JP2015065707A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの位置検出素子と被回転位置検出部をモータに搭載し、モータの軸方向の厚みを低減可能なモータを提供する。
【解決手段】モータ１は、回転部と静止部３とを有する。回転部は、シャフト２１と、シャフト２１に固定されたロータホルダ２２と、ロータホルダ２２に固定されたロータマグネット２３と、を有する。静止部３は、取付板３１と、取付板３１の径方向外側で、取付板３１に直接的あるいは間接的に保持される電機子３２と、取付板３２の径方向内側で保持される軸受部材３３と、電機子３２の下側に配置された回路基板とを有する。回路基板は、回転位置検出素子を備え、回転位置検出素子は、ロータマグネット３３の軸方向下端部よりも下側に配置される。シャフト２１の出力部２１３は、ロータホルダ２２の上側から突出し、シャフト２１は、軸方向下端部に被回転位置検出部を収容する収容部２１４を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エレベータドアの開閉駆動装置等、動力伝達装置に使用されるモータに関するものである。

従来、動力伝達装置は、主に動力伝達用の送り用ベルトと、駆動プーリーと、モータによって、主として構成される。例えば、エレベータドアの開閉駆動においては、モータの出力は、送り用ベルトと駆動プーリーによって減速され、その減速比によりエレベータドア開閉用のタイミングベルトが駆動される。モータは、駆動源としてインナーロータ型あるいはアウターロータ型のモータが用いられている。アウターロータ型のモータとして、例えば、特開２００４−００１９８２号公報に記載されるようなモータがある。エレベータのドア駆動装置用のモータは、モータの外径がステータコアの軸方向高さよりも大きな扁平型ブラシレスモータが用いられる。
特開２００４−００１９８２号公報

例えば、エレベータドア駆動装置の場合においては、ドアの細かな開閉動作を実現するため、モータの動きを正確に把握することが必要である。したがって、ホールセンサに加えてさらにエンコーダ等といった位置検出素子をモータに搭載して、モータの位置を正確に検出することが求められている。また、エレベータドアの開閉駆動装置では、モータを薄型化することで、装置全体の軸方向の長さを小さくすることも求められている。

特開２００４−００１９８２号公報に記載されているアウターロータ型モータにおいて、以下の構成が開示されている。ステータは放射状のスロットを有する鉄心にコイルが巻かれ、その鉄心の内周側には、軸方向前方側から突出したブラケットの円筒壁が一体に結合されている。一方、ロータはステータの外周側に所定隙間をもって対峙する永久磁石を具備した円筒状の周壁部と、ステータの内側の円筒壁に軸受を介して支持される軸部を有するとともに、周壁部からステータの軸方向後面側を回りこんで軸部に連結される連結壁を有する。軸部はステータと円筒壁を貫通し、先端が円筒壁の前方側に突出している（段落００１７）。

特開２００４-００１９８２号公報に記載されているモータにおいて、エンコーダを取り付ける場合、エンコーダの配置スペースを確保するために、ステータの鉄心の軸方向高さを大きくする必要がある。したがって、モータの軸方向高さも大きくなるという制約がある。

そこで、本発明の目的は、ロータ位置を正確に検出するための位置検出素子と被回転位置検出部をモータに搭載する際に、シャフトの収容部に被回転位置検出部を収容させ、被回転位置検出部と軸受部材が径方向において重なることによって、モータの軸方向の厚みを低減することができるモータを提供することである。

上記の課題を解決するモータは、静止部と、前記静止部に対して、上下に延びる中心軸を中心として回転可能に支持される回転部と、を備え、前記静止部は、前記シャフトを回転可能に支持する軸受部材と、前記軸受部材を径方向外側から保持する取付板と、前記軸受部材の径方向外側において、前記取付板に直接的あるいは間接的に保持される電機子と、前記電機子の下側に配置された回路基板と、を有し、前記回転部は、前記中心軸に沿って配置されたシャフトと、前記シャフトに固定されたロータホルダと、前記ロータホルダに固定されたロータマグネットと、を有し、回路基板は、前記回転部の回転位置を検出する回転位置検出素子を備え、回転位置検出素子は、前記ロータマグネットの軸方向下端部よりも下側に配置され、軸受部材と、前記ロータマグネットおよび電機子の少なくとも一方とは、径方向において重なっており、前記シャフトの出力側の端部は、前記ロータホルダの上側から突出し、前記シャフトは、軸方向下端部に被回転位置検出部を収容する収容部を有する。

本発明の例示的な第１発明によれば、ロータ位置を正確に検出するための位置検出素子を搭載するモータにおいて、軸受部材と、ロータマグネット及び電機子の少なくとも一方が径方向において重なることによって、回転位置検出素子を搭載するための配置スペースを確保しつつ、モータの軸方向の厚みを低減することができる。

図１は、第１実施形態に係るモータの縦断面図である。 図２は、第１実施形態に係る取付板の斜視図である。 図３は、第１実施形態に係るモータの底面図である。 図４は、変形例に係るシャフトと軸受部材の縦断面図である。 図５は、第２実施形態に係るモータの縦断面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について説明する。なお、本願では、モータの中心軸と平行な方向を「軸方向」、モータの中心軸に直交する方向を「径方向」、モータの中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。また、本願では、軸方向を上下方向とし、回転部に対して軸受部材側を上として、各部の形状や位置関係を説明する。ただし、この上下方向の定義により、本発明に係るモータの製造時および使用時の向きを限定する意図はない。

また、本願において「平行な方向」とは、略平行な方向も含む。また、本願において「直交する方向」とは、略直交する方向も含む。

＜１．第１実施形態＞
図１及び図２を用いて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るモータ１の縦断面図である。図２は、取付板３１の斜視図である。モータ１は、例えば、エレベータドアの駆動装置等の一般産業機器の駆動源として用いられるブラシレスモータである。図１に示すようにモータ１は、回転部２と静止部３と、を有する。

回転部２は、上下に延びる中心軸Ｊ１を中心として、回転可能に支持されている。回転部２は、シャフト２１、ロータホルダ２２、ロータマグネット２３を有する。シャフト２１は、中心軸Ｊ１に沿って配置され、軸受部材３３により回転可能に支持される。シャフト２１の材料には、例えば、ステンレス等の金属が用いられる。シャフト２１は、中径部２１１と大径部２１２と、出力部２１３と、収容部２１４とを有する。中径部２１１は、シャフト２１の下端を有しており、後述する軸受部材３３に支持される。大径部２１２は、中径部２１１よりも軸方向上側に位置する。大径部２１２の外径は、中径部２１１の外径よりも大きい。出力部２１３は、大径部２１２よりも軸方向上側に位置する。出力部２１３は大径部２１２よりも外径が小さい。出力部２１３は、後述するロータホルダ２２の蓋部２２２から突出する。中径部２１１は、軸方向上端に向かって窪む収容部２１４を有する。収容部２１４には、後述する被回転位置検出部５００が配置される。

出力部２１３の径方向外側には、例えば、駆動プーリー８０が装着される。モータの駆動トルクは回転部２からシャフト２１を介して駆動プーリー８０に伝達される。駆動プーリー８０を回転させることによって送り用ベルト（図示せず）を送り移動させ、発生トルクに応じた方向及び速度によって、例えば、エレベータドアを開閉駆動する。

ロータホルダ２２は、シャフト２１の軸方向上側に取り付けられる。ロータホルダ２２は、シャフト固定部２２１と、蓋部２２２と、円筒部２２３とを有する。シャフト固定部２２１は、蓋部２２２の中央からシャフト２１に沿って軸方向上側に延びる、円筒形状である。シャフト固定部２２１は、シャフト２１の大径部２１２に固定される。蓋部２２２は、シャフト固定部２２１の下端から径方向外方へと広がる円盤形状である。円筒部２２３は、蓋部２２２の外縁から下方へと延びる。

例えば、エレベータ装置においては減速比を大きくして、動力伝達装置のトルクを大きくする必要がある。そのため、シャフト２１に対するロータホルダ２２の固定強度を向上させる必要がある。したがって、ロータホルダ２２と接するシャフト２１の大径部２１２の外径は大きくすることで、大径部２１２とシャフト固定部２２１との接触面積を大きくすることができる。これにより、シャフト２１に対するロータホルダ２２の固定強度をより大きくできる。
本実施例では、大径部２１２の外径が出力部２１３の外径よりも大きいので、減速比を大きくできる。モータ１はロータホルダ２２の蓋部２２２から突出する出力部２１３の外径が大径部２１２の外径と等しいモータと比較して、減速比が大きくなる。その結果、駆動プーリー、送り用ベルトを介して、エレベータドアの開閉駆動に必要な大きなトルクが得られる。
すなわち、本実施例のモータ１によれば扁平型のモータにおいて、モータ１の軸方向高さを低くしつつ、エレベータドアの開閉駆動に必要な減速比を得ることができ、シャフト固定部２２１に対するロータホルダ２２の固定強度も大きくすることができる。
ここで、扁平型とは、ステータコア３２１の軸方向高さよりも、ロータホルダ２２の外径が大きいことをいう。

ロータマグネット２３は、円筒部２２３の径方向内側に固定される。ロータマグネット２３は、円筒状であってもよく、複数のマグネットが周方向に配列されたものであっても良い。

回転部２は、シャフト２１にロータホルダ２２を固定した後、ロータホルダ２２の内周面にロータマグネット２３を装着し、シャフト２１の収容部２１４に被回転位置検出部５００を装着することにより組み立てられる。ホールセンサに加えて、さらにエンコーダ等といった回転位置検出素子をモータに搭載する際、シャフト２１の収容部２１４には、後述するエンコーダマグネット５０１が収容される。したがって、収容部２１４は、エンコーダマグネット５０１の少なくとも一部を挿入可能な内寸を有する。

静止部３は、取付板３１と、電機子３２と、軸受部材３３と、回路基板４０と、を備える。取付板３１は、基部３１１、軸受支持部３１２と、を有する。基部３１１は、電機子３２を支持する。基部３１１は、取付板３１の上面に凹部３１３を有する。軸受支持部３１２は、中心軸Ｊ１と同軸に配置される。軸受支持部３１２は、基部３１１から軸方向上側に延び、内側面にて軸受部材３３を支持する。

取付板３１と電機子３２は、互いに軸受部材３３の径方向外側において直接的または間接的に保持される。本実施形態においては、取付板３１と電機子３２は電機子締結部材３４を介して互いに固定される。電機子締結部材３４は、後述する軸受部材３３の径方向外側で、第１の軸受部材３３１の最上端と回路基板４０の軸方向下面との間の軸方向範囲内に位置する。これにより、モータの軸方向高さを低減することができる。なお、本実施形態では、電機子締結部材３４は取付板３１と電機子３２を固定するものであれば、ねじに限らず、ハトメ、リベット等の部材を用いても良い。

電機子３２は、ステータコア３２１と、インシュレータ３２３と、コイル３２２と、を備える。ステータコア３２１は、中心軸Ｊ１と略同軸に配置された環状のコアバックと、コアバックから径方向外方に向けて突出する複数のティースを有する。ステータコア３２１は、複数の磁性鋼板を上下方向に積層して形成される。ステータコア３２１のティースは、ロータマグネット２３と対向する。インシュレータ３２３は、ステータコア３２１における内周面を除く部分を覆う。各ティースには、インシュレータ３２３を介して導線が巻回され、回転部２に磁界を与えるコイル３２２が構成される。なお、インシュレータ３２３は、ステータコア３２１におけるコイル３２２が巻回される部分を覆うものであればどのような形状でも良い。

軸受部材３３は、ボールベアリングである。軸受部材３３は、ロータホルダ２２の蓋部２２２に対して軸方向下側に配置される。また、軸受部材３３はロータホルダ２２の径方向内側に配置される。軸受部材３３とロータマグネット２３は、径方向において重なっている。なお、軸受部材３３は、ロータマグネット２３と電機子２２のいずれとも径方向において重なっていると、モータの軸方向高さを低減することができるため、より好ましいが、少なくともいずれか一方と重なっていればよい。

軸受部材３３は、第１の軸受部材３３１と第２の軸受部材３３２を有する。第１の軸受部材３３１は、第２の軸受部材３３２よりも上側に位置する。第１の軸受部材３３１の上端の内輪は、シャフト２１の大径部２１２の下端面と接する。シャフト２１の大径部２１２の外径は第１の軸受部材３３１の内輪の内径、外径よりも大きく、かつ、外輪の内径よりも小さい。大径部２１２の下端面は第１の軸受部材３３１の内輪と接する。大径部２１２の外径を第１の軸受部材３３１の内輪の内径、外径よりも大きくすることで、シャフト２１に対するロータホルダ２２の固定強度を大きくすることができる。さらに、大径部２１２の下端面が第１の軸受部材３３１の内輪と接することで、モータ１の軸方向の高さを低減することができる。また、モータ１の軸方向高さを低減したい場合には、図４に示すように大径部２１２の下端面には径方向内側に窪む段部２１２Ａが構成されてもよい。図４において、大径部２１２は、段部２１２Ａとロータホルダ固定部２１２Ｂを有する。ロータホルダ固定部２１２Ｂは、ロータホルダ２２のシャフト固定部２２１と接する。段部２１２Ａの外径は第１の軸受部材３３１の内輪の内径、外径よりも大きく、かつ、外輪の内径よりも小さい。ロータホルダ２２１Ｂの外径は、段部２１２Ａの外径よりも大きい。また、段部２１２Ａの下端面は第１の軸受部材３３１の内輪と接する。段部２１２Ａの外径は第１の軸受部材３３１の内輪の内径、外径よりも大きいことにより、段部２１２Ａよりも外径が大きいロータホルダ固定部２１２Ｂとシャフト固定部２２１との接触面積は大きくなるため、シャフト２１に対するロータホルダ２２の固定強度を大きくすることができる。
第１の軸受部材３３１と第２の軸受部材３３２は軸方向に接する。第１の軸受部材３３１の上端は、ロータマグネット２３の上端部２３１よりも軸方向上側に位置する。第２の軸受部材３３２の下端は、ロータマグネット２３の下端部２３２よりも軸方向下側に位置する。第２の軸受部材３３２は、取付板３１の軸受支持部３１２と接することによって、第２の軸受部材３３２の軸方向の位置決めがされる。第１の軸受部材３３１の外輪は、固定部材６０によって支持される。固定部材６０の上端面は、軸受支持部３１２と接する。固定部材６０は、例えば金属製のＣリングが用いられる。シャフト２１の下端には、第２の軸受部材３３２を支持する軸受押え６１が取り付けられる。軸受押え６１は、例えば金属製のＣリングである。これにより、第１の軸受部材３３１と第２の軸受部材３３２の位置決め精度が良くなる。第１の軸受部材３３１の内輪と第２の軸受部材３３２の内輪はシャフト２１の中径部２１１に支持される。第１の軸受部材３３１の内輪と第２の軸受部材３３２の内輪とは接しなくても良い。第１の軸受部材３３１と第２の軸受部材３３２との軸方向位置に間隙がある場合、その間隙は、各軸受部材３３の径方向外径よりも小さい。したがって、モータ１の軸方向高さをよりおさえることができる。

図３は、本実施形態におけるモータ１の底面図である。図１から図３を参照して、回路基板４０は、電機子３２の下側に配置される。回路基板４０、取付板３１の基部３１１に固定され、軸受部材３３と軸方向において対向する。回路基板４０は、中心軸Ｊ１を中心とする環状であり、基部３１１に回路基板締結部材３４１によって固定される。回路基板４０からコイル３２２に電流を流すことにより、電機子３２とロータマグネット２３との間にトルクが発生する。これにより、回転部２が中心軸Ｊ１を中心として回転する。

回路基板４０は、エンコーダ基板４００とセンサ基板４０１を有する。センサ基板４０１は、略円弧状であり、センサ基板締結部材４２を介してインシュレータ３２３の軸方向下端部と固定される。なお、センサ基板締結部材４２の下端部は取付板３１の凹部３１３に収容される。したがって、凹部３１３がない取付板３１を採用したモータと比較して、モータ１の軸方向の高さが低減できる。センサ基板締結部材４２はねじであるが、センサ基板４０１とインシュレータ３２３は固定されるものであれば、ネジに限られず、ハトメやリベット等の部材であっても良い。

センサ基板４０１の上面には、ロータマグネット２３の近傍にホールセンサ（ホール素子やホールＩＣ、不図示）が実装される。ホールセンサは、ロータマグネット２３から生じる磁界を検出する。これにより、回転部２の回転位置が検出される。

エンコーダ基板４００は略円形の基板である。エンコーダ基板４００は、ロータマグネット２３の下端部２３１よりも軸方向下側に配置される。エンコーダ基板４００は、回転位置検出素子７０を有する。回転位置検出素子７０は、後述するエンコーダマグネット５０１と軸方向において対向する。回転位置検出素子７０は、エンコーダマグネット５０１と協動して、回転部２の回転数や回転位置検出を行うことが可能になる。回転位置検出素子７０は、例えばホールセンサである。

被回転位置検出部５００は、シャフト２１の収容部２１４に収容される。被回転位置検出部５００は、シャフト２１の回転角度や回転速度を検出するエンコーダマグネット５０１とエンコーダマグネット５０１を保持するマグネットホルダ５０２を有する。エンコーダ基板４００とエンコーダマグネット５０１とは、軸方向において対向して配置される。エンコーダマグネット５０１の軸方向位置は、軸受部材３３と径方向において重なっている。マグネットホルダ５０２は、略円筒形状である。本実施例では、エンコーダマグネット５０２は１個であり、マグネットホルダ５０２は１個で構成される。

モータ１では、シャフト２１の出力部２１３をロータホルダ２２の蓋部２２２から突出させ、エンコーダマグネット５０１と軸受部材３３とが径方向において重なっていることによって、モータ１内に回転位置検出素子７０を搭載するための配置スペースを確保しつつ、かつ、シャフト２１の収容部２１４にエンコーダマグネット５０１を収容し、モータ１の軸方向の厚みを低減することが実現される。

＜２．他の実施形態＞
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。図５は、本発明の他の実施形態に係るモータの構成を示す図面である。

図５に示されるように、本発明のモータは、インナーロータ型のモータ１Ａであってもよい。インナーロータ型のモータの場合、ロータマグネット２３Ａは、ステータコア３２１Ａの径方向内側に配置される。

回転位置検出素子７０はＬＥＤ等の発光素子であってもよく、被回転位置検出部５００は、フォトダイオード等の受光素子であってもよい。また、回路基板４０は、1枚であってもよく、３枚以上でも良い。

出力部２１３Ａは、大径部２１２Ａよりも外径が小さく、かつ、中径部２１１Ａよりも外径が大きくてもよい。

その他、モータの細部の構成については、本発明の各図に示された構成と相違してもいても良い。また、上記実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせても良い。

本発明は、モータに利用できる。

１、１Ａ モータ
２ 回転部
３ 静止部
２１ シャフト
２１１、２１１Ａ 中径部
２１２、２１２Ａ 大径部
２１３、２１３Ａ 出力部
２１４ 収容部
２２ ロータホルダ
２２１ シャフト固定部
２２２ 蓋部
２２３ 円筒部
２３、２３Ａ ロータマグネット
３１ 取付板
３１１ 基部
３１２ 軸受支持部
３１３ 凹部
３２ 電機子
３２１、３２１Ａ ステータコア
３２２ 巻線
３２３ インシュレータ
３３ 軸受部材
３４ 電機子締結部材
４０ 回路基板
４００ エンコーダ基板
４０１ センサ基板
５００ 被回転位置検出部
５０１ エンコーダマグネット
５０２ マグネットホルダ
６０ 固定部材
６１ 軸受押え
７０ 回転位置検出素子
８０ 駆動プーリー

Claims (12)

1. 静止部と、
   前記静止部に対して、上下に延びる中心軸を中心として回転可能に支持される回転部と、
   を備え、
   前記静止部は、
   取付板と、
   前記取付板の径方向外側で、前記取付板に直接的あるいは間接的に保持される電機子と、
   前記取付板の径方向内側で保持される軸受部材と、
   前記電機子の下側に配置された回路基板と、
   を有し、
   前記回転部は、
   前記軸受部材を回転可能に支持し、前記中心軸に沿って配置されたシャフトと、
   前記シャフトに固定されたロータホルダと、
   前記ロータホルダに固定されたロータマグネットと、
   を有し、
   前記回路基板は、前記回転部の回転位置を検出する回転位置検出素子を備え、
   前記回転位置検出素子は、前記ロータマグネットの軸方向下端部よりも下側に配置され、
   前記軸受部材と、前記ロータマグネットおよび電機子の少なくとも一方とは、径方向において重なっており、
   前記シャフトの出力側の端部は、前記ロータホルダの上側から突出し、
   前記シャフトは、軸方向下端部に被回転位置検出部を収容する収容部を有するモータ。
2. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記被回転位置検出部と前記軸受部材とは、径方向において重なることを特徴とするモータ。
3. 請求項１又は２に記載のモータにおいて、
   前記ロータホルダは、有蓋略円筒状であり、
   前記ロータマグネットは、前記ロータホルダの円筒部に保持され、
   前記軸受部材は、前記ロータホルダの蓋部に対して、軸方向下側に配置されることを特徴とするモータ。
4. 請求項３に記載のモータにおいて、
   前記軸受部材は、前記ロータホルダの径方向内側に配置されることを特徴とするモータ。
5. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記軸受部材は、第１の軸受部材と第２の軸受部材を有し、
   前記電機子または前記ロータマグネットの上端よりも第１の軸受部材の上端が軸方向下側に位置し、
   前記電機子または前記ロータマグネットの下端よりも第２の軸受部材の下端が軸方向上側に位置することを特徴とするモータ。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のモータにおいて、
   前記軸受部材は、第１の軸受部材と第２の軸受部材を有し、
   前記軸受部材の径方向外径よりも、前記第１の軸受部材と第２の軸受部材との軸方向の距離が小さいことを特徴とするモータ。
7. 請求項６に記載のモータにおいて、
   前記第１の軸受部材は、前記第２の軸受部材よりも上側に位置し、
   前記第１の軸受部材は、前記第２の軸受部材は軸方向に接していることを特徴とするモータ。
8. 請求項１乃至７に記載のモータにおいて、
   前記取付板は、基部と、前記基部から軸方向上側に延びる軸受支持部と、を有し、
   前記軸受支持部は、前記第１の軸受部材の軸方向上端面と接触する固定部材を保持し、
   前記固定部材により前記第１の軸受部材を保持することを特徴とするモータ。
9. 請求項１乃至８に記載のモータにおいて、
   前記回転検出素子と前記被回転検出部とは、軸方向に対向して配置されていることを特徴とするモータ。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載のモータにおいて、
    前記電機子は、環状のコアバックと、
    前記コアバックから径方向に突出するティースと、
    を有するステータコアと、
    前記ティースに対して巻線が巻回されて構成されるコイルと、
    前記ティースの表面を部分的に覆うインシュレータと、
    を有し、
    前記回路基板は、センサ基板を有し、
    前記センサ基板は、基板締結部材を介して、前記インシュレータの軸方向下側に固定され、
    前記取付板は、軸方向上面に凹部を有し、
    前記凹部に前記基板締結部材の下端部が収容されることを特徴とするモータ。
11. 請求項３または４に記載のモータであって、
    前記ロータマグネットは、前記ロータホルダの径方向内側に配置され、
    前記電機子は、前記ロータマグネットの径方向内側に配置されることを特徴とするモータ。
12. 請求項１１に記載のモータにおいて、
    前記取付板は、前記電機子と電機子締結部材で固定され、
    前記電機子締結部材は、前記軸受部材の径方向外側で、前記第１の軸受部材の最上端と前記回路基板の軸方向最下端との軸方向範囲内に位置することを特徴とするモータ。

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