(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下では、モータの中心軸に沿う方向を上下方向とし、センサマグネットに対して基板側を上として、各部の形状や位置関係を説明する。ただし、これは、あくまで説明の便宜のために上下方向を定義したものであって、本発明に係るモータの使用時の向きを限定するものではない。
【0011】
<1.一実施形態に係るモータ>
図1は、一実施形態に係るモータ1Aの部分断面図である。このモータ1Aは、静止部2Aと回転部3Aとを、備えている。回転部3Aは、中心軸9Aを中心として、静止部2Aに対して回転する。
【0012】
回転部3Aは、ロータマグネット33Aと、ロータマグネット33Aとは別に設けられたセンサマグネット35Aとを、有している。ロータマグネット33Aは、静止部2A側に設けられた電機子22Aとの間で、トルクを発生させる。センサマグネット35Aの磁極面は、軸方向(中心軸に沿う方向。以下同じ)を向いている。
【0013】
静止部2Aは、ハウジング21A、電機子22A、基板61A、磁気センサ62A、および板状の磁性部材63Aを、有している。回転部3Aおよび電機子22Aは、ハウジング21Aの径方向(中心軸に直交する方向。以下同じ)内側に、収容されている。また、ハウジング21Aは、軸方向に垂直な取付面412Aを有し、当該取付面412Aに、基板61Aが直接的に固定されている。なお、基板61Aは、ハウジング21Aの取付面412Aに、他の部材を介して間接的に固定されていてもよい。
【0014】
基板61Aは、センサマグネット35Aの上方に配置されている。磁気センサ62Aは、基板61Aの下面に設けられ、センサマグネット35Aの磁束を検出する。磁性部材63Aは、基板61Aの上面において、磁気センサ62Aと軸方向に重なる位置に、配置されている。この磁性部材63Aにより、センサマグネット35Aの磁束の向きが、上側へ集中する。
【0015】
基板61Aと磁性部材63Aとは、複数の固定位置において、軸方向の締め付けにより固定されている。また、このモータ1Aでは、磁性部材63Aの上面に、リブ81Aが設けられている。リブ81Aは、1つの固定位置の近傍と他の固定位置の近傍とを結ぶように、延びている。これにより、軸方向の締め付けに起因する磁性部材63Aの撓みが、抑制される。このため、センサマグネット35Aの磁束の向きが、より磁気センサ62A側へ集中する。その結果、磁気センサ62Aの検出精度が向上する。
【0016】
なお、磁性部材63Aの下面には、リブ81Aに対応する位置に凹部82Aが設けられている。しかしながら、磁気センサ62Aと凹部82Aとは、互いに軸方向に重ならない位置に配置されている。このため、凹部82Aの影響による検出精度の低下は、抑制されている。
【0017】
<2.より具体的な実施形態>
<2−1.モータの全体構成>
続いて、本発明のより具体的な実施形態について説明する。
【0018】
本実施形態のモータ1は、自動車に搭載され、パワーステアリングの駆動力を発生させるために使用される。ただし、本発明のモータは、他の既知の用途に使用されるものであってもよい。例えば、本発明のモータは、自動車の他の部位、例えばエンジン冷却用ファンの駆動源として使用されるものであってもよい。また、本発明のモータは、家電製品、OA機器、医療機器等に搭載され、各種の駆動力を発生させるものであってもよい。
【0019】
図2は、本実施形態に係るモータ1の縦断面図である。
図2に示すように、モータ1は、静止部2と回転部3とを、備えている。静止部2は、自動車の枠体に、固定される。回転部3は、静止部2に対して、回転可能に支持される。
【0020】
本実施形態の静止部2は、ハウジング21、電機子22、バスバーユニット23、センサユニット24、下軸受部25、および上軸受部26を、有している。
【0021】
ハウジング21は、円筒部材41、底部材42、および蓋部材43を、有している。円筒部材41は、電機子22の径方向外側において軸方向に延びる、略円筒状の部材である。電機子22、バスバーユニット23、後述するロータコア32、および後述する複数のロータマグネット33は、円筒部材41の径方向内側に、収容されている。
【0022】
底部材42は、電機子22の下方において、径方向に広がっている。底部材42の外周部は、円筒部材41の下部に、固定されている。底部材42の中央には、下軸受部25を保持するための下環状保持部421が、設けられている。蓋部材43は、電機子22およびバスバーユニット23の上方において、径方向に広がっている。蓋部材43の外周部は、円筒部材41に固定されている。蓋部材43の中央には、上軸受部26を保持するための上環状保持部431が、設けられている。
【0023】
電機子22は、ステータコア51、インシュレータ52、およびコイル53を有する。ステータコア51は、例えば、複数の電磁鋼板が軸方向に積層された積層鋼板からなる。ステータコア51は、円環状のコアバック511と、コアバック511から径方向内側へ向けて突出した複数本のティース512と、を有する。コアバック511は、ハウジング21の円筒部材41の内周面に、固定されている。複数本のティース512は、周方向に略等間隔に配列されている。
【0024】
インシュレータ52は、絶縁体である樹脂からなり、ティース512に取り付けられている。コイル53は、インシュレータ52の周囲に巻かれた導線からなる。インシュレータ52は、ティース512とコイル53との間に介在することによって、ティース512とコイル53とが電気的に短絡することを、防止している。
【0025】
バスバーユニット23は、電機子22の上部に取り付けられている。バスバーユニット23は、外部電源とコイル53とを電気的に接続するための機構である。バスバーユニット23は、導電体からなる4つの円弧状のバスバー231と、これらのバスバー231を保持する樹脂製のバスバーホルダ232とを、有している。4つのバスバー231は、三相交流のU相、V相、W相、およびグラウンド線に、それぞれ対応する。また、4つのバスバー231は、バスバーホルダ232に保持されることによって、互いに離間した状態に維持されている。
【0026】
4つのバスバー231は、バスバーホルダ232の外周面より径方向外側へ向けて突出した、複数の端子233を有する。各コイル53を構成する導線の端部は、対応するバスバー231の端子233に、接続されている。
【0027】
センサユニット24は、後述するセンサマグネット35の磁束を検出するための機構である。センサユニット24は、センサマグネット35の上方に配置された回路基板61、第1ホール素子621、第2ホール素子622、および磁性部材63を、有している。第1ホール素子621および第2ホール素子622は、センサマグネット35の磁束を検出する磁気センサである。センサユニット24のより詳細な構成については、後述する。
【0028】
下軸受部25および上軸受部26は、回転部3側のシャフト31を回転可能に支持する機構である。本実施形態の下軸受部25および上軸受部26には、球体を介して外輪と内輪とを相対回転させるボールベアリングが、使用されている。ただし、ボールベアリングに代えて、すべり軸受や流体軸受等の他方式の軸受が、使用されていてもよい。
【0029】
下軸受部25の外輪251は、底部材42の下環状保持部421に、固定されている。また、上軸受部26の外輪261は、蓋部材43の上環状保持部431に、固定されている。一方、下軸受部25および上軸受部26の内輪252,262は、シャフト31に固定されている。このため、シャフト31は、ハウジング21に対して、回転可能に支持されている。
【0030】
本実施形態の回転部3は、シャフト31、ロータコア32、複数のロータマグネット33、ヨーク34、センサマグネット35、およびマグネットカバー36を有している。
【0031】
シャフト31は、中心軸9に沿って上下に延びる略円柱状の部材である。シャフト31は、上述した下軸受部25および上軸受部26に支持されつつ、中心軸9を中心として回転する。シャフト31は、ハウジング21の蓋部材43より上方へ突出した頭部311を有する。頭部311には、ヨーク34の内周部が、固定されている。また、シャフト31は、ハウジング21の底部材42より下方へ突出した脚部312を有する。脚部312は、ギア等の動力伝達機構を介して、自動車の操舵装置に連結される。
【0032】
ロータコア32および複数のロータマグネット33は、電機子22の径方向内側に配置されて、シャフト31とともに回転する。ロータコア32は、シャフト31に固定された、略円筒状の部材である。ロータコア32は、例えば、複数の電磁鋼板が軸方向に積層された積層鋼板からなる。複数のロータマグネット33は、ロータコア32の外周面に、例えば接着剤で、固定されている。各ロータマグネット33の径方向外側の面は、ティース512の径方向内側の端面に対向する磁極面となっている。複数のロータマグネット33は、N極の磁極面とS極の磁極面とが交互に並ぶように、周方向に等間隔に配列されている。
【0033】
なお、複数のロータマグネット33に代えて、N極とS極とが周方向に交互に着磁された1つの円環状のロータマグネットが、使用されていてもよい。
【0034】
外部電源から、バスバー231を介してコイル53に駆動電流を与えると、ステータコア51の複数のティース512に、径方向の磁束が生じる。そして、ティース512とロータマグネット33との間の磁束の作用により、周方向のトルクが発生する。その結果、静止部2に対して回転部3が、中心軸9を中心として回転する。
【0035】
<2−2.センサユニットおよびその近傍部位について>
図3は、センサユニット24およびセンサマグネット35の付近における、モータ1の部分縦断面図である。
図4は、センサユニット24およびセンサマグネット35の付近における、モータ1の部分上面図である。以下では、
図3および
図4を参照しつつ、センサユニット24およびセンサマグネット35の付近の構造について、説明する。
【0036】
図3に示すように、センサマグネット35は、ヨーク34の上面に固定されている。ヨーク34は、磁性体からなり、ハウジング21の蓋部材43の上方において、径方向に広がっている。ヨーク34の内周部は、シャフト31の頭部311に、固定されている。センサマグネット35は、略円環状の磁石である。センサマグネット35の上面は、第1ホール素子621および第2ホール素子622に対向する磁極面となっている。すなわち、センサマグネット35の磁極面は、軸方向を向いている。
【0037】
センサマグネット35の上面側には、マグネットカバー36が配置されている。マグネットカバー36は、例えば、アルミニウム等の非磁性体の金属からなる。センサマグネット35の表面は、ヨーク34とマグネットカバー36とに包囲されている。このため、仮に、センサマグネット35に損傷が生じたとしても、センサマグネット35の破片が外部へ飛散することは、防止される。
【0038】
図4に二点鎖線で示したように、センサマグネット35の上面には、円環状の内側磁極部71と、内側磁極部71より径方向外側に位置する円環状の外側磁極部72とが、設けられている。内側磁極部71には、N極711とS極712とが、周方向に交互に着磁されている。外側磁極部72には、内側磁極部71より細かいピッチで、N極721とS極722とが、周方向に交互に着磁されている。
【0039】
ハウジング21の円筒部材41は、蓋部材43より上方において径方向内側へ突出する凸状台部411を、有している。凸状台部411の上面412は、軸方向に略垂直な方向に、広がっている。そして、この凸状台部411の上面412に、回路基板61が固定されている。なお、回路基板61は、凸状台部411の上面412に、
図3のように直接的に固定されていてもよく、他の部材を介して間接的に固定されていてもよい。
【0040】
回路基板61の下面には、3つの第1ホール素子621と、第1ホール素子621より径方向外側に配置された1つの第2ホール素子622とが、設けられている。3つの第1ホール素子621は、センサマグネット35の内側磁極部71の上方に、配置されている。各第1ホール素子621は、内側磁極部71の磁束を検出する。第2ホール素子622は、センサマグネット35の外側磁極部72の上方に、配置されている。第2ホール素子622は、外側磁極部72の磁束を検出する。そして、第1ホール素子621および第2ホール素子622に接続された検出回路が、第1ホール素子621および第2ホール素子622からの検出信号に基づいて、回転部3の回転位置または回転数を、検出する。
【0041】
第1ホール素子621および第2ホール素子622は、ロータマグネット33の磁束を検出するのではなく、ロータマグネット33とは別に設けられ、磁極面が軸方向を向くセンサマグネット35の磁束を検出する。このため、第1ホール素子621および第2ホール素子622がロータマグネット33の磁束を検出する場合と比較して、上記の検出回路は、回転部3の回転位置または回転数を、精度よく検出できる。
【0042】
また、本実施形態では、周方向の磁極のピッチが相互に異なる内側磁極部71と外側磁極部72とを、2種類のホール素子621,622で、それぞれ検出する。これにより、回転部3の回転位置または回転数が、さらに高精度に検出される。
【0043】
回路基板61の上面には、絶縁シート65を介して、電磁鋼板からなる板状の磁性部材63が、取り付けられている。磁性部材63は、中心軸9に直交する方向に、広がっている。
図4に示すように、磁性部材63は、2箇所の固定位置631,632において、回路基板61に固定されている。各固定位置631,632においては、凸状台部411の上面412に、回路基板61と磁性部材63とが、固定部材であるねじ64により、固定されている。すなわち、2箇所の固定位置631,632において、回路基板61とねじ64との間に、磁性部材63が挟まれて固定されている。このようにすれば、回路基板61と磁性部材63とが、軸方向の締め付け力によって、機械的に強固に固定される。
【0044】
本実施形態では、2箇所の固定位置631,632の周縁部において、回路基板61と磁性部材63との間に、樹脂製の絶縁シート65が介在している。回路基板61の上面および下面には、銅箔などの導電体で、パターンが構成されている。絶縁シート65は、回路基板61の当該パターンと、磁性部材63とを絶縁するために、配置されている。
【0045】
磁性部材63は、第1ホール素子621および第2ホール素子622と軸方向に重なる位置に、配置されている。このため、センサマグネット35の磁束の向きが、磁性部材63側である上方へ集中する。すなわち、内側磁極部71から生じる磁束は、第1ホール素子621側へ集中する。また、外側磁極部72から生じる磁束は、第2ホール素子622側へ集中する。これにより、第1ホール素子621および第2ホール素子622の検出精度が高まる。
【0046】
また、磁性部材63の上面には、上方へ向けて突出するリブ81が、形成されている。リブ81は、一方の固定位置631の近傍と、他方の固定位置632の近傍とを結ぶように、延びている。このため、各固定位置631,632の締め付け力によって、磁性部材63に応力が発生したとしても、当該応力による磁性部材63の撓みは、生じにくい。すなわち、リブ81により、磁性部材63の撓みが抑制される。
【0047】
磁性部材63の撓みが抑制されると、センサマグネット35の磁束の向きは、より磁性部材63側へ集中する。すなわち、内側磁極部71から生じる磁束は、より第1ホール素子621側へ集中する。また、外側磁極部72から生じる磁束は、より第2ホール素子622側へ集中する。その結果、第1ホール素子621および第2ホール素子622の検出精度が、さらに向上する。
【0048】
本実施形態では、磁性部材63のリブ81が、半抜き加工により形成されている。このため、磁性部材63の下面には、半抜き加工に起因する凹部82が、形成されている。凹部82は、リブ81に対応する位置、すなわち、リブ81の下方に設けられている。そして、
図4に示すように、凹部82と、第1ホール素子621および第2ホール素子622とは、互いに軸方向に重ならない位置に、配置されている。したがって、第1ホール素子621および第2ホール素子622の真上には、磁性部材63の下面のうち、平坦な部分が位置することとなる。このようにすれば、センサマグネット35の磁束を、よりホール素子621,622側へ集中させることができる。したがって、第1ホール素子621および第2ホール素子622の検出精度が、さらに向上する。
【0049】
図4に示すように、本実施形態のリブ81は、直線状に延びる一対の直線状部811と、一対の直線状部811の間において、曲線状に延びる曲線状部812とを有している。一対の直線状部811は、固定位置631,632に近い両端部付近において、磁性部材63の強度を、特に高めている。また、曲線状部812により、第1ホール素子621および第2ホール素子622とリブ81との軸方向の重なりが、回避されている。
【0050】
また、
図4に示すように、本実施形態のリブ81は、平面視において、第1ホール素子621と第2ホール素子622との間を通って、延びている。このため、第1ホール素子621の上方位置と、第2ホール素子622の上方位置との双方において、磁性部材63の撓みが、より効果的に抑制されている。
【0051】
以上のように、本実施形態では、リブ81を有する磁性部材63を利用して、ホール素子621,622の検出精度を高めている。このため、センサマグネット35にフェライトマグネット等の磁力が弱いマグネットを使用して、センサマグネット35のコストを抑えつつ、高い検出精度を得ることができる。ただし、本発明のセンサマグネットは、ネオジム等の他の磁性材料からなるものであってもよい。
【0052】
図5は、磁性部材63を形成するときの様子を、概念的に示した図である。本実施形態の磁性部材63は、電磁鋼板を打ち抜くことにより得られる。
図5中に白抜き矢印91で示したように、この磁性部材63は、下向きに打ち抜かれている。このため、磁性部材63の上面の周縁部に、打ち抜きに起因する突出部633が、形成される。また、磁性部材63の下面の周縁部に、打ち抜きに起因する曲面部634が、形成される。また、磁性部材63のリブ81は、半抜きにより形成される。
図5中に白抜き矢印92で示したように、本実施形態のリブ81は、上向きに半抜きされている。
【0053】
このようにすれば、磁性部材63の下面側には、リブ81も、打ち抜きに起因する突出部633も、形成されない。このため、絶縁シート65の上面に、磁性部材63の下面を、面接触させることができる。したがって、磁性部材63の下面をより精密に位置決めできる。その結果、センサマグネット35の磁束を、よりホール素子621,622側へ集中させ、ホール素子621,622の検出精度を向上させることができる。
【0054】
<3.変形例>
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。
【0055】
図6は、一変形例に係る磁性部材63Bの上面図である。
図6の例では、磁性部材63Bの上面に、2本のリブ81Bが設けられている。このようにすれば、磁性部材63Bの撓みを、より抑制できる。なお、磁性部材に設けられるリブの数は、3本以上であってもよい。また、磁性部材の撓みをより抑制するために、磁性部材の上面に、複数のリブを、互いに交差しつつ延びるように、形成してもよい。
【0056】
また、本発明の磁性部材は、電磁鋼板以外の磁性体から形成されたものであってもよい。また、本発明の磁性部材は、打ち抜き以外の加工方法、例えば、切削により形成されたものであってもよい。
【0057】
また、磁性部材は、3本以上のねじを利用して、回路基板に固定されていてもよい。すなわち、回路基板と磁性部材とが、3箇所以上の固定位置において、固定されていてもよい。また、回路基板と磁性部材とは、ねじ以外の固定部材により固定されていてもよい。例えば、固定部材としてリベットを用いて、基板とリベットとの間に、磁性部材を挟んで固定してもよい。また、磁性部材の一部分をかしめて回路基板に係合させ、かしめによる軸方向の締め付け力によって、回路基板と磁性部材とを、互いに固定してもよい。
【0058】
回路基板の下面に設けられるホール素子の数は、上記の実施形態のように4つであってもよく、1〜3つであってもよく、5つ以上であってもよい。例えば、回路基板の下面に、3つの第1ホール素子と、2つの第2ホール素子とが、設けられていてもよい。また、回路基板の下面に、1種類のホール素子が複数設けられていてもよい。
【0059】
また、各部材の細部の形状については、本願の各図に示された形状と、相違していてもよい。
【0060】
また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。