JP2005168249A - モータのシャフト構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 正確なロータの回転位置を検出可能なモータのシャフト構造を提供することである。
【解決手段】 ロータのシャフトＳ１の回転位置を検出する回転位置検出手段１６，１９を備えたモータＭのシャフト構造において、シャフトＳ１の駆動用磁石１０が固定される駆動側軸部１１と上記回転位置検出手段１６，１９が取付けられるセンシング側軸部１２との間に非磁性体で形成される防磁部１５を設けて、回転位置検出手段１６，１９が駆動用磁石１０の発生磁界の影響を受けることを防止した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータのシャフト構造の改良に関する。

一般にモータ、特にブラシレスモータにあっては、コイルに流れる電流を制御する観点から、ロータのシャフトに駆動用磁石の他に、センシング用磁石を固定するとともに上記センシング用磁石等に対向する位置にホール素子、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）を設けてシャフトの回転による磁界変化からモータの回転数やロータの回転位置を検出するか、シャフトにロータコイルもしくはレゾルバコアを設け、ステータ側にステータコイルを設けて構成されるレゾルバを利用してモータの回転数やロータの回転位置を検出するとしている。

また、今日モータは、様々な用途に使用されるに至っており、モータの適用箇所によっては、取付スペースの制約もあるので小形化の要請がある。

しかしながら、モータを小形化すると、上記のように構成されたモータでは、ロータのシャフトに大きな磁界を発生する駆動用磁石の他に駆動用磁石より小さな磁界を発生するセンシング用磁石等が取付けられているとともに、通常シャフトは駆動用磁石の磁気回路として利用されるので鉄等の磁性体が用いられることから、シャフト自体が駆動用磁石により励磁され、センシング用磁石の発生磁界が磁気的に影響を受け、ホール素子等で検出するロータの回転位置が実際のロータの回転位置とずれてしまう場合がある。このことは、駆動用磁石をセンシング用磁石の極数が異なる場合には顕著となり、結果的に正確なロータの回転位置を検出できなくなる恐れがある。

そこで、図４に示すように、センシング用磁石５０が固定される有底筒状のセンシング用シャフト５１内に、駆動用磁石の固定される駆動用シャフト５２を挿入するとともに、センシング用シャフト５１の底部を貫通する非磁性体のビス５３で、駆動用シャフト５２を螺着して、磁気センサ５４に対する駆動用磁石の磁界の影響を低減する構造の提案がある（たとえば、特許文献１参照）。
特開平９−２４３４０１号公報（段落番号００２９，図１）

しかし、上記従来のモータのシャフト構造にあっては、以下の問題点がある。

すなわち、非磁性体のビス５３で、センシング用シャフト５１と駆動用シャフト５２とを連結するとしても、センシング用シャフト５１内に駆動用シャフト５２が接触状態下に挿入されているので、センシング用シャフト５１の励磁されてしまうおそれがあり、結果的に、正確なロータの回転位置を検出できなくなる恐れがある。

そこで、本発明は上記不具合を解消するために創案されたものであって、その目的とするところは、正確なロータの回転位置を検出可能なモータのシャフト構造を提供することである。

上記した目的を達成するため、第代１の課題解決手段におけるモータのシャフト構造は、ロータのシャフトの回転位置を検出する回転位置検出手段を備えたモータのシャフト構造において、シャフトの駆動用磁石が固定される駆動側軸部と上記回転位置検出手段が取付けられるセンシング側軸部との間に非磁性体で形成される防磁部を設けたことを特徴とする。

また、第２の課題解決手段におけるモータのシャフト構造は、第１の課題解決手段において、防磁部が円板部と円板部の両端から起立する一対の軸部とを備え、一方の軸部を駆動側軸部の軸心部に設けた穴に装着させ、他方の軸部をセンシング側軸部の軸心部に設けた穴に装着させたことを特徴とする。

さらに、第３の課題解決手段におけるモータのシャフト構造は、第１の課題解決手段において、防磁部が円柱部と円柱部の一端から起立する軸部とを備え、当該円柱部を円筒状に形成された駆動側軸部内に装着し、軸部をセンシング側軸部の軸心部に設けた穴に装着させたことを特徴とする。

各請求項の発明によれば、回転位置検出手段が設けられているセンシング側軸部は、防磁部を介して駆動用磁石が取付けられている駆動側軸部に連結されており、センシング用軸部は、駆動用磁石によって磁化される駆動用軸部から磁気的に絶縁されているので、駆動用磁石によって磁化されることはない。

したがって、回転位置検出手段は、駆動用磁石の発生している磁界の影響を受けずにすみ、正確なロータの回転位置を検出することができる。

また、従来に比較して、センシング側軸部が磁化されることも防止されているので、駆動用磁石の磁界ノイズをより一層低減することが可能となる。

さらに、センシング用磁石と駆動用磁石とを近づけて配置することも可能となるので、モータを従来に比較して小形化することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図1は、本発明の一実施の形態におけるモータの一部の縦断面図である。図２は、一実施の形態におけるシャフトの縦断面図である。図３は、一実施の形態の変形例におけるシャフトの縦断面図である。

図１に示すように、一実施の形態におけるモータのシャフトＳ１は、駆動用磁石１０が固定される駆動側軸部１１と、回転位置検出手段が取付けられるセンシング側軸部１２と、非磁性体で形成される防磁部１５とで構成されている。

駆動側軸部１１は、大径円柱部１１ｂと、大径円柱部１１ｂより立ち上る大径円柱部１１ｂより小径の小径円柱部１１ｃと、図２に示すように、小径円柱部１１ｃの図２中上端軸心部から大径円柱部１１ｂの図２中上方にかけて穿設された穴１１ａとで構成され、大径円柱部１１ｂの外周には、環状であって所定の分割磁極パターンを有する駆動用磁石１０が固定されている。

センシング側軸部１２は、筒状に形成され、その外周には、環状であって所定の分割磁極パターンを有するセンシング用磁石１６が固定されている。

そして、防磁部１５は、たとえば、アルミニウムやステンレス等の非磁性体材料で形成され、円板部１５ｂと、円板部１５ｂの両端から起立する一対の軸部１５ａ，１５ｃとで構成されている。そして、一方の軸部１５ｃを駆動側軸部１１の穴１１ａに装着させ、他方の軸部をセンシング側軸部１２の穴たる内周に装着させて、駆動側軸部１１とセンシング側軸部１２とが防磁部１５を介して連結されてシャフトＳ１が一体化されている。

なお、このシャフトＳ１は、図1に示すように、ブラシレスモータとして構成されるモータＭに具現化されており、モータＭは、筒状のフレーム３と、フレーム３の図１中上端を覆うキャップＣと、フレーム３内にボールベアリング２０およびフレーム３の図１中下端に嵌合する図示しないボールベアリングを介して回転自在に挿入したシャフトＳ１と、フレーム３に取付けられるコア１に巻装したU，Ｖ，Wの三相コイル２と、シャフトＳ１の駆動側軸部１１に取付けられる駆動用磁石１０と、回転位置検出手段とで構成され、駆動用磁石１０はコイル２およびコア１に対向するように設けられている。したがって、このモータＭの場合、ロータはシャフトＳ１と駆動用磁石１０で構成され、ステータは、フレーム３とコイル２とコア１で構成されている。また、シャフトＳ１のセンシング側軸部１２の外周には、上述のようにセンシング用磁石１６が取付けられており、また、ホール素子やＭＲ素子等を備えた磁気センサ１９が、上記センシング用磁石１６に対向するようにフレーム３に固定されており、回転位置検出手段は、この場合、上記センシング用磁石１６と磁気センサ１９とで構成されている。そして、コイル２へ電流供給することにより、コイル２を励磁すると、駆動用磁石１０がコイル２に吸引されシャフトＳ１が回転し、それと同時に、シャフトＳ１に取付けられているセンシング用磁石１６も回転する。このとき、磁気センサ１９は、図示しないモータ駆動回路に接続され、センシング用磁石１６の回転による磁界の変化に応じた電気信号を駆動回路に出力可能なようになっている。

つづいて、作用について説明する。上述のように、コイル２が励磁されると、シャフトＳ１が回転し、センシング用磁石１６も回転する。そして、センシング用磁石１６が回転することに伴うセンシング用磁石１６の磁界変化を磁気センサ１９が検知することができるので、これにより、センシング用磁石１６が取付けられているシャフトＳ１、すなわち、ロータの回転位置を検出することができる。

このとき、センシング用磁石１６が取付けられているセンシング側軸部１２は、防磁部１５を介して駆動用磁石１０が取付けられている駆動側軸部１１に連結されており、センシング用軸部１２は、駆動用磁石１０によって磁化される駆動用軸部１１から磁気的に絶縁されているので、駆動用磁石１０によって磁化されることはない。特に、本実施の形態の防磁部１５にあっては、駆動側軸部１１とセンシング側軸部１２が、防磁部１５の円板部１５ｂで完全に磁気的に絶縁されているので、駆動用磁石１０の磁界ノイズ低減効果が高い。

したがって、磁気センサ１９で検知する磁界は、駆動用磁石１０の発生している磁界の影響を受けずにすみ、センシング用磁石１６が発生している磁界のみを検知することが可能となる。

すると、磁気センサ１９は、センシング用磁石１６の回転のみによる磁界変化に応じて電気信号を送ることができるので、正確なロータの回転位置を検出することができる。

また、従来に比較して、センシング側軸部１２が磁化されることも防止されているので、駆動用磁石１０の磁界ノイズをより一層低減することが可能となる。

さらに、センシング用磁石１６と駆動用磁石１０とを近づけて配置することも可能となるので、モータMを従来に比較して小形化することができる。

なお、上述したところでは、回転位置検出手段を、センシング用磁石と磁気センサとしているが、これをセンシング用磁石に換えて、ロータコイルもしくはレゾルバコアとし、磁気センサをステータコイルとしたレゾルバとしてもよい。この場合にも、レゾルバは、駆動用磁石による影響を受けずにすむので、正確にロータの位置を検出することが可能となり、したがって、およそ回転位置検出手段が磁気特性を利用したセンサとされる場合にあっては、上記した効果を奏することが可能となる。

つづいて、一実施の形態の変形例について説明する。この変形例のシャフトＳ２は、図３に示すように、駆動用磁石１０が固定される駆動側軸部１８と、回転位置検出手段が取付けられるセンシング側軸部２２と、非磁性体で形成される防磁部２１とで構成されている。そして、図示はしないが、シャフトＳ２も上記した実施の形態と同様のモータＭに具現化されるものである。したがって、この変形例にあっても、モータＭの構成は同様であり、上記した実施の形態と同様の部材については同一の符号を付するのみとして詳しい説明は省略することとする。

駆動側軸部１８は、筒状に形成され、その外周には、上記した実施の形態と同様に、環状であって所定の分割磁極パターンを有する駆動用磁石１０が固定されている。

他方、センシング側軸部２２は、上記した実施の形態と同様に、筒状に形成され、その外周には、環状であって所定の分割磁極パターンを有するセンシング用磁石１６が固定されている。

そして、防磁部２１は、円柱部２１ｂと円柱部２１ｂの一端から起立する軸部２１ａとを備え、当該円柱部２１ｂを駆動側軸部１８内に装着し、軸部２１ａをセンシング側軸部２２の穴たる内周に装着させることにより、駆動側軸部１８とセンシング用軸部２２とが防磁部１８を介して連結されてシャフトＳ２が一体化されている。

したがって、この変形例にあっても、センシング用磁石１６が取付けられているセンシング側軸部２２は、防磁部１８を介して駆動用磁石１０が取付けられている駆動側軸部１８に連結されており、センシング用軸部２２は、駆動用磁石１０によって磁化される駆動用軸部１８から磁気的に絶縁されているので、駆動用磁石１０によって磁化されることはない。

したがって、磁気センサ１９で検知する磁界は、駆動用磁石１０の発生している磁界の影響を受けずにすみ、センシング用磁石１６が発生している磁界のみを検知することが可能となり、正確なロータの回転位置を検出することができる。

すなわち、上述した実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。特に、変形例の防磁部２１にあっては、駆動側軸部１８とセンシング側軸部１２が、防磁部２１が上記形状とされているので、完全に磁気的に絶縁され、かつ、磁化される駆動側軸部１８とセンシング側軸部１２との距離も長くなるので、駆動用磁石１０の磁界ノイズ低減効果がより一層高くなる。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

本発明の一実施の形態におけるモータの一部の縦断面図である。 一実施の形態におけるシャフトの縦断面図である。 一実施の形態の変形例におけるシャフトの縦断面図である。 従来のモータのセンサ部における縦断面図である。

符号の説明

１ コア
２ コイル
３ フレーム
１０ 駆動用磁石
１１，１８ 駆動側軸部
１１ａ 穴
１１ｂ 大径円柱部
１１ｃ 小径円柱部
１２，２２ センシング側軸部
１５，２１ 防磁部
１５ａ，１５ｃ，２１ａ 軸部
１５ｂ 円板部
１６ センシング用磁石
１９ 磁気センサ
２０ ボールベアリング
２１ｂ 円柱部
Ｃ キャップ
Ｍ モータ
Ｓ１，Ｓ２ シャフト

Claims (3)

1. ロータのシャフトの回転位置を検出する回転位置検出手段を備えたモータのシャフト構造において、シャフトの駆動用磁石が固定される駆動側軸部と上記回転位置検出手段が取付けられるセンシング側軸部との間に非磁性体で形成される防磁部を設けたことを特徴とするシャフト構造。
2. 防磁部が円板部と円板部の両端から起立する一対の軸部とを備え、一方の軸部を駆動側軸部の軸心部に設けた穴に装着させ、他方の軸部をセンシング側軸部の軸心部に設けた穴に装着させたことを特徴とする請求項１に記載のモータのシャフト構造。
3. 防磁部が円柱部と円柱部の一端から起立する軸部とを備え、当該円柱部を円筒状に形成された駆動側軸部内に装着し、軸部をセンシング側軸部の軸心部に設けた穴に装着させたことを特徴とする請求項１に記載のモータのシャフト構造。

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