(57)【要約】【課題】軸方向長さを短くできるブラシレスモータを提供する。【解決手段】軸受２２を収容して保持する軸受収容部１３ａは凹部３０まで至るように構成されて凹部３０に軸受収容部１３ａ及び軸受２２の一部が位置するように構成される。回路基板３５は、軸受収容部１３ａとヨークハウジング１２との間で、エンドフレーム１３に固定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に固定され軸方向一端側に凹部を有するロータと、
前記ロータの外周側に設けられて前記ロータに回転磁界を付与する電機子ステータと、
前記回転軸の軸方向他端側を支持する第１軸受を収容する第１軸受収容部を有するとともに前記電機子ステータが固定される有底筒状のヨークハウジングと、
前記回転軸の軸方向一端側を支持する第２軸受を収容する第２軸受収容部を有するとともに前記ヨークハウジングの開口部を覆うエンドフレームと、
前記ロータと一体回転するセンサマグネットの磁束に応じたｓｉｎ波状又はｃｏｓ波状の信号を出力する磁気センサを有する回路基板と、
を備え、
前記第２軸受収容部は前記凹部まで至るように構成されて前記凹部に前記第２軸受収容部及び前記第２軸受の少なくとも一部が位置するように構成され、
前記回路基板は、前記第２軸受収容部と前記ヨークハウジングとの間で、前記エンドフレームに固定されたことを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のブラシレスモータにおいて、
前記エンドフレームは、ブラシレスモータを取り付ける取付対象物の一部を軸方向一端側において嵌入可能な嵌合凹部を有することを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項３】
請求項２に記載のブラシレスモータにおいて、
前記回転軸の軸方向一端側における前記エンドフレームから露出した部位に前記取付対象物に対して駆動力を伝達する駆動力伝達部を備えたことを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のブラシレスモータにおいて、
前記ロータのロータコアは、中心部に前記回転軸を挿通可能な第１貫通孔を有する円環板状の第１コアシートと、中心部に前記回転軸を挿通可能であって前記第１貫通孔よりも大径の第２貫通孔を有する円環板状の第２コアシートとをそれぞれ複数積層した状態で構成され、
前記凹部は、前記第２コアシートを複数積層した状態の前記第２貫通孔で構成されることを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のブラシレスモータにおいて、
前記センサマグネットと前記ロータに設けられるロータマグネットとが周方向において電気角で９０度ずれるように構成されることを特徴とするブラシレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロータの回転位置等を検出するための磁気センサを有するブラシレスモータが知られている（例えば特許文献１参照）。
このようなブラシレスモータでは、ロータと一体回転するセンサマグネットを備え、このセンサマグネットの磁気（磁束）を前記磁気センサで検出することでロータの回転位置等を検出することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２３３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のようなブラシレスモータでは、回転軸の端部にセンサマグネットが設けられ、そのセンサマグネットの磁気を前記磁気センサで検出している。つまり、回転軸の端部に設けられるセンサマグネットや磁気センサの分だけモータの軸方向長さが長くなる虞がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、軸方向長さを短くできるブラシレスモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するモータは、回転軸に固定され軸方向一端側に凹部を有するロータと、前記ロータの外周側に設けられて前記ロータに回転磁界を付与する電機子ステータと、前記回転軸の軸方向他端側を支持する第１軸受を収容する第１軸受収容部を有するとともに前記電機子ステータが固定される有底筒状のヨークハウジングと、前記回転軸の軸方向一端側を支持する第２軸受を収容する第２軸受収容部を有するとともに前記ヨークハウジングの開口部を覆うエンドフレームと、前記ロータと一体回転するセンサマグネットの磁束に応じたｓｉｎ波状又はｃｏｓ波状の信号を出力する磁気センサを有する回路基板と、を備え、前記第２軸受収容部は前記凹部まで至るように構成されて前記凹部に前記第２軸受収容部及び前記第２軸受の少なくとも一部が位置するように構成され、前記回路基板は、前記第２軸受収容部と前記ヨークハウジングとの間で、前記エンドフレームに固定された。
【０００７】
この構成によれば、第２軸受収容部は凹部まで至るように構成されて凹部に第２軸受収容部及び第２軸受の少なくとも一部が位置するように構成され、回路基板は、第２軸受収容部とヨークハウジングとの間で、エンドフレームに固定される。このように磁気センサを有する回路基板が凹部に至るまで延びた第２軸受収容部とヨークハウジングとの間に位置するため、従来のように磁気センサを回転軸の端部に設けることがないため軸方向長さを短くすることができる。
【０００８】
上記ブラシレスモータにおいて、前記エンドフレームは、ブラシレスモータを取り付ける取付対象物の一部を軸方向一端側において嵌入可能な嵌合凹部を有することが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、エンドフレームは、ブラシレスモータを取り付ける取付対象物の一部を軸方向一端側において嵌入可能な嵌合凹部を有するため、ブラシレスモータを取付対象物に取り付けた際に嵌合凹部に取付対象物の一部を嵌入することができる。その結果、取付対象物にブラシレスモータを取り付けた際の軸方向における長さを短くすることができる。また、前述したように、第２軸受収容部及び第２軸受の少なくとも一部が凹部に位置するため、第２軸受収容部や第２軸受が凹部側までオフセットされることでエンドフレームに嵌合凹部を設けるスペースを確保することができる。
【００１０】
上記ブラシレスモータにおいて、前記回転軸の軸方向一端側における前記エンドフレームから露出した部位に前記取付対象物に対して駆動力を伝達する駆動力伝達部を備えたことが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、回転軸の軸方向一端側におけるエンドフレームから露出した部位に取付対象物に対して駆動力を伝達する駆動力伝達部を備えることで取付対象物に対して駆動力を伝達することができる。
【００１２】
上記ブラシレスモータにおいて、前記ロータのロータコアは、中心部に前記回転軸を挿通可能な第１貫通孔を有する円環板状の第１コアシートと、中心部に前記回転軸を挿通可能であって前記第１貫通孔よりも大径の第２貫通孔を有する円環板状の第２コアシートとをそれぞれ複数積層した状態で構成され、前記凹部は、前記第２コアシートを複数積層した状態の前記第２貫通孔で構成されることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、凹部は、前記第２コアシートを複数積層した状態の前記第２貫通孔で構成されるため、第２コアシートの積層枚数によって凹部の軸方向における長さ（深さ）を容易に変更することが可能となる。
【００１４】
上記ブラシレスモータにおいて、前記センサマグネットと前記ロータに設けられるロータマグネットとが周方向において電気角で９０度ずれるように構成されることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、センサマグネットとロータマグネットとが周方向において電気角で９０度ずれるように構成される。ここで、ブラシレスモータを駆動するための電流は、ロータマグネットに対して電気角で９０度ずらして巻線に通電するため、センサマグネットと同位相となる。このため、センサマグネットの磁界が通電に伴って発生する巻線の磁界の影響を受けることが抑えられ、センサによるセンサマグネット（ロータ）の位置の検出誤差を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のブラシレスモータによれば、軸方向長さを短くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一実施形態におけるブラシレスモータの断面図。
【図２】同実施形態におけるブラシレスモータの平面図。
【図３】同実施形態におけるブラシレスモータのセンサマグネット及び磁気センサ周辺を示す断面図。
【図４】同実施形態におけるブラシレスモータの回路基板の平面図。
【図５】（ａ）（ｂ）同実施形態におけるブラシレスモータの磁気センサで検出される磁束密度変化を示すグラフ。
【図６】（ａ）（ｂ）参考例におけるブラシレスモータの磁気センサで検出される磁束密度変化を示すグラフ。
【図７】相電流実効値を変化させた場合における磁気センサの角度誤差の変化を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、ブラシレスモータの一実施形態について説明する。本実施形態のブラシレスモータは、例えば車両エンジンの燃費向上の一貫として圧縮比を可変とするエンジンの制御用モータとして用いられるものである。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態のブラシレスモータ１０のモータケース１１は、略有底筒状に形成されたヨークハウジング１２と、ヨークハウジング１２の開口部を閉塞するエンドフレーム１３とを有する。
【００２０】
ヨークハウジング１２の内周面にはステータ１４が固定されている。ステータ１４は、径方向内側に延びる複数のティース１５を有するステータコア１６を有する。
図１、図２に示すように、ステータコア１６の各ティース１５は、周方向略等間隔に設けられ、各ティース１５にはインシュレータ１７を介してＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線１８が集中巻にて巻回されている。
【００２１】
図１に示すようにステータ１４の内側には、回転軸１９に固着されて同回転軸１９とともに一体回転するロータ２０が設けられている。回転軸１９は、例えば非磁性部材で構成され、ヨークハウジング１２の底部略中央に設けた軸受収容部１２ａに固定された軸受２１及びエンドフレーム１３の略中央に設けた軸受収容部１３ａに固定された軸受２２にて、モータケース１１に対して回転可能に支持されている。
【００２２】
図２に示すようにロータ２０は、ロータコア２３と、ロータコア２３の外周面において周方向に磁極が交互となるように設けられたロータマグネット２４とを有する所謂ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）型のロータである。本実施形態のロータマグネット２４は、径方向外側がＮ極となるように着磁されたＮ極マグネット２４ａと、径方向外側がＳ極となるように着磁されたＳ極マグネット２４ｂとが個別に分かれており、それらの各マグネット２４ａ，２４ｂを極性が異なるように周方向に交互に配置して構成される。
【００２３】
図１に示すように、ロータ２０のロータコア２３は、円環板状の第１及び第２コアシート２５，２９をそれぞれ複数有する。
第１コアシート２５は、回転軸１９を挿通するための貫通孔２６ａが設けられる第１環状部２６と、第１環状部２６から径方向に延出する複数の延出部２７と、延出部２７の外側に位置する略円環状の第２環状部２８（図１参照）とを有する。
【００２４】
第２コアシート２９は、前記第１コアシート２５の第２環状部２８と略同形状の環状をなすよう構成される。
そして、ロータコア２３は、前記第１コアシート２５を複数積層するとともに前記第２コアシート２９を複数積層し、積層された第１コアシート２５の軸方向一端部（図１において左側）と積層された第２コアシート２９の軸方向他端部（図１において右側）とを重ねて構成される。このとき、第２コアシート２９は第１コアシート２５の第２環状部２８と略同形状に構成されるため、ロータコア２３において第２コアシート２９を積層することで第２コアシート２９の貫通孔２９ａが連続することによってロータコア２３に凹部３０が形成される。
【００２５】
凹部３０内には、エンドフレーム１３の軸受収容部１３ａの一部（先端側）及び軸受収容部１３ａによって保持された軸受２２の一部が配置される。これにより、凹部３０を設けない場合と比較して軸受２２及び軸受収容部１３ａが軸方向においてロータ２０側（ヨークハウジング１２の底部側）にオフセットされることとなる。
【００２６】
また、ロータコア２３の第２コアシート２９の軸方向一端側（図１において左側）にはマグネット固定部材３１を介してセンサマグネット３２が設けられる。なお、本実施形態ではマグネット固定部材３１、並びにロータコア２３の第１コアシート２５及び第２コアシート２９のそれぞれに設けられた貫通孔にカシメピン３３を挿入してかしめることによって各コアシート２５，２９及びマグネット固定部材３１が組み付けられて一体化されることとなる。
【００２７】
センサマグネット３２は、円環状をなし、周方向において極性の異なる磁極が交互となるように着磁されている。
センサマグネット３２は、ロータマグネット２４に対して電気角で９０度周方向にずれるようになっている。なお、本実施形態では、センサマグネット３２及びロータマグネット２４の極数が８極であるため、センサマグネット３２とロータマグネット２４とは機械角で２２．５度周方向にずれるようになっている。
【００２８】
図１及び図３に示すように、本実施形態のブラシレスモータ１０のエンドフレーム１３には、前記センサマグネット３２と軸方向において対向する位置に磁気センサとしての複数のＭＲセンサ３４を複数有する回路基板３５が固定される。
【００２９】
図４に示すように、回路基板３５には、前記ＭＲセンサ３４が３つ設けられている。
ＭＲセンサ３４は、磁気抵抗効果素子を用いたセンサであり、磁界の大きさ（磁束密度）に応じて出力する信号が異なるようになっている。本実施形態では、センサマグネット３２が周方向において極性が異なるように交互着磁されているため、ＭＲセンサ３４においてｓｉｎ波状又はｃｏｓ波状の信号が回路基板３５上に設けられた制御回路（図示略）に出力される。制御回路はＭＲセンサ３４から出力された信号によってロータ２０の回転位置を検出する。なお、本実施形態では、磁気センサとしてＭＲセンサ３４を採用しているが、リニアホールＩＣを用いてセンサマグネット３２の磁界の大きさ（磁束密度）に応じてｓｉｎ波状又はｃｏｓ波状の信号を出力する構成を採用してもよい。
【００３０】
図１に示すように、ブラシレスモータ１０の回転軸１９の軸方向一端側には駆動力伝達部１９ａが取り付けられ、取付対象物である被駆動伝達部材４０に対して回転軸１９の回転に伴う駆動力が伝達されるようになっている。被駆動伝達部材４０の凸部４０ａは、エンドフレーム１３の軸方向において反ロータ２０側（駆動力伝達部１９ａ側）に形成された嵌合凹部１３ｂに嵌入される。ここで、軸受２２及び軸受収容部１３ａの一部が凹部３０及びセンサマグネット３２の内側に位置することで軸方向においてロータ２０側（ヨークハウジング１２の底部側）にオフセットされることで軸受２２や軸受収容部１３ａがヨークハウジング１２内に位置する。これによって、嵌合凹部１３ｂをエンドフレーム１３に設けてもヨークハウジング１２とエンドフレーム１３とを組み付けた状態における軸方向長さが長くなることが抑えられている。
【００３１】
次に、ブラシレスモータ１０の作用を説明する。
本実施形態のブラシレスモータ１０では、巻線１８に３相の駆動電流が供給されてステータ１４に回転磁界が形成されると、同ステータ１４の内側に配置されたロータ２０がその回転磁界に基づいて回転する。
【００３２】
また、センサマグネット３２とロータマグネット２４とが周方向において電気角で９０度ずれるように構成される。ここで、センサマグネット３２とロータマグネット２４との配置関係の違いによるＭＲセンサ３４で検出精度の変化を図５〜図７を用いて説明する。
【００３３】
図５（ａ）には、センサマグネット３２とロータマグネット２４とが電気角で９０度周方向にずれた状態におけるＭＲセンサ３４の検出結果（磁束密度変化）のグラフを示している。図５（ｂ）には、図５（ａ）においてエリアＡ１で示す部位を拡大したグラフを示している。図５（ａ）（ｂ）のいずれにおいて電気角を横軸で示し、磁束密度を縦軸で示している。また、図６（ａ）には、センサマグネット３２とロータマグネット２４とが同位相である場合（周方向にずれていない状態）におけるＭＲセンサ３４の検出結果（磁束密度変化）のグラフを示している。図６（ｂ）には、図６（ａ）においてエリアＡ２で示す部位を拡大したグラフを示している。また、図５（ａ）（ｂ）及び図６（ａ）（ｂ）において相電流実効値が０［Ａｒｍｓ］を実線、１０［Ａｒｍｓ］を２点鎖線、２０［Ａｒｍｓ］を長破線、３０［Ａｒｍｓ］を１点鎖線、４０［Ａｒｍｓ］を短破線で示す。
【００３４】
また、図７には、相電流実効値を変更した場合のＭＲセンサ３４における角度誤差の変化を示している。図７においてはセンサマグネット３２とロータマグネット２４とが電気角で９０度周方向にずれた状態を「本案」で示し、センサマグネット３２とロータマグネット２４とが同位相である場合（周方向にずれていない状態）を「参考例」で示している。
【００３５】
図７からわかるように、「参考例」の場合には相電流実効値が高いほどＭＲセンサ３４で検出される角度誤差が大きくなるが、「本案」の場合に相電流実効値が異なっていてもＭＲセンサ３４で検出される角度誤差があまり変化しない。
【００３６】
また、図６（ｂ）で示す例（前記参考例と同じ例）の場合には磁束密度のグラフの位相がずれる。これと比較して、図５（ｂ）で示す例（前記本案と同じ例）の場合には磁束密度のグラフの位相があまりずれない。
【００３７】
このように、センサマグネット３２とロータマグネット２４とが周方向において電気角で９０度ずれるように構成することで巻線１８の磁界の影響を受けることが抑えられ、ＭＲセンサ３４によるセンサマグネット３２（ロータ２０）の回転位置の検出誤差（角度誤差）を抑えることができる。
【００３８】
次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）軸受収容部１３ａは凹部３０まで至るように構成されて凹部３０に軸受収容部１３ａ及び軸受２２の一部が位置するように構成され、回路基板３５は、軸受収容部１３ａとヨークハウジング１２との間で、エンドフレーム１３に固定される。このようにＭＲセンサ３４を有する回路基板３５が凹部３０に至るまで延びた軸受収容部１３ａとヨークハウジング１２との間に位置するため、従来のように磁気センサ（ＭＲセンサ）を回転軸の端部に設けることがないため軸方向長さを短くすることができる。
【００３９】
（２）エンドフレーム１３は、ブラシレスモータ１０を取り付ける取付対象物としての被駆動伝達部材４０の凸部４０ａ（一部）を軸方向一端側において嵌入可能な嵌合凹部１３ｂを有するため、ブラシレスモータ１０を被駆動伝達部材４０に取り付けた際に嵌合凹部１３ｂに被駆動伝達部材４０の凸部４０ａ（一部）を嵌入することができる。その結果、被駆動伝達部材４０にブラシレスモータ１０を取り付けた際の軸方向における長さを短くすることができる。
【００４０】
（３）また、前述したように、軸受収容部１３ａ及び軸受２２の一部が凹部３０に位置するため、軸受収容部１３ａや軸受２２が凹部３０側までオフセットされることでエンドフレーム１３に嵌合凹部１３ｂを設けるスペースを確保することができる。換言すると、軸受収容部１３ａや軸受２２の一部がヨークハウジング１２内に位置することとなるため、嵌合凹部１３ｂをエンドフレーム１３に設けてもヨークハウジング１２とエンドフレーム１３とを組み付けた状態における軸方向長さが長くなることが抑えられる。
【００４１】
（４）回転軸１９の軸方向一端側におけるエンドフレーム１３から露出した部位に被駆動伝達部材４０に対して駆動力を伝達する駆動力伝達部１９ａを備えることで被駆動伝達部材４０に対して駆動力を伝達することができる。
【００４２】
（５）凹部３０は、第２コアシート２９を複数積層した状態の貫通孔２９ａで構成されるため、第２コアシート２９の積層枚数によって凹部３０の軸方向における長さ（深さ）を容易に変更することが可能となる。
【００４３】
（６）センサマグネット３２とロータマグネット２４とが周方向において電気角で９０度ずれるように構成される。ここで、ブラシレスモータ１０を駆動するための電流は、ロータマグネット２４に対して電気角で９０度ずらして巻線１８に通電するため、センサマグネット３２と同位相となる。このため、センサマグネット３２の磁界が通電に伴って発生する巻線１８の磁界の影響を受けることが抑えられ、ＭＲセンサ３４によるセンサマグネット３２（ロータ２０）の回転位置の検出誤差を抑えることができる。
【００４４】
（７）複数のＭＲセンサ３４を用いることで精度向上を図ることができる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、ロータコア２３の外周面にロータマグネット２４を配置した所謂ＳＰＭ型のロータ２０を採用したが、ロータコア２３内にロータマグネット２４を埋込配置した所謂ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）型のロータを採用してもよい。この場合であっても、ロータコア２３のロータマグネット２４と、センサマグネット３２とを周方向において電気角において９０度ずれるように構成することが好ましい。このような構成とすることで、上記実施形態の効果（５）と同様の効果を奏することができる。
【００４５】
・上記実施形態では、ロータコア２３を２種類のコアシート２５，２９を積層して構成したが、３種類以上のコアシートを積層してロータコア２３を構成してもよい。また、ロータコア２３を予め凹部３０を有するように一体物として成形してもよい。
【００４６】
・上記実施形態では、ロータマグネット２４と、センサマグネット３２とを周方向において電気角で９０度ずれるように配置したが、これに限らない。例えばロータマグネット２４とセンサマグネット３２とが周方向においてずれない（同位相となる）構成であってもよい。
【００４７】
・上記実施形態では、軸受２２の一部が凹部３０内に位置するような構成としたが、これに限らず、軸受２２全体が凹部３０内に位置するような構成としてもよい。
・上記実施形態ではＭＲセンサ３４（磁気センサ）を３個設ける構成としたが、その数は適宜変更してもよい。
【００４８】
・上記実施形態並びに上記各変形例は適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０…ブラシレスモータ、１２…ヨークハウジング、１２ａ…軸受収容部（第１軸受収容部）、１３…エンドフレーム、１３ａ…軸受収容部（第２軸受収容部）、１３ｂ…嵌合凹部、１４…ステータ（電機子ステータ）、１８…巻線、１９…回転軸、１９ａ…駆動力伝達部、２０…ロータ、２１…軸受（第１軸受）、２２…軸受（第２軸受）、２３…ロータコア、２４…ロータマグネット、２５…第１コアシート、２９…第２コアシート、２９ａ…貫通孔（第２貫通孔）、３０…凹部、３２…センサマグネット、３４…ＭＲセンサ（磁気センサ）、３５…回路基板、４０…被駆動伝達部材（取付対象物）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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