JP4761016B2 - Servo motor with reduction gear made of high radiation resistant material - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、主要部品のすべてを高耐放射線性材料で構成した減速機付きサーボモータに関するもので、10KGy/h(キログレイ毎時)のガンマ線量率下で100MGy(メガグレイ)以上の照射線量に耐えると共に、100℃以上の高温下をはじめ、中性子照射下でも使用可能なものである。又、本発明のサーボモータは特に下記の分野で使用可能である。
【0002】
・原子炉、原子燃料再処理施設、加速器周辺に装備される各種装置の動力源。
・加速器、放射線発生装置の動力源。
・核融合炉の容器内保守装置の動力源。
【0003】
・極限環境(放射線、高温下)用ロボットシステムの動力源。
・放射線利用医療装置の動力源。
・宇宙用搭載機器、装置の動力源。
【0004】
【従来の技術】
減速機付きサーボモータは、モータ本体、角度検出器、減速機から構成されており、外部からの指令信号によりモータの回転角度(位置)と速度制御が可能なモータであり、その角度検出器には、一般に光学式ロータリエンコーダあるいはレゾルバが使用され、その減速機は、所要のトルクを得るためモータの回転軸に結合されており、一般には多数の歯車から構成される。
【0005】
従来の耐放射線性減速機付きサーボモータでは、巻線や引出し線の絶縁材料にはエポキシ系樹脂を使用し、引出し線用保護ブッシュや固定子カバー、キャップ、レゾルバ式角度検出器用ボビンにはプラスチック材料を使用していたため、ガンマ線による照射量の増加に伴い、絶縁抵抗や耐電圧などの電気的特性の劣化、引張り強度や脆性、伸びなどの機械的特性の劣化が顕著であった。
【0006】
一方、回転軸を支持するためのベアリングや減速機の歯車の潤滑には、鉱油系あるいは合成油系のグリース潤滑剤が使用されていたが、これらの潤滑剤はガンマ線による照射量の増加に伴い、潤滑特性の指標となるちょう度(硬さ)、離油度、滴点、遊離酸などの特性が劣化し、結果としてグリースの硬化による負荷トルクの上昇によって減速機付きサーボモータの回転を不能にした。
【0007】
以上の結果、従来の耐放射線性減速機付きサーボモータの耐放射線性値は1MGyが限界であった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の技術による耐放射線性減速機付きサーボモータは、その耐放射線性値が1MGyであるため、原子炉や核燃料再処理施設の溶解槽周辺あるいは核融合炉の炉内など、放射線量率が10kGy/hと評価されるような高い場所での使用では短時間(100時間程度)で許容耐放射線性値を越えてしまい事実上使用出来ない。一方、高放射線量率下での使用を避けるため、動力源としての減速機付きサーボモータを放射線量率の低い遠方に設置した場合には、長尺な動力伝達機構を必要とするため装置の信頼性を低下させる要因となる。
【0009】
本発明では、減速機付きサーボモータが所有する基本性能を損ねることなく、減速機付きサーボモータの主要部品の材料を高耐放射線性材料で構成し、10kGy/hの放射線量率下において長時間(数千時間以上)の運転が可能な減速機付きサーボモータを提供する。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上の問題点を解決するため、次の構成を採用する。
1) モータ巻線、レゾルバ式角度検出器巻線用電気絶縁材料として、ポリイミド樹脂の繊維と、アルミナ、酸化珪素及び窒化珪素のいずれかであるセラミックスの繊維との組み合わせを使用する。
【0011】
2) モータ引出し線、角度検出器引出し線用電気絶縁材料として、ポリイミド樹脂、若しくはアルミナ、酸化珪素、窒化珪素などのセラミックス、又はこれらの繊維を組合せたものを使用する。
【0012】
3) 引出し線用保護ブッシュ材料として、ポリイミド樹脂、又はアルミナ、酸化珪素、窒化珪素などのセラミックスを使用する。
4) モータ、レゾルバ式角度検出器用固定子のカバー又はキャップ材料として、ポリイミド樹脂、又はアルミナ、酸化珪素、窒化珪素などのセラミックスを使用する。
【0013】
5) レゾルバ式角度検出器用ボビン材料として、ポリイミド樹脂、又はアルミナ、酸化珪素、窒化珪素などのセラミックスを使用する。
6) ベアリング用、減速機歯車用潤滑剤として、その基油を合成油、増ちょう剤を無機ベントナイトとしたグリースで、放射線による劣化を防止するためアルミニウム、亜鉛、ニッケル、クロム、パラジウム、ゼオライト、シリカ、アルミナのうち、いずれかの微粉末を混入したグリース潤滑剤を使用する。
【0014】
7) コイル成形用、組立用樹脂として、シロキサン結合した化合物による樹脂又はシロキサン結合した化合物による樹脂で高温処理後無機化する樹脂を使用する。
【0015】
上記の構成を採用することにより、 従来の減速機付きサーボモータの耐放射線性1MGyに比べ、本発明による減速機付きサーボモータの耐放射線性は100倍(100MGy)であり、本発明を可能とした技術項目は以下の通りである。
【0016】
1) 従来品の巻線、引出し線に使用されているエポキシ系樹脂に比べ、100倍以上の耐放射線性を持つボリイミド樹脂、又はアルミナ、酸化珪素、窒化珪素などのセラミックス材料を電気絶縁材料に使用したこと。
【0017】
2) 引出し線用ブッシュ、固定子カバー、キャップ、レゾルバ式角度検出器用ボビン材料を従来品のプラスチック材料に比べ、千倍から1万倍以上の耐放射線性を持つボリイミド樹脂、又はアルミナ、酸化珪素、窒化珪素などのセラミックス材料を使用したこと。
【0018】
3) 軸受け部、歯車部の潤滑剤を、従来の鉱油系あるいは合成油系グリース、又は固体潤滑剤に比べ、10倍から100倍以上の耐放射線性を持つグリース潤滑剤(基油を合成油、増ちょう剤を無機ベントナイト、添加物としてアルミニウム、亜鉛、ニッケル、クロム、パラジウム、ゼオライト、シリカ、アルミナのいずれかの微粉末を混入したグリース)を使用したこと。
【0019】
4) 巻線成形用、組立用接着剤を、従来のエポキシ系材料に比べ、10倍から100倍以上の耐放射線性を持つシロキサン結合した化合物による樹脂、あるいはシロキサン結合した化合物による樹脂で高温処理後無機化する樹脂を使用したこと。
【0020】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明による耐放射線性減速機付きサーボモータの外形図である。外形図では、モータ本体1、角度検出器であるレゾルバ2、減速機3、回転軸4、モータ本体用引出し線5、同保護ブッシュ6、レゾルバ用引出し線7、同保護ブッシュ8を示している。
【0021】
図2は図1の断面図である。モータ本体1は固定子巻線9、回転子10、回転軸11、回転軸を支持するベアリング12、13から構成される。固定子巻線の電気絶縁材料には、ポリイミド樹脂を使用した(この例は本願発明の参考技術であり、本願発明では、ポリイミド樹脂の繊維と、アルミナ、酸化珪素及び窒化珪素のいずれかであるセラミックスの繊維との組み合わせを使用する)。回転子は、本発明の実施例では無機材料による永久磁石を使用したが、巻線式にする場合は固定子巻線と同様の電気絶縁材料を用いることが出来る。巻線の成形には、シロキサン結合した化合物による樹脂を使用した。ベアリング12、13の潤滑剤には基油を合成油、増ちょう剤を無機ベントナイトとしたグリースで、アルミニウムの微粉末を混入したグリース潤滑剤を使用した。また、引出し線5の電気絶縁材料、引出し線の保護ブッシュ6にはポリイミド樹脂を使用した。
【0022】
レゾルバ2は固定子巻線14、回転子巻線15から構成され、回転軸はモータ回転軸と同軸である。これらの巻線の電気絶縁材料にはポリイミド樹脂を使用した。巻線の成形には、シロキサン結合した化合物による樹脂を使用した。巻線の芯になるボビンの材料にはアルミナを使用した。また、引出し線7の電気絶縁材料、引出し線の保護ブッシュ8にはポリイミド樹脂を使用した。
【0023】
減速機3には、本発明の実施例では遊星歯車方式を採用した。モータの回転軸は多数の歯車16に結合され、回転軸4に出力となって伝達される。回転軸4は2個のベアリング17、18によって支持されている。これらの歯車とベアリングの潤滑剤には基油を合成油、増ちょう剤を無機ベントナイトととし、アルミニウムの微粉末を混入したグリース潤滑剤を使用した。
【0024】
【実施例】
上記減速機付きサーボモータ2台を線量率10kGy/hのガンマ線にて大気、室温下で照射した。照射中、モータは連続運転された。図3は試験結果である。縦軸はモータの電流値を照射前を1とした相対値、横軸はガンマ線の照射量を表す。照射中のモータの異常は電流値の急激な上昇あるいは低下となって現れる。照射量100MGy(メガグレイ)、運転時間にして1万時間(約1年2ヶ月)中の電流値の変動は、2台のモータとも極めて小さく、照射中の異常はなく、また照射後の検査においても異常は認められなかった。
【0025】
【発明の効果】
本発明の高耐放射線性減速機付きサーボモータの発明による効果は次の通り。
・原子炉、核燃料再処理施設、加速器、放射線発生装置、放射線利用医療装置
などの高放射線環下に装備される各種装置の動力源として長期間、メンテナ
ンスフリーで使用できる。
【0026】
・核融合炉の容器内保守装置の動力源として長期間、メンテナンスフリーで使
用できる。
・動力源を遠方に設置する必要が無いため、装置の効率と信頼性を高めること
が出来る。
【0027】
・極限環境(放射線、高温下)用ロボットシステムの動力源として利用できる。
・高信頼性を確保できるため、宇宙用搭載機器、装置の動力源として利用でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 高耐放射線性減速機付きサーボモータ外形図である。
【符号の説明】
1.モータ本体
2.レゾルバ式角度検出器
3.減速機
4.回転軸
5.モータ本体用引出し線
6.モータ本体用引出し線保護用ブッシュ
7.角度検出器用引出し線
8.角度検出器用引出し線保護用ブッシュ
【図2】 高耐放射線性減速機付きサーボモータ断面図である。
【符号の説明】
1.モータ本体
2.レゾルバ式角度検出器
3.減速機
4.回転軸
5.モータ本体用引出し線
6.モータ本体用引出し線保護用ブッシュ
7.角度検出器用引出し線
8.角度検出器用引出し線保護用ブッシュ
9.モータ用固定子巻線
10.モータ用回転子
11.回転軸
12.ベアリング
13.ベアリング
14.レゾルバ用固定子巻線
15.レゾルバ用回転子巻線
16.減速機用歯車
17.ベアリング
18.ベアリング
【図3】 高耐放射線性減速機付きサーボモータ試験結果を示す図である。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a servomotor with a speed reducer in which all major components are made of a high radiation resistance material, and withstands an irradiation dose of 100 MGy (mega gray) or more under a gamma dose rate of 10 KGy / h (kilo gray per hour). It can be used under neutron irradiation including high temperatures of 100 ° C. or higher. The servo motor of the present invention can be used particularly in the following fields.
[0002]
・ Power sources for various equipment installed around the reactor, nuclear fuel reprocessing facility, and accelerator.
・ Power sources for accelerators and radiation generators.
・ Power source for in-vessel maintenance equipment of fusion reactor.
[0003]
・ Power source for robot systems for extreme environments (radiation and high temperatures).
・ Power source for medical equipment using radiation.
・ Power source for onboard equipment and devices.
[0004]
[Prior art]
A servo motor with a speed reducer consists of a motor body, an angle detector, and a speed reducer. The motor can control the rotation angle (position) and speed of the motor by an external command signal. In general, an optical rotary encoder or resolver is used, and the speed reducer is coupled to a rotating shaft of a motor to obtain a required torque, and is generally composed of a large number of gears.
[0005]
In conventional servo motors with radiation-resistant speed reducers, epoxy resin is used for the insulation material of windings and lead wires, and plastic is used for lead wire protective bushes, stator covers, caps, and resolver type angle detector bobbins. Since materials were used, the deterioration of electrical characteristics such as insulation resistance and withstand voltage and the deterioration of mechanical characteristics such as tensile strength, brittleness, and elongation were remarkable with the increase of irradiation dose by gamma rays.
[0006]
On the other hand, mineral oil or synthetic oil grease lubricants were used to lubricate bearings and gears of the reduction gears to support the rotating shaft. Deterioration of properties such as consistency (hardness), oil separation, dropping point, free acid, etc., which serve as an index of lubrication characteristics. As a result, the rotation of the servo motor with a reduction gear becomes impossible due to an increase in load torque due to hardening of grease. I made it.
[0007]
As a result of the above, the radiation resistance value of the conventional servomotor with radiation-resistant speed reducer was limited to 1 MGy.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As mentioned above, since the radiation resistance value of the conventional servomotor with a radiation-resistant speed reducer is 1 MGy, around the melting tank of a nuclear reactor or nuclear fuel reprocessing facility, or in the reactor of a fusion reactor, When used in a high place where the radiation dose rate is evaluated as 10 kGy / h, it exceeds the allowable radiation resistance value in a short time (about 100 hours) and cannot be used practically. On the other hand, when a servo motor with a speed reducer as a power source is installed at a remote location with a low radiation dose rate in order to avoid use under a high radiation dose rate, a long power transmission mechanism is required. It becomes a factor which reduces reliability.
[0009]
In the present invention, the material of the main components of the servo motor with a reduction gear is made of a high radiation resistance material without damaging the basic performance possessed by the servo motor with the reduction gear, and for a long time under a radiation dose rate of 10 kGy / h. Provide a servo motor with a reduction gear that can be operated (several thousand hours or more).
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention adopts the following configuration in order to solve the above problems.
1) As an electrical insulating material for the motor winding and resolver type angle detector winding, a combination of a polyimide resin fiber and a ceramic fiber of alumina, silicon oxide, or silicon nitride is used.
[0011]
2) As an electrical insulating material for the motor lead wire and the angle detector lead wire, polyimide resin, ceramics such as alumina, silicon oxide, silicon nitride, or a combination of these fibers is used.
[0012]
3) As a lead wire protective bushing material, polyimide resin or ceramics such as alumina, silicon oxide, silicon nitride is used.
4) As a cover or cap material for the stator for the motor or resolver type angle detector, polyimide resin or ceramics such as alumina, silicon oxide, silicon nitride, or the like is used.
[0013]
5) As a resolver type angle detector bobbin material, polyimide resin or ceramics such as alumina, silicon oxide, silicon nitride or the like is used.
6) Grease with synthetic base oil and thickener inorganic bentonite as a lubricant for bearings and reduction gears. Aluminum, zinc, nickel, chromium, palladium, zeolite, Use grease lubricant mixed with fine powder of either silica or alumina.
[0014]
7) As the resin for coil molding and assembly, use is made of a resin made of a siloxane-bonded compound or a resin made inorganic after high-temperature treatment with a resin made of a siloxane-bonded compound.
[0015]
By adopting the above configuration, the radiation resistance of the servo motor with a reduction gear according to the present invention is 100 times (100 MGy) compared to the radiation resistance of 1 MGy of a conventional servo motor with a reduction gear, which makes the present invention possible. The technical items are as follows.
[0016]
1) Polyimide resin with 100 times or more radiation resistance compared to epoxy resin used for conventional windings and lead wires, or ceramic materials such as alumina, silicon oxide and silicon nitride as electrical insulation materials I used it.
[0017]
2) Lead wire bush, stator cover, cap, bobbin material for resolver type angle detectors, polyimide resin, alumina, silicon oxide with radiation resistance 1000 times to 10,000 times that of conventional plastic materials Use ceramic materials such as silicon nitride.
[0018]
3) Compared with conventional mineral oil or synthetic oil grease or solid lubricant, the lubricant for bearings and gears is a grease lubricant with a
[0019]
4) High-temperature treatment of wire-forming and assembly adhesives with a siloxane-bonded compound or a siloxane-bonded compound that has 10 to 100 times more radiation resistance than conventional epoxy materials The use of a resin that becomes mineralized afterwards.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an external view of a servomotor with a radiation-resistant speed reducer according to the present invention. In the external view, a motor
[0021]
FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG. The
[0022]
The
[0023]
The reduction gear 3 employs a planetary gear system in the embodiment of the present invention. The rotation shaft of the motor is coupled to a number of
[0024]
【Example】
The two servo motors with speed reducers were irradiated with gamma rays with a dose rate of 10 kGy / h in the air and at room temperature. During irradiation, the motor was operated continuously. FIG. 3 shows the test results. The vertical axis represents the relative value when the motor current value is 1 before irradiation, and the horizontal axis represents the irradiation amount of gamma rays. An abnormality of the motor during irradiation appears as a rapid increase or decrease in the current value. The fluctuation of the current value during the irradiation time of 100 MGy (mega gray) and 10,000 hours (about 1 year and 2 months) is very small for both motors, there is no abnormality during irradiation, and in the inspection after irradiation No abnormalities were found.
[0025]
【The invention's effect】
The effects of the invention of the servo motor with a high radiation resistance reduction gear according to the present invention are as follows.
-It can be used maintenance-free for a long period of time as a power source for various devices equipped under a high radiation environment such as nuclear reactors, nuclear fuel reprocessing facilities, accelerators, radiation generators, and medical devices using radiation.
[0026]
・ Can be used maintenance-free for a long time as a power source for in-vessel maintenance equipment of fusion reactors.
-Since there is no need to install a power source at a distance, the efficiency and reliability of the device can be improved.
[0027]
-It can be used as a power source for robot systems for extreme environments (radiation and high temperatures).
-Since high reliability can be ensured, it can be used as a power source for space-borne equipment and devices.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external view of a servomotor with a high radiation resistance reduction gear.
[Explanation of symbols]
1.
[Explanation of symbols]
1.
Claims (8)
前記モータ本体の巻線及び前記角度検出器の巻線のための電気絶縁材料として、ポリイミド樹脂の繊維と、アルミナ、酸化珪素及び窒化珪素のいずれかであるセラミックスの繊維との組み合わせを使用し、
前記減速機の歯車のための潤滑剤として、
基油を合成油、増ちょう剤を無機ベントナイトとしたグリースで、放射線による劣化を防止するためアルミニウム、亜鉛、ニッケル、クロム、パラジウム、ゼオライト、シリカ、アルミナのうち、いずれかの微粉末を混入したグリース潤滑剤を使用する、サーボモータ。 A servo motor comprising a motor body having a winding, a resolver type angle detector having a winding, and a speed reducer,
As an electrical insulating material for the winding of the motor body and the winding of the angle detector, a combination of polyimide resin fiber and ceramic fiber that is one of alumina, silicon oxide and silicon nitride,
As a lubricant for the gear of the speed reducer,
Grease with base oil as synthetic oil and thickener as inorganic bentonite, mixed with fine powder of aluminum, zinc, nickel, chromium, palladium, zeolite, silica or alumina to prevent deterioration due to radiation. Servo motor that uses grease lubricant .
前記モータ本体の引出し線及び前記角度検出器の引出し線のための電気絶縁材料として、As an electrically insulating material for the lead wire of the motor body and the lead wire of the angle detector,
前記ポリイミド樹脂、前記セラミックス、又は、前記組み合わせを使用する、請求項1に記載のサーボモータ。The servo motor according to claim 1, wherein the polyimide resin, the ceramic, or the combination is used.
前記モータ本体の引出し線保護用ブッシュ及び前記角度検出器の引出し線保護用ブッシュの材料として、As materials for the lead wire protection bush of the motor body and the lead wire protection bush of the angle detector,
前記ポリイミド樹脂、又は、前記セラミックスを使用する、請求項2に記載のサーボモータ。The servo motor according to claim 2, wherein the polyimide resin or the ceramic is used.
前記モータ本体の固定子カバー及びキャップの材料、並びに、前記角度検出器の固定子カバー及びキャップの材料として、
前記ポリイミド樹脂、又は、前記セラミックスを使用する、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のサーボモータ。The motor body further includes a stator, a stator cover, and a cap, and the angle detector further includes a stator, a stator cover, and a cap,
As the material of the stator cover and cap of the motor body, and the material of the stator cover and cap of the angle detector,
The servomotor according to claim 1, wherein the polyimide resin or the ceramic is used .
前記ボビンの材料として、
前記ポリイミド樹脂、又は、前記セラミックスを使用する、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のサーボモータ。 The angle detector further comprises a bobbin;
As the bobbin material,
The servo motor according to claim 1, wherein the polyimide resin or the ceramic is used .
前記ベアリングのために前記潤滑剤を使用する、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のサーボモータ。 A bearing for supporting a rotation shaft of the motor body, the angle detector and the speed reducer;
The servo motor according to claim 1, wherein the lubricant is used for the bearing .
シロキサン結合した化合物による樹脂、あるいはシロキサン結合した化合物による樹脂で高温処理後無機化する樹脂を使用した、請求項1乃至6のいずれか1項に記載のサーボモータ。 As a resin for molding the motor body and the coil of the angle detector,
The servomotor according to any one of claims 1 to 6, wherein a resin made of a siloxane-bonded compound or a resin that becomes inorganic after high-temperature treatment with a resin made of a siloxane-bonded compound is used.
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