JPH0649091Y2 - 回転検出器付電動機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は電動機と回転検出部とを
一体化した回転検出器付電動機に関するものであり、よ
り特定的にはサーボモータとその回転を検出する手段を
一体化させ且つ小形化した回転検出器付電動機に関す
る。本考案の回転検出器付電動機は、例えば産業用ロボ
ット、ワイヤカット等、種々の分野に用いられる。

【０００２】

【従来の技術】電動機とその回転を検出する検出部とを
一体にした回転検出器付電動機は従来から種々提案され
ている。一方これらの回転検出器付電動機をより小形
化、薄形化、必要な場合は平坦形にすることが要望され
ている。図９に従来の回転検出器付電動機の概略構成図
を示す。

【０００３】図９の装置は回転軸１を共通にしてモータ
２と検出装置３、例えばエンコーダをタンデムに結合し
たものである。すなわち、それぞれ在来の独立したモー
タ２とエンコーダ３とを共通回転軸１を介して一体化し
たものである。この形式の回転検出器付電動機は、モー
タ２とエンコーダ３とは直列に設けられており、長手方
向に長く、小形化、薄形化、平坦化という面から問題が
ある。

【０００４】図１０に従来の他の回転検出器付電動機の
概略構成図を示す。図１０の装置はモータ２と検出装置
３を並設する一方、これらの回転軸１ａ，１ｂを回転ギ
ア４，５を介して接続させたものである。モータ２と検
出装置３とは上記同様、それぞれ在来の独立したものを
用いている。この形式の回転検出器付電動機は、図９の
ものに比し長手方向の長さが若干短かくなるという利点
がありやや平坦化の傾向に則しているが、全体としての
寸法は図９のものより大きくなる傾向があり、特に、回
転ギアを用いるということから生ずるバックラッシュに
伴う精度上の限界、高速回転に適さないという問題があ
る。

【０００５】また上記いずれの場合にも共通するが、例
えばモータ部のみがそれ自体の技術開発に依存して小形
化されたとしても、検出部はさ程小形化されず、これら
を在来の手法に基づいて組合せたとしても、目的とする
小形化等の上記目標が達成されない。検出部の小形化に
限界がある理由としては、例えば、光学式の検出装置を
考えた場合、回転スリットとして１周当り２０００個設
ける必要がある場合、これにより回転スリットの径は決
ってしまい、精度を維持しつつ回転スリットの径を無制
限に削減することはできないからである。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】本考案は上述した在来
の回転検出器付電動機としての機能及び性能を有しつ
つ、より小形化、薄形化を図った回転検出器付電動機を
提供することを目的とする。本考案は、高速回転に適し
また高精度且つ信頼性及び保守性にすぐれる回転検出器
付電動機を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本考案の上記目的を達成
するため、本考案においては、在来の如く、モータ及び
検出装置を単に外的に接続することに代え、モータの構
成要素と検出装置の構成要素とを小形化という観点の下
で相互に有機的に構成させ、これらを一体化したものと
して在来の回転検出器付電動機の機能及び性能を発揮さ
せるという構想に基づいている。

【０００８】従って本考案においては、回転軸に固定さ
れた電動機の回転子と、該回転子に対向して設けられた
電動機の固定子と、前記回転軸に固定された回転部材
と、該回転部材と共働して前記回転軸の回転を検出する
手段とが容器内に設けられ、前記回転部材が、前記回転
子および固定子の外周に接近してそれらを少くとも部分
的に包囲して回転するように一端が閉鎖された円筒形状
を成すことを特徴とする、回転検出器付電動機が提供さ
れる。

【０００９】

【実施例】本考案の実施例について添付図面を参照して
述べる。図１は本考案に基づく回転検出器付電動機の基
本形態の断面図を示す。図１に図示の回転検出器付電動
機は、中心軸０について回転する軸１に軸支された回転
子を有するモータ６、及び回転軸１に軸支され検出手段
の一部が装着される回転部材７を有している。また回転
部材７に装着された検出手段の一部に対向して検出手段
の他の部分８が容器の内壁に設けられている。容器は前
フランジ９とエンドベル１０が図示の如く一体化されて
成り、容器内は密閉されている。符号１１，１２はベア
リングを示す。

【００１０】図１において、回転部材７はモータ６を部
分的に包囲する一端が封鎖された円筒形、いわゆるカッ
プ形の形状をなしている。回転部材７の形状をモータ６
を覆うようにすることにより、換言すれば回転部材７の
中空部内にモータ６を挿入させることにより、回転軸に
沿った長手方向の長さが、例えば図９に図示の在来のも
との比較して相当短縮できることとなる。一方、回転軸
の半径方向については回転部材７の円筒部及び検出手
段、これらの間隙の分だけ一般に若干大きくなる傾向が
ある。しかしながら、長手方向の短縮の度合が著しく、
全体としては相当寸法が小さくなり、また薄形化、平坦
化が図られることとなるのである。

【００１１】また図１に図示の装置にはギアを用いてい
ないから、バックラッシュは発生せず、又高速回転も可
能である。従って検出精度を高く維持することができ、
信頼性及び保守性の面からも良好となる。図１に図示し
た基本形態を有する回転検出器付電動機についてより具
体的な構造を図２〜図４に示す。

【００１２】図２は検出手段として光学センサを用いた
場合を示す。当該光学式検出装置を一体化した回転検出
器付電動機は、回転部材７の先端部の外周にスリット板
８２が設けられ、該スリット板８２の両側に、発光素子
が設けられたプリント板８１と、受光素子が設けられた
固定スリット台８３とが容器の内壁に固定されている。
モータは回転部材７の内側にあって、容器の内壁に固定
された固定子６２と回転軸１に固定された回転子６１と
から成る。

【００１３】回転子６１と回転部材７は共に回転軸１に
軸支されているから回転軸１の回転と共に回転する、換
言すれば回転子６１の回転により回転部材７が回転す
る。回転部材７の先端に設けられたスリット板８２には
その円周に沿って、所定の間隔で透光域と遮光域とが交
互に設けられている。また固定スリット台８３には透光
域を通過した光を設ける複数のスリットが設けられ、そ
の下部に第１の相（Ａ相）を検出する第１の受光素子と
Ａ相と９０°の位相差を持って第２の相（Ｂ相）を検出
する第２の受光素子とが設けられている。

【００１４】この光学式検出装置の動作原理は在来の場
合と同様である。すなわち、受光素子から射出され、ス
リット板８２の透光域を通した光が固定スリット台のス
リットを介して第１及び第２の受光素子で検出され、こ
の２つの検出信号に基づいて、回転位置及び回転方向、
必要な場合には回転数がプリント板８１に設けられた回
路で算出されるのである。

【００１５】スリット板８２には、在来のものと同様の
精度を得るためには在来の場合と同じ数の透光域、遮光
域、例えば１周当り２０００個設けられ、その外径寸法
は同じである。従って、この場合、図１に関連づけて説
明したように長手方向が短縮されることは勿論である
が、前述の一般論のように径が特に大きくなるというこ
とはない。すなわち小形化、平坦化が実現されている。
また径を大きくすれば高精度の回転位置検出が可能とな
る。

【００１６】尚、発光素子、受光素子の電気信号系及び
プリント板８１の電子回路は回転子６１および固定子６
２からなるモータ６の電磁界により影響を受け、誤動作
する可能性があることから磁気的遮へいを施すことが好
ましい。また密封容器内におけるモータ部からの発熱に
対する温度による誤動作防止が必要となる場合があり、
例えば容器の外部に放熱フィンをつける等すると望まし
い。

【００１７】図３は、図２の光学式検出装置と異なり、
磁気的検出装置を一体化した回転検出器付電動機の断面
図を示す。図２と同様の回転部材７の外周にＮ，Ｓ極が
交互に設けられた磁気信号着磁ドラム９３が設けられ、
該ドラムと対向する位置に、磁気抵抗素子９２、例えば
パーマロイ製の磁気抵抗素子であって、磁束の変化によ
りその抵抗が変化するものが容器の内壁に固定されてい
る。またその近傍に磁気抵抗素子の信号を受けて回転位
置等を算出する電子回路が設けられたプリント板９１が
容器の内壁に固定されている。磁気抵抗素子は、Ａ相、
Ｂ相信号を検出できるように設けられている。

【００１８】回転位置等の検出動作については、上述の
光学式のもの、又は在来の磁気式検出装置の場合と同様
である。この形式の回転検出器付電動機も、図２に図示
の回転検出器付電動機と同様に高精度の位置検出が可能
である。また長手方向の長さが短縮できる。一方、径方
向については、図２に図示のものに比し、いく分大きく
なる傾向を示す。

【００１９】温度対策、磁気シールド対策は図２の回転
検出器付電動機の場合と同様である。図４はレゾルバを
用いた回転検出器付電動機を示す。回転部材７の外周に
ロータコア１００、ロータトランス１０３を装着し、こ
れらと対向させてステータコア１０１とステータトラン
ス１０２を容器の内壁に固定したものである。レゾルバ
が状態量を検出することを除けば、図３に図示の回転検
出器付電動機と同様である。

【００２０】図５に図１とは異なる基本形態を有する回
転検出器付電動機の断面図を示す。図５に図示の回転検
出器付電動機は、図１に図示の回転検出器付電動機とは
逆に、モータの回転子６１′をカップ形とし、回転子６
１′の中空部に回転部材７′及び検出手段８′が少くと
も部分的に挿入されるようにしたものである。モータの
固定子６２′は容器９，１０の内壁に固定されている。
他は図１のものと同様である。

【００２１】図５に図示の回転検出器付電動機は、モー
タの径を在来のものと同程度とすれば、その内部に位置
する検出部の径が図１及び図２〜図４の場合に比して小
さくなることから検出素子の装着数が制限され、一般
に、検出精度が低下する傾向がある。しかしながら、小
形化、平坦化、高信頼性は達成されている。図６は検出
手段として図２同様に光学式検出装置を用いた場合であ
る。回転部材７′は在来のエンコーダの回転スリット板
でもあり、８１′はプリント板、８３′は固定スリット
台であり、図４の装置と同様である。

【００２２】図７は図３同様、磁気的検出装置を用いた
場合である。回転部材７′の円周に着磁気信号着磁環９
３′が設けられ、対向して設けられた磁気抵抗素子９
２′及びプリント板９１′の電子回路により回転位置を
検出する。図８は図４と同様、レゾルバを用いた場合で
ある。カップ形の回転部材７′にロータコア１００′、
ロータトランス１０３′が設けられ、容器に固定された
板にステータコア１０１′、ステータトランス１０２′
が設けられている。

【００２３】

【考案の効果】上記の如く、モータの回転子が回転部材
の中空部内に少なくとも部分的に挿入された形態の回転
検出器付電動機とすることにより、在来のものに比し、
大幅に寸法の小形化、薄形化が図られた。また本考案に
おいては、ギアを用いていないので、精度は向上し、高
速回転にも問題がなく、また信頼性及び保守性が向上し
た。

【００２４】さらに、図１に示した本考案に係る基本形
態を有する回転検出器付電動機を、図５に示した基本形
態を有する回転検出器付電動機と比較してみると、本考
案に係る回転検出器付電動機には以下の様な利点があ
る。ｉ）図５に示した基本構造では、その構造上検出機
構部に許されるスペースが限られる。ロータ内周により
大きなスペースを確保するためには、モータを極端にフ
ラット化する必要が生じる。即ち、検出機構部の都合に
よりモータ本体（磁気回路部）の設計が大きく影響を受
ける事になり、モータ設計の自由度が制約される。

【００２５】これに対し、図１に示した基本構造を有す
る回転検出器付電動機では、モータ本体のうち検出機構
部を取り付ける回転部材以外は通常通りの設計で問題な
く、検出機構部の都合で磁気回路部の設計が左右される
事は殆どない。ii）図５に示した構造では、検出機構部
に許されるスペースが限られるため、内蔵する検出器の
種類も限られる。例えば、最外径が大きくなりがちな高
分解能の光学式エンコーダの回転スリットは、事実上そ
の配設が不可能となる。また、巻線束のかさむレゾルバ
に於いても同様であり、更に複雑な回路部、例えばカス
タムＬＳＩやハイブリッドＩＣ等の搭載も難しくなる。

【００２６】これに対し、図１に示した基本構造を有す
る回転検出器付電動機では、ステータ外周に検出機構部
を取り付けるため、回転スリットやレゾルバステータ巻
線はその必要に応じて自由に設計出来る。回路部に関し
ても同様である。iii) 図５に示した構造では、ロータ
内側に検出回路部が内包されるため、回路部の周囲温度
の上昇に対する対策が難しい。特に、高機能の電子部品
を含む回路に於いては、その許容周囲温度は一般にモー
タ本体の許容温度よりかなり低い。

【００２７】これに対し、図１に示した基本構造を有す
る回転検出器付電動機では、放熱効率の高いステータ外
周に検出回路部が配設されるため、温度上昇の問題は生
じにくい。また、仮に特に冷却を要する場合にも、一般
にモータ後部に取り付けられる空冷ファン等による直冷
が可能である。iv）図５に示した構造では、検出機構部
が軸受に隣接するため、光学式エンコーダの場合その塵
埃によって不具合を生じやすい。一般に光学系は摩耗粉
を発生する部品の傍には配設すべきではない。

【００２８】これに対し、図１に示した基本構造を有す
る回転検出器付電動機では、検出機構部は軸受から充分
離れた位置に配設する事が可能であり、上記の様な問題
は特に生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による基本形態としての回転検出器付電
動機の断面図である。

【図２】図１に図示の回転検出器付電動機において検出
装置として光学的検出装置を用いた断面図である。

【図３】図１に図示の回転検出器付電動機において検出
装置として磁気的検出装置を用いた断面図である。

【図４】図１に図示の回転検出器付電動機において検出
装置としてレゾルバを用いた断面図である。

【図５】図１とは異なる基本形態を有する回転検出器付
電動機の断面図である。

【図６】図５に図示の回転検出器付電動機において検出
装置として光学的検出装置を用いた断面図である。

【図７】図５に図示の回転検出器付電動機において検出
装置として磁気的検出装置を用いた断面図である。

【図８】図５に図示の回転検出器付電動機において検出
装置としてレゾルバを用いた断面図である。

【図９】在来の回転検出器付電動機の構成図である。

【図１０】在来の他の回転検出器付電動機の構成図であ
る。

【符号の説明】

１…回転軸 ２…モータ ３…エンコーダ ６，６′…モータ ７，７′…回転部材 ８…検出手段 ９，１０…容器 １１，１２…ベアリング ８１…プリント板 ８２…スリット板 ８３…固定スリット台 ９１…プリント板 ９２…磁気抵抗素子 ９３…磁気信号着磁ドラム １００…ロータコア １０１…ステータコア １０２…ステータトランス １０３…ロータトランス

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸に固定された電動機の回転子と、
   該回転子に対向して設けられた電動機の固定子と、前記
   回転軸に固定された回転部材と、該回転部材と共働して
   前記回転軸の回転を検出する手段とが容器内に設けら
   れ、前記回転部材が、前記回転子および固定子の外周に
   接近してそれらを少くとも部分的に包囲して回転するよ
   うに一端が閉鎖された円筒形状を成すことを特徴とす
   る、回転検出器付電動機。
2. 【請求項２】 前記回転検出手段は光学的検出要素から
   成る、請求項１記載の回転検出器付電動機。
3. 【請求項３】 前記回転検出手段は磁気センサである、
   請求項１記載の回転検出器付電動機。
4. 【請求項４】 前記回転検出手段はレゾルバである、請
   求項１記載の回転検出器付電動機。