(57)【要約】  ギヤ付きモータ（１）の磁気式アブソリュートセンサ（５）は、２極マグネット（５１）とホール素子（５２（１）〜５２（４））を備えている。２極マグネット（５１）は、中空ロータシャフト（３５）の中空部（３８）に固定されている。中空部（３８）の後端側からは、モータハウジング（２）の端板（２２）に取り付けたブラケット（５４）が同軸状態に挿入されている。ブラケット（５４）の円筒部分（５４ｄ）には、前側から２極マグネット（５１）が挿入された状態となっており、円筒部分（５４ｄ）の円形内周面には、９０度間隔でホール素子（５２（１）〜５２（４））が配置され、これらは一定のギャップで２極マグネット（５１）の円形外周面に対峙している。磁気式アブソリュートセンサを組み込むためにモータ軸長を長くする必要がない。モータ駆動マグネットの磁束は中空ロータシャフト（３５）により遮断され、ホール素子に悪影響が及ばない。
2009001399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータロータと一体となってモータ中心軸線回りに回転する回転部と、
この回転部の回転位置を検出する検出部と、
前記モータロータの一方の軸端面から同心状態に延びているロータ中空部と、
前記軸端面に対峙しているモータハウジングの部位から前記ロータ中空部の内部に突入しているブラケットとを有し、
前記回転部は、前記ロータ中空部の内部において前記モータロータに固定されており、
前記検出部は、前記ロータ中空部の内部において、前記回転部に対して、モータ中心軸線あるいは半径方向に対峙する状態で、前記ブラケットに固定されていることを特徴とするモータの回転位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータの回転位置検出装置において、
前記回転部は、円周方向に沿って多極着磁された円形外周面を備えたマグネットであり、
このマグネットは、前記ロータ中空部の内部において当該モータロータに同軸状態に固定されており、
前記検出部は、前記マグネットの円形外周面に対して一定の間隔で配置される複数個の磁気検出素子であり、
前記ブラケットは、前記ロータ中空部の内部において前記マグネットを同軸状態で取り囲んでいる円筒部分を備えており、
当該円筒部分の内周面には、その円周方向に沿って、前記磁気検出素子が所定の角度間隔で取り付けられていることを特徴とするモータの回転位置検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載のモータの回転位置検出装置において、
前記マグネットは２極マグネットであり、
前記磁気検出素子は、前記円筒部分の内周面に９０度の角度間隔で配置した少なくとも２個のホール素子あるいはＭＲ素子であることを特徴とするモータの回転位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの回転位置を検出するためにモータに搭載される磁気式エンコーダ、光学式エンコーダなどの回転位置検出装置に関し、特に、軸長の短い扁平な小型モータを製造するのに適した回転位置検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボット、工作機械等における高い位置決め精度が要求される駆動部分には、モータの出力回転を高い伝達精度の減速機を介して出力するように構成されたギヤ付きモータが用いられている。図３にはギヤ付きモータの一例を示してある。ギヤ付きモータ１０１はモータ部１０２と減速機構部１０３を有している。減速機構部１０３は、モータ部１０２のモータ軸１０２ａに同軸状態に連結した減速機１０４と、この減速機１０４の出力側に同軸状態に連結された出力軸１０５とを備えている。減速機１０４としては例えば波動歯車減速機が使用される。【０００３】
ギヤ付きモータ１０１において、位置決め等を精度良く行うためには、減速機構部１０３の出力軸１０５の回転角を高い精度で制御する必要がある。そのために、モータ軸１０２ａにはモータエンコーダ１０６が取り付けられている。信号処理回路１０８では、モータエンコーダ１０６から得られるＡ、Ｂ、Ｚ相の各信号に基づき、出力軸１０５が所望の回転角度となるように、モータドライバ１０９に指令を出す。モータドライバ１０９は受け取った指令に従ってモータ部１０２を回転駆動する。なお、ギヤ付きモータ１０１では、出力軸１０５の機械的起点に基づきその回転角度位置を制御している。したがって、始動時などにおいては、出力軸１０５を機械的起点（原点位置）に復帰させている。【０００４】
ここで、モータ部１０２の回転位置を検出するためのモータエンコーダ１０６は一般に、モータ部１０２の後側の部分に取り付けられている。モータエンコーダ１０６の設置スペースを省略できれば、その分、モータ部１０２の軸長を短くして扁平化を図ることができる。【０００５】
モータ部１０２にモータエンコーダ１０６を搭載するスペースを確保できない場合には、モータエンコーダ１０６を負荷側に配置することが考えられる。この場合には、モータエンコーダ１０６の設置スペースを確保するために、減速機構部の出力軸の長さを長くする必要がある。出力軸を長くすると、減速機構部のモーメント剛性などが低下するという弊害が発生してしまう。
【発明の開示】
【０００６】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、軸長の短い扁平なモータに搭載するのに有利な構造のモータの回転位置検出装置を提案することにある。
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明のモータの回転位置検出装置は、
モータロータと一体となってモータ中心軸線回りに回転する回転部と、
この回転部の回転位置を検出する検出部と、
前記モータロータの一方の軸端面から同心状態に延びているロータ中空部と、
前記軸端面に対峙しているモータハウジングの部位から前記ロータ中空部の内部に突入しているブラケットとを有し、
前記回転部は、前記ロータ中空部の内部において前記モータロータに固定されており、
前記検出部は、前記ロータ中空部の内部において、前記回転部に対して、モータ中心軸線方向あるいは半径方向から対峙する状態で、前記ブラケットに固定されていることを特徴としている。
【０００８】
本発明のロータの回転位置検出装置では、当該回転位置検出装置の回転部および検出部をロータ中空部の内部に配置している。このため、回転位置検出装置の回転部および検出部の設置スペースを確保するためにモータロータの軸長を長くする必要がない。よって、軸長の短い扁平な小型モータを実現できる。
【０００９】
ここで、回転位置検出装置として磁気センサを用いる場合には、前記回転部を、円周方向に沿って多極着磁されている円形外周面を備えたリング状あるいは円盤状のマグネットとし、このマグネットを、前記ロータ中空部の内部において当該モータロータに同軸状態に固定し、前記検出部を、前記マグネットの円形外周面に対して一定の間隔で配置される複数個の磁気検出素子とし、前記ブラケットには、前記ロータ中空部の内部において前記マグネットを同軸状態で取り囲んでいる円筒部分を形成し、当該円筒部分の内周面に、その円周方向に沿って、前記磁気検出素子を所定の角度間隔で取り付ければよい。
【００１０】
また、前記マグネットが２極マグネットである場合には、前記磁気検出素子として、前記円筒部分の内周面に９０度の角度間隔で配置した少なくとも２個のホール素子あるいはＭＲ素子を用いればよい。このようにすれば、モータロータの回転に伴って、各磁気検出素子から、９０度位相の異なる正弦波状のＡ相およびＢ相信号が得られる。これらの信号から、公知の信号処理を施すことにより、モータロータの回転情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用したギヤ付きモータを示す説明図であり、一部を断面として示してある。
【図２】（ａ）は図１のギヤ付きモータにおけるアブソリュートセンサの取付状態を示す説明図であり、（ｂ）はホール素子が取り付けられたフレキシブルプリント配線基板を平面上に展開した状態で示す展開図であり、（ｃ）はホール素子の配線図である。
【図３】従来のギヤ付きモータを示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、図面を参照して、本発明を適用したギヤ付きモータの実施の形態を説明する。【００１３】
（全体構成）
図１は本発明を適用したギヤ付きモータを示す説明図であり、その後端側の部分の内部構成が分かるように一部を断面として示してある。ギヤ付きモータ１は、モータハウジング２と、このモータハウジング２の内部に組み込まれているモータ部３および減速機構部４とを有している。また、モータ部３にはモータ回転位置を検出するための磁気式アブソリュートセンサ５が組み込まれている。【００１４】
モータハウジング２は、モータ側円筒状ハウジング２１と、このモータ側円筒状ハウジング２１の後端開口部を封鎖している後側端板２２と、モータ側円筒状ハウジング２１の前側に同軸状態で連結固定されている厚肉の減速機側円筒状ハウジング２３とを備えている。【００１５】
モータ部３は、モータ側円筒状ハウジング２１の内部に組み込まれており、当該モータ側円筒状ハウジング２１の内周面に固定したモータステータ３１と、このモータステータ３１の内側に同軸状態に配置されているモータロータ３２とを備えている。モータステータ３１はモータ側円筒状ハウジング２１の内周面に同軸状態に固定した円環状のステータコア３３と、ここに巻き付けられている駆動コイル３４とを備えている。【００１６】
モータロータ３２は、中空ロータシャフト３５と、この中空ロータシャフト３５の円形外周面に同軸状態に固定した駆動マグネット３６とを備えている。駆動マグネット３６はステータコア３３の内周面に一定のギャップで対峙している。ロータシャフト３５の後端部３５ａは、軸受け３７を介して、モータハウジング２の後側端板２２の側に回転自在の状態で支持されている。【００１７】
減速機構部４は、遊星歯車減速機構、波動歯車機構などの減速機構から構成されており、モータローラ３２に連結されている回転入力要素、および、出力軸７に連結されている減速回転出力要素を備えている。例えば、遊星歯車減速機の場合には、回転入力要素は太陽歯車であり、回転出力要素は遊星キャリアである。波動歯車減速機の場合には、回転入力要素は波動発生器であり、回転出力要素は可撓性外歯歯車である。【００１８】
減速機側円筒状ハウジング２３の前側端部の外周部分には外方に広がっているフランジ部２３ａが形成されており、ここに、不図示の固定側部材にギヤ付きモータ１を固定するためのボルト穴２３ｂが形成されている。【００１９】
（センサ取り付け構造）
図２（ａ）〜（ｃ）は、アブソリュートセンサ５の取付状態を示す説明図、およびホール素子が取り付けられたフレキシブルプリント配線基板を平面上に展開した状態で示す展開図、および、ホール素子の配線図である。【００２０】
図１および図２を参照して説明すると、モータ回転位置を検出するためのアブソリュートセンサ５は、円盤状の２極マグネット５１と、４個のホール素子５２（１）〜５２（４）とを備えており、これらは、中空ロータシャフト３５の中空部３８の内部に配置されている。【００２１】
中空部３８は後側が大径中空部とされ、前側が小径中空部とされている。小径中空部にはマグネット取り付け部材５３が圧入固定されており、このマグネット取り付け部材５３の後端面は大径中空部内に突出しており、ここに、同軸状態で２極マグネット５１が接着固定されている。【００２２】
一方、モータハウジング２の後側端板２２の内側端面における中心部分にはブラケット５４が同軸状態に固定されている。このブラケット５４は、後側端板２２に固定されている円環部材５４ａと、この円環部５４の前側に同軸状態に固定された円筒部材５４ｂと、この円筒部材５４ｂの前側に同軸状態で固定された保持部材５４ｃとを備えている。保持部材５４ｃには前方に開口した円筒部分５４ｄが形成されており、ここに前側から同軸状態で２極マグネット５１が挿入された状態となっている。【００２３】
この円筒部分５４ｄの内周面には、４個のホール素子５２（１）〜５２（４）が円周方向に沿って９０度の角度間隔で配置されており、それぞれ、同一のギャップで２極マグネット５１の円形外周面に対峙している。各ホール素子５２（１）〜５２（４）から引き出されているリード線５５は、ブラケット５４の後側の円環部材５４ａの中心穴を通ってモータ後側に引き出されている。【００２４】
図２に示すように、ホール素子５２（１）〜５２（４）は、細長いフレキシブルプリント配線基板５６の表面に一定の間隔で搭載されている。フレキシブルプリント配線基板５６はその表面が内側となるように円弧状に撓められた状態で、ブラケット５４の前側の円形凹部５４ａの円形内周面に取り付けられている。取り付けた状態では、４つのホール素子５２（１）〜５２（４）は中空ロータシャフト３５の回転中心回りに９０度の角度間隔で配置された状態になる。フレキシブルプリント配線基板５６の裏面には１０箇所に配線接続用のランド（図２（ｂ）において破線で示す矩形部分）が形成されている。９０度の角度間隔で配置した２個のホール素子を用いて回転位置を検出することもできるが、２組のホール素子を用いることは、中空ロータシャフト３５の軸振れに起因する検出信号波形の誤差成分を抑制するために有効である。【００２５】
中空ロータシャフト３５が１回転すると、９０度間隔で配置されているホール素子５２（１）、５２（２）からは９０度位相の異なる正弦波状の検出信号が１回転１周期で出力される。ホール素子５２（３）、５２（４）からは、ホール素子５２（１）、５２（２）とは逆位相の９０度位相の異なる正弦波状の検出信号が同じく１回転１周期で出力される。これらの検出信号に基づき中空ロータシャフト３５のアブソリュート位置が検出される。【００２６】
（作用効果）
以上説明したように、本例のギヤ付きモータ１では、その中空ロータシャフト３５の中空部３８を利用して、磁気式アブソリュートセンサ５を構成している２極マグネット５１およびホール素子５２（１）〜５２（４）を配置している。したがって、これらを配置するために、モータ軸長を長くする必要がないので、モータの扁平化に有利である。【００２７】
また、駆動マグネット３６のバックヨークとして機能している中空ロータシャフト３５の中空部３８に磁気式アブソリュートセンサ５が配置されている。このため、モータの駆動マグネット３６からの磁束が中空ロータシャフト３５によって遮断されるので、ホール素子５２（１）〜５２（４）に対する駆動マグネット３６の悪影響を無くすことができる。【００２８】
（その他の実施の形態）
なお、出力軸の回転位置を検出するためのセンサとしては、磁気式アブソリュートセンサ以外の形式のセンサを用いることができる。例えば、ロータリエンコーダ、光学式エンコーダを用いることもできる。【００２９】
また、本例では、マグネットの外周側にホール素子を対向配置してある。この代わりに、ロータ中空部内において、円形端面に円周方向に沿って着磁されているマグネットを配置し、このマグネットの円形端面にホール素子などの磁気検出素子を対向配置してもよい。
【図１】
2009001399.tif 000003
【図２】
2009001399.tif 000004
【図３】
2009001399.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月17日(2010.2.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明のモータの回転位置検出装置では、当該回転位置検出装置の回転部および検出部をロータ中空部の内部に配置している。このため、回転位置検出装置の回転部および検出部の設置スペースを確保するためにモータロータの軸長を長くする必要がない。よって、軸長の短い扁平な小型モータを実現できる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
一方、モータハウジング２の後側端板２２の内側端面における中心部分にはブラケット５４が同軸状態に固定されている。このブラケット５４は、後側端板２２に固定されている円環部材５４ａと、この円環部材５４ａの前側に同軸状態に固定された円筒部材５４ｂと、この円筒部材５４ｂの前側に同軸状態で固定された保持部材５４ｃとを備えている。保持部材５４ｃには前方に開口した円筒部分５４ｄが形成されており、ここに前側から同軸状態で２極マグネット５１が挿入された状態となっている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
図２に示すように、ホール素子５２（１）〜５２（４）は、細長いフレキシブルプリント配線基板５６の表面に一定の間隔で搭載されている。フレキシブルプリント配線基板５６はその表面が内側となるように円弧状に撓められた状態で、ブラケット５４の前側の円筒部分５４ｄの円形外周面に取り付けられている。取り付けた状態では、４つのホール素子５２（１）〜５２（４）は中空ロータシャフト３５の回転中心回りに９０度の角度間隔で配置された状態になる。フレキシブルプリント配線基板５６の裏面には１０箇所に配線接続用のランド（図２（ｂ）において破線で示す矩形部分）が形成されている。９０度の角度間隔で配置した２個のホール素子を用いて回転位置を検出することもできるが、２組のホール素子を用いることは、中空ロータシャフト３５の軸振れに起因する検出信号波形の誤差成分を抑制するために有効である。
【国際調査報告】
2009001399.tif 000006
2009001399.tif 000007
2009001399.tif 000008
2009001399.tif 000009