(57)【要約】【課題】モータの外径寸法を大きくすることなくロータの磁極位置を精度良く検出する。【解決手段】内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に介在する転動体と、前記内輪及び前記外輪の一方に取り付けられた多極磁石と、前記内輪及び前記外輪の他方に取り付けられ、前記多極磁石と対向する磁気感応センサとを有し、前記多極磁石は、取り付け位置が外部から識別可能であることを特徴とするセンサ付き軸受。【選択図】　図２
2004132506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に介在する転動体と、前記内輪及び前記外輪の一方に取り付けられた多極磁石と、前記内輪及び前記外輪の他方に取り付けられ、前記多極磁石と対向する磁気感応センサとを有し、前記多極磁石は、取り付け位置が外部から識別可能であることを特徴とするセンサ付き軸受。
【請求項２】
前記多極磁石は、円環状に交互に着磁された複数のＮ極及びＳ極を有していることを特徴とする請求項１記載のセンサ付き軸受。
【請求項３】
前記複数のＮ極及びＳ極の一つの磁極位置が識別可能であることを特徴とする請求項２記載のセンサ付き軸受。
【請求項４】
前記磁気感応センサは、同一円周上に配置された３つの磁気感応センサであり、
隣り合う磁気感応センサの取り付け位置角度は、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至３の何れか記載のセンサ付き軸受。
θ　＝　２４０ｎ／Ｚ
θ　≠　７２０ｎ／Ｚ
ここで、　θ：隣り合うセンサ間角度（ｄｅｇ）
ｎ：正の整数
Ｚ：磁極数
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に３相モータに用いられ、内輪あるいは外輪に固定された回転部材の回転数や回転位置を検知するためのセンサ付き軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、３相モータの効率や回転精度を向上するために、ロータの極磁位置の検出が行われている。ロータの極磁位置の検出を開示している先行技術文献としては、以下のものが挙げられる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−６４９９３　（第２〜４頁、図３）
【０００４】
図６は、特許文献１に開示のモータを示す図である。特許文献１は、転がり軸受１０６を介して軸を回転自在に保持するハウジング１０５と、巻線１０１が巻回され、ハウジング１０５上に配置されたステータコア１０２と、ステータコア１０２と対向して配置されたロータマグネット１０３と、ハウジング１０５上に立設したプリント基板１０７と、プリント基板１０７上に設けられ、ロータマグネット１０３と軸方向に対向する磁気感応センサとしてのホール素子１０４とを備えた３相ブラシレスモータを開示している。特許文献１によれば、ホール素子１０４は、電気角で１２０°の位相角で同一円周上に３つ配置されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
モータの出力を増大させるために、ロータマグネット１０３は形成する磁束密度が径方向に高くなるように配置される。しかしながら、特許文献１に開示の構造では、ホール素子１０４は、ロータマグネット１０３と軸方向に対向配置されているため、ホール素子１０４が感知する磁束密度は低くなっており、感度が悪い。
【０００６】
感度を向上させるためには、ホール素子１０４を径方向（磁束密度の高い方向）に配置する必要があるが、ホール素子１０４を径方向に配置すると、モータの外径寸法が大きくなり、またセンサの固定や配線のための構造が複雑になるといった問題点がある。
【０００７】
本発明は、モータの外径寸法を大きくすることなくロータの磁極位置を精度良く検出することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載のセンサ付き軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に介在する転動体と、前記内輪及び前記外輪の一方に取り付けられた多極磁石と、前記内輪及び前記外輪の他方に取り付けられ、前記多極磁石と対向する磁気感応センサとを有し、前記多極磁石は、取り付け位置が外部から識別可能である。
【０００９】
請求項１記載のセンサ付き軸受によれば、磁気感応センサは、多極磁石に対向配置されているため、高い磁束密度を感知することができ、正確な測定を行うことが可能である。また、多極磁石の取り付け位置が外部から識別可能に構成されているため、高い精度で取り付けることが可能となる。特に、３相モータのロータに対応して多極磁石を配置する場合には、ロータの磁極中心に多極磁石の取り付けを正確に位置あわせすることにより、３相モータの通電タイミングを正確に制御することが可能となる。また、ロータの径方向にセンサを設ける必要がないため、モータの外径を大きくすることなく正確な測定を行うことが可能となる。
【００１０】
具体的には、前記多極磁石は、円環状に交互に着磁された複数のＮ極及びＳ極を有しており、前記複数のＮ極及びＳ極の一つの磁極位置が識別可能とされている。
【００１１】
前記磁気感応センサは、同一円周上に配置された３つの磁気感応センサであり、隣り合う磁気感応センサの取り付け位置角度は、以下の条件を満たす。
θ　＝　２４０ｎ／Ｚ
θ　≠　７２０ｎ／Ｚ
ここで、　θ：隣り合うセンサ間角度（ｄｅｇ）
ｎ：正の整数
Ｚ：磁極数
【００１２】
このように、３つの磁気感応センサを上記関係式を満たすように配置することにより、３相モータの通電タイミングを正確に制御することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係る実施形態のセンサ付き軸受を有するモータを示す断面図である。本実施形態のモータ１は、ハウジング２と、アウタロータ３と、ロータマグネット４と、ステータコア５と、コイル６と、軸７と、カバー８とから構成されている。
【００１５】
ハウジング２は、外径方向に延出した円盤状のフランジ部２ｂと、フランジ部２ｂの中心から軸方向に突出した凸部２ａを有している。ハウジング２には、凸部２ａ及びフランジ部２ｂの中心を貫通する貫通孔２ｃが形成されており、貫通孔２ｃに沿って軸７が挿入配置されている。軸７は、後述する転がり軸受１０および２０により回転自在に保持されている。
【００１６】
軸７の先端近傍には、カップ形状のアウタロータ３が取り付けられている。アウタロータ３の内径面３ａ上には、複数のＮ極及びＳ極が交互に着磁された円環状のロータマグネット４が配置されている。一方、ハウジング２の凸部２ａの外周面上には、ロータマグネット４と対向する位置にステータコア５が配置されている。ステータコア５は、円周上に等間隔で配置された複数のポールを有しており、これらのポールには各出力が電気角で１２０°となるように３本のコイル６が巻回され、全体で三相モータを構成している。ハウジング２のフランジ部２ｂの先端部には、アウタロータ３、ロータマグネット４，ステータコア５，及びコイル６を覆うカバー８が取り付けられており、モータ１の内部を保護している。
【００１７】
転がり軸受２０は、軸２に外嵌する内輪２１と、玉２２と、ハウジング２の凸部２ａの先端部とから構成されている。内輪２１の外周面および凸部２ａの内周面には、玉２２を保持する軌道が形成されており、玉２２は、軌道に沿って転動する。
【００１８】
一方、センサ付き軸受である転がり軸受１０は、転がり軸受２０と所定距離離れたハウジング２のフランジ部２ｂ近傍側に配置されている。図２は、転がり軸受１０の詳細を示す断面図である。転がり軸受１０は、軸７に外嵌する内輪１１と、ハウジング２に内嵌する外輪１２と、内輪１１の外周面及び外輪１２の内周面にそれぞれ形成された内輪軌道１１ａ及び外輪軌道１２ａに沿って転動する転動体である玉１３と、玉１３を保持する保持器１４と、外輪１２の一側面近傍から内輪１１に向かって立設して内輪１１及び外輪１２間に形成される軸受空間をカバーするカバー１５とを有している。
【００１９】
この転がり軸受１０は、カバー１５が配置された側面の反対側の側面には、センサ部３０が取り付けられている。センサ部３０は、センサホルダ３１と、マグネットホルダ３２と、３つの磁気感応センサ３３と、多極磁石３４と、スペーサ３５と、基板３６と、センサ位置決め部材３７とから構成されている。
【００２０】
センサホルダ３１は、コの字型形状を有する円環状の部材であり、一端が外輪１２の外周面に加締め固定されている。センサホルダ３１は、コの字形状の内側端部側面上にセンサ位置決め部材３７を介して３つの磁気感応センサ３３を保持している。磁気感応センサ３３は、同じくコの字形状の内側奥部側面上にスペーサ３５を介して配置された基板３６に接続されている。基板３６には、外部に磁気感応センサ３３の出力を出力するケーブル線３８が接続されている。
【００２１】
一方、マグネットホルダ３２は、先端部がセンサホルダ３１の先端部と対向するように折り曲げられた円環状の部材であり、一端が内輪１１に固定されている。マグネットホルダ３２は、内輪１１から軸受空間を塞ぐように外輪１２側に延出しており、軸受空間を覆うカバーとしても機能している。マグネットホルダ３２の先端部には、磁気感応センサ３３と対向する位置に多極磁石３４が配置されている。即ち、磁気感応センサ３３は、多極磁石３４の磁束密度の高い方向に配置されている。
【００２２】
図３は、磁気感応センサ３３及びセンサ位置決め部材３７を示す断面図である。センサ位置決め部材３７は、センサホルダ３１上に配置された円環状の部材である。センサ位置決め部材３７は、軸７の回転中心と同心となるように配置されている。センサ位置決め部材３７は、外周面に磁気感応センサ３３を位置決め固定する３つの凹み３７ａが形成されており、各凹み３７ａ内には磁気感応センサ３３が内挿固定されている。本実施形態では、磁気感応センサ３３は、センサ位置決め部材３７の中心、即ち軸７の回転中心に対して３０°間隔で同一円周上に配置されている。
【００２３】
図４は、多極磁石３４の構造を示す断面図である。多極磁石３４は、その外周面がマグネットホルダ３２に固定され、磁気感応センサ３３及びセンサ位置決め部材３７と対向している。本実施形態では、多極磁石３４は、それぞれ同一形状の８個のＮ極３４ａと８個のＳ極３４ｂが同一円周上にＮ極３４ａとＳ極３４ｂが交互となるように環状に接続されて構成されている。多極磁石３４は、センサ位置決め部材３７と同様に、軸７の回転中心と同心となるように配置されており、内輪１１の回転に伴い回転する。多極磁石３４は、センサ位置決め部材３７と同心であるため、多極磁石３４と各磁気感応センサ３３との距離は、多極磁石３４の回転位置に関わらず変化しない。各Ｎ極３４ａ及びＳ極３４ｂは、上述したように、磁束密度が磁気感応センサ３３の方向に高くなるように配置されている。
【００２４】
ここで、三相モータに流す電流タイミングを検出するためには、電気角１２０°となるように３つの磁気感応センサ３３を配置する必要がある。電気角で１２０°となるように磁気感応センサ３３を配置するための条件は、以下の通りである。
【００２５】
【式１】
θ　＝　２４０ｎ／Ｚ　　・・・　（１）
θ　≠　７２０ｎ／Ｚ　　・・・　（２）
ここで、　θ：隣り合うセンサ間角度（ｄｅｇ）
ｎ：正の整数
Ｚ：多極磁石３４の磁極数
【００２６】
本実施形態の場合には、Ｚ＝１６でｎ＝２の場合に相当する。３つの磁気感応センサ３３の取り付け角度は、式（１）及び（２）を満たせばよく、特に３０°に限られるものではない。
【００２７】
図５は、図２の矢印Ａの方向からみた転がり軸受１０及びセンサ部３０を示す図である。マグネットホルダ３２上には、転がり軸受にマグネットホルダ３２及びセンサホルダ３１を取り付けた状態で外部から視認可能なマーキング４０が刻まれている。マーキング４０は、打刻、刻印、印字等で作られたマグネットホルダ３２に配置される多極磁石３４の磁極位置を確認するためのものである。多極磁石３４は、多極磁石３４の一つの磁極（Ｎ極またはＳ極）の周方向中央位置がマーキング４０と一致するようにマグネットホルダ３２に固定されている。
【００２８】
作業者は、転がり軸受１０のモータ１への組み付け時、このマーキング４０がアウタロータ３の内径面３ａ上に取り付けられた円環状のロータマグネット４の極磁中心位置（ある磁極の周方向中心位置）と一致するように配置する。このように、マーキング４０をもとに転がり軸受１０をモータ１に組み付けることにより、取り付け時に正確に位置あわせを行うことができる。
【００２９】
各磁気感応センサ３３から出力される信号ｅｕ，　ｅｖ，　ｅｗは、それぞれ以下の式で表される。
【００３０】
【式２】
ｅｕ＝ｓｉｎθ　　　　　　　　　・・・（３）
ｅｖ＝ｓｉｎ（θ−１２０°）　　　　　　　　　　　　・・・（４）
ｅｗ＝ｓｉｎ（θ−２４０°）　　　　　　　　　　　　・・・（５）
【００３１】
これらの式（３）〜（５）に従い、各信号ｅｕ，　ｅｖ，　ｅｗが所定の値となった時点で対応するコイルに電流を流し、また別の所定の値になった時点で電流をストップすることで、３相モータへの通電タイミングを精度よく制御し、３相モータを適切に駆動することにより、モータの効率を向上させることができる。
【００３２】
以上、本実施形態のセンサ付き軸受を有するモータは、センサ付き軸受である転がり軸受２０によって軸７を支持している。センサであるセンサ部３０は、転がり軸受２０に軸方向に隣接して配置されている。磁気感応センサ３３は、多極磁石３４の磁束密度が高い領域に配置されているため、各磁極が形成する磁束の変化を正確に検出することが可能となる。さらに、磁気感応センサをロータマグネット４の径方向外側または内側に配置する必要がないため、モータの径を大きくすることなく、正確な測定を行うことが可能となる。
【００３３】
また、センサ部３０の多極磁石３４の位置は、マーキング４０により外部から識別可能となっている。従って、正確な測定のためには欠かせないロータマグネットに対する位置決めを精度よく行うことができる。これにより、正確に通電タイミングを制御し、モータの効率向上に寄与することが可能となる。
【００３４】
なお、さらに精度を向上させるために、３相モータのロータマグネットのある磁極の位置を例えばシャフトにマーキングし、シャフト上のマーキング及びマーキング４０に従い、モータとセンサ付き転がり軸受を位置決めすることにより、取り付け精度の向上を図ってもよい。ここで、ロータマグネットの磁極位置のマーキングは、シャフトに限られず、取り付け時に都合のよい任意の位置に施してもよい。
【００３５】
なお、本実施形態のセンサ付き軸受は、モータに限らず、各種軸受装置の回転数検出に用いることも可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、センサ付き軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に介在する転動体と、前記内輪及び前記外輪の一方に取り付けられた多極磁石と、前記内輪及び前記外輪の他方に取り付けられ、前記多極磁石と対向する磁気感応センサとを有し、前記多極磁石は、取り付け位置が外部から識別可能である。従って、磁気感応センサは、高い磁束密度を感知することが可能であり、誤差の少ない測定を行うことが可能である。また、多極磁石の取り付け位置が外部から識別可能に構成されているため、高い精度で取り付けることが可能となる。特に、３相モータのロータに対応して多極磁石を配置する場合には、ロータの磁極中心に多極磁石の取り付けを正確に位置あわせすることにより、３相モータの通電タイミングを正確に制御することが可能となる。また、ロータの径方向にセンサを設ける必要がないため、モータの外径を大きくすることなく正確な測定を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態のセンサ付き軸受を有するモータを示す断面図である。
【図２】転がり軸受の詳細を示す断面図である。
【図３】磁気感応センサ及びセンサ位置決め部材を示す断面図である。
【図４】多極磁石の構造を示す断面図である。
【図５】図２の矢印Ａの方向からみた転がり軸受及びセンサ部を示す図である。
【図６】特許文献１に開示されたモータを示す図である。
【符号の説明】
１　　　モータ
２　　　ハウジング
３　　　アウタロータ
４　　　ロータマグネット
５　　　ステータコア
６　　　コイル
７　　　軸
１０　　転がり軸受
１１　　内輪
１２　　外輪
３０　　センサ部
３１　　センサホルダ
３２　　マグネットホルダ
３３　　磁気感応センサ
３４　　多極磁石
４０　　マーキング
【図１】
2004132506.tif 000003
【図２】
2004132506.tif 000004
【図３】
2004132506.tif 000005
【図４】
2004132506.tif 000006
【図５】
2004132506.tif 000007
【図６】
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