KR20150035911A

KR20150035911A - 회전 전기

Info

Publication number: KR20150035911A
Application number: KR20150030693A
Authority: KR
Inventors: 도요후미 유다; 도시유키 야마기시; 다케노리 오카
Original assignee: 가부시키가이샤 야스카와덴키
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2015-04-07
Also published as: JP5747887B2; US20140084757A1; US8823225B2; KR20140040608A; EP2712069A2; CN103683678A; JP2014068444A; KR101555804B1

Abstract

본 발명의 과제는 로터의 회전을 검출하는 검출 소자 및 검출 기판을 구비하고, 소형화를 실현할 수 있는 회전 전기를 제공하는 것이다. 모터(1)는, 대략 원환 상태의 스테이터(4)와, 스테이터(4)의 원환 내부에 배치되고, 중심축(X)을 중심으로 회전하는 로터(3)와, 로터(3)의 회전을 검출하는 센서(11)와, 센서(11)를 실장하는 센서 기판(7)을 가진다. 센서(11) 및 센서 기판(7)이 중심축(X)을 따른 방향에 있어서 스테이터(4)의 외측에 배치되어 있다. 센서(11)가 반사형 투수광 센서이다.

Description

회전 전기{ROTARY ELECTRIC MACHINE}

본 발명은 회전 전기(回轉電機)에 관한 것이다.

종래에, 전동기 등의 회전 전기의 회전을 제어하기 위해서, 회전 전기 내에 회전 센서가 배치되어 있다. 회전 센서는 광학적으로 로터의 회전을 검출한다. 예를 들면, 회전 센서에 의한 검출 신호를 처리하기 위한 센서 기판을 모터 내에 배치한 것이 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이것에 의하면, 센서 기판이 스테이터의 공심(空芯) 내부에 배치되어, 모터의 소형화가 도모된다고 여겨지고 있다. 또, 스테이터로부터의 회전 센서나 센서 기판에의 노이즈의 영향도 저감되고 있다.

일본 공개 특허 제 2008-259252 호 공보

회전 전기의 소형화, 특히 회전 전기의 직경 방향의, 즉 축직교 평면 내에서의 소형화에 대한 요망이 있다. 또한, 회전 전기의 길이 방향의, 즉 축방향의 소형화에 대한 요망도 있다.

스테이터로부터의 회전 센서나 센서 기판에의 노이즈의 영향을 더욱 저감하고자 하는 요망도 있다. 센서 기판을 동박 테이프 등으로 덮는 등에 의한 노이즈 대책을 폐지하면, 부품수의 삭감, 제조 효율의 향상을 도모할 수 있어, 원가 저감에 기여한다.

회전 전기의 조립에 있어서, 회전 검출에 사용하는 인코더 디스크 등의 피검출체를 로터에 장착하는 작업이 있다. 이 때, 회전 전기가 피검출체에 손상을 주지 않고, 용이하게 장착을 완료하게 하는 구성이면 더욱 바람직하다.

본 발명은, 상기의 사정에 비추어 이루어진 것으로, 로터의 회전을 검출하는 검출 소자 및 검출 기판을 구비하면서, 소형화를 실현할 수 있는 회전 전기를 제공하는 것을 예시적 과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 예시적 측면으로서의 회전 전기는, 대략 원환 형상의 스테이터와, 스테이터의 원환 내부에 배치되어 회전축을 중심으로 회전하는 로터와, 로터의 회전을 검출하는 검출 소자와, 검출 소자를 실장하는 검출 기판을 가진다. 검출 소자 및 검출 기판이 회전축을 따른 방향에 있어서 스테이터의 외측에 배치되어 있다. 검출 소자가 반사형 투수광(投受光) 센서이다.

로터의 일단부 근방에 플랜지부가 형성되고, 플랜지부는 스테이터와 검출 기판 사이에 위치하여, 스테이터와 검출 기판 사이를 차단하도록 로터로부터 외주를 향해서 돌출되어 있어도 좋다.

플랜지부의 검출 소자에 대향하는 대향면에, 검출 소자에 의해서 로터의 회전을 검출하기 위한 피검출체가 배치되어 있어도 좋다.

피검출체가, 평면에서 보아 원형 형상 또는 평면에서 보아 원환 형상이고, 플랜지부로부터 외측으로 불거져 나오지 않도록 배치되어 있어도 좋다.

로터가, 회전축을 구성하는 로터 샤프트와, 로터 샤프트의 외주에 배치된 로터 코어를 갖고, 플랜지부가 로터 샤프트에 형성되어 있어도 좋다.

본 발명의 추가적인 목적 또는 그 외의 특징은 이하 첨부 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시형태에 의해서 명백해질 것이다.

본 발명에 의하면, 로터의 회전을 검출하는 검출 소자 및 검출 기판을 구비하면서 회전 전기의 소형화를 실현할 수 있다.

도 1은 실시형태 1에 따른 모터의 분해 사시도,
도 2는 도 1에 도시하는 인코더 유닛의 내부 구조의 개략을 도시하는 구조도,
도 3은 종래의 인코더 유닛의 내부 구조의 개략을 도시하는 구조도.

이하, 실시형태에 따른 회전 전기의 일종으로서의 모터(전동기)(1)에 대해 도면을 사용하여 설명한다. 도 1은 실시형태에 따른 모터(1)의 분해 사시도이다. 이 모터(1)는 인너 로터형의 다이렉트 드라이브(DD) 모터이다. 이 모터(1)에 있어서는, 서보 제어가 가능하게 되어 있다. 또, 로터(3)에 계자로서의 영구자석이 사용되고 있다. 모터(1)는 모터 케이스(2), 로터(회전자, 인너 로터)(3), 베어링(12), 스테이터(고정자, 아우터 스테이터)(4), 인코더 유닛(U)을 가지고 있다.

모터 케이스(2)는 모터(1)의 외곽을 이루는 케이싱이며, 그 상면에 관통 구멍(2a)이 개구되어 있다. 모터 케이스(2) 내에는, 계자로서의 로터(3)가 배치되어 있다. 로터(3)는 로터 코어(6)의 중심에 금속제의 샤프트(5)가 압입, 열박음 등에 의해 고정되어 구성되고 있다. 본 실시형태에서는, 샤프트(5)는, 예를 들면 중공 샤프트이다. 모터 케이스(2)와 로터(3) 사이에 베어링(12)이 배치되어 있다. 로터(3)는 교대로 다른 극이 되도록 열형상으로 배치된 복수개의 영구자석을 가지고 있다. 복수개의 영구자석은 로터(3)의 원주면을 따라서 원주방향으로 배치되어 있다.

샤프트(5)가 베어링(12)의 중심 구멍과 모터 케이스(2)의 관통 구멍(2a)을 관통하고 있다. 모터 케이스(2)에 베어링(12)의 외륜이 연결되고, 로터(3)의 샤프트(5)에 베어링(12)의 내륜이 연결됨으로써, 로터(3) 전체가 모터 케이스(2)에 대해서 샤프트(5)의 중심축(회전축)(X) 주위에 도면 중 화살표(α) 방향으로 회전 가능하게 되어 있다.

베어링(12)이 모터 케이스(2)나 로터(3)에 결합되지 않고, 모터 케이스(2)와 로터(3) 사이에 베어링(12)을 두도록 구성되어도 좋다. 로터(3)의 하방에는, 모터 케이스(2)의 하면측을 덮는 하측 커버(13)가 배치되어 있다. 로터(3)와 하측 커버(13) 사이에도 베어링(12)이 배치되어, 로터(3)를 회전 가능하게 지지하고 있다.

또한, 본 명세서 내에서는, 편의적으로, 도 1에 있어서의 상하 방향을 모터(1)에 있어서의 상하 방향이라고 정의하고, 상면, 하면 등의 명칭을 사용한다. 그렇지만, 모터의 사용 자세에 따라 상하 방향은 도 1에 있어서의 상하 방향으로 한정되지 않는 것은 물론이다.

로터(3)의 외측에는, 로터(3)를 둘러싸도록 전기자로서의 스테이터(4)가 배치되어 있다. 스테이터(4)는 전체적으로 축직교 평면[중심축(X)을 법선 방향으로 하는 평면]에 의한 단면이 원환 형상이다. 스테이터(4)는, 원주 형상으로 배열된 복수의 티스를 가지는 스테이터 코어(도시하지 않음)와, 복수의 티스에 각각 삽입된 복수의 전기자 코일(도시하지 않음)을 가지고 있다. 전기자 코일의 권선은, 각각 2상, 3상 또는 그 이상의 각 상에 대응하는 교류 전원에 접속되어 있다. 각 상에 다른 위상의 전류가 통전되면, 전자 유도 작용에 의해서 로터(3)가 회전하도록 되어 있다. 스테이터의 구조 및 기능에 대해서는 상세 설명을 생략한다.

모터 케이스(2) 내부에는, 스테이터(4)의 하방 위치에 있어서, 하측 커버(13)의 상방 위치에 인코더 유닛(U)이 배치되어 있다. 인코더 유닛(U)은 로터(3)의 회전 속도를 검출하기 위한 것이다. 모터(1)에는, 제어 장치(도시하지 않음)가 접속된다. 제어 장치에, 인코더 유닛(U)에 의해서 검출된 회전 속도가 송신되고, 회전 속도에 근거하는 피드백 제어(서보 제어)가 행해지도록 되어 있다.

도 2는 인코더 유닛(U)의 내부 구조의 개략을 도시하는 구조도이다. 도 2는 인코더 유닛(U)을 모터(1)의 중심축(X)에 따른 평면으로 절단한 상태이다. 인코더 유닛(U) 내에는, 센서(검출 소자)(11)와 그 센서(11)를 실장하는 센서 기판(검출 기판)(7)이 배치되어 있다. 또한 인코더 유닛(U) 내에는, 샤프트(5)의 하부(일단부)(5a)도 침입하여 있다.

센서(11)는 샤프트(5)의 회전[=로터(3)의 회전]을 검출하기 위한 소자로서, 본 실시형태에서는 반사형의 광학 센서를 사용하고 있다. 따라서, 센서(11)로부터 샤프트(5)[보다 구체적으로는, 후술하는 디스크(14)]를 향해서 검출광이 투광되고, 샤프트(5)로부터의 반사광이 다시 센서(11)에 의해서 수광된다. 센서 기판(7)은 표면에 센서(11)를 실장하는 회로 기판이다.

샤프트(5)의 하부(5a) 근방에는, 도 2에 도시하고 있는 바와 같이, 샤프트(5)의 외주를 향해서 돌출된 플랜지부(5b)가 형성되어 있다. 플랜지부(5b)의 하면(대향면)(5c)에는, 디스크(피검출체)(14)가 배치되어 있다. 디스크(14)는, 예를 들어, 평면에서 보아 원형 형상 또는 평면에서 보아 원환 형상의 수지 필름이다. 디스크(14)의 외경은 플랜지부(5b)의 외경 이하로 되어 있고, 플랜지부(5b)로부터 디스크(14)가 불거져 나오지 않도록 되어 있다. 하면(5c)에 디스크(14)를 배치하면, 플랜지부(5b)에 의해서 디스크(14)가 보호된다. 모터(1)의 조립 공정에 있어서, 디스크(14)의 단부가 손상을 받는 등의 사태를 피할 수 있다. "평면에서 보다"란, 중심축(X)을 따르는 방향으로 보는 것을 말한다.

디스크(14)에는, 검출용의 라인이 방사상으로 복수 형성되어 있다. 센서(11)로부터의 검출광은 디스크(14)의 라인을 조사하고, 반사하여 다시 센서(11)에 의해서 수광된다. 일정 시간 내에 검출한 라인의 개수에 근거하여, 로터(3)의 회전수(회전 속도)가 계측된다.

스테이터(4)는 로터(3)와 자기적 공극(G)을 확보하도록, 로터(3)의 주위에 배치되어 있다. 이 실시형태에 따른 모터(1)에서는, 스테이터(4), 샤프트(5)의 플랜지부(5b), 센서(11) 및 센서 기판(7)의 배치는, 도 2에 도시하는 바와 같이 되어 있다. 즉, 스테이터(4)의 하부(4a)는 플랜지부(5b)의 상방에 위치하고 있다. 스테이터(4)의 일부 또는 전부는 평면에서 보아 플랜지부(5b)와 중복되어 있다. 환언하면, 스테이터(4)의 외주는 평면에서 보아, 플랜지부(5b)의 외주보다 내측 또는 그 근방에 위치하고 있다. 도 2에 있어서는, 스테이터(4)의 외주는 평면에서 보아, 플랜지부(5b)의 외주보다 약간 외측의 근방 위치에 있지만, 스테이터(4)의 대부분은 플랜지부(5b)의 외주보다 내측에 위치하고 있다.

센서(11)는 하면(5c)에 대향하여 있고, 플랜지부(5b)에서 보았을 때 스테이터(4)의 반대측에 배치되어 있다. 센서 기판(7)과 스테이터(4) 사이에 플랜지부(5b)가 위치하고 있다. 즉, 중심축(X)을 따른 방향에 있어서, 스테이터(4)의 외측에 센서(11) 및 센서 기판(7)이 배치되어 있다. 센서 기판(7)은 평면에서 보아 플랜지부(5b)와 중복되어 있다. 센서 기판(7)의 단부(7a)는 평면에서 보아 플랜지부(5b)의 외주로부터 불거져 나오지 않는 위치에 배치되어 있다.

이 모터(1)에서는, 로터(3)의 회전 검출에 반사형의 센서(11)를 사용하고 있어, 투광을 위한 발광 소자를 센서와 별도로 마련하지 않았다. 발광 소자를 피하여 스테이터(4)를 배치할 필요가 없어져, 모터(1) 내부의 공간에 여유가 생긴다. 모터 특성을 유지하면서 스테이터(4)의 외경(D)을 작게 할 수 있다. 모터(1) 전체의 외경의 소형화에 기여하고 있다. 스테이터(4)의 외경을 소형화하면서 스테이터(4)의 반경 방향 사이즈(W)를 증대시킬 수 있어, 전기자 코일의 권선수를 증가시킬 수 있다. 모터 특성의 향상을 도모하거나, 모터 특성을 유지하면서 스테이터(4)의 길이 치수(L)를 단축할 수 있다. 모터(1) 전체의 길이의 단축에 기여하고 있다.

센서(11)나 센서 기판(7)과 스테이터(4) 사이에 플랜지부(5b)가 위치한다. 플랜지부(5b)는 샤프트(5)와 일체적으로 형성되어 있고, 금속제이므로, 전자 노이즈 차폐 효과를 가진다. 스테이터(4)로부터의 전자 노이즈가 센서 기판(7) 상의 소자나 회로에 영향을 미치는 것을, 플랜지부(5b)가 효과적으로 방지하고 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명했지만, 본 발명은 이것들에 한정되는 것이 아니고, 그 요지의 범위 내에서 여러 가지 변형이나 변경이 가능하다.

상기 실시형태에 있어서는, 회전 전기가 모터(전동기)(1)인 것으로서 설명했지만, 회전 전기는 모터(1)와 동등한 구성의 로터(3) 및 스테이터(4)를 구비하는 발전기이어도 좋다. 또, 스테이터(4)의 슬롯수도 한정되지 않는다. 모터로서는, 실시형태에서 설명한 아우터 스테이터(인너 로터)형에 한정되지 않는다. 인너 스테이터(아우터 로터)형의 모터이어도 좋다. 또, 서보 제어를 실시하는 모터이면, DD 모터에 한정되지 않는다.

＜종래의 인코더 유닛(U2)＞

도 3은 종래의 인코더 유닛(U2)의 내부 구조의 개략을 도시하는 구조도이다. 도 3은 인코더 유닛(U2)을 모터의 중심축(X)을 따른 평면으로 절단한 상태이다. 또한 도 3에 있어서, 도 2와 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.

인코더 유닛(U2) 내에는, 센서(검출 소자)(21)와 그 센서(21)를 실장하는 센서 기판(검출 기판)(7)과 LED(발광 소자)(15)가 배치되어 있다. 또, 인코더 유닛(U2) 내에는, 샤프트(5)의 하부(일단부)(5a)도 침입하여 있다.

센서(21)는, 센서(11)와 마찬가지로 로터(3)의 회전을 검출하기 위한 소자이지만, 센서(21)는 투과형의 광센서이다. 센서(21)는 LED(15)로부터의 검출광을 디스크(14)를 통해 수광한다. LED(15)는 디스크(14)에서 보았을 때 센서(21)와 반대측에 배치된다. 즉, 플랜지부(25b)의 상방에 위치한다.

LED(15)로부터의 검출광이 디스크(14)를 투과하여 센서(21)에 도달하게 되어 있다. 그 때문에, 디스크(14)는 투명 필름을 기재(基材)로 할 필요가 있고, 그 투명 필름에 검출용의 복수의 라인이 형성되어 있다. 디스크(14)의 검출 위치, 즉 검출광의 통과 위치는 플랜지부(25b)보다 외측일 필요가 있다. 따라서, 디스크(14)는 플랜지부(25b)로부터 부분적으로 불거져 나오도록 배치된다.

플랜지부(25b)의 상방에 LED(15)가 배치되기 때문에, 그 LED(15)를 피해서 스테이터(24)를 배치할 필요가 있다. 즉, 스테이터(24)의 외경(D2)은 스테이터(4)의 외경(D)보다 크다. 또한, 스테이터(24)의 반경 방향 사이즈(W2)는 스테이터(4)의 반경 방향 사이즈(W)보다 작다. 종래의 모터는 상기 실시형태에 따른 모터(1)와 비교하여 외경이 크거나 또는 모터 특성이 낮다. 모터 특성을 확보하기 위해서, 도 3에 도시하는 바와 같이, 스테이터(24)의 길이 치수(L2)를 스테이터(4)의 길이 치수(L)보다 길게 하여, 플랜지부(25b)보다 하방으로 되는 위치까지 연장할 필요가 있다.

플랜지부(25b)로부터 불거져 나와서 디스크(14)를 배치할 필요가 있다. 따라서, 센서(21)나 센서 기판(7)과 스테이터(24) 사이에 플랜지부(25b)가 위치하지 않는다. 스테이터(24)로부터의 전자 노이즈가 센서 기판(7) 상의 소자나 회로에 영향을 미치는 것을, 플랜지부(25b)가 거의 차폐하지 않는다. 스테이터(24)로부터의 전자 노이즈가 센서 기판(7) 상의 소자나 회로에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해서, 스테이터(24)와 센서 기판(7) 사이가 되는 위치, 예를 들어, 센서 기판(7)의 단부(7a)에 전자 노이즈 방지용의 금속 테이프(알루미늄 테이프나 동박 테이프 등)를 배치할 필요가 있다.

α : 화살표 D, D2 : 스테이터의 외경
G : 자기적 공극 L, L2 :길이 치수
U, U2 : 인코더 유닛 W, W2 : 반경 방향 사이즈
X : 중심축(회전축) 1 : 모터(회전 전기)
2 : 모터 케이스 2a : 관통 구멍
3 : 로터(회전자, 인너 로터)
4, 24 : 스테이터(고정자, 아우터 스테이터)
4a : 하부 5 : 샤프트
5a : 하부(일단부) 5b, 25b :플랜지부
5c : 하면(대향면) 6 : 로터 코어
7 : 센서 기판(검출 기판) 7a : 단부
11, 21 : 센서(검출 소자) 12 : 베어링
13 : 하측 커버 14 : 디스크(피검출체)
15 : LED(발광 소자)

Claims

원환 형상의 스테이터와,
상기 스테이터의 원환 내부에 배치되고, 회전축을 중심으로 회전하는 로터와,
상기 로터의 회전을 검출하는 검출 소자와,
상기 검출 소자를 실장하는 검출 기판을 가지는 회전 전기에 있어서,
상기 검출 소자 및 상기 검출 기판이, 상기 회전축을 따른 방향에 있어서 상기 스테이터의 외측에 배치되고,
또한, 상기 검출 소자가 반사형 투수광 센서이며,
상기 로터의 일단부 근방에 플랜지부가 형성되고,
상기 플랜지부는 상기 로터의 상기 회전축을 구성하는 로터 샤프트와 일체이고 금속으로 형성되어 있고, 또한 상기 플랜지부는 상기 스테이터와 상기 검출 기판 사이에 위치하여, 상기 스테이터와 상기 검출 기판 사이를 차단하도록 상기 로터로부터 외주를 향해서 돌출되어 있으며,
상기 검출 소자가, 상기 플랜지부의 주변부에 대향하는 상기 검출 기판의 주변부에 위치하며,
상기 스테이터와 상기 검출 기판이 상기 회전 전기의 외곽을 이루는 1개의 케이싱 내에 배치되어 있는
회전 전기.
제 1 항에 있어서,
상기 피검출체가, 평면에서 보아 원형 형상 또는 평면에서 보아 원환 형상의 필름이고, 상기 플랜지부로부터 외측으로 불거져 나오지 않도록 배치되어 있는
회전 전기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 로터가,
상기 회전축을 구성하는 상기 로터 샤프트와,
상기 로터 샤프트의 외주에 배치된 로터 코어를 갖는
회전 전기.