JP4905970B2 - エンコーダ付きモータ - Google Patents

Description

本発明は、エンコーダ付きモータに関するものである。

従来、モータのシャフトにモータの回転位置検出を行うエンコーダを接続したエンコーダ付きモータが提案されている。このような、エンコーダ付きモータにおいては、モータのシャフトにエンコーダのシャフトが連結される。そして、一般に、モータシャフトに対するエンコーダの連れ回りを抑制する目的で、モータとエンコーダとの間に、回り止めとして板バネを設ける。この板バネは、所定の弾力性を有しており、モータとエンコーダとの間で一方に発生する振動が他方に伝わることがないように、相互の振動を吸収する（例えば、特許文献１および２参照）。

このようなエンコーダ付きモータにおいて、モータの軸電圧を原因として、エンコーダのボールベアリングに電触が発生することがある。すなわち、モータにおいては、原理上、出力電圧の中性点とアース間にキャリア周波数に同期した電圧が発生する。この中性点−アース間の電圧がモータ内部に存在する浮遊容量によって分圧され、ロータ軸（モータシャフト）とステータフレーム間に電圧が発生する。そして、この軸電圧がモータシャフトからエンコーダシャフトに伝わり、エンコーダベアリング内部のグリスの絶縁電圧を越えることで放電電流が流れ、この際に発生する微小なスパークがベアリングボール転走面を局部的に侵食する。

従来、この電触に対して、キャリア周波数を下げて、電触の転走面への侵食スピードを遅らせるという対策がある。

特開２０００−１１６０６６号公報 特開平０８−２８４９７１号公報

しかしながら、このキャリア周波数を下げる方法は、騒音が大きくなるため、低騒音が要求されるエンコーダ付きモータに対しては実施することができない。さらに、この方法は、電触の侵食スピードを遅らせるという延命措置であって、完全に不具合を無くすものではなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、大きなコスト増を伴うことなく、また、大きな設計変更をすることなしに、容易に電触の発生を抑制することができるエンコーダ付きモータを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のエンコーダ付きモータは、モータと、モータのシャフトに連結されモータシャフトの回転量に基づいて位置検出を行うエンコーダと、モータ及びエンコーダの間に設けられモータシャフトに対するエンコーダの連れ回りを抑制する板バネとを有するエンコーダ付きモータにおいて、モータとエンコーダとの間及び板バネとエンコーダとの間の少なくとも一方に絶縁部材を設けたことを特徴とする。

また、本発明の他のエンコーダ付きモータは、モータと、モータのシャフトに連結され該モータシャフトの回転量に基づいて位置検出を行うエンコーダとを有するエンコーダ付きモータにおいて、モータシャフト、エンコーダシャフト、エンコーダベアリング、エンコーダケーシング、モータケーシング、ステータ、ロータ、モータシャフトの経路で流れる放電電流を遮断するように絶縁部材を設けたことを特徴とする。

この発明のエンコーダ付きモータによれば、モータとエンコーダとの間及び板バネとエンコーダとの間の少なくとも一方に絶縁部材を設けたので、大きなコスト増を伴うことなく、また、大きな設計変更をすることなしに、容易に電触の発生を抑制することができるという効果を奏する。

また、この発明の他のエンコーダ付きモータによれば、モータシャフト、エンコーダシャフト、エンコーダベアリング、エンコーダケーシング、モータケーシング、ステータ、ロータ、モータシャフトの経路の中で、設計、製造のともに都合のよい位置に絶縁部材を設ければよく、設計、製造のともに都合のよい位置に設けることにより、大きなコスト増を伴うことなく、また、大きな設計変更をすることなしに、容易に電触の発生を抑制することができるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかるエンコーダ付きモータの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１はこの発明にかかるエンコーダ付きモータの模式的な断面図である。図１において、エンコーダ付きモータ５０Ａは、ベクトルモータであるモータ１０と、モータ１０のシャフトに連結されモータ１０の位置検出を行うエンコーダ２０と、モータ１０とエンコーダ２０との間に設けられモータシャフトに対するエンコーダ２０の連れ回りを抑制する回り止めとして働く板バネ３０とを有している。

モータ１０は、概略円筒状のモータフレーム１１と、モータフレーム１１の内面に固定されたステータ１２と、このステータ１２に巻装された巻線１３を有している。モータ１０は、さらにモータフレーム１１の前後に配設されるモータブラケット１４ａ，１４ｂと、これらモータブラケット１４ａ，１４ｂにそれぞれ固定されたモータベアリング１５ａ，１５ｂと、これらモータベアリング１５ａ，１５ｂに回転自在に軸支されたモータシャフト１６と、このモータシャフト１６を貫通させることにより該モータシャフト１６に支持され、ステータ１２との間に所定の間隙を開けて対向するロータ１７とを有している。モータフレーム１１とモータブラケット１４ａ，１４ｂとは、モータ１０のケーシングを構成している。ベアリング１５ａ，１５ｂ内には、図中点線のハッチングで示すベアリンググリスが充填されている。

エンコーダ２０は、有底円筒状のエンコーダケーシング２１と、エンコーダケーシング２１の内面に固定されたエンコーダベアリング２２ａ、２２ｂと、これらエンコーダベアリング２２ａ、２２ｂに回転自在に軸支されたエンコーダシャフト２３と、このエンコーダシャフト２３の端部に固定され当該エンコーダシャフト２３と一体に回転する回転スリット板２４と、回転スリット板２４に対向するようにエンコーダケーシング２１の図示しない固定支持構造に支持された回転スリット板２５とを有している。ベアリング２２ａ、２２ｂ内には、図中点線のハッチングで示すベアリンググリスが充填されている。

図２はモータシャフト１６とエンコーダシャフト２３の連結部を拡大して示す一部を断面とした側面図である。モータシャフト１６とエンコーダシャフト２３とは、以下のように連結されている。つまり、エンコーダシャフト２３の軸端に同軸に筒状部２３ａが形成されており、筒状部２３ａの内径穴が係合穴部２３ｃとされている。一方、モータシャフト１６の軸先端が嵌合部１６ａとされており、モータシャフト１６は、この嵌合部１６ａを係合穴部２３ｃに挿入して連結されている。嵌合部１６ａの外周面は、嵌合面とされ係合穴部２３ｃの内周に形成された被嵌合面と嵌合している。

エンコーダシャフト２３には、筒状部２３ａを貫通して係合穴部２３ｃ内面から出没する六角穴付きボルトである止めネジ２６が設けられている。止めネジ２６は、抜け止めと回り止めをかねて先端部を嵌合部１６ａに圧接している。そして、嵌合部１６ａは、止めネジ２６が圧接した際に、圧接箇所の周囲に形成される突状の圧痕により嵌め合い時に抜き差し不能の不具合が発生することがないように、外周面に形成された逃げ凹部１６ｂに止めネジ２６を圧接させている。逃げ凹部１６ｂの軸方向幅を大きくすると嵌合面の面積が減るので確実な支持ができなくなる。この点を考慮して止めネジ２６が逃げ凹部１６ｂ内を移動できる距離は軸方向に±０．５ｍｍ程度である。

このような構成のエンコーダ２０においては、回転スリット板２６は、モータ１０のシャフト１６に同期して回転する。そして、光源である図示しない発光ダイオードから発せられて固定スリット板２５を透過して回転スリット板２６にて射した光を、図示しない検出器で検出することによりモータ１０の回転角位置を検出する。

図３は板バネ３０の上面図、図４は板バネ３０の正面図、図５は板バネ３０の側面図である。板バネ３０は、厚さ数ｍｍの鋼板を折り曲げるようにして形成され、概略環状の連結部３１と、この連結部３１からエンコーダ２０側へ断面Ｌ字型に延びるエンコーダ側脚部（固定ネジ挿入部）３２と、この連結部３１からモータ２０側へ断面Ｌ字型に延びるモータ側脚部（固定ネジ挿入部）３３とから構成されている。エンコーダ側脚部３２には、第１の固定ネジ３６が挿入されるネジ穴が開口されている。モータ側脚部３３には、第２の固定ネジ３７が挿入されるネジ穴が開口されている。モータ側脚部３３に形成されたネジ穴は、位置ずれを吸収できるように、円周方向に湾曲して延びる長穴とされている。板バネ３０は、所定のバネ性を有しており、モータシャフト１６に対するエンコーダ２０の連れ回りを抑制するとともに、モータ１０とエンコーダ２０との間で相互に振動が伝達されることを防止する。

本実施の形態の板バネ３０においては、図１および図３から図５に示すように、板バネ３０のエンコーダ２０側、つまり、エンコーダ側脚部３２にポリエチレン塗装が施されている。すなわち、板バネ３０のエンコーダ側脚部（固定ネジ挿入部）３２にポリエチレン塗装が施され、これにより表面にポリエチレン樹脂層４１が形成されている。このポリエチレン樹脂層４１は、固定ネジ３６を貫通させる穴（φ３．２）内で、約０．２ｍｍ、エンコーダ２０側の表面に約０．４ｍｍの厚さで形成されている。塗装により形成されたポリエチレン樹脂層４１は柔らかいので、ネジ締めの際、層をねじ切ってしまうことがないように、第１の固定ネジ３６は、ワッシャを介して板バネ３０を締め付けている。

上述のようにエンコーダ２０は、エンコーダシャフト２３がモータシャフト１６に嵌められて止めネジ２６で固定され支持されている。板バネ３０のエンコーダ側脚部３２は、第１の固定ネジ３６によりエンコーダケーシング２１に固定されている。モータ側脚部３３は、第２の固定ネジ３７によりモータブラケット１４ａに固定されている。

ここで、電触が発生するメカニズムを説明する。図６はこのような構成のエンコーダ付きモータに従来電触が発生していたメカニズムを説明するための図であって、従来のエンコーダ付きモータの模式的な断面図である。図６において、エンコーダ側脚部３２に施されたポリエチレン樹脂層４１と第１の固定ネジ３６に嵌められたワッシャを除けば、本実施の形態のエンコーダ付きモータと同じである。

このような構造のモータ１０において、ステータ１２とロータ１７との間に静電容量があり、巻線１３の中性点電圧に比例した静電容量で分圧された軸電圧が、ロータ１７に発生する。ロータ１７とモータシャフト１６とは電気的に導通しており、この軸電圧は嵌合しているエンコーダシャフト２３を介してエンコーダベアリング２２ａ，２２ｂにまで達する。エンコーダ２０のケーシング２１は、板バネ３０を介して、モータブラケット１４ａ、モータフレーム１１を経由してアースへと繋がっている。このように、エンコーダシャフト２３がモータ軸電圧を持ち、エンコーダケーシング２１がアース電位となるので、その間にあるエンコーダベアリング２２ａ，２２ｂ内部のグリスの絶縁電圧を越えることで放電電流が流れ、この放電電流により放電が発生して電触が発生する。

このときの放電電流経路は、図６に太線矢印にて示すように、モータシャフト１６→エンコーダシャフト２３→エンコーダベアリング２２ａ，２２ｂ→エンコーダケーシング２１→第１の固定ネジ３６→板バネ３０→第２の固定ネジ３７→モータブラケット１４ａ→モータフレーム１１→ステータ１２→ロータ１７→モータシャフト１６となる。

本実施の形態のエンコーダ付きモータにおいては、上記の経路にて流れる放電電流を遮断すべく、板バネ３０のエンコーダ側脚部（固定ネジ挿入部）３２に、塗装によりポリエチレン樹脂層４１（絶縁部材）を形成したので、大きなコスト増を伴うことなく、また、大きな設計変更をすることなしに、容易に電触の発生を抑制することができる。

なお、絶縁部材の厚さが軸方向に厚さが大きいと、エンコーダシャフト２３の筒状部２３ａとモータシャフト１６の嵌合部１６ａの嵌合位置において、止めネジ２６が逃げ凹部１６ｂに挿入されないおそれがあるが、ポリエチレン樹脂層４１は、その厚さが０．４ｍｍと非常に薄いので設計変更することなく、既存のエンコーダ付きモータに適用することができる。また、軸方向に厚さが小さいので装置が大きくなってしまうことがない。

なお、ポリエチレン樹脂層４１は、エンコーダ２０側に固定されるエンコーダ側脚部３２に限らず、モータ１０側に固定されるモータ側脚部３３に設けられてもよい。しかしながら、本実施の形態のエンコーダ２０は、モータ１０と接続される前に、板バネ３０のみが取り付けられた状態で中間組立体として、管理、保管される。そのため、エンコーダ側脚部３２にポリエチレン塗装を施すことで、全体の組み立を待たずに、絶縁箇所の検査をすることができ、作製工程上効果的である。

実施の形態２．
図７はこの発明にかかる実施の形態２のエンコーダ付きモータの模式的な断面図である。本実施の形態のエンコーダ付きモータ５０Ｂにおいては、板バネ３０のエンコーダ側脚部（固定ネジ挿入部）３２が熱収縮チューブ４２（絶縁部材）にて覆われている。その他の構成は実施の形態１と同様である。熱収縮チューブ４２は、熱せられて収縮する樹脂であり絶縁性を有している。

図８は第１の固定ネジ３６の首部に熱収縮チューブ４２が挟まれた状態を示す側面図である。図８に示すように、固定ネジ３６が挿入されるネジ挿入穴の内側に、熱収縮チューブ４２を所定量突出させておくことにより、固定ネジ３６が挿入された際、この突出した部分が固定ネジ３６の首部に挟まれる。この状態にて固定ネジ３６を締め付けると、突出した熱収縮チューブ４２がネジ挿入穴の内面を覆って両者間を良好に絶縁する。なお、この熱収縮チューブ４２は、板バネ３０のモータ側脚部３３に設けられてもよい。

このような構成のエンコーダ付きモータにおいては、実施の形態１のものと概略同様の効果を得ることができるとともに、剛性が高くしっかりとした絶縁層を形成でき信頼性が向上する。なお、本実施の形態の熱収縮チューブ４２に替えて、絶縁テープをエンコーダ側脚部３２の表裏両面に貼着してもより、この絶縁テープによっても概略同様の効果を得ることができるとともに、作業が簡単で生産性が向上する。

実施の形態３．
図９はこの発明にかかる実施の形態３のエンコーダ付きモータの模式的な断面図である。図１０は板バネ３０のモータ側脚部３３が切り欠かれた様子を示す上面図である。本実施の形態のエンコーダ付きモータ５０Ｃにおいては、板バネ３０のモータ側脚部３３がポリエステル製の薄板（絶縁部材）４３に強く挟まれて支持されている。厚さ０．１２５ｍｍで中央部にて折り曲げられたポリエステル薄板４３は、重なった２枚の薄板４３を貫通する第２の固定ネジ３７にて締め付けられることにより、固定ネジ３７の周囲の部分でモータ側脚部３３を強く挟み込む。つまり、ポリエステル薄板４３は、モータ１０側にて、モータ１０から板バネ３０の脚部３３を支持する絶縁支持部材を構成している。図１０に示されるように、モータ側脚部３３に形成された長穴中央部の周囲は、ポリエステル薄板４３がモータ側脚部３３を挟み込んだ際、固定ネジ３７が板バネ３３に接触することがないように矩形状に切り欠かれて切り欠き３３ｃとされている。この切り欠き３３ｃは、必要以上に大きく形成すると脚部３３の狭持力を弱める原因となるので注意が必要である。なお、このポリエステル薄板４３は、板バネ３０のエンコーダ側脚部３２に設けられてもよい。

実施の形態４．
図１２はこの発明にかかる実施の形態４のエンコーダ付きモータの模式的な断面図である。本実施の形態においては、実施の形態１から３の絶縁部材に替えて、エンコーダ側脚部３２のエンコーダ２０側に貼着した絶縁テープ４６と絶縁性材料にて作製された第１の固定ネジ３６Ａを用いることにより絶縁を図っている。第１の固定ネジ３６Ａは、具体的には、セラミック製の固定ネジ或いは樹脂製の固定ネジを用いている。

セラミック製の固定ネジは高価であるという点、樹脂製の固定ネジは締め付けトルクが小さいという点にそれぞれ欠点もあるが、本実施の形態のエンコーダ付きモータにおいては、全く設計変更をすることなしに、容易に電触の発生を抑制することができる。

第１の固定ネジ３６Ａが絶縁性材料にて作製されているので、ネジ締め付け時に第１の固定ネジ３６Ａが板バネ３０に接触しても問題とならない。さらには、絶縁部材がネジ頭部に設ける必要がなくなるので、固定ネジが絶縁材料に沈み込むことを防止する（専用）座がねを設ける必要がなくなる。

実施の形態５．
図１１はこの発明にかかる実施の形態５のエンコーダ付きモータの模式的な断面図である。本実施の形態のエンコーダ付きモータ５０Ｄにおいては、図６にて説明した放電電流経路を遮断する目的で、図１１中Ａの位置、つまり、エンコーダケーシング２１とエンコーダベアリング２２ａ，２２ｂの外輪との間に、例えば強化プラスチック等の樹脂材料にて作製された絶縁部材４４が嵌め込まれている。このような構成のエンコーダ付きモータにおいては、放電電流経路を遮断して電触を抑制することができる。

なお、放電電流経路を遮断するという同様の目的を達成するために、エンコーダベアリング２２ａ，２２ｂのボールが例えばセラミック等の絶縁部材とされてもよい。さらに同様の目的で、図１１中Ｄの位置、つまり、エンコーダベアリング２２ａ，２２ｂの内輪とエンコーダシャフト２３との間に樹脂材料の絶縁部材４４が嵌め込まれてもよい。さらには、エンコーダシャフト２３とモータシャフト１６との間に絶縁部材４４が嵌め込まれてもよい。

以上のように、本発明にかかるエンコーダ付きモータは、モータ軸電圧がエンコーダシャフトにおよぶ構成のエンコーダ付きモータに有用であり、特に、モータとエンコーダの間に設けられモータシャフトに対するエンコーダの連れ回りを抑制する板バネを有する構成のエンコーダ付きモータに適している。

この発明にかかるエンコーダ付きモータの模式的な断面図である。 モータシャフトとエンコーダシャフトの連結部を拡大して示す一部を断面とした側面図である。 板バネの上面図である。 板バネの正面図である。 板バネの側面図である。 エンコーダ付きモータに従来電触が発生していたメカニズムを説明するための従来のエンコーダ付きモータの模式的な断面図である。 この発明にかかる実施の形態２のエンコーダ付きモータの模式的な断面図である。 固定ネジの首部に熱収縮チューブが挟まれた状態を示す側面図である。 この発明にかかる実施の形態３のエンコーダ付きモータの模式的な断面図である。 板バネのモータ側脚部が切り欠かれた様子を示す上面図である。 この発明にかかる実施の形態５のエンコーダ付きモータの模式的な断面図である。 この発明にかかる実施の形態４のエンコーダ付きモータの模式的な断面図である。

符号の説明

１０ モータ
１１ モータフレーム（モータケーシング）
１２ ステータ
１３ 巻線
１４ａ，１４ｂ モータブラケット（モータケーシング）
１５ａ，１５ｂ モータベアリング
１６ モータシャフト
１６ａ 嵌合部（モータシャフトの軸端）
１７ ロータ
２０ エンコーダ
２１ エンコーダケーシング
２２ａ，２２ｂ エンコーダベアリング
２３ エンコーダシャフト
２３ａ エンコーダシャフトの軸端に形成された穴部
２４ 回転スリット板
２５ 固定スリット板
２６ 止めネジ
３０ 板バネ（回り止め）
３１ 板バネの連結部
３２ 板バネのモータ側脚部（固定ネジ挿入部）
３３ 板バネのエンコーダ側脚部（固定ネジ挿入部）
３３ｃ 板バネの脚部切り欠き
３６ 第１の固定ネジ
３７ 第２の固定ネジ
４１ 塗装されたポリエチレン樹脂層（絶縁部材）
４２ 熱収縮チューブ（絶縁部材）
４３ ポリエステル薄板（絶縁部材、絶縁支持部材）
４４ 絶縁部材
４６ 絶縁テープ
５０ エンコーダ付きモータ

Claims (10)

1. モータケーシング、モータシャフト、ロータ及びステータを有するモータと、
   エンコーダケーシング、エンコーダシャフト及びエンコーダベアリングを有し、エンコーダシャフトが前記モータシャフトに連結され該モータシャフトの回転量に基づいて位置検出を行うエンコーダと、
   前記モータケーシング及び前記エンコーダケーシングの間に設けられ前記モータシャフトに対する前記エンコーダの連れ回りを抑制する板バネとを有するエンコーダ付きモータにおいて、
   モータシャフト、エンコーダシャフト、エンコーダベアリング、エンコーダケーシング、モータケーシング、ステータ、ロータ、モータシャフトの経路で流れる放電電流を遮断するように、前記板バネに絶縁部材を設けた
   ことを特徴とするエンコーダ付きモータ。
2. 前記絶縁部材は、前記板バネの固定ネジ挿入部に被覆された樹脂層である
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ付きモータ。
3. 前記樹脂層は、前記板バネを前記エンコーダに固定する固定ネジが挿入される前記固定ネジ挿入部に被覆されている
   ことを特徴とする請求項２に記載のエンコーダ付きモータ。
4. 前記モータのシャフトと前記エンコーダのシャフトとは、いずれか一方の軸端に形成された係合穴部と、他方の軸端に形成され前記係合穴部に嵌合する嵌合部とを有し、前記嵌合部は、嵌合面に形成された逃げ凹部に、前記係合穴部の内壁面から出没する止めネジを圧接されて連結されている
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のエンコーダ付きモータ。
5. 前記樹脂層は、前記板バネに塗装された樹脂である
   ことを特徴とする請求項２または３に記載のエンコーダ付きモータ。
6. 前記樹脂層は、前記板バネに挿入された熱収縮チューブである
   ことを特徴とする請求項２または３に記載のエンコーダ付きモータ。
7. 前記熱収縮チューブは、前記板バネを前記モータ及び前記エンコーダのいずれかに固定する固定ネジの首部に挿入されている
   ことを特徴とする請求項６に記載のエンコーダ付きモータ。
8. 前記樹脂層は、前記板バネに貼着された絶縁テープである
   ことを特徴とする請求項２または３に記載のエンコーダ付きモータ。
9. 前記絶縁部材は、前記モータ及び前記エンコーダのいずれかから前記板バネの脚部を支持する絶縁支持部材である
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ付きモータ。
10. 前記絶縁部材は、前記板バネを前記モータ及び前記エンコーダのいずれかに固定する絶縁性材料にて作製された固定ネジである
    ことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ付きモータ。

Images