JP5085568B2 - 電動機用の軸支持装置およびその取付方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動機の分野に関し、特に、回転軸と電動機ケーシングとの間に機械的接続をもたらすことを可能にする支持体の分野に関する。

特許文献１は、軸に取り付けられた磁石を検出するよう設けられたホール効果センサーと協働する取付け部品を備えるブラシレス電動機を開示し述べている。軸は、取付け部品内で、軸受により回動可能に取り付けられている。
特開平８−２３６６６

この種の従来の電動機では、電動機を組み立てる工程は、機械的および電気的機能および回転子の回転角度を検出する機能を果たす別個の部品が多数有るため、工程数が比較的多く、複雑である。

本発明の目的は、上記の従来技術の欠点を無くすことである。

本発明は、多機能の軸支持体を提案するものである。

本発明は、電動機の軸とケーシングとの間に機械的接続をもたらし、かつ、センサーおよび信号処理電子装置の支持体として機能する転がり軸受およびフランジサブアセンブリを提案するものである。

電動機用の軸支持装置は、ケーシング、固定子そして回転子を備える電動機用の軸支持装置において、軸支持装置は、固定子そして回転子の組込みのために軸方向端部でケーシングに形成された開口部を閉じるように該ケーシングに取り付けられるように半径方向に延びるフランジと、電動機の軸上に取り付けられるべき内輪およびフランジで支持される外輪を有する転がり軸受と、内輪の角度位置を検出するための少なくとも一つの角度位置センサーと、内輪に取り付けられて上記角度位置センサーと協働するエンコーダと、フランジに取り付けられて角度位置センサーの出力に接続された処理モジュールとを有し、上記フランジがケーシングに取り付けられる前に、軸支持装置は、上記転がり軸受、角度位置センサー、処理モジュールそしてエンコーダがフランジに取り付けられたサブアセンブリを形成しており、フランジにてケーシングに取り付けることで上記開口部を閉じることを可能としている。

一形態では、センサーは、センサーの出力に接続されている処理モジュールに取り付けられている。

一形態では、処理モジュールは、センサーに対するエンコーダの角度位置を表すセンサー（複数も可）からの出力信号を受信し、かつ、センサーに対するエンコーダの角度位置を表す処理された情報のアイテムを出力として伝達するよう構成されている。支持体はまた、角度検出情報を処理する機能も果たす。

一形態では、フランジは、シールされている。

一形態では、フランジは、電動機への取付けの手段を備えている。取付け手段は、フランジを電動機のセンサーにねじ留めすることを可能にする貫通孔を備えることができる。

一形態では、支持装置は、内輪の端部でシールする手段を備えている。したがって、フランジは、電動機の軸方向端部を形成し、かつ、液体または汚染物質の侵入を防止する。シールは、エンコーダまたは内輪または電動機の軸との狭い通路または摩擦リップタイプのシールとすることができる。

一形態では、角度位置センサーは、絶対角度位置を検出することができる。したがって、固定子に対する回転子の肩部の角度位置を正確に確定することができ、これは、ブラシレス直流電動機の場合には、特に有用である。

一形態では、処理モジュールは、センサーを支持する電子回路ボードを備えている。

一形態では、処理モジュールは、出力情報のアイテムをアナログまたはディジタル形態で伝達するよう構成されている。

一形態では、フランジは、外輪上にオーバーモールドされている。

一形態では、外輪は、結合リリーフを施されているフランジと接触する面を備えている。前記面は、外輪の外面とすることができる。結合リリーフは、ローレット掛けによって得ることができる。

一形態では、処理モジュールは、出力情報のアイテムをパルス幅変調の形態で伝達するよう構成されている。

本発明はまた、軸と、回転子と、固定子と、軸を支持し固定子内に取り付けられると共に、固定子に対する回転子の角度位置を出力として供給することができる上記支持装置とを備える電動機にも関する。

一形態では、前記支持装置は、電動機の軸方向端部を閉鎖している。これは、優れたシールとなる。

電動機用の軸支持システムを製造する方法は、エンコーダが付与されている転がり軸受の外輪にフランジを取り付ける工程と、センサーおよび処理モジュールが接続されている場合、角度センサーに付与されている処理モジュールをフランジに取り付ける工程と、を備えている。

一形態では、フランジおよび転がり軸受は、それらが分離できないよう、互いに他に取り付けられている。

一形態では、フランジは、外輪にオーバーモールドされる。これは、優れた シールとなる。

電動機は、回転子を位置付けし、軸支持装置を軸方向に移動させて配置し、回転子軸を転がり軸受に入れ、かつ、フランジを電動機のケーシングに取り付けることによって組み立てることができる。取付けは、ねじ留めによって成し遂げることができる。

このようにして、軸とケーシングとを機械的に接続し、信号を処理するための電子回路を支持し、かつ、回転センサー（複数も可）を支持する多機能サブアセンブリを電動機メーカーに提供することが可能である。エンコーダは、軸受輪によって有利に支持されている。支持装置は、軸方向にコンパクトであり、単一のサブアセンブリの取付けによって電動機をシールすることができ、センサー（複数も可）に近接した位置で、センサー（複数も可）からの出力信号の局所処理を行い、したがって、高精度の信号をもたらす。具体的には、処理された出力情報は、センサー（複数も可）からの出力信号よりも干渉または外部影響を受けにくく、特に、処理された出力情報が、ディジタルまたはパルス幅変調形態の場合は、干渉または外部影響を受けにくい。

本発明は、いかなる点でも限定的でなく、かつ、添付の図面によって説明されている、例として示されている実施形態の詳細な説明を読むことによって、よりよく理解されよう。添付の図面の内容は下記のとおりである。

図１および２に示すように、符号１でその全体を示した電動機は、ケーシング２、ケーシング２内に取り付けられた固定子３、互いに相対回転不能に取り付けられている回転子４および軸５、軸５の一方の端部とケーシング２との間に配設されている転がり軸受６、および、ケーシング２に取り付けられ、かつ、軸５の他方の端部を支持している軸支持装置７を備えている。より詳しくは、ケーシング２は、軸方向部分８、軸方向部分８の一方の端部を閉じている半径方向底部９、および半径方向底部９に取り付けられ、電動機の軸にセンタリングされ、かつ、転がり軸受６を受け入れるよう設計されている軸方向カラー１０を備えている。

転がり軸受６は、内輪１１、外輪１２、内輪１１の外軌道面と外輪１２の内軌道面との間に配列されている転動体１３（この場合はボール）を有する従来のタイプのものとすることができる。転がり軸受６には、転動体１３の円周方向の間隔を維持するための保持器および半径方向底部９と反対側に配設されているシール１４を設けることができる。半径方向底部９の側におけるシールの存在は、閉じた半径方向底部９が、外部汚染物質の侵入に対して、転がり軸受６を効果的に保護するものであって、必須ではない。軸５の端部の一方は、内輪１１にスリーブ嵌めされている。

固定子３は、管状部品の形態をなし、ケーシング２の半径方向底部９の近くに位置し、かつ、軸方向部分８の内径に接触する。固定子３はまた、半径方向底部９と反対方向に突出している３個の軸方向ピンの形をなすフィンガー１５も備えている。回転子４は、軸５に取り付けられており、固定子３の内側に取り付けられているが、前記固定子３に対して回転可能である。

軸５の支持装置７（図３〜５でより詳細に見ることができる）は、フランジ１６、フランジ１６によって支持されている転がり軸受１７、同様にフランジ１６によって支持されている電子処理モジュール１８、転がり軸受１７によって支持されているエンコーダ１９およびモジュール１８によって支持されている少なくとも一つのセンサー２０を備えている。図示の実施形態では、４個のセンサー２０が設けられている。支持装置７は、取り付けられた状態では、半径方向底部９と反対側で、ケーシング２の端部を閉じている。

フランジ１６は、全体として環状で半径方向の形状の壁部２１を有しており、これは、同様に半径方向である４個のタブ２２によって外方に延びている。各タブ２２には、貫通孔２３が形成されており、これにスタッドまたはねじを通して、支持装置７をケーシング２に取り付けることができる。フランジ１６には、半径方向の底部９に向かって軸方向に延び、かつ、ケーシング２の軸方向部分８と接触する環状リブ２４が設けられており、それにより、ケーシング２内でフランジ７をセンタリングすることが可能となっている。フランジ１６の外側の面には、半径方向でリブ２４に対応する位置に、複数の円弧状の凹部２５が配列されているが、これは、金型からの取出し時の取出しおよび冷却速度差に対処するためのものであって、厚い部分が薄い部分よりも遅く冷却するのを防いでいる。

環状の半径方向部分２１には、複数の貫通孔２６（この例では３個）が形成されていて、固定子３のフィンガー１５を受け入れるようになっている。したがって、固定子３は、支持装置７に対して回転不可となっている。フィンガー１５および貫通孔２６は、円周方向に均等に配分し、あるいは、図示の１２０°とは異なる角度で不均等に配分して、支持装置７に対する固定子３の位置割出しを行うことができる。

フランジ１６は、半径方向内方かつ軸方向に、ケーシング２の半径方向底部９に向かって、環状の半径方向部分２１から延びている円錐台部分２７、円錐台部分２７から内方に延びている環状の半径方向部分２８、および転がり軸受１７の収容を可能にしている環状の軸方向部分２９を備えている。半径方向部分２８と軸方向部分２９との間で延びている円錐台部分２７には、補強リブを設けることができる。

より正確には、半径方向部分２８は、内方に向けられた二つの半径方向縁部３０および３１によって区切られた内径部２９を備えている。複数の軸方向フィンガー３２が、ケーシング２の半径方向底部９とは反対方向に、半径方向部分２８から突出して設けられている。フランジ１６は、ガラスまたは炭素繊維が、例えば１０〜５０％のオーダーの比率で、好ましくは２０〜４０％のオーダーの比率で、例えばほぼ３０％の比率で充填されている、例えば、ポリアミド６−６、さもなければ、ポリエチレンテレフタレートを含む一体に成型された合成材料からモノブロック方式で製作するのが有利である。

転がり軸受１７は、内輪３３、外輪３４、一列の転動体３５（この例ではボール）、転動体３５の均等な円周方向の間隔を維持するための保持器３６およびシールフランジ３７を備えている。転がり軸受１７は、外輪の内径面そして内輪の外径面に深溝の軌道面をそれぞれ形成している内外輪を有する転がり軸受６に似た構造を呈している。シールフランジ３７は、外輪３４の軌道面の両側に形成された溝のうち回転子４側の溝内に取り付けられていて、内輪３３の外径面と共に狭い通路を形成している。外輪３４は、軸方向部分２９の内径部２９aおよびフランジ１６の半径方向縁部３０および３１と接触している。有利には、フランジ１６は、外輪３４にオーバーモールドされている。これは、これら二つの部品同士の間に優れたシールおよび機械的強度をもたらす。

エンコーダ１９は、金属シートカップ状の支持体３８、および能動部分３９を備えている。支持体３８は、シールフランジ３７と反対側で、内輪３３の外部軸受面にスリーブ嵌めされる軸方向部分と、軸方向部分から内方に向けられ、内輪３３の半径方向前面と接触する半径方向部分と、および半径方向に内方にそしてシールフランジ３７と反対側へ軸方向に向けられて、半径方向部分の小直径端部を延出させている円錐台部分を備えている。

能動部分３９（例えば円周方向に交番する複数のＮおよびＳ極を備える磁化されたプラストフェライト）は、円錐台部分の外側の面、内レース３３と反対側の半径方向部分の面、および軸方向部分の外側の面の一部分にオーバーモールドされている。能動部分３９は、軸方向外面を有しており、センサー数の倍数ではない多数の極を備えることができる。

電子モジュール１８は、全体として環状をなす電子回路ボード４０を有しており、これには、フランジ１６のフィンガー３２が嵌合するように複数の貫通孔４１（この例では３個）が形成されている。組立ての際、フィンガー３２は、貫通孔４１に入り、それにより、フランジ１６に対するモジュール１８の角度およびその位置割出しを維持する。電子回路ボード４０（例えば、プリント回路タイプのもの）は、複数の電子部品を支持しており、これら電子部品は、センサー２０からの出力信号を処理し、また、他の部材（図示せず）に伝達される出力信号を、有線さもなければ無線で生成することを可能にしている。電子回路ボード４０は、また、該回路ボード４０の内縁近くに４グループの３個の孔４３
が形成されており、該孔４３へセンサー要素２０のラグ４４が挿入され、次いで一般にろう付けによって取り付けられる。上記電子回路ボード４０はセンサー２０を支持しており、該センサー２０は、円周方向に、均等にまたは不均等に配分して配設することができる。

支持装置７の組立て状態（図６に示す）では、電子モジュール１８は、フランジ１６の半径方向部分２８の外面に近接して配設されている。センサー要素２０は、電子回路ボード４０に対して軸方向に突出しており、半径方向でエンコーダ１９と半径方向部分２８の半径方向縁部３１との間に配設されているが、僅かな半径方向のエアーギャップによって、エンコーダ１９の能動部分３９の軸方向外面から離れている。電子モジュール１８およびエンコーダ１９は、内輪３３の内径より大きな内径を有していて、電動機の軸５の一端部が通過することを可能にしている。

これは、ケーシング２の開放軸方向端部に配設されるように予め組み立てられたサブアセンブリを形成し、かつ、電動機の軸支持体５を回転させ、ケーシング２の開放半径方向面を閉じ、固定子３の回転を防ぎ、軸５の回転パラメータ、具体的には速度、角度位置、加速度、などを検出する機能を果たす軸支持装置をもたらすものである。

軸支持装置は、また、信号処理電子装置およびセンサー（複数も可）を支持することを可能にしている。カバーで電子モジュール１８を保護することもできる。カバーは、シール方式で埋め込み、それにより、電動機の内側に、そして電子回路ボードに高度な保護をもたらすことができる。カバーは、環状状態にして、フランジ１６に取り付けられ、エンコーダ１９と転がり軸受１７の内輪３３の少なくとも一方と狭い通路を形成するようにすることができる。カバーには、摩擦シールを設けることもできる。

軸支持装置７の製造は、次のような工程を経てなすことができる。フランジ１６を、転がり軸受１７の外輪３４にオーバーモールドする。プラスチック材と転がり軸受１７の外輪３４との結合を確実に良くするためには、前記外輪３４の外周面の少なくとも一部にローレット加工を施すことができる。エンコーダ１９を、内輪３３にスリーブ嵌めする。電子モジュール１８をフランジ１６に取り付け、次いで、アセンブリをカバーで閉じる。

電動機のアセンブリは、少数の比較的簡単な作業で行うことができる。先ず、ケーシング２の底部にて、転がり軸受６をそのハウジング内に配設する。固定子３をケーシング２内に配設する。回転子４を支持している軸５を、転がり軸受６の内レース１１の内径部内に配設する。軸支持体サブアセンブリ７を、ケーシング２内に配設し、取り付ける。次いで、フランジにカバーを取り付けることができる。これらの工程は、簡単な軸方向移動によって行われる。したがって、電動機の組立ては、非常に簡単化されている。

当然のことながら、処理モジュール１８、および、より具体的には電子回路４２は、出力情報のアイテムをアナログまたはディジタル形態で伝達するようにできる。エンコーダ１９の極およびセンサー２０の相対角度位置は、絶対角度位置を検出し、したがって、固定子３の極に対する回転子４の極の相対位置の検出を非常に高い精度で確保することを可能にすることができる。別法として、電子回路４２は、出力情報のアイテムをパルス幅変調の形態で伝達するよう構成することができる。したがって、出力信号は、他の外部部材によって直接使用することができる。

電動機の断面で示した分解組立図である。 電動機の断面図である。 軸支持体の斜視図である。 軸支持体の図３と反対側の斜視図である。 軸支持体の分解組立斜視図である。 軸支持体の軸方向断面図である。

Claims (15)

1. ケーシング（２）、固定子（３）そして回転子（４）を備える電動機（１）用の軸支持装置（７）において、
   軸支持装置（７）は、固定子（３）そして回転子（４）の組込みのために軸方向端部でケーシング（２）に形成された開口部を閉じるように該ケーシングに取り付けられるように半径方向に延びるフランジ（１６）と、電動機の軸（５）上に取り付けられるべき内輪（３３）およびフランジ（１６）で支持される外輪（３４）を有する転がり軸受（１７）と、内輪（３３）の角度位置を検出するための少なくとも一つの角度位置センサー（２０）と、内輪（３３）に取り付けられて上記角度位置センサー（２０）と協働するエンコーダ（１９）と、フランジ（１６）に取り付けられて角度位置センサー（２０）の出力に接続された処理モジュール（１８）とを有し、上記フランジ（１６）がケーシング（２）に取り付けられる前に、軸支持装置（７）は、上記転がり軸受（１７）、角度位置センサー（２０）、処理モジュール（１８）そしてエンコーダ（１９）がフランジ（１６）に取り付けられたサブアセンブリを形成しており、フランジ（１６）にてケーシング（２）に取り付けることで上記開口部を閉じることを可能としていることを特徴とする軸支持装置。
2. 固定子（３）は軸方向に延出するフィンガー（１５）を有し、フランジ（１６）は半径方向に延びる壁部（２１）を有していると共に該壁部（２１）に上記固定子（３）のフィンガー（１５）を受け入れる貫通孔（２６）が形成されていることとする請求項１に記載の軸支持装置。
3. 処理モジュール（１８）は、センサーに対するエンコーダの角度位置を表すセンサー（複数も可）からの出力信号を受信し、かつ、センサー（２０）に対するエンコーダ（１９）の角度位置を表す処理された情報のアイテムを出力として伝達するよう構成されていることとする請求項１または請求項２に記載の軸支持装置。
4. フランジ（１６）は、電動機（１）への取付けの手段を備えることとする、請求項１ないし請求項３のうちのいずれか一つに記載の軸支持装置。
5. 内輪の端部でシールする手段を備えていることとする、請求項１ないし請求項４のうちのいずれか一つに記載の軸支持装置。
6. 角度位置センサー（２０）は、絶対角度位置を検出することができることとする、請求項１ないし請求項５のうちのいずれか一つに記載の軸支持装置。
7. 処理モジュール（１８）は、センサー（２０）を支持する電子回路ボード（４０）を備えていることとする、請求項１ないし請求項６のうちのいずれか一つに記載の軸支持装置。
8. フランジ（１６）は、転がり軸受（１７）の外輪（３４）にオーバーモールドされていることとする、請求項１ないし請求項７のうちのいずれか一つに記載の軸支持装置。
9. 外輪（３４）は、結合リリーフが施されているフランジと接触する面を備えていることとする、請求項１ないし請求項８のうちのいずれか一つに記載の軸支持装置。
10. 処理モジュールは、パルス幅変調の形態で出力情報のアイテム伝達するよう構成されていることとする、請求項１ないし請求項９のうちのいずれか一つに記載の軸支持装置。
11. 軸（５）と、回転子（４）と、固定子（３）と、固定子に取り付けられた前記軸を支持すると共に固定子に対する回転子の角度位置を出力として供給することができる請求項１ないし請求項１０のうちのいずれか一つに記載の軸支持装置（７）とを備えていることを特徴とする電動機。
12. 軸支持装置（７）は、電動機の軸方向端部を閉じていることとする請求項１１に記載の電動機。
13. ケーシング（２）、固定子（３）そして回転子（４）を備える電動機用の軸支持装置を取り付ける方法であって、エンコーダ（１９）が付与されている転がり軸受（１７）の外輪（３４）をフランジ（１６）に取り付け、角度センサー（２０）が接続されている処理モジュール（１８）をフランジ（１６）に取り付けて軸支持装置をサブアセンブリとして形成した後、固定子（３）そして回転子（４）の組込み用としてケーシング（２）に形成された開口部を閉じるようにして上記フランジにて軸支持装置をケーシングに取り付けることを特徴とする軸支持装置の取付方法。
14. フランジ（１６）は、外輪（３４）にオーバーモールドされることとする請求項１３に記載の軸支持装置の製造方法。
15. 回転子（４）が位置付けられ、軸支持装置（７）が軸方向移動によって配置され、回転子軸を転がり軸受（１７）に入れ、フランジを電動機（１）のケーシング（２）に取り付けることとする請求項１３または１４に記載の軸支持装置の製造方法。

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