JP2020162399A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気式ロータリーエンコーダを備えつつ、薄型化可能なブラシレスモータを提供すること。【解決手段】ブラシレスモータは、回転軸と、回転軸の周囲に配置されているロータヨーク、および磁束を発生させるセンサマグネットを固定するマグネットホルダを備えるロータと、径方向へ延びる複数の突極、および複数の突極に巻回されたコイルを備えるステータと、センサマグネットの磁束を検出してロータの回転角度を取得する磁気センサを備えるエンコーダとを有し、マグネットホルダは、ロータヨークに固定されている。【選択図】図２

Description

本発明は、磁気式ロータリーエンコーダを備えるブラシレスモータに関する。

従来、高精度な速度制御や位置制御を行うために、ロータリーエンコーダを用いてロータの回転角度を正確に検出するブラシレスモータが知られている。特許文献１には、ロータの回転軸に固定されたマグネットホルダに保持された検出用マグネット、および検出用マグネットの同軸上に配置された磁気センサを備える磁気式のエンコーダを使用するモータが開示されている。

特開２０１７−１２３７３１号公報

近年、厚さが厳しく規制された状態で速度制御や位置制御を行うために、必要な出力やロータの回転角度の検出機能を有しつつ、薄型のブラシレスモータが求められている。特許文献１のモータでは、マグネットホルダに設けられたねじ付きの突起部を回転軸の端面に設けられたねじ穴に取り付けることで、マグネットホルダと回転軸の固定部を小型化し、軸方向の厚さを薄型化している。しかしながら、特許文献１に開示された構成ではマグネットホルダの軸方向の厚さが必要となるため、さらにモータを薄型化することは困難である。

本発明は、磁気式ロータリーエンコーダを備えつつ、薄型化可能なブラシレスモータを提供する。

本発明の一側面としてのブラシレスモータは、回転軸と、回転軸の周囲に配置されているロータヨーク、および磁束を発生させるセンサマグネットを固定するマグネットホルダを備えるロータと、径方向へ延びる複数の突極、および複数の突極に巻回されたコイルを備えるステータと、センサマグネットの磁束を検出してロータの回転角度を取得する磁気センサを備えるエンコーダとを有し、マグネットホルダは、ロータヨークに固定されていることを特徴とする。

本発明によれば、磁気式ロータリーエンコーダを備えつつ、薄型化可能なブラシレスモータを提供することができる。

本発明の実施形態に係るモータの斜視図である。 本発明の実施形態に係るモータの断面図である。 マグネットホルダとロータヨークを一体に形成した場合のロータの断面図である。 回転軸に対して平行な方向へ着磁された場合のセンサマグネットが作る磁界の主な経路を示す図である。 回転軸に対して垂直な方向へ着磁された場合のセンサマグネットが作る磁界の主な経路を示す図である。

以下、本発明を適用できる実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係るモータ５０の斜視図である。図２は、モータ５０の断面図である。モータ５０は、ステータ６０の内周側にロータ７０が配置されたインナーロータ型ブラシレスモータである。ロータ７０の回転軸１１の一端には、ピニオン９が取り付けられている。以下の説明では、ピニオン側を出力軸側、ピニオン側と反対側を反出力側とする。

まず、ステータ６０および筐体１の周辺構成について説明する。ステータ６０は、コア２、コイル３、およびインシュレータ４によって構成されており、筐体１に固定されている。コア２は、複数枚の軟磁性鋼板を積層して形成され、径方向へ延びる不図示の複数の突極を備える。複数の突極のそれぞれは、インシュレータ４により絶縁されている。コイル３は、複数の突極のそれぞれにインシュレータ４の上から巻回されている。

基板５は、筐体１とインシュレータ４に挟まれることで固定されている。コイル３の巻き始めと巻き終わりの各端は、基板５のパターンと接続されている。

筐体１の中心部には、ハウジング６が固定されている。ハウジング６には、ロータ７０を回転可能に支持するための上軸受７と下軸受８が設けられている。本実施形態では、上軸受７と下軸受８として深溝玉軸受が使用されている。

以下、ロータ７０の構成について説明する。ロータ７０は、マグネットホルダ１０、回転軸１１、センサマグネット１３、ロータマグネット１４およびロータヨーク１５から構成される。

マグネットホルダ１０は、切削形状で一体形成されている。マグネットホルダ１０は、内周面で回転軸１１に固定される嵌合部１０ａを備え、回転軸１１と一体となって回転する。嵌合部１０ａの外周面および回転軸１１はそれぞれ、上軸受７および下軸受８の内周面と径方向で嵌合している。これにより、ロータ７０は回転可能に支持されている。このような構成とすることで、マグネットホルダ１０と回転軸１１の結合部を、軸方向において上軸受７の支持部と重ねることができるため、モータ５０の軸方向の薄型化が可能となる。

また、マグネットホルダ１０は、反出力軸側に回転軸１１と同軸上に設けられた凹部１０ｂを備える。凹部１０ｂには、磁束を発生させるセンサマグネット１３が固定されている。センサマグネット１３は、マグネットホルダ１０と一体となって回転する。凹部１０ｂに嵌めこんで固定することで、センサマグネット１３を組立時に容易に回転軸１１と同軸の位置に取り付けることが可能となる。

ロータマグネット１４およびロータヨーク１５は、ロータ７０の外周側に配置されている。ロータヨーク１５は回転軸１１の周囲に配置され、ロータマグネット１４はロータヨーク１５の周囲に配置されている。マグネットホルダ１０は、ロータヨーク１５に固定されている。これにより、マグネットホルダ１０をより出力軸側に配置することができるため、モータ５０の軸方向の薄型化が可能となる。

また、マグネットホルダ１０は、ロータヨーク１５と一体で形成されてもよい。図３は、マグネットホルダとロータヨークを一体に形成した場合のロータ７０の断面図である。マグネットホルダ１０は、プレス加工で一体形成されており、ロータヨーク１５の役割も果たしている。そのため、マグネットホルダ１０は、ロータマグネット１４と磁気回路を構成する必要があり、磁性体である必要がある。凹部１０ｂは有底であり、回転軸１１はマグネットホルダ１０を貫通せずに出力軸側の面と固定されている。そのため、溶接等の方法で回転軸１１をマグネットホルダ１０に固定することができ、軸方向のスペースを多く使用せずに結合強度を確保することができる。このような構成とすることで、センサマグネット１３の保持や、ロータマグネット１４と回転軸１１の連結が１部品で可能となり、部品点数を削減することができる。なお、本実施形態では、「有底である」とは、「開口を有しない底部である」ことを意味する。

以下、エンコーダ８０の構成について説明する。エンコーダ８０は、基板５ａ、磁気センサ１２、センサマグネット１３および保持部材１６から構成される。基板５ａは、フレキシブル基板であり、図１に示されるように、保持部材１６およびステータ６０の外径側の切欠かれた部分を通り、基板５と一体になっている。基板５ａの反出力軸側の面は、補強板等で保護されることが望ましい。磁気センサ１２は、基板５ａに実装され、保持部材１６によりロータ７０の回転中心軸上でセンサマグネット１３と所定のギャップをもって対向する位置に配置されるよう保持されている。保持部材１６は、ステータ６０に固定されており、モータ５０の後蓋としての機能も担っている。

以下、エンコーダ８０によるロータ７０の回転角度の検出方法について説明する。磁気センサ１２は、中心付近にある検出部を通過する、センサマグネット１３により発生された回転軸１１に対して垂直な方向の磁束を検出して絶対回転角度を取得するアブソリュート式エンコーダＩＣである。センサマグネット１３は、回転軸１１に対して平行な方向へ着磁されている。本実施形態では、センサマグネット１３の反出力軸側の面にＮ極とＳ極が形成されている。

図４（ａ）は、マグネットホルダ１０が非磁性体である場合のセンサマグネット１３が作る磁界の主な経路を示している。マグネットホルダ１０が非磁性体である場合、Ｎ極から発生した磁束は、磁気センサ１２を回転軸１１に対して垂直な方向で通過し、Ｓ極に入っていく。磁気センサ１２は、通過した磁束からロータ７０の絶対回転度角を取得可能である。ここで、絶対回転角度を正確に取得するためには、磁気センサ１２を通過する磁力を所定の強さ以上確保する必要がある。

図４（ｂ）は、マグネットホルダ１０が磁性体である場合のセンサマグネット１３が作る磁界の主な経路を示している。マグネットホルダ１０が磁性体である場合、マグネットホルダ１０がバックヨークとなり、センサマグネット１３とマグネットホルダ１０で磁気回路が形成される。そのため、センサマグネット１３が磁気センサ側に発生させる磁力を強めることができる。したがって、図４（ａ）と図４（ｂ）で磁気センサ１２を通過する磁力を一定とした場合、マグネットホルダ１０を磁性体とすることで、センサマグネット１３の厚さをより薄くすることができ、モータ５０の軸方向の薄型化に有効となる。

また、センサマグネット１３は、回転軸１１に対して垂直な方向へ着磁されていてもよい。この場合、センサマグネット１３の側面の一方の面がＮ極となり、他方の面がＳ極となる。図５は、回転軸１１に対して垂直な方向へ着磁された場合のセンサマグネット１３が作る磁界の主な経路を示す図である。

図５（ａ）は、マグネットホルダ１０が非磁性体の場合のセンサマグネット１３が作る磁界の主な経路を示している。マグネットホルダ１０が非磁性体である場合、Ｎ極から回転軸１１に対して垂直な方向の磁束は磁気センサ１２側を通過し、Ｓ極に回り込む。磁気センサ１２は、通過した磁束からロータ７０の絶対回転度角を取得可能である。

図５（ｂ）は、マグネットホルダ１０が非磁性体の場合のセンサマグネット１３が作る磁界の主な経路を示している。マグネットホルダ１０が磁性体である場合、マグネットホルダ１０がバックヨークとなり、センサマグネット１３とマグネットホルダ１０で磁気回路が形成される。そのため、マグネットホルダ側により多くの磁束が回りこんでしまうため、磁気センサ１２を通過する磁束は減少してしまう。したがって、磁気センサ１２を通過する磁力をマグネットホルダ１０の材質で強くすることができず、モータ５０の薄型化には適さない。

以上説明したように、本実施形態の構成によれば、ロータ７０の回転角度検出に必要な磁気式ロータリーエンコーダ構造の軸方向の厚さを抑制することができるため、薄型のモータ５０を提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

３ コイル
１０ マグネットホルダ
１１ 回転軸
１２ 磁気センサ
１３ センサマグネット
１５ ロータヨーク
５０ モータ（ブラシレスモータ）
６０ ステータ
７０ ロータ
８０ エンコーダ

Claims (8)

1. 回転軸と、
   前記回転軸の周囲に配置されているロータヨーク、および磁束を発生させるセンサマグネットを固定するマグネットホルダを備えるロータと、
   径方向へ延びる複数の突極、および前記複数の突極に巻回されたコイルを備えるステータと、
   前記センサマグネットの磁束を検出して前記ロータの回転角度を取得する磁気センサを備えるエンコーダとを有し、
   前記マグネットホルダは、前記ロータヨークに固定されていることを特徴とするブラシレスモータ。
2. 前記マグネットホルダは、前記回転軸の同軸上に設けられ、前記センサマグネットを固定する凹部を備えることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ。
3. 前記マグネットホルダは、切削形状で一体形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のブラシレスモータ。
4. 前記マグネットホルダは、磁性体であり、前記ロータヨークと一体に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のブラシレスモータ。
5. 前記マグネットホルダは、プレス加工で一体形成されることを特徴とする請求項４に記載のブラシレスモータ。
6. 前記マグネットホルダは、前記回転軸の同軸上に設けられ、前記センサマグネットを固定する凹部を備え、
   前記凹部は有底であることを特徴とする請求項４または５に記載のブラシレスモータ。
7. 前記マグネットホルダは、前記ロータを支持する軸受の内周面と径方向で嵌合していることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のブラシレスモータ。
8. 前記センサマグネットは、前記回転軸に対して平行な方向へ着磁されており、
   前記磁気センサは、前記回転軸に対して垂直な方向の磁束を検出して前記ロータの絶対回転角度を取得することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のブラシレスモータ。