JP7455778B2 - 一体化ケーブル - Google Patents

Description

本発明は一体化ケーブルに関する。

特許文献１に、動力線をシールドで囲繞した遮蔽動力線と、信号線をシールドで囲繞した遮蔽信号線とを絶縁シースによって略円形断面の一体のケーブルに形成した動力、信号一体化ケーブルが記載されている。この絶縁シース内には複数の上記遮蔽動力線が設けられている。

特開昭６１－１７１０１０号公報

ケーブル内で動力線と信号線とがそれぞれ別個にシールドされている場合、ケーブルの外径が大きくなる可能性がある。

本発明は、斯かる事情に鑑み、複数の動力線と信号線とが一体化されたケーブルの外径が大きくなることを抑えつつ、第１の動力線から第２の動力線へのノイズ混入を低減することを目的とする。

本発明に係る一体化ケーブルは、電動機の出力軸の回転を検出する検出器から出力される信号を伝搬する信号線がシールドにより囲繞されてなる遮蔽信号線と、前記電動機に電力を供給する電動機線である第１の動力線と、前記電動機の出力軸を制動するブレーキに電力を供給するブレーキ線である第２の動力線と、アース線と、前記遮蔽信号線と前記第１の動力線と前記第２の動力線と前記アース線とが収容された略円形断面の絶縁シースとを備え、前記絶縁シースの内周面周方向に沿って、前記第１の動力線と前記アース線と前記第２の動力線とが順に配置されている。

本発明によれば、複数の動力線と信号線とが一体化されたケーブルの外径が大きくなることを抑えつつ、第１の動力線から第２の動力線へのノイズ混入を低減することができる。

付加部品付き電動機の断面図である。 付加部品付き電動機の斜視図である。 コネクタのレセプタクルの斜視図である。 ケーブルの断面図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態によって限定されるものではない。なお、図において、矢印Ａ１の側が、電動機１００に対して負荷が接続される側である負荷側であり、矢印Ａ２の側が反負荷側である。
本明細書において、「略筒状」とは、内周面が円いか又は角張っており、外周面が内周面の形状にかかわらず円いか又は角張っている形状を指す。「略筒状」は、「略円筒状」と「略角筒状」とをもちろん含む。

図１に付加部品付き電動機１００を示す。付加部品付き電動機１００は、一例としてステッピングモータであり、出力軸１が取り付けられた回転子２と、回転子２の周囲に設けられた固定子３とを備えている。
固定子３の負荷側及び反負荷側にはそれぞれ第１ブラケット４及び第２ブラケット５が取り付けられている。第１ブラケット４には第１ベアリング６が配置され、第２ブラケット５には第２ベアリング７が配置されている。第１ベアリング６及び第２ベアリング７はいずれも、出力軸１が回転自在となるよう出力軸１を支持している。

付加部品付き電動機１００においては、固定子３に電力が供給されることによって磁界が発生し、固定子３から発生する磁界と回転子２から発生する磁界との相互作用によって、回転子２及び出力軸１が回転する。出力軸１の回転力は、電動機１００に接続された負荷へと伝達される。

第２ブラケット５の反負荷側には、第１の付加部品として、電動機１００の出力軸１の回転を制動するブレーキ８が取り付けられている。ブレーキ８は、一例として、電力が供給されていない状態では出力軸１に当接して出力軸１の回転を規制し、電力が供給された状態では出力軸１から離れて出力軸１を回転可能とする。第２ブラケット５に取り付けられたブレーキ８は、ブレーキカバー９により覆われている。
ブレーキカバー９は、略筒状体であり、第２ブラケット５の反負荷側の端面に対して同ブレーキカバーの軸方向が出力軸１と略平行になるように取り付けられる。ブレーキカバー９の反負荷側の端部は塞がれている。ブレーキカバー９の負荷側に形成されている凹部にブレーキ８が収容される。

ブレーキカバー９の反負荷側には、第２の付加部品として、電動機１００の出力軸１の回転位置を検出する検出器１０が取り付けられている。ブレーキカバー９の反負荷側に取り付けられた検出器１０は、導電性材料によるシールドキャップ１２によって覆われている。検出器１０及びシールドキャップ１２は、検出器カバー１１により覆われている。
検出器カバー１１は、略筒状体であり、ブレーキカバー９の反負荷側の端面に対して同検出器カバーの軸方向が出力軸１と略平行になるように取り付けられる。検出器カバー１１の反負荷側の端部は塞がれている。検出器カバー１１の負荷側に形成されている凹部に検出器１０及びシールドキャップ１２が収容される。

検出器１０は、回転による機械的な変位量を電気信号に変換して、電気信号の処理によって回転位置を検出するロータリー式のエンコーダである。あるいは、検出器１０は、出力軸１に取り付けられた永久磁石の回転による磁界の変化を磁気センサで検出して得られた電気信号を基に、出力軸１の回転位置を検出する磁気式のエンコーダである。検出器１０は、出力軸１に取り付けられた歯車による歯車減速機構による各歯車に取り付けられた各磁石と各磁気センサで検出して得られた各々の電気信号を演算することで多回転の回転量を検出できる磁気式の多回転アブソリュートエンコーダであってもよい。検出器１０は、出力軸１に取り付けられたディスクを透過した光又はディスクから反射した光を検出して、検出された光のパターンを基に出力軸１の回転位置を検出する光学式のエンコーダであっても良い。

図２に示すように、第１ブラケット４と、固定子３と、第２ブラケット５と、ブレーキカバー９と、検出器カバー１１とは、付加部品付き電動機１００の外殻を構成している。
同図において、検出器カバー１１内の配線状態を示すため、検出器カバー１１を半透明の部材として示している。

付加部品付き電動機１００は、固定子３に接続され固定子３に電力を供給するための第１の動力線である電動機線１４と、ブレーキ８に接続されブレーキ８に電力を供給するための第２の動力線であるブレーキ線１５とを有する。付加部品付き電動機１００はさらに、検出器１０に接続され検出器１０から出力された電気信号が伝搬する信号線１６を有する。

検出器カバー１１の外周面にはコネクタ１３が設けられている。コネクタ１３は、検出器カバー１１の外周面に取り付けられるレセプタクル１３ａと、付加部品付き電動機１００の外部のケーブル１８が接続されるプラグ１３ｂとを備えている。
図３に示すように、レセプタクル１３ａは、検出器カバー１１の外周面に設けられた取付穴と嵌め合う嵌合部１３ａ１を備えている。嵌合部１３ａ１には、アース端子導通部１７が設けられている。このアース端子導通部１７は、レセプタクル１３ａの端子の一つであるアース端子１７ｂと導通している。レセプタクル１３ａが検出器カバー１１に取り付けられると、検出器カバー１１とレセプタクル１３ａのアース端子１７ｂとが導通することになる。

検出器カバー１１にはアースねじ１１ａが設けられている。このアースねじ１１ａに締結されたアース接合線（不図示）を、付加部品付き電動機１００が取り付けられる機器（不図示）の接地端子または外部電源の接地端子に接合することで、安全な接地が構築される。これは、ＩＥＣ（国際電気標準会議）規格などの安全規格で要求されるＰＥ（プロテクティブアース、保護接地）として利用できる。

電動機線１４は、３本、４本、５本等で構成される。複数の電動機線１４はいずれも、一方の端部が固定子３に接続され、他方の端部はコネクタ１３のレセプタクル１３ａ内の端子に接続されている。
ブレーキ線１５は、例えば２本で構成される。複数のブレーキ線１５はいずれも、一方の端部がブレーキ８に接続され、他方の端部はコネクタ１３のレセプタクル１３ａ内の端子に接続されている。
信号線１６は、２本が一対となった信号電源線と複数の信号出力線とで構成される。信号線１６は、一方の端部が検出器１０に接続され、他方の端部はコネクタ１３のレセプタクル１３ａ内の端子に接続されている。

コネクタ１３のレセプタクル１３ａの内部では、電動機線１４と、ブレーキ線１５及び信号線１６との間が電気的に遮蔽されており、電動機線１４からブレーキ線１５内の電気信号及び信号線１６内の電気信号に対するノイズの混入が抑制されている。電動機線１４を流れる電流に含まれるノイズの１つは、図示しない制御装置に設けられているインバーターのＰＷＭ駆動に起因するスイッチングノイズである。

さらに、電動機１００の内部においては、電動機線１４とブレーキ線１５及び信号線１６との配線が分離されており、検出器１０は、導電性材料のシールドキャップ１２により電気的、磁気的に外部から遮断されている。そのため、電動機１００において、ブレーキ線１５、信号線１６及び検出器１０に対する電動機線１４からのノイズの混入が抑制されている。

付加部品付き電動機１００の外殻を構成している、第１ブラケット４と、固定子３と、第２ブラケット５と、ブレーキカバー９と、検出器カバー１１とは、インロー嵌め合いと導電性のネジの締結により、導電性が維持されている。

電動機線１４と、ケーブル１８内の外部電動機線１４ａとは、コネクタ１３のレセプタクル１３ａとプラグ１３ｂ内の端子を介して接続される。これにより、固定子３はケーブル１８に接続された制御装置から電力の供給を受けることができる。
ブレーキ線１５と、ケーブル１８内の外部ブレーキ線１５ａとは、コネクタ１３のレセプタクル１３ａとプラグ１３ｂ内の端子を介して接続される。これにより、ブレーキ８は、ケーブル１８に接続された制御装置から、ブレーキを動作させるための電力の供給を受けることができる。
信号線１６と、ケーブル１８内の外部信号線１６ａとは、コネクタ１３のレセプタクル１３ａとプラグ１３ｂ内の端子を介して接続される。これにより、検出器１０から出力された電気信号は、ケーブル１８に接続された制御装置へ送られる。

アース端子１７ｂには、ケーブル１８内の外部アース線１７ａが接続される。これにより、付加部品付き電動機１００の外殻は、ケーブル１８に接続された制御装置を介して接地される。

電動機の外部にある制御装置と付加部品付き電動機１００との接続のための作業を簡易なものとするため、外部電動機線１４ａと外部ブレーキ線１５ａと外部信号線１６ａと外部アース線１７ａとは、１本のケーブル１８にまとめられている。ケーブル１８は、コネクタ１３のプラグ１３ｂに接続されている。

ケーブル１８においては、外部電動機線１４ａから、外部ブレーキ線１５ａや外部信号線１６ａに対するスイッチングノイズの混入が抑制される構成となっている。図４にケーブル１８の断面を示す。

外部信号線１６ａは、２本の電源線が組み合わされてなるツイストペア線である信号電源線１６ａ１と、２本の信号出力線が組み合わされてなるツイストペア線である信号出力線１６ａ２とを有する。信号電源線１６ａ１と信号出力線１６ａ２とがまとめてシールド２０により囲繞され、さらには内部シース２１により囲繞されることにより、略円形断面の外部信号線１６ａとしてまとめられている。
外部信号線１６ａと、４本の外部電動機線１４ａと、２本の外部ブレーキ線１５ａと、１本のアース線１７ａとは、絶縁シース１９により略円形断面のケーブル１８にまとめられている。
外部信号線１６ａは、シールド２０により、シールド２０の外部から電気的に遮断されている。そのため、外部電動機線１４ａから外部信号線１６ａに対する電気的干渉を抑えることができる。シールド２０が、編組チューブ２０ａとアルミ箔テープ２０ｂの二重シールド構造の場合には、幅広い周波数のノイズが遮蔽され、電気的干渉のさらなる抑制効果が得られる。

外部ブレーキ線１５ａも、別のシールドで囲繞することで外部から電気的に遮断され、外部動力線１４ａからの電気的干渉を抑制することができる。しかし、ケーブル１８の外径が大きくなるという問題がある。また、ケーブルが高価になるという問題と、シールドの処理が煩雑になるという問題もある。

外部ブレーキ線１５ａを流れる電流は、外部信号線１６ａを流れる電流に比べると大きい。つまり、外部信号線１６ａに比べて、外部ブレーキ線１５ａは、外部電動機線１４ａからのスイッチングノイズによる電気的干渉を受けにくいと言える。

斯かる事情を踏まえ、ケーブル１８においては、外部電動機線１４ａと、外部アース線１７ａと、シールドにより囲繞されていない外部ブレーキ線１５ａとが、絶縁シース１９の内周面周方向に沿って順に配設されている。つまり、周方向において、外部電動機線１４ａと外部ブレーキ線１５ａとの間に、外部アース線１７ａが位置している。そのため、外部電動機線１４ａからのノイズが、外部電動機線１４ａに隣接する外部アース線１７ａに吸収されやすく、外部電動機線１４ａからみて外部アース線１７ａよりも遠い位置にある外部ブレーキ線１５ａには伝わりにくい。これにより、外部ブレーキ線１５ａに対する外部電動機線１４ａからの電気的干渉の抑制が図られる。
また、外部信号線１６ａのシールドとは別のシールドで外部ブレーキ線１５ａが囲繞されないため、シールド処理の煩雑さの増加及びケーブル自体のコストが抑えられる。
このようにして、本実施形態に係るケーブルによれば、シールド処理の煩雑さの増加及びケーブル自体のコストを抑えつつ、外部電動機線からの電気的干渉による悪影響を抑えることができる。

以上の実施形態によれば、以下に列挙する効果が得られる。
・検出器及びブレーキ付きの電動機において、ケーブルを一本化することができる。
・外部ブレーキ線を別途シールドせずに、外部電動機線からの電気的干渉が抑制される。
・安価で、外径の増加が抑えられたケーブルが提供される。

なお、これまでに述べた実施形態は一例に過ぎない。外部信号線１６ａの信号出力線１６ａ２に含まれる電線は２本以上であってもよい。また、信号出力線１６ａ２それ自体が複数となる場合もある。外部電動機線１４ａは、３本や５本であってもよい。

これまでに説明した実施形態に関し、以下の付記を開示する。
［付記１］
信号線がシールドにより囲繞されてなる遮蔽信号線と、
第１の動力線と、
第２の動力線と、
アース線と、
前記遮蔽信号線と前記第１の動力線と前記第２の動力線と前記アース線とが収容された略円形断面の絶縁シースと
を備え、
前記絶縁シースの内周面周方向に沿って、前記第１の動力線と前記アース線と前記第２の動力線とが順に配置されている、
一体化ケーブル。
［付記２］
前記第１の動力線は、電動機に電力を供給する電動機線であり、
前記第２の動力線は、前記電動機の出力軸を制動するブレーキに電力を供給するブレーキ線であり、
前記信号線は、前記出力軸の回転を検出する検出器から出力される信号を伝搬するものである、
付記１に記載の一体化ケーブル。
［付記３］
前記シールドが、編組チューブとアルミ箔テープの二重シールド構造を有する、付記１又は２に記載の一体化ケーブル。
［付記４］
付記２に記載の一体化ケーブルが接続された検出器及びブレーキ付き電動機。

以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。

１００ 電動機
１８ ケーブル
１４ａ 外部電動機線
１５ａ 外部ブレーキ線
１６ａ 外部信号線
１６ａ１ 信号電源線
１６ａ２ 信号出力線
１７ａ アース線
１９ 絶縁シース
２０ シールド
２０ａ 編組チューブ
２０ｂ アルミ箔テープ
２１ 内部シース

Claims (4)

1. 電動機の出力軸の回転を検出する検出器から出力される信号を伝搬する信号線がシールドにより囲繞されてなる遮蔽信号線と、
   前記電動機に電力を供給する電動機線である第１の動力線と、
   前記電動機の出力軸を制動するブレーキに電力を供給するブレーキ線である第２の動力線と、
   アース線と、
   前記遮蔽信号線と前記第１の動力線と前記第２の動力線と前記アース線とが収容された略円形断面の絶縁シースと
   を備え、
   前記絶縁シースの内周面周方向に沿って、前記第１の動力線と前記アース線と前記第２の動力線とが順に配置されている、
   一体化ケーブル。
2. 前記ブレーキは、電力が供給されていない状態では前記出力軸に当接して前記出力軸の回転を規制し、前記第２の動力線を通じて電力が供給された状態では前記出力軸から離れて前記出力軸を回転可能とする、請求項１に記載の一体化ケーブル。
3. 前記シールドが、編組チューブとアルミ箔テープの二重シールド構造を有する、請求項１又は２に記載の一体化ケーブル。
4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の一体化ケーブルが接続された検出器及びブレーキ付き電動機。
   

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