JP6373527B1 - 回転電機及びそれを用いたドア装置 - Google Patents

Abstract

回転電機において、回転角度検出装置は、磁気発生体と、磁気発生体に対向している磁気式センサとを有している。回転軸の軸方向の端面には、円形の凹部が設けられている。磁気発生体は、凹部内に設けられている。磁気発生体は、回転軸の軸方向に磁化されている。磁気発生体の磁気式センサに対向する面には、複数の磁極が形成されている。磁気発生体の側面には、凹部の内周面に沿っている円弧面が設けられている。磁気発生体は、回転軸の周方向への磁気発生体の位置決めのための位置決め部を有している。

Description

この発明は、回転軸の回転角度を検出する回転角度検出装置を有している回転電機、及びその回転電機によりドアパネルを移動させるドア装置に関するものである。

従来の回転角度検出装置では、回転軸の端部にホルダが嵌め込まれている。ホルダ内には、円板状の永久磁石が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の他の回転角度検出装置では、回転軸の端面に永久磁石が固定されている。永久磁石の形状は、直方体である（例えば、特許文献２参照）。

さらに、従来の回転角度センサでは、回転軸の端部に、固定用治具を介して磁石が固定されている。磁石は、リング状部と板状部とを重ねて構成されている。リング状部は、固定用治具に固定されている。板状部は、磁気センサに対向する。また、長円形の平面形状を有する板状部も提案されている（例えば、特許文献３参照）。

さらにまた、従来のモータでは、回転軸の端面に磁石が部分的に埋め込まれている（例えば、特許文献４参照）。

また、従来の容積流量計では、回転子軸の端面に発信磁石が埋め込まれている。発信磁石は、回転子軸と直交する方向に着磁されている。発信磁石の回転磁束は、発信磁石に対向する磁気センサにより検出される（例えば、特許文献５参照）。

特開２０１６−１２８７７２号公報 特許第４９４７３２１号公報 特許第５１４１７８０号公報 特開２００３−３２４９３０号公報 実開平１−６４０２７号公報

特許文献１〜３に示された従来の装置では、回転軸の端面から磁石の全体が突出しているため、装置全体の軸方向寸法が大きくなり、小型化の妨げとなっている。また、特許文献１〜３では、磁石が回転軸の径方向に磁化されているため、磁石を回転軸の端部に埋め込むと、発生磁界が小さくなってしまう。

さらに、特許文献２の磁石を回転軸の端部に埋め込む場合、回転軸の端面に矩形の凹部を設けようとすると、加工が難しく、また、円形の凹部を設けると、回転軸の周方向への磁石の位置決めが難しい。さらにまた、特許文献３では、磁石の径が回転軸の径よりも大きいため、磁石を回転軸に埋め込むことは困難である。

また、特許文献４の磁石も回転軸の径方向に磁化されているため、回転軸への磁石の埋め込み量を大きくすると、発生磁界が小さくなってしまう。さらに、特許文献５に示された容積流量計では、磁気センサは、回転子軸の軸心からずれた位置にあり、回転子軸の回転角度ではなく、回転数を検出するものであるため、凹部内での発信磁石の角度の調整は不要である。

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あり、軸方向寸法を縮小しつつ、回転軸の周方向への磁気発生体の位置決めを容易に行うことができる回転電機、及びそれを用いたドア装置を得ることを目的とする。

この発明に係る回転電機は、ハウジング、ハウジングに設けられているステータ、ハウジングに回転可能に設けられている回転軸、回転軸に設けられているロータ、及び回転軸の軸方向の端部に設けられている磁気発生体と、磁気発生体に対向している磁気式センサとを有しており、回転軸の回転角度に応じた信号を発生する回転角度検出装置を備え、回転軸の軸方向の端面には、凹部が設けられており、磁気発生体は、凹部内に設けられており、回転軸の凹部の周囲は、磁性体により構成されており、磁気発生体は、回転軸の軸方向に磁化されており、磁気発生体の磁気式センサに対向する面には、複数の磁極が形成されており、凹部の正面形状は円形であり、磁気発生体の側面には、凹部の内周面に沿っている円弧面が設けられており、磁気発生体は、回転軸の周方向への磁気発生体の位置決めのための位置決め部を有している。

この発明の回転電機は、回転軸の端面に凹部が設けられており、磁気発生体が凹部内に設けられており、回転軸の凹部の周囲は磁性体により構成されており、磁気発生体は回転軸の軸方向に磁化されており、磁気発生体の磁気式センサに対向する面には、複数の磁極が形成されており、凹部の正面形状は円形であり、磁気発生体の側面には、凹部の内周面に沿っている円弧面が設けられており、磁気発生体は、回転軸の周方向への磁気発生体の位置決めのための位置決め部を有しているので、軸方向寸法を縮小しつつ、回転軸の周方向への磁気発生体の位置決めを容易に行うことができる。

この発明の実施の形態１による回転電機の断面図である。 図１の回転電機の一部を示す背面図である。 図１の回転軸の端面を示す正面図である。 図３の磁気発生体の第１の変形例を示す正面図である。 図３の磁気発生体の第２の変形例を示す正面図である。 図１の磁気発生体が発生する磁界を示す説明図である。 この発明の回転電機の適用例であるエレベータのかごの一部を示す正面図である。 図７のかごの一部を示す側面図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による回転電機の断面図である。図において、ハウジング１は、フロントハウジング２及びリヤハウジング３を組み合わせて構成されている。フロントハウジング２には、円形のフロント開口２ａが設けられている。リヤハウジング３には、円形のリヤ開口３ａが設けられている。

フロント開口２ａには、第１の軸受４が装着されている。リヤ開口３ａには、第２の軸受５が装着されている。回転軸６は、第１及び第２の軸受４，５を介して、ハウジング１に回転可能に支持されている。

回転軸６には、ロータ７が設けられている。ロータ７は、回転軸６に固定されているロータ鉄心８と、ロータ鉄心８の外周部に埋め込まれている複数のロータ磁石９とを有している。ロータ７は、回転軸６と一体に回転する。

ハウジング１には、ステータ１０が固定されている。ステータ１０は、ハウジング１に固定されているステータ鉄心１１と、ステータ鉄心１１に設けられている複数のステータコイル１２とを有している。ステータ１０は、隙間を介してロータ７に対向している。

回転軸６は、軸方向のフロントハウジング２側の端部である第１の端部６ａと、軸方向のリヤハウジング３側の端部である第２の端部６ｂとを有している。第１の端部６ａは、第１の軸受４を貫通して、ハウジング１外へ突出している。第２の端部６ｂは、リヤ開口３ａ内で第２の軸受５に保持されている。

回転軸６の軸方向の第２の端部６ｂ側の端面６ｃには、凹部６ｄが設けられている。凹部６ｄは、端面６ｃの中央に設けられている。凹部６ｄの正面形状は、円形である。回転軸６は、磁性体により構成されている。これにより、回転軸６の凹部６ｄの周囲は、磁性体により構成されている。

凹部６ｄ内には、平板状の磁気発生体１３が設けられている。磁気発生体１３は、回転軸６と一体に回転する。この例では、磁気発生体１３が端面６ｃから突出しないように、磁気発生体１３の全体が凹部６ｄ内に収容されている。

また、凹部６ｄ及び磁気発生体１３は、第２の軸受５の内側に配置されている。即ち、凹部６ｄ及び磁気発生体１３は、回転軸６の軸方向について第２の軸受５と同じ位置に配置されている。さらに、端面６ｃは、第２の軸受５のロータ７とは反対側の端面と面一である。

リヤハウジング３のフロントハウジング２とは反対側の面には、センサ基板１４が固定されている。センサ基板１４は、プリント基板である。また、センサ基板１４は、例えば複数のボルトによりリヤハウジング３に固定されている。さらに、センサ基板１４は、リヤ開口３ａを塞いでいる。

センサ基板１４には、磁気式センサ１５が設けられている。磁気式センサ１５は、隙間を介して磁気発生体１３に対向している。磁気式センサ１５としては、例えば磁気抵抗素子が用いられている。磁気抵抗素子としては、例えば、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子、又はトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子が用いられている。

磁気発生体１３の磁気式センサ１５に対向する面は、端面６ｃと面一、又は端面６ｃよりもセンサ基板１４から離れている。

回転角度検出装置１６は、磁気発生体１３、センサ基板１４及び磁気式センサ１５を有している。また、回転角度検出装置１６は、回転軸６の回転角度に応じた信号を発生する。回転電機がモータである場合、回転角度検出装置１６で発生した信号は、モータの回転を制御する制御部（図示せず）に送られる。

回転軸６の軸方向のリヤ開口３ａの長さ寸法Ｌは、回転軸６の軸方向の第２の軸受５の寸法よりも大きい。これにより、リヤ開口３ａ内の第２の軸受５とセンサ基板１４との間には、空間１７が形成されている。磁気式センサ１５は、空間１７内に配置されている。

リヤハウジング３のフロントハウジング２とは反対側の面には、カバー１８が固定されている。カバー１８は、磁性体、例えば鋼板により構成されている。また、カバー１８は、回転軸６の径及びセンサ基板１４よりも大きく、回転角度検出装置１６を覆っている。さらに、カバー１８は、例えば複数のボルトにより、回転軸６の径方向のセンサ基板１４よりも外側で、リヤハウジング３に固定されている。

図２は図１の回転電機の一部を示す背面図であり、リヤハウジング３からカバー１８を取り外してセンサ基板１４を見た状態を示している。また、図１の上下方向の中央部は、図２のＩ−Ｉ線に沿った断面を示している。凹部６ｄの正面形状は、円形である。

図３は図１の回転軸６の端面６ｃを示す正面図である。磁気発生体１３は、２つの永久磁石を一体化したものである。２つの永久磁石は、回転軸６の軸方向に互いに逆向きに磁化されている。即ち、一方の永久磁石のＮ極と他方の永久磁石のＳ極とが磁気式センサ１５に対向している。

磁気発生体１３の側面、即ち外周面は、凹部６ｄの内周面に沿っている一対の円弧面１３ａと、凹部６ｄの内周面から離れている位置決め部としての一対の平面部１３ｂとから構成されている。平面部１３ｂは、円弧面１３ａの周方向の端部間をそれぞれ直線的に接続している。

また、平面部１３ｂは、互いに平行である。さらに、各平面部１３ｂは、回転軸６の軸方向に沿って見ると、凹部６ｄの円周上の２点を結ぶ弦である。このように、図３の磁気発生体１３は、円板の側面を平行に２面カットしたものである。

図４は図３の磁気発生体１３の第１の変形例を示す正面図である。第１の変形例では、磁気発生体１３の側面に、平面部１３ｂが１箇所だけ設けられている。即ち、図４の磁気発生体１３は、円板の側面を１面だけカットしたものである。磁気発生体１３の側面の平面部１３ｂ以外の部分は、円弧面１３ａである。

図５は図３の磁気発生体１３の第２の変形例を示す正面図である。第２の変形例では、磁気発生体１３の側面に位置決め部としての一対の切欠部１３ｃが設けられている。切欠部１３ｃは、磁気発生体１３を構成する２つの永久磁石の境界部に配置されている。

ロータ磁石９とステータコイル１２との相対角度を検出するために、磁気発生体１３は、ロータ磁石９に対してある角度に合わせる必要がある。即ち、磁気発生体１３は、回転軸６の周方向に位置決めする必要がある。位置決め部である平面部１３ｂ又は切欠部１３ｃは、磁気発生体１３の周方向の位置決めのために使用される。

磁気発生体１３は、接着剤により凹部６ｄ内に固定されている。磁気発生体１３を凹部６ｄ内に挿入した後、接着剤が硬化する前に、治具又は作業者の指を平面部１３ｂ又は切欠部１３ｃに引っ掛けて磁気発生体１３を回転させ、磁気発生体１３の周方向の位置決めが行われる。この後、接着剤を硬化させる。回転軸６の端面６ｃには、磁気発生体１３の位置決めを行う際の目印が設けられている。

このような回転電機では、磁気発生体１３が凹部６ｄ内に設けられているため、磁気式センサ１５を端面６ｃに近付けて配置することができ、全体の軸方向寸法を縮小することができる。

端面６ｃに凹部が設けられていない場合、磁気発生体１３の厚さ分だけ磁気式センサ１５が端面６ｃから離れるため、リヤハウジング３の厚さ寸法が大きくなる。これに対して、端面６ｃに凹部６ｄを設けて、磁気発生体１３を凹部６ｄ内に収容することにより、リヤハウジング３の厚さ寸法を縮小することができる。

また、回転軸６を磁性体により構成し、かつ、磁気発生体１３を、ホルダに収容せずに、そのまま凹部６ｄに収容したので、コストを低減できるとともに、図６の破線矢印で示す磁気発生体１３からの磁界を強めることができる。

ホルダに入れられた磁石材料を磁化する場合、ホルダの材料として、例えば樹脂又は真鍮が用いられる。このような非磁性体からなるホルダを介して磁気発生体１３を凹部６ｄに入れた場合、ホルダを介在させない場合に比べて、磁気発生体１３からの磁界が弱くなる。

実施の形態１では、凹部６ｄの正面形状を円形とし、磁気発生体１３の側面に、円弧面１３ａと、位置決め部である平面部１３ｂ又は切欠部１３ｃとを設けたので、磁気発生体１３の周方向の位置決めを容易に、かつ、より正確に行うことができる。

このように、実施の形態１の回転電機では、軸方向寸法を縮小しつつ、回転軸６の周方向への磁気発生体１３の位置決めを容易に行うことができる。

また、凹部６ｄの周囲が磁性体で構成されているので、ノイズ磁界に対する磁界シールドを構成できる。
さらに、ホルダを省略することにより、回転軸６の肉厚（ 内外径差）を増加でき、軸強度を向上、又は第２の軸受５の小型化を図ることができる。

さらにまた、位置決め部として平面部１３ｂ又は切欠部１３ｃを用いたので、簡単な加工で磁界の角度を特定することができる。磁気発生体１３として、例えば、磁石粉と樹脂とを混合して射出成形したボンド磁石（プラスチック磁石ともいう）を用いる場合、形状が多少複雑になっても、成形金型により磁気発生体１３を容易に製造することができる。

また、回転角度検出装置１６をカバー１８により覆ったので、ノイズとなる磁界が回転電機の外部から印可されても角度検出性能の悪化を防ぐことができる。

なお、位置決め部は、平面及び切欠部に限定されないが、磁気発生体の磁界の角度を特定できる形状とするのが好適である。円弧面の周方向の長さ寸法は、位置決め部の周方向の長さ寸法よりも大きくするのが好適である。
また、位置決め部として、磁気発生体の磁気式センサに対向する面に目印を付し、目視又は画像センサで位置決めを行ってもよい。
さらに、位置決め部の数は、３つ以上であってもよい。
さらにまた、上記の例では、磁気発生体１３の磁気式センサ１５に対向する面に２つの磁極が形成されているが、磁気式センサに対向する磁気発生体の磁極の数はこれに限定されるものではなく、例えば４つでもよい。

また、実施の形態１では、磁気発生体１３の全体を凹部６ｄ内に収容したが、磁気式センサ１５の端部を端面６ｃから突出させてもよく、磁気発生体１３の少なくとも一部が凹部６ｄ内に収容されていれば、その分だけ回転電機の軸方向寸法を縮小することができる。
さらに、上記の例では、回転軸６全体を磁性体で構成したが、例えば、凹部６ｄの周囲を磁性体で構成し、他の部分を非磁性体で構成してもよい。
さらにまた、磁気式センサ１５は、磁気抵抗素子に限定されるものではなく、例えば、ホール素子、ホールＩＣ、又は磁気エンコーダであってもよい。

ここで、図７はこの発明の回転電機の適用例であるエレベータのかごの一部を示す正面図、図８は図７のかごの一部を示す側面図である。かご２１の乗場側の面である前面には、かご出入口２１ａが設けられている。かご出入口２１ａは、第１及び第２のかごドア２２ａ，２２ｂにより開閉される。第１及び第２のかごドア２２ａ，２２ｂは、ドアパネル２３と、ドアパネル２３の上部に固定されているドアハンガ２４とをそれぞれ有している。各ドアハンガ２４には、複数のハンガローラ２５が設けられている。

かご２１の前面の上部には、桁２７が固定されている。桁２７には、ハンガレール２８が設けられている。第１及び第２のかごドア２２ａ，２２ｂは、ハンガレール２８から吊り下げられており、かご出入口２１ａの開閉時にハンガレール２８に沿って移動する。また、ハンガローラ２５は、第１及び第２のかごドア２２ａ，２２ｂの開閉動作時にハンガレール２８上を転がりながら移動する。

かご出入口２１ａの幅方向の桁２７の一端部には、回転電機であるドアモータ２９が固定されている。ドアモータ２９としては、上記の実施の形態１の回転電機を用いることができる。ドアモータ２９の回転軸６の第１の端部６ａには、第１のプーリ３０が固定されている。

かご出入口２１ａの幅方向の桁２７の他端部には、第２のプーリ３１が回転可能に設けられている。第１のプーリ３０と第２のプーリ３１には、無端状のベルト３２が巻かれている。

第１のかごドア２２ａは、第１の接続部材３３ａを介してベルト３２の上側部分に接続されている。第２のかごドア２２ｂは、第２の接続部材３３ｂを介してベルト３２の下側部分に接続されている。ドアモータ２９により第１のプーリ３０を回転させることにより、第１及び第２のかごドア２２ａ，２２ｂがハンガレール２８に沿って開閉動作する。

ドアモータ２９は、かご２１の前面の前方に配置されている。かご２１の天井２１ｂは、ドアモータ２９よりも上方に位置している。言い換えると、ドアモータ２９は、天井２１ｂよりも低い位置に配置されている。

また、ドアモータ２９は、その回転角度検出装置１６が配置されている側の端部が桁２７に対向している。桁２７は、磁性体により構成されている。これにより、桁２７のドアモータ２９に対向する部分も、磁性体により構成されている。この例では、ドアモータ２９が桁２７に近接して配置されており、カバー１８が省略されている。

このようなエレベータのかご２１では、上記の実施の形態で示したような薄型の回転電機をドアモータ２９として使用しているため、ドア装置の大きさを変更することなく、天井２１ｂを高くし、かご２１の意匠性を向上させることができる。

ドアモータ２９の軸方向寸法が大きい場合、ドアモータ２９をかご２１の前方に配置することができず、天井２１ｂの上に配置する必要が生じる。この場合、ドアモータ２９の出力を天井２１ｂ上から第１のプーリ３０まで伝達する機構が必要となり、ドア装置が大型化する。

また、カバー１８を省略することにより、ドアモータ２９の軸方向寸法をさらに縮小することができる。そして、桁２７のドアモータ２９に対向する部分を磁性体で構成することにより、カバー１８を省略しても、外部からのノイズとなる磁界に対して角度検出性能の悪化を防ぐことができる。

なお、上記の例では、桁２７全体を磁性体で構成したが、例えば、ドアモータに対向する部分を磁性体で構成し、他の部分を非磁性体で構成してもよい。
また、上記の例では、この発明のドア装置をエレベータのかごドア装置に適用したが、この発明は、他のドア装置にも適用できる。
さらに、この発明の回転電機は、エレベータのドアモータ２９以外の電動機、発電機、及び発電電動機にも適用できる。

１ ハウジング、５ 第２の軸受、６ 回転軸、６ｂ 第２の端部、６ｃ 端面、６ｄ 凹部、７ ロータ、１０ ステータ、１３ 磁気発生体、１３ａ 円弧面、１３ｂ 平面部（位置決め部）、１３ｃ 切欠部（位置決め部）、１５ 磁気式センサ、１６ 回転角度検出装置、１８ カバー、２１ａ かご出入口、２３ ドアパネル、２７ 桁、２９ ドアモータ（回転電機）。

Claims (8)

1. ハウジング、
   前記ハウジングに設けられているステータ、
   前記ハウジングに回転可能に設けられている回転軸、
   前記回転軸に設けられているロータ、及び
   前記回転軸の軸方向の端部に設けられている磁気発生体と、前記磁気発生体に対向している磁気式センサとを有しており、前記回転軸の回転角度に応じた信号を発生する回転角度検出装置
   を備え、
   前記回転軸の軸方向の端面には、凹部が設けられており、
   前記磁気発生体は、前記凹部内に設けられており、
   前記回転軸の前記凹部の周囲は、磁性体により構成されており、
   前記磁気発生体は、前記回転軸の軸方向に磁化されており、
   前記磁気発生体の前記磁気式センサに対向する面には、複数の磁極が形成されており、
   前記凹部の正面形状は円形であり、
   前記磁気発生体の側面には、前記凹部の内周面に沿っている円弧面が設けられており、
   前記磁気発生体は、前記回転軸の周方向への前記磁気発生体の位置決めのための位置決め部を有しており、
   前記円弧面と前記位置決め部とは、前記磁気発生体の側面に連続して形成されている回転電機。
2. 前記位置決め部は、前記磁気発生体の側面に設けられ、前記円弧面の周方向の端部間を直線的に接続する平面部である請求項１記載の回転電機。
3. 前記位置決め部は、前記磁気発生体の側面に設けられている切欠部である請求項１記載の回転電機。
4. 前記磁気発生体の全体が前記凹部に収容されている請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の回転電機。
5. 前記ハウジングと前記回転軸との間に設けられている軸受
   をさらに備え、
   前記凹部及び前記磁気発生体は、前記軸受の内側に配置されている請求項１から請求項４までのいずれか１項記載の回転電機。
6. 前記ハウジングには、前記回転軸の径よりも大きく、前記磁気発生体及び前記磁気式センサを覆う磁性体製のカバーが設けられている請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の回転電機。
7. 出入口を開閉するドアパネル、
   前記ドアパネルの上方に配置されている桁、及び
   前記桁に設けられており、前記ドアパネルを移動させるドアモータである請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の回転電機
   を備えているドア装置。
8. 前記ドアモータの前記回転角度検出装置が配置されている側の端部が前記桁に対向しており、
   前記桁の前記ドアモータに対向する部分は、磁性体により構成されている請求項７記載のドア装置。

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