JP2010093869A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】センサ検出用の磁石をシャフトの回転軸に対して相対回動しないように確りと固定する。
【解決手段】非円形形状をしたセンサ磁石６と、シャフト２の端部を覆うように固定されるマグネットカバー５とを備えたモータＭである。シャフト２の端面２ａの外側に位置するマグネットカバー５の支持部５ｂには、センサ磁石６と同じ非円形断面で回転軸Ｐ方向に延びる磁石穴５２が設けられている。センサ磁石６はその磁石穴５２に嵌め込まれ、接着剤１０で磁石穴５２の底面５２ａに密着した状態で接着固定されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、シャフトの端部にセンサ検出用の磁石を備えたモータに関する。

例えば、モータの回転角度を検出する非接触型の回転角度検出装置としては、レゾルバや複数のホールＩＣ等を用いたタイプが一般的であった。

ところが、近年、シャフトの端面に取り付けられる磁石と、この磁石に対向して設けられるセンサとで構成され、シャフトの回転で生じる磁石の磁気変化をセンサに備えられた磁気検出素子で検出して、その検出値からシャフトの回転角度を算出するタイプのロータリエンコーダが利用されつつある（例えば、特許文献１、２）。

このロータリエンコーダをモータに組み付けるためには、センサ磁石はシャフトの端面に位置決めされた状態で確りと固定する必要があるが、上記特許文献にはそのような磁石の取付構造までは具体的に開示されていない。

そのような磁石の取付構造に関しては、接触型の回転角度計測装置ではあるが、回転軸に取り付けられる磁石をブッシュで回転軸まわりに相対回動しないようにしたモータが開示されている（特許文献３）。

そこでは、磁石が円環状に形成されていて、ブッシュは、前記磁石が外嵌されるとともにシャフトが内嵌される円筒部や、この円筒部の一側端からフランジ状に延設されたフランジ部、円筒部の他側端に突出形成された係合突起、を有している。磁石の一端面には径方向に延びる溝状の凹部が形成されていて、この凹部に対応して前記フランジ部には凸部が形成されている。凹部に凸部を係合して磁石とブッシュとを一体化した状態で前記円筒部にシャフトを圧入し、前記係合突起をシャフト側に設けられた係合凹部に係合させている。

ブッシュは係合突起と係合凹部との係合によりシャフトに対して相対回動が規制され、磁石は凹部と凸部との係合によりブッシュに対して相対回動が規制されることから、磁石はシャフトに対して相対回動しないようになっている。
特開２００３−３２４９３０号公報 特開２００７−８９３１２号公報 特許第３５１７３５０号公報

しかし、上記特許文献３のように、磁石がシャフトの回転軸まわりに回動するのを規制するために磁石に凸部や凹部を設けることは、成形が難しくなるし、割れや欠けが生じ易くなるなど生産性や耐久性に不利がある。磁力が変化してセンサの検出精度に影響を与えるおそれもある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構造でありながら、センサ検出用の磁石をシャフトの回転軸に対して相対回動しないように確りと固定でき、センサが安定して精度高く検出できるモータを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、シャフトの端部にカバー部材を取り付け、このカバー部材に非円形形状のセンサ磁石を嵌め込んで固定した。

具体的には、センサ磁石と、シャフトの端部の少なくとも一部を覆うように前記端部に固定されるカバー部材と、を備えたモータであって、前記カバー部材は、前記端部の端面の外側に位置する支持部を有し、前記支持部には、前記シャフトの回転軸方向に延びる非円形断面の空間部が設けられ、前記センサ磁石の外郭形状が前記空間部の断面形状に応じて形成された非円形形状とされ、前記空間部に前記センサ磁石が嵌め込まれていることを特徴とするものである。

係る構成によれば、外郭形状が非円形形状のセンサ磁石はこれと同じ断面形状でシャフトの回転軸方向に延びるカバー部材の空間部に嵌め込まれる。そして、そのカバー部材はシャフトの端部に固定されている。従って、センサ磁石は比較的簡単な形状で壊れ難いうえ、カバー部材によって回転軸まわりの回動が規制され、確りとシャフトに固定することができるので、センサ磁石が位置ずれしてセンサの検出精度に誤差が生じるのを抑制することができる。尚、ここでいうセンサ磁石とは、センサがその磁気を検出するために用いるセンサ検出用の磁石であり、モータ駆動用の磁石とは異なる。

具体的には、前記センサ磁石に焼結磁石が用いられていて、前記空間部の断面形状及び前記センサ磁石の外郭形状が四角形に形成されているものとすることができる。

焼結磁石であれば、磁力に優れるためセンサの検出精度を高めることができる。そして、センサ磁石が四角形に形成されていれば、例えば大きな板状の焼結磁石を形成した後に所定の大きさに無駄なく分割することができるため、製造コストや生産性に有利である。

更に具体的には、前記カバー部材に非磁性体を用いるのが好ましい。そうすれば、カバー部材によってセンサ磁石の磁力が影響を受けなくなることから、センサの検出精度を損なわずに済む。

また、前記カバー部材が一方の端面に開口して前記端部が挿入される軸穴を有し、この軸穴の底面に開口するように前記空間部が形成されていて、前記空間部の底面と前記カバー部材の他方の端面との間に貫通孔が形成されているものとすることもできる。

係る構成によれば、まず、センサ磁石がカバー部材内に収容されているため、センサ磁石がシャフトの端部から外れるのを確実に防止することができる。

そして、センサ磁石を空間部に嵌め込むときに、空間部の底面に貫通孔が形成されているので、例えば空間部に塗布した接着剤や空間部の空気がセンサ磁石によって押し込まれても、その貫通孔からカバー部材の外方に漏れ出すため、センサ磁石を空間部の底面に簡単に密着させることができる。従って、センサ磁石をセンサ側に無駄なく近づけることができるため、それだけ検出精度を向上させることができる。

更にこの場合、前記空間部の深さ寸法は前記センサ磁石の前記回転軸方向における外形寸法よりも大きく設定するのが好ましい。

そうすれば、軸穴にシャフトの端部を挿入するとき、センサ磁石は軸穴の底面よりも空間部の奥方に位置していて、シャフトの端面は軸穴の底面に受け止められるため、過度な荷重を加えてもセンサ磁石にその荷重が加わることがない。従って、センサ磁石が割れたり欠けたりするおそれがないため、カバー部材が緩んだり外れたりしないよう、安心してシャフトに強固に取り付けることができる。

そして、この場合、前記センサ磁石が前記空間部の底面に接着固定されていて、前記センサ磁石と前記シャフトとが非接触になっているようにすることができる。

また、前記センサ磁石と前記シャフトとの間に弾性部材が介在していて、前記センサ磁石と前記シャフトとが非接触になっているようにすることもできる。その際、前記弾性部材には非磁性体を用いるのがこのましい。

そうすれば、弾性部材と前記貫通孔との組み合わせで、センサ磁石を空間部の底面に密着した状態で確りと固定することができ、センサの検出精度を安定して向上させることができる。

更に、シャフトが磁性体である場合には、センサ磁石とシャフトとが接触すると、シャフト側に流れる磁束量が増えてセンサ側に流れる磁束量が減少してしまうため、センサ磁石の性能を低下させることになるが、空隙部によってセンサ磁石とシャフトとは非接触になっているため、そのようなことがなく、センサ磁石の性能を効率よく発揮させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、簡単な構造でありながら、センサ磁石がシャフトの回転軸まわりに回動して位置ずれしたり、シャフトから外れたりしないように確りと固定でき、センサが安定してその磁気変化を精度高く検出できるようになる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１に本発明を適用したモータの断面図を示す。このモータＭは、例えば、トランスファーケースやトランスミッション、パワーステアリング等を駆動するために自動車に搭載される車載モータであり、モータハウジング１やシャフト２、ロータ３、ステータ４、マグネットカバー５（カバー部材）、センサ磁石６などが備えられている。

モータハウジング１は、いずれも鋼板をプレス加工して形成された、容器状の第１部材３０と、第１部材３０に接合される底蓋状の第２部材４０とで構成されている。

第１部材３０は、多段な円筒状に形成されていて、円筒状の周壁部３１と、周壁部３１よりも小径の円筒状に形成され、周壁部３１の一方の端縁に側壁部３２を介して連なる第１軸受壁部３３と、第１軸受壁部３３よりも小径の円筒状に形成され、第１軸受壁部３３の端部に段状壁部３４を介して連なる端壁部３５と、周壁部３１の他方の端縁から径方向外側に張り出す環状のフランジ部３６とを備えている。端壁部３５の先端側は開放されて開口３５ａとなっている。

一方、第２部材４０は、円環状の底蓋壁部４１と、底蓋壁部４１の内周縁に連なる円筒状の第２軸受壁部４２と、第２軸受壁部４２の先端縁から径方向内側に張り出して、中央に開口４３ａを有する円環状の環状壁部４３と、底蓋壁部４１の外周縁に連なって、第２軸受壁部４２側に設けられた円筒状の嵌合壁部４４とを備えている。

第２軸受壁部４２側を外方に向けた第２部材４０を第１部材３０のフランジ部３６側へ嵌め込むことで、嵌合壁部４４の外面が周壁部３１の内面に接合し、内部にステータ４等の収容空間を有するモータハウジング１が形成される。

シャフト２は、円柱状の鋼材からなり、第１ベアリング７及び第２ベアリング８を介してモータハウジング１の第１軸受壁部３３及び第２軸受壁部４２の内周面のそれぞれに支持されていて、回転軸Ｐまわりに回転自在となっている。段状壁部３４及び環状壁部４３は、それぞれ各ベアリング７，８の端部を受け止めて、各ベアリング７，８やシャフト２がモータハウジング１から抜け落ちるのを阻止している。ギヤ等が取り付けられるシャフト２の先端部は第１部材３０の開口３５ａから外方に突出し、シャフト２の基端部は第２部材４０の開口４３ａから外方に突出している。

ロータ３は、シャフト２における回転軸Ｐ方向の中間部に固定された円柱状の部材であり、第１ベアリング７と第２ベアリング８との間に位置している。ロータ３の外周には複数の磁石９，９，・・・が配設されている。

ステータ４は、周方向に等間隔で設けられたティース部を有するリング状のステータコア４ａや、これらティース部に電線が巻回されて形成された複数のコイル４ｂなどを備えた円環状の部材であり、その内周部分がロータ３の外周と僅かな間隙を介して近接するように、その外周部分がモータハウジング１の周壁部３１の内面に取り付けられている。

第２部材４０の底蓋壁部４１には数箇所配線孔４１ａが形成されていて、その配線孔４１ａを通じてステータ４の電線がモータハウジング１内から導出され、図外の制御回路に接続されるようになっている。そうして、ステータ４のコイル４ｂに所定の電流が流されることで、シャフト２がロータ３とともに回転する。

そのシャフト２の回転角度や回転速度を検出するために、このモータＭにはロータリエンコーダのセンサ磁石６が取り付けられている。

ロータリエンコーダは公知のものであり、１つのセンサＳと、１つのセンサ磁石６とを備えている。センサＳは、縦横の各寸法が５ｍｍ程度のセンサチップを有し、そのセンサチップ内部には複数のホール素子やＧＭＲ素子等の磁束検出素子が含まれている。ロータリエンコーダはまた、回転角度算出手段を有しており、複数のホール素子でチップ表面に垂直な磁界成分の変化を検出し、回転角度算出手段によってその検出値から回転角度を算出する。一方、センサ磁石６は、センサチップと同程度の大きさの平坦な対向面６ａを有する永久磁石であり、その対向面６ａを２等分するように隣接して配置されたＮ極とＳ極とを有している（図２参照）。

センサ磁石６は、対向面６ａの中心が回転軸Ｐ上に位置するように被回転検出体であるシャフト２の端面２ａに取り付けられ、センサＳは、センサチップの表面がセンサ磁石６の対向面６ａと近接して対向するように配置される。

従って、このロータリエンコーダの検出精度を高めるためにはセンサ磁石６はセンサＳにできるだけ近づけるのが好ましく、また、センサ磁石６の対向面６ａ側の磁力はできるだけ強いのが好ましい。

例えば本実施形態のセンサＳは、図１に示すように、シャフト２の基端部と近接して対向するように、自動車に装備されたＥＣＵの壁面Ｗに取り付けられている。尚、図示はしないが、モータＭはフランジ部３６を介して自動車側に締結固定されている。

そして、本実施形態のセンサ磁石６は、回転軸Ｐまわりに回動して位置ずれしたり、シャフト２から外れたりしないようにマグネットカバー５を用いてシャフト２の端部に取り付けられている。図２はその取付部分の分解斜視図であり、図３は断面図、図４は図３における矢印Ｚ方向から見た側面図である。

マグネットカバー５は、シャフト２よりも大径な、長さの短い円柱状の真鍮加工品であり、シャフト２に取り付けたとき、シャフト２の基端部の周面２ｂの外側に位置する固定部５ａと、シャフト２の基端部の端面２ａの外側に位置する支持部５ｂとを備えている。

具体的には、マグネットカバー５の一方の端面の中央部に、回転軸Ｐ方向に延びる円形断面の軸穴５１が開口しており、この軸穴５１の周りを区画する部分が固定部５ａを構成し、軸穴５１の底面５１ａを区画する部分が支持部５ｂを構成している。そして、この軸穴５１の底面５１ａの中央部に、回転軸Ｐ方向に延びる正方形断面の磁石穴５２（空間部）が開口している。磁石穴５２の正方形断面の対角線の交点は回転軸Ｐ上に位置している。磁石穴５２の底面５２ａとマグネットカバー５の他方の端面との間には、比較的小径の貫通孔５３が形成されている。

尚、マグネットカバー５を真鍮で形成したのは、真鍮が非磁性体であるため、センサ磁石６の磁力に影響を与えずに済むからである。また、車載モータは比較的温度変化の激しい環境下で使用されることが多いが、真鍮は鋼材のシャフト２と比較的近い熱収縮率を有するため、温度変化によってマグネットカバー５が外れたり、がたついたりするのをよく防止することができるからである。

センサ磁石６は、磁石穴５２よりも僅かに外形寸法が小さい、磁石穴５２に対応して形成された正方形の外郭形状を有する板状の永久磁石であり、本実施形態では、希土類焼結磁石、具体的にはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石が使用されている。Ｓｍ−Ｃｏ系の焼結磁石であってもよい。

この種の磁石は複雑な形状や他の部材との一体成形が要求される場合があるため、一般に成形容易なボンド磁石が用いられることが多いが、ボンド磁石は樹脂等を含む分だけ磁力が弱くなる不利がある。その点、焼結磁石であればそのような不利はなく、素材の性能を効果的に発揮させることができ、小さくてもセンサＳで検出するのに十分な磁力を発生させることができる。

また、センサ磁石６の形状を四角形としたことで、例えば大きな板状の焼結磁石を形成した後に所定の大きさに無駄なく分割することができるため、製造コストや生産性に有利なものとなっている。

そして、磁石穴５２の深さ寸法Ｌはセンサ磁石６の厚み寸法ｈよりも大きく設定されている。

センサ磁石６をシャフト２の基端部に取り付けるには、まず、マグネットカバー５の磁石穴５２の内面、具体的には底面５２ａ及び内周面に液状あるいはゲル状の接着剤１０を塗布する。接着剤１０の種類は特に問わないが、耐熱性、速乾性に優れたものが好ましい。そうして、磁石穴５２に合わせてセンサ磁石６を嵌め込み、センサ磁石６を磁石穴５２の底面５２ａに接着固定する。このとき、磁石穴５２の底面５２ａには貫通孔５３が形成されているので、不要な接着剤１０は貫通孔５３から外方に押し出され、センサ磁石６を磁石穴５２の底面５２ａに簡単に密着させることができる。一方、センサ磁石６の軸穴５１側の端面は、軸穴５１の底面５１ａよりも磁石穴５２の奥方に位置して、磁石穴５２の深さ寸法Ｌとセンサ磁石６の厚み寸法ｈとの寸法差に基づく空隙部５４が形成される。この空隙部５４にも接着剤１０を注入、あるいは磁石穴５２の内面に塗布した接着剤１０を回り込ませて、空隙部５４の少なくとも一部で接着剤１０が固化するようにしてもよい。

磁石穴５２の断面とセンサ磁石６の外郭形状とが非円形の正方形であるため、センサ磁石６とマグネットカバー５との回転軸Ｐまわりの相対回動が規制される。しかも、センサ磁石６とマグネットカバー５との嵌め合いの僅かな隙間には接着剤１０が固化しているため、センサ磁石６はマグネットカバー５と一体化し、がたついたり位置ずれするおそれがない。

そして、センサ磁石６が接着固定されたマグネットカバー５の軸穴５１にシャフト２の基端部を圧入する。シャフト２の端面２ａは軸穴５１の底面５１ａに受け止められるため、圧入時に過度な荷重を加えても、軸穴５１の底面５１ａよりも磁石穴５２の奥方に位置しているセンサ磁石６にその荷重が加わることがなく、センサ磁石６が割れたり欠けたりするおそれがない。従って、マグネットカバー５が緩んだり外れたりしないよう、安心してシャフト２に強固に取り付けることができる。尚、圧入以外にも、シャフト２の端部はマグネットカバー５に挿入してピン止め固定してもよいし、締結固定してもよい。

センサ磁石６はこのように取り付けられたマグネットカバー５内に収容されるため、センサ磁石６がシャフト２の基端部から外れるのを確実に防止することができる。

センサ磁石６は、磁石穴５２の底面５２ａに密着固定されているため、センサＳ側に無駄なく近づけることができ、それだけ検出精度を向上させることができる。

更に、シャフト２が磁性体である場合には、センサ磁石６とシャフト２とが接触すると、シャフト２側に流れる磁束量が増えてセンサ側に流れる磁束量が減少してしまうため、センサ磁石６の性能を低下させることになるが、空隙部５４によってセンサ磁石６とシャフト２とは非接触になっているため、そのようなことがなく、センサ磁石６の性能を効率よく発揮させることができる。

図５、図６は、センサ磁石６の取り付けに関する別実施形態を示している。

そこでは、センサ磁石６を磁石穴５２内に接着剤１０で固定するのではなく、弾性部材６０を用いて固定するようにした。

弾性部材６０としては、非磁性体で弾性を有するものであればよく、例えば、図５に示すような、センサ磁石６の端面よりも小さい側面を有し、空隙部５４の回転軸Ｐ方向の長さ寸法よりも大きい厚みを有するゴムやシリコンなどの樹脂部材が利用できる。

また、弾性部材６０は図６に示すようなバネ部材（バネ部材６０ともいう）であってもよい。このバネ部材６０は、断面が弧状に湾曲した四角形板状の樹脂片からなり、その湾曲した両側の端部６１，６１から湾曲した頂部６２までの高さ寸法が空隙部５４の回転軸Ｐ方向の長さ寸法よりも大きく設定されている。従って、磁石穴５２に嵌め込まれたセンサ磁石６の端面にバネ部材６０の端部６１，６１を当てた状態でシャフト２を軸穴５１に圧入すれば、バネ部材６０の頂部６２はシャフト２の端面２ａに押されて弾性変形し、センサ磁石６を磁石穴５２の底面５２ａに押し付けることとなる。

シャフト２の圧入により、このような弾性部材６０によってセンサ磁石６が磁石穴５２の底面５２ａに押し付けられると、その底面５２ａには貫通孔５３が形成されているため、磁石穴５２内の空気が貫通孔５３から押し出されてセンサ磁石６は簡単に磁石穴５２の底面５２ａに密着固定される。

また、図７、図８は、センサ磁石６と磁石穴５２の形状に関する別実施形態を示している。

図７は、磁石穴５２の断面形状及びセンサ磁石６の外郭形状を５角形にした。図８では、磁石穴５２の断面形状及びセンサ磁石６の外郭形状を外周の一部が切り欠かれた円形状にした。これら以外にも磁石穴５２の断面形状及びセンサ磁石６の外郭形状は楕円や多角形等でもよく、要は非円形状になっていればよい。いずれの形状であってもセンサ磁石６の回転軸Ｐまわりの回動を規制することができる。

以上説明したように、本発明のモータＭによれば、簡単な構造でありながら、センサ磁石６がシャフト２の回転軸Ｐまわりに回動して位置ずれしたり、シャフト２から外れたりしないように確りと固定でき、センサＳが安定してその磁気変化を精度高く検出できるようになる。

なお、本発明にかかるモータＭは、前記の実施の形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。

例えば、上記実施形態では、センサ磁石６とシャフト２との間に空隙部５４が設けられているが、必ずしも空隙部５４は必要ではなく、例えばシャフト２が非磁性体である場合などには磁石穴５２の深さ寸法Ｌとセンサ磁石６の厚み寸法ｈとをほぼ同じに設定して、空隙部５４が形成されないようにしてもよい。

センサ磁石６は、例えば接合すれば外郭形状が磁石穴５２の断面と同じ正方形状になる一対の要素磁石で構成してあってもよい。その場合、磁石穴５２に一方の要素磁石をそのＳ極側から嵌め込み、他方の要素磁石をそのＮ極側から嵌め込むだけで、簡単に両要素磁石を位置ずれすることなく確りと固定することができる。

接着剤１０と弾性部材６０とを組み合わせてもよい。そうすればよりいっそう安定してセンサ磁石６を磁石穴５２の底面５２ａに密着固定させることができる。

本発明のモータの縦断面図である。 本発明のモータの要部を示す分解斜視図である。 本発明のモータの要部の断面図である。 図３における矢印Ｚ方向から見た側面図である。 センサ磁石の取り付けに関する別実施形態を示す図３相当図である。 センサ磁石の取り付けに関する別実施形態を示す図３相当図である。 センサ磁石と磁石穴の形状に関する別実施形態を示す図４相当図である。 センサ磁石と磁石穴の形状に関する別実施形態を示す図４相当図である。

符号の説明

１ モータハウジング
２ シャフト
２ａ 端面
３ ロータ
４ ステータ
５ マグネットカバー（カバー部材）
５ａ 固定部
５ｂ 支持部
６ センサ磁石
６ａ 対向面
１０ 接着剤
５１ 軸穴
５１ａ 底面
５２ 磁石穴（空間部）
５３ 貫通孔
５４ 空隙部
６０ 弾性部材
ｈ 厚み寸法（外形寸法）
Ｌ 深さ寸法
Ｍ モータ
Ｐ 回転軸
Ｓ センサ

Claims (8)

1. センサ磁石と、
   シャフトの端部の少なくとも一部を覆うように前記端部に固定されるカバー部材と、を備えたモータであって、
   前記カバー部材は、前記端部の端面の外側に位置する支持部を有し、
   前記支持部には、前記シャフトの回転軸方向に延びる非円形断面の空間部が設けられ、
   前記センサ磁石の外郭形状が前記空間部の断面形状に応じて形成された非円形形状とされ、
   前記空間部に前記センサ磁石が嵌め込まれていることを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータであって、
   前記センサ磁石に焼結磁石が用いられていて、前記空間部の断面形状及び前記センサ磁石の外郭形状が四角形に形成されていることを特徴とするモータ。
3. 請求項１又は請求項２に記載のモータであって、
   前記カバー部材に非磁性体が用いられていることを特徴とするモータ。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のモータであって、
   前記カバー部材が一方の端面に開口して前記端部が挿入される軸穴を有し、この軸穴の底面に開口するように前記空間部が形成されていて、
   前記空間部の底面と前記カバー部材の他方の端面との間に貫通孔が形成されていることを特徴とするモータ。
5. 請求項４に記載のモータであって、
   前記空間部の深さ寸法が前記センサ磁石の前記回転軸方向における外形寸法よりも大きく設定されていることを特徴とするモータ。
6. 請求項５に記載のモータであって、
   前記センサ磁石が前記空間部の底面に接着固定されていて、
   前記センサ磁石と前記シャフトとが非接触になっていることを特徴とするモータ。
7. 請求項５に記載のモータであって、
   前記センサ磁石と前記シャフトとの間に弾性部材が介在していて、
   前記センサ磁石と前記シャフトとが非接触になっていることを特徴とするモータ。
8. 請求項７に記載のモータであって、
   前記弾性部材に非磁性体が用いられていることを特徴とするモータ。

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