JP7131818B2 - センサホルダ - Google Patents

Description

本発明は、センサホルダに関し、特に、回転センサ、及びモータに適用できるようにするための構成である。

従来、回転軸の回転を検出するために回転センサが用いられており、例えば特許文献１の構成を挙げることができる。回転センサは、センサロータ、センサステータ、及びセンサステータを保持するセンサホルダが備えられている。センサロータは回転軸に固定されており、センサステータはリング状のセンサホルダの中心穴に固定されている。ここでは、特にその構成を図示していないが、センサホルダはケースにねじで固定されている。

リング状に形成されたセンサステータの内周面には、センサステータの中心に向かって伸びるティースが、周方向において等間隔に複数設けられている。複数のティースのそれぞれには、導線が巻かれてコイルが形成されている。センサロータは、センサステータの中心穴内に、ティースの先端に対しわずかな隙間を有して配置されている。

回転軸の回転と共にセンサロータが回転すると、センサロータの外周が周方向に移動する。それに伴い、センサステータとセンサロータとの間のギャップが周期的に変動して、ギャップパーミアンスが変化する。一部のコイルに励磁用交流電流を流すと、他のコイルにはギャップの変動、すなわち透磁率の変動に応じて出力電圧が発生する。センサステータにおける周方向位置が異なる複数のコイルの出力電圧の差を検知することにより、周知のようにセンサロータの回転角度を検知することができる。

特開２０１６－５２２２９号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている従来の回転センサでは、センサホルダはケースにねじで固定される構造になっている。そのため、センサホルダへのめねじタップ穴加工、及びねじ締結工程が必要であった。また、部品点数も増加していた。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、部品点数を削減でき、製造工程を簡素化できるセンサホルダを提供することを目的としている。

本発明に係るセンサホルダは、センサロータとセンサステータとを備えた回転センサを回転機器に固定するものであって、深絞りにより形成され、環状の内周面を含む内面部と、環状の外周面を含む外面部と、内面部及び外面部をつなぐ連結部と、を有し、内周面は、センサステータが圧入される圧入面であり、外周面は、センサホルダが固定されるケースの固定穴に圧入される圧入面であり、このセンサホルダは、回転センサ及びその回転センサを有するモータに適用される構成である。

本発明に係るセンサホルダは、センサステータが圧入により固定されるとともに、センサホルダはケースに圧入して固定される。したがって、本発明に係るセンサホルダは、ねじが不要であると共に、ねじ穴加工、及びねじ締結工程が不要である。よって、部品点数を削減でき、工程を簡素化することができる。

本発明の実施の形態１に係るセンサホルダを備えた回転センサとモータとが一体に構成された回転センサ一体型モータの縦断面図である。 回転センサ一体型モータの上面図である。 センサホルダの上面を示した斜視図である。 センサホルダの下面を示した斜視図である。 センサホルダの上面図である。 図５におけるＸ－Ｘ断面図である。 センサホルダの下面図である。 図７においてＥ方向に沿って見たセンサホルダの側面図である。 図７においてＤ方向に沿って見たセンサホルダの側面図である。 センサホルダをケースに圧入する工程を示した図である。 本発明の実施の形態２に係るセンサステータを示した断面図である。 センサホルダを示した断面図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係るセンサホルダ２５を説明する。なお、実施の形態１では、回転センサの１つであるレゾルバの実施例で説明されているが、本発明のセンサホルダ２５は、レゾルバ以外の回転センサ及びその回転センサを有するモータにも適用可能である。図１は、本発明の実施の形態１に係るセンサホルダ２５を備えている回転センサ２０と、モータ１とが一体に構成された回転センサ一体型モータの断面図である。また、図２は、前記回転センサ一体型モータの上面図である。

モータ１と回転センサ２０とは、一方が開口されている有底円筒形状の中空のケース１０内に収容されている。ケース１０に、モータ１と回転センサ２０とを組み込んだ後、図示しない天板がケース１０の開口部を塞いた状態で固定される。ケース１０内には、軸受ホルダ６がケース１０内の空間を回転軸方向に沿って分割するように配置されている。モータ１は、軸受ホルダ６により分割されたケース１０の底部側の内部空間に配置されている。また、回転センサ２０は、軸受ホルダ６により分割されるケース１０の開口部側の内部空間に配置されている。ケース１０は、冷間圧延鋼板等で形成されている。具体的には、冷間圧延鋼板のＳＰＣＣ、又はＳＰＣＥから形成されている。ケース１０は、冷間圧延鋼板を深絞りすることで形成されている。

モータ１は、形式を特定されず、適宜採用することができる。回転軸２は、直径が異なる複数の円筒部分が中心軸方向に連続して配置されているシャフト状の部材である。軸受５は、玉軸受である。軸受５の一方は、ケース１０内部の底部に形成された凹部に配置され、他方は、ケース１０内に配置されている軸受ホルダ６に形成された凹部に配置されている。それぞれの軸受５には、回転軸が嵌合されており、回転軸を回転可能に支持している。

回転センサ２０は、センサロータ２１と、センサステータ２２と、センサホルダ２５と、を有している。センサロータ２１は、中心穴に回転軸２が嵌合して、回転軸２に固定されている。センサロータ２１は、ロータ環状部２１ａと、突部２１ｂとを含んでいる。ロータ環状部２１ａはリング状であり、磁性材料で形成されている。ロータ環状部２１ａの外周には、複数の突部２１ｂが周方向において等間隔に設けられている。ロータ環状部２１ａと、突部２１ｂとは、一体で形成されている。

センサステータ２２は、センサホルダ２５に圧入して固定されている。センサステータ２２は、ステータ環状部２２ａと、ティース２２ｂとを含んでいる。ステータ環状部２２ａはリング状であり、磁性材料で形成されている。ティース２２ｂは、ステータ環状部２２ａの内周面から中心に向かって、突出して形成されている。ティース２２ｂは、ステータ環状部２２ａの内周面において、周方向に等間隔に複数形成されている。ティース２２ｂのそれぞれには、導線が巻かれてステータコイル２２ｃが形成されている。

図３から図１０に示される構成は、本発明におけるセンサホルダを具体的に示している。以下、具体的に説明する。
図３と図４とには、１つのセンサホルダ２５の下面と上面とがそれぞれ示されている。センサホルダ２５には、内面部２７と、外面部２８と、連結部２９とが設けられている。内面部２７は、回転軸方向に沿って延びる環状の内周面２７ａを含んでおり、円筒形状である。また、外面部２８は、回転軸方向に沿って延びる環状の外周面２８ａを含んでおり、円筒形状である。また、連結部２９は、回転軸２に対して垂直な垂直面２９ａから設けられている。また、連結部２９は、内面部２７の一端部と、外面部２８の一端部とを接続している。リング状に形成されたセンサホルダ２５の周上における一部分の断面形状は、Ｕ字状の一部をなしている。センサホルダ２５は、冷間圧延鋼板を用いて、リング状に形成されている。具体的には、冷間圧延鋼板として、ＳＰＣＣ、又はＳＰＣＥが用いられている。センサホルダ２５は、冷間圧延鋼板を深絞りすることで形成されている。

図５の輪状板からなる前記連結部２９には、軽量化のための長穴２９ｂが設けられている。これと同様に、図７には、連結部２９に設けられている複数の長穴２９ｂが示されている。長穴２９ｂは、軽量化以外に、モータ用の配線を外部に引き出すための挿通穴としても用いられる。

前記センサホルダ２５の内面部２７と外面部２８とには、周方向位置の目印となる指示部５１が設けられている。指示部５１は、切欠きである。図４～図５、及び図８には、内面部２７と外面部２８とにそれぞれ設けられた前記指示部５１が示されている。前記指示部５１は、前記センサホルダ２５を形成する際に形成される。前記指示部５１は、プレス成型にて形成される。また、センサステータ２２には、被指示部５２が設けられ、この被指示部５２は切欠きで構成されている。前記センサステータ２２は、鋳造により形成される。被指示部５２は、前記センサステータ２２が鋳造により形成される際に、同時に形成される。

前記指示部５１の少なくとも１つは、センサホルダ２５の中心から見て、長穴２９ｂと重ならない周方向位置に配置されている。図５には、センサホルダ２５の外面部２８に設けられた指示部５１と長穴２９ｂとが示されている。指示部５１の周方向位置は、複数設けられた長穴２９ｂの周方向位置と異なる位置とされている。長穴２９ｂと指示部５１とは、センサホルダ２５の中心から見て、周方向の同じ位置に配置されないため、センサホルダ２５の一部分の強度が低下することを避けることができる。

次に、前記指示部５１と前記被指示部５２について、図１～図２と、図７～図９とを参照しながら説明する。センサホルダ２５の内面部２７には、センサステータ２２が圧入されている。圧入時には、内面部２７に設けられている指示部５１の周方向位置と、センサステータ２２に設けられている被指示部５２の周方向位置とをあわせて、センサステータ２２がセンサホルダ２５に圧入されている。図２には、センサホルダ２５の内面部２７に設けられている指示部５１と、センサステータ２２に設けられている被指示部５２との周方向位置を一致させて、圧入されていることが示されている。

図１のように、センサホルダ２５は、ケース１０に設けられた固定穴１００に圧入されている。前記センサホルダ２５は、前記センサホルダ２５の連結部２９の垂直面２９ａにおける平面部を、図示しない押圧治具で押圧されて、前記固定穴１００へ圧入される。その際は、前記センサホルダ２５の外面部２８に設けられた指示部５１の周方向位置を、前記ケース１０の目印にあわせて圧入する。前記ケース１０の目印は、前記ケース１０に形成されている形状の一部が目印として利用される。例えば、天板をケース１０に固定するために前記ケース１０の開口部付近に設けられているボルト穴である。

前記センサホルダ２５の内面部２７に設けられている指示部５１とセンサステータ２２の被指示部５２との周方向位置、及びセンサホルダ２５の外面部２８に設けられた指示部５１とケース１０の目印との周方向位置をあわせて圧入することで、ケース１０から外側に引き出されるモータ用配線が、ケース１０に対し適切な位置に配置された状態とされる。

次に、実施の形態１に係るセンサホルダ２５を備えた回転センサ付きモータの組み立て手順を、図１、図２、及び図１０を参照しながら説明する。図１０は、一体化されたセンサステータ２２とセンサホルダ２５、及びそれらがケース１０に組み付けられる状態を示した断面図である。なお、モータは周知のものであるので、図示を省略している。

最初に、前述のモータ１、回転軸２、軸受５、軸受ホルダ６をケース１０に組み付ける。次に、回転センサ２０を回転軸２とケース１０に組み付ける。センサロータ２１に回転軸２を圧入する。一方、センサステータ２２をセンサホルダ２５に圧入する。その際には、センサステータ２２の被指示部５２の周方向位置を、センサホルダ２５の内面部２７に設けられた指示部５１の周方向位置にあわせて圧入する。その後、モータ用配線をセンサホルダ２５の長穴２９ｂに通した状態で、センサステータ２２が組み付けられたセンサホルダ２５を、ケース１０に圧入する。その際には、センサホルダ２５の外面部２８に設けられた指示部５１をケース１０の目印にあわせて圧入する。ケース１０の前記目印は、図示しない天板を固定するためのケース１０のボルト穴を目印として利用する。または、ケース１０の別な部位を目印としてもよい。または、ケース１０に、目印となる切欠き、溝、突起、又はマーキングを設けてもよい。

最後に、ケース１０の開口部に、図示しない天板とシールとをあわせて、図示しないボルトで固定する。このようにして、図１０のように、センサステータ２２及びセンサホルダ２５、並びに、センサホルダ２５及びケース１０のそれぞれが、圧入により組み立てられる。

本発明の実施の形態１におけるセンサホルダ２５は、回転軸方向に沿って延びる環状の内周面２７ａを含む内面部２７、回転軸方向に沿って延びる環状の外周面２８を含む外面部２８ａ、及び回転軸方向に対し垂直に延びる垂直面２９ａから設けられ、内面部２７及び外面部２８をつなぐ連結部２９を有し、前記内周面２７ａは、センサステータ２２が圧入される圧入面であり、センサホルダ２５の外周面は、センサホルダ２５が固定される回転機器のケース１０に設けられた固定穴１００に圧入される圧入面とされている。

本発明に係るセンサホルダ２５においては、センサステータ２２がセンサホルダ２５に圧入して固定されると共に、センサホルダ２５は固定穴１００に圧入して固定される。したがって、本発明に係るセンサホルダ２５は、ねじが不要であると共に、ねじ穴加工、及びねじ締結工程が不要である。よって、部品点数を削減でき、工程を簡素化することができる。

また、本発明に係るセンサホルダ２５は、鋼板から深絞り工法で作られている。したがって、本発明に係るセンサホルダ２５は、低コストで作れ、工程を簡素化することができる。
また、本発明に係るセンサホルダ２５は、センサステータ２２との圧入面である内面部２７、ケース１０との圧入部である外面部２８、及びそれらをつなぐ連結部２９という簡素な構成である。したがって、本発明に係るセンサホルダ２５は、小型で軽量に構成できる。
また、本発明に係るセンサホルダ２５は、圧入の際に、周方向位置を示す指示部５１を有しているため、センサホルダ２５の内面部２７に圧入されるセンサステータ２２に設けられている被指示部５２と位置合わせをすることで、センサステータ２２の周方向位置を容易に位置決めすることができる。したがって、本発明に係るセンサホルダは、工程を簡素化することができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るセンサホルダ２５を、図１１及び図１２を用いて説明する。実施の形態２では、実施の形態１に対して、センサステータ２３に設けられた被指示部５３の形状のみが異なっている。図１１は、実施の形態２に係るセンサステータ２３を示した断面図である。図１２は、センサホルダ２５を示した断面図である。センサホルダ２５は、実施の形態１と同様に、内面部２７に指示部５１が設けられている。指示部５１は、回転軸方向に形成されている切欠きである。また、センサステータ２３のステータ環状部２３ａには、被指示部５３が設けられている。被指示部５３は、ステータ環状部２３ａの外周面から、径方向外側に突出して形成された突起５４である。被指示部５３は、前記センサステータ２３を形成する際に一体で形成される。被指示部５３は、前記センサステータ２３が、鋳造により形成される際に、同時に形成される。回転センサ２０は、実施の形態１と同様に、センサホルダ２５の内面部２７に、センサステータ２３を圧入して組み立てる。その際、センサホルダ２５の指示部５１に、センサステータ２３に形成された突起５４を嵌合させた状態で圧入する。

指示部５１の回転軸方向における寸法Ｚは、センサステータ２２がセンサロータ２１に対し最適な位置に配置される長さとされている。センサステータ２３のセンサロータ２１に対する最適な位置とは、センサロータ２１を回転軸２に組み込み、センサステータ２３を組み込んだセンサホルダ２５を、回転軸を有する回転機器に組み込んだ際に、回転軸方向における、センサロータ２１の中心位置と、センサステータ２３の中心位置とが共に、前記回転軸に垂直な同一平面に含まれる位置である。したがって、前記Ｚ寸法は、上記のように配置される長さとされている。このように配置されることで、効率よい磁気特性が得られる。指示部５１の回転軸方向における寸法Ｚが、センサステータ２２がセンサロータ２１に対し最適な位置に配置される長さとされている結果、圧入代の測定又は圧入荷重の管理をしなくても、回転センサ２０を所望の位置に組み立てることができる。したがって、圧入作業の工程を簡素化できる。

なお、上記において、指示部５１は切欠きであり、被指示部５３は突起５４である実施例を説明した。この他の実施例として、切欠きと突起との配置を逆にしてもよい。すなわち、指示部５１は突起とし、被指示部５３は切欠きとしてもよい。また、切欠きと突起との組み合わせにおいて、切欠きを変更することも可能である。例えば、切欠きを、回転軸方向に形成され、突起が嵌合できる板厚方向の深さを有する溝としてもよい。

本発明の実施の形態２におけるセンサホルダ２５、及びセンサステータ２３は、圧入時に圧入代を制御できる指示部５１、及び被指示部５３を備えている。それにより、圧入代の測定や圧入荷重の管理が不要となる。したがって、本発明に係るセンサホルダ２５は、製造工程を簡素化することができる。

なお、上記実施の形態の各々において、以下のような変更が可能である。
センサホルダ２５に設けられる軽量化のための長穴２９ｂは、軽量効果や加工の手間を考慮した上で、設けない場合もある。その場合は、モータ用配線の引き出し用の挿通穴を設けるなど、モータ用配線の引き出し経路を別に確保する。

１ モータ
２ 回転軸
１０ ケース
２０ 回転センサ
２１ センサロータ
２１ａ ロータ環状部
２１ｂ 突部
２２，２３ センサステータ
２２ａ，２３ａ ステータ環状部
２２ｂ ティース
２２ｃ ステータコイル
２５ センサホルダ
２７ 内面部
２７ａ 内周面
２８ 外面部
２８ａ 外周面
２９ 連結部
２９ａ 垂直面
２９ｂ 長穴
５１ 指示部
５２，５３ 被指示部
５４ 突起
１００ 固定穴。

Claims (2)

1. センサロータ（２１）とセンサステータ（２２）とを備えた回転センサ（２０）を回転機器に固定するセンサホルダ（２５）であって、
   前記センサホルダ（２５）は、深絞りにより形成され、環状の内周面（２７ａ）を含む内面部（２７）と、環状の外周面（２８ａ）を含む外面部（２８）と、前記内面部（２７）及び前記外面部（２８）をつなぐ連結部（２９）と、を有し、
   前記内周面（２７ａ）は、前記センサステータ（２２）が圧入される圧入面であり、
   前記外周面（２８ａ）は、前記センサホルダ（２５）が固定される前記回転機器のケース（１０）の固定穴（１００）に圧入される圧入面である、
   センサホルダにおいて、
   前記内面部（２７）には、軸方向に形成された切欠き、及び軸方向に形成された溝の何れかである指示部（５１）が設けられており、前記センサホルダ（２５）の前記内周面（２７ａ）に対応する前記センサステータ（２２）の圧入面には、前記指示部（５１）に嵌る突起（５４）である被指示部（５２、５３）が設けられており、
   前記指示部（５１）の回転軸方向寸法は、前記センサロータ（２１）が前記回転機器の回転軸（２）に組み込まれ、かつ前記センサステータ（２２）を組み込んだ前記センサホルダ（２５）を前記回転機器に組み込んだ状態において、前記センサロータ（２１）の回転軸方向における中心位置と、前記センサステータ（２２）の回転軸方向における中心位置とが共に、前記回転軸（２）に垂直な同一平面に含まれる長さとされているセンサホルダ。
2. 前記連結部（２９）には、少なくとも１つの長穴（２９ｂ）が設けられ、前記指示部（５１）の少なくとも１つは、前記センサホルダ（２５）の中心から見て、前記長穴（２９ｂ）と重ならない周方向位置に配置されている請求項１に記載されたセンサホルダ。

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