JP6797435B1

JP6797435B1 - センサ内蔵モータ構造

Info

Publication number: JP6797435B1
Application number: JP2019185781A
Authority: JP
Inventors: 弘櫛原; 宏之平林; 優一宮沢; 和之石橋
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2019-10-09
Filing date: 2019-10-09
Publication date: 2020-12-09
Anticipated expiration: 2039-10-09
Also published as: JP2021061711A

Abstract

【課題】偏平型で径小型のモータの提供。【解決手段】センサ内蔵モータ構造は、一体に形成された外側輪状壁２Ａ及び内側輪状壁２Ｂとからなる断面Ｕ字型の輪状ハウジング２と、前記外側輪状壁２Ａと内側輪状壁２Ｂとの間に形成された輪状空間６０と、前記内側輪状壁２Ｂの内側に設けられた第１軸受２７を介して回転自在に設けられたモータ軸１１と、前記モータ軸１１の外周面１１Ａに接続され、前記外側輪状壁２Ａの内面２Ａａに設けられた第２軸受１５に支持された中空軸５０と、前記外側輪状壁２Ａの内面２Ａａに設けられたモータステータ３２ａと、前記中空軸５０の外面５０Ａａに設けられ、前記モータステータ３２ａの内側に位置するモータロータ３と、前記内側輪状壁２Ｂの内面２Ｂａと前記モータ軸１１の外周面１１Ａとの間に位置すると共に、前記モータ軸１１に対して非接触型の１個又は複数個のセンサと、からなる構成である。【選択図】図１

Description

本発明は、センサ内蔵モータ構造に関し、特に、輪状ハウジングの内側にモータステータとモータロータと中空軸とを配設し、輪状ハウジングの内側輪状壁とモータ軸との間にセンサを設けることにより、従来構成よりも軸方向の長さを短くした偏平型でかつ径小型のモータを得るための新規な改良に関する。

従来、用いられていたこの種のセンサ内蔵モータ構造としては、文献名を示していないが、本出願人が社内で製造していた第１従来構成を図４として、及び、特許文献１に開示された第２従来構成を図５として挙げることができる。
例えば、図４において、符号２で示されるものは、輪状ハウジングであり、この輪状ハウジング２の両端には、前蓋１１０及び後蓋１１１が設けられている。

前記前蓋１１０には第１軸受２７が設けられ、前記後蓋１１１には第２軸受１５が設けられ、前記各軸受２７、１５間には、モータロータ３を有するモータ軸１１が回転自在に設けられている。
前記輪状ハウジング２の内面２Ａａには、モータステータ３２ａが設けられ、このモータステータ３２ａは前記モータロータ３に対して、わずかなギャップを介して対向配置されている。

前記後蓋１１１の外面１１１ａには、周知のエンコーダからなる角度センサ１００が設けられ、この角度センサ１００のエンコーダロータ１００ａが前記モータ軸１１に設けられている。

また、図５に示される第２従来構成においては、角度センサとしての磁気式アブソリュートセンサ２５が、モータ本体８０のモータ軸１１の第１軸受２７の外側に配設された構成が開示されている。
また、図５に示す第２従来構成は、偏平型のモータ本体８０と遊星歯車減速機構２３を軸方向Ｐに沿って組み合わせた減速機構付モータである。
前記モータ本体８０は、主として、輪状のダクト３５の内側に、第１、第２軸受２７、１５を介して設けられたモータ軸１１と、このモータ軸１１に設けられたモータロータ３と、ダクト３５側で前記モータロータ３に対向配設され、ステータ巻線３２ｂを有するモータステータ３２ａと、前記モータステータ３２ａの内側に設けられた磁気式アブソリュートセンサ２５及びリング状マグネット４０と、から構成されている。

前記モータ本体８０に接続して設けられた遊星歯車減速機構２３は、主として、ケース体６と、このケース体６内に設けられた遊星ギヤシャフト２１と、この遊星ギヤシャフト２１の内側に設けられた遊星２段歯車１８と、前記モータ軸１１に設けられた太陽歯車１２と、前記モータ軸１１の先端を軸支するための第３軸受２９と、前記モータ軸１１の外側に第４軸受２８を介して設けられた出力回転軸２４と、から構成されている。

特開２０１５−２２８７５２号公報

従来のセンサ付きモータは、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、図４の第１従来構成においては、モータ本体８０の後端に角度センサ１００を設けているため、モータ全体としての軸方向の長さ、すなわち、厚さが大きくなり、薄型化には限界があった。
また、図５の第２従来構成においては、モータ本体８０に対して、その回転出力を減速するための遊星歯車減速機構２３が接続されていることにより、モータとしての軸方向Ｐに沿う厚さを薄くかつ径小化することは、この遊星歯車減速機構２３を用いる限り、困難であった。
また、モータ本体８０においても、輪状をなすモータステータ３２ａの外側にモータロータ３が設けられたアウタロータ型の構成であり、モータステータ３２ａの内側に第１、第２軸受２７、１５を設けなくてはならず、第１軸受２７の外側に磁気式アブソリュートセンサ２５及びリング状マグネット４０からなるセンサを設けていた。
そのため、前述の薄型化が困難であると同時に、モータ本体８０の外径を径小化することについても、モータ軸１１の周面にセンサを取付けることができないため、不可能であった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、ハウジングの内側にモータステータとモータロータと中空軸とを配設し、輪状ハウジングの内側輪状壁とモータ軸との間にセンサを設けると共に、センサと第１軸受とを軸方向に沿って見て重合させることにより、従来よりも軸方向の長さを短くできる偏平型でかつ径小型のモータを得ることを目的とする。

本発明によるセンサ内蔵モータ構造は、互いに一体に形成された外側輪状壁及び内側輪状壁とからなる断面Ｕ字型の輪状ハウジングと、前記外側輪状壁と内側輪状壁との間に形成された輪状空間と、前記内側輪状壁の内側に設けられた第１軸受を介して回転自在に設けられたモータ軸と、前記モータ軸の外周面に接続され、前記外側輪状壁の内面に設けられた第２軸受に支持された中空軸と、前記外側輪状壁の内面に設けられたモータステータと、前記中空軸の外面に設けられ、前記モータステータの内側に位置するモータロータと、前記内側輪状壁の内面と前記モータ軸の外周面との間に位置すると共に、前記モータ軸に対して非接触型の１個又は複数個のセンサと、を備え、前記センサと前記第１軸受は、前記輪状ハウジングの軸方向に沿って見て、互いに重合し、かつ、互いに隣接して位置している構成であり、また、前記センサは、トルクセンサと角度センサからなる構成であり、また、前記モータステータと前記第２軸受は、前記輪状ハウジングの軸方向に沿って見て、互いに重合し、かつ、互いに隣接して位置している構成であり、また、前記第２軸受は、前記輪状ハウジングの開口側に設けられている構成であり、また、前記各センサのレゾルバロータ及びトルクロータが、前記外周面に対して固定した構成である。

本発明によるセンサ内蔵モータ構造は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
互いに一体に形成された外側輪状壁及び内側輪状壁とからなる断面Ｕ字型の輪状ハウジングと、前記外側輪状壁と内側輪状壁との間に形成された輪状空間と、前記内側輪状壁の内側に設けられた第１軸受を介して回転自在に設けられたモータ軸と、前記モータ軸の外周面に接続され、前記外側輪状壁の内面に設けられた第２軸受に支持された中空軸と、前記外側輪状壁の内面に設けられたモータステータと、前記中空軸の外面に設けられ、前記モータステータの内側に位置するモータロータと、前記内側輪状壁の内面と前記モータ軸の外周面との間に位置すると共に、前記モータ軸に対して非接触型の１個又は複数個のセンサと、を備え、前記センサと前記第１軸受は、前記輪状ハウジングの軸方向に沿って見て、互いに重合し、かつ、互いに隣接して位置している構成からなることにより、構造が簡単で、かつ、軸方向の長さを縮めることができ、さらに、外径を縮めた構成とすることができる。
また、前記センサは、トルクセンサと角度センサの両方からなる構成であることにより、パワーステアリング等のモータとして最適である。
また、前記モータステータと前記第２軸受は、前記輪状ハウジングの軸方向に沿って見て、互いに重合し、かつ、互いに隣接して位置している構成であるため、軸方向及び外径方向の両方の寸法を縮めることができる。
また、前記第２軸受は、前記輪状ハウジングの開口側に設けられている構成によって、第２軸受が外部に開放され、製作後の第２軸受の調整が容易である。
また、前記各センサのレゾルバロータ及びトルクロータが、前記外周面に対して固定されている構成としたことにより、トルクセンサはホールＩＣ等を用いて非接触となり、角度センサも、モータ軸を磁性体とするか又は磁性体をモータ軸に取付けることにより、非接触にできる。

本発明の実施の形態によるセンサ内蔵モータ構造の断面図である。図１の他の形態を示す断面図である。図１の他の形態を示す断面図である。第１従来構成を示す断面図である。第２従来構成を示す断面図である。

本発明によるセンサ内蔵モータ構造によれば、輪状ハウジングの内側にモータステータとモータロータと中空軸とを配設し、輪状ハウジングの内側輪状壁とモータ軸との間にセンサを設けることにより、従来よりも軸方向の長さを短くした偏平型で、かつ、径小型とされたモータを得ることができる。

以下、図面と共に本発明によるセンサ内蔵モータ構造の好適な実施の形態について説明する。
尚、図４の従来例と同一部分には同一符号を付して説明する。
図１の形態において、符号２で示されるものは、全体形状が輪状に形成された輪状ハウジングであり、この輪状ハウジング２は、大径型の外側輪状壁２Ａ及びこの外側輪状壁２Ａよりも小径の内側輪状壁２Ｂが互いに一体に形成されて構成されている。また、前記外側輪状壁２Ａ及び内側輪状壁２Ｂは、断面でＵ字型を形成している。
前記外側輪状壁２Ａの内面２Ａａには、ステータ巻線３２ｂを有する輪状のモータステータ３２ａが設けられており、前記内側輪状壁２Ｂには、１個のみの第１軸受２７を介して筒状をなすモータ軸１１が回転自在に設けられている。

前記外側輪状壁２Ａの内面２Ａａには、前記モータステータ３２ａに隣接すなわち近傍に位置して１個のみの第２軸受１５が設けられており、この第２軸受１５の内側には、全体形状が筒型をなし、軸方向Ｐに沿って延設され、かつ、大径に形成された第１軸部５０Ａ及びこの第１軸部５０Ａよりも軸方向Ｐに沿って短くかつ小径の第２軸部５０Ｂからなる中空軸５０が配設されている。
尚、前記モータステータ３２ａと第２軸受１５は、輪状ハウジング２の軸方向Ｐに沿って見て互いに重合している。
前記第１軸部５０Ａの外面５０Ａａには、輪状をなすマグネットからなるモータロータ３が、前記モータステータ３２ａに対してわずかな隙間Ｇを介して中空軸５０と共に回転自在に設けられている。

前記中空軸５０の前記第２軸部５０Ｂは、前記モータ軸１１の外周面１１Ａに接続され、前記モータ軸１１を回転させると、前記中空軸５０とモータロータ３が共に回転するように構成されている。

前記内側輪状壁２Ｂの内面２Ｂａと前記モータ軸１１の外周面１１Ａとの間には、１個又は複数のセンサである周知の角度センサ１００及び周知のトルクセンサ１０２がセンサとして設けられている。
前記角度センサ１００は、図１に図示のレゾルバが好適であるが、エンコーダ、又は、ホールＩＣ等を用いることができ、モータロータ３の内径方向（同心円上）に配置することによって、軸方向長さの増加を抑えることができるように構成されている。前記角度センサ１００は周知のレゾルバよりなり、前記内側輪状壁２Ｂにレゾルバステータ１００Ａが設けられ、前記モータ軸１１の外周面１１Ａにレゾルバロータ１００Ｂが設けられている。

また、前記トルクセンサ１０２は、基本として、周知で多用されている磁歪式のトルクセンサであるが、その他の構成でも、非接触式であれば、採用することができる。
また、前記モータ軸１１の中心軸Ｐ１は、前記輪状ハウジング２の中心軸と一致し、モータ軸１１に対して前記外側輪状壁２Ａ、中空軸５０及び内側輪状壁２Ｂは同軸状に配置されている。
前記トルクセンサ１０２は周知の構成が採用されており、内側輪状壁２Ｂの内面２Ｂａには、ホールＩＣ１０２Ａが設けられ、周知の磁歪材からなるトルクロータ１０２Ｂがモータ軸１１に設けられ、トルク入力に応じてねじれるトルクロータ１０２Ｂの状態をホールＩＣ１０２Ａで検出している。尚、前記センサ１００、１０２は一対で構成されているが、何れか一方の１個のみでも可である。

従って、前記外側輪状壁２Ａと内側輪状壁２Ｂとの間に形成された輪状空間６０内には、前記モータステータ３２ａ、モータロータ３及び中空軸５０が配設されている。
前記各センサ１００、１０２と前記第１軸受２７は、輪状ハウジング２の軸方向Ｐに沿って見ると、互いに重合すると共に、互いに隣接して位置していることにより、輪状ハウジング２の薄型化及び径小化に寄与していることが分かる。
前記第２軸受１５は、前記輪状ハウジング２の開口６１側に設けられ、前記各センサ１００、１０２を構成する周知の複数の部品の一部（レゾルバロータ１００Ｂ、トルクロータ１０２Ｂ）が、前記外周面１１Ａに対して固定されている。

前述の図１の構成は、本発明の主たる形態を示しており、図２及び図３は、図１の形態の他の形態を示している。
図２及び図３の構成は、前述の図１構成と殆んど同一であるため、図１の構成と異なる部分についてのみ説明し、同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
図１の構成に対して図２及び図３の構成が異なる部分は、前記輪状ハウジング２の開口６１の向きが逆向きであることである。
また、図３の構成が図２の構成に対して異なる部分は、各センサ１００、１０２と第１軸受２７の位置を入れ替えたことのみである。
尚、前記各センサ１００、１０２の構成は、図１から図３において同一であり、前記角度センサ１００は、周知のレゾルバを用いており、レゾルバステータ１００Ａが内側輪状壁２Ｂの内面２Ｂａに設けられ、レゾルバロータ１００Ｂは前記モータ軸１１の外周面１１Ａに設けられている。
前記トルクセンサ１０２は、周知の磁歪式トルクセンサが採用されている。
従って、各センサ１００及び１０２共に、各センサ１００及び１０２を構成する各部品の一部（レゾルバロータ１００Ｂ、トルクロータ１０２Ｂ）が前記モータ軸１１の外周面１１Ａに固定されているため、各センサ１００及び１０２のレゾルバステータ１００Ａ及びホールＩＣ１０２Ａはレゾルバロータ１００Ｂ及びトルクロータ１０２Ｂに対して非接触状態に構成されている。
尚、前記輪状ハウジング２とモータ軸１１との間に、前述の図１から図３のように一対の軸受２７、１５を配置することによって、モータ軸１１の軸ブレを制限可能としている。
また、図１、図２及び図３の本実施の形態の構成は、ラジアルギャップ方式、アキシャルギャップ方式の何れの方式にも適用が可能である。

本発明によるセンサ内蔵モータ構造は、輪状ハウジングの内側にモータステータとモータロータと中空軸とを配設し、輪状ハウジングの内側輪状壁とモータ軸との間にセンサを設けることにより、従来構成よりも軸方向の長さを短くした偏平型及び径小型としたモータを得ることができる。

２輪状ハウジング
２Ａ外側輪状壁
２Ｂ内側輪状壁
２Ａａ、２Ｂａ内面
３モータロータ
１１モータ軸
１１Ａ外周面
１５第２軸受
２７第１軸受
３２ａモータステータ
３２ｂステータ巻線
５０中空軸
５０Ａ第１軸部
５０Ｂ第２軸部
５０Ａａ外面
６０輪状空間
６１開口
１００角度センサ
１００Ａレゾルバステータ
１００Ｂレゾルバロータ
１０２トルクセンサ
Ｐ軸方向
Ｐ１中心軸

Claims

互いに一体に形成された外側輪状壁（２Ａ）及び内側輪状壁（２Ｂ）とからなる断面Ｕ字型の輪状ハウジング（２）と、前記外側輪状壁（２Ａ）と前記内側輪状壁（２Ｂ）との間に形成された輪状空間（６０）と、前記内側輪状壁（２Ｂ）の内側に設けられた第１軸受（２７）を介して回転自在に設けられたモータ軸（１１）と、前記モータ軸（１１）の外周面（１１Ａ）に接続され、前記外側輪状壁（２Ａ）の内面（２Ａａ）に設けられた第２軸受（１５）に支持された中空軸（５０）と、前記外側輪状壁（２Ａ）の前記内面（２Ａａ）に設けられたモータステータ（３２ａ）と、前記中空軸（５０）の外面（５０Ａａ）に設けられ、前記モータステータ（３２ａ）の内側に位置するモータロータ（３）と、前記内側輪状壁（２Ｂ）の内面（２Ｂａ）と前記モータ軸（１１）の前記外周面（１１Ａ）との間に位置すると共に、前記モータ軸（１１）に対して非接触型の１個又は複数個のセンサ（１００、１０２）と、を備え、
前記センサ（１００、１０２）と前記第１軸受（２７）は、前記輪状ハウジング（２）の軸方向（Ｐ）に沿って見て、互いに重合し、かつ、互いに隣接して位置している構成からなるセンサ内蔵モータ構造。
前記センサ（１００、１０２）は、トルクセンサ（１０２）と角度センサ（１００）からなる構成の請求項１記載のセンサ内蔵モータ構造。
前記モータステータ（３２ａ）と前記第２軸受（１５）は、前記輪状ハウジング（２）の前記軸方向（Ｐ）に沿って見て、互いに重合し、かつ、互いに隣接して位置している構成の請求項１又は２記載のセンサ内蔵モータ構造。
前記第２軸受（１５）は、前記輪状ハウジング（２）の開口（６１）側に設けられている構成の請求項１ないし３の何れか１項に記載のセンサ内蔵モータ構造。
前記各センサ（１００、１０２）のレゾルバロータ（１００Ｂ）及びトルクロータ（１０２Ｂ）が、前記外周面（１１Ａ）に対して固定されている構成の請求項１ないし４の何れか１項に記載のセンサ内蔵モータ構造。