JP2016005337A - センサ取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】外部の磁力に対してセンサを防磁できる簡単な構造のセンサ取付構造を提供することを課題とする。【解決手段】モータシャフト３３に取り付けられたモータロータ３２をモータケース３０に取り付けられたモータステータ３１が発生する磁力で回転させる電動機３に、円環状のレゾルバステータ４１に対して回転するレゾルバロータ４２を有するレゾルバ４０を取り付けるセンサ取付構造とする。そして、レゾルバロータ４２がモータシャフト３３に取り付けられ、レゾルバステータ４１がセンサホルダ４５を介してモータケース３０に取り付けられ、センサホルダ４５は、モータシャフト３３の中心線ＣＬ１を中心軸とする有底円筒形状で底部４５ａ２に貫通孔が形成されている本体部４５ａを有し、本体部４５ａにおいて底部４５ａ２の周囲に形成される周壁部４５ａ１がレゾルバステータ４１を外周側から支持していることを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、電動機にセンサを取り付けるセンサ取付構造に関する。

特許文献１には、エンジンと一体に形成される発電動機が開示されている。この発電動機には、ロータの回転位置を検出する回転位置検出機構（レゾルバ）が備わっている。回転位置検出機構は、センサステータに対してセンサロータが回転するように構成される。発電動機には、モータステータから漏れ出る磁束や電波ノイズを遮断する防磁板が備わってセンサステータが防磁される。

特許第３６５１５７５号公報

特許文献１に記載される発電動機は、防磁板とセンサステータが共締めでモータケースに取り付けられている。つまり、防磁板が別部材で形成されて取り付けられている。
このような構成にすることで、回転位置検出機構の構造が複雑になるという問題が生じる。また、回転位置検出機構がコストアップするという問題も生じる。

そこで、本発明は、外部の磁力に対してセンサを防磁できる簡単な構造のセンサ取付構造を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため本発明は、シャフトに取り付けられたロータを筺体に取り付けられたステータが発生する磁力で回転させる回転電機に、円環状のセンサ固定子に対して回転するセンサ回転子を有するセンサを取り付けるセンサ取付構造とする。そして、前記センサ回転子が前記シャフトに取り付けられ、前記センサ固定子がセンサホルダを介して前記筐体に取り付けられ、前記センサホルダは、前記シャフトの中心線を中心軸とする有底円筒形状の本体部を有し、前記本体部において底部に連なって形成される周壁部が前記センサ固定子を外周側から支持していることを特徴とする。

本発明によると、シャフトに取り付けられるセンサ回転子と対向するように円環状に形成されるセンサ固定子がセンサホルダを介して筺体に取り付けられる。センサホルダは有底円筒形状の本体部を有し、センサ固定子は本体部の周壁部に取り付けられている。したがって、センサ固定子は本体部の内側に配置され、周壁部と底部で囲まれる。そして、シャフトに取り付けられるロータと対向するステータが発生する磁力に対して防磁される。

また、前記シャフトは、前記中心線から外方に広がる円盤状の基部と、前記基部の周囲に接続される円筒部と、を有して前記円筒部に前記ロータが外嵌され、前記周壁部で前記センサ固定子を支持している前記本体部が前記円筒部の内側に入り込むように、前記センサホルダが前記筐体に取り付けられていることを特徴とする。

本発明によると、ロータとセンサ回転子が取り付けられるシャフトには、ロータが外嵌される円筒部の内側に空間が設けられる。そして、センサ固定子を支持している本体部が円筒部の内側に入り込むようにセンサホルダが筺体に取り付けられる。したがって、ロータの内側にセンサ固定子が配置されることになり、電動機の、シャフトの軸方向の長さを短くできる。

また、前記本体部には、前記周壁部において前記底部が形成されていない側の端部が外方に広がったフランジ部が形成され、前記センサホルダは、前記本体部が前記円筒部の内側に入り込んだ状態で前記フランジ部が筺体に固定されていることを特徴とする。

本発明によると、センサホルダは、本体部の底部が形成されていない側が外方に広がって形成されるフランジ部で筺体に固定される。この構成によると、簡単な構造でセンサホルダが筺体に固定される。

また、前記センサ回転子は前記センサ固定子の内側に配設されて、当該センサ固定子と対向するように前記シャフトに取り付けられていることを特徴とする。

本発明によると、センサ回転子はセンサ固定子の内側に配設される。センサ固定子はセンサホルダの本体部の内側に配置されるためその内側に配置されるセンサ回転子もセンサホルダの本体部の内側に配置される。したがって、シャフトに取り付けられるロータと対向するステータが発生する磁力に対してセンサ回転子が防磁される。

本発明によると、外部の磁力に対してセンサを防磁できる簡単な構造のセンサ取付構造を提供できる。

エンジンと電動機を有する車両を示す図である。 電動機の構造を示す分解斜視図である。 電動機の構造を示す断面図である。 （ａ）はモータシャフトの斜視図、（ｂ）はセンサホルダの斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１はエンジンと電動機を有する車両を示す図である。図１に示すように、本実施形態の車両１は、２つの駆動輪５ａ，５ａと、２つの従動輪５ｂ，５ｂと、を有する四輪車両である。２つの駆動輪５ａ，５ａは駆動軸６で連結されている。
車両１はハイブリッド車両であり、エンジン２と電動機３を具備する。本実施形態において電動機３とエンジン２は一体に形成されている。電動機３と駆動軸６は変速機４を介して連結されている。エンジン２及び電動機３が出力する駆動力は変速機４を介して駆動軸６に伝達される。

エンジン２及び電動機３はエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）７で制御される。車両１は、主にエンジン２が出力する駆動力で駆動軸６を回転させて走行し、電動機３によって走行が補助（アシスト）される。車両１は、低速時などエンジン２の回転速度が低くてトルクが不足する状態のときに電動機３が駆動して駆動力を出力するように構成されている。

電動機３には、駆動力を出力するモータシャフト３３（図２参照）の回転位置を検出するセンサ（レゾルバ４０）が備わっている。レゾルバ４０が出力する信号（レゾルバ信号）はエンジンＥＣＵ７に入力される。エンジンＥＣＵ７は、レゾルバ４０から入力されるレゾルバ信号に基づいて電動機３の回転速度を算出し、エンジン２及び電動機３を制御する。

図２は電動機の構造を示す分解斜視図である。
図２に示すように、電動機３は、モータケース３０にステータ（モータステータ３１）とロータ（モータロータ３２）と、が収容されて構成されている。モータケース３０はエンジン２（図１参照）の本体（エンジンブロック２０）に取り付けられている。モータケース３０はねじ部材２０Ｓでエンジンブロック２０に締結固定される。
モータステータ３１はモータケース３０に取り付けられている。モータステータ３１は、複数の磁極（コア）がモータロータ３２の周囲に円環状に配置されて形成される。

モータロータ３２は電動機３のシャフト（モータシャフト３３）に取り付けられ、モータシャフト３３と一体に回転する。モータシャフト３３は、中心線ＣＬ１を回転軸とする軸部材であり、モータケース３０に対して中心線ＣＬ１周りに回転する。
モータロータ３２には、外周に沿った円環状に磁石３２ａが備わっている。モータステータ３１のコイルに電力が供給されてモータステータ３１に磁力が発生すると、その磁力で磁石３２ａがモータステータ３１に対して吸引及び反発してモータロータ３２が回転する。さらに、モータロータ３２の回転にともなってモータシャフト３３が中心線ＣＬ１周りに回転する。
つまり、本実施形態の電動機３は、モータステータ３１に発生する磁力でモータシャフト３３を回転させる回転電機である。そして、エンジンブロック２０とモータケース３０で回転電機（電動機３）の筺体が形成されている。

モータステータ３１は、円筒状を呈するステータホルダ３１ａの内側に複数の磁極（コア）が配設されて構成されている。ステータホルダ３１ａはモータステータ３１を円環状に支持する円筒部３１ａ２を有する。ステータホルダ３１ａの円筒部３１ａ２はモータケース３０の開口部３０ａに嵌合している。ステータホルダ３１ａは、ねじ部材３１Ｓ等でモータケース３０に固定される。
ステータホルダ３１ａには、数箇所で端部が外方に広がった固定リブ３１ａ１が形成される。固定リブ３１ａ１には貫通孔が形成されており、この貫通孔を挿通したねじ部材３１Ｓがモータケース３０に形成されるねじ孔にねじ込まれて、ステータホルダ３１ａがモータケース３０に固定される。

モータシャフト３３においてエンジンブロック２０側の端部にはエンジン２（図１参照）の出力軸（エンジン出力軸２３）が連結される。エンジン出力軸２３はモータシャフト３３と同軸に連結される。モータシャフト３３は、ねじ部材２３Ｓでエンジン出力軸２３に締結固定される。エンジン出力軸２３はエンジン２の駆動時に回転する。そして、エンジン出力軸２３が回転すると、エンジン出力軸２３と連結するモータシャフト３３も回転する。

また、エンジンブロック２０にはレゾルバ４０が取り付けられる。レゾルバ４０は、ねじ部材３０Ｓでエンジンブロック２０に締結固定される。レゾルバ４０はエンジン出力軸２３の周囲に配置される。レゾルバ４０がエンジンブロック２０に取り付けられる構造（センサ取付構造）の詳細は後記する。
なお、前記したようにエンジンブロック２０は電動機３の筺体の一部となる。したがって、電動機３の筺体にレゾルバ４０が取り付けられる構造になっている。

モータシャフト３３においてエンジン出力軸２３と反対側の端部には変速機４（図１参照）の入力軸４ａが連結される。モータシャフト３３の回転は変速機４を介して駆動軸６（図１参照）に伝達される。モータシャフト３３が回転すると駆動軸６が回転して駆動輪５ａ，５ａ（図１参照）が回転し、車両１（図１参照）が走行する。

図３は電動機の構造を示す断面図である。図４の（ａ）はモータシャフトの斜視図、（ｂ）はセンサホルダの斜視図である。
なお、図３は、モータシャフト３３の中心線ＣＬ１を含む断面で切断した断面図であり、モータシャフト３３に対して半身が示されている。

図４の（ａ）に示すように、モータシャフト３３は基部３３ａと円筒部３３ｂを有する。基部３３ａは中心線ＣＬ１を中心として外方に広がる円盤状を呈する。円筒部３３ｂは基部３３ａの周囲に接続される。基部３３ａの中心部には連結部３３ｄが形成されている。連結部３３ｄは基部３３ａからエンジン２（図１参照）の側に突設される軸状部であり、中央には軸方向に凹んだ凹部３３ｃが形成されている。
円筒部３３ｂは基部３３ａにおいてエンジン２（図１参照）の側に立設する。そして、連結部３３ｄと円筒部３３ｂの間（つまり、円筒部３３ｂの内側）に空間が形成される。この空間はレゾルバ４０（図３参照）が配設されるセンサ配置空間３３ｅとなる。センサ配置空間３３ｅはモータシャフト３３の軸方向に凹んだ凹部として連結部３３ｄの周囲に形成される。

なお、基部３３ａに対してセンサ配置空間３３ｅと反対の側には、変速機４の入力軸４ａ（図３参照）が嵌合する凹部３３ｆが形成されている。

そして、図３に示すように、円筒部３３ｂの外周面にモータロータ３２が外嵌される。また、連結部３３ｄにはエンジン出力軸２３が連結される。エンジン出力軸２３は連結部３３ｄの凹部３３ｃに嵌合してモータシャフト３３と連結される。エンジン出力軸２３とモータシャフト３３はねじ部材２３Ｓで締結固定される。また、円筒部３３ｂの端部が周囲に広がって、端部に鍔部３３ｂ１が形成されていてもよい。このような鍔部３３ｂ１によって円筒部３３ｂに外嵌されるモータロータ３２が係止される。
例えば、図３に示すように、モータロータ３２が鍔部３３ｂ１に向かってロックナット３３ｂ２で締め込まれて固定される。このため、円筒部３３ｂの外周にはロックナット３３ｂ２がねじ込まれる雄ねじが形成されている。

レゾルバ４０は、センサ固定子（レゾルバステータ４１）とセンサ回転子（レゾルバロータ４２）を有する。レゾルバロータ４２はモータシャフト３３に取り付けられてモータシャフト３３と一体に回転する。レゾルバステータ４１は、センサホルダ４５に支持される。
レゾルバ４０は、レゾルバロータ４２がレゾルバステータ４１に対して回転したときに、供給されている交流電圧の位相が変化するように構成される。レゾルバ４０は、電圧の位相の変化を検出信号（レゾルバ信号）として出力する。

図４の（ｂ）に示すように、センサホルダ４５は本体部４５ａとフランジ部４５ｂを有する。本体部４５ａは有底の円筒形状（有底円筒形状）を呈する。本体部４５ａの円筒形状は、中心線ＣＬ１（図３参照）を中心軸とする。本体部４５ａは、底部４５ａ２と、周壁部４５ａ１とを有する。周壁部４５ａ１は、底部４５ａ２の周囲に、当該底部４５ａ２に連なって（底部４５ａ２と連続して）一体に形成される。本体部４５ａの底部４５ａ２には貫通孔４５ｃが形成されている。また、フランジ部４５ｂは、本体部４５ａの開口部側の端部が外方に広がって形成される。

図３に示すように、センサホルダ４５のフランジ部４５ｂは、エンジン出力軸２３の周囲に固定される。この際、センサホルダ４５は、本体部４５ａが変速機４（図１参照）の側に向かって突出するようにエンジンブロック２０に取り付けられる。つまり、センサホルダ４５は、エンジン２（図１参照）の側が開口するようにエンジンブロック２０に取り付けられる。また、底部４５ａ２の貫通孔４５ｃをモータシャフト３３が挿通する。センサホルダ４５とエンジンブロック２０はねじ部材３０Ｓで締結固定される。このため、図４の（ｂ）に示すように、フランジ部４５ｂには、ねじ部材３０Ｓが挿通する固定用孔４５ｂ１が適宜形成されている。さらに、エンジンブロック２０においてセンサホルダ４５の固定用孔４５ｂ１に対応する位置には、ねじ部材３０Ｓが螺合するねじ孔（図示せず）が適宜形成されている。

また、図３に示すように、センサホルダ４５は本体部４５ａがモータシャフト３３のセンサ配置空間３３ｅに入り込むようにエンジンブロック２０に固定される。センサ配置空間３３ｅは、モータシャフト３３において円筒部３３ｂの内側に形成される空間である。したがって、センサホルダ４５は本体部４５ａがモータシャフト３３の円筒部３３ｂの内側に入り込んだ状態でエンジンブロック２０に固定される。

レゾルバステータ４１はセンサホルダ４５の本体部４５ａの内側に配設される。レゾルバステータ４１は本体部４５ａの周壁部４５ａ１に取り付けられる。レゾルバステータ４１は、モータシャフト３３の中心線ＣＬ１を中心とする円環状に形成され、モータシャフト３３と一体で回転するレゾルバロータ４２の周囲に配設される。

つまり、本体部４５ａの周壁部４５ａ１は、中心線ＣＬ１に対する外周側からレゾルバステータ４１を支持する。このように、本実施形態のレゾルバステータ４１は、センサホルダ４５を介してエンジンブロック２０に取り付けられる。
また、前記したようにセンサホルダ４５の本体部４５ａは、モータシャフト３３の円筒部３３ｂの内側（センサ配置空間３３ｅ）に入り込んでいる。したがって、レゾルバステータ４１は、円筒部３３ｂの内側（センサ配置空間３３ｅ）に配設される。レゾルバステータ４１は円筒部３３ｂの内側にロウ付けや溶接等で固着される。
また、円筒部３３ｂの内側から挿通されるねじ部材（図示せず）でレゾルバステータ４１が締結固定される構造であってもよい。

レゾルバロータ４２はレゾルバステータ４１の内側に配設され、レゾルバステータ４１と対向するようにモータシャフト３３に取り付けられる。したがって、レゾルバロータ４２もセンサ配置空間３３ｅ（円筒部３３ｂの内側）に配設される。
レゾルバロータ４２は、例えばモータシャフト３３ｄの外周にねじ込まれるロックナット４２ａで固定される。
図３に示すように、連結部３３ｄの外周にレゾルバロータ４２の内周より径の大きな段差部が形成される。そして、レゾルバロータ４２は、段差部に向かってロックナット４２ａで締め込まれて固定される。このため、連結部３３ｄの外周にロックナット４２ａがねじ込まれる雄ねじが形成されている。
なお、レゾルバロータ４２の固定方法は限定されるものではない。ロウ付けや溶接でレゾルバロータ４２がモータシャフト３３に固着される構造であってもよい。

レゾルバステータ４１にはコイル４１ａが巻回されている。また、レゾルバロータ４２にもコイル（図示せず）が巻回されている。そして、レゾルバ４０は、コイル４１ａに供給される交流電圧の位相がレゾルバロータ４２の回転に応じて変化したとき、その位相の変化をレゾルバ信号に変換して出力する。

センサホルダ４５（本体部４５ａ）の開口側には検出部４６が配設される。検出部４６は、例えばフランジ部４５ｂに固定される。検出部４６はレゾルバステータ４１のコイル４１ａに生じる交流電圧の位相の変化をレゾルバ信号に変換し、変換したレゾルバ信号を出力端子４６ａに出力する。出力端子４６ａはエンジンＥＣＵ７（図１参照）に接続される。エンジンＥＣＵ７には、出力端子４６ａを介してレゾルバ信号が入力される。

検出部４６には遮蔽板４６ｂが取り付けられている。遮蔽板４６ｂは、レゾルバステータ４１に対して本体部４５ａの開口部の側からコイル４１ａを覆うように配設される。遮蔽板４６ｂは、中心線ＣＬ１に対してコイル４１ａの外周側に延設される。
つまり、検出部４６の側には、コイル４１ａとモータロータ３２の間に遮蔽板４６ｂが配設される。そして、コイル４１ａは、モータステータ３１に発生する磁力に対して遮蔽板４６ｂで防磁される。

レゾルバステータ４１のコイル４１ａにおいて底部４５ａ２の側は、周壁部４５ａ１と底部４５ａ２で覆われる。つまり、本体部４５ａの底部４５ａ２の側では、コイル４１ａとモータロータ３２の間にセンサホルダ４５（周壁部４５ａ１，底部４５ａ２）が配設される。そして、コイル４１ａは、モータステータ３１に発生する磁力に対してセンサホルダ４５で防磁される。

また、モータステータ３１に発生する磁力にともなって発生する電磁波Ｅｗは、センサ配置空間３３ｅにおいて円筒部３３ｂとセンサホルダ４５（本体部４５ａ）の間を伝播するときに減衰する。したがって、本体部４５ａで覆われるレゾルバ４０にセンサ配置空間３３ｅ側から作用（干渉）する磁力は非常に弱くなる。

モータステータ３１に発生する磁力がレゾルバステータ４１に干渉するとレゾルバ４０が誤信号を出力する場合がある。この場合、レゾルバ４０によるモータシャフト３３の回転角度の検出精度が低下する。
本実施形態のレゾルバ４０（レゾルバステータ４１のコイル４１ａ）は、モータステータ３１に生じる磁力に対して、センサホルダ４５及び遮蔽板４６ｂで防磁される。したがって、モータステータ３１に発生する磁力がレゾルバステータ４１（特に、コイル４１ａ）に干渉せず、レゾルバ４０によるモータシャフト３３の回転角度の検出精度は低下しない。

また、レゾルバステータ４１に対してセンサホルダ４５（本体部４５ａ）の底部４５ａ２の側には遮蔽板４６ｂが配設されない。つまり、遮蔽板４６ｂが本体部４５ａの開口部の側のみに配設されている。したがって、レゾルバ４０を電動機３に取り付ける構造（センサ取付構造）が簡素な構造になっている。
そして、遮蔽板４６ｂの数が減ることによるコストダウンの効果や生産工程が簡素化されることによる生産性向上の効果が生じる。

また、モータシャフト３３には軸方向に凹んだセンサ配置空間３３ｅが形成される。そして、レゾルバ４０はセンサ配置空間３３ｅに配設される。したがって、電動機３の軸方向長さ（モータシャフト３３の軸方向の長さ）が縮小される。これによって電動機３が小型化され、ひいては、当該電動機３を搭載している車両１（図１参照）が小型化される。

また、センサ配置空間３３ｅの外周（円筒部３３ｂ）にはモータロータ３２が外嵌され、モータロータ３２の外周にはモータステータ３１が配設されている。つまり、センサ配置空間３３ｅに配設されるレゾルバ４０（レゾルバステータ４１）は、モータステータ３１の内側に配置される。
そして、レゾルバステータ４１と、モータステータ３１及びモータロータ３２と、の間には円筒部３３ｂが配設される。したがって、円筒部３３ｂによってモータステータ３１が発生する磁力が遮蔽される。このため、レゾルバステータ４１は、モータステータ３１が発生する磁力が干渉しにくい環境に配設される。

さらに、レゾルバステータ４１のコイル４１ａは遮蔽板４６ｂ及び本体部４５ａ（周壁部４５ａ１，底部４５ａ２）で覆われる。
このように、本実施形態のレゾルバ４０（レゾルバステータ４１）は、モータステータ３１に発生する磁力が干渉しにくい環境に配設され、さらに、遮蔽板４６ｂ及び本体部４５ａで防磁される。したがって、モータステータ３１に発生する磁力のレゾルバステータ４１への干渉がより効果的に防止される。

なお、本発明は、発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜設計変更が可能である。
例えば、本実施形態はセンサがレゾルバ４０（図３参照）である一例を示しているが、本発明のセンサ取付構造で電動機３（図２参照）に取り付けられるセンサはレゾルバに限定されない。
たとえば、磁気センサ（図示せず）など、モータステータ３１（図３参照）が発生する磁力に対して防磁する必要があるセンサに広く適用可能である。

また、本発明は、エンジン２（図１参照）と一体に形成される電動機３（図１参照）に限定されず、単独に構成される電動機（図示せず）にも適用可能である。

３ 電動機（回転電機）
２０ エンジンブロック（筺体）
３０ モータケース（筺体）
３１ モータステータ（ステータ）
３２ モータロータ（ロータ）
３３ モータシャフト（シャフト）
３３ａ 基部
３３ｂ 円筒部
４０ レゾルバ（センサ）
４１ レゾルバステータ（センサ固定子）
４２ レゾルバロータ（センサ回転子）
４５ センサホルダ
４５ａ 本体部
４５ａ１ 周壁部
４５ａ２ 底部
ＣＬ１ 中心線

Claims (4)

1. シャフトに取り付けられたロータを筺体に取り付けられたステータが発生する磁力で回転させる回転電機に、
   円環状のセンサ固定子に対して回転するセンサ回転子を有するセンサを取り付けるセンサ取付構造であって、
   前記センサ回転子が前記シャフトに取り付けられ、
   前記センサ固定子がセンサホルダを介して前記筐体に取り付けられ、
   前記センサホルダは、
   前記シャフトの中心線を中心軸とする有底円筒形状の本体部を有し、前記本体部において底部に連なって形成される周壁部が前記センサ固定子を外周側から支持していることを特徴とするセンサ取付構造。
2. 前記シャフトは、前記中心線から外方に広がる円盤状の基部と、前記基部の周囲に接続される円筒部と、を有して前記円筒部に前記ロータが外嵌され、
   前記周壁部で前記センサ固定子を支持している前記本体部が前記円筒部の内側に入り込むように、前記センサホルダが前記筐体に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ取付構造。
3. 前記本体部には、前記周壁部において前記底部が形成されていない側の端部が外方に広がったフランジ部が形成され、
   前記センサホルダは、前記本体部が前記円筒部の内側に入り込んだ状態で前記フランジ部が筺体に固定されていることを特徴とする請求項２に記載のセンサ取付構造。
4. 前記センサ回転子は前記センサ固定子の内側に配設されて、当該センサ固定子と対向するように前記シャフトに取り付けられていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のセンサ取付構造。

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