CN103812296B - 转子以及无刷电动机 - Google Patents
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Abstract
转子具备第1转子芯和第2转子芯和砺磁磁石和被检测部。第1转子芯具有第1芯基座和多个第1爪状磁极部。第2转子芯具有第2芯基座和多个第2爪状磁极部。第1以及第2芯基座相互对置,第1以及第2爪状磁极部在圆周方向交替地排列。砺磁磁石配置在所述第1以及第2芯基座彼此轴向之间。砺磁磁石使第1爪状磁极部作为第1磁极发挥作用,并且使第2爪状磁极部作为第2磁极发挥作用。产生磁通的被检测部被配置在第1转子芯的外侧轴端面上。
Description
技术领域
本发明涉及一种转子以及无刷电动机。
背景技术
作为无刷电动机的转子,已知有所谓永久磁石励磁的爪极型(Lundell)构造的转子(例如可以参照日本特开2012-115085号公报以及実开平5-43749号公报)。这样的转子具备:在圆周方向分别具有多个爪状磁极部并相互组合的2个转子芯、和在转子芯之间配置并沿轴向磁化的励磁磁石。励磁磁石使各爪状磁极部作为交替不同的磁极发挥作用。
另外,在无刷电动机中,转子的旋转位置(角度)被检测,通过对应于其旋转位置向定子的绕组供给驱动电流从而产生旋转磁场,使得转子被此旋转磁场旋转驱动。
然而,作为检测转子的旋转位置的构成,例如有在转子芯上设置传感器磁石,并在定子侧设置检测传感器磁石磁场的磁传感器的构成。
在这样的无刷电动机中,希望通过磁传感器高精度地检测转子的旋转位置(角度)。
发明内容
本发明的目的为提供一种能高精度地检测旋转位置(角度)的转子以及无刷电动机。
为了实现上述目的,本发明的第1方式所涉及的转子具备:第1转子芯,具有大致圆板状的第1芯基座、和设在所述第1芯基座的外周部并以等间隔排列的多个第1爪状磁极部,各个所述第1爪状磁极部朝径向外侧突出并朝轴向延出;第2转子芯,具有大致圆板状的第2芯基座、和设在所述第2芯基座的外周部并以等间隔排列的多个第2爪状磁极部,各个所述第2爪状磁极部朝径向外侧突出并朝轴向延出,所述第1芯基座以及所述第2芯基座相互对置,而且所述第1爪状磁极部以及所述第2爪状磁极部在圆周方向上交替地排列;励磁磁石,在所述第1芯基座以及所述第2芯基座的轴向上处于所述第1芯基座以及所述第2芯基座之间,所述励磁磁石沿所述轴向磁化从而使所述第1爪状磁极部作为第1磁极发挥作用,并使所述第2爪状磁极部作为第2磁极发挥作用;和被检测部,产生用于检测所述第1转子芯以及所述第2转子芯的旋转位置的磁通,所述第1转子芯以及所述第2转子芯各自具有在所述轴向上与所述励磁磁石对置的内侧轴端面、和处在所述内侧轴端面相反侧的外侧轴端面,所述被检测部配置在所述第1转子芯的所述外侧轴端面上。
本发明的第2方式所涉及的无刷电动机,具备:以上所述的转子;产生旋转磁场的定子;和与所述传感器磁石的所述第2传感器磁石部沿所述轴向对置的磁传感器。
本发明的第3方式所涉及的无刷电动机,具备:以上所述的转子产生旋转磁场的定子;和与所述传感器磁石沿所述轴向对置的磁传感器。
本发明的第4方式所涉及的无刷电动机,具备:以上所述的转子;产生旋转磁场的定子;和与所述传感器磁石沿所述轴向对置的磁传感器。
本发明的第5方式所涉及的无刷电动机,包括:以上所述的转子;定子,以与所述转子对置的方式配置在所述转子的径向外侧,并产生旋转磁场;和磁传感器,相对于所述定子固定,并检测所述转子的旋转位置,所述磁传感器被配置在与所述转子沿所述轴向对置的位置、且是与所述第1爪状磁极部以及所述第2爪状磁极部在所述径向上一致的位置上。
附图说明
本发明的新颖性特征在权利要求书中加以明确。伴随目的及利益的本发明可通过参照下面的优选实施方式的说明以及附图而理解。
图1是涉及本发明的第1实施方式的无刷电动机的剖视图。
图2是图1的无刷电动机的局部截面立体图。
图3是图1的转子的局部俯视图。
图4是图1的无刷电动机的局部剖视图。
图5是用于说明第1实施方式的其他例中的转子的剖视图。
图6是用于说明第1实施方式的其他例中的转子的剖视图。
图7是用于说明第1实施方式的其他例中的转子的剖视图。
图8是用于说明第1实施方式的其他例中的转子的剖视图。
图9是涉及本发明的第2实施方式的无刷电动机的剖视图。
图10是图9的无刷电动机的局部截面立体图。
图11是图9的转子的局部俯视图。
图12是图9的无刷电动机的局部剖视图。
图13是第2实施方式的传感器磁石単体的电角度-磁通密度特性图、转子整体的电角度-磁通密度特性图、和电角度-检测信号特性图。
图14是第2实施方式的其他例中的无刷电动机的局部剖视图。
图15是涉及本发明的第3实施方式的无刷电动机的剖视图。
图16是图15的无刷电动机的局部截面立体图。
图17是图15的转子的局部俯视图。
图18是图15的无刷电动机的局部剖视图。
图19是第3实施方式的的传感器磁石単体的电角度-磁通密度特性图、转子整体的电角度-磁通密度特性图、和电角度-检测信号特性图。
图20是本发明的第4实施方式的无刷电动机的剖视图。
图21是图20的无刷电动机的局部截面立体图。
图22A是说明第1爪状磁极部的圆周方向位置相对于霍尔IC一致时的磁通的示意图。
图22B是说明第2爪状磁极部的圆周方向位置相对于霍尔IC一致时的磁通的示意图。
图23是第4实施方式的旋转角度-磁通密度特性图。
图24是第4实施方式的其他例的转子的立体图。
图25是第4实施方式的其他例的转子的立体图。
图26是第4实施方式的其他例的转子的立体图。
图27是第4实施方式的其他例的转子的立体图。
图28是图27的其他例的旋转角度-磁通密度模式特性图。
图29是本发明的第5实施方式的无刷电动机的从轴向看的剖视图。
图30是安装了转子盖的图29的转子的立体图。
图31是图30的转子盖的分解立体图。
图32A从第1转子芯侧看图31的转子的立体图。
图32B从第2转子芯侧看图31的转子的立体图。
图33是从轴向看图31的转子的主视图。
图34是图33的沿a-o-b线的组合剖视图。
图35是省略了极间磁石和背面補助磁石的图31的转子的分解立体图。
图36是示出起动转矩彼此关系的图。
图37是示出第5实施方式的其他例的、安装了转子盖的转子的立体图。
图38是转子盖的立体图。
图39是示出第5实施方式的其他例的、安装了转子盖的转子の立体图。
图40是图39的第1盘体的立体图。
图41是安装了本发明的第6实施方式所涉及的转子盖的转子的立体图。
图42是图41的转子盖的分解立体图。
图43是从轴向看图41的转子的主视图。
图44是沿图43的A-A线的剖视图。
图45是示出第6实施方式的其他例的、安装了转子盖的转子的立体图。
图46是从径向看图45的转子的剖视图。
图47是图45的转子盖的分解立体图。
图48是本发明的第7实施方式的无刷电动机的剖视图。
图49是图48的无刷电动机的局部截面立体图。
图50A是第7实施方式的其他例中的转子的立体图。
图50B是图50A的转子的剖视图。
图51A是第7实施方式的其他例中的转子的立体图。
图51B是图51A的转子的剖视图。
图52A是第7实施方式的其他例中的转子的立体图。
图52B是图52A的转子的剖视图。
图53是第7实施方式的其他例中的转子的立体图。
图54是第7实施方式的其他例中的转子的剖视图。
具体实施方式
以下,参照图1-图4对无刷电动机的第1实施方式进行说明。
如图1所示,无刷电动机11的电动机壳体12具有形成为有底筒状的筒状壳体13和将该筒状壳体13的前侧(图1中为左侧)的开口部封闭的前端板14。
如图1所示,在筒状壳体13的内周面上固定有定子16。定子16具备:电枢芯17,具有向径向内侧延伸的多个(本实施方式为12个)作为集中线圈用齿的齿17a;以及绕组19,隔着绝缘体18缠绕到电枢芯17的齿17a上。通过从外部的控制电路S向绕组19供给驱动电流,定子16产生旋转磁场。
如图1所示,无刷电动机11的转子21具有旋转轴22,转子21配置于定子16的内侧。旋转轴22是非磁体的金属轴,通过被支承在筒状壳体13的底部13a以及前端板14上的轴承23、24而被可旋转地支承。
如图1以及图2所示,转子21具备外嵌在所述旋转轴22上的第1以及第2转子芯31、32和作为励磁磁石的环状磁石33。
第1转子芯31具备大致圆板状的第1芯基座31a和设置在第1芯基座31a的外周部且等间隔地排列的多个(本实施方式中为4个)作为第1磁极部的第1爪状磁极31b。各个第1爪状磁极31b向径向外侧突出并且在轴向上延伸。
第2转子芯32的形状与第1转子芯31相同,具备大致圆板状的第2芯基座32a和在第2芯基座32a的外周部上等间隔地设置的多个作为第2磁极部的第2爪状磁极32b。各个第2爪状磁极32b向径向外侧突出并且在轴向上延伸。而且,第2转子芯32相对于第1转子芯31被组装成,各个第2爪状磁极32b配置于在圆周方向上相邻的第1爪状磁极31b之间。环状磁石33被配置(夹持)在第1芯基座31a和第2芯基座32a的轴向上两者之间的位置。另外,在本实施方式中,第1以及第2芯基座31a、32a分别通过粘合剂被固装到环状磁石33上。
也就是说,第1转子芯31具有在轴向上与环状磁石33对置的内侧轴端面和处在该内侧轴端面相反侧的外侧轴端面。第2转子芯32具有在轴向上与环状磁石33对置的内侧轴端面和处在该内侧轴端面相反侧的外侧轴端面。
环状磁石33在轴向上被磁化成,使第1爪状磁极31b作为第1磁极(在本实施方式中为N极)发挥作用,使第2爪状磁极32b作为第2磁极(在本实施方式中为S极)发挥作用。即,本实施方式的转子21是使用了作为励磁磁石的环状磁石33的所谓爪极型结构的转子。在转子21中,成为N极的4个第1爪状磁极31b和成为S极的4个第2爪状磁极32b在圆周方向上交替配置,极数为8极(极对数为4个)。也就是说,在本实施方式中,转子21的极数被设定为2×n(其中,n是自然数),并且定子16的齿17a的数量被设定为3×n。具体地讲,转子21的极数被设定为“8”,定子16的齿17a的数量被设定为“12”。
另外,本实施方式的转子21具备背面補助磁石34,该背面補助磁石34设置在第1以及第2爪状磁极部31b,32b的径向内侧(背面),并为了抑制该部分的漏(短路)磁通而沿径向被磁化。
进一步,本实施方式的转子21具备极间磁石35,该极间磁石35设置在圆周方向上第1以及第2爪状磁极部31b,32b彼此之间,为了抑制该部分的漏磁通而沿圆周方向被磁化。
另外,如图1所示,在转子21上通过大致圆板状的磁体固定部件41设置有作为被检测部的传感器磁石42。传感器磁石42产生用于检测转子21的旋转位置的磁通。详细地讲,磁体固定部件41具有:在中央形成有毂部41a的圆板部41b和从该圆板部41b的外缘呈筒状延伸的筒部41c。环状的传感器磁石42以与该筒部41c的内周面以及圆板部41b的表面抵接的方式固装在磁体固定部件41上。另外,磁体固定部件41(传感器磁石42)被配置在第1转子芯31的外侧轴端面上。详细地讲,磁体固定部件41配置于在轴向上与第1以及第2转子芯31,32错开、且与第1转子芯31接近的位置,其毂部41a外嵌在旋转轴22上。换句话说,本实施方式的磁体固定部件41(传感器磁石42)在与第2转子芯32将第1转子芯31夹在中间的位置被固定到旋转轴22上。
在前端板14上,在与传感器磁石42沿轴向对置的位置设有作为磁传感器的霍尔IC43。换句话说,霍尔IC43在和第1转子芯31将传感器磁石42夹在中间的位置固定在前端板14上。霍尔IC43在感应到N极和S极的磁场时,向所述控制电路S分别输出高电平的检测信号和低电平的检测信号。
在此,如图3以及图4所示,所述传感器磁石42具有比所述第1以及第2芯基座31a,32a以及环状磁石33的外径大的内径。传感器磁石42包含:在轴向上与第1以及第2爪状磁极部31b,32b对置的第1传感器磁石部、和在所述轴向上位于该第1传感器磁石部的相反侧的第2传感器磁石部。第1传感器磁石部包含沿圆周方向交替配置的多个第1磁极部和多个第2磁极部。第1磁极部和第2磁极部具有相互不同的磁极,第1磁极部的磁极以及第2磁极部的磁极分别与对置的第1以及第2爪状磁极部31b,32b的磁极一致。
详细地讲,传感器磁石42构成为,沿轴向的磁化方向在圆周方向上交替相异。在本实施方式中,磁化方向以等角度(45°)间隔相异。另外,在图3中,对传感器磁石42上处于纸面跟前侧的磁极付与N,S的符号来表示。而且,如图4所示,传感器磁石42构成为,在与作为N极发挥作用的第1爪状磁极部31b对置的圆周方向的位置上,与该第1爪状磁极部31b对置的部位的磁极为N极,而不与其对置的部位(图3中为纸面跟前侧)的磁极为S极。另外,传感器磁石42构成为,在与作为S极发挥作用的第2爪状磁极部32b对置的圆周方向的位置上,与该第2爪状磁极部32b对置的部位的磁极为S极,而不与其对置的部位的磁极为N极。另外,本实施方式的传感器磁石42构成为,与第1以及第2爪状磁极部31b,32b对置的第1传感器磁石部的磁极(第1以及第2磁极部)的各个圆周方向中心和第1以及第2爪状磁极部31b,32b的各个圆周方向中心一致。
接着,对如上述那样构成的无刷电动机11的作用进行说明。
当从控制电路S向绕组19供给3相的驱动电流时,在定子16上发生旋转磁场,转子21被旋转驱动。这时,通过与霍尔IC43对置的传感器磁石42旋转,从霍尔IC43输出的检测信号电平相应于转子21的旋转角度(位置)而转换,基于该检测信号从控制电路S向绕组19供给在最适合的时机转换的3相的驱动电流。由此,可以良好地产生旋转磁场,转子21可以良好地连续被旋转驱动。
接着,叙述第1实施方式的优点。
(1)第1转子芯31以及第2转子芯32分别具有:在轴向上与环状磁石33对置的内侧轴端面、和处在该内侧轴端面相反侧的外侧轴端面。传感器磁石42被配置在第1转子芯31的外侧轴端面上。也就是说,传感器磁石42设置的位置避开了用于驱动转子21的磁场以及磁通所在的转子21的周面(定子16和第1以及第2爪状磁极部31b,32b之间的空间)。因此,霍尔IC43从定子16和第1以及第2爪状磁极部受到的影响很少。由此,能够通过霍尔IC43高精度地检测转子21的旋转位置(角度)。
(2)传感器磁石42具有比第1以及第2芯基座31a,32a的外径大的内径。传感器磁石42包含与第1以及第2爪状磁极部31b,32b分别对置并且与对置的爪状磁极部具有相同磁极的多个部位。因此,从第1以及第2爪状磁极部31b,32b朝向传感器磁石42的轴向的漏磁通被抑制。由此,对于霍尔IC43的来自传感器磁石42的磁通所受到的从第1以及第2爪状磁极部31b,32b的漏磁通的影响被抑制,进而可以通过霍尔IC43对转子21的旋转位置(角度)进行高精度的检测。
(3)传感器磁石42构成为,沿轴向的磁化方向在圆周方向上以等角度(45°)间隔相异,并且与第1以及第2爪状磁极部31b,32b对置侧的磁极的各个圆周方向中心与第1以及第2爪状磁极部31b,32b的各个圆周方向中心一致。由此,可以将通过霍尔IC43检测的检测信号的电平以等间隔转换。
第1实施方式也可以更改为以下的形式。
第1实施方式的第1以及第2转子芯31,32外嵌在旋转轴22上。具体地讲,第1以及第2转子芯31,32构成为,仅是在第1以及第2芯基座31a,32a的中央孔中压入旋转轴22。但并不仅限于此,也可以在芯基座的内边缘形成压入旋转轴22的筒状的毂部。
例如,也可以将第1以及第2转子芯31,32以图5所示方式变更。在此例的第1以及第2芯基座31a,32a的内边缘形成有压入旋转轴22的内延毂部51。在第1以及第2芯基座31a,32a中,内延毂部51和爪状磁极部(在第1芯基座31a中为第1爪状磁极部31b,在第2芯基座32a中为第2爪状磁极部32b)在轴向上朝相同的方向延出。即,第1芯基座31a的内延毂部51和第2芯基座32a的内延毂部51朝相对置的方向延出。另外,在此例中,环状磁石33的内径被设定为与内延毂部51的外径大致相同,在内延毂部51彼此之间设有空隙。
这样可以扩大轴向的压入范围,将第1以及第2转子芯31,32牢固地固定在旋转轴22上。另外,和设置了朝相互相反的方向(轴向的外部方向)延出的毂部的情况不同,在第1以及第2芯基座31a,32a的外侧无需配置空间。
另外,例如也可以将第1以及第2转子芯31,32按照图6所示的方式进行变更。在此例中设有内加强磁石52,该内加强磁石52用于抑制在上述其他例(参照图5)中的第1转子芯31的内延毂部51和第2转子芯32的内延毂部51的轴向上处于其间的漏磁通。这样,内延毂部51彼此之间的漏磁通被抑制,可以抑制电动机效率的降低。另外,该内加强磁石52可以为铁素体磁石等,也可为粘结磁石。在使用粘结磁石时,不需要高的尺寸精度就可以使内加强磁石52与内延毂部51紧密接触。
另外,例如也可以将第1以及第2转子芯31,32如图7所示那样变更。在此例中,设有作为内加强磁石的内加强磁石部53,其用于抑制在上述其他例(参照图5)中的第1转子芯31的内延毂部51和第2转子芯32的内延毂部51的轴向上处于其间的漏磁通。内加强磁石部53与环状磁石33一体成形。这样的话,内延毂部51彼此之间的漏磁通被抑制,并且可以抑制电动机效率的降低。
另外,例如也可以将第1以及第2转子芯31,32如图8所示那样变更。在此例中,形成上述其他例(参照图5)中和内延毂部51相比轴向的突出量较小的内延毂部54,还形成从第1以及第2芯基座31a,32a的内边缘向内延毂部54的反向突出的外延毂部55。
这样的话,可以扩大轴向上的压入范围,从而将第1以及第2转子芯31,32牢固地固定在旋转轴22上。另外,和仅设置朝相互反向(轴向的外部方向)延出的毂部的情况相比,可以减小在第1以及第2芯基座31a,32a的外侧需要的配置空间。并且,得到同等的固定强度的同时,和上述其他例(参照图5)相比,可以扩大内延毂部51之间的间隔,从而降低内延毂部51彼此之间的漏磁通。
另外,当然也可以只在第1以及第2芯基座31a,32a的任意一方形成上述的内延毂部51,或不设置内延毂部51而设置只向轴向的外部方向延出的毂部。
在第1实施方式中,转子21具备设置在第1以及第2爪状磁极部31b,32b的径向内侧并沿径向磁化的背面補助磁石34。并不仅限于此,转子21也可以不具备背面補助磁石34。
在第1实施方式中,转子21具备设置在第1以及第2爪状磁极部31b,32b各个彼此的圆周方向之间并沿圆周方向磁化的极间磁石35。并不限于此,转子21也可以不具备极间磁石35。
以下,参照图9-图13对无刷电动机的第2实施方式进行说明。第2实施方式的无刷电动机具有与第1实施方式的无刷电动机11共通的部分。所以仅对与第1实施方式不同的部分进行详细的说明,而省略对共通的部分的说明。
如图9所示,本实施方式的转子21中,通过大致圆板状的磁体固定部件41设置有作为被检测部的传感器磁石42。详细地讲,磁体固定部件41具备形成了中央孔41a的圆板部41b、和从该圆板部41b的外缘以筒状延伸的筒部41c。环状的传感器磁石42以与该筒部41c的内周面以及圆板部41b的表面相抵接的方式被固装在磁体固定部件41上。进一步,磁体固定部件41以其中央孔41a相对于第1芯基座31a位于第2芯基座32a的相反侧的方式外嵌在旋转轴22上。换句话说,磁体固定部件41(传感器磁石42)在与第2芯基座32a将第1芯基座31a夹在中间的位置固定在旋转轴22上。
在此,所述传感器磁石42构成为具有在圆周方向交替相异的磁极(N极和S极)。也就是说,传感器磁石42具有:第1磁极部,其具有与环状磁石33上接近传感器磁石42的部位的磁极(N极)相同的磁极(N极);第2磁极部,其具有与环状磁石33上远离传感器磁石42的部位的磁极(S极)相同的磁极(S极)。
接着,如图11以及图12所示,第1磁极部的角度θn被设定为比第2磁极部的角度θs小。即,在第2实施方式中,由于环状磁石33上接近传感器磁石42的部位为N极,所以将传感器磁石42的N极形成的角度θn设定为比S极形成的角度θs小。另外,传感器磁石42的各磁极(N极和S极)形成的角度θn,θs被设定为由霍尔IC43检测的检测信号的电平等间隔地(电角度180°)切换。
另外,如图11所示,第2实施方式的传感器磁石42以其各个磁极(N极和S极)的圆周方向中心与第1以及第2爪状磁极部31b,32b中相同磁极的爪状磁极的圆周方向中心相一致的方式被在圆周方向上定位而被配置。
接着,对以上述方式构成的无刷电动机11的作用进行说明。
例如,如图13中(a)所示,使所述传感器磁石42单独旋转的话,由于传感器磁石42的N极形成的角度θn比S极形成的角度θs小,所以处于霍尔IC43的位置的磁通密度不以等间隔(电角度180°)通过0,而是以不等间隔通过0。
如图12以及图13中(b)所示,如果使所述转子21整体旋转的话,由于由环状磁石33产生的来自第1转子芯31的漏磁通(图12中的箭头A)与来自传感器磁石42的磁通(图12中的箭头B)重叠,处于霍尔IC43的位置上的磁通密度整体地提高从而以等间隔(电角度180°)通过0。
由此,如图13中(c)所示,由霍尔IC43检测的检测信号电平以等间隔被转换。所以,转子21的旋转位置(角度)被高精度地检测,基于所述检测信号从控制电路S向绕组19供给在最适合的时机转换的3相驱动电流,而产生旋转磁场。这样,转子21被旋转驱动。
接着,说明上述(1)以外的第2实施方式特征性的优点。
(4)传感器磁石42具有:第1磁极部,其具有与环状磁石33上接近传感器磁石42的部位的磁极(N极)相同的磁极(N极);和第2磁极部,其具有与环状磁石33上远离传感器磁石42的部位的磁极(S极)相同的磁极(S极)。第1磁极部的角度θn设定为比第2磁极部的角度θs小。因此,转子21成为考虑了由环状磁石33产生的来自第1转子芯31(第1芯基座31a)的漏磁通的影响的构成。即,因为由环状磁石33产生的来自第1转子芯31的漏磁通(参照图12中的箭头A)与来自传感器磁石42的磁通(图12中的箭头B)重叠,所以包含此漏磁通的磁通以等间隔转换。所以,通过霍尔IC43检测的检测信号的电平以等间隔转换。由此,可以高精度地检测转子21的旋转位置(角度),进而可以抑制例如基于漏磁通的输出的降低或者振动噪音的恶化。
(5)传感器磁石42的第1以及第2磁极部(N极和S极)的各个圆周方向中心以与第1以及第2爪状磁极部31b,32b中相同磁极的爪状磁极部的圆周方向中心一致的方式进行圆周方向的定位而被配置。因此,可以抑制来自第1以及第2爪状磁极部31b,32b的漏磁通扰乱来自传感器磁石42的磁通。即,如果传感器磁石42的第1以及第2磁极部的各个圆周方向中心以与第1以及第2爪状磁极部31b,32b中相同磁极的爪状磁极部的圆周方向中心不一致的方式,不进行圆周方向的定位而被配置的话,根据其配置角度,可能会出现来自第1以及第2爪状磁极部31b,32b的漏磁通扰乱来自传感器磁石42的磁通的情况。第2实施方式的构成可以抑制磁通的紊乱。
(6)传感器磁石42的各个第1以及第2磁极部(N极とS极)形成的角度θn,θs设定为,由霍尔IC43检测的检测信号的电平以等间隔转换。因此,可以高精度地检测旋转位置(角度),进一步可以基于检测信号容易地在最适合的时机向绕组19供给驱动电流。由此,例如可以基于漏磁通容易地抑制输出降低或者振动噪音的恶化。
(7)转子21具备设置在第1以及第2爪状磁极部31b,32b的各自的径向内侧并沿径向磁化的背面補助磁石34。因此,可以降低在该部分的漏磁通。所以,可以实现高效化。另外,转子21具备设置在第1以及第2爪状磁极部31b,32b彼此的各个圆周方向之间并沿圆周方向磁化的极间磁石35。因此,可以降低在该部分的漏磁通。因此,可以实现进一步的高效化。
第2实施方式也可以更改为以下的形式。
在第2实施方式中,传感器磁石42通过磁体固定部件41固定在转子21上。并不限于此,也可以用其他构成固定传感器磁石42。
例如如图14所示,也可以将传感器磁石42以及固定部件41变更为,在圆板状的传感器磁石42的中心孔42a中压入旋转轴22的构成。当然,在这个传感器磁石42上,各个磁极(N极和S极)形成的磁极部的角度θn,θs也和第2实施方式相同。
在第2实施方式中,传感器磁石42的各个第1以及第2磁极部(N极和S极)的圆周方向中心以与第1以及第2爪状磁极部31b,32b中的相同磁极的爪状磁极部的圆周方向中心一致的方式进行圆周方向的定位从而被配置。并不仅限于此,以传感器磁石42的各个第1以及第2磁极部(N极和S极)的圆周方向中心和第1以及第2爪状磁极部31b,32b的圆周方向中心不一致的方式,例如不进行圆周方向的定位而配置传感器磁石42也是可以的。
在第2实施方式中,传感器磁石42上的第1以及第2磁极部(N极和S极)的角度θn,θs被设定为由霍尔IC43检测的检测信号的电平以等间隔转换。不仅限于此,也可以不将角度θn,θs特别严密地设置。即,如果将所述角度θn设定地比所述角度θs小的话,检测信号的电平以接近等间隔的间隔进行转换。
在第2实施方式中,转子21具备设在第1以及第2爪状磁极部31b,32b的径向内侧并沿径向磁化的背面補助磁石34。并不仅限于此,转子21也可以不具备背面補助磁石34。
在第2实施方式中,转子21具备设在各个第1以及第2爪状磁极部31b,32b彼此的圆周方向之间并沿圆周方向磁化的极间磁石35。并不限于此,转子21也可以不具备极间磁石35。
以下,根据图15-图19说明无刷电动机的第3实施方式。第3实施方式的无刷电动机具有与第1实施方式的无刷电动机11共通的部分。所以只对与第1实施方式不同的部分详细地说明,而省略共通部分的说明。
如图15所示,在第3实施方式的转子21上通过大致圆板状的磁体固定部件41设置有作为被检测部的传感器磁石42。详细地讲,磁体固定部件41具有形成中央孔41a的圆板部41b和从该圆板部41b的外缘以筒状延伸的筒部41c。环状的传感器磁石42以与该筒部41c的内周面以及圆板部41b的表面抵接的方式固装在磁体固定部件41上。而且,磁体固定部件41以其中央孔41a相对于第1芯基座31a位于第2芯基座32a的相反侧的方式外嵌在旋转轴22上。换句话说,磁体固定部件41(传感器磁石42)以和第2芯基座32a将第1芯基座31a夹在中间的位置固定在旋转轴22上。
在此,所述传感器磁石42构成为在轴向磁化并具有在圆周方向上交替相异的磁极部(N极和S极)。
而且,如图16所示,传感器磁石42具有:环状的芯部件44,其具有沿圆周方向排列的多个铁芯部46;和多个永久磁石45,其配置在芯部件44上并具有第1磁极(S极)。通过在相互相邻的一对铁芯部46之间配置具有第1磁极(S极)的永久磁石45,铁芯部46作为第2磁极(N极)发挥作用。在传感器磁石42上第1磁极(S极)和第2磁极(N极)交替地排列。另外,图16示出除去了所述磁体固定部件41的状态。详细地讲,传感器磁石42具有芯部件44和多个永久磁石45。芯部件44由磁体金属构成并形成为环状。芯部件44具备:4个铁芯部46,其沿圆周方向排列并朝轴向突出;和多个薄壁部47,其分别沿铁芯部46的圆周方向位于铁芯部46彼此之间并将铁芯部46彼此连接。各个铁芯部46从轴向看为扇形。各个永久磁石45配置在薄壁部47上并被粘接。永久磁石45形成为从轴向看为扇形,该扇形在圆周方向的宽度比铁芯部46在圆周方向上彼此之间的距离略小。永久磁石45形成为,在被配置的状态下沿圆周方向与铁芯部46之间具有很小的缝隙并具有与铁芯部46相同的轴向高度。而且,此永久磁石45包含与第1转子芯31的第1芯基座31a相对置的第1永久磁石部。环状磁石33包含与永久磁石45相对置的第1励磁磁石部。第1永久磁石部具有和第1励磁磁石部相同的磁极(N极)。由此,铁芯部46的磁极、详细地讲与霍尔IC43对置的铁芯部46的部位的磁极作为N极发挥作用。
另外,如图17所示,传感器磁石42上的铁芯部46(N极)的角度θn设定为比永久磁石45(S极,永久磁石磁极部)的角度θs小。这是因为,考虑到在由永久磁石45产生的来自铁芯部46的磁通上会重叠由环状磁石33产生的来自第1转子芯31(第1芯基座31a)的轴向漏磁通。另外,传感器磁石42上的各个磁极部(N极和S极)的所述角度θn,θs被设定为由霍尔IC43检测的检测信号的电平以等间隔(电角度180°)转换。
另外,如图17所示,第3实施方式的传感器磁石42以其各个磁极部(N极和S极)的圆周方向中心与第1以及第2爪状磁极部31b,32b中同极磁极的圆周方向中心一致的方式被进行圆周方向的定位而被配置。
接着,对以上述方式构成的第3实施方式的无刷电动机11的作用进行说明。
首先,如图19中(a)所示,如果使所述传感器磁石42单独旋转的话,由于传感器磁石42的铁芯部46(N极)的角度θn比永久磁石45(S极)的角度θs小,所以出于霍尔IC43的位置的磁通密度不以等间隔(电角度180°)通过0,而是以不等间隔通过0。即,基于来自铁芯部46(N极)的磁通的检测范围(磁通密度超过0的范围)比电角度180°小(参照图19(a)中左侧)。另外,来自铁芯部46的磁通在构造上如果从永久磁石45沿圆周方向远离的话就会减弱。因此,可以知道在铁芯部46的圆周方向中心位置与霍尔IC43对置的角度(图19(a)中90°前后的角度),磁通密度变为接近0的值。
如图18以及图19中的(b)所示,如果使所述转子21整体旋转的话,由于由环状磁石33产生的来自第1转子芯31的漏磁通(图18中的箭头A)与来自传感器磁石42的磁通(图18中的箭头B)重叠,处于霍尔IC43的位置上的磁通密度整体地提高从而以等间隔(电角度180°)通过0。而且,即使在铁芯部46的圆周方向中心位置与霍尔IC43对置的角度(图19的(b)中为90°前后的角度),也可以使磁通密度比0足够高。
由此,如图19中的(c)所示,由霍尔IC43检测的检测信号的电平以等间隔转换。所以,转子21的旋转位置(角度)被高精度地检测,基于所述检测信号从控制电路S向绕组19供给在最适合的时机转换的3相驱动电流从而产生旋转磁场。这样,转子21被旋转驱动。
接着,说明上述(1)以外的第3实施方式的特征性的优点。
(8)传感器磁石42具有:环状的芯部件44,其具有沿圆周方向排列的多个铁芯部46;和多个永久磁石45,其配置在芯部件44上并具有第1磁极(S极)。通过在相互相邻的一对铁芯部46之间配置具有第1磁极(S极)的永久磁石45,铁芯部46作为第2磁极(N极)发挥作用。在传感器磁石42上第1磁极(S极)和第2磁极(N极)交替地排列。因此,可以减少永久磁石的使用量。
(9)传感器磁石42的永久磁石45包含与第1转子芯31的第1芯基座31a对置的第1永久磁石部。环状磁石33包含与永久磁石45对置的第1励磁磁石部。第1永久磁石部具有与第1励磁磁石部相同的磁极(N极)。因此,在来自铁芯部46的磁通上会重叠由环状磁石33产生来自第1转子芯31(第1芯基座31a)的轴向漏磁通。另外,虽然来自铁芯部46的磁通从永久磁石45沿圆周方向离开的话就会减弱,但通过所述漏磁通的重叠,可以使其整体上增强。因此,可以提高检测磁极的转换时的判断精度。即,即使在铁芯部46的圆周方向中心位置与霍尔IC43对置的角度(图19(a)中90°前后的角度),也可以使磁通密度比0足够高,抑制误检测的发生。
(10)铁芯部46(N极)的角度θn设定为比永久磁石45(S极)的角度θs小。因此,转子21采用了考虑了由环状磁石33产生来自第1转子芯31(第1芯基座31a)的漏磁通的影响的构成。即,由环状磁石33产生的来自第1转子芯31的轴向漏磁通与来自传感器磁石42的磁通重叠。包含了此漏磁通的磁通以接近相等的间隔转换。所以,通过霍尔IC43检测的检测信号的电平以接近等间隔的间隔转换。由此,可以高精度地检测旋转位置(角度),进而可以抑制例如输出的降低或者振动噪音的恶化。
(11)传感器磁石42的各个磁极(N极和S极)的圆周方向中心、即永久磁石45以及铁芯部46的圆周方向中心配置为与第1以及第2爪状磁极部31b,32b的圆周方向中心一致。因此,可以抑制来自第1以及第2爪状磁极部31b,32b的漏磁通扰乱来自传感器磁石42的磁通。即,如果以传感器磁石42的各个磁极部的圆周方向中心与第1以及第2爪状磁极部31b,32b的圆周方向中心不一致的方式,不进行圆周方向的定位而被配置的话,根据其配置角度,可能会出现来自第1以及第2爪状磁极部31b,32b的漏磁通扰乱来自传感器磁石42的磁通的情况。而第3实施方式的构成可以抑制磁通紊乱。
(12)传感器磁石42上的各个磁极部(N极和S极)的所述角度θn,θs、详细地讲铁芯部46的角度θn以及永久磁石45的角度θs被设定为由霍尔IC43检测的检测信号的电平以等间隔转换。所以,可以高精度地检测旋转位置(角度),进而可以容易地抑制例如输出的降低或者振动噪音的恶化。
第3实施方式也可以更改为以下的形式。
第3实施方式中,传感器磁石42的永久磁石45包含与第1转子芯31的第1芯基座31a对置的第1永久磁石部。环状磁石33包含与永久磁石45对置的第1励磁磁石部。第1永久磁石部具有与第1励磁磁石部相同的磁极(N极)。并不仅限于此,也可以将转子21以第1永久磁石部以及第1励磁磁石部的磁极为相反磁极的形式构成。另外,在这种情况下,考虑到被重叠的、由环状磁石33产生来自第1转子芯31(第1芯基座31a)的轴向漏磁通,也可以将例如永久磁石45从第1转子芯31沿轴向离开足够的距离。
在第3实施方式中,铁芯部46(N极)的角度θn被设定为比永久磁石45(S极)的角度θs小。并不仅限于此,也可以将所述角度θn和所述角度θs设为相同的值。
在第3实施方式中,传感器磁石42的各个磁极(N极和S极)的圆周方向中心以与第1以及第2爪状磁极部31b,32b的圆周方向中心一致的方式被配置。并不仅限于此,以传感器磁石42的各磁极部(N极とS极)的圆周方向中心和第1以及第2爪状磁极部31b,32b的圆周方向中心不一致的方式,例如不进行圆周方向的定位而配置传感器磁石42也是可以的。这样的话,转子21的制造变得容易。
在第3实施方式中,传感器磁石42上的各个磁极部(N极和S极)的角度θn,θs设定为由霍尔IC43检测的检测信号的电平以等间隔转换。不仅限于此,也可以不将角度θn,θs特别严密地设定。即,如果将所述角度θn设定的比所述角度θs小的话,检测信号的电平以接近相等的间隔转换。
在第3实施方式中,转子21具备设置在第1以及第2爪状磁极部31b,32b的径向内侧且沿径向磁化的背面補助磁石34。背面補助磁石34抑制该部分的漏磁通。并不仅限于此,转子21也可以不具备背面補助磁石34。
在第3实施方式中,转子21具备设在各个第1以及第2爪状磁极部31b,32b彼此的圆周方向之间并沿圆周方向磁化的极间磁石35。极间磁石35抑制该部分的漏磁通。并不仅限于此,转子21也可以不具备极间磁石35。
以下,根据图20-图28对无刷电动机的第4实施方式进行说明。第4实施方式的无刷电动机与第1实施方式的无刷电动机11具有共通的部分。所以仅对与第1实施方式不同的部分进行详细说明,而省略共通部分的说明。
如图20所示,在前端板14上与转子21沿轴向对置的位置、也是与所述第1以及第2爪状磁极部31b,32b沿径向一致的位置上,配置有作为安装在基板48上的磁传感器的霍尔IC43。详细地讲,第4实施方式的霍尔IC43配置在与从第1芯基座31a朝径向外侧突出的第1爪状磁极部31bの部位对置的位置。更详细地讲,霍尔IC43配置为,与朝所述径向外侧突出的第1爪状磁极部31b的部位的径向的中心位置之间沿轴向具有2mm的缝隙。霍尔IC43对应于通过自身的磁通(来自转子21的漏磁通)的方向分别向所述控制电路S输出高电平的检测信号和低电平的检测信号。
接着,对以上述方式构成的无刷电动机11的作用进行说明。
例如,如图22A所示,在转子21旋转时,第1转子芯31的第1爪状磁极部31b的圆周方向位置相对于霍尔IC43一致时,从第1爪状磁极部31b的轴向端面朝轴向的外部的漏磁通(图中朝上方的漏磁通,参照箭头A)通过霍尔IC43。
另外,例如如图22B所示,在第2转子芯32的第2爪状磁极部32b的圆周方向位置相对于霍尔IC43一致时,从第1芯基座31a的轴向端面朝轴向外部延伸之后朝第2爪状磁极部32b的轴向端面延伸的漏磁通(图中为朝下方的漏磁通,参照箭头B)通过霍尔IC43。
也就是说,在第4实施方式中,转子21上的与霍尔IC43对置的部位作为被检测部发挥作用。具体地讲,第1爪状磁极部31b上的与霍尔IC43对置的部位、第1芯基座31a、第2爪状磁极部32b上的与霍尔IC43对置的部位、以及背面補助磁石34上与霍尔IC43对置的部位作为被检测部发挥作用。
在此,图23示出了特性X,该特性X为测定出的在第4实施方式的霍尔IC43的位置的磁通密度结果。从图23可以得知,磁极(漏磁通的朝向)大致每45°转换一次。另外,特性Y为测定出的在与第1芯基座31a对置的径向位置上的磁通密度的结果,在这种情况下可以得知,磁极(漏磁通的朝向)不进行转换。
由此,在第4实施方式中,从霍尔IC43输出的检测信号的电平相应于转子21的旋转角度(位置)进行转换,基于其检测信号从控制电路S向绕组19供给在最适合的时机转换的3相的驱动电流,从而产生旋转磁场,转子21良好地被连续旋转驱动。
接着,说明上述(1)以外的第4实施方式特征性的优点。
(13)霍尔IC43被配置在与转子21在轴向上对置的位置、且与第1以及第2爪状磁极部31b,32b在径向上一致的位置。因此,霍尔IC43不需要用传感器磁石就可以检测转子21的旋转位置。即,在上述构成中,在转子21旋转时,第1爪状磁极部31b的圆周方向位置相对于霍尔IC43一致时和第2爪状磁极部32b的圆周方向位置相对于霍尔IC43一致时,通过霍尔IC43的漏磁通的方向不同。所以,不需要特别适用传感器磁石就可以通过霍尔IC43检测转子21的旋转位置。而且,可以避免由传感器磁石产生的对于电动机特性的影响,例如转子21的设计变得容易。
第4实施方式也可以更改为以下的形式。
也可以在与第4实施方式的第1爪状磁极部31b的霍尔IC43的对置面上设置凸部。
例如如图24所示,也可以变更转子21。此例的凸部61与第1爪状磁极部31b(第1转子芯31)一体成形。另外,此例的凸部61通过从与第1爪状磁极部31b的与霍尔IC43不对置的一面侧施加压力使第1爪状磁极部31b的一部分移动的拉拔加工成形。
此例的凸部61形成于与霍尔IC43对置的第1爪状磁极部31b上的径向的位置。详细地讲,凸部61形成在从第1芯基座31a向径向外侧突出的第1爪状磁极部31b的部位上的径向中心位置。另外,此例的凸部61从第1爪状磁极部31b的圆周方向的一个端部以圆弧状延伸至另一个端部。
这样设置凸部61的话,凸部61的圆周方向位置相对于霍尔IC43一致的时候通过霍尔IC43的漏磁通的方向变得显著,从而可以进一步高精度地并且稳定地检测转子21的旋转位置。
由于凸部61与第1爪状磁极部31b一体成形,所以和凸部以单独部件的形式被固定的构造相比,例如可以抑制部件数量或组装工时。另外,凸部以单独部件的形式被固定的构造中,根据组装的精度会出现磁通的流动不稳定的情况。相对于此,凸部61一体成形的话,磁通的流动稳定,可以进一步高精度地并且稳定地检测转子21的旋转位置。
另外,凸部61在与霍尔IC43对置的第1爪状磁极部31b的径向的位置上从第1爪状磁极部31b的圆周方向的一个端部以圆弧状延伸至另一个端部。因此,在第1爪状磁极部31b的圆周方向位置相对于霍尔IC43一致的范围内,通过霍尔IC43的漏磁通的方向一直显著。
例如也可以如图25那样对转子21进行变更。此例的凸部62被固定在第1爪状磁极部31b上(例如通过粘合剂等)。另外,此例的凸部62为圆柱形状,凸部62的一端被固定在第1爪状磁极部31b的圆周方向中心位置。
即使这样设置凸部62,在凸部62的圆周方向位置相对于霍尔IC43一致的时候通过霍尔IC43的漏磁通的方向也变得显著。因此,可以进一步高精度地且稳定地检测转子21的旋转位置。
由于将单独部件的凸部62固定在第1爪状磁极部31b上,所以例如可以将第1以及第2转子芯31,32作为共通部件。因此,与例如在第1以及第2转子芯31,32的一方的第1爪状磁极部31b上一体成形凸部的转子(上述其他例(参照图24))相比,可以增加共通部件。然而,在上述其他例(参照图24)中的第2转子芯32的第2爪状磁极部32b上也可以一体成形凸部61,将第1以及第2转子芯31,32作为共通部件。
例如也可以如图26所示的那样对转子21进行变更。此例的凸部63,64在和第1以及第2爪状磁极部31b,32b上的朝轴向延出的部位在径向上一致的位置上形成。即,凸部63被设置在和第1爪状磁极部31b上的朝轴向延出的部位在径向上一致的位置,被凸设在与朝轴向延出的部位相反一侧。另外,凸部64被设置在和第2爪状磁极部32b上的朝轴向延出的部位在径向上一致的位置,从轴向延出的部位的顶端进一步延長而被凸设。在此例中,凸部63,64的突出量、即高度被设置为相互相同。另外,当然,此例的霍尔IC43被设置在与凸部63,64在径向上一致的位置、且与凸部63,64对置的位置上。
这样设置凸部63,64的话,由各个凸部63,64通过霍尔IC43的漏磁通的方向变得显著,可以进一步高精度地且稳定地检测转子21的旋转位置。
例如也可以如图27所示那样对转子21进行变更。此例的凸部63,65的高度不像上述其他例(参照图26)的凸部63,64那样相同。也就是说,凸部63的高度和凸部65的高度不同,以使在霍尔IC43处的磁通密度以接近均等的状态。详细地讲,在此例中,位于转子21中不与霍尔IC43对置的一侧并作为S极发挥作用的第2爪状磁极部32b的凸部65的高度形成为比作为N极发挥作用的第1爪状磁极部31b的凸部63的高度更高。
这样的话,如图28的模式性特性Z1所示,在霍尔IC43的位置上磁通密度的磁极(漏磁通的朝向)大致每45°转换一次,磁通密度的振幅也大致均等。另外,图28的模式性特性Z2为具有高度为一定的凸部63,64的上述其他例(参照图26)的磁通密度。也就是说,如图26所示,在使用高度相互相同的凸部63,64的情况下,在霍尔IC43处的磁通密度如模式性特性Z2那样不均等地转换。在这种情况下,如图27所示,通过使凸部63,65的高度不同,在霍尔IC43处的磁通密度以近似均等(以等角度间隔及均等的振幅)的状态转换。所以,可以基于霍尔IC43的检测信号在更加适合的时机向定子16的绕组19供给驱动电流。
在第4实施方式中虽然没有特别言及,也可以将第1以及第2转子芯31,32通过锻造或者冲压等成形,也可以沿轴向层积多片芯薄片来成形。另外,上述凸部63-65也可以通过锻造或者冲压等成形,也可以沿轴向层积多片凸部用的芯薄片来成形。
在第4实施方式中,霍尔IC43配置为与从第1芯基座31a朝径向外侧突出的第1爪状磁极部31b的部位的径向的中心位置之间沿轴向具有2mm的缝隙。并不仅限于此,只要是和转子21沿轴向对置的位置、且是和第1以及第2爪状磁极部31b,32b在径向一致的位置即可,也可以对霍尔IC43的位置或者缝隙的大小进行变更。例如,也可以将霍尔IC43配置在与第1以及第2爪状磁极部31b,32b上沿轴向延出的部位在径向上一致的位置。另外,例如也可以将霍尔IC43配置为与第1爪状磁极部31b之间在轴向上具有1mm的缝隙,也可以配置为具有3mm的缝隙。
在第4实施方式中,转子21具备设置在第1以及第2爪状磁极部31b,32b的径向内侧并沿径向磁化的背面補助磁石34。并不仅限于此,转子21也可以不具备背面補助磁石34。
第4实施方式的转子21也可以具备位于各个第1以及第2爪状磁极部31b,32b沿圆周方向的彼此之间并在圆周方向上磁化的极间磁石。
以下参照图29-图36对无刷电动机的第5实施方式进行说明。
如图29所示,无刷电动机M具有电动机壳体101,在电动机壳体101的内周面固定有定子102,在该定子102的内侧配设有转子104,该转自104具有固装在旋转轴103上并和同旋转轴103一体旋转的所谓爪极型(Lundell)构造。旋转轴103为非磁体的不锈钢制轴,通过设置在电动机壳体101上而未予图示的轴承可旋转地被支承在电动机壳体101上。
定子102具有圆筒状的定子芯110,该定子芯110的外周面被固定在电动机壳体101的内侧面。在定子芯110的内侧,沿轴线方向形成且在圆周方向上等间隔配置的多个齿111朝径向内侧延出而形成。各个齿111为T型的齿,其径向的内周面111a为将以旋转轴103的中心轴线O为中心的圆的圆弧向轴线方向延出的圆弧面。
齿111和齿111之间形成有齿槽112。在第5实施方式中,齿111的数量为12个,齿槽112的数量与齿111的数量相同为12个。在12个齿111上沿圆周方向以集中缠绕方式依次缠绕由3相绕组、即U相绕组113u、V相绕组113v、W相线113w。
在这些缠绕的各相绕组113u,113v,113w上施加3相电源电压而在定子102上形成旋转磁场,使固装在配置于同定子102内侧的旋转轴103上的转子104正转(在图29中为顺时针方向)以及逆转(图29中向逆时针方向旋转)。
如图32A-图35所示,配设在定子102内侧的转子104具有第1以及第2转子芯120,130、励磁磁石140。而且,如图30以及图31所示,在该转子104上安装有转子盖160。
如图35所示,第1转子芯120由为软磁性材料的电磁钢板形成,具有圆板状的第1芯基座121,在该第1芯基座121上形成有贯插并固装旋转轴103的贯穿孔120a。在第1芯基座121的外周面121c上,多个(第5实施方式为4个)第1爪状磁极部122以等间隔朝径向外侧突出且朝轴向延出形成。在此,在第1爪状磁极部122中,将从第1芯基座121的外周面121c朝径向外侧突出的部分称作第1基部123,将朝轴向屈曲的顶端部分称为第1磁极部124。
由第1基部123和第1磁极部124构成的第1爪状磁极部122的圆周方向两端面122a,122b为沿径向延伸(从轴向看相对于径向不倾斜)的平坦面。而且,各个第1爪状磁极部122的圆周方向的角度、即所述圆周方向两端面122a,122b之间的角度被设定为比在圆周方向相邻的第1爪状磁极部122彼此之间的缝隙的角度小。
另外,第1磁极部124的径向外侧面f1具有圆形的圆弧面,该圆形的轴垂直方向截面形状以旋转轴103的中心轴线O为中心,且在所述径向外侧面f1上具有第1辅助槽125和第2辅助槽126这2个槽。
详细地讲,如图33所示,在第1磁极部124的径向外侧面f1上,将从旋转轴103的中心轴线O通过第1磁极部124的圆周方向的中间位置的直线作为中心线L1。通过以该中心线L1为基准向顺时针方向侧以及逆时针方向侧离开角度θ1的位置并从中心轴线O延伸的直线分别为第1直线L1a和第2直线L1b。
在此,角度θ1基于齿槽转矩的周期(角度φ)使用以下的公式求出。
θ1=(1/2+n)·φ
其中,n为整数,在本实施方式中,n=0。
齿槽转矩的周期φ一般为将360度除以转子104的磁极数和定子102的齿槽数的最小公倍数得到的值。
在此,转子104的磁极数为8,定子102的齿槽数为12,所以最小公倍数为24。然后,齿槽转矩的周期φ为15(=360/24)度。
因此,角度θ1为7.5(=15/2)度。
接着,在径向外侧面f1上,将通过以中心线L1为中心向顺时针方向以及逆时针方向分别移位7.5度的位置的第1直线L1a和第2直线L1b作为圆周方向的中间位置,沿轴线方向分别凹设具有一定宽度的槽。
另外,将以第1直线L1a为圆周方向中间位置的槽作为第1辅助槽125,将以第2直线L1b为圆周方向中间位置的槽作为第2辅助槽126。因此,以旋转轴103的中心轴线O为中心,第1辅助槽125和第2辅助槽126形成的角度与齿槽转矩的周期φ(=15度)一致。
也就是说,中心线L1和第1直线L1a形成的角度以及中心线L1和第2直线L1b形成的角度均为齿槽转矩的周期φ的半周期(=7.5度),第1辅助槽125和第2辅助槽126以中心线L1为对称轴形成在对称位置。
该第1以及第2辅助槽125,126的轴垂直方向截面形状形成为U字状,其底面125a,126a为平面。底面125a,126a形成为与从底面125a,126a的两侧朝径向外侧延伸的侧面形成直角。
因此,第1以及第2辅助槽125,126的底面125a,126a为平面形状,所以轴垂直方向截面形状不是以旋转轴103的中心轴线O为中心的圆弧形状。其结果,包含第1磁极部124的第1以及第2辅助槽125,126的底面125a,126a的径向外侧面f1作为整体,其轴垂直方向截面形状不是以旋转轴103的中心轴线O为中心的圆形状。
如图32A以及图35所示,在第1芯基座121的对置面反面121b上,在以中心轴线O为中心的圆上以等角度间隔凹设有4个定位卡止孔(第1卡止孔)127。4个定位卡止孔127设于形成在第1芯基座121上的相邻的第1爪状磁极部122的中间位置上。
如图35所示,第2转子芯130具有与第1转子芯120相同的材质以及形状,具有圆板状的第2芯基座131,该第2芯基座131上形成了贯插固装旋转轴103的贯穿孔130a。第2芯基座131的外周面131c上等间隔地形成有4个第2爪状磁极部132,这4个第2爪状磁极部132朝径向外侧突出并沿轴向延出。在此,在第2爪状磁极部132中,将从第2芯基座131的外周面131c朝径向外侧突出的部分称为第2基部133,将朝轴向屈曲的顶端部分称为第2磁极部134。
由第2基部133和第2磁极部134构成的第2爪状磁极部132的圆周方向端面132a,132b为沿径向延伸的平坦面。而且,各个第2爪状磁极部132的圆周方向的角度、即所述圆周方向两端面132a,132b之间的角度被设定为比在圆周方向上相邻的第2爪状磁极部132彼此之间的缝隙的角度小。
另外,第2磁极部134的径向外侧面f2具有圆形的圆弧面,该圆形的轴垂直方向截面形状以旋转轴103的中心轴线O为中心,且在所述径向外侧面f2上具有第1辅助槽135和第2辅助槽136这2个槽。
详细地讲,如图33所示,在第2磁极部134的径向外侧面f2上,将从旋转轴103的中心轴线O通过第2磁极部134的圆周方向的中间位置的直线作为中心线L2。通过以该中心线L2为基准向顺时针方向侧以及逆时针方向侧离开角度θ2的位置并从中心轴线O延伸的直线分别为第1直线L2a和第2直线L2b。在此,角度θ2与上述相同地,基于齿槽转矩的周期φ使用以下的公式求出。
θ2=(1/2+n)·φ
其中,n为整数,在本实施方式中,n=0。齿槽转矩的周期φ与所述相同为15(=360/24)度。
因此,角度θ2与角度θ1相同为7.5(=15/2)度。
接着,在径向外侧面f2上,将通过以中心线L2为中心向顺时针方向以及逆时针方向分别移位7.5度的位置的第1直线L2a和第2直线L2b作为圆周方向的中间位置,沿轴线方向分别凹设具有一定宽度的槽。
将以第1直线L2a为圆周方向中间位置的槽作为第1辅助槽135,将以第2直线L2b为圆周方向中间位置的槽作为第2辅助槽136。因此,第1辅助槽135と第2辅助槽136以旋转轴103的中心轴线O为中心形成的角度与齿槽转矩的周期φ(=15度)一致。
也就是说,中心线L2和第1直线L2a形成的角度以及中心线L2和第2直线L2b形成的角度均为齿槽转矩的周期φ的半周期(=7.5度),第1辅助槽135和第2辅助槽136以中心线L2为对称轴形成在对称位置。
该第1以及第2辅助槽135,136形成为其轴垂直方向截面形状为U字状,其底面135a,136a为平面。底面135a,136a形成为与从底面135a,136a的两侧向径向外侧延伸的侧面形成直角。
因此,第1以及第2辅助槽135,136的底面135a,136a为平面形状,所以轴垂直方向截面形状不是以旋转轴103的中心轴线O为中心的圆弧形状。其结果,包含第2磁极部134的第1以及第2辅助槽135,136的底面135a,136a的径向外侧面f2作为整体,其轴垂直方向截面形状不是以旋转轴103的中心轴线O为中心的圆形状。
如图32B所示,在第2芯基座131的对置面反面131b上,在以中心轴线O为中心的圆上以等角度间隔凹设有4个定位卡止孔(第2卡止孔)137。4个定位卡止孔137设于形成在第2芯基座131上的相邻的第2爪状磁极部132的中间位置上。
而且,第2转子芯130的第2爪状磁极部132被配置在分别对应的各个第1爪状磁极部122之间。此时,第2转子芯130以在第1芯基座121和第2芯基座131的轴向之间配置(夹持)励磁磁石140(参照图34)的方式被组装在第1转子芯120上。
如图34以及图35所示,被夹持在第1转子芯120和第2转子芯130之间的励磁磁石140为由钕磁石形成的圆板状的永久磁石。
如图35所示,在励磁磁石140的中央位置形成有贯穿旋转轴103的贯穿孔141。励磁磁石140的一方的侧面140a和第1芯基座121的对置面121a、励磁磁石140的另一方的侧面140b和第2芯基座131的对置面131a分别抵接,励磁磁石140被夹持固定在第1转子芯120和第2转子芯130之间。
励磁磁石140的外径被设定为与第1以及第2芯基座121,131的外径一致,励磁磁石140的厚度被设定为预先定好的厚度。
也就是说,如图34所示,在第1转子芯120和第2转子芯130之间配置励磁磁石140时,第1爪状磁极部122(第1磁极部124)的顶端面122c和第2芯基座131的对置面反面131b对齐。同样地,第2爪状磁极部132(第2磁极部134)的顶端面132c和第1芯基座121的对置面反面121b对齐。另外,励磁磁石140的外周面140c与第1以及第2芯基座121,131的外周面121c,131c对齐。
如图34所示,励磁磁石140沿轴向被磁化,并被磁化为第1转子芯120侧为N极(第1磁极),第2转子芯130侧为S极(第2磁极)。因此,通过此励磁磁石140,第1转子芯120的第1爪状磁极部122作为N极(第1磁极)发挥作用,第2转子芯130的第2爪状磁极部132作为S极(第2磁极)发挥作用。
因此,本实施方式的转子104是使用了励磁磁石140的所謂爪极型(Lundell)构造的转子。在转子104上,成为N极的第1爪状磁极部122和成为S极的第2爪状磁极部132在圆周方向上交替地配置,转子104的磁极数为8极。
如图34所示,在由第1磁极部124的背面124a(径向内侧面)、第2芯基座131的外周面131c、励磁磁石140的外周面140c、第1基部123的第2转子芯130侧的面123a形成的空间中,配置有第1背面補助磁石151。
第1背面補助磁石151是其轴垂直方向截面为扇形状的大致长方体形状,为了降低该部分的漏磁通,第1背面補助磁石151在径向上被磁化成,与第1爪状磁极部122(第1磁极部124)的背面124a抵接的部位成为与第1爪状磁极部122同极的N极,与第2芯基座131抵接的部位成为与该第2芯基座131同极的S极。
如图34所示,在由第2磁极部134的背面134a(径向内侧面)、第1芯基座121的外周面121c、励磁磁石140的外周面140c、第2基部133的第1转子芯120侧的面133a形成的空间配置有第2背面補助磁石152。
第2背面補助磁石152是其轴垂直方向截面为扇形状的大致长方体形状,为了降低该部分的漏磁通,第2背面補助磁石152在径向上被磁化成,与第2爪状磁极部132(第2磁极部134)的背面134a抵接的部位成为与第2爪状磁极部132同极的S极,与第1芯基座121抵接的部位成为与该第1芯基座121同极的N极。
在配置有第1背面辅助磁石151的第1爪状磁极122和配置有第2背面辅助磁石152的第2爪状磁极132的圆周方向之间分别配置固定有第1以及第2极间磁石153、154。第1以及第2极间磁石153、154形成为轴正交方向截面呈扇形状的大致长方体形状。
详细地讲,第1极间磁石153配置在由第1爪状磁极部122的一方的圆周方向端面122a和所述第1背面補助磁石151的圆周方向端面形成的平坦面、与由第2爪状磁极部132的另一方的圆周方向端面132b和所述第2背面補助磁石152的圆周方向端面形成的平坦面之间。
同样地,第2极间磁石154配置在由第1爪状磁极部122的另一方的圆周方向端面122b和所述第1背面補助磁石151的圆周方向端面形成的平坦面、与由第2爪状磁极部132的一方的圆周方向端面132a和所述第2背面補助磁石152的圆周方向端面形成的平坦面之间。
第1以及第2极间磁石153,154沿圆周方向被磁化为,成为分别与第1以及第2爪状磁极部122,132相同的磁极(第1爪状磁极部122侧成为N极,第2爪状磁极部132侧成为S极)。
在如上述那样组装的转子104中安装有转子盖160。
如图30以及图31所示,转子盖160由配置在第1转子芯120(轴向外侧面)侧的第1盘体161和配置在第2转子芯130(轴向外侧面)侧的第2盘体162构成。第1盘体161和第2盘体162均为非磁体,在本实施方式中由黄铜形成。
第1盘体161形成为圆环板状。第1盘体161的内径被设定为,与通过形成在第1芯基座121的对置面反面121b上的4个定位卡止孔127的中心位置的、以中心轴线O为中心的圆的直径相同。在第1盘体161的内周缘部,4个第1卡爪163等间隔地向第1转子芯120侧延出形成。另一方面,第1盘体161的外径被设定为,与通过夹着被组装的旋转轴103而对置的第2极间磁石154的外周面的以中心轴线O为中心的圆的直径相同。
第1卡爪163分别嵌合在形成在第1芯基座121的对置面反面121b的定位卡止孔127。此时,第1盘体161与第1芯基座121的对置面反面121b的外周部抵接,并且与第2背面補助磁石152和第1以及第2极间磁石153,154的第1芯基座121侧的外侧面抵接。
另外,在第1盘体161的外周缘部,卡止凸缘(凸缘部)164朝与第1卡爪163相反的方向延出形成。
第2盘体162形成为圆环板状。第2盘体162的内径被设定为,与通过形成在第2芯基座131的对置面反面131b上的4个定位卡止孔137的中心位置的、以中心轴线O为中心的圆的直径相同。在第2盘体162的内周缘部,4个第2卡爪165等间隔地向第2转子芯130侧延出形成。另一方面,第2盘体162的外径被设定为,与通过夹着被组装的旋转轴103而对置的第1极间磁石153的外周面的、以中心轴线O为中心的圆的直径相同。
第2卡爪165分别嵌合在形成在第2芯基座131的对置面反面131b的定位卡止孔137。此时,第2盘体162与第2芯基座131的对置面反面131b的外周部抵接,并且与第1背面補助磁石151和第1以及第2极间磁石153,154的第2芯基座131侧的外侧面抵接。
另外,在第2盘体162的外周缘部,8个固定部件166(第1固定部件)朝与第2卡爪165相同的方向延出形成。在将第2盘体162的第2卡爪165分别嵌合在第2芯基座131的定位卡止孔137时,8个固定部件166各自位于第1爪状磁极部122的第1磁极部124和第2爪状磁极部132的第2磁极部134之间。
各个固定部件166形成为沿轴向朝第1盘体161侧延出至所述第1盘体161的卡止凸缘164的位置。此时,各个固定部件166的径向内侧面分别覆盖安装在第1爪状磁极部122的第1磁极部124和第2爪状磁极部132的第2磁极部134之间的第1极间磁石153或者第2极间磁石154的径向外侧面整体。
如图31所示,在各个固定部件166的顶端分别设有凿紧用爪(连结用爪)167。如图30所示,通过各个凿紧用爪167以与第1盘体161的卡止凸缘164卡合的方式被凿紧,第1盘体161和第2盘体162连结在一起。由此,转子盖160被组装到转子104上。另外,在图31中,各个凿紧用爪167为被凿紧的状态,但其在被凿紧之前沿轴向延出形成。
接着,对以上述方式构成的第5实施方式的作用进行说明。
在无刷电动机M中,如果在定子芯110的3相绕组113u,113v,113w上施加3相电源电压从而在定子102上形成旋转磁场的话,固装在配置于该定子102内侧的旋转轴103上的转子104基于该旋转磁场旋转。
由于转子104的轴向两侧面被转子盖160的第1盘体161和第2盘体162盖住,所以在旋转时第1以及第2极间磁石153,154、和第1以及第2背面補助磁石151,152不会朝轴向飞出。
而且,由于转子盖160的各个固定部件166按压在所对应的第1以及第2极间磁石153,154的径向外侧面上,即使由旋转产生的离心力被施加在第1以及第2极间磁石153,154上,第1以及第2极间磁石153,154也不会从第1以及第2转子芯120,130飞出。
如果停止向3相绕组113u,113v,113w施加3相电源电压的话,旋转磁场消失,转子104停止旋转。此时,转子104停止在从第1转子芯120的第1磁极部124流入定子芯110的齿111的磁通、和从定子芯110的齿111流入第2转子芯130的第2磁极部134的磁通分别成为最为稳定状态的旋转位置。
此停止位置为以下位置,即和第1以及第2磁极部124,134的某一方的径向外侧面f1(径向外侧面f2)上的中心线L1(中心线L2)交叉的圆周方向的中间位置与分别对置的齿111的径向内周面111a的圆周方向的中间位置相对峙。
图29示出了与第1磁极部124的径向外侧面f1上的中心线L1交叉的圆周方向的中间位置位于分别对置的齿111的径向内周面111a的圆周方向的中间位置时的情况。此时,由于无刷电动机M为转子104有8极、定子102有12齿槽的电动机,第2磁极部134的径向外侧面f2上的中心线L2位于齿111と齿111的中间位置。
在此状态下,如果旋转转子104(旋转轴103)的话,第1磁极部124的径向外侧面f1相对于分别对置的齿111的径向内周面111a沿圆周方向移动。
此时,由于第1磁极部124的径向外侧面f1上形成有第1以及第2辅助槽125,126,所以径向外侧面f1的轴垂直方向截面形状作为整体不成为以旋转轴103的中心轴线O为中心的圆形状。另外,由于第2磁极部134的径向外侧面f2山形成有第1以及第2辅助槽135,136,所以径向外侧面f2的轴垂直方向截面形状作为整体不成为以旋转轴103的中心轴线O为中心的圆形状。因此,和第1以及第2爪状磁极部具有成为以旋转轴103的中心轴线为中心的圆的径向外侧面的构成相比,伴随移动的磁通変化非常大。
顺便说一下,想要将磁通恢复到稳定状态的保持力(起动转矩)与磁场的変化相对应。其结果,在本实施方式的构成中,由于磁场的変化非常大,所以保持力(起动转矩)变得很大。
而且,第1辅助槽125,135和第2辅助槽126,136以中心线L1,L2为对称轴形成在对称位置。因此,在转子104(旋转轴103)的任意一个旋转方向上都产生相同的保持力(起动转矩)。
另外,第1辅助槽125(第1直线L1a)和第2辅助槽126(第2直线L1b)形成的角度与齿槽转矩的周期φ(=15度)一致。同样,第1辅助槽135(第1直线L2a)和第2辅助槽136(第2直线L2b)形成的角度与齿槽转矩的周期φ(=15度)一致。
也就是说,如图36所示,将形成第1辅助槽125,135以及第2辅助槽126,136之前的原来的槽形成前起动转矩Ta和辅助槽起动转矩Tb设为同相。由此,在槽形成前起动转矩Ta上重叠辅助槽起动转矩Tb,如图36所示,得到增大的合计起动转矩Tc。
接着,对讲转子盖160组装到转子104上的方法进行说明。
首先,在使第1盘体161与第1芯基座121的对置面反面121b相对置的状态下,将第1盘体161的第1卡爪163分别嵌合在形成于第1芯基座121的定位卡止孔127。此时,第2背面補助磁石152和第1以及第2极间磁石153,154的第1芯基座121侧的外侧面被第1盘体161覆盖。
另外,通过第1卡爪163与定位卡止孔127分别嵌合,第1盘体161以相对于第1芯基座121在径向以及圆周方向上不能移动的形式被定位。进一步,由于通过第1卡爪163和定位卡止孔127的嵌合使相互对置的第1盘体161的面以及第1芯基座121的对置面反面121b彼此压接,所以只要不施加必要以上的力,第1盘体161就在轴向上不能移动、也就是说不从第1芯基座121脱落。
接着,在使第2盘体162与第2芯基座131の对置面反面131b相对置的状态下,将第2盘体162的第2卡爪165分别嵌合在形成于第2芯基座131的定位卡止孔137。此时,第1背面補助磁石151和第1以及第2极间磁石153,154的第2芯基座131侧的外侧面被第2盘体162覆盖。
同样,通过第2卡爪165与定位卡止孔137分别嵌合,第2盘体162以相对于第2芯基座131在径向以及圆周方向上不能移动的形式被定位。进一步,由于通过第2卡爪165和定位卡止孔137的嵌合使相互对置的第2盘体162的面以及第2芯基座131的对置面反面131b彼此压接,所以只要不施加必要以上的力,第2盘体162就在轴向上不能移动,也就是说不从第2芯基座131脱落。
此时,形成在第2盘体162的外周部的8个固定部件166将对应的第1极间磁石153或者第2极间磁石154的径向外侧面整体覆盖的同时,其顶端达到第1盘体161的卡止凸缘164。
接着,将设在固定部件166的顶端部的凿紧用爪167凿紧到卡止凸缘164,将凿紧用爪167和卡止凸缘164凿紧固定。由此,第1盘体161和第2盘体162被连结固定,转子盖160被组装在转子104上。
接着,对上述(1)以外的第5实施方式的特征性的优点进行说明。
(14)第5实施方式中,将转子盖160安装在转子104上。另外,通过设在第2盘体162上的固定部件166将第1以及第2极间磁石153,154的径向外侧面覆盖。因此,由于固定部件166被按压在第1以及第2极间磁石153,154的径向外侧面上,即使由转子104的旋转产生的离心力被施加在第1以及第2极间磁石153,154上,第1以及第2极间磁石153,154也不会从第1以及第2转子芯120,130飞出。
而且,转子104的轴向的两侧面被转子盖160的第1盘体161和第2盘体162覆盖。因此,不会出现第1以及第2极间磁石153,154、和第1以及第2背面補助磁石151,152破损,其碎片沿轴向飞出的情况。
(15)在第5实施方式中,将第1盘体161的第1卡爪163分别嵌合在形成于第1芯基座121上的定位卡止孔127,并将第2盘体162的第2卡爪165分别嵌合在形成于第2芯基座131上的定位卡止孔137。而且,仅仅通过将固定部件166的顶端部的凿紧用爪167凿紧固定在第1盘体161的卡止凸缘164上,就可以将转子盖160简单地安装在转子104上。因此,可以缩短转子104、以及无刷电动机M的组装作业时间。
(16)在第5实施方式中,仅通过将各个第2卡爪165分别嵌合在形成于第2芯基座131上的定位卡止孔137,以各个固定部件166位于第1以及第2极间磁石153,154的径向外侧面的方式,将各个第2卡爪165和各固定部件166与第2盘体162相对配置。因此,向第2芯基座131安装第2盘体162变得非常简单,可以进一步缩短转子104、以及无刷电动机M的组装作业时间。
另外,第5实施方式也可以更改为以下的形式。
在第5实施方式中,将本发明具体化为在第1以及第2磁极部124,134的径向外侧面f1,f2上形成了第1辅助槽125,135以及第2辅助槽126,136的转子104。不仅限于此,也可以将本发明应用到在第1以及第2磁极部124,134的径向外侧面f1,f2上没有形成第1辅助槽125,135以及第2辅助槽126,136的转子104上。
在第5实施方式中,转子盖160具备覆盖第1以及第2极间磁石153,154的径向外侧面的固定部件166。不仅限于此,如图37以及图38所示,第2盘体162也可以具备多个第2固定部件170,在相邻固定部件166之间分别设置2个第2固定部件170。另外,将这些第2固定部件170与形成在第1以及第2磁极部124,134的径向外侧面f1,f2的第1辅助槽125,135以及第2辅助槽126,136相嵌合。由此,底面125a,135a,126a,136a被覆盖。此时,将形成在这些第2固定部件170的顶端部的第2凿紧用爪(连结用爪)171凿紧固定在第1盘体161的卡止凸缘164上。
在这种情况下,由于第1盘体161和第2盘体162通过新设置的第2固定部件170连结固定,所以可以产生保持力(起动转矩),并将转子104和定子102之间的径向气隙保持为恒定的同时增加转子盖160的固定强度。
在第5实施方式中,将转子盖160用黄铜形成。不仅限于此,转子盖只要是非磁体即可,例如也可以由不锈钢板材或者合成树脂形成。
在第5实施方式中,如图39以及图40所示,也可以在第1盘体161的卡止凸缘164上设置多个(图39以及图40中为8个)被检测片180,多个被检测片180在圆周方向上等间隔配置并沿轴线方向延出。被检测片180用于检测转子104的旋转角(旋转位置)或者旋转数。
如图39中双点划线所示,将由发光元件和受光元件构成的光传感器181或者由霍尔IC构成的磁传感器182以相对于被检测片180离开一定的间隔而对峙的方式设在电动机壳体101上。详细地讲,将光传感器181以与被检测片180的径向外周面对峙的方式配置。另外,在设置磁传感器182的情况下,磁传感器182以与被检测片180的顶端面(轴向外侧面)对峙的方式被配置。
伴随转子104的旋转,光传感器181或者磁传感器182检测通过其前方的各个被检测片180,将其检测信号向未予图示的控制电路输出。控制电路基于来自光传感器181或者磁传感器182的检测信号算出转子104的旋转角(旋转位置)并算出旋转数。
然而,在将被检测片180的检测通过磁传感器182进行时,作为第1盘体161的材质,例如使用铁制材质代替非磁体。在这种情况下,第1盘体161为薄盘体,所以漏磁通少。
由此,多个被检测片180与第1盘体161(转子盖160)一体形成。也就是说,因为第1盘体161(转子盖160)被兼用为作为用于旋转角或旋转数的检测的被检测部件,所以可以减少部件数量。而且,可以在第1盘体161的冲压·折曲加工的同时对被检测片180进行加工,从而可以省略另外进行的被检测部件的制造。进一步,还可以省略安装被检测部件的制造工序。
另外,在图39以及图40中,在第1盘体161上形成了被检测片180,但也可以在第2盘体162上形成被检测片180。
接着,参照图41-图44对第6实施方式进行说明。第6实施方式的特点在于,在第5实施方式的转子盖160上设置用于检测转子104的旋转角(旋转位置)或者旋转数的永久磁石。因此,在第6实施方式中,对该特征部进行详细说明,对于和第5实施方式共通的部分,为了便于说明将其省略。
如图41以及图42所示,在第1盘体161的轴向外侧面161a上,朝与第1转子芯120相反侧延伸的4个固定突片191以等间隔形成。各个固定突片191通过将第1盘体161的轴向外侧面161a向与第1转子芯120相反一侧切起而形成。4个固定突片191的径向内侧面191a为以中心轴线O为中心的圆的圆弧面,具有相互相同的内径。
另外,如图43以及图44所示,4个固定突片191的形成位置被设置在和朝径向延出的第2爪状磁极部132重合的位置、也就是说,设置在从将该固定突片191切起形成的切起孔中不露出第2背面補助磁石152的位置。
如图41所示,在第1盘体161的轴向外侧面161a上,设置有环状的传感器磁石192。传感器磁石192作为被检测部发挥作用。如图43所示,传感器磁石192的径向外侧面192a嵌合固定在各个固定突片191的径向内侧面191a上。此时,传感器磁石192以环状的传感器磁石192的中心轴与旋转轴103的中心轴线O一致的方式,固定在第1盘体161上。
如图43所示,传感器磁石192被磁化为,在圆周方向上N极、S极交替出现并具有等角度的间隔。详细地讲,传感器磁石192磁化为,在传感器磁石192的第1转子芯120侧与第1爪状磁极部122沿轴向对置的部位成为N极,与第2爪状磁极部132沿轴向对置的部位成为S极。也就是说,环状的传感器磁石192的第1转子芯120侧磁化为,磁化为N极的N极部分192n和磁化为S极的S极部分192s与第1爪状磁极部122的磁极和第2爪状磁极部132的磁极相对应。
另外,在传感器磁石192的径向外侧面192a上、各个N极部分192n的圆周方向中心位置形成有凹部193。凹部193作为表示N极部分192n的标记发挥作用。此外,在将传感器磁石192用夹具握持并嵌合到固定突片191上的时候,凹部193成为夹具所嵌合的部位,所以容易握持。另外,虽然传感器磁石192的N极通过此凹部193产生少量微弱的磁通,但传感器磁石192位于转子104上产生N极的第1转子芯120的附近。因此,传感器磁石192受到第1转子芯120的磁通的影响,所以磁通的强度变得均等。
以相对传感器磁石192在轴向隔开一定的间隔而对峙的形式,在电动机壳体101上设置由霍尔IC构成的磁传感器182(参照图44)。由此,如果转子104旋转的话,在传感器磁石192上磁化为N极的N极部分192n和磁化为S极的S极部分192s交替地通过磁传感器182的前方。
第6实施方式除了第5实施方式的作用还有以下的作用。
在旋转时,固设在第1盘体161上的环状的传感器磁石192也以旋转轴103为中心旋转。伴随着该旋转,磁传感器182对传感器磁石192的N极部分192n和S极部分192s的交替通过进行检测。因此,可以得到高精度的检测信号。
磁传感器182将该检测信号向未予图示的控制电路输出。控制电路基于来自磁传感器182的检测信号算出转子104的旋转角(旋转位置),并算出旋转数。控制电路利用算出的旋转角(旋转位置)或旋转数进行无刷电动机M的驱动控制。
第6实施方式除了第5实施方式的优点以外还有以下的优点。
(17)在第6实施方式中,在第1盘体161的轴向外侧面161a设置固定突片191,并通过该固定突片191将用于旋转角或旋转数检测的传感器磁石192固设在第1盘体161(转子盖160)上。
因此,第1盘体161(转子盖160)被兼用为支承传感器磁石192的部件,所以可以减少部件数量。而且,可以在第1盘体161的冲压·折曲加工的同时对固定突片191进行加工,所以没有必要另外进行制造传感器磁石192的安装部件。进一步,还可以省略安装传感器磁石192的制造工序,实现低成本的无刷电动机M。
另外,由于传感器磁石192固设在第1盘体161的轴向外侧面161a上,可以缩短轴向的长度,实现无刷电动机M的小型化。
(18)在第6实施方式中,用在圆周方向上N极部分192n和S极部分192s交替地磁化的环状的永久磁石形成用于旋转检测的传感器磁石192。因此,由于磁传感器182对传感器磁石192的N极部分192n和S极部分192s的交替通过连续地进行检测,所以可以得到高精度的检测信号。
(19)在第6实施方式中,通过将第1盘体161的轴向外侧面161a向与第1转子芯120相反一侧切起而形成4个固定突片191。4个固定突片191的径向内侧面191a为内径彼此相同,且以中心轴线O为中心的圆的圆弧面。而且,在4个固定突片191的径向内侧面191a上嵌合固定了传感器磁石192。因此,环状的传感器磁石192可以高精度地安装。
另外,4个固定突片191的形成位置被设置在和朝径向延出的第2爪状磁极部132重合的位置、也就是说,设置在从将该固定突片191切起形成的切起孔中不露出第2背面補助磁石152的位置。因此,没有来自第2背面補助磁石152的漏磁通的影响,磁传感器182可以高精度地检测传感器磁石192的N极部分192n和S极部分192s。
另外,上述第6实施方式也可以更改为以下的形式。
在第6实施方式中,将固定突片191设在第1盘体161上,将传感器磁石192固定在该第1盘体161上。但也可以根据无刷电动机M的规格,将以上构造变更为,将固定突片191设在第2盘体162上,将传感器磁石192也固定在该第2盘体162上。
在第6实施方式中,通过将第1盘体161的轴向外侧面161a朝与第1转子芯120相反一侧切起来形成固定突片191。
并不仅限于此,也可以如图45-图47所示,形成圆筒形状的固定圆筒壁195。固定圆筒壁195通过将第1盘体161的内周缘部朝与第1转子芯120相反一侧折曲而形成。此时,固定圆筒壁195的径向外侧面195a为以中心轴线O为中心的圆弧面。另外,形成固定圆筒壁195之后的第1盘体161的内径(固定圆筒壁195的内径)比第1芯基座121的外周面121c的外径短。通过在固定圆筒壁195的径向外侧面195a上嵌合固定传感器磁石192的径向内侧面192b,传感器磁石192被固定在第1盘体161(转子盖160)上。
在这种情况下,支承固定传感器磁石192的固定圆筒壁195为具有刚性的圆筒形状。因此,可以确保对于传感器磁石192的安装的信赖性,并可以高精度地安装传感器磁石192。
而且,第1盘体161的内径(固定圆筒壁195的内径)比第1芯基座121的外周面121c的外径短。因此,第2背面補助磁石152、第1以及第2极间磁石153,154不会从第1盘体161露出。其结果,第2背面補助磁石152、第1以及第2极间磁石153,154不会飞散。
另外,在这种情况下,由于在第1盘体161上形成了圆筒状的固定圆筒壁195,所以如第5以及第6实施方式的那样在第1盘体161的内周缘部形成的4个第1卡爪163被省略。
当然,也可以将固定圆筒壁195设在第2盘体162上。另外,如图37以及图38所示,也可以设置第2固定部件170。在这种情况下,第2固定部件170嵌合在形成于第1以及第2磁极部124,134的径向外侧面f1,f2的第1辅助槽125,135以及第2辅助槽126,136上,并覆盖其底面125a,135a,126a,136a。
以下,参照图48以及图49对无刷电动机的第7实施方式进行说明。
如图48所示,本实施方式的无刷电动机11为配置在车辆发动机室1内的用于位置控制装置、详细地讲用于连结在发动机2上的气门正时可変装置3的电动机。
如图48所示,在向无刷电动机11的外部突出的旋转轴22的顶端连结有气门正时可変装置3,通过旋转轴22的旋转驱动,气门正时(发动机2的凸轮轴相对于曲轴的相对旋转相位)对应于发动机2的运转状态进行适当的变更。
如图48所示,第7实施方式的环状磁石33为,钕磁石,配置在比所述第1以及第2芯基座31a,32a的外周部更靠径向内侧的位置。详细地讲,环状磁石33的外径设定为比第1以及第2芯基座31a,32a的外径更小。
另外,在第7实施方式中,被安装的第1以及第2芯基座31a,32a以及环状磁石33构成为,其直径为其轴向长度的4倍以上。其直径具体被设定为100mm以下。
如图48所示,磁体固定部件41在第1转子芯31上第2转子芯32的相反侧侧外嵌于旋转轴22。在磁体固定部件41的外周侧固定有作为被检测部的传感器磁石42。另外,传感器磁石42构成为,在圆周方向(旋转方向)上N极和S极每隔预定角度交替地出现。在所述前端板14上,在与传感器磁石42沿轴向置的位置上设有霍尔IC43,通过该霍尔IC43检测传感器磁石42,由此可以检测转子21的旋转位置。
接着,对于以上述方式构成的无刷电动机11的作用进行说明。
例如,在进行对应于车辆行驶时的运转状态变更气门正时的控制时,从控制电路S向绕组19供给3相的驱动电流,从而产生旋转磁场。这样的话,转子21进行旋转驱动,气门正时(对于发动机2的曲轴的凸轮轴的相对旋转相位)被气门正时可変装置3変更。
接着,对上述(1)以外的第7实施方式的特征性的优点进行说明。
(20)配置在车辆发动机室1内的气门正时可変装置3具有无刷电动机11。无刷电动机11中转子21的环状磁石33在第1转子芯31和第2转子芯32的轴向上处在第1转子芯31和第2转子芯32之间。由此,环状磁石33不容易受到外部的影响,所以即使例如车辆发动机室1内温度很高,环状磁石33也不容易减磁(不可逆温度変化)。所以,可以稳定地进行位置控制、即气门正时变更。
(21)作为第1磁极部以及第2磁极部的第1以及第2爪状磁极部31b,32b从大致圆板状的第1以及第2芯基座31a,32a的外周部朝径向外侧突出,并以覆盖环状磁石33的径向外侧面的方式沿轴向延伸。因此,环状磁石33更不容易受外部的影响。因此,即使例如车辆发动机室1内温度很高,环状磁石33也不容易减磁(不可逆温度変化)。
(22)环状磁石33被设定为位于比第1以及第2转子芯31,32的圆板状的第1以及第2芯基座31a,32a的外周部更靠径向内侧的位置。因此,环状磁石33更不容易受外部的影响。因此,即使例如车辆发动机室1内温度很高,环状磁石33也不容易减磁(不可逆温度変化)。
(23)转子21的极数被设为2×n(而n为自然数),并且定子16的齿17a的数量被设定为3×n。因此,最小公倍数变小,可以使更多的第1以及第2爪状磁极部31b,32b和齿17a正对,还可以增大起动转矩。因此,在非驱动时,可以限制由于车辆发动机室1内的振动等导致转子21旋转。
第7实施方式也可以更改为以下的形式。
在第7实施方式中,环状磁石33被设定为位于比第1以及第2转子芯31,32的圆板状的第1以及第2芯基座31a,32a的外周部更靠径向内侧的位置,但也可以进行变更。
例如,如图50A,50B所示,也可以将环状磁石33的外径设定为与第1以及第2芯基座31a,32a的外径相同。另外,在此例(参照图50A,50B)中,各个部件的厚度等也可以变更。
在第7实施方式的转子21中,将永久磁石仅用在环状磁石33中。但并不仅限于此,转子也可以具备其他永久磁石。
例如,如图51A,51B所示,也可以在上述其他例(参照图50A,50B)中的第1以及第2爪状磁极部31b,32b的背面(径向内侧的面)上追加沿径向磁化的背面補助磁石34,还可以在第1爪状磁极部31b和第2爪状磁极部32b的圆周方向之间追加沿圆周方向磁化的极间磁石35。
在第7实施方式中,第1磁极部以及第2磁极部为第1以及第2爪状磁极部31b,32b。并不仅限于此,也可以将第1磁极部以及第2磁极部变更为其他形状。
例如,如图52A,52B所示,第1磁极部以及第2磁极部也可以是从第1以及第2芯基座31a,32a的外周部朝径向外侧突出(没有进一步朝轴向延伸)的第1以及第2突出磁极31c,32c。
第7实施方式的第1以及第2爪状磁极部31b,32b(第1磁极部以及第2磁极部)的径向外侧面的轴垂直方向的截面形状也可以不是以转子21的旋转轴22的中心轴线为中心的圆。
例如,也可以如图53所示那样変更。在此例中,第1以及第2爪状磁极部31b,32b的径向外侧面具有以旋转轴22的中心轴线为中心的圆弧面,并且具有从该圆弧面凹设的一对辅助槽58。另外,在此例中,径向外侧面具有辅助槽58,但并不仅限于此,例如径向外侧面的整体也可以形成为不为圆。
这样的话,要旋转的第1以及第2爪状磁极部31b,32b的表面和定子16(齿17a)的间隔分别变动。因此,伴随着该变动,产生磁场大的変化,成为旋转时的负荷,使得起动转矩增加。因此,在非驱动时,可以抑制由于车辆发动机室1内的振动等使转子21旋转。
在第7实施方式中,第1以及第2芯基座31a,32a分别以通过粘合剂固装在环状磁石33上的方式被安装。并不仅限于此,第1以及第2芯基座31a,32a也可以通过其他构成安装。
例如,也可以如图54所示那样,将第1转子芯31和第2转子芯32通过作为紧固部件的铆钉56进行固定。详细地讲,在此例中,在各个第1以及第2转子芯31,32、环状磁石33、收容它们的转子盒体25、磁体固定部件41上,在和转子在轴向重合的位置上形成有多个贯穿孔57。另外,此例的贯穿孔57在以旋转轴22为中心的圆的同心圆上每隔预定间隔(在本实施方式中沿圆周方向间隔90°)形成。而且,也可以在将铆钉56插通此贯穿孔57的状态下凿紧铆钉56的端部,将第1以及第2转子芯31,32、环状磁石33、收容它们的转子盒体25、磁体固定部件41凿紧(紧固)固定。另外,此例的转子盒体25具有有底筒状壳体25a和封堵有底筒状壳体25a的开口部的盖部25b。另外,当然也可以省略此转子盒体25。另外,此例的铆钉56由非磁体构成。另外,铆钉56也可以变更为螺钉和螺母等其他紧固部件。
这样的话,例如和利用粘合剂进行固定的情况相比,第1以及第2芯基座31a,32a被牢固地固定,即使车辆发动机室1内成为高温,粘结部分也不会剥离。
在第7实施方式中,转子21的极数被设定为“8”,定子16的齿17a的数量被设定为“12”,这些数量也可以变更。例如,可以将转子21的极数设定为“4”,并将定子16的齿17a的数量设定为“6”。另外,例如也可以将转子21的极数设定为“6”,并将定子16的齿17a的数量设定为“9”。另外,转子21的极数为2×n(nは自然数)且定子16的齿17a的数量为3×n这样的条件中至少一方不满足也可以。
在第7实施方式中,将本发明具体化为用于气门正时可変装置3的无刷电动机11,但也可以将本发明具体化为用于配置在车辆发动机室1内的其他位置控制装置(例如节流阀控制装置)的无刷电动机。
Claims (20)
1.一种转子,具备:
第1转子芯,具有大致圆板状的第1芯基座、和设在所述第1芯基座的外周部并以等间隔排列的多个第1爪状磁极部,各个所述第1爪状磁极部朝径向外侧突出并朝轴向延出;
第2转子芯,具有大致圆板状的第2芯基座、和设在所述第2芯基座的外周部并以等间隔排列的多个第2爪状磁极部,各个所述第2爪状磁极部朝径向外侧突出并朝轴向延出,所述第1芯基座以及所述第2芯基座相互对置,而且所述第1爪状磁极部以及所述第2爪状磁极部在圆周方向上交替地排列;
励磁磁石,在所述第1芯基座以及所述第2芯基座的轴向上处于所述第1芯基座以及所述第2芯基座之间,所述励磁磁石沿所述轴向磁化从而使所述第1爪状磁极部作为第1磁极发挥作用,并使所述第2爪状磁极部作为第2磁极发挥作用;和
被检测部,产生用于检测所述第1转子芯以及所述第2转子芯的旋转位置的磁通,
所述第1转子芯以及所述第2转子芯各自具有在所述轴向上与所述励磁磁石对置的内侧轴端面、和处在所述内侧轴端面相反侧的外侧轴端面,
所述被检测部配置在所述第1转子芯的所述外侧轴端面上。
2.根据权利要求1所述的转子,其中,
所述被检测部为设置在与所述第1转子芯以及所述第2转子芯在轴向错开的位置上的环状的传感器磁石,所述传感器磁石包含在所述轴向上与所述第1爪状磁极部以及所述第2爪状磁极部对置的第1传感器磁石部、以及在所述轴向上位于所述第1传感器磁石部相反侧的第2传感器磁石部,所述传感器磁石构成为沿所述轴向的磁化方向在所述圆周方向上交替相异,
所述传感器磁石具有比所述第1芯基座以及所述第2芯基座的外径更大的内径,所述第1传感器磁石部具有沿所述圆周方向交替地设置的多个第1磁极部和多个第2磁极部,所述第1磁极部和所述第2磁极部具有相异的磁极,所述第1磁极部的磁极以及所述第2磁极部的磁极和相对置的所述第1爪状磁极部以及所述第2爪状磁极部的磁极分别一致。
3.根据权利要求2所述的转子,其中,
沿所述轴向的磁化方向在所述圆周方向上以等角度间隔相异,
各个所述第1磁极部以及所述第2磁极部的圆周方向中心与各个所述第1爪状磁极部以及所述第2爪状磁极部的圆周方向中心一致。
4.根据权利要求1所述的转子,其中,
所述被检测部为在所述轴向上相对于所述第1芯基座设于所述第2芯基座相反侧的传感器磁石,所述传感器磁石包含沿所述圆周方向交替地排列的第1磁极部和第2磁极部,所述第1磁极部具有与所述励磁磁石上接近所述传感器磁石的部位的磁极相同的磁极,所述第2磁极部具有与励磁磁石上远离所述传感器磁石的部位的磁极相同的磁极,
所述第1磁极部在所述圆周方向上的角度被设定为比所述第2磁极部在所述圆周方向上的角度小。
5.根据权利要求4所述的转子,其中,
所述第1磁极部以及所述第2磁极部各自的圆周方向中心与所述第1爪状磁极部以及所述第2爪状磁极部中相同磁极的所述爪状磁极部的圆周方向中心一致。
6.根据权利要求1所述的转子,其中,
所述被检测部为在所述轴向上相对于所述第1芯基座设在所述第2芯基座相反侧的传感器磁石,所述传感器磁石沿所述轴向磁化,
所述传感器磁石具有:环状的芯部件,其具有沿所述圆周方向排列的多个铁芯部;以及多个永久磁石,其配置在所述芯部件上并具有第1磁极,通过在相互相邻的一对所述铁芯部之间配置具有所述第1磁极的所述永久磁石使得所述铁芯部作为第2磁极发挥作用,并且在所述传感器磁石上所述第1磁极和所述第2磁极交替地排列。
7.根据权利要求6所述的转子,其中,
所述永久磁石各自包含与所述第1芯基座对置的第1永久磁石部,所述励磁磁石具有与所述永久磁石对置的第1励磁磁石部,所述第1永久磁石部具有与所述第1励磁磁石部相同的磁极。
8.根据权利要求7所述的转子,其中,
所述铁芯部在所述圆周方向上的角度被设定为比所述永久磁石在所述圆周方向上的角度小。
9.根据权利要求6所述的转子,其中,
所述永久磁石以及所述铁芯部各自的圆周方向中心与所述第1爪状磁极部以及所述第2爪状磁极部各自的圆周方向中心一致。
10.根据权利要求1所述的转子,其中,
具备分别配置在所述第1转子芯以及所述第2转子芯的轴向外侧面的一对盘体,
所述被检测部为被设置在所述盘体任意一方的轴向外侧面上的传感器磁石。
11.一种无刷电动机,具备:
权利要求2或者3所述的转子;
产生旋转磁场的定子;和
与所述传感器磁石的所述第2传感器磁石部沿所述轴向对置的磁传感器。
12.一种无刷电动机,具备:
权利要求4或者5所述的转子;
产生旋转磁场的定子;和
与所述传感器磁石沿所述轴向对置的磁传感器。
13.根据权利要求12所述的无刷电动机,其中,
所述第1磁极部以及所述第2磁极部在所述圆周方向的角度被设定为,由所述磁传感器检测的检测信号的电平以等间隔转换。
14.一种无刷电动机,具备:
权利要求6-9中任意一项所述的转子;
产生旋转磁场的定子;和
与所述传感器磁石沿所述轴向对置的磁传感器。
15.根据权利要求14所述的无刷电动机,其中,
所述铁芯部以及所述永久磁石在所述圆周方向的角度被设定为,由所述磁传感器检测的检测信号的电平以等间隔转换。
16.一种无刷电动机,包括:
权利要求1所述的转子;
定子,以与所述转子对置的方式配置在所述转子的径向外侧,并产生旋转磁场;和
磁传感器,相对于所述定子固定,并检测所述转子的旋转位置,
所述磁传感器被配置在与所述转子沿所述轴向对置的位置、且是与所述第1爪状磁极部以及所述第2爪状磁极部在所述径向上一致的位置上。
17.根据权利要求16所述的无刷电动机,其中,
在所述第1以及第2爪状磁极部中至少一方上的所述磁传感器的对置面上设有沿所述轴向突出的凸部。
18.根据权利要求17所述的无刷电动机,其中,
所述凸部与所述第1爪状磁极部以及所述第2爪状磁极部中至少一方一体成形。
19.根据权利要求17或者18所述的无刷电动机,其中,
所述凸部形成在所述第1爪状磁极部以及所述第2爪状磁极部上朝所述轴向延出的部位上。
20.根据权利要求19所述的无刷电动机,其中,
所述第1爪状磁极部的所述凸部的高度和所述第2爪状磁极部的所述凸部的高度相异,以使通过所述磁传感器的磁通的磁通密度以接近均等的状态进行转换。
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