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技術 回転センサ付き電動機の製造方法及び回転センサ付き電動機

出願人 シンフォニアテクノロジー株式会社
発明者 安岡佑起野見山琢磨畑誠池田宏史中口和馬
出願日 2018年9月20日 (2年3ヶ月経過) 出願番号 2018-176268
公開日 2020年3月26日 (9ヶ月経過) 公開番号 2020-048358
状態 未査定
技術分野 電動機,発電機と測定・保護装置等との結合 電動機、発電機の製造
主要キーワード 略円筒状体 ナットねじ 固定側ユニット 永久磁石内蔵 軸方向周り 一定曲率 電動機部分 回転加速
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年3月26日)のものです。
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図面 (7)

課題

回転センサ検出精度を安定させることができる、回転センサ付き電動機の製造方法を提供する。

解決手段

固定子3を内部に有するハウジング2と、シャフト41、回転子42、検出対象部43を有しており、前記ハウジング2の内部の所定位置に配置するに際して干渉しない外径を有する回転子ユニット4と、前記ハウジング2に設けられる回転センサ5と、を備え、前記検出対象部43が、基部431と、シャフト装着部432と、径方向異極となっている永久磁石434と、外径寸法が前記基部431の外径寸法以下とされた突出部433とを備えた、回転センサ付き電動機1を製造するための製造方法であって、前記回転子ユニット4を完成状態とする工程と、完成状態の前記回転子ユニット4を軸方向における一方から前記ハウジング2に挿入して固定する工程と、を有する。

概要

背景

電動機とインバータとを一体化したいわゆる「機電一体型電動機」が存在している。この一例として回転センサ付き電動機がある(例えば特許文献1)。

回転センサは、例えば、電動機の回転子シャフトが一体になった回転子ユニットに設けられた検出対象部(「センサターゲット」ともいう)に対向するように設けられたことで、回転子ユニットの回転を検知する。回転センサの一例としては、磁気を検知する磁気センサが挙げられる。

概要

回転センサの検出精度を安定させることができる、回転センサ付き電動機の製造方法を提供する。固定子3を内部に有するハウジング2と、シャフト41、回転子42、検出対象部43を有しており、前記ハウジング2の内部の所定位置に配置するに際して干渉しない外径を有する回転子ユニット4と、前記ハウジング2に設けられる回転センサ5と、を備え、前記検出対象部43が、基部431と、シャフト装着部432と、径方向異極となっている永久磁石434と、外径寸法が前記基部431の外径寸法以下とされた突出部433とを備えた、回転センサ付き電動機1を製造するための製造方法であって、前記回転子ユニット4を完成状態とする工程と、完成状態の前記回転子ユニット4を軸方向における一方から前記ハウジング2に挿入して固定する工程と、を有する。

目的

本発明は、工程の増加を抑制しつつ、回転センサの検出精度を安定させることができる、回転センサ付き電動機の製造方法及び回転センサ付き電動機を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

周方向に配置された固定子を内部に有するハウジングと、軸方向に延びるシャフト、及び、前記固定子の径内側に位置する回転子、及び、前記シャフトに設けられた検出対象部を有しており、これらが前記シャフトの軸方向周りに回転し、かつ、前記ハウジングの内部の所定位置に配置するに際して干渉しない外径を有する回転子ユニットと、前記ハウジングにおいて前記検出対象部に対し径方向に対向して設けられる回転センサと、を備え、前記検出対象部が、軸方向基準回転対称形状の基部と、前記基部から軸方向一方側に延びており前記シャフトに装着されるシャフト装着部と、径方向に異極となっている永久磁石と、前記基部から軸方向他方側に延びており外径寸法が前記基部の外径寸法以下とされ、非磁性体からなり、前記永久磁石に対して径外位置に設けられて前記永久磁石を保持する突出部とを備えた、回転センサ付き電動機を製造するための製造方法であって、前記回転子ユニットを完成状態とする工程と、完成状態の前記回転子ユニットを軸方向における一方から前記ハウジングに挿入して固定する工程と、を有する、回転センサ付き電動機の製造方法。

請求項2

周方向に配置された固定子を内部に有するハウジングと、軸方向に延びるシャフト、及び、前記固定子の径内側に位置する回転子、及び、前記シャフトに設けられた検出対象部を有し、前記シャフトの軸方向周りに回転するものであって、かつ、前記ハウジングの内部の所定位置に配置するに際して干渉しない外径を有する回転子ユニットと、前記ハウジングにおいて前記検出対象部に対し径方向に対向して設けられる回転センサと、を備え、前記検出対象部が、軸方向基準で回転対称形状の基部と、前記基部から軸方向一方側に延びており前記シャフトに装着されるシャフト装着部と、径方向に異極となっている永久磁石と、前記基部から軸方向他方側に延びており外径寸法が前記基部の外径寸法以下とされ、非磁性体からなり、前記永久磁石に対して径外位置に設けられて前記永久磁石を保持する突出部とを備えた、回転センサ付き電動機。

請求項3

前記回転センサは、前記突出部の径外位置に設けられた磁気センサである、請求項2に記載の回転センサ付き電動機。

技術分野

0001

本発明は、回転センサ付き電動機の製造方法及び回転センサ付き電動機に関するものである。

背景技術

0002

電動機とインバータとを一体化したいわゆる「機電一体型電動機」が存在している。この一例として回転センサ付き電動機がある(例えば特許文献1)。

0003

回転センサは、例えば、電動機の回転子シャフトが一体になった回転子ユニットに設けられた検出対象部(「センサターゲット」ともいう)に対向するように設けられたことで、回転子ユニットの回転を検知する。回転センサの一例としては、磁気を検知する磁気センサが挙げられる。

先行技術

0004

特許第6071850号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ここで、検出対象部の外径寸法によっては、回転子ユニットを固定子が設けられたケーシングに組み付ける工程と、前記工程終了後に検出対象部を回転子ユニットに取り付ける工程とが必要であった。この場合、工程が増加するという問題がある。また、回転子ユニットの組付け工程と検出対象部の取り付け工程を別々に実施すると、取り付け誤差により、回転子ユニットに対する検出対象部の取り付け位置にばらつきが生じてしまいやすくなる。そうなると、回転センサの検出精度に影響が出るため好ましくない。

0006

そこで本発明は、工程の増加を抑制しつつ、回転センサの検出精度を安定させることができる、回転センサ付き電動機の製造方法及び回転センサ付き電動機を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0007

本発明は、周方向に配置された固定子を内部に有するハウジングと、軸方向に延びるシャフト、及び、前記固定子の径内側に位置する回転子、及び、前記シャフトに設けられた検出対象部を有しており、これらが前記シャフトの軸方向周りに回転し、かつ、前記ハウジングの内部の所定位置に配置するに際して干渉しない外径を有する回転子ユニットと、前記ハウジングにおいて前記検出対象部に対し径方向に対向して設けられる回転センサと、を備え、前記検出対象部が、軸方向基準回転対称形状の基部と、前記基部から軸方向一方側に延びており前記シャフトに装着されるシャフト装着部と、径方向に異極となっている永久磁石と、前記基部から軸方向他方側に延びており外径寸法が前記基部の外径寸法以下とされ、非磁性体からなり、前記永久磁石に対して径外位置に設けられて前記永久磁石を保持する突出部とを備えた、回転センサ付き電動機を製造するための製造方法であって、前記回転子ユニットを完成状態とする工程と、完成状態の前記回転子ユニットを軸方向における一方から前記ハウジングに挿入して固定する工程と、を有する、回転センサ付き電動機の製造方法である。

0008

そして本発明は、周方向に配置された固定子を内部に有するハウジングと、軸方向に延びるシャフト、及び、前記固定子の径内側に位置する回転子、及び、前記シャフトに設けられた検出対象部を有し、前記シャフトの軸方向周りに回転するものであって、かつ、前記ハウジングの内部の所定位置に配置するに際して干渉しない外径を有する回転子ユニットと、前記ハウジングにおいて前記検出対象部に対し径方向に対向して設けられる回転センサと、を備え、前記検出対象部が、軸方向基準で回転対称形状の基部と、前記基部から軸方向一方側に延びており前記シャフトに装着されるシャフト装着部と、径方向に異極となっている永久磁石と、前記基部から軸方向他方側に延びており外径寸法が前記基部の外径寸法以下とされ、非磁性体からなり、前記永久磁石に対して径外位置に設けられて前記永久磁石を保持する突出部とを備えた、回転センサ付き電動機である。

0009

前記方法または前記構成によれば、回転センサ付き電動機の組み立てが容易であり、しかも、ケーシングと回転子ユニットとの位置関係にばらつきが生じにくい。

0010

そして、本発明は、前記回転センサは、前記突出部の径外位置に設けられた磁気センサとできる。

0011

この構成によれば、永久磁石を備える検出対象部と磁気センサである回転センサとの組み合わせで、回転センサ付き電動機の構成を簡単にできる。

発明の効果

0012

本発明は、回転センサ付き電動機の組み立てが容易であり、しかも、ケーシングと回転子ユニットとの位置関係にばらつきが生じにくい。よって、工程の増加を抑制しつつ、回転センサの検出精度を安定させることができる。

図面の簡単な説明

0013

本実施形態の回転センサ付き電動機の概略構造を示す径方向の半断面図である。
検出対象部(第1実施形態)を示す斜視図である。
検出対象部(第1実施形態)を示す径方向断面斜視図である。
(a)は検出対象部(第1実施形態)と回転センサ(1個配置)の位置関係を示す概略図であり、(b)は回転センサにおける磁束密度の変化、及び、回転センサの出力信号の変化を示すグラフである。
(a)は検出対象部(第1実施形態)と回転センサ(2個配置)の位置関係を示す概略図であり、(b)は回転センサの出力信号の変化を示すグラフである。
検出対象部(第2実施形態)を示す斜視図である。

実施例

0014

本発明につき実施形態を例示して、図面とともに以下説明を行う。なお、以下の「軸方向」は図1における左右方向に対応し、「径方向」は図1における上下方向に対応している。また、「周方向」は軸方向に対して取り巻く方向である。

0015

本実施形態の回転センサ付き電動機1は、概略図である図1に示すように、ハウジング2、回転子ユニット4、回転センサ5を備える。なお、電動機部分の構成は一般的な電動機の構成と同じであるため、詳細な説明は行わない。ちなみに、本実施形態の回転センサ付き電動機1は、自動車用過給器に組み込んでタービンの回転を補助するために用いられる。ただし、これは一例に過ぎず、回転センサ付き電動機1の用途はこれに限定されない。

0016

ハウジング2は、回転センサ付き電動機1の外装を構成しており、周方向に配置された固定子3を内部に有する。本実施形態のハウジング2は、図1の左右方向に延びる略円筒状体である。図1における右端部については閉じられており、同左端部については、シャフト41及び軸受44が通る部分を除いて閉じられている。ただしこれは一例に過ぎず、ハウジング2の構成が限定されるものではない。固定子3に対向して回転子42が軸方向周りに回転することから、固定子3の径方向内面一定曲率湾曲面に沿って配置される。ハウジング2の内部には、回転センサ付き電動機1に関する計測、制御等を行う回路基板(図示せず、以下同じ)が設けられている。

0017

回転子ユニット4はハウジング2の内部に配置される。この回転子ユニット4は、軸方向に延びるシャフト41、及び、前記固定子3の径内側に位置する回転子42、及び、前記シャフト41に設けられた検出対象部(センサターゲット)43を有する。

0018

回転子ユニット4は軸受44を有する。この軸受44が軸方向に分かれた二箇所でハウジング2に固定されている。この軸受44によりシャフト41が回転可能に支持される。このため、シャフト41、回転子42、検出対象部43が一体で、シャフト41の軸方向周りに回転する。

0019

また、この回転子ユニット4は、ハウジング2の内部の所定位置に配置するに際して干渉しない外径を有する。具体的には、組み立て時の回転子ユニット4の挿入方向(図1における右方向)において各軸受44の奥側に位置する部分の外径寸法が、当該各軸受44の外径寸法よりも小さく形成されている。このように回転子ユニット4がハウジング2に対して干渉しない形状とされていることから、後述のように完成状態の回転子ユニット4を、そのままの状態で、軸方向における一方(挿入方向の手前側)からハウジング2に挿入して固定することが可能である。

0020

ハウジング2に設けられた回転センサ5は、検出対象部43に対し径方向に対向して設けられている。この回転センサ5としては、ホールICを用いたもの等、磁気により検出を行う磁気センサが用いられている。なお、図1において回転センサ5は浮いて示されているが、実際にはハウジング2に固定されている。

0021

検出対象部43は、シャフト41の先端部(図1における右端部)に取り付けられるものであって、基部431、シャフト装着部432、突出部433を備える。

0022

基部431は、軸方向基準で回転対称形状とされている。本実施形態の基部431は、軸方向の厚みが小さい略円板状の部分である。基部431の軸方向視中央には、貫通穴4311が軸方向に貫通している。この貫通穴4311には、シャフト41の先端部に形成されたねじ軸411が貫通する。このねじ軸411にナット415が通されて、ナット415がねじ込まれることで、検出対象部43をシャフト41に対して固定できる。

0023

シャフト装着部432は、基部431から軸方向一方側(図1における左側)に延びておりシャフト41に装着される部分である。本実施形態のシャフト装着部432は、シャフト41の径外を覆う略円筒状の部分である。シャフト装着部432の内径はシャフト41の先端部の外径と略一致している。シャフト装着部432の基端部(図1における左端部)は、軸受44における内輪の先端面、または、シャフト41に形成されている段差414に当接する。これにより、検出対象部43が軸方向にずれないようにでき、前述のナットねじ込みによって、検出対象部43をシャフト41に確実に固定できる。

0024

突出部433は、基部431から軸方向他方側(図1における右側)に延びており外径寸法が基部431の外径寸法以下とされた部分である。本実施形態では同径とされている。前述のように、回転センサ5は、検出対象部43に対し径方向に対向して設けられていることから、回転センサ5に対して突出部433が軸方向に多少ずれたとしても、回転センサ5と突出部433の外周面との径方向距離は変化しない。このため、軸方向の位置ずれへの対応性が高い。また、突出部433は基部431の外周縁よりも径外方向に突出しない。ここで、例えば特許文献1の図5(b)に示されたような、径方向に突出した部分を有する形状の検出対象部では、回転時の遠心力が大きくなり、また、慣性モーメントが増大してしまう問題があった。これに対して、本実施形態の突出部433ではこのような問題が生じにくい点で有利である。よって、回転センサ付き電動機1の回転特性(例えば、回転加速特性)を良好にできる。このため、高回転で使用する場合において有利である。

0025

以下、検出対象部43に関して第1〜第2実施形態を例示して説明する。ただし、検出対象部43の構成がこれら例示した構成に限定されるわけではない。なお、各実施形態において機能的に共通する部分は、図において同一の符号を付しており、重複する説明は省略する。

0026

第1実施形態の検出対象部43は図2に示す形状である。第1実施形態の検出対象部43は、図3に示すように永久磁石434を内蔵している。この永久磁石434は、径方向に着磁されたものであって、図4(a)及び図5(a)に示すように径方向に異極となっている。各図に示した構成では円板状または円柱状とされた磁石のうち径方向の一方側半分がN極、他方側半分がS極とされている。このため、各極の磁力線は径方向に沿う。また、第1実施形態における永久磁石434の配向方向は、パラレル配向であり、このため、回転子42の回転方向における磁束分布正弦波状になる。このように検出対象部43が永久磁石434を備えることで、回転センサ5を永久磁石内蔵型でないものとできることから、回転センサ5の構成を簡単にできる。

0027

永久磁石434の軸方向視中央には、貫通穴4341が軸方向に貫通している。この貫通穴4341には、シャフト41の先端部に形成されたねじ軸411が貫通する。このねじ軸411に例えば鍔付きであって非磁性のナット415が通され、このナット415がねじ込まれることで、永久磁石434をシャフト41に対して固定できる。

0028

第1実施形態の突出部433は、非磁性体からなり、永久磁石434に対して径外位置に設けられている。具体的には、永久磁石434の径外位置を全周(360度)にわたってカバーしている。これにより、突出部433が永久磁石434を径方向に移動しないように保持する。また、この突出部433は略円筒状であるから、回転時に発生する風切音を抑制できる。このため、回転センサ付き電動機1の低騒音化に貢献できる。

0029

第1実施形態の検出対象部43に対応した回転センサ5は、突出部433の径外位置に設けられた磁気センサである。この回転センサ5は、図4(a)または図5(a)に略示した位置関係に配置される。

0030

図4(a)のように回転センサ5が1箇所に設けられた場合において、回転センサ5の回転角と回転センサ5が受ける磁束密度との関係、そして、前記磁束密度から演算された、回転センサ5の回転角と出力との関係は、図4(b)に示されたようになる。つまり、磁束密度は図4(b)に示したように回転角360度ごとに正弦波を描くように変化する。なお、当該正弦波における磁束密度の正負は相対的なものであって、永久磁石434のN極またはS極を基準として任意に定めることができる。また、この第1実施形態では、前記正弦波が正の範囲にある場合の出力を「L」とし、負の範囲にある場合の出力を「H」とし、磁束密度0の時点の出力(ゼロクロス検出信号)に基づいて、回転検出が可能である。

0031

また、図5(a)のように回転センサ5が2箇所に設けられた場合(この例では周方向に90度離れて2個の回転センサ5a,5bが設けられている)において、回転センサ5a,5bの回転角と出力との関係は、図5(b)に示されたようになる。つまり、各回転センサ5a,5bの出力は、図4(b)に示したものと同じく、回転角180度ごとに「L」と「H」とが切り替わる。そして、2個の回転センサ5a,5bは、「L」と「H」の切り替わりが90度分ずれることになる。そこで、2個の回転センサ5a,5bの出力の大小により、回転検出が可能である。

0032

第2実施形態の検出対象部43は図6に示す形状である。基本的形状は第1実施形態と同じであるが、突出部433の内部に永久磁石434が接着により固定されている。このような構成により、第2実施形態におけるナット固定の構成に比べて構成を簡略化できるので有利である。

0033

次に、回転センサ付き電動機1の製造方法について説明する。まず、ハウジング2に固定子3、及び、回転センサ5を含む回路基板を組み付け、必要な電気配線を行うことで、固定側ユニットを完成させる工程を実施する。なお、回転センサ5を回路基板とは別個に設けることもできる。そして、前記工程に並行して、または、前記工程の後に、回転子ユニット4を完成状態とする工程を実施する。次に、完成状態の前記回転子ユニット4を軸方向における一方(図1に示す左方)から前記ハウジング2に挿入して固定する工程を実施する。回転子ユニット4の固定は、回転子ユニット4が備える軸受44をハウジング2の内面に固定することで行われる。

0034

前述のように、回転子ユニット4が、ハウジング2の内部の所定位置に配置するに際して干渉しない外径を有することから、回転子ユニット4をただ単に軸方向に移動するだけで、ハウジング2に対して回転子ユニット4を固定できる。この固定の工程が終わると、回転センサ5と検出対象部43の位置関係が定まる。このため、例えば後で検出対象部43だけを組み付ける工程が必要な場合に比べて、工程を単純化できる。また、回転子ユニット4に対する検出対象部43の取り付け位置にばらつきが生じにくいため、回転センサ5の検出精度に影響が出ることを抑制できる。本製造方法は、このように有利である。

0035

以上、本発明につき一実施形態を取り上げて説明してきたが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

0036

例えば、前記実施形態では、回転センサを検出対象部に対し径方向に対向して設けていたが、場合によっては、軸方向に対向して設けることもできる。

0037

また、突出部433の内部への永久磁石434の固定方法については、第1実施形態ではナット415のねじ込みによりなされ、第2実施形態では接着によりなされていた。しかしこれに限られず、例えば、突出部433の内部へローレット加工等を施すことで永久磁石434を固定することもできるし、ローレット加工と接着の組み合せで永久磁石434を固定することもできる。

0038

また、突出部433の内部への永久磁石434の配列方向は、第1実施形態ではパラレル配向とされていた。しかしこれに限られず、永久磁石434の配列方向は、例えばラジアル配向でもよい。

0039

1回転センサ付き電動機
2ハウジング
3固定子
4回転子ユニット
41シャフト
42回転子
43検出対象部
431 基部
432 シャフト装着部
433 突出部
434永久磁石
5 回転センサ

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