JPWO2017150487A1 - モータ - Google Patents
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Abstract
電動式のモータであって、シャフトと、ロータマグネットと、ロータマグネットよりも軸方向上側に位置するセンサヨークと、センサヨークに支持されるセンサマグネットと、トルクを外部に伝達する歯車部を有する入力ギアと、を有するロータ部と、ロータマグネットの径方向外側に位置する電機子と、ロータ部を回転可能に支持する軸受機構と、電機子、ロータ部、および軸受機構を覆うハウジングと、センサマグネットと対向し、ロータ部の回転を検知する回転検出センサと、を備える。ハウジングは、底部を有し、電機子を支持するハウジング本体と、第1軸受を支持するベアリングホルダと、を含む。回転検出センサは、ベアリングホルダの上側に配置される。シャフトは、歯車部よりも軸方向上側かつ径方向内側に位置する上面を有し、歯車部よりも軸方向下側、かつ、センサヨークよりも軸方向上側の領域において露出する露出部を有する。
Description
本発明は、モータに関する。
従来、自動車に搭載され、モータの回転運動をボールねじにより直線運動に変換して入力する装置が知られている。例えば、特開2007−187262号公報には、電動モータの回転をボールねじ機構を介して直線運動に変換させることにより、入力軸に所定の直線動作を行わせる電動アクチュエータが開示されている。
特開2007−187262号公報
しかし、特許文献1の構成では、電動モータ自体が軸方向に上下するため、軸受とレゾルバロータおよびレゾルバステータとを軸方向に異なる位置に配置する必要があり、また、レゾルバロータおよびレゾルバステータの軸方向長さを長く確保する必要があった。そのため、電動モータ全体を薄型化できないという問題点があった。
本発明の目的は、モータ全体を薄型化しつつ、モータの組み立て精度が高いモータを提供することである。
本発明の第1の側面に係るモータは、電動式のモータであって、上下方向に延びる中心軸を中心とするシャフトと、前記シャフトとともに回転するロータマグネットと、前記ロータマグネットよりも軸方向上側に位置し、前記シャフトとともに回転するセンサヨークと、前記センサヨークに支持されるセンサマグネットと、前記ロータマグネットで発生したトルクを外部に伝達する歯車部を有する入力ギアと、を有するロータ部と、前記ロータマグネットの径方向外側に位置する電機子と、前記ロータ部を前記電機子に対して回転可能に支持する軸受機構と、前記電機子、前記ロータ部、および前記軸受機構を覆うハウジングと、前記センサマグネットと対向し、前記ロータ部の回転を検知する回転検出センサと、を備え、前記軸受機構は、前記ロータマグネットよりも軸方向上側に配置される第1軸受と、前記ロータマグネットよりも軸方向下側に配置される第2軸受と、を有し、前記ハウジングは、前記シャフトの下端と軸方向に対向する底部を有し、前記第2軸受および前記電機子を支持するハウジング本体と、中心において前記第1軸受を支持するベアリングホルダと、を含み、前記回転検出センサは、前記ベアリングホルダの上側に配置され、前記シャフトは、前記歯車部よりも軸方向上側かつ、径方向内側に位置する上面を有し、前記歯車部よりも軸方向下側、かつ、前記センサヨークよりも軸方向上側の領域において露出する露出部を有し、前記露出部と、前記センサマグネットの内周面とは、径方向に対向する。
本発明によれば、モータ全体を薄型化し、かつ、ロータ部と電機子との同軸精度が高いモータを提供することができる。
本発明の一の実施の形態に係るモータ1は、例えば電動式ブレーキブースター装置1に搭載される。電動式ブレーキブースター装置8は、自動車等の車両の制動操作に利用される。
図1は、モータ1を示す平面図であり、図2は、モータ1を図1中のA−Aの位置にて切断した縦断面図である。図3では、モータ1の中心軸J1を含む面における断面を示している。モータ1は、3相の交流電流により駆動される3相交流モータである。
図3に示すように、モータ1はインナーロータ型のモータであり、ステータ部2、ロータ部3、ロータ部3を中心軸J1を中心にステータ部2に対して回転可能に支持する軸受機構4、ステータ部2のコイル213を外部電源に接続するバスバーユニット5、および、ロータ部3のロータコア32のステータ部2に対する中心軸J1回りの角度位置を磁気的に検出するセンサ6を備える。
以下の説明では、便宜上、中心軸J1に沿ってバスバーユニット5およびセンサ6側を上側、ステータ部2およびロータ部3側を下側として説明するが、中心軸J1は必ずしも重力方向と一致する必要はない。モータ1では、バスバーユニット5およびセンサ6が、コイル213の中心軸J1方向の上側に配置される。
モータ1は、また、内部にステータ部2、ロータ部3、軸受機構4、および、バスバーユニット5を収容する略有底円筒状のハウジング11を備える。ハウジング11は、中心軸J1方向の上側に開口を有するハウジング本体12、および、ステータ部2の電機子21とセンサ6との間に配置されてハウジング本体12の開口を閉鎖する蓋部13を備える。ハウジング本体12は、略有底円筒形状であり、底部121と、底部121から軸方向上側に向かって延びる筒部123とを有する。ハウジング本体12は、底部121の中央に、後述する第2軸受42を保持する第2軸受保持部122を有する。底部121はシャフト31の下端と軸方向に対向する。すなわち、底部121には穴が開いていない。換言すれば、底部121は、筒部123の一方側を閉塞している。
蓋部13は、略板状である。蓋部13は、径方向外側においてハウジング本体12の内周面と接触する外側筒部134を有する。外側筒部134において、蓋部13はハウジング本体12に固定される。蓋部13は、外側筒部134よりも径方向内側において軸方向下側に窪む凹部を有する。具体的には、蓋部13は、外側筒部よりも径方向内側において、中心軸J1を中心として下側に向かって(すなわち、ハウジング本体12の内部に向かって)窪んでいる断面が略円形の第1凹部131、および、第1凹部131の中央部においてさらに下側に向かって窪んでいる断面が略円形の第2凹部132、を備える。第1凹部131の内側には後述する検知部63が収容される。また、蓋部13は、第2凹部132の内端から軸方向上側に向かって延びる円筒状の部位である第1軸受支持部133を備える。第1軸受支持部133の内周面は、後述する第1軸受41の外周面と接触する。蓋部13はベアリングホルダである。
ステータ部2は、ハウジング本体12の内周面に、接着または圧入により取り付けられる電機子21を備える。ただし、電機子21はハウジング本体12に対して、焼きばめ、カシメその他の手段により取り付けられてもよい。電機子21は、薄板状の珪素鋼板が積層されて形成されたステータコア211を備える。ステータコア211は、環状のコアバック、および、コアバックから中心軸J1に向かって伸びる複数のティースを備える。
電機子21は、また、複数のティースの表面を被覆する絶縁体により形成されたインシュレータ212、および、中心軸J1を中心として放射状に配置された複数のティースにインシュレータ212上から集中巻きにて導線を巻回することにより形成された複数のコイル213、および後述するバスバーユニット5を備える。
モータ1では、駆動電流のU相に対応するコイル213、V相に対応するコイル213、および、W相に対応するコイル213が、外部電源の3つの電極(すなわち、U相電極、V相電極およびW相電極)にそれぞれ接続される。本実施の形態では、U相に対応するコイル213が、外部電源のU相電極に並列に接続される(V相およびW相においても同様)。
ロータ部3は、中心軸J1を中心とするシャフト31、シャフト31の周囲に取り付けられるロータコア32、ロータマグネット33、および、入力ギア34を備える。ロータコア32は、略円筒状であり、薄板状の磁性鋼板が積層されて形成される。ロータマグネット33は、略円筒状であり、ロータコア32の外周面に、接着剤により固定される。ただし、ロータマグネット33は略円筒状ではなく、例えば板状のマグネットを周方向に複数配置してもよい。その際、ロータコアの外周形状は円ではなく、多角形であってもよい。また、ロータコア32とロータマグネット33の固定については、接着ではなく、樹脂製のマグネットホルダをロータコアと一体にした後にマグネットをマグネットホルダに圧入する等、他の手段により固定してもよい。モータ1では、中心軸J1を中心とする環状の電機子21の中心軸J1側にロータマグネット33が配置されている。すなわち、ロータマグネット33の径方向外側には、電機子21が位置する。そして、電機子21とロータマグネット33との間で中心軸J1を中心とする回転力(トルク)を発生する。すなわち、モータ1は、インナーロータ型のモータである。
入力ギア34はシャフト31の周囲に取り付けられており、外周面に歯車部341を有する。入力ギア34は、蓋部13の第1軸受支持部133よりも軸方向上側に位置する。シャフト31は、入力ギア34よりも軸方向上側に突出する突出部313を有する。シャフト31は、突出部313の上端において、歯車部341よりも径方向内側に位置する上面311を有する。ここで、シャフト31は入力ギア34の下側に段部を有し、当該段部の上側は当該段部の下側よりも径が小さい。また、シャフト31は、入力ギア34の上側に段部を有し、当該段部の上側は当該段部の下側よりも径が小さい。これら段部を有することにより、入力ギア34の軸方向の位置決めおよび入力ギアの取り付けが容易となる。
シャフト31の入力ギア34の径方向外側には、複数の遊星ギア71が配置される。各遊星ギア71はキヤリア73を介してそれぞれ各遊星ギア71の径方向中心を回転可能に支持され、また、中心軸J1を中心として公転可能に支持される。各遊星ギア71の径方向外側には、円環状であり各遊星ギア71の歯と噛み合う内歯歯車72が配置される。また、入力ギア34の歯車部341は、遊星ギア71の歯と噛み合う。これにより、入力ギア34、遊星ギア71および内歯歯車72により、遊星減速機ユニット7を構成する。
遊星減速機ユニット7には、ボールねじが接続される(不図示)。ボールねじはキヤリア73に直接または間接的に接続される。モータ1から出力されたトルクは、ロータ部3のシャフト31から入力ギア34、遊星減速機ユニット7を経てボールねじへ伝達される。すなわち、入力ギア34は、歯車部341において、ロータマグネット33で発生したトルクを外部に伝達する。ボールねじは、回転運動を軸方向の上下運動に変える機構である。ボールねじには、例えば電動ブレーキが接続される。
軸受機構4は、ハウジング11の蓋部13の第1軸受支持部133に収容されて保持される第1軸受41、および、ハウジング本体12の底部中央に設けられた凹部に取り付けられる第2軸受42を備える。軸受機構4により、ロータ部3は、ステータ部2に対して回転可能に支持される。第1軸受41は、ロータマグネット33よりも軸方向上側に配置される。第2軸受42は、ロータマグネット33よりも軸方向下側に配置される。本実施の形態では、第1軸受41および第2軸受42として、ボールベアリングが利用されている。ロータ部3のシャフト31は、第1軸受支持部133の中央部開口を介して蓋部13から中心軸J1方向の上側に突出するとともに、中心軸J1方向の上側および下側において第1軸受41および第2軸受42により回転可能に支持される。なお、シャフト31はロータコア32が嵌合している箇所が、径が最も大きく、その上側に位置する第1軸受41が位置する箇所において径が小さくなる段部を有する。また、シャフト31は、ロータコア32よりも下側に位置する第2軸受42が位置する箇所において径が小さくなる段部を有する。これら段部が設けられることにより、第1軸受および第2軸受に予圧を加えることが可能となる。また、これらの段部により、第1軸受および第2軸受をシャフトに対して容易に位置決めすることができる。
ここで、ハウジング本体12の開口エッジよりも下側をハウジング11の内部と捉えると、ステータ部2、ロータ部3、軸受機構4、バスバーユニット5およびセンサ6がハウジング11の内部に収容されている。また、蓋部13よりも下側をハウジング11の内部と捉えると、ステータ部2、ロータ部3、軸受機構4およびバスバーユニット5がハウジング11の内部に収容されている。
バスバーユニット5は、導電体により形成された複数のバスバー51および中心軸J1の周囲において複数のバスバー51を互いに接触させることなく保持する絶縁性のバスバーホルダ52を備える。バスバー51の数は、本実施形態においては3であるが、適宜変更可能である。
バスバーホルダ52は、中心軸J1を中心とする略円環状であり、中心軸J1を中心とする略円環状であって上側(すなわち、電機子21とは反対側)に開口を有する3つの同心円状の溝部を備える。複数のバスバー51はそれぞれ、中心軸J1を中心とする略円弧状かつ帯状であり、バスバーホルダ52の溝部内において一方の主面を中心軸J1に向けて配置される。
上述のように、モータ1では、駆動電流の各相に対応する3個のコイル213が並列に接続されている。そして、各コイル213は、それぞれの相に対応するように、各バスバー51と電気的に接続される。また、各バスバー51は外部電源と連結されるケーブル53を有する。各コイル213へは、ケーブル53から各バスバー51を介して電気が供給される。
センサ部6は、センサヨーク61、センサマグネット62、検知部63を有する。センサヨーク61は、シャフト31に固定されるとともに磁性体により形成された略円環状かつ中心軸J1に垂直な板状である。センサヨーク61は、シャフト31とともに回転する。センサヨーク61は、シャフト31に固定される円筒状の締結部611と、締結部611から径方向外側に延びる板状部612と、板状部612の径方向外端に位置し締結部611よりも軸方向下側に向かって延びるセンサマグネット支持部613と、を有する。センサマグネット62は、センサヨーク61に支持される(すなわち、シャフト31の周囲にてセンサヨーク61を介してシャフト31に固定される)中心軸J1を中心とする円環形状である。センサヨーク61とセンサマグネット62とは、接着剤により固定される。ただし、センサヨーク61に対してセンサマグネット62を一体成型してもよい。センサヨーク61は、蓋部13の第1軸受支持部133よりも軸方向上側に位置する。また、センサヨーク61は、入力ギア34よりも軸方向下側に位置する。センサヨーク61およびセンサマグネット62は、蓋部13の第1凹部131に収容されている。また、センサ部6は、センサマグネット62の回転による磁束の変化を検出する検知部63を有する。検知部63(回転検出センサ)は、蓋部13上に配置され、固定される。検知部63はMRセンサ631であり、センサ基板632上に実装される。ただし、検知部63はホール素子、レゾルバステータ等他の検知方法を用いてもよい。センサ基板632には、ケーブル64が接続され、検知部63で検知した信号をモータ1の外側に設けられた制御装置に伝達する。
センサヨーク61の締結部611は、センサヨーク61の板状部612の中央に位置し、内周面においてシャフト31の外周面と接触する筒部である。筒部(締結部611)は、板状部612の内側から軸方向下側に向かって延びている。この構成により、第1軸受支持部133とセンサヨーク61のセンサマグネット支持部613が径方向に対向する。そのため、モータ1全体を薄型化することができる。
また、筒部(締結部611)の下端は、第1軸受41の内輪の上端と接触する。これにより、第1軸受41内輪の軸方向上側への移動を抑制することができる。そのため、シャフト31にEリング等の抜け止めを別途配置する必要がなく、部品点数を削減することができる。ただし、筒部の下端は、第1軸受41の内輪の上端と接触していなくてもよい。
蓋部13はセンサ収容部を有し、検知部63は、センサ収容部に収容されている。本実施形態において、センサ収容部は、第1凹部131である。したがって、蓋部13を単なる平板状の部材とする場合と比較して、モータ1を薄型化することができる。また、バスバーユニット5と蓋部13の第2凹部132とは径方向に対向する。したがって、電機子21と蓋部13の少なくとも一部とが径方向に対向する。そのため、モータ1全体を薄型化することができる。
シャフト31は、歯車部341よりも軸方向上側に、歯車部341よりも径方向内側に位置する上面311を有する。また、シャフト31は、歯車部341よりも軸方向下側かつ、センサヨークよりも軸方向上側の領域において露出する露出部312を有する。この構成により、後述するモータ1の製造が容易となる。
また、露出部312と、センサマグネット62の内周面とは、径方向に対向する。この構成により、モータ1全体を薄型化することができる。
また、センサヨーク61のセンサマグネット支持部613の内周面と、蓋部13の第1軸受支持部133とは径方向に対向する。これにより。モータ1全体を薄型化することができる。
次に、モータ1の製造方法について説明する。モータ1の構成については、上記に説明した構成と同じであるため、説明は割愛する。以下、製造手順のみ記載する。
まず、ハウジング本体12に電機子21を固定して、ステータ部組立体20を準備する。
次に、ロータ部3に軸受機構4、センサヨーク61、センサマグネット62、蓋部13を取付け、ロータ部組立体30を準備する。このとき、ロータ部3の歯車部341とセンサヨーク61の間には、シャフト31が露出する露出部312が形成される。
最後に、ロータ部組立体30をステータ部組立体20に取り付ける。図4を参照して、まず、ステータ部組立体20を作業台Bに固定する。次に、治具Cを用いてロータ部組立体30の露出部312を把持する。次に、治具Dを用いて上面311を軸方向下側に押圧し、ロータ部組立体30をステータ部組立体20のハウジング本体12の筒部123内に挿入する。このとき、露出部312を把持しながら上面311を押圧できるため、ステータ部組立体20に対してロータ組立体30の傾きを調整しながら挿入することができる。そのため、ステータ部組立体20に対してロータ組立体30を精度よく固定することができる。また、入力ギア34(歯車部341)やセンサヨーク61、センサマグネット62を取り付けた後であっても、ロータ部組立体30を押圧することができる。そのため、ロータ部組立体30をステータ部組立体20に固定した後に入力ギアやセンサヨーク、センサマグネットを取り付ける場合と比較して、軸受機構4に加わる負荷を少なくすることができる。これにより、回転精度がよく、長寿命なモータ1を提供することができる。さらに、底部121に開口を設けなくてもステータ部組立体20に対してロータ部組立体30を固定することができる。すなわち、底部121により筒部123の一方側を閉塞することができる。そのため、ハウジング12に別途防水構造、防水部品を設ける必要がない。これにより、モータ1の構造を簡素化できる。
以上、本発明の例示的な実施形態について説明してきたが、本発明の趣旨を損なわない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、第1凹部131に検知部63が収容されるとしたが、第1凹部131の形状は円環状に窪む凹部に限られない。周方向の一部のみが窪んでいてもよい。
また、蓋部13は複数の部材で構成されていてもよい。ハウジング本体に支持される部材と、軸受機構を支持する部材は別々であってもよい。
また、センサヨーク61の締結部611は板状部612から軸方向下側に伸びるとしたが、軸方向上側に延びていてもよい。
また、センサヨーク61の締結部611は板状部612から軸方向下側に伸びるとしたが、軸方向上側に延びていてもよい。
その他、モータ1の細部の形状については、本願の各図に示された形状と相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。
1 モータ、11 ハウジング、12 ハウジング本体、13 蓋部(ベアリングホルダ)、131 第1凹部(凹部、センサ収容部)、133 第1軸受支持部(軸受支持部)、134 外側筒部、21 電機子、211 ステータコア、213 コイル、3 ロータ部、31 シャフト、311 上面、312 露出部、313 突出部、32 ロータコア、33 ロータマグネット、34 入力ギア、341 歯車部、4 軸受機構、41 第1軸受、42 第2軸受、5 バスバーユニット、61 センサヨーク、611 締結部(筒部)、612 板状部、613 センサマグネット支持部、62 センサマグネット、63 検知部(回転検出センサ)
Claims (9)
- 電動式のモータであって、
上下方向に延びる中心軸を中心とするシャフトと、
前記シャフトとともに回転するロータマグネットと、
前記ロータマグネットよりも軸方向上側に位置し、前記シャフトとともに回転するセンサヨークと、
前記センサヨークに支持されるセンサマグネットと、
前記ロータマグネットで発生したトルクを外部に伝達する歯車部を有する入力ギアと、
を有するロータ部と、
前記ロータマグネットの径方向外側に位置する電機子と、
前記ロータ部を前記電機子に対して回転可能に支持する軸受機構と、
前記電機子、前記ロータ部、および前記軸受機構を覆うハウジングと、
前記センサマグネットと対向し、前記ロータ部の回転を検知する回転検出センサと、
を備え、
前記軸受機構は、
前記ロータマグネットよりも軸方向上側に配置される第1軸受と、
前記ロータマグネットよりも軸方向下側に配置される第2軸受と、
を有し、
前記ハウジングは、
前記シャフトの下端と軸方向に対向する底部を有し、前記第2軸受および前記電機子を支持するハウジング本体と、
中心において前記第1軸受を支持するベアリングホルダと、を含み、
前記回転検出センサは、前記ベアリングホルダの上側に配置され、
前記シャフトは、
前記歯車部よりも軸方向上側かつ、径方向内側に位置する上面を有し、
前記歯車部よりも軸方向下側、かつ、前記センサヨークよりも軸方向上側の領域において露出する露出部を有し、
前記露出部と、前記センサマグネットの内周面とは、径方向に対向する。 - 請求項1に記載のモータであって、
前記シャフトは、前記歯車部よりも軸方向上側に突出する突出部を有する。 - 請求項1または2に記載のモータであって、
前記センサヨークは、
前記シャフトと直接または間接的に締結される締結部と、
前記締結部よりも径方向外側に位置し、前記締結部よりも軸方向下側に向かって延びるセンサマグネット支持部と、を有し、
前記センサマグネット支持部の内周面と前記軸受支持部の外周面とが径方向に対向する。 - 請求項1から3のいずれかに記載のモータであって、
前記ベアリングホルダは、
前記ハウジング本体の筒部と接触して支持される外側筒部と、
前記外側筒部よりも径方向内側において軸方向下側に窪む凹部と、
前記凹部の径方向内側において軸方向上側に向かって延びる円筒状の部位である軸受支持部と、を有し、
前記軸受支持部の内周面は、前記第1軸受の外周面と接触する。 - 請求項1から4のいずれかに記載のモータであって、
前記ベアリングホルダは、軸方向下側に窪むセンサ収容部を有し、
前記回転検出センサは、前記センサ収容部内に配置される。 - 請求項1から5のいずれかに記載のモータであって、
前記ベアリングホルダは、軸方向下側に窪むセンサ収容部を有し、
前記電機子は、複数のティースを有するステータコア、前記ティースに巻回されるコイル、および、前記コイル同士を接続するバスバーユニットを有し、
前記電機子の上端は、前記ベアリングホルダの少なくとも一部と径方向に対向する。 - 請求項1から6のいずれかに記載のモータであって、
前記センサヨークは、中心軸に直交する方向に広がる板状部と、前記板状部の中央に位置し、内周面において前記シャフトの外周面と接触する筒部を有し、
前記筒部は、前記板状部の内側から軸方向下側に向かって延びる。 - 請求項7に記載のモータであって、
前記第1軸受は内輪、外輪、および転動体を有するころがり軸受であり、
前記筒部の下端は、前記第1軸受の内輪の上端と接触する。 - 中心軸を中心とし歯車部よりも軸方向上側かつ径方向内側に位置する上面を有しまた前記歯車部よりも軸方向下側かつ前記センサヨークよりも軸方向上側の領域において露出する露出部とを有するシャフトと、前記シャフトとともに回転するロータマグネットと、前記ロータマグネットよりも軸方向上側に位置するセンサヨークと、前記センサヨークに支持されるセンサマグネットと、前記ロータマグネットで発生したトルクを外部に伝達する前記歯車部を有する入力ギアと、を有するロータ部と、
前記ロータマグネットの径方向外側に位置する電機子と、
前記ロータ部を前記ステータ部に対して回転可能に支持し、前記ロータマグネットよりも軸方向上側に配置される第1軸受と、前記ロータマグネットよりも軸方向下側に配置される第2軸受とを有する軸受機構と、
前記ステータ部、前記ロータ部、および前記軸受機構を覆い、底部を有するハウジング本体と、径方向内側において前記第1軸受を支持するベアリングホルダとを含むハウジングと、
前記ベアリングホルダの上側に前記センサマグネットと対向して配置され、前記ロータ部の回転を検知する回転検出センサと、
を有する電動式のモータの製造方法であって、
(a)前記電機子を前記ハウジング本体に取り付けるステップと、
(b)前記ロータ部、前記軸受機構、および、前記ベアリングホルダを含むロータ部組立体を準備するステップと、
(c)前記ロータ部組立体を、前記露出部において把持し、かつ、前記シャフトの上面を軸方向下側に向かって押圧して、前記ハウジングに取り付けるステップと、
を含む。
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