JPH062451Y2 - エンコ−ダ付き電動機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、電動機の回転軸の回転角度を検出するエンコ
ーダが電動機の端部に取り付けられてなるエンコーダ付
き電動機に関するものである。

［従来の技術］ ロボットの制御等に用いられる、サーボモータ等の精密
制御用の電動機では、電動機の回転角度を検出するため
にエンコーダを備えている。現在利用されているエンコ
ーダとしては、光を利用する光電型エンコーダ及び磁気
を利用する磁気エンコーダ等があるが、これらのエンコ
ーダの構成部品には半導体素子が多く使用されている。

殆どのエンコーダは、ホコリ、油、湿気等によって誤動
作を起すため、収納ケースはホコリ、油等が侵入しない
ように略密閉した状態でエンコーダを収納するようにし
て電動機のブラケットの出力軸が突出する側の端部に取
り付けられている。

しかしながら、一般的な半導体素子の許容周囲温度は、
最大で７０℃前後であり、半導体素子を含むエンコーダ
で周囲温度が高くなればなるほど寿命が短くなるという
問題がある。

そこで従来から、収納ケース内の温度を下げるための様
々な工夫がなされている。例えば第３図に示す従来の電
動機では、電動機ブラケット１の端部１ａに断熱スペー
サ２′を介して収納ケース３を取り付けている。収納ケ
ース３内には、電動機の出力軸４の回転角度を検出する
ための光電型エンコーダ５が収納されている。断熱スペ
ーサ２′の形状は、電動機側からの熱が主としてブラケ
ット１の端部１ａの端面１ａ1から収納ケース３内に伝
達されるため、端１ａ1を覆って熱の伝達を阻止するよ
うに平板状に形成されている。

［考案が解決しようとする問題点］ しかしながら、断熱スペーサ２′を用いても、収納ケー
ス３内の温度が半導体素子の許容範囲温度を越えること
がある。これは断熱性を有する材料で断熱スペーサ２′
を形成しても、完全に熱の伝達を遮断できるわけではな
く、ある程度の熱は断熱スペーサ２′を通して伝達され
るからである。

例えば厚みが約１００mmの断熱スペーサ２′を用いて定
格７００Ｗのサーボモータを定格トルク１００％で長時
間運転したところ、電動機の周囲温度に対する収納ケー
ス３内の温度の上昇分（最高温度）は周囲温度にも左右
されるが、おおむね３５℃〜４５℃程度になることが確
認された。もしこのときの周囲温度が３０℃であるとす
ると、収納ケース３内の最高温度は半導体素子の許容周
囲温度を越えることになる。

断熱スペーサ２′の厚みを大きくすれば、収納ケース３
内の温度上昇を大幅に下げることができるが、収納ケー
ス３を含めた電動機の長さが著しく長くなるため、小形
の装置には到底使用することができない。そこで従来
は、定格以下で電動機の運転を行って電動機の発熱温度
を下げるようにしている。そのため、従来は電動機を定
格トルクで使用することができないため、必要以上に大
きな電動機を使用しなければならず、電動機の小型化及
び価格の低減化を図ることができないという問題があっ
た。

本考案の目的は、電動機の全長を余り長くすることなく
電動機をより大きなトルクで運転することができるエン
コーダ付き電動機を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本考案は、その実施例を示す第１図及び第２図に見られ
るように、電動機の端部１ａに断熱スペーサを介して取
り付けられた収納ケース３内に出力軸４の回転角度を検
出するエンコーダ５が略密閉した状態で収納されてなる
エンコーダ付き電動機において、新規な構成の断熱スペ
ーサ２を用いることにより、上記問題点を解決する。

本考案で用いる断熱スペーサ２は、電動機の出力軸４の
一部を回動自在に収容する管状部２ａを備えている。そ
して管状部２ａはその外周面２ａ2が電動機の端部１ａ
及び収納ケース３のそれぞれの外周面１ａ2及び３ｂよ
りも径方向内側に位置するように形成されている。

本願明細書において、「電動機」の語はサーボモータに
限られず、エンコーダが取り付けられるすべての型式の
電動機を包含するものである。また「エンコーダ」の語
は、構成部品の少なくとも一部に半導体素子を用いた全
ての種類のエンコーダを包含するものである。

［考案の作用］ 本考案では、断熱スペーサ２の管状部２ａの外周面２ａ
2を電動機の端部１ａの外周面１ａ２及び収納ケース３
の外周面３ｂの外周面よりも径方向内側に位置させてい
るため、管状部２ａの外周面２ａ2と、電動機の端部１
ａの端面１ａ1と収納ケース３の電動機側の端面２ｂ11
とによって囲まれる空気流路を電動機と収納ケース３と
の間に形成している。この空気流路は、電動機の端面１
ａ1からの熱の伝達を阻止するとともに、電動機の端面
１ａ1からの熱の放散を促進する。

すなわち、断熱スペーサ２の管状部２ａの外周面２ａ2
よりも外側に位置する収納ケース３の電動機側の端面２
ｂ11は、熱伝達度の小さい空気層を介して電動機の端面
１ａ1と対向するので、電動機側からの熱伝達を大幅に
減少させることができる。また、例えば、電動機を横置
きにして使用する場合、加熱されて上方に移動する空気
は空気流路を通って流れるため、電動機の端面１ａ1か
ら有利に熱を放散させることができる。また、電動機が
配置される装置内に多少の空気の流れが生じると、空気
流路が煙突効果を発揮して、空気流路には空気の流れが
生じるため、電動機からの熱の放散を促進する。

［実施例］ 以下図面を参照して、本考案の一実施例を詳細に説明す
る。

第１図において、第３図に示した従来の電動機と同じ部
材には、第３図に示した符号と同じ符号を付してある。

本実施例の電動機はサーボモータであり、金属製のブラ
ケット１の端部１ａの外周にはブラシホルダ７が略等間
隔で複数個設けられている。断熱スペーサ２は、耐熱性
を有し且つ熱変形の少ない断熱性の樹脂材料、例えば米
国のフィリップス・ペトローリアム社が商標「ライト
ン」の名前で製造しているＰＰＳ樹脂を用いて形成され
る。

断熱スペーサ２は、第２図Ａ及びＢに示す通りの形状を
呈しており、出力軸４の基部を回動自在に収容する円筒
状の管状部２ａと収納ケース３が取り付けられる円盤状
の板状部２ｂと、板状部２ｂの管状部２ａ側の端面に管
状部２ａの回りを囲むように略等間隔に固設された柱状
部２ｃとから構成される。

管状部２ａの一方の端部には、環状の段部２ａ1が形成
されており、この段部２ａはブラケット１の端部１ａに
設けられた円柱状の凸状部１ａと嵌合される。この様に
管状部２ａの段部２ａとブラケット１の凸状部１ａ２と
を嵌合させて、外部からのホコリや油の侵入を阻止して
いる。

管状部２ａの他方の端部には、板状部２ｂが一体に設け
られており、板状部２ｂの管状部２ａ側の外周には環状
の鍔部２ｂ1が設けられ、板状部２ｂの中央には、電動
機の出力軸４が回動自在に貫通する貫通孔２ｂ２が形成
されている。また板状部２ｂの、管状部２ａ側の端面２
ｂ11には管状部２ａの周りに等間隔で４本の柱状部２ｃ
…が板状部２ｂと一体に設けられている。

そして柱状部２ｃと板状部２ｂとを貫通するようにネジ
取付孔２ｃ1が形成されており、ブラケット１の端部１
ａに設けた図示しないネジ孔部とネジ取付孔２ｃ1とを
整合させてネジを螺入させて遮断スペーサ２は電動機の
ブラケット１にしっかりと固定されている。尚本実施例
では、遮断スペーサ２の板状部２ｂが収納ケース３の開
口部を塞ぐ蓋部材を兼ねており、言い替えれば板状部２
ｂは収納ケース３の一部を構成している。

本実施例では、管状部２ａの外周面２ａ2が、収納ケー
ス３の外周面３ｂ及び電動機のブラケット１の外周面１
ａ3よりも、径方向内側に位置するように管状部２ａを
形成してある。従って、断熱スペーサ２の管状部２ａの
外周面２ａ2よりも外側に位置する板状部２ｂの端面２
ｂ１１（収納ケースの電動機側の端面）を熱伝導度の小
さい空気層を介して電動機のブラケット１の端面１ａ1
と対向させることができ、電動機側からの熱伝達をかな
り減少させることができる。

またこのようにすると、電動機のブラケット１の端面１
ａ1と、板状部２ｂの端面２ｂ11と管状部２ａの外周面
２ａ2との間に、煙突効果を発揮する空気流路を形成す
ることができる。例えば、電動機を横置きにして使用す
る場合、加熱されて上方に移動する空気はこの空気流路
を通り、電動機のブラケット１の端面１ａ1から有効に
熱を放散させる。また、電動機が配置される装置内に多
少の空気の流れが生じた場合にも、空気流路が煙突効果
を発揮して、空気流路に空気の流れが生じるため、電動
機からの熱の放散を促進する。

尚管状部２ａの厚み及び柱状部２ｃの断面積は、機械的
強度を著しく弱めない程度に小さくすることが好まし
い。これは断熱性を有する樹脂で断熱スペーサ２を形成
しても、完全に熱の伝達を断熱できるわけではなく、あ
る程度の熱はスペーサ２を通して伝達されるからであ
る。

収納ケース３は、熱伝達の良好な材料である金属板をプ
レス成形により椀状に成形して形成されている。椀状の
収納ケース３の開口部の周縁部には断熱スペーサ２の板
状部２ｂの鍔部２ｂ1と当接するフランジ部３ａが設け
られている。

収納ケース３と断熱スペーサ２の板状部２ｂとにより囲
まれる空間内には、光電型エンコーダ５及びエンコーダ
５の出力信号を処理する信号処理回路等が収納されてい
る。光電型エンコーダ５は、発光素子５ａ、受光素子５
ｂ及びスリット板５ｃとから構成される。受光素子５ｂ
は環状の半導体基板上に等間隔で複数の受光素子体を形
成することにより構成され、断熱スペーサ２の板状部２
ｂの収納ケース３側の端面上に固設された円筒状の取付
部８の環状凹部８ａ内に位置決め固定されている。この
取付部８は、断熱スペーサと同様に断熱性のある樹脂に
より形成されており、断熱スペーサを製造する際に断熱
スペーサ２と一体に成形することができる。

発光素子５ａ及び信号処理回路を構成する半導体素子
は、取付部８に突設された固定部材８ｂに固定された回
路基板９上に取り付けられる。一般的に、発光素子５ａ
は発光ダイオードにより構成される。スリット板５ｃ
は、電動機の出力軸４に固定された金属製のボス１０に
固定されている。スリット板５ｃは環状のガラス板に複
数のスリット５を形成して構成される。

第３図の場合と同様に、定格７００Ｗのサーボモータを
用いて、モータを連続運転したときの周囲温度に対する
収納ケース３内の平均上昇温度を測定したところ、従来
の電動機と比べて温度上昇分を５〜１０℃程度下げるこ
とができることが確認された。このときに使用した、断
熱スペーサ２の厚み（管状部２ａの高さと板状部２ｂの
厚みを足した値）は約２０mmであった。尚二点鎖線で示
したように、収納ケース３の外周面３ｂに放熱フィン１
１を設ければ、収納ケース３内の温度上昇分を更に下げ
ることができ、放熱フィン１１の枚数を増やせば、定格
トルク１００％で電動機を支障なく運転できる。

上記実施例においては、断熱スペーサ２を管状部２ａと
板状部２ｂとにより構成したが、収納ケース３の開口部
を塞ぐ蓋部材が別個に設けられている場合には、断熱ス
ペーサ２を管状部２ａのみによって構成することができ
る。尚この場合には管状部２ａの収納ケース３側の端部
と蓋部材とを接着等の適宜の手段を用いて相互に連結す
ればよい。

また上記実施例では、管状部２ａを円筒状に形成してあ
るが、出力軸４を回動自在に収容できる形状であれば、
いかなる形状であってもよく、角柱状であってもよいの
は勿論である。

更に上記実施例では、位置決めの精度を高めるために、
断熱スペーサ２の板状部２ｂに４本の柱状部２ｃ…を固
設したが、この柱状部は必ずしも必要なものではない。

尚上記実施例においては、エンコーダとして光電型エン
コーダを用いたが、検出素子としてホール素子を用いる
磁気エンコーダ等が用いられる場合にも、本考案を適用
できる。また電動機は、サーボモータに限られず、全て
の電動機に本考案を適用できる。

また上記実施例においては、断熱スペーサ２の管状部２
ａを電動機のブラケット１の端面１ａ1に固定している
が、電動機の鉄心の端部に管状部２ａを固定してもよい
のは勿論である。

［考案の効果］ 本考案によれば、断熱スペーサの管状部の外周面を電動
機の端部及び収納ケースのそれぞれの外周面よりも径方
向内側に位置させて、管状部の外周面と、電動機の端部
の端面と収納ケースの電動機側の端面とによって囲まれ
る空気流路を電動機と収納ケースの間に形成したので、
電動機の端面からの熱の伝達を抑制できるとともに、電
動機の端面からの熱の放散を促進することできる。した
がって、本考案によれば、電動機の全長を余り長くする
ことなく電動機をより大きなトルクで運転することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の電動機の一実施例の概略部分断面図
であり、第２図Ａ及びＢはぞれぞれ第１図の実施例で用
いる断熱スペーサの平面図及び部分断面図、第３図は従
来の電動機の構造を示す概略部分断面図である。 １…ブラケット、２…断熱スペーサ、３…収納ケース、
４…出力軸、５…エンコーダ、７…ブラシホルダ、１１
…放熱フィン。

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】電動機の端部に断熱スペーサを介して取り
   付けられた収納ケース内に出力軸の回転角度を検出する
   エンコーダが略密閉した状態で収納されてなるエンコー
   ダ付き電動機において、 前記断熱スペーサは、前記電動機の前記出力軸の一部を
   回動自在に収容する管状部を備え、該管状部はその外周
   面が前記電動機の前記端部及び前記収納ケースのそれぞ
   れの外周面よりも径方向内側に位置するように形成され
   ていることを特徴とするエンコーダ付き電動機。
2. 【請求項２】前記断熱スペーサは、前記収納ケース側の
   端部に該収納ケースの蓋部材を構成する板状部を有して
   おり、該板状部を前記電動機の前記端部に対して支持す
   る複数個の柱状部が前記板状部と前記端部との間に設け
   られていることを特徴とする実用新案登録請求の範囲第
   １項に記載のエンコーダ付き電動機。
3. 【請求項３】前記管状部、前記板状部及び前記柱状部
   は、断熱性樹脂材料により一体に形成されていることを
   特徴とする実用新案登録請求の範囲第２項に記載のエン
   コーダ付き電動機。
4. 【請求項４】前記収納ケースは熱伝導の良好な材料から
   形成され、該収納ケースの前記外周面には、放熱用フィ
   ンが固設されていること特徴とする実用新案登録請求の
   範囲第２項に記載のエンコーダ付き電動機。