JP6373532B1 - 回転電機 - Google Patents

Abstract

回転電機は、ハウジング、ハウジングに設けられているステータ、ハウジングに回転可能に設けられている回転軸、回転軸に設けられているロータ、及び回転軸の回転角度に応じた信号を発生する回転角度検出装置を備えている。回転角度検出装置は、回転軸の軸方向の端面に設けられている磁気発生体と、磁気発生体に対向している磁気式センサとを有している。端面には、凹部が設けられている。磁気発生体は、凹部内に設けられている。

Description

この発明は、回転軸の回転角度を検出する回転角度検出装置を有している回転電機に関するものである。

従来のブラシレスモータでは、モータハウジングに一対の軸受を介して回転軸が回転可能に支持されている。回転軸の軸方向の一方の端面には、一対の永久磁石が固定されている。一方の軸受の外輪には、センサ取付部材が固定されている。センサ取付部材には、回路基板が固定されている。回路基板には、角度検出部が設けられている。角度検出部は、磁気アレイセンサを含んでいる。磁気アレイセンサは、永久磁石に対向している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−８９３１２号公報

上記のような従来のブラシレスモータでは、永久磁石の全体が回転軸の端面から角度検出部へ向けて突出しているため、永久磁石の厚さ寸法分だけモータ全体の軸方向寸法が大きくなり、小型化の妨げとなっている。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、軸方向寸法を縮小することができる回転電機を得ることを目的とする。

この発明に係る回転電機は、ハウジング、ハウジングに回転可能に設けられている回転軸、ハウジングと回転軸との間に設けられている軸受、ハウジングに設けられているステータ、回転軸に設けられているロータ、及び回転軸の軸方向の端部に設けられている磁気発生体と、磁気発生体に対向している磁気式センサとを有しており、回転軸の回転角度に応じた信号を発生する回転角度検出装置を備え、回転軸の軸方向の端面には、凹部が設けられており、磁気発生体は、凹部内に設けられており、凹部及び磁気発生体は、軸受の内側に配置されている。

この発明の回転電機は、回転軸の端面に凹部が設けられており、凹部内に磁気発生体が設けられており、凹部及び磁気発生体が軸受の内側に配置されているので、軸方向寸法を縮小することができる。

この発明の実施の形態１による回転電機の断面図である。 図１の磁気発生ユニットを示す正面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図２の磁気発生ユニットの変形例を示す正面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 この発明の実施の形態２による回転電機の要部を示す正面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。 この発明の回転電機の適用例であるエレベータのかごの一部を示す正面図である。 図８のかごの一部を示す側面図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による回転電機の断面図である。図において、ハウジング１は、平板状の第１の軸支持部１ａと、第１の軸支持部１ａに対向する平板状の第２の軸支持部１ｂとを有している。第１の軸支持部１ａの中央には、円形の第１の開口１ｃが設けられている。第２の軸支持部１ｂには、円形の第２の開口１ｄが設けられている。

第１の開口１ｃには、第１の軸受２が装着されている。第２の開口１ｄには、第２の軸受３が装着されている。回転軸４は、第１及び第２の軸受２，３を介して、ハウジング１に回転可能に支持されている。

回転軸４には、ロータ５が設けられている。ロータ５は、回転軸４に固定されているロータ鉄心６と、ロータ鉄心６の外周部に固定されている複数のロータ磁石７とを有している。ロータ５は、回転軸４と一体に回転する。

ハウジング１には、ステータ８が固定されている。ステータ８は、ハウジング１に固定されているステータ鉄心９と、ステータ鉄心９に設けられている複数のステータコイル１０とを有している。ステータ８は、隙間を介してロータ５に対向している。

回転軸４は、軸方向の第１の軸支持部１ａ側の端部である第１の端部４ａと、軸方向の第２の軸支持部１ｂ側の端部である第２の端部４ｂとを有している。第１の端部４ａは、第１の開口１ｃ内で第１の軸受２に保持されている。第２の端部４ｂは、第２の軸受３を貫通して、ハウジング１外へ突出している。

回転軸４の軸方向の第１の端部４ａ側の端面４ｃには、凹部４ｄが設けられている。凹部４ｄは、端面４ｃの中央に設けられている。凹部４ｄの正面形状は、円形である。

凹部４ｄ内には、円板状の磁気発生ユニット１１が設けられている。磁気発生ユニット１１は、回転軸４と一体に回転する。この例では、磁気発生ユニット１１が端面４ｃから突出しないように、磁気発生ユニット１１の全体が凹部４ｄ内に収容されている。

また、凹部４ｄ及び磁気発生ユニット１１は、第１の軸受２の内側に配置されている。即ち、凹部４ｄ及び磁気発生ユニット１１は、回転軸４の軸方向について第１の軸受２と同じ位置に配置されている。さらに、端面４ｃは、第２の軸受２のロータ５とは反対側の端面と面一である。

第１の軸支持部１ａの第２の軸支持部１ｂとは反対側の面には、センサ基板１２が固定されている。センサ基板１２は、プリント基板である。また、センサ基板１２は、例えば複数のボルトにより第１の軸支持部１ａに固定されている。さらに、センサ基板１２は、第１の開口１ｃを塞いでいる。

センサ基板１２には、磁気式センサ１３が設けられている。磁気式センサ１３は、隙間を介して磁気発生ユニット１１に対向している。磁気式センサ１３としては、例えば磁気抵抗素子が用いられている。

回転角度検出装置１４は、磁気発生ユニット１１、センサ基板１２及び磁気式センサ１３を有している。また、回転角度検出装置１４は、回転軸４の回転角度に応じた信号を発生する。回転電機がモータである場合、回転角度検出装置１４で発生した信号は、モータの回転を制御する制御部（図示せず）に送られる。

第１の軸支持部１ａの厚さ寸法ｔ、即ち回転軸４の軸方向の第１の開口１ｃの長さ寸法は、回転軸４の軸方向の第１の軸受２の寸法よりも大きい。これにより、第１の開口１ｃ内の第１の軸受２とセンサ基板１２との間には、空間１５が形成されている。磁気式センサ１３は、空間１５内に配置されている。

図２は図１の磁気発生ユニット１１を示す正面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。磁気発生ユニット１１は、ケース１６と、ケース１６内に収容されている円板状の磁気発生体１７とを有している。

ケース１６は、円筒部１６ａと、円筒部１６ａの軸方向一端を塞ぐ底部１６ｂとを有している。円筒部１６ａは、磁気発生体１７の磁気式センサ１３に対向する面よりも磁気式センサ１３側へ突出している。

円筒部１６ａの周方向の複数箇所には、切欠１６ｃが設けられている。切欠１６ｃは、磁気発生体１７の周方向の位置決め時に利用される。この例では、円筒部１６ａに２つの切欠１６ｃが設けられている。切欠１６ｃは、円筒部１６ａの中心に対して点対称に配置されている。また、切欠１６ｃは、センサ基板１２に対向している。

また、ケース１６は、非磁性体により構成されている。ケース１６の材料としては、例えば、樹脂、アルミニウム、又は真鍮が用いられている。

磁気発生体１７は、半円形の２つの永久磁石を一体化したものである。２つの永久磁石は、回転軸４の軸方向に互いに逆向きに磁化されている。即ち、一方の永久磁石のＮ極と他方の永久磁石のＳ極とが磁気式センサ１３に対向している。

磁気発生体１７は、例えば、ボンド磁石の材料をケース１６に射出した後、着磁することにより形成することができる。また、着磁された円板状の磁気発生体１７をケース１６内に嵌め込んでもよい。

ロータ磁石７とステータコイル１０との相対角度を検出するために、磁気発生体１７は、ロータ磁石７に対してある角度に合わせる必要がある。即ち、磁気発生体１７は、回転軸４の周方向に位置決めする必要がある。切欠１６ｃは、磁気発生体１７の周方向の位置決めのために使用される。

ケース１６は、接着剤により凹部４ｄ内に固定されている。ケース１６を凹部４ｄ内に挿入した後、接着剤が硬化する前に、治具又は作業者の指を切欠１６ｃに引っ掛けてケース１６を回転させ、磁気発生体１７の周方向の位置決めが行われる。この後、接着剤を硬化させる。

回転軸４の端面４ｃには、磁気発生体１７の位置決めを行う際の目印が設けられている。この例では、切欠１６ｃが２つの永久磁石の境界の延長上に配置されており、切欠１６ｃ自体が磁気発生体１７側の位置決めの目印となっている。

このような回転電機では、磁気発生ユニット１１が凹部４ｄ内に設けられており、凹部４ｄ及び磁気発生ユニット１１は、第１の軸受２の内側に配置されているため、磁気式センサ１３を端面４ｃに近付けて配置することができ、全体の軸方向寸法を縮小することができる。

端面４ｃに凹部が設けられていない場合、磁気発生ユニット１１の厚さ分だけ磁気式センサ１３が端面４ｃから離れるため、第１の軸支持部１ａの厚さ寸法ｔが大きくなる。これに対して、端面４ｃに凹部４ｄを設けて、磁気発生ユニット１１を凹部４ｄ内に収容することにより、第１の軸支持部１ａの厚さ寸法ｔを縮小することができる。

また、磁気発生体１７をケース１６に収容したので、磁気発生体１７を保護しつつ、磁気発生体１７を凹部４ｄ内のより正確な位置に配置することができる。
さらに、非磁性体製のケース１６を用いたので、ケース１６内に磁気発生体１７を容易に形成することができる。

さらにまた、円筒部１６ａに切欠１６ｃを設けたので、磁気発生体１７の周方向の位置決めを容易に、かつ、より正確に行うことができる。

なお、上記の例では、２つの切欠１６ｃを設けたが、切欠１６ｃの数は１つ又は３つ以上であってもよい。
また、上記の例では、円筒部１６ａの厚さ全体に渡って切欠１６ｃを設けたが、図４及び図５に示すように、厚さの一部に切欠１６ｃを設けてもよい。
さらに、切欠１６ｃを省略して、治具で磁気発生体１７の位置決めを行ってもよい。

実施の形態２．
次に、図６はこの発明の実施の形態２による回転電機の要部を示す正面図、図７は図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。実施の形態２では、凹部４ｄの内壁に内壁位置決め面４ｅが設けられている。また、円筒部１６ａの外周面の一部にケース位置決め面１６ｄが設けられている。

内壁位置決め面４ｅ及びケース位置決め面１６ｄは、同じ大きさの矩形の平面である。そして、ケース位置決め面１６ｄを内壁位置決め面４ｅに重ねることにより、磁気発生体１７の周方向の位置決めが行われている。円筒部１６ａの磁気式センサ１３側の端面は、磁気発生体１７の磁気式センサ１３側の端面と面一である。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような構成では、磁気発生ユニット１１を凹部４ｄに挿入する際に、ケース位置決め面１６ｄを内壁位置決め面４ｅに重ねることにより、磁気発生体１７の周方向の位置決めを容易に、かつ、より正確に行うことができる。

また、円筒部１６ａの磁気式センサ１３側の端面が、磁気発生体１７の磁気式センサ１３側の端面と面一であるため、凹部４ｄの深さ寸法を小さくすることができる。

なお、内壁位置決め面４ｅ及びケース位置決め面１６ｄの形状及び数は、上記の例に限定されない。
また、凹部４ｄの内壁は円形のままとし、ケース位置決め面１６ｄと同様の平面を円筒部１６ａの外周の複数箇所に設けることにより、これらの平面を実施の形態１の切欠として利用することもできる。
さらに、円筒部１６ａの磁気式センサ１３側の端面は、磁気発生体１７の磁気式センサ１３側の端面と面一でなくてもよい。
さらにまた、上記の例では、磁気発生体１７の磁気式センサ１３に対向する面に２つの磁極が形成されているが、磁気式センサに対向する磁気発生体の磁極の数はこれに限定されるものではなく、例えば４つでもよい。

また、実施の形態１、２では、磁気発生ユニット１１の全体を凹部４ｄ内に収容したが、磁気式センサ１３側の端部を端面４ｃから突出させてもよく、磁気発生ユニット１１の少なくとも一部が凹部４ｄ内に収容されていれば、その分だけ回転電機の軸方向寸法を縮小することができる。
さらに、ケース１６を省略し、磁気発生体１７を凹部４ｄ内に直接配置してもよい。

ここで、図８はこの発明の回転電機の適用例であるエレベータのかごの一部を示す正面図、図９は図８のかごの一部を示す側面図である。かご２１の乗場側の面である前面には、かご出入口２１ａが設けられている。かご出入口２１ａは、第１及び第２のかごドア２２ａ，２２ｂにより開閉される。第１及び第２のかごドア２２ａ，２２ｂは、ドアパネル２３と、ドアパネル２３の上部に固定されているドアハンガ２４とをそれぞれ有している。各ドアハンガ２４には、複数のハンガローラ２５が設けられている。

かご２１の前面の上部には、桁２７が固定されている。桁２７には、ハンガレール２８が設けられている。第１及び第２のかごドア２２ａ，２２ｂは、ハンガレール２８から吊り下げられており、かご出入口２１ａの開閉時にハンガレール２８に沿って移動する。また、ハンガローラ２５は、第１及び第２のかごドア２２ａ，２２ｂの開閉動作時にハンガレール２８上を転がりながら移動する。

かご出入口２１ａの幅方向の桁２７の一端部には、回転電機であるドアモータ２９が固定されている。ドアモータ２９としては、上記の実施の形態のいずれかの回転電機を用いることができる。ドアモータ２９の回転軸４の第２の端部４ｂには、第１のプーリ３０が固定されている。

かご出入口２１ａの幅方向の桁２７の他端部には、第２のプーリ３１が回転可能に設けられている。第１のプーリ３０と第２のプーリ３１には、無端状のベルト３２が巻かれている。

第１のかごドア２２ａは、第１の接続部材３３ａを介してベルト３２の上側部分に接続されている。第２のかごドア２２ｂは、第２の接続部材３３ｂを介してベルト３２の下側部分に接続されている。ドアモータ２９により第１のプーリ３０を回転させることにより、第１及び第２のかごドア２２ａ，２２ｂがハンガレール２８に沿って開閉動作する。

ドアモータ２９は、かご２１の前面の前方に配置されている。かご２１の天井２１ｂは、ドアモータ２９よりも上方に位置している。言い換えると、ドアモータ２９は、天井２１ｂよりも低い位置に配置されている。

このようなエレベータのかご２１では、上記の実施の形態で示したような薄型の回転電機をドアモータ２９として使用しているため、ドア装置の大きさを変更することなく、天井２１ｂを高くし、かご２１の意匠性を向上させることができる。

ドアモータ２９の軸方向寸法が大きい場合、ドアモータ２９をかご２１の前方に配置することができず、天井２１ｂの上に配置する必要が生じる。この場合、ドアモータ２９の出力を天井２１ｂ上から第１のプーリ３０まで伝達する機構が必要となり、ドア装置が大型化する。

なお、この発明の回転電機は、エレベータのドアモータ２９以外の電動機、発電機、及び発電電動機にも適用できる。
また、磁気式センサ１３は、磁気抵抗素子に限定されるものではなく、例えば、ホール素子、ホールＩＣ、又は磁気エンコーダであってもよい。

１ ハウジング、２ 第１の軸受、４ 回転軸、４ａ 第１の端部、４ｃ 端面、４ｄ 凹部、４ｅ 内壁位置決め面、５ ロータ、８ ステータ、１３ 磁気式センサ、１４ 回転角度検出装置、１６ ケース、１６ａ 円筒部、１６ｂ 底部、１６ｃ 切欠、１６ｄ ケース位置決め面、１７ 磁気発生体、２９ ドアモータ（回転電機）。

Claims (4)

1. ハウジング、
   前記ハウジングに回転可能に設けられている回転軸、
   前記ハウジングと前記回転軸との間に設けられている軸受、
   前記ハウジングに設けられているステータ、
   前記回転軸に設けられているロータ、及び
   前記回転軸の軸方向の端部に設けられている磁気発生体と、前記磁気発生体を収容するケースと、前記磁気発生体に対向している磁気式センサとを有しており、前記回転軸の回転角度に応じた信号を発生する回転角度検出装置
   を備え、
   前記回転軸の軸方向の端面には、凹部が設けられており、
   前記磁気発生体及び前記ケースは、前記凹部内に設けられており、
   前記凹部、前記磁気発生体及び前記ケースは、前記軸受の内側に配置されており、
   前記ケースは、円筒部と、前記円筒部の軸方向一端を塞ぐ底部とを有しており、
   前記円筒部には、前記回転軸に対する前記磁気発生体の周方向の位置決め時に、前記ケースを回転させるために利用される切欠が設けられている回転電機。
2. 前記磁気発生体は、前記回転軸の軸方向に着磁されており、
   前記磁気発生体の前記磁気式センサに対向する面には、複数の磁極が形成されている請求項１記載の回転電機。
3. 前記磁気発生体は、半円形の２つの永久磁石を一体化したものであり、
   前記切欠は、前記２つの永久磁石の境界の延長上に配置されている請求項２記載の回転電機。
4. 前記回転軸の前記端面には、前記磁気発生体の周方向の位置決めを行う際の目印が設けられている請求項３記載の回転電機。

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