JP4733482B2 - 磁気式エンコーダ付きモータ - Google Patents

Description

本発明は、磁気式エンコーダ付きモータに関り、特にモータのマグネットから発生する磁気ノイズ（漏洩磁束）を磁気シールドにて遮蔽すると共に、磁気式エンコーダ内に組み込まれ着磁が施された磁気ドラムの外径を大きくすることで着磁数を多くし、結果として分解能を向上させることが出来る磁気式エンコーダ付きモータに関する。

磁気式エンコーダは、所定の磁化パターン（Ｓ極、Ｎ極が着磁）が形成された磁気ドラムから生じた磁束を磁気センサ（たとえば、ＭＲ素子）等で検出する方式であるため、光学式エンコーダと比べ、埃や油等の付着による影響を受けにくいという利点があり、さらに、磁気式エンコーダには、部品数が少なくて構造が簡単であり、高速応答性が優れているという利点から昨今、様々な用途に使用されている。

一般的に磁気式エンコーダの構成は、磁気ドラムの表面には異なる磁極を一定間隔で所定の数だけ交互に着磁した着磁面が設けられている。また、この磁気ドラムは回転軸に固定されており、回転軸の回転に伴って回転するようになっている。そして、回転ドラムの近傍には、着磁面に対向して磁気センサが基板に配設されている。このような磁気式エンコーダを用いて工作機械、産業用ロボット等における直線、回転体の正確な位置（移動量）を検出するための用途として幅広く採用されている。

磁気式エンコーダの磁気ドラムの表面には異なる磁極が一定間隔で所定の数だけ交互に着磁されている。よって、磁気ドラムの外径が大きい程、着磁数を増やすことが出来、発生するパルスを多くして分解能を高くすることができる。

昨今、上述した磁気式エンコーダをモータ（例えばコアレスモータ等）に取付けた磁気式エンコーダ付きモータとして使用する用途が増えてきている。
磁気式エンコーダは、モータのハウジングの端部に取付けられ、モータの両端に軸支された回転軸に同軸状態に取付けられている。
尚、コアレスモータの構成は、一般的であり、例えばハウジング内の両端の軸受メタル（軸受）に軸支された回転軸と、該回転軸により回転する回転子と、マグネットと、整流子と、ブラシを装着したブラシ台キャップと、から構成されている。
磁気式エンコーダ付きモータとしては、例えば下記の特許文献１に開示されている。この特許文献１のモータは、直流モータを取付けた磁気式エンコーダ付きモータとしている。

特開平９−３０８１７１

磁気式エンコーダ付きモータとした場合、モータに設けられたマグネットから発生する磁気ノイズが磁気式エンコーダの磁気センサに侵入して悪影響を及ぼしていた。
そこで、マグネットから発生する磁気ノイズを遮蔽するために磁性体から成る磁気シールド板やカバーで覆って磁気ノイズの侵入を防止するものが提案されている。
また、上述した特許文献１においては、磁気式エンコーダはエンコーダカバーにより覆われ、内部のポールマグネット（磁気ドラム）が磁性体からなるバックヨークの表面に取り付けられている。また、バックヨークは、その外周縁がホール素子（磁気センサ）よりもエンコーダカバーに近い位置にある。よって、モータ本体から発生した磁気ノイズがバックヨークの外周縁からエンコーダカバーに向かって飛散するため、磁気ノイズがホール素子へ侵入しない構造になっている。
しかし、このような構造においては、磁気センサを外周縁寄りに配設することが困難であり、従って、磁気ドラムの外径を大きくすることが出来ず、着磁数を多くして分解能を向上させることが出来なかった。

ところで、磁気式エンコーダ付きモータで、小型で高トルクの要望に応じる場合は、モータを例えば外径１６ミリにすると磁気式エンコーダの外径も同じ大きさにする必要がある。しかし、磁気式エンコーダのブラシ台キャップ４０内部のスペースは狭く、磁気センサ４２への磁気ノイズの侵入を防止するための磁気シールド４５を取り付けるには磁気ドラム４１の外径を小さくしなくてはならなかった。
さらに、高トルクのモータを取り付けるとマグネットから発生する磁気ノイズが強く、磁気センサ４２に影響を及ぼすため、磁気シールド４５を取り付けるが、モータの電源供給部材（端子）４６が両端に有るため、磁気シールド４５は電源供給部材（端子）４６より内側に取り付けなくてはならない。従って、磁気ドラム４１の外径が小さくなってしまう。上述した結果、磁気ドラム４１の外径が小さいと着磁数を増やすことが出来ず、分解能を向上させることが出来ず、要望に応じることが出来なかった（図７参照）。

本発明は、モータのマグネットから発生する磁気ノイズ（漏洩磁束）を磁気シールドにて遮蔽すると共に、磁気式エンコーダ内に組み込まれ着磁が施された磁気ドラムの外径を大きくすることで着磁数を多くし、結果として分解能を向上させることが出来る磁気式エンコーダ付きモータを提供することを目的とする。

本発明の構成は、ハウジング内に軸支された回転軸と、該回転軸により回転する回転子と、マグネットと、整流子と、一側にブラシを装着すると共に他側にガイド部材を有したブラシ台キャップとから成るモータと、前記モータのマグネットから発生する磁気ノイズを遮蔽するガイド部材を有した磁気シールドと、磁極が交互に変化するよう着磁され、回転軸により回転する磁気ドラムと、該磁気ドラムの着磁面と対向する位置に配置された磁気センサを設けた基板とから成る磁気式エンコーダを同軸に備えた磁気式エンコーダ付きモータにおいて、
前記ブラシ台キャップのガイド部材の切欠部に、前記磁気シールドのガイド部材の湾曲部を嵌合することにより、ブラシ台キャップと磁気シールドとが同一円周面となる構成としたことによって、達成される。

本発明の構成によれば、ブラシ台キャップのガイド部材の周縁上の切欠部に、磁気シールドのガイド部材の湾曲部（第２湾曲部）を嵌合することにより、磁気シールドのガイド部材の湾曲部の肉厚分だけ外方に保持されることから空間部が生じ、また、磁気シールドのガイド部材のうち左右の凸部が、左右の電源供給部材（端子／端子穴）を回避し、外方に突出した形状に形成されていることから内部にスペースが確保される。その結果、磁気ドラムの外径を今までよりも大きくすることが出来、小型であっても分解能を向上させることが出来、要望に応じられるようになった。
さらに、ブラシ台キャップのガイド部材の内面に、磁気シールドを嵌合させることによって、高トルクのモータを取り付けても、モータのマグネットから発生する磁気ノイズの侵入を完全に遮蔽して磁気センサに影響を及ぼすことがなくなる。

以下、本発明の磁気式エンコーダ付きモータの好適な実施形態を図に基づいて説明する。
図１は磁気式エンコーダ付きモータの全体を示す断面図であり、図２は磁気式エンコーダ付きモータの全体を分解した断面図であり、図３は磁気シールドを示す正面図である。

磁気式エンコーダ付きモータ１の構成について説明する。磁気式エンコーダ付きモータ１は、前段のモータ１０（例えばコアレスモータ）と、後段の磁気式エンコーダ３０とを接続したものである。
このようにモータ１０の端部に磁気式エンコーダ３０を接続し、モータ１０の回転軸１６を磁気式エンコーダ３０内部に挿通させている。ここでのコアレスモータ及び磁気式エンコーダの各々は円筒形状（直径１６ミリ）で全長（約４０ミリ）に形成されている。

先ず、コアレスモータ１０の構成について説明する。
ここではモータをコアレスモータ１０として説明するが限定されるものでなく、コア付の直流モータ等であっても良い。

コアレスモータ１０は、ケース本体部１１ａと本体部内に延びるメタルホルダ部１２を持つケース蓋部１１ｂとでハウジング１１を構成し、回転子１８を収容している。また、ハウジング１１の一方側の端縁開口部の内周に段部１１ｃが形成されている。この段部１１ｃに後述するブラシ台キャップ１５の端縁の径小部１５ｄが嵌合する。メタルホルダ部１２の両端に取付けられた軸受メタル１３に回転子１８を支持させ、メタルホルダ部１２の外周にマグネット１７を嵌装する。

回転子１８は、回転軸１６と円筒状のコアレス巻線１８ａ及び回転軸１６と回転子１８をつなぐエンドブロック１８ｂとからなり、エンドブロック１８ｂには整流子１９を備えている。両端の軸受メタル１３には磁気式エンコーダ３０の磁気ドラム３１の軸穴３１ａまで届く長さの回転軸１６が回転可能に軸支されている。コアレス巻線１８ａはマグネット１７とケース本体部１１ａの内壁間の隙間に配置される。ハウジング１１の端部には整流子１９と摺接するブラシ１４を備えるブラシ台キャップ１５が取付けられている。

１５はブラシ台キャップであり、一側（ブラシ側）にブラシ１４を差し込んで装着する端子台と、他側（その裏側）にガイド部材を有している。尚、一側（ブラシ側）の端縁には径小部１５ｄが形成されている。
ブラシ台キャップ１５のガイド部材は、一部周縁を切欠けした上方の切欠部１５ｂと、周縁に沿って下方の湾曲部１５ａ及び両端の端子穴１５ｆ付近の凹部１５ｃとを接続した断面コの字状の略円筒形（略Ｕ字円筒形）に形成され、ブラシ台キャップ１５に一体成形されている。
切欠部１５ｂの幅は、後述する磁気シールド２０の第２湾曲部２０ｂと嵌合し易い幅と成し、両端の凹部１５ｃも磁気シールド２０の両端に突出した凸部２０ｃと嵌合し易い幅に成っている。
断面コの字状の底面が底部１５ｇであり、ブラシ台キャップ１５の底部１５ｇの中心に回転軸１６を挿通させる回転軸穴１５ｅと、その両端に端子穴１５ｆが各々穿設されている。
このようにブラシ台キャップ１５の他側に形成したガイド部材の内面（内側）のスペースに後述する僅かに径小した磁気シールド２０を嵌合させることができる。

２０は磁気シールドであり、断面コの字状の円筒形状で上述したブラシ台キャップ１５のガイド部材の内面より僅かに径小して形成されている。
図３に示すように磁気シールド２０は、例えば磁性材（金属材等）から形成され、他側にガイド部材を有している。ここでの磁気シールドは、純鉄の材料を用いたＭＩＭ（金属粉末射出成形）にて形成されている。純鉄の材料を用いることにより、磁気ノイズの侵入防止効果につながる。尚、ＭＩＭ（金属粉末射出成形）の他に焼結成形、金属粉を混在した樹脂にて成形したものであっても良い。
磁気シールド２０のガイド部材は、周縁に沿って下方の第１湾曲部２０ａと、湾曲部である、上方の第２湾曲部２０ｂと、両端の端子穴２２ｅ付近に突出した凸部２０ｃ（肉厚）とから形成されている。よって、第１湾曲部２０ａと第２湾曲部２０ｂとで上下方向を、突出した左右の凸部２０ｃで左右方向を保持させることが出来、上下左右方向の四箇所により廻り止めの役目も果たしている。
断面コの字状の底面が底部２０ｆであり、磁気シールド２０の底部２０ｆの中心に回転軸穴２０ｄと、その両端に端子穴２０ｅが各々穿設されている。

磁気シールド２０のガイド部材のうち、周縁に沿って上方の第２湾曲部２０ｂ（湾曲部）が肉厚２０ｇとなり、この肉厚２０ｇの一部分が外方に保持されるため、空間部２０ｈが生じることになる。また、磁気シールド２０のガイド部材のうち、左右の凸部２０ｃ（肉厚）が左右の電源供給部材（端子／端子穴）を回避し、外方に突出して形成されているため、スペースが確保される。
図５に示すように、回避した左右の凸部２０ｃの内側には電源供給部材（端子／端子穴）が位置するように成している。ここでは、電源供給部材（端子／端子穴）自体が内側（反対側の凹み）の箇所に位置している。尚、電源供給部材（端子／端子穴）の位置は、左右の凸部２０ｃの内側付近であれば良く、限定されるものでない。
このように磁気シールド２０のガイド部材の湾曲部の肉厚分だけ外方に保持したことにより生じる空間部２０ｈ及び電源供給部材を回避した左右の凸部２０ｃの形状にしたことにより生じる内部のスペースに、今までよりも大きい磁気ドラム３１を配設することが出来る。よって、磁気ドラム３１の外径を大きくすることにより、着磁数を多くし、結果として分解能を向上させることが出来る。さらにブラシ台キャップ１５の切欠部１５ｂに、磁気シールド２０のガイド部材の湾曲部（第２湾曲部２０ｂ）の肉厚２０ｇが嵌合することにより、突出することなく、ブラシ台キャップ１５と磁気シールド２０の外周縁を同一円周面にすることが出来る（図６参照）。

組立て時、嵌合するにあたっては、ブラシ台キャップ１５のガイド部材である、上方の切欠部１５ｂに磁気シールド２０の第２湾曲部２０ｂが合致し、ブラシ台キャップ１５のガイド部材である、下方の湾曲部１５ａに磁気シールド２０の第１湾曲部２０ａが合致し、さらにブラシ台キャップ１５のガイド部材である、端子穴１５ｆ付近の凹部１５ｃに磁気シールド２０の端子穴２０ｅ付近の凸部２０ｃが各々合致し、嵌合することで位置決めされる（図５の斜線部分が磁気シールド）。
そして、磁気シールド２０をブラシ台キャップ１５のガイド部材の内面に嵌合した後、接着（接着剤）することにより固着される。
また、ブラシ台キャップ１５に磁気シールド２０を嵌合することで各穴の位置決めとなる。つまり、ブラシ台キャップ１５の底部１５ｇの両端の端子穴１５ｆと、磁気シールド２０の底部２０ｆの両端の端子穴２０ｅの位置が合致し、ブラシ台キャップ１５の底部１５ｇの回転軸穴１５ｅと、磁気シールド２０の底部２０ｆの回転軸穴２０ｄの位置も合致する。
このように磁気シールド２０が円筒形状に形成され、嵌合することによりモータ１０のマグネット１７から発生する磁気ノイズの侵入を完全に防止することが出来る。また、磁気シールド２０の全体がブラシ台キャップ１５のガイド部材の内面（内側）に収まり嵌合することにより磁気式エンコーダ付きモータの全長が短くなり、小型化となる。

次に、磁気式エンコーダ３０の構成について説明する。
磁気式エンコーダ３０の後述する各部品は、断面コの字状の円筒形状に形成した磁気シールド２０（ケース）内に組み込まれる。ここでの磁気シールド２０が円筒形状に形成されていることからケースも兼ねることが出来、部品点数が減る。
磁気式エンコーダ３０は、上記したモータ１０の回転軸１６に軸支され、周囲に沿って磁極が交互に変化するよう着磁された円板状の磁気ドラム３１と、該磁気ドラム３１の着磁面と対向する位置に配置された磁気センサ３２（例えばＭＲセンサ）を設けた略円盤状の基板３３とを内設し、エンドキャップ３４にて被着した構成と成している。また、基板３３には検出信号を外部出力するための複数本のリード線３５が取付けられる。

本発明の磁気式エンコーダ付きモータは、次の手順で組み立てられる。
ハウジング１１内に、各部品が組み込まれたモータ１０のハウジング１１の一方側の端縁開口部の段部１１ｃに、ブラシ台キャップ１５の他側の径小部１５ｄを嵌合させる。次いでブラシ台キャップ１５の他側に形成されたガイド部材に、磁気シールド２０を嵌合させて位置決めを行い接着剤にて取付ける。
嵌合にあたっては、ブラシ台キャップ１５の上方の切欠部１５ｂに磁気シールド２０の第２湾曲部２０ｂを合致させ、下方の湾曲部１５ａに磁気シールド２０の第１湾曲部２０ａを合致させ、さらにブラシ台キャップ１５の端子穴１５ｆ付近の凹部１５ｃに磁気シールド２０の端子穴２０ｅ付近の凸部２０ｃを合致させる。
次いで、モータ１０の回転軸１６に磁気ドラム３１を嵌挿し、磁気センサ３２を設けた略円盤状の基板３３を装着し、最後にエンドキャップ３４を磁気シールド２０に被着して完成する。

尚、上述したブラシ台キャップ１５に有したガイド部材の構成と、磁気シールド２０に有したガイド部材の構成に限定するものでなく、容易に嵌合（例えば底部に設けた突起等による嵌合）できる構成のものや、上下方向又は左右方向の何れかの構成だけであっても良い。

本発明の磁気式エンコーダ付きモータの全体を示す断面図である。 本発明の磁気式エンコーダ付きモータの全体を示す分解断面図である。 磁気シールドを示す正面図である。 ブラシ台キャップを示す正面図である。 ブラシ台キャップに磁気シールドを嵌合した状態を示す正面図である。 磁気シールドと、磁気ドラム及び磁気センサの位置関係を示す正面図である。 磁気シールドと、磁気ドラム及び磁気センサの位置関係を示す従来図である。

符号の説明

１ 磁気式エンコーダ付きモータ
１０ モータ（コアレスモータ）
１１ ハウジング
１５ ブラシ台キャップ
１５ａ 湾曲部（ガイド部材）
１５ｂ 切欠部（ガイド部材）
１５ｃ 凹部（ガイド部材）
１７ マグネット
１８ 回転子
１９ 整流子
２０ 磁気シールド
２０ａ 第１湾曲部（ガイド部材）
２０ｂ 第２湾曲部（ガイド部材）
２０ｃ 凸部（ガイド部材）
２０ｇ 肉厚
２０ｈ 空間部
３０ 磁気式エンコーダ
３１ 磁気ドラム
３２ 磁気センサ
３３ 基板

Claims (3)

1. ハウジング内に軸支された回転軸と、該回転軸により回転する回転子と、マグネットと、整流子と、一側にブラシを装着すると共に他側にガイド部材を有したブラシ台キャップとから成るモータと、前記モータのマグネットから発生する磁気ノイズを遮蔽するガイド部材を有した磁気シールドと、磁極が交互に変化するよう着磁され、回転軸により回転する磁気ドラムと、該磁気ドラムの着磁面と対向する位置に配置された磁気センサを設けた基板とから成る磁気式エンコーダを同軸に備えた磁気式エンコーダ付きモータにおいて、
   前記ブラシ台キャップのガイド部材の切欠部に、前記磁気シールドのガイド部材の湾曲部を嵌合することにより、ブラシ台キャップと磁気シールドとが同一円周面となる構成としたことを特徴とする、磁気式エンコーダ付きモータ。
2. 前記磁気シールドのガイド部材は、周縁に沿って第１湾曲部と、第２湾曲部と、突出した左右の凸部とから形成され、左右の凸部の内側に電源供給部材が位置する構成とした請求項１記載の磁気式エンコーダ付きモータ。
3. 前記磁気シールドが、金属粉末射出成形により一体形成されている、請求項１又は請求項２記載の磁気式エンコーダ付きモータ。

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