CN116647063A - 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由磁性体形成的转子铁芯(31)、在转子铁芯上沿着转子的旋转方向排列的多个磁铁(33)以及配置在共同的安装面(41a)上并能够检测磁铁的磁场的多个霍尔元件。多个磁铁(33)分别具有与安装面对置的对置面(38)，对置面与安装面之间的距离是恒定的。转子铁芯具有与安装面对置的对置面(31b)，并且具有对置面与安装面之间的距离互不相同的第1区域(R1)和第2区域(R2)。第1区域和第2区域沿着转子的旋转方向交替排列。由1个第1区域和与该第1区域相邻的1个第2区域构成的组的个数根据磁铁的极对数而决定。

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。多个所述磁铁分别具有与所述安装面对置的对置面，所述对置面与所述安装面之间的距离是恒定的。所述转子铁芯具有与所述安装面对置的对置面，并且具有所述对置面与所述安装面之间的距离互不相同的第1区域和第2区域。所述第1区域和所述第2区域沿着所述转子的旋转方向交替排列。由1个所述第1区域和与该第1区域相邻的1个所述第2区域构成的组的个数根据所述磁铁的极对数而决定。

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是示出马达的构造的立体图。

图3是示出马达的构造的剖视图。

图4是马达的功能框图。

图5是转子的主视图。

图6A是转子铁芯的侧视图。

图6B是转子铁芯的立体图。

图7是示出转子铁芯与各磁铁的重叠面积的示意图。

图8是示出霍尔信号与旋转角度的关系的图。

图9A是另一例的转子铁芯的主视图。

图9B是另一例的转子铁芯的立体图。

图10是示出另一例的霍尔信号与旋转角度的关系的图。

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：对置面；32：转子轮毂；32a：侧面部；32b：上表面部；33：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。

具体实施方式

＜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是示出一个实施方式的马达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由层叠的多张或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。

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的基端压入于转子轮毂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。

＜转子铁芯的形状＞

图5是转子30的主视图。图6A是转子铁芯31的侧视图，图6B是转子铁芯31的立体图。图7是示出转子铁芯31的外周面31a与各磁铁33的重叠面积的示意图。换言之，图7是转子铁芯31的展开图。

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。即，转子铁芯31设置于呈环状排列的10个磁铁33的背后(内侧)，作为背轭而发挥功能。另外，在以下的说明中，有时将相邻的1个N极的磁铁33和1个S极的磁铁33称为极对。即，可以说在转子铁芯31上粘贴有极对的数量(极对数)为5个的磁铁33。

10个磁铁33在周向(排列方向)上的配置间隔是恒定的，10个磁铁33相对于安装面41a的高度也是恒定的。这里，磁铁33相对于安装面41a的高度是指从安装面41a到磁铁33的与该安装面41a对置的对置面38的最短直线距离。

另外，在以下的说明中，为了方便起见，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。

10个磁铁33相对于安装面41a的高度是恒定的，而转子铁芯31相对于安装面41a的高度不是恒定的。更具体而言，转子铁芯31相对于安装面41a的高度沿着周向不同。另外，转子铁芯31相对于安装面41a的高度是指从安装面41a到转子铁芯31的与该安装面41a对置的对置面31b的最短直线距离。

换言之，转子铁芯31具有其宽度沿着转子铁芯31的周向而朝向上侧连续变窄且再次沿着转子铁芯31的周向而朝向对置面31b侧连续变宽的区域(第1区域)R1和其宽度不变化的区域(第2区域)R2。第1区域R1和第2区域R2沿着转子铁芯31的周向交替地排列形成。将1个第1区域R1和与该第1区域R1相邻的1个第2区域R2称为1组。在转子铁芯31形成有多个第1区域R1和多个第2区域R2的情况下，多个组沿着转子铁芯31的周向排列。图6A和图6B示出了形成有4个第1区域R1和4个第2区域R2，从而组的数量为4个的情况。该组的个数能够称为第1区域R1与第2区域R2的重复数(周期)。即，转子铁芯31的对置面31b相对于安装面41a的高度具有周期性而不同。

上述组的个数(即周期性)根据磁铁33的极对数来决定。此时，组的个数和磁铁33的极对数满足以下的条件(1)～(3)。

(1)在1以外，没有组的个数的因数与磁铁33的极对数的因数一致的值。

(2)组的个数和磁铁33的极对数均为正整数。

(3)在组的个数和磁铁33的极对数中的任一方为1的情况下，另一方为1以外。

图7示出了以满足上述的条件(1)～(3)的方式将组的个数设为4、将磁铁33的极对数设为5(磁铁33的极数为10)的情况下的、转子铁芯31的外周面31a与各磁铁33的重叠面积。

磁铁33的高度是恒定的，而转子铁芯31的高度如上述那样变化，因此转子铁芯31与各个磁铁33的重叠面积是不同的。具体而言，磁铁33a、33b、33c、33d、33e、33f、33g、33h、33i、33j沿着周向依次排列。并且，位于排列方向的一端的磁铁33a配置于转子铁芯31的宽度宽的第2区域R2，位于排列方向的另一端的磁铁33j配置于转子铁芯31的宽度比第2区域R2窄的第1区域R1。因此，磁铁33j与转子铁芯31的重叠面积比磁铁33a与转子铁芯31的重叠面积小。另外，如上所述，第1区域R1的宽度沿着转子铁芯31的周向而朝向上侧连续变窄，并再次沿着转子铁芯31的周向而朝向对置面31b侧连续变宽。因此，其他磁铁33b～33i与转子铁芯31的重叠面积各不相同。

如上所述，在本实施方式中，作为背轭而发挥功能的转子铁芯31与各个磁铁33的重叠面积是不同的。因此，包含1个磁铁33的磁通和霍尔元件50的磁路的磁阻与包含另一个磁铁33的磁通和霍尔元件50的磁路的磁阻并不一致。

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、波形也按照每个磁铁33而不同。

图8示出了组数为4、磁铁33的极对数为5的情况下的霍尔信号与旋转角度的关系。另外，在图8中，示出了横轴为旋转角度、纵轴为霍尔信号的输出的曲线图。在图8中，从霍尔元件50u输出的霍尔信号由波形s1表示，从霍尔元件50v输出的霍尔信号由波形s2表示，从霍尔元件50w输出的霍尔信号由波形s3表示。如图8所示，在转子30旋转一周的期间，某角度下的波形s1、s2、s3的形状与其他角度下的波形s1、s2、s3的形状是不一致的。即，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。其结果为，转子30的位置推断的准确度提高。

另外，在上述的说明中，示出了将组的个数设为4、将磁铁33的极对数设为5的情况下的转子铁芯31的形状，但并不限定于该例子。例如，也可以将满足上述的条件(1)～(3)的组的个数设为1、将磁铁33的极对数设为2。图9A是组的个数为1、磁铁33的极对数为2时的转子铁芯31的侧视图，图9B是转子铁芯31的立体图。图10示出了此时的霍尔信号与旋转角度的关系。在该情况下，在转子30旋转一周的期间，某角度下的波形s1、s2、s3的形状也与其他角度下的波形s1、s2、s3的形状不一致。即，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。因此，即使在将组的个数设为1、将磁铁33的极对数设为2的情况下，也不会从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。即，只要根据满足上述的条件(1)～(3)的组的个数和磁铁33的极对数来决定转子铁芯31的对置面31b的形状即可。

另外，在上述的说明中，如图8、图10所示，为了不存在波形s1、s2、s3的形状一致的角度，转子铁芯31具有满足上述的条件(1)～(3)的形状。但是，为了得到如图8、图10所示的波形s1、s2、s3，还存在使各磁铁33距离安装面41a的高度不同而粘贴于转子铁芯31的方法。

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，能够适当变更齿22、磁铁33、霍尔元件50的数量。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，

多个所述磁铁分别具有与所述安装面对置的对置面，所述对置面与所述安装面之间的距离是恒定的，

所述转子铁芯具有与所述安装面对置的对置面，并且具有所述对置面与所述安装面之间的距离互不相同的第1区域和第2区域，

所述第1区域和所述第2区域沿着所述转子的旋转方向交替排列，

由1个所述第1区域和与该第1区域相邻的1个所述第2区域构成的组的个数根据所述磁铁的极对数而决定。

2.根据权利要求1所述的马达，其中，

所述组的个数的因数和所述磁铁的极对数的因数在1以外没有一致的值，所述组的个数和所述磁铁的极对数均为正整数，并且在所述组的个数和所述磁铁的极对数中的任意一方为1的情况下，另一方为1以外。

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。