JP2023021692A - モータ装置及び電動キャスタ - Google Patents

Abstract

【課題】回転検出部の検出精度を向上できるモータ装置及び電動キャスタを提供する。【解決手段】本発明のモータ装置５０は、ブラシレスモータ４３と、ブラシレスモータ４３におけるロータ４４の回転位置を検出する回転検出部８０と、を備え、ブラシレスモータ４３は、給電が行われるコイル５９が巻回されたステータ４６と、ステータ４６を軸方向一方から覆い、ステータ４６に対して回転自在に設けられた有底筒状のフライホイール６４と、を備え、回転検出部８０は、フライホイール６４の回転を検出し、検出結果を信号として出力するセンサ部８２と、センサ部８２の検出結果に基づいて、ロータ４４の回転位置を判断する制御部と、を備え、センサ部８２は、フライホイール６４のホイール開口端部６４ｃに径方向で対向する位置に配置されており、フライホイール６４のホイール開口端部６４ｃをセンサ部８２の径方向外側から覆う第２カバー７６を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、モータ装置及び電動キャスタに関する。

電動キャスタとして、差動式キャスタが知られている。差動式キャスタは、一対の駆動輪と、一対の駆動輪にそれぞれ内蔵した電動モータと、を備えている。電動モータは、いわゆるアウターロータ型のブラシレスモータである。電動モータは、有底筒状のロータヨークを備えている。ロータヨークは、差動式キャスタのホイールの役割をなしている。また、差動式キャスタには、電動モータの回転制御のために、電動モータの回転位置を検出する回転検出部が設けられる。回転検出部としては、例えば、磁束の変化をパルス信号として検出し、この検出結果に基づいてロータヨークの回転位置を求める、いわゆる磁気式エンコーダがある。磁気式エンコーダとして、例えば電動モータの駆動用のマグネットから発生する磁束の変化を検出するものがある。

特開２０１２－７４１３９号公報

しかしながら、磁気式エンコーダによって、電動モータの駆動用のマグネットから発生する磁束の変化を検出する場合、この磁束の変化によるパルス信号は電動モータの極数に応じた数しか発生しない。このため、回転検出部の検出精度の向上という点で課題が残されていた。

そこで、本発明は、回転検出部の検出精度を向上できるモータ装置及び電動キャスタを提供する。

上記の課題を解決するために、本発明に係るモータ装置は、電動モータと、前記電動モータにおけるロータの回転位置を検出する回転検出部と、を備え、前記電動モータは、給電が行われるコイルが巻回されたステータと、前記ステータを軸方向一方から覆い、前記ステータに対して回転自在に設けられた有底筒状のロータヨークと、を備え、前記回転検出部は、前記ロータヨークの回転を検出し、検出結果を信号として出力するセンサ部と、前記センサ部の検出結果に基づいて、前記ロータの回転位置を判断する制御部と、を備え、前記センサ部は、前記ロータヨークの開口端部に径方向で対向する位置及び軸方向で対向する位置のいずれかに配置されており、前記ロータヨークの前記開口端部を前記センサ部の径方向外側から覆うカバーを備えることを特徴とする。

本発明によれば、回転検出部の検出精度を向上できるモータ装置及び電動キャスタを提供できる。

本発明の第１実施形態における差動式キャスタの斜視図。 本発明の第１実施形態における差動式キャスタの縦断面図。 本発明の第１実施形態におけるフライホイールの斜視図。 本発明の第１実施形態における第２カバーの斜視図。 図２のＶ部における拡大縦断面図。 本発明の第２実施形態におけるフライホイールの斜視図。 本発明の第２実施形態における差動式キャスタの拡大縦断面図。

（第１実施形態）
（差動式キャスタ）
次に、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、差動式キャスタ１の斜視図である。図２は、差動式キャスタ１の縦断面図である。
差動式キャスタ１（請求項の「電動キャスタ」に相当）は、例えば電動車いすや搬送車のキャスタとして用いられている。
図１、図２に示すように、差動式キャスタ１は、車体１０１に取り付けられる取付板２と、取付板２に支持されるモータ装置５０と、モータ装置５０に取り付けられるタイヤ４５（請求項の「駆動輪」に相当）とを備えている。

取付板２は、円板状に形成されている。取付板２は、不図示のボルトによって、車体１０１の下方から突出するように取り付けられている。取付板２には、径方向中央に、操舵軸３を回転自在に支持するための２つの軸受４ａ，４ｂが設けられている。操舵軸３は、軸方向が重力方向、つまり上下方向に沿うように配置されている。以下の説明において、重力方向上方を単に上方向、重力方向下方を単に下方向などと称して説明する。

操舵軸３は、軸受４ａ，４ｂに回転自在に支持されている軸本体３ａと、軸本体３ａの上部に設けられ、軸本体３ａよりも縮径された縮径部３ｂと、軸本体３ａの下部に一体成形され、断面長方形状に形成された角軸部３ｃとにより構成されている。
軸本体３ａは、縮径部３ｂが設けられた第１部位３ｄと、第１部位３ｄの下部に一体的に拡径形成された第２部位３ｅとにより構成されている。第１部位３ｄと第２部位３ｅとの境界には、水平面に沿う段差面５が形成されている。

第１部位３ｄには、軸受４ａ，４ｂが設けられている。軸受４ａ，４ｂは、上下方向に重ねて設けられている。軸受４ａ，４ｂの内径は、第１部位３ｄの外径よりも同等または僅かに大きく、第２部位３ｅの外径よりも小さい。２つの軸受４ａ，４ｂのうち、下方に配置された軸受４ｂの内輪に、段差面５が当接されている。軸受４ａ，４ｂは、段差面５と、軸本体３ａの軸受４ａ，４ｂの上側に対応する部位に設けられた不図示の止め輪とによって挟み込まれている。これにより、操舵軸３の上下方向への移動が規制される。

（スリップリング機構）
縮径部３ｂには、スリップリング機構８が設けられている。スリップリング機構８は、正極側給電部９と、この正極側給電部９の下側に、正極側給電部９と重なるように配置された負極側給電部１０とを備えている。

正極側給電部９は、縮径部３ｂの外周面に嵌合固定された正極側回転端子１１を有している。正極側回転端子１１は、円柱状に形成された樹脂製のインシュレータリング１１ａの外周面に、帯状に形成された金属製の電極部１１ｂが貼付されたものである。正極側回転端子１１の下部に対応する位置には、円環状に形成された樹脂製の正極側ホルダステー１２が設けられている。この正極側ホルダステー１２は、径方向中央の開口部１２ａに正極側回転端子１１を挿通して配置されている。正極側ホルダステー１２は、後述の負極側ホルダステー１７と共に、取付板２から立ち上がり形成された台座１３に固定されている。

正極側ホルダステー１２には、真鋳等で形成された４つの正極側ブラシホルダ１４が周方向に等間隔で設けられている。これら正極側ブラシホルダ１４には、それぞれ正極側ブラシ１５が正極側回転端子１１側に向かって出没自在に収納されている。正極側ブラシ１５は、不図示のコイルスプリングによって、正極側回転端子１１に向かって付勢されている。これにより、正極側回転端子１１の電極部１１ｂに、正極側ブラシ１５の先端が常時摺接される。

一方、負極側給電部１０も正極側給電部９と同様に構成されており、正極側給電部９とは上下反転して配置されている。より具体的には、負極側給電部１０は、縮径部３ｂの正極側回転端子１１が配置されている箇所よりも下方において、縮径部３ｂの外周面に嵌合固定された負極側回転端子１６を有している。この負極側回転端子１６は、インシュレータリング１６ａと、電極部１６ｂとにより構成されている。
負極側回転端子１６の上部に対応する位置に、負極側ホルダステー１７が設けられている。この負極側ホルダステー１７は、正極側ホルダステー１２の下面に重なって配置されている。負極側ホルダステー１７は、正極側ホルダステー１２と共に、取付板２の台座１３に固定されている。

負極側ホルダステー１７には、４つの負極側ブラシホルダ１８が周方向に等間隔で設けられている。これら負極側ブラシホルダ１８には、それぞれ負極側ブラシ１９が負極側回転端子１６側に向かって出没自在に収納されている。負極側ブラシ１９は、コイルスプリングによって、負極側回転端子１６に向かって付勢されている。これにより、負極側回転端子１６の電極部１６ｂに、負極側ブラシ１９の先端が常時摺接されている。

ここで、正極側ブラシ１５、及び負極側ブラシ１９は、それぞれ４つずつ設けられており、各々周方向に等間隔に配置されているので、正極側回転端子１１や負極側回転端子１６に偏った荷重がかかってしまうことを防止できる。これにより、操舵軸３の回転負荷を極力低減することができる。
正極側ブラシ１５の基端、及び負極側ブラシ１９の基端には、それぞれ不図示のピグテールが接続されている。これらピグテールは、外部電源に電気的に接続されており、正極側ブラシ１５、及び負極側ブラシ１９を介して、正極側回転端子１１、及び負極側回転端子１６に電流が供給される。

正極側回転端子１１の電極部１１ｂには、不図示の正極側供給線の一端が接続されている。負極側回転端子１６の電極部１６ｂには、不図示の負極側供給線の一端が接続されている。正極側供給線及び負極側供給線は、それぞれ取付板２よりも下方に引き出され、操舵軸３の外周面に沿って引き回される。正極側供給線及び負極側供給線の他端は、それぞれ、後述する駆動輪ユニット４１，４２における不図示の駆動制御基板に接続されている。

スリップリング機構８を覆うように、有底筒状の第１カバー２８が設けられている。第１カバー２８の開口部２８ｂには、外フランジ部２９が形成されている。一方、取付板２には、外フランジ部２９に対応する位置に、この外フランジ部２９を受け入れ可能な受入溝３０が形成されている。
この受入溝３０には、全周に亘ってＯリング溝３０ａが形成されている。このＯリング溝３０ａに、Ｏリング３１が装着されている。第１カバー２８は、この第１カバー２８の外フランジ部２９がＯリング３１の上から受入溝３０に載置され、不図示のボルトによって取付板２に締結固定されている。これにより、外部から取付板２と第１カバー２８とにより囲まれた内部空間Ｋ１への水や塵埃の侵入を防止できる。

（駆動輪ユニット）
操舵軸３の角軸部３ｃには、第１駆動輪ユニット４１、及び第２駆動輪ユニット４２の２つの駆動輪ユニット４１，４２が操舵軸３を挟んで線対称となるように対向配置されている。

尚、２つの駆動輪ユニット４１，４２は、大半が同一構造であるため、以下の説明においては、第１駆動輪ユニット４１のみについて説明し、第２駆動輪ユニット４２については、第１駆動輪ユニット４１と同一符号を付して説明を省略する。
第１駆動輪ユニット４１は、モータ装置５０と、モータ装置５０によって駆動されるタイヤ４５と、を備えたものである。

（モータ装置）
モータ装置５０は、いわゆるアウターロータ型のブラシレスモータ４３（請求項の「電動モータ」に相当）と、２つの駆動輪ユニット４１，４２の間に設けられた第２カバー７６（請求項の「カバー」に相当）と、第２カバー７６に取り付けられた本体部８０ａを有する回転検出部８０と、を備えている。

（ブラシレスモータ）
ブラシレスモータ４３のステータ４６が、ステータホルダ４７を介して操舵軸３の角軸部３ｃに取り付けられている。
ステータホルダ４７は、軸方向が操舵軸３に対して直交するように配置される筒部４８を備えている。筒部４８は、操舵軸３の角軸部３ｃからこの角軸部３ｃの径方向外側に向かって延びている。
以下の説明では、駆動輪ユニット４１，４２の説明において、筒部４８の軸方向を単に「軸方向」、筒部４８の径方向を単に「径方向」、筒部４８の周方向を単に「周方向」と称して説明する。

角軸部３ｃには、２つの駆動輪ユニット４１，４２の対向方向及び上下方向に直交する方向に開口する軸側貫通孔５３が形成されている。軸側貫通孔５３には、不図示の支持ピンが通されている。支持ピンは、筒部４８の角軸部３ｃ側の端部に設けられた不図示のブラケット部に取り付けられている。これにより、角軸部３ｃに、筒部４８が支持ピンを中心にして回動可能に取り付けられる。

筒部４８には、角軸部３ｃとは反対側端の周縁に、外フランジ部５５が一体成形されている。この外フランジ部５５の先端面５５ａに、ステータ４６がボルトによって締結固定されている。ステータ４６は、円環状に形成されたステータコア５６と、このステータコア５６の外周面から放射状に突設された複数のティース５７とが一体成形されたものである。

ステータコア５６が、外フランジ部５５に締結固定されている。一方、ティース５７には、インシュレータ５８が装着されている。このインシュレータ５８の上からコイル５９が巻回されている。コイル５９は、ステータ４６の操舵軸３側に配置されている給電部７０を介し、ステータ４６における角軸部３ｃ側の内側側面に配設された不図示の駆動制御基板に接続されている。コイル５９には、給電部７０から給電が行われる。駆動制御基板の正極側リード線及び負極側リード線には、それぞれスリップリング機構８から引き出されている正極側供給線の他端及び負極側供給線の他端が接続されている。

筒部４８の内周面には、軸方向両端にそれぞれ軸受６０ａ，６０ｂが設けられている。これら軸受６０ａ，６０ｂを介してロータ４４の回転軸６１（請求項の「車軸」に相当）が回転自在に支持されている。回転軸６１は、軸受６０ａ，６０ｂに回転自在に支持されている軸本体６１ａと、この軸本体６１ａからステータ４６側に向かって延出し、軸本体６１ａよりも段差により拡径形成された拡径部６１ｂとにより構成されている。
拡径部６１ｂの外周面には、円筒状に形成されたアタッチメント６２が嵌合固定されている。アタッチメント６２の外径は、ステータ４６のステータコア５６の内径よりもやや小さくなる程度に設定されている。これにより、アタッチメント６２は、ステータ４６と干渉することなく回転する。

図３は、フライホイール６４の斜視図である。
アタッチメント６２の軸方向外側端の外周縁には、径方向外側に向かって延出する取付フランジ６３が一体成形されている。この取付フランジ６３に、ロータ４４を構成するフライホイール６４（請求項の「ロータヨーク」に相当）が取り付けられている。フライホイール６４は有底筒状に形成されている（図３参照）。

（フライホイール）
図２、図３に示すように、フライホイール６４は、軸方向で操舵軸３とは反対側からステータ４６を覆っている。より具体的には、フライホイール６４の底面６４ａが取付フランジ６３に取付られ、フライホイール６４の周壁６４ｂはステータ４６の外周を覆っている。フライホイール６４は、ステータ４６に対して回転自在に設けられている。周壁６４ｂにおける内周面のステータ４６に対応する位置に、複数のマグネット６５が周方向に磁極が順番となるように設けられている。

フライホイール６４のホイール開口端部６４ｃ（請求項の「開口端部」に相当）には、後述するセンサ部８２から出射される光のホイール開口端部６４ｃへの反射を変化させるスケール６６が形成されている。スケール６６は、ホイール開口端部６４ｃから軸方向に突出する複数の突起部６６ａと、複数の突起部６６ａの間に形成されるスリット６６ｂと、から構成されている。複数の突起部６６ａは、周方向に等間隔に配置されている。この結果、複数のスリット６６ｂも周方向に等間隔に配置される。スリット６６ｂの幅は、複数の突起部６６ａの個数や幅を変更することにより製品毎に適宜設計可能である。
また、フライホイール６４の外周面には、タイヤ４５が設けられている。

（第２カバー）
図１、図２に示すように、この他に、各駆動輪ユニット４１，４２には、フライホイール６４のタイヤ４５よりも操舵軸３側の全体を覆う第２カバー７６が設けられている。第２カバー７６は、フライホイール６４と同軸上に配置される円筒状の円筒カバー７７と、円筒カバー７７の外周面のうち上方に面する部位に設けられる直方体カバー７８と、を備えている。

図４は、第２カバーの斜視図である。
図４に示すように、直方体カバー７８は、円筒カバー７７の外周面から上方に突出している。直方体カバー７８は、円筒カバー７７の軸方向に長い直方体状に形成されている。直方体カバー７８の長手方向の中心は、上下方向から見て、円筒カバー７７の軸方向の中心に一致している。直方体カバー７８は、円筒カバー７７よりも上方に設けられ、水平面に沿う天板部７８ｃと、天板部７８ｃの長手方向両側の端縁から下方に延出する取付壁部７８ｂと、天板部７８ｃの短手方向両側の端縁から下方に延出する前後壁部７８ｄとによって構成されている。
天板部７８ｃには、上下方向に開口され、操舵軸３（図２参照）が挿通される開口部７８ａが設けられている。

取付壁部７８ｂの下端部には、第１切欠き部７８ｅが形成されている。第１切欠き部７８ｅが形成されることにより、取付壁部７８ｂは、軸方向から見て下方に開口するＵ字状に形成された形となる。すなわち、第１切欠き部７８ｅは、取付壁部７８ｂの下端からこの下端に直交するように切り欠かれた一対の内側辺７８ｅ２と、一対の内側辺７８ｅ２の下端とは反対側の端同士を連結する上端辺７８ｅ１と、を有する。

円筒カバー７７は、一対のフライホイール６４のホイール開口端部６４ｃを径方向外側から覆っている。
円筒カバー７７のうち、第１切欠き部７８ｅに対応する部分には、第２切欠き部７７ａが形成されている。第２切欠き部７７ａは、円筒カバー７７を上下方向に貫通するように形成されている。第２切欠き部７７ａは、第１切欠き部７８ｅの一対の内側辺７８ｅ２にそれぞれ接続する一対の内側辺７７ａ２と、一対の内側辺７７ａ２の第１切欠き部７８ｅとは反対側の端同士を連結する端辺７７ａ１と、を有している。内側辺７７ａ２は、軸方向に延びている。端辺７７ａ１は、軸方向に直交する方向に延びている。第２切欠き部７７ａは、第１切欠き部７８ｅとともに、取付用開口部７９を形成している。

上述した第２カバー７６は、直方体カバー７８の短手方向の中心線に沿う平面で、前側カバー７６ａと、後側カバー７６ｂとに２分割されている。前側カバー７６ａと後側カバー７６ｂとは、前後方向で互いに対称な形状である。図１、図２に示すように、第２カバー７６は、前側カバー７６ａと後側カバー７６ｂとで、回転軸６１と一対のフライホイール６４のホイール開口端部６４ｃとを前後方向から挟み込むように組み付けられる。第２カバー７６を組み付けることにより、駆動輪ユニット４１，４２の内部への水や塵埃の侵入が抑制される。
尚、ここでは第１駆動輪ユニット４１の構成の１つとして第２カバー７６を説明したが、第２カバー７６は、第２駆動輪ユニット４２の構成でもある。

（回転検出部）
図５は、図２のＶ部における拡大縦断面図である。
図１から図５に示すように、取付用開口部７９の内側には、回転検出部８０の本体部８０ａが配置されている。回転検出部８０は、反射型の光学式エンコーダである。回転検出部８０は、本体部８０ａと、フライホイール６４に設けられたスケール６６とから構成されている。本体部８０ａは、ブラシレスモータ４３のロータ４４よりも径方向外側に設けられている。本体部８０ａは、直方体カバー７８の取付壁部７８ｂに取り付けられた制御部８３と、制御部８３に実装されたセンサ部８２と、を備えている。

（制御部）
制御部８３は、センサ部８２の検出結果に基づいてロータ４４の回転位置を判断する。制御部８３は、軸方向から見て前後方向に長い長方形状の制御基板である。制御部８３の前後両端部は、それぞれ前側カバー７６ａの取付壁部７８ｂと後側カバー７６ｂの取付壁部７８ｂとに不図示のボルトにより固定されている。制御部８３の上端部は、円筒カバー７７よりも径方向外側に位置している。制御部８３の下端部は、円筒カバー７７よりも径方向内側に位置している。制御部８３の下端部のうちタイヤ４５側の表面に、センサ部８２が設けられている。

（センサ部）
センサ部８２は、フライホイール６４の回転を検出し、検出結果を信号として出力する。センサ部８２は、制御部８３から軸方向で直方体カバー７８の取付壁部７８ｂとは反対側に突出するように設けられている。
ここで、直方体カバー７８の第１切欠き部７８ｅの上端辺７８ｅ１と、円筒カバー７７の第２切欠き部７７ａの端辺７７ａ１と、の距離を取付用開口部７９の開口寸法Ｌとしたとき、制御部８３の厚さにセンサ部８２の突出高さを加算した値は、取付用開口部７９の開口寸法Ｌよりも小さい。このため、前側カバー７６ａと、後側カバー７６ｂとを組み付けて第２カバー７６を形成した後に、取付用開口部７９を介して円筒カバー７７の外側から円筒カバー７７の内側にセンサ部８２を挿入できる。よって、第２カバー７６を形成した後に、第２カバー７６に回転検出部８０を組み付けることができる。回転検出部８０の組み付けが完了すると、センサ部８２が円筒カバー７７によって径方向外側から覆われた状態となる。

センサ部８２は、フライホイール６４のホイール開口端部６４ｃに径方向且つ上下方向で対向する位置に配置されている。センサ部８２は、受発光を行う光学式である。

すなわち、センサ部８２は、回転するスケール６６に向けて光を出射する発光素子８４と、スケール６６の突起部６６ａによって反射された光を受光する受光素子８５と、を備えている。発光素子８４は、例えばＬＥＤ（Ｌｅｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）である。受光素子８５は、例えばフォトトランジスタである。発光素子８４と受光素子８５とは、周方向に隣り合っている。受光素子８５は、突起部６６ａで反射された光を断続的に受光し、パルス信号を出力する。

このような構成のもと、外部電源からの電流がスリップリング機構８を介して各駆動輪ユニット４１，４２の駆動制御基板（不図示）に供給される。さらに、駆動制御基板により電流の供給制御が行われ、この制御された電流がステータ４６上に設けられた給電部７０を介して各コイル５９に供給される。すると、ステータ４６の各ティース５７に磁界が発生し、フライホイール６４に設けられたマグネット６５との間で磁気的な吸引力や反発力が生じる。これにより、フライホイール６４が回転し、差動式キャスタ１が走行する。

尚、差動式キャスタ１の走行方向を変える方法としては、第１駆動輪ユニット４１のタイヤ４５の回転速度と、第２駆動輪ユニット４２のタイヤ４５の回転速度とを変える方法や、第１駆動輪ユニット４１のタイヤ４５と第２駆動輪ユニット４２のタイヤ４５との回転方向を逆方向とする方法がある。

（ロータの回転位置の検出）
続いて、反射型の回転検出部８０を用いたロータ４４の回転位置の検出について説明する。
差動式キャスタ１の駆動中において、ロータ４４が回転しているため、センサ部８２の発光素子８４から出射された光は、スケール６６の突起部６６ａに遮られる場合と、スリット６６ｂを通過する場合と、を交互に繰りかえす。これにより、突起部６６ａによって反射を反射された光が、断続的に受光素子８５に入射する。受光素子８５に断続的に入射した光が検出されることにより、パルス信号が出力される。制御部８３は、このパルス信号に基づいてロータ４４の回転位置を判断する。このようにして、ロータ４４の回転位置の検出が完了する。

ここで、単位時間あたりのパルス信号の周期は、突起部６６ａ（被検出部）の個数が増えるに従い短くなる。このため、制御部８３がパルス信号に基づいてロータ４４の回転位置を判断することは、パルス信号を検出することにより受光素子８５と対向する位置を通過した突起部６６ａを検出するのと同等である。

このようにして得られた各駆動輪ユニット４１，４２のロータ４４の回転位置に基づいて、第１駆動輪ユニット４１のタイヤ４５の回転速度と、第２駆動輪ユニット４２のタイヤ４５の回転速度とが制御される。これにより、差動式キャスタ１を任意の方向に正確に走行させることが可能となる。

上述した本実施形態では、センサ部８２は、フライホイール６４のホイール開口端部６４ｃに径方向で対向する位置に配置されている。これにより、フライホイール６４のホイール開口端部６４ｃにセンサ部８２により検出される突起部６６ａを設けることができる。この突起部６６ａは、磁気式エンコーダとは異なり、例えばブラシレスモータ４３の極数によらず任意の数だけ設けることができる。ここで、単位時間あたりのパルス信号の周期は、突起部６６ａ（被検出部）の個数が増えるに従い短くなる。すなわち、突起部６６ａの個数が多い程、回転検出部８０の検出精度が向上するものである。この突起部６６ａの個数を増やすことで、ロータ４４が１回転する間にセンサ部８２によって検出されるパルス信号の個数を増加できる。したがって、回転検出部８０の検出精度を向上できる。

また、回転検出部８０の検出精度を向上することで、差動式キャスタ１における効率的運用に寄与することができる。このため、国連が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標７「全ての人々の、安価かつ信頼できる持続可能な近代的エネルギーへのアクセスを確保する」、及び目標９「強靭（レジリエント）なインフラ構築、包摂的かつ持続可能な産業化の促進及びイノベーションの促進を図る」に貢献することが可能となる。

また、フライホイール６４の周長は十分に長いので、被検出部である突起部６６ａの個数を十分に多くできる。この分、回転検出部８０によるロータ４４の回転位置の検出精度を向上できる。

ここで、フライホイール６４のホイール開口端部６４ｃにセンサ部８２を設けると、外界にこのセンサ部８２が露出されやすくなる。このため、塵埃等の影響を受けてセンサ部８２が故障しやすくなる可能性がある。しかしながら、上記構成では、モータ装置５０は、フライホイール６４のホイール開口端部６４ｃをセンサ部８２の径方向外側から覆う第２カバー７６を備える。このため、第２カバー７６によってセンサ部８２が径方向外側から覆われる。これにより、外界にセンサ部８２が露出されることを抑制し、塵埃等の外的要因からセンサ部８２を保護できる。したがって、外的要因によって回転検出部８０の検出精度が低下することを抑制できる。

センサ部８２は、フライホイール６４のホイール開口端部６４ｃに径方向で対向する位置に配置されている。
上記構成では、フライホイール６４の軸方向外側にセンサ部８２を設ける場合と比較して、モータ装置５０を軸方向に小型化できる。これにより、一対のモータ装置５０を連結する回転軸６１を短軸化できる。

センサ部８２は、受発光を行う光学式であり、ホイール開口端部６４ｃには、センサ部８２から出射される光のホイール開口端部６４ｃへの反射を変化させるスケール６６が形成されている。
光学式の回転検出部８０の検出精度は、スケール６６のスリット６６ｂ間隔という物理的な寸法によって決まる。また、フライホイール６４のホイール開口端部６４ｃは十分な周長を有しているので、複数のスリット６６ｂを形成できる。このため、上記構成では、スリット６６ｂ間隔を狭めたり、多くのスリット６６ｂを形成したりするだけで回転検出部８０の検出精度を向上できる。

また、第２カバー７６によって光学式のセンサ部８２が径方向外側から覆われているので、外部光によってセンサ部８２が誤認識することを抑制できる。回転検出部８０の検出精度を向上できる。
また、第２カバー７６によってフライホイール６４のホイール開口端部６４ｃがセンサ部８２の径方向外側から覆われているので、ホイール開口端部６４ｃに形成されたスケール６６も径方向外側から覆われる。これにより、フライホイール６４の回転中に、例えば差動式キャスタ１を備えた電動車いすの使用者がスケール６６に触れてしまうことを防止できる。

また、光学式のセンサ部８２は周辺の磁界の影響を受けないため、上記構成では駆動用のマグネット６５の磁界によってセンサ部８２の検出精度が低下してしまうことを防止できる。
また、センサ部８２が磁束の変化を利用する磁気式である場合と異なり、上記構成ではセンサマグネットを設ける必要がない。このため、上記構成ではセンサマグネットに金属ゴミや砂鉄等が付着することがないので、検出精度の低下を抑制できる。加えて、センサマグネットに金属ゴミや砂鉄等が付着することを防止するための機構を別途設ける必要がないので、簡易な構成でモータ装置５０を製造できる。
また、上記構成では、センサ部８２が接触式である場合と異なり、パルス信号の検出の度に物理的な接触が発生しない。このため、センサ部８２が接触式である場合と比較して、センサ部８２の交換頻度を少なくできる。

本体部８０ａの制御部８３の上端部は、取付用開口部７９を通じて円筒カバー７７よりも径方向外側に突出している。
上記構成では、第２カバー７６の前側カバー７６ａと後側カバー７６ｂとを前後方向から組み付けた後に、本体部８０ａを第２カバー７６の直方体カバー７８に容易に固定できる。これにより、組付性を向上できる。

差動式キャスタ１は、モータ装置５０を備えているので、回転検出部８０の検出精度を向上できる。
また、回転検出部８０の検出精度を向上できるので、モータ装置５０の回転を高精度で制御できる。したがって、一対のモータ装置５０の間で回転数を同じにできるので、差動式キャスタ１の直進安定性を向上できる。

上述した第１実施形態では、取付用開口部７９は、第１切欠き部７８ｅと、第２切欠き部７７ａとによって形成されているとしたが、これに限られない。取付壁部７８ｂの下端部には第１切欠き部７８ｅが形成されておらず、取付用開口部７９は、取付壁部７８ｂの下端と第２切欠き部７７ａとによって形成されていてもよい。この場合、第２切欠き部７７ａと取付壁部７８ｂの下端部とは、同じ高さに位置する。この場合、第２切欠き部７７ａの端辺７７ａ１と、取付壁部７８ｂの下端部と距離が、開口寸法Ｌとなる。この場合、第２切欠き部７７ａは、上述した第１実施形態よりも上下方向の開口面積が大きくなっている。このため、前側カバー７６ａと後側カバー７６ｂとを組み付けて第２カバー７６を形成した後に、取付用開口部７９を介して円筒カバー７７の外側から円筒カバー７７の内側にセンサ部８２を容易に配置することができる。よって、第２カバー７６を形成した後に、第２カバー７６に回転検出部８０を容易に組み付けることができる。

（第２実施形態）
続いて、図６、図７に基づいて本発明の第２実施形態を説明する。尚、第２実施形態の構成のうち、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付しその説明を適宜省略する。

図６は、フライホイール６４の斜視図である。図７は、差動式キャスタ１の拡大縦断面図である。図７は、第１実施形態の図５の断面図に相当する。
図６、７に示すように、第２実施形態では、第１実施形態と異なり、回転検出部８０が透過型の光学式エンコーダである。

（フライホイール）
フライホイール６４の突起部６６ａは、ホイール開口端部６４ｃから径方向外側に突出している。すなわち、複数の突起部６６ａと複数のスリット６６ｂとから構成されるスケール６６は、ホイール開口端部６４ｃの径方向外側に設けられている。スケール６６は、センサ部８２から出射される光のホイール開口端部６４ｃへの透過を変化させる。

（第２カバー）
第２カバー７６に形成された取付用開口部７９は、円筒カバー７７の第２切欠き部７７ａと直方体カバー７８の取付壁部７８ｂの下端部とによって形成されている。第２切欠き部７７ａと側壁部７７ｂの下端部とは、同じ高さに位置する。第２切欠き部７７ａの端辺７７ａ１と、側壁部７７ｂの下端部と距離が、開口寸法Ｌとなる。

（回転検出部）
回転検出部８０の本体部８０ａは、制御部８３及びセンサ部８２を内部に有する樹脂製の取付体８１を備えている。取付体８１は、正面視で、フライホイール６４の径方向内側かつ下方に向けて開口するＵ字状に形成されている。取付体８１は、一対の開口端部８１ａで、フライホイール６４のスケール６６を軸方向で挟み込んでいる。
制御部８３は、取付体８１の上端部の内部に設けられている。取付体８１における一対の開口端部８１ａのうち、操舵軸３側の開口端部８１ａには、発光素子８４が設けられ、タイヤ４５側の開口端部８１ａには、受光素子８５が設けられている。

（ロータの回転位置の検出）
続いて、透過型の回転検出部８０を用いたロータ４４の回転位置の検出について説明する。
差動式キャスタ１の駆動中において、ロータ４４が回転しているため、センサ部８２の発光素子８４から出射された光は、スケール６６の突起部６６ａに遮られる場合と、スリット６６ｂを通過する場合と、を交互に繰りかえす。これにより、スリット６６ｂを通過してスケール６６を透過した光が、断続的に受光素子８５に入射する。受光素子８５に断続的に入射した光が検出されることにより、パルス信号が出力される。制御部８３は、このパルス信号に基づいてロータ４４の回転位置を判断する。このようにして、ロータ４４の回転位置の検出が完了する。

ここで、単位時間あたりのパルス信号の周期は、スリット６６ｂ（被検出部）の個数が増えるに従い短くなる。このため、制御部８３がパルス信号に基づいてロータ４４の回転位置を判断することは、パルス信号を検出することにより受光素子８５と対向する位置を通過したスリット６６ｂを検出するのと同等である。

上述した第２実施形態では、回転検出部８０として、反射型の光学式エンコーダではなく、透過型の光学式エンコーダを搭載している。これにより、上述した第１実施形態の効果を発揮しつつ、光学式エンコーダを選択できるので、差動式キャスタ１の選択肢を増やすことができる。

上述の第２実施形態では、取付体８１は、正面視で、フライホイール６４の径方向内側かつ下方に向けて開口するＵ字状に形成されているとしたが、これに限られない。取付体８１は、正面視で、フライホイール６４の軸方向でタイヤ４５側に開口するＵ字状に形成されていてもよい。この場合、フライホイール６４の突起部６６ａは、ホイール開口端部６４ｃから軸方向で操舵軸３側に突出し、取付体８１の一対の開口端部８１ａは、スケール６６を径方向で挟み込む。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

上述の各実施形態では、本願の電動キャスタは、２つの駆動輪ユニット４１，４２を備える差動式キャスタ１であるとしたが、これに限られない。本願の電動キャスタは、１つの駆動輪ユニットを備える１輪の電動キャスタであってもよい。本願の電動キャスタが備える駆動輪ユニットの個数は、適宜変更可能である。

上述の各実施形態では、回転検出部８０の本体部８０ａのうち、センサ部８２が設けられている下端部のみが第２カバー７６に覆われているとしたが、これに限られない。本体部８０ａの全体が第２カバー７６に覆われていてもよい。

上述の各実施形態では、直方体カバー７８は、円筒カバー７７の外周面のうち上方に面する部位に設けられるとしたが、これに限られない。直方体カバー７８の位置は、回転検出部８０の本体部８０ａを取り付けられれば、円筒カバー７７の外周面上で適宜選択可能である。

上述の各実施形態では、センサ部８２は、フライホイール６４のホイール開口端部６４ｃに径方向で対向するとしたが、これに限られず、ホイール開口端部６４ｃに軸方向で対向していてもよい。

上述の各実施形態では、回転検出部８０は、光学式エンコーダであるとしたが、これに限られず、回転検出部８０として磁気式エンコーダや接触式センサを採用してもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した各変形例を適宜組み合わせても構わない。

１…差動式キャスタ（電動キャスタ）、２…取付板、３…操舵軸、３ａ…軸本体、３ｂ…縮径部、３ｃ…角軸部、３ｄ…第１部位、３ｅ…第２部位、４ａ…軸受、４ｂ…軸受、５…段差面、８…スリップリング機構、９…正極側給電部、１０…負極側給電部、１１…正極側回転端子、１１ａ…インシュレータリング、１１ｂ…電極部、１２…正極側ホルダステー、１２ａ…開口部、１３…台座、１４…正極側ブラシホルダ、１５…正極側ブラシ、１６…負極側回転端子、１６ａ…インシュレータリング、１６ｂ…電極部、１７…負極側ホルダステー、１８…負極側ブラシホルダ、１９…負極側ブラシ、２８…第１カバー、２８ｂ…開口部、２９…外フランジ部、３０…受入溝、３０ａ…Ｏリング溝、３１…Ｏリング、４１…第１駆動輪ユニット、４２…第２駆動輪ユニット、４３…ブラシレスモータ（電動モータ）、４４…ロータ、４５…タイヤ（駆動輪）、４６…ステータ、４７…ステータホルダ、４８…筒部、５０…モータ装置、５３…軸側貫通孔、５５…外フランジ部、５５ａ…先端面、５６…ステータコア、５７…ティース、５８…インシュレータ、５９…コイル、６０ａ…軸受、６０ｂ…軸受、６１…回転軸、６１ａ…軸本体、６１ｂ…拡径部、６２…アタッチメント、６３…取付フランジ、６４…フライホイール（ロータヨーク）、６４ａ…底面、６４ｂ…周壁、６４ｃ…ホイール開口端部（開口端部）、６５…マグネット、６６…スケール、６６ａ…突起部、６６ｂ…スリット、７０…給電部、７６…第２カバー、７７…円筒カバー、７７ａ…第２切欠き部、７７ａ１…端辺、７８…直方体カバー、７８ａ…開口部、７８ｂ…取付壁部、７８ｃ…天板部、７８ｄ…前後壁部、７８ｅ…第１切欠き部、７８ｅ１…上端辺、７９…取付用開口部、８０…回転検出部、８０ａ…本体部、８１…取付体、８１ａ…開口端部、８２…センサ部、８３…制御部、８４…発光素子、８５…受光素子、１０１…車体

Claims (4)

1. 電動モータと、
   前記電動モータにおけるロータの回転位置を検出する回転検出部と、
   を備え、
   前記電動モータは、
   給電が行われるコイルが巻回されたステータと、
   前記ステータを軸方向一方から覆い、前記ステータに対して回転自在に設けられた有底筒状のロータヨークと、
   を備え、
   前記回転検出部は、
   前記ロータヨークの回転を検出し、検出結果を信号として出力するセンサ部と、
   前記センサ部の検出結果に基づいて、前記ロータの回転位置を判断する制御部と、
   を備え、
   前記センサ部は、前記ロータヨークの開口端部に径方向で対向する位置及び軸方向で対向する位置のいずれかに配置されており、
   前記ロータヨークの前記開口端部を前記センサ部の径方向外側から覆うカバーを備えることを特徴とするモータ装置。
2. 前記センサ部は、前記開口端部に径方向で対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ装置。
3. 前記センサ部は、受発光を行う光学式であり、
   前記開口端部には、前記センサ部から出射される光の前記開口端部への透過又は反射を変化させるスケールが形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ装置と、
   車体に設けられ、前記モータ装置によって駆動される駆動輪と、
   を備えることを特徴とする電動キャスタ。

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