WO2005013463A1 - 工具取り付け孔を備えた扁平・中空型ブラシレスサーボモータ - Google Patents

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Toshiki Maruyama
Akihiro Yokoyama
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Harmonic Drive Systems Inc.
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Definitions

  • the present invention relates to an SPM type brushless servomotor using a ring magnet as a rotor, and in particular, a flat-hollow brushless servomotor having a short axial length and a tool mounting hole. It is about. Background art
  • Patent Document 1 As a hollow type brushless servomotor, for example, there is one described in Patent Document 1 below.
  • an encoder is arranged at a rear end portion of the motor output shaft, and a front end portion of the hollow motor output shaft is connected to a load side via a speed reducer.
  • Patent Document 1 Japanese Utility Model Laid-Open No. 3-54352
  • An object of the present invention is to propose a flat / hollow brushless servomotor suitable for use in which a tool is directly attached to a motor rotation shaft and a work is pressed from both sides thereof to perform predetermined processing.
  • a flat cylindrical motor housing with both ends closed,
  • First and second housing through holes formed at the centers of the first and second end plate portions on both sides of the motor housing, respectively;
  • a rotor shaft having both ends thereof partially exposed from the first and second housing through holes
  • a tool mounting hole extending through the center of the rotor shaft
  • First and second workpiece entry recesses respectively formed on outer surfaces of the first and second end plate portions of the motor housing;
  • the first work entry recess is formed on the outer surface of the first end plate portion to a circular area including the first housing through hole and an outer peripheral edge of the motor housing continuously to the area. Is formed in a region of a predetermined width extending in the radial direction,
  • the second work entry recess is formed on the outer surface of the second end plate portion to a circular area including the second housing through hole and an outer peripheral edge of the motor housing continuously to the area. It is characterized in that it is formed in a region of a predetermined width extending.
  • the tool mounting hole has a polygonal cross section such as a hexagon.
  • the maximum length of the rotor shaft in the axial direction is determined by the thickness between the bottom surfaces of the first and second workpiece entry recesses at the first and second end plate portions on both sides of the motor housing. It is desirable to be less than or equal to.
  • the motor housing has a lead wire lead-out portion extending radially outward from the outer peripheral surface of the motor housing, and extends along a concave groove formed on the inner surface of the first or second end plate portion of the motor housing. It is desirable that the lead wire arranged and drawn out is drawn out to the lead wire lead-out portion.
  • a detection mechanism for detecting a motor magnetic pole position includes an FG magnet disposed on one end face of the rotor shaft and the first mechanism facing the FG magnet in the motor housing.
  • the magnetic sensor is constituted by a magnetic sensor such as a hall element disposed on the inner surface of the second end plate.
  • first and second work entry recesses extending in the radial direction are formed on the outer surfaces of the end plate portions on both sides of the motor housing, and these recesses are formed. This is the portion of the motor housing where the axial thickness is the thinnest. Also, since the hollow part of the rotor shaft that fits inside the motor housing is used as a tool mounting hole, the tool mounting part does not protrude in the axial direction on both sides of the motor housing.
  • the lead wire lead-out portion extends in the radial direction of the outer peripheral surface of the motor housing, and also protrudes in the axial direction from both ends of the motor housing. I haven't.
  • the lead wire is drawn out along the concave groove formed by making the end plate portion of the motor housing thin, so that the space for drawing out the lead wire extends in the axial direction from both ends of the motor housing. Does not protrude.
  • the space for disposing the components of the detection mechanism also utilizes the gap between the first or second end plate portion and the end face of the rotor shaft in the motor housing. Therefore, according to the present invention, a hollow brushless servomotor having an extremely flat tool mounting hole can be realized.
  • a brushless servomotor having a tool mounting hole provides a machine for applying a predetermined force to a confronting portion of a work having a confronting portion at a narrow interval as described below.
  • Suitable for use as an instrument That is, since the thickness of the brushless servomotor is thin, it can be inserted between opposing portions of the work that are opposing at a small interval.
  • a tool is attached to the rotor shaft of the brushless servomotor, and in this state, the opposing parts of the work enter the first and second work entry recesses from the radial outside of the motor toward the center tool. In addition, the tip of the opposite part can be pressed against the tool. In this state, the brushless servomotor is driven to rotate, and a predetermined process can be performed on the opposite portion of the workpiece by the tool.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the brushless DC servomotor according to the present embodiment cut along a plane including its axis
  • FIG. 2 is an end view when viewed from the direction of arrow A in FIG.
  • FIG. 3 is an end view when viewed from the direction of arrow B in FIG.
  • the brushless DC servo motor 1 has a flat cylindrical motor housing 2 with both ends closed, and a stator assembly 3 and a rotor assembly 4 are coaxially incorporated inside the motor housing 2. .
  • the stator assembly 3 includes a ring core 31 made of a magnetic material, and a drive coil 33 wound around a salient pole portion of the ring core 31 via an insulator 32, and includes a cylindrical body 21 of the motor housing 2. It is mounted coaxially on the peripheral surface.
  • 20 poles 24 It has a slot configuration.
  • the rotor assembly 4 is disposed concentrically inside the stator assembly 3, and includes a hollow rotor shaft 41 and a ring magnet 42 fixed to a circular outer peripheral surface of the rotor shaft 41. Therefore, the ring magnet 42 faces the stator assembly 3 with a slight gap.
  • the rotor shaft 41 has an inner peripheral portion 44 at the center of which a tool mounting hole 43 penetrates, an outer peripheral portion 45 facing the stator assembly 3, and a narrow portion 46 connecting them. It has a cross-sectional shape, and ball bearings 47 and 48 are arranged in annular concave portions formed on both sides of the narrow portion 46. An oil seal 49 is arranged outside the ball bearing 47.
  • the rotor assembly 4 is rotatably supported by the motor housing 2 via the ball bearings 47 and 48.
  • the tool mounting hole 43 formed in the rotor shaft 41 has a large diameter portion 43a on the first end plate portion 22 side and a smaller diameter portion 43b on the second end plate portion 23 side. It has a hexagonal cross section.
  • the motor housing 2 has the cylindrical body portion 21, the end plate portion 22 and the end plate portion 23 closing both ends thereof, and these end plate portions 22, Circular through holes 22a and 23a are formed at the center of 23. Both end surfaces 45a, 45b of the inner peripheral portion 45 of the rotor shaft 41 are exposed from the circular through holes 22a, 23a, respectively.
  • the first and second workpiece entry recesses 24 and 25 having a constant depth are formed in the first and second workpieces.
  • These recesses 24, 25 for entering the work are formed by making the end plate portions 22, 23 thin with a constant width.
  • the length of the rotor shaft 41 in the axial direction is equal to or less than the thickness between the bottom surfaces of the workpiece entry concave portions 24 and 25.
  • both end surfaces of the rotor shaft 41 are provided on the bottom surfaces of the concave portions 24 and 25. Are almost the same.
  • a ring-shaped FG magnet 51 is attached to an annular end surface 44a of the outer peripheral portion 44 of the rotor shaft 41 facing the end plate portion 22 of the motor housing 2.
  • a sensor substrate 53 on which three Hall elements 52 are arranged along the circumferential direction is attached to the inner surface of the end plate portion 22 facing the FG magnet 51.
  • This The magnetic pole position detecting mechanism 5 is constituted by the FG magnet 51 and the Hall element 52.
  • the lead wire lead-out portion 6 from the drive coil 33 and the sensor board 53 projects radially outward from the outer peripheral surface of the cylindrical body portion 21 of the motor housing 2, and
  • the thickness is set to fit within the thickness dimension in the direction of the axis la.
  • a lead wire drawing groove 26 formed by reducing the thickness is formed on the inner surface of the end plate portion 22 of the motor housing 2.
  • a cylindrical body 21 and an end plate portion 23 are formed integrally, and an end plate portion 22 is fastened and fixed to an annular end surface of the cylindrical body 21. It has a structure.
  • a mounting flange 27 extends radially outward from the outer peripheral surface of the cylindrical body 21, and the motor 1 is fixed to a fixed side (not shown) by the mounting flange 27. Is done.
  • the outer surface 23b of the end plate portion 23 is formed as a heat radiating surface having a radially uneven surface.
  • the motor components are incorporated in the flat cylindrical motor housing 2, and are exposed from the center through holes 22 a and 23 a of the end plate portions 22 and 23.
  • a tool (not shown) can be directly attached to the tool attachment hole 43 of the rotor shaft 41.
  • recesses 24 and 25 for work entry on the outer surfaces of both end plate portions 22 and 23 of the motor housing 2 a portion having a small thickness in the direction of the axis la is formed in the motor housing 2.
  • the work (not shown) provided with the ridges at a smaller interval than the width in the axial direction of No. 2 can enter both ends of the tool mounting hole 43 of the rotor shaft 41 from the outside in the radial direction.
  • the thickness of the end plate portion 22 of the motor housing 2 is reduced, a concave groove 26 for leading out the lead wire is formed, and the lead wire lead-out portion 6 is accommodated within the thickness dimension of the motor housing 2. I'm trying.
  • the magnetic pole position detecting mechanism 5 is disposed radially inward of the torque generating portion (the portion where the rotor assembly 4 and the stator assembly 3 face each other). I try not to be long. Therefore, an extremely flat hollow brushless DC servomotor can be realized.
  • FIG. 1 A case where a brushless DC servomotor to which the present invention is applied is cut along a plane including an axis line FIG.

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Abstract

　扁平・中空型ブラシレスサーボモータ（１）は、扁平な円筒形状をしたモータハウジング（２）と、その両端板部分（２２、２３）の中心に形成したハウジング貫通孔（２２ａ、２３ａ）と、これら貫通孔から両端部分の一部が露出しているロータシャフト（４１）と、この中心を貫通して延びる工具取り付け孔（４３）と、モータハウジング（２）の両端板部分（２２、２３）の外側表面において、これらの肉厚を薄くすることにより形成したワーク進入用凹部（２４、２５）とを有している。狭い間隔で対峙している対峙部分を備えた形状のワークを、その対峙部分をワーク進入用凹部に沿ってモータ（１）の外側から中心側に進入させ、その中心に取り付けてある工具によって対峙部分に加工を施すことができる。  

Description

明 細 書
工具取り付け孔を備えた扁平 ·中空型ブラシレスサーボモータ
技術分野
[0001] 本発明は、ロータとしてリングマグネットが用いられている SPMタイプのブラシレス サーボモータに関し、特に、軸線方向の長さが短レ、、工具取り付け孔を備えた扁平- 中空型のブラシレスサーボモータに関するものである。 背景技術
[0002] 中空型のブラシレスサーボモータとしては、例えば下記の特許文献 1に記載されて いるものがある。このモータでは、モータ出力軸の後端部分にエンコーダが配置され 、中空のモータ出力軸の先端部分が減速機を介して負荷側に連結されるように構成 されている。
特許文献 1 :実開平 3-54352号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] 本発明の課題は、モータ回転軸に工具を直接取り付け、その両側からワークを押し 付けて所定の加工を行う用途に適した扁平 ·中空型ブラシレスサーボモータを提案 することにある。
課題を解決するための手段
[0004] 本発明の扁平.中空型ブラシレスモータは、
両端が封鎖された扁平な筒状のモータハウジングと、
前記モータハウジングの両側の第 1および第 2の端板部分の中心にそれぞれ形成 した第 1および第 2のハウジング貫通孔と、
前記第 1および第 2のハウジング貫通孔から両端部分の一部がそれぞれ露出して レ、るロータシャフトと、
前記ロータシャフトの中心を貫通して延びる工具取り付け孔と、
前記モータハウジングの前記第 1および第 2の端板部分の外側表面にそれぞれ形 成された第 1および第 2のワーク進入用凹部とを有し、 前記第 1のワーク進入用凹部は、前記第 1の端板部分の外側表面において、前記 第 1のハウジング貫通孔を包含する円形の領域および、当該領域に連続して前記モ ータハウジングの外周縁まで延びている半径方向に延びる所定幅の領域に形成され ており、
前記第 2のワーク進入用凹部は、前記第 2の端板部分の外側表面において、前記 第 2のハウジング貫通孔を包含する円形の領域および、当該領域に連続して前記モ ータハウジングの外周縁まで延びている所定幅の領域に形成されていることを特徴と している。
[0005] ここで、前記工具取り付け孔を六角形などの多角形断面とすることが望ましい。
[0006] また、前記ロータシャフトの軸線方向の最大長さを、前記モータハウジングの両側 の前記第 1および第 2の端板部分における前記第 1および第 2のワーク進入用凹部 の底面間の厚さ以下とすることが望ましい。
[0007] さらに、前記モータハウジングの外周面から半径方向の外側に延びるリード線引き 出し部を有し、前記モータハウジングの前記第 1あるいは第 2の端板部分の内側表面 に形成した凹溝に沿って配置したリード線を前記リード線引き出し部に引き出すよう にすることが望ましい。
[0008] さらにまた、モータ磁極位置を検出するための検出機構を、前記ロータシャフトの一 方の端面に配置した FGマグネットと、前記モータハウジングにおける前記 FGマグネ ットに対峙している前記第 1あるいは第 2の端板部分の内側表面部分に配置したホー ル素子などの磁気センサから構成することが望ましい。
発明の効果
[0009] 本発明のブラシレスサーボモータでは、モータハウジングの両側の端板部分の外 側表面に半径方向に延びる第 1、第 2のワーク進入用凹部が形成され、これらの凹部 が形成されている部分が、モータハウジングにおける軸線方向の厚さが最も薄い部 分となっている。また、モータハウジング内に納まる長さのロータシャフトの中空部を 工具取り付け孔として利用しているので、工具取り付け部がモータハウジングの両側 力 軸線方向には突出していなレ、。リード線引き出し部がモータハウジングの外周面 力 半径方向に延びており、やはりモータハウジングの両端から軸線方向には突出 していない。モータハウジング内においては、モータハウジングの端板部分を薄肉と することにより形成した凹溝に沿ってリード線を引き出すようにしているので、リード線 の引き出しスペースがモータハウジングの両端から軸線方向には突出していない。こ れに加えて、検出機構の構成部品の配置スペースもモータハウジング内において、 第 1あるいは第 2の端板部分とロータシャフトの端面との隙間を利用している。従って 、本発明によれば、極めて扁平な工具取り付け孔を備えた中空型のブラシレスサー ボモータを実現できる。
[0010] よって、本発明の工具取り付け孔を備えたブラシレスサーボモータは、次のように狭 い間隔で対峙している対峙部分を備えたワークにおける当該対峙部分に所定の加 ェを施すカ卩ェ器具として用いるのに適している。すなわち、ブラシレスサーボモータ の厚さは薄いので、ワークにおける狭い間隔で対峙している対峙部分の間に挿入す ることが可能である。ブラシレスサーボモータのロータシャフトに工具を取り付け、この 状態で、モータの半径方向の外側から中心の工具に向けて、ワークの対峙部分を第 1、第 2のワーク進入用凹部に沿って進入させると、対畤部分の先端部を工具に押し 付けることができる。この状態で、ブラシレスサーボモータを回転駆動させて、工具に よりワークの対畤部分に対して所定の加工を施すことができる。
発明を実施するための最良の形態
[0011] 以下に、図面を参照して、本発明を適用した SPMタイプのブラシレス DCサーボモ ータを説明する。
[0012] 図 1は本実施の形態に係るブラシレス DCサーボモータをその軸線を含む面で切断 した場合の断面図であり、図 2は図 1の矢印 Aの方向から見た場合の端面図であり、 図 3は図 1の矢印 Bの方向から見た場合の端面図である。ブラシレス DCサーボモー タ 1は両端が封鎖された扁平な円筒状のモータハウジング 2を有し、このモータハウ ジング 2の内部には、ステータアセンブリ 3およびロータアセンブリ 4が同芯状態に組 み込まれている。
[0013] ステータアセンブリ 3は、磁性材料からなるリングコア 31と、インシユレータ 32を介し てリングコア 31の突極部分に巻き付けた駆動コイル 33を備えており、モータハウジン グ 2の円筒状胴部 21の内周面に同軸状態に取り付けられている。本例では 20極 24 スロット構成とされている。
[0014] ロータアセンブリ 4はステータアセンブリ 3の内側に同芯状態で配置されており、中 空型のロータシャフト 41と、このロータシャフト 41の円形外周面に固定したリングマグ ネット 42とを備えており、リングマグネット 42は僅かの隙間を介してステータアセンブリ 3に対峙している。ロータシャフト 41は、中心に工具取り付け孔 43が貫通している内 周側部分 44と、ステータアセンブリ 3に対峙している外周側部分 45と、これらの間を 繋ぐ細幅部分 46とを備えた断面形状をしており、細幅部分 46の両側に形成された 円環状凹部にボールベアリング 47、 48が配置されている。ボールベアリング 47の外 側にはオイルシール 49が配置されている。これらのボールベアリング 47、 48を介し て、ロータアセンブリ 4がモータハウジング 2に回転自在の状態で支持されている。本 例では、ロータシャフト 41に形成した工具取り付け孔 43は、第 1の端板部分 22の側 が大径部分 43aとされ、第 2の端板部分 23の側の部分 43bがこれよりも小径の六角 形断面とされている。
[0015] 上記のように、モータハウジング 2は、円筒状胴部 21と、この両端を封鎖している端 板部分 22および端板部分 23とを有しており、これらの端板部分 22、 23の中心には 円形貫通孔 22a、 23aが形成されている。これらの円形貫通孔 22a、 23aから、ロータ シャフト 41の内周側部分 45の両端面 45a、 45bがそれぞれ露出している。端板部分 22および 23の外側表面において、円形貫通孔 22a、 23aを包含する円形の領域、 およびこれらの円形の領域に連続して端板部分外周縁まで半径方向に延びてレ、る 領域には、一定深さの第 1および第 2のワーク進入用凹部 24、 25が形成されている。 これらのワーク進入用凹部 24、 25は、端板部分 22、 23を一定の幅で薄肉とすること により形成されたものである。ロータシャフト 41の軸線方向の長さは、これらワーク進 入用凹部 24、 25の底面間の厚さ以下とされており、本例では、凹部 24、 25の底面 に、ロータシャフト 41の両端面がほぼ一致している。
[0016] 次に、ロータシャフト 41の外周側部分 44におけるモータハウジング 2の端板部分 2 2に対峙している円環状端面 44aには、リング状の FGマグネット 51が取り付けられて いる。この FGマグネット 51に対峙する端板部分 22の内側の表面部分には円周方向 に沿って 3個のホール素子 52が配列されたセンサ基板 53が取り付けられてレ、る。こ れら FGマグネット 51とホール素子 52により磁極位置検出機構 5が構成されている。
[0017] ここで、駆動コイル 33およびセンサ基板 53からのリード線引き出し部 6は、モータハ ウジング 2の円筒状胴部 21の外周面部分から半径方向の外側に突出しており、モー タハウジング 2の軸線 laの方向の厚さ寸法に納まる厚さとされている。また、センサ基 板 53からリード線を引き出すために、モータハウジング 2の端板部分 22の内側表面 には肉厚を薄くすることにより形成したリード線引き出し用凹溝 26が形成されている。
[0018] なお、本例のモータハウジング 2は、円筒状胴部 21と端板部分 23がー体形成され ており、円筒状胴部 21の円環状端面に端板部分 22が締結固定された構造とされて いる。また、円筒状胴部 21の外周面部分からは半径方向の外側に向けて取り付け用 フランジ 27が延びており、この取り付け用フランジ 27によって、モータ 1が固定側部 分（図示せず）に固定される。さらに、端板部分 23の外側表面 23bは、放射状に凹凸 面が付けられた放熱面とされてレ、る。
[0019] このように構成したブラシレス DCサーボモータ 1では、扁平な円筒形状のモータハ ウジング 2内にモータ構成部品が組み込まれ、その端板部分 22、 23の中心貫通孔 2 2a、 23aから露出しているロータシャフト 41の工具取り付け孔 43に対して直接にェ 具（図示せず）を取り付け可能である。また、モータハウジング 2の両端板部分 22、 23 の外側面にワーク進入用凹部 24、 25を形成することにより、モータハウジング 2に、 軸線 laの方向の厚さが薄い部分を形成し、モータハウジング 2の軸線方向の幅よりも 狭い間隔の対畤部分を備えたワーク（図示せず）を半径方向の外側からロータシャフ ト 41の工具取り付け孔 43の両端部分に進入させることを可能としてある。
[0020] さらに、モータハウジング 2の端板部分 22の肉厚を薄くして、リード線引き出し用の 凹溝 26を形成し、リード線引き出し部 6をモータハウジング 2の厚さ寸法内に納めるよ うにしている。また、磁極位置検出機構 5を、トルク発生部分（ロータアセンブリ 4とステ ータアセンブリ 3が対峙している部分）よりも半径方向の内側に配置し、力かる機構に よって、モータ軸線方向の長さが長くならないようにしている。従って、極めて扁平な 中空型のブラシレス DCサーボモータを実現できる。
図面の簡単な説明
[0021] [図 1]本発明を適用したブラシレス DCサーボモータの軸線を含む面で切断した場合 の断面図である。
園 2]図 1のモータを矢印 Aの方向から見た場合の端面図である。 園 3]図 1のモータを矢印 Bの方向から見た場合の端面図である。 符号の説明
1 モータ
2 モータハウジング
21 円筒状胴部
22、 23 端板部分
22a, 23a 貫通孑し
24、 25 ワーク進入用凹部
26 リード線引き出し用凹溝
27 取り付け用フランジ
3 ステータアセンブリ
31 リングコア
33 駆動コイル
4 ロータアセンブリ
41 ロータシャフト
42 リングマグネット
43 工具取り付け孔
47、 48 ボーノレべアリング
5 磁極位置検出機構
51 FGマグネット
52 ホール素子
6 リード線引き出し部

Claims

請求の範囲
[1] 両端が封鎖された扁平な筒状のモータハウジングと、
前記モータハウジングの両側の第 1および第 2の端板部分の中心にそれぞれ形成 した第 1および第 2のハウジング貫通孔と、
前記第 1および第 2のハウジング貫通孔から両端部分の一部がそれぞれ露出して いるロータシャフトと、
前記ロータシャフトの中心を貫通して延びる工具取り付け孔と、
前記モータハウジングの前記第 1および第 2の端板部分の外側表面にそれぞれ形 成された第 1および第 2のワーク進入用凹部とを有し、
前記第 1および第 2のワーク進入用凹部は、それぞれ、前記第 1および第 2のハウ ジング貫通孔を包含すると共に、これらのハウジング貫通孔から前記モータハウジン グの外周縁まで延びている所定幅の凹部である扁平 ·中空型ブラシレスサーボモー タ。
[2] 請求項 1において、
前記工具取り付け孔は六角形などの多角形断面である扁平 ·中空型ブラシレスサ ーボモータ。
[3] 請求項 1または 2において、
前記ロータシャフトの軸線方向の最大長さは、前記モータハウジングの両側の前記 第 1および第 2の端板部分における前記第 1および第 2のワーク進入用凹部の底面 間の厚さ以下とされている扁平 ·中空型ブラシレスサーボモータ。
[4] 請求項 1、 2または 3において、
前記モータハウジングの外周面から半径方向の外側に延びるリード線引き出し部を 有しており、
前記モータハウジングの前記第 1あるいは前記第 2の端板部分の内側表面に形成 した凹溝に沿って配置したリード線が前記リード線引き出し部に引き出されている扁 平'中空型ブラシレスサーボモータ。
[5] 請求項 1、 2、 3または 4において、
モータ磁極位置を検出するための検出機構を有し、 前記検出機構は、前記ロータシャフトの一方の端面に配置した FGマグネットと、前 記モータハウジングにおける前記 FGマグネットに対峙している前記第 1あるいは第 2 の端板部分の内側表面部分に配置したホール素子などの磁気センサとを備えている 扁平.中空型ブラシレスサーボモータ。
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