとされている。

特許文献２には、電気機器から互いに太さが異なる２種類のリード線を機器外部に引き出すリード線引き出し構造において、複数の細いリード線を所定の捻り区間で捻り合わせ、捻り合わせた前記細いリード線を少なくとも前記捻り区間の前後２箇所で太いリード線に結束して引き出すようにしたことが記載されている。

特開平８−１８２１５１号公報 特開２００２−１１２４８２号公報

複数のケーブル（例えば、電動機の電流供給用ケーブルと信号伝達用ケーブル）を別々のケーブル固定装置により固定した場合、あるケーブル固定装置により固定されているケーブルが別のケーブル固定装置と干渉する可能性がある。電動機にセンサーなどの付加部品が取り付けられる場合は、付加部品のケーブルが電動機ケーブルの固定装置と干渉する可能性もある。

また、捻り合わせた複数の細いリード線を捻り区間の前後２箇所で太いリード線に結束する作業は、電動機に複数の付加部品が取り付けられる場合には特に、煩雑である可能性がある。

本発明は、かかる問題点に鑑み、付加部品付きモーターにおいてモーター及び付加部品のリード線を効率的に固定することを目的とする。

本発明に係る付加部品付きモーターのリード線引出し構造においては、前記モーターの回転軸方向に少なくとも一つの前記付加部品が取り付けられており、前記モーターのリード線が、前記モーターのハウジングの内部から外部に引き出され、さらに軸方向一方向に引き出されており、前記付加部品のリード線が、前記付加部品のハウジングの内部から外部に引き出され、さらに前記軸方向一方向に引き出されている。前記モーターのハウジングと前記付加部品のハウジングとの各々にクランプが設けられており、各クランプは、当該クランプが設けられたハウジングの内部から外部に引き出されたリード線と、当該クランプが設けられたハウジングの軸方向他方向側に取り付けられたハウジングの内部から外部に引き出されたリード線とを固定する。

本発明によれば、付加部品付きモーターにおいてモーター及び付加部品のリード線を効率的に固定することができる。

クランプにより固定されたリード線を示す説明図である。 第１実施形態における付加部品付きモーターの側面図である。 第１実施形態における付加部品付きモーターの斜視図である。 クランプ及びリード線の拡大図である。 クランプ及びリード線の別の拡大図である。 クランプ及びリード線のさらに別の拡大図である。 第２実施形態における付加部品付きモーターの斜視図である。

クランプを用いたリード線の固定に関わる問題について、本発明の発明者は以下に述べるように鋭意検討を行った。

図１に、センサーのハウジング上面１０５に取り付けられたクランプの爪部１２０を示す。この爪部１２０により、センサーのハウジング内部から外部に引き出されたセンサーリード線１１０が固定されている。リード線１１０は爪部１２０により固定されているため、リード線１１０の引張りに対する固定強度（引出し方向Ｙ０に平行な方向の固定強度）は一定程度得られる。しかし、引出し方向を基準とした左右方向（矢印Ｙ１として示す方向）の固定強度は十分ではない。すなわち、爪部１２０が支点となって、引出し方向を基準とした左右方向にリード線１１０が動いてしまう可能性がある。リード線１１０が左右方向に動くと、センサーのハウジング内のセンサー本体部とリード線１１０との接続部（不図示）にストレスがかかるという問題がある。

リード線１１０がフッ素樹脂系材料による被覆が施されたリード線である場合、被覆部の摩擦係数が低いことからリード線１１０が滑りやすく、また、被覆部が硬いことから、爪部１２０が被覆部に食い込みにくい。そのため、フッ素樹脂系材料により被覆が施されている場合、左右方向に動いてしまうという上記問題が顕著である。

上記問題は、センサーのリード線のみならず、クランプにより固定されるリード線一般に当てはまる。

以上の検討結果を踏まえた本発明の実施形態を以下に説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態によって限定されるものではない。なお、図において、矢印Ａ１はモーターの出力軸方向を示し、矢印Ａ２は反出力軸方向（モーターの出力軸方向とは正反対の方向）を示す。出力軸方向と反出力軸方向とをまとめて回転軸方向と呼ぶ。

［第１実施形態］
図２及び図３に、本実施形態における付加部品付きモーター２０を示す。付加部品付きモーター２０は、出力軸７ａを有するモーター７と、該モーターの付加部品であるセンサー１及びブレーキ４とを備えている。センサー１はモーター７の回転に関する検出を行い、ブレーキ４は、モーター７の回転を制動するとともに、モーター停止時には保持トルクをもたらす。モーター７の反出力軸側にブレーキ４が取り付けられ、ブレーキ４の反出力軸側にセンサー１が取り付けられている。

センサー１のハウジング上面に、センサー１のハウジング内部から外部に引き出されたセンサーリード線２を固定するセンサー線クランプ３が設けられている。センサーリード線２は、センサー線クランプ３から出力軸方向に引き出されている。

ブレーキ４のハウジング上面にブレーキ線クランプ６が設けられている。ブレーキ線クランプ６は、ブレーキ４のハウジング内部から外部に引き出されたブレーキリード線５と、センサー線クランプ３から出力軸方向に引き出されたセンサーリード線２とを固定している。ブレーキリード線５とセンサーリード線２とは、ブレーキ線クランプ６から出力軸方向に引き出されている。

モーター７のハウジング上面にモーター線クランプ９が設けられている。モーター線クランプ９は、モーター７のハウジング内部から外部に引き出されたモーターリード線８と、ブレーキ線クランプ６から出力軸方向に引き出されたブレーキリード線５及びセンサーリード線２とを固定している。モーターリード線８とブレーキリード線５とセンサーリード線２とは、モーター線クランプ９から出力軸方向に引き出され、出力リード線群１０として、単一のコネクタ１１に接続される。コネクタ１１は、付加部品付きモーター２０を駆動させる駆動装置（不図示）に接続される。

リード線寸法及びリード線のクランプ寸法の例は以下の通りである。クランプ寸法とは、クランプの爪部からクランプが取り付けられたハウジング表面までの寸法である。なお、以下の例では、ブレーキリード線の寸法は、モーターリード線の寸法と同様である。
＜リード線寸法の例＞
・モーターリード線８ ＡＷＧ２２(リード線被覆外径 φ１．４ｍｍ)
・ブレーキリード線５ ＡＷＧ２２(リード線被覆外径 φ１．４ｍｍ)
・センサーリード線２ ＡＷＧ２６(リード線被覆外径 φ１．１ｍｍ)
＜クランプ寸法の例＞
・モーターリード線８のクランプ寸法 １．０ｍｍ
・ブレーキリード線５のクランプ寸法 １．０ｍｍ
・センサーリード線２のクランプ寸法 ０．７ｍｍ

本実施形態によれば、まずセンサーリード線２は、センサー線クランプ３によって固定される。次に、センサーリード線２は、ブレーキリード線５とともにブレーキ線クランプ６によって固定される。続いて、センサーリード線２は、ブレーキリード線５及びモーターリード線８とともにモーター線クランプ９によって固定される。

つまり、上記３種類のリード線の中で最も外径が小さいセンサーリード線２は、複数のクランプすなわちセンサー線クランプ３とブレーキ線クランプ６とモーター線クランプ９とにより固定される。さらに、センサーリード線２は、当該センサーリード線よりも外径が大きい別の種類のリード線とともにクランプ６及び９により固定される。そのため、センサーリード線２がセンサー線クランプ３を支点としてセンサーハウジング上面上で動いてしまう可能性を低減することができる。その結果、センサーリード線２の内部接続部（センサー１のハウジング内部におけるセンサー本体部との接続部）に及ぶストレスが抑えられる。

ブレーキリード線５は、別の種類のリード線とともに、複数のクランプすなわちブレーキ線クランプ６とモーター線クランプ９とにより固定される。そのため、ブレーキリード線５がブレーキ線クランプ６を支点としてブレーキハウジング上面上で動いてしまう可能性を低減することができる。その結果、ブレーキリード線５の内部接続部（ブレーキ４のハウジング内部におけるブレーキ本体部との接続部）に及ぶストレスが抑えられる。

モーターリード線８については、単一のクランプすなわちモーター線クランプ９により、別の種類のリード線２及び５とともに固定される。モーターリード線が他のリード線とともにではなく単独で固定される場合に比べ、モーターリード線８がモーター線クランプ９を支点としてモーターハウジング上面上で動いてしまう可能性を低減することができる。その結果、モーターリード線８の内部接続部（モーター７のハウジング内部におけるモーター本体部との接続部）に及ぶストレスが抑えられる。

このように、センサーリード線２とブレーキリード線５とモーターリード線８とがまとめて少なくとも一つのクランプにより固定されるため、各リード線が別個に固定される場合に比べて、各リード線が各ハウジング上面上で動いてしまう可能性を低減することができる。その結果、各リード線の内部接続部に及ぶストレスが抑えられる。

ブレーキリード線５は２つのクランプにより固定され、センサーリード線２にあっては３つのクランプにより固定されることから、これらのリード線の内部接続部に及ぶストレスが一層抑えられる。

なお、モーター７のハウジング上面において、モーター線クランプ９から出力軸方向に間隔を置いて、出力リード線群１０を固定する出力リード線群クランプ１２を設けてもよい（図３）。これにより、モーターリード線８の内部接続部に及ぶストレスをさらに抑えることができる。

図２及び図３においては、モーターの反出力軸側にブレーキ及びセンサーが順に取り付けられているが、ブレーキ及びセンサーの順序を入れ替えてもよい。あるいは、モーターに対して、ブレーキ及びセンサーの一方のみを取り付けてもよい。モーターに対して、ブレーキ及びセンサー以外の他の付加部品を取り付けてもよい。さらには、モーターの出力軸側に付加部品を取り付けてもよい。つまり、モーターに対して、そのモーターの回転軸方向に付加部品が取り付けられていればよい。

ノイズの影響を低減するために、複数のモーターリード線をツイストペア配線とすることができる。また、少なくとも一つの付加部品のリード線についても、一つの付加部品につき複数のリード線をツイストペア配線とすることができる。付加部品がブレーキ及びセンサーであれば、ブレーキの複数のリード線をツイストペア配線とし、センサーの複数のリード線もまたツイストペア配線とすることができる。

また、ハウジング上部のデッドスペースの高さは、複数のクランプの中で最大の高さ寸法Ｈに等しい（図２）。デッドスペースの高さＨは、クランプの上方にリード線又はケーブルを引き出す場合に比べて小さい。そのため、ハウジング上部のデッドスペースの高さが抑えられ、省スペース設計がしやすい。付加部品付きモーターの駆動装置（不図示）をハウジング上部に設けることも可能である。

図４〜図６に、固定対象となるリード線の外径差、寸法誤差がある場合に対応したクランプの実施例を示す。クランプ強度は、リード線の外径寸法とクランプの爪の高さ寸法の差（締め代）に依存する。他方、クランプもリード線の被覆も一般的に成形により製造されるため、寸法精度が出しにくい。そのため、締めすぎによるリード線の断線リスクを避けつつクランプ強度を保つのは難しく、クランプ強度の設計値を決定するために試作を繰り返す必要がある。また、モーター出力に応じて、選定されるリード線の外径が変わる場合があるが、外径に関わらず共通のクランプを使用するのはさらに難易度が増す。このような場合に対処するために、後述のとおりクランプにスリットを設けて弾性変形しやすくすることで、寸法誤差やリード線の違いによる差異を吸収することができる。

クランプの材料の例として、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ナイロン、エラストマーが挙げられる。

図４に、モーターハウジング上面に取り付けられたモーター線クランプ９と、同クランプにより固定されるセンサーリード線２及びモーターリード線８を示す。なお、ブレーキリード線５は図示を省略している。クランプ９は、固定対象となるリード線の引出し方向一端面から引出し方向と平行に形成された二つのスリット９１を備えている。これにより、二つのスリット９１に挟まれるように、クランプ９のリード線固定部９２が形成されている。リード線固定部９２は、スリット９１が設けられたクランプ９の弾性変形により、矢印Ｙ２に示す方向に沿って可動である。リード線固定部９２の底面には、下方に突出した形状の爪部９３が形成されている。爪部９３により固定対象となるリード線が固定される。

リード線固定部９２が可動であることにより、固定対象となる複数のリード線間の外径差、寸法誤差を吸収することができる。

［第２実施形態］
図７に示すように、各リード線を反出力軸方向に引き出すことも可能である。すなわち、モーター線クランプ９により、モーターリード線８が固定される。モーターリード線８は、モーター線クランプ９から反出力軸方向に引き出されている。

ブレーキ線クランプ６により、ブレーキリード線５とモーターリード線８とが固定される。ブレーキリード線５及びモーターリード線８は、ブレーキ線クランプ６から反出力軸方向に引き出されている。

センサー線クランプ３により、センサーリード線２とブレーキリード線５とモーターリード線８とが固定される。センサーリード線２とブレーキリード線５及びモーターリード線８は、出力リード線群１０として、センサー線クランプ３から反出力軸方向に引き出されている。

本実施形態によっても、各リード線の内部接続部へのストレスを抑えることができる。なお、センサー１のハウジング上面において、センサー線クランプ３から反出力軸方向に間隔を置いて、出力リード線群１０を固定する出力リード線群クランプ１２ａを設けてもよい。これにより、センサーリード線２の内部接続部に及ぶストレスを一層抑えることができる。

上述の第１実施形態及び第２実施形態におけるモーター７は、高精度な位置制御や速度制御が必要な用途で使用されるものである。正確な速度や位置制御をさせるためには、モーターの外部にエンコーダやホール素子などのセンサーが必要となる。また、モーター７の出力軸に取り付けられた駆動対象物が上下方向に動く場合、停電時の落下対策として電磁ブレーキを設ける必要がある。

センサーの一種であるエンコーダには、一般的に光学式や磁気式などの検出方式が存在するが、いずれの方法も複数の信号線と信号発生に必要な電源線との組み合わせが必要となる。また、モーターに対し軸方向にセンサーや電磁ブレーキを設ける際には軸方向の長さを短くするために、センサー及び電磁ブレーキを小型にすることが求められる。限られたスペースで基板と複数のリード線を接続する構造では、リード線が動いてしまうことによるストレスは基板接続部に直接加わることになり、センサー線と基板接続部が断線することがある。このような理由によりセンサーのリード線として従来、リード線ではなくケーブルを採用し、ケーブル自体をクランプすることで断線を防止する構造としている。

また、近年の傾向として、位置制御や速度制御用モーターには高速化が求められており、実現するためにはモーターに大電流を流す必要がある。他方、大電流を流すことによりモーター損失が増加するが、その損失を少しでも抑えるために導線部の太いリード線を採用する必要がある。このような理由によりモーター線とセンサー線の外径差が発生する要因となる。

ケーブルを使用した位置制御や速度制御用のモーターを設置する際、ケーブルの屈曲半径は、当該ケーブルの推奨値となる屈曲半径以上とすることが求められる。もし屈曲半径の推奨値未満で設置した場合には、ケーブルの絶縁材の破損や、ケーブルの心線の破断によりモーターの不具合の要因となる。そのため、設置スペースに余裕がないロボットに使用する用途では、モーター及び付加部品のリード線を、屈曲半径の推奨値がケーブルよりも小さいリード線とすることへのニーズがある。上述の第１実施形態及び第２実施形態は、このようなニーズに対応したものである。

上述の第１実施形態及び第２実施形態に基づく付加部品付きモーターのリード線引出し構造においては、まず、モーターの回転軸方向に少なくとも一つの付加部品が取り付けられている。モーターのリード線は、前記モーターのハウジングの内部から外部に引き出され、さらに軸方向一方向に引き出されている。付加部品のリード線は、前記付加部品のハウジングの内部から外部に引き出され、さらに前記軸方向一方向に引き出されている。そして、モーターのハウジングと付加部品のハウジングとの各々にクランプが設けられている。各クランプは、当該クランプが設けられたハウジングの内部から外部に引き出されたリード線と、当該クランプが設けられたハウジングの軸方向他方向側に取り付けられたハウジングの内部から外部に引き出されたリード線とを固定する。

以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。

１ センサー、２ センサーリード線、３ センサー線クランプ
４ ブレーキ、５ ブレーキリード線、６ ブレーキ線クランプ
７ モーター、７ａ 出力軸、８ モーターリード線、９ モーター線クランプ
１０ 出力リード線群、１１ コネクタ
２０ 付加部品付きモーター
９１ スリット、９２ 可動部、９３ 爪部

Claims (7)

1. 付加部品付きモーターのリード線引出し構造であって、
   前記モーターの回転軸方向に少なくとも一つの前記付加部品が取り付けられており、
   前記モーターのリード線が、前記モーターのハウジングの内部から外部に引き出され、さらに軸方向一方向に引き出されており、前記付加部品のリード線が、前記付加部品のハウジングの内部から外部に引き出され、さらに前記軸方向一方向に引き出されており、
   前記モーターのハウジングと前記付加部品のハウジングとの各々にクランプが設けられており、各クランプは、当該クランプが設けられたハウジングの内部から外部に引き出されたリード線と、当該クランプが設けられたハウジングの軸方向他方向側に取り付けられたハウジングの内部から外部に引き出されたリード線とを固定するものである、
   付加部品付きモーターのリード線引出し構造。
2. 前記少なくとも一つの付加部品は、前記モーターの回転を制動するブレーキと、前記モーターの回転に関する検出を行うセンサーとのいずれか又は両方である、請求項１に記載の付加部品付きモーターのリード線引出し構造。
3. 前記軸方向一方向に引き出された全てのリード線が単一のコネクタに接続される、請求項１又は２に記載の付加部品付きモーターのリード線引出し構造。
4. 前記モーターの複数のリード線がツイストペア配線とされ、かつ前記少なくとも一つの付加部品の各々について、当該付加部品の複数のリード線がツイストペア配線とされている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の付加部品付きモーターのリード線引出し構造。
5. 前記クランプが、固定対象となるリード線の引出し方向一端面から前記引出し方向と平行に形成された二つのスリットを備えている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の付加部品付きモーターのリード線引出し構造。
6. 前記二つのスリットに挟まれた前記クランプのリード線固定部の底面に、前記固定対象となるリード線を固定する爪部が形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の付加部品付きモーターのリード線引出し構造。
7. 前記少なくとも一つの付加部品のリード線は、前記モーターのリード線よりも外径が小さい、請求項１〜６のいずれか一項に記載の付加部品付きモーターのリード線引出し構造。

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