(57)【要約】【課題】ロータの回転位相検知精度を向上させ高精度に制御可能なモータ装置を提供する。【解決手段】回転しないように固定されたステータ６と、ステータ６に対して回転可能に設けられたロータ７と、ロータ７の回転軸８に設けられたセンサマグネット１３と、回転軸８と一体的に回転するセンサマグネット１３の磁界の変化を検知するセンサ１７と、回転軸８を回転可能に支持する軸受９，１０とを備えるモータ装置において、軸受１０を、回転軸８のセンサマグネット１３が設けられた部分の外周に配置した。【選択図】図２
2019103240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転しないように固定されたステータと、前記ステータに対して回転可能に設けられたロータと、前記ロータの回転軸に設けられたセンサマグネットと、前記回転軸と一体的に回転する前記センサマグネットの磁界の変化を検知するセンサと、前記回転軸を回転可能に支持する軸受とを備えるモータ装置において、
前記軸受を、前記回転軸の前記センサマグネットが設けられた部分の外周に配置したことを特徴とするモータ装置。
【請求項２】
前記回転軸は、前記ロータの両側に配置された２つの軸受によって回転可能に支持され、
前記２つの軸受のうちの一方の軸受を、前記回転軸の前記センサマグネットが設けられた部分の外周に配置した請求項１に記載のモータ装置。
【請求項３】
前記センサマグネットを保持するマグネットホルダと、
前記マグネットホルダを前記回転軸に対して固定する固定部材とを備え、
前記軸受によって、前記回転軸に対する前記固定部材の脱落を防止した請求項１又は２に記載のモータ装置。
【請求項４】
前記固定部材は、前記回転軸に設けられた挿入孔に挿入された固定ピンであって、
前記軸受を、前記挿入孔が設けられた部分の外周に配置し、前記軸受によって、前記挿入孔の開口部を閉鎖した請求項３に記載のモータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種機器の動力源や制御に用いられるモータ装置として、ロータの回転位相を検知するホール素子等のセンサが設けられたモータ装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ロータが有するシャフトの一端部にセンサマグネットを固定し、これに対向するように回転センサを設けることで、ロータの回転位相を検知するモータの構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１９２８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載のように、センサマグネットと回転センサとを用いた構成では、一般的にシャフトが回転した際のセンサマグネットの磁界の変化を回転センサが検知することで、ロータの回転位相を把握し、その回転位相に基づいてロータの回転を制御する。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、シャフトを支持する２つのベアリングがいずれもロータを挟んでセンサマグネットとは反対側、すなわちセンサマグネットから離れた位置に配置されているため、センサマグネットがシャフトの振れによる影響を受けやすい。従って、シャフトの振れによってセンサマグネットの磁界が乱れると、回転位相の検出精度が低下し、モータの制御を高精度に行えなくなる虞がある。
【０００７】
そこで、本発明は、ロータの回転位相検知精度を向上させることで、高精度に制御可能なモータ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、回転しないように固定されたステータと、ステータに対して回転可能に設けられたロータと、ロータの回転軸に設けられたセンサマグネットと、回転軸と一体的に回転するセンサマグネットの磁界の変化を検知するセンサと、回転軸を回転可能に支持する軸受とを備えるモータ装置において、軸受を、回転軸のセンサマグネットが設けられた部分の外周に配置したことを特徴とする。
【０００９】
このように、回転軸のセンサマグネットが設けられた部分を軸受によって支持することで、回転軸に振れが生じたとしても、センサマグネットがその影響を受けにくくなり、センサマグネットの位置を安定させることができる。これにより、センサマグネットの位置変動に伴う磁界の乱れを抑制でき、回転位相検知精度を向上させることが可能となる。
【００１０】
また、回転軸は、電動モータのロータの両側に配置された２つの軸受によって回転可能に支持されることが好ましい。この場合、回転軸がロータの片側のみで支持される構成に比べて、回転軸を安定して支持することができ、回転軸の振れを低減することができる。これにより、センサマグネットの位置をより一層安定させることができ、さらなる回転位相検知精度の向上が期待できる。
【００１１】
また、センサマグネットをマグネットホルダで保持し、そのマグネットホルダを固定部材で回転軸に固定することで、回転軸に対してセンサマグネットを取り付けてもよい。さらに、上記センサマグネットが設けられた部分を支持する軸受を用いて、回転軸から固定部材を脱落しないようにすることで、脱落防止用の部材を別途設けなくてもよくなるので、低コスト化及び小型化も図れるようになる。
【００１２】
例えば、固定部材を、回転軸に設けられた挿入孔に挿入される固定ピンとした場合は、軸受を、挿入孔が設けられた部分の外周に配置し、その軸受によって、挿入孔の開口部を閉鎖することで、回転軸に対する固定ピンの脱落を防止することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、回転軸に振れが生じたとしても、センサマグネットがその影響を受けにくくなるので、センサマグネットの位置を安定させることができ、ロータの回転位相検知精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るモータ装置の外観斜視図である。
【図２】図１に示すモータ装置の縦断面図である。
【図３】図２中の一点鎖線で囲まれた部分を拡大して示す縦断面図である。
【図４】回転軸からセンサマグネットやマグネットホルダ等を分離した状態を示す分解斜視図である。
【図５】センサマグネットの他の取付構造を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付の図面に基づき、本発明について説明する。なお、本発明を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係るモータ装置の外観斜視図、図２は、図１に示すモータ装置の縦断面図である。
【００１７】
図１及び図２に示すモータ装置１は、モータユニット２とセンサユニット３とを組み付けて構成されている。モータユニット２は、電動モータ４と、電動モータ４を収容するモータケース５とを備える。モータケース５は、組立の都合上、二分割されており、電動モータ４を収容する円筒状のケース本体部５１と、ケース本体部５１の一端部（図２における左端部）の開口部を閉鎖するケース蓋部５２とで構成されている。ケース本体部５１とケース蓋部５２とは、環状の凹凸嵌合構造によって互いに固定されている。本実施形態では、ケース本体部５１に凹嵌合部５１ａが設けられ、ケース蓋部５２に凹嵌合部５１ａに挿入されて嵌合される凸嵌合部５２ａが設けられているが、これとは反対に、凹嵌合部がケース蓋部５２に設けられ、凸嵌合部がケース本体部５１に設けられていてもよい。
【００１８】
また、ケース蓋部５２には、ステータ６に接続される給電線３０（図２参照）を外部に導出するための配線経路３１が設けられている。ケース蓋部５２の外周面には筒状の突起部５２ｃが設けられており、この突起部５２ｃを通して給電線３０が外部に導出され、図示しない電源と接続される。
【００１９】
電動モータ４は、ケース本体部５１に対して回転しないように固定されたステータ６と、ステータ６に対して隙間を介して対向するように配置されたロータ７とで構成されている。本実施形態では、ステータ６とロータ７とが径方向に隙間を介して配置されたラジアルギャップ型の電動モータを用いているが、ステータとロータとが軸方向に隙間をもって対向するように配置されたアキシャルギャップ型の電動モータであってもよい。
【００２０】
ステータ６は、軸方向に積層した複数の鋼板（例えば電磁鋼板等）で形成されたステータコア６ａと、ステータコア６ａに装着された絶縁材料からなるボビン６ｂと、ボビン６ｂに巻回されたコイル６ｃとで構成されている。ロータ７は、軸方向に積層した複数の鋼板（例えば電磁鋼板等）で形成された環状のロータコア７ａと、ロータコア７ａの外周面に取り付けられた複数のマグネット７ｂと、ロータコア７ａの内周面に固定された環状のロータインナ７ｃと、ロータインナ７ｃと一体的に回転する回転軸８とで構成されている。
【００２１】
ロータインナ７ｃの内周面には回転軸８が挿入されて固定されている。回転軸８は、ロータインナ７ｃの軸方向両側に配置された２つの転がり軸受９，１０によって回転可能に支持されている。一方の転がり軸受９は、ケース蓋部５２に設けられた円筒状の軸受装着部５２ｂの内周面に装着され、他方の転がり軸受１０は、ケース本体部５１に設けられた円筒状の軸受装着部５１ｂの内周面に装着されている。また、ケース蓋部５２における転がり軸受９が配置された側とは反対側には、回転軸８の外周面にカラー１１を介して環状のシール部材１２が設けられており、このシール部材１２によって回転軸８とケース蓋部５２との間の隙間が封止されている。
【００２２】
回転軸８におけるセンサユニット３側の端部には、半円柱状にＳ極、Ｎ極に着磁された円柱状のセンサマグネット１３が設けられている。本実施形態では、センサマグネット１３がマグネットホルダ１５を介して回転軸８に取り付けられている。なお、マグネットホルダ１５の構造やセンサマグネット１３の取付方法については後で詳しく説明する。
【００２３】
センサユニット３は、ロータ７の回転位相を検知するセンサ１７と、センサ１７を収容するセンサケース１８とを備える。センサ１７は、上記センサマグネット１３に対向する位置で基板１９を介してセンサケース１８内に取り付けられている。センサ１７は、磁気センサであり、電動モータ４に電力が供給されてロータ７が回転した際に、回転軸８と一体的に回転するセンサマグネット１３の磁界の変化を検知する。これにより、ロータ７の回転位相が検知される。
【００２４】
センサケース１８には、センサ１７に接続される信号線４０を外部に導出するための配線経路４１が設けられている。センサケース１８の外周面には筒状の突起部１８ａが設けられており、この突起部１８ａを通して信号線４０が外部に導出され、図示しない制御部と接続される。制御部は、信号線４０を通して送られたセンサ１７からの信号に基づき、電動モータ４の回転を制御する。
【００２５】
また、センサケース１８は、モータケース５のケース本体部５１対して固定されている。具体的には、ケース本体部５１におけるケース蓋部５２側とは反対側の端部に、円筒状の外周面を有する凸嵌合部５１ｃが設けられており、センサケース１８にはケース本体部５１の凸嵌合部５１ｃに対して嵌合可能な円筒状の内周面を有する凹嵌合部１８ｂが設けられている。また、これとは反対に、凹嵌合部がケース本体部５１に設けられ、凸嵌合部がセンサケース１８に設けられていてもよい。
【００２６】
以下、図３及び図４に基づき、マグネットホルダ１５の構造、センサマグネット１３の取付方法などについて説明する。
図３は、図２中の一点鎖線（円Ｍ）で囲まれた部分を拡大して示す縦断面図であり、図４は、回転軸８からセンサマグネット１３やマグネットホルダ１５等を分離した状態を示す分解斜視図である。
【００２７】
図３及び図４に示すように、マグネットホルダ１５は、筒状部１５ａと、筒状部１５ａの一端部に設けられた底部１５ｂとを有する、有底筒状の部材である。また、マグネットホルダ１５は、樹脂で形成されている。回転軸８に対してセンサマグネット１３を取り付けるには、まず、マグネットホルダ１５の内面に接着剤を塗布し、センサマグネット１３を底部１５ｂに突き当たるようにマグネットホルダ１５内に挿入する。
【００２８】
ここで、センサマグネット１３とセンサ１７との間のギャップＧ（図３参照）は厳密に管理されている。従って、センサマグネット１３は、マグネットホルダ１５の底部１５ｂに対して確実に突き当てられた状態で固定される必要がある。そのため、マグネットホルダ１５の底部１５ｂには、センサマグネット１３の挿入に伴って圧縮される空気を押し出すための孔部１５ｃが設けられている。これにより、圧縮される空気がセンサマグネット１３の挿入の妨げとなることがないので、センサマグネット１３の挿入作業が行いやすく、センサマグネット１３を確実に底部１５ｂに突き当てることができる。
【００２９】
続いて、上記のようにしてセンサマグネット１３が挿入されたマグネットホルダ１５を、回転軸８の端部に設けられた凹部８ａ内に挿入する。このとき、マグネットホルダ１５の底部１５ｂ側に外径方向に突出するように設けられたフランジ部１５ｄが、回転軸８の端面に突き当たることで、回転軸８に対するマグネットホルダ１５の軸方向の位置決めがなされる。
【００３０】
また、回転軸８の端部とマグネットホルダ１５の筒状部１５ａには、固定部材としての固定ピン１６を挿入するための挿入孔８ｂ，１５ｅが形成されている。上記のように、回転軸８の凹部８ａ内にマグネットホルダ１５が挿入された状態で、回転軸８とマグネットホルダ１５とのそれぞれの挿入孔８ｂ，１５ｅの位置を一致させ、各挿入孔８ｂ，１５ｅに固定ピン１６を挿入する。これにより、回転軸８に対するマグネットホルダ１５の周方向の回転と軸方向への移動が規制され、回転軸８に対するセンサマグネット１３の取付が完了する。なお、回転軸８とマグネットホルダ１５の各挿入孔８ｂ，１５ｅは、固定ピン１６がセンサマグネット１３に対して干渉しない位置に設けられている。
【００３１】
ところで、上記実施形態に係るモータ装置のように、回転軸にセンサマグネットを設けた構成においてセンサによる回転位相検知精度を高めるには、回転軸の振れ（軸方向と交差する方向の振れ）を抑制し、センサマグネットの位置変動を低減することが重要である。この点に関し、本発明の上記実施形態に係るモータ装置においては、図３に示すように、回転軸８のセンサマグネット１３が設けられた部分の外周に、転がり軸受１０を配置している。このように、センサマグネットが設けられている箇所を軸受によって支持することで、回転軸に振れが生じたとしても、センサマグネットがその影響を受けにくくなり、センサマグネットの位置を安定させることができる。これにより、センサマグネットの位置変動に伴う磁界の乱れを抑制でき、回転位相検知精度を向上させることが可能となる。
【００３２】
さらに、上記実施形態に係るモータ装置においては、ロータ７の両側に配置された２つの転がり軸受９，１０によって回転軸８が支持されていることで（図２参照）、回転軸がロータの片側のみで支持される構成に比べて、回転軸を安定して支持することができ、回転軸の振れを低減することができる。これにより、センサマグネットの位置をより一層安定させることができ、さらなる回転位相検知精度の向上が期待できる。
【００３３】
なお、本発明に係るモータ装置は、ロータの片側にのみ配置された軸受によって回転軸が支持される構成を除外するものではない。軸受がロータの片側にしか設けられていない場合でも、その軸受を回転軸のセンサマグネットが設けられた部分の外周に配置することで、センサマグネットの位置が安定し、一定の回転位相検知精度向上の効果が得られる。
【００３４】
また、上記実施形態に係るモータ装置においては、図３に示すように、センサマグネット１３の外周に配置されている転がり軸受１０が、回転軸８の挿入孔８ｂが設けられた部分の外周にも配置されている。これにより、挿入孔８ｂの開口部が転がり軸受１０によって閉鎖されるので、回転軸８に対する固定ピン１６の脱落を確実に防止することができる。このように、上記実施形態では、センサマグネット取付箇所を支持する転がり軸受１０が、固定ピン１６の脱落を防止する機能を兼ねることで、脱落防止用の部材を別途設けなくてもよくなるので、低コスト化及び小型化を図れる。
【００３５】
なお、本発明に係るモータ装置は、上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、本発明において、回転軸のセンサマグネットが設けられた部分の外周に配置される軸受は、上記実施形態に挙げられるような転がり軸受に限らず、すべり軸受あるいは流体軸受等を用いることも可能である。
【００３６】
また、上記実施形態では、センサマグネットとセンサとの間のギャップを管理するにあたって、図３に示すように、センサマグネット１３が底部１５ｂに対してセンサ１７に近づく方向に突き当てられているが、反対に、図５に示す例のように、センサマグネット１３が底部１５ｂに対してセンサ１７から遠ざかる方向に突き当てられるようにしてもよい。ただし、部品の寸法誤差によるギャップＧへの影響の観点からすれば、図３に示す構成の方が好ましい。すなわち、ギャップＧの管理に影響を及ぼす部品の寸法誤差として、図３に示す例では、回転軸８のセンサ１７側の端面からセンサマグネット１３の突き当てられた端面までの軸方向誤差Ｔが考えられるのに対し、図５に示す例では、回転軸８のセンサ１７側の端面からマグネットホルダ１５の底部１５ｂまでの孔深さＤの誤差に加え、センサマグネット１３の長さＬの誤差も含まれるので、図５に示す例の方が部品の積み上げ誤差が大きくなるからである。このように、センサマグネットとセンサとのギャップをより厳密に管理し、より高精度な回転位相検知を実現するには、図３に示す例のように、センサマグネット１３が底部１５ｂに対してセンサ１７に近づくようにして突き当てられている構成の方が有利である。しかし、その他の事情も鑑みて、図５に示す例の構成を採用しても構わない。
【符号の説明】
【００３７】
１      モータ装置
４      電動モータ
６      ステータ
７      ロータ
８      回転軸
８ｂ    挿入孔
９      転がり軸受
１０    転がり軸受
１３    センサマグネット
１５    マグネットホルダ
１６    固定ピン（固定部材）
１７    センサ
【図１】
2019103240.tif 000003
【図２】
2019103240.tif 000004
【図３】
2019103240.tif 000005
【図４】
2019103240.tif 000006
【図５】
2019103240.tif 000007