CN116633086A - 马达 - Google Patents

Abstract

本发明提供马达，提高了转子的位置推断的准确度。一个实施方式的马达所具有的转子具有：转子铁芯(31)，其由磁性体形成；多个磁铁(33a～33j)，该多个磁铁(33a～33j)在转子铁芯(31)上沿着转子的旋转方向排列；以及多个霍尔元件，该多个霍尔元件配置在共同的安装面(41a)上，能够检测磁铁(33a～33j)的磁场。多个磁铁(33a～33j)的与安装面(41a)对置的对置面(38)与安装面(41a)所成的角度是不均等的。

Description

马达

技术领域

本发明涉及马达。

背景技术

已知有具有用于检测转子(rotor)的位置的位置传感器的马达。位置传感器使用光学式传感器、磁式传感器等。作为光学式传感器的一例，举出了光学式编码器，作为磁式传感器的一例，举出了霍尔元件。

专利文献1：日本特许第6233532号公报

在具有多个作为位置传感器的霍尔元件的马达中，有时利用从各个霍尔元件输出的电压(霍尔信号)所具有的特征来推断转子的位置。

搭载于1个马达的多个霍尔元件的尺寸、形状、材料特性、搭载位置等不完全相同。即，在搭载于1个马达的多个霍尔元件中存在偏差。其结果为，在从各个霍尔元件输出的霍尔信号中存在由偏差引起的固有的特征。因此，通过使微型计算机学习从各霍尔元件输出的霍尔信号中存在的特征，能够使该微型计算机推断转子的位置。

但是，霍尔信号的特征起因于各种偏差，是随机产生的。因此，偶尔也可能将输出具有相同或大致相同的特征的霍尔信号的2个以上的霍尔元件搭载于1个马达。在该情况下，有可能错误地推断转子的位置。

发明内容

一个实施方式的马达具有定子和转子。所述转子具有：转子铁芯，其由磁性体形成；多个磁铁，该多个磁铁在所述转子铁芯上沿着所述转子的旋转方向排列；以及多个磁传感器，该多个磁传感器配置在共同的安装面上，能够检测所述磁铁的磁场。而且，多个所述磁铁的与所述安装面对置的对置面与所述安装面所成的角度是不均等的。

根据本发明的一个方式，提供提高了转子的位置推断的准确度的马达。

附图说明

图1是示出一个实施方式的马达的构造的分解立体图。

图2是示出一个实施方式的马达的构造的立体图。

图3是示出一个实施方式的马达的构造的剖视图。

图4是一个实施方式的马达的功能框图。

图5是一个实施方式的转子的主视图。

图6是示出设置于一个实施方式的转子的各磁铁的角度的示意图。

图7A是示出一个磁铁最接近霍尔元件时的磁铁、霍尔元件以及磁的方向的关系的局部放大剖视图。

图7B是示出另一个磁铁最接近霍尔元件时的磁铁、霍尔元件以及磁的方向的关系的局部放大剖视图。

标号说明

1A：马达；10：壳体；11a：基座部件；11b：罩部件；12：底壁部；13a、13b：固定片；14a、14b：肋；15：贯通孔；16：轴保持架；17：周壁部；18：顶壁部；20：定子；21：定子铁芯；22：齿；23：绝缘件；24：线圈；30：转子；31：转子铁芯；31a：外周面；31b：下端面；32：转子轮毂；32a：侧面部；32b：上表面部；33、33a、33b、33c、33d、33e、33f、33g、33h、33i、33j：磁铁；34：轴；35a、35b：轴承；36：弹簧垫圈；37：小齿轮；38：对置面；40：基板；41：主体部；41a：表面(安装面)；42：引出部；50、50u、50v、50w：霍尔元件；60：放大部；61：位置推断部；62：控制部；63：驱动部；C：中心轴线。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。另外，在为了说明实施方式而参照的全部附图中，对相同或实质上相同的结构使用相同的标号。另外，关于已经说明的结构，原则上不进行重复的说明。

图1是示出本实施方式的马达1A的构造的分解立体图。图2是示出马达1A的构造的立体图。另外，图3是示出马达1A的构造的剖视图。另外，图3所示的剖面是沿着图2中的X-X线切断马达1A时的剖面。

＜马达的概要＞

马达1A具有壳体10、定子20、转子30、基板40等。收纳于壳体10的转子30配置于同样地收纳于壳体10的定子20的径向内侧，能够相对于定子20旋转。即，马达1A是内转子型马达。

＜壳体＞

壳体10由相互组合的2个部件构成。更具体而言，壳体10由基座部件11a和罩部件11b构成。另外，在图2、图3中，省略了罩部件11b的图示。基座部件11a具有底壁部12、一对固定片13a、13b以及一对肋14a、14b。

基座部件11a的底壁部12为圆形或大致圆形，在其中心设置有贯通孔15。并且，在基座部件11a的底壁部12设置有与贯通孔15连通的圆筒状的轴保持架16。

固定片13a、13b从底壁部12的边缘与底壁部12平行地伸出。另一方面，肋14a、14b从底壁部12的边缘与底壁部12垂直地立起。在各个固定片13a、13b形成有供用于将马达1A固定在规定的位置的螺钉贯穿插入的螺纹孔。另外，肋14a、14b沿着底壁部12的边缘弯曲。

罩部件11b具有圆筒状的周壁部17和封闭周壁部17的一端的顶壁部18。当基座部件11a和罩部件11b组合时，罩部件11b的周壁部17配置于基座部件11a的肋14a、14b的外侧，罩部件11b的顶壁部18与基座部件11a的底壁部12对置。其结果为，在底壁部12与顶壁部18之间形成有由周壁部17包围的收纳空间。另外，收纳空间的一部分被肋14a、14b以及周壁部17双重包围。

＜定子＞

定子20形成为包围转子30的环状，固定于壳体10的内侧。在定子20与转子30之间设置有规定的间隙(气隙)。

定子20具有固定于壳体10的内周面的定子铁芯21。定子铁芯21由层叠的多张电磁钢板形成。另外，定子铁芯21也可以由1张电磁钢板形成。定子铁芯21具有朝向径向内侧(朝向转子30)突出的多个齿22。更具体而言，定子铁芯21具有以30度间隔配置的12个齿22。换言之，定子20具有12个槽。

定子20除了具有定子铁芯21之外，还具有设置在各个齿22的周围的绝缘件23和设置在各个绝缘件23的周围的线圈24。

绝缘件23由绝缘性的材料(例如树脂材料)形成。线圈24由卷绕在绝缘件23的周围的导线(例如铜合金线)形成。

12个线圈24中的4个是U相线圈，另外4个是V相线圈，其余4个是W相线圈。换言之，向定子20输入相位每次错开120度的三相电流。U相、V相、W相的各线圈24在被提供电流(线圈电流)时被励磁，产生作用于转子30的磁场。

＜转子＞

转子30具有转子铁芯31、转子轮毂32、磁铁33以及轴34，该转子30能够以中心轴线C为旋转轴进行旋转。这里，将中心轴线C的方向定义为上下方向。根据该定义，构成壳体10的基座部件11a和罩部件11b在上下方向上对置。更具体而言，基座部件11a的底壁部12与罩部件11b的顶壁部18在上下方向上对置。在以下的说明中，为了方便，有时将底壁部12这一侧称为“下侧”或“下方”，将顶壁部18这一侧称为“上侧”或“上方”。另外，有时将以中心轴线C为旋转轴的转子30的旋转方向称为“周向”。

转子铁芯31由磁性体形成，具有沿上下方向延伸的圆筒形状。在转子铁芯31的内侧设置有转子轮毂32，在转子铁芯31的外侧设置有多个磁铁33。

转子轮毂32具有外径比转子铁芯31的内径小的圆筒形的侧面部32a和封闭侧面部32a的一端的圆盘形的上表面部32b。侧面部32a和上表面部32b由非磁性体一体成型。

转子轮毂32嵌入于转子铁芯31的内侧，两者以不能相对旋转的方式固定。更具体而言，转子铁芯31的内周面与转子轮毂32的外周面相互固定。即，转子铁芯31与转子轮毂32一体化。

多个磁铁33在转子铁芯31上沿着转子30的旋转方向(周向)排列。更具体而言，10个磁铁33在转子铁芯31上沿着周向等间隔地排列。另外，10个磁铁33以N极和S极沿着周向交替排列的方式配置。另外，各个磁铁33固定(粘接)于转子铁芯31的外周面。关于磁铁33的配置状态，在后面重新详细说明。

轴34固定于转子轮毂32。更具体而言，轴34的基端贯穿轴保持架16而从轴保持架16突出。并且，从轴保持架16突出的轴34的基端压入转子轮毂32的中心。

轴34被设置在轴保持架16的内部的轴承35a、35b支承为旋转自如。轴承35a、35b上下重叠，在这些轴承35a、35b之间夹设有弹簧垫圈36。

另一方面，轴34的前端贯穿基座部件11a的底壁部12而从壳体10突出。并且，在从壳体10突出的轴34的前端安装有小齿轮37。

＜基板＞

基板40是柔性基板。基板40的一部分配置于壳体10的内部，基板40的另一部分向壳体10的外部引出。在以下的说明中，有时将配置在壳体10内的基板40的一部分称为“主体部41”，将向壳体10外引出的基板40的另一部分称为“引出部42”来加以区分。不过，这样的区分不过是为了便于说明而进行的区分。

基板40的主体部41呈以避开轴保持架16的方式覆盖基座部件11a的底壁部12的大致整个区域的圆盘状。另一方面，引出部42呈穿过基座部件11a的固定片13a与肋14b之间而向壳体10外延伸的带状。

＜磁传感器＞

能够检测设置于转子30的磁铁33的磁场的多个磁传感器安装在基板40上。更具体而言，3个霍尔元件50u、50v、50w安装在基板40上。霍尔元件50u、50v、50w在主体部41的表面41a上沿着周向等间隔地安装。即，主体部41的表面41a是3个霍尔元件50u、50v、50w所共用的安装面。因此，在以下的说明中，有时将主体部41的表面41a称为“安装面41a”。另外，有时将霍尔元件50u、50v、50w统称为“霍尔元件50”。

霍尔元件50u是用于检测U相的磁场强度的磁传感器，输出与U相的磁场强度对应的电压(霍尔信号/差动信号)。霍尔元件50v是用于检测V相的磁场强度的磁传感器，输出与V相的磁场强度对应的电压(霍尔信号/差动信号)。霍尔元件50w是用于检测W相的磁场强度的磁传感器，输出与W相的磁场强度对应的电压(霍尔信号/差动信号)。

各个霍尔元件50u、50v、50w与形成在基板40上的布线电连接。从霍尔元件50u、50v、50w输出的霍尔信号经由形成在基板40上的布线而输入到规定的装置、处理部、控制部等。

图4是马达1A的功能框图。马达1A具有放大部60、位置推断部61、控制部62、驱动部63等。从霍尔元件50u、50v、50w输出的霍尔信号经由基板40输入到放大部60。放大部60放大输入的霍尔信号并输出给位置推断部61。

位置推断部61是用于推断转子30的位置的信息处理装置，具有运算部、存储部等。位置推断部61根据基于所输入的霍尔信号而计算出的值、预先存储在存储部中的信息等来推断转子30的位置，并将推断结果输出给控制部62。另外，位置推断部61能够推断停止的转子30的位置、旋转中的转子30的位置等。

控制部62根据由位置推断部61推断出的转子30的位置和从外部装置输入的指示信号而生成控制信号，并输出给驱动部63。指示信号例如是表示转子30的旋转方向、旋转力、旋转角度、转速等的信号。另外，控制信号例如是表示与指示信号所表示的旋转方向对应的寄存器值的信号、表示从驱动部63向定子20输出的电流的电流值的信号等。

驱动部63根据所输入的控制信号而驱动定子20。驱动部63例如通过向定子20的各线圈24提供控制信号所表示的电流值的三相电流，使转子30以被指示的速度沿指示的方向旋转。

＜磁铁的配置＞

图5是转子30的主视图。图6是示出各磁铁33相对于安装面41a的角度的示意图。换言之，图6是转子铁芯31的展开图。另外，在图5中省略了小齿轮37的图示。另外，在图5、图6中，各磁铁33的倾斜量(角度)是一个例子，以容易理解发明为目的而示意性地示出。

如上所述，在转子铁芯31的外周面31a上，粘贴有以N极和S极沿着周向交替排列的方式配置的10个磁铁33。这里，10个磁铁33在周向上的配置间隔是均等的。另一方面，10个磁铁33相对于安装面41a的安装角度(倾斜度)是不均等的。

在以下的说明中，为了方便，有时将10个磁铁33分别称为“磁铁33a”、“磁铁33b”、“磁铁33c”等来加以区分。即，图6所示的10个磁铁33a～33j的角度θa～θj互不相同(θa≠θb≠θc≠θd≠θe≠θf≠θg≠θh≠θi≠θj)。因此，图6所示的磁铁33a～33j的磁场的方向Da～Dj互不相同。另外，各磁铁33相对于安装面41a的角度是能够将各磁铁33的磁场分割为转子铁芯31的周向成分和上下方向成分的范围内(即能够得到与安装面41a上的霍尔元件50垂直的磁场成分的范围内)的值。

换言之，各磁铁33的下端面(即，与安装面41a对置的对置面)38相对于转子铁芯31的下端面31b的角度是不均等的。更具体而言，磁铁33a的对置面38的角度θa相对于转子铁芯31的下端面31b为0°(即θa＝0°)。即，磁铁33a的对置面38与转子铁芯31的下端面31b为同一面。另外，角度θa也可以不为0°。

另一方面，磁铁33b、33c、33d、33e、33f的对置面38与转子铁芯31的下端面31b所成的角度θb、θc、θd、θe、θf在大于0°且小于90°的范围内互不相同。即，磁铁33b、33c、33d、33e、33f的对置面38与转子铁芯31的下端面31b不为同一面。

与此相对，磁铁33g、33h、33i、33j的对置面38的倾斜方向与磁铁33b、33c、33d、33e、33f的对置面38的倾斜方向是不同的。而且，磁铁33g、33h、33i、33j的对置面38与转子铁芯31的下端面31b所成的角度θg、θh、θi、θj在大于0°且小于90°的范围内不同。即，磁铁33g、33h、33i、33j的对置面38与转子铁芯31的下端面31b不为同一面。

如上所述，在本实施方式中，使各磁铁33相对于安装有霍尔元件50的安装面41a的安装角度随机(不规则)或规则(人为地没有同一角度)地不同。因此，如上所述，各磁铁33的磁场的方向是不同的。其结果为，从1个磁铁33到达霍尔元件50的磁通量与从另一个磁铁33到达霍尔元件50的磁通量是不一致的。

为了容易理解，着眼于磁铁33a、33f以及霍尔元件50u来进行说明。

图7A是示出磁铁33a对霍尔元件50u施加的磁场的强度成为最大时的磁铁33a、霍尔元件50u以及磁场的方向Da的关系的图。图7B是示出磁铁33f对霍尔元件50u施加的磁场的强度成为最大时的磁铁33f、霍尔元件50u以及磁场的方向Df的关系的图。另外，磁铁33f的角度θf是10个磁铁33中的相对于安装面41a的角度θ在0°以上且小于90°的范围内最大的磁铁(参照图6)。

比较图7A和图7B，与磁场的方向Da相比，磁场的方向Df相对于霍尔元件50u的角度(入射角度)更浅。即，磁场的方向Df的下方向成分Dfy的大小比图7A所示的磁场的方向Da的大小小。由此，从磁铁33f到达的磁通量比从磁铁33a到达的磁通量少。这样的磁场的入射角度的不一致(即磁通量的不一致)不仅在磁铁33a、33f最接近霍尔元件50u时产生，还在霍尔元件50u的磁场可检测区域的整个区域中产生。另外，在将霍尔元件50u置换为其他霍尔元件50v、50w的情况下也同样地产生。

即，在本实施方式的马达1A中，各个磁铁33对霍尔元件50施加的磁场的强度是不一致的。换言之，霍尔元件50从各个磁铁33受到的磁场的强度是不一致的。因此，霍尔元件50按照每个磁铁33而输出大小(电压)不同的霍尔信号。更具体而言，即使搭载于马达1A的3个霍尔元件50u、50v、50w的特性等偶然一致，从这些霍尔元件50u、50v、50w输出的霍尔信号的最大值、最小值按照每个磁铁33而不同。

其结果为，不会从2个以上的霍尔元件50输出具有相同或大致相同的特征的霍尔信号，转子30的位置推断的准确度提高。

本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变更。例如，图5、图6所示的磁铁33a～33j的配置(倾斜度)是一例。图5、图6所示的磁铁33a～33j的配置能够以满足θa≠θb≠θc≠θd≠θe≠θf≠θg≠θh≠θi≠θj的关系为条件而适当变更。

另外，齿22、磁铁33、霍尔元件50的数量能够适当变更。图4只不过示出了功能块的一例，霍尔信号的输入目的地不限于放大部60。

Claims (4)

1.一种马达，其具有定子和转子，其中，

所述转子具有：

转子铁芯，其由磁性体形成；

多个磁铁，该多个磁铁在所述转子铁芯上沿着所述转子的旋转方向排列；以及

多个磁传感器，该多个磁传感器配置在共同的安装面上，能够检测所述磁铁的磁场，

多个所述磁铁的与所述安装面对置的对置面与所述安装面所成的角度是不均等的。

2.根据权利要求1所述的马达，其中，

所述磁铁的对置面与所述安装面所成的角度处于产生所述磁铁的磁场中的与所述磁传感器垂直的成分的范围内。

3.根据权利要求1或2所述的马达，其中，

所述转子还具有由非磁性体形成的转子轮毂，

所述转子铁芯的内周面固定于所述转子轮毂的外周面，

多个所述磁铁固定于所述转子铁芯的外周面。

4.根据权利要求1或2所述的马达，其中，

该马达具有位置推断部，该位置推断部根据从所述磁传感器输出的信号来推断所述转子的位置。