JP2003348811A - 電動機の磁極位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動機の磁極位置の検出感度を確実に向上さ
せる。 【解決手段】 逆極性の磁石２２が交互に配置されたロ
ータ本体２３の回転軸方向の端面に、磁石２２からの磁
束に応じて磁化される複数の磁性体片を有する非磁性体
プレート２が取り付けられ、複数の磁性体片からの磁束
に感応して、磁気感応素子によりロータの磁極位置を示
す電気信号を出力するものであって、各磁石２２をロー
タ本体２３の回転軸方向の端面から非磁性体プレート２
側に露呈して配設し、各磁石２２の回転軸方向の長さＬ
２を、ロータ本体２３の回転軸方向の積厚Ｌ１よりも長
くすることで、各磁石２２を非磁性体プレート２側に当
接させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気感応素子を用
いた電動機の磁極位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】整流子やブラシ等の整流機構が設けられ
ていないブラシレス電動機を適切に駆動制御するには、
回転しているロータの磁極位置を常に正確に検出する必
要がある。このため、ブラシレス電動機においては、電
動機の筐体内部に磁気感応素子を配設し、この磁気感応
素子によりロータの回転に応じた磁界の変化を検出する
ことが一般的に行われている。

【０００３】例えば、特開平１１−２１５８８１号公報
において、ブラシレス電動機は、３相のステータ巻線
（Ｕ、Ｖ、Ｗ）が巻回されたステータと、このステータ
に磁気的結合関係を保ち、近接して配置され、回転自在
に支持されたロータと、このロータの回転位置を検出す
るための回転位置検出部とを備えている。

【０００４】回転位置検出部は、ロータと回転中心が同
一でロータと同一の磁極数に外周面が着磁された回転位
置検出円盤と、この回転位置検出円盤の外周面に近接し
てそれぞれ機械角で６０°（磁極数が４であるため、電
気角で１２０°）づつ離れて配置された３つの回転位置
信号発生器（Ｕ、Ｖ、Ｗ）とを有している。回転位置信
号発生器（Ｕ、Ｖ、Ｗ）は、それぞれ磁気感応素子であ
るホール素子よりなり、ロータに同期して回転する回転
位置検出円盤からの磁束を検出して、ロータの回転位置
を示す回転位置信号ＣＳＵ，ＣＳＶ，ＣＳＷをそれぞれ
出力する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように構成され
るブラシレス電動機では、出力トルクの変動が抑制され
て振動や騒音の低減が可能となるが、その一方で、回転
位置検出円盤をロータとは別体に設ける必要があるの
で、装置全体の大型化を招き、特に小型で軽量のものが
求められる場合には不利である。また、回転位置検出円
盤の分だけコストが上昇するため、コストの低減を図る
上でも不利である。

【０００６】また、ロータ内の磁石からの磁束を磁気感
応素子によって直接検出するものとしては、ロータの回
転軸方向の端面から所定の間隔を存して対向する位置に
磁気感応素子であるホール素子が配設され、更にこのホ
ール素子の後部側に磁性体片が設けられている。このよ
うなブラシレス電動機においては、ロータ内の磁石から
の漏れ磁束が磁性体片によってホール素子へと導かれて
ホール素子により検出され、これにより、ロータの回転
位置を示す回転位置信号がホール素子から出力されるこ
とになる。

【０００７】以上のような構造のブラシレス電動機は、
ロータ内の磁石からの漏れ磁束をホール素子により直接
検出するようにしているので、小型化・低コスト化を図
る上では非常に有利であるが、ステータ電流の影響によ
りホール素子からの出力の位相がずれるという問題があ
る。詳述すると、ステータコイルに電流を流していない
場合には、ロータ内の磁石からの磁束（磁極位置）に同
期してホール素子の出力が変化することになるが、ステ
ータに電流を流した際には、その電流が作る磁束もホー
ル素子により検出してしまうので、見かけ上の磁極位置
が変化して、ホール素子からの出力の位相がずれ、磁極
位置を精度よく検出することが困難となる。このため、
従来のブラシレス電動機では、回転角度がずれることに
よるトルク精度の低下、トルクの低下、トルク変動レベ
ルの増大などが発生して、精度良くモータ制御を行うこ
とが困難となっていた。

【０００８】これに対し、特開２００１−２９８３２号
公報では、磁性体の端部にロータ漏れ磁束を集中させて
磁極位置の検出精度を向上させると共に、ステータ電流
の影響を低減する技術が開示されている。この公報にて
開示されている電動機は、磁性体のついていないエンド
プレートとロータ磁性剛板とを接続し、回転軸と磁性剛
板とを溶接した後に磁性剛板に磁石を挿入し、更に磁性
体がついたエンドプレートをかぶせて再度溶接してい
た。

【０００９】しかしながら、この技術では、ロータの回
転軸方向に磁石を挿入していたため、磁性体のついたエ
ンドプレートと磁石との間隔が大きくなってしまう。こ
のため、従来では、検出感度の低下、検出のばらつきが
増大するという不都合があった。

【００１０】また、この技術では、磁石を磁性剛板内に
設けた磁石穴に接着剤と共に封入するようにしているの
で、接着剤が劣化した場合にはロータ内の磁石が回転軸
方向に移動する可能性があった。

【００１１】そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて
提案されたものであり、電動機の磁極位置の検出感度を
確実に向上させることができる電動機の磁極位置検出装
置を提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、逆極性の磁石
が交互に配置されたロータ本体の回転軸方向の端面に非
磁性体プレートが取り付けられてなるロータと、上記非
磁性体プレートに取り付けられて、上記ロータ本体に配
置された磁石からの磁束に応じて磁化される複数の磁性
体片と、上記複数の磁性体片と対峙する位置に設けら
れ、上記複数の磁性体片からの磁束に感応して上記ロー
タの磁極位置を示す電気信号を出力する磁気感応素子と
を備えた電動機の磁極位置検出装置に適用されるもので
ある。

【００１３】このような電動機の磁極位置検出装置にお
いて、請求項１に係る発明では、上記各磁石を上記ロー
タ本体の回転軸方向の端面から非磁性体プレート側に露
呈して配設し、各磁石の回転軸方向の長さを、上記ロー
タの回転軸方向の積厚よりも長くすることで、各磁石を
非磁性体プレート側に当接させることにより、上述の課
題を解決する。

【００１４】上述の電動機の磁極位置検出装置におい
て、請求項２に係る発明では、上記各磁石を上記ロータ
本体の回転軸方向の端面から非磁性体プレート側に露呈
して配設し、上記非磁性体プレートが取り付けられる端
面と回転軸方向における反対側の端面に取り付けられる
エンドプレートのロータ本体側端面に、各磁石に対応し
た位置に回転軸方向に突起した突起部を設け、各突起部
により各磁石を上記非磁性体プレート側に押し当てる構
成とすることにより、上述の課題を解決する。

【００１５】上述の電動機の磁極位置検出装置におい
て、請求項３に係る発明では、上記各磁石を上記ロータ
本体の回転軸方向の端面から非磁性体プレート側に露呈
して配設し、上記非磁性体プレートが取り付けられる端
面と回転軸方向における反対側の端面に取り付けられる
エンドプレートに、各磁石に対応した位置であって回転
軸方向に貫通穴を設け、各貫通穴に各磁石を上記非磁性
体プレート側に押し当てる押し当て部材を挿入するよう
に構成することにより、上述の課題を解決する。

【００１６】

【発明の効果】請求項１に係る電動機の磁極位置検出装
置によれば、各磁石の回転軸方向の長さを、ロータの回
転軸方向の積厚よりも長くすることで、各磁石を確実に
非磁性体プレート側に当接させることができ、各磁石と
各磁性体片との距離ばらつきによる検出ばらつきを無く
すことができ、電動機の磁極位置の検出感度を確実に向
上させることができる。

【００１７】請求項２に係る電動機の磁極位置検出装置
によれば、非磁性体プレートが取り付けられる端面と回
転軸方向における反対側の端面に取り付けられるエンド
プレートのロータ本体側端面に、各磁石に対応した位置
に回転軸方向に突起した突起部を設け、各突起部により
各磁石を非磁性体プレート側に押し当てる構成とするこ
とにより、各磁石と各磁性体片の距離ばらつきによる検
出ばらつきを無くすことができ、電動機の磁極位置の検
出感度を確実に向上させることができる。

【００１８】請求項３に係る電動機の磁極位置検出装置
によれば、非磁性体プレートが取り付けられる端面と回
転軸方向における反対側の端面に取り付けられるエンド
プレートに、各磁石に対応した位置であって回転軸方向
に貫通穴を設け、各貫通穴に各磁石を非磁性体プレート
側に押し当てる押し当て部材を挿入するように構成した
ので、各磁石と各磁性体片の距離ばらつきによる検出ば
らつきを無くすことができ、電動機の磁極位置の検出感
度を確実に向上させることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２０】図１は、本発明を適用した電動機の磁極位
置検出装置１の構成を模式的に示す断面図である。

【００２１】この図１において、電動機１０は、回転軸
２１を回転中心として回転動作するロータ２０と、この
ロータ２０の外周側に固定して設けられたステータ３０
とを備え、これらが図示しない筐体内部に収納されてな
るものである。

【００２２】ロータ２０は、磁極となる逆極性の磁石２
２が交互に配置されたロータ本体２３を有し、このロー
タ本体２３の回転軸２１方向の端面２３ａに、非磁性材
料よりなる円盤状のエンドプレート（非磁性体プレー
ト）２４が、ロータ本体２３と同心に取り付けられた構
造となっている。一方、ステータ３０は、界磁巻線３１
が巻回された状態で、筐体の内周面に取り付けられてい
る。ロータ２０に挿入された各磁石２２は、エンドプレ
ート２４に当接するように設けられている。

【００２３】また、ロータ２０のエンドプレート２４に
は、ロータ本体２３に設けられた各磁石２２に対応した
位置に、複数の磁性体片２がそれぞれ取り付けられてい
る。これら複数の磁性体片２は、例えば鉄等の磁性材料
よりなり、エンドプレート２４に当接した各磁石２２か
らの磁束に応じて磁化されるものである。

【００２４】また、電動機１０の筐体内部には、エンド
プレート２４に取り付けられた複数の磁性体片２と対峙
する位置に、これら磁性体片２からの磁束に感応して、
ロータ２０の磁極位置を示す電気信号を出力する磁気感
応素子３が設けられている。この磁気感応素子３として
は、例えば、ホール素子やＭＲ（MagnetResistive）素
子、ＧＭＲ（Giant MagnetResistive）素子等が用いら
れる。

【００２５】この磁気感応素子３からの出力信号は、図
示しない電動機１０の駆動装置に供給される。そして、
この駆動装置が、磁気感応素子３からの出力信号に基づ
いてロータ２０の磁極位置を検出し、各相分の必要トル
クに対応する界磁電流を生成してステータ３０に巻回さ
れた各界磁巻線３１に供給することで、電動機１０の適
切な駆動制御が行われることになる。

【００２６】以上のように構成される電動機の磁極位置
検出装置１では、エンドプレート２４に取り付けられた
複数の磁性体片２が、ロータ本体２３に設けられた磁石
２２からの磁束によって磁化されることになる。そし
て、これら複数の磁性体片２からの磁束に磁気感応素子
３が感応し、電気信号を出力する。

【００２７】ここで、ロータ本体２３には、図２（ａ）
に示すように、逆極性の磁石２２が交互に配置されてい
るので、隣り合う磁性体片２同士が互いに逆極性に磁化
されて引き合い、磁性体片２の端部に磁束ループが集中
的に形成されることになる。その結果、磁気感応素子３
からは、図２（ｂ）に示すように、急峻に変化する出力
信号が得られることになる。そして、この磁気感応素子
３からの出力信号を、図示しないコンパレータ等に入力
して所定レベルと比較することで、図２（ｃ）に示すよ
うに、１８０度毎の矩形波信号を得ることができる。

【００２８】したがって、図３（ａ）に示すように、３
つの磁気感応素子３を同一円周上で例えば３０度ずつず
らした位置（１），（２），（３）にそれぞれ配置する
ようにすれば、図３（ｂ）に示すように、それぞれの磁
気感応素子３からの出力信号（１），（２），（３）の
立ち上がりエッジ、立ち下がりエッジにより６０度毎の
基準となる磁極位置を設定することができ、これに基づ
いてロータ２０の磁極位置を適切に検出することができ
る。

【００２９】本発明を適用した電動機の磁極位置検出装
置１においては、上述したように、エンドプレート２４
に取り付けられた磁性体片２の端部から隣り合う磁性体
片２の端部間において、磁気感応素子３からの出力信号
が急峻に変化するようになっているので、ステータ３０
に巻回された界磁巻線３１からの磁束の影響を大幅に低
減し、また、磁気感応素子３のばらつきやオフセット等
による影響を低減して、ロータ２０の磁極位置を極めて
高精度に検出することができる。

【００３０】つぎに、本発明を適用した電動機の磁極位
置検出装置１において採用される取り付け構造の具体的
な例について、図４を参照して説明する。なお、ここで
は、４つの磁性体片２がエンドプレート２４に取り付け
られるものとして図示しながら説明するが、磁性体片２
の数は、ロータ本体２３に配置される磁石２２の数に応
じた任意の数とすればよい。

【００３１】この例においては、エンドプレート２４の
所定の位置に、磁性体片２の幅に応じた溝幅を有する円
環状の位置決め溝５０が、エンドプレート２４の中心と
同心となるように設けられる。

【００３２】一方、４つの磁性体片２は、予め所定の寸
法で円弧状に成形され、各磁性体片２には、エンドプレ
ート２４のガイド孔５１と略等しい孔径を有する貫通孔
５２が、各磁性体片２毎にその厚み方向に貫通して設け
られる。また、ロータ本体２３の回転軸２１方向の端面
２３ａには、複数の磁石２２が挿入され、その端面２２
がエンドプレート２４側に露呈している。

【００３３】これら磁性体片２に設けられた貫通孔５２
の形成位置、エンドプレート２４に設けられたガイド孔
５１の形成位置は、最終的にロータ本体２３にエンドプ
レート２４が取り付けられ、エンドプレート２４に磁性
体片２が取り付けられたときに、各磁性体片２がロータ
本体２３に配置された磁石２２の直上に位置するように
予め設定される。

【００３４】この例においては、まず、ロータ本体２３
の回転軸２１方向の端面２３ａ及び磁石２２の端面にエ
ンドプレート２４が当接され、エンドプレート２４の位
置が調整される。

【００３５】次に、エンドプレート２４に設けられた位
置決め溝５０に、４つの磁性体片２がそれぞれ嵌合さ
れ、エンドプレート２４に設けられたガイド孔５１の位
置と各磁性体片２に設けられた貫通孔５２の位置とが一
致してこれらが連通した孔となるように、位置決め溝５
０内における各磁性体片２の位置が調整される。

【００３６】［電動機１０の構成例］つぎに、上述した
電動機の磁極位置検出装置１を構成する電動機１０の第
１構成例〜第３構成例について説明する。第１構成例〜
第３構成例に係る電動機１０では、回転軸２１及びロー
タ本体２３の上下の端面２３ａに第１エンドプレート２
４Ａ、第２エンドプレート２４Ｂを接着すたように構成
されている。

【００３７】「第１構成例」第１構成例に係る電動機１
０は、図５に示すように、ロータ本体２３内の各磁石２
２の回転軸方向長さＬ１を、ロータ本体２３の回転軸方
向長さＬ２よりも長く構成されている。すなわち、各磁
石２２の回転軸方向長さＬ１をロータ本体２３の積厚よ
りも長く構成している。

【００３８】このように構成した電動機１０では、各磁
石２２と第２エンドプレート２４Ｂとを確実に接触させ
ることができ、磁性体片２と各磁石２２との距離を一定
とすることができる。したがって、この電動機１０を備
えた電動機の磁極位置検出装置１によれば、各磁石２２
と磁性体片２との距離にばらつきが発生することによる
検出ばらつきを無くすことができ、電動機の磁極位置の
検出感度を確実に向上させることができる。

【００３９】「第２構成例」第２構成例に係る電動機１
０は、図６に示すように、第１エンドプレート２４Ａの
ロータ本体２３の取り付け面に、各磁石２２に対応した
位置に突起部６１を設けている。各突起部６１は、回転
軸方向に突起している。各突起部６１は、ロータ本体２
３に設けられた各磁石２２の挿入穴６２に挿入され、挿
入穴６２内の各磁石２２に当接する長さを有している。

【００４０】このような電動機１０は、その製造時に、
第１エンドプレート２４Ａとロータ本体２３とを接着す
るに際して、各突起部６１が各磁石２２に当接して、各
突起部６１が各磁石２２を第２エンドプレート２４Ｂに
押し当てるようになされる。

【００４１】このように構成した電動機１０では、突起
部６１を設けることにより、磁石２２と第２エンドプレ
ート２４Ｂとを確実に接触させると共に、各磁石２２を
磁性体片２側に密着させることができる。したがって、
この電動機１０を備えた電動機の磁極位置検出装置１に
よれば、各磁石２２と磁性体片２との距離にばらつきが
発生することによる検出ばらつきを無くすことができ、
電動機の磁極位置の検出感度を確実に向上させることが
できる。

【００４２】「第３構成例」第３構成例に係る電動機１
０は、図７に示すように、第１エンドプレート２４Ａの
回転軸方向における各磁石２２に対応した位置に貫通穴
７１を設け、各貫通穴７１に各磁石２２を第２エンドプ
レート２４Ｂ側に押し込む押さえピン７２を挿入した構
成となっている。このような電動機１０では、各押さえ
ピン７２により各磁石２２を第２エンドプレート２４Ｂ
に押し当て、各磁石２２と第２エンドプレート２４Ｂと
を密着させるようにする。

【００４３】このような電動機１０は、その製造時に、
各貫通穴７１が回転軸方向において磁石２２上に対応づ
けて位置決めされて、ロータ本体２３と第１エンドプレ
ート２４Ａとが接着される。その後、各貫通穴７１に押
さえピン７２を挿入して、押さえピン７２を磁石２２に
当接させることで、各磁石２２を第２エンドプレート２
４Ｂに押し込んだ後に、各押さえピン７２を貫通穴７１
内にて固定させるように貫通穴７１の内壁に接着する。

【００４４】このように構成した電動機１０では、押さ
えピン７２により磁石２２を第２エンドプレート２４Ｂ
に押し込みように構成したので、磁石２２と第２エンド
プレート２４Ｂとを確実に接触させると共に、各磁石２
２を磁性体片２側に密着させることができる。したがっ
て、この電動機１０を備えた電動機の磁極位置検出装置
１によれば、各磁石２２と磁性体片２との距離にばらつ
きが発生することによる検出ばらつきを無くすことがで
き、電動機の磁極位置の検出感度を確実に向上させるこ
とができる。

【００４５】上述したような第１構成例〜第３構成例に
対し、図８に比較例を示すように、磁石２２と第２エン
ドプレート２４Ｂとが接触していない場合には、各磁石
２２と磁性体片２との距離にばらつきが発生することに
よる検出ばらつきが発生してしまう。したがって、第１
構成例〜第３構成例に係る電動機１０を備えた電動機の
磁極位置検出装置１によれば、比較例と比べて検出ばら
つきを無くすことができる。

【００４６】なお、上述の実施の形態は本発明の一例で
ある。このため、本発明は、上述の実施形態に限定され
ることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明
に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に
応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した電動機の磁極位置検出装置の
構成を模式的に示す断面図である。

【図２】磁気感応素子から得られる出力信号を説明する
図であり、（ａ）はロータ本体に配置された磁石とエン
ドプレートに取り付けられた磁性片との位置関係を模式
的に示す図であり、（ｂ）は磁性体片の位置とこれに対
応する出力信号との関係を示す図であり、（ｃ）は磁気
感応素子からの出力信号を矩形波信号に変換した図であ
る。

【図３】磁気感応素子から得られる出力信号を説明する
図であり、（ａ）は３つの磁気感応素子を所定間隔で配
置した様子を模式的に示す図であり、（ｂ）はこれら３
つの磁気感応素子からの出力信号を示す図である。

【図４】本発明を適用した電動機の磁極位置検出装置に
おいて採用されるエンドプレート及び磁性体片の取り付
け構造を模式的に示す分解斜視図である。

【図５】電動機の第１構成例を模式的に示す断面図であ
る。

【図６】電動機の第２構成例を模式的に示す断面図であ
る。

【図７】電動機の第３構成例を模式的に示す断面図であ
る。

【図８】電動機の比較例を模式的に示す断面図である。

【符号の説明】

１ 磁極位置検出装置 ２ 磁性体片 ３ 磁気感応素子 １０ 電動機 ２０ ロータ ２１ 回転軸 ２２ 磁石 ２３ ロータ本体 ２４ エンドプレート ３０ ステータ ３１ 界磁巻線 ５０ 位置決め溝 ５１ ガイド孔 ５２ 貫通孔 ５５ ノックピン ６１ 突起部 ６２ 挿入穴 ７１ 貫通穴 ７２ 押さえピン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 逆極性の磁石が交互に配置されたロータ
   本体の回転軸方向の端面に非磁性体プレートが取り付け
   られてなるロータと、 上記非磁性体プレートに取り付けられて、上記ロータ本
   体に配置された磁石からの磁束に応じて磁化される複数
   の磁性体片と、 上記複数の磁性体片と対峙する位置に設けられ、上記複
   数の磁性体片からの磁束に感応して上記ロータの磁極位
   置を示す電気信号を出力する磁気感応素子とを備え、 上記各磁石を上記ロータ本体の回転軸方向の端面から非
   磁性体プレート側に露呈して配設し、各磁石の回転軸方
   向の長さを、上記ロータの回転軸方向の積厚よりも長く
   したことを特徴とする電動機の磁極位置検出装置。
2. 【請求項２】 逆極性の磁石が交互に配置されたロータ
   本体の回転軸方向の端面に非磁性体プレートが取り付け
   られてなるロータと、 上記非磁性体プレートに取り付けられて、上記ロータ本
   体に配置された磁石からの磁束に応じて磁化される複数
   の磁性体片と、 上記複数の磁性体片と対峙する位置に設けられ、上記複
   数の磁性体片からの磁束に感応して上記ロータの磁極位
   置を示す電気信号を出力する磁気感応素子とを備え、 上記各磁石を上記ロータ本体の回転軸方向の端面から非
   磁性体プレート側に露呈して配設し、上記非磁性体プレ
   ートが取り付けられる端面と回転軸方向における反対側
   の端面に取り付けられるエンドプレートのロータ本体側
   端面に、各磁石に対応した位置に回転軸方向に突起した
   突起部を設け、各突起部により各磁石を上記非磁性体プ
   レート側に押し当てる構成としたことを特徴とする電動
   機の磁極位置検出装置。
3. 【請求項３】 逆極性の磁石が交互に配置されたロータ
   本体の回転軸方向の端面に非磁性体プレートが取り付け
   られてなるロータと、 上記非磁性体プレートに取り付けられて、上記ロータ本
   体に配置された磁石からの磁束に応じて磁化される複数
   の磁性体片と、 上記複数の磁性体片と対峙する位置に設けられ、上記複
   数の磁性体片からの磁束に感応して上記ロータの磁極位
   置を示す電気信号を出力する磁気感応素子とを備え、 上記各磁石を上記ロータ本体の回転軸方向の端面から非
   磁性体プレート側に露呈して配設し、上記非磁性体プレ
   ートが取り付けられる端面と回転軸方向における反対側
   の端面に取り付けられるエンドプレートに、各磁石に対
   応した位置であって回転軸方向に貫通穴を設け、各貫通
   穴に各磁石を上記非磁性体プレート側に押し当てる押し
   当て部材を挿入するように構成したことを特徴とする電
   動機の磁極位置検出装置。