(57)【要約】【課題】非接触でローターの温度を検出できる低コギングであるモーター及びロボットを提供する。【解決手段】モーターは、内側に突出する複数の鉄心歯６２を備えた内コア５６と、内コア５６の外側に嵌めた外コア５８と、内コア５６に装着し、かつ電機子巻線４１を巻回した中空部６４を有する巻線ボビン６０と、を含み、内コア５６と外コア５８とのギャップ間隔６６内にモールド材又は接合材が形成され、内コア５６と外コア５８とはモールド材又は接合材で固定されている。【選択図】図２
2015173555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に突出する複数の鉄心歯を備えた内コアと、
前記内コアの外側に嵌めた外コアと、
前記内コアに装着し、かつ電機子巻線を巻回した中空部を有する巻線ボビンと、
を含み、
前記内コアと前記外コアとのギャップ間隔内にモールド材又は接合材が形成され、
前記内コアと前記外コアとは前記モールド材又は前記接合材で固定されていることを特徴とするモーター。
【請求項２】
請求項１に記載のモーターにおいて、
前記ギャップ間隔は、３０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とするモーター。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のモーターにおいて、
前記モールド材又は前記接合材は、磁気を帯びた導電性の材料であることを特徴とするモーター。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のモーターにおいて、
前記外コアの外側に嵌めた外装ケースを含み、
前記外装ケースは、前記外コアに焼嵌めされていることを特徴とするモーター。
【請求項５】
基台と、
前記基台に連結され、前記基台に対して回動可能なアームと、
前記アームを回動させる請求項１〜４のいずれか一項に記載のモーターと、
を備えることを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モーター及びロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モーターの出力は、入力エネルギーを増やすほど大きくなるが、入力に伴って発生する熱によって絶縁物が破損するなど、入力には限界がある。他方、強力な永久磁石を使うことで、入力エネルギーを抑えつつ大きな出力を得ることは可能であるが、コギングトルク（以下コギング）が増大しやすくなり、コアの微小な変形によっても著しくコギングが増大する課題がある。従来は、強力な磁石を使って熱を抑えつつ、熱（損失）をいかに効率的に、モーターから外側の空気や接触物に逃がすかが、大きな出力を得るキーとなっている。一方で、強力な磁石を使うために、後述するコギング特性には課題があった。
【０００３】
例えば、焼嵌めにより、内コアと外コアとを装着する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図８は、従来のコア付モーターのコア構造を示す図である。図８に示すように、内コア５６と外コア５８との二体で構成されており、内コア５６の鉄心歯６２と呼ばれる凸部に、コイル４１が巻かれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３３６６９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、熱は逃げるものの、焼嵌め応力による内外コア５６，５８の変形、変形によるローターとの芯ズレなどが発生し、コギングが増大するおそれがあった。また、内コア５６と外コア５８とが焼嵌めなどにより、完全に密着した状態で、さらに外装ケース２を焼嵌めしていたため、内外コア５６，５８の変形や変形による芯ズレが発生し、コギングが増大するおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］本適用例に係るモーターは、内側に突出する複数の鉄心歯を備えた内コアと、前記内コアの外側に嵌めた外コアと、前記内コアに装着し、かつ電機子巻線を巻回した中空部を有する巻線ボビンと、を含み、前記内コアと前記外コアとのギャップ間隔内にモールド材又は接合材が形成され、前記内コアと前記外コアとは前記モールド材又は前記接合材で固定されていることを特徴とする。
【０００９】
本適用例によれば、最適なギャップ間隔を設け、そこにモールド材を充填して内コアと外コアとを固定する。これにより、焼嵌めによるコアの変形、変形によるローターとの芯ズレを低減することができる。その結果、低コギングであるモーターが得られる。
【００１０】
［適用例２］上記適用例に記載のモーターにおいて、前記ギャップ間隔は、３０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする。
【００１１】
本適用例によれば、ギャップ間隔が３０μｍ以上１００μｍ以下のギャップ内に形成されたモールド材又は接合材によって熱が伝導する。これにより、焼嵌めした場合のコア接触時と同様の熱伝導特性が得られる。
【００１２】
［適用例３］上記適用例に記載のモーターにおいて、前記モールド材又は前記接合材は、磁気を帯びた導電性の材料であることを特徴とする。
【００１３】
本適用例によれば、モールド材又は接合材が磁気を帯びた導電性の材料であるため、充放電するなどの悪影響を回避できる。
【００１４】
［適用例４］上記適用例に記載のモーターにおいて、前記外コアの外側に嵌めた外装ケースを含み、前記外装ケースは、前記外コアに焼嵌めされていることを特徴とする。
【００１５】
本適用例によれば、外装ケースが外コアに焼嵌めされているため、内外コアを焼嵌めなくてもよく組立性が向上する。
【００１６】
［適用例５］本適用例に係るロボットは、基台と、前記基台に連結され、前記基台に対して回動可能なアームと、前記アームを回動させる上記に記載のモーターと、を備えることを特徴とする。
【００１７】
本適用例によれば、上記に記載のモーターによる効果を有するロボットを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係るモーターを示す断面図。
【図２】本実施形態に係るステーターの構造を示す図。
【図３】本実施形態に係るモールド前のステーターの外観を示す図。
【図４】本実施形態に係るモールド後のステーターの外観を示す図。
【図５】本実施形態に係るコアのギャップ間隔と、磁束密度及びコギングトルクの関係を示す図。
【図６】本実施形態に係るモーターを適用したロボットを示す斜視図。
【図７】本実施形態に係るモーターを適用したロボットを示す斜視図。
【図８】従来のコア付モーターのコア構造を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大又は縮小して表示している。
【００２０】
（モーター）
図１は、本実施形態に係るモーターを示す断面図である。
本実施形態に係るモーター１は、図１に示すように、ハウジング（外装ケース）２と、回転軸３と、ステーター４と、ローター（回転子）５とを有している。なお、モーター１としては、特に限定されず、例えば、サーボモーター、ステッピングモーター等が挙げられる。
【００２１】
ハウジング２の上壁及び底壁には軸受２１，２２が設けられている。そして、この軸受２１，２２には回転軸３が回転可能に軸支されている。又はウジング２内において、回転軸３にはローター５が固定されている。ローター５は、円柱状をなし、金属材料や樹脂材料で構成されたコア５１と、コア５１の外周に設けられた永久磁石５２とにより構成されている。また、ローター５の周囲にはステーター４が配置されている。ステーター４は、円筒状をなしており、周方向に所定間隔で配置された複数のコイル（電機子巻線）４１を有している。
【００２２】
永久磁石５２は、円環柱状をなしている。また、永久磁石５２は、その周方向に複数の磁極が形成された多極構造を有している。
【００２３】
図２は、本実施形態に係るステーター４の構造を示す図である。図３は、本実施形態に係るモールド前のステーター４の外観を示す図である。図４は、本実施形態に係るモールド後のステーター４の外観を示す図である。
本実施形態に係るステーター４は、図２に示すように、内コア５６と、外コア５８と、巻線ボビン６０と、を備えている。
【００２４】
内コア５６は、内側に突出する複数の鉄心歯６２を備えている。外コア５８は、内コア５６の外側に嵌められている。巻線ボビン６０は、内コア５６に装着し、かつコイル４１を巻回した中空部６４を有する。内コア５６と外コア５８とのギャップ間隔６６内にモールド樹脂材（モールド材）６８又は接合材が形成されている。内コア５６と外コア５８とはモールド樹脂材６８又は接合材で固定されている。
【００２５】
外コア５８の外側には、ハウジング２が焼嵌めされている。これによれば、ハウジング２が外コア５８に焼嵌めされているため、内外コア５６，５８を焼嵌めなくてもよく組立性が向上する。なお、ギャップ間隔６６が３０μｍ以下では、焼嵌め時に内外コア５６，５８の微小な凹凸が干渉し、焼嵌めによって内外コア５６，５８が変形し、コギングが増大する。
【００２６】
一方、内外コア５６，５８が離れることで熱伝導率が落ちる課題は、図３に示すように、コイル４１をモールドしていない状態から、図４に示すように、モールド樹脂材６８でコイル４１をモールドした状態にすることで解決できる。
【００２７】
内コア（鉄心歯６２）５６と外コア５８とのギャップ間隔６６は３０〜１００μｍであってもよい。これによれば、ギャップ間隔が３０μｍ以上１００μｍ以下のギャップ内に形成されたモールド樹脂材６８によって熱が伝導する。これにより、焼嵌めした場合の内外コア５６，５８接触時と同等の放熱特性を得ている。
【００２８】
モールド樹脂材６８又は接合材は、磁気を帯びた導電性のフィラーを含んでいてもよい。これによれば、モールド樹脂材６８又は接合材が磁気を帯びた導電性の材料であるため、充放電するなどの悪影響を回避できる。モールド樹脂材６８は熱伝導率の高いものが好ましい。
【００２９】
モールド樹脂材６８としては、不飽和ポリエステル樹脂、ＰＰＳ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ＬＣＰ樹脂、など熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂の両方が使用可能である。好的には、耐熱温度が高く、熱伝導フィラーの入った樹脂を用いる。フィラーとしては、アルミナやシリカなどのセラミック系の他、金属物質も使用可能である。
【００３０】
モールド樹脂材６８をしない場合は、ローター回転時に、ステーター４が微小に動くことで振動や騒音が発生する。したがって、図２に示すギャップ間隔６６を、接着剤、あるいは溶接で固定することが好ましい。
【００３１】
接着剤としては、シアノアクリレート系嫌気性接着剤、アクリル系接着剤、エポキシ系接着剤などが挙げられ、好的には、耐熱温度が高く、焼嵌め応力を緩和するために、ヤング率の小さな接着剤を用いられる。
【００３２】
溶接としては、アーク溶接やレーザー溶接が挙げられ、好的には、熱の影響が小さいレーザー溶接が用いられる。
【００３３】
内コア５６と外コア５８とのギャップ間隔６６が１００μｍ以上あると、ギャップ間隔６６による磁気抵抗が大きくなり、鉄心歯６２を流れる磁束が減少することから、ギャップ間隔６６は１００μｍ以下が好ましい。
【００３４】
また、完全な空間になると、内コア５６が電気的に浮いた状態になり、インバーター駆動すると充放電するなど悪影響があるため、導電性ペーストなど、応力を緩和しつつ電気を伝える材料をギャップ間隔６６に充填する。その際、後述の図５に示すように、磁気を帯びた物質を導電性ペーストとして使うと、１００μｍ以上になっても良好な特性を維持することが可能となる。
【００３５】
図５は、本実施形態に係る内外コア５６，５８のギャップ間隔６６と、磁束密度及びコギングトルクの関係を示す図である。図５には内外コア５６，５８のギャップ間隔６６と、鉄心歯６２中央の磁束密度、及びコギングトルクとしてギャップ間隔＝０ｍｍに対する比率を示している。ギャップ間隔６６が３０〜１００μｍの場合、磁束密度が高く、コギングトルクが低く、安定している良好な領域である。ただし、磁気を帯びた物質を導電性ペーストとして使うと、１００μｍ以上になっても良好な特性を維持することが可能となり、図５に示すように、鉄系アモルファス、珪素鋼板、純鉄、と透磁率の高い順に特性が良好となる。これによれば、高出力低コギングのモーター１が得られる。
【００３６】
（ロボット）
図６は、本実施形態に係るモーター１を適用したロボット７を示す斜視図である。
次に、上述したモーター１を適用したロボットについて説明する。なお、ロボットの一例として、以下に、水平多関節ロボット、垂直多関節ロボットを示すが、ロボットとしてはこれらに限定されず、双腕ロボット、その他の他軸ロボットであってもよい。
【００３７】
図６に示すロボット７は、水平多関節ロボットである。このようなロボット７は、基台７１と、第１アーム７２と、第２アーム７３と、作業ヘッド７４と、エンドエフェクター７５とを有している。
【００３８】
基台７１は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。基台７１の上端部には第１アーム７２が連結している。第１アーム７２は、基台７１に対して鉛直方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。基台７１内には、第１アーム７２を回動させるモーター１（１Ａ）が設置されている。第１アーム７２の先端部には第２アーム７３が連結している。第２アーム７３は、第１アーム７２に対して鉛直方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。第２アーム７３内には、第２アーム７３を回動させるモーター１（１Ｂ）が設置されている。
【００３９】
第２アーム７３の先端部には作業ヘッド７４が配置されている。作業ヘッド７４は、第２アーム７３の先端部に同軸的に配置されたスプラインナット７４１及びボールネジナット７４２と、スプラインナット７４１及びボールネジナット７４２に挿通されたスプラインシャフト７４３とを有している。スプラインシャフト７４３は、第２アーム７３に対して、その軸まわりに回転可能であり、かつ、上下方向に移動（昇降）可能となっている。
【００４０】
第２アーム７３内には、モーター１（１Ｃ）と、モーター１（１Ｄ）とが配置されている。モーター１Ｃの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってスプラインナット７４１に伝達され、スプラインナット７４１が正逆回転するとスプラインシャフト７４３が鉛直方向に沿う回転軸まわりに正逆回転する。一方、モーター１Ｄの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってボールネジナット７４２に伝達され、ボールネジナット７４２が正逆回転するとスプラインシャフト７４３が上下に移動する。
【００４１】
スプラインシャフト７４３の先端部（下端部）には、エンドエフェクター７５が連結されている。エンドエフェクター７５としては、特に限定されず、例えば、被搬送物を把持するもの、被加工物を加工するものなどが挙げられる。これによれば、上記に記載のモーター１による効果を有するロボット７を提供できる。
【００４２】
図７は、本実施形態に係るモーター１を適用したロボット８を示す斜視図である。
図７に示すロボット８は、垂直多関節（６軸）ロボットである。このようなロボット８は、基台８１と、４本のアーム８２，８３，８４，８５と、リスト８６とを備え、これらが順に連結されている。
【００４３】
基台８１は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。このような基台８１の上端部にはアーム８２が水平方向に対して傾斜した姿勢で連結しており、アーム８２は、基台８１に対して鉛直方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、基台８１内には、アーム８２を回動させるモーター１（１Ｅ）が設置されている。
【００４４】
アーム８２の先端部には、アーム８３が連結しており、アーム８３は、アーム８２に対して水平方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、アーム８３内には、アーム８３をアーム８２に対して回動させるモーター１（１Ｆ）が設置されている。
【００４５】
アーム８３の先端部には、アーム８４が連結しており、アーム８４は、アーム８３に対して水平方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、アーム８４内には、アーム８４をアーム８３に対して回動させるモーター１（１Ｇ）が設置されている。アーム８４の先端部には、アーム８５が連結しており、アーム８５は、アーム８４に対してアーム８４の中心軸に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、アーム８５内には、アーム８５をアーム８４に対して回動させるモーター１（１Ｈ）が設置されている。
【００４６】
アーム８５の先端部には、リスト８６が連結している。リスト８６は、アーム８５に連結されたリング状の支持リング８６１と、支持リング８６１の先端部に支持された円筒状のリスト本体８６２とを有している。リスト本体８６２の先端面は、平坦な面となっており、例えば、腕時計等のような精密機器を把持するマニピュレーターが装着される装着面となる。
【００４７】
支持リング８６１は、アーム８５に対して水平方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、リスト本体８６２は、支持リング８６１に対してリスト本体８６２の中心軸に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、アーム８５内には、支持リング８６１をアーム８５に対して回動させるモーター１（１Ｉ）と、リスト本体８６２を支持リング８６１に対して回動させるモーター１（１Ｊ）とが配置されている。モーター１Ｉ，１Ｊの駆動力は、それぞれ、図示しない駆動力伝達機構によって支持リング８６１、リスト本体８６２に伝達される。これによれば、上記に記載のモーター１による効果を有するロボット８を提供できる。
【００４８】
本実施形態によれば、内コアと外コアとの間に３０μｍ以上１００μｍ以下の最適なギャップ間隔を設け、そこにモールド樹脂材を充填して内コアと外コアとを固定する。これにより、焼嵌めによるコアの変形、変形によるローターとの芯ズレを低減することができる。その結果、低コギングであるモーター及びその効果を有するロボットが得られる。
【００４９】
以上、モーター及びロボットについて、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１…モーター  ７，８…ロボット  ２…ハウジング（外装ケース）  ３…回転軸  ４…ステーター  ５…ローター（回転子）  ２１，２２…軸受  ４１…コイル（電機子巻線）  ５１…コア  ５２…永久磁石  ５６…内コア  ５８…外コア  ６０…巻線ボビン  ６２…鉄心歯  ６４…中空部  ６６…ギャップ間隔  ６８…モールド樹脂材（モールド材）  ７１…基台  ７２…第１アーム  ７３…第２アーム  ７４…作業ヘッド  ７５…エンドエフェクター  ８１…基台  ８２，８３，８４，８５…アーム  ８６…リスト  ７４１…スプラインナット  ７４２…ボールネジナット  ７４３…スプラインシャフト  ８６１…支持リング  ８６２…リスト本体。
【図１】
2015173555.tif 000003
【図２】
2015173555.tif 000004
【図３】
2015173555.tif 000005
【図４】
2015173555.tif 000006
【図５】
2015173555.tif 000007
【図６】
2015173555.tif 000008
【図７】
2015173555.tif 000009
【図８】
2015173555.tif 000010