JP2013110846A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの回転を検出するセンサを備えている構造において、センサが存在することで、軸方向における寸法が大きくならない構造のモータを提供する。
【解決手段】円環状のホルダ６００に、丸めたフレキシブルな回路基板５００を収め、このホルダ６００をステータコア１０２に装着されるインシュレータ４００の内側に取り付ける。回路基板５００には、ロータの回転を検出するセンサである磁気センサ５０１が搭載されている。フレキシブル基板を丸めたものを回路基板５０１とし、それをインシュレータ４００の内側に取り付けることで、軸方向における寸法の増大が抑えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータの回転を検出するセンサの配置に特徴のあるモータに関する。

ロータの回転をセンサで検出する構造を有したモータが知られている。例えば、特許文献１には、モータハウジングの軸線方向の一端のエンドカバー側にプリント基板が固定され、このプリント基板にロータの回転を検出するセンサが取付けられる構造が開示されている。この構造において、プリント基板は、その基板面に垂直な方向が軸方向となる向きで取り付けられている。また、特許文献２には、ロータマグネットの端面（軸方向の側における面）に対向して配置されるセンサが取付けられた回路基板が、ステータコアに取り付けられるインシュレータに固定された構造が開示されている。

特開２００６−３５３０５２号公報 特開２０１１−１６７０５４号公報

先行文献１に示す構造は、センサを載せたプリント基板をロータの軸方向外側に配置している。この構造は、プリント基板がある分、モータの軸方向における寸法が大きくなり、モータの小型化に不利となる。特許文献２に示す構造は、インシュレータの内側にセンサが配置されるが、インシュレータは軸方向に長く延在しており、その内側において、センサはロータマグネットから軸方向に離れた位置に配置される。このため、センサの配置に必要な寸法に加えて、センサとロータとの間の隙間距離をプラスした分、センサがロータから軸方向に飛び出す部分が必要となり、モータの軸方向における寸法が大きくなる。

また、ロータの軸方向の側にセンサを配置する構造は、ロータ端面の平面度を確保することが困難（あるいはできたとしても高コスト）であることから、検出値の誤差が大きくなるという問題がある。また、ロータの軸方向の側にセンサを配置する構造は、ロータマグネットの軸方向への漏れ磁束をセンサで検出することになるので、センサが検出する磁束が弱く、センサから出力される検出信号のＳ／Ｎ比が低い問題もある。

このような背景において、本発明は、ロータの回転を検出するセンサを備えている構造において、センサが存在することで、軸方向における寸法が大きくならない構造のモータを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、軸中心の方向に向かって延在した複数の突極を有したステータコアと、前記複数の突極に装着されたインシュレータと、前記インシュレータを介して前記複数の突極のそれぞれに巻回された複数の固定子コイルと、前記複数の突極の軸中心の側において、前記ステータコアに対して回転自在な状態で保持されたロータと、前記ロータの外周に配置されたロータマグネットと、前記ロータの回転を検出する回転検出手段と、前記インシュレータに取り付けられ、前記ロータが収容された空間を囲む形状に丸められて配置された基板とを備え、前記回転検出手段は、前記丸められた基板の内周面に配置されていていることを特徴とするモータである。

請求項１に記載の発明によれば、回転検出手段がロータを収容する空間を囲む形状に丸められて配置された基板の内周面側（軸中心側）に配置されているので、ロータの外周側に回転検出手段が配置される。このため、センサが存在することで、軸方向における寸法が大きくならない構造のモータが提供される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記回転検出手段が前記ロータマグネットの軸中心から離れる方向の外周面に対向していることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記丸められた形状を有する基板は、帯状のフレキシブル基板を丸めたものであることを特徴とする。請求項３に記載の発明によれば、簡素な構造で発明を実現することができる。フレキシブル基板（フレキシブルプリント基板：ＦＰＣ（Flexible printed circuits））としては、ポリイミド等のフレキシブルな絶縁材料を用いたものを利用することができる。なお、丸められたフレキシブル基板は、閉じた環状とされていても良いし、閉じていない状態であってもよい。つまり、丸められたフレキシブル基板は、一部が欠けた円環形状であってもよい。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発明において、前記丸められた基板を保持する保持部材を有し、前記保持部材は、その外周に設けられた複数の係合部が前記インシュレータの内側に係合することで、前記インシュレータに固定されることを特徴とする。請求項４に記載の発明によれば、簡素な構造により当該基板をインシュレータに保持させることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明おいて、前記保持部材は、外周側筒部、内周側筒部および前記外周側筒部と前記内周側筒部との間の隙間空間を備えており、前記丸められた基板が前記隙間空間に納められていることを特徴とする。請求項５に記載の発明によれば、丸めた基板を保持しやすい構造が得られる。

特に基板としてフレキシブルな基板を用いた場合、基板自体の剛性は低いが、上記の隙間空間に収められることで、当該基板をしっかりと保持することができる。回転検出手段は、その配置位置の精度が検出精度に影響するので、振動等により基板の変形や位置のズレが生じることは好ましくない。請求項５に記載の構成によれば、基板が隙間空間に収められることで、振動等により基板の変形や位置のズレが生じ難い構造が得られる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記保持部材がプラスチック樹脂により構成されていることを特徴とする。請求項５に記載の発明によれば、保持部材を低コストで得ることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発明において、前記丸められた基板は、前記固定子コイルの回転中心の側における前記インシュレータの部分に保持されていることを特徴とする。請求項７に記載の発明によれば、丸められた基板がよりロータに近い位置で保持されるので、回転検出手段によるロータの回転検出の精度をより高くできる。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発明において、前記回転検出手段の軸方向における位置は、前記複数の固定子コイルの軸方向における位置と少なくとも一部で重なる位置であることを特徴とする。請求項８に記載の発明によれば、軸に垂直な方向から見て、回転検出手段が固定子コイルから軸方向に突出する寸法が抑えられる。このため、回転検出手段を配置することで生じる軸方向の寸法の増大が抑えられる。

請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の発明において、前記回転検出手段は、磁気センサであることを特徴とする。磁気センサとしては、ホールＩＣ，ホールセンサおよびＭＲセンサを挙げることができる。

本発明によれば、ロータの回転を検出するセンサを備えている構造において、センサが存在することで、軸方向における寸法が大きくならない構造のモータが提供される。

実施形態のモータの側断面図（Ａ）、（Ａ）の一部拡大図（Ｂ）、（Ａ）の一部拡大図（Ｃ）、および背面図（Ｄ）である。 実施形態のモータの一部を軸方向で分解した分解斜視図である。 図２に示す部品を組み合わせ、結合した状態の斜視図である。 回路基板とホルダを軸方向で切断した断面図である。

（構成）
図１には、実施形態であるモータ１００が示されている。図１（Ａ）には、モータ１００を軸方向で切断した断面の状態が示され、図１（Ｂ）には、（Ａ）におけるＢの部分を拡大したものが示され、図１（Ｃ）には、（Ａ）におけるＣの部分を拡大したものが示されている。また、図１（Ｄ）には、（Ａ）における右方向から見た背面の状態が示されている。なお、（Ｄ）には、エンドキャップ１０３および転がり軸受１１２を取り外し、内部が見える状態が示されている。また、図２には、モータ１００の一部（ロータ以外のステータの部分）を軸方向で分解した分解斜視図が示され、図３には、図２に示す部品を組み合わせ、結合した状態の斜視図が示されている。

モータ１００は、モータの筐体の一部を構成するハウジング１０１を備えている。ハウジング１０１は、中央にシャフト１１１を通す孔が開いた略円板状の円板部１０１ａと、この円板部１０１ａの縁の部分から軸方向に延在する略筒状の円筒部１０１ｂを有している。ハウジング１０１の円筒部１０１ｂの内側には、ステータコア１０２が固定されている。ステータコア１０２は、電磁鋼板を打抜き加工した薄板状のものを積層した構造を有している。

図２には、ステータコア１０２の外観が示されている。ステータコア１０２の材質や構造は、通常のモータと同じであるが、以下簡単に説明する。図２に示すように、ステータコア１０２は、円筒形状の円筒部２０１と、複数の突極２０２を備えている。突極２０２は、円筒部２０１の内側から軸中心の方向に延在した延在部２０３、延在部２０３の先端の部分にあり、周方向に薄く広がって延在した先端部２０４、先端部２０４の軸中心の側にあり、後述するロータの外周に沿った曲面の形状を有した突極面２０５を有している。

図１に示すように、ステータコア１０２は、軸方向における一方の端部付近がハウジング１０１の円筒部１０１ｂの内側に固定され、軸方向における他方の端部付近がエンドキャップ１０３の内側に固定されている。エンドキャップ１０３は、略円板状の円板部１０３ａと、この円板部１０３ａの縁の部分から軸方向に延在する略筒状の円筒部１０３ｂを有している。この円筒部１０３ｂの内側にステータコア１０２が固定されている。

図２に示すように、ステータコア１０２には、軸方向の前後から樹脂性のインシュレータ３００および４００が装着される。複数ある突極２０２には、図１の符号１０５で示される固定子コイルが巻回されるのであるが、この固定子コイル１０５を構成するマグネットワイヤとステータコア１０２との導通を防ぐために、インシュレータ３００，４００が使用される。

インシュレータ３００は、軸方向に延在した筒部３０２を複数備えている。筒部３０２は、軸方向に延在するスリット３０１を有し、軸方向に突出した構造を有する断面が略台形の形状を有している。複数の筒部３０２のそれぞれは、隣接する２つの突極２０２の間に形成された複数の隙間２０６のそれぞれに図２の下の方向から差し込まれ、インシュレータ３００がステータコア１０２に結合される。

インシュレータ４００のステータコア１０２の側にもインシュレータ３００と同様に、スリット４０１が形成された筒部４０２が複数設けられている。そして、複数の筒部４０２のそれぞれが、隣接する２つの突極２０２の間に形成された複数の隙間２０６のそれぞれに図の上の方向から差し込まれ、インシュレータ４００がステータコア１０２に結合される。

また、周方向に沿って複数が配置された筒部３０２，４０２は、交互にその先端部が雄型ａ，雌型ｂを有しており、上下から筒部３０２，４０２の雄型ａと雌型ｂとが結合する。この構造により、突極２０２における延在部２０３の周囲と先端部２０４の突極面２０５以外の部分がインシュレータ３００，４００を構成する樹脂材料により覆われる。そして、図１に示すように、ステータコア１０２にインシュレータ３００，４００が装着された状態において、複数ある突極２０２（図２参照）のそれぞれにマグネットワイヤが巻回され、固定子コイル１０５が形成される。この構造においては、インシュレータ３００，４００により、ステータコア１０２と固定子コイル１０５との間の電気絶縁性が確保されている。

インシュレータ４００には、回路基板５００を保持する保持部であるホルダ６００が装着されている。図４には、回路基板５００とホルダ６００を軸方向で切断した断面図が示されている。図４には、回路基板５００とホルダ６００とを軸方向で離した状態が示されている。図４に示すように、ホルダ６００は、外側に位置する軸方向の長さの短い円筒形状の部材である外周側筒部６００ａ、外周側筒部６００ａとの間で隙間を有した状態で内側に位置する軸方向の長さの短い円筒形状の部材である内周側筒部６００ｂを有している。外周側筒部６００ａと内周側筒部６００ｂとの間の隙間の空間は、隙間空間６０２とされている。隙間空間６０２は、軸方向の一方が開放された開放部６０１とされた円環状の内部空間を構成している。図２および図４に示すように、内周側筒部６００ｂの内周面には、切り欠き部６０３が設けられ、この部分において、隙間空間６０２が露出している。切り欠き部６０３は、軸方向から見た等角な角度位置に３箇所（１２０°毎の角度位）に設けられている。なお、複数の切り欠き部６０３それぞれの軸方向から見た位置を、等角でない位置に設けることも可能である。また、ホルダ６００は、プラスチック樹脂を用いた射出成形により製造されている。

回路基板５００は、帯状のフレキシブルなプリント基板に磁気センサ５０１を搭載し、磁気センサ５０１の搭載面側を内側にして円筒状に丸めた状態とされている。図からは明らかでないが、磁気センサ５０１は３個あり、軸方向から見た等角な角度位置（１２０°毎の角度位置）に配置されている。なお、複数の磁気センサ５０１それぞれの軸方向から見た位置を、等角でない位置とすることも可能である。また、回路基板５００には、磁気センサへの配線パターンが形成されている。図では、回路基板５００が閉じた環状に丸められている状態が示されているが、端部が閉じていない状態で丸められていてもよい。回路基板５００は、丸められた状態で、ホルダ６００の隙間空間６０２に開放部６０１から挿入され、その内部に収容される。回路基板５００が隙間空間６０２に収められることで、回路基板５００のホルダ６００への保持が行われている。回路基板５００がホルダ６００に保持された状態において、磁気センサ５０１が切り欠き部６０３からホルダ６００の軸中心の方向に露出する。これは、他の磁気センサについても同じである。

回路基板５００を保持したホルダ６００は、インシュレータ４００の内側の部分に取り付けられる。以下、ホルダ６００をインシュレータ４００に取り付ける構造について説明する。ホルダ６００の外周面には、鉤型の係合部６０４が設けられている。軸方向から見て、係合部６０４は、等角な３箇所（１２０°毎の角度位置）に設けられている。なお、複数の係合部６０４それぞれの軸方向から見た位置を、等角でない位置とすることも可能である。係合部６０４は、インシュレータ４００に設けられた段差部４０４に引っ掛かり、そこに係合する。この係合により、ホルダ６００がインシュレータ４００に固定される。

より詳細に説明すると、まず、インシュレータ４００は、隣接する２つの筒部４０２の間において、筒部４０２と逆の方向に突出する複数の突出部４０３を備えている（図１および図２参照）。そして、突出部４０３の軸中心の側には、段差部４０４が設けられている。電子基板５００を保持したホルダ６００は、図２の軸方向上の方向からインシュレータ４００の周方向に配列した複数の突出部４０３の内側に挿入されている。この構造では、ホルダ６００を、図２の軸方向上の方向から複数の突出部４０３の内側に挿入した際に、段差部４０４にホルダ６００の係合部６０４が軸方向で引っ掛かる。この状態においてホルダ６００の開放部６０１（図４参照）の側の縁は、ステータコア１０２（正確には、先端部２０４の軸方向における側面）に接触する（図１参照）。こうして、電子基板５００を保持したホルダ６００は、ステータコア１０２に軸方向から接触した状態で、段差部４０４に係合部６０４が引っ掛かった状態となり、ステータコア１０２およびインシュレータ４００に対して固定される。

回路基板５００を保持したホルダ６００をインシュレータ４００に固定した状態において、磁気センサ５０１は切り欠き部６０３からロータ１０９の側に露出し、ロータマグネット１１４に対向する。

また、図１に示すように、回路基板５００は、磁気センサ５０１からのリード線となるリード部５０２が一体化されており、このリード部５０２は、モータ１００の外部に引き出されている。また、固定子コイル１０５のリード線１０６も同様にモータ１００の外部に引き出されている。

ハウジング１０１の円板部１０１ａには、転がり軸受１１０を介して、回転する軸となるシャフト１１１が回転自在な状態で保持されている。また、エンドキャップ１０３の円板部１０３ａには、転がり軸受１１２を介して、シャフト１１１が回転自在な状態で保持されている。また、転がり軸受１１２とエンドキャップ１０３の円板部１０３ａとの間には、ウェーブワッシャ１１５が入れられている。シャフト１１１には、ロータ１０９が固定されている。ロータ１０９は、中心にシャフト１１１が固定された略円柱形状のロータ部材１１３、ロータ部材１１３の外周に固定された厚みの薄い円筒形状を有するロータマグネット１１４により構成されている。ロータマグネット１１４は、周方向において交互に極性が反転する複数の磁極を有する状態に着磁された永久磁石である。このように、ロータマグネット１１４は、突極面２０５（図２参照）に隙間を有した状態で対向する位置に配置され、ロータマグネット１１４を備えたロータ１０９は、ステータコア１０２の内側に回転が自在な状態で保持されている。

（優位性）
磁気センサ５０１をフレキシブルな回路基板５００に搭載し、この回路基板５００を丸めて円筒形状のホルダ６００の内部に装着し、このホルダ６００をステータコア１０２に装着されたインシュレータ４００の内側に取り付けることで、センサがあっても軸方向における寸法が大きくならないモータの構造が得られる。すなわち、磁気センサを搭載した回路基板が軸方向に突出する距離を抑えることができる。

また、磁気センサ５０１が軸中心の方向に面しているので、ロータマグネット１１４の磁束を効率よく高精度に検出することができる。仮に、磁気センサが軸方向に向いており、軸方向側からロータマグネットの磁力を検出する構造であると、ロータマグネットの漏洩磁束を検出することになるので、検出の精度が低くなる。またこの場合、先の検出する磁束が弱いことに加えて、ロータマグネットの軸方向端面の寸法精度の点からロータの回転角と磁束の変化の対応関係に誤差が生じ易くなり、ロータの角度検出の精度が低くなる。

また、ホルダ５００は簡素な構造であり、その内側の隙間空間６０２に丸めた回路基板５００を納めることで、部品点数が少なく、また簡素な構造でありながら、しっかりと回路基板５００を保持する構造とできる。また、フレキシブルな回路基板５００は、配線の引き出し部分となるリード部５０２が一体化されたものとでき、このリード部５０２を外部に引き出すことで、接続端子等を用いることなく、磁気センサ５０１に接続される配線の構造を簡素化できる。

図１に示されるように、磁気センサ５０１は、ロータマグネット１１４の軸中心から離れる方向の外周面に対向して配置されている。この構造により、ロータマグネット１１４の磁力を磁気センサ５０１により検出する精度が高くなる。

磁気センサ５０１の軸方向における位置は、固定子コイル１０５の軸方向における位置と少なくとも一部で重なる位置にある。この構造により、磁気センサ５０１を配置することによるモータ１００の軸方向における寸法の増大が抑えられている。

また、丸められた回路基板５００は、固定子コイル１０５の回転中心の側に位置するインシュレータ４００の突出部４０３部分の内側に保持されている。この構造によれば、回路基板５００がよりロータ１０９（ロータマグネット１１４）に近い位置で保持されるので、磁気センサ５０１によるロータ１０９の回転検出の精度をより高くできる。また、ロータ１０９とインシュレータ４００との間の隙間のスペースに、丸められた回路基板５００を配置しているので、スペースが効率よく利用され、高い集積度が得られている。

（その他）
係合部６０４が段差部４０４に引っ掛かった状態において、周方向への遊び（つまり周方向に移動できる程度の寸法の余裕）がある構造としてもよい。この構造によれば、回路基板５００を保持したホルダ６００をインシュレータ４００に取り付けた状態において、ホルダ６００を少し回転させ、磁気センサ５０１の周方向における位置を微調整することができる。

一般に、大量生産を行う場合、ロータマグネット１１４の磁力のばらつき、着磁状態のばらつき、その他部品精度のばらつきや組み立て精度のばらつきに起因して、個体毎における磁気センサ５０１の出力信号の精度にばらつきが生じる。上述した磁気センサ５０１の周方向における位置を微調整できる構造とすることで、上記の問題に簡単に対応することができる。なお、調整が終了した段階における磁気センサ５０１の周方向における位置の固定は、ホルダ６００とインシュレータ４００とを接着剤によって固定することで行えばよい。

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

本発明は、モータに利用することができる。

１００…モータ、１０１…ハウジング、１０１ａ…円板部、１０１ｂ…円筒部、１０２…ステータコア、１０３…エンドキャップ、１０３ａ…円板部、１０３ｂ…円筒部、１０５…固定子コイル、１０６…リード線、１０９…ロータ、１１０…転がり軸受、１１１…シャフト、１１２…転がり軸受、１１３…ロータ部材、１１４…ロータマグネット、１１５…ウェーブワッシャ、２０１…円筒部、２０２…突極、２０３…延在部、２０４…先端部、２０５…突極面、２０６…隣接する突極の間に形成された隙間、３００…インシュレータ、３０１…スリット、３０２…円筒部、４００…インシュレータ、４０１…スリット、４０２…筒部、４０３…突出部、４０４…段差部、５００…回路基板、５０１…磁気センサ、５０３…リード部、６００…ホルダ、６００ａ…外周側筒部、６００ｂ…内周側筒部、６０１…開放部、６０２…隙間空間、６０３…切り欠き部、６０４…係合部。

Claims (9)

1. 軸中心の方向に向かって延在した複数の突極を有したステータコアと、
   前記複数の突極に装着されたインシュレータと、
   前記インシュレータを介して前記複数の突極のそれぞれに巻回された複数の固定子コイルと、
   前記複数の突極の軸中心の側において、前記ステータコアに対して回転自在な状態で保持されたロータと、
   前記ロータの外周に配置されたロータマグネットと、
   前記ロータの回転を検出する回転検出手段と、
   前記インシュレータに取り付けられ、前記ロータが収容された空間を囲む形状に丸められて配置された基板と
   を備え、
   前記回転検出手段は、前記丸められた基板の内周面に配置されていていることを特徴とするモータ。
2. 前記回転検出手段が前記ロータマグネットの軸中心から離れる方向の外周面に対向していることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記丸められた形状を有する基板は、帯状のフレキシブル基板を丸めたものであることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。
4. 前記丸められた基板を保持する保持部材を有し、
   前記保持部材は、その外周に設けられた複数の係合部が前記インシュレータの内側に係合することで、前記インシュレータに固定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のモータ。
5. 前記保持部材は、外周側筒部、内周側筒部および前記外周側筒部と前記内周側筒部との間の隙間空間を備えており、
   前記丸められた基板が前記隙間空間に納められていることを特徴とする請求項４に記載のモータ。
6. 前記保持部材がプラスチック樹脂により構成されていることを特徴とする請求項５に記載のモータ。
7. 前記丸められた基板は、前記固定子コイルの回転中心の側における前記インシュレータの部分に保持されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のモータ。
8. 前記回転検出手段の軸方向における位置は、前記複数の固定子コイルの軸方向における位置と少なくとも一部で重なる位置であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のモータ。
9. 前記回転検出手段は、磁気センサであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のモータ。

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