JP5718081B2 - 磁気センサユニットおよびエンコーダ付きモータ - Google Patents

Description

本発明は、磁気センサユニット、および磁気センサユニットを備えたエンコーダ付きモータに関するものである。

モータでは、モータ軸線方向に延在する筒状のモータハウジングの内側に筒状のステータが固定され、かかるステータの内側に、回転出力軸を備えたロータが回転可能に配置されている。また、回転出力軸の回転数や角度位置等を検出するエンコーダをモータ本体に取り付けてエンコーダ付きモータを構成するにあたっては、回転出力軸の端部にセンサマグネットを取り付ける一方、センサ基板の一方の基板面に感磁素子を実装した磁気センサユニットを、センサマグネットと感磁素子とがモータ軸線方向で対向するように配置される。

かかる構成のロータリエンコーダにおいて、感磁素子が磁気ノイズの影響を受けると、検出エラーが発生する。このため、キャップ状の磁気シールド部材の内側において、磁気シールド部材の底板部に円形のセンサ基板を重ねて配置した構成が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１０−１３９３５１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成のように、キャップ状の磁気シールド部材の内側において、磁気シールド部材の底板部に円形のセンサ基板を重ねて配置した構成では、センサ基板を円形に加工する際や、磁気シールド部材にセンサ基板を固定する際に多大な手間がかかるという問題点がある。また、磁気シールド部材の円筒部がセンサ基板の周りを囲む構成では、磁気シールド部材と感磁素子とが離間しているため、磁気シールド効果が低いという問題点もある。

また、感磁素子は、センサマグネットからの磁界変化をアナログ信号に変換するため、感磁素子が電気ノイズを受けると、アナログ信号の波形が歪んでしまい、検出エラーが発生するが、特許文献１に記載の磁気シールド部材では、かかる電気ノイズの影響を阻止することができないという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、簡素な構成で感磁素子近傍で磁気的なシールドおよび電気的なシールドを行うことのできる磁気センサユニット、および磁気センサユニットを備えたエンコーダ付きモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る磁気センサユニットは、感磁素子と、該感磁素子が一方の基板面に実装されたセンサ基板と、前記感磁素子を径方向外側で囲むように前記センサ基板の前記一方の基板面に重ねて固定された磁性金属部品からなる筒状シールド部材と、前記センサ基板に形成されている導電パターンと前記筒状シールド部材とを導通させる導通部材と、を有し、前記筒状シールド部材は、前記感磁素子を径方向外側で囲む筒状部と、該筒状部から前記センサ基板が位置する側に向けて突出した突部と、を備え、前記センサ基板は、両面基板であって、前記突部が嵌る穴を備え、前記突部は、前記穴を貫通して前記センサ基板の他方の基板面から突出し、前記導通部材は、前記センサ基板の前記他方の基板面の側で前記突部と前記導電パターンとを導通させているとともに、前記センサ基板に前記筒状シールド部材を固定し、前記センサ基板の前記一方の基板面において前記筒状シールド部材と重なる領域には絶縁性印刷層が設けられていることを特徴とする。

本発明に係る磁気センサユニットにおいて、センサ基板では、感磁素子を径方向外側で囲むように筒状シールド部材が基板面に重ねて固定されているため、キャップ状の磁気シールド部材の内側において、磁気シールド部材の底板部にセンサ基板を重ねて配置した構成と違って、磁気シールド部材とセンサ基板との固定等に多大な手間を必要としない。また、筒状シールド部材は、感磁素子と同様、センサ基板の一方の基板面に重ねて固定されているため、センサ基板のサイズにかかわらず、感磁素子の近傍で磁気的なシールドを行うことができる。また、筒状シールド部材は、センサ基板の一方の基板面に重ねて固定されているため、センサ基板に形成されている導電パターンと筒状シールド部材とを容易に電気的に導通させることができる。それ故、簡素な構成で感磁素子近傍での電気的なシールドを容易に行うことができる。

また、本発明は、ステータ、ロータおよびモータハウジングを備えたモータ本体と、モータ軸線方向の反出力端部で前記ロータの回転検出を行う磁気センサユニットと、を有す
るエンコーダ付きモータにおいて、前記磁気センサユニットは、感磁素子と、モータ軸線方向の出力側に向く一方の基板面に前記感磁素子が実装されたセンサ基板と、前記感磁素子を径方向外側で囲むように前記センサ基板の前記一方の基板面に重ねて固定された磁性金属部品からなる筒状シールド部材と、前記センサ基板に形成されている導電パターンと前記筒状シールド部材とを導通させる導通部材と、を有し、前記ロータにおいて回転出力軸の反出力側端部に設けられたセンサマグネットと、前記感磁素子とは、前記筒状シールド部材の内側においてモータ軸線方向で対向し、前記筒状シールド部材は、前記感磁素子を径方向外側で囲む筒状部と、該筒状部から前記センサ基板が位置する側に向けて突出した突部と、を備え、前記センサ基板は、両面基板であって、前記突部が嵌る穴を備え、前記突部は、前記穴を貫通して前記センサ基板においてモータ軸線方向の反出力側に向く他方の基板面から突出し、前記導通部材は、前記センサ基板の前記他方の基板面の側で前記突部と前記導電パターンとを導通させているとともに、前記センサ基板に前記筒状シールド部材を固定し、前記センサ基板の前記一方の基板面において前記筒状シールド部材と重なる領域には絶縁性印刷層が設けられていることを特徴とする。

本発明に係るエンコーダ付きモータにおいて、センサ基板では、感磁素子を径方向外側で囲むように筒状シールド部材が基板面に重ねて固定されているため、キャップ状の磁気シールド部材の内側において、磁気シールド部材の底板部にセンサ基板を重ねて配置した構成と違って、磁気シールド部材とセンサ基板との固定等に多大な手間を必要としない。また、筒状シールド部材は、感磁素子と同様、センサ基板の一方の基板面に重ねて固定されているため、センサ基板のサイズにかかわらず、感磁素子の近傍で磁気的なシールドを行うことができる。また、筒状シールド部材は、センサ基板の一方の基板面に重ねて固定されているため、センサ基板に形成されている導電パターンと筒状シールド部材とを容易に電気的に導通させることができる。それ故、簡素な構成で感磁素子近傍での電気的なシールドを容易に行うことができる。

また、本発明に係るセンサユニットおよびエンコーダ付きモータにおいて、前記筒状シールド部材は、前記感磁素子を径方向外側で囲む筒状部と、該筒状部から前記センサ基板が位置する側に向けて突出した突部と、を備え、前記センサ基板は、前記突部が嵌る穴を備えている。このため、筒状シールド部材の突部と、センサ基板の穴との嵌め合いによって、センサ基板の所定位置に筒状シールド部材を位置決めすることができる。従って、センサ基板の他の導電パターンと短絡するような位置に筒状シールド部材が誤って配置されることがない。

また、本発明に係るセンサユニットおよびエンコーダ付きモータにおいて、前記突部は、前記穴を貫通して前記センサ基板の他方の基板面から突出し、前記導通部材は、前記センサ基板の前記他方の基板面の側で前記突部と前記導電パターンとを導通させているとともに、前記センサ基板に前記筒状シールド部材を固定している。このため、導通部材によって、センサ基板の導電パターンと筒状シールド部材との電気的な接続、およびセンサ基板の導電パターンと筒状シールド部材との機械的な固定の双方を行うことができる。また前記センサ基板の前記一方の基板面において前記筒状シールド部材と重なる領域には絶縁性印刷層が設けられている。このため、センサ基板に筒状シールド部材を重ねて固定しても、センサ基板の他の導電パターンと筒状シールド部材とが導通することを絶縁性印刷層によって防止することができる。

本発明に係るセンサユニットおよびエンコーダ付きモータにおいて、前記導通部材は、ハンダであることが好ましい。かかる構成によれば、ハンダ（導通部材）によって、センサ基板の導電パターンと筒状シールド部材との電気的な接続、およびセンサ基板の導電パターンと筒状シールド部材との機械的な固定の双方を確実に行うことができる。

本発明に係るセンサユニットおよびエンコーダ付きモータにおいて、前記センサ基板の前記一方の基板面において前記筒状シールド部材と重なる領域には絶縁性印刷層が設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、センサ基板に筒状シールド部材を重ねて固定しても、センサ基板の他の導電パターンと筒状シールド部材とが導通することを絶縁性印刷層によって防止することができる。

本発明に係るエンコーダ付きモータにおいて、前記磁気センサユニットを前記モータハウジングに固定する基板ホルダを有し、当該基板ホルダは、前記モータハウジングに連結された連結部と、前記センサ基板が取り付けられた基板固定部と、前記筒状シールド部材の外径寸法より大なる内径寸法をもって前記基板固定部から前記出力側に向けて前記回転出力軸と同軸状に突出した円筒部と、を備え、前記筒状シールド部材は円筒状であり、前記円筒部の内側に前記筒状シールド部材が同軸状に嵌っていることが好ましい。かかる構成によれば、基板ホルダを基準に筒状シールド部材が位置決めされるので、感磁素子とセンサマグネットの位置精度が高いという利点がある。

この場合、前記基板ホルダは導電性であり、前記筒状シールド部材の外周面は、前記円筒部の内周面に接していることが好ましい。かかる構成によれば、筒状シールド部材と基板ホルダが導通しているので、基板ホルダにも筒状シールド部材によってシールド電位を印加することができる。それ故、電気ノイズに対するシールド効果を向上することができる。

本発明に係るセンサユニットおよびエンコーダ付きモータにおいて、センサ基板では、感磁素子を径方向外側で囲むように筒状シールド部材が基板面に重ねて固定されているため、キャップ状の磁気シールド部材の内側において、磁気シールド部材の底板部にセンサ基板を重ねて配置した構成と違って、磁気シールド部材とセンサ基板との固定等に多大な手間を必要としない。また、筒状シールド部材は、感磁素子と同様、センサ基板の一方の基板面に重ねて固定されているため、センサ基板のサイズにかかわらず、感磁素子の近傍で磁気的なシールドを行うことができる。また、筒状シールド部材は、センサ基板の一方の基板面に重ねて固定されているため、センサ基板に形成されている導電パターンと筒状シールド部材とを容易に電気的に導通させることができる。それ故、簡素な構成で感磁素子近傍での電気的なシールドを容易に行うことができる。

本発明を適用したモータの外観を示す説明図である。 本発明を適用したモータからカバーを外した状態を示す説明図である。 本発明を適用したモータの内部構造等を示す説明図である。 本発明を適用したモータに構成したエンコーダ周辺を拡大して示す断面図である。 本発明を適用したモータに構成したエンコーダの原理等を示す説明図である。 本発明を適用したモータのエンコーダに用いた磁気センサユニットの説明図である。 図６に示す磁気センサユニットに用いたセンサ基板の説明図である。 図６に示す磁気センサユニットに用いた筒状シールド部材の説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、エンコーダ付きモータを「モータ」という。また、以下の説明では、モータ軸線方向のうち、回転出力軸が突出している側を出力側とし、回転出力軸が突出している側とは反対側を反出力側とする。また、モータ軸線については「Ｌ」で示し、モータ軸線方向の反出力側を「Ｌ１」で示し、モータ軸線方向の出力側を「Ｌ２」で示してある。

（モータの全体構成）
図１は、本発明を適用したモータの外観を示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）はモータの側面図、およびモータを反出力側からみた背面図である。図２は、本発明を適用したモータからカバーを外した状態を示す説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）はモータからカバーを外した状態の側面図、およびからカバーを外した状態を反出力側からみた背面図である。図３は、本発明を適用したモータの内部構造等を示す説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はモータからセンサ基板および基板ホルダを外した状態の断面図、モータからセンサ基板および基板ホルダを外した状態の反出力側からみた背面図、センサ基板を基板ホルダに固定した状態の側面図、センサ基板を基板ホルダに固定した状態を反出力側からみた背面図、基板ホルダの断面図、および基板ホルダを反出力側からみた背面図である。

図１、図２および図３（ａ）、（ｂ）において、本形態のモータ１は、比較的出力トルクの大きい永久磁石同期電動機からなるモータ本体２と、後述するエンコーダ５とを備えている。モータ本体２は、モータ軸線Ｌ方向に延在する筒状のモータハウジング１０と、モータハウジング１０の内側に固定された筒状のステータ２０と、ステータ２０の内側に回転可能に配置された回転出力軸３１を備えたロータ３０とを有している。

モータハウジング１０は、ステータ２０が内側に嵌められた筒状ケース１１と、筒状ケース１１に対して反出力側Ｌ１で隣接する位置で筒状ケース１１に連結された第１軸受ホルダ１２と、筒状ケース１１に対して出力側Ｌ２で隣接する位置で筒状ケース１１に連結された第２軸受ホルダ１３とを備えており、筒状ケース１１の両端開口は、第１軸受ホルダ１２および第２軸受ホルダ１３で概ね塞がれた構造になっている。また、モータハウジング１０には、反出力側Ｌ１の端部を覆うように有底筒状のカバー１９がネジ９７により取り付けられている。

本形態において、筒状ケース１１および第１軸受ホルダ１２は、鉄系金属製の板材を所定形状に加工してなる。筒状ケース１１は、両端で開口する円筒部１１１と、円筒部１１１の反出力側Ｌ１の端部で径方向外側に折れ曲がった連結板部１１２と、円筒部１１１の出力側Ｌ２の端部で径方向外側に折れ曲がった連結板部１１３（図３（ｂ）参照）とを備えており、円筒部１１１は、出力側Ｌ２で円筒状のまま開口している。

第１軸受ホルダ１２は、筒状ケース１１の連結板部１１２に反出力側Ｌ１で重なってネジ９１により止められた環状端板部１２１と、環状端板部１２１の内周縁から出力側Ｌ２に向けて突出した円筒部１２２と、円筒部１２２の先端部から径方向内側に屈曲した環状底板部１２３とを備えており、円筒部１２２の内側において、円筒部１２２と環状底板部１２３とにより形成された環状段部にボールベアリングからなる第１軸受４１の外輪４１１が保持されている。

第２軸受ホルダ１３は、アルミニウム系金属やマグネシウム系金属等、筒状ケース１１に用いた鉄系金属より熱伝導率が高い金属材料からなり、本形態において、第２軸受ホルダ１３は、アルミニウム系金属の成型品からなる。このため、第２軸受ホルダ１３は、筒状ケース１１および第１軸受ホルダ１２よりも肉厚である。かかる第２軸受ホルダ１３は、略四角形のフランジ部１３１と、フランジ部１３１の径方向外側部分から反出力側Ｌ１に向けて突出した外側筒部１３２（筒部）と、フランジ部１３１の径方向内側部分から反出力側Ｌ１に向けて突出した内側筒部１３３とを備えており、フランジ部１３１から外側筒部１３２に跨って形成された肉厚部分が筒状ケース１１の連結板部１１３と重なってネジ９２により止められている。この状態で、外側筒部１３２の反出力側Ｌ１の端部と筒状ケース１１の出力側Ｌ２の端部とが当接し、モータハウジング１０の側面部が形成されている。また、外側筒部１３２の内周形状は、筒状ケース１１の内周形状と同一寸法の円形状になっている。

かかる第２軸受ホルダ１３において、内側筒部１３３の内側には、ボールベアリングからなる第２軸受４２の外輪４２１が保持されている。また、第２軸受ホルダ１３において、フランジ部１３１の中央部分では、出力側Ｌ２の端面から反出力側Ｌ１に向けて凹んだ凹部が形成されており、かかる凹部の底板部１３４には、回転出力軸３１を出力側Ｌ２に向けて突出させる開口部が形成されている。

このように構成したモータハウジング１０において、筒状ケース１１の反出力側Ｌ１の端部には、周方向の１個所に切欠き１１６が形成されており、かかる切欠き１１６によって、筒状ケース１１と第１軸受ホルダ１２との間には隙間が形成され、かかる隙間によって、後述する給電線２５をモータハウジング１０の外部に引き出すための挿通部１７が形成されている。本形態では、挿通部１７には給電線２５を固定するためのゴム製のブシュ２９が装着され、かかるブシュ２９によって給電線２５が固定されている。また、第１軸受ホルダ１２には、挿通部１７が位置する部分で径方向外側に突出した突出部１２７が形成されており、かかる突出部１２７は、筒状ケース１１の外周面に沿って所定の寸法、出力側Ｌ２に向けて延在している。ここで、突出部１２７と筒状ケース１１との間には、挿通部１７に繋がる隙間１８が空いている。従って、給電線２５において、ブシュ２９で固定されている箇所より先端側は、突出部１２７と筒状ケース１１との隙間１８においてモータハウジング１０の外周面に沿って出力側Ｌ２に向けて延在した後、モータハウジング１０の外部に引き出されている。

なお、第１軸受ホルダ１２には、突出部１２７に対して周方向で隣り合う位置にも突出部１２６が形成されており、かかる突出部１２６と重なる位置からは、図１（ｂ）に示すグランド線８１が引き出されている。

（ステータの構成）
ステータ２０は円環状のステータコア２１を備えており、ステータコア２１は、外周面がモータハウジング１０の内周面に当接した状態で固定されている。ステータコア２１は、半径方向内側に突出する複数の突極を周方向において等角度間隔に備えており、かかる突極には絶縁部材２２を介して駆動コイル２３が巻回されている。ここで、ステータコア２１は、複数の分割コアを環状に配列してなり、複数の分割コアの各々に突極が形成されている。分割コアは、薄板状の磁性鋼板が型抜きされた同一形状の板材を積層し、ダボかしめ等により接合することにより形成されている。

かかるステータコア２１は、分割コアの状態で駆動コイル２３を巻回した後、加熱した筒状ケース１１の内側に装着される焼き嵌めによって筒状ケース１１の内側に固定される。その際、ステータ２０は、出力側Ｌ２から筒状ケース１１の内側に挿入される。本形態では、ステータコア２１の長さ寸法（モータ軸線Ｌ方向における寸法）は、筒状ケース１１の長さ寸法（モータ軸線Ｌ方向における寸法）より大である。従って、ステータ２０を筒状ケース１１の内側に固定した後、第２軸受ホルダ１３を筒状ケース１１に連結すると、ステータ２０（ステータコア２１）の外周面のうち、出力側Ｌ２に位置する部分は、第２軸受ホルダ１３の外側筒部１３２の内周面に接することになる。

駆動コイル２３は、巻線の巻始めと巻終わりの両端末がステータコア２１の反出力側Ｌ１の端部に配置され、本形態において、両端末は、ステータコア２１の反出力の端部に配置された配線基板２６に接続されている。かかる配線基板２６には、回転出力軸３１が貫通する開口部が形成されている。配線基板２６には給電線２５が接続されており、給電線２５は、モータハウジング１０の外部に引き出された自由端部分の先端部にコネクタ２５０が接続されている。従って、ステータ２０の駆動コイル２３に対しては、コネクタ２５０、給電線２５および配線基板２６を介して外部から電力を供給可能である。

なお、配線基板２６と第１軸受ホルダ１２の環状底板部１２３との間には絶縁スペーサ２７が挿入されている。このため、第１軸受ホルダ１２を金属材料から構成した場合でも、第１軸受ホルダ１２と配線基板２６のパターンとが短絡することがない。

（ロータ３０の構成）
ロータ３０は、モータ軸線Ｌ方向に延在する回転出力軸３１と、回転出力軸３１の外周に固着された永久磁石からなるロータマグネット３２とを備えている。本形態において、ロータマグネット３２の外周側に保護テープ３９が巻回されている。回転出力軸３１は、ロータマグネット３２が固着されている部分が最も大径であり、かかる大径部分３１０より出力側Ｌ２は、複数個所の段部によって段階的に小径になっている。本形態では、大径部分３１０に隣接する小径部分３１１に第２軸受４２の内輪４２２が装着されている。

また、回転出力軸３１は、大径部分３１０より反出力側Ｌ１でも複数個所の段部によって段階的に小径になっている。本形態において、回転出力軸３１は、大径部分３１０より反出力側Ｌ１に３個所の段部によって、大径部分３１０より細径の中径部分３１６、中径部分３１６より細径の小径部分３１７、および小径部分３１７より細径の最小径部分３１８がこの順に形成されており、小径部分３１７には第１軸受４１の内輪４１２が装着されている。なお、小径部分３１７には周溝３１９が形成されており、かかる周溝３１９に止められた止め輪３８によって第１軸受４１の内輪４１２が回転出力軸３１に固定されている。

（磁気式のエンコーダの概略構成）
図４は、本発明を適用したモータ１に構成したエンコーダ５周辺を拡大して示す断面図である。図５は、本発明を適用したモータ１に構成したエンコーダ５の原理等を示す説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はエンコーダ５の構成を示す説明図、エンコーダ５に用いた磁気抵抗素子５２１からの出力信号の説明図、および磁気抵抗素子５２１からの出力信号に基づいて回転出力軸３１の角度位置を求める方法を示す説明図である。

図３および図４に示すように、回転出力軸３１の反出力側Ｌ１の端部には、ロータ３０の回転数や回転角度を監視する磁気式のエンコーダ５が構成されており、かかるエンコーダ５は、回転出力軸３１に固定されたセンサマグネット５１と、磁気抵抗素子５２１等の感磁素子５２を備えた磁気センサユニット５０とを備えている。

より具体的には、エンコーダ５では、図４に示すように、回転出力軸３１の反出力側Ｌ１の端部には永久磁石からなるセンサマグネット５１が固定されており、磁気センサユニット５０は、センサマグネット５１に対して反出力側Ｌ１で対向する感磁素子５２と、感磁素子５２が一方側の基板面５５ａに実装されたセンサ基板５５とを備えている。本形態において、センサマグネット５１は、回転出力軸３１の反出力側Ｌ１の端面３３に形成された凹部３３０に部分的に嵌った状態で接着剤等により固定された円盤状の永久磁石からなり、回転出力軸３１の最小径部分３１８よりもわずかに小径である。

図５（ａ）に示すように、センサマグネット５１には周方向にＮ極とＳ極が１極ずつ形成されている。本形態では、感磁素子５２として、モータ軸線Ｌ方向においてセンサマグネット５１の中心と対向するように配置された磁気抵抗素子５２１が用いられている。かかる磁気抵抗素子５２１は、センサマグネット５１の位相に対して、互いに９０°の位相差を有するＡ相（SIN）の磁気抵抗パターンとＢ相（COS）の磁気抵抗パターンとを備えている。より具体的には、磁気抵抗素子５２１において、Ａ相の磁気抵抗パターンは、１８０°の位相差をもってセンサマグネット５１の回転検出を行う＋ａ相（SIN+）の磁気抵抗パターン、および−ａ相（SIN-）の磁気抵抗パターンを備えており、Ｂ相の磁気抵抗パターンは、１８０°の位相差をもってセンサマグネット５１の回転検出を行う＋ｂ相（COS+）の磁気抵抗パターン、および−ｂ相（COS-）の磁気抵抗パターンを備えている。また、本形態では、エンコーダ５にアブソリュート動作を行わせることを目的に、感磁素子５２として、磁気抵抗素子５２１の他に、センサマグネット５１の中心からずれた位置でセンサマグネット５１と対向する２つのホール素子５２２、５２３が用いられる。かかるホール素子５２２、５２３は、センサマグネット５１の中心からみて互いに９０°ずれた位置に配置される。

再び図４において、本形態において、回転出力軸３１に対して反出力側Ｌ１には、センサマグネット５１に反出力側Ｌ１で対向するセンサ基板５５が配置されている。かかるセンサ基板５５において、出力側Ｌ２に向く一方側の基板面５５ａには、上記した感磁素子５２（磁気抵抗素子５２１およびホール素子５２２、５２３）が実装されており、感磁素子５２は、センサ基板５５から出力側Ｌ２に向けて突出している。また、センサ基板５５の反出力側Ｌ１の面には、コネクタ５６や、半導体装置等の電子部品（図示せず）が実装されている。

本形態では、センサ基板５５を配置するにあたって基板ホルダ６０が用いられている。基板ホルダ６０は、モータハウジング１０の端部にネジ９３（図２（ｂ）参照）により固定された環状連結部６１（連結部）と、環状連結部６１の内周縁から反出力側Ｌ１に突出した外側筒部６２と、外側筒部６２の先端部から径方内側に屈曲した環状底板部６３（基板固定部）と、環状底板部６３の内周縁から出力側Ｌ２に向けて突出した内側筒部６４（円筒部）とを備えており、環状底板部６３の反出力側Ｌ１の面にセンサ基板５５が固定されている。より具体的には、センサ基板５５において、基板ホルダ６０の環状底板部６３の穴６３０と重なる位置にはネジ９４が止められ、かかるネジ９４によって、センサ基板５５と基板ホルダ６０とが固定されている。本形態では、２か所に止められたネジ９４によって、センサ基板５５と基板ホルダ６０とが固定されている。

なお、環状連結部６１は、周方向において等角度間隔の３か所に外側に向けて突出した突出部６１１を備えており、かかる突出部６１１には穴６１９が形成されている。また、第１軸受ホルダ１２の環状端板部１２１には、穴６１９と重なる位置に穴１２９が形成されており、穴６１９、１２９を利用して、基板ホルダ６０と、モータハウジング１０の反出力側Ｌ１の端部を構成する第１軸受ホルダ１２とがネジ９３により固定されている。なお、３つのネジ９３のうちの一つは、グランド線８１と基板ホルダ６０とを接続するのに利用されている。

かかる構成の基板ホルダ６０において、内側筒部６４の内側は開口部６６になっているため、センサ基板５５に実装されている感磁素子５２は、基板ホルダ６０を介さずに直接、センサマグネット５１にモータ軸線Ｌ方向で対向することになる。また、内側筒部６４の内側では、回転出力軸３１に固着されているセンサマグネット５１、および感磁素子５２が位置しており、センサマグネット５１と感磁素子５２とは、内側筒部６４の内側でモータ軸線Ｌ方向で対向している。

また、センサ基板５５に実装された電子部品は、図５（ａ）を参照して後述する回転検出回路を構成しており、かかる回転検出回路からの信号出力は、センサ基板５５に接続されたセンサ出力線５８を介して行われる。ここで、センサ出力線５８は、筒状ケース１１と第１軸受ホルダ１２との間に端部が固定されたブシュ５９（図２参照）によってモータハウジング１０に固定されており、ブシュ５９は、給電線２５に対するブシュ２９と周方向の同一角度方向に位置する。また、センサ出力線５８は、ブシュ５９による固定箇所より先端側が、給電線２５と周方向の同一角度方向でモータハウジング１０の外周面に沿ってモータ軸線Ｌ方向の出力側Ｌ２に向けて延在し、かかる延在部分は、給電線２５とともに結束帯等の止め具２８によって第１軸受ホルダ１２の突出部１２７に固定されている。また、センサ出力線５８は、止め具２８による固定箇所より先端側は、給電線２５に沿って延在する自由端になっており、その先端側にはコネクタ５８０が接続されている。このようにして、給電線２５およびセンサ出力線５８は、周方向の同一角度方向でモータハウジング１０の外周面に沿って出力側Ｌ２に向けて延在している部分がモータハウジング１０に固定されている。

（エンコーダ５の動作）
図５（ａ）に示すように、本形態のエンコーダ５は、センサマグネット５１と感磁素子５２とによって磁気式のロータリーエンコーダとして構成されており、センサマグネット５１は、感磁素子５２と対向する面にＳ極とＮ極が一対、周方向で着磁されている。また、センサ基板５５に実装された電子部品は、感磁素子５２から出力される信号に対する一対の増幅回路５６１、５６２、５６６、５６７、増幅回路５６１、５６２から出力される正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓに補間処理や各種演算処理を行うＣＰＵからなる演算回路５６３、および出力インターフェース５６４等を構成している。

かかるエンコーダ５では、回転出力軸３１およびセンサマグネット５１が１回転すると、磁気抵抗素子５２１からは、図５（ｂ）に示す正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓが２周期分、出力される。従って、正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓを増幅回路５６１、５６２により増幅した後、演算回路５６３において、図５（ｃ）に示すように、正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓからθ＝ｔａｎ^-1（ｓｉｎ／ｃｏｓ）を求めれば、回転出力軸３１の角度位置θが分かる。また、本形態のように、感磁素子５２として、センサマグネット５１の中心からみて９０°ずれた位置にホール素子５２２、５２３を配置すれば、増幅回路５６６、５６７を介して得られた信号により、現在位置が正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓのいずれの区間に位置するかを検出することができる。このため、エンコーダ５にアブソリュート動作を行わせることができる。また、ホール素子５２２、５２３を省略しても、エンコーダ５は、インクリメンタル動作を行うことが可能である。

（磁気センサユニット５０の詳細構成）
図６は、本発明を適用したモータ１のエンコーダ５に用いた磁気センサユニット５０の説明図であり、図６（ａ）〜（ｇ）は、出力側Ｌ２からみた斜視図、反出力側Ｌ１からみた斜視図、出力側Ｌ２からみた正面図、反出力側Ｌ１からみた背面図、側面図、正面図、突部を通る位置で切断したときの断面図である。図７は、図６に示す磁気センサユニット５０に用いたセンサ基板５５の説明図であり、図７（ａ）〜（ｃ）は、出力側Ｌ２からみた正面図、反出力側Ｌ１からみた背面図、および側面図である。図８は、図６に示す磁気センサユニット５０に用いた筒状シールド部材の説明図であり、図８（ａ）〜（ｄ）は、反出力側Ｌ１からみた斜視図、反出力側Ｌ１からみた背面図、正面図、および突部を通る位置で切断したときの断面図である。

本形態のモータ１において、エンコーダ５に用いた磁気センサユニット５０は、図６に示すように、感磁素子５２が出力側Ｌ２に向く一方の基板面５５ａに実装されたセンサ基板５５と、感磁素子５２を径方向外側で囲むようにセンサ基板５５の一方の基板面５５ａに重ねて固定された磁性金属部品からなる筒状シールド部材５７と、センサ基板５５に形成されているシールド用の導電パターン５５ｅと筒状シールド部材５７とを導通させる導通部材５４（図６（ｇ）参照）とを有している。

より具体的には、図６および図７に示すように、センサ基板５５は、矩形形状のガラス−エポキシ基板等の剛性基板であり、両面に導電パターンが形成された両面基板である。かかるセンサ基板５５において、反出力側Ｌ１に向く他方の基板面５５ｂには、コネクタ５６や、図５（ａ）を参照して説明した増幅回路５６６、５６７を構成する電子部品（図示せず）が実装されている。また、センサ基板５５において、対角の２か所には貫通穴５５ｓが形成されており、かかる貫通穴５５ｓは、図２等に示すネジ９４によってセンサ基板５５を基板ホルダ６０に固定するための穴である。

センサ基板５５には貫通穴からなる穴５５ｇが形成されており、本形態において、穴５５ｇは、磁気抵抗素子５２１を中心とする仮想円上に３つ等角度間隔に形成されている。また、センサ基板５５の基板面５５ｂには、穴５５ｇの周りにシールド用の導電パターン５５ｅがランド状に形成されており、かかる導電パターン５５ｅは、配線パターン５５ｆおよびコネクタ５６を介してシールド電位（グランド電位）が印加されるようになっている。かかる穴５５ｇおよび導電パターン５５ｅは、以下に説明するように、筒状シールド部材５７の固定および筒状シールド部材５７へのシールド電位の印加に用いられる。本形態において、筒状シールド部材５７は円筒状である。

より具体的には、図６および図８に示すように、筒状シールド部材５７は、ＳＰＣＥやＳＰＣＣ材等の磁性金属の焼結部品やプレス加工品からなり、感磁素子５２を径方向外側で囲む円筒状の筒状部５７１と、筒状部５７１からセンサ基板５５が位置する側に向けて突出した突部５７２とを備えている。本形態において、突部５７２は、筒状部５７１の肉厚寸法と同一の外形寸法を有しており、筒状部５７１の反出力側Ｌ１の端面から反出力側Ｌ１に向けて３つが突出している。本形態において、筒状部５７１の肉厚寸法、および突部５７２の外径寸法は１ｍｍであり、突部５７２の長さ寸法は２．５ｍｍである。ここで、３つの突部５７２は、磁気抵抗素子５２１を中心とする仮想円上に等角度間隔に形成されており、センサ基板５５の穴５５ｇに１対１で重なる位置に形成されている。従って、本形態では、筒状シールド部材５７をセンサ基板５５の基板面５５ａに固定する際、突部５７２を穴５５ｇに貫通させてセンサ基板５５の基板面５５ｂから突出させ、突部５７２においてセンサ基板５５の基板面５５ｂから突出している部分を導電パターン５５ｅに対してハンダからなる導通部材５４（図６（ｇ）参照）によって固定している。このため、導通部材５４（ハンダ）は、センサ基板５５の導電パターン５５ｅと筒状シールド部材５７とを電気的に接続して筒状シールド部材５７にシールド電位（グランド電位）を印加する機能と、センサ基板５５と筒状シールド部材５７とを機械的に固定する機能とを担っている。図６（ｇ）に示すように、本形態において、導通部材５４（ハンダ）は、センサ基板５５の導電パターン５５ｅから突部５７２の外周面に沿ってブリッジ状に広がっている。

ここで、突部５７２の外周面と穴５５ｇの内周面との間には十分なクリアランスが設けられている。従って、治具等によって磁気抵抗素子５２１を中心に筒状シールド部材５７の位置決めする際、突部５７２と穴５５ｇとの間のクリアランスを利用して筒状シールド部材５７を磁気抵抗素子５２１に対して同心状に配置することができる。それ故、後述するように、筒状シールド部材５７を基準に磁気センサユニット５０を配置すれば、センサマグネット５１の回転中心位置にモータ軸線Ｌ方向で重なる位置に磁気抵抗素子５２１が配置することができる。

また、本形態では、センサ基板５５の基板面５５ａにおいて筒状シールド部材５７と重なる領域には、厚さが１ｍｍ程度の絶縁性印刷層５５ｔ（図６（ａ）、（ｃ）にグレーで表示された領域）が形成されている。本形態において、絶縁性印刷層５５ｔは、コネクタ５６の実装領域と重なる領域と、感磁素子５２が実装されている領域を含む円形領域とを除く略全面に形成されている。

このように構成した磁気センサユニット５０を用いて、図２および図３に示すモータ本体２にエンコーダ５を付加するには、ネジ９４によってセンサ基板５５を基板ホルダ６０に固定した後、基板ホルダ６０をモータハウジング１０の一部としての第１軸受ホルダ１２にネジ９３によって固定する。なお、センサ基板５５を基板ホルダ６０に固定する際、筒状シールド部材５７の円筒状の筒状部５７１が基板ホルダ６０の内側筒部６４（円筒部）の内側に嵌まるように、基板ホルダ６０に対するセンサ基板５５の位置を調整する。この状態で、筒状シールド部材５７の円筒状の筒状部５７１の外周面は、基板ホルダ６０の内側筒部６４の内周面に全周にわたって接することになる。従って、基板ホルダ６０の内側筒部６４および筒状シールド部材５７を基準にセンサ基板５５が位置決めされるので、センサマグネット５１の回転中心位置にモータ軸線Ｌ方向で重なる位置に磁気抵抗素子５２１が配置されることになる。また、筒状シールド部材５７の外周面が基板ホルダ６０の内側筒部６４の内周面に接しているので、基板ホルダ６０にも筒状シールド部材５７によってシールド電位を印加することができる。それ故、電気ノイズに対するシールド効果を向上することができる。また、基板ホルダ６０についても、筒状シールド部材５７と同様、ＳＰＣＥやＳＰＣＣ材等の磁性金属により構成すれば、基板ホルダ６０も、筒状シールド部材５７と同様に磁気ノイズに対するシールド効果を発揮するので、磁気ノイズに対するシールド効果を向上することができる。

なお、基板ホルダ６０を第１軸受ホルダ１２にネジ９３によって固定した後、ネジ９４によってセンサ基板５５を基板ホルダ６０に固定してもよい。この場合も、センサ基板５５を基板ホルダ６０に固定する際、筒状シールド部材５７の円筒状の筒状部５７１が基板ホルダ６０の内側筒部６４（円筒部）の内側に嵌まるように、基板ホルダ６０に対するセンサ基板５５の位置を調整する。従って、基板ホルダ６０の内側筒部６４および筒状シールド部材５７を基準にセンサ基板５５が位置決めされるので、センサマグネット５１の回転中心位置にモータ軸線Ｌ方向で重なる位置に磁気抵抗素子５２１が配置されることになる。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態のモータ１では、回転出力軸３１の反出力側Ｌ１の端部に保持されたセンサマグネット５１と、このセンサマグネット５１に反出力側Ｌ１で対向する感磁素子５２とによって磁気式のエンコーダ５が構成されており、かかるエンコーダ５において、感磁素子５２は、センサ基板５５の出力側Ｌ２の面、すなわち、一方の基板面５５ａに実装されている。このため、センサ基板５５に穴を設けて回転出力軸３１の端部を貫通させる必要がない等、簡素な構成でセンサマグネット５１とセンサ基板５５とを配置することができる。

また、感磁素子５２は、センサ基板５５の出力側Ｌ２の面に設けられ、かかるセンサ基板５５は、基板ホルダ６０の反出力側Ｌ１に固定されている。かかる構成の場合、モータ軸線Ｌ方向の反出力側Ｌ１から出力側Ｌ２に向かってセンサ基板５５、基板ホルダ６０およびセンサマグネット５１がこの順に配置されることになるが、基板ホルダ６０には、感磁素子５２にモータ軸線Ｌ方向で重なる部分に開口部６６が設けられているため、感磁素子５２とセンサマグネット５１とは直接対向する。

また、センサ基板５５では、感磁素子５２を径方向外側で囲むように筒状シールド部材５７が基板面５５ａに重ねて固定されているため、キャップ状の磁気シールド部材の内側において、磁気シールド部材の底板部にセンサ基板を重ねて配置した構成と違って、筒状シールド部材５７とセンサ基板５５との固定に多大な手間を必要としない。また、筒状シールド部材５７は、感磁素子５２と同様、センサ基板５５の基板面５５ａに重ねて固定されているため、感磁素子５２の近傍で磁気的なシールドを行うことができる。

しかも、筒状シールド部材５７は円筒状であり、磁気抵抗素子５２１に対して同心状に配置されている。このため、筒状シールド部材５７を配置したことが原因で、磁気抵抗素子５２１が配置されている箇所にセンサマグネット５１により形成される磁界のバランスが乱れることがないので、センサマグネット５１から出力される波形が筒状シールド部材５７によって歪むことがない。

また、筒状シールド部材５７は、センサ基板５５の基板面５５ａに重ねて固定されているため、センサ基板５５に形成されている導電パターン５５ｅと筒状シールド部材５７とを容易に電気的に導通させることができる。従って、センサ基板５５を介して筒状シールド部材５７にシールド電位を印加することができるので、簡素な構成で感磁素子５２近傍での電気的なシールドを容易に行うことができる。それ故、感磁素子５２から出力される信号はアナログ信号であるが、かかる信号には電気ノイズの影響が及ばないので、感磁素子５２から出力される信号に波形の歪みが発生せず、回転検出や位置検出の際のエラーの発生を防止することができる。

また、筒状シールド部材５７は、感磁素子５２を径方向外側で囲む筒状部５７１と、筒状部５７１からセンサ基板５５が位置する側に向けて突出した突部５７２とを備えており、センサ基板５５は、突部５７２が嵌る穴５５ｇを備えている。このため、筒状シールド部材５７の突部５７２と、センサ基板５５の穴５５ｇとの嵌め合いによって、センサ基板５５の所定位置に筒状シールド部材５７を位置決めすることができる。従って、センサ基板５５の他の導電パターンと短絡するような位置に筒状シールド部材５７が誤って配置されることがない。また、突部５７２は、穴５５ｇを貫通してセンサ基板５５の他方の基板面５５ｂから突出しているため、導通部材５４によって、センサ基板５５の基板面５５ｂの側で突部５７２と導電パターン５５ｅとを導通させることができるとともに、センサ基板５５に筒状シールド部材５７を固定することができる。従って、導通部材５４によって、センサ基板５５の導電パターン５５ｅと筒状シールド部材５７との電気的な接続、およびセンサ基板５５と筒状シールド部材５７との機械的な固定の双方を行うことができる。しかも、導通部材５４はハンダであるため、センサ基板５５の導電パターン５５ｅと筒状シールド部材５７との電気的な接続、およびセンサ基板５５と筒状シールド部材５７との機械的な固定の双方を確実に行うことができる。

また、センサ基板５５の基板面５５ａにおいて筒状シールド部材５７と重なる領域には絶縁性印刷層５５ｔが形成されている。このため、センサ基板５５に筒状シールド部材５７を重ねて固定しても、センサ基板５５の他の導電パターンと筒状シールド部材５７とが短絡することを絶縁性印刷層５５ｔによって防止することができる。

また、本形態では、センサ基板５５をモータハウジング１０に固定する基板ホルダ６０において、内側筒部６４の内側に筒状シールド部材５７が同軸状に嵌っている。このため、基板ホルダ６０および筒状シールド部材５７を基準にセンサ基板５５が自動的に位置決めされるので、感磁素子５２とセンサマグネット５１の位置精度が高いという利点がある。また、筒状シールド部材５７の外周面が基板ホルダ６０の内側筒部６４の内周面に接しているので、基板ホルダ６０にも筒状シールド部材５７によってシールド電位を印加することができる。それ故、電気ノイズに対するシールド効果を向上することができる。

［他の実施の形態］
以上、本発明の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く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施することができる。例えば、上記実施の形態において、筒状シールド部材５７に３つの突部５７２を設けたが、突部５７２の数については、１つ、２つ、あるいは４つ以上設けてもよい。

また、筒状シールド部材５７に突部５７２を設けず、筒状シールド部材５７をセンサ基板５５の一方の基板面５５ａに形成された導電パターンと電気的に接続してもよい。

また、上記実施形態においては、エンコーダ５を第１軸受ホルダ１２に対して反出力側Ｌ１で隣り合う位置に設けたが、エンコーダ５と第１軸受ホルダ１２の間にロータ３０に対するブレーキ機構等を配置したモータに本発明を適用してもよい。

また、上記実施形態においては、本発明を永久磁石同期電動機を適用した例を示したが、例えばステッピングモータや電磁石同期電動機等のその他の同期電動機や、誘導電動機、整流子電動機、その他の電動機に本発明を適用してもよい。

なお、上記実施形態では、筒状シールド部材５７とセンサ基板５５の導電パターン５５ｅとを電気的に接続するための導通部材としてハンダを用いたが、導通部材としてはネジやタップ、導電性の接着剤等を用いてもよい。

また、上記実施形態においては、筒状シールド部材５７として円筒状のものを用いたが、角筒状の筒状シールド部材を用いてもよい。

１・・モータ
２・・モータ本体
５・・エンコーダ
１０・・モータハウジング
１１・・筒状ケース
１２・・第１軸受ホルダ
１３・・第２軸受ホルダ
２０・・ステータ
３０・・ロータ
３１・・回転出力軸
３２・・ロータマグネット
５１・・センサマグネット
５２・・感磁素子
５４・・導通部材
５５・・センサ基板
５５ａ・・一方の基板面
５５ｂ・・他方の基板面
５５ｅ・・導電パターン
５５ｇ・・穴
５５ｆ・・配線パターン
５５ｔ・・絶縁印刷層
５７・・筒状シールド部材
６０・・基板ホルダ
５２１・・磁気抵抗素子
５２２、５２３・・ホール素子
５７１・・筒状部
５７２・・突部
Ｌ・・モータ軸線
Ｌ１・・反出力側
Ｌ２・・出力側

Claims (6)

1. 感磁素子と、
   該感磁素子が一方の基板面に実装されたセンサ基板と、
   前記感磁素子を径方向外側で囲むように前記センサ基板の前記一方の基板面に重ねて固定された磁性金属部品からなる筒状シールド部材と、
   前記センサ基板に形成されている導電パターンと前記筒状シールド部材とを導通させる導通部材と、
   を有し、
   前記筒状シールド部材は、前記感磁素子を径方向外側で囲む筒状部と、該筒状部から前記センサ基板が位置する側に向けて突出した突部と、を備え、
   前記センサ基板は、両面基板であって、前記突部が嵌る穴を備え、
   前記突部は、前記穴を貫通して前記センサ基板の他方の基板面から突出し、
   前記導通部材は、前記センサ基板の前記他方の基板面の側で前記突部と前記導電パターンとを導通させているとともに、前記センサ基板に前記筒状シールド部材を固定し、
   前記センサ基板の前記一方の基板面において前記筒状シールド部材と重なる領域には絶縁性印刷層が設けられていることを特徴とする磁気センサユニット。
2. 前記導通部材は、ハンダであることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサユニット。
3. ステータ、ロータおよびモータハウジングを備えたモータ本体と、モータ軸線方向の反出力端部で前記ロータの回転検出を行う磁気センサユニットと、を有するエンコーダ付きモータにおいて、
   前記磁気センサユニットは、感磁素子と、モータ軸線方向の出力側に向く一方の基板面に前記感磁素子が実装されたセンサ基板と、前記感磁素子を径方向外側で囲むように前記センサ基板の前記一方の基板面に重ねて固定された磁性金属部品からなる筒状シールド部材と、前記センサ基板に形成されている導電パターンと前記筒状シールド部材とを導通させる導通部材と、を有し、
   前記ロータにおいて回転出力軸の反出力側端部に設けられたセンサマグネットと、前記感磁素子とは、前記筒状シールド部材の内側においてモータ軸線方向で対向し、
   前記筒状シールド部材は、前記感磁素子を径方向外側で囲む筒状部と、該筒状部から前
   記センサ基板が位置する側に向けて突出した突部と、を備え、
   前記センサ基板は、両面基板であって、前記突部が嵌る穴を備え、
   前記突部は、前記穴を貫通して前記センサ基板においてモータ軸線方向の反出力側に向く他方の基板面から突出し、
   前記導通部材は、前記センサ基板の前記他方の基板面の側で前記突部と前記導電パターンとを導通させているとともに、前記センサ基板に前記筒状シールド部材を固定し、
   前記センサ基板の前記一方の基板面において前記筒状シールド部材と重なる領域には絶縁性印刷層が設けられていることを特徴とするエンコーダ付きモータ。
4. 前記導通部材は、ハンダであることを特徴とする請求項３に記載のエンコーダ付きモータ。
5. 前記磁気センサユニットを前記モータハウジングに固定する基板ホルダを有し、
   当該基板ホルダは、前記モータハウジングに連結された連結部と、前記センサ基板が取り付けられた基板固定部と、前記筒状シールド部材の外径寸法より大なる内径寸法をもって前記基板固定部から前記出力側に向けて前記回転出力軸と同軸状に突出した円筒部と、を備え、
   前記筒状シールド部材は円筒状であり、
   前記円筒部の内側に前記筒状シールド部材が同軸状に嵌っていることを特徴とする請求項３または４に記載のエンコーダ付きモータ。
6. 前記基板ホルダは導電性であり、
   前記筒状シールド部材の外周面は、前記円筒部の内周面に接していることを特徴とする請求項５に記載のエンコーダ付きモータ。