JP2014180107A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】インナーロータタイプの構成であっても、回転子の回転方向位置を高精度に検出する。
【解決手段】回転電機１は、固定子１３と、磁気的空隙２を介して固定子１３の径方向内側に対向配置された回転子２１と、回転子２１に連結されて固定子１３の軸方向一方側の端部を覆う回転カバー２２と、回転カバー２２のうち固定子側１３の部位に設けられた被検出部２８と、被検出部２８の位置を光学的に検出する検出部１８と、を有する。
【選択図】図３

Description

開示の実施形態は、回転電機に関する。

固定子と、回転子と、回転子に取り付けられたカバーと、を有する回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。この回転電機は、固定子の径方向外側に回転子が設けられる、いわゆるアウターロータタイプとして構成されている。回転子の軸方向端部には、固定子の軸方向一方側を覆うように略円環形状のカバーが固定されている。また、回転子の軸方向他方側には、当該回転子の回転方向位置を検出するエンコーダ（レゾルバ）の検出対象となる回転ディスクが設けられている。

特許４５７２５９１号公報

上記従来技術の回転電機は上述のようにアウターロータタイプである。したがって、回転子の軸方向端部側に設ける回転ディスクを、比較的大径とすることができる。この結果、例えばディスク外周部に数多くのスリット等を設けることができるので、高い分解能を確保することができる。

一方、上記とは逆に、固定子の径方向内側に回転子が設けられる、いわゆるインナーロータタイプの回転電機が知られている。この場合は、回転子の径方向外側に固定子が存在することから、上記従来技術のように回転子の軸方向端部側に回転ディスクを設ける場合、固定子との干渉を回避するためにディスクを比較的小径とせざるを得ない。その結果、ディスク外周部にスリット等を数多く設けて高い分解能を確保するのは困難であり、検出精度の低下を招く。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、インナーロータタイプの構成であっても、回転子の回転方向位置を高精度に検出できる回転電機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、固定子と、磁気的空隙を介して前記固定子の径方向内側に対向配置された回転子と、前記回転子に連結され、前記固定子の軸方向一方側の端部を覆うカバーと、前記カバーのうち前記固定子側の部位に設けられた被検出部と、前記被検出部の位置を光学的に検出する検出部と、を有することを特徴とする。

本発明の回転電機によれば、インナーロータタイプの構成であっても、回転子の回転方向位置を高精度に検出できる。

実施形態の回転電機の全体構成を表す縦断面図である。 回転カバーを裏面側から見た斜視図である。 図１中の要部拡大断面図である。 被検出部を備えたディスクをカバーに取り付けた変形例の回転電機の全体構成を表す縦断面図である。 図４中の要部拡大断面図である。

以下、開示の実施形態を図面を参照しつつ説明する。

＜回転電機の概略＞
まず、図１を用いて、本実施形態に係る回転電機１の構成について説明する。図１に示すように、回転電機１は、固定部１０と、回転部２０とを備えたインナーロータ型のダイレクトドライブモータ（以下、ＤＤモータという）であり、回転部２０を固定部１０の内側に備えている。

＜固定部＞
固定部１０は、略円筒形状のハウジング１１（固定部材に相当）と、ベース部１２と、固定子１３と、２つの軸受１４，１４とを有している。なお、軸受１４は２つには限られず、１つ以上であればよい。２つの軸受１４，１４の間には、内外二層の間座１４Ａ，１４Ｂが配置されている。内周側の間座１４Ａは固定側、外周側の間座１４Ｂは回転側となっており、２つの軸受１４，１４の内側の位置決め部材となっている。

ハウジング１１は、回転電機１が備えるほとんどの構成部品を内部に収納する。

ベース部１２は、基部１２ａと固定シャフト部１２ｂとを一体的に備えている。基部１２ａは、ハウジング１１の外径と略同じ外径の円板形状を備えている。基部１２ａは、ハウジング１１のうち、軸方向他方側（図１中の下側。以下同様）の開口端を塞いでいる。固定シャフト部１２ｂは、基部１２ａの径方向中心から軸方向一方側（図１中の上側。以下同様）へと突出する、中空管状の形状を備えている。すなわち、固定シャフト部１２ｂは、ハウジング１１の径方向中心位置を貫通している。固定シャフト部１２ｂの突出端側（図１中の上側）には、固定側補助部材１９が設けられている。固定側補助部材１９は、一方の軸受１４の外側を厚肉としており、内周側の間座１４Ａとで一方の軸受１４を挟持している。

固定子１３は、ハウジング１１の内周面に配置される積層コア１５と、この積層コア１５において巻回して設けられた電機子コイル１６と、を備えている。電機子コイル１６は、ハウジング１１の内周面で周方向に並ぶように積層コア１５に複数設けられている。

＜回転部＞
回転部２０は、固定子１３の径方向内側に磁気的空隙２を介して対向配置された回転子２１を有している。

＜回転子＞
回転子２１は、出力軸２３と、回転側補助部材２４と、出力軸２３の径方向外側に配置された永久磁石２５と、を有している。なお、回転カバー２２については後述する。

出力軸２３は、全体が略中空管状に構成されており、図１中の上側の端部にはフランジ部２３ａが形成されている。回転側補助部材２４は、上記固定側補助部材１９の外周面と出力軸２３の内周面との間に配置されている。そして、出力軸２３は、フランジ部２３ａがハウジング１１の開口端側の（図１中の上側）に位置した状態で、ボルト２６を介して回転側補助部材２４に連結されている。これにより、出力軸２３と回転側補助部材２４との結合体が、軸受１４，１４を介し、（軸方向に拘束されつつ）固定シャフト部１２ｂに回転可能に支持されている。なお、回転側補助部材２４は、一方の（図１中の上側の）軸受１４（第１軸受に相当）を上記軸方向一方側から固定する第１部材として機能する。また、出力軸２３は、他方の（図１中の下側の）軸受１４（第２軸受に相当）を上記軸方向他方側から固定するとともに、固定子１３の径方向内側に対向する永久磁石２５を径方向外側に備える第２部材として機能する。

永久磁石２５は、出力軸２３の外周面に、周方向に並ぶように複数設けられている。また永久磁石２５は、固定子１３の積層コア１５に対し径方向において磁気的空隙２を介し対向するように、配置されている。

なお、上記構成において、この例では、回転子２１のうち上記出力軸２３と上記回転側補助部材２４とは、軸受１４，１４を軸方向の一方側（図１中の上側）及び軸方向の他方側（図１中の下側）から挟み込んで固定する軸受固定部を構成している。そして、回転電機１の製造時においては、例えば、２つの軸受１４，１４を挟み込むようにして、出力軸２３と回転側補助部材２４とからなる上記軸受固定部を備えた回転子２１が、固定用補助部材１９を用いてベース部１２に組み付けられる。その後、固定子１３を内包するハウジング１１が、ベース部１２に組み付けられる。そして、最後に、回転子２１の軸方向一方側（図１中の上側）に上記回転カバー２２が取り付けられる。

＜回転動作の概略＞
上記構成において、固定子１３の複数の電機子コイル１６に電力が給電されることで、ハウジング１１の内部に交番磁界が発生する。そして、回転子２１の永久磁石２５がそれら交番磁界による引力と斥力とを受けることで出力軸２３にトルクを発生し、回転部２０全体が回転する。

＜回転カバー＞
そして、回転子２１には、固定子１３の軸方向一方側（図１中の上側）の端部を覆うように、回転カバー２２が連結されている。図２、図３、及び前述の図１に示すように、回転カバー２２は、全体が略ドーナツ形状（環状）の円板部材であり、ハウジング１１（又は固定子１３でもよい）との間に、内部空間４が形成される。回転カバー２２は、例えば出力軸２３のフランジ部２３ａに図示しないボルトなどで取り付けられる。これにより、回転カバー２２は、ハウジング１１の上記軸方向一方側（図１及び図３中上側）の開口端を覆うように、配置される。そして、回転カバー２２の上記軸方向他方側（図１及び図３中下側）の底面と固定子１３の電機子コイル１６との間には、間隙３が設けられている。

回転カバー２２は、上記軸方向と直交する径方向（図１、図３中の左右方向）に延設された平板部２２ｂと、平板部２２ｂの外周に一体に形成された円筒部２２ｃと、を備えている。平板部２２ｂには、上記出力軸２３の上記軸方向一方側端部が突出するための開口２２ａが、径方向中心部に形成されている。また平板部２２ｂは、出力軸２３のフランジ部２３ａに図示しないボルトで取り付けるためのボルト穴２２ｄが形成されている。円筒部２２ｃは、ハウジング１１の径方向外側を覆うように平板部２２ｂから軸方向に延設される。また、円筒部２２ｃは、ハウジング１１（又は固定子１３でもよい）との間に、上記内部空間４の径方向外周部に連通する、所定の防塵通路１００を形成する。

また、回転カバー２２のうち、固定子１３側の部位（具体的には上記内部空間４に臨む、平板部２２ｂの裏面）には、被検出部２８が設けられている。この被検出部２８は、平板部２２ｂの裏面で円筒部２２ｃの内側に沿うように全周に形成された、エンコーダパターンスリットである（図２参照）。なお、この例では、このエンコーダパターンスリットは、平板部２２ｂを貫通しない凹みスリットとなっている。このようにエンコーダパターンスリットからなる被検出部２８を形成することにより、既存の回転カバー２２をそのまま利用し、部品点数を増加させることなく被検出部２８を構築することができる。

このとき、ハウジング１１の他方（図１において図中の上側）の開口端には、被検出部２８と対向するように、図３に示すように、検出部１８が配置されている。この例では、検出部１８は、被検出部２８の位置を光学的に検出する発光素子と受光素子とからなる光学式の位置検出センサである。検出部１８は、アーム状（又は板状）の支持部材１７を介して、ハウジング１１に支持されている。言い換えれば、検出部１８及び被検出部２８は、内部空間４に臨むように、支持部材１７及び回転カバー２２にそれぞれ設けられている。

以上説明したように、本実施形態の回転電機１は、固定子１３の径方向内側に回転子２１が対向配置される、いわゆるインナーロータ型として構成される。また、防塵を行うための回転カバー２２が、回転子２１に連結して設けられる。そして、その回転カバー２２に設けられた被検出部２８を、検出部１８が光学的に検出することにより、回転子２１の回転方向位置を検出することができる。

このとき、回転カバー２２は、固定子１３の上記軸方向一方側の端部を覆うように設けられることから、回転カバー２２の外径を、固定子１３の制約を受けることなく比較的大径とすることができる。これにより、当該大径の回転カバー２２に設けられる被検出部２８において上記エンコーダパターンスリットのスリット数を多くすることができ、高い分解能を容易に確保することができる。この結果、回転子２１の回転方向位置を高精度に検出することができる。

また、本実施形態では特に、検出部１８は、内部空間４において周囲環境に晒されることなく被検出部２８の検出を行うことができ、ゴミや塵埃等の付着により検出精度が低下するおそれがない。この結果、回転子２１の回転方向位置を確実に高精度に検出することができる。

また、本実施形態では特に、回転カバー２２が平板部２２ｂと円筒部２２ｃとを備え、平板部２２ｂに対し軸方向に対向するように検出部１８が配置される。これにより、容易かつ確実に高精度な検出を行うことができる。また、内部空間４の外周部に連通するように、円筒部２２ｃとハウジング１１との間に防塵通路１００を形成することにより、さらに確実に内部空間４の防塵を図ることができる。

また、本実施形態では特に、上述したように、回転電機１の製造時において、被検出部２８が設けられる回転カバー２２は、最後の工程で取り付けられる。これにより、検出部１８による検出の初期設定や使用開始後の再設定のために被検出部２８の位置決めや各種調整が必要となった場合でも、（前述の組み付け順序に沿って）回転カバー２２の取り付け工程より前に既に組み付けられた、ベース部１２、軸受１４，１４、軸受固定部（出力軸２３及び回転側補助部材２４の結合体）、回転子２１、ハウジング１１等を取り外すことなく、簡単に位置決めや各種調整を行うことができる。

また、本実施形態では特に、回転側補助部材２４が上記一方の軸受１４を上記軸方向一方側から固定するとともに、出力軸２３が上記他方の軸受１４を上記軸方向他方側から固定する。そして、これら出力軸２３及び回転側補助部材２４が互いに連結されて、回転子２１の上記軸受固定部が構成される。これにより、回転子２１が、上記２つの軸受１４，１４を介しベース部１２に対して回転可能に支持される構造を、容易かつ確実に実現することができる。

なお、開示の実施形態は、上記の構成に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形の一例を説明する。

＜回転カバーにディスクを設けた場合＞
上記実施形態では、回転カバー２２のうち固定子１３側の部位に位置する平板部２２ｂの裏面に、被検出部２８としてのエンコーダパターンスリットが設けられたが、これに限られない。すなわち、例えば、上記図１及び図３に対応する図４及び図５に示すように、回転カバー２２のうち固定子１３側の部位（詳細には平板部２２ｂの裏面）に、ディスクからなる被検出部２８を設けてもよい。すなわち、このディスクには、例えば円筒部２２ｃの内側に沿う全周に、バーコードやエンコーダパターンスリット等が形成されている。このディスクは、例えば平板部２２ｂの裏面に貼り付けられている。

本変形例においては、上記実施形態と同様の効果に加え、以下の効果を得る。すなわち、回転カバー２２の平板部２２ｂに被検出部２８としてのディスクが固定されることにより、回転カバー２２そのものに対しエンコーダパターンスリット加工を行うことなく、容易に被検出部２８を構築することができる。また、既存の回転カバー２２に対し後付けでディスクを取り付けることで、容易に被検出部２８とすることができる。

なお、以上では、回転電機１が、電動機である場合の例を説明したが、電動機ではなく発電機である場合にも適用することができる。

以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。

その他、一々例示はしないが、上記実施形態や各変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１ 回転電機
２ 磁気的空隙
４ 内部空間
１０ 固定部
１１ ハウジング
１２ ベース部
１３ 固定子
１４ 軸受
１５ 積層コア
１６ 電機子コイル
１８ 検出部
２０ 回転部
２１ 回転子
２２ 回転カバー（カバー）
２２ｂ 平板部
２２ｃ 円筒部
２３ 出力軸
２４ 回転側補助部材
２５ 永久磁石
２８ 被検出部
１００ 防塵通路

Claims (7)

1. 固定子と、
   磁気的空隙を介して前記固定子の径方向内側に対向配置された回転子と、
   前記回転子に連結され、前記固定子の軸方向一方側の端部を覆うカバーと、
   前記カバーのうち前記固定子側の部位に設けられた被検出部と、
   前記被検出部の位置を光学的に検出する検出部と、
   を有することを特徴とする回転電機。
2. 前記カバーは、
   前記固定子若しくは当該固定子に固定された固定部材との間に、所定の内部空間を形成し、
   前記被検出部は、
   前記内部空間に臨むように、前記カバーの前記固定子側の部位に設けられており、
   前記検出部は、
   前記内部空間に臨むように、前記固定子若しくは前記固定部材に設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
3. 前記カバーは、
   径方向に延設される平板部と、
   前記固定子側の径方向外側を覆うように前記平板部から前記軸方向に延設されるとともに、前記固定子若しくは前記固定部材との間に、前記内部空間の径方向外周部に連通する所定の防塵通路を形成する、円筒部と、
   を備えており、
   前記被検出部は、
   前記内部空間に臨むように、前記平板部に設けられている
   ことを特徴とする請求項２記載の回転電機。
4. 前記被検出部は、
   前記平板部に形成されたスリットであることを特徴とする請求項３記載の回転電機。
5. 前記被検出部は、
   前記平板部に固定されたディスクである
   ことを特徴とする請求項３記載の回転電機。
6. 前記回転子を回転可能に支持する軸受と、
   少なくとも１つの前記軸受を固定するベース部と、
   をさらに有し、
   前記回転子は、
   前記少なくとも１つの軸受を、前記軸方向一方側及び軸方向他方側から挟み込んで固定する軸受固定部を備える
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の回転電機。
7. 前記ベース部は、
   前記軸方向一方側の第１軸受及び前記軸方向他方側の第２軸受がそれぞれ固定されており、
   前記軸受固定部は、
   前記第１軸受を前記軸方向一方側から固定する第１部材と、
   前記第２軸受を前記軸方向他方側から固定するとともに、前記固定子の径方向内側に対向する永久磁石を径方向外側に備え、前記第１部材に連結される第２部材と、
   を備えることを特徴とする請求項６記載の回転電機。

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