特許 7476330 センサ装置およびモータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-19

(45)【発行日】2024-04-30

(54)【発明の名称】センサ装置およびモータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 11/225 20160101AFI20240422BHJP

   H02K 11/30 20160101ALI20240422BHJP

【ＦＩ】

H02K11/225

H02K11/30

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022551539

(86)(22)【出願日】2021-02-15

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-04-11

(86)【国際出願番号】 EP2021053616

(87)【国際公開番号】W WO2021180425

(87)【国際公開日】2021-09-16

【審査請求日】2022-08-25

(31)【優先権主張番号】102020203266.1

(32)【優先日】2020-03-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】591245473

【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100177839

【弁理士】

【氏名又は名称】大場 玲児

(74)【代理人】

【識別番号】100172340

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 始

(74)【代理人】

【識別番号】100182626

【弁理士】

【氏名又は名称】八島 剛

(72)【発明者】

【氏名】ジンツ，ウォルフガング

(72)【発明者】

【氏名】デーテルス，ローター

(72)【発明者】

【氏名】レルヒェンミュラー，クラウス

【審査官】稲葉 礼子

(56)【参考文献】

【文献】実開昭６４－０５４７５５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１７－１３９９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０６７２５５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１９－５１０４５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １１／２２５

Ｈ０２Ｋ １１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

検出ユニット（３）と、前記検出ユニットをモータカバー（１１）に取り付けるための担持体要素（２）とを含んでいるセンサ装置（２，３）において、前記検出ユニット（３）が、前記モータカバー（１１）側に、前記担持体要素（２）の受容部（６）内で受容されている電子部品（１７）を有しており、
前記受容部（６）が貫通する開口部（６）の形態で前記担持体要素（２）に形成され、前記貫通する開口部が、一方で前記検出ユニット（３）のプリント回路基板によって少なくとも部分的に覆われ、他方で前記モータカバー（１１）によってカバー可能であることを特徴とする、センサ装置（２，３）。

【請求項2】

検出ユニット（３）と、前記検出ユニットをモータカバー（１１）に取り付けるための担持体要素（２）とを含んでいるセンサ装置（２，３）において、前記検出ユニット（３）が、前記モータカバー（１１）側に、前記担持体要素（２）の受容部（６）内で受容されている電子部品（１７）を有しており、
前記受容部（６）がポケット状の開口部（６）の形態で前記担持体要素（２）に形成され、前記開口部（６）が前記検出ユニット（３）によって少なくとも部分的に覆われることを特徴とする、センサ装置（２，３）。

【請求項3】

検出ユニット（３）と、前記検出ユニットをモータカバー（１１）に取り付けるための担持体要素（２）とを含んでいるセンサ装置（２，３）において、前記検出ユニット（３）が、前記モータカバー（１１）側に、前記担持体要素（２）の受容部（６）内で受容されている電子部品（１７）を有しており、
前記受容部（６）がポケット状の開口部（６）の形態で前記担持体要素（２）に形成され、前記開口部（６）が前記検出ユニット（３）のプリント回路基板によって少なくとも部分的に覆われることを特徴とする、センサ装置（２，３）。

【請求項4】

前記担持体要素（２）が前記モータカバー（１１）に取り付け可能であり、これによって、前記担持体要素（２）によって保持される前記検出ユニット（３）が前記モータカバー（１１）に間接的に取り付け可能であることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載のセンサ装置（２，３）。

【請求項5】

前記担持体要素（２）に、側部の他の開口部（１９）が検出ユニット（３）と担持体要素（２）との間に設けられ、前記他の開口部によって、前記電子部品（１７）を接続板（４）と接触させるための電気結合部（８）の貫通を行うことができ、前記他の開口部（１９）は、前記他の開口部（１９）によって前記電気結合部（８）の貫通が形状拘束的に行われるような大きさであることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載のセンサ装置（２，３）。

【請求項6】

前記側部の開口部（１９）が前記受容部（６）に対しダイレクトに結合していることを特徴とする、請求項５に記載のセンサ装置。

【請求項7】

前記接続板（４）が前記モータカバー（１１）に取り付け可能であり、前記担持体要素（２）が前記モータカバー（１１）の第１の平面（Ａ）に、そして前記接続板（４）が前記モータカバー（１１）の第２の平面（Ｂ）に取り付け可能であり、前記第１および第２の平面（Ａ，Ｂ）の間の高さの違いは前記電気結合部（８）によって補償可能であることを特徴とする、請求項５または６に記載のセンサ装置。

【請求項8】

前記電気結合部がケーブルであることを特徴とする、請求項７に記載のセンサ装置。

【請求項9】

前記電気結合部がフラットリボンケーブルであることを特徴とする、請求項７に記載のセンサ装置。

【請求項10】

前記検出ユニット（３）がリング状であり、前記受容部（６）が半径方向において部分的に前記検出ユニット（３）の周部に沿って延びていることを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載のセンサ装置（２，３）。

【請求項11】

モータカバー（１１）と、請求項１～１０のいずれか一項に記載のセンサ装置（２，３）とを含んでいるモータ（１）。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

特許文献１は、少なくとも１つのステータ巻線を有するステータと、磁化領域を有するロータと、磁化領域の位置を検知するためにステータに設けたセンサ要素とを備えた電子整流電動モータを開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0002】

【文献】独国特許出願公開第３９１４０８２Ａ１号明細書

【発明の概要】

【0003】

本発明によるセンサ装置は、検出ユニットと、検出ユニットをモータカバーに取り付けるための担持体要素とを含んでいる。検出ユニットは、モータカバー側に、担持体要素の受容部内で受容されている電子部品を有している。検出ユニットとは、たとえばプリント回路またはプリント回路基板の形態で設けられ、たとえば導電路およびＡＳＩＣ部品のような電子部品がその上またはその内部に設けられている誘導性測定機構と理解してよい。誘導性測定値検出のため、さらに測定コイルおよび励起コイルを検出ユニット内に設けて測定値検出を可能にしてよい。測定すべき要素は、たとえば、内部に検出ユニットを組み付けることができるモータのロータであってよい。担持体要素はプラスチックから製造されていてよく、検出ユニットを保持する。担持体要素は、さらに、保持されている検出ユニットとともに当該担持体要素をモータのモータカバーに固定することを可能にさせることができる。

【0004】

この種の検出ユニットをたとえば電気モータ（ブラシモータ、ＥＣモータ）内に一体に設けるには、その電気的機能を寿命にわたって阻害しうる粒子（たとえば製造工程によって発生する、または、摩損、摩耗によって生成される導電性の金属片、切屑、或いは、作動中に生成される粒子）から十分に保護することが要求される。

【0005】

これは、保持要素の、外部に対し密閉されている領域が、電子部品を受容している電子部品の領域に形成されていることにより、担持体要素内の前記受容部によって達成される。担持体要素の、部分的に繰り抜かれている領域により、保護機能と保持機能との組み合わせが１つの部品内で達成され、このことは機能統合になり、付加的な部品を不必要にさせる。したがって、プリント回路基板上に電子部品を保護するための付加的な部品を必要としない。さらに、付加的なシーリングステップおよび／またはコーティングステップが必要ない。

【0006】

センサ装置の更なる構成では、担持体要素はモータカバーに取り付けてよく、これによって、担持体要素によって保持される検出ユニットはモータカバーに間接的に取り付け可能である。これは、すでに述べた保持と保護との機能統合を保証する。さらに、担持体要素を検出ユニットとともにモータカバーに取り付けることにより、検出ユニットを担持体要素内で保持できて、組み立てステップの回数を低減できる。

【0007】

センサ装置の更なる構成では、担持体要素内の電子部品のための受容部は貫通する開口部の形態で担持体部品内に形成され、貫通する開口部は、一方で検出ユニットによって－特に検出ユニットのプリント回路基板によって－少なくとも部分的に覆われ、他方でモータカバーによってカバー可能である。このような窓構造は、担持要素の製造時に１つの領域が繰り抜かれ、または、たとえば射出成型技術で製造され、または、中実部から押し抜かれることにより、作製が簡単になるので、担持要素内での受容部の簡単な製造を可能にさせる。残っている開口側面は、組付け状態でモータカバーによって覆われる。

【0008】

センサ装置の択一的構成では、受容部は担持体部品内のポケット状の開口部であり、この場合開口側面は検出ユニットによって－特に検出ユニットのプリント回路基板によって－少なくとも部分的に覆われる。これには、受容部の領域での材料ロスが少なくなり、しかもモータカバーの付加的な開口部がないので、保護機能の向上を達成できるという利点がある。

【0009】

更なる構成では、担持体部品は、電気結合を実施するために側部開口部を有している。電気結合により、電子部品と接続板との接触を行うことができる。接続板４は、検出ユニットの信号に基づいたモータ制御を遂行する制御器との接触のために形成されていてよい。

【0010】

有利な構成では、－特に側部の－他の開口部が、電子部品を受容している受容部、すなわち開口部に対しダイレクトに結合している。これは、たとえばフラットケーブルとの簡単な接触を可能にさせる。

【0011】

更なる構成では、センサ装置の接続板はモータカバーに取り付け可能である。その際、担持体要素はモータカバーの第１の平面に、そして接続板はモータカバーの第２の－第１の平面とは異なる－平面に取り付け可能である。第１および第２の平面の間の高さの違いは電気結合部によって簡単に補償できる。したがって、センサ装置はモータの構造的所与条件に最適に適合可能である。

【0012】

更なる構成では、検出ユニットはリング状であり、受容部は半径方向において部分的に検出ユニットの周部に沿って延びている。リング状の検出ユニットは、たとえばモータ軸のような他のモータ部品を中央の開口部で簡単に中央受容するのを可能にさせる。開口部／受容部が周部に沿って部分的に延びているにすぎないならば、残りの担持体要素は残余の個所でより厚い状態のままであり、それによってより安定な状態のままでもあり得る。

【0013】

本発明によれば、さらに、対応するモータカバーと対応するセンサ装置とを上述の構成に従って有しているモータが提供されている。

【0014】

次に、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】モータの横断面図である。

【図2】センサ装置を備えたモータカバーを示す図である。

【図3】センサプリント回路基板と担持体部品とを備えたセンサ装置を示す図である。

【図4】センサプリント回路基板と接続板に対する電気結合部とを備えた担持体部品を示す図である。

【図5】センサプリント回路基板と接続板に対する電気結合部とを備えた担持体部品を示す図である。

【図6】担持体部品とセンサプリント回路基板とをモータのモータカバーに組付けた状態で示した図である。

【図7】担持体部品で電気結合を実施するための側部開口部を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１は駆動モータ１を横断面図で示している。ロータ１２は、軸受１３と１４を用いて支持されている軸１０と結合されている。下部軸受１３は、駆動モータ１のハウジング１５の繰り抜き部内に受容されている。上部軸受１４は、駆動モータ１のエンドシールド１１を周回するように延びている鍔５内に受容されている。軸１０は軸受１３と１４内でその縦軸線１０のまわりに回転可能である。

【0017】

ロータ１２を取り囲んでいるステータ１６により、ロータ１２を回転させることができる。ステータ１６は積層鉄心を含んでいてよく、この場合ステータ歯部には銅が巻き付けられる。その際、ステータ鉄心と銅巻線部との間の電気絶縁を、たとえば端面に取り付けられる２つの絶縁体を用いて保証する必要がある。２つの絶縁体のうちの一方の絶縁体は、ステータコイル間の結線ワイヤーの案内および位置決めを保証することによって、付加機能を持っていてよい。位置決めされたワイヤーは、たとえば圧接接続部と接触させる。

【0018】

ロータ１２は、たとえば、電磁鋼板から成る積層鉄心と、ロータコア内に一体に設けられているロータマグネットとを含んでいる。

【0019】

ターゲット７は、ロータ１２および／または軸１０と一緒に回転するように軸１０および／またはロータ１２と結合されている。ターゲット７の運動は、適当なセンサ３を用いて計測できる。したがってセンサ３を用いると、ターゲット７に基づいてロータ１２の位置決定および／または回転数評価を行うことができる。このとき、ロータ１２の位置決定および／または回転数評価をモータ起動に関連付けることができる。

【0020】

センサ３はターゲット７に対し平行に前方に保持されており、その結果センサ３の感応性センサ面はターゲット７に対向している。測定原理として、誘導性測定原理を適用することができる。その際センサ３は、少なくとも１つの励起コイルと、少なくとも１つの検出コイル、理想的にはロータ角度を一義的に検出するために２つの検出コイルとを含んでいる。励起コイルと検出コイルとは両方ともセンサプリント回路基板３内に一体に設けられている。ターゲット７は、導電性がある領域と、非導電性の領域とを含んでいる。センサ３は、正確に言えばセンサプリント回路基板３は、さらにセンサ部品１７を含み、特にたとえばセンサプリント回路基板３の背面に装着されているセンサＡＳＩＣのような能動性および受動性のセンサ部品を含んでいる。

【0021】

ターゲット７の回転の際、ターゲット７の導電性領域はターゲット７の非導電性領域と交代にセンサ３の感応面をかすめる。これによって検出コイルに可変電圧が誘導され、このことは信号として回転運動を特徴づける。これによって、ステータ１６に相対するロータ１２の位置または回転速度を検出することができる。

【0022】

接続板４は、センサプリント回路基板３と電気結合されている。その際、結合は電気結合部８を介して行うことができ、たとえばフラットリボンケーブル８を介して行うことができる。

【0023】

電気結合部８を介して、センサ電子回路の供給電圧が提供されて供給電流が伝達されるとともに、出力信号が後続の評価ユニット（たとえばＥＣＵ）へ伝達される。出力信号はアナログ信号であってよいが、しかし使用するＡＳＩＣの実施態様によってはデジタル信号であってもよい。

【0024】

接続板４に付設されているプラグユニット１８を用いて、制御器に対する結合要素の接続を行うことができる。

【0025】

接続板４とセンサプリント回路基板３とは、モータの異なる平面内に配置されている。センサプリント回路基板３は、接続板４よりもロータ１２により近く配置されている。また、センサプリント回路基板３は接続板４よりも軸１０により近く配置されている。接続板４もセンサプリント回路基板３も図１ではモータ２のエンドシールド１１に装着されている。その際、接続板４の装着はエンドシールドにダイレクトに行われる。センサプリント回路基板３の装着は、担持体部品２を用いて行われる。

【0026】

担持体部品２はプラスチックから作製されていてよい。プラスチックから成る担持体部品２により、センサプリント回路基板３の取付けの際、電気部品１７のエンドシールド１１との電気接触が行われるのが阻止される。一方では、センサプリント回路基板３の電気部品１７と電気結合部とは担持体部品２によってカバーされていてよく、このようにすると、エンドシールド１１との接触を阻止することができる。他方では、担持体部品２に開口領域があれば、その中で、センサプリント回路基板３の電気部品１７または電気結合部とエンドシールド１１との間に十分な間隔が設けられていてよい。

【0027】

図２は、担持体部品２を取り付けたエンドシールド１１を斜視図で示している。

【0028】

２つの平面ＡとＢが見て取れ、これら平面内に接続板４（平面Ｂ）とセンサプリント回路基板３（平面Ａ）とがエンドシールド１１に位置決めされている。センサプリント回路基板３は、担持体部品２を用いてエンドシールド１１に装着されている。担持体部品２はセンサプリント回路基板３を受容し、これをエンドシールド１１に固定している。

【0029】

電気結合部８は、センサプリント回路基板３と接続板４とを結合させている。センサプリント回路基板３は中央の開口部を有し、その結果軸１０が貫通突出することができる。図２には、軸１０の軸受１４のための受容部として用いられる、周回するように延びる鍔５も見て取れる。

【0030】

図３は、担持体部品２をもう一方の背面側から見て示している。担持体部品２は、貫通する開口部の形態で窓６を有している。この開口部にセンサプリント回路基板３の電子部品１７が受容される。したがって、担持体部品２をセンサプリント回路基板２とともにエンドシールド１１に組み付けた状態では、センサプリント回路基板３の電子部品１７のための受容部６が形成される。この受容部６は、説明しているモータの内部空間内にたとえばエンドシールド１１をモータハウジング１５内に組み付ける際の摩損によってありうる汚染から電子部品１７を保護する。

【0031】

図４は、プリント回路基板３を組み付けた担持体部品２を他の方向から見た図である。センサプリント回路基板３に電気的に連結された接続板４が同様に示されている。担持体部品２は前述したように窓６を有し、窓は、センサプリント回路基板３から延びている電子部品１７を窓６内へ受容させるために十分な拡がりを有している。換言すれば、窓６を取り囲む縁は、電子部品１７の構造高さが窓を越えて延びない程度に十分高い。このため、一方では担持体部品２の全厚さを十分高く設けてよく、他方では電子部品１７が設けられているセンサプリント回路基板３の領域を取り囲む局所的な隆起部が設けられていてよい。また、図４には、接続板４に対する電気接触を行うことができるコンタクトパッド２０が示されている。

【0032】

図５は、択一的な担持体部品２の実施形態をセンサプリント回路基板３との関連で示している。センサプリント回路基板３は、電気結合部８によって接続板４と結合されている。同様に、接続板４が接触可能なプラグ構成要素１６が見て取れる。図３および図４の実施形態とは異なり、担持体部品２の受容部６は一貫的に開口していない。むしろ、担持体部品２の受容部は、同様に電子部品１７を受容することができるポケット６の形態で設けられている。担持体部品２は図５では部分的に図示されているにすぎず、その結果断面図でポケット６が見て取れる。

【0033】

図６は再び図２の一部を拡大したものを示し、ポケット６が電子部品１７の受容部としてここでもはっきりと見て取れる。ターゲット７と、ステータ１６と、ロータ１２は図６に記入していない。

【0034】

図３と図４または図５と図６による両実施形態に共通していることは、担持体部品２を用いてセンサプリント回路基板３の電子部品１７のための受容部が提供されている点である。第１実施形態の電子部品１７は、担持体部品２の複数の部分およびエンドシールド１１によって取り囲まれている。第２実施形態では、電子部品は担持体部品２だけで取り囲まれている。受容部６の両実施形態では、受容部の片側はセンサプリント回路基板３によって画成される。

【0035】

図７には、電気結合部８を電子部品１７の受容部６から突出して案内することができることが示されている。このため、受容部６はスリット状の開口部１９を有していてよく、このスリット状の開口部を貫通して電気結合部８がセンサプリント回路基板３を起点として接続板へ達する。すなわち図４と比較して、電気結合部８の接続は、電子部品１７も組付けられている領域でダイレクトに行うことができ、他方図４では、電気結合部８の接続部は半径方向にずらして受容部６から離して設けられており、センサプリント回路基板３内に受容されている電子部品へ案内される。回路技術的には、平形導線の短い電気結合部をセンサ電子回路のほうへ突き出すのが有利なことがあり、このことは担持体部品２の受容部６の領域で電気結合部８を外側へ誘導することによって保証されている。開口部１９は次のような大きさで設けられていてよく、すなわち電気結合部８をして、つまりたとえばフラットリボンケーブル８をして、開口部１９を形状拘束的に貫通して案内できるような大きさで設けられていてよい。その際、電気結合部８との形状拘束は、担持体部品２およびセンサプリント回路基板３によっても共同で生成させることができる。したがって、開口部の領域での外乱粒子の侵入を少なくとも十分に回避することができる。

【符号の説明】

【0036】

１ 駆動モータ
２ 担持体部品（担持体要素）
３ センサプリント回路基板（検出ユニット）
４ 接続板
６ 受容部
８ 電気結合部
１１ エンドシールド（モータカバー）
１７ 電子部品
１９ 開口部
Ａ 平面
Ｂ 平面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】