JP6881145B2 - アキシャルギャップモータ - Google Patents

Description

本発明は、アキシャルギャップモータに関するものである。

従来、例えば特許文献１に示されるように、ロータのマグネットとステータのコイルとが軸方向に対向配置されたアキシャルギャップモータがある。特許文献１のアキシャルギャップモータは、ロータの回転情報（位置や速度など）を検出するための回転検出素子を備え、その回転検出素子からの検出信号に基づいてモータの駆動が制御されるようになっている。

特開２００８−１１６１１号公報

本発明者らは、上記のようなアキシャルギャップモータにおいて、回転検出素子の検出精度を如何に向上させるかを検討していた。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、回転検出素子の検出精度を向上させることができるアキシャルギャップモータを提供することにある。

上記課題を解決するアキシャルギャップモータは、周方向に複数設けられたティースにコイルが巻装されてなるステータと、前記ステータと軸方向に対向するロータと、前記ロータの回転情報を検出するための回転検出素子とを備えたアキシャルギャップモータであって、前記ロータは、回転軸と、該回転軸に対して垂直をなすように固定された板状のロータコアと、該ロータコアに設けられたマグネットとを備え、前記マグネットは、前記ロータコアの前記ステータ側の側面に設けられ、前記ティースと軸方向に対向する主磁束部と、前記ロータコアに軸方向に貫通形成された貫通孔内に設けられ、前記ロータコアの反ステータ側に配置された前記回転検出素子と軸方向に対向するセンシング部とを有し、前記センシング部は、径方向において、前記ティースの外周側端部よりも内側の範囲に設けられており、前記アキシャルギャップモータのモータケースは、ヨークハウジングとエンドフレームとを有し、前記ヨークハウジングには第１軸受が設けられるとともに、前記エンドフレームには第２軸受が設けられ、前記ロータの前記回転軸は、前記ロータコアの軸方向両側において前記第１軸受と前記第２軸受によって回転可能に支持されており、前記ステータは、前記ヨークハウジングに固定されており、前記回転検出素子の実装された基板は、前記エンドフレームに設けられている。

この構成によれば、マグネットのセンシング部が径方向において、ティースの外周側端部よりも内側の範囲に設けられるため、ロータの回転に伴うセンシング部の軸方向のブレを抑制することができ、その結果、回転検出素子の検出精度を向上させることができる。また、センシング部がロータコアの貫通孔内に設けられるため、モータの軸方向の小型化を図ることができる。

上記アキシャルギャップモータにおいて、前記センシング部は、径方向において、前記ティースにおける外周側端部と内周側端部の間の範囲に設けられている。
この構成によれば、センシング部の磁束をティース（コイル）に対する鎖交磁束とするのに好適な構成となり、その結果、モータの出力向上に寄与できる。

上記アキシャルギャップモータにおいて、前記貫通孔及び前記センシング部は、周方向に複数設けられている。
この構成によれば、マグネットのセンシング部が周方向に複数設けられるため、ロータの回転情報を回転検出素子にて好適に検出させることができる。

上記アキシャルギャップモータにおいて、前記センシング部はボンド磁石からなり、前記貫通孔内に充填されてなる。
この構成によれば、マグネットのセンシング部をロータコアの貫通孔内に容易に形成することが可能となる。

上記アキシャルギャップモータにおいて、前記センシング部は、前記主磁束部から軸方向に延出するように該主磁束部に一体成形されている。
この構成によれば、マグネットの主磁束部とセンシング部が一体部品からなるため、部品点数の増加を抑制できる。

上記アキシャルギャップモータにおいて、前記センシング部は、前記貫通孔に対して軸方向の前記主磁束部側に向かって係止された係止部を有している。
この構成によれば、マグネットのロータコアからの脱落を抑制できる。

上記アキシャルギャップモータにおいて、前記センシング部の周方向端面は、軸方向の前記主磁束部側に向かって周方向内側に傾斜する前記係止部としての第１テーパ部を有している。

この構成によれば、センシング部の係止部（第１テーパ部）を貫通孔に対して好適に係止させることができる。
上記アキシャルギャップモータにおいて、前記センシング部の径方向端面は、軸方向の前記主磁束部側に向かって前記センシング部の径方向幅が狭まるように傾斜する前記係止部としての第２テーパ部を有している。

この構成によれば、センシング部の係止部（第２テーパ部）を貫通孔に対して好適に係止させることができる。

本発明のアキシャルギャップモータによれば、回転検出素子の検出精度を向上させることができる。

実施形態のアキシャルギャップモータの端面図。 同形態のステータコアの平面図。 同形態のロータの平面図。 同形態におけるセンシング部とティースの位置関係を説明するための模式図。 図３における５−５線断面図。 変形例のロータの平面図。 変形例のロータの断面図。

以下、アキシャルギャップモータの一実施形態について、図１〜図５に従って説明する。なお、図面では、説明の便宜上、構成の一部を誇張又は簡略化して示す場合がある。また、各部分の寸法比率についても、実際と異なる場合がある。

図１に示すように、本実施形態のアキシャルギャップモータ１０は、モータケース１１と、ステータ２０と、ロータ３０と、制御回路基板４０とを備えている。
モータケース１１は、有底円筒状のヨークハウジング１２と、ヨークハウジング１２の開口を塞ぐエンドフレーム１３とを有している。ヨークハウジング１２の底部には、第１軸受１４が設けられている。また、エンドフレーム１３には、第２軸受１５が設けられている。

ステータ２０は、モータ軸線（回転軸３１）を中心とした円環状をなすステータコア２１と、ステータコア２１に巻装されたコイル２２とを備えている。
図１及び図２に示すように、ステータコア２１は、円環板状のベース部２３と、ベース部２３に一体に形成された複数の柱状のティース２４とを有している。ベース部２３は、軸方向に対して垂直をなすようにヨークハウジング１２の底部に固定されている。各ティース２４は、ベース部２３の板面から軸方向に延出するとともに、周方向に沿って並設されている。各ティース２４の軸方向先端面２４ａは、軸方向に対して垂直な平面状に形成されている。また、各ティース２４は、軸方向視において、外周側にかけて広がる扇状をなしている。そして、各ティース２４には、コイル２２がそれぞれ巻回される。

図１に示すように、ロータ３０は、回転軸３１と、ロータコア３２と、マグネット３３とを備えている。回転軸３１は、第１軸受１４及び第２軸受１５によって回転可能に支持されている。

ロータコア３２は磁性材料からなり、円板状に形成されている。ロータコア３２の中心部には、回転軸３１が貫通されて一体回転可能に固定されている。ロータコア３２の軸方向の両側面３２ａ，３２ｂ（板面）は、軸方向に対して垂直をなしている。

マグネット３３は、ロータコア３２におけるステータ２０側の第１側面３２ａに固着された円環板状の主磁束部３４と、主磁束部３４と一体をなす複数のセンシング部３５とを備えている。なお、マグネット３３（主磁束部３４及びセンシング部３５）は、例えばボンド磁石（プラスチックマグネット、ゴムマグネットなど）よりなり、射出成形にてロータコア３２と一体成形されている。なお、ボンド磁石は、磁石粉を樹脂などのバインダで固めて成形した複合材料磁石である。磁石粉は、例えば、フェライト磁石、サマリウム鉄窒素（Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ）系磁石、サマリウムコバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）系磁石、ネオジム磁石等の磁石粉である。バインダは、例えば熱可塑性樹脂（例えばＰＰＳ）等の樹脂材である。

主磁束部３４は、各ティース２４の軸方向先端面２４ａと軸方向に対向している。主磁束部３４は、マグネット３３において、ステータ２０側に作用する磁界（ロータ３０の回転に寄与する磁界）を発する部位である。

図１及び図３に示すように、ロータコア３２には、軸方向に貫通形成された複数（本実施形態では８個）の貫通孔３２ｃが周方向等間隔に形成されている。各貫通孔３２ｃは、軸方向視において、径方向に向かい合う一対の辺が軸直交方向（径方向）と直交する四角形状をなしている。そして、各貫通孔３２ｃ内には、マグネット３３の各センシング部３５が配置されている。また、上記したように、各センシング部３５を含むマグネット３３は、射出成形にて形成されたボンド磁石からなるため、射出成形によって各貫通孔３２ｃ内に各センシング部３５が充填されるようになっている。すなわち、各センシング部３５の軸方向視の形状は、各貫通孔３２ｃと同様の形状をなしている。

各センシング部３５の軸方向先端面は、ロータコア３２における第１側面３２ａの裏側の第２側面３２ｂ（反ステータ側の側面）から露出されるとともに、後述の回転検出素子４１と軸方向に対向している。なお、各センシング部３５の軸方向先端面は、ロータコア３２の第２側面３２ｂと面一に形成されている。そして、主磁束部３４及び各センシング部３５を含むマグネット３３は、軸方向の側面において周方向に交互に異なる磁極が現れるように、軸方向に沿って磁化（着磁）されている。

図４に示すように、各センシング部３５は、径方向において、ティース２４における外周側端部２４ｂと内周側端部２４ｃの間の範囲に設けられている。さらに、本実施形態では、センシング部３５の径方向中心線Ｌ１が、ティース２４の径方向中心線Ｌ２と一致するように構成されている。

図５に示すように、各センシング部３５は、周方向両端面に係止部としての第１テーパ部３６を有している。各第１テーパ部３６は、軸方向の主磁束部３４側に向かって周方向内側に傾斜するように形成される。すなわち、センシング部３５は、主磁束部３４から軸方向に離れるにつれて、周方向幅が広がる形状をなしている。これにより、各第１テーパ部３６が貫通孔３２ｃの内面に対して軸方向の主磁束部３４側に向かって係止されるため、マグネット３３（主磁束部３４）がロータコア３２の第１側面３２ａから脱落することが抑制されている。

また、図４に示すように、各センシング部３５は、径方向両端面に係止部としての第２テーパ部３７を有している。各第２テーパ部３７は、軸方向の主磁束部３４側に向かってセンシング部３５の径方向幅が狭まる方向に傾斜している。すなわち、センシング部３５は、主磁束部３４から軸方向に離れるにつれて、径方向幅が広がる形状をなしている。これにより、各第２テーパ部３７が貫通孔３２ｃの内面に対して軸方向の主磁束部３４側に向かって係止されるため、マグネット３３（主磁束部３４）がロータコア３２の第１側面３２ａから脱落することが更に抑制されている。

図１に示すように、制御回路基板４０は、エンドフレーム１３の軸方向の外部側の側面に設けられている。制御回路基板４０には、ロータの回転情報を検出するための回転検出素子４１が実装されている。回転検出素子４１は、ロータ３０の回転情報（位置や速度など）を検出するためのものであり、例えばホールＩＣからなる。回転検出素子４１は、エンドフレーム１３に形成された軸方向の挿通孔１３ａ内に配置されている。そして、回転検出素子４１は、マグネット３３のセンシング部３５と軸方向に対向するように構成されている。なお、本実施形態では、回転検出素子４１におけるセンシング部３５と対向する検出面４１ａ（軸方向先端面）が、第２軸受１５の軸方向内側端面１５ａよりも軸方向のヨークハウジング１２内部側に位置するように構成されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
上記したアキシャルギャップモータ１０では、制御回路基板４０から駆動電流がコイル２２に供給されると、ステータ２０に回転磁界が生じ、その回転磁界とマグネット３３の磁界（主に、主磁束部３４の磁界）との磁気作用によってロータ３０が回転するようになっている。このとき、回転検出素子４１は、センシング部３５の磁気に基づくロータ３０の回転情報を制御回路基板４０に出力し、該回転情報に基づいて制御回路基板４０は前記駆動電流を生成するようになっている。

ここで、ロータコア３２の平面精度が低いと、ロータ３０の回転時において、センシング部３５の位置がロータ３０の回転に伴って軸方向にぶれる。このような軸方向位置のブレは、ロータコア３２の外周側の部位ほど変位量が大きくなる傾向がある。このため、本実施形態のように、径方向において、センシング部３５がティース２４の外周側端部２４ｂよりも内側の範囲に設けられていることで、ロータ３０の回転に伴うセンシング部３５の軸方向のブレが抑制されるようになっている。

また、本実施形態では、各センシング部３５は、径方向において、ティース２４における外周側端部２４ｂと内周側端部２４ｃの間の範囲に設けられている。これにより、主磁束部３４の磁束だけでなく、各センシング部３５の磁気も各ティース２４に好適に作用させることができ、モータ１０の出力を向上させることができる。さらに、本実施形態では、センシング部３５の径方向中心線Ｌ１が、ティース２４の径方向中心線Ｌ２と一致するように構成されているため、より一層の出力向上に寄与できる。

また、本実施形態では、回転検出素子４１の検出面４１ａが、第２軸受１５の軸方向内側端面１５ａよりも軸方向のヨークハウジング１２内部側に位置するように構成されているため、センシング部３５の磁束が第２軸受１５側に流れてしまう（漏れ磁束になる）ことを抑制できる。これは、センシング部３５をより内周側に配置した構成の場合に特に有効となる。

次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）マグネット３３のセンシング部３５は、径方向において、ティース２４の外周側端部２４ｂよりも内側の範囲に設けられている。この構成によれば、ロータ３０の回転に伴うセンシング部３５の軸方向のブレを抑制することができ、その結果、回転検出素子４１の検出精度を向上させることができる。また、センシング部３５がロータコア３２の貫通孔３２ｃ内に設けられるため、モータ１０の軸方向の小型化を図ることができる。

（２）センシング部３５は、径方向において、ティース２４における外周側端部２４ｂと内周側端部２４ｃの間の範囲に設けられている。これにより、センシング部３５の磁束をティース２４（コイル２２）に対する鎖交磁束とするのに好適な構成となり、その結果、モータ１０の出力向上に寄与できる。

（３）貫通孔３２ｃ及びセンシング部３５が周方向に複数設けられるため、ロータ３０の回転情報を回転検出素子４１にて好適に検出させることができる。
（４）センシング部３５はボンド磁石からなり、貫通孔３２ｃ内に充填されてなる。この構成によれば、マグネット３３のセンシング部３５をロータコア３２の貫通孔３２ｃ内に容易に形成することが可能となる。

（５）センシング部３５は、主磁束部３４から軸方向に延出するように該主磁束部３４に一体成形されている。この構成によれば、マグネット３３の主磁束部３４とセンシング部３５が一体部品からなるため、部品点数の増加を抑制できる。

（６）センシング部３５は、貫通孔３２ｃに対して軸方向の主磁束部３４側に向かって係止される係止部としての第１テーパ部３６及び第２テーパ部３７を有している。このため、マグネット３３のロータコア３２からの脱落を抑制できる。また、第１テーパ部３６は、センシング部３５の周方向端面において、軸方向の主磁束部３４側に向かって周方向内側に傾斜するように形成される。また、第２テーパ部３７は、センシング部３５の径方向端面において、軸方向の主磁束部３４側に向かってセンシング部３５の径方向幅が狭まるように傾斜している。これにより、第１及び第２テーパ部３６，３７を貫通孔３２ｃの内面に対して好適に係止させることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態におけるセンシング部３５の形状は例示であり、適宜変更可能である。例えば、図６に示すように、各センシング部３５（各貫通孔３２ｃ）の軸方向視形状を台形形状としてもよい。同図に示す形状では、センシング部３５の軸方向先端面における周方向両端縁３５ａが、隣り合うセンシング部３５同士の間で平行をなしている。これにより、各センシング部３５の体積を大きく稼ぐことができるため、各センシング部３５からの磁束を増加させることができ、その結果、回転検出素子４１の検出精度をより向上させることができる。

・上記実施形態のセンシング部３５では、係止部として第１及び第２テーパ部３６，３７を備えたが、これに限らず、貫通孔３２ｃに対して軸方向の主磁束部３４側に向かって係止可能な形状であればよく、例えば段差形状などに変更可能である。また、上記実施形態のセンシング部３５から、第１テーパ部３６及び第２テーパ部３７の少なくとも一方を省略してもよい（すなわち、傾斜していない軸方向に沿った側面としてもよい）。

・図７に示すように、ロータコア３２の外周縁部に、マグネット３３の主磁束部３４を保持する保持部５１を設けてもよい。同図の構成では、保持部５１は、ロータコア３２の外周縁部から軸方向に延びる延出部５２と、延出部５２の軸方向先端から径方向内側に延びて主磁束部３４を軸方向に保持する爪部５３とを有している。これにより、マグネット３３（主磁束部３４）がロータコア３２の第１側面３２ａから脱落することを、より一層抑制できる。また、主磁束部３４の外周縁の欠けなどを抑制できる。また、ロータコア３２の外周面が保持部５１（延出部５２）によって被覆されるため、主磁束部３４から外周側（ヨークハウジング１２の周壁側）への漏れ磁束を少なく抑えることができる。

・マグネット３３において、主磁束部３４とセンシング部３５の材料が互いに異なる構成としてもよい。この構成によれば、例えば、主磁束部３４をサマリウム鉄窒素（Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ）系磁石で構成し、センシング部３５をフェライト磁石で構成することが可能となり、これにより、主磁束部３４の磁束密度を確保しつつも、マグネット３３を安価に構成することが可能となる。なお、主磁束部３４とセンシング部３５の材料を異ならせる場合、それらを２色成形で形成することが好ましい。

・上記実施形態のマグネット３３では、主磁束部３４とセンシング部３５が共に軸方向に沿って磁化されたが、これに特に限定されるものではない。例えば、マグネット３３において主磁束部３４のみが極異方配向に磁化された構成としてもよい。この場合、ロータコア３２を磁性材料で構成する必要がなく、ロータコア３２を合成樹脂などで構成することが可能となる。

・上記実施形態では、センシング部３５が、径方向において、ティース２４における外周側端部２４ｂと内周側端部２４ｃの間の範囲に設けられたが、ティース２４の外周側端部２４ｂよりも内側の範囲であれば、上記実施形態の位置から変更してもよい。例えば、センシング部３５を、ティース２４の内周側端部２４ｃと軸方向に重なる位置、もしくは、ティース２４の内周側端部２４ｃよりも内周側の範囲に設けてもよい。センシング部３５の径方向位置を内側（回転軸３１寄り）にするほど、ロータ３０の回転に伴うセンシング部３５の軸方向のブレが小さくなり、回転検出素子４１の検出精度を向上に寄与できる。

・上記実施形態における貫通孔３２ｃ及びセンシング部３５の数は例示であり、適宜変更可能である。
・上記実施形態では、射出成形によってマグネット３３をロータコア３２に一体形成したが、これに限らず、ロータコア３２とは別に成形したマグネット３３を接着剤などによりロータコア３２に固定する構成としてもよい。

・上記した実施形態並びに各変形例は適宜組み合わせてもよい。

１０…アキシャルギャップモータ、２０…ステータ、２２…コイル、２４…ティース、２４ｂ…外周側端部、２４ｃ…内周側端部、３０…ロータ、３１…回転軸、３２…ロータコア、３２ｃ…貫通孔、３３…マグネット、３４…主磁束部、３５…センシング部、３６…第１テーパ部（係止部）、３７…第２テーパ部（係止部）、４１…回転検出素子。

Claims (8)

1. 周方向に複数設けられたティースにコイルが巻装されてなるステータと、
   前記ステータと軸方向に対向するロータと、
   前記ロータの回転情報を検出するための回転検出素子と
   を備えたアキシャルギャップモータであって、
   前記ロータは、回転軸と、該回転軸に対して垂直をなすように固定された板状のロータコアと、該ロータコアに設けられたマグネットとを備え、
   前記マグネットは、前記ロータコアの前記ステータ側の側面に設けられ、前記ティースと軸方向に対向する主磁束部と、前記ロータコアに軸方向に貫通形成された貫通孔内に設けられ、前記ロータコアの反ステータ側に配置された前記回転検出素子と軸方向に対向するセンシング部とを有し、
   前記センシング部は、径方向において、前記ティースの外周側端部よりも内側の範囲に設けられており、
   前記アキシャルギャップモータのモータケースは、ヨークハウジングとエンドフレームとを有し、
   前記ヨークハウジングには第１軸受が設けられるとともに、前記エンドフレームには第２軸受が設けられ、
   前記ロータの前記回転軸は、前記ロータコアの軸方向両側において前記第１軸受と前記第２軸受によって回転可能に支持されており、
   前記ステータは、前記ヨークハウジングに固定されており、
   前記回転検出素子の実装された基板は、前記エンドフレームに設けられていることを特徴とするアキシャルギャップモータ。
2. 請求項１に記載のアキシャルギャップモータにおいて、
   前記センシング部は、径方向において、前記ティースにおける外周側端部と内周側端部の間の範囲に設けられていることを特徴とするアキシャルギャップモータ。
3. 請求項１又は２に記載のアキシャルギャップモータにおいて、
   前記貫通孔及び前記センシング部は、周方向に複数設けられていることを特徴とするアキシャルギャップモータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のアキシャルギャップモータにおいて、
   前記センシング部はボンド磁石からなり、前記貫通孔内に充填されてなることを特徴とするアキシャルギャップモータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のアキシャルギャップモータにおいて、
   前記センシング部は、前記主磁束部から軸方向に延出するように該主磁束部に一体成形されていることを特徴とするアキシャルギャップモータ。
6. 請求項５に記載のアキシャルギャップモータにおいて、
   前記センシング部は、前記貫通孔に対して軸方向の前記主磁束部側に向かって係止された係止部を有していることを特徴とするアキシャルギャップモータ。
7. 請求項６に記載のアキシャルギャップモータにおいて、
   前記センシング部の周方向端面は、軸方向の前記主磁束部側に向かって周方向内側に傾斜する前記係止部としての第１テーパ部を有していることを特徴とするアキシャルギャップモータ。
8. 請求項６又は７に記載のアキシャルギャップモータにおいて、
   前記センシング部の径方向端面は、軸方向の前記主磁束部側に向かって前記センシング部の径方向幅が狭まるように傾斜する前記係止部としての第２テーパ部を有していることを特徴とするアキシャルギャップモータ。

Images