JP6677693B2

JP6677693B2 - 電動機装置

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Publication number: JP6677693B2
Application number: JP2017203823A
Authority: JP
Inventors: 佑輔福島
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2020-04-08
Anticipated expiration: 2037-10-20
Also published as: CN109698586A; DE102018006966A1; US10700573B2; JP2019080389A; US20190123614A1

Description

本発明は、電動機の取付けに用いられるボルトの緩みの発生を検出することができる電動機装置に関する。

工作機械やロボット等の産業機器において、各駆動部の駆動のために電動機が用いられている。電動機は一般に、固定部（電動機のフット部又はフランジ部）によって、工作機械やロボット等の固定面に対してボルトを用いて固定される。

電動機が固定面に対して振動等を発生することのないように、ボルトは、緩みなくしっかりと締結され、その締結状態が維持される必要がある。しかし、電動機の駆動により発生する繰り返しトルクや、工作機械やロボット等の機械側からの振動等により、ボルトに緩みが発生するおそれがある。

特許文献１には、モータに固定した弾性体を、フレームに固定したブラケットに接合することにより、モータの振動を防止することが開示されている。しかし、この技術は、ボルトの緩みの問題に着目したものではない。

特開平１１−２８７２９４号公報

電動機を固定しているボルトに緩みが発生すると、次第に電動機の取付け状態にずれやガタつきが発生し、出力軸の回転トルクを効率良く伝達することが困難になる問題がある。このため、ボルトに緩み止めを塗布することも行われているが、塗布量のばらつき等によって、ボルトの緩みを完全に防止することは困難である。

しかし、たとえボルトに緩みが発生しても、そのボルトの緩みを、電動機の取付け状態に大きなずれやガタつきが発生する前に早期に発見し、その時点でボルトの増し締めやボルト交換等の対策を講じることができれば、出力軸の回転トルクを効率良く伝達することが困難になる問題を解消することができる。

そこで、本発明は、電動機を取付けているボルトの緩みを検出することのできる電動機装置を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る電動機装置（例えば、後述の電動機装置１）は、ボルト（例えば、後述のボルト２４）によって固定面（例えば、後述の固定面６）に固定するための固定部（例えば、後述の固定部２３）を有する電動機（例えば、後述の電動機２）と、少なくとも１つの前記ボルトに隣接して前記固定部に設けられる緩み検出センサ（例えば、後述の緩み検出センサ３）と、前記緩み検出センサから出力される信号に基づいて、少なくとも１つの前記ボルトの緩みの発生を検出する制御部（例えば、後述の制御部４）と、を備える。

（２）（１）に記載の電動機装置において、前記緩み検出センサは、マイクロスイッチ（例えば、後述のマイクロスイッチ３１）からなり、少なくとも１つの前記ボルトの緩みの発生による前記固定部の前記固定面からの離隔を検出して信号出力するものであってもよい。

（３）（１）に記載の電動機装置において、前記緩み検出センサは、圧力センサ（例えば、後述の圧力センサ３２）からなり、少なくとも１つの前記ボルトの緩みの発生による前記ボルトの軸力の変化を検出して信号出力するものであってもよい。

（４）（１）に記載の電動機装置において、前記緩み検出センサは、振動センサ（例えば、後述の振動センサ３３）からなり、少なくとも１つの前記ボルトの緩みの発生による前記固定部の振動を検出して信号出力するものであってもよい。

（５）（１）に記載の電動機装置において、前記緩み検出センサは、歪みゲージ（例えば、後述の歪みゲージ３４）からなり、少なくとも１つの前記ボルトの緩みの発生による前記固定部の歪みの変化を検出して信号出力するものであってもよい。

本発明によれば、電動機を取付けているボルトの緩みを検出することのできる電動機装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る電動機装置の概略構成図である。図１に示す電動機の固定部の一例を示す拡大断面図である。図２に示す固定部のボルトの緩みを検出する様子を説明する図である。図１に示す電動機の固定部の他の一例を示す拡大断面図である。図１に示す電動機の固定部の更に他の一例を示す拡大断面図である。図１に示す電動機の固定部の更に他の一例を示す拡大断面図である。電動機の固定部の他の一例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動機装置の概略構成図であり、図２は、図１に示す電動機の固定部の一例を示す拡大断面図であり、図３は、図２に示す固定部のボルトの緩みを検出する様子を説明する図である。
電動機装置１は、主として、電動機２と、緩み検出センサ３と、制御部４と、通知部５とを備えている。

電動機２は、ハウジング２１内に配置された図示しないステータの内側にロータを回転可能に支持している。ロータは、回転軸２２を備えている。回転軸２２の出力軸側（図１における左側）の端部２２ａは、電動機２のハウジング２１から突出している。回転軸２２の端部２２ａは、例えば、図示しない工作機械やロボット等の機械側と連結される。

電動機２は、複数の固定部２３を有している。各固定部２３は、電動機２の下面からＬ型に突出するフット部からなり、少なくとも１つのボルト貫通穴２３ａを有している。電動機２は、この固定部２３のボルト貫通穴２３ａに貫挿されたボルト２４により、固定面６に対して密接して固定されている。固定面６は、機械側に設けられた電動機２の取付け面である。

緩み検出センサ３は、電動機２の複数の固定部２３のうちの１つの固定部２３（図１における右側の固定部２３）に設けられている。図１〜図３に示す緩み検出センサ３は、固定部２３のボルト２４の緩みを間接的に検出するマイクロスイッチ３１からなる。

マイクロスイッチ３１は、固定部２３に設けられた貫通穴２３ｂに取り付けられている。貫通穴２３ｂは、ボルト２４に隣接して配置されている。マイクロスイッチ３１は、図３に示すように、ケース３１１と、ケース３１１の下端から突出するアクチュエータ３１２と、ケース３１１の上端部に設けけられるフランジ３１３とを有している。マイクロスイッチ３１は、フランジ３１３によって、貫通穴２３ｂの周縁部に固定されている。図２に示すように、固定部２３がボルト２４の締結によって固定面６に密接して正常に固定された状態において、アクチュエータ３１２の先端は固定面６と接触し、ケース３１１内に僅かに押し込まれた状態となっている。

このマイクロスイッチ３１は、固定部２３が固定面６から離隔することを検出して信号出力するように構成されている。即ち、ボルト２４に緩みが発生すると、例えば電動機２の繰り返しのトルクや機械側からの振動等により、図３に示すように、固定部２３の位置が、固定面６から僅かに離隔する（浮き上がる）ように変動する。このとき、マイクロスイッチ３１のアクチュエータ３１２は、固定部２３の浮き上がりに応じて、図２に示す正常な状態から固定面６に向けて突出するように伸長する。マイクロスイッチ３１は、アクチュエータ３１２の伸長により、ＯＮ信号を制御部４に出力する。なお、マイクロスイッチ３１によって検出される固定部２３の浮き上がりは極めて僅かなものであるが、図３では、説明の理解を容易にするため、固定部２３の浮き上がりを誇張して記載している。

制御部４は、マイクロスイッチ３１から出力される信号に基づいて、ボルト２４の緩みの発生を検出する。即ち、制御部４は、固定部２３が固定面６から僅かに浮き上がり、マイクロスイッチ３１からＯＮ信号が出力されると、ボルト２４に緩みが発生していると判断する。制御部４は、ボルト２４に緩みが発生していると判断した場合、通知部５に信号出力すると同時に、電動機２の回転駆動を停止させる。

制御部４は、ハウジング２１等の電動機２の内部に配置されてもよいし、電動機２の外部に配置されてもよい。また、制御部４は、電動機２が設置される工作機械やロボット等の機械側に配置されてもよい。その場合、制御部４は、機械側の制御を行う制御部と兼用されてもよい。

通知部５は、制御部４からの信号出力を受けて、オペレータに対してボルト２４の緩みの発生を通知する。具体的な通知手段としては、例えば、モニタ画面上の警告表示、警告ランプの点滅、警告音の発令等が挙げられる。

通知部５は、ハウジング２１等の電動機２の内部に配置されてもよいし、電動機２の外部に配置されてもよい。また、通知部５は、電動機２が設置される工作機械やロボット等の機械側に配置されてもよい。その場合、通知部５は、機械側の各種通知を行う通知部と兼用されてもよい。

この電動機装置１によれば、電動機２を取付けているボルト２４に緩みが発した場合、電動機２の取付け状態に、出力軸の回転トルクを効率良く伝達することが困難になるような大きなずれやガタつきが発生する前に、その緩みの発生を検出することができる。オペレータは、ボルト２４の緩みを確認したら、ボルト２４の増し締め、ボルト２４の交換等の対応を取ることができるので、早期に電動機２の取付け状態の不具合を解消することができる。

以上の説明では、マイクロスイッチ３１がＯＮ信号を出力した場合に、制御部４がボルト２４の緩みの発生を検出するようにしたが、マイクロスイッチ３１からの信号がＯＦＦとなった場合に、制御部４がボルト２４の緩みの発生を検出するようにしてもよい。

また、マイクロスイッチ３１は、貫通穴２３ｂに設けられるものに限らない。例えば固定部２３の下面に図示しない凹部を設けておき、この凹部内にマイクロスイッチ３１を設けてもよい。

図４は、図１に示す電動機の固定部の他の一例を示す拡大断面図である。図２と同一符号の部位は同一構成の部位であるため、それらの説明は上記説明を援用し、ここでは省略する。
図４に示す緩み検出センサ３は、固定部２３のボルト２４の緩みを間接的に検出する圧力センサ３２からなる。

圧力センサ３２は、固定部２３の下面に設けられた凹部２３ｃに取り付けられている。凹部２３ｃは、ボルト２４に隣接して配置されている。凹部２３ｃ内の圧力センサ３２は、固定部２３がボルト２４の締結によって固定面６に密接して正常に固定された状態において、固定部２３と固定面６との間に、所定の圧力（ボルト２４の軸力）で挟着された状態となっている。

この圧力センサ３２は、ボルト２４の軸力の変化を検出して信号出力するように構成されている。即ち、ボルト２４に緩みが発生すると、ボルト２４の軸力が低下し、圧力センサ３２により検出される圧力が低下する。制御部４は、圧力センサ３２からの出力値を、常時又は一定時間毎に監視している。

この場合の制御部４には、圧力センサ３２からの出力値と比較するための閾値が予め設定されている。この閾値は、ボルト２４に、問題となる程度の緩みが発生した際に圧力センサ３２から出力される出力値に設定されている。制御部４は、圧力センサ３２からの出力値を、設定されている閾値と比較し、出力値が閾値に達した又は閾値を下回ったことを検出した場合に、ボルト２４の軸力が低下しており、ボルト２４に緩みが発生していると判断する。制御部４は、ボルト２４に緩みが発生していると判断した場合、通知部５に信号出力すると同時に、電動機２の回転駆動を停止させる。

緩み検出センサ３として、このような圧力センサ３２を用いた場合も、マイクロスイッチ３１を用いた場合と同様の効果を得ることができる。また、圧力センサ３２は、ボルト２４の軸力の低下を検出するので、固定部２３に浮き上がりが発生する前の僅かなボルト２４の緩みを検出することもできる。

図５は、図１に示す電動機の固定部の更に他の一例を示す拡大断面図である。図２と同一符号の部位は同一構成の部位であるため、それらの説明は上記説明を援用し、ここでは省略する。
図５に示す緩み検出センサ３は、固定部２３のボルト２４の緩みを間接的に検出する振動センサ３３からなる。

振動センサ３３は、固定部２３の上面２３ｄに、ボルト２４に隣接して取り付けられている。振動センサ３３は、固定部２３が固定面６に対して振動することを検出して信号出力するように構成されている。即ち、ボルト２４に緩みが発生すると、固定部２３の固定面６に対する密着力が低下し、電動機２の繰り返しのトルクや機械側からの振動の影響により、固定部２３に僅かな振動が発生する。制御部４は、振動センサ３３からの出力値を、常時又は一定時間毎に監視している。

この場合の制御部４にも、振動センサ３３から出力される出力値と比較するための閾値が予め設定されている。この閾値は、ボルト２４に、問題となる程度の緩みが発生した際に振動センサ３３から出力される出力値に設定されている。制御部４は、振動センサ３３からの出力値を、設定されている閾値と比較し、出力値が閾値に達した又は閾値を上回ったことを検出した場合に、固定部２３が振動しており、ボルト２４に緩みが発生していると判断する。制御部４は、ボルト２４に緩みが発生していると判断した場合、通知部５に信号出力すると同時に、電動機２の回転駆動を停止させる。

緩み検出センサ３として、このような振動センサ３３を用いた場合も、マイクロスイッチ３１を用いた場合と同様の効果を得ることができる。

振動センサ３３は、固定部２３の上面２３ｄに取り付けられるものに限らず、例えば固定部２３に設けた図示しない凹部内に取り付けられてもよい。

図６は、図１に示す電動機の固定部の更に他の一例を示す拡大断面図である。図２と同一符号の部位は同一構成の部位であるため、それらの説明は上記説明を援用し、ここでは省略する。
図６に示す緩み検出センサ３は、固定部２３のボルト２４の緩みを間接的に検出する歪みゲージ３４からなる。

歪みゲージ３４は、固定部２３の上面２３ｄに、ボルト２４に隣接して取り付けられている。歪みゲージ３４は、固定部２３の歪みの変化を検出して信号出力するように構成されている。即ち、ボルト２４に緩みが発生すると、ボルト２４の軸力の低下によって、固定部２３に作用する歪みが減少する。制御部４は、歪みゲージ３４からの出力値を、常時又は一定時間毎に監視している。

この場合の制御部４にも、歪みゲージ３４から出力される出力値と比較するための閾値が予め設定されている。この閾値は、ボルト２４に、問題となる程度の緩みが発生した際に歪みゲージ３４から出力される出力値に設定されている。制御部４は、振動センサ３３からの出力値を、設定されている閾値と比較し、出力値が閾値に達した又は閾値を下回ったことを検出した場合に、固定部２３の歪みが減少しており、ボルト２４に緩みが発生していると判断する。制御部４は、ボルト２４に緩みが発生していると判断した場合、通知部５に信号出力すると同時に、電動機２の回転駆動を停止させる。

緩み検出センサ３として、このような歪みゲージ３４を用いた場合も、マイクロスイッチ３１を用いた場合と同様の効果を得ることができる。また、歪みゲージ３４は、ボルト２４の軸力の低下による固定部２３の歪みの減少を検出するので、固定部２３に大きなガタつきが発生する前の僅かなボルト２４の緩みを検出することもできる。

歪みゲージ３４、固定部２３の上面２３ｄに取り付けられるものに限らず、例えば固定部２３に設けた図示しない凹部内に取り付けられてもよい。

なお、以上説明した緩み検出センサ３は、いずれもボルト２４の緩みを直接的に検出するものではなく、ボルト２４の緩みを間接的に検出している。このため、ボルト２４が回転することによって緩みが発生する場合のみならず、例えば、ボルト２４がもともと締め付け不足の状態である場合や、固定部２３と固定面６との間に設けた図示しない防振ゴム等の介在部材のヘタリによって、結果的にボルト２４に緩みが発生する場合等のように、ボルト２４が回転せずに発生する緩みも、以上説明した緩み検出センサ３によって検出可能である。

以上説明した制御部４は、ボルト２４の緩みの発生を検出した場合、直ちに電動機２の回転駆動を停止させたが、必ずしも電動機２の回転駆動を直ちに停止させなくてもよい。例えば、制御部４は、ボルト２４の緩みの発生を検出した後、通知部５によって一定時間の通知を行っても、図示しない入力部等を介して、ボルト２４の増し締めや交換等の対応が完了した旨のオペレータからの入力指示がなかった場合に、電動機２の回転駆動を自動的に停止させるように制御してもよい。また、制御部４は、ボルト２４の緩みの発生を検出した場合、通知部５による通知だけを行い、電動機２の回転駆動を継続させてもよい。この場合、オペレータが必要に応じて、電動機２の回転駆動を停止させればよい。

また、緩み検出センサ３は、電動機２の複数の固定部２３のうちのいずれか１つの固定部２３に１つだけ設けるものに限らず、１つの固定部２３に２つ以上設けてもよい。また、緩み検出センサ３は、電動機２の複数の固定部２３のうちのいずれか２つ以上又は全てに設けてもよい。

更に、電動機２の固定部２３は、以上説明したフット部によって構成されるものに限らず、図７に示すように、電動機２の出力軸側に、側方に張り出すように設けられたフランジ部によって構成されるものであってもよい。

また、電動機２を取付けるボルト２４には、従来同様に緩み止めを塗布しておいてもよい。

１電動機装置
２電動機
２２固定部
２３ボルト
３緩み検出センサ
３１マイクロスイッチ（緩み検出センサ）
３２圧力センサ（緩み検出センサ）
３３振動センサ（緩み検出センサ）
３４歪みゲージ（緩み検出センサ）
４制御部
６固定面

Claims

ボルトによって固定面に固定するための固定部を有する電動機と、
少なくとも１つの前記ボルトに隣接して前記固定部に設けられ、前記ボルトの緩みを間接的に検出する緩み検出センサと、
前記緩み検出センサから出力される信号に基づいて、少なくとも１つの前記ボルトの緩みの発生を判断する制御部と、を備え、
前記緩み検出センサは、圧力センサからなり、前記圧力センサは、前記固定部と前記固定面との間に挟着され、
前記制御部は、前記圧力センサからの出力値に基づいて、前記ボルトの軸力が低下することによる前記固定部と前記固定面との間の圧力の低下を検出する、電動機装置。
ボルトによって固定面に固定するための固定部を有する電動機と、
少なくとも１つの前記ボルトに隣接して前記固定部に設けられ、前記ボルトの緩みを間接的に検出する緩み検出センサと、
前記緩み検出センサから出力される信号に基づいて、少なくとも１つの前記ボルトの緩みの発生を判断する制御部と、を備え、
前記緩み検出センサは、歪みゲージからなり、前記歪みゲージは、前記固定部に取り付けられ、
前記制御部は、前記歪みゲージからの出力値に基づいて、前記ボルトの軸力が低下することによる前記固定部の歪みの減少を検出する、電動機装置。