JP2019022393A

JP2019022393A - モータ

Info

Publication number: JP2019022393A
Application number: JP2017141060A
Authority: JP
Inventors: 茂昌加藤; Shigemasa Kato; 洋次山田; Hirotsugu Yamada
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-07-20
Filing date: 2017-07-20
Publication date: 2019-02-07

Abstract

【課題】部品点数の増加を抑えつつも、磁気センサによるロータの回転情報の検出を可能としたモータを提供する。【解決手段】ロータ１３は、ステータ１２と径方向に対向して配置され、該ステータ１２との磁気作用によってロータ１３に回転力を生じさせる界磁マグネット２３を備える。そして、界磁マグネット２３は、その軸方向端部に切り欠き部３１を有し、磁気センサ１７は、切り欠き部３１内に配置されて界磁マグネット２３のセンシング部３２と径方向に対向している。【選択図】図１

Description

本発明は、モータに関するものである。

従来、円環状をなすステータの内周側にロータが配置されたインナロータ型のモータにおいて、ロータの回転情報（位置や速度など）を検出するための磁気センサを備えたものがある。例えば特許文献１のモータでは、ロータは、界磁マグネットとは別にセンサマグネットを一体回転可能に備えている。界磁マグネットは、ステータと径方向に対向して配置され、該ステータとの磁気作用によってロータに回転力を生じさせるものである。また、センサマグネットは径方向の磁化配向を有し、センサマグネットの径方向外側に磁気センサが配置されている。

特開２００４−１８７３７０号公報

上記特許文献１のモータでは、界磁マグネットとは別にロータの回転検出用のセンサマグネットが必要となるため、部品点数が増加してしまう。
一方で、センサマグネットを用いずに界磁マグネットの磁気によってロータの回転検出を行う場合には、界磁マグネットの磁界方向に磁気センサを配置できないと、ロータの検出に必要な磁気を磁気センサにて検出させることが難しくなり、この点においてなお、改善の余地があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、部品点数の増加を抑えつつも、磁気センサによるロータの回転情報の検出を可能としたモータを提供することにある。

上記課題を解決するモータは、円環状をなすステータと、前記ステータの内周側に配置されたロータと、前記ロータの回転情報を検出するための磁気センサとを備えたモータであって、前記ロータは、前記ステータと径方向に対向して配置され、該ステータとの磁気作用によって前記ロータに回転力を生じさせる界磁マグネットを備え、前記界磁マグネットは、その軸方向端部に切り欠き部を有し、前記磁気センサは、前記切り欠き部内に配置されて前記界磁マグネットと径方向に対向している。

この構成によれば、磁気センサが界磁マグネットの切り欠き部に配置されて該界磁マグネットと径方向に対向するため、ロータの回転情報を検出するのに十分な界磁マグネットの磁気を磁気センサにて検知させることができる。このため、界磁マグネットとは別のセンサ用磁石を用いずに部品点数の増加を抑えつつも、磁気センサによるロータの回転情報の検出が可能となる。また、ロータがステータの内周側に配置されたインナロータ型であるため、ロータ径（界磁マグネットの径）を小さく構成できる。このため、ロータの径方向の振れが小さくなり、その結果、高精度な回転検出が可能となる。

上記モータにおいて、前記界磁マグネットは、極異方配向を有している。
この構成によれば、極異方配向の界磁マグネットの磁気によって、ロータの回転情報の検出が可能となる。

上記モータにおいて、前記切り欠き部は、前記界磁マグネットの軸方向端部における径方向内側の縁部に設けられている。
この構成によれば、磁気センサの配置スペースを好適に確保でき、その結果、モータの小型化に寄与できる。また、磁気センサからステータまでの距離を確保できるため、磁気センサに対するステータ磁界の影響を小さく抑えることができ、その結果、より高精度な回転検出が可能となる。

上記モータにおいて、前記切り欠き部は、前記界磁マグネットの軸方向端部における径方向外側の縁部に設けられている。
この構成によれば、磁気センサの配置スペースを好適に確保でき、その結果、モータの小型化に寄与できる。

本発明のモータによれば、部品点数の増加を抑えつつも、磁気センサによるロータの回転情報の検出が可能となる。

実施形態におけるモータの端面図。（ａ）同形態の界磁マグネットを軸方向一端側（主界磁部側）から見た平面図、（ｂ）同形態の界磁マグネットを軸方向他端側（センシング部側）から見た平面図。同形態におけるロータの部分端面図。変形例におけるロータの部分端面図。変形例におけるロータの部分端面図。変形例におけるロータの部分端面図。変形例におけるロータの部分端面図。変形例におけるロータの部分端面図。

以下、モータの一実施形態について、図１〜図３に従って説明する。なお、図面では、説明の便宜上、構成の一部を誇張又は簡略化して示す場合がある。また、各部分の寸法比率についても、実際と異なる場合がある。

図１に示す本実施形態のモータ１０は、ブラシレスモータであり、例えば車両用エンジンのバルブタイミング可変装置に用いられるものである。モータ１０のハウジング１１は略有底円筒状に形成され、そのハウジング１１内には、円環状のステータ１２と、該ステータ１２の内周側に配置されたロータ１３とが設けられている。そして、ハウジング１１の開口端部１１ａを塞ぐようにエンドフレーム１４が設けられている。

また、ハウジング１１の開口端部１１ａには、カバー部材１５が固定されている。カバー部材１５のフランジ部１５ａは、ハウジング１１の開口端部１１ａから径方向外側に延出する環状のフランジ部１１ｂに対して軸方向に当接され、各フランジ部１５ａ，１１ｂ同士が図示しないねじ等によって互いに固定される。また、各フランジ部１５ａ，１１ｂの間は、図示しないシール部材によって水密に封止される。これにより、ハウジング１１とカバー部材１５とで形成される内部空間Ｋの水密性が確保されている。

また、内部空間Ｋには、エンドフレーム１４、制御回路基板１６、及び制御回路基板１６と電気的に接続された磁気センサ１７が収容されている。制御回路基板１６は、エンドフレーム１４におけるカバー部材１５と対向する側（ハウジング１１の外部側）の端面に固定されている。制御回路基板１６に接続された磁気センサ１７は、エンドフレーム１４に設けられた挿通孔１４ｂを介してハウジング１１内に挿入されている。磁気センサ１７は、ロータ１３の回転情報（位置や速度など）を検出するためのものであり、例えばホールＩＣからなる。なお、本実施形態では、エンドフレーム１４によって仕切られたハウジング１１内の空間とカバー部材１５内の空間とは、前記挿通孔１４ｂなどを介して互いに連通している。

ステータ１２は、径方向内側に延びる複数のティース１８ａを有する略円環状のステータコア１８と、各ティース１８ａに巻回されたコイル１９とを備える。ステータコア１８は、ハウジング１１の内周面に圧入等により固定されている。また、複数のティース１８ａは、周方向において等間隔に設けられている。

ステータコア１８の内周側において回転可能に支持されたロータ１３は、円柱状の回転軸２１と、回転軸２１の外周面に固定された円筒状のコア部２２と、コア部２２の外周面に固定された円筒状の界磁マグネット２３とを備える。回転軸２１、コア部２２及び界磁マグネット２３は一体回転可能に構成されている。なお、回転軸２１は金属よりなり、コア部２２は例えば熱可塑性の樹脂よりなる。

回転軸２１は、エンドフレーム１４及びハウジング１１にそれぞれ設けられた軸受２４，２５によって回転可能に支持されている。詳しくは、エンドフレーム１４の中央部分には軸受収容部１４ａが設けられており、その軸受収容部１４ａの内周面に弾性部材（図示略）を介して軸受２４の外輪が固定され、軸受２４の内輪は回転軸２１の基端部に固定されている。なお、回転軸２１の基端部は、エンドフレーム１４と直接当接しないように構成されている。また、軸受２４の外輪とエンドフレーム１４の軸受収容部１４ａとの間に弾性部材を介在させることにより、ロータ１３からエンドフレーム１４への振動の伝達が抑制されるようになっている。

また、ハウジング１１の底部１１ｃの中央部分には軸受収容部１１ｄが設けられており、その軸受収容部１１ｄの内周面に軸受２５の外輪が固定され、軸受２５の内輪は回転軸２１の軸方向中間部に固定されている。この軸受２５によって回転軸２１の軸方向中間部が回転可能に支持されている。なお、軸受収容部１１ｄにおいて軸受２５の外部側には、その軸受収容部１１ｄと回転軸２１との隙間をシールするオイルシール２６が設けられている。これによっても、前記内部空間Ｋの水密性が確保されている。また、回転軸２１の先端部は、ハウジング１１の軸受収容部１１ｄから外部側に突出されており、この先端部からロータ１３の回転出力がなされるようになっている。

ロータ１３の界磁マグネット２３は、例えばボンド磁石（プラスチックマグネット、ゴムマグネット等）よりなる。ボンド磁石は、磁石粉をバインダで固めて成形した複合材料磁石である。磁石粉は、例えば、フェライト磁石、サマリウム鉄窒素（Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ）系磁石、サマリウムコバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）系磁石、ネオジム磁石等の磁石粉である。バインダは、例えば熱可塑性樹脂（例えばＰＰＳ）等の樹脂材である。また、本実施形態の界磁マグネット２３は、回転軸２１及びコア部２２に対して一体成形（射出成形）されるものである。

図３に示すように、界磁マグネット２３は、径方向の厚さが軸方向において略均一な円筒体における軸方向一端部の内周縁を切り欠いた形状をなしている。すなわち、界磁マグネット２３の軸方向一端部（エンドフレーム１４側の端部）には、その内周縁の全周に亘って切り欠き部３１が形成されている。これにより、界磁マグネット２３の当該端部には、回転軸２１の軸線Ｌに対して垂直な第１側面２３ａと、第１側面２３ａの外周側端部から軸方向に沿って延び、軸線Ｌを中心とする円周面をなす第２側面２３ｂが形成されている。なお、第１側面２３ａと第２側面２３ｂとは互いに垂直をなしている。

つまり、切り欠き部３１が形成されることで、界磁マグネット２３には、切り欠き部３１の外周側に位置し前記第２側面２３ｂを内周面とする円環状をなすセンシング部３２と、センシング部３２よりも径方向の厚さが厚い主界磁部３３とが構成される。主界磁部３３とセンシング部３２の外径は、互いに同径とされている。一方、センシング部３２の内径は、主界磁部３３の内径よりも大きく設定されている。

図１に示すように、主界磁部３３は、コア部２２と略同一の軸方向長さを有し、主界磁部３３の内周面がコア部２２の外周面に固定されている。また、主界磁部３３の軸方向長さとティース１８ａの軸方向長さとは、略同一に設定されている。センシング部３２は、主界磁部３３の軸方向のエンドフレーム１４側の端部から軸方向に延出されている。

図２（ａ）中の矢印で示すように、界磁マグネット２３の主界磁部３３は、外周面において周方向にＮ極とＳ極とが交互に並ぶ極異方配向を有している。つまり、主界磁部３３の磁化配向は、外周面上のＳ極から隣接のＮ極に向けて、径方向内側が凸となるように湾曲する配向に設定されている。これにより、主界磁部３３の内周面における磁束密度は極めて小さくなっている。

また、本実施形態の界磁マグネット２３では、主界磁部３３及びセンシング部３２を含めた軸方向全体において一様に着磁されるようになっている。従って、図２（ｂ）中の矢印で示すように、センシング部３２も極異方配向を有するが、その内周側に切り欠き部３１を有する（すなわち、主界磁部３３よりも内径が小さい）ため、センシング部３２の内周面（第２側面２３ｂ）には、Ｎ極とＳ極とが交互に現れるようになっている。

なお、図２（ａ）（ｂ）に示すように、界磁マグネット２３の外周面には、コギングトルク調整用の複数の溝部３４が周方向の所定箇所に形成されている。各溝部３４は、界磁マグネット２３の外周面における軸方向一端から他端にかけて軸方向に沿って形成されている。つまり、各溝部３４は、主界磁部３３の外周面とセンシング部３２の外周面に跨って形成されている。

図３に示すように、磁気センサ１７は、その少なくとも一部が界磁マグネット２３の切り欠き部３１内に位置するように設けられている。つまり、磁気センサ１７は、界磁マグネット２３のセンシング部３２の内周側に設けられている。これにより、磁気センサ１７がセンシング部３２の磁界方向に配置されるため、磁気センサ１７は、ロータ１３の回転情報を検出するのに十分な磁気をセンシング部３２から受けることができる。

次に、本実施形態の作用について説明する。
上記したモータ１０では、制御回路基板１６から駆動電流がコイル１９に供給されると、ステータ１２に回転磁界が生じ、その回転磁界によってロータ１３が回転するようになっている。このとき、磁気センサ１７は、界磁マグネット２３のセンシング部３２の磁気に基づくロータ１３の回転情報を制御回路基板１６に出力し、該回転情報に基づいて制御回路基板１６は前記駆動電流を生成するようになっている。

次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）界磁マグネット２３は、その軸方向一端部に切り欠き部３１を有し、磁気センサ１７は、切り欠き部３１内に配置されて界磁マグネット２３のセンシング部３２と径方向に対向している。このため、ロータ１３の回転情報を検出するのに十分な界磁マグネット２３（センシング部３２）の磁気を磁気センサ１７にて検知させることができる。このため、界磁マグネット２３とは別のセンサ用磁石を用いずに部品点数の増加を抑えつつも、磁気センサ１７によるロータ１３の回転情報の検出が可能となる。また、本実施形態のモータ１０は、ロータ１３がステータ１２の内周側に配置されたインナロータ型であるため、ロータ径（界磁マグネット２３の径）を小さく構成できる。このため、ロータ１３の径方向の振れが小さくなり、その結果、高精度な回転検出が可能となる。

（２）界磁マグネット２３は、極異方配向を有している。この構成によれば、極異方配向の界磁マグネット２３（センシング部３２）の磁気によって、ロータ１３の回転情報の検出が可能となる。

（３）切り欠き部３１は、界磁マグネット２３の軸方向一端部における径方向内側の縁部に設けられている。この構成によれば、磁気センサ１７の配置スペースを好適に確保でき、その結果、モータ１０の小型化に寄与できる。また、切り欠き部３１が界磁マグネット２３の径方向内側に設けられることで、切り欠き部３１内に配置された磁気センサ１７の外周側（つまりステータ１２との間）に界磁マグネット２３のセンシング部３２が位置するように構成できる。これにより、磁気センサ１７からステータ１２までの距離を確保できるため、磁気センサ１７に対するステータ１２の磁界（コイル１９の通電磁界）の影響を小さく抑えることができ、その結果、より高精度な回転検出が可能となる。また、切り欠き部３１が界磁マグネット２３の径方向内側の縁部に設けられることで、界磁マグネット２３の外周面の溝部３４の軸方向長さを維持しつつ、磁気センサ１７を配置するための切り欠き部３１を形成することができる。従って、溝部３４によってコギングトルクを調整するのに好適な構成とすることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・図４に示すように、界磁マグネット２３の軸方向一端部における外周縁に切り欠き部３１を形成してもよい。切り欠き部３１は、界磁マグネット２３の軸方向一端部における径方向外側の縁部に設けられている。この構成によっても、磁気センサ１７の配置スペースを好適に確保でき、その結果、モータ１０の小型化に寄与できる。なお、上記実施形態のように、界磁マグネット２３の軸方向一端部における径方向内側の縁部に切り欠き部３１を形成した構成では、センシング部３２の外径が主界磁部３３の外径と等しくなるため、図４に示す例と比較して出力を稼ぎやすくなっている。

・図５に示すように、界磁マグネット２３の軸方向一端部における径方向中間部に切り欠き部３１を設けてもよい。この構成では、切り欠き部３１に配置される磁気センサ１７の内周側及び外周側の各々にセンシング部３２を構成できる。また、磁気センサ１７がステータ１２の磁界の影響を受けにくくなり、その結果、高精度な回転検出が可能となる。

・図６に示すように、主界磁部３３とセンシング部３２とで材料を異ならせてもよい。これにより、例えば、主界磁部３３をネオジム磁石やサマリウム鉄窒素（Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ）系磁石などで構成し、センシング部３２をより安価なフェライト磁石で構成することができる。なお、主界磁部３３とセンシング部３２とで材料を異ならせる場合、主界磁部３３とセンシング部３２とは２色成形などによって一体に成形することが可能である。

・図７に示すように、センシング部３２の補強のための補強部４１を設けてもよい。同図に示す例では、補強部４１は、コア部２２の一部であり、該コア部２２から延出されて切り欠き部３１の内面（第１及び第２側面２３ａ，２３ｂ）と密着するように設けられている。これにより、径方向の厚さが主界磁部３３よりも薄いセンシング部３２の強度の向上を図ることができる。

また、図８には、界磁マグネット２３の軸方向一端部における外周縁に切り欠き部３１を形成した構成（図４に示す例）において、センシング部３２の補強のための補強部４２を設けた例を示している。同例では、コア部２２をセンシング部３２の内側まで延長しており、その延長部分が補強部４２として構成される。補強部４２は、センシング部３２の内周面と密着しており、それにより、センシング部３２の強度の向上を図ることができる。

・上記実施形態では、主界磁部３３とセンシング部３２の磁化配向を極異方配向としたが、これに限らず、例えばラジアル配向としてもよい。また、主界磁部３３とセンシング部３２の磁化配向は一様である必要はなく、例えば、主界磁部３３を極異方配向とし、センシング部３２をラジアル配向としてもよい。

・上記実施形態では、センシング部３２の外周面にも溝部３４を形成することとしたが、主界磁部３３のみに溝部３４を形成し、センシング部３２には溝部３４を形成しない構成としてもよい。また、界磁マグネット２３から溝部３４を省略した構成としてもよい。

・上記実施形態では、コア部２２を樹脂としたが、これに限らず、金属で構成してもよい。また、コア部２２と回転軸２１とを同一材料で一体に形成してもよい。
・上記実施形態のモータ１０を、車両用エンジンのバルブタイミング可変装置以外の装置に用いてもよい。

・上記した実施形態並びに各変形例は適宜組み合わせてもよい。
次に、上記実施形態及び変形例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）上記記載のモータにおいて、
前記界磁マグネットは、主界磁部と、前記切り欠き部と径方向に隣接するセンシング部とを備え、
前記主界磁部と前記センシング部が互いに異なる材料からなることを特徴とするモータ。

この構成によれば、界磁マグネットの設計自由度の向上に寄与できる。
（ロ）上記記載のモータにおいて、
前記ロータは、前記センシング部を補強するための補強部を備えていることを特徴とするモータ。

この構成によれば、センシング部の強度の向上を図ることができる。

１０…モータ、１２…ステータ、１３…ロータ、１７…磁気センサ、２３…界磁マグネット、３１…切り欠き部。

Claims

円環状をなすステータと、
前記ステータの内周側に配置されたロータと、
前記ロータの回転情報を検出するための磁気センサと
を備えたモータであって、
前記ロータは、
前記ステータと径方向に対向して配置され、該ステータとの磁気作用によって前記ロータに回転力を生じさせる界磁マグネットを備え、
前記界磁マグネットは、その軸方向端部に切り欠き部を有し、
前記磁気センサは、前記切り欠き部内に配置されて前記界磁マグネットと径方向に対向していることを特徴とするモータ。
請求項１に記載のモータにおいて、
前記界磁マグネットは、極異方配向を有していることを特徴とするモータ。
請求項１又は２に記載のモータにおいて、
前記切り欠き部は、前記界磁マグネットの軸方向端部における径方向内側の縁部に設けられていることを特徴とするモータ。
請求項１又は２に記載のモータにおいて、
前記切り欠き部は、前記界磁マグネットの軸方向端部における径方向外側の縁部に設けられていることを特徴とするモータ。