JP6461438B1

JP6461438B1 - 回転電機

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Publication number: JP6461438B1
Application number: JP2018534995A
Authority: JP
Inventors: 山本　幸弘; 幸弘山本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-05-26
Filing date: 2017-05-26
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2037-05-26
Also published as: WO2018216200A1; CN110651416B; CN110651416A; JPWO2018216200A1

Abstract

回転電機において、回転電機本体は、ハウジングと回転軸とを有している。回転軸の回転角度を検出する角度検出器は、回転軸の軸方向の端部に設けられている磁気発生体と、ハウジングに設けられているセンサ基板と、センサ基板に設けられている磁気式センサとを有している。センサ基板は、回転電機本体の軸方向のハウジングの端面に取り付けられており、かつハウジングに対して回転軸の軸心線を中心として回転可能になっている。センサ基板の軸心線を中心とした取付角度は、ハウジングの外側から調整及び固定可能になっている。

Description

この発明は、磁気発生体と磁気式センサとを組み合わせた角度検出器により回転軸の回転角度を検出する回転電機に関するものである。

角度検出器を用いて回転電機を制御する場合、角度検出器からの出力信号の基準位置と、回転電機の磁極位置、例えば、Ｕ相の０・の位置とを合わせる必要がある。このような位置合わせの方法として、ソフトウェアで磁極位置を学習する方法、又は角度検出器の取付角度を調整する方法が一般的に行われている。

例えば、特許文献１、２に示された従来の角度検出器では、回転軸に永久磁石が取り付けられている。また、センサ基板には、ホール素子が実装されている。ホール素子は、永久磁石に対向している。さらに、センサ基板には複数の長孔が設けられている。そして、角度検出器と回転電機の磁極との位置合わせは、センサ基板を周方向に回転させることで実施される。

また、特許文献３に示された従来の角度検出器は、ロータの軸端に配置された永久磁石と、永久磁石に対向する磁気アレイセンサとを有している。そして、角度検出器と回転電機の磁極との位置合わせは、ソフトウェアを用いて実施される。

特開平９-１８２４０３号公報特許第５３１４０６７号公報特開２００７-８９３１２号公報

上記のような従来の回転電機において、角度検出器の取付角度の調整により、角度検出器と回転電機の磁極との位置合わせを行う方法としては、磁気式センサが実装されたセンサ基板の取付角度を調整する方法と、永久磁石の取付角度を調整する方法とが考えられる。

しかし、永久磁石の取付角度を調整する方法では、永久磁石に対向するセンサ基板を調整毎に取り外す必要があるため、作業性が悪い。また、センサ基板の取付角度を調整する方法、即ち特許文献１、２に示された方法では、センサ基板が回転電機の内部に配置されているため、回転電機の外部からの調整は容易ではない。

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、角度検出器の取付角度の調整をより簡単に行う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、ハウジングと、ハウジングに対して回転可能な回転軸とを有している回転電機本体、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、ハウジングに設けられているセンサ基板と、センサ基板に設けられており、かつ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、回転軸の回転角度を検出する角度検出器を備え、センサ基板は、回転電機本体の軸方向のハウジングの端面に取り付けられており、かつハウジングに対して回転軸の軸心線を中心として回転可能になっており、センサ基板の軸心線を中心とした取付角度は、ハウジングの外側から調整及び固定可能になっている。

この発明の回転電機は、センサ基板が回転電機本体の軸方向のハウジングの端面に取り付けられており、センサ基板の軸心線を中心とした取付角度がハウジングの外側から調整及び固定可能になっているので、角度検出器の取付角度の調整をより簡単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の角度検出器を示す正面図である。この発明の実施の形態２による回転電機の断面図である。図３の角度検出器を示す正面図である。この発明の実施の形態３による回転電機の断面図である。この発明の実施の形態４による回転電機の断面図である。図６の角度検出器を示す正面図である。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。

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、回転電機本体１は、ハウジング２、第１の主軸受３ａ、第２の主軸受３ｂ、回転軸４、ステータ５、及びロータ６を有している。

ハウジング２は、互いに対向する第１及び第２の平板部２ａ，２ｂを有している。第１の平板部２ａは、回転電機本体１の軸方向の一端部に配置されている。第２の平板部２ｂは、回転電機本体１の軸方向の他端部に配置されている。第２の平板部２ｂの厚さ寸法は、第１の平板部２ａの厚さ寸法よりも大きい。

第１の平板部２ａには、第１の平板部２ａを貫通する第１の開口２ｃが設けられている。第２の平板部２ｂには、第２の平板部２ｂを貫通する第２の開口２ｄが設けられている。第２の開口２ｄは、第１の開口２ｃに対向している。

第１の主軸受３ａは、第１の開口２ｃ内に固定されている。第２の主軸受３ｂは、第２の開口２ｄ内に固定されている。回転軸４は、第１及び第２の主軸受３ａ，３ｂを介してハウジング２に水平に支持されている。また、回転軸４は、ハウジング２に対して回転可能である。

さらに、回転軸４は、軸方向の一端部である第１の端部４ａと、軸方向の他端部である第２の端部４ｂとを有している。第１の端部４ａは、第１の主軸受３ａを貫通してハウジング２外へ突出している。第２の端部４ｂは、第２の主軸受３ｂを貫通して第２の開口２ｄ内に突出している。即ち、第２の端部４ｂは、第２の平板部２ｂの厚さの範囲内で、第２の開口２ｄ内に位置している。

ステータ５は、ハウジング２に固定されているステータコア７と、ステータコア７に巻かれている複数のステータコイル８とを有している。

ロータ６は、回転軸４に固定されており、回転軸４と一体に回転する。ロータ６の外周面は、隙間を介してステータコア７の内周面に対向している。

回転電機本体１には、回転軸４の回転角度を検出する角度検出器１１が設けられている。角度検出器１１は、磁気発生体１２、角度調整部材１３、複数の調整部材固定具１４、センサ基板１５、複数の基板固定具１６、及び磁気式センサ１７を有している。

磁気発生体１２は、回転軸４の第２の端部４ｂに固定されている。磁気発生体１２としては、例えば、単体の永久磁石、又は複数の永久磁石を組み合わせた磁石集合体が用いられている。磁気発生体１２の中心は、回転軸４の軸心線Ｃ上に位置している。

角度調整部材１３は、円形の平板である。また、角度調整部材１３は、複数の調整部材固定具１４により、ハウジング２に固定されている。具体的には、角度調整部材１３は、回転電機本体１の軸方向のハウジング２の両端面のうち、角度検出器１１側の端面２ｅに固定されている。各調整部材固定具１４としては、例えばボルトが用いられている。調整部材固定具１４としてボルトを用いる場合、ハウジング２の第２の開口２ｄの周縁部には、複数のねじ穴が設けられている。

センサ基板１５は、複数の基板固定具１６により角度調整部材１３に固定されている。基板固定具１６としては、例えばボルトが用いられている。

磁気式センサ１７としては、例えば磁気抵抗素子が用いられている。磁気式センサ１７は、センサ基板１５の中央に実装されている。また、磁気式センサ１７は、軸心線Ｃの延長上で磁気発生体１２に対向している。

さらに、磁気式センサ１７は、磁気発生体１２から受ける磁気の状態から軸心線Ｃの回りの位相を検出する。即ち、磁気式センサ１７は、回転軸４の回転角度に応じた信号を出力する。磁気式センサ１７から出力された信号は、回転電機を制御する制御部（図示せず）に入力される。

図２は図１の角度検出器１１を示す正面図である。角度調整部材１３には、複数の調整部材長孔１３ａが設けられている。各調整部材長孔１３ａは、軸心線Ｃを中心とした円の一部に沿う円弧状である。各調整部材固定具１４は、対応する調整部材長孔１３ａに通されてハウジング２に止められている。

調整部材固定具１４を緩めることにより、角度調整部材１３は、軸心線Ｃを中心として回転可能となる。即ち、センサ基板１５は、ハウジング２に対して軸心線Ｃを中心として回転可能になっている。これにより、センサ基板１５の軸心線Ｃを中心とした取付角度は、ハウジング２の外側から調整及び固定可能になっている。

角度検出器１１の取付角度の調整を行う場合、まず調整部材固定具１４を緩めておき、軸心線Ｃを中心として角度調整部材１３を周方向に回転させ、磁極の位置を調整する。そして、磁極位置の調整後に、調整部材固定具１４を締め付けて角度調整部材１３をハウジング２に固定する。

このような回転電機では、センサ基板１５が角度調整部材１３を介してハウジング２の端面２ｅに取り付けられており、角度調整部材１３及びセンサ基板１５が、ハウジング２に対して軸心線Ｃを中心として一体に回転可能になっている。そして、センサ基板１５の軸心線Ｃを中心とした取付角度が、ハウジング２の外側から調整及び固定可能になっている。このため、角度検出器１１の取付角度の調整をより簡単に行うことができ、磁極の位置合わせを容易に行うことができる。

また、センサ基板１５の引出線の配置も容易にすることができる。
さらに、角度調整部材１３を介してセンサ基板１５をハウジング２に取り付けたので、センサ基板１５に大きな変更を加えることなく、磁気式センサ１７の取付角度を容易に調整することができる。
さらにまた、角度調整部材１３の材料として、ハウジング２の材料よりも熱伝達率が低い材料を使用することで、回転電機本体１で発生した熱がセンサ基板１５に伝わりにくくすることができる。

また、角度調整部材１３に円弧状の調整部材長孔１３ａが設けられており、調整部材固定具１４は調整部材長孔１３ａに通されてハウジング２に止められているので、簡単な構成により、角度調整部材１３及びセンサ基板１５を、軸心線Ｃを中心として回転させることができる。

なお、調整部材固定具１４及び調整部材長孔１３ａの数は、上記の例に限定されるものではない。

実施の形態２．
次に、図３はこの発明の実施の形態２による回転電機の断面図、図４は図３の角度検出器１１を示す正面図である。第２の開口２ｄの内周面には、軸心線Ｃを中心とした複数の円弧状のガイド溝２ｆが設けられている。各ガイド溝２ｆは、第２の開口２ｄの内周面から回転軸４の径方向外側へ向けて設けられている。各ガイド溝２ｆの底面は、軸心線を中心とした円弧状である。

各ガイド溝２ｆ内には、そのガイド溝２ｆの底面に沿って移動可能な円板状の挟み込み部材１８が設けられている。ハウジング２の第２の平板部２ｂには、ハウジング２の端面２ｅとガイド溝２ｆとを繋ぐ複数のハウジング長孔２ｇが設けられている。各ハウジング長孔２ｇは、軸心線Ｃを中心とした円弧状である。

各調整部材固定具１４は、角度調整部材１３を貫通し、対応するハウジング長孔２ｇに通されて挟み込み部材１８に止められている。調整部材固定具１４としてボルトを用いる場合、各挟み込み部材１８には、ねじ孔が設けられている。

調整部材固定具１４を挟み込み部材１８に締め込むことにより、ハウジング２の端面２ｅとガイド溝２ｆとの間の部分が、角度調整部材１３と挟み込み部材１８との間に挟み込まれて角度調整部材１３がハウジング２に固定されている。

角度調整部材１３及び挟み込み部材１８は、調整部材固定具１４を緩めることにより、軸心線Ｃを中心として回転可能となる。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような構成によっても、センサ基板１５の軸心線Ｃを中心とした取付角度が、ハウジング２の外側から調整及び固定可能になっている。このため、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、円板状の挟み込み部材１８を用いることにより、角度検出器１１の取付角度の調整を行う際に、角度調整部材１３をスムーズに回転させることができる。

なお、挟み込み部材１８の形状は円板状に限定されず、ガイド溝２ｆの底面に沿って移動させることができれば他の形状であってもよい。
また、調整部材固定具１４、ガイド溝２ｆ、挟み込み部材１８及びハウジング長孔２ｇの数は、上記の例に限定されるものではない。
さらに、実施の形態２では、ハウジング２とセンサ基板１５との間に角度調整部材１３を介在させたが、角度調整部材１３を省略し、図４よりも大きいセンサ基板１５を用い、基板固定具１６をハウジング長孔２ｇに通して挟み込み部材１８に止める構成としてもよい。

実施の形態３．
次に、図５はこの発明の実施の形態３による回転電機の断面図である。実施の形態３の角度検出器１１を示す正面図は、図２と同様である。実施の形態３では、端面２ｅの第２の開口２ｄの周縁部に、円環状の第１の凹部２ｈが設けられている。第１の凹部２ｈの底面の第２の開口２ｄの周縁部には、第１の凹部２ｈの底面をロータ６側へさらに掘り下げた円環状の第２の凹部２ｉが設けられている。

角度調整部材１３は、第１の凹部２ｈに収容されている。第１の凹部２ｈの深さ寸法は、角度調整部材１３の厚さ寸法と同じである。ハウジング２と角度調整部材１３との間に、補助軸受１９が設けられている。補助軸受１９は、第２の凹部２ｉに収容されている。

補助軸受１９の内輪は、第２の凹部２ｉの底面でハウジング２に固定されている。角度調整部材１３には、ロータ６側へ突出した円環状の突起１３ｂが設けられている。突起１３ｂの内周面は、補助軸受１９の外輪の外周面に固定されている。他の構成は、実施の形態１と同様である。

また、ハウジング２と角度調整部材１３との間に補助軸受１９が設けられているので、角度検出器１１の取付角度の調整を行う際に、角度調整部材１３をスムーズに回転させることができる。

実施の形態４．
次に、図６はこの発明の実施の形態４による回転電機の断面図、図７は図６の角度検出器１１を示す正面図である。実施の形態４では、実施の形態１よりも大きいセンサ基板１５が用いられている。そして、実施の形態１の角度調整部材１３及び調整部材固定具１４が省略され、基板固定具１６によりセンサ基板１５がハウジング２に直接取り付けられている。

図７に示すように、センサ基板１５には、複数の基板長孔１５ａが設けられている。この例では、基板長孔１５ａは、センサ基板１５の四隅に設けられている。各基板長孔１５ａは、軸心線Ｃを中心とする円弧状である。各基板固定具１６は、対応する基板長孔１５ａに通されてハウジング２に止められている。

実施の形態４の角度検出器１１は、磁気発生体１２、センサ基板１５、基板固定具１６、及び磁気式センサ１７を有している。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような構成によっても、センサ基板１５の軸心線Ｃを中心とした取付角度が、ハウジング２の外側から調整及び固定可能になっている。このため、角度検出器１１の取付角度の調整をより簡単に行うことができ、磁極の位置合わせを容易に行うことができる。

また、センサ基板１５の引出線の配置も容易にすることができる。
さらに、部品点数の増加を抑えて、構成を簡単にすることができる。

なお、実施の形態４のセンサ基板１５とハウジング２との間に、実施の形態３で示した補助軸受１９を設けてもよい。

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、実施の形態１〜４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１の端部４ａ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。

このようなエレベータのドア装置では、センサ基板１５の軸心線Ｃを中心とした取付角度が、ハウジング２の外側から調整及び固定可能になっているため、桁２７とドアモータ２９との間の空間が狭い場合であっても、角度検出器１１の取付角度の調整をより簡単に行うことができ、磁極の位置合わせを容易に行うことができる。

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１７は、磁気抵抗素子に限定されるものではない。

１回転電機本体、２ハウジング、２ｄ第２の開口、２ｆガイド溝、２ｇハウジング長孔、４回転軸、４ｂ第２の端部、１１角度検出器、１２磁気発生体、１３角度調整部材、１３ａ調整部材長孔、１４調整部材固定具、１５センサ基板、１５ａ基板長孔、１６基板固定具、１７磁気式センサ、１８挟み込み部材、１９補助軸受、２９ドアモータ（回転電機）。

Claims

ハウジングと、前記ハウジングに対して回転可能な回転軸とを有している回転電機本体、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、前記ハウジングに設けられているセンサ基板と、前記センサ基板に設けられており、かつ前記回転軸の軸心線の延長上で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を検出する角度検出器
を備え、
前記センサ基板は、前記回転電機本体の軸方向の前記ハウジングの端面に取り付けられており、かつ前記ハウジングに対して前記回転軸の前記軸心線を中心として回転可能になっており、
前記センサ基板の前記軸心線を中心とした取付角度は、前記ハウジングの外側から調整及び固定可能になっており、
前記角度検出器は、
前記軸心線を中心として回転可能に、前記ハウジングの前記端面に取り付けられている角度調整部材と、
前記角度調整部材を前記ハウジングに固定する調整部材固定具と
をさらに有しており、
前記センサ基板は、前記角度調整部材に取り付けられており、
前記ハウジングと前記角度調整部材との間に補助軸受が設けられている回転電機。
ハウジングと、前記ハウジングに対して回転可能な回転軸とを有している回転電機本体、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、前記ハウジングに設けられているセンサ基板と、前記センサ基板に設けられており、かつ前記回転軸の軸心線の延長上で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を検出する角度検出器
を備え、
前記センサ基板は、前記回転電機本体の軸方向の前記ハウジングの端面に取り付けられており、かつ前記ハウジングに対して前記回転軸の前記軸心線を中心として回転可能になっており、
前記センサ基板の前記軸心線を中心とした取付角度は、前記ハウジングの外側から調整及び固定可能になっており、
前記角度検出器は、
前記軸心線を中心として回転可能に、前記ハウジングの前記端面に取り付けられている角度調整部材と、
前記角度調整部材を前記ハウジングに固定する調整部材固定具と
をさらに有しており、
前記センサ基板は、前記角度調整部材に取り付けられており、
前記ハウジングには、開口が設けられており、
前記回転軸の前記端部は、前記開口内に位置しており、
前記開口の内周面には、前記軸心線を中心とした円弧状のガイド溝が設けられており、
前記ガイド溝内には、前記ガイド溝に沿って移動可能な挟み込み部材が設けられており、
前記ハウジングには、前記ハウジングの前記端面と前記ガイド溝とを繋ぐハウジング長孔が設けられており、
前記ハウジング長孔は、前記軸心線を中心とした円弧状であり、
前記調整部材固定具は、前記角度調整部材を貫通し、前記ハウジング長孔に通されて前記挟み込み部材に止められており、
前記調整部材固定具を前記挟み込み部材に締め込むことにより、前記ハウジングの前記端面と前記ガイド溝との間の部分が、前記角度調整部材と前記挟み込み部材との間に挟み込まれて前記角度調整部材が前記ハウジングに固定され、
前記調整部材固定具を緩めることにより、前記角度調整部材及び前記挟み込み部材が前記軸心線を中心として回転可能となる回転電機。
前記角度調整部材には、前記軸心線を中心とした円弧状の調整部材長孔が設けられており、
前記調整部材固定具は、前記調整部材長孔に通されて前記ハウジングに止められている請求項１記載の回転電機。
前記角度調整部材は、前記ハウジングよりも熱伝達率が低い材料で構成されている請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の回転電機。
ハウジングと、前記ハウジングに対して回転可能な回転軸とを有している回転電機本体、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、前記ハウジングに設けられているセンサ基板と、前記センサ基板に設けられており、かつ前記回転軸の軸心線の延長上で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を検出する角度検出器
を備え、
前記センサ基板は、前記回転電機本体の軸方向の前記ハウジングの端面に取り付けられており、かつ前記ハウジングに対して前記回転軸の前記軸心線を中心として回転可能になっており、
前記センサ基板の前記軸心線を中心とした取付角度は、前記ハウジングの外側から調整及び固定可能になっており、
前記角度検出器は、前記ハウジングの前記端面に前記センサ基板を固定する基板固定具をさらに有しており、
前記センサ基板には、前記軸心線を中心とした円弧状の基板長孔が設けられており、
前記基板固定具は、前記基板長孔に通されて前記ハウジングに止められている回転電機。