JP6049977B1 - モータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信機能を備えたモータの軸方向高さを抑えて小型化したモータ装置を提供する。【解決手段】モータ基板１１は回転子ヨーク８ｂと金属ケース体との間に互いに近接して配置され、金属ケース体には、モータ基板１１の当該金属ケース体２側に実装されたディスクリート部品１１ｂの高さを樹脂ケース体１２側の空間部で吸収する逃げ孔２ｄが設けられている。無線通信装置が設けられたケース体内の空間部を利用して、モータ基板に設けられた背の高い電子部品（例えばコンデンサ、トランジスタ、ダイオード等のディスクリート部品等）の高さを金属ケース体の逃げ部を通じて吸収する【選択図】図３

Description

本発明は、例えば無線通信装置を備えたモータ装置に関する。

近年、産業界ではＩｏＴ（Internet of Things）が推奨されて、物のインターネット化が進行している。産業機器においても駆動源として用いられるモータが使用目的に応じてモータ性能（回転数、回転位置、回転力（トルク）など）に関するモータ情報を収集して管理したいというニーズがある。或いは従来電源供給ができないため使用できない環境下や地上から離れた高所にモータを配置して使用したいというニーズも起こり得る。

モータに無線モジュールを設ける場合、モータは、ロータシャフトを金属製のブラケット（金属ケース）に保持された軸受部で回転可能に軸支されている。金属ケース内に無線モジュールを設けるとすれば、無線電波の飛距離が出し難く、送受信性能が低下することから、金属ケースの外側に配置することが望ましい。
よって、モータを覆う金属ケースとは別に樹脂ケースを設けて覆ったり、専用の配電箱を設けたりすることが行われる（特許文献１参照）。

特表２０１３−５１４０４７号公報

上述した金属ケースに樹脂ケースを重ねて設け、樹脂ケース内に無線モジュールを設ける場合には、ケースの高さが抑えられない。特にモータを構成する金属ケース内にモータ基板が設けられ、モータ基板にコンデンサ、トランジスタ、ダイオード等の背の高いディスクリート部品を設けた場合には、モータ軸方向の高さがより高くする必要があり、装置が大型化する。また、モータに駆動伝達機構としてギヤボックスが設けられる場合には、ロータの外側にギヤ列が配置されることから、モータの径方向の設置面積も増えて大型化を促進する。特許文献１に示す配電箱は、モータを収納するハウジングの外側に固定されているため、径方向の設置面積が大きくなる。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、無線通信機能を備えたモータの軸方向高さを抑えて小型化したモータ装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
回転子軸を中心に回転する回転子ヨークを有する回転子と、前記回転子ヨークと径方向に対向配置される固定子コアを有する固定子と、基板に電気部品が実装されモータの動作を制御するモータ基板が金属ケース体に収納されたモータを備え、前記モータ基板と電気的に接続され、モータ情報を送受信可能な無線通信装置が前記金属ケース体に回転子軸方向に重ねて組み付けられた無線送受信可能な材質よりなるケース体に収納されるモータ装置であって、前記モータ基板は前記回転子ヨークと前記金属ケース体との間に配置され、前記金属ケース体には、前記モータ基板の当該金属ケース体側に実装された背の高い電子部品の高さを前記無線通信装置が収納された前記ケース体側の空間部で吸収する逃げ孔が設けられていることを特徴とする。

上記構成によれば、無線通信装置が設けられたケース体内の空間部を利用して、モータ基板に設けられた背の高い電子部品（例えばコンデンサ、トランジスタ、ダイオード等のディスクリート部品等）の高さを金属ケース体の逃げ孔を通じて吸収することができるので、金属ケース内にモータ基板と金属ケースとの軸方向隙間を可及的に少なくして小型化を図ることができる。
特に、背の高い電子部品（例えばコンデンサ、トランジスタ、ダイオード等のディスクリート部品等）を、逃げ孔を貫通して無線通信装置が設けられたケース体側の空間部へ逃がすことにより、軸方向寸法を小型化することができる。また、金属ケースに対して無線通信装置を軸方向に重ねて設けても、これを覆うケース体の大きさはモータ基板側の電子部品の一部を収納する収納空間も兼用しているため必要最小限の収納空間で足りるため、装置が軸方向に大型化することはない。

前記金属ケース体には、回転子ハブを回転可能に軸支する軸受部を保持する軸受保持部が設けられており、軸受保持部の外周側に前記モータ基板が前記回転子ヨークの天板部と対向して組み付けられていることが好ましい。
これにより、回転子ハブを軸支する軸受保持部の外周側にモータ基板を回転子ヨークの天板部と対向して組み付けられるので、金属ケース体と回転子ヨークの天板に囲まれた軸方向に狭い空間部にモータ基板を配置して、軸方向の寸法を小型化することができる。

前記金属ケース体には、前記モータ基板と前記無線通信装置とを接続するための接続配線を通すスリットが設けられていることが好ましい。
これにより、金属ケース側に配置されるモータ基板と無線送受信可能な材質よりなるケース体に収納される無線通信装置を可能な限り近づけて配置することができ、軸方向に小型化を図ることができる。

前記モータ基板の両面に電気部品が実装され、前記回転子ヨークと対向する面には、当該回転子ヨークの回転を検出するセンサ装置が設けられていることが好ましい。これにより、モータ基板を回転子ヨークと軸方向に近接して配置することができる。

前記ケース体の材質は樹脂製であってもよい。これにより、無線通信装置がケース体に収納されてもモータ情報を送受信可能となる。

無線通信機能を備えたモータの軸方向高さを抑えて小型化したモータ装置を提供することができる。

モータ装置を金属ケース体側から見た正面図である。 図１の右側面図である。 図１の矢印Ｙ−Ｙ方向断面図である。 図１のモータ装置の斜視図である。 モータ装置を樹脂ケース体側から見た斜視図である。 図５のモータ装置から樹脂ケース体を取り外した状態の斜視図である。 モータ装置を樹脂ケース体側から見た正面図である。 図７のモータ装置を樹脂ケース体を取り外した状態の正面図である。 図７の矢印Ｙ−Ｙ方向断面図である。 図９の他例に係るモータ装置の断面図である。

以下、本発明に係るモータ装置の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本実施例は、インナーロータ型モータに送受信機能を有する無線通信モジュールを搭載したモータ装置を例示して説明する。歯車機構としては遊星歯車機構を備えているものとする。

先ずモータ装置の概略構成について説明する。図２に示すように、金属ケース体１は、第１ケース体２と第２ケース体３とを重ね合わせて組み付けられている。具体的には、第１ケース体２と第２ケース体３とはシール材を介して重ね合わせてねじ４（図１，図４参照）によりねじ止めされている。金属ケース体１としては、例えばアルミ材が用いられる。第２ケース体３には、図示しない取付部に対する取付孔３ａが設けられている。図３において、第１ケース２には、インナーロータ型のモータ５が組み付けられている。また、第２ケース体３側にはギヤケース１０が設けられ、遊星歯車機構７が収納されている。

図３に示すように、モータ５は、回転子８と固定子９を備えている。回転子８は、回転子軸８ａを中心に回転するカップ状に形成された回転子ヨーク８ｂと回転子ヨーク８ｂの外周に固定された環状の回転子磁石８ｃを備えている。また、回転子ヨーク８ｂの天板部８ｄには、回転子８の位置を検出するための環状のセンサ磁石８ｅが設けられている。

固定子９は、環状の固定子コア９ａが第１ケース体２の内周面に段付部２ａに沿って位置決めされて一体に組み付けられている。固定子コア９ａは、径方向内側に向かって極歯９ｂが突設されている。各極歯９ｂにはインシュレータ９ｃを介してコイル９ｄが巻かれている。各極歯９ｂは、先端部を回転子８の回転子磁石８ｃと対向配置されている。

回転子軸８ａの一端側は、回転子ヨーク９ｂの中心部に形成された回転子ハブ８ｆと一体に連結されている。回転子ハブ８ｆは第１ケース体２の中心部に設けられた軸受保持部２ｂに組み付けられた軸受部２ｃを介して回転可能に軸支されている。回転子軸８ａの他端側は、後述する遊星歯車機構７に備えたキャリヤ７ａと一体となって回転可能に軸支されている。

遊星歯車機構７は以下の構成を備えている。
第２ケース体３にはカップ状のギヤケース１０が複数箇所でねじ１０ａ（図１、図４参照）によってねじ止め固定されている。図３及び図９に示すように、ギヤケース１０の一部は、回転子ヨーク８ｂの内側空間部内に進入して重ねて配置されている。これにより、回転子ヨーク８ｂ内の空き空間に遊星歯車機構７の一部を収納することで、当該遊星歯車機構７を収納する第２ケース体３のスペースを第１ケース体２内の回転子ヨーク８ｂが負担することで、金属ケース体１を軸方向並びに径方向にも小型化することができる。

図３及び図９において、ギヤケース１０内には、回転子軸８ａと接続するキャリヤ７ａが設けられている。キャリヤ７ａの一端側には第１円盤部７ｂが設けられ、第１円盤部７ｂから他端側にはキャリヤ軸部７ｃが延設されている。また、キャリヤ軸部７ｃの軸端部に近接して第２円盤部７ｄが設けられている。

第１円盤部７ｂの中央部には第１軸受保持部７ｅが設けられている。この第１軸受保持部７ｅには軸受部７ｆが保持されており、回転子軸８ａの他端部と一体となって回転可能に軸支されている。第２円盤部７ｄの中央部には第２軸受保持部７ｇが設けられている。第２軸受保持部７ｇには内側軸受部７ｈが保持されており、キャリヤ軸部７ｃの軸端部と一体となって回転可能に軸支されている。第２円盤部７ｄの外周とギヤケース１０の内周面との間には外側軸受部７ｉが設けられており、第２円盤部７ｄが径方向内外の軸受部７ｈ，７ｉによって回転可能に支持されている。

回転子軸８ａには第１太陽歯車７ｊが同心状に組み付けられており、キャリヤ軸部７ｃには第２太陽歯車７ｋが同心状に各々組み付けられている。また、第１円盤部７ｂには第１ピン７ｍが軸方向に沿って嵌め込まれており、第２円盤部７ｄには、第２ピン７ｎが軸方向に沿って各々嵌め込まれている。第１ピン７ｍには第１遊星歯車７ｐが回転可能に組み付けられており、第２ピン７ｎには第２遊星歯車７ｑが回転可能に組み付けられている。第１，第２ピン７ｍ，７ｎ及び第１，第２遊星歯車７ｐ，７ｑの組み合わせは、複数箇所に設けられている。

また、第１遊星歯車７ｐの内周側は第１太陽歯車７ｊと噛み合っており、外周側はギヤケース１０の内周面に設けられた第１内歯車７ｒと各々噛合っている。第２遊星歯車７ｑの内周側は第２太陽歯車７ｋと噛み合っており、外周側はギヤケース１０の内周面に設けられた第２内歯車７ｓと各々噛合っている。

図９において、モータ５が起動すると、回転子軸８ａを中心に回転子８が回転し、回転子軸８ａと連結するキャリヤ７ａも回転して、第１，第２太陽歯車７ｊ，７ｋが回転し、第１，第２遊星歯車７ｐ，７ｑが第１，第２内歯車７ｒ，７ｓに沿って回転して遊星歯車機構７が駆動伝達するようになっている。

図９に示すように、基板両面に電気部品が実装されモータの動作を制御するモータ基板１１は、回転子ヨーク８ｂと第１ケース体２との間に互いに近接して配置されている。具体的には、前第１ケース体２の中心部に設けられた軸受保持部２ｂの外周側にモータ基板１１が回転子ヨーク８ｂの天板部８ｄと対向して組み付けられている。

モータ基板１１の回転子ヨーク８ｂに対向する基板面には、回転子ヨーク８ｂの天板部８ｄに設けられたセンサ磁石８ｅの磁極位置を検出するセンサ素子（ホールＩＣ等；図示せず）が実装されている。また、モータ基板１１の第１ケース体２に対向する基板面には、モータ駆動回路が設けられ、コンデンサ、トランジスタ、ダイオード、抵抗等のディスクリート部品１１ｂ等が基板実装されている。

図４及び図５に示すように、樹脂ケース体１２は、第１ケース体２を覆って重ね合わせてねじ１３により一体に固定される（図７参照）。また、第２ケース体２には、背の高いディスクリート部品１１ｂ等の電子部品の高さを吸収する逃げ部が設けられている。具体的には、図６に示すように、第１ケース体２には、複数の逃げ孔２ｄ（貫通孔）が設けられている。モータ基板１１に実装された背の高いディスクリート部品１１ｂ等の電子部品は、この逃げ孔２ｄを通じて樹脂ケース体１２に覆われた空間部に突出して配置されている。尚、逃げ孔２ｄは１箇所でもよい。

図６及び図８に示すように、第１ケース体２の外側面には、無線通信モジュール１４（無線通信装置）が設けられる。具体的には、第１ケース体２には送信部及び受信部を有する無線通信基板１５が固定されている。無線通信基板１５にはコネクタ１５ａが設けられ接続配線１５ｂがスリット２ｅを通してモータ基板１１と電気的に接続されモータ情報を送受信可能となっている。なお、このスリット２ｅを設けず接続配線１５ｂが通る程度に逃げ孔２ｄを拡張することで、接続配線１５ｂを逃げ孔２ｄを通してモータ基板１１と接続しても良い。
樹脂ケース体１２は、例えば難燃性、耐薬品性、耐熱老化性などに優れたＰＢＴ（Poly Butylene Terephtalate）樹脂が好適に用いられる。樹脂製であるため、無線電波の障害となることはなく、しかも外部環境から無線モジュール１４を保護することができる。尚、樹脂ケース１２の一部には、外部給電用の配線孔としてグロメット１２ａが設けられているが、必ずしも必要ではなく、太陽光発電等の再生可能な自然エネルギーにより給電するようにしてもよい。また、樹脂ケース体１２内にバッテリーを設置することでバッテリー駆動としても良い。

上記構成によれば、無線通信モジュール１４が設けられた樹脂ケース体１２内の空間部によって、モータ基板１１に設けられる背の高いディスクリート部品１１ｂ等の電子部品の高さを吸収することができるので、第１ケース体２にモータ基板１１を可及的に近づけて配置することができるため、軸方向隙間を可及的に少なくして小型化を図ることができる。

また、モータ基板１１に設けられる背の高いディスクリート部品１１ｂ等の電子部品は、第１ケース体２に設けた逃げ孔２ｄを通じて樹脂ケース体１２内の空間部へ逃がしていたが（図９参照）、これに限定されるものではない。
例えば図１０に示すように、予め第１ケース体２に樹脂ケース体１２側に突出して形成された逃げ凸部２ｆを設けておいて、該逃げ凸部２ｆが形成された内部空間（モータ５側から見て凹部）にモータ基板１１に設けられる背の高いディスクリート部品１１ｂ等の電子部品を収容するようにしてもよい。

上述した実施例は、インナーロータ型のモータ５を例示して説明したが、ギヤケース１０の配置が変更となるがアウターロータ型のモータであってもよい。
また、モータ装置は、周波数９２０ＭＨｚのサブギガ帯を使用して送受信可能となるため、送受信できる情報量が多く、しかも通信範囲が半径１ｋｍ程度まで及ぶため、通常配置が困難な高所などに配置して遠隔操作が可能となるなど、多様な用途が見込まれる。
また、背の高いディスクリート部品等の電子部品の一例としてはモータ基板１１の厚みの２倍以上の高さものを指す。

１ 金属ケース体 ２ 第１ケース体 ２ａ 段付部 ２ｂ 軸受保持部 ２ｃ，７ｆ 軸受部 ２ｄ 逃げ孔 ２ｅ スリット ２ｆ 逃げ凸部 ３ 第２ケース体 ４，１０ａ，１３ ねじ ５ モータ ７ 遊星歯車機構 ７ａ キャリヤ ７ｂ 第１円盤部 ７ｃ キャリヤ軸部 ７ｄ 第２円盤部 ７ｅ 第１軸受保持部 ７ｇ 第２軸受保持部 ７ｈ 内側軸受部 ７ｉ 外側軸受部 ７ｊ 第１太陽歯車 ７ｋ 第２太陽歯車 ７ｍ 第１ピン ７ｎ 第２ピン ７ｐ 第１遊星歯車 ７ｑ 第２遊星歯車 ７ｒ 第１内歯車 ７ｓ 第２内歯車 ８ 回転子 ８ａ 回転子軸 ８ｂ 回転子ヨーク ８ｃ 回転子磁石 ８ｄ 天板部 ８ｅ センサ磁石 ８ｆ 回転子ハブ ９ 固定子 ９ａ 固定子コア ９ｂ 極歯 ９ｃ インシュレータ ９ｄ コイル １０ ギヤケース １１ モータ基板 １１ｂ ディスクリート部品 １２ 樹脂ケース体 １２ａ グロメット １４ 無線モジュール １５ 無線通信基板 １５ａ コネクタ １５ｂ 接続配線

Claims (5)

1. 回転子軸を中心に回転する回転子ヨークを有する回転子と、前記回転子ヨークと径方向に対向配置される固定子コアを有する固定子と、基板に電気部品が実装されモータの動作を制御するモータ基板が金属ケース体に収納されたモータを備え、前記モータ基板と電気的に接続され、モータ情報を送受信可能な無線通信装置が前記金属ケース体に回転子軸方向に重ねて組み付けられた無線送受信可能な材質よりなるケース体に収納されるモータ装置であって、
   前記モータ基板は前記回転子ヨークと前記金属ケース体との間に配置され、前記金属ケース体には、前記モータ基板の当該金属ケース体側に実装された背の高い電子部品の高さを前記無線通信装置が収納された前記ケース体側の空間部で吸収する逃げ孔が設けられていることを特徴とするモータ装置。
2. 前記金属ケース体には、回転子ハブを回転可能に軸支する軸受部を保持する軸受保持部が設けられており、軸受保持部の外周側に前記モータ基板が前記回転子ヨークの天板部と対向して組み付けられている請求項１記載のモータ装置。
3. 前記金属ケース体には、前記モータ基板と前記無線通信装置とを接続するための接続配線を通すスリットが設けられている請求項１又は請求項２記載のモータ装置。
4. 前記モータ基板の両面に電気部品が実装され、前記回転子ヨークと対向する面には、当該回転子ヨークの回転を検出するセンサ装置が設けられている請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のモータ装置。
5. 前記ケース体の材質は樹脂製である請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のモータ装置。

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