JP7467472B2 - 位置センサを備えるモータアセンブリ - Google Patents

Description

背景技術
独国特許出願公開第３９１４０８２号明細書には、少なくとも１つのステータ巻線を有するステータと、磁化された領域を有するロータと、この磁化された領域の位置を検出するための、ステータに設けられたセンサ素子とを備える電子整流式の電気モータが開示されている。

発明の開示
本発明は、ロータとセンサアセンブリとを備えるモータアセンブリに関する。センサアセンブリは、センサとターゲットとを含み、ターゲットは、ロータの表面に取り付けられており、センサは、ターゲットに対向するように、モータのエンドシールドに取り付けられている。このことは、モータが極めてコンパクトに構成されるという利点を有する。モータのロータシャフトを支持するために用いられるエンドシールドが、センサを支持するために付加的に使用される。こうして、利用されないままになってしまう構成スペースが省かれ、ロータ位置の特定のために使用されるコンポーネントが、モータ内にコンパクトに配置される。

モータアセンブリの構成では、センサは、絶縁ディスクによってエンドシールドに取り付けられている。絶縁ディスクによって、金属製のエンドシールドの場合に、センサの電子装置とエンドシールドとの間で一切の障害が生じないことが保証される。さらに絶縁ディスクは、エンドシールドにおける固定の意味での機械的な結合を確実なものにする。

モータアセンブリの更なる構成では、センサと絶縁ディスクとは、ロータのロータシャフトを取り囲んでいる。一方ではロータシャフトと、他方ではセンサおよび絶縁ディスクとの間に半径方向でロータシャフトの軸受が配置されている。この場合、特に一方ではセンサおよび絶縁ディスクと、他方では軸受との間に、エンドシールドの軸線方向部分が設けられており、この軸線方向部分は、モータの軸線方向に延在している。

ロータシャフトを中心とする複数のコンポーネントのこの配置は、コンポーネントが省スペースで取り付けられるという利点を有する。

モータアセンブリの有利な構成では、エンドシールドの軸線方向部分は漏斗状に形成されていて、軸受を固定している。こうして、軸受をロータの方向で近傍に移動させることができ、省スペースに配置することができる。ロータの方向で近傍に軸受を固定することによって、モータの構造長さは短くなる。

さらに、モータアセンブリでは、センサは、絶縁ディスクと共にモータアセンブリの中空室内に位置不変に収容されていてもよい。この中空室は、エンドシールドと、ロータと、ステータのステータ巻線の絶縁体とによって少なくともそれぞれ部分的に画定されている。設けられているモータは、構造的に相応の中空室を有する。利用されるセンサ原理が極めてフラットに形成されるという事実に基づき、センサと絶縁ディスクとをこの中空室内に設けることによって、この中空室を利用することができ、利用されずに残されなくなる。これによって、モータをその総体積に関して全体的により小さく設計することができる。エンドシールドに位置不変に取り付けることは、このようにすれば、センサがモータ室内の安定したコンポーネントに取り付けられていて、したがって、センサ位置決めと固定とによって、確実なゼロ点が保証されているという利点を有する。

モータアセンブリの更なる構成では、ターゲットは、ロータの、中空室に面した表面に取り付けられており、中空室内でセンサに対して回転運動可能、特にロータと共に回転運動可能である。

モータアセンブリの構成において、ターゲットは、結合手段によってロータに結合されている。結合手段は、特にリベット、クリップ、フック、超音波リベット締め箇所またはクリンチング箇所である。ターゲットとロータとの間の固い結合によって、ロータとターゲットとの間にずれが生じてしまうことを阻止することができる。ロータとターゲットとの間のずれは、ロータが実施する回転運動時に測定結果を悪化させてしまう。

有利な構成では、ターゲットおよびセンサは、環状ディスク状に形成されていて、中央の開口を有する。ターゲットの外径は、センサの外径以下であり、ターゲットの内径は、センサの内径以上である。こうして、センサ平面とターゲット平面との良好な重なり合いを保証することができる、これにより、十分に良好な測定信号が生成される。なぜならば、誘導測定原理では、測定がセンサとターゲットとの重なり合いの程度またはオーバラップの度合いに左右されるからである。

以下に、本発明の実施形態を図面につき説明する。

位置センサを備えたモータアセンブリの第１の図である。 位置センサを備えたモータアセンブリの第２の図である。 位置センサを備えたモータアセンブリの第３の図である。 ターゲットとモータのロータとの間の固定アプローチを示す図である。 ターゲットとモータのロータとの間の別の固定アプローチを示す図である。 ターゲットとモータのロータとの間のさらに別の固定アプローチを示す図である。 ターゲットとモータのロータとの間のさらに別の固定アプローチを示す図である。

発明の実施形態
図１は、モータアセンブリ１を示す。モータアセンブリ１は、モータハウジング８およびエンドシールド５を含む。ロータシャフト７を支持する２つの玉軸受９が、一方ではエンドシールド５に、他方ではモータハウジング８に支持されている。換言すれば、玉軸受９は、エンドシールド５とモータハウジング８とによって保持され、特に固定されている。ロータシャフト７はロータ６を支持する。ロータ６は、ロータシャフト７と共にロータシャフト７の長手方向軸線を中心とする回転運動を実施することができるようにロータシャフト７に結合されている。ロータシャフト７の長手方向軸線は、モータハウジング８からエンドシールド５に向かって延びていて、方向ｘによって示されている。

ロータ６は、対応するステータ１６によって取り囲まれる。ステータ１６は相応のステータ巻線１１を有する。ロータ６にターゲット２が取り付けられている。ターゲット２は、ロータ６のエンドシールド５側の上面に取り付けられている。ターゲット２はセンサアセンブリの一部であり、センサアセンブリはターゲット２のほかにセンサ３を含む。センサ３は、絶縁ディスク４を介してエンドシールド５に結合されている。絶縁ディスクは、センサ３の電子装置をエンドシールド５の方向で絶縁し、固定を可能にする。

ターゲット２、センサ３および絶縁ディスク４は環状に、特にディスクとして設けられている。ターゲット２、センサ３および絶縁ディスク４には、それぞれ中央に円形の開口が設けられている。この円形の開口は、ロータシャフト７と、軸受９と、軸線方向部分１８とを内部に収容することができるように寸法設定されている。

円形の開口を有するターゲット２の内径は、円形の開口を有するセンサ３の内径以上であり、ターゲット２の外径はセンサ３の外径以下である。

センサ３とターゲット２とは、誘導測定原理によって動作する。センサは、励起コイルと検出コイルとを含む。ターゲットは、導電性の領域と非導電性の領域とを含む。ターゲット２の回転時に、ターゲット２の導電性の領域とターゲット２の非導電性の領域とがセンサ３の感受面を交互に通過する。これによって、変動する電圧が検出コイルに誘起され、これが信号として回転運動の特徴を示す。これによって、ステータに対して相対的なロータの位置を特定することができる。

センサ３および絶縁ディスク４の円形の開口内に、エンドシールド５の一部と上側の玉軸受９とが突出している。エンドシールド５は、ロータシャフト７に向かって延在する中央の部分に、半径方向領域１７と軸線方向領域１８とを有する。半径方向領域１７は、図１に示す方向ｘに対して直交方向、すなわち、方向ｒによって示されている方向での拡がりを有する。軸線方向領域１８は、半径方向領域１７に続いて、ロータシャフト７に対して平行な方向ｘに沿ってモータハウジング８の方向へ延在している。エンドシールド５の軸線方向領域１８は漏斗を形成し、この漏斗内に玉軸受９が支持されている。軸線方向領域１８および玉軸受９は、センサ３および絶縁ディスク４の円形の開口内に収容されている。

玉軸受９の下側の端部と、エンドシールド５の軸線方向部分１８の下側の端部とは、センサ３の下面と共に終端していてもよいし、代替的には、絶縁ディスク４およびセンサ３の開口を越えて延在していてもよい。後者の場合、軸線方向領域１８および玉軸受９は、ターゲット２の円形の開口内に部分的に収容されてもよい。

ターゲット２とセンサ３とから成るセンサアセンブリによって、ロータ６のロータ位置を特定することができる。ターゲット２の回転運動の形態の、センサ３に対する相対的な変位が、特徴的な信号を生じさせる。この信号をロータ位置に対応づけることができる。

ターゲット２は、ロータ６に固く結合されている。センサ３は、絶縁されたディスクを介してエンドシールド５に結合されている。ロータ６は、動作中、特にロータシャフト７と共に回転するので、ターゲット２はロータ６に固く結合された状態で回転する。エンドシールド５に位置不変に結合されたセンサ３に対するターゲット２の回転は、センサ３によって測定される。

センサ信号を取り出すために、センサ３は接触接続要素１３によってコネクタ１４に接続されている。センサ３には、例えばケーブル１３が接続されていてもよい。ケーブル１３はコネクタ１４に接続されている。コネクタ１４はさらに制御装置に接続されてもよい。当然ながら、センサ３と制御装置との直接的な接続も可能であり、この場合、コネクタ１４は省略される。

図２には、ターゲット２がロータシャフト７の周りにどのように延在しているかが示されている。図２は、エンドシールド５の図示を省略した断面図である。ターゲット２は、固定手段１５を介してロータ６に結合されている。ターゲット２とロータ６との間の固い結合によって、測定のクオリティを低下させるおそれがある、ロータ６とターゲット２との間のずれが生じないようになっている。図２では、ターゲット２とロータ６との間の結合はリベット締めである。このためには、ターゲット２は１つのリベット１５によってロータ６に固定されている。当然ながら、複数のリベットを用いた結合も可能である。

図３は、ターゲット２と、センサ３と、絶縁ディスク４とが、エンドシールド５と、軸受９と、ロータシャフト７とに対してどのように配置されているかを詳細に示す。実質的に平行に配置されているターゲット２とセンサ３とは、間隔２１だけ互いにずらされて配置されている。この間隔は、誘導測定方法による測定が確実に機能するように設けられなければならない。

ターゲット２と、センサ３と、絶縁ディスク４とは、すべてロータシャフト７を中心として同心的に配置されていて、ロータシャフト７を取り囲んでいる。すでに述べたように、センサ３と絶縁ディスク４とは、エンドシールド５の下側の部分１８も、そこでエンドシールド５に取り付けられた軸受９も取り囲んでいる。

すでに図１につき述べたように、部分１８と軸受９とのｘ方向における長さに応じて、部分１８と軸受９とは、さらにターゲット２の中央の開口内にもｘ方向で突出していてもよい。部分１８と軸受９とが、ｘ方向でターゲット２の中央の開口内にまで延在していない構成も可能である。エンドシールド５の軸線方向部分１８と軸受９とは、ロータ６がエンドシールド５および軸受９に対して自由に回転することができるようにするために、ロータ６に接触してはならない。

センサ３は絶縁ディスク４に結合されている。一方、絶縁ディスク４はエンドシールド５の半径方向部分１７に固定されている。この固定は常温かしめによって行うことができ、かしめ技術もしくはスナップ結合またはリベット締めも可能である。

センサ３と、ターゲット２と、絶縁ディスク４とは、スタックとして設けられている。この場合、センサ３と絶縁ディスク４とはエンドシールド５に位置不変に取り付けられており、ターゲット２はロータ６と共に回転するように設けられており、センサ３とターゲット２との間には空隙２１が設けられている。センサ３と、ターゲット２と、絶縁ディスク４とは、エンドシールド５と、ロータ６と、ステータ巻線１１の絶縁体１０との間の中空室２２内に収容されている。

ターゲット２とロータ６との間の代替的な固定形態が、図４～図７の対象である。図４には、ターゲット２が超音波リベットによってロータ６に結合される超音波リベット締めが示されている。この場合、ロータ６の、ターゲット２を貫通して延びる突出した部分が、超音波パンチを用いたエネルギ入力によって変形させられ、これによって、ターゲット２とロータ６との間で形状接続的な結合が行われる。パンチの波形形状は、ここでは例示的なものと理解されたい。

図５および図６は、スナップ結合を示す。このスナップ結合では、それぞれ異なる形状に成形された結合要素１５によって、ターゲット２とロータ６との間の結合が達成される。そのためには、結合要素１５に力を加えて、この結合要素１５が、ターゲット２とロータ６とから部分的に形成された開口内へ圧入される。結合要素１５の組付け終端位置で、この結合要素１５は、係止されるようにまたは引っかかるように変形させられる（図５）か、または形状接続もしくは摩擦によって保持される。考えられる結合要素１５は、フック、ボール、クランプ、クリップである。別の構成も可能である。図５の左側部分には、ターゲット２とロータ６との共通の開口内へ圧入される栓体が示されている。図５の右側部分に示すように、栓体はこの開口内で力接続によって保持される。

図６では、結合要素１５が、側面に設けられた係止突起２０を有し、この係止突起２０の位置が、嵌込み時に撓むようになっている。結合要素１５が終端位置に達すると、係止突起がロータ６内に／ロータ６に設けられた対応する要素に背後から係合し、これによって、ロータ６とターゲット２との相互の固定が達成される。

図７には、クリンチングによって、ロータ６とターゲット２とを材料変形により互いに結合する結合法が示されている。このためには、結合時に矢印の方向で力が導入されなければならない。

Claims (8)

1. モータアセンブリ（１）であって、
   モータハウジング（８）と、
   前記モータハウジング（８）に固定されたエンドシールド（５）と、
   ロータ（６）と、
   センサ（３）およびターゲット（２）を含むセンサアセンブリ（２，３）と、
   を備え、
   － ロータシャフト（７）を支持する軸受（９）が、前記エンドシールド（５）および前記モータハウジング（８）にそれぞれ支持されており、
   － 前記ターゲット（２）は、前記ロータ（６）の表面に取り付けられており、
   － 前記センサ（３）は、前記ターゲット（２）に対向するように、前記モータアセンブリ（１）の前記エンドシールド（５）に取り付けられており、
   － 前記センサ（３）は、絶縁ディスク（４）を用いて前記エンドシールド（５）に取り付けられており、
   － 前記センサ（３）と前記絶縁ディスク（４）とは、前記ロータ（６）の前記ロータシャフト（７）を取り囲んでおり、前記ロータシャフト（７）と、前記センサ（３）および前記絶縁ディスク（４）と、の間に半径方向（ｒ）で前記ロータシャフト（７）の前記軸受（９）が配置されており、前記センサ（３）および前記絶縁ディスク（４）と、前記軸受（９）と、の間に、前記エンドシールド（５）の軸線方向部分（１８）が延在しており、
   － 前記ターゲット（２）および前記センサ（３）は、環状ディスク状に形成されていて、中央の開口を有し、前記軸線方向部分（１８）および前記軸受（９）は、前記ターゲット（２）の円形の前記開口内に少なくとも部分的に収容されており、
   前記センサ（３）は、励起コイルと検出コイルとを含み、前記ターゲット（２）は、導電性の領域と非導電性の領域とを含み、前記ターゲット（２）の回転時に、前記ターゲット（２）の前記導電性の領域と前記ターゲット（２）の前記非導電性の領域とが前記センサ（３）の感受面を交互に通過する、
   モータアセンブリ（１）。
2. 前記エンドシールド（５）の前記軸線方向部分（１８）は筒状であり、前記軸受（９）を固定している、請求項１記載のモータアセンブリ（１）。
3. 前記センサ（３）は、前記絶縁ディスク（４）と共に前記モータアセンブリの中空室（２２）内に位置不変に収容されており、前記中空室（２２）は、前記エンドシールド（５）と、前記ロータ（６）と、ステータ（１６）のステータ巻線（１１）の絶縁体（１０）とによって少なくとも部分的に画定されている、請求項１または２記載のモータアセンブリ（１）。
4. 前記ターゲット（２）は、前記ロータ（６）の、前記中空室（２２）に面した表面に取り付けられていて、前記中空室（２２）内で前記センサ（３）に対して回転運動可能である、請求項３記載のモータアセンブリ（１）。
5. 前記ターゲット（２）は、前記ロータと共に回転運動可能である、請求項４記載のモータアセンブリ（１）。
6. 前記ターゲット（２）は、結合手段（１５）を用いて前記ロータ（６）に結合されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載のモータアセンブリ（１）。
7. 前記結合手段は、リベット、クリップ、フック、超音波リベット締め箇所またはクリンチング箇所であることを特徴とする、請求項６記載のモータアセンブリ（１）。
8. 前記ターゲットの外径は、前記センサの外径以下であり、前記ターゲット（２）の内径は、前記センサ（３）の内径以上である、請求項１から７までのいずれか１項記載のモータアセンブリ（１）。

Images