JP2016226121A

JP2016226121A - モータ用センサ

Info

Publication number: JP2016226121A
Application number: JP2015108916A
Authority: JP
Inventors: 貴祥関; Takayoshi Seki
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 2015-05-28
Filing date: 2015-05-28
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2035-05-28
Also published as: US9857202B2; CN106208536B; PH12016000201A1; JP6518515B2; CN106208536A; US20160349081A1

Abstract

【課題】モータ用センサにおいて回転を検出した出力信号の波形の変更を容易にする。
【解決手段】モータ用センサ３０は、モータ部１０の回転を検出するためにシャフト１９に取り付けられ、シャフト１９から異なる長さで放射状に突出する複数の棒状部３３〜３５を有する被検出板３１と、シャフト１９とともに回転する複数の棒状部３３〜３５の軌道に対して設けられ、棒状部３３〜３５が通過する際に波形が変化する信号を出力するホール素子４２と、ホール素子４２を保持する可動式のカバー部材３７と、を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、モータの回転を検出するためのモータ用センサに関する。

特許文献１の磁気センサ付き回転電機は、モータの回転を検出するために、回転軸の回転中心を中心として回転する永久磁石と、この永久磁石から漏出する漏れ磁束を検出する磁気センサと、を有する。

特開２００７−０６０８４４号公報

しかしながら、特許文献１において、磁気センサは、それを収容するためにケースに専用に形成したセンサ収納部に収容されている。
このため、磁気センサによる回転の検出信号を異なる波形へ変更しようとする場合、永久磁石の配置および個数並びに磁気センサの配置および個数を１から設計し直さなければならない。モータの回転検出要求毎に、永久磁石および磁気センサの配置および個数を設計しなければならない。

このようにモータの回転を検出するモータ用センサでは、回転を検出した信号の波形を変更することが容易でなかった。

本発明のモータ用センサは、モータの回転を検出するために前記モータの回転軸に取り付けられ、前記回転軸から異なる長さで放射状に突出する複数の棒状部を有する被検出板と、前記回転軸とともに回転する複数の前記棒状部の軌道に対して設けられ、前記棒状部が通過する際に波形が変化する信号を出力する検出部材と、前記検出部材を保持する可動部材と、を有する。

本発明では、可動部材と共に検出部材を可動させることにより、被検出板の複数の棒状部の中で検出部材により検出される棒状部の個数を切り替えることができ、棒状部が通過する際に波形が変化する信号を出力する検出部材の出力信号を切り替えることができる。このため、本発明では、回転を検出した信号の波形を容易に変更することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るモータ用センサを有する磁気センサ付きモータの外観斜視図である。図２は、図１の磁気センサ付きモータの側面図である。図３は、図１の磁気センサ付きモータの縦断面図である。図４は、可動式のカバー部材を最下位置にした状態での説明図である。図５は、可動式のカバー部材を最上位置にした状態での説明図である。図６は、図４の最下位置でのホール素子の検出信号の模式的な波形図である。図７は、図５の最上位置でのホール素子の検出信号の模式的な波形図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１の磁気センサ付きモータ１は、モータ部１０と、モータ用センサとして機能するセンサ部３０と、を有する。
図３に示すように、モータ部１０は、ハウジング１１、ステータ１５、ロータ１８、を有する。

ハウジング１１は、四角柱状の筒ケース１２と、筒ケース１２の両端に嵌めて固定される前エンドキャップ１３および後エンドキャップ１４と、を有する。筒ケース１２の両端に前エンドキャップ１３および後エンドキャップ１４を固定することにより、ハウジング１１内には、ロータ１８およびステータ１５を収容可能な内部空間が形成される。
ステータ１５は、たとえば、筒ケース１２の内側に固定されるステータコア１６と、ステータコア１６に巻き付けられる巻線と、を有する。ステータ１５の巻線に通電することにより、ステータコア１６の内側に磁界が発生する。
ロータ１８は、たとえば円柱形状の長尺なシャフト１９と、シャフト１９を挿入して固定される円柱形状の永久磁石コア２０と、を有する。シャフト１９の両端は、円柱形状の永久磁石コア２０の両側へ突出し、一対のベアリング部材１７を介して前エンドキャップ１３および後エンドキャップ１４の中心孔に挿入した状態で軸支される。これにより、ロータ１８は、ステータコア１６の内側において回転可能に軸支される。
また、ロータ１８のシャフト１９の両端は、前エンドキャップ１３より前側へ突出し、後エンドキャップ１４より後側へ突出する。前エンドキャップ１３の前側へ突出する部分は出力軸として機能する。後エンドキャップ１４の後側へ突出する部分はセンサ部３０により検出される検出軸として機能する。
このようなモータ部１０では、ステータ１５の巻線に通電することにより、ステータ１５の磁界がロータ１８の永久磁石コア２０に作用し、ステータ１５とロータ１８との間で電磁気的な吸引および反発作用を生じ、ステータ１５の内側でロータ１８およびシャフト１９が回転することができる。

図４および図５は、磁気センサ付きモータ１を後側から見た透視図である。

センサ部３０は、被検出板３１、円環形状の永久磁石３６、カバー部材３７、ホール素子４２、基板４３、コネクタ４４、を有する。図４および図５において、カバー部材３７は点線で示されている。

被検出板３１は、電磁鋼板を重ねて所望の外形に形成したものである。本実施形態の被検出板３１は、シャフト１９が挿入して取り付けられる円環部３２と、円環部３２から放射状に突出する直線状の第１棒状部３３、第２棒状部３４および第３棒状部３５の三個の棒状部と、を有する。なお、図３に示すように本実施形態の円環部３２は、円環形状の永久磁石３６と同サイズの円環状に形成されている。
円環部３２の中心孔には、後エンドキャップ１４から突出するシャフト１９が挿入される。
最も長い第１棒状部３３と第２棒状部３４とは、円環部３２から反対方向へ突出する。第３棒状部３５は、第１棒状部３３と第２棒状部３４との間の位置から突出する。第３棒状部３５は、第２棒状部３４と同じ長さである。第１棒状部３３は、第２棒状部３４および第３棒状部３５より長い。
そして、第１棒状部３３、第２棒状部３４および第３棒状部３５は、被検出板３１がシャフト１９に取り付けられることにより、それぞれの長さに応じた回転半径の軌道でシャフト１９とともに回転する。図４および図５において、シャフト１９とともに回転する第１棒状部３３の軌道と、第２棒状部３４および第３棒状部３５の軌道とは、二点鎖線で図示されている。

円環形状の永久磁石３６は、被検出板３１と密着して重なる状態でシャフト１９に取り付けられる。これにより、第１棒状部３３、第２棒状部３４および第３棒状部３５は、永久磁石３６の磁路として機能する。
このように電磁鋼板による被検出板３１に対して円環形状の永久磁石３６を組み合わせることにより、これらの質量を円柱形状のシャフト１９の中心またはその近くに集めることができ、シャフト１９を回転駆動する際の回転負荷となる被検出板３１および永久磁石３６の回転モーメントを小さく抑えることができる。
これに対して、仮にたとえば第１棒状部３３、第２棒状部３４および第３棒状部３５の各々に対応する複数の棒状の永久磁石を設けた場合には、棒状の永久磁石を回転するシャフト１９に対して固定するための強固な固定構造を必要とし、かつ、棒状の永久磁石を回転させる回転モーメントも必要となるため、回転モーメントが大きくなり易い。

カバー部材３７は、被検出板３１、円環形状の永久磁石３６、およびホール素子４２を被覆するために、後エンドキャップ１４の後側に可動するように取り付けられる。
カバー部材３７は、樹脂材料または金属材料から形成され、縦長の背面部３８と、その周縁に立設される側面部３９と、側面部３９から左右両側へ突出して形成される一対の取付部４０と、を有する。
そして、カバー部材３７の左右両側の一対の取付部４０には、上下方向に長い長穴形状の一対のスリット４１が形成される。カバー部材３７は、この一対の取付部４０が後エンドキャップ１４の後側にねじ止めされることにより、後エンドキャップ１４の後側に重ねてモータ部１０に直接固定される。ネジを緩めることで、カバー部材３７は上下方向へ可動できる。カバー部材３７は、カバー部材３７に対してシャフト１９から上方向へ離れるように上下方向へ可動するように取り付けられる。
カバー部材３７は、図４に示すようにスリット４１の上端にネジが当たるようにカバー部材３７を最も下げた状態（以下、最下位置という。）から、図５に示すようにカバー部材３７のスリット４１の下端にネジが当たるようにカバー部材３７を最も上げた状態（以下、最上位置という。）までの範囲で上下に可動することができる。また、最下位置または最上位置でねじ止めすることにより、それらの位置に固定することができる。

ホール素子４２は、外部磁場の変化をホール効果により磁気的に検出し、外部磁場の変化に対応して波形が変化する信号を出力する。ホール素子４２の前を通過するようにたとえば永久磁石を一方向へ移動させると、ホール素子４２に作用する磁場が変化し、ホール素子４２から出力される信号はパルス状または逆パルス状に変化する波形になる。
そして、ホール素子４２は、基板４３の下端に取り付けられる。基板４３は、カバー部材３７の内側面においてシャフト１９より上側の位置に取り付けられる。基板４３の上端には、ホール素子４２に給電するとともにホール素子４２の信号を出力するコネクタ４４が取り付けられる。これにより、ホール素子４２は、カバー部材３７とともに上下動でき、シャフト１９に対する距離が変化するように設けられる。

次に、動作について説明する。
図６および図７において横軸は時間であり、縦軸はホール素子４２の出力電圧である。

そして、図４に示すようにカバー部材３７を最も下げた最下位置では、コネクタ４４およびカバー部材３７が後エンドキャップ１４と重なり、被検出板３１、円環形状の永久磁石３６、およびホール素子４２の周囲は完全に覆われて密閉される。
また、ホール素子４２は、第２棒状部３４および第３棒状部３５の軌道よりシャフト１９の回転軸寄りの最下位置となる。
そして、シャフト１９とともに被検出板３１が回転すると、第１棒状部３３、第２棒状部３４および第３棒状部３５は、最下位置のホール素子４２の前を通過する。
この場合、ホール素子４２に作用する磁界が棒状部の通過により変化し、図６に示すように、ホール素子４２は、シャフト１９が１回転する間に波形がパルス状または逆パルス状に三回変化する信号を出力できる。

また、図５に示すようにカバー部材３７を最も上げた最上位置では、コネクタ４４が後エンドキャップ１４の上縁から上方へ突出する。
また、ホール素子４２は、第１棒状部３３の軌道と、第２棒状部３４および第３棒状部３５の軌道との間の最上位置となる。
そして、シャフト１９とともに被検出板３１が回転すると、最も長い第１棒状部３３のみが、最上位置のホール素子４２の前を通過する。第２棒状部３４および第３棒状部３５は、ホール素子４２から下側に離れて通過する。
この場合、ホール素子４２に作用する磁界が棒状部の通過により変化し、図７に示すように、ホール素子４２は、シャフト１９が１回転する間に波形がパルス状または逆パルス状に一回変化する信号を出力できる。

以上のように、本実施形態は、ホール素子４２を保持するカバー部材３７がシャフト１９からホール素子４２までの距離を変化させるように可動する。また、モータ部１０のシャフト１９に取り付けられる被検出板３１は、シャフト１９から異なる長さで放射状に突出する第１棒状部３３、第２棒状部３４および第３棒状部３５による複数の棒状部を有する。よって、カバー部材３７とともにホール素子４２の位置を可動させることにより、ホール素子４２の前を通過してホール素子４２により検出される棒状部の個数を切り替えることができる。たとえばカバー部材３７をシャフト１９に近づく最下位置にすることにより複数の棒状部のすべてをホール素子４２により検出させることができ、また、カバー部材３７をシャフト１９から離れる最上位置にすることにより複数の棒状部の一部たとえば１つの棒状部のみをホール素子４２により検出させることができる。その結果、ホール素子４２から出力される信号の波形は、カバー部材３７の位置を切り替えるだけで容易に変更することができる。

また、本実施形態では、円環形状の永久磁石３６と重ねてシャフト１９に取り付けられた電磁鋼板による棒状部がホール素子４２の前を通過することにより、ホール素子４２の出力信号の波形を変化させることができる。よって、たとえばセンサ部３０の設置環境が汚染されていても、ホール素子４２は棒状部を検出して検出毎に波形が変化する信号を出力できる。また、電磁鋼板における複数の棒状部の個数や長さの組み合わせを変更することにより、ホール素子４２から出力可能な信号波形を容易に変更することができる。

また、本実施形態では、モータ部１０に対してカバー部材３７が可動するように取り付けられる。よって、カバー部材３７の位置を調整することにより、シャフト１９からホール素子４２までの距離を容易に変化させることができる。また、カバー部材３７の位置の調整量から、ホール素子４２の前を通過してホール素子４２により検出される棒状部の個数を容易に把握することができる。

以上の実施形態は、本発明の好適な実施形態の例であるが、本発明は、これに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形または変更が可能である。

たとえば上記実施形態では、被検出板３１に対して円環形状の永久磁石３６を重ね、被検出板３１の複数の棒状部の回転をホール素子４２により電磁気的に検出している。
この他にもたとえば、被検出板３１の複数の棒状部の先端に永久磁石３６を設け、この永久磁石３６の回転を電磁気的にホール素子４２により検出してもよい。
また、被検出板３１の複数の棒状部の回転を、発光素子および受光素子による光学センサにより光学的に検出してもよい。

上記実施形態では、被検出板３１は、第１棒状部３３、第２棒状部３４および第３棒状部３５による三個の直線形状の棒状部を有する。
この他にもたとえば被検出板３１は、二個の棒状部を備えても、四個以上の棒状部を有してもよい。
また、各棒状部は、直線形状でなくてもよい。
被検出板３１の複数の棒状部の形状の組み合わせを工夫することにより、シャフト１９が一回転する間にホール素子４２から出力される信号におけるパルス状の波形変化の組み合わせを容易に変更することができる。

上記実施形態において、第２棒状部３４と第３棒状部３５とは同じ長さであり、第１棒状部３３のみがこれらより長く形成されている。
この他にもたとえば、この３個の棒状部は、互いの長さがすべて異なっていてもよい。この場合、更にたとえばカバー部材３７のスリット４１の中央部分にネジが位置するようにカバー部材３７を最下位置と最上位置との間の中間位置に位置決めすることにより、３個の棒状部の中の長い２個についてのみホール素子４２の前を通過させることができる。そして、ホール素子４２は、シャフト１９が１回転する間に波形がパルス状または逆パルス状に二回変化する信号を出力できる。

上記実施形態では、カバー部材３７には上下方向に長い一対のスリット４１が形成され、カバー部材３７は上下方向へ可動している。
この他にもたとえばカバー部材３７は、左右方向へ可動しても、回転するように可動してもよい。
いずれにしてもカバー部材３７がその位置を変えることにより、カバー部材３７に取り付けられるホール素子４２とシャフト１９との距離を変化させることができればよい。ただし、本実施形態のようにシャフト１９から一方向へ接離するように可動するように設けることにより、最も長い第１棒状部３３の検出タイミングを可動位置によらずに複数の設定位置に共通している原点タイミングとすることができる。

１…磁気センサ付きモータ
１０…モータ部（モータ）
１１…ハウジング
１２…筒ケース
１３…前エンドキャップ
１４…後エンドキャップ
１５…ステータ
１６…ステータコア
１７…ベアリング部材
１８…ロータ
１９…シャフト（回転軸）
２０…永久磁石コア
３０…センサ部（モータ用センサ）
３１…被検出板
３２…円環部
３３…第１棒状部
３４…第２棒状部
３５…第３棒状部
３６…永久磁石
３７…カバー部材（可動部材）
３８…背面部
３９…側面部
４０…取付部
４１…スリット
４２…ホール素子（検出部材）
４３…基板
４４…コネクタ

Claims

モータの回転を検出するために前記モータの回転軸に取り付けられ、前記回転軸から異なる長さで放射状に突出する複数の棒状部を有する被検出板と、
前記回転軸とともに回転する複数の前記棒状部の軌道に対して設けられ、前記棒状部が通過する際に波形が変化する信号を出力する検出部材と、
前記検出部材を保持する可動部材と、
を有する、
モータ用センサ。
前記被検出板は、電磁鋼板で形成され、
前記回転軸には、前記被検出板と重ねて円環形状の永久磁石が取り付けられ、
前記検出部材は、前記被検出板の前記棒状部の通過を磁気的に検出するホール素子である、
請求項１記載のモータ用センサ。
前記可動部材は、前記モータのハウジングに対して取り付けられて前記被検出板を覆うカバー部材である、
請求項１または２記載のモータ用センサ。
前記可動部材は、長穴形状のスリットを有して前記ハウジングにねじ止めされる、
請求項３記載のモータ用センサ。