JP2007124854A - Direct drive motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ出力軸の精度(例えば、平行度、回転時の振れ精度)が高く且つ放熱性に優れた高い剛性のダイレクトドライブモータに関する。 The present invention relates to a high-rigidity direct drive motor having high accuracy (for example, parallelism and runout accuracy during rotation) of a motor output shaft and excellent heat dissipation.
従来から、例えば減速機構(例えば、減速ギヤ、伝動ベルトなど)を介在させること無く回転体に回転力をダイレクトに伝達し、当該回転体を所定方向に回転させる各種のダイレクトドライブモータが知られている(例えば、特許文献1参照)。ダイレクトドライブモータ(以下、DDモータと言う)としては、アウターロータ型とインナーロータ型とが知られているが、その一例として図4(a)に示すようなアウターロータ型のDDモータは、基台2に固定される環状のベース4と、ベース4に対して回転可能に支持された回転体6(モータ出力軸とも言う)と、ベース4と回転体6との間に組み込まれ、回転体6を所定方向に回転させるモータ8とを備えている。
Conventionally, for example, various direct drive motors that directly transmit a rotational force to a rotating body without a reduction mechanism (for example, a reduction gear, a transmission belt, etc.) and rotate the rotating body in a predetermined direction are known. (See, for example, Patent Document 1). As a direct drive motor (hereinafter referred to as a DD motor), an outer rotor type and an inner rotor type are known. As an example, an outer rotor type DD motor as shown in FIG. An annular base 4 fixed to the
基台2には、例えば平坦仕上げが施された固定面2sが形成されており、かかる固定面2sにDDモータのベース4が複数のボルト10で固定されるようになっている。この場合、ベース4には、その外周側に形成され且つ固定面2sに固定される環状の固定部4aと、その中心側に回転体(モータ出力軸)6の回転軸Rに沿って立ち上げられた中空の筒状部4bとが設けられており、固定部4aと筒状部4bとは、基台2の固定面2sに対向して延出した環状の連結部4cを介して一体化されている。なお、筒状部4bには、回転軸Rに沿って貫通した中空孔4hが形成されている。
The
また、固定部4aと筒状部4bと連結部4cとで囲まれた環状領域において、回転体6は、筒状部4bの外側を覆うような環状を成して対向配置されており、当該回転体6とベース4(例えば、筒状部4b)との間には、軸受12が介在されている。この場合、軸受12は、筒状部4bに構成された内輪押え4dと回転体6に構成された外輪押え6aとにより、所定の予圧が負荷された状態に維持されている。これにより回転体6は、ベース4に対して常時安定して且つ滑らかに回転可能に支持される。なお、回転体6には、各種ワーク(図示しない)がボルトなどで取り付けられるようになっており(図4(a)には、ボルト用の取付穴6bのみ示す)、回転体6の回転と共に各種ワークを所定方向に回転させることができる。
Further, in the annular region surrounded by the
また、内輪押え4dは、ベース4及び回転体6の配置構成や形状などに応じて、ベース4(筒状部4b)とは別体で形成しても良いし、或いは、ベース4(筒状部4b)と一体的に形成しても良い。同様に、外輪押え6aについても、回転体6とは別体で形成しても良いし、或いは、回転体6と一体的に形成しても良い。なお、軸受12としては、例えば玉軸受やころ軸受、クロスローラベアリングなどを適用することが可能であるが、ここでは特に限定しない。
Further, the
このようなベース4と回転体6との間に組み込まれたモータ8としては、例えばベース4(例えば、固定部4a)に沿って等配された電磁石(ステータ)8aと、当該電磁石8aに対向するように回転体6に等配された永久磁石(ロータ)8bとを備えて構成することができる。この構成において、電磁石8aに巻回されたコイル(図示しない)に電流を流すと、電磁石8aと永久磁石8bとの磁気相互作用により、フレミングの左手の法則に従って永久磁石8bを介して回転体6に回転力を与えることができる。これにより、回転体6を所定方向に回転させることができる。なお、モータ8は、ベース4(例えば固定部4a)にネジ止めされたモータカバー14により外界から隔離されて保護されている。
As the
また、ベース4(例えば、筒状部4b)と回転体6との間には、回転体6の回転状態(例えば、回転角度)を検出するセンサ16が設けられている。当該センサ16は、筒状部4bの上部に設けられた円板状のカバー18により外界から隔離されて保護されている。これにより、例えば、回転体6のワーク取付面6sに取り付けられた各種ワーク(図示しない)を所定の回転角度で高精度に位置決めしたり、或いは、当該ワークを所定の角度だけ正確に回転させたりすることが可能となる。なお、センサ16としては、例えば市販されているレゾルバなどの検出素子を適用すれば良い。
In addition, a
このようなDDモータは、例えば図4(b)に示すように、ベース4の固定部4aに形成されたボルト穴20を通して、基台2に形成された固定穴22にボルト10を捩じ込むことにより、基台2の固定面2sに固定することができる。ところで、工作機械などの分野では固定物を安定して固定するために、JIS規格(JIS B 6159)に基づいて、固定物の底面(固定面)を凹(へこ)ませた中凹(なかべこ)形状とすることが一般的である。このため、従来のDDモータにおいて、ベース4の底面4sは、中心側の部分が他の部分(外周側)よりも凹んだ中凹形状となっている。
In such a DD motor, for example, as shown in FIG. 4B, the
この場合、基台2にDDモータを固定した状態において(図4(a))、ベース4の底面4sと基台2の固定面2sとの間には、中凹形状の隙間が構成される。図の例のDDモータでは、ベース4の中心側の底面4sが最も凹んでおり、その外周側の底面4s(固定部4aの底面4s)が、ボルト10により基台2の固定面2sに固定されている。この場合、ベース4の底面4sと基台2の固定面2sとの間には、中心側の底面4sが固定面2sから最も離間した略円錐形状の隙間が構成される。
In this case, in a state where the DD motor is fixed to the base 2 (FIG. 4A), a hollow-shaped gap is formed between the
このような構成によれば、ベース4の底面4sと基台2の固定面2sとの間の隙間の大きさに応じて、ベース4が弾性変形し易い状態となり、これによりDDモータ全体の剛性(例えば、アキシアル剛性やモーメント剛性など)が低くなってしまう場合がある。このような剛性の低下は、ベース4の肉厚が薄くなるに従って大きくなり、このため、ベース4の肉薄化によるDDモータの薄型化には限界があった。
According to such a configuration, the base 4 is easily elastically deformed according to the size of the gap between the
このようにベース4が弾性変形し易い状態において、例えばワーク取付面6sに取り付けられたワークに外力が作用し、その外力が回転体6からベース4に伝達されると、当該外力の大きさに応じてベース4が弾性変形してしまう場合がある。この場合、ベース4に対して回転可能に支持された回転体6(モータ出力軸)は、ベース4の弾性変形量に応じて変位してしまう。これにより、例えば回転体6(モータ出力軸)の精度(例えば、平行度、回転時の振れ精度など)を高く維持することが困難になってしまう。
In this state where the base 4 is easily elastically deformed, for example, when an external force is applied to the work attached to the
また、基台2の固定面2sに対するDDモータ(ベース4)の底面4sの接触部分は、ベース4の外周側の底面4sのみであり、その中心側に向って底面4sが固定面2sから離間しているため、DDモータ駆動時の放熱性を向上させるには限界があった。即ち、DDモータから発生した熱は、ベース4の底面4sから基台2の固定面2sに伝導しようとするが、底面4sと固定面2sとの接触部分がベース4の外周側に限定されているため、かかる接触部分から放出される熱量には限界がある。このため、放出されずに残留した熱量によっては、DDモータの温度が上昇し、モータの駆動効率に熱的な影響を与える場合がある。
本発明は、このような問題を解決するためになされており、その目的は、モータ出力軸の精度が高く且つ放熱性に優れた高い剛性のダイレクトドライブモータを提供することにある。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a highly rigid direct drive motor with high accuracy of the motor output shaft and excellent heat dissipation.
このような目的を達成するために、本発明は、基台の固定面に対して底面を当て付けた状態で固定される環状のベースと、ベースに対して回転可能に支持された回転体と、ベースと回転体との間に組み込まれ、回転体を所定方向に回転させるモータとを備えており、ベースの底面は、少なくともその一部を他の部分よりも基台の固定面に向けて突出させた中高形状を成している。 In order to achieve such an object, the present invention includes an annular base that is fixed in a state where the bottom surface is applied to a fixed surface of a base, and a rotating body that is rotatably supported with respect to the base. And a motor that is incorporated between the base and the rotating body and rotates the rotating body in a predetermined direction. At least a part of the bottom surface of the base faces a fixed surface of the base more than other parts. It has a protruding middle and high shape.
その一例としてベースの底面は、その中心側の部分を他の部分よりも突出させた中高形状を成している。この場合、モータは、ベースに固定されたステータと、回転体に固定され且つステータに対して所定の隙間を成して対向したロータとを備えて構成されており、中高形状を成した底面の突出量は、ステータとロータとの隙間よりも小さく設定されている。 As an example, the bottom surface of the base has a middle-high shape in which a portion on the center side protrudes from other portions. In this case, the motor is configured to include a stator fixed to the base and a rotor fixed to the rotating body and facing the stator with a predetermined gap therebetween. The protrusion amount is set smaller than the gap between the stator and the rotor.
本発明によれば、モータ出力軸の精度が高く且つ放熱性に優れた高い剛性のダイレクトドライブモータを実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the highly rigid direct drive motor with the high precision of the motor output shaft and excellent heat dissipation is realizable.
以下、本発明の一実施の形態に係るダイレクトドライブモータについて、図1を参照して説明する。本実施の形態は、上述したダイレクトドライブモータ(図4)の改良であるため、以下では改良部分の説明にとどめる。なお、図4と同一の構成については、図面上で同一符号を付して、その説明を省略する。 Hereinafter, a direct drive motor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Since the present embodiment is an improvement of the above-described direct drive motor (FIG. 4), only the improved portion will be described below. In addition, about the structure same as FIG. 4, the same code | symbol is attached | subjected on drawing, and the description is abbreviate | omitted.
図1(b)に示すように、本実施の形態のダイレクトドライブモータ(以下、DDモータと言う)において、ベース4の底面4sは、少なくともその一部を他の部分よりも基台2の固定面2sに向けて突出させた中高形状を成している。図の構成例では、中高形状に突出させる部分の一例として、ベース4の底面4sのうち、その中心側の部分を他の部分よりも突出させている。具体的には、ベース4の底面4sにおいて、ベース4の中心側の中心部分P1を外周側の最外周部分P2よりも突出量Hだけ突出させている。この場合、中心部分P1は、筒状部4bにおける中空穴4hの底面側近傍であり、最外周部分P2は、環状の固定部4aの底面側外周である。
As shown in FIG. 1 (b), in the direct drive motor (hereinafter referred to as a DD motor) of the present embodiment, the bottom 4s of the base 4 is fixed to the
このような構成において、DDモータを基台2に固定する際には、まず、ベース4の底面4sを基台2の固定面2sに当て付けた状態に位置付ける。その際、中高形状に突出した中心部分P1が基台2の固定面2sに当て付けられ、最外周部分P2は固定面2sから若干離れた状態となる。この状態において、ボルト10をベース4の外周側(固定部4a)のボルト穴20を通して基台2の固定穴22に捩じ込んでいくと、これにより最外周部分P2には、当該最外周部分P2を固定面2s方向に押圧する力が作用する。
In such a configuration, when the DD motor is fixed to the
このとき作用した押圧力は、固定面2sに当て付けられた中心部分P1に伝わり、当該中心部分P1を固定面2sに圧接させるが、かかる圧接力に対する反力が固定面2sから中心部分P1に働くことで、その反力の大きさに応じてベース4が弾性変形する。これにより、中心部分P1が凹んで(或いは、最外周部分P2が固定面2s方向に変位して)、最外周部分P2の底面4sが固定面2sに圧接する。
The pressing force acting at this time is transmitted to the central portion P1 applied to the fixed
本実施の形態のDDモータにおいて、ベース4は、外周側の固定部4a及び中心側の筒状部4bが比較的厚肉に成形され、固定部4aと筒状部4bとの間に環状に延出した連結部4cが比較的薄肉に成形されている。この場合、ベース4は、環状の連結部4cで囲まれた範囲が弾性変形し易い構造を成し、その範囲内における中心部分P1の底面4sが中高形状に突出している。このような構造によれば、上述したように反力が中心部分P1に働いた際、連結部4cが弾性変形することにより、中心部分P1が凹んで(或いは、最外周部分P2が固定面2s方向に変位して)、最外周部分P2の底面4sが固定面2sに圧接する。
In the DD motor of the present embodiment, the base 4 is formed such that the outer peripheral
そして、図1(a)に示すように、最外周部分P2の底面4sを固定面2sに圧接させた状態において、ベース4の底面4sは、その全体が基台2の固定面2sに対して隙間無く密着する。このとき、ベース4の底面4s全体が基台2の固定面2sで均一且つ安定して支持された状態となり、これにより、DDモータ全体の剛性(例えば、アキシアル剛性やモーメント剛性など)を高く維持することができる。この場合、例えばワーク取付面6sに取り付けられたワークに外力が作用し、その外力が回転体6からベース4に伝達されても、ベース4が弾性変形することが無いため、ベース4に対して回転可能に支持された回転体6(モータ出力軸)を、常に一定の精度(例えば、平行度、回転時の振れ精度など)に維持することができる。
As shown in FIG. 1A, the
また、このようにDDモータを基台2に固定した状態において、ベース4の底面4s全体を基台2の固定面2sで均一に支持することができるため、ベース4の肉薄化を図ることが可能となり、その結果、DDモータの薄型化を実現することができる。
更に、基台2の固定面2sに対するDDモータ(ベース4)の底面4sの接触部分は、ベース4の底面4s全体となるため、DDモータから発生した熱をベース4の底面4s全体から基台2の固定面2sに効率良く伝導(放熱)させることができる。この結果、DDモータの温度上昇を効果的に抑えられるため、モータの駆動効率に熱的な影響を与えることは無い。
Further, in this state where the DD motor is fixed to the
Furthermore, since the contact portion of the
また、DDモータを基台2に固定する際に、ベース4を弾性変形させたことで、その弾性変形に応じてボルト穴20とボルト10との接触圧を高めることが可能となり、これにより基台2の固定穴22に捩じ込まれたボルト10を緩み難くすることができる。この結果、DDモータを堅牢に基台2に固定することが可能となる。
更に、底面4sを中高形状にしたベース4は、底面4sを中凹形状にしたベース4(図4)に比べて製造プロセス(例えば、底面4sの施削加工)が容易となるため、DDモータの製造コストを大幅に低減することができる。
Further, when the DD motor is fixed to the
Furthermore, since the base 4 with the
このような効果は、例えば図3(a),(b)に示すような各実施例に係るDDモータにも同様の効果として実現される。図3(a)に示す第1実施例において、DDモータは、基台2の固定面2s上に搭載されており、回転体6のワーク取付面6sには、被加工品としてのワークWが取り付けられている。そして、回転体6と共にワークWを回転させながら、当該ワークWに対して例えば回転式グラインダ24を押し付けて、ワーク表面Wsに削り加工を施すようになっている。
Such an effect is also realized as a similar effect in the DD motor according to each embodiment as shown in FIGS. 3A and 3B, for example. In the first embodiment shown in FIG. 3A, the DD motor is mounted on the fixed
図3(a)の例において、回転体6を介してベース4には、グラインダ24の押圧力が作用することになるが、このような場合でも上述した実施の形態と同様に、DDモータ全体の剛性(例えば、アキシアル剛性やモーメント剛性など)を高くすることができる。更に、回転体6(モータ出力軸)の精度を高く維持できると共に、優れた放熱性を確保することができる。
In the example of FIG. 3A, the pressing force of the
一方、図3(b)に示す第2実施例において、DDモータは、基台2の固定面2sから吊り下げられた状態に構成されており、回転体6のワーク取付面6sには、ワーク搬送用構造体26が取り付けられている。この場合、ワーク搬送用構造体26には、その下端面に複数の搬送アーム26aが設けられており、例えば球状のワークWを搬送アーム26aに保持した状態で、回転体6と共にワーク搬送用構造体26を回転させることにより、ワークWを矢印T方向に搬送させることができるようになっている。
On the other hand, in the second embodiment shown in FIG. 3 (b), the DD motor is configured to be suspended from the fixed
図3(b)の例において、回転体6を介してベース4には、ワーク搬送用構造体26やワークWなどの引張力(重力)が作用することになるが、このような場合でも上述した実施の形態と同様に、DDモータ全体の剛性(例えば、アキシアル剛性やモーメント剛性など)を高くすることができる。更に、回転体6(モータ出力軸)の精度を高く維持できると共に、優れた放熱性を確保することができる。
In the example of FIG. 3B, the tensile force (gravity) of the
また、上述した実施の形態や第1及び第2実施例において、ベース4は、環状の連結部4cで囲まれた範囲が弾性変形し易い構造を成しているため、その範囲内における中心部分P1の底面4sを中高形状に突出させたが、これに限定されることは無く、DDモータの種類やベース4の形状、肉厚の変化状態に応じて、中高形状に突出させる部分や突出量Hを任意に設定することができる。例えば弾性変形し易い範囲がベース4の中心側からずれている場合には、それに合わせて突出部分をずらせば良い。また、弾性変形し易い範囲が複数箇所に点在している場合には、それに合わせて複数箇所を突出させるようにしても良い。
In the above-described embodiment and the first and second examples, the base 4 has a structure in which the range surrounded by the annular connecting
ところで、DDモータを基台2に固定する際に、突出量Hに応じてベース4が弾性変形するが、その変形量についてはDDモータの内部構造で吸収する必要がある。別の言い方をすると、ベース4が弾性変形した場合、その変形量(突出量H)によってDDモータの内部構造が互いに干渉(接触)し合わないようにする必要がある。この場合、モータ8において、電磁石(ステータ)8aと永久磁石(ロータ)8bとの間には隙間Gが形成されているため、中高形状を成した底面4sの突出量Hをステータ8aとロータ8bとの隙間Gよりも小さく設定することで、当該突出量Hに応じてベース4が弾性変形しても、その変形量を隙間Gで吸収することができる。これによりDDモータの内部構造は互いに干渉(接触)することは無い。
By the way, when the DD motor is fixed to the
ここで、中心部分P1の底面4sを中高形状に突出したベース4を想定し(図1(a),(b))、その突出量Hを具体的に数値化すると、ステータ8aとロータ8bとの隙間Gを100μmとした場合、例えば外径φが170mmのベース4であれば、突出量Hは10〜50μmに設定すれば良い。また、外径φが340mmのベース4であれば、突出量Hは20〜100μmに設定すれば良い。DDモータの内部構造を互いに干渉(接触)させること無く、当該DDモータを基台2に安定して且つ堅牢に固定することができる。
Here, assuming a base 4 projecting from the
また、DDモータを基台2に固定する際に、基台2の固定面2sとベース4の底面4sとの間に液状又はゲル状の高熱伝導部材(例えば、シリコングリースなど)を介在させても良い。このような高熱伝導部材を介在させることで、DDモータの放熱性を更に向上させることができる。
Further, when the DD motor is fixed to the
また、上述した実施の形態や第1及び第2実施例において、例えば図2(a)に示すように、ベース4は、環状の固定部4aの外径全体をモータ8の外径(モータカバー14の外径)よりも大きく設定しているが、これに代えて例えば図2(b)に示すように、固定部4aのうちボルト10で固定される部分を残して、他の部分を削り取ってベース4を構成しても良い。このように構成することで、ベース4を成形するための材料(例えば、金属、合成樹脂など)を節減することが可能となり、その結果、DDモータの軽量化と共に製造コストの低減化を実現することができる。
Further, in the above-described embodiment and the first and second examples, for example, as shown in FIG. 2A, the base 4 has the entire outer diameter of the
また、上述した実施の形態では、ベース4の底面4sの中高形状について特に限定しなかったが、例えば図1(b)に示すように連続的な1つの円錐面として底面4sを中高形状に突出させる以外に、曲率の異なる複数の曲面を相互に重ね合わせて底面4sを中高形状に突出させたり、断面矩形状に底面4sの一部を突出させたりしても良い。
Further, in the embodiment described above, the medium-high shape of the
2 基台
2s 固定面
4 ベース
4s 底面
6 回転体
8 モータ
8a 電磁石(ステータ)
8b 永久磁石(ロータ)
2
8b Permanent magnet (rotor)
Claims (3)
ベースに対して回転可能に支持された回転体と、
ベースと回転体との間に組み込まれ、回転体を所定方向に回転させるモータとを備えており、
ベースの底面は、少なくともその一部を他の部分よりも基台の固定面に向けて突出させた中高形状を成していることを特徴とするダイレクトドライブモータ。 An annular base that is fixed in a state where the entire bottom surface is applied to the fixed surface of the base;
A rotating body rotatably supported with respect to the base;
A motor that is incorporated between the base and the rotating body and rotates the rotating body in a predetermined direction;
A direct drive motor characterized in that the bottom surface of the base has a middle-high shape in which at least a part thereof protrudes toward a fixed surface of the base more than other parts.
中高形状を成した底面の突出量は、ステータとロータとの隙間よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のダイレクトドライブモータ。
The motor includes a stator fixed to the base and a rotor fixed to the rotating body and facing the stator with a predetermined gap therebetween,
3. The direct drive motor according to claim 1, wherein an amount of protrusion of the bottom surface having the middle and high shape is set to be smaller than a gap between the stator and the rotor.
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