JP7027795B2 - モータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ装置に関する。

従来、特許文献１に記載されるように、インバータおよびマイクロコンピュータ（マイコン）を含む制御装置が内蔵されたモータ装置がある。当該モータ装置は、ロータの回転角を検出するための構成として、ロータと一体的に回転する回転軸の先端部に設けられた磁石、および回転軸の軸線方向においてセンサマグネットと対向する磁気センサ（回転角センサ）を有している。磁気センサは、センサマグネットの回転に伴う磁界の変化に応じた電気信号を生成する。マイコンは、磁気センサにより生成される電気信号に基づいて、モータの回転軸の回転角を演算する。そして、マイコンは、当該回転角に基づいて、インバータのスイッチング素子を制御することによって、モータコイルに対する通電を制御する。

特開２０１２－１９５０８９号公報

ところで、制御装置が内蔵されるモータにおいては、磁気センサの検出対象であるセンサマグネットの磁界以外にも磁束源が存在する。この磁束源としては、たとえば電磁ノイズを低減するためのチョークコイルなどが挙げられる。チョークコイルには、大電流が流れるため、発生する磁界が大きくなりがちである。このため、チョークコイルの周囲に形成される磁界（磁気ノイズ）の影響によって、センサマグネットの周囲に形成される磁界が歪められることにより、磁気センサにより検出される磁界も本来と異なるものとなってしまうおそれがある。すなわち、センサマグネットからの理想的な磁界以外にチョークコイルからの磁界が磁気センサに印加される場合、磁気センサを通じて検出されるモータの回転軸の回転角と実際の回転角との間に誤差が生じることが懸念される。

本発明の目的は、モータの回転角の検出精度を確保できるモータ装置を提供することにある。

上記目的を達成しうるモータ装置は、回転軸を有するモータと、前記モータが収容される有底筒状のモータハウジングと、前記モータへの給電を制御する各種の電子部品を実装する基板と、前記基板が収容され、前記モータハウジングの開口部分を覆うように設けられる有底筒状のモータカバーと、前記回転軸における前記基板側の端部に設けられるセンサマグネットと、前記基板における前記モータ側の面に前記センサマグネットに対向して設けられ、前記センサマグネットからの磁界に応じた電気信号を生成する磁気センサと、前記各種の電子部品の１つとして、前記基板における前記モータと反対側に設けられ、周囲に漏れ磁束が発生する電源フィルタと、を備え、前記モータカバーには、前記電源フィルタにおける前記磁気センサ側の少なくとも一部分を取り囲む壁部が一体的に設けられている。

この構成によれば、電源フィルタにおける磁気センサ側の少なくとも一部分が壁部によって取り囲まれていることにより、電源フィルタから発生する漏れ磁束が、センサマグネットからの磁束に干渉することが抑制される。これにより、センサマグネットの周囲に形成される磁界が歪みにくくなる。このため、磁気センサは、センサマグネットからの理想的な磁界に応じて、電気信号を生成することができる。これにより、磁気センサにより生成される電気信号に基づいて演算される回転軸の回転角と、実際の回転角との間に誤差が生じることが抑制され、モータの回転軸の回転角の検出精度を確保できる。

上記のモータ装置において、前記壁部は、前記モータカバーの底部から前記モータと反対側に突出する収容部であって、前記電源フィルタの少なくとも一部分は、前記収容部に収容されていることが好ましい。

この構成によれば、電源フィルタがモータカバーに設けられた収容部に収容されることにより、電源フィルタの周囲が収容部によって取り囲まれる。これにより、電源フィルタから発生する漏れ磁束が、センサマグネットからの磁束に干渉することが抑制される。

上記のモータ装置において、前記壁部は、前記モータカバーの底部から前記モータ側に向けて突出する部分を有していることが好ましい。
この構成によれば、モータカバーの底部からモータ側へ向けて突出する部分によって、電源フィルタにおける磁気センサ側の少なくとも一部分が取り囲まれることにより、電源フィルタから発生する漏れ磁束が、センサマグネットからの磁束に干渉することが抑制される。

上記のモータ装置において、前記電源フィルタは、前記基板の周縁部に配置されており、前記壁部の一部は、前記モータカバーの側面の一部を構成していることが好ましい。
この構成によれば、壁部がモータカバーの側面と共通していることにより、加工の手間を減らすことができる。また、基板の周縁部に電源フィルタが配置されることにより、磁気センサから離れた位置に電源フィルタを配置することができる。

上記のモータ装置において、前記電源フィルタは、電磁ノイズを低減するためのチョークコイルであることが好ましい。
この構成によれば、チョークコイルには大電流が流れるため、チョークコイルにより発生する磁界も大きくなる。このため、磁気センサは、センサマグネットの周囲に形成される磁界の影響だけでなく、チョークコイルの周囲に形成される磁界の影響を受けるおそれがある。この点、チョークコイルにおける磁気センサ側の少なくとも一部分が壁部によって取り囲まれていることにより、チョークコイルから発生する漏れ磁束が、センサマグネットからの磁束に干渉することが抑制される。

上記のモータ装置において、前記モータの回転軸の軸方向において、前記壁部は、前記チョークコイルにおける導線部分まで延出して設けられていることが好ましい。
この構成によれば、より確実に電源フィルタから発生する磁束をモータカバーに引き付けることが可能である。

上記のモータ装置は、前記基板に前記モータの駆動を制御する制御装置が設けられているものに好適である。

本発明のモータ装置によれば、モータの回転角の検出精度を確保できる。

モータ装置の断面図。 本実施形態のモータカバーの斜視図。 チョークコイルの斜視図。 本実施形態のチョークコイルの周辺構造を示すモータ装置の断面図。 回転角センサの斜視図。 比較例におけるチョークコイルの周辺構造を示すモータ装置の断面図。 他の実施形態のチョークコイルの周辺構造を示すモータ装置の断面図。 他の実施形態のチョークコイルの周辺構造を示すモータ装置の断面図。 他の実施形態のモータカバーの上面図。

以下、モータ装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、モータ装置１は、モータハウジング１０、ヒートシンク１１、モータカバー１２、モータ２０、および基板３０を有している。

モータハウジング１０は、有底円筒状をなしている。ヒートシンク１１は、モータハウジング１０の開口部分（図１の上端部）を塞ぐように設けられている。ヒートシンク１１は、モータ２０の回転軸２１が挿通される挿通孔１１ａを有している。モータハウジング１０の内部には、モータ２０が収容されている。

モータ２０は、モータハウジング１０の内周面に嵌合されるステータ４０と、ステータ４０の内周に隙間を空けて配置されるロータ５０と、ロータ５０の内周に嵌合して固定される回転軸２１とを有している。回転軸２１は軸線ｍに沿って延び、モータハウジング１０の底壁およびヒートシンク１１を貫通している。回転軸２１は、２つのベアリング１３，１４を介して、モータハウジング１０およびヒートシンク１１に対して回転可能に支持されている。回転軸２１の第２の端部（図１中の下端部）は、モータハウジング１０の底部に設けられた収容孔１０ａを貫通して、外部に延出している。

ステータ４０は、円筒形状のステータコア４１と、ステータコア４１に巻回されたモータコイル４２とを有している。
ロータ５０は、回転軸２１と一体回転可能に取り付けられた環状のロータコア５１と、ロータコア５１の外周に一体回転可能に取り付けられた筒状のマグネット５２とを有している。マグネット５２は、たとえば複数の磁石がロータコア５１の周方向に並べて配置されている。これらの磁石は、その磁極がロータコア５１の周方向において、Ｎ極およびＳ極が交互に入れ替わるように配置されている。

回転軸２１の第１の端部（図１中の上端部）は、ヒートシンク１１の挿通孔１１ａを介して、外部に突出している。回転軸２１の第１の端部には、センサマグネット６０が設けられている。センサマグネット６０には、たとえば円柱状の２極磁石が採用されている。

ヒートシンク１１のモータ２０と反対側の面（図１中の上面）には、スペーサ７０を介して基板３０が支持されている。基板３０およびスペーサ７０は、ねじ７１によってヒートシンク１１に対して固定されている。基板３０には、各種の電子部品が実装されている。電子部品としては、モータ２０を制御するためのマイコン８０（マイクロコンピュータ）のほか、電磁ノイズを低減するためのチョークコイル８１（電源フィルタ）が挙げられる。基板３０におけるモータ２０と反対側の面には、マイコン８０およびチョークコイル８１が設けられている。チョークコイル８１は、基板３０において、軸線ｍから最も離れた位置に設けられている。軸線ｍ方向において、チョークコイル８１の基板３０を基準とする高さは、マイコン８０の高さよりも十分に高く設定されている。また、基板３０におけるモータ２０（ヒートシンク１１）側の面には、モータ２０の回転軸２１の回転角度を検出するための回転角センサとして、磁気センサ９０が設けられている。磁気センサ９０は、回転軸２１の第１の端部に設けられたセンサマグネット６０に対して、回転軸２１の軸方向（軸線ｍ方向）において対向している。磁気センサ９０としては、異方性磁気抵抗センサなどの磁気抵抗センサ（ＭＲセンサ）が採用される。磁気センサ９０は、センサマグネット６０から付与される磁界の向きに応じた電気信号を生成する。マイコン８０は、磁気センサ９０により生成される電気信号に基づいて回転軸２１の回転角を演算し、その演算した回転角に基づいて、モータコイル４２への給電を制御する。

モータハウジング１０の開口部分は、有底筒状体のモータカバー１２によって覆われている。モータカバー１２の材質には、たとえば鉄等の磁性体が採用される。モータハウジング１０の開口部分とモータカバー１２の開口部分とを互いに突き合わせた状態で、モータカバー１２がモータハウジング１０に取り付けられている。一例としては、モータカバー１２のスナップフィット爪が、モータハウジング１０の開口端部のフランジに、軸方向において係合することにより、モータカバー１２がモータハウジング１０に固定される。ヒートシンク１１は、モータハウジング１０とモータカバー１２との間に挟み込まれた状態で固定される。なお、モータハウジング１０とモータカバー１２との固定は、スナップフィットの嵌合に限らず、ボルト等によって行われてもよい。

モータカバー１２の内部には、センサマグネット６０、磁気センサ９０、基板３０、マイコン８０、およびチョークコイル８１が収容されている。モータカバー１２の底部において、チョークコイル８１に対応する部分には、収容部１００が設けられている。収容部１００は、モータカバー１２の底部に対して、モータ２０と反対の方向に突出している。収容部１００には、基板３０に実装されたチョークコイル８１の少なくとも先端部分が収容されている。なお、磁気センサ９０とチョークコイル８１とは、できる限り離れた位置に設けることが好ましい。

図２に示すように、モータカバー１２の収容部１００は、略長方体状をなしている。収容部１００の側面の一部（共通面１０２）は、モータカバー１２の側面と共通である。また、収容部１００の底壁と、モータカバー１２の底部における収容部１００の設けられていない部分との間には、傾斜部１０３が設けられている。また、モータカバー１２の底部における収容部１００の設けられていない部分には、基板３０に実装される各種の電子部品を外部の機器と接続するためのコネクタ（図示略）を通すための孔１０４が設けられている。なお、鉄等の磁性体により構成されるモータカバー１２は、モータ装置１の磁気ノイズ（漏れ磁束）を遮断する磁気シールドとして機能する。

つぎに、チョークコイル８１について説明する。
チョークコイル８１には閉磁路型および開磁路型などの様々なタイプのコイルが存在する。閉磁路型のコイルとしては、たとえばリング状のコアを有するトロイダルコイルが知られている。また、開磁路型のコイルとしては、たとえば直線状（曲線状）のコアを有するソレノイドコイルが知られている。チョークコイル８１としては、トロイダルコイルおよびソレノイドコイルのいずれも採用可能である。

図３に示すように、本例では、チョークコイル８１としては、たとえばリード線（導線）タイプのソレノイドコイル（１ターンコイル）が採用される。チョークコイル８１は、Ｕ字状に１ターン巻いた導線部分８２、および導線部分８２を収容する筐体部分８３を有している。一例としてはその導線部分８２の径は、流れる電流量に応じて太く設定されている。なお、壁部１０１は、軸線ｍ方向において、導線部分８２にまで延びていることが好ましい。

本実施形態の作用および効果について説明する。
（１）チョークコイル８１には大電流が流れるため、チョークコイル８１により発生する磁界（漏れ磁束）も大きくなる。このため、磁気センサ９０は、センサマグネット６０の周囲に形成される磁界の影響だけでなく、チョークコイル８１の周囲に形成される磁界の影響を受けるおそれがある。たとえば、チョークコイル８１からの磁束がセンサマグネット６０からの磁束に干渉することによって、センサマグネット６０の周囲に形成される磁界が歪められることが考えられる。また、磁気センサ９０に、センサマグネット６０からの理想的な磁束以外にも、チョークコイル８１からの磁束が印加されることも考えられる。この場合、磁気センサ９０を通じて検出される回転軸２１の回転角と実際の回転角との間に誤差が生じることが懸念される。

図４に比較例として示すように、モータカバー１２に収容部１００が設けられておらず、チョークコイル８１の周囲が収容部１００によって取り囲まれていない場合、チョークコイル８１により発生する磁界は、磁気センサ９０およびセンサマグネット６０の周囲に形成される磁界に影響を与えてしまう。これは、チョークコイル８１により発生する磁束におけるモータカバー１２の底部側（図４中の上面側）の磁束は、磁性体であるモータカバー１２に引き付けられるものの、チョークコイル８１により発生する磁束における基板３０側の磁束は、特に磁性体に引き付けられることもなく、磁気センサ９０の近傍を通ってしまうためである。この結果、磁気センサ９０により検出される回転軸２１の回転角にも誤差が生じてしまう。

図５に示すように、たとえば回転軸２１が図中の位置から矢印Ａで示される方向へ向けて回転角θだけ回転したとき、本来であれば磁気センサ９０に付与されるセンサマグネット６０の磁界の向きは実線の矢印Ａ１で示される方向から、軸線ｍを中心として回転角θだけ回転した一点鎖線の矢印Ａ２で示される方向に変化する。しかし、センサマグネット６０からの理想的な磁界が、チョークコイル８１からの磁束の影響を受ける場合、磁気センサ９０に付与される磁界の向きは、矢印Ａ２で示される本来の方向ではなく、たとえば２点鎖線の矢印Ａ３で示される方向となる。この矢印Ａ３で示される方向は、図４に実線の矢印Ａで示される方向から回転角θよりも大きな回転角θ１だけ回転した方向になることもあるし、回転角θよりも小さな回転角θ２だけ回転した方向になることもある。このため、磁気センサ９０は、本来の回転角θではなく、回転角θ１または回転角θ２に応じた電気信号を生成してしまう。これにより、磁気センサ９０を通じて検出される回転軸２１の回転角と実際の回転角との間に誤差が生じてしまう。

これに対し、本実施形態では、図６に示すように、モータカバー１２の収容部１００によってチョークコイル８１の周囲が取り囲まれている。これにより、少なくともチョークコイル８１における磁気センサ９０側の部分は、収容部１００（壁部１０１）によって取り囲まれている。すなわち、回転軸２１の軸方向と直交する方向（図６中の左右方向）において、チョークコイル８１に隣り合うように壁部１０１が設けられていることにより、チョークコイル８１により発生する磁束は壁部１０１（モータカバー１２）に引き付けられる。なお、チョークコイル８１により発生する磁束は、空気中よりも磁性体であるモータカバー１２の方が流れやすい。空気よりも磁性体の方が、透磁率が高いためである。このため、チョークコイル８１を収容部１００によって取り囲むことにより、チョークコイル８１により発生する磁束を壁部１０１に誘導して、磁気センサ９０およびセンサマグネット６０の周囲にチョークコイル８１により発生する磁束が通りにくくしている。

このように、チョークコイル８１の周囲が収容部１００によって取り囲まれていることにより、チョークコイル８１からの磁束がセンサマグネット６０からの磁束に干渉することが抑制されるので、センサマグネット６０の周囲に形成される磁界が歪みにくくなる。これにより、磁気センサ９０は、センサマグネット６０からの理想的な磁界に応じた電気信号を生成できる。また、磁気センサ９０に、センサマグネット６０からの理想的な磁束以外に、チョークコイル８１からの磁束が印加されることが抑制される。これにより、磁気センサ９０は、回転軸２１の本来の回転角θに応じた電気信号を生成できる。そのため、磁気センサ９０を通じて検出される回転軸２１の回転角と実際の回転角との間に誤差が生じることが抑制され、モータ２０の回転軸２１の回転角の検出精度を確保できる。

（２）共通面１０２は、モータカバー１２の側面としても、収容部１００の一部分としても機能させることにより、加工の手間を減らすことができる。
（３）チョークコイル８１が基板３０の周縁部分に実装されることにより、チョークコイル８１はセンサマグネット６０および磁気センサ９０から最も離れた端の部分に設けられる。チョークコイル８１から発生する磁界は、距離の２乗に反比例して低減するので、チョークコイル８１と、センサマグネット６０および磁気センサ９０との間をできる限り離すことにより、磁気センサ９０およびセンサマグネット６０の周囲にチョークコイル８１により発生する磁束が通りにくくなる。これにより、磁気センサ９０を通じて検出される回転軸２１の回転角と実際の回転角との間に誤差が生じることが抑制され、モータ２０の回転軸２１の回転角の検出精度を確保できる。

（４）収容部１００の底部からモータ２０側へ向けて延びる壁部１０１は、軸線ｍ方向において、チョークコイル８１の導線部分８２にまで延びていることが好ましい。図３に示されるチョークコイル８１でいうと、少なくともＵ字状の導線の頂点部分にかかるように壁部１０１が設けられることにより、より確実にチョークコイル８１から発生する磁束を引き付けることが可能である。

なお、本実施形態は次のように変更してもよい。また、以下の他の実施形態は、技術的に矛盾しない範囲において、互いに組み合わせることができる。
・磁気センサ９０は、ＭＲセンサに代えてホールセンサを用いたものであってもよい。

・モータカバー１２の材質は、鉄に限らず、磁性体であればよい。
・本実施形態では、チョークコイル８１の周囲を収容部１００によって取り囲むことにより、チョークコイル８１からの磁束がセンサマグネット６０からの磁束に干渉することを抑制したが、これに限らない。

たとえば、図７に示すように、モータカバー１２の底部にモータ側へ向けて延びる壁部１０５を一体的に設けることにより、チョークコイル８１からの磁束がセンサマグネット６０からの磁束に干渉することを抑制してもよい。すなわち、チョークコイル８１における少なくともセンサマグネット側の部分に壁部１０５が配置されていればよい。

・本実施形態では、基板３０のモータ２０側の面に磁気センサ９０が実装され、基板３０のモータ２０と反対側の面にチョークコイル８１が実装されたが、これに限らない。すなわち、チョークコイル８１は、基板３０のモータ２０と反対側の部分に設けられればよく、たとえば基板３０と直交する他の基板に実装されていてもよい。

図８に一例として示すように、基板３０と直交して設けられる基板３１にチョークコイル８１が配置されていてもよい。基板３０と基板３１とは、たとえば中継回路３２によって電気的に接続されている。また、基板３１は、たとえば図示を省略したヒートシンクに固定されている。モータカバー１２には壁部１０６が一体的に設けられる。壁部１０６は、チョークコイル８１における磁気センサ９０側の部分（図８におけるチョークコイル８１の下方）に設けられている。すなわち、壁部１０６は、モータ２０の回転軸２１の軸方向において、チョークコイル８１と基板３０（磁気センサ９０）との間に設けられる。これにより、チョークコイル８１からの磁束がセンサマグネット６０からの磁束に干渉することを抑制する。

・本実施形態では、収容部１００は、略長方体状をなしていたが、これに限らない。
たとえば、図９に示すように、モータカバー１２に略長円柱状の収容部１０７を設けてもよい。この場合も、収容部１０７によってチョークコイル８１の周囲が取り囲まれる。長円柱状のチョークコイル８１を採用する場合、収容部１０７とチョークコイルとの間に無駄なスペースを取ることなく、チョークコイル８１を収容部１０７に収容できる。このように、収容部１０７の形状は、チョークコイル８１の外形形状に応じた形状であればよい。たとえばチョークコイル８１が立方体状の場合、モータカバー１２に立方体状の収容部を設けてもよい。

・本実施形態では、基板３０にマイコン８０が設けられたが、設けられなくてもよい。すなわち、モータ装置の外部にマイコン８０を設けるようにしてもよい。モータハウジング１０およびモータカバー１２内にチョークコイル８１やインバータ回路が配置されるモータ装置であれば同様の課題が生じる。

・本実施形態では、基板３０にチョークコイル８１が実装されたが、これに限らない。たとえば、電磁ノイズを低減するためのコンデンサやコイルであってもよい。すなわち、基板３０に周囲の電磁ノイズを低減するための電源フィルタが実装されればよい。

つぎに、上記実施形態および別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記基板は、前記回転軸の軸方向に延びる部分を有しており、前記コイルは、前記基板における軸方向に延びる部分において、軸方向に直交する方向に実装され、前記モータカバーには、前記コイルにおける前記磁気センサ側の少なくとも一部分を取り囲むように、軸方向に直交する方向に延びる前記壁部が設けられている。上記構成によれば、コイルにおける磁気センサ側の少なくとも一部分が壁部によって取り囲まれることにより、コイルからの磁束がセンサマグネットからの磁束に干渉することを抑制できる。

１…モータ装置、１０…モータハウジング、１０ａ…収容孔、１１…ヒートシンク、１１ａ…挿通孔、１２…モータカバー、１３，１４…ベアリング、２０…モータ、２１…回転軸、３０，３０ａ，３１…基板、３２…中継回路、４０…ステータ、４１…ステータコア、４２…モータコイル、５０…ロータ、５１…ロータコア、５２…マグネット、６０…センサマグネット、７０…スペーサ、７１…ねじ、８０…マイコン、８１…チョークコイル（電源フィルタ）、８２…導線部分、８３…筐体部分、９０…磁気センサ、１００…収容部、１０１…壁部、１０２…共通面、１０３…傾斜部、１０４…孔、１０５…壁部、１０６…壁部、１０７…収容部、ｍ…軸線、θ，θ１，θ２…回転角、Ａ，Ａ１，Ａ２，Ａ３…矢印。

Claims (5)

1. 回転軸を有するモータと、
   前記モータが収容される有底筒状のモータハウジングと、
   前記モータへの給電を制御する各種の電子部品を実装する単一の基板と、
   前記基板が収容され、前記モータハウジングの開口部分を覆うように設けられる有底筒状のモータカバーと、
   前記回転軸における前記基板側の端部に設けられるセンサマグネットと、
   前記基板における前記モータ側の面に前記センサマグネットに対向して設けられ、前記センサマグネットからの磁界に応じた電気信号を生成する磁気センサと、
   前記各種の電子部品の１つとして、前記基板における前記モータと反対側の面に設けられ、周囲に漏れ磁束が発生する電源フィルタと、を備え、
   前記モータカバーには、前記電源フィルタにおける前記磁気センサ側の少なくとも一部分を取り囲む壁部が一体的に設けられており、
   前記壁部は、前記モータカバーの底部から前記モータと反対側に突出する収容部であって、前記電源フィルタの少なくとも一部分は、前記収容部に収容されており、
   前記電源フィルタは、前記基板の周縁部に配置されており、前記収容部の一部は、前記モータカバーの側面の一部を構成し、
   前記収容部の内面と電源フィルタの外面との間には隙間が設けられているモータ装置。
2. 請求項１に記載のモータ装置において、
   前記壁部は、前記モータカバーの底部から前記モータ側に向けて突出する部分を有しているモータ装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のモータ装置において、
   前記電源フィルタは、電磁ノイズを低減するためのチョークコイルであるモータ装置。
4. 請求項３に記載のモータ装置において、
   前記モータの回転軸の軸方向において、前記壁部は、前記チョークコイルにおける導線部分まで延出して設けられているモータ装置。
5. 請求項１～４のいずれか一項に記載のモータ装置において、
   前記基板には、前記モータの駆動を制御する制御装置が設けられているモータ装置。

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