JP5627804B2 - Electric motor - Google Patents
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Description
この発明は、回転数制御のためのセンサを備えた電動機に用いる、当該センサの保持部材に関する。 The present invention relates to a sensor holding member used in an electric motor including a sensor for controlling the rotational speed.
一般的な3相シンクロナス交流モータは、固定子の永久磁石により回転子に磁極を作り出し、固定子のステータティース間に配置されたコイルによりステータティースに磁極を作り出す。ステータティース間に配置された3相のコイルは配電板(バスバー)により通電方向が切り替えられ、S極とN極に切り替わる。3相のコイルの通電方向を順次切り替えることにより、各ステータティースの極性が回転移動していき、磁気作用により回転子が回転する。 A general three-phase synchronous AC motor creates a magnetic pole in the rotor by a permanent magnet of the stator, and creates a magnetic pole in the stator teeth by a coil disposed between the stator teeth of the stator. The energization direction of the three-phase coils arranged between the stator teeth is switched by a power distribution plate (bus bar), and is switched between the S pole and the N pole. By sequentially switching the energizing directions of the three-phase coils, the polarity of each stator tooth is rotated and the rotor is rotated by a magnetic action.
本モータは、シャフト外周に設置されたセンサにより、シャフトと一体に回転するターゲットの回転位置を読み取って回転数制御を行う構造であり、磁力変化により位置を検出するホールセンサが広く使用されている。センサの保持部材としては、例えば特許文献1がある。この特許文献1では、センサに凹部を形成すると共に、シャフト外周に固定された支持環体には弾性的に撓み得る可撓支持片を形成し、この支持環体と可撓支持片との間にセンサを押し込み、センサの凹部に可撓支持片の凸部をスナップフィット形態で係合させている。 This motor has a structure that controls the rotational speed by reading the rotational position of the target that rotates integrally with the shaft by means of a sensor installed on the outer periphery of the shaft, and Hall sensors that detect the position by magnetic force change are widely used. . As a sensor holding member, there is, for example, Patent Document 1. In this Patent Document 1, a concave portion is formed in the sensor, and a flexible support piece that can be elastically bent is formed on a support ring fixed to the outer periphery of the shaft, and between the support ring and the flexible support piece. The sensor is pushed in, and the convex portion of the flexible support piece is engaged with the concave portion of the sensor in a snap-fit manner.
他方、高速回転するモータでは、ターゲットは強固に固定されなければならず、ターゲットとしてマグネットを使用することが困難である。そこで、ホールセンサにバイアスマグネットが一体化された大型なセンサを使用することにより、ターゲットに鉄などの磁性体を使用できるよう構成されている。バイアスマグネット一体センサが大型化することにより、その固定方法にも強度が要求されるため、例えば図9(a)の平面図および図9(b)の断面図に示すように、箱型の保持部材100に充填剤101を流し込んでセンサ102を固定していた。この保持部材100は、不図示のシャフト外周の基板104に取り付けられ、一方のターゲット103は不図示のシャフトに取り付けられる。
On the other hand, in a motor that rotates at high speed, the target must be firmly fixed, and it is difficult to use a magnet as the target. Therefore, by using a large sensor in which a bias magnet is integrated with the Hall sensor, a magnetic material such as iron can be used for the target. Since the bias magnet-integrated sensor is increased in size, strength is required for the fixing method. For example, as shown in the plan view of FIG. 9A and the cross-sectional view of FIG. The
上記特許文献1の保持構造の場合、センサに凹部を形成する必要があるため、汎用性が乏しいという課題があった。また、凹凸の係合一箇所でセンサを保持する構造のため、大型のセンサでは強度不足が懸念される。 In the case of the holding structure disclosed in Patent Document 1, since it is necessary to form a recess in the sensor, there is a problem that versatility is poor. In addition, since the sensor is held at one place of the concave and convex portions, there is a concern that the strength of the large sensor is insufficient.
他方、充填剤101を使用する場合は、その硬化に時間を要し、かつ、充填剤101の種類によっては加熱する必要があるものも有り、組み立て時間がかかり効率が悪いという課題があった。また、充填剤101が漏れ出ないように保持部材100を箱型に形成しなければならず、ターゲット103とセンサ102の間に保持部材100が介在し、ターゲット103とセンサ102との間の距離Lが遠くなるという課題もあった。
On the other hand, when the
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、充填剤を使用せずにセンサを保持することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to hold a sensor without using a filler.
この発明の電動機は、シャフトと一体に回転するターゲットと、ターゲットに対向する位置に保持され、ターゲットの回転位置を検出するセンサと、コイルに配電する導電部材を樹脂材でモールドして成り、ターゲットとシャフトの外周側に設置された配電部と、弾性変形可能な弾性保持部を複数有し、当該弾性保持部でセンサの外表面を複数の方向から押圧し、弾性力によりセンサを保持し、配電部の内周側であって前記ターゲットに対向する位置に、配電部と一体的に構成された保持部材とを備えるものである。 The electric motor according to the present invention includes a target that rotates integrally with a shaft, a sensor that is held at a position facing the target, detects the rotational position of the target, and a conductive member that distributes electricity to the coil, which is molded with a resin material. And a plurality of power distribution units installed on the outer peripheral side of the shaft, and a plurality of elastic holding portions that can be elastically deformed, pressing the outer surface of the sensor from a plurality of directions with the elastic holding units, holding the sensor by elastic force , A holding member configured integrally with the power distribution unit is provided at a position facing the target on the inner peripheral side of the power distribution unit .
この発明によれば、保持部材の弾性力によりセンサを保持することで充填剤の廃止が可能となり、組み立ての効率を向上することができる。また、充填剤が漏れ出ないように保持部材を箱型に形成する必要がないので、センサのターゲット対向面を開口することができ、センサとターゲットの間の距離を短くすることができる。 According to this invention, it is possible to eliminate the filler by holding the sensor by the elastic force of the holding member, and it is possible to improve the assembly efficiency. In addition, since it is not necessary to form the holding member in a box shape so that the filler does not leak out, the target-facing surface of the sensor can be opened, and the distance between the sensor and the target can be shortened.
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態1.
図1に示す電動機1は、高速回転する3相交流シンクロナスモータを構成し、主に、円筒状のハウジング2と、ハウジング2の内部に固定されたステータ部3と、シャフト4を回転させるロータ部5と、ステータ部3の一方端面側に配置されたバスバー部(配電部)6とを備える。図2に、バスバー部6側から見たステータ部3とロータ部5の平面図を示す。ただし、ハウジング2およびコイル12等は図示を省略する。Hereinafter, in order to explain the present invention in more detail, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
Embodiment 1 FIG.
An electric motor 1 shown in FIG. 1 constitutes a three-phase AC synchronous motor that rotates at high speed, and mainly includes a
ロータ部5は電磁鋼板を積層して構成され、周方向外側に突出する突部を180度間隔に2箇所形成し、シャフト4の軸方向の途中で突部を90度ずらした状態にする(突部5a,5b)。シャフト4は、ハウジング2に固定された軸受け7,8によって回転自在に支持されている。このシャフト4にロータ部5が固定され、ロータ部5と一体にシャフト4を回転させることにより、ロータ部5に発生した回転力を外部出力する。電動機1を自動車用ターボチャージャおよび電動コンプレッサ等に適用する場合、シャフト4をタービン(いわゆるインペラ)の回転軸に連結して、電動機1によりタービンを回転駆動する。
The rotor part 5 is configured by laminating electromagnetic steel plates, and has two protrusions protruding outward in the circumferential direction at intervals of 180 degrees, and the protrusions are shifted by 90 degrees in the axial direction of the shaft 4 (
ステータ部3は、2個のステータコア9,10と、このステータコア9,10の間に配置されたマグネット11とから構成される。ステータコア9,10はそれぞれ、電磁鋼板をシャフト4の軸方向に積層して構成する。このステータコア9,10それぞれには、外側から中央のシャフト4側へ突出するティース9a,10aが複数形成され、シャフト4の軸方向に重なる1組のティース9a,10aに1個のU字状のコイル12が装着される。
The
各ティース9a,10aに装着された各コイル12の一端部は、バスバー部6を貫通してインバータ基板13側へ突出しており、バスバー部6の銅板コイル14(U相、V相、W相)に接続されている。この銅板コイル14はバスバー部6にモールドされた導電部材であって、シャフト4の周方向に沿って環状に配置されて端部がインバータ基板13に接続されている。インバータ基板13は、外部電源(不図示)を交流電流に変換し、センサ16から入力される位置信号に基づいて銅板コイル14のU相、V相、W相の3相を順次切り替えて銅板コイル14に電流を流す。
このインバータ基板13は、カバーハウジング19の内部に取り付けられ、カバー20に被覆されている。One end of each
The
ここで、電動機1の動作概略を説明する。
軸方向に着磁されたマグネット11による磁束は、マグネット11のN極側に配置されたステータコア10のティース10aからロータ部5の突部5bへ流れ出て、ロータ部5を軸方向に進んでS極側にある突部5aから出て、ロータ部5のS極側に配置されたステータコア9のティース9aへ流れ入る界磁磁束となる。このように、マグネット11の界磁磁気力がロータ部5に作用することで、マグネット11のN極側に対面するロータ部5の突部5bをN極に着磁し、マグネット11のS極側に対面するロータ部5の突部5aをS極に着磁する。バスバー部6の銅板コイル14を経由してU字のコイル12に電流が流れると、流れた電流の向きに応じてステータコア9,10の各ティース9a,10aが着磁して回転磁界が生じ、トルクが発生する。コイル12に流す電流の向きを順次切り替えることにより、図2(a)〜図2(c)のように各ティース9a,10aのNS各極性が回転移動していき、磁気作用によりロータ部5が回転する。Here, an outline of the operation of the electric motor 1 will be described.
The magnetic flux generated by the
この電動機1では、ロータ部5の回転制御のために、センサ16およびターゲット17を使用する。シャフト4の一端部は、ステータ部3の一方端面からバスバー部6の内周側空間へ突出し、この突出した先端にターゲット17がネジ18によって固定されている。ターゲット17は鉄などの磁性材とする。他方のセンサ16はバイアスマグネットを内蔵したホールセンサであり、バスバー部6の内周側空間であってターゲット17に対向する位置に形成された保持部材15により保持されている。バイアスマグネットの発生する磁界が、シャフト4の回転に伴うターゲット17の変位に応じて変化し、ホールセンサがその磁界の変化を検出して、シャフト4の回転位置を示す位置信号を出力する。
In the electric motor 1, a
ここで、保持部材15の詳細を説明する。
図3は保持部材15を拡大した外観斜視図、図4(a)は平面図、図4(b)はAA線に沿って切断した断面図である。図5(a)は、保持部材15がセンサ16を保持した状態を示す平面図、図5(b)はBB線に沿って切断した断面図である。直方体状のセンサ16は、ターゲット17に向き合うターゲット対向面16aと、インバータ基板13に電気的接続するための端子16bとを有している。Here, details of the holding
3 is an enlarged external perspective view of the holding
保持部材15は、樹脂材で形成されており、センサ16を保持するための弾性力を発生する弾性保持部21〜23と、センサ16に当接する当て部24〜27とが底面に突設されている。また、この底面には端子16bを貫通させる端子穴28が形成されている。保持部材15の上面は開放されており、この開放端から、弾性保持部21〜23を弾性変形させて押し広げながらセンサ16を挿入する。なお、センサ16のターゲット対向面16aを被覆しないように、弾性保持部21〜23を、ターゲット17に向き合う方向を除く3方向に突設する。
The holding
図6に、弾性保持部21の拡大図を示す。弾性保持部21の先端には爪21aが形成され、爪21aの下部にはテーパ面21bが形成されている。センサ16の上端部外表面に爪21aを係止してテーパ面21bを当てることにより、センサ16を底面側へ押さえる軸方向の分力F1と、センサ16を中央側に寄せる横方向の分力F2とを同時に得ることができる。弾性保持部21の爪21aから横方向の分力F2を受けたセンサ16は、弾性保持部21の対向側に突設された当て部26,27に押し当てられた状態となり、弾性保持部21と当て部26,27とで挟持される。また、テーパ面21bから軸方向の分力F1を受けているため、センサ16が保持部材15の上面開放端へ抜けることもない。
In FIG. 6, the enlarged view of the elastic holding |
弾性保持部22,23も同様に爪およびテーパ面を形成して、軸方向の分力F1および横方向の分力F2を同時に生じさせる。そして、弾性保持部22とその対向側の当て部24,27とでセンサ16を挟持すると共に、弾性保持部23とその対向側の当て部24,25とでセンサ16を挟持する。
Similarly, the
これにより、弾性保持部21〜23の弾性力によりセンサ16を確実に保持できる。また、センサ16を各テーパ面に当てることでセンサ16の寸法ばらつきを吸収し、かつ、押さえ付けることで位置を保持している。
Thereby, the
また、保持部材15に弾性保持部21〜23を形成し、その弾性によりセンサ16を保持することにより、先立って説明した従来例のように充填剤を使用する必要がない。そのため、充填剤が漏れ出ないように保持部材15を箱型に形成する必要もない。よって、保持部材15のターゲット対向面を開口してセンサ16のターゲット対向面16aを開放することができるようになり、センサ16とターゲット17の間の距離を短くすることが可能となる。
Further, by forming the
なお、保持部材15のターゲット対向面開口からセンサ16が抜け落ちないよう、当て部24,27は必要であるが、当て部25,26は省略しても構わない。
In addition, although the
また、保持部材15を樹脂材で形成することにより、同じ樹脂材のバスバー部6と一体で形成することが可能となる。保持部材15を追加することなくセンサ16を保持できるので、組み立て性が向上する。
なお、図1および図3では、保持部材15を、バスバー部6の内周面から突出した形状にしたが、これに限定されるものではない。例えば図7のようにバスバー部6の内周面に凹部6aを形成して、この凹部6aに収まるように保持部材15を形成してもよいし、保持部材15の一部が凹部6aに収まり残りの部分が突出するように形成してもよい。Further, by forming the holding
1 and 3, the holding
あるいは、保持部材15を単独で形成してもよい。この場合、例えば図4および図5のように保持部材15の底面から外側へ突出した形状の接着部29を形成して、接着剤を塗布するなどし、インバータ基板13(またはセンサ16専用の基板)に保持部材15を接着固定する。
また例えば、図1のようにインバータ基板13とセンサ16の間の距離が遠く、センサ16の端子16bが長くなり耐振性に懸念があるような場合には、この間にセンサ16専用の基板を追加し、保持部材15をこの基板に取り付けてもよい。これにより、端子16bを短くすることができ、耐振性の向上が可能である。
また、保持部材15を、バスバー部6およびインバータ基板13(またはセンサ16専用の基板)に限らず、ハウジング2等に取り付けてもよい。Alternatively, the holding
In addition, for example, when the distance between the
Further, the holding
以上より、実施の形態1によれば、電動機1は、シャフト4と一体に回転するターゲット17と、ターゲット17に対向する位置に保持されてターゲット17の回転位置を検出するセンサ16と、弾性変形可能な複数の弾性保持部21〜23を有し、これら弾性保持部21〜23でセンサ16の外表面を複数の方向から押圧し、弾性力によりセンサ16を保持する保持部材15とを備えるように構成した。このため、保持部材15の弾性力によりセンサ16を保持することで充填剤の廃止が可能となり、組み立ての効率を向上することができる。
また、充填剤を漏れ出ないように保持部材15を箱型に形成する必要がないので、弾性保持部21〜23を、センサ16のターゲット対向面16aを除く面に形成して、保持部材15のターゲット対向面を開口するように構成することができる。これにより、センサとターゲットの間の距離を短くすることができる。As described above, according to the first embodiment, the electric motor 1 includes the
Further, since it is not necessary to form the holding
また、実施の形態1によれば、弾性保持部21〜23それぞれに、センサ16の外表面を押圧する部位にテーパ面を形成するように構成した。このため、センサ16を底面側へ押さえる軸方向の分力F1と、センサ16を中央側に寄せる横方向の分力F2とを同時に作用させて、センサ16を固定することができる。
Moreover, according to Embodiment 1, it comprised so that the taper surface might be formed in the site | part which presses the outer surface of the
また、実施の形態1によれば、保持部材15を樹脂材で構成することとし、この保持部材15を、同じく樹脂材で構成されるバスバー部6の内周側であってターゲット17に対向する位置に一体的に構成するように構成した。このため、電動機1を組み立てる際に保持部材15を設置する必要がなくなり、組み立て性が向上する。
あるいは、保持部材15をインバータ基板13またはバスバー部6専用の基板に取り付けるように構成してもよく、この場合にはセンサ16の端子16bを短くすることができるので、耐振性の向上が可能である。Further, according to the first embodiment, the holding
Alternatively, the holding
実施の形態2.
図8(a)は、実施の形態2に係る電動機1のうち、保持部材15を抜粋した平面図、図8(b)はCC線に沿って切断した断面図である。上記実施の形態1では保持部材15を樹脂材で形成したが、本実施の形態2では保持部材15の一部を金属板により形成する。なお、図8において図1〜図7と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
FIG. 8A is a plan view of the holding
図8に示す保持部材15は、弾性保持部21〜23を金属板により構成している。金属板の弾性保持部21〜23は、樹脂材の弾性保持部21〜23がサイズ的に樹脂の許容応力を超えるような場合でも、金属板に生じる弾性力でセンサ16を保持できる。
なお、金属板の弾性保持部21〜23は、電気的絶縁のため、樹脂材30にインサート成形して一体化したり、ネジ止めまたはビス止め等により一体化したりする。あるいは、金属板の弾性保持部21〜23を直接インバータ基板13(またはセンサ16専用の基板)にネジ止めまたはビス止め等してもよいし、金属板の弾性保持部21〜23をバスバー部6と一体成形してもよい。In the holding
The
また、保持部材15のターゲット対向面開口からセンサ16が抜け落ちないよう、樹脂材または金属板の当て部24,27を形成している。加えて、上記実施の形態1と同様に当て部25,26(図3等に示す)を形成してもよい。
Further, the
以上より、実施の形態2によれば、弾性保持部21〜23を金属板で構成するようにしたので、大きいサイズのセンサ16も保持できるようになり、保持部材15の汎用性が向上する。
As described above, according to the second embodiment, since the
なお、上記実施の形態1,2では直方体状のセンサ16を例に保持部材15を説明したが、直方体以外の形状のセンサ16を保持可能であることは言うまでもない。例えばセンサ16の上面が曲面の場合にも、弾性保持部21〜23のテーパ面をセンサ16の外表面に当てて弾性力により保持可能である。
また、センサ16としてバイアスマグネットを内蔵したホールセンサを例に挙げたが、ホールセンサ単体であってもよい。In the first and second embodiments, the holding
Moreover, although the Hall sensor which incorporated the bias magnet was mentioned as an example as the
上記以外にも、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 In addition to the above, within the scope of the invention, the invention of the present application can be freely combined with each embodiment, modified any component of each embodiment, or omitted any component in each embodiment. Is possible.
以上のように、この発明に係る電動機は、複数の弾性保持部でセンサの外表面を複数の方向から押圧し、弾性力によりセンサを保持するようにしたので、高速回転で動作する電動機などに用いるのに適している。 As described above, the electric motor according to the present invention presses the outer surface of the sensor from a plurality of directions with a plurality of elastic holding portions and holds the sensor by elastic force. Suitable for use.
1 電動機、2 ハウジング、3 ステータ部、4 シャフト、5 ロータ部、5a,5b 突部、6 バスバー部、6a 凹部、7,8 軸受け、9,10 ステータコア、9a,10a ティース、11 マグネット、12 コイル、13 インバータ基板、14 銅板コイル、15 保持部材、16 センサ、17 ターゲット、18 ネジ、19 カバーハウジング、20 カバー、21〜23 弾性保持部、21a 爪、21b テーパ面、24〜27 当て部、28 端子穴、29 接着部、30 樹脂材、100 保持部材、101 充填剤、102 センサ、103 ターゲット、104 基板。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric motor, 2 Housing, 3 Stator part, 4 Shaft, 5 Rotor part, 5a, 5b Protrusion part, 6 Bus bar part, 6a Recessed part, 7, 8 Bearing, 9,10 Stator core, 9a, 10a Teeth, 11 Magnet, 12 Coil , 13 Inverter board, 14 Copper plate coil, 15 Holding member, 16 Sensor, 17 Target, 18 Screw, 19 Cover housing, 20 Cover, 21-23 Elastic holding part, 21a Claw, 21b Tapered surface, 24-27 Contact part, 28 Terminal hole, 29 bonding part, 30 resin material, 100 holding member, 101 filler, 102 sensor, 103 target, 104 substrate.
Claims (5)
前記ターゲットに対向する位置に保持され、前記ターゲットの回転位置を検出するセンサと、
コイルに配電する導電部材を樹脂材でモールドして成り、前記ターゲットと前記シャフトの外周側に設置された配電部と、
弾性変形可能な弾性保持部を複数有し、当該弾性保持部で前記センサの外表面を複数の方向から押圧し、弾性力により前記センサを保持し、前記配電部の内周側であって前記ターゲットに対向する位置に、前記配電部と一体的に構成された保持部材とを備える電動機。 A target that rotates integrally with the shaft;
A sensor that is held at a position facing the target and detects a rotational position of the target;
A conductive member that distributes power to the coil is molded with a resin material, and the power distribution unit installed on the outer periphery side of the target and the shaft;
There are a plurality of elastically deformable elastic holding portions, and the elastic holding portions press the outer surface of the sensor from a plurality of directions, hold the sensor by elastic force , and are on the inner peripheral side of the power distribution portion. An electric motor comprising a holding member integrally formed with the power distribution unit at a position facing the target .
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