JP5073352B2 - モータユニット - Google Patents

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Description

本発明は、モータと、当該モータの回転を検出するセンサ等の電気部品とを有するモータユニットに関する。
モータの出力軸の、駆動対象が取り付けられる側(前端側)の部分とは反対側(後端側)の部分に、電気部品が取り付けられる技術が知られている。特許文献1では、出力軸の後端側に、出力軸の回転を検出するエンコーダが取り付けられている。なお、特許文献1のモータは、ブレーキを内蔵している。
特開平06−178499号公報
出力軸の後端側の部分に取り付けられた電気部品は、出力軸の急激な駆動又は停止により破損するおそれがある。特に、ブレーキ内蔵型のモータにおいて、出力軸が急停止されると、その衝撃により出力軸が撓み、センサ内部の回転部と非回転部とが接触して破損するおそれがある。従って、出力軸の後端側に電気部品を取り付けることが困難であり、ひいては、モータの後端側部分の回転の有効利用を図ることが困難である。
また、従来、モータの出力軸の後端側の部分に、当該出力軸の回転を検出するセンサを取り付ける技術は知られているが、センサ以外の電気部品を取り付けて、モータの出力軸の後端側部分における回転を有効利用することについては、考えられていない。
そこで、モータの出力軸の後端側部分の有効利用が可能となるモータユニットが提供されることが望まれる。
本発明の第1の観点のモータユニットは、モータケースと、前記モータケースに軸支され、第1端部側に駆動対象が取り付けられる出力軸と、前記モータケース及び前記出力軸の一方に設けられた界磁と、前記モータケース及び前記出力軸の他方に設けられた電機子と、を有する駆動モータと、前記出力軸の、前記界磁及び前記電機子に対して前記第1端部とは反対側の第2端部側に配置される軸部材と、前記出力軸の前記第2端部と前記軸部材とを連結するカップリングと、前記軸部材に取り付けられた電気部品と、を有する。
好適には、前記駆動モータは、前記モータケース及び前記出力軸の一方に設けられた被当接部、及び、前記モータケース及び前記出力軸の他方に設けられ、前記被当接部に当接する位置と離間する位置との間で移動可能な当接部を有するブレーキを有する。
好適には、前記電気部品として、前記軸部材の回転を検出するセンサを有する。
好適には、前記軸部材と、当該軸部材を軸支し、前記軸部材との間に界磁及び電機子を収容可能な収容空間が形成されるように前記軸部材を囲む付属ケースと、前記収容空間に対して前記駆動モータとは反対側の位置に設けられた前記センサとを有するセンサユニットと、前記モータケースと前記付属ケースとを固定する固定部材と、を有する。
好適には、前記電気部品として、前記軸部材を入力軸とする発電機を有する。
好適には、前記発電機の発電した電力を蓄える二次電池と、前記二次電池の蓄えた電力により駆動され、前記入力軸の回転を検出するセンサと、記憶装置と、前記二次電池の蓄えた電力により駆動され、前記センサの検出に基づく情報を前記記憶装置に記憶させる制御装置と、を有する。
好適には、前記発電機の発電した電力により駆動され、前記入力軸の回転を検出するセンサと、前記発電機の発電した電力により駆動され、前記センサの検出に基づく情報を無線通信により送信する送信部と、を有する。
好適には、前記発電機の発電した電力により駆動される付属モータを有する。
好適には、前記付属モータは、前記駆動モータの回転速度とは異なる回転速度で駆動される。
好適には、前記発電機の発電した電力により駆動される被駆動部品を有し、前記発電機は、前記モータケースに対して、前記入力軸回りの位置を変更可能に固定された付属ケースを有し、前記被駆動部品は、前記付属ケースに固定されている。
好適には、前記被駆動部品として、前記入力軸の軸方向とは異なる軸方向の出力軸を有する付属モータを有する。
好適には、前記被駆動部品として、前記付属ケース外部へ情報を表示する表示装置を有する。
本発明の第2の観点のモータユニットは、モータケースと、前記モータケースに軸支され、第1端部側に駆動対象が取り付けられる出力軸と、前記モータケース及び前記出力軸の一方に設けられた界磁と、前記モータケース及び前記出力軸の他方に設けられた電機子と、を有する駆動モータと、前記出力軸の、前記界磁及び前記電機子に対して前記第1端部とは反対側の第2端部側に設けられ、前記出力軸を入力軸とする発電機と、を有する。
本発明よれば、モータの出力軸の後端側部分の有効利用が可能となる。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態のモータユニット1の概略を示す側面図である。
モータユニット1は、駆動対象Obj1を回転駆動する駆動モータ3と、駆動モータ3に対して駆動対象Obj1とは反対側に配置され、電気部品が設けられた付属部5と、駆動モータ3と付属部5とを連結する連結部7とを有している。
なお、以下では、便宜上、モータユニット1の、駆動対象Obj1側を前端側、付属部5側を後端側という。
駆動対象Obj1には、回転駆動されるあらゆるものが含まれる。例えば、駆動対象Obj1は、歯車、プーリー等の、最終的な駆動対象に駆動モータ3の動力を伝達するための部材であってもよいし、ファンの羽根、工具(主軸)等の、最終的な駆動対象であってもよい。
駆動モータ3は、モータケース9と、モータケース9に軸支された出力軸11と、モータケース9に固定されたステータ13と、出力軸11に固定されたロータ15と、駆動モータ3へ電力を供給するための端子部17と、駆動モータ3の回転を停止させるためのブレーキ19とを有している。
モータケース9は、例えば、金属や樹脂により形成されている。モータケース9は、円筒状や直方体状等の適宜な形状に形成されている。モータケース9は、出力軸11の回転軸回りの外周面部9aと、前端側の前端面部9bと、後端側の後端面部9cとを有している。
出力軸11は、例えば、金属により形成されている。出力軸11は、例えば、断面円形の直線状に延びる軸状部材である。出力軸11は、駆動対象Obj1が取り付けられる前端部11aと、その反対側の後端部11bとを有している。前端部11aは、モータケース9の前端面部9bから突出している。後端部11bは、モータケース9の後端面部9cから突出している。出力軸11は、例えば、第1軸受21A、第2軸受21Bを介してモータケース9に軸支されている。
ステータ13及びロータ15は、一方が界磁であり、他方が電機子である。例えば、ステータ13は、コイルにより構成された電機子であり、ロータ15は、永久磁石により構成された界磁である。そして、コイルに電流が供給され、コイルと永久磁石との間に生じる磁力により、ロータ15は、ステータ13に対して回転する。ステータ13及びロータ15は、前端部11aと後端部11bとの間に配置されている。
端子部17は、モータユニット1外部から、電機子を構成するコイル等の電気部品に電力を供給するためのものである。端子部17は、例えば、モータケース9の外周側に設けられた端子ケース23と、端子ケース23に対して固定された不図示のコネクタとを有している。なお、端子部17には、供給された電力を適宜な電圧の交流電力又は直流電力に変換する電源回路等の適宜な電源回路が設けられていてもよい。
端子ケース23は、例えば、モータケース9の外周面部9aに設けられており、出力軸11の軸方向において、モータケース9の両端面部(3b、3c)の間の範囲に収まっている。具体的には、端子ケース23は、例えば、出力軸11の軸方向において、界磁や電機子の配置範囲内に配置されている。端子部17のコネクタには、例えば、モータユニット1の外部の装置から延びるコードのコネクタが接続される。
駆動モータ3の電機子は、端子部17と不図示のケーブルを介して接続されている。駆動モータ3の回転は、モータユニット1の外部の装置により、端子部17に供給される電力が制御されることにより制御される。なお、モータユニット1自体が、駆動モータ3の電機子へ供給する電力を制御する制御部を有していてもよい。
図2は、モータユニット1の後端側を示す、一部に側面図を含む断面図である。
ブレーキ19は、駆動モータ3に内蔵されている。すなわち、ブレーキ19は、モータケース9内に設けられている。ブレーキ19は、いわゆる機械的ブレーキにより構成されている。すなわち、出力軸11及びモータケース9の一方に設けられた被当接部と、他方に設けられた当接部との摩擦や係合により出力軸11の回転を制動する。また、ブレーキ19は、例えば、電磁力を利用して当接部を被当接部に対して当接又は離間させる電磁ブレーキにより構成されている。また、例えば、ブレーキ19は、電力停止時(電磁力が生じていない時)に制動力を発揮する無励磁作動型のブレーキにより構成されている。具体的には以下に例示するとおりである。
ブレーキ19は、モータケース9に固定されたエンドプレート25と、出力軸11に固定されたインナーディスク27と、インナーディスク27をエンドプレート25へ押し付けるためのアーマチュア29と、アーマチュア29をインナーディスク27へ押し付ける付勢力を生じるバネ31と、バネ31の付勢力をキャンセルする力を生じるマグネットコイル33と、バネ31やマグネットコイル33を保持するヨーク35とを有している。
マグネットコイル33に電力が供給されていないときには、バネ31の付勢力により、アーマチュア29を介してインナーディスク27はエンドプレート25に押し付けられ、インナーディスク27とエンドプレート25との間の摩擦力により制動力が生じる。マグネットコイル33に電力が供給されると、アーマチュア29はマグネットコイル33に吸引され、エンドプレート25とインナーディスク27とが離間し、制動力は解除される。
マグネットコイル33は、例えば、ケーブルを介して端子部17に接続されている。ブレーキ19の動作は、例えば、モータユニット1の外部の機器により、端子部17に供給される電力が制御されることにより制御される。なお、モータユニット1自体が、マグネットコイル33へ供給する電力を制御する制御部を有していてもよい。
図3は、付属部5及び連結部7を示す、一部に側面図を含む断面図である。
付属部5は、出力軸11の回転を検出するためのセンサユニットとして構成されている。付属部5は、例えば、駆動モータ3よりも小型のセンサ付モータから、界磁や電機子を省略した構成とされている。具体的には以下に例示するとおりである。
付属部5は、付属ケース37と、付属ケース37に軸支される軸部材39と、軸部材39の回転を検出するセンサ41とを有している。
付属ケース37は、本来的には、駆動モータ3よりも小型のモータのモータケースとなるべき部材である。従って、付属ケース37は、軸部材39を回転軸回りに囲む外周面部37aを有し、軸部材39と、外周面部37aとの間には、界磁及び電機子を収容可能な収容空間SP1が形成されている。
付属ケース37は、例えば、金属や樹脂により形成されている。付属ケース37は、円筒状や直方体状等の適宜な形状に構成されている。付属ケース37は、軸部材39の回転軸回りの外周面部37aと、前端側の前端面部37bと、後端側の後端面部37cとを有している。
付属ケース37は、例えば、付属ケース37を構成する部材として、駆動モータ3側から、第1構成部材37eと、第2構成部材37fと、第3構成部材37gとを有している。第1構成部材37eは、付属ケース37の外周面部37aの前端面部37b側の部分と、前端面部37bとを構成している。第2構成部材37fは、付属ケース37の外周面部37aの後端面部37c側の部分と、後端面部37cの筐体内側部分とを構成している。第3構成部材37gは、後端面部37cの筐体外側部分を構成している。第1構成部材37eと第2構成部材37fとは、ネジ等の適宜な固定部材により互いに固定されている。第2構成部材37fと第3構成部材37gとは、ネジ等の適宜な固定部材により互いに固定されている。なお、収容空間SP1は、第1構成部材37e内に形成されている。
軸部材39は、本体的には、駆動モータ3よりも小型のモータの出力軸となるべき部材である。軸部材39は、例えば、金属により形成されている。軸部材39は、例えば、断面円形の直線状に延びる軸状部材である。軸部材39は、本来的には駆動対象が取り付けられる前端部39aと、その反対側の後端部39bとを有している。前端部39aは、付属ケース37の前端面部37bから突出している。後端部39bは、付属ケース37内に収まっている。ただし、後端部39bは、第1構成部材37eの後端側から突出しており、第2構成部材37f内に収まっている。軸部材39は、例えば、第3軸受43A、第4軸受43Bを介して付属ケース37に軸支されている。軸部材39は、例えば、付属ケース37のうち、第1構成部材37eに軸支されている。
センサ41は、例えば、エンコーダやレゾルバを含んで構成されている。エンコーダは光学式のものでも磁気式のものでもよい。レゾルバは振幅変調型のものでも位相変調型のものでもよい。いずれにせよ、センサ41は、特に図示しないが、付属ケース37に対して固定された非回転部と、軸部材39に対して固定され、軸部材39と一体的に回転する回転部とを有する。なお、センサ41は、軸部材39に対して固定される回転部を有するから、軸部材39に対して取り付けられていると捉えることができ、また、付属ケース37に対して固定された非回転部を有するから、付属ケース37に対して取り付けられていると捉えることができる。
例えば、センサ41が磁気式のエンコーダを含んで構成されている場合には、センサ41は、回転部として、N極及びS極が円周方向に沿って交互に配列された被検出部を有し、非回転部として、ホールICやMR素子等の磁電変換部(検出器)を有する。また、例えば、センサ41が光学式のエンコーダを含んで構成されている場合には、センサ41は、回転部として、複数のスリットが円周方向に沿って配列された被検出部を有し、非回転部として、スリットを透過した光を受光して光電変換を行う光電変換部(検出器)を有する。また、例えば、センサ41がレゾルバを含んで構成されている場合には、センサ41は、回転部として、軸部材39に対して偏心して設けられたレゾルバ軸を有し、非回転部として、励磁コイル及び検出コイルが設けられたステータを有している。
センサ41は、例えば、付属ケース37のうち、第2構成部材37f内に収納されている。換言すれば、センサ41は、収容空間SP1に対して駆動モータ3とは反対側に設けられている。センサ41は、例えば、センサケース41aを有している。センサケース41a内には、上述の回転部や、当該センサケース41aに固定された非回転部が収納されている。センサケース41aは、例えば、ネジ等の固定部材により、第1構成部材37eに対して固定されている。
センサ41は、例えば、端子部17と不図示のケーブルを介して接続されている。センサ41は、端子部17を介してモータユニット1の外部から電力が供給されて駆動される。また、センサ41は、検出信号を端子部17を介してモータユニット1の外部へ出力する。
連結部7は、出力軸11と軸部材39とを連結するカップリング45と、モータケース9と付属ケース37とを連結する連結ケース47とを有している。
カップリング45は、出力軸11の後端部11bと軸部材39の前端部39aとを、モータケース9の外部且つ付属ケース37の外部において連結している。カップリング45は、例えば、板バネ式のカップリングにより構成されている。具体的には、以下に例示するとおりである。
カップリング45は、出力軸11から軸部材39側へ順に連結された、第1ハブ49A、第1エレメント51A、スペーサ53、第2エレメント51B、第2ハブ49Bを有している。これらの部材は、出力軸11及び軸部材39の同軸状に配置されている。
第1ハブ49A及び第2ハブ49Bは、例えば、金属により構成された概ね円柱状(円盤状)の部材である。第1ハブ49A及び第2ハブ49Bは、第1エレメント51A、第2エレメント51B側にフランジ部が形成されている。第1エレメント51A及び第2エレメント51Bは、例えば、金属により構成された概ね円盤状の板バネである。スペーサ53は、例えば、金属により構成された概ね円盤状の部材である。
第1ハブ49Aは、出力軸11の後端部11bに対して軸方向及び軸回りに移動不可能に、ネジ等の固定部材により固定されている。同様に、第2ハブ49Bは、軸部材39の前端部39aに対して軸方向及び軸回りに移動不可能に、ネジ等の固定部材により固定されている。第1エレメント51Aは、中央が第1ハブ49Aに対して軸方向及び軸回りに移動不可能に固定され、外周部がスペーサ53に対して軸方向及び軸回りに移動不可能に固定されている。同様に、第2エレメント51Bは、中央が第2ハブ49Bに対して軸方向及び軸回りに移動不可能に固定され、外周部がスペーサ53に対して軸方向及び軸回りに移動不可能に固定されている。
カップリング45は、第1ハブ49Aと第2ハブ49Bとの間に、板バネにより構成された第1エレメント51A及び第2エレメント51Bが介在することにより、軸回りの捩り剛性が比較的高く、曲げ剛性や軸方向の剛性が比較的低く構成されている。従って、出力軸11に衝撃が加わった場合、出力軸11の曲げモーメント(撓み)等はカップリング45に吸収され、軸部材39に伝達されにくくなっている。
図4(a)は、連結ケース47の分解斜視図である。
連結ケース47は、ケース本体部55と、蓋体57とを有している。これらは、例えば、金属により構成されている。
ケース本体部55は、例えば、円筒部55aと、モータ側フランジ部55bと、付属部側フランジ部55cとを有している。円筒部55aは、概ね円筒状に形成されている。モータ側フランジ部55bは、円筒部55aの駆動モータ3側(図4(a)の右側)の軸方向端部において、円筒部55aの外周側へ突出するように形成されている。同様に、付属部側フランジ部55cは、円筒部55aの付属部5側(図4(a)の左側)の軸方向端部において、円筒部55aの外周側へ突出するように形成されている。
円筒部55aの外周面には、開口部55dが形成されている。開口部55dは、比較的大径であり、例えば、図3に示すように、側面視においてカップリング45の概ね全体が見えるように形成されている。例えば、側面視において、開口部55dの軸に直交する方向(図3の紙面上下方向)の径は、カップリング45の径よりも大きく、開口部55dの軸方向(図3の紙面左右方向)の径は、カップリング45の軸方向の長さよりも大きい。開口部55dは、図4(a)に示すように、例えば、互いに対向する位置に2つ形成されている。
図4(a)に示すように、蓋体57は、開口部55dを塞ぐことが可能な大きさを有している。蓋体57は、開口部55dを塞ぐ位置に、ネジ等の固定部材により、ケース本体部55に対して着脱可能に固定される。従って、連結ケース47は、蓋体57を取り外すことにより、カップリング45のメンテナンス等を行うことができるようになっている。
図4(b)は、連結ケース47の固定方法を説明する分解斜視図である。
連結ケース47は、モータ側フランジ部55bがモータケース9の後端面部9cにネジ等の固定部材により固定されることにより、モータケース9に対して固定されている。同様に、連結ケース47は、付属部側フランジ部55cが付属ケース37の前端面部37bにネジ等の固定部材により固定されることにより、付属ケース37に対して固定されている。すなわち、モータケース9と付属ケース37とは連結ケース47により連結されている。
以上の実施形態によれば、モータユニット1は、出力軸11の前端部11a側に駆動対象Obj1が取り付けられる駆動モータ3と、出力軸11の、ステータ13及びロータ15に対して前端部11aとは反対側の後端部11b側に配置される軸部材39と、出力軸11の後端部11bと軸部材39とを連結するカップリング45と、軸部材39に取り付けられたセンサ41とを有することから、駆動モータ3に加わった衝撃はカップリング45に吸収され、センサ41には伝達されにくく、センサ41の破損が防止される。その結果、出力軸11の後端部11bの有効利用が容易となる。
特に、本実施形態のように、モータケース9内に、摩擦等により出力軸11を停止させるブレーキ19が設けられている場合には、ブレーキ19の作動により出力軸11に加えられる衝撃がセンサ41に伝達されることが抑制され、カップリング45が有効に機能する。
駆動モータ3の出力軸に取り付けられる付属部5は、センサ付き小型モータから界磁や電機子を省略したものである。すなわち、付属部5は、軸部材39と、軸部材39を軸支し、軸部材39との間に界磁及び電機子を収容可能な収容空間SP1が形成されるように軸部材39を囲む付属ケース37と、収容空間SP1に対して駆動モータ3とは反対側に設けられ、軸部材39の回転を検出するセンサ41とを有している。そして、モータケース9と付属ケース37とは、連結ケース47により固定されている。従って、本来的には小型モータに使用される部材(出力軸やケース)を軸部材39、軸部材39を軸支する部材、センサ41を支持する部材として流用できることになる。その結果、生産コストの削減が図られる。
なお、以上の実施形態において、出力軸11の前端部11aは本発明の出力軸の第1端部の一例であり、出力軸の後端部11bは本発明の出力軸の第2端部の一例であり、センサ41は本発明の軸部材に取り付けられた電気部品の一例であり、エンドプレート25は本発明のブレーキの被当接部の一例であり、インナーディスク27は本発明の当接部の一例であり、付属部5は本発明のセンサユニットの一例であり、連結ケース47は本発明の固定部材の一例である。
(第2の実施形態)
図5は、本発明の第2の実施形態のモータユニット101の付属部105を示す断面図である。
モータユニット101は、第1の実施形態と同様に、駆動モータ3、付属部105及び連結部7を有している。ただし、付属部105の構成が第1の実施形態の付属部5とは異なっている。すなわち、第1の実施形態では、付属部5がモータの構成を流用したセンサユニットであったのに対し、第2の実施形態の付属部105は、発電機を中心として構成されている。具体的には以下に例示するとおりである。
付属部105は、発電機161を含んで構成されている。発電機161は、付属ケース137と、付属ケース137に軸支される入力軸(軸部材)139と、付属ケース137に固定されたステータ163と、入力軸139に固定されたロータ165とを有している。
付属ケース137及び入力軸139の構成、連結部7による付属ケース137及び入力軸139の駆動モータ3への連結方法は、第1の実施形態の付属ケース37や軸部材39の構成や連結方法と同様である。
ステータ163及びロータ165は、一方が界磁であり、他方が電機子である。例えば、ステータ163は、コイルにより構成された電機子であり、ロータ165は、永久磁石により構成された界磁である。そして、ステータ163に対してロータ165が回転すると、コイルを通過する磁束が変化し、コイルには電流が流れる。
付属部105は、入力軸139の回転を検出するためのセンサ41と、発電機161の発電した電力を蓄える二次電池167と、発電機161の発電した電力により駆動される電子回路等の種々の電子回路が形成された回路部169とを有している。
センサ41の構成は、第1の実施形態のセンサ41と同様である。また、センサ41がの入力軸139や付属ケース137に取り付けられていることも、第1の実施形態においてセンサ41が軸部材39や付属ケース37に取り付けられていたことと同様である。
二次電池167及び回路部169は、付属ケース137内外の適宜な位置において、付属ケース137に対して固定されている。図5では、二次電池167及び回路部169が、付属ケース137内において、ステータ163やロータ165に対して駆動モータ3とは反対側に配置されている場合を例示している。発電機161の電機子、二次電池167及び回路部169は、不図示のケーブルにより互いに接続されている。回路部169は、例えば、回路基板やICにより構成されている。
図6は、付属部105の電気系の構成を示すブロック図である。
なお、発電機161は、直流発電機でも交流発電機でもよいが、図6では、発電機161が交流発電機により構成された場合を例示している。
付属部105は、発電機161の電力を適宜な電圧の電力に変換する電源回路部171と、発電機161の発電した電力により駆動される被駆動部173とを有している。なお、電源回路部171及び被駆動部173のセンサ41以外の部分は、例えば、回路部169(図5)において構成されている。
電源回路部171は、例えば、発電機161の発電した交流電力を直流電力に変換する整流回路175と、整流回路175の変換した電力を適宜な電圧の電力に変換する充電回路177とを有している。
二次電池167は、充電回路177から供給された電力を蓄え、蓄えた電力を被駆動部173に供給する。なお、二次電池167と被駆動部173との間、及び/又は、二次電池167と被駆動部173の各電子回路との間には、二次電池167から供給される電力を適宜な電圧の電力に変換する電源回路が適宜に設けられてよい。
被駆動部173は、上述のセンサ41に加え、例えば、CPU179、ROM181、RAM183、記憶装置185及び送信部187を有している。
CPU179は、ROM181及び/又は記憶装置185に記憶されたプログラムを読み出して実行する。その際、CPU179は、RAM183をワーキングメモリとして使用する。
例えば、CPU179は、定期的に又は必要に応じて不定期に、センサ41の検出に基づく情報を記憶装置185に記憶させる。なお、センサ41の検出に基づく情報は、センサ41からCPU179へ出力される信号に含まれる情報(検出値)そのものであってもよいし、当該情報に基づいて種々の演算を行った結果についての情報であってもよい。例えば、CPU179は、入力軸139の回転位置を示す所定のビット数の2進数の情報を有する信号がセンサ41から入力されたときに、当該2進数をそのまま記憶装置185に記憶させてもよいし、当該2進数から回転位置(角度)を算出して記憶装置185に記憶させてもよい。また、出力軸11の回転に直接的に関る情報でなく、センサ41の検出結果に基づく、異常の発生の有無の情報のような、出力軸11の回転に間接的に関る情報であってもよい。
また、CPU179は、定期的に又は必要に応じて不定期に、センサ41の検出に基づく情報及び/又は記憶装置185に記憶されている情報を、送信部187を介して、モータユニット1の外部へ出力する。
送信部187は、無線通信によりCPU179から入力された情報を送信する。無線通信は、例えば、電波を利用した無線通信や赤外線を利用した無線通信である。送信部187から出力された無線信号は、モータユニット101とは別の外部装置189の受信部191により受信される。外部装置189の制御部193は、受信部191の受信した信号に基づいて種々の処理を実行する。
なお、外部装置189は、例えば、モータユニット101の駆動モータ3に電力を供給し、その電力量の制御により駆動モータ3の動作を制御する制御装置である。この場合、例えば、制御部193は、受信部191を介して得られた情報に基づいて、駆動モータ3のフィードバック制御を行う。また、例えば、外部装置189は、モータユニット101の駆動モータ3の動作を監視するための管理装置である。この場合、例えば、制御部193は、受信部191を介して得られた情報を所定のモニタに表示したり、受信部191を介して得られた情報を、後に参照可能にデータベースに記憶させる。
以上の第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、出力軸11に加えられた衝撃がカップリング45により吸収され、出力軸11の後端部11bに取り付けられた電気部品等の波損が防止されるという効果を奏する。その結果、出力軸11の後端部11bの有効利用が容易になる。
また、モータユニット101は、出力軸11に連結された軸部材を入力軸とする発電機161を有することから、発電機161の発電した電力の利用により、モータユニット101の種々の好適な態様を実現することが可能となり、出力軸11の後端部11bの有効利用が一層図られる。
例えば、モータユニット101は、発電機161の発電した電力を蓄える二次電池167と、二次電池167の蓄えた電力により駆動され、入力軸139の回転を検出するセンサ41と、記憶装置185と、二次電池167の蓄えた電力により駆動され、センサ41の検出に基づく情報を記憶装置185に記憶させるCPU179とを有することから、駆動モータ3の出力軸11が回転している限り、安定した電力をセンサ41等に供給して駆動モータ3の出力軸11の回転を検出することができる。また、停電や断線により駆動モータ3への電力供給が途切れ、駆動モータ3が惰性で回転したとしても、その回転もセンサ41により検出されるとともに記憶装置185に記憶され、再度駆動モータ3の制御を開始した際に、外部装置189が惰性で回転した回転量を参照することができる。
また、例えば、モータユニット101は、発電機161の発電した電力により駆動され、入力軸139の回転を検出するセンサ41と、発電機161の発電した電力により駆動され、センサ41の検出に基づく情報を無線通信により送信する送信部187とを有することから、付属部105は、入力軸139を介して駆動モータ3に機械的に接続されるだけである。すなわち、付属部105は、電力を受けたり、情報を送信するために、ケーブル等を介して、駆動モータ3や外部装置189に接続される必要性がない。その結果、付属部105の電気系の構成の、駆動モータ3や外部装置189に対する独立性が高くなり、付属部105や駆動モータ3の電気系の構成の設計の自由度向上、付属部105の汎用性の向上等の効果が得られる。また、配線作業等も省略される。
なお、第2の実施形態において、CPU179は本発明の制御装置の一例である。
(第3の実施形態)
図7(a)は、本発明の第3の実施形態のモータユニット201の概略を示す、一部に断面図を含む側面図である。
モータユニット201は、第1及び第2の実施形態と同様に、駆動モータ3、付属部205及び連結部207を有している。また、付属部205は、第2の実施形態の付属部105と同様に、発電機261を有している。ただし、付属部205は、発電機261の発電した電力により駆動される付属モータ263を有している点で、第2の実施形態の付属部105と相違している。また、付属部205は、駆動モータ3に対して発電機261の入力軸239回りの位置を変更可能である点で第2の実施形態の付属部105と相違している。具体的には以下に例示するとおりである。
付属部205は、発電機261及び付属モータ263を収容する付属ケース237を有している。付属ケース237は、発電機261のケースを構成する第1構成部材237eと、付属モータ263のケースを構成する第2構成部材237fとを有している。これらは、ネジ等の固定部材により互いに固定されている。
発電機261の構成は、付属ケース237の形状が異なる以外には、第2の実施形態の発電機161と同様である。また、発電機261の入力軸239の駆動モータ3の出力軸11への連結方法も第1及び第2の実施形態における連結方法と同様である。
付属モータ263は、付属ケース237の第2構成部材237fに加え、第2構成部材237fに軸支される出力軸265と、第2構成部材237fに固定されたステータ267と、出力軸265に固定されたロータ269とを有している。
出力軸265には、付属モータ263により回転駆動される駆動対象Obj2が取り付けられている。なお、駆動対象Obj2に、回転するあらゆるものが含まれることは、駆動対象Obj1と同様である。ステータ267及びロータ269は、駆動モータ3のステータ13やロータ15(図1)と同様に、一方が界磁であり、他方が電機子である。
付属モータ263は、例えば、発電機261に対して駆動モータ3とは反対側に配置されている。ただし、発電機261の側方側(図7の紙面上下方向側)等の適宜な位置に配置されてもよい。付属モータ263は、例えば、出力軸265が駆動モータ3の出力軸11や発電機261の入力軸239とは異なる方向へ延びるように設けられている。ただし、出力軸265は、出力軸11や入力軸239に対して同軸に配置されていてもよい。また、出力軸265は、第2構成部材237fが第1構成部材237eに対して、入力軸239に直交する軸回りに回転可能に連結されることにより、出力軸11や入力軸239に対して適宜な方向へ傾斜可能であってもよい。
発電機261と付属モータ263とは、不図示のケーブル等を介して電気的に接続されており、付属モータ263は、発電機261の発電した電力により駆動される。付属モータ263の回転速度は、発電機261の回転速度(駆動モータ3の回転速度)と同等でもよいし、異なっていてもよい。
例えば、発電機261が三相同期発電機等の交流発電機により構成され、付属モータ263が三相誘導電動機等の交流電動機により構成され、これらの電機子がケーブルにより接続されている場合、付属モータ263の出力軸265と、発電機261の入力軸239(駆動モータ3の出力軸11)との回転速度の比は、発電機261の極数と、付属モータ263の極数との比(極数比)によって決定される。従って、発電機261及び付属モータ263の極数比を適宜に設定することにより、付属モータ263は、駆動モータ3の回転に対して一定の減速比又は増速比で回転する。
また、例えば、発電機261と付属モータ263との間に、電源回路を設け、付属モータ263に供給する電力を制御することにより、付属モータ263を駆動モータ3の回転に対して一定の減速比又は増速比で回転させたり、駆動モータ3の回転数とは無関係に一定の回転速度で又は変動する回転速度で回転させてもよい。例えば、図6に示したブロック図において、二次電池167から電力供給を受け、付属モータ263に電力を供給する不図示のサーボモータを設け、当該サーボモータの動作をCPU179により制御してもよい。
図7(b)は、付属ケース237と連結部207の連結ケース247との固定方法を説明する斜視図である。
付属ケース237と連結ケース247とは、入力軸239及び出力軸11回りの位置を変更可能に連結されている。具体的には、以下に例示するとおりである。
付属ケース237の、連結ケース247側の端部には、複数の孔部237hが発電機261の入力軸239の周方向に沿って形成されたフランジ部237gが形成されている。一方、連結ケース247の、付属ケース237側の端部には、複数の雌ネジ部247bが駆動モータ3の出力軸11の周方向に沿って形成されたフランジ部247aが形成されている。そして、フランジ部237gとフランジ部247aとが入力軸239及び出力軸11の回転軸回りの適宜な位置に位置合わせされ、孔部237hに挿通されたネジが雌ネジ部247bに螺合することにより、付属ケース237と連結ケース247とは固定される。
以上の実施形態によれば、モータユニット201は、発電機161の発電した電力により駆動される付属モータ263を有することから、駆動モータ3の出力軸11とは独立した回転を、出力軸11から取り出せることになり、モータユニット201の高機能化が実現される。例えば、駆動モータ3の出力軸11に取り付けられる駆動対象Obj1が他の部材との間に摩擦熱を生じるものである場合に、駆動対象Obj1を空冷するためのファンを駆動対象Obj2として取り付けることができる。
特に、駆動モータ3の出力軸11の後端部11bに、直接的に駆動対象Obj2を取り付けた場合に比較して、出力軸11とは異なる回転速度の回転が得られるから、モータユニット201は、広範囲の用途に使用可能となる。また、極数比の設定や電力の制御により、付属モータ263の出力軸265は、出力軸11に対して増速又は減速されることから、歯車列により出力軸265の回転を増速したり減速する場合に比較して、騒音や発熱の抑制が期待される。
発電機261は、モータケース9に対して、入力軸239回りの位置を変更可能に固定された第1構成部材237e(付属ケース237)を有し、付属モータ263は、第1構成部材237e(付属ケース237)に固定されているから、第1構成部材237eの入力軸239回りの位置を変更しても、発電機261の入力軸239が第1構成部材237eに対して回転するだけであり、及び/又は、駆動モータ3の出力軸11がモータケース9に対して回転するだけであり、断線等のおそれがない。すなわち、例えば、駆動モータ3の後端側に、駆動モータ3の端子部17(図7(a))から延びるケーブルにより電力が供給される付属モータを設けた場合、その付属モータを駆動モータ3に対して回転させて位置を変更すると、ケーブルが捩れてしまうが、本実施形態では、駆動モータ3から付属モータ263へ掛架されるケーブルは不要であることから、ケーブルの捩れは生じない。
特に、付属モータの出力軸が、発電機261の入力軸239(駆動モータ3の出力軸11)の軸方向とは異なる方向を軸方向とするものである場合(付属モータの出力軸の軸方向が可変であるものを含む)、付属モータは、入力軸239(出力軸11)回りに回転される必要性があるから、本実施形態は有効である。
(第4の実施形態)
図8は、本発明の第4の実施形態のモータユニット301の概略を示す側面図である。
モータユニット301は、第1〜第3の実施形態と同様に、駆動モータ3、付属部305及び連結部207を有している。また、付属部305は、第2及び第3の実施形態と同様に、発電機361を有している。ただし、付属部305は、発電機361の発電した電力により駆動される表示装置363を有している点で第2及び第3の実施形態と相違している。具体的には以下に例示するとおりである。
発電機361は、付属ケース337の形状が第2及び第3の実施形態と異なる以外は、第2及び第3の実施形態と同様の構成を有している。付属ケース337は、第3の実施形態と同様に、連結部207の連結ケース247に対して、発電機361の入力軸339(駆動モータ3の出力軸11)回りの位置を変更可能に取り付けられている。付属ケース337内には、第2の実施形態と同様に、センサ41、二次電池167、回路部169等が設けられている。
表示装置363は、例えば、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイにより構成されている。表示装置363は、付属ケース337に設けられ、付属ケース337の外部に露出する表示面363aを有している。表示面363aは、入力軸339(出力軸11)の径方向に向けて配置されている。なお、表示装置は、一又は複数のLED等の発光素子により構成されてもよい。
モータユニット301の電気系の構成は、例えば、図6において、表示装置363が追加されたものと同様である。表示装置363は、二次電池167からの電力により駆動される。表示装置363は、CPU179から出力された映像信号に応じた画像(図形だけでなく文字を含む)を表示面363aに表示する。これにより、付属ケース337の外部へ情報が表示される。CPU179は、例えば、センサ41の検出に基づく情報を表示装置363に表示させる。
以上の実施形態によれば、第3の実施形態と同様に、入力軸339(出力軸11)回りの表示装置363の位置(表示面363aの向き)を変えても、付属部305と駆動モータ3との間は入力軸339や出力軸11により機械的に接続されているだけであるから、端子部17から表示装置363に電力を供給しているような場合のように、ケーブルの捩れが生じることがない。従って、付属ケース337の、入力軸339(出力軸11)回りの回転位置を変更することにより、ユーザに都合のよい向きに表示面363aを向けることができる。
(第5の実施形態)
図9は、第5の実施形態のモータユニット401の要部を示す断面図である。
モータユニット401は、第2〜第4の実施形態と同様に、駆動モータ3と、駆動モータ3の出力軸11の回転によって発電する発電機461とを有している。しかし、連結部が省略されている点で、第2〜第4の実施形態と相違する。具体的には以下に例示するとおりである。
発電機461は、駆動モータ3の出力軸11の後端部11b側に設けられている。なお、出力軸11の前端部11a側に駆動対象Obj1が取り付けられることは、他の実施形態と同様である。
発電機461は、付属ケース437と、付属ケース437に固定されたステータ463と、出力軸11の後端部11b側に固定されたロータ465とを有している。ステータ463及びロータ465は、一方が界磁、他方が電機子である。付属ケース437は、ネジ等の固定部材により、モータケース9に対して固定されている。
なお、付属ケース437は、第3及び第4の実施形態のように、モータケース9に対して出力軸11回りの位置を変更可能であってもよい。また、付属ケース437内外には、第2〜第4の実施形態と同様に、センサ41、整流回路175、充電回路177、二次電池167、CPU179、ROM181、RAM183、記憶装置185、送信部187、付属モータ、表示装置等の種々の電気部品が設けられてよい。
以上の実施形態によれば、第2〜第4の実施形態と同様に、出力軸11に連結された軸部材を入力軸とする発電機461を有することから、発電機461の発電した電力の利用により、モータユニット401の種々の好適な態様を実現することが可能となり、出力軸11の後端部11bの有効利用が図られる。
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
モータユニットに含まれる駆動モータ、発電機、付属モータは、交流機でもよいし、直流機でもよい。また、駆動モータ、発電機、付属モータが交流電動機である場合、これらは、誘導機でもよいし、同期機でもよい。
駆動モータの出力軸は、第1端部側に駆動対象が取付可能であり、且つ、界磁及び電機子に対して第1端部とは反対側の第2端部が軸部材(39等)と連結可能であればよい。従って、出力軸は、第1端部及び第2端部がモータケースから突出しているものに限定されない。例えば、第2端部は、モータケース内に収まっており、第2端部と軸部材とを連結するカップリングがモータケース内に配置されていてもよい。
カップリングは、板バネ式のものに限定されない。例えば、カップリングは、カービックカップリングであってもよいし、ハブの間にゴムやエラストマーなどの緩衝材が配置されたものであってもよいし、ハブの間にコイルバネが配置されたものであってもよい。
駆動モータの出力軸と軸部材とは、互いに同一の回転速度で回転しなくてもよい。例えば、出力軸と軸部材との間に減速又は増速を行う歯車列が介在していてもよい。また、駆動モータの出力軸と軸部材とは、同軸状に配置されていなくてもよい。例えば、軸部材の軸方向は、出力軸の軸方向とは異なっていてもよいし、軸部材は、出力軸に対して偏心していてもよい。なお、発電機の入力軸が、駆動モータの出力軸と同軸でない場合、発電機は、駆動モータに対して、入力軸回りにのみ回転位置を変更可能であってもよいし、駆動モータの出力軸回りにのみ回転位置を変更可能であってもよいし、入力軸回りの回転位置及び駆動モータの出力軸回りの回転位置の双方を変更可能であってもよい。
軸部材に取り付けられる電気部品は、センサや発電機に限定されない。また、発電機により生じた電力により駆動される被駆動部品は、センサ、制御装置(CPU)、送信部、付属モータ、表示装置に限定されない。例えば、電気部品は、発電機の発電量が過多になったとき(駆動モータの回転が過剰に高速になったとき)に、発電機から付属モータへの電力の供給を遮断する遮断装置であってもよい。また、例えば、電気部品は、外部からモータユニットへ送信された情報を受信する受信部であってもよい。
軸部材の回転を検出するセンサは、軸部材の回転に関する情報を検出するのであれば、エンコーダのように2値の信号を交互に繰り返し出力するものであってもよいし、そのような信号に基づいて回転数、回転速度、回転位置等の物理量を算出して出力するものであってもよいし、異常の発生の有無等の情報を出力するものであってもよい。
発電機が駆動モータに対して回転位置を変更可能であることにより、好適に利用可能になる部品(部材)は、付属モータや表示装置に限定されない。例えば、付属部の側面に設けられたスイッチ、指向性のあるアンテナ等も、発電機が駆動モータに対して回転位置を変更可能であることにより、好適な向きで利用できる。
付属モータが、駆動モータに対して回転位置を変更可能な発電機と組み合わされる場合、付属モータは、出力軸の軸方向が、発電機の入力軸及び/又は駆動モータの出力軸の軸方向と異なるものに限定されない。例えば、付属モータは、出力軸が、発電機の入力軸及び/又は駆動モータの出力軸に対して偏心しているものであってもよい。この場合、発電機の回転位置の変更により、出力軸の位置を変更できるという効果を奏する。
表示装置が、駆動モータに対して回転位置を変更可能な発電機と組み合わされる場合、表示装置は、表示面が発電機の入力軸の径方向に向いているものに限定されない。例えば、表示装置は、表示面が発電機の軸方向に向いているものであってもよい。この場合、表示面の回転位置を調整できるという効果を奏する。
発電機の付属ケースが、駆動モータのモータケースに対して回転位置を変更可能である場合、その変更を可能とする構成は、付属ケースと連結部の連結ケースとの連結部分により構成されるものに限定されない。例えば、連結ケースが駆動モータのモータケースに対して出力軸回りの位置を変更可能に取り付けられるように構成されていてもよいし、連結ケースが、モータケースに固定される部材と発電機に固定される部材との2部材を有し、当該2部材が互いに出力軸回りに回転可能に構成されていてもよい。
第1の実施形態のように、駆動モータに連結される付属部(5)が、駆動モータよりも小型のモータから界磁及び電機子を省略したセンサユニットである場合、付属ケース内に界磁及び電機子を収容可能な収容空間(SP1)が形成されているか否かは、界磁及び電機子の大きさによって判断が異なる。しかし、例えば、軸部材(39)が2つの軸受により軸支されている場合に、2つの軸受間における空間の外径(図3のd1)が、軸受の外周側の径(図3のd2)よりも大きければ、当該空間は、軸受の取り付け位置に対して不必要に拡径していることになるから、界磁及び電機子を収容可能な収容空間が形成されていると判断できる。また、例えば、モータの設計の際には、要求される駆動力に対して、当該駆動力を得ることができるコイルの線径や巻き数等が設定され、必要な収容空間の大きさが決定されるとともに、要求される駆動力に対して、当該駆動力に耐えられる強度の出力軸が設定されることから、出力軸(軸部材)の径と収容空間の径とには相関がある。従って、例えば、付属部(5)における軸部材(出力軸)の径に対する収容空間の径が、販売実績のあるモータにおける出力軸の径に対する収容空間の径以上であれば、その付属部(5)は、収容空間を有しているといえる。また、例えば、付属部(5)を有するモータユニットの生産や販売等の実施がなされるとともに、当該付属部(5)の付属ケース及び軸部材(出力軸)と同一のモータケース及び出力軸を有するモータの生産や販売等の実施がなされていれば、当該付属部(5)は、収容空間を有しているといえる。
本発明の第1の実施形態に係るモータユニットの全体構成の概略を示す側面図。 図1のモータユニットの後端部周辺を拡大して示す一部に断面図を含む側面図。 図1のモータユニットの後端部周辺を図2よりも拡大して示す一部に断面図を含む側面図。 図1のモータユニットの連結部の連結ケースを説明する図。 本発明の第2の実施形態に係るモータユニットの後端部周辺を示す断面図。 図5のモータユニットの電気系の構成を示すブロック図。 本発明の第3の実施形態に係るモータユニットを説明する図。 本発明の第4の実施形態に係るモータユニットを説明する図。 本発明の第5の実施形態に係るモータユニットを説明する図。
符号の説明
1…モータユニット、3…駆動モータ、9…モータケース、11…出力軸、11a…前端部(第1端部)、11b…後端部(第2端部)、13…ステータ(界磁又は電機子)、15…ロータ(界磁又は電機子)、39…軸部材、41…センサ(電気部品)、45…カップリング、Obj1…駆動対象。

Claims (5)

  1. モータケースと、前記モータケースに軸支され、第1端部側に駆動対象が取り付けられる出力軸と、前記モータケース及び前記出力軸の一方に設けられた界磁と、前記モータケース及び前記出力軸の他方に設けられた電機子と、を有する駆動モータと、
    前記出力軸の、前記界磁及び前記電機子に対して前記第1端部とは反対側の第2端部側に配置される軸部材と、当該軸部材を軸支する、軸方向に互いに離間した2つの軸受と、当該2つの軸受を保持するとともに、前記2つの軸受間において前記軸部材の周囲に界磁及び電機子を収容していない空き空間が形成されるように前記軸部材を囲む付属ケースと、前記2つの軸受に対して前記駆動モータとは反対側の位置に設けられ、前記軸部材の回転を検出するセンサとを有するセンサユニットと、
    前記モータケースと前記付属ケースとを固定する固定部材と、
    前記出力軸の前記第2端部と前記軸部材とを連結するカップリングと、
    有するモータユニット。
  2. 前記空き空間の径は、前記2つの軸受の外周側の径よりも大きい
    請求項1に記載のモータユニット。
  3. 前記付属ケースにおいて、前記2つの軸受を収容するとともに前記空き空間を形成する部分の外形の軸方向及び径方向の寸法が前記センサの軸方向及び径方向の寸法よりも大きい
    請求項1又は2に記載のモータユニット。
  4. モータケースと、前記モータケースに軸支され、第1端部側に駆動対象が取り付けられる出力軸と、前記モータケース及び前記出力軸の一方に設けられた界磁と、前記モータケース及び前記出力軸の他方に設けられた電機子と、を有する駆動モータと、
    前記出力軸の、前記界磁及び前記電機子に対して前記第1端部とは反対側の第2端部側に配置される軸部材と、当該軸部材を軸支し、前記軸部材との間に界磁及び電機子を収容可能であるが界磁及び電機子を収容していない空き空間が形成されるように前記軸部材を囲む付属ケースと、前記空き空間に対して前記駆動モータとは反対側の位置に設けられ、前記軸部材の回転を検出するセンサとを有するセンサユニットと、
    前記モータケースと前記付属ケースとを固定する固定部材と、
    前記出力軸の前記第2端部と前記軸部材とを連結するカップリングと、
    を有するモータユニット。
  5. 前記駆動モータは、前記モータケース及び前記出力軸の一方に設けられた被当接部、及び、前記モータケース及び前記出力軸の他方に設けられ、前記被当接部に当接する位置と離間する位置との間で移動可能な当接部を有するブレーキを有する
    請求項1〜4のいずれか1項に記載のモータユニット。
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