JP7361512B2

JP7361512B2 - モータ

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Publication number: JP7361512B2
Application number: JP2019126850A
Authority: JP
Inventors: 上陽山口
Original assignee: Nissei Corp
Current assignee: Nissei Corp
Priority date: 2019-07-08
Filing date: 2019-07-08
Publication date: 2023-10-16
Anticipated expiration: 2039-07-08
Also published as: JP2021013257A

Description

本発明は、モータに関し、特にモータのケーブル引き出し構造に関する。

従来、特許文献１には、マグネットを備えた回転子と、ステータコイルが巻回された固定子とから構成される、３相のインナーロータ型ブラシレスモータの構造が開示されている。このブラシレスモータによれば、ステータコイルとリード線との接続部には端子が使用され、ハウジングの端部内側には、合成樹脂製のリード線保持カラーが取り付けられている。給電用のリード線はカラーとハウジングとの間に挟持されているため、ハウジング外部からリード線に力が加えられても、その端部には曲げ力が作用せず、リード線とコイルとの接続部における断線を防止している。

また、特許文献２には、電動機等から引き出されるケーブルの防水性を確保することができるケーブル出口構造（ケーブルクランプ）が開示されている。

特開２００３－１３４７１５号公報特開２００３－２７４５９７号公報

特許文献１で開示されたモータに対して、防水性を確保する目的で、特許文献２で開示されたケーブルクランプを適用することが考えられる。しかしながら、このような構造においてケーブルをクランプする際の作業性には課題がある。

モータのケーブル部分の組立手順では、まず、ケーブルをケーブルクランプの孔に通し、ケーブルクランプをモータのハウジングに固定する。次に、ケーブルの外部への引き出し長さを調整した状態で、ケーブルクランプを締め付け、ケーブルを固定する。この際、ケーブルを外部に引っ張り過ぎるとコイルとの接続部に負荷がかかり、ケーブルが断線してしまうおそれがある。また逆に、ケーブルを引き出す長さが少な過ぎる場合には、モータのハウジング内部でケーブルがたわみ、ロータ等の回転部にケーブルが接触して断線してしまうおそれがある。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、モータブラケットに軸方向の開口部を設けることで、クランプ時のケーブルの状態を確認でき、クランプ作業性を向上させることができるモータを提供することを目的とする。

この目的を達成するために、請求項１記載のモータは、給電用のケーブルを有するステータと、前記ステータを内蔵するモータフレームと、前記モータフレームに隣接して配置され、前記ケーブルを通すためのケーブル孔が外周面に設けられたモータブラケットと、前記モータブラケットに隣接して配置されるカバーと、前記ケーブル孔に配置され、前記ケーブルを固定するケーブルクランプと、中心軸を中心として前記モータブラケットに回転自在に軸支されるモータシャフトとを備えており、前記モータブラケットは、前記ケーブル孔と、前記カバーとの間を、前記モータシャフトを除いて仕切るように構成されており、前記モーターブラケットには、前記中心軸とはずれた位置に、前記中心軸と平行な方向に貫通する開口部が形成され、前記開口部は、前記ケーブル孔の軸線の方向から見て、前記ケーブル孔と重なる位置であり、且つ、前記中心軸の方向から見て、前記ケーブルと重なる位置に形成され、前記開口部と前記ケーブル孔とが連通していることを特徴とするものである。

また、請求項２記載のモータは、請求項１に記載のモータであって、更に、前記開口部の縁の少なくとも一部は、前記ケーブル孔の軸線と平行な互いに対向する２つの平面であり、前記２つの平面の間隔は、前記ケーブルの外径よりも大きいことを特徴とするものである。

また、請求項３記載のモータは、請求項１から２のいずれか１項に記載のモータであって、更に、前記開口部の縁の少なくとも一部には、前記中心軸の方向から見て、前記ケーブル孔の軸線と重なる位置に凹部が形成されていることを特徴とするものである。

また、請求項４記載のモータは、請求項１から３のいずれか１項に記載のモータであって、更に、前記モータシャフトを制動するためのブレーキを更に備え、前記ブレーキは、前記開口部を塞ぐように前記モータブラケットに固定されることを特徴とするものである。

また、請求項５記載のモータは、請求項１から４のいずれか１項に記載のモータであって、更に、前記ケーブル孔の軸線は、前記中心軸と交わらず、交差していることを特徴とするものである。

また、請求項６記載のモータは、請求項５に記載のモータであって、更に、前記ケーブルの外径と、前記ステータの外径及び内径との関係は下記式（１）を満たすことを特徴と
するものである。
ケーブル外径＞（ステータ外径－ステータ内径）／６・・・（１）

請求項１記載のモータによれば、モータの組立時に開口部から内部のケーブルの状態を確認することができる。このため、モータの組立時の作業性が向上する。
また、上記の効果に加えて、開口部によりケーブルとモータブラケットとの干渉を防ぐことができる。このため、開口部を設けない構造と比較してモータブラケットの軸方向の厚みを薄くすることができ、モータの軸方向の長さを短くすることができる。
また、上記の効果に加えて、中心軸方向から見て開口部とケーブルが重なるため、モータの組立時の作業性がより向上する。

また、請求項２記載のモータによれば、開口部の幅がケーブルの外径よりも広いので、モータの組立時の作業性がより向上する。

また、請求項３記載のモータによれば、ケーブル孔の軸線上に凹部が設けられるため、凹部によりケーブルとモータブラケットとの干渉を防止すことができ、ケーブルの曲げ半径に余裕を持たせることができる。

また、請求項４記載のモータによれば、ブレーキフィールドにより開口部を塞ぐことにより、モータ部へのブレーキ摩耗粉等の侵入を防止することができる。

また、請求項５記載のモータによれば、ケーブル孔を中心からずらして設けることにより、ケーブルの曲げ半径に余裕を持たせることができる。

また、通常、ケーブルの曲げ半径は、ケーブルの外径の２倍以上を確保しなければならないものが一般的である。このため、通常では使用できるケーブルの外径は（ステータの外径－ステータの内径）÷６が最大であるが、請求項６記載のモータによれば、ケーブル孔を中心からずらして設けることにより、それよりも太いケーブルを使用することができる。

本発明に係るモータの中央縦断面図である。モータからカバー及びブレーキを取り外した状態の右側面図である。モータを出力軸側から見た図（左側面図）である。

以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係るモータ１の中央縦断面図であり、図２は、モータ１からカバー５及びブレーキ４０を取り外した状態の右側面図であり、図３は、モータ１を出力軸２０側から見た図（左側面図）である。

モータ１は、中空状のモータフレーム２と、モータフレーム２の負荷側（図１の左側）に設けられた負荷側ブラケット３と、モータフレーム２の反負荷側（図１の右側）に設けられたモータブラケット４と、モータブラケット４の反負荷側に設けられたカバー５とを備えている。

モータフレーム２の外周面は略正方形であり、外周面のうち三面には放熱のための複数のフィン６が形成されている。外周面のうちの残りの一面には、モータ１の銘鈑配置用の平面を確保するため、フィン６は形成されていない。モータフレーム２の内周面には、円筒状のステータ１０が焼き嵌めにより固定されている。ステータ１０は、円筒状のステータコア１１と、ステータコア１１に巻かれるコイル１２とを有する。また、ステータ１０の径方向内方には、ロータ組１３が配置されている。ロータ組１３は、円筒状のロータコア１４と、ロータコア１４の中心に圧入されるモータシャフト１５とからなり、負荷側ベアリング１６及び反負荷側ベアリング１７によってモータシャフト１５の中心軸Ｏ１を中心に回転可能に軸支されている。また、ロータコア１４には、図示しないスロットが形成され、スロット内には図示しないマグネットが配置されており、ステータ１０における反負荷側の側面には基板１８が配置され、基板１８にはスロット内のマグネットの磁極位置を検知するためのセンサとしてホールＩＣ１９が配置されている。

ステータ１０の反負荷側の側面において、コイル１２の末端はロウ付け等によりケーブル２１ａと接続されている。ケーブル２１ａは、ステータ１０の側面の内周寄りの位置から、中心軸Ｏ１に沿う方向に延びるように配置されている。本実施形態では、ケーブル２１ａの外径Ｄ１ａは８ｍｍであり、ケーブル２１ａの最小曲げ半径Ｄ２ａは１６ｍｍである。また、基板１８にはホールＩＣ１９の信号を出力するためのケーブル２１ｂが接続されている。ケーブル２１ｂは、基板１８に接続され、中心軸Ｏ１に沿う方向に延びるように配置されている。本実施形態では、ケーブル２１ｂの外径Ｄ１ｂは６．８ｍｍであり、ケーブル２１ｂの最小曲げ半径Ｄ２ｂは１３．６ｍｍである。また、ステータ１０の外径Ｄ３は７７ｍｍであり、ステータ１０の内径Ｄ４は４０ｍｍである。

モータシャフト１５の一端は、負荷側ベアリング１６を介して負荷側ブラケット３の中央に軸支されている。モータシャフト１５の先端は、負荷側ブラケット３の中心を貫通して外部に突出し、相手側機械と連結される出力軸２０を兼ねている。モータシャフト１５の他端は、反負荷側ベアリング１７を介してモータブラケット４の中央に軸支され、モータブラケット４の中心を貫通している。

モータブラケット４は外周面が略正方形であり、外周面の一面には、２個のケーブル孔２２ａ，２２ｂが、中心からの距離がそれぞれ等しい位置に、左右対称に形成されている。各ケーブル孔２２ａ，２２ｂには、ケーブルクランプ２３がそれぞれ配置されている。コイル１２と接続されたケーブル２１ａは、中心軸Ｏ１に沿う方向から９０度曲げられ、一方のケーブル孔２２ａを通ってモータブラケット４の外部に引き出され、ケーブルクランプ２３によって固定されている。基板１８を介してホールＩＣ１９と電気的に接続された信号用のケーブル２１ｂは、他方のケーブル孔２２ｂを通ってモータブラケット４の外部に引き出され、ケーブルクランプ２３によって固定されている。

モータブラケット４の内部には、ケーブル孔２２ａ，２２ｂが形成された一面と中心軸Ｏ１との間に、中心軸Ｏ１方向に貫通する開口部３０が形成されている。開口部３０の縁３１は、中心軸Ｏ１を中心にした円弧状の外側縁３２と、ケーブル孔２２ａ，２２ｂの軸線Ｏ２に対して平行で、互いに対向する２つの平面３３，３３と、ケーブル孔２２ａ，２２ｂの軸線Ｏ２上の点を中心とした半円状の凹部３４，３４と、２つの凹部３４，３４の間をつなぎ中心軸Ｏ１を中心とする円弧状の内側縁３５とからなる。開口部３０は、中心軸Ｏ１に垂直な方向から見て、ケーブル孔２２ａ，２２ｂの軸線Ｏ２と重なる位置に形成されている。対向する２つの平面３３，３３の間隔Ｄ５は、中心軸Ｏ１の方向より見てケーブル２１ａ，２１ｂの状態が完全に確認できるように、ケーブル２１ａ，２１ｂそれぞれの外径よりも広くなっている。

カバー５の内部には、ブレーキ４０が設けられている。ブレーキ４０は、モータブラケット４におけるモータフレーム２と反対側の面３９に、複数のボルト４１によって、開口部３０を覆うように固定されている。

ブレーキ４０は、ブレーキフィールド４２と、ブレーキフィールド４２内に収容されてブレーキリード線４３と電気的に接続されるブレーキコイル４４と、ブレーキフィールド４２の反負荷側に配置されるアーマチュア４５と、アーマチュア４５の反負荷側に配置される摩擦板４６と、摩擦板４６の反負荷側に配置されるリング状のサイドプレート４７とを備えている。サイドプレート４７は、スペーサ４８を介して、ブレーキフィールド４２の反負荷側の面に固定されている。アーマチュア４５は、ボルト４１の頭に外周が係合して回転を規制された状態で軸方向へ移動可能に支持されるが、ブレーキフィールド４２に設けられた図示しないコイルバネによって、サイドプレート４７側へ付勢されている。ブレーキリード線４３は、カバー５に形成されたブレーキリード線用の孔４９を通り、ゴムブッシュ５０を介してカバー５の外部へ引き出されている。

モータシャフト１５の反負荷側の端部はブレーキ４０の中心を貫通してカバー５内に突出している。モータシャフト１５の反負荷側の端部にはキー溝５１が軸方向に形成されており、アーマチュア４５とサイドプレート４７との間に設けられた摩擦板４６が、ブレーキハブ５２を介してモータシャフト１５の反負荷側の端部と回転方向で一体に結合されている。このブレーキハブ５２は、外周に摩擦板４６の中心孔が嵌合する複数の平面を有する筒体で、中心には、モータシャフト１５の端部に隙間嵌めで嵌合する貫通孔が形成されている。貫通孔の内面には、モータシャフト１５のキー溝５１に対応するキー溝が形成されている。さらに、ブレーキハブ５２の外周には、ブレーキハブ５２の軸方向に垂直な向きにネジ孔５３が形成されており、内面のキー溝と連通している。

よって、ブレーキハブ５２は、モータシャフト１５の端部に嵌合挿入した状態で、ネジ孔５３から螺合させた止めネジ５４をキー５５に押圧させることで、モータシャフト１５と一体にキー結合される。

モータフレーム２と負荷側ブラケット３との間には、シールのためのＯリング６１が挟まれている。モータフレーム２とモータブラケット４との間には、シールのためのＯリング６２が挟まれている。モータブラケット４とカバー５との間には、シールのためのＯリング６３が挟まれている。ケーブルクランプ２３、Ｏリング６１、Ｏリング６２、及びＯリング６３により、モータ１の防水性が確保される。

次に、上記形態のモータの動作を説明する。モータ１がオンになり、コイル１２に所定の電圧が付与されると、ロータ組１３が回転してモータシャフト１５が中心軸Ｏ１周りで回転し、出力軸２０が回転する。また、モータ１のオン時、ブレーキリード線４３を経てブレーキ４０のブレーキコイル４４に給電がなされ、電磁力によりブレーキコイル４４がアーマチュア４５を負荷側に引きつけ、摩擦板４６がアーマチュア４５及びサイドプレート４７から離れて、モータシャフト１５が回転可能となる。モータ１のオフ時には、アーマチュア４５がスプリングの付勢力により摩擦板４５に押し当てられ、摩擦板４５とアーマチュア４５及びサイドプレート４７との間の摩擦力により、モータシャフト１５の回転が妨げられる。

次に、上記形態のモータの組立方法を説明する。まず、ステータ１０をモータフレーム２内に焼き嵌めにより固定する。次に、負荷側ブラケット３にロータ組１３を取り付け、ロータ組１３の外周を覆うようにモータフレーム２及びステータ１０を負荷側ブラケット３に取り付ける。次に、ケーブル２１ａ及びケーブル２１ｂをモータブラケット４に設けたケーブルクランプ２３に通し、ケーブル２１ａ及びケーブル２１ｂを中心軸Ｏ１の方向から９０度曲げた方向に引き出した状態で、モータブラケット４をモータフレーム２に組み付ける。このとき、モータフレーム２内部のケーブル２１ａ及びケーブル２１ｂの状態を、開口部３０から確認し、ケーブル２１ａ及びケーブル２１ｂを適切な長さまで、外部に引き出し、ケーブルクランプ２３を固定する。ケーブル２１ａ及びケーブル２１ｂの引き出し量が多過ぎる場合、コイル１２とケーブル２１ａとの接続部、または基板１８とケーブル２１ｂとの接続部に過大な負荷がかかり、断線してしまうおそれがある。また、引き出し量が少な過ぎると、ケーブル２１ａまたはケーブル２１ｂにたるみが発生し、モータシャフト１５等の回転部に接触し、破損してしまうおそれがある。

このように、上記形態のモータによれば、モータブラケット４の内部には、ケーブル孔２２ａ，２２ｂと中心軸Ｏ１との間に、中心軸Ｏ１方向に貫通する開口部３０が形成されている。このため、モータ１の組立時に開口部３０から内部のケーブル２１ａ，２１ｂの状態を確認することができる。このため、モータ１の組立時の作業性が向上する。

また、開口部３０は、ケーブル孔２２ａ，２２ｂの軸線Ｏ２の方向より見て、ケーブル孔２２ａ，２２ｂと重なる位置に形成され、開口部３０とケーブル孔２２ａ，２２ｂとが連通していることにより、ケーブル２１ａ，２１ｂがモータブラケット４と干渉することを防ぐことができる。このため、モータブラケット４の軸方向の厚みを薄くすることができ、モータ１の軸方向の長さを短くすることができる。

また、開口部３０は、中心軸Ｏ１の方向より見て、ケーブル２１ａ及びケーブル２１ｂと重なる位置に形成されている。このため、モータ１の組立時の作業性がより向上する。

また、開口部３０の一部には、ケーブル孔２２ａ，２２ｂの軸線Ｏ２と平行で、互いに対向する２つの平面３３が形成されており、２つの平面３３の間隔Ｄ５は、それぞれのケーブル孔２２ａ，２２ｂの外径よりも大きい。このため、モータ１の組立時の作業性がより向上する。

また、開口部３０の一部には、ケーブル孔２２ａ，２２ｂの軸線Ｏ２上の点を中心とする半円状の凹部３４が形成されている。このため、凹部３４によりケーブル２１ａ，２１ｂとモータブラケット４との干渉を防ぐことができ、ケーブル２１ａ，２１ｂの曲げ半径に余裕を持たせることができる。

また、ブレーキ４０は、開口部３０を塞ぐようにモータブラケット４に固定されている。このため、モータフレーム２内へのブレーキ４０で発生する摩耗粉等の侵入を防止することができる。

また、ケーブル孔２２ａ，２２ｂは、軸線Ｏ２が中心軸Ｏ１とは交わらず、交差する位置に形成されている。このため、ケーブル２１ａ，２１ｂとコイル１２との接続部からケーブル孔２２ａ，２２ｂまでの距離を広くすることができ、ケーブル２１ａ，２１ｂの曲げ半径に余裕を持たせることができる。

また、一般的にケーブルの最小曲げ半径は、直径の２倍であるため、ステータの側面のうち内周側に寄せた位置に接続されたケーブルを、９０度曲げて径方向に引き出すモータの場合、ステータの径方向片側の厚さはケーブルの外径の３倍以上必要である。また、（ステータの外径－ステータの内径）÷２がステータの径方向片側の厚さである。つまり、（ステータの外径－ステータの内径）÷６が、使用できるケーブルの最大外径となる。しかしながら本実施形態のモータ１では、ケーブル孔２２ａ，２２ｂの軸線Ｏ２が中心軸Ｏ１とは交わらず、交差する位置に形成されているため、ケーブル２１ａ，２１ｂの曲げ半径に余裕を持たせることができる。ケーブル２１ａの外径Ｄ１ａは８ｍｍであり、ステータの外径Ｄ３は７７ｍｍであり、ステータの内径Ｄ４は４０ｍｍである。つまり一般的なモータの構成であれば通常使用できるケーブルの最大径は
（７７－４０）÷６ ≒ ６．２（ｍｍ）
であるが、本実施形態ではそれよりも太い外径８ｍｍのケーブルが使用可能である。

以上のように、本実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態に加えうる変更の例について説明する。

例えば、本実施形態では、モータシャフトの出力部分は丸シャフトとしたが、モータシャフトに歯切り加工を施してギアを形成し、相手機械のギアと直接噛み合うように接続してもよい。

１モータ
２モータフレーム
４モータブラケット
５カバー
１０ステータ
１５モータシャフト
２１ａ，２１ｂケーブル
２２ａ，２２ｂケーブル孔
２３ケーブルクランプ
３０開口部
３１開口部の縁
３３平面
３４凹部
４０ブレーキ
Ｏ１中心軸
Ｏ２ケーブル孔の軸線
Ｄ１ａ，Ｄ１ｂケーブルの外径
Ｄ３ステータの外径
Ｄ４ステータの内径
Ｄ５平面の間隔

Claims

給電用のケーブルを有するステータと、
前記ステータを内蔵するモータフレームと、
前記モータフレームに隣接して配置され、前記ケーブルを通すためのケーブル孔が外周面に設けられたモータブラケットと、
前記モータブラケットに隣接して配置されるカバーと、
前記ケーブル孔に配置され、前記ケーブルを固定するケーブルクランプと、
中心軸を中心として前記モータブラケットに回転自在に軸支されるモータシャフトと
を備えており、
前記モータブラケットは、前記ケーブル孔と、前記カバーとの間を、前記モータシャフトを除いて仕切るように構成されており、
前記モーターブラケットには、前記中心軸とはずれた位置に、前記中心軸と平行な方向に貫通する開口部が形成され、
前記開口部は、前記ケーブル孔の軸線の方向から見て、前記ケーブル孔と重なる位置であり、且つ、前記中心軸の方向から見て、前記ケーブルと重なる位置に形成され、
前記開口部と前記ケーブル孔とが連通している
ことを特徴とするモータ。
前記開口部の縁の少なくとも一部は、前記ケーブル孔の軸線と平行な互いに対向する２つの平面であり、前記２つの平面の間隔は、前記ケーブルの外径よりも大きい
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
前記開口部の縁の少なくとも一部には、前記中心軸の方向から見て、前記ケーブル孔の軸線と重なる位置に凹部が形成されている
ことを特徴とする請求項１から２のいずれか１項に記載のモータ。
前記モータシャフトを制動するためのブレーキを更に備え、
前記ブレーキは、前記開口部を塞ぐように前記モータブラケットに固定される
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ。
前記ケーブル孔の軸線は、前記中心軸と交わらず、交差している
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ。
前記ケーブルの外径と、前記ステータの外径及び内径との関係は下記式（１）を満たすことを特徴とする請求項５に記載のモータ。
ケーブル外径＞（ステータ外径－ステータ内径）／６・・・（１）