JP7192068B2 - モータ - Google Patents

Description

この発明は、モータに関し、特に、磁気センサを用いてロータの位置を検出するモータに関する。

モータでは、例えばホール素子などの磁気センサを用いて、ロータの回転位置（回転角）が検出される。

下記特許文献１には、ロータ部のマグネットにステータコアからシャフトの軸方向に突き出た突出部が設けられており、径方向に突出部に対向するステータ部の樹脂材に配置されたホール素子によってマグネットの回転位置を検出するように構成されたモータの構造が記載されている。

特開２０１６－１９３６６２号公報

ところで、上記の特許文献１に記載されているようなモータでは、ホール素子がコイルの直上に配置されているため、ホール素子がコイルから生じる磁束の影響を受けやすく、ロータの回転位置を高精度に検出することが困難になる場合がある。

この発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、ロータの回転位置を検出できるモータを提供することを目的としている。

上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、モータは、回転軸と、回転軸を支える軸受と、周方向に複数の磁極を有する磁石と、磁石の内側に配置されたロータコアと、磁気センサとを備え、磁石は回転軸の方向においてロータコアよりも軸受側に突出した突出部を有し、磁気センサは、回転軸の方向においてロータコアと軸受との間に位置し、かつ、突出部の内周面よりも内側に位置しており、磁気センサを支持するホルダと、磁気センサを外部と接続するセンサ端子部を備え、センサ端子部はホルダに埋め込まれた埋め込み部を有し、センサ端子部と磁気センサの端子部とは、複数の埋め込み部を介して接続されており、複数の埋め込み部の一部分が、回転軸方向に並んで配置されており、軸受を支持するブラケットを収容するハウジングを備え、ホルダとブラケットは回転軸の方向に並んでおり、磁気センサの端子部はホルダに取り付けられており、外部と電気的に接続され、コイルと接続される通電端子を備え、通電端子はホルダに取り付けられており、ホルダは単一の部材で形成され、円盤状部と、円盤状部から回転軸の方向に突出するホルダ突出部とを有し、センサ端子部は、円盤状部に埋め込まれ、磁気センサはホルダ突出部に取り付けられる。

好ましくは、ロータコアは磁性体であり、磁気センサの検出面は突出部の内周面に対向している。

好ましくは、磁気センサの検出面は突出部と回転軸との間に位置している。

これらの発明に従うと、ロータの回転位置を検出できるモータを提供することができる。

本発明の実施の形態の１つにおけるモータを示す斜視図である。 モータ１の平面図である。 図２のＡ－Ａ線における断面を示すモータの断面斜視図である。 図２のＡ－Ａ線断面図である。 図２のＢ－Ｂ線断面図である。 ホルダの斜視図である。 ホルダの平面図である。 ホルダの側面図である。 モータの内部構造を示す平面図である。 モータの平面における、磁石の磁束の向きを示す図である。

以下、本発明の実施の形態におけるモータについて説明する。

以下の説明において、図面において示される座標は、各図同士で共通している。座標のＺ方向は、モータの回転軸方向（回転軸に平行な方向）である。Ｘ方向は、回転軸方向に垂直な方向である。Ｙ方向は、回転軸方向に垂直な方向であって、Ｘ方向に垂直な方向である。なお、以下の説明において、Ｚ方向を上下方向（原点から見てＺ軸で正となる方向が上方向）ということがある。ここでいう「上下」、「上」、「下」等は、モータのみに着目したときに便宜上採用する示し方であって、このモータが搭載される機器における方向や、このモータが使用される姿勢について何ら限定するものではない。

［実施の形態］

図１は、本発明の実施の形態の１つにおけるモータ１を示す斜視図である。図２は、モータ１の平面図である。

図１に示されるように、モータ１は、全体として、回転軸方向が高さ方向となる円柱状の外形を有する部分と、円柱状の部分から突出した回転軸２とを有している。回転軸２は、モータ１の円柱状の部分の上面にあるブラケット１２から、上方に向けて突出している。回転軸２の突出した部分から、モータ１の駆動力を取り出すことができる。

モータ１は、いわゆる、インナーロータ型のブラシレスモータである。

モータ１のブラケット１２には、３つの通電端子２７（２７ｕ，２７ｖ，２７ｗ）と、センサ端子部３７とが設けられている。センサ端子部３７は、例えば５つの端子片が、Ｘ方向に並ぶようにして配置されている。通電端子２７は、それぞれ、ブラケット１２から上方に突出している。センサ端子部３７は、ブラケット１２から上方に突出している。図２に示されるように、上方から見て、回転軸２周りに等間隔となる位置に、センサ端子部３７、通電端子２７ｖ、通電端子２７ｗ、通電端子２７ｕが、この並び順で配置されている。通電端子２７ｕと通電端子２７ｖとが回転軸２を間に挟むようにしてＸ方向に並ぶように配置されており、通電端子２７ｗとセンサ端子部３７とが回転軸２を間に挟むようにしてＹ方向に並ぶように配置されている。通電端子とは、電力を供給できる端子をいう。

図３は、図２のＡ－Ａ線における断面を示すモータ１の断面斜視図である。図４は、図２のＡ－Ａ線断面図である。図５は、図２のＢ－Ｂ線断面図である。

図３に示されるように、モータ１は、大まかに、上端部が開口部となる有底の円筒形状のハウジング１１の内部に各部材が配置され、ハウジング１１の開口部が板状のブラケット１２で塞がれた構造を有している。ブラケット１２は、ハウジング１１の開口部近傍の縁部にブラケット１２の周縁部が固定されることで、ハウジング１１に収容されている。ハウジング１１の内部には、磁石３と、ロータコア６と、下端部側に設けられた軸受１５（以下、下側の軸受と呼称する）と、上端部側に設けられた軸受１７（以下、上側の軸受と呼称する）と、ステータコア２１と、コイル２３と、インシュレータ２４，２５と、ホルダ３０とが配置されている。

下側の軸受１５は、ハウジング１１の底部中央に取り付けられている。軸受１５の内輪には回転軸２の下端部がはめ込まれている。下側の軸受１５は、ハウジング１１の底部に設けられた折り返し部１１ｂにより、ハウジング１１に固定されている。この折り返し部１１ｂは、ハウジング１１の底部の一部が、ハウジング１１の内部に向かって折り曲げられることで形成されている。折り返し部１１ｂは下側の軸受け１５を収容できるような、筒状の形状を備えている。

上側の軸受１７は、ブラケット１２の中央部に形成された窪みに外輪が圧入されてブラケット１２に取り付けられている。軸受１７の内輪には、回転軸２が圧入されている。

下側の軸受１５と上側の軸受１７とは、それぞれ、回転軸２を回転可能に支える。回転軸２が、軸受１５，１７に支持されていることで、回転時２と磁石３とロータコア６とを含むロータが、モータ１のハウジング１１及びそれに固定されているステータに対して回転可能となっている。

回転軸２には、磁石３と、ロータコア６とが取り付けられている。磁石３は、環状に配置されており、ロータコア６は、磁石３の内側に配置されている。本実施の形態において、ロータコア６は、円筒面の外周形状を有している。磁石３は、円筒形状を有しており、ロータコア６の外周を覆うようにしてロータコア６に固定されている。

ロータコア６は、例えば、回転軸２に圧入された状態で、回転軸２に対して固定されている。また、磁石３は、例えば、ロータコア６に接着されて固定されている。なお、ロータコア６の回転軸２への固定方法や、磁石３のロータコア６への固定方法は、これに限られるものではなく、公知の方法を採用できる。

本実施の形態において、磁石３及びロータコア６は、上下に２つの部材に分かれている。すなわち、モータ１の上方には、磁石４とその内側のロータコア７とが配置されている。モータ１の下方には、磁石５とその内側のロータコア８とが配置されている。磁石４及び磁石５や、ロータコア７とロータコア８とは、ほとんど隙間を空けずに上下に並んでいる。

磁石３は、周方向に複数の磁極を有している。周方向において隣接する磁極は互いに異なっている。磁石３は、例えば、等方性のボンド磁石であるが、これに限られるものではない。磁石３は、例えば、極異方性の磁石であってもよい。

本実施の形態において、ロータコア６は、磁性体である。具体的には、ロータコア６は、例えば鉄製の部材で形成された、鉄心である。

本実施の形態において、上側（ブラケット１２側）の磁石４は、回転軸方向において、ロータコア６よりも上側の軸受１７側に突出した突出部４ａを有している。換言すると、磁石３の回転軸方向の長さはロータコア６の回転軸方向の長さよりも大きく、かつ、磁石３とロータコア６とのそれぞれの下端部は、回転軸方向において略同じ位置にある。そのため、磁石３は、ロータコア６の上端部よりも回転軸方向において上方に位置する部位を有しており、この部位が突出部４ａとなっている。突出部４ａは、磁石４の他の部位と同様の厚みを有する円筒形状を有している。このような突出部４ａが設けられていることにより、磁石３は、突出部４ａ部分において、ロータコア６の外周面に向き合わない内周面４ｂを有している。すなわち、磁石３は、対向する内周面４ｂを有する突出部４ａを有している。

ステータコア２１は、コイル２３と、インシュレータ２４，２５とともに、ステータを構成する。ステータコア２１は、それぞれ複数のティースを有する複数の鉄板などの薄板が重ねられて構成されている。ステータコア２１は、外周部がハウジング１１の内周面に固定されている。ステータコア２１の上面、下面及び各ティースの表面は、ステータコア２１の上側から配置されたインシュレータ２４と、下側から配置されたインシュレータ２５とで覆われている。コイル２３は、インシュレータ２４，２５を介して、それぞれのティースに巻き付けられている。本実施の形態において、６つのティースが設けられており、コイル２３は、３相で駆動されるように、通電端子２７（２７ｕ，２７ｖ，２７ｗ）に接続されている。各通電端子２７は、例えば金属板である。各通電端子２７は、インシュレータ２４に、インシュレータ２４から上方に延びるように固定されており、ブラケット１２を貫通している。

ホルダ３０は、略中央部を回転軸２が貫通するように形成されており、磁気センサ３５を支持する。ホルダ３０は、例えば樹脂製の部材である。樹脂部材で形成されたホルダ３０は、後述する磁気センサ３５の複数の端子やセンサ端子部３７の複数の端子それぞれを互いに絶縁している。ホルダ３０とブラケット１２とは、回転軸方向に並んでいる。ホルダ３０は、ロータコア６やステータよりも上側の軸受１７に近い位置、すなわちステータと軸受１７との間の位置に配置されている。

図６は、ホルダ３０の斜視図である。図７は、ホルダ３０の平面図である。図８は、ホルダ３０の側面図である。

図６、図７、及び図８に示されるように、本実施の形態において、ホルダ３０は、磁石３の外径よりも大きい外径を有する円盤状部３１と、円盤状部３１から下方に突出する、円筒形状の突出部３２（以下、ホルダ突出部３２と呼称する）とを有している。円盤状部３１には、センサ端子部３７の一部が埋め込まれている。以下、このセンサ端子部３７の一部を、埋め込み部３７ａと呼称する。センサ端子部３７は、磁気センサ３５の端子部３５ｂを外部と接続するために、磁気センサ３５の端子部３５ｂとは別にホルダ３０に設けられた、外部接続用の端子部である。この埋め込み部３７ａをセンサ端子部３７と複数の磁気センサ３５の端子３５ｂを電気的に接続する、導電性を有する板状部材としても構わない。この場合、センサ端子部３７が有する複数の端子それぞれに電気的に接続される、導電性を有する複数の板状部材がホルダ３０内にあり、これら複数の板状部材はそれぞれ回転軸方向にて並べて配置されている。ホルダ突出部３２は、ロータコア６の外径よりも小さい外径を有している。すなわち、ホルダ突出部３２は、突出部４ａの内周面４ｂの径よりも小さい外径を有している。なお、ホルダ突出部３２は、円筒形状に限られず、他の形状であってもよい。

ホルダ３０の円盤状部３１の一部には、上方に向けて突出する保持部３３（以下、端子保持部３３と呼称する）が形成されている。ホルダ３０は、端子保持部３３がブラケット１２を貫通するようにしてブラケット１２に保持されていることにより、ブラケット１２に取り付けられている。端子保持部３３の内部を通って、磁気センサ３５の端子部３７（以下、センサ端子部３７と呼称する）がモータ１の内部からブラケット１２の上方に引き出されている。外部と電気的に接続される通電端子２７は、ホルダ３０に取り付けられており、端子保持部３３により支持されている。

本実施の形態において、磁気センサ３５は、複数設けられている。具体的には、例えば３つの磁気センサ３５が設けられている。磁気センサ３５は、例えば、ホール素子である。磁気センサ３５は、磁気を検出可能な検出面３５ａを有している。磁気センサ３５は、回転軸方向に延びる端子３５ｂを備えている。端子３５ｂは、上方に、すなわちブラケット１２に向けて延びている。磁気センサ３５の端子３５ｂは、ホルダ３０に取り付けられている。

センサ端子部３７は、５つの端子３８ａ１、３８ａ２、３８ａ３、３８ａ４、３８ａ５を有している。センサ端子部３７が有する１つの端子３８ａ１は、埋め込み部３７ａを介して、３つの磁気センサ３５のうち１つの端子３５ｂ（３５ｂ１）に接続されている。また、もう１つの端子３８ａ２は、埋め込み部３７ａを介して、３つの磁気センサ３５のうち、他の１つの端子３５ｂ（３５ｂ２）に接続されている。また、他の３つの端子３８ａ３、３８ａ４、３８ａ５のそれぞれは、埋め込み部３７ａを介して、３つの磁気センサ３５のうち１つの端子３５ｂ（３５ｂ３）に接続されている。この端子３５ｂ３は、磁気センサ３５から外部へ信号を出力するための信号用の端子である。これらの端子の埋め込み部３７ａは、回転軸方向に異なる位置の３層に分かれており、互いに絶縁された状態が保たれるように構成されている。すなわち、これら端子の埋め込み部３７ａを構成する端子の一部分が、回転軸方向に並んで配置されている。このようにホルダ３０を用いて、磁気センサ３５が保持され、かつ、磁気センサ３５からセンサ端子部３７までの配線が行われるので、回路基板等を用いずに配線を行うことができる。モータ１に磁気センサ３５を取り付ける工程とは別に、事前に配線作業を行うことができるので、モータ１の組み立て工程を簡素化することができる。

図３、図４、及び図５に戻って、磁気センサ３５は、回転軸方向において、ロータコア６と軸受１７との間に位置している。具体的には、磁気センサ３５は、回転軸方向において突出部４ａの端部及び軸受１７から離れた位置に位置している。換言すると、磁気センサ３５は、突出部４ａの上端部よりも下方に位置している。また、磁気センサ３５は、突出部４ａの内周面４ｂよりも内側に位置している。そして、磁気センサ３５は、その検出面３５ａが突出部４ａの内周面４ｂに対向するようにして配置されている。換言すると、磁気センサ３５は、突出部４ａと回転軸２との間において、磁気センサ３５の検出面３５ａに磁石３から径方向に出る磁力線が通るような向きで配置されている。磁気センサ３５は、磁石３の径方向の磁場又は磁力を検出する。

図９は、モータ１の内部構造を示す平面図である。

図９においては、磁気センサ３５を除き、ブラケット１２及びブラケット１２に取り付けられているホルダ３０や端子等の図示が省略されている。

図９に示されるように、３つの磁気センサ３５は、回転軸２の周囲に略等間隔に（回転軸２を中心に１２０度の間隔を空けて）配置されている。いずれの磁気センサ３５も、検出面３５ａが磁石３の突出部４ａの内周面４ｂに対向するように、検出面３５ａを径方向外方に向けるようにして配置されている。

図１０は、モータ１の平面における、磁石から生じた磁力線を示す図である。

図１０には、図２のモータ１の平面とともに、磁石３（４、５）から生じた磁力線が示されている。磁石３は周方向に複数の磁極を有している。磁石３の磁極は、具体的にはＮ極、Ｓ極が交互に並んでいる。磁力線は、これら２つの磁極のうち、一方の磁極から隣接する他方の磁極に向かっている。このような複数の磁力線がある領域内に磁気センサ３５が配置されている。磁気センサ３５の検出面３５ａが磁石３の突出部４ａの内周面４ｂに対向するように、検出面３５ａを径方向外方に向けるようにして配置されることで、磁気センサ３５は効率よく磁石３から生じる磁場の大きさを検出できる。

モータ１は、以上のように構成されているので、以下のことが可能となる。

一般に、インナーロータ型のブラシレスモータにおいて、ホール素子を磁気センサとして用いる場合には、ロータの回転角を正確に検知するために５０ｍＴ（ミリテスラ）以上の磁界が必要となる。そのため、磁気センサをできるだけ磁石に近づけて、強い磁界強度が得られるようにする必要がある。しかしながら、モータの内部のスペースは限られており、このように強い磁界強度が得られるように磁気センサを配置できる場所を確保することは困難であるという問題がある。

これに対して、本実施の形態においては、磁石４に、ロータコア６の上端面よりも上方にオーバーハングさせた突出部４ａを設けて、突出部４ａの内周面４ｂに検出面３５ａが近接するようにして磁気センサ３５が配置されている。磁気センサ３５は、コイル２３から離れた位置にあるので、磁気センサ３５がコイル２３から出る磁束の影響を受けにくくなる。したがって、磁気センサ３５のより回転軸２の回転位置を高精度に検出することができる。また、磁石３に近接されて磁気センサ３５を配置するためにモータ１を大型化する必要がないため、モータ１を比較的小型化することができる。磁気センサ３５は、軸方向の磁束密度分布の変化が比較的小さいエリアに配置されているので、振動等により磁気センサ３５が軸方向に振動したとしても磁束の検出量が安定する。したがって、回転軸２の回転位置の検出結果の信頼性が高くなる。

［その他］

ロータコアは、他の磁性体であってもよい。また、ロータコアは、非磁性体により構成されていてもよい。非磁性体でロータコアが構成されている場合において、磁石は、例えば、極異方性マグネットを用いることができる。すなわち、磁石から周方向に磁路が発生する場合においても、磁石の突出部の内周面の近くに磁気センサを配置することにより、径方向に磁気センサを通る磁場又は磁力を磁気センサで検出することができる。

モータの極数や層数、スロット数などは、上述の実施の形態に限られるものではない。また、磁気センサとして、種々のものを用いることができる。

ホルダは、ブラケットではなく、ハウジング等の他の部分に固定されていてもよい。また、ホルダは、必ずしも用いられなくてもよい。また、ホルダは単一の部材で形成されていてもよく、この部材は樹脂等の公知の材料で形成されていても構わない。

磁気センサは、上述の実施の形態における下側の軸受に近い位置に配置されていてもよい。この場合、磁石の突出部が、下方の軸受に向けて突出しており、その内周面に向けて磁気センサの検出面が配置されるようにすればよい。

上記実施の形態では、ばねは設けられていないが、回転軸２と略同軸に、回転軸２が貫通するようにコイルばねを配置しても構わない。この場合、コイルばねは、下側の軸受１５と下側のロータコア８との間に配置される。コイルばねは、軸受１５から離れる方向に、ロータコア８を付勢する。なお、コイルばねに代えて、他の形式のばねであってもよいし、これとは異なる位置に配置されていてもよい。

上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ モータ
２ 回転軸
３，４，５ 磁石
４ａ 突出部
４ｂ 内周面
６，７，８ ロータコア
１１ ハウジング
１２ ブラケット
１５ 軸受
１７ 軸受
２１ ステータコア
２３ コイル
２４，２５ インシュレータ
２７（２７ｕ，２７ｖ，２７ｗ） 通電端子
３０ ホルダ
３１ 円盤状部
３２ ホルダ突出部
３３ 端子保持部
３５ 磁気センサ
３５ａ 検出面
３７ センサ端子部

Claims (3)

1. 回転軸と、
   前記回転軸を支える軸受と、
   周方向に複数の磁極を有する磁石と、
   前記磁石の内側に配置されたロータコアと、
   磁気センサとを備え、
   前記磁石は前記回転軸の方向において前記ロータコアよりも前記軸受側に突出した突出部を有し、
   前記磁気センサは、前記回転軸の方向において前記ロータコアと前記軸受との間に位置し、かつ、前記突出部の内周面よりも内側に位置しており、
   前記磁気センサを支持するホルダと、
   前記磁気センサを外部と接続するセンサ端子部を備え、
   前記センサ端子部は前記ホルダに埋め込まれた複数の埋め込み部を有し、
   前記センサ端子部と前記磁気センサの端子部とは、前記複数の埋め込み部を介して接続されており、
   前記複数の埋め込み部の一部分が、回転軸方向に並んで配置されており、
   前記軸受を支持するブラケットを収容するハウジングを備え、
   前記ホルダと前記ブラケットは前記回転軸の方向に並んでおり、
   前記磁気センサの端子部は前記ホルダに取り付けられており、
   外部と電気的に接続され、コイルと接続される通電端子を備え、
   前記通電端子は前記ホルダに取り付けられており、
   前記ホルダは単一の部材で形成され、円盤状部と、前記円盤状部から回転軸の方向に突出するホルダ突出部とを有し、
   前記センサ端子部は、前記円盤状部に埋め込まれ、
   前記磁気センサは前記ホルダ突出部に取り付けられる、モータ。
2. 前記ロータコアは磁性体であり、
   前記磁気センサの検出面は前記突出部の内周面に対向している、請求項１に記載のモータ。
3. 前記磁気センサの検出面は前記突出部と前記回転軸との間に位置している、請求項２に記載のモータ。

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