JP2021136788A - 磁気式エンコーダ付きモータの防水構造 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で防水性を確保することができる磁気式エンコーダ付きモータを得る。【解決手段】モータ軸２の一端に直接的または間接的に配置される磁石２０と、磁石２０に対してモータ軸２の中心軸Ｏ１方向で対向し磁石２０の磁力を検出する検出部とを有する磁気式エンコーダ１００を備えた磁気式エンコーダ付きモータ１において、検出部は防水性を備えたケース２４に収納されており、ケース２４は磁石２０と検出部との間に介在する隔壁を兼ねており、磁石２０は大気と連通する空間に配置されている。【選択図】 図２

Description

本発明は、磁気式エンコーダ付きモータの防水構造に関するものである。

従来、特許文献１には、ファンカバーの中心に設けられた挿通孔を介して回転軸の端部が外部に突出し、ファンカバーの外部にて回転軸の端部にエンコーダが取り付けられた構造が開示されている。

また、特許文献２には、ファンカバーの内部にてモータ軸に連結された延長軸にエンコーダが取り付けられた構造が開示されている。

また、特許文献３には、アルミニウム製のハウジングと、ハウジングに軸支される回転入力用のステンレス鋼製のシャフトと、シャフトの内端部に固定される磁石と、磁石の端面と所要のギャップをおいて対向するように基板に設けられた磁石検出素子とを備えた磁気式エンコーダの構造が開示されている。この磁気式エンコーダは、ハウジングに対してシャフトを回転可能に支持する２つのベアリングを備えている。

特開２０１９−１４６３４６号公報 特開２０１９−１２９６８２号公報 特開２０１０−１９０８４６号公報

特許文献１のように、ファンカバーの外部にエンコーダを配置する場合や、特許文献２のように、ファンカバーの内部にエンコーダを配置する場合がある。このような場合、エンコーダが配置される部分は密閉された空間ではなく、大気と連通した開放された空間であるため、エンコーダには防水性が求められる場合がある。そこで例えば特許文献３のような磁気式エンコーダを配置した場合、シャフトを支持するベアリング部分の防水性が問題となる。

この対策として、例えば防水性を確保するためにシャフト部分にオイルシールを追加する等が考えられるが、この場合、オイルシールを追加するためにコストアップとなってしまうという問題がある。また、オイルシールによりモータの回転の損失となってしまうという問題がある。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、モータ軸の反負荷側の軸端に磁石を配置し、検出部を含む基板をケース内に収めることで、簡易な構造でエンコーダの防水性を確保することを目的とする。

この目的を達成するために、請求項１記載の磁気式エンコーダ付きモータの防水構造は、モータ軸と、前記モータ軸の一端に直接的または間接的に配置される磁石と、前記磁石に対して前記モータ軸の軸線方向で対向し、前記磁石の磁力を検出する検出部と、前記磁石と前記検出部との間に介在する隔壁を備え、前記検出部を収納するケースと、を備えた磁気式エンコーダ付きモータの防水構造であって、前記磁石は大気と連通する空間に配置されていることを特徴とするものである。

また、請求項２記載の磁気式エンコーダ付きモータの防水構造は、請求項１に記載の磁気式エンコーダ付きモータの防水構造であって、更に、前記モータ軸に直接的または間接的に固定され、前記モータ軸と一体的に回転するファンを備えていることを特徴とするものである。

また、請求項３記載の磁気式エンコーダ付きモータの防水構造は、請求項１または２に記載の磁気式エンコーダ付きモータの防水構造であって、更に、前記ケースに収納され、前記検出部が配置される基板を備え、前記ケースには、前記磁石に対向する面に凹部が形成されており、前記ケースにおける前記凹部の外方には、前記基板が固定される基板受け部が形成されていることを特徴とするものである。

また、請求項４記載の磁気式エンコーダ付きモータの防水構造は、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気式エンコーダ付きモータの防水構造であって、更に、前記ケースは第１ケース及び第２ケースに分割されており、前記第１ケース及び前記第２ケースを締結する締結部材を備え、前記第１ケースまたは前記第２ケースの一方には、前記磁石に対向する面に凹部が形成されていることを特徴とするものである。

請求項１記載の磁気式エンコーダ付きモータの防水構造によれば、モータ軸の反負荷側の軸端に直接的または間接的に配置された磁石は、大気と連通する空間に配置されており、磁気式エンコーダの検出部はケース内に収容されており、ケースは磁石と検出部との間に介在する隔壁を兼ねている。このため、簡易な構成で検出部の防水性を確保することができる。

また、請求項２記載の磁気式エンコーダ付きモータの防水構造によれば、ファン付のモータに対しても、簡易な構造でエンコーダの防水性を確保できる。

また、請求項３記載の磁気式エンコーダ付きモータの防水構造によれば、ケースの一部に、磁石と対向する凹部が形成され、凹部の外方に基板受け部が形成されているため、磁石と検出部との距離を小さく保ったまま、基板受け部を大きくすることができる。このため、基板をケースにより確実に固定することができる。

また、請求項４記載の磁気式エンコーダ付きモータの防水構造によれば、第１ケースまたは第２ケースの一部に、磁石と対向する凹部が形成されているため、磁石と検出部との距離を小さく保ったままケースの大きさを大きくすることができる。このため、第１ケース及び第２ケースを締結するための締結部材を設けるスペースを十分に確保することができ、第１ケースと第２ケースとをより確実に固定することができる。

本発明の実施形態における磁気式エンコーダ付きモータの部分断面図である。 磁気式エンコーダの概略構成を示す分解斜視図である。 図１のＡ部拡大図である。 第１ケースの平面図である。 第２ケースの平面図である。 第１ケースと第２ケースとが分離した状態の分割面の周辺を拡大して示した模式図である。 図４のＢ部拡大図である。 図５のＣ部拡大図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態における磁気式エンコーダ付きモータ１を正面から見た場合の部分断面図であり、ファンカバー７及びその内部を断面で表現した図である。図２は、磁気式エンコーダ１００の概略構成を示す分解斜視図である。尚、図２においてギアヘッド５は省略している。

本実施形態における磁気式エンコーダ１００は、回転体の回転位置、回転方向、回転速度等を磁気的に検出する装置であり、モータ２００のモータ軸２の回転を検出する。本実施形態では、モータフレーム３を基準にモータ軸２の回転が検出される。ここで、磁気式エンコーダ１００はモータ２００と一体に構成されており、磁気式エンコーダ付きモータ１を構成している。

モータ２００は、筒状のモータフレーム３と、モータフレーム３の負荷側（図１の左側）にギアブラケット４を介して接続されるギアヘッド５と、モータフレーム３の反負荷側（図１の右側）にモータブラケット６を介して接続されるファンカバー７と、モータフレーム３の上面に設置された端子箱８と、ファンカバー７内に設けられたブレーキ９とを備えている。

モータフレーム３の内部には、図示しないステータとロータとからなるモータが収容されており、ロータに設けられたモータ軸２が、ギアブラケット４とモータブラケット６とにそれぞれ軸受を介して回転可能に支持されている。負荷側に突出するモータ軸２の一端は、ギアヘッド５内に設けられた図示しない減速機構の入力側と噛合している。減速機構の出力軸１０は、ギアヘッド５から突出している。

一方、モータ軸２の反負荷側の一端はファンカバー７内に突出し、この端部には、ブレーキハブ１２を介して延長軸１３が連結されている。延長軸１３の中心軸Ｏ１方向における中央付近にはファン１４が固定されており、延長軸１３の反負荷側の先端には、後述する磁石２０が固定されるための磁石ホルダ（凹部）が形成されている。

モータブラケット６には、ファン１４を越えて反負荷側へ突出するスペーサボルト１５を介してエンコーダ用ステー１６が支持されて、このエンコーダ用ステー１６に磁気式エンコーダ１００のセンサユニット２５が支持されている。ブレーキ９については、特許文献２で開示されている公知のブレーキ等と同様の構造であるので、詳細な説明は省略する。

磁気式エンコーダ１００は、延長軸１３の反負荷側の端面に固定された円形の磁石２０と、感磁素子２１及び半導体ＩＣ２２が搭載された基板２３をケース２４内に内蔵するセンサユニット２５とを備えており、感磁素子２１は、磁石２０に対してモータ軸２の中心軸Ｏ１の方向で対向している。

延長軸１３の反負荷側の一端には、磁石２０が保持される磁石ホルダ（凹部）が形成されている。延長軸１３は、例えばアルミ等の非磁性材料で形成されている。磁石２０は、磁石ホルダに接着剤により固定されている。ここで、磁石２０には、図２に示すように、感磁素子２１と対向する面にＮ極とＳ極とが一対に、周方向で着磁されている。

センサユニット２５の半導体ＩＣ２２により構成された回転検出回路は、感磁素子２１が検出した信号を処理し、基板２３上に搭載されたコネクタ２７、及びコネクタ２７に接続されたケーブル２８を介して、外部へ信号を出力する。基板２３は、磁石２０と対向する表面側の中央に感磁素子２１が実装されており、基板２３において、その裏面側には、回転検出回路を構成する半導体ＩＣ２２やコネクタ２７が実装されている。センサユニット２５のケース２４は２分割可能であり、基板２３に対して磁石２０側に位置する樹脂製の第１ケース３１と、基板２３に対して磁石２０側とは反対側に位置する樹脂製の第２ケース３２とから成る。尚、第１ケース３１と第２ケース３２との分割面は、中心軸Ｏ１に対して垂直な方向に形成されている。第１ケース３１は、エンコーダ用ステー１６の中心に固定されている。

図３は、図１のＡ部拡大図であり、第１ケース３１と第２ケース３２との嵌め合い部分の詳細を示した図である。図４は、第１ケース３１の平面図であり、センサユニット２５を分解し、第１ケース３１を第２ケース３２の側から見た説明図である。第１ケース３１は、略円形の底部３１１と、底部３１１の外縁部から第２ケース３２側に向けて延設される縁部３１２とを備えており、底部３１１には、底部３１１側から磁石２０が位置する外面側に向けて凹む円形の凹部３１３が形成されている。縁部３１２の外側には、第１ケース３１と第２ケース３２とを締結するための突起部３１４が４箇所形成されており、各々の突起部３１４には、締結ネジ３３が入るためのネジ孔３１５が形成されている。また、縁部３１２の外側には、突起部３１４とは別に、第１ケース３１をエンコーダ用ステー１６に固定するための突起部３１６が２箇所形成されている。各々の突起部３１６には貫通孔３１７が形成されており、第１ケース３１は、第２ケース３２側から第１ケース３１の貫通孔３１７を通ってエンコーダ用ステー１６に係合される２つの固定ネジ３４によって、エンコーダ用ステー１６に固定されている。

底部３１１の内面には、凹部３１３を囲む部分に、小突起からなり中心にネジ穴が形成された２個の基板受け部３１８ａと、１個の位置決めピン３１８ｂが形成されている。基板２３は、固定ネジ３５によって基板受け部３１８ａに固定されており、位置決めピン３１８ｂによって第１ケース３１に対して位置決めされている。第１ケース３１において、基板２３は基板受け部３１８ａに支持された状態となり、感磁素子２１は凹部３１３の内側に配置され、底部３１１は、感磁素子２１と磁石２０との間に介在する隔壁として機能する。この状態で、感磁素子２１と凹部３１３との間には隙間が介在し、感磁素子２１と凹部３１３とは非接触の状態にある。

図５は、第２ケース３２の平面図であり、センサユニット２５を分解し、第２ケース３２を第１ケース３１の側から見た説明図である。第２ケース３２は、第１ケース３１の底部３１１と対向する略円形の底部３２１と、底部３２１の外縁部から第１ケース３１側に向けて延設される縁部３２２とを備えている。縁部３２２の外側には、第１ケース３１の突起部３１４に対応した位置に、突起部３２４が４箇所形成されており、各々の突起部３２４には、締結ネジ３３が入るための貫通孔３２５が形成されている。第１ケース３１と第２ケース３２とは、第１ケース３１とは反対側から、第２ケース３２の貫通孔３２５を通って第１ケース３１のネジ孔３１５に係合する４個の締結ネジ３３により結合されている。尚、本実施形態では、締結ネジ３３、及び固定ネジ３５には、タッピングネジを使用している。

図６は、第１ケース３１と第２ケース３２とが分離した状態の分割面の周辺を拡大して示した模式図である。第１ケース３１の縁部３１２の外周側には、中心軸Ｏ１に対して角度θ１を有するテーパ状の第１インロー部３１９が、ケーブル引出し口４０の１箇所を除く全周に亘って形成されており、第２ケース３２の縁部３２２の内周側には、中心軸Ｏ１に対して角度θ２を有するテーパ状の第２インロー部３２９が、ケーブル引出し口４０の１箇所を除く全周に亘って形成されている。第１インロー部３１９の先端の位置は、第１ケース３１と第２ケース第３２とが分離した状態において、２インロー部３２９の根元の位置よりも僅かに径方向の外側になるように形成されている。本実施形態では、角度θ１は４°であり、角度θ２は２°である。このような関係（θ１＞θ２）で構成することにより、第１ケース３１及び第２ケース３２を重ね合わせた際、第１インロー部３１９と第２インロー部３２９とが当接し、第１インロー部３１９及び第２インロー部３２９のテーパ部分が互いにオーバーラップするように重なる。第１ケース３１及び第２ケース３２には、本実施形態では、弾性のあるナイロン６等の樹脂材料を使用している。このため、第１インロー部３１９と第２インロー部３２９とでオーバーラップした部分は、縁部３１２，３２２が変形し、第１インロー部３１９と第２インロー部３２９とが面で接触し、ケース２４の防水性が確保される。また、第２インロー部３２９よりも径方向の内側には、縁部３１２が過剰に内側に倒れ込むのを防止するための支持部３６が形成されている。

図７は、図４のＢ部拡大図であり、第１ケース３１の第１切り欠き４１の周辺を拡大して示した図である。図８は、図５のＣ部拡大図であり、第２ケース３２の第２切り欠き４２の周辺を拡大して示した図である。第１ケース３１及び第２ケース３２の分割面のうち一箇所には、ケーブル２８を引き出すためのケーブル引出し口４０が形成されている。第１ケース３１側には半円状の第１切り欠き４１が形成されており、第２ケース３２側には、第１ケース３１側の第１切り欠き４１に対向する位置に同じく半円状の第２切り欠き４２が形成されている。第１ケース３１と第２ケース３２とを重ね合わせることで、第１切り欠き４１と第２切り欠き４２とが対向し、円形のケーブル引出し口４０が形成される。ケーブル引出し口４０の両側において、第１インロー部３１９と第２インロー部３２９とは、ケーブル引出し口４０を両側から挟むように、ケーブル２８の引き出し方向Ｆと平行な向きに延長されて形成されている。

第１切り欠き４１及び第２切り欠き４２の内周面には、ケーブル２８の外周に合わせた２重の突条４３が、ケーブル２８の引出し方向Ｆに垂直な方向に延びるように形成されている。突条４３が形成する円の内径は、ケーブル２８の外被の外径よりもわずかに小さく形成されているため、第１ケース３１と第２ケース３２とを重ね合わせることで、突条４３がケーブル２８の外被に全周に亘って押し付けられる。このように構成することで、突条４３はケーブル２８の外周に密着し、ケーブル２８が固定されると同時に、ケーブル引出し口４０の防水性も確保される。

締結ネジ３３は、底部３１１及び底部３２１の外周に沿って均等ではなく、ケーブル引出し口４０に近い位置に集中的に配置されている。より詳細には、締結ネジ３３のうち２個は、ケーブル引出し口４０を両側から挟む位置に配置されている。このように配置することで、第１ケース３１と第２ケース３２とを締結ネジ３３により固定する際、ケーブル引出し口４０の周辺がより確実に固定され、ケーブル引出し口４０における防水性をより高めることができる。

第１ケース３１における第１切り欠き４１と第１インロー部３１９との間には、中心軸Ｏ１方向と垂直な方向に第１平面４４が形成されている。図７において二点鎖線で囲んだ範囲が第１平面４４である。第１平面４４は、ケーブル２８の引出し方向Ｆに平行な方向に長く形成されている。より詳細には、第１平面４４の形状は、ケーブル２８の引出し方向Ｆの長さＬ１が、第１インロー部３１９と第１切り欠き４１との距離Ｌ２よりも長くなっている。

第２ケース３２における第２切り欠き４２と第２インロー部３２９との間には、中心軸Ｏ１方向と垂直な方向に、第１平面４４に当接する第２平面４５が形成されている。図８において二点鎖線で囲んだ範囲が第２平面４５である。第２平面４５は、ケーブル２８の引出し方向Ｆに平行な方向に長く形成されている。より詳細には、第２平面４５の形状は、ケーブル２８の引出し方向Ｆの長さＬ３が、第２インロー部３２９と第２切り欠き４２との距離Ｌ４よりも長くなっている。

第１インロー部３１９及び第２インロー部３２９で囲まれた領域より内側においては、第１平面４４と第２平面４５とが当接しており、それ以外には分割面に垂直な方向には当接していない。より詳細には、第１平面４４と第２平面４５とを除き、図３に示すように第１ケース３１の縁部３１２の先端と第２ケース３２との間には、中心軸Ｏ１方向に隙間Ｇが空いている。

以上の如く構成された磁気式エンコーダ付きモータ１において、モータ２００が給電によってＯＮすると、モータ軸２及び延長軸１３と結合されたファン１４も一体的に回転する。そして、ファンカバー７の側面に多数設けられた空気吸入口１７から空気が取り込まれ、ファン１４の回転により空気が径方向外方に向かって押し出され、モータフレーム３とファンカバー７との隙間を通って中心軸Ｏ１方向に空気の流れが生じ、モータフレーム３の表面が冷却される。

このように、上記形態の磁気式エンコーダ付きモータ１によれば、磁石２０は大気と連通する空間に配置されており、感磁素子２１はケース２４内に収納されており、磁石２０と感磁素子２１との間には隔壁が介在している。このため、簡易な構成で感磁素子２１を含む磁気式エンコーダ１００の防水性を確保することができる。

また、ファン１４を備えたモータであっても、ファン１４による空気の流れを妨げることなく、かつ簡易な構造で、磁気式エンコーダ１００の防水性を確保できる。

また、第１ケース３１の中心に磁石２０と対向するように凹部３１３が形成され、凹部３１３を囲む部分に基板受け部３１８ａが形成されていることにより、磁石２０と感磁素子２１との距離を小さく保ったまま、基板受け部３１８ａを大きくすることができる。このため、固定ネジ３５の掛かりを十分に確保することができ、基板２３をより確実に第１ケース３１に固定することができる。また、磁石２０が凹部３１３の内側に配置されているため、外部からの飛来物等に対して磁石２０を保護することができる。

また、第１ケース３１の中心に凹部３１３を設け、凹部３１３と対向するように磁石２０を配置することで、磁石２０と感磁素子２１との距離を小さく保ったまま第１ケース３１の大きさを大きくすることができる。このため、締結ネジ３３が螺合するために必要な第１ケース３１の大きさを十分に確保することができ、第１ケース３１と第２ケース３２とをより確実に固定することができる。また、磁石２０が凹部３１３の内側に配置されているため、外部からの飛来物等に対して磁石２０を保護することができる。

以上のように、本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く、種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態に加えうる変更の例について説明する。

例えば、本実施形態では、磁気式エンコーダ１００をファンカバー７の内部に配置したが、延長軸１３をファンカバー７の外部まで延長し、磁気式エンコーダ１００をファンカバー７の外部に配置しても良い。

［本発明と実施形態との構成の対応関係］
本実施形態の磁気式エンコーダ１００は、本発明のセンサの一例である。本実施形態の感磁素子２１は、本発明の検出部の一例である。本実施形態の締結ネジ３３は、本発明の締結部材の一例である。

１ 磁気式エンコーダ付きモータ
１００ モータ
２００ 磁気式エンコーダ
２ モータ軸
７ ファンカバー
１４ ファン
２０ 磁石
２１ 感磁素子
２３ 基板
２４ ケース
２５ センサユニット
２８ ケーブル
３１ 第１ケース
３１３ 凹部
３１８ａ 基板受け部
３２ 第２ケース
３３ 締結ネジ

Claims (4)

1. モータ軸と、
   前記モータ軸の一端に直接的または間接的に配置される磁石と、
   前記磁石に対して前記モータ軸の軸線方向で対向し、前記磁石の磁力を検出する検出部と、
   前記磁石と前記検出部との間に介在する隔壁を備え、前記検出部を収納するケースと、
   を備えた磁気式エンコーダ付きモータの防水構造であって、
   前記磁石は大気と連通する空間に配置されている
   ことを特徴とする磁気式エンコーダ付きモータの防水構造。
2. 前記モータ軸に直接的または間接的に固定され、前記モータ軸と一体的に回転するファンを備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁気式エンコーダ付きモータの防水構造。
3. 前記ケースに収納され、前記検出部が配置される基板を備え、
   前記ケースには、前記磁石に対向する面に凹部が形成されており、
   前記ケースにおける前記凹部の外方には、前記基板が固定される基板受け部が形成されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気式エンコーダ付きモータの防水構造。
4. 前記ケースは第１ケース及び第２ケースに分割されており、
   前記第１ケース及び前記第２ケースを締結する締結部材を備え、
   前記第１ケースまたは前記第２ケースの一方には、前記磁石に対向する面に凹部が形成されている
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気式エンコーダ付きモータの防水構造。

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