JP2021191050A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】モータコイルから発生する磁束による回転センサの測定精度の低下を防止するとともに、全体を小型化することのできる回転電機を提供することを目的とする。【解決手段】サーボモータ１０は、ケース２０内部に設けられたステータ３０と、ケース２０に回転自在に設けられた回転軸４０と、ステータ３０と同軸に設けられ、回転軸４０と共に回転自在に設けられたロータ５０と、ステータ３０及びロータ５０の少なくとも一方に設けられたステータコイル３１と、ステータコイル３１に対向するように設けられ、回転軸４０の回転を検出するレゾルバ７０とを備える。そして、ステータコイル３１とレゾルバ７０との間に、第１輪状シールドテープ８０及び第２輪状シールドテープ８１が設けられているため、ステータコイル３１から発生する磁束によるレゾルバ７０の測定精度の低下を防止することができる。【選択図】図１

Description

この発明は回転電機に関し、特に回転センサを有する回転電機に関する。

回転軸の位置及び速度を検出する回転センサを有する回転電機として、例えば特許文献１に記載されているサーボモータ１００が知られている。このサーボモータ１００は、図１０に示すように、ステータコイル３１を有するステータ３０と、回転軸４０に沿ってステータ３０に隣接して配置されたブレーキ部６０と、回転軸４０に沿ってブレーキ部６０に隣接して配置された回転センサとしてのレゾルバ７０とを有している。

特開２００４−３３６８７８号公報

しかしながら、特許文献１のサーボモータ１００は、ステータコイル３１等から発生する磁束が、レゾルバ７０やその周囲の配線に漏出してノイズとなり、レゾルバの測定精度が低下する可能性があった。そのため測定精度の低下を防ぐために、レゾルバ７０全体を金属板で覆いシールドすることによりノイズを防止する構成が知られているが、金属板を設けることによりサーボモータ１００全体が大型化するという問題点があった。

この発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、モータコイルから発生する磁束による回転センサの測定精度の低下を防止するとともに、全体を小型化することのできる回転電機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明に係る回転電機は、ケース内部に設けられたステータと、ケースに回転自在に設けられた回転軸と、ステータと同軸に設けられ、回転軸と共に回転自在に設けられたロータと、ステータ及びロータの少なくとも一方に設けられたモータコイルと、回転軸の回転を検出する回転センサとを備え、モータコイルと回転センサとの間に、少なくとも１つのシールドテープが設けられている。

また、回転センサは、ステータ及びロータに対して回転軸の延びる方向に設けられ、シールドテープは、モータコイルの回転センサに対向する側に設けられてもよい。
また、モータコイルと回転センサとの間に、ロータを制動するブレーキ部をさらに備え、少なくとも１つのシールドテープとは別の前記シールドテープが、ブレーキ部の回転センサに対向する側にさらに設けられてもよい。
また、シールドテープは輪状に形成されていてもよい。

この発明に係る回転電機は、モータコイルと回転センサとの間に、少なくとも１つのシールドテープを有するため、モータコイルから発生する磁束による回転センサの測定精度の低下を防止するとともに、回転電機全体を小型化することができる。

この発明の実施の形態１に係るサーボモータの断面図である。 図１に示すステータコイルの側面図である。 図１に示すレゾルバの側面図である。 この発明の実施の形態２に係るサーボモータの断面図である。 図４に示すブレーキ部の側面図である。 この発明の変形例に係るステータコイルの側面図である。 この発明の変形例に係るレゾルバの側面図である。 この発明の変形例に係るブレーキ部の側面図である。 この発明の変形例に係る帯状シールドテープの平面図である。 従来のサーボモータの断面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を添付図面の図１〜図６に基づいて説明する。なお、特許文献１に記載された従来例と同一又は同等部分には同一符号を付して説明する。
図１は、この実施の形態１に係るサーボモータの断面図である。サーボモータ１０はＡＣサーボモータであり、その筒状のケース２０の内部には、円筒状のステータ３０が設けられている。ステータ３０は、回転軸４０の方向から見た場合に輪状に形成されているステータコイル３１を有している。なお、ステータコイル３１はモータコイルを構成している。また、サーボモータ１０は回転電機を構成している。

ケース２０の径方向中心には、回転軸４０が設けられている。回転軸４０は、その一端がケース２０の外側に突出して出力軸を構成している。また、回転軸４０はケース２０内部の一端側に設けられた軸受４１と、他端側に設けられた軸受４１により、ケース２０に回転自在に支持されている。さらに、回転軸４０には、ステータ３０の内側に位置するロータ５０が回転自在に設けられている。ロータ５０には、永久磁石が設けられている。

またケース２０内には、回転軸４０の延びる方向に沿ってステータ３０及びロータ５０に隣り合うようにして、既知のレゾルバ７０が設けられている。すなわち、レゾルバ７０は、回転軸４０の軸方向に沿ってステータ３０及びロータ５０に対向するように配置されている。レゾルバ７０はロータ５０と共通の回転軸４０を有しており、回転軸４０の回転の位置及び回転の速度を検出する。また、レゾルバ７０の外形は、回転軸４０に沿って延びる円筒状の形状を有している。なおレゾルバ７０は、回転センサを構成している。

レゾルバ７０は、ステータ３０及びロータ５０に近い側に、径方向外側に配置されたステータトランス７１と、径方向内側に配置されたロータトランス７３を有している。ステータトランス７１は、ステータトランスコイル７２を有している。ロータトランス７３は、ロータトランスコイル７４を有している。また、レゾルバ７０は、ステータ３０及びロータ５０から遠い側に、ステータトランス７１に隣接して配置されたレゾルバステータ７５と、ロータトランス７３に隣接して配置されたレゾルバロータ７７とを有している。すなわち、レゾルバステータ７５は径方向外側に配置され、レゾルバロータ７７は径方向内側に配置されている。レゾルバステータ７５はレゾルバステータコイル７６を有しており、レゾルバロータ７７は、レゾルバロータコイル７８を有している。

ステータコイル３１の、レゾルバ７０に対向する側であるコイル対向部３１ａには、第１輪状シールドテープ８０が貼付されている。また、ステータトランス７１及びロータトランス７３の、ステータ３０に対向する側であるレゾルバ対向部７０ａには、第２輪状シールドテープ８１が貼付されている。第１輪状シールドテープ８０及び第２輪状シールドテープ８１は、電磁シールドを構成するアルミニウム箔と、コイル対向部３１ａ及びレゾルバ対向部７０ａに粘着する粘着性シートとを貼り合わせて形成された既知のシールドテープである。

図２は、図１に示す第１輪状シールドテープ８０及びステータコイル３１を、ステータコイル３１のコイル対向部３１ａ側から見た側面図である。コイル対向部３１ａは、輪状の形状を有している。第１輪状シールドテープ８０は、コイル対向部３１ａと同軸の輪状に形成されている。また、第１輪状シールドテープ８０は、レゾルバ７０（図１参照）に対向するコイル対向部３１ａの略全ての領域を覆うように貼付されている。さらに、第１輪状シールドテープ８０には、コイル対向部３１ａへの貼付を容易にするためのスリット８０ａが設けられている。

図３は、図１に示す第２輪状シールドテープ８１及びレゾルバ７０を、レゾルバ対向部７０ａ側から見た側面図である。レゾルバ対向部７０ａは、輪状の形状を有している。第２輪状シールドテープ８１は、レゾルバ対向部７０ａと同軸の輪状に形成されている。また、第２輪状シールドテープ８１はステータ３０及びロータ５０（図１参照）に対向するレゾルバ対向部７０ａの略全ての領域を覆うように貼付されている。さらに、第２輪状シールドテープ８１には、レゾルバ対向部７０ａへの貼付を容易にするためのスリット８１ａが設けられている。

図１０に示す従来のサーボモータでは、ステータコイル３１から発生した磁束が近傍のレゾルバ７０へ漏れてノイズとなり、レゾルバ７０の測定精度が低下する。一方、この実施の形態１に係るサーボモータ１０では、図１に示すように、ステータコイル３１からレゾルバ７０までの間に第１輪状シールドテープ８０及び第２輪状シールドテープ８１が配置されていることにより、ステータコイル３１からレゾルバ７０に漏れる磁束が遮断されて低減される。これにより、ステータコイル３１の磁束により、レゾルバ７０が受けるノイズの影響を低減することができる。

また、サーボモータ１０のステータコイル３１からレゾルバ７０に漏れる磁束を遮断するための構成として、電磁シールドとしての金属板でレゾルバ７０全体を覆う構成や、コイル対向部３１ａの近傍及びレゾルバ対向部７０ａの近傍に金属板を配置する構成や、コイル対向部３１ａにカバーを設けそのカバーを電磁シールド材料でめっきする構成や、レゾルバ対向部７０ａを電磁シールド材料でめっきする構成等が知られている。しかしながら、これらの構成を採用することでサーボモータ１０が全体として大型化するというデメリットや、部品加工工数が増加するというデメリット等が発生するおそれがあった。一方、この実施の形態１では、薄いテープである第１輪状シールドテープ８０及び第２輪状シールドテープ８１を電磁シールド部材として用いることにより、省スペースで電磁シールドを構成することができる。そのため、この実施の形態１のサーボモータ１０を全体として小型化することができ、また、部品加工工数を減少させることができるという利点を有する。

このように、この実施の形態１に係るサーボモータ１０は、ケース２０内部に設けられたステータ３０と、ケース２０に回転自在に設けられた回転軸４０と、ステータ３０と同軸に設けられ、回転軸４０と共に回転自在に設けられたロータ５０と、ステータ３０及びロータ５０の少なくとも一方に設けられたステータコイル３１と、回転軸４０の回転を検出するレゾルバ７０とを備える。そして、ステータコイル３１とレゾルバ７０との間に、第１輪状シールドテープ８０及び第２輪状シールドテープ８１が設けられているため、ステータコイル３１から発生する磁束によるレゾルバ７０の測定精度の低下を防止するとともに、サーボモータ１０全体を小型化することができる。

また、レゾルバ７０は、ステータ３０及びロータ５０に対して回転軸４０の延びる方向に設けられている。そして、第１輪状シールドテープ８０は、ステータコイル３１のレゾルバ７０に対向する側のコイル対向部３１ａに設けられるため、ステータコイル３１からレゾルバ７０に漏れる磁束をより効果的に遮断することができる。

また、第１輪状シールドテープ８０及び第２輪状シールドテープ８１は輪状に形成されており、第１輪状シールドテープ８０はステータコイル３１のコイル対向部３１ａの略全てを覆い、第２輪状シールドテープ８１はレゾルバ７０へのレゾルバ対向部７０ａの略全てを覆うため、ステータコイル３１からレゾルバ７０に漏れる磁束をより効果的に遮断することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る回転電機の構成について説明する。
尚、実施の形態２において、図１〜図３の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。この実施の形態２に係る回転電機の構成は、実施の形態１に対して、ブレーキ部をさらに有するものである。
図４は、この実施の形態２に係るサーボモータの断面図である。サーボモータ１１は、回転軸４０の延びる方向に沿って、ステータ３０及びロータ５０と、レゾルバ７０との間にブレーキ部６０を有する。

ブレーキ部６０は、中心を回転軸４０が貫通している輪状の電磁ブレーキである。ブレーキ部６０は、回転軸４０の延びる方向に沿って移動可能なアーマチュア６１と、アーマチュア６１に形成されたブレーキ可動板６４と、アーマチュア６１を駆動する電磁石６３と、電磁石６３を収容するブレーキケース６２とを有している。さらにブレーキ部６０は、回転軸４０の延びる方向に沿ってアーマチュア６１に対向して配置された輪状の固定板６５と、固定板６５のアーマチュア６１に対向する面に形成されたブレーキ固定板６６とを有している。固定板６５は、ロータ５０に固定されている。

ブレーキ可動板６４及びブレーキ固定板６６は、レジン系材料及びシンタード系材料等の任意の摩擦材により形成されたブレーキライニングである。ブレーキ可動板６４は、アーマチュア６１が固定板６５に近接する方向に移動することで、ブレーキ固定板６６に接触可能に構成されている。また、ブレーキ部６０は、アーマチュア６１を固定板６５に近接する方向に付勢する図示しないスプリングを有している。電磁石６３に電流が印加されていない場合には、アーマチュア６１は固定板６５に近接する方向に付勢されているため、ブレーキ可動板６４とブレーキ固定板６６とが接触して固定板６５の回転が制動される。これにより、固定板６５が固定されたロータ５０が制動される。一方、電磁石６３に電流が印加されている場合には、電磁石６３に引かれたアーマチュア６１が固定板６５から離隔する方向に移動するため、ブレーキ可動板６４とブレーキ固定板６６とが離隔して固定板６５の制動が解除される。これにより、固定板６５が固定されたロータ５０の制動が解除される。

ブレーキケース６２の、レゾルバ７０に対向する面であるブレーキ部対向部６２ａには、第３輪状シールドテープ８２が貼付されている。第３輪状シールドテープ８２は、第１輪状シールドテープ８０及び第２輪状シールドテープ８１と同様の、アルミニウム箔と粘着性シートとを張り合わせて形成された既知の電磁シールドテープである。なお、第３輪状シールドテープ８２は、シールドテープを構成している。

図５は、図４に示す第３輪状シールドテープ８２及びブレーキ部６０を、ブレーキ部対向部６２ａ側から見た側面図である。ブレーキ部対向部６２ａは、輪状の形状を有している。第３輪状シールドテープ８２は、ブレーキ部対向部６２ａと同軸の輪状に形成されている。また、第３輪状シールドテープ８２はブレーキ部対向部６２ａの略全ての領域を覆うように貼付されている。さらに、第３輪状シールドテープ８２には、ブレーキ部対向部６２ａへの貼付を容易にするためのスリット８２ａが設けられている。

図１０に示す従来のサーボモータでは、電磁石６３から発生した磁束が対向するレゾルバ７０へ漏れてノイズとなり、レゾルバ７０の精度が低下する。一方、この実施の形態２では、図１に示すように、第１輪状シールドテープ８０、第２輪状シールドテープ８１及び第３輪状シールドテープ８２により、ステータコイル３１からレゾルバ７０に漏れる磁束が遮断されて低減される。これにより、ステータコイル３１の磁束により、レゾルバ７０が受けるノイズの影響を低減することができる。

このように、この実施の形態２に係るサーボモータ１１は、ステータコイル３１とレゾルバ７０との間に、ロータ５０を制動するブレーキ部６０をさらに備え、第１輪状シールドテープ８０とは別の第３輪状シールドテープ８２が、ブレーキ部６０のレゾルバ７０に対向するレゾルバ対向部７０ａにさらに設けられるため、電磁石６３から発生した磁束を効果的に遮断してレゾルバ７０の測定精度の低下を防止することができる。

また、第３輪状シールドテープ８２は輪状に形成されているため、第３輪状シールドテープ８２はブレーキ部６０のブレーキ部対向部６０ａの略全てを覆うことができ、ステータコイル３１からレゾルバ７０に漏れる磁束をより効果的に遮断することができる。

なお、この発明の実施の形態１及び２においては、輪状の第１輪状シールドテープ８０及び輪状の第２輪状シールドテープ８１を設けていたが、例えば図６に示すような中心角Ａが９０度の第１扇形シールドテープ８０ｂを４個組み合わせて輪状にコイル対向部３１ａに貼付してもよいし、図７に示すような中心角Ａが９０度の第２扇形シールドテープ８１ｂを４個組み合わせて輪状にレゾルバ対向部７０ａに貼付してもよい。また、実施の形態２では、輪状の第３輪状シールドテープ８２を設けていたが、例えば図８に示すような中心角Ａが９０度の第３扇形シールドテープ８２ｂを４個組み合わせて輪状にブレーキ部対向部６２ａに貼付してもよい。さらに、第１扇形シールドテープ８０ｂ、第２扇形シールドテープ８１ｂ及び第３扇形シールドテープ８２ｂの中心角Ａは他の任意の角度に形成されていてもよい。

また、実施の形態１及び２においては、輪状の第１輪状シールドテープ８０及び輪状の第２輪状シールドテープ８１を設けており、実施の形態２では、輪状の第３輪状シールドテープ８２を設けていたが、これらのシールドテープに替えて図９に示すような帯状シールドテープ８０ｃを任意に組み合わせて設けてもよい。

また、実施の形態１及び２における第１輪状シールドテープ８０及び第２輪状シールドテープ８１と、実施の形態２における第３輪状シールドテープ８２とは、アルミニウム箔と粘着性シートとを貼り合わせて形成されたシールドテープであったが、このシールドテープに限定されるものではない。例えば銅箔と粘着性シートとを貼り合わせて形成されたシールドテープ等の、他の種類のシールドテープを用いてもよい。

また、実施の形態１及び２における第１輪状シールドテープ８０にはスリット８０ａが設けられ、第２輪状シールドテープ８１にはスリット８１ａが設けられており、実施の形態２における第３輪状シールドテープ８２はスリット８２ａが設けられていたが、スリット８０ａ、スリット８１ａ及びスリット８２ａは設けられていなくともよい。

また、実施の形態１においては、第１輪状シールドテープ８０及び第２輪状シールドテープ８１が設けられていたが、これらの第１，第２輪状シールドテープ８０，８１はいずれか一方が設けられていればよい。また、実施の形態２においては、第１輪状シールドテープ８０、第２輪状シールドテープ８１及び第３輪状シールドテープ８２が設けられていたが、これらの第１，第２，第３輪状シールドテープ８０，８１，８２は少なくとも１つが設けられていればよい。

また、実施の形態１及び２においては、サーボモータ１０、１１には回転センサとしてレゾルバ７０が設けられていたが、例えば光学式エンコーダ等の、レゾルバ以外の任意の回転センサが設けられていてもよい。このような構成であっても、ステータコイル３１から生じて回転センサの配線に侵入するノイズを低減し、回転センサの精度を向上させることができる。

また、実施の形態１においてはサーボモータ１０に第１，第２輪状シールドテープ８０，８１が設けられ、実施の形態２においてはサーボモータ１１に第１，第２，第３輪状シールドテープ８０，８１，８２が設けられていたが、例えばステッピングモータ等の、サーボモータ以外の任意のモータに設けられていてもよい。

また、実施の形態１及び２においては、サーボモータ１０、１１はステータ３０がモータコイルを構成するステータコイル３１を有するモータであったが、ロータ５０がモータコイルを有するモータであってもよいし、ステータ３０及びロータ５０の両方がモータコイルを有するモータであってもよい。

本発明による回転電機は、ケース内部に設けられたステータと、前記ケースに回転自在に設けられた回転軸と、前記ステータと同軸に設けられ、前記回転軸と共に回転自在に設けられたロータと、前記ステータ及び前記ロータの少なくとも一方に設けられたモータコイルと、前記回転軸の回転を検出する回転センサとを備え、前記モータコイルと前記回転センサとの間に、少なくとも１つのシールドテープが設けられるため、モータコイルから発生する磁束による回転センサの測定精度の低下を防止するとともに、回転電機全体を小型化することができる。

２０ ケース
３０ ステータ
３１ ステータコイル（モータコイル）
４０ 回転軸
５０ ロータ
７０ レゾルバ（回転センサ）
８０ 第１輪状シールドテープ（シールドテープ）
８１ 第２輪状シールドテープ（シールドテープ）
８２ 第３輪状シールドテープ（シールドテープ）

Claims (4)

1. ケース（２０）内部に設けられたステータ（３０）と、
   前記ケース（２０）に回転自在に設けられた回転軸（４０）と、
   前記ステータ（３０）と同軸に設けられ、前記回転軸（４０）と共に回転自在に設けられたロータ（５０）と、
   前記ステータ（３０）及び前記ロータ（５０）の少なくとも一方に設けられたモータコイル（３１）と、
   前記回転軸（４０）の回転を検出する回転センサ（７０）と
   を備え、
   前記モータコイル（３１）と前記回転センサ（７０）との間に、少なくとも１つのシールドテープ（８０，８１）が設けられることを特徴とする回転電機。
2. 前記回転センサ（７０）は、前記ステータ（３０）及び前記ロータ（５０）に対して前記回転軸（４０）の延びる方向に設けられ、
   前記シールドテープ（８０）は、前記モータコイル（３１）の前記回転センサ（７０）に対向する側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記モータコイル（３１）と前記回転センサ（７０）との間に、前記ロータ（５０）を制動するブレーキ部（６０）をさらに備え、
   前記少なくとも１つのシールドテープ（８０）とは別のシールドテープ（８２）が、前記ブレーキ部（６０）の前記回転センサ（７０）に対向する側にさらに設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機。
4. 前記シールドテープ（８０，８１，８２）は輪状に形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機。

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