JPWO2015181900A1 - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーキを備えた回転電機を軸方向に薄型化できるようにする。【解決手段】回転電機１は、電磁部２０と、ブレーキ部３０とを有する。電磁部２０は、固定子２及び回転子３を備えており、シャフト１０を回転するように構成される。ブレーキ部３０は、シャフト１０の制動を行うように構成される。このブレーキ部３０は、電磁部２０の反負荷側に位置し、少なくとも一部が電磁部２０の固定子２と径方向に重なり合って配置される。

Description

開示の実施形態は、回転電機に関する。

特許文献１には、モータシャフトを備えた回転子及び固定子を有する回転電機と、モータシャフトの反負荷側に対し制動を行う電磁ブレーキ装置とが記載されている。

特開２０１１−１９０９１８号公報

上記従来技術は、回転電機と電磁ブレーキ装置とが軸方向に並列に配置される構造であることから、軸方向寸法が大きくなる傾向にある。一方で、使用環境や搭載性等の観点から、軸方向寸法を小さく抑えたい場合がある。この場合には、装置構成のさらなる最適化が要望される。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、軸方向に薄型化することが可能なブレーキを備えた回転電機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、固定子を備え、シャフトを回転するように構成された電磁部と、前記電磁部の軸方向一方側に位置し、少なくとも一部が前記固定子と径方向に重なり合って配置された、前記シャフトの制動を行うように構成されたブレーキ部と、を有する回転電機が適用される。

また、本発明の別の観点によれば、固定子を備え、シャフトを回転するように構成された電磁部と、前記シャフトの制動を行うように構成されたブレーキ部と、前記固定子と前記ブレーキ部の少なくとも一部が径方向に重なり合うように前記電磁部と前記ブレーキ部とを連結する手段と、を有する回転電機が適用される。

本発明によれば、ブレーキを備えた回転電機を軸方向に薄型化することができる。

実施形態に係る回転電機の全体構成を表す軸方向断面図である。 ブレーキハウジングの挿通孔にシール部材を設けた変形例における、シャフトの反負荷側端部の周囲を抽出した軸方向断面図である。

以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下において、回転電機等の構成の説明の便宜上、上下左右等の方向を適宜使用する場合があるが、回転電機等の各構成の位置関係を限定するものではない。

＜回転電機の全体構成＞
図１に示すように、回転電機１は、電磁部２０と、ブレーキ部３０と、エンコーダ部５０とを有する。ブレーキ部３０は電磁部２０の反負荷側（軸方向一方側の一例。図１中左側）に配置され、エンコーダ部５０はブレーキ部３０のさらに反負荷側に配置される。なお、電磁部２０、ブレーキ部３０及びエンコーダ部５０の配置は、上記に限定されるものではない。例えば、ブレーキ部３０及びエンコーダ部５０の少なくとも一方が電磁部２０の負荷側（図１中右側）に配置されてもよい。但し、電磁部２０とブレーキ部３０とは、軸方向に隣接して配置される。また、回転電機１は、モータでも発電機でもよい。

なお、本明細書において「負荷側」とは回転電機１に対してシャフト１０が突出する方向（図１中右側）を指し、「反負荷側」とは負荷側の反対方向、すなわちこの例では回転電機１に対してエンコーダ部５０が配置される方向（図１中左側）を指す。

＜電磁部の構成＞
電磁部２０は、筒状のフレーム４の内側に設けられた固定子２と、シャフト１０に設けられた回転子３とを備え、シャフト１０を回転するように構成される。

固定子２は、フレーム４の内周面に設けられた環状の固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１に周方向に配置された複数の固定子巻線２３とを有する。固定子巻線２３はボビン２２に巻回され、そのボビン２２が固定子鉄心２１に装着されている。固定子２の反負荷側には、各固定子巻線２３の巻き始め及び巻き終りの端末（図示せず）を結線処理するための結線部２４が設けられている。

回転子３は、シャフト１０の外周面に設けられる。回転子３は、固定子鉄心２１と所定の磁気的ギャップを空けて配置された環状の回転子鉄心２７と、回転子鉄心２７の内部に配設された複数の永久磁石２８とを備えている。なお、永久磁石２８は、回転子鉄心２７の外周面に設置されてもよい。複数の永久磁石２８は、回転子鉄心２７の外周部に形成する磁極が周方向にＮ極及びＳ極を交互に繰り返すように、回転子鉄心２７に配置されている。

フレーム４の負荷側（図１中右側）には、負荷側ブラケット５が設けられている。負荷側ブラケット５には、負荷側軸受６が固定されている。負荷側ブラケット５の外周部は、複数のボルト１４によってフレーム４に固定されている。また、ブレーキ部３０のヨーク３２（詳細は後述）の内周には、反負荷側軸受７（第１軸受の一例）が固定されている。ヨーク３２の外周部（後述するフランジ部３７）は、複数のボルト１５によってフレーム４に固定されている。シャフト１０は、負荷側軸受６及び反負荷側軸受７により回転自在に支持されている。

電磁部２０は、固定子２を封止する樹脂部２５を有している。樹脂部２５は、固定子鉄心２１、ボビン２２、固定子巻線２３、及び結線部２４を含む固定子２の周囲を被覆する。

電磁部２０では、図示しない外部電源から結線部２４を介して固定子２の固定子巻線２３に例えば交流電流が供給される。これにより、固定子巻線２３が回転磁界を発生し、発生した回転磁界が回転子３の永久磁石２８の界磁磁束と作用することで、回転子３に周方向の推力が発生し、シャフト１０が回転する。

＜エンコーダ部の構成＞
エンコーダ部５０は、エンコーダ１２と、エンコーダ１２を収容するエンコーダカバー４５とを有する。エンコーダ１２は、シャフト１０の反負荷側（軸方向一方側の一例）の端部に配置され、シャフト１０の回転位置を検出する。エンコーダ１２は、磁気式又は光学式のいずれでもよく、あるいはその両方を含むものでもよい。エンコーダカバー４５の外周部は、複数のボルト１６によってブレーキハウジング４３に固定されている。

＜ブレーキ部の構成＞
ブレーキ部３０は、シャフト１０の制動を行うように構成される。本実施形態では、ブレーキ部３０は、電磁ブレーキ（この例では無励磁作動型ブレーキ）として構成されている。ブレーキ部３０は、ブレーキコイル３１と、フィールドコアであるヨーク３２と、ブレーキディスク３３と、アーマチュア３４と、サイドプレート３５とを有する。ブレーキディスク３３、アーマチュア３４、及びサイドプレート３５は、ヨーク３２とエンコーダ部５０との間で、負荷側から反負荷側に向けてアーマチュア３４、ブレーキディスク３３、サイドプレート３５の順に配置されている。

ブレーキ部３０は、少なくとも一部が電磁部２０の固定子２と径方向に重なり合って配置される。本実施形態では、ヨーク３２の少なくとも一部が固定子２と径方向に重なり合って配置される。具体的には、ヨーク３２は突出部３６を有しており、この突出部３６が上記樹脂部２５の径方向内側に反負荷側から挿入されることで、突出部３６が固定子２の径方向内側に重なり合って配置される。なお、樹脂部２５と突出部３６とは隙間無く凹凸嵌合してもよいし、若干の隙間を設けて凹凸嵌合させてもよい。突出部３６は反負荷側に開口した環状の凹部３６ａを有しており、この凹部３６ａにブレーキコイル３１が収容されている。

また、ヨーク３２は、突出部３６より径方向外側に向けて延設されたフランジ部３７を有する。フランジ部３７の外径はフレーム４及び樹脂部２５と略等しく、その外周面は回転電機１の表面に露出されている。図１に示す例では、モータケーブル（図示せず）が接続されるコネクタ１３が、樹脂部２５の外周面とフランジ部３７の外周面とに跨って設置されている。フランジ部３７には、周方向に適宜の間隔で形成された複数のばね用凹部３７ａが形成されており、各ばね用凹部３７ａにコイルばね３８が収納されている。コイルばね３８は、アーマチュア３４を反負荷側（ブレーキディスク３３側）へ向けて付勢している。

ヨーク３２の内周の開口３２ａには、反負荷側軸受７が固定されている。反負荷側軸受７は、開口３２ａに設けられた円環状の突起部材１７及び板ばね１８により位置決めされている。

ブレーキディスク３３は、例えば円板状のディスクの両面に摩擦材を設けた構造である。ブレーキディスク３３は、シャフト１０の反負荷側に固定されたハブ３９に軸方向のスプライン部が嵌合して、シャフト１０に軸方向に移動可能かつ周方向に回転不能に設けられている。アーマチュア３４は、適宜の磁性体材料（例えば鋼板）からなる例えば円板状の部材である。アーマチュア３４は、ヨーク３２に固定された円筒状のカラー４０を外周部に挿通させて、軸方向に移動可能かつ周方向に回転不能に設けられている。サイドプレート３５は、鉄、アルミ、複合炭素繊維材料等の適宜の材料からなる例えば円板状の部材である。サイドプレート３５の外周部は、カラー４０に挿通した複数の固定ボルト４１によってヨーク３２のフランジ部３７に固定されている。ブレーキディスク３３の径方向の寸法は、カラー４０と接触しない範囲でなるべく大きくなるように設定されている。

また、ブレーキ部３０は、ブレーキディスク３３等を収容するブレーキハウジング４３を有している。ブレーキハウジング４３には、シャフト１０の反負荷側（軸方向一方側の一例）の端部が挿通される挿通孔４３ａが形成されており、この挿通孔４３ａとシャフト１０の外周との隙間に軸受４４（第２軸受の一例）が設置されている。軸受４４は、外輪がブレーキハウジング４３に固定され、内輪がシャフト１０に固定されており、ブレーキハウジング４３内で発生したブレーキ粉のエンコーダ部５０側への流入を防止するシール部材として機能する。なお、ブレーキハウジング４３は図示しない固定ボルトによりヨーク３２に固定される。

ブレーキ部３０では、ブレーキコイル３１が通電されると、アーマチュア３４がコイルばね３８の付勢力に抗してヨーク３２に吸引されてブレーキディスク３３から離れ、シャフト１０の制動が解放される。一方、ブレーキコイル３１への通電が停止されると、アーマチュア３４がコイルばね３８の付勢力により反負荷側に移動し、アーマチュア３４とサイドプレート３５との間でブレーキディスク３３が挟まれ、シャフト１０が制動される。

なお、上記ではブレーキ部３０が無励磁作動形ブレーキである場合を一例として説明したが、これに限定されるものではなく、例えば励磁作動形ブレーキとしてもよい。

以上において、電磁部２０の樹脂部２５とブレーキ部３０の突出部３６との凹凸嵌合構造とボルト１５とが、固定子とブレーキ部の少なくとも一部が径方向に重なり合うように電磁部とブレーキ部とを連結する手段の一例に相当する。

＜実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態の回転電機１では、ブレーキ部３０が電磁部２０の反負荷側に位置する。このとき、ブレーキ部３０の少なくとも一部が固定子２と径方向に重なり合って配置されるので、電磁部２０とブレーキ部３０とが軸方向に並列に（径方向に重なり合わずに）配置される場合に比べて回転電機１の軸方向寸法を低減できる。したがって、回転電機１を軸方向に薄型化できる。

また、本実施形態では特に、ブレーキ部３０は、ブレーキコイル３１及びヨーク３２を有し、ヨーク３２の少なくとも一部が固定子２と径方向に重なり合って配置される。これにより、次の効果を奏する。すなわち、ブレーキ部３０は、ブレーキコイル３１及びヨーク３２を有する電磁ブレーキである。ヨーク３２の少なくとも一部を固定子２と径方向に重なり合うように配置させることにより、ブレーキディスク３３については固定子２により径方向寸法を制限されない配置構成とすることができる。これにより、ブレーキディスク３３の径方向寸法を大型化し、ブレーキ部３０の制動機能を向上できる。

また、本実施形態では特に、電磁部２０は、固定子２を封止する樹脂部２５を有し、ヨーク３２は、ブレーキコイル３１が収容され樹脂部２５の径方向内側に挿入される突出部３６を有する。これにより、樹脂部２５と反負荷側軸受７との間の空間にヨーク３２及びブレーキコイル３１を配置することが可能となり、当該空間を有効活用できる。また、回転電機１の組立時にヨーク３２の突出部３６と樹脂部２５との凹凸嵌合により電磁部２０とブレーキ部３０との概略の位置決めをすることが可能となり、組立作業性を向上できる。

また、本実施形態では特に、ヨーク３２は、突出部３６より径方向外側に向けて延設され外周面が回転電機１の表面に露出するフランジ部３７を有する。これにより、次の効果を奏する。すなわち、ブレーキディスク３３は、カラー４０と接触しないように径方向寸法が設定されるところ、本実施形態では、ヨーク３２のフランジ部３７の外周面が回転電機１の表面に露出するように構成されるので、ヨーク３２がブレーキハウジング４３の内部に収容される場合に比べて、ヨーク３２の径方向寸法を増大できる。これにより、カラー４０をより外周側の位置に設置することができるので、ブレーキディスク３３を径方向にさらに大型化できる。その結果、コイルばね３８及びブレーキコイル３１の小型化が可能となるので、回転電機１の軸方向のさらなる薄型化が可能となる。

また、本実施形態では特に、ブレーキ部３０は、ヨーク３２の内周に固定されシャフト１０を回転自在に支持する反負荷側軸受７を有する。これにより、ヨーク３２が反負荷側軸受７を支持する軸受支持部材を兼ねることができ、別途、反負荷側ブラケット等の軸受支持部材を設置する必要がない。その結果、軸方向のさらなる薄型化、部品の削減、コスト低減が可能となる。

また、本実施形態では特に、ブレーキ部３０の反負荷側に配置され、シャフト１０の回転位置を検出するように構成されたエンコーダ１２をさらに有し、ブレーキ部３０は、ブレーキコイル３１及びヨーク３２とエンコーダ１２との間に配置されたブレーキディスク３３を有する。このような配置構成とすることにより、例えばブレーキディスク３３がブレーキコイル３１及びヨーク３２と電磁部２０との間に配置される場合に比べて、ブレーキコイル３１及びヨーク３２とエンコーダ１２とを離間させることができる。これにより、エンコーダ１２に対するブレーキ部３０からの漏れ磁束の影響を低減できる。

また、本実施形態では特に、ブレーキ部３０は、シャフト１０の反負荷側の端部が挿通される挿通孔４３ａが形成された、ブレーキディスク３３等を収容するブレーキハウジング４３と、挿通孔４３ａとシャフト１０の外周との隙間に設けられた軸受４４とを有する。軸受４４により、ブレーキハウジング４３内で発生したブレーキ粉が挿通孔４３ａを介してエンコーダ１２側に流入するのを防止できる。これにより、エンコーダ１２の位置検出精度が低下するのを防止できる。

また、本実施形態では特に、上記ブレーキ粉のエンコーダ１２側への流入を防止するシール部材として、外輪がブレーキハウジング４３に固定され、内輪がシャフト１０に固定された軸受４４を用いることにより、次の効果を奏する。すなわち、シール部材として例えばダストシールやオイルシール等を用いる場合、シャフト１０との摺動箇所にグリース等の潤滑剤が塗布されるので、その潤滑剤がエンコーダ１２側に流入して検出精度を低下させるおそれがある。本実施形態では、シール部材として軸受４４を用いることにより、潤滑剤を軸受４４内に封入でき、潤滑剤がエンコーダ１２側に流入するのを防止できる効果がある。

＜変形例＞
なお、開示の実施形態は、上記に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、図２に示すように、ブレーキハウジング４３の挿通孔４３ａとシャフト１０の外周との隙間にシール部材４８を設置してもよい。シール部材４８としては、ゴム材等の弾性材料からなるダストシールやオイルシール等を用いることができる。シール部材４８は、ブレーキハウジング４３の挿通孔４３ａの内周面に固定される環状体４８ａと、環状体４８ａの内周に形成されシャフト１０の外周面と接触する鉤状の接触片４８ｂとを有する。この場合にも、上記実施形態と同様の効果を得る。

また、以上では、ブレーキ部３０の一部（ヨーク３２の突出部３６）が固定子２と径方向に重なり合う場合を一例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ブレーキ部３０全体が樹脂部２５の内側に設けられる場合等、ブレーキ部３０の全部が固定子２と径方向に重なり合って配置された構成としてもよい。

また、以上では、ブレーキ部３０が電磁ブレーキである場合を一例として説明したが、これに限定されるものではなく、例えば油圧や空気圧等により駆動されるブレーキとしてもよい。

また、以上では、回転電機１がエンコーダ部５０を有する場合を一例として説明したが、エンコーダ部５０は必ずしも設けなくともよい。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。その他、一々例示はしないが、上記実施形態は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１ 回転電機
２ 固定子
７ 反負荷側軸受（第１軸受の一例）
１０ シャフト
１２ エンコーダ
２０ 電磁部
２５ 樹脂部
３０ ブレーキ部
３１ ブレーキコイル
３２ ヨーク
３３ ブレーキディスク
３６ 突出部
３７ フランジ部
４３ ブレーキハウジング
４３ａ 挿通孔
４４ 軸受（シール部材の一例、第２軸受の一例）
４８ シール部材

Claims (8)

1. 固定子を備え、シャフトを回転するように構成された電磁部と、
   前記電磁部の軸方向一方側に位置し、少なくとも一部が前記固定子と径方向に重なり合って配置された、前記シャフトの制動を行うように構成されたブレーキ部と、
   を有することを特徴とする回転電機。
2. 前記ブレーキ部は、
   ブレーキコイル及びヨークを有し、
   前記ヨークの少なくとも一部が前記固定子と径方向に重なり合って配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記電磁部は、
   前記固定子を封止する樹脂部を有し、
   前記ヨークは、
   前記ブレーキコイルが収容され前記樹脂部の径方向内側に挿入される突出部を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
4. 前記ヨークは、
   前記突出部より径方向外側に向けて延設され外周面が前記回転電機の表面に露出するフランジ部を有する
   ことを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
5. 前記ブレーキ部は、
   前記ヨークの内周に固定され前記シャフトを回転自在に支持する第１軸受を有する
   ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の回転電機。
6. 前記ブレーキ部の軸方向一方側に配置され、前記シャフトの回転位置を検出するように構成されたエンコーダをさらに有し、
   前記ブレーキ部は、
   前記ブレーキコイル及び前記ヨークと前記エンコーダとの間に配置されたブレーキディスクを有する
   ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の回転電機。
7. 前記ブレーキ部は、
   前記シャフトの軸方向一方側の端部が挿通される挿通孔が形成された、前記ブレーキディスクを収容するブレーキハウジングと、
   前記挿通孔と前記シャフトの外周との隙間に設けられたシール部材と、を有する
   ことを特徴とする請求項６に記載の回転電機。
8. 前記シール部材は、
   外輪が前記ブレーキハウジングに固定され、内輪が前記シャフトに固定された第２軸受である
   ことを特徴とする請求項７に記載の回転電機。

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