JP7158848B2 - モータ装置のシリーズ - Google Patents

Description

本発明は、モータ装置のシリーズに関する。

各種機器の動力源や制御に用いられるモータ装置として、ロータの回転位相を検知するホール素子等のセンサが設けられたモータ装置が知られている。

例えば、特許文献１には、電動モータを構成するステータ及びロータと、ロータの回転位相を検知する回転センサとが、ハウジング又はケースに収容された構成が開示されている。

特開２０１６－１９２８３２号公報

ところで、多品種展開に向けてモータ装置をシリーズ化する際、モータ装置を適用する機器によっては、その仕様に合わせて電動モータのサイズ（出力）を変更したり、センサを省略したりするなど、構成部品のサイズやレイアウトの変更が予想される。しかしながら、これらの変更に応じてモータ装置全体の構成を個別に設計すると、製造コストが高くなるといった課題がある。

そこで、本発明は、モータユニット又はセンサユニットを構成するケースや内部構成部品を共通化することにより低コスト化を図れるモータ装置のシリーズを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、ロータと、ステータと、ロータ及びステータを収容するモータケースとを有するモータユニットに対して、ロータの回転位相を検知するセンサと、センサを収容するセンサケースとを有するセンサユニットを、組み付けて構成されるモータ装置のシリーズであって、モータケースの形状又はサイズが異なる複数種類のモータユニットを備え、各種類のモータユニットが有するモータケースは、同形状かつ同サイズに形成されたセンサケースの嵌合部に対して嵌合可能な同形状かつ同サイズの嵌合部を有し、センサケースとモータケースとの嵌合により、センサケースを有するセンサユニットを、複数種類のモータユニットの中から選択された１つのいずれに対しても組み付け可能に構成したことを特徴とする。

このように、センサケースを有するセンサユニットを、複数種類のモータユニットの中から選択された１つのいずれに対しても組み付け可能に構成することで、異なるモータユニットを備える複数種類のタイプを用意してシリーズ化するにあたって、センサユニットを共通化することができる。これにより、センサユニットを構成するセンサケース及びその内部に収容される内部構成部品を共通化することができるので、種類ごとにモータ装置全体の設計を個別に行わなければならない場合に比べて、低コスト化を図れるようになる。また、共通する部分については、組立工程に大きな変更も生じないので、シリーズ化する際の組立作業性も向上する。

また、本発明は、ロータと、ステータと、ロータ及びステータを収容するモータケースとを有するモータユニットに対して、ロータの回転位相を検知するセンサと、センサを収容するセンサケースとを有するセンサユニット、又は、センサを有しないカバー部材を、組み付けて構成されるモータ装置のシリーズであって、センサケースとカバー部材は、同形状かつ同サイズに形成されたモータケースの嵌合部に対して嵌合可能な同形状かつ同サイズの嵌合部を有し、モータケースに対するセンサケース又はカバー部材の嵌合により、モータケースを有するモータユニットに対して、センサユニットとカバー部材とのいずれかを選択して組み付け可能に構成したことを特徴とする。

このように、モータケースを有するモータユニットに対して、センサユニットとカバー部材とのいずれかを選択して組み付け可能であることで、センサを有するタイプとセンサを有しないタイプとを用意してシリーズ化するにあたって、モータユニットを共通化することができる。これにより、モータユニットを構成するモータケース及びその内部に収容される内部構成部品を共通化することができるので、種類ごとにモータ装置全体の設計を個別に行わなければならない場合に比べて、低コスト化を図れるようになる。また、共通する部分については、組立工程に大きな変更も生じないので、シリーズ化する際の組立作業性も向上する。

特に、センサを備えるシリーズの場合は、ステータに接続される給電線を導出するための配線経路が、モータケースに設けられ、センサに接続される信号線を導出するための配線経路が、センサケースに設けられることが望ましい。このように構成することで、電動モータの種類や大きさが変化して、給電線の配線経路を変更する必要が生じたとしても、信号線の配線経路についてはその影響を回避することができる。すなわち、センサケースの形状やこれに収容される内部構成部品の配置を変更しなくてもよいので、共通のセンサユニットを用いることができ、部品の共通化を図ることができる。

また、シリーズ化するにあたって、モータケースの外径を、内部に収容されるロータ又はステータの外径に合せて異ならせる必要がある場合、モータケースの嵌合部を、ロータ及びステータが収容される電動モータ収容部とは軸方向に異なる位置に設けられるようにすることで、モータケース（電動モータ収容部）の外径が変化しても、それに合わせて嵌合部の形状やサイズを変更する必要がなくなる。このように、モータケースの外径に合せてセンサユニットとの嵌合部の外径を変更する必要がないので、嵌合部の形状やサイズを共通化することで、センサケースも共通化できることからコンパクトなモータ装置のシリーズを提供できるようになる。

また、シリーズ化するにあたって、モータケースの外径を、内部に収容されるロータ又はステータの外径に合せて異ならせる必要がある場合、センサケースを、モータケースに対して嵌合された状態で、電動モータ収容部とは軸方向に異なる位置に設けられるようにすることで、モータケース（電動モータ収容部）の外径が変化しても、それに合わせてセンサケースの形状やサイズを変更する必要がなくなる。これにより、モータケースの外径に合せてセンサケースの外径を変更する必要がないので、センサケースの形状やサイズを共通化することができる上、コンパクトなモータ装置のシリーズを提供できるようになる。

本発明によれば、モータユニット又はセンサユニットを構成するケースや内部構成部品を共通化することができるので、低コスト化を図れるようになる。

本発明の実施形態に係るモータ装置のシリーズうちの１つのモータ装置の外観斜視図である。 図１に示すモータ装置の縦断面図である。 図２より小径のモータ装置の構成例を示す図である。 図２より大径のモータ装置の構成例を示す図である。 図２のモータ装置のセンサユニットを、センサを有しないカバー部材に置き換えたモータ装置の構成例を示す図である。

以下、添付の図面に基づき、本発明について説明する。なお、本発明を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係るモータ装置のシリーズのうちの１つのモータ装置の外観斜視図、図２は、図１に示すモータ装置の縦断面図である。

図１及び図２に示すモータ装置１は、モータユニット２とセンサユニット３とを組み付けて構成されている。モータユニット２は、電動モータ４と、電動モータ４を収容するモータケース５とを備える。モータケース５は、組立の都合上、二分割されており、電動モータ４を収容する円筒状のケース本体部５１と、ケース本体部５１の一端部（図２における左端部）の開口部を閉鎖するケース蓋部５２とで構成されている。ケース本体部５１とケース蓋部５２とは、環状の凹凸嵌合構造によって互いに固定されている。本実施形態では、ケース本体部５１に凹嵌合部５１ａが設けられ、ケース蓋部５２に凹嵌合部５１ａに挿入されて嵌合される凸嵌合部５２ａが設けられているが、これとは反対に、凹嵌合部がケース蓋部５２に設けられ、凸嵌合部がケース本体部５１に設けられていてもよい。

また、ケース蓋部５２には、ステータ６に接続される給電線３０（図２参照）を外部に導出するための配線経路３１が設けられている。ケース蓋部５２の外周面には筒状の突起部５２ｃが設けられており、この突起部５２ｃを通して給電線３０が外部に導出され、図示しない電源と接続される。

電動モータ４は、ケース本体部５１に対して回転しないように固定されたステータ６と、ステータ６に対して隙間を介して対向するように配置されたロータ７とで構成されている。本実施形態では、ステータ６とロータ７とが径方向に隙間を介して配置されたラジアルギャップ型の電動モータを用いているが、ステータとロータとが軸方向に隙間をもって対向するように配置されたアキシャルギャップ型の電動モータであってもよい。

ステータ６は、軸方向に積層した複数の鋼板（例えば電磁鋼板等）で形成されたステータコア６ａと、ステータコア６ａに装着された絶縁材料からなるボビン６ｂと、ボビン６ｂに巻回されたコイル６ｃとで構成されている。ロータ７は、軸方向に積層した複数の交番（例えば電磁鋼板等）で形成された環状のロータコア７ａと、ロータコア７ａの外周面に取り付けられた複数のマグネット７ｂと、ロータコア７ａの内周面に固定された環状のロータインナ７ｃと、ロータインナ７ｃと一体的に回転する回転軸８とで構成されている。

ロータインナ７ｃの内周面には回転軸８が挿入されて固定されている。回転軸８は、ロータインナ７ｃの軸方向両側に配置された２つの転がり軸受９，１０によって回転可能に支持されている。一方の転がり軸受９は、ケース蓋部５２に設けられた円筒状の軸受装着部５２ｂの内周面に装着され、他方の転がり軸受１０は、ケース本体部５１に設けられた円筒状の軸受装着部５１ｂの内周面に装着されている。また、ケース蓋部５２における転がり軸受９が配置された側とは反対側には、回転軸８の外周面にすべりカラー１１を介して環状のシール部材１２が設けられており、このシール部材１２によって回転軸８とケース蓋部５２との間の隙間が封止されている。

回転軸８におけるセンサユニット３側の端部には、半円柱状にＳ極、Ｎ極に着磁された円柱状のセンサマグネット１３が設けられている。本実施形態では、センサマグネット１３が、有底筒状に形成された樹脂製のマグネットホルダ１５の底に突き当たるように挿入されており、センサマグネット１３は接着剤によりマグネットホルダ１５に固定されている。そして、マグネットホルダ１５が、回転軸８の端部に設けられた凹部８ａ内に挿入され、さらに、固定部材としての固定ピン１６によって軸方向及び回転方向に固定されている。これにより、センサマグネット１３は、回転軸８に対して軸方向及び回転方向に位置決めされて固定されている。また、本実施形態では、回転軸８を支持する転がり軸受１０が、固定ピン１６を挿入するための挿入孔の開口部を塞いでいることで、回転軸８に対する固定ピン１６の脱落を防止する機能も兼ねている。

センサユニット３は、ロータ７の回転位相を検知するセンサ１７と、センサ１７を収容するセンサケース１８とを備える。センサ１７は、上記センサマグネット１３に対向する位置で基板１９を介してセンサケース１８内に取り付けられている。センサ１７は、磁気センサであり、電動モータ４に電力が供給されてロータ７が回転した際に、回転軸８と一体的に回転するセンサマグネット１３の磁界の変化を検知する。これにより、ロータ７の回転位相が検知される。

センサケース１８には、センサ１７に接続される信号線４０を外部に導出するための配線経路４１が設けられている。センサケース１８の外周面には筒状の突起部１８ａが設けられており、この突起部１８ａを通して信号線４０が外部に導出され、図示しない制御部と接続される。制御部は、信号線４０を通して送られたセンサ１７からの信号に基づき、電動モータ４の回転を制御する。

また、センサケース１８は、モータケース５のケース本体部５１対して固定されている。具体的には、ケース本体部５１におけるケース蓋部５２側とは反対側の端部に、円筒状の外周面を有する凸嵌合部５１ｃが設けられており、センサケース１８にはケース本体部５１の凸嵌合部５１ｃに対して嵌合可能な円筒状の内周面を有する凹嵌合部１８ｂが設けられている。また、これとは反対に、凹嵌合部がケース本体部５１に設けられ、凸嵌合部がセンサケース１８に設けられていてもよい。

次に、図３及び図４に、本実施形態に係るモータ装置のシリーズにおける他のモータ装置の構成例を示す。なお、図３及び図４に示す各モータ装置は、図１及び図２に示す上記モータ装置と基本的に同じ構造であるが、図３及び図４では、モータ装置のセンサユニット３とモータケース５のケース本体部５１のみ図示し、他の部分は図示省略している。

図３及び図４に示す各モータ装置は、図１及び図２に示す上記モータ装置とは異なる出力（外径）の電動モータを用いたタイプであり、それぞれの電動モータの外径に合せてモータケース５のケース本体部５１の外径を変更している。図３に示すモータ装置は、図１及び図２に示す上記モータ装置に比べて、ケース本体部５１の外径Ａ２を小さくし（Ａ２＜Ａ１）、反対に、図４に示すモータ装置は、図１及び図２に示す上記モータ装置に比べて、ケース本体部５１の外径Ａ３を大きくしている（Ａ３＞Ａ１）。

このように、使用する電動モータの出力が変わると、その電動モータのサイズに応じてモータケース５の外径を変更する必要性が生じる。しかしながら、本実施形態に係るモータ装置のシリーズにおいては、モータケース５のサイズが変わっても、センサユニット３は同形状かつ同サイズで同じ構造のものを用いている。そのため、本実施形態では、モータケース５（ケース本体部５１）に設けられた嵌合部（凸嵌合部５１ｃ）をいずれも同形状かつ同サイズ（Ｂ１＝Ｂ２＝Ｂ３）に形成している。これにより、モータケース５のサイズが変わっても、センサユニット３をいずれのモータケース５に対しても組み付けることができ、一種類のセンサユニット３を用いて複数種類のモータ装置を構成することが可能となる。

また、モータケース５（ケース本体部５１）の嵌合部（凸嵌合部５１ｃ）は、電動モータ４の外径が大きくなっても、その影響を受けない箇所に設けられている。すなわち、嵌合部は、モータケース５におけるステータ６及びロータ７が収容される部分Ｅ（以下、「電動モータ収容部」という。）には設けられていないので、電動モータ４のサイズ変更に合わせてモータケース５の外径を変更する必要が生じても、嵌合部の形状や外径は変更せずにそのまま維持することができる。また、言い換えれば、モータケース５の嵌合部は、電動モータ４の外径が大きくなっても、その影響を受けないように、電動モータ収容部Ｅとは軸方向に異なる位置に設けられている。同様に、センサケース１８についても、センサケース１８とモータケース５とが嵌合した状態で、センサケース１８は電動モータ収容部Ｅの外周には配置されない（センサケース１８は電動モータ収容部Ｅとは軸方向に異なる位置に設けられている）ので、電動モータ４のサイズ変更に合わせてモータケース５の外径を変更する必要が生じても、センサケース１８の外径や形状を変更する必要がない。

これに対して、上記特許文献１に記載の構成では、ハウジングにおける電動モータが収容される部分の外周に基板ケースや基板カバーが配置されているので、電動モータのサイズに応じてハウジングの外径が大きくなると、これに伴って基板ケースや基板カバーの外径も大きくしなければならない。あるいは、基板ケースや基板カバーを、ハウジングとの干渉を避けるために個別に設計しなければならないため、シリーズ化する場合に製造コストが高くなることが考えられる。

この点、本実施形態では、使用する電動モータのサイズ（出力）に応じてモータケースの径を変更しても、センサケースの径を変更しなくてもよいので、同サイズかつ同形状のセンサケースを用いることが可能である。さらに、本実施形態に係るモータ装置においては、図２に示すように、給電線３０を導出するための配線経路３１がモータケース５に設けられ、信号線４０を導出するための配線経路４１がセンサケース１８に設けられていることで、電動モータの種類や大きさが変化して、給電線の配線経路を変更する必要が生じても、信号線の配線経路は影響を受けることがない。このため、センサケースの形状やサイズを変更する必要がなく、同サイズかつ同形状のセンサケースを用いることが可能である。

このように、本実施形態に係るモータ装置の構成によれば、モータ装置をシリーズ化するにあたって、共通のセンサユニットを用いることができるので、モータ装置の種類ごとに個別にセンサユニットを設計する場合に比べて、製造コストの増大を回避できる。また、電動モータの大きさが変わってもセンサユニットのサイズが変わらないコンパクトなモータ装置のシリーズを提供できるようになる。

続いて、図５に、本実施形態に係るモータ装置のシリーズにおけるセンサを有しないモータ装置の構成例を示す。

図５に示すモータ装置１は、センサユニット３を省略したタイプである。その代りに、モータケース５に対してカバー部材２０が取り付けられている。カバー部材２０は、内部にセンサを有しない分、上記センサケースに比べて小型に形成されており、モータ装置１全体として小型化が図られている。

また、カバー部材２０には、モータケース５のケース本体部５１に設けられた凸嵌合部５１ｃに嵌合可能な凹嵌合部２０ａが設けられており、これら嵌合部５１ｃ，２０ａ同士の嵌合により、カバー部材２０はケース本体部５１に対して取り付けられている。なお、図５に示す例とは反対に、凹嵌合部がケース本体部５１に設けられ、凸嵌合部がカバー部材２０に設けられていてもよい。

また、図５に示すモータ装置１は、センサユニット３を備えていないことから、センサターゲットとしてのセンサマグネット１３も備える必要がない。従って、図５に示すモータ装置１の回転軸８には、センサマグネット１３とこれらを保持するマグネットホルダ１５及び固定ピン１６が省略されている。

上記のように、図５に示すモータ装置１は、上記センサユニット３と、センサマグネット１３、マグネットホルダ１５及び固定ピン１６が設けられていない以外は、図１及び図２に示す上記モータ装置と同じ構成である。すなわち、両モータ装置は、センサマグネットとマグネットホルダ及び固定ピンの有無以外は同じ構成のモータユニットを用いて構成されている。このように、センサを有するタイプとセンサを有しないタイプとでほぼ同じ構成のモータユニットを用いることができるのは、センサケース１８の嵌合部（凹嵌合部１８ｂ）とカバー部材２０の嵌合部（凹嵌合部２０ａ）とが同形状かつ同サイズ（Ｂ１＝Ｂ４）に形成されているからである。すなわち、同じモータケース５に対してセンサケース１８とカバー部材２０のいずれかを選択して組み付けることができるので、一種類のモータユニット２を用いてセンサを有するタイプとセンサを有しないタイプの両方を構成することができる。

また、図５に示すセンサを有しないタイプにおいて、異なる外径の電動モータ４を用いてシリーズ化することも可能である。その場合、電動モータ４の外径に合せてモータケース５の外径を変更する必要があるが、図５に示すように、カバー部材２０は、モータケース５に対して嵌合した状態で電動モータ収容部Ｅの外周には配置されていない（カバー部材２０は、電動モータ収容部Ｅとは軸方向に異なる位置に設けられている）ので、電動モータ４のサイズに合わせてモータケース５の外径を変更する必要が生じても、カバー部材２０の外径や形状を変更することなく同サイズかつ同形状のカバー部材２０を用いることが可能である。

以上のように、上記実施形態に係るモータ装置においては、シリーズ化するにあたって形状又はサイズの異なる複数種類のモータケースを用意する必要があっても、各種類のモータケースに対して、同形状かつ同サイズに形成されたセンサケースを組み付け可能にすることで、センサケース及びその内部に収容される内部構成部品を共通化することができる。また、シリーズ化するにあたって、センサユニットの要否に応じてセンサを備えるタイプとセンサを備えないタイプとを用意する必要があっても、同形状かつ同サイズに形成されたモータケースに対してセンサユニット又はカバー部材を選択して組み付け可能にすることで、モータケース及びその内部に収容される内部構成部品を共通化することが可能である。

このように、本発明によれば、モータ装置をシリーズ化するにあたって、モータユニット又はセンサユニットを構成するケース及びそれに収容される内部構成部品を共通化することができるので、種類ごとにモータ装置全体の設計を個別に行わなければならない場合に比べて、低コスト化を図れる。また、共通する部分については、組立工程にも大きな変更が生じないので、シリーズ化する際の組立作業性も向上する。

また、上記各実施形態のように、モータケースとセンサケースとの嵌合部や、モータケースとカバー部材との嵌合部が電動モータ収容部Ｅには設けられないようにし、さらに、センサケースやカバー部材が電動モータ収容部Ｅの外周には設けられないようにすることで、電動モータのサイズ変更に合わせてモータケースの径を変更する必要が生じたとしても、嵌合部、センサケース、カバー部材のそれぞれの外径や形状を変更する必要がないので、コンパクトなモータ装置のシリーズを提供できるようになる。

また、上記本実施形態のように、特にセンサを備えるシリーズの場合は、給電線を導出するための配線経路をモータケースに設け、信号線を導出するための配線経路をセンサケースに設けることで、電動モータの種類や大きさが変化して、給電線の配線経路を変更する必要が生じたとしても、信号線の配線経路についてはその影響を回避することができる。この場合、センサケースの形状やこれに収容される内部構成部品の配置を変更しなくてもよいので、共通のセンサユニットを用いることができ、部品の共通化を図ることが可能である。

なお、本発明に係るモータ装置のシリーズは、上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、本発明に係る電動モータのシリーズは、必ずセンサユニットを備えるものであってもよい。すなわち、複数種類のモータユニットの中から選択された１つに対して、一種類のセンサユニットを組み付けて構成されるモータ装置のシリーズであってもよい。また、本発明に係るモータ装置のシリーズは、複数種類のモータユニットから一種類のモータユニットを選択するのではなく、予め決められた一種類のモータユニットに対して、センサユニットとカバー部材とのいずれかを組み付けてモータ装置を構成するモータ装置のシリーズであってもよい。

１ モータ装置
２ モータユニット
３ センサユニット
５ モータケース
６ ステータ
７ ロータ
１７ センサ
１８ センサケース
１８ｂ 凹嵌合部
２０ カバー部材
２０ａ 凹嵌合部
３０ 給電線
３１ 配線経路
４０ 信号線
４１ 配線経路
５１ ケース本体部
５１ｃ 凸嵌合部
Ｅ 電動モータ収容部

Claims (5)

1. ロータと、ステータと、前記ロータ及び前記ステータを収容するモータケースとを有するモータユニットに対して、前記ロータの回転位相を検知するセンサと、前記センサを収容するセンサケースとを有するセンサユニットを、組み付けて構成されるモータ装置のシリーズであって、
   前記モータケースの形状又はサイズが異なる複数種類の前記モータユニットを備え、
   各種類の前記モータユニットが有する前記モータケースは、同形状かつ同サイズに形成された前記センサケースの嵌合部の内周面に対して嵌合可能な同形状かつ同サイズの嵌合部を有し、
   前記センサケースと前記モータケースとの嵌合により、前記センサケースを有する前記センサユニットを、複数種類の前記モータユニットの中から選択された１つのいずれに対しても組み付け可能に構成し、
   前記センサユニットと前記モータユニットが組み付けられた状態において、前記センサは前記モータケースの嵌合部内に進入するように配置されることを特徴とするモータ装置のシリーズ。
2. ロータと、ステータと、前記ロータ及び前記ステータを収容するモータケースとを有するモータユニットに対して、前記ロータの回転位相を検知するセンサと、前記センサを収容するセンサケースとを有するセンサユニット、又は、前記センサを有しないカバー部材を、組み付けて構成されるモータ装置のシリーズであって、
   前記センサケースと前記カバー部材は、同形状かつ同サイズに形成された前記モータケースの嵌合部の外周面に対して嵌合可能な同形状かつ同サイズの嵌合部を有し、
   前記モータケースに対する前記センサケース又は前記カバー部材の嵌合により、前記モータケースを有する前記モータユニットに対して、前記センサユニットと前記カバー部材とのいずれかを選択して組み付け可能に構成し、
   前記センサユニットと前記モータユニットが組み付けられた状態において、前記センサは前記モータケースの嵌合部内に進入するように配置されることを特徴とするモータ装置のシリーズ。
3. 前記ステータに接続される給電線を導出するための配線経路が、前記モータケースに設けられ、
   前記センサに接続される信号線を導出するための配線経路が、前記センサケースに設けられている請求項１に記載のモータ装置のシリーズ。
4. 前記複数種類のモータユニットは、内部に収容されている前記ロータ又は前記ステータの外径に合せて外径が異なるモータケースを有し、
   前記モータケースの前記嵌合部は、前記ロータ及び前記ステータが収容された電動モータ収容部とは軸方向に異なる位置に設けられた請求項１又は３に記載のモータ装置のシリーズ。
5. 前記センサケースと前記モータケースとが嵌合した状態で、前記センサケースは前記ロータ及び前記ステータが収容された電動モータ収容部とは軸方向に異なる位置に設けられた請求項４に記載のモータ装置のシリーズ。

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