特開 2024-68424 モータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024068424

(43)【公開日】2024-05-20

(54)【発明の名称】モータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 11/215 20160101AFI20240513BHJP

   H02K 1/276 20220101ALI20240513BHJP

【ＦＩ】

H02K11/215

H02K1/276

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022178861

(22)【出願日】2022-11-08

(71)【出願人】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】松田 龍典

【テーマコード（参考）】

5H611

5H622

【Ｆターム（参考）】

5H611AA01

5H611BB01

5H611BB06

5H611PP05

5H611QQ03

5H611RR02

5H611TT01

5H611UA04

5H622CA02

5H622CA05

5H622CA10

5H622CB05

5H622PP03

(57)【要約】

【課題】モータの構成部品を追加することなく磁気センサによるマグネットの位置検出の精度を向上する。
【解決手段】周方向に配置されたマグネット３１及びマグネット３１を収容するロータコア３３を有するロータ３と、ロータ３に固定されたシャフト２と、ロータ３の回転数を検出する磁気センサ８１と、軸方向において前記マグネット３１の一方の面を覆っている磁性体７と、を備え、磁性体７は、軸方向に突出した突出部７１を有し、磁気センサ８１は、軸方向において、突出部７１に対向している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

周方向に配置されたマグネット及び前記マグネットを収容するロータコアを有するロータと、
前記ロータに固定されたシャフトと、
前記ロータの回転数を検出する磁気センサと、
軸方向において、前記マグネットの一方の面を覆っている磁性体と、
を備え、
前記磁性体は、軸方向に突出した突出部を有し、
前記磁気センサは、軸方向において、前記突出部に対向している、
モータ。

【請求項2】

軸方向において前記磁性体に対向する回路基板を備え、
前記磁気センサの一部は、軸方向において、前記突出部と対向している、
請求項１に記載のモータ。

【請求項3】

前記突出部は、径方向において、前記磁性体の外周側の端部に設けられている、
請求項１に記載のモータ。

【請求項4】

径方向において、前記突出部の外周側面と、前記ロータコアの外周側面とで連続した面を形成している、
請求項３に記載のモータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータに関する。

【背景技術】

【0002】

様々な装置において、その駆動源としてモータが用いられている。モータには、様々な種類があり、その使用目的や場面に応じて、各種のモータが選択されている。その中でも、ロータコア内部にマグネットを埋め込んだ埋込磁石同期モータ（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）が知られている。ＩＰＭＳＭは、性能の設計と形状の設計に対する高い自由度を持つため、家電分野、車載分野、産業分野といった、幅広い用途で使用されている。

【0003】

ＩＰＭＳＭのロータ部は、軸方向に積層されたロータコアと、ロータコアの端面から軸方向に沿って形成された収容孔に収容されたマグネットとを備えている。ＩＰＭＳＭにおいて、軸方向の端部に端板を設けて収容孔の開口部を覆うことによって、マグネットを保持する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

ところで、ＩＰＭＳＭは、ロータの回転位置に応じてステータの巻線への通電を制御するため、ロータのマグネットが発する磁界に基づいてロータの回転位置を検出する、磁気センサが設けられることが多い。なお、モータにおいて、ロータのマグネットが発する磁界を磁気センサにより精度よく検出可能にするための技術が知られている（例えば、特許文献２，３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平９－２３３７５０号公報

【特許文献2】特開２００２－１０１５８３号公報

【特許文献3】特開２００４－１２９４５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上述の技術では、モータにおいて、磁気センサによるマグネットの位置検出精度を向上させるために追加の部品を設けることになる。このため、従来の技術では、このような点においてさらなる改良が求められている。

【0007】

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、モータの構成部品を追加することなく磁気センサによるマグネットの位置検出の精度を向上する技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明に係るモータは、周方向に配置されたマグネット及び前記マグネットを収容するロータコアを有するロータと、前記ロータに固定されたシャフトと、前記ロータの回転数を検出する磁気センサと、軸方向において前記マグネットの一方の面を覆っている磁性体と、を備え、前記磁性体は、軸方向に突出した突出部を有し、前記磁気センサは、軸方向において、前記突出部に対向している。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施の形態にかかるモータの断面図である。

【図2】本実施の形態にかかるモータの断面図であり、図１における主にロータ、プレート、及び、磁気センサを示す部分拡大断面図である。

【図3】本実施の形態にかかるモータが備えるプレートの斜視図である。

【図4】本実施の形態にかかるモータと比較例のモータとにおける、ロータの軸方向における端面からの距離と軸方向の磁束密度との特性を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の例示的態様である一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

【0011】

図１は、本実施の形態にかかるモータ１の縦断面図であり、図２は、図１に示すモータ１における主にロータ３、プレート７、及び、磁気センサ８１を示す部分拡大断面図である。

【0012】

なお、本実施形態の説明において、上方乃至下方と云う時は、図１における上下関係を意味し、重力方向における上下関係とは、必ずしも一致しない。
さらに、軸線Ｘ方向（以下、「軸方向」ともいう。）において矢印ａ方向を上側ａとし、矢印ｂ方向を下側ｂとする。また、軸線Ｘに垂直な方向（以下、「径方向」ともいう。）において、軸線Ｘから遠ざかる方向（矢印ｃ方向）を外周側ｃとし、軸線Ｘに向かう方向（矢印ｄ方向）を内周側ｄとする。そして、回転軸Ｘを中心とする円周方向（上側ａから見た円周方向）を周方向とする。
これら、方向に関する定義や符号は、以降の説明においても同様とする。

【0013】

本実施の形態におけるモータ１は、インナーロータタイプのブラシレスモータの一種であり、スポーク型の埋込磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ）である。ＩＰＭＳＭとは、ロータにマグネットを埋め込んだモータであり、埋込マグネット型モータとも呼ばれる。ＩＰＭＳＭにも種々の形態のものがあるが、断面が長方形のマグネットの長手方向を、ロータコア内に放射状に配置したスポーク型のＩＰＭＳＭが知られている。このスポーク型のＩＰＭＳＭでは、長辺側の面が磁極となり、周方向において隣接するマグネットの対向する磁極面が同極になっている。

【0014】

モータ１は、回転軸となるシャフト２と、ロータ３と、ステータ４と、ハウジング５と、軸受６１，６２と、プレート７と、回路基板８と、磁気センサ８１と、を備える。

【0015】

シャフト２は、２つの端部２ａ，２ｂを備えている。シャフト２は、ハウジング本体５１側にある一方の端部２ｂが、一方の軸受６１によりハウジング本体５１に対して回転可能に支持されている。また、シャフト２は、カバー５２側にある他方の端部２ａが他方の軸受６２に回転可能に支持されている。つまり、シャフト２は、軸受６１を介してハウジング本体５１、及び、軸受６２を介してカバー５２に、それぞれ回転自在に固定されている。シャフト２は、カバー５２から一方の端部２ａが突き出している。シャフト２は、一方の端部２ａから外部に、回転力を取り出すことができるようになっている。シャフト２は、ロータ３に固定され、ステータ４とロータ３との電磁気的作用によってロータ３が回転すると、ロータ３とともに回転する。

【0016】

ロータ３は、磁性体で形成されたロータコア３３内にマグネット３１が配置されてなり、シャフト２に固定されて共に回転する。ロータ３は、ステータ４との間に所定の間隙を有するように設けられている。

【0017】

マグネット３１は、ロータ３の外周側、すなわち、ステータ４の内周側に向かい合う側に、取り付けられている。マグネット３１は、ロータコア３３に保持されている。マグネット３１は、ロータ３の外周側の面に沿って配置されている。マグネット３１は、複数の磁石をロータ３の外周側の面に沿って配置してもよく、また、環状または略環状に形成されている磁石をロータ３の外周側の面に沿って配置してもよい。

【0018】

ロータコア３３は、複数の磁性体の積層体により形成されている。ロータコア３３を構成する複数の磁性体は、例えば電磁鋼板である。ロータコア３３には、マグネット３１を外周側の面に沿って配置することができるように、マグネット３１を収容可能な空間が設けられている。

【0019】

ステータ４は、ティース部４３を含むステータコア４１と、コイル４２とを有する。ステータコア４１には、コイル４２が巻き回されている。ステータ４は、ロータ３を取り囲むように配置されている。

【0020】

ステータコア４１は、電磁鋼板等の磁性体の積層体である。ステータコア４１は、シャフト２と同軸に配された環状部（以下、「円環部」と称する。）４４と、円環部４４からシャフト２側へ向かって延びるように形成された複数の磁極部（以下、「ティース部」と称する。）４３を有する。

【0021】

コイル４２は、ステータコア４１の複数のティース部４３の各々の周囲に巻き回されている。ステータコア４１とコイル４２とは、絶縁体で形成されたインシュレータ４５によって絶縁されている。

【0022】

ハウジング５は、ハウジング本体５１とカバー５２とを有する。ハウジング本体５１は、ロータ３やステータ４等のモータ１の構成部品の一部または全部を内部に収容し、ステータ４が固定される。

【0023】

ハウジング本体５１は、突出部５１ａａを有する底部５１ａと筒部５１ｂと外周部５１ｃを備える。

【0024】

カバー５２は、ハウジング本体５１の上部に設けられた開口部を覆う。カバー５２は、突出部５２ａａを有する環状の平板部５２ａと、外周部５２ｃとを備える。カバー５２の突出部５２ａａは、平板部５２ａに設けられており、シャフト２の長手方向（軸線Ｘ方向）において、ロータ３に向かう方向（下側ｂ）に突出している。モータ１は、ハウジング本体５１の外周部５１ｃとカバー５２の外周部５２ｃとが固定（締結）されて、ハウジング５の内部が外部から遮蔽される。

【0025】

モータ１には、シャフト２をハウジング５に対して回転可能に支持する複数（本実施形態においては２つ）の軸受６１，６２が設けられている。ハウジング本体５１の底部５１ａには、複数の軸受６１，６２のうち一方の軸受６１が設けられている。軸受６１を支持するハウジング本体５１の底部５１ａには、シャフト２の長手方向（軸線Ｘ方向）において、ロータ３に向かう方向（上側ａ）に向かって突出する突出部（以下、「軸受ハウジング」と称する。）５１ａａと孔部５１ａｂが設けられており、この軸受ハウジング５１ａａに、軸受６１が圧入などにより固定されている。他方の軸受６２は、カバー５２の突出部（以下、「軸受ハウジング」と称する。）５２ａａに圧入等されて固定されている。径方向において、一方の軸受６１の外径及び内径と他方の軸受６２の外径及び内径は、それぞれ略同じとなっている。

【0026】

なお、一方の軸受６１の外径及び内径と他方の軸受６２の外径及び内径とは略同じであるが、一方の軸受６１の外径または内径あるいはその両方より、他方の軸受６２の外径または内径あるいはその両方を大きくしても構わない。また、底部５１ａには孔部５１ａｂを設けなくても構わない。

【0027】

プレート７は、磁性体の一例であり、ロータ３の軸方向における一方の面、図２に示すようにロータ３の軸方向における上側の面（以下、ロータ上側面３４と称する）に面するように設けられている。プレート７は、ロータ上側面３４を覆っている。上述したように、ロータ３には、マグネット３１がロータ３の外周側の面に沿ってロータ３の周方向において環状に配置されている。プレート７は、マグネット３１の軸方向における上側の面（以下、マグネット上側面３５と称する）を覆っている。プレート７は、ロータ上側面３４とマグネット上側面３５とを覆うことにより、マグネット３１が軸方向に動くことがないようにしている。つまり、プレート７は、ロータ３の軸方向の端部に設けられる端板であり、ロータコア３３におけるマグネット３１を収容される空間の開口部を覆うことによって、マグネット３１を保持する。

【0028】

図３は、モータ１が備えるプレート７の斜視図である。プレート７は、例えば、Ｓ４５Ｃ、あるいは、電磁鋼板などの磁性体により形成されている。プレート７は、突出部７１、外周端部７２、上端部７３、円板部７４、および、孔部７５を有する。

【0029】

突出部７１は、円板部７４から上下方向（円板部７４の面が広がる方向、軸方向）においてロータ３から遠ざかる方向、図１及び図２において上側に突出した部分である。突出部７１は、径方向において円板部７４の外周側の端部である外周端部７２に設けられている。突出部７１は、径方向における外周側面である外周端部７２が、ロータコア３３の径方向における外周側面である端部と連続した面を形成していてもよい。突出部７１は、図１及び図２に示すように、断面形状が円板部７４の外周端部７２からＬ字状または略Ｌ字状に折り曲げられて形成されている。

【0030】

円板部７４は、突出部７１が突出している方向とは反対方向の面、すなわち、下側面７４ｂが、ロータ３のロータ上側面３４に接するまたは面することにより、ロータ３のマグネット３１が生じる磁力を帯びることができるように形成されている。円板部７４の中央部分には、シャフト２を挿通するための孔部７５が設けられている。なお、円板部７４は、図１から図３に示すような、平面または略平面を有する円板状または略円板状の形状に形成されている例に限定されない。円板部７４は、例えば、ロータ上側面３４の形状に対応した形状、あるいはマグネット３１からの磁力を帯びるのに適した形状であればよい。

【0031】

以上のように構成されているプレート７は、突出部７１が、円板部７４から上下方向における一方の方向、例えば、プレート７の上側に設けられている磁気センサ８１の方向に、ロータコア３３に取り付けられているマグネット３１から帯びた磁束を導くことができる。具体的には、プレート７において、円板部７４が、ロータ３のロータ上側面３４及びマグネット上側面３５に面していることにより、マグネット３１からの磁束を帯びる。そして、マグネット３１からの磁束は、突出部７１が円板部７４から磁気センサ８１に近づくように突出していることで、図２に示す矢印Ｍのように磁気センサ８１に導かれる。

【0032】

なお、突出部７１は、円板部７４の外周端部７２に設けられている例に限らず、円板部７４の径方向において適宜な位置に設けられていればよい。

【0033】

回路基板８は、軸方向においてプレート７に対向して、プレート７の上側に設けられている。回路基板８は、磁気センサ８１の他、モータ１を動作させるための各種電子部品、及び、これらの電子部品を機能させるための回路が形成されている。磁気センサ８１は、突出部７１を介してマグネット３１から生じる磁力を検出することができるように、磁気検出を行う部分が突出部７１に向くように、つまり、下側を向くように回路基板８の搭載面８２に配置されている。磁気センサ８１は、軸方向において、突出部７１に対向する位置に設けられている。磁気センサ８１は、軸方向から見て突出部７１と一部が重なって配置されているのが望ましい。

【0034】

［モータの作用］
次に、以上説明した構成を備えるモータ１の作用について説明する。

【0035】

以上説明したモータ１は、ロータ３の軸方向における一方の面であるロータ上側面３４を覆っているプレート７が、磁性体により形成されていて、マグネット３１の軸方向における一方の面であるマグネット上側面３５を覆っている。プレート７は、軸方向においてロータ３から遠ざかる方向に突出した突出部７１を有する。また、モータ１は、ロータ３の回転数を検出する磁気センサ８１が、軸方向において、突出部７１に対向して設けられていて、突出部７１から生じる磁力を検出する。

【0036】

また、モータ１は、軸方向においてプレート７に対向して設けられている回路基板８を備え、磁気センサ８１が、軸方向から見て突出部７１と一部が重なって配置されている。

【0037】

以上のように構成されているモータ１によれば、プレート７の突出部７１によりロータ３から発生する磁束を、磁気センサ８１に集中させることができるので、磁気センサ８１によるロータ３の磁気検出精度を向上することができる。ここで、プレート７は、マグネット３１を保持する部品である。

【0038】

つまり、モータ１によれば、モータ１の構成部品を追加することなく磁気センサ８１によるマグネット３１の位置検出の精度を向上することができる。

【0039】

図４は、モータ１と比較例のモータとにおける、ロータ３の軸方向における端面からの距離と軸方向の磁束密度との特性を示す図である。図４において、比較例のモータは、モータが備えるプレート７の外周端部７２に突出部７１を有していないものに相当する。また、図４は、磁界解析により算出したデータを示す。図４において、実施例は実線で、比較例は破線でそれぞれ示す。

【0040】

図４に示すように、プレート７に突出部７１を有するモータ１は、比較例のモータに比べて軸方向の磁束密度が大きくなっていることがわかる。つまり、モータ１によれば、磁気センサ８１によるロータの回転位置の検出に必要な磁束量を増加させることができる。

【0041】

また、モータ１は、突出部７１が、プレート７の径方向における端部である外周端部７２に設けられている。

【0042】

以上のように構成されているモータ１によれば、モータ１の組み立て時に、突出部７１を組み立て用治具の引っ掛かりとして使うことができるため、プレート７の取付作業性を向上することができる。また、モータ１によれば、突出部７１をプレート７の外周端部７２を折り曲げるのみで形成することができるため、簡易な組み立て工程によりロータ３の磁気検出の精度を向上させることができる。

【0043】

また、モータ１は、突出部７１の径方向の端部である外周端部７２が、ロータ３の径方向の端部と面一になっている。

【0044】

以上のように構成されているモータ１によれば、モータ１の径方向における装置構成を大型化することなく、ロータ３の磁気検出精度の向上をすることができる。

【0045】

その他、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明のモータを適宜改変することができる。かかる改変によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

【符号の説明】

【0046】

１…モータ、２…シャフト、２ａ，２ｂ…端部、３…ロータ、３１…マグネット、３３…ロータコア、３４…ロータ上側面、３５…マグネット上側面、４…ステータ、４１…ステータコア、４２…コイル、４３…ティース部、４４…円環部、４５…インシュレータ、５…ハウジング、５１…ハウジング本体、５１ａ…底部、５１ａａ…軸受ハウジング（突出部）、５１ａｂ…孔部、５１ｂ…筒部、５１ｃ…外周部、５２…カバー、５２ａ…平板部、５２ａａ…軸受ハウジング（突出部）、５２ｃ…外周部、６１…軸受、６２…軸受、７…プレート（磁性体）、７１…突出部、７２…外周端部、７３…上端部、７４…円板部、７４ｂ…下側面、７５…孔部、８…回路基板、８１…磁気センサ、８２…搭載面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】