JP6373532B1 - 回転電機 - Google Patents

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Abstract

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ている。回転角度検出装置は、回転軸の軸方向の端面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いる。端面には、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。

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に関するものである。
従来のブラシレスモータでは、モータハウジングに一対の軸受を介して回転軸が回転可能に支持されている。回転軸の軸方向の一方の端面には、一対の永久磁石が固定されている。一方の軸受の外輪には、センサ取付部材が固定されている。センサ取付部材には、回路基板が固定されている。回路基板には、角度検出部が設けられている。角度検出部は、磁気アレイセンサを含んでいる。磁気アレイセンサは、永久磁石に対向している(例えば、特許文献1参照)。
特開2007−89312号公報
上記のような従来のブラシレスモータでは、永久磁石の全体が回転軸の端面から角度検出部へ向けて突出しているため、永久磁石の厚さ寸法分だけモータ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。
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、軸方向寸法を縮小することができる回転電機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、ハウジングに回転可能に設けられている回転軸、ハウジングと回転軸との間に設けられている軸受、ハウジングに設けられているステータ、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、凹部及び磁気発生体は、軸受の内側に配置されている。
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、凹部内に磁気発生体が設けられており、凹部及び磁気発生体が軸受の内側に配置されているので、軸方向寸法を縮小することができる。
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の磁気発生ユニットを示す正面図である。 図2のIII−III線に沿う断面図である。 図2の磁気発生ユニットの変形例を示す正面図である。 図4のV−V線に沿う断面図である。 この発明の実施の形態2による回転電機の要部を示す正面図である。 図6のVII−VII線に沿う断面図である。 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8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、平板状の第1の軸支持部1aと、第1の軸支持部1aに対向する平板状の第2の軸支持部1bとを有している。第1の軸支持部1aの中央には、円形の第1の開口1cが設けられている。第2の軸支持部1bには、円形の第2の開口1dが設けられている。
第1の開口1cには、第1の軸受2が装着されている。第2の開口1dには、第2の軸受3が装着されている。回転軸4は、第1及び第2の軸受2,3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4には、ロータ5が設けられている。ロータ5は、回転軸4に固定されているロータ鉄心6と、ロータ鉄心6の外周部に固定されている複数のロータ磁石7とを有している。ロータ5は、回転軸4と一体に回転する。
ハウジング1には、ステータ8が固定されている。ステータ8は、ハウジング1に固定されているステータ鉄心9と、ステータ鉄心9に設けられている複数のステータコイル10とを有している。ステータ8は、隙間を介してロータ5に対向している。
回転軸4は、軸方向の第1の軸支持部1a側の端部である第1の端部4aと、軸方向の第2の軸支持部1b側の端部である第2の端部4bとを有している。第1の端部4aは、第1の開口1c内で第1の軸受2に保持されている。第2の端部4bは、第2の軸受3を貫通して、ハウジング1外へ突出している。
回転軸4の軸方向の第1の端部4a側の端面4cには、凹部4dが設けられている。凹部4dは、端面4cの中央に設けられている。凹部4dの正面形状は、円形である。
凹部4d内には、円板状の磁気発生ユニット11が設けられている。磁気発生ユニット11は、回転軸4と一体に回転する。この例では、磁気発生ユニット11が端面4cから突出しないように、磁気発生ユニット11の全体が凹部4d内に収容されている。
また、凹部4d及び磁気発生ユニット11は、第1の軸受2の内側に配置されている。即ち、凹部4d及び磁気発生ユニット11は、回転軸4の軸方向について第1の軸受2と同じ位置に配置されている。さらに、端面4cは、第2の軸受2のロータ5とは反対側の端面と面一である。
第1の軸支持部1aの第2の軸支持部1bとは反対側の面には、センサ基板12が固定されている。センサ基板12は、プリント基板である。また、センサ基板12は、例えば複数のボルトにより第1の軸支持部1aに固定されている。さらに、センサ基板12は、第1の開口1cを塞いでいる。
センサ基板12には、磁気式センサ13が設けられている。磁気式センサ13は、隙間を介して磁気発生ユニット11に対向している。磁気式センサ13としては、例えば磁気抵抗素子が用いられている。
回転角度検出装置14は、磁気発生ユニット11、センサ基板12及び磁気式センサ13を有している。また、回転角度検出装置14は、回転軸4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14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。
第1の軸支持部1aの厚さ寸法t、即ち回転軸4の軸方向の第1の開口1cの長さ寸法は、回転軸4の軸方向の第1の軸受2の寸法よりも大きい。これにより、第1の開口1c内の第1の軸受2とセンサ基板12との間には、空間15が形成されている。磁気式センサ13は、空間15内に配置されている。
図2は図1の磁気発生ユニット11を示す正面図、図3は図2のIII−III線に沿う断面図である。磁気発生ユニット11は、ケース16と、ケース16内に収容されている円板状の磁気発生体17とを有している。
ケース16は、円筒部16aと、円筒部16aの軸方向一端を塞ぐ底部16bとを有している。円筒部16aは、磁気発生体17の磁気式センサ13に対向する面よりも磁気式センサ13側へ突出している。
円筒部16aの周方向の複数箇所には、切欠16cが設けられている。切欠16cは、磁気発生体17の周方向の位置決め時に利用される。この例では、円筒部16aに2つの切欠16cが設けられている。切欠16cは、円筒部16aの中心に対して点対称に配置されている。また、切欠16cは、センサ基板12に対向している。
また、ケース16は、非磁性体により構成されている。ケース16の材料としては、例えば、樹脂、アルミニウム、又は真鍮が用いられている。
磁気発生体17は、半円形の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4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13に対向している。
磁気発生体17は、例えば、ボンド磁石の材料をケース16に射出した後、着磁することにより形成することができる。また、着磁された円板状の磁気発生体17をケース16内に嵌め込んでもよい。
ロータ磁石7とステータコイル10との相対角度を検出するために、磁気発生体17は、ロータ磁石7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17は、回転軸4の周方向に位置決めする必要がある。切欠16cは、磁気発生体17の周方向の位置決めのために使用される。
ケース16は、接着剤により凹部4d内に固定されている。ケース16を凹部4d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切欠16cに引っ掛けてケース16を回転させ、磁気発生体17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4の端面4cには、磁気発生体17の位置決めを行う際の目印が設けられている。この例では、切欠16cが2つの永久磁石の境界の延長上に配置されており、切欠16c自体が磁気発生体17側の位置決めの目印となっている。
このような回転電機では、磁気発生ユニット11が凹部4d内に設けられており、凹部4d及び磁気発生ユニット11は、第1の軸受2の内側に配置されているため、磁気式センサ13を端面4c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4cに凹部が設けられていない場合、磁気発生ユニット11の厚さ分だけ磁気式センサ13が端面4cから離れるため、第1の軸支持部1aの厚さ寸法tが大きくなる。これに対して、端面4cに凹部4dを設けて、磁気発生ユニット11を凹部4d内に収容することにより、第1の軸支持部1aの厚さ寸法tを縮小することができる。
また、磁気発生体17をケース16に収容したので、磁気発生体17を保護しつつ、磁気発生体17を凹部4d内のより正確な位置に配置することができる。
さらに、非磁性体製のケース16を用いたので、ケース16内に磁気発生体17を容易に形成することができる。
さらにまた、円筒部16aに切欠16cを設けたので、磁気発生体17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。
なお、上記の例では、2つの切欠16cを設けたが、切欠16cの数は1つ又は3つ以上であってもよい。
また、上記の例では、円筒部16aの厚さ全体に渡って切欠16cを設けたが、図4及び図5に示すように、厚さの一部に切欠16cを設けてもよい。
さらに、切欠16cを省略して、治具で磁気発生体17の位置決めを行ってもよい。
実施の形態2.
次に、図6はこの発明の実施の形態2による回転電機の要部を示す正面図、図7は図6のVII−VII線に沿う断面図である。実施の形態2では、凹部4dの内壁に内壁位置決め面4eが設けられている。また、円筒部16aの外周面の一部にケース位置決め面16dが設けられている。
内壁位置決め面4e及びケース位置決め面16dは、同じ大きさの矩形の平面である。そして、ケース位置決め面16dを内壁位置決め面4eに重ねることにより、磁気発生体17の周方向の位置決めが行われている。円筒部16aの磁気式センサ13側の端面は、磁気発生体17の磁気式センサ13側の端面と面一である。他の構成は、実施の形態1と同様である。
このような構成では、磁気発生ユニット11を凹部4dに挿入する際に、ケース位置決め面16dを内壁位置決め面4eに重ねることにより、磁気発生体17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。
また、円筒部16aの磁気式センサ13側の端面が、磁気発生体17の磁気式センサ13側の端面と面一であるため、凹部4dの深さ寸法を小さくすることができる。
なお、内壁位置決め面4e及びケース位置決め面16dの形状及び数は、上記の例に限定されない。
また、凹部4dの内壁は円形のままとし、ケース位置決め面16dと同様の平面を円筒部16aの外周の複数箇所に設けることにより、これらの平面を実施の形態1の切欠として利用することもできる。
さらに、円筒部16aの磁気式センサ13側の端面は、磁気発生体17の磁気式センサ13側の端面と面一でなくてもよい。
さらにまた、上記の例では、磁気発生体17の磁気式センサ13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、2では、磁気発生ユニット11の全体を凹部4d内に収容したが、磁気式センサ13側の端部を端面4cから突出させてもよく、磁気発生ユニット11の少なくとも一部が凹部4d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、ケース16を省略し、磁気発生体17を凹部4d内に直接配置してもよい。
ここで、図8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9は図8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、上記の実施の形態のいずれか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4の第2の端部4b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。
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。
なお、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。
また、磁気式センサ13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。
1 ハウジング、2 第1の軸受、4 回転軸、4a 第1の端部、4c 端面、4d 凹部、4e 内壁位置決め面、5 ロータ、8 ステータ、13 磁気式センサ、14 回転角度検出装置、16 ケース、16a 円筒部、16b 底部、16c 切欠、16d ケース位置決め面、17 磁気発生体、29 ドアモータ(回転電機)。

Claims (4)

  1. ハウジング、
    前記ハウジングに回転可能に設けられている回転軸、
    前記ハウジングと前記回転軸との間に設けられている軸受、
    前記ハウジングに設けられているステータ、
    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、前記磁気発生体を収容するケースと、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、
    前記磁気発生体及び前記ケースは、前記凹部内に設けられており、
    前記凹部前記磁気発生体及び前記ケースは、前記軸受の内側に配置されており、
    前記ケースは、円筒部と、前記円筒部の軸方向一端を塞ぐ底部とを有しており、
    前記円筒部には、前記回転軸に対する前記磁気発生体の周方向の位置決め時に、前記ケースを回転させるために利用される切欠が設けられている回転電機。
  2. 前記磁気発生体は、前記回転軸の軸方向に着磁されており、
    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いる請求項1記載の回転電機。
  3. 前記磁気発生体は、半円形の2つの永久磁石を一体化したものであり、
    前記切欠は、前記2つの永久磁石の境界の延長上に配置されている請求項2記載の回転電機。
  4. 前記回転軸の前記端面には、前記磁気発生体の周方向の位置決めを行う際の目印が設けられている請求項3記載の回転電機。
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