JP7205438B2 - 機電一体型モータ - Google Patents

Description

本開示は、内部にモータを収容した筐体の外壁に、モータ駆動用の回路基板が設けられた機電一体型モータに関する。

機電一体型モータにおいては、ロータに設けられたセンサマグネットからの磁束を、回路基板に設けられた磁気センサにて検出することで、モータの回転位置を検出できるようにしたものが知られている。

また、この種のモータにおいては、特許文献１に記載のように、エンドプレートに、センサマグネットから磁気センサへ磁束を導く磁束誘導部材を設けて、磁気センサによる回転位置の検出精度を確保することが提案されている。

特開２０１４－２３０３８７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のように、エンドプレートに磁束誘導部材を設けると、モータ全体が大きくなり、小型化が要求される機電一体型モータでは、上記提案の技術を採用できないことがある。

本開示の一局面は、センサマグネットからの磁束を回転検出用の磁気センサに導く磁束誘導部材を備えた機電一体型モータにおいて、磁束誘導部材を設けることでモータ全体が大きくなるのを抑制できるようにすることが望ましい。

本開示の１つの態様による機電一体型モータは、非磁性材料にて構成され、内部にモータを収容した筐体（４）と、筐体内に設けられ、モータと共に回転する回転検出用のセンサマグネット（３０）と、を備える。

また、筐体において、センサマグネットとは反対側の外壁には、モータ駆動用の電子部品が実装された回路基板（１０）が設けられている。そして、回路基板には、電子部品の一つとして、センサマグネットからの磁束を検出する複数の磁気センサ（２４）が実装されている。

従って、回路基板側では、複数の磁気センサにて検出される磁束の変化から、モータの回転位置を検出することができる。
また、筐体において、センサマグネットと対向する位置には、それぞれ、筐体のセンサマグネットとの対向面からセンサマグネット側に突出した状態で、複数の磁束誘導部材（８）が固定されている。

この複数の磁束誘導部材は、センサマグネットからの磁束を、それぞれ、複数の磁気センサに導くためのものであり、高透磁率材料にて構成されている。
そして、センサマグネットには、モータの回転時のセンサマグネットの回転軌跡に沿って、筐体から突出された磁束誘導部材の先端部分が挿入される溝部（３２）が設けられている。

すなわち、回路基板に実装された磁気センサと、センサマグネットとの間に配置される筐体に磁束誘導部材を固定するには、筐体を厚くする必要がある。そして、モータの大型化を招くことなく筐体を厚くするには、筐体を厚くした分、センサマグネットの厚みを薄くする必要がある。しかし、センサマグネットの厚みを薄くすると、センサマグネットからの発生磁力が低下してしまう。

そこで、本開示では、センサマグネットからの磁束を、より効率よく磁気センサに導くことができるように、磁束誘導部材を大きくして、筐体からセンサマグネット側に突出させ、その突出させた先端部分を、センサマグネットの溝部に挿入するようにしている。

この結果、磁束誘導部材を固定できるように筐体を厚くした分、センサマグネットの厚みが薄くなっても、先端部分がセンサマグネットの溝部に挿入された磁束誘導部材によって、センサマグネットからの磁束を磁気センサに効率よく導くことができるようになる。

よって、本開示の機電一体型モータによれば、筐体に磁束誘導部材を設けることによって、モータが大型化するのを抑制することができ、しかも、回路基板に設けられた磁気センサを介して、モータの回転位置を精度良く検出することができるようになる。

第１実施形態の機電一体型モータを回路基板が設けられた後方側から見た平面図である。 図１において回路基板を取り外した状態を表す平面図である。 図２に示す３つの磁気センサとセンサマグネットとの位置関係を表す説明図である。 図２に示すＩＶ－ＩＶ線断面図である。 ３つの磁気センサから得られる回転検出信号を表す説明図である。 図２に示すＶＩ－ＶＩ線断面図である。 図６において、筐体に磁束の通路となる孔を設けた参考例１の構成を表す説明図である。 図７Ａにおいて筐体の孔を閉じた、参考例２の構成を表す説明図である。 図７Ｂにおいて筐体に磁束誘導部材を設けた、参考例３の構成を表す説明図である。 図７Ｃにおいて磁束誘導部材固定のために筐体を厚くした、参考例４の構成を表す説明図である。 図６において筐体から突出される磁束誘導部材の先端部分を半球形状にした、第２実施形態の構成を表す説明図である。 第２実施形態の磁束誘導部材を、インサート成形により筐体に埋め込む方法を説明する説明図である。 第２実施形態の磁束誘導部材の変形例を表す説明図である。 第３実施形態の３つの磁気センサとセンサマグネットとの位置関係を表す説明図である。 図１１に示す３つの磁気センサとセンサマグネットとの間に配置される磁束誘導部材の形状を表す斜視図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［第１実施形態］
図１に示すように、本実施形態の機電一体型モータ２においては、内部にモータを収容した筐体４の外壁に、モータ駆動用の回路部品が実装された回路基板１０が固定されている。

筐体４において、回路基板１０が固定される部分は、筐体４内でモータの回転軸を回転可能に支持するベース部分であり、非磁性材料であるアルミニウムを主成分とする、アルミダイカストにて構成されている。

回路基板１０において、筐体４とは反対側の基板面には、モータの駆動回路の一部を構成するコイル１２やコンデンサ１４等が実装されている。また、筐体４側の基板面には、図２に点線で示す位置に、モータへの通電経路を切り替えるためのスイッチング素子２２や、モータの回転位置を検出するための磁気センサ２４が実装されている。

また、回路基板１０には、外部の直流電源や制御装置を接続するためのコネクタ１６、及び、駆動回路と筐体４内のモータとを接続するための端子台１８も固定されている。
そして、筐体４には、回路基板１０を外側から覆い、回路基板１０を含む筐体４内部を保護するために、図示しない防水用のカバーが固定される。

次に、本実施形態において、筐体４内部に収納されるモータは、３相ブラシレスモータであり、端子台１８には、モータの各端子に接続するための３つの接続端子が備えられている。

そして、スイッチング素子２２は、これら各端子に正・負の電源電圧を選択的に印加できるように、所謂ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチとして、合計６個、回路基板１０に実装されている。

また、磁気センサ２４は、モータと共に筐体４内に収納されたセンサマグネット３０からの磁束を検出するためのものである。図２に点線で示すように、センサマグネット３０は、円環形状であり、円の中心がモータの回転中心軸と一致するように、ロータに固定されている。

図３に示すように、センサマグネット３０は、モータの回転中心軸周りに、電気角１８０度に対応する回転角４５度毎に極性が反転するよう配置された、永久磁石にて構成されている。

そして、磁気センサ２４は、センサマグネット３０の回転により生じる磁束変化から回転位置を検出できるように、モータの回転中心軸周りに、電気角１２０度に対応する角度θ（＝３０度）間隔で、合計３個配置されている。

この結果、３つの磁気センサ２４からは、モータの回転に伴いセンサマグネット３０が回転することにより、電気角１２０度の位相差を有する正弦波が出力されることになり、各出力を波形整形することで、図４に示す検出信号が得られることになる。そして、この検出信号は、モータの正回転時と逆回転時とで変化パターンが異なることから、モータの回転位置（角度）に加えて、回転方向も検知できるようになる。

次に、図２，図５及び図６に示すように、筐体４において、回路基板１０と対向する外側壁面（以下、外壁）には、回路基板１０が固定された際に各磁気センサ２４と干渉することのないよう、各磁気センサ２４との対応位置に凹部７が設けられている。

そして、回路基板１０は、スイッチング素子２２等の電子部品が発生した熱を放熱するための放熱ゲル２６を挟んで、筐体４に固定される。
この放熱ゲル２６は、凹部７付近まで設けられることから、回路基板１０の固定時に、凹部７内にはみ出すことがある。このため、図５，図６に示すように、凹部７の底は閉塞されている。

つまり、図７Ａに示す参考例１のように、筐体４の磁気センサ２４との対向位置に、回路基板１０側からセンサマグネット３０側へと貫通した貫通孔６を設けると、貫通孔６側にはみ出した放熱ゲル２６が、センサマグネット３０側へ落下することがある。

そこで、本実施形態では、放熱ゲル２６等が貫通孔６を通って筐体４内に入ることのないよう、貫通孔６に代えて、底が閉塞された凹部７を、磁気センサ２４との干渉防止用として、筐体４に設けているのである。

次に、筐体４において、回路基板１０と対向する内側壁面（以下、内壁）で、凹部７との対応位置には、それぞれ、センサマグネット３０からの磁束を各磁気センサ２４に導く磁束誘導部材８を固定するための固定孔５が設けられている。

磁束誘導部材８は、高透磁率材料であるステンレス鋼にて構成されており、圧入により固定孔５に埋め込まれている。また、磁束誘導部材８は、固定孔５からセンサマグネット３０に向けて突出されている。

なお、磁束誘導部材８をステンレス鋼にて構成しているのは、磁気特性、耐食性、加工性に優れているためであり、本実施形態では、ステンレス鋼にＣｒを１０～２０％含有させることで、透磁率を高めている。但し、磁束誘導部材８は、ステンレス鋼に限定されるものではなく、鉄等、高透磁率材料として利用されているものであればよい。

また、センサマグネット３０には、図３、図５、図６に示すように、モータ回転時のセンサマグネット３０の回転軌跡に沿って、筐体４の内壁から突出された磁束誘導部材８の先端部分を挿入可能な円形の溝部３２が設けられている。

すなわち、図７Ａに示した参考例１の筐体４において、磁気センサ２４との対向位置に設けられた貫通孔６を閉塞して、図７Ｂに示す参考例２の筐体４を構成すると、磁気センサ２４とセンサマグネット３０との間に、凹部７の底となる筐体４の一部が配置される。

従って、図７Ｂに示す参考例２のように、貫通孔６を閉塞して凹部７を設けただけでは、磁気センサ２４とセンサマグネット３０との間のギャップＧが広がり、センサマグネット３０から磁気センサ２４に届く磁力が低下する。

また、参考例２において、筐体４の外壁から、センサマグネット３０の筐体４とは反対側の壁面のまでの厚みを、参考例１と同じにするには、センサマグネット３０の厚みＴ１を薄くする必要がある。しかし、このようにセンサマグネット３０の厚みＴ１を薄くすると、センサマグネット３０の発生磁力も低下する。

この問題に対しては、特許文献１に記載のように、筐体４に磁束誘導部材８を埋め込み、センサマグネット３０からの磁束を磁気センサ２４に誘導するようにすればよい。つまり、このようにすれば、磁気センサ２４とセンサマグネット３０との間のギャップＧが広がり、センサマグネット３０の厚みＴ１が薄くなっても、センサマグネット３０から磁気センサ２４に届く磁力が低下するのを抑制できる。

しかし、図７Ｂに示した参考例２の筐体４において、凹部７の底に磁束誘導部材８を埋め込むようにしたのでは、図７Ｃに示す参考例３のように、筐体４における磁束誘導部材８の埋め込み部分の厚みＴ２が薄くなってしまう。従って、磁束誘導部材８を埋め込むことができないとか、埋め込んだ磁束誘導部材８が筐体４から外れ易くなるという問題が発生する。

一方、磁束誘導部材８を筐体４にしっかりと埋め込むことができるようにするには、図７Ｄに示す参考例４のように、筐体４を厚くすればよい。しかし、この場合、機電一体型モータ２全体の大きさを維持するには、センサマグネット３０の厚みＴ１を更に薄くしなければならず、センサマグネット３０の発生磁力が低下する。

そこで、本実施形態では、センサマグネット３０からの磁束をより効率よく磁気センサ２４に導くことができるようにするため、磁束誘導部材８を大きくして、その一部を筐体４からセンサマグネット３０側へと突出させている。

また、センサマグネット３０が薄くなって、発生磁力が低下するのを抑制するため、センサマグネット３０に、筐体４から突出された磁束誘導部材８の一部を挿入するための溝部３２を設けている。

この結果、本実施形態によれば、筐体４に埋め込まれた磁束誘導部材８によって、センサマグネット３０からの磁束を磁気センサ２４に効率よく導くことができる。
また、本実施形態の機電一体型モータ２によれば、磁束誘導部材８を備えていない参考例１の機電一体型モータに比べて、大型化することなく、放熱ゲル２６等が筐体４内に入るのを防止することができる。

よって、本実施形態の構成は、小型化が要求される機電一体型モータにおいて、特に有効な構成となる。
［第２実施形態］
上記実施形態では、磁束誘導部材８は、圧入により筐体４の固定孔５に固定されるものとして説明したが、本実施形態では、筐体４のダイカスト鋳造時に、インサート成形にて磁束誘導部材８が筐体４と一体化されている。

つまり、本実施形態の筐体４は、図９に示すように、下型４１に磁束誘導部材８を固定した状態で、上型４０と下型４１との間に、筐体４を構成するアルミを流し込むことにより作製される。

この場合、筐体４から突出される磁束誘導部材８の先端部分が、図６に示すような円柱若しくは角柱形状であると、筐体４の製造時に、磁束誘導部材８を下型４１にセットし難くなる。

そこで、本実施形態では、図８に示すように、筐体４から突出される磁束誘導部材８の先端部分を、半球形状（所謂、ＳＲ形状）にすることで、下型４１へセットし易くしている。この結果、本実施形態によれば、磁束誘導部材８をインサート成形によって筐体４に埋め込む際の作業性を向上することができる。

なお、本実施形態のように、磁束誘導部材８を、インサート成形によって筐体４に埋め込む場合、図１０に示すように、磁束誘導部材８には鍔部９を設けるようにしてもよい。
つまり、この鍔部９は、筐体４の内壁面に接する外周部分に設けられており、筐体４の内壁面に接する部分の径が最も大きく、この部分よりも筐体４側及びセンサマグネット３０側の径が小さくなるよう、テーパ状に形成されている。

この結果、磁束誘導部材８は、下型４１へセットし易くなると共に、インサート成形によってバリが発生し難くすることができる。
［第３実施形態］
上記実施形態では、３つの磁気センサ２４は、それぞれ、磁束誘導部材８を挟んで、センサマグネット３０との対向位置に配置されるものとして説明したが、回路基板１０の設計上、各磁気センサ２４をセンサマグネット３０との対向位置に配置できないこともある。

そこで、本実施形態では、図１１に示すように、３つの磁気センサ２４のうちの２つを、回路基板１０においてセンサマグネット３０との対向位置から離れた待避位置に配置している。

そして、待避位置に配置された磁気センサ２４に磁束を導く磁束誘導部材８については、図１２に示すように、筐体４と回路基板１０との間の空間内でセンサマグネット３０から離れるように屈曲させて、磁気センサ２４へ磁束を導くようにしている。

なお、この場合、屈曲させた磁束誘導部材８を配置する空間については、筐体４の凹部７を、センサマグネット３０との対向位置から磁気センサ２４との対向位置まで延設することで、形成することができる。

このように、本実施形態によれば、回路基板１０において、センサマグネット３０との対向位置に磁気センサ２４を設けることができない場合であっても、磁束誘導部材８を用いて、センサマグネット３０からの磁束を磁気センサ２４まで導くことができる。よって、本実施形態によれば、回路基板１０の設計の自由度を高めることができる。

［他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

例えば、第１実施形態においては、筐体４の凹部７の底は閉塞されているものとして説明したが、凹部７の底には、筐体４の凹部７とは反対側から磁束誘導部材８が埋め込まれることから、凹部７の底は、固定孔５にて貫通していてもよい。つまり、このようにしても、固定孔５に磁束誘導部材８が埋め込まれるので、放熱ゲル２６が凹部７から筐体４内に落下するのを抑制できる。

また、筐体４は、アルミダイカストにて構成されるものとして説明したが、非磁性材料にて構成されていればよい。またダイカストではなく、金属板にて構成されていてもよい。

また、上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。

４…筐体、５…固定孔、８…磁束誘導部材、９…鍔部、１０…回路基板、２４…磁気センサ、２６…放熱ゲル、３０…センサマグネット、３２…溝部。

Claims (7)

1. 非磁性材料にて構成され、内部にモータを収容した筐体（４）と、
   前記筐体内に設けられ、前記モータと共に回転する回転検出用のセンサマグネット（３０）と、
   前記筐体において、前記センサマグネットとは反対側の外壁に設けられ、モータ駆動用の電子部品が実装された回路基板（１０）と、
   前記電子部品の一つとして前記回路基板に実装され、前記センサマグネットからの磁束を検出する複数の磁気センサ（２４）と、
   高透磁率材料にて構成され、前記センサマグネットからの磁束を前記複数の磁気センサにそれぞれ導く複数の磁束誘導部材（８）と、
   を備え、
   前記複数の磁束誘導部材は、前記筐体において前記センサマグネットと対向する位置に、それぞれ、前記筐体の前記センサマグネットとの対向面から前記センサマグネット側に突出した状態で、前記筐体に固定されており、
   前記センサマグネットには、前記モータの回転時の前記センサマグネットの回転軌跡に沿って、前記筐体から突出された前記磁束誘導部材の先端部分が挿入される溝部（３２）が設けられている、機電一体型モータ。
2. 前記回路基板と前記筐体との間には、前記回路基板に実装された前記電子部品からの熱を放熱するための放熱ゲル（２６）が設けられている、請求項１に記載の機電一体型モータ。
3. 前記筐体は、前記非磁性材料からなるダイカストにて構成され、
   前記磁束誘導部材は、前記ダイカストに設けられた固定孔（５）への圧入により、前記筐体に固定されている、請求項１又は請求項２に記載の機電一体型モータ。
4. 前記筐体は、前記非磁性材料からなるダイカストにて構成され、
   前記磁束誘導部材は、前記ダイカストへのインサート成形により、前記筐体に固定されている、請求項１又は請求項２に記載の機電一体型モータ。
5. 前記磁束誘導部材において、前記筐体の内壁から突出される前記センサマグネット側の先端部分は、半球形状である、請求項４に記載の機電一体型モータ。
6. 前記磁束誘導部材には、前記筐体の内壁面に接する外周部分の径が最も大きく、該外周部分よりも前記筐体側及び前記センサマグネット側の径が小さくなるよう、テーパ状の鍔部（９）が設けられている、請求項５に記載の機電一体型モータ。
7. 前記複数の磁気センサの少なくとも一つは、前記回路基板における前記センサマグネットとの対向位置から離れた待避位置に配置されており、
   前記複数の磁束誘導部材の少なくとも一つは、前記筐体へ固定される前記センサマグネットとの対向位置から前記待避位置に配置された磁気センサまで前記磁束を導くように、前記筐体と前記回路基板との間で屈曲されている、請求項１～請求項６の何れか１項に記載の機電一体型モータ。

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