(57)【要約】  固定子３を内部に有するハウジング２と、シャフト４１、回転子４２、検出対象部４３を有しており、前記ハウジング２の内部の所定位置に配置するに際して当該ハウジング２に干渉しない外径を有する回転子ユニット４と、前記ハウジング２に設けられる回転センサ５と、を備え、前記検出対象部４３が、基部４３１と、シャフト装着部４３２と、外径寸法が前記基部４３１の外径寸法以下とされた突出部４３３とを備えた、回転センサ付き電動機１を製造するための製造方法であって、前記回転子ユニット４を組み立てて前記構成とする工程と、前記構成の前記回転子ユニット４を軸方向における一方から前記ハウジング２に挿入して固定する工程と、を有する、回転センサ付き電動機１の製造方法である。
2020136753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に配置された固定子を内部に有するハウジングと、
軸方向に延びるシャフト、及び、前記シャフトの軸方向周りに回転するように構成された回転子ユニットであって、前記固定子の径内側に位置する回転子、及び、前記シャフトに設けられた検出対象部を有しており、かつ、前記ハウジングの内部の所定位置に配置するに際して当該ハウジングに干渉しない外径を有する回転子ユニットと、
前記ハウジング内において前記検出対象部に対し径方向に対向して設けられる回転センサと、を備え、
前記検出対象部が、軸方向基準で回転対称形状の基部と、前記基部から軸方向一方側に延びており前記シャフトに装着されるシャフト装着部と、前記基部から軸方向他方側に延びており外径寸法が前記基部の外径寸法以下とされた突出部とを備えた、回転センサ付き電動機を製造するための製造方法であって、
前記回転子ユニットを組み立てて前記構成とする工程と、
前記構成の前記回転子ユニットを軸方向における一方から前記ハウジングに挿入して固定する工程と、
を有する、回転センサ付き電動機の製造方法。
【請求項２】
周方向に配置された固定子を内部に有するハウジングと、
軸方向に延びるシャフト、及び、前記シャフトの軸方向周りに回転するように構成された回転子ユニットであって、前記固定子の径内側に位置する回転子、及び、前記シャフトに設けられた検出対象部を有しており、かつ、前記ハウジングの内部の所定位置に配置するに際して当該ハウジングに干渉しない外径を有する回転子ユニットと、
前記ハウジング内において前記検出対象部に対し径方向に対向して設けられる回転センサと、を備え、
前記検出対象部が、軸方向基準で回転対称形状の基部と、前記基部から軸方向一方側に延びており前記シャフトに装着されるシャフト装着部と、前記基部から軸方向他方側に延びており外径寸法が前記基部の外径寸法以下とされた突出部とを備えた、回転センサ付き電動機。
【請求項３】
前記突出部は、磁性体からなり、前記基部に対して周方向に間隔をおいて設けられた複数の突極から構成され、
前記回転センサは、前記突出部の径外位置に設けられた永久磁石内蔵型の磁気センサである、請求項２に記載の回転センサ付き電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転センサ付き電動機の製造方法及び回転センサ付き電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動機とインバータとを一体化したいわゆる「機電一体型電動機」が存在している。この一例として回転センサ付き電動機がある（例えば特許文献１）。【０００３】
回転センサは、例えば、電動機の回転子とシャフトが一体になった回転子ユニットに設けられた検出対象部（「センサターゲット」ともいう）に対向するように設けられたことで、回転子ユニットの回転を検知する。回転センサの一例としては、磁気を検知する磁気センサが挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特許第６０７１８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、検出対象部の外径寸法によっては、回転子ユニットを固定子が設けられたケーシングに組み付ける工程と、前記工程終了後に検出対象部を回転子ユニットに取り付ける工程とが必要であった。この場合、工程が増加するという問題がある。また、回転子ユニットの組付け工程と検出対象部の取り付け工程を別々に実施すると、取り付け誤差により、回転子ユニットに対する検出対象部の取り付け位置にばらつきが生じてしまいやすくなる。そうなると、回転センサの検出精度に影響が出るため好ましくない。【０００６】
そこで本発明は、工程の増加を抑制しつつ、回転センサの検出精度を安定させることができる、回転センサ付き電動機の製造方法及び回転センサ付き電動機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、周方向に配置された固定子を内部に有するハウジングと、軸方向に延びるシャフト、及び、前記シャフトの軸方向周りに回転するように構成された回転子ユニットであって、前記固定子の径内側に位置する回転子、及び、前記シャフトに設けられた検出対象部を有しており、かつ、前記ハウジングの内部の所定位置に配置するに際して当該ハウジングに干渉しない外径を有する回転子ユニットと、前記ハウジング内において前記検出対象部に対し径方向に対向して設けられる回転センサと、を備え、前記検出対象部が、軸方向基準で回転対称形状の基部と、前記基部から軸方向一方側に延びており前記シャフトに装着されるシャフト装着部と、前記基部から軸方向他方側に延びており外径寸法が前記基部の外径寸法以下とされた突出部とを備えた、回転センサ付き電動機を製造するための製造方法であって、前記回転子ユニットを組み立てて前記構成とする工程と、前記構成の前記回転子ユニットを軸方向における一方から前記ハウジングに挿入して固定する工程と、を有する、回転センサ付き電動機の製造方法である。【０００８】
そして本発明は、周方向に配置された固定子を内部に有するハウジングと、軸方向に延びるシャフト、及び、前記シャフトの軸方向周りに回転するように構成された回転子ユニットであって、前記固定子の径内側に位置する回転子、及び、前記シャフトに設けられた検出対象部を有しており、かつ、前記ハウジングの内部の所定位置に配置するに際して当該ハウジングに干渉しない外径を有する回転子ユニットと、前記ハウジング内において前記検出対象部に対し径方向に対向して設けられる回転センサと、を備え、前記検出対象部が、軸方向基準で回転対称形状の基部と、前記基部から軸方向一方側に延びており前記シャフトに装着されるシャフト装着部と、前記基部から軸方向他方側に延びており外径寸法が前記基部の外径寸法以下とされた突出部とを備えた、回転センサ付き電動機である。【０００９】
そして、本発明は、前記突出部は、磁性体からなり、前記基部に対して周方向に間隔をおいて設けられた複数の突極から構成され、前記回転センサは、前記突出部の径外位置に設けられた永久磁石内蔵型の磁気センサとできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本実施形態の回転センサ付き電動機の概略構造を示す径方向の半断面図である。
【図２】図２は、検出対象部（第１実施形態）を示す斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは検出対象部（第１実施形態）と回転センサの位置関係を示す概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは回転センサの出力信号の変化を示すグラフである。
【図４】図４は、検出対象部（第２実施形態）を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明につき実施形態を例示して、図面とともに以下説明を行う。なお、以下の「軸方向」は図１における左右方向に対応し、「径方向」は図１における上下方向に対応している。また、「周方向」は軸方向に対して取り巻く方向である。
【００１２】
本実施形態の回転センサ付き電動機１は、概略図である図１に示すように、ハウジング２、回転子ユニット４、回転センサ５を備える。なお、電動機部分の構成は一般的な電動機の構成と同じであるため、詳細な説明は行わない。ちなみに、本実施形態の回転センサ付き電動機１は、自動車用過給器に組み込んでタービンの回転を補助するために用いられる。ただし、これは一例に過ぎず、回転センサ付き電動機１の用途はこれに限定されない。
【００１３】
ハウジング２は、回転センサ付き電動機１の外装を構成しており、周方向に配置された固定子３を内部に有する。本実施形態のハウジング２は、軸方向（図１の左右方向）に延びる略円筒状体である。図１における右端部については閉じられており、同左端部については、組み立て時にシャフト４１及び軸受４４が通る部分を除いて閉じられている。ただしこれは一例に過ぎず、ハウジング２の構成が限定されるものではない。固定子３に対向して回転子４２が軸方向周りに回転することから、固定子３の径方向内面は一定曲率の湾曲面に沿って配置される。ハウジング２の内部には、回転センサ付き電動機１に関する計測、制御等を行う回路基板（図示せず、以下同じ）が設けられている。
【００１４】
回転子ユニット４はハウジング２の内部に配置される。この回転子ユニット４は、軸方向に延びるシャフト４１、及び、前記固定子３の径内側に位置する回転子４２、及び、前記シャフト４１に設けられた検出対象部（センサターゲット）４３を有する。
【００１５】
回転子ユニット４は軸受４４を有する。この軸受４４が軸方向に分かれた二箇所でハウジング２に固定されている。この軸受４４によりシャフト４１が回転可能に支持される。このため、シャフト４１、回転子４２、検出対象部４３が一体で、シャフト４１の軸方向周りに回転する。
【００１６】
また、この回転子ユニット４は、ハウジング２の内部の所定位置に配置するに際して当該ハウジング２に干渉しない外径を有する。具体的には、組み立て時の回転子ユニット４の挿入方向（図１における右方向）において、回転子ユニット４で各軸受４４の奥側に位置する部分の外径寸法が、当該各軸受４４の外径寸法よりも小さく形成されている。このように回転子ユニット４がハウジング２に対して干渉しない形状とされていることから、後述のように完成状態の回転子ユニット４を、そのままの状態で、軸方向における一方（挿入方向の手前側）からハウジング２に挿入した上で固定することが可能である。
【００１７】
ハウジング２に設けられた回転センサ５は、検出対象部４３に対し径方向に対向して設けられている。この回転センサ５としては、ホールＩＣを用いたもの等、磁気により検出を行う磁気センサが用いられている。なお、図１において回転センサ５は浮いて示されているが、実際にはハウジング２に固定されている。
【００１８】
検出対象部４３は、シャフト４１の先端部（図１における右端部）に取り付けられるものであって、基部４３１、シャフト装着部４３２、突出部４３３を備える。
【００１９】
基部４３１は、軸方向基準で回転対称形状とされている。本実施形態の基部４３１は、軸方向の厚みが小さい略円板状の部分である。基部４３１の軸方向視中央には、貫通穴４３１１が軸方向に貫通している。この貫通穴４３１１には、シャフト４１の先端部に形成されたねじ軸４１１が貫通する。このねじ軸４１１にナット４１２とワッシャ４１３が通されて、ナット４１２がねじ込まれることで、検出対象部４３をシャフト４１に対して固定できる。
【００２０】
シャフト装着部４３２は、基部４３１から軸方向一方側（図１における左側）に延びておりシャフト４１に装着される部分である。本実施形態のシャフト装着部４３２は、シャフト４１の径外を覆う略円筒状の部分である。シャフト装着部４３２の内径はシャフト４１の先端部の外径と略一致している。シャフト装着部４３２の基端部（図１における左端部）は、軸受４４における内輪の先端面、または、シャフト４１に形成されている段差４１４に当接する。これにより、検出対象部４３が軸方向にずれないようにでき、前述のナットねじ込みによって、検出対象部４３をシャフト４１に確実に固定できる。
【００２１】
突出部４３３は、基部４３１から軸方向他方側（図１における右側）に延びており外径寸法が基部４３１の外径寸法以下とされた部分である。本実施形態では同径とされている。前述のように、回転センサ５は、検出対象部４３に対し径方向に対向して設けられていることから、回転センサ５に対して突出部４３３が軸方向に多少ずれたとしても、回転センサ５と突出部４３３の外周面との径方向距離は変化しない。このため、軸方向の位置ずれへの対応性が高い。また、突出部４３３は基部４３１の外周縁よりも径外方向に突出しない。ここで、例えば特許文献１の図５（ｂ）に示されたような、径方向に突出した部分を有する形状の検出対象部では、回転時の遠心力が大きくなり、また、慣性モーメントが増大してしまう問題があった。これに対して、本実施形態の突出部４３３ではこのような問題が生じにくい点で有利である。よって、回転センサ付き電動機１の回転特性（例えば、回転加速特性）を良好にできる。このため、高回転で使用する場合において有利である。
【００２２】
以下、検出対象部４３に関して第１〜第２実施形態を例示して説明する。ただし、検出対象部４３の構成がこれら例示した構成に限定されるわけではない。なお、各実施形態において機能的に共通する部分は、図において同一の符号を付しており、重複する説明は省略する。
【００２３】
第１実施形態の検出対象部４３は図２に示す形状である。第１実施形態の検出対象部４３において、突出部４３３は、磁性体（具体的には強磁性体）からなり、基部４３１に対して周方向に間隔をおいて設けられた２個の突極４３３１，４３３１から構成されている。具体的には周方向で１８０度おきに２個の突極４３３１，４３３１が基部４３１から突出している。突極４３３１，４３３１を基部４３１に対して周方向に間隔をおいて設けることで、突出部４３３の有無、つまり、突出部４３３において実体のある部分（突極４３３１）とそうでない部分（空間）という、異なる形態の部分が周方向に隣り合っていることから、回転センサ５における磁束密度の変化を明確にできる。このため、回転センサ５による確実な検出が可能である。各突極４３３１は周方向で９０度にわたって形成されている。なお、図１は第１実施形態の検出対象部４３を組み込んだ状態を示している。図１及び図２に示すように、第１実施形態の検出対象部４３は、径方向の厚さ寸法につき、先端側よりも基端側の方が大きいテーパ形状とされている。第１実施形態では、内周面のみがテーパ面とされている。このテーパ形状により、厚みのある基端部にて、回転開始時に各突極４３３１の基端部にかかるせん断力に対抗できつつ、全体としては均一厚さのものよりも軽量化できる点で有利である。また、先端部が軽量であるから、検出対象部４３の回転時に各突極４３３１の先端部が開く（径外方向に変形する）ような挙動が減少する。
【００２４】
第１実施形態の検出対象部４３に対応した回転センサ５は、突出部４３３の径外位置に設けられた永久磁石内蔵型の磁気センサである。この回転センサ５は、図３Ａに略示した位置関係に配置される。回転センサ５の回転角と出力との関係は、図３Ｂに示されたようになる。なお、図３Ｂに示した回転角は、検出信号の立ち上がりに係る回転角を示している。つまり、回転センサ５に対向して突極４３３１が位置した場合に回転センサ５の出力が大きくなる（図中の「Ｈ」）。一方、回転センサ５に対向して突極４３３１が位置しない場合の回転センサ５の出力は小さい（図中の「Ｌ」）。前述のように各突極４３３１は周方向で９０度にわたって形成されているから、隣り合う２個の突極４３３１，４３３１間における隙間も周方向で９０度分存在する。このため、図３Ｂに示すように、「Ｈ」と「Ｌ」が９０度毎に交互に現れる。このような出力値の変化から、回転検出が可能である。
【００２５】
第２実施形態の検出対象部４３は図４に示す形状である。基本的形状は第１実施形態と同じである。第２実施形態の突出部４３３は、第１実施形態と同様である２個の突極４３３１，４３３１の間を周方向に埋める補完部４３３２を有している。このため、第２実施形態の突出部４３３は略円筒状となっている。補完部４３３２は非磁性体、または、突極４３３１を構成する磁性体よりも磁性の弱い磁性体から構成されている。補完部４３３２を設けることによって突出部４３３を略円筒状とすることにより、回転時に発生する風切音を抑制できる。このため、回転センサ付き電動機１の低騒音化に貢献できる。また、風損も抑制できることから、回転抵抗を小さくできる点でも有利である。ここで、例えば特許文献１の図５（ｂ）に示されたような、径方向に突出した部分を有する形状の検出対象部では、風切音や風損の問題があった。これに対して、第２実施形態の突出部４３３では、このような問題が生じることがなく有利である。第２実施形態の検出対象部４３に対応した回転センサ５は、第１実施形態と同様、永久磁石内蔵型の磁気センサである。
【００２６】
次に、回転センサ付き電動機１の製造方法について説明する。まず、ハウジング２に固定子３、及び、回転センサ５を含む回路基板を組み付け、必要な電気配線を行うことで、固定側ユニットを完成させる工程を実施する。なお、回転センサ５を回路基板とは別個に設けることもできる。そして、前記工程に並行して、または、前記工程の後に、回転子ユニット４を完成状態とする工程（つまり、回転子ユニット４を組み立てて前記構成とする工程）を実施する。次に、完成状態の前記回転子ユニット４を軸方向における一方（図１に示す左方）から前記ハウジング２に挿入して固定する工程を実施する。回転子ユニット４の固定は、回転子ユニット４が備える軸受４４をハウジング２の内面に固定することで行われる。
【００２７】
前述のように、回転子ユニット４が、ハウジング２の内部の所定位置に配置するに際して当該ハウジング２に干渉しない外径を有することから、回転子ユニット４をただ単に軸方向に移動するだけで、ハウジング２に対して回転子ユニット４を固定できる。この固定の工程が終わると、回転センサ５と検出対象部４３の位置関係が定まる。このため、例えば後で検出対象部４３だけを組み付ける工程が必要な場合に比べて、工程を単純化できる。また、回転子ユニット４に対する検出対象部４３の取り付け位置にばらつきが生じにくいため、回転センサ５の検出精度に影響が出ることを抑制できる。本製造方法は、このように有利である。
【００２８】
前記実施形態に関する構成と作用につき、以下にまとめて記載する。前記実施形態は、周方向に配置された固定子３を内部に有するハウジング２と、軸方向に延びるシャフト４１、及び、前記シャフト４１の軸方向周りに回転するように構成された回転子ユニット４であって、前記固定子３の径内側に位置する回転子４２、及び、前記シャフト４１に設けられた検出対象部４３を有しており、かつ、前記ハウジング２の内部の所定位置に配置するに際して当該ハウジング２に干渉しない外径を有する回転子ユニット４と、前記ハウジング２内において前記検出対象部４３に対し径方向に対向して設けられる回転センサ５と、を備え、前記検出対象部４３が、軸方向基準で回転対称形状の基部４３１と、前記基部４３１から軸方向一方側に延びており前記シャフト４１に装着されるシャフト装着部４３２と、前記基部４３１から軸方向他方側に延びており外径寸法が前記基部４３１の外径寸法以下とされた突出部４３３とを備えた、回転センサ付き電動機１を製造するための製造方法であって、前記回転子ユニット４を組み立てて前記構成とする工程と、前記構成の前記回転子ユニット４を軸方向における一方から前記ハウジング２に挿入して固定する工程と、を有する、回転センサ付き電動機１の製造方法である。
【００２９】
そして前記実施形態は、周方向に配置された固定子３を内部に有するハウジング２と、軸方向に延びるシャフト４１、及び、前記シャフト４１の軸方向周りに回転するように構成された回転子ユニット４であって、前記固定子３の径内側に位置する回転子４２、及び、前記シャフト４１に設けられた検出対象部４３を有しており、前記シャフト４１の軸方向周りに回転するものであって、かつ、前記ハウジング２の内部の所定位置に配置するに際して当該ハウジング２に干渉しない外径を有する回転子ユニット４と、前記ハウジング２内において前記検出対象部４３に対し径方向に対向して設けられる回転センサ５と、を備え、前記検出対象部４３が、軸方向基準で回転対称形状の基部４３１と、前記基部４３１から軸方向一方側に延びており前記シャフト４１に装着されるシャフト装着部４３２と、前記基部４３１から軸方向他方側に延びており外径寸法が前記基部４３１の外径寸法以下とされた突出部４３３とを備えた、回転センサ付き電動機１である。
【００３０】
前記方法または前記構成によれば、回転センサ付き電動機１の組み立てが容易であり、しかも、ケーシングであるハウジング２と回転子ユニット４との位置関係にばらつきが生じにくい。
【００３１】
そして、前記突出部４３３は、磁性体からなり、前記基部４３１に対して周方向に間隔をおいて設けられた複数の突極４３３１から構成され、前記回転センサ５は、前記突出部４３３の径外位置に設けられた永久磁石内蔵型の磁気センサとできる。
【００３２】
この構成によれば、突出部４３３における複数の突極４３３１を基部４３１に対して周方向に間隔をおいて設けることで、突出部４３３（突極４３３１）の有無により確実な検出が可能である。
【００３３】
以上のように、前記実施形態は、回転センサ付き電動機１の組み立てが容易であり、しかも、ケーシングであるハウジング２と回転子ユニット４との位置関係にばらつきが生じにくい。よって、工程の増加を抑制しつつ、回転センサ５の検出精度を安定させることができる。
【００３４】
以上、本発明につき一実施形態を取り上げて説明してきたが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００３５】
例えば、前記第１実施形態の検出対象部４３では、突極４３３１が２個とされていたが、これに限られず、１個以上の種々の個数とできる。ただし、周方向に重量の偏りがあると、振動の原因になることから、突極４３３１は１個ではなく２個以上の個数とすることが好ましい。突極４３３１を１個とする場合は、周方向での重量の偏りを抑制するため、第２実施形態のように補完部４３３２を設けるとよい。
【００３６】
また、検出対象部４３における突出部４３３の外周面は、前記第１実施形態では軸方向に平行とされていたが、外周面も内周面と同様にテーパ面としてもよい。
【００３７】
また、前記第１実施形態の各突極４３３１は、図１及び図２に示すように、先端側に向かうにつれ順次薄くなる形状であって、途中に段差がないものであった。しかしこれに限られず、途中に段差を設けることもできる。
【００３８】
また、突出部４３３の径外位置に、検出対象部４３とは別体の樹脂リングを嵌めたり、樹脂コーティングを施したりすることで、突出部４３３を補強することもできる。
【００３９】
また、前記実施形態では、回転センサを検出対象部に対し径方向に対向して設けていたが、場合によっては、軸方向に対向して設けることもできる。
【符号の説明】
【００４０】
１          回転センサ付き電動機
２          ハウジング
３          固定子
４          回転子ユニット
４１        シャフト
４２        回転子
４３        検出対象部
４３１      基部
４３２      シャフト装着部
４３３      突出部
４３３１    突極
４３４      永久磁石
５          回転センサ
【図１】
2020136753.tif 000003
【図２】
2020136753.tif 000004
【図３Ａ】
2020136753.tif 000005
【図３Ｂ】
2020136753.tif 000006
【図４】
2020136753.tif 000007
【国際調査報告】
2020136753.tif 000008
2020136753.tif 000009
2020136753.tif 000010
2020136753.tif 000011