JP7484767B2 - ダイレクトドライブモータ - Google Patents

Description

本発明は、ダイレクトドライブモータに関する。

ダイレクトドライブモータは、減速機構を介さずに、発生した動力を対象物にダイレクトに伝達する。ダイレクトドライブモータは、動力を発生するモータ部と、モータ部の回転を検出する回転検出器（レゾルバ）と、を備えている。レゾルバステータとレゾルバロータとを有する回転検出器（レゾルバ）が設けられたダイレクトドライブモータの一例が特許文献１に開示されている。

特開２０１５－１３３８２１号公報

特許文献１では、レゾルバロータの重心とレゾルバロータの回転軸とが離隔して配置されているため、レゾルバロータが回転する際に振動や異音などが生じる可能性がある。

本発明の態様は、レゾルバロータが回転する際に生じる振動や異音等を抑制することができるダイレクトドライブモータを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係るダイレクトドライブモータは、固定子と該固定子に対して回転可能な回転子とを有するモータ部と、前記固定子が固定される第１部材と、前記回転子が固定される第２部材と、前記第１部材に対して前記第２部材を回転自在に支持する軸受と、回転軸を中心として回転可能であって前記回転軸から第１方向に向けて離隔して配置される第１重心を有するレゾルバロータと、レゾルバステータと、前記レゾルバロータの前記第１重心を前記回転軸に近づける重心位置調整部材と、を含み、前記モータ部の回転状態を検出する回転検出器と、を備え、前記重心位置調整部材は、前記第１方向と反対方向の第２方向に向けて前記回転軸から離隔して配置される第２重心を有すると共に前記回転検出器と重なって配置される。

本発明の第１の態様によれば、レゾルバロータが偏心している場合は、回転する際にレゾルバロータの偏心に起因する振動や異音が発生したりする可能性がある。しかし、本発明では、重心位置調整部材を設けているため、レゾルバロータの第１重心が回転軸（中心軸）に近づく。よって、レゾルバロータが回転する際に生じる振動や異音等が低減される。また、軸受に対して過大なラジアル荷重が印加されにくいため、軸受の高寿命化を図ることができる。

本発明の第２の態様では、前記重心位置調整部材は非磁性体としてもよい。

本発明の第２の態様によれば、磁石やステータから回転検出器に回り込む磁束量が抑制され、ロータの回転速度、回転方向、及び回転角度などの検出精度が向上する。

本発明の第３の態様では、前記レゾルバロータは、円形の第１外周縁と円形の第１内周縁とを有すると共に、前記第１内周縁の第１中心が前記第１外周縁の中心となる前記回転軸に対して前記第２方向に離隔して配置された円環状部材としてもよい。前記重心位置調整部材は、前記第１外周縁に沿った第２外周縁と前記第１内周縁に沿った第２内周縁とを有すると共に、前記第２内周縁の第２中心が前記第２外周縁の中心となる前記回転軸に対して前記第１方向に離隔して配置された円環状部材としてもよい。

本発明の第３の態様によれば、レゾルバロータ及び重心位置調整部材が比較的に簡単な構造となるため、レゾルバロータの第１重心及び重心位置調整部材の第２重心の位置決めが容易になる。

本発明の態様によれば、レゾルバロータが回転する際に生じる振動や異音等を抑制することができるダイレクトドライブモータが提供される。

図１は、実施形態に係るダイレクトドライブモータの全体構成の一例を概略的に示す断面図である。 図２は、図１のダイレクトドライブモータの一部を拡大した断面図である。 図３は、図１に示すレゾルバロータの平面図である。 図４は、図１に示す重心位置調整部材の平面図である。 図５は、図３のレゾルバロータと図４の重心位置調整部材とを重ねた状態を示す平面図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。なお、以下において、回転軸ＡＸに沿った方向を「軸方向」または「上下方向」と称し、回転軸ＡＸに直交する方向を「径方向」と称する。

図１は、実施形態に係るダイレクトドライブモータ１の全体構成の一例を概略的に示す断面図である。図２は、図１のダイレクトドライブモータ１の一部を拡大した断面図である。

図１に示すダイレクトドライブモータ１は、減速機構を介さずに、発生した動力を対象物にダイレクトに伝達する。ダイレクトドライブモータ１は、例えば、搬送装置のアームを駆動する駆動源として使用されるサーボモータを含む。また、その他にも、ダイレクトドライブモータ１は、例えば、検査装置、工作機械、及び半導体製造装置等にも用いられる。

図１に示すように、ダイレクトドライブモータ１は、モータ部２と、第１部材３と、第２部材４と、軸受５と、回転検出器６と、を有する。第１部材３には、モータ部２のステータ２１（固定子）が固定される。第２部材４には、モータ部２のロータ２２（回転子）が固定される。軸受５は、第１部材３に対して第２部材４を回転自在に支持する。回転検出器６は、モータ部２の回転状態を検出する。なお、図示はしていないが、モータ部２と接続されるリード線は、ダイレクトドライブモータ１を制御する制御装置に接続される。以下、詳細に説明する。

モータ部２は、ステータ２１（固定子）と、ステータ２１に対して回転可能なロータ２２（回転子）とを有する。ステータ２１とロータ２２とは、径方向に対向して配置される。

ステータ２１は、ステータコア２１１と、ステータコイル２１２と、を有する。ステータコア２１１は、電磁鋼板の打抜片を上下方向（軸方向）に積層した積層鋼板である。巻線がステータコア２１１の外周に集中巻されてステータコイル２１２となる。なお、１つのステータコア２１１に１つのステータコイル２１２が設けられる。ここで、集中巻とは、１つのステータコア２１１に巻線を多回数巻いたもの、すなわち、１つのステータコア２１１に１相分の巻線を巻き付けるものをいう。

ロータ２２は、磁石２５を有する。磁石２５は、後述する出力軸４１に固定されている。ロータ２２は、回転軸ＡＸを中心に回転する。

ステータ２１と回転軸ＡＸとの径方向に沿った距離は、ロータ２２と回転軸ＡＸとの径方向に沿った距離よりも大きく設定されている。このように、本実施形態によるダイレクトドライブモータ１は、ステータ２１がロータ２２の径方向の外側（外周側）に配置されるインナーロータ型である。

第１部材３は、ベース３１と、内輪押さえ部材３２と、を有する。
ベース３１は、径方向に広がる底壁部３１１と、外周壁部３１２と、底壁部３１１における径方向内側端部に設けられた内周壁部３１３と、を有する。外周壁部３１２は、底壁部３１１における径方向外側端部から上方に向けて突出する。内周壁部３１３は、底壁部３１１における径方向内側端部から上方に向けて突出する。

底壁部３１１には、ダイレクトドライブモータ１を固定する止まり穴３１１ａが設けられている。止まり穴３１１ａの内周面には、雌ねじが設けられている。止まり穴３１１ａを用いて、ダイレクトドライブモータ１を床面等に固定することができる。

ステータ２１の上部には、第１カバー１２が配置されている。第１カバー１２によって、ステータ２１の上部が覆われる。ステータコア２１１における径方向外側端部には、上下方向に貫通する貫通孔が設けられている。ステータコア２１１の上側には、上下方向に延びる円筒状のカラー１１が配置されている。

カラー１１には、上下方向に沿って貫通孔が設けられている。そして、第１カバー１２にも貫通孔が設けられている。外周壁部３１２の上にステータ２１を載置し、ステータ２１の上にカラー１１を載置し、カラー１１の上から第１カバー１２を載置する。それぞれの貫通孔同士を同軸になるように配置したのち、ボルトＢＬを貫通孔に挿通して締結することにより、第１カバー１２を取り付けることができる。

底壁部３１１には、底面３１４に溝部３１５が設けられている。溝部３１５には、第２カバー１３が挿入され、第２カバー１３が底壁部３１１にボルトＢＬを介して締結されている。

内周壁部３１３の上には、内輪押さえ部材３２が固定されている。内輪押さえ部材３２は、内周壁部３２１と、外側突出部３２２と、上側突出部３２３と、を有する。

内輪押さえ部材３２の内周壁部３２１には、雌ねじ孔が設けられている。内周壁部３１３には上下方向に貫通する貫通孔が設けられている。従って、内周壁部３１３の貫通孔からボルトＢＬを挿入して内輪押さえ部材３２の雌ねじ孔にボルトＢＬを締結することにより、内周壁部３１３の上に内輪押さえ部材３２が固定される。

外側突出部３２２は、内周壁部３２１の上端部から径方向外側に向けて突出している。上側突出部３２３は、内周壁部３２１の上端部から上方に向けて突出している。上側突出部３２３には、第３カバー１４がボルトＢＬで締結されている。第３カバー１４には、径方向中央部に貫通孔１４ａが設けられている。

第２部材４は、出力軸４１と、外輪押さえ部材４２と、を有する。なお、第２部材４とロータ２２とを併せて中空回転部材とも称する。中空回転部材の回転中心の中心軸は、回転軸ＡＸと一致する。

出力軸４１は、下側壁部４１１と、上側壁部４１２と、中間壁部４１３と、を有する。出力軸４１は、磁性体である。下側壁部４１１は、上下方向に延びている。上側壁部４１２は、下側壁部４１１の上端から上方に延びている。中間壁部４１３は、下側壁部４１１の上端から径方向内側に向けて突出している。

下側壁部４１１の下端部及び上端部には、上下方向に沿った止まり穴が設けられている。止まり穴の内周面には、雌ねじが設けられている。上側壁部４１２には、止まり穴４１２ａが設けられている。止まり穴４１２ａの内周面には、雌ねじが設けられている。検査等の対象となる対象物を上側壁部４１２に載置して、ボルトＢＬによって止まり穴４１２ａに締結することにより、対象物を出力軸４１に固定することができる。

外輪押さえ部材４２は、内周側突出部４２１を有する。内周側突出部４２１は、径方向内側に向けて突出する。外輪押さえ部材４２には、貫通孔が設けられている。ボルトＢＬを貫通孔に通して下側壁部４１１の下端部の止まり穴に締結することにより、外輪押さえ部材４２が出力軸４１に固定される。

図１，２に示すように、軸受５は、内輪５１（静止輪）と、外輪５２（回転輪）と、転動体５３と、を有する。軸受５は、上下に２つ重なって配置されている。

内輪５１は、外側突出部３２２と底壁部３１１とで上下に挟まれて保持されている。外輪５２は、中間壁部４１３と内周側突出部４２１とで上下に挟まれて保持されている。軸受５は、第１部材３に対して第２部材４を回転自在に支持する。本実施形態では、軸受５として、定位置予圧が付与されたアンギュラ軸受を適用しているが、アンギュラ軸受以外の軸受でもよい。

回転検出器６は、レゾルバステータ６１と、レゾルバロータ６２と、重心位置調整部材６３と、を有する。回転検出器６は、モータ部２の回転状態を検出する。本実施形態において、回転検出器６は、アブソリュート方式のレゾルバを含み、モータ部２のロータ２２の回転状態を検出する。回転検出器６は、ロータ２２の回転速度、回転方向、及び回転角度の少なくとも１つを検出する。レゾルバステータ６１は、内輪押さえ部材３２に固定される。レゾルバロータ６２と重心位置調整部材６３とは、出力軸４１に固定される。重心位置調整部材６３は、例えばステンレスなどの非磁性体である。なお、回転検出器６については、詳細に後述する。

以上説明したダイレクトドライブモータ１には、径方向中央部に中央孔１ａが設けられている。中央孔１ａは、回転軸ＡＸを中心軸として上下方向に沿ってダイレクトドライブモータ１を貫通している。中央孔１ａの内径ＨＤは、内周壁部３２１の内径と同一である。また、ダイレクトドライブモータ１の外周の直径ＭＤは、ベース３１の外周の直径と同一である。なお、ダイレクトドライブモータ１の上下方向の高さＭＨは、ベース３１の底面３１４から上側壁部４１２の上端４１２ｂまでの上下方向に沿った距離である。直径ＭＤに対する内径ＨＤの比率は１５％以上が好ましい。これにより、内径は中空穴として利用することができるため，配管や配線などを通すスペースが確保でき、このダイレクトドライブモータ１を使用する装置の小型化が可能となる。また、直径ＭＤに対する高さＭＨの比率は３０％以下が好ましい。これにより、直径ＭＤに対しての高さＭＨの比率を３０％以下とすることで薄型のダイレクトドライブモータとなり、このダイレクトドライブモータ１を使用する装置の小型化が可能となる。

また、実施形態に係るダイレクトドライブモータ１は、前述したように、搬送装置、検査装置、工作機械、及び半導体製造装置等にも用いられることを想定したものであり、高い外部荷重を受けることが考えられる。このため、第１部材３、第２部材４、第１カバー１２、第２カバー１３、及び第３カバー１４を金属製の構造部材としている。

図３は、図１に示すレゾルバロータ６２の平面図である。図４は、図１に示す重心位置調整部材６３の平面図である。図５は、図３のレゾルバロータ６２と図４の重心位置調整部材６３とを重ねた状態を示す平面図である。

図２に示すように、レゾルバステータ６１及びレゾルバロータ６２は、それぞれ、同一形状の薄い金属板を上下方向に積層させた積層体である。レゾルバステータ６１とレゾルバロータ６２とは，径方向に対向して配置されている。出力軸４１の下側壁部４１１の上に重心位置調整部材６３が配置され、重心位置調整部材６３の上にレゾルバロータ６２が配置されている。レゾルバロータ６２と重心位置調整部材６３とは、全体として同一の重量に設定されている。レゾルバロータ６２を構成する金属板は、磁性体であり、例えば電磁鋼板などが適用可能である。重心位置調整部材６３は、非磁性体であり、例えばステンレスやアルミニウムなどが適用可能である。従って、重心位置調整部材６３の比重がレゾルバロータ６２を構成する金属板の比重よりも小さい場合は、重心位置調整部材６３の厚さをレゾルバロータ６２の厚さよりも厚くすることにより、レゾルバロータ６２と重心位置調整部材６３とを、全体として同一の重量に設定する。以下、レゾルバロータ６２及び重心位置調整部材６３について、具体的に説明する。

下側壁部４１１の上端部には、止まり穴４１１ａが設けられている。重心位置調整部材６３には貫通孔６３３が設けられ、レゾルバロータ６２には貫通孔６２３が設けられている。これらの止まり穴４１１ａ、貫通孔６３３及び貫通孔６２３を同軸に配置した状態で、貫通孔６３３及び貫通孔６２３にボルトＢＬを挿入し止まり穴４１１ａに締結する。

これにより、レゾルバロータ６２及び重心位置調整部材６３を出力軸４１に固定することができる。なお、重心位置調整部材６３と上側壁部４１２の内周面との間には、径方向に間隙がほとんどないが、レゾルバロータ６２の外周面と上側壁部４１２の内周面との間には、径方向に間隙が設けられている。

図３に示すように、レゾルバロータ６２は、円形の第１外周縁６２１と円形の第１内周縁６２２とを有する円環状部材である。レゾルバロータ６２は、回転軸ＡＸを中心として回転可能である。レゾルバロータ６２は、回転軸ＡＸから第１方向Ｄ１（図３に示す下方向）に向けて離隔する第１重心ＡＸ１を有する。なお、第２方向Ｄ２（図３に示す上方向）は、第１方向Ｄ１と反対方向である。

また、第１外周縁６２１の直径は、第１内周縁６２２の直径よりも大きく設定されている。第１外周縁６２１の内周側に、第１内周縁６２２が配置される。第１外周縁６２１の中心は、回転軸ＡＸと一致する。第１内周縁６２２の第１中心Ｃ１は、第１外周縁６２１の中心（回転軸）に対して第２方向Ｄ２に離隔している。レゾルバロータ６２には、周方向に沿って複数の貫通孔６２３が設けられている。

図４に示すように、重心位置調整部材６３は、円形の第２外周縁６３１と円形の第２内周縁６３２とを有する円環状部材である。重心位置調整部材６３は、回転軸ＡＸを中心として回転可能である。重心位置調整部材６３は、回転軸ＡＸから第２方向Ｄ２（図４に示す上方向）に向けて離隔する第２重心ＡＸ２を有する。第２外周縁６３１は第１外周縁６２１と同一形状であって同一径を有する。第２内周縁６３２は、第１内周縁６２２と同一形状であって同一径を有する。

また、第２外周縁６３１の直径は、第２内周縁６３２の直径よりも大きく設定されている。第２外周縁６３１の内周側に、第２内周縁６３２が配置される。第２外周縁６３１の中心は、回転軸ＡＸと一致する。第２内周縁６３２の第２中心Ｃ２は、第２外周縁の中心（回転軸）に対して第１方向Ｄ１に離隔している。重心位置調整部材６３には、周方向に沿って複数の貫通孔６３３が設けられている。

図５に示すように、重心位置調整部材６３の上にレゾルバロータ６２を重ねた状態では、第１外周縁６２１と第２外周縁６３１とが一致している。第２内周縁６３２と第１内周縁６２２とは、回転軸ＡＸ（中心軸）を挟んで互いに反対方向に同一距離だけ離隔している。

また、レゾルバロータ６２と重心位置調整部材６３とは、全体として同一の重量に設定されている。第１重心ＡＸ１と第２重心ＡＸ２とは、回転軸ＡＸ（中心軸）を挟んで互いに反対方向に同一距離だけ離隔している。従って、レゾルバロータ６２及び重心位置調整部材６３を併せた全体では、重心の位置は、回転軸ＡＸ（中心軸）となる。即ち、重心位置調整部材６３によって、レゾルバロータ６２の第１重心ＡＸ１が中心軸に近づく。

以上説明したように、本実施形態に係る回転検出器６は、レゾルバロータ６２と重心位置調整部材６３とを備える。レゾルバロータ６２は、回転軸ＡＸから第１方向Ｄ１に向けて離隔して配置される第１重心ＡＸ１を有する。重心位置調整部材６３は、第１方向Ｄ１と反対方向の第２方向Ｄ２に向けて回転軸ＡＸから離隔して配置される第２重心ＡＸ２を有する。

このようにレゾルバロータ６２が偏心している場合は、回転する際にレゾルバロータ６２が振動したり異音が発生したりする可能性がある。しかし、本実施形態では、重心位置調整部材６３を設けているため、レゾルバロータ６２の第１重心ＡＸ１が回転軸ＡＸ（中心軸）に近づく。よって、レゾルバロータ６２が回転する際の振動や異音等が低減される。また、軸受５に対して過大なラジアル荷重が印加されにくいため、軸受５の高寿命化を図ることができる。

また、重心位置調整部材６３は、非磁性体である。また、重心位置調整部材６３は、磁石２５及びステータ２１と、レゾルバロータ６２と、の間に配置されている。換言すると、重心位置調整部材６３と、磁石２５及びステータ２１との間には、出力軸４１が介在している。従って、磁石２５やステータ２１から回転検出器６に回り込む磁束量が抑制され、ロータ２２の回転速度、回転方向、及び回転角度などの検出精度が向上する。

そして、レゾルバロータ６２は、第１内周縁６２２の第１中心Ｃ１が回転軸ＡＸに対して第２方向Ｄ２に離隔して配置されている。重心位置調整部材６３は、第２内周縁６３２の第２中心Ｃ２が回転軸ＡＸに対して第１方向Ｄ１に離隔して配置されている。

このように、レゾルバロータ６２及び重心位置調整部材６３が比較的に簡単な構造となるため、レゾルバロータ６２の第１重心ＡＸ１及び重心位置調整部材６３の第２重心ＡＸ２の位置決めが容易になる。

また、径方向外側からステータ２１、磁石２５及び軸受５を径方向に並べて配置されるため、ダイレクトドライブモータ１の軸方向の寸法、つまり、軸方向の高さＭＨの増大が抑制され、また、中央孔１ａの径を大きく設定することができる。さらに、軸受５は、間座がなく予圧が印加されるアンギュラ軸受を適用することにより、ダイレクトドライブモータ１の高さＭＨの増大が抑制される。

以上、実施形態を説明したが、前述した内容により実施形態が限定されるものではない。例えば、実施形態では、第２外周縁６３１は、第１外周縁６２１と同一としたが、第２外周縁６３１は、第１外周縁６２１に沿っていればよく、同一でなくてもよい。また、第２内周縁６３２は、第１内周縁６２２と同一としたが、第２内周縁６３２は、第１内周縁６２２に沿っていればよく、同一でなくてもよい。

１ ダイレクトドライブモータ
２ モータ部
３ 第１部材
４ 第２部材
５ 軸受
６ 回転検出器
２１ ステータ（固定子）
２２ ロータ（回転子）
６１ レゾルバステータ
６２ レゾルバロータ
６３ 重心位置調整部材
６２１ 第１外周縁
６２２ 第１内周縁
６３１ 第２外周縁
６３２ 第２内周縁
ＡＸ１ 第１重心
ＡＸ２ 第２重心
Ｄ１ 第１方向
Ｄ２ 第２方向
Ｃ１ 第１中心
Ｃ２ 第２中心
ＡＸ 回転軸

Claims (3)

1. 固定子と該固定子に対して回転可能な回転子とを有するモータ部と、
   前記固定子が固定される第１部材と、
   前記回転子が固定される第２部材と、
   前記第１部材に対して前記第２部材を回転自在に支持する軸受と、
   回転軸を中心として回転可能であって前記回転軸から第１方向に向けて離隔して配置される第１重心を有するレゾルバロータと、レゾルバステータと、前記レゾルバロータの前記第１重心を前記回転軸に近づける重心位置調整部材と、を含み、前記モータ部の回転状態を検出する回転検出器と、
   を備え、
   前記重心位置調整部材は、前記第１方向と反対方向の第２方向に向けて前記回転軸から離隔して配置される第２重心を有すると共に前記回転検出器と重なって配置された
   ダイレクトドライブモータ。
2. 前記重心位置調整部材は、非磁性体である
   請求項１に記載のダイレクトドライブモータ。
3. 前記レゾルバロータは、円形の第１外周縁と円形の第１内周縁とを有すると共に、前記第１内周縁の第１中心が前記第１外周縁の中心となる前記回転軸に対して前記第２方向に離隔して配置された円環状部材であり、
   前記重心位置調整部材は、前記第１外周縁に沿った第２外周縁と前記第１内周縁に沿った第２内周縁とを有すると共に、前記第２内周縁の第２中心が前記第２外周縁の中心となる前記回転軸に対して前記第１方向に離隔して配置された円環状部材である
   請求項１または２に記載のダイレクトドライブモータ。

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