JP2004023905A - Brushless motor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気検出素子によってロータ回転位置を検出するブラシレスモータに関する。
【0002】
【従来の技術】
図6,5は、一般的なブラシレスモータの構成を示す説明図である。ブラシレスモータ51a,51bは、コイル52を巻装したステータ53と、ロータマグネット54を備えたロータ55とから構成される。コイル52はロータ55の位置に応じて適宜通電され、回転磁界を形成する。ロータ55の回転位置は、ホール素子56などの磁気検出素子によって検出される。ホール素子56は、図6のブラシレスモータ51aでは、ロータマグネット54とは別に設けられたセンサマグネット57の磁極変化を捉えてセンサ信号を出力する。センサマグネット57には、ロータマグネット54と同位置に同極数の磁極が形成されている。
【0003】
これに対して図6のブラシレスモータ51bでは、ロータマグネット54を軸方向にオーバハングさせ、端部をセンサマグネット部58として使用する。そこでは、ホール素子56はセンサマグネット部58の磁極変化を捉えてセンサ信号を出力する。そして、このセンサ信号に基づきロータ位置が検出され、ロータが継続して回転するようにコイルの通電タイミングが決定される。これによりロータ55の周囲に回転磁界が形成され、ロータ55が回転駆動される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図6のブラシレスモータ51aのようにセンサマグネット57を別途設ける構成の場合、センサマグネット57の分だけ部品点数が増加しコストアップの一因となるという問題があった。これに対し、図7のブラシレスモータ51bでは部品点数は増加しないものの、センサマグネット部58をオーバーハングさせる分だけマグネット材料が余分に必要となる。ホール素子の出力特性を鑑みるに、閾値を超える磁束量で磁極が変化すれば十分にセンサ信号は得られ、図7のようにロータマグネット54全体を軸方向に延設するのは材料的にも無駄が多い。
【0005】
一方、図6,5のように、ホール素子56をセンサマグネット57等の外周側に配置すると、ホール素子56とコイル52との間が近接する。例えば、電動パワーステアリング装置用のモータのように、コイル52に大電流が流れるものの場合、コイル52の電流による磁界の影響がホール素子56に及ぶおそれがある。かかる影響が生じると、ロータ55の回転位置が正確に把握できず、モータが効率良く動作しないという問題が生じる。
【0006】
本発明の目的は、ブラシレスモータのコストダウンとロータ位置検出精度の向上を図ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のブラシレスモータは、コイルが巻装されたステータと、前記ステータの内周に回転自在に配設され、複数個の磁極を備えるロータマグネットを有するロータと、前記ロータマグネットの端部に軸方向に沿って各磁極毎に突設され、前記ロータマグネットの磁極幅よりも狭い幅に形成されて隣接する磁極との境界部に配置されたセンサマグネット部と、前記センサマグネット部の近傍に配設され、前記センサマグネット部の極性変化に伴ってセンサ信号を出力する磁気検出素子とを有することを特徴とする。
【0008】
本発明によれば、センサマグネット部がロータマグネットの磁極幅よりも狭くなるので、その分だけマグネット材料を節約でき、ロータマグネットの材料費が削減され、製品のコストダウンを図ることが可能となる。また、センサマグネット部はロータマグネットと一体であるため、両マグネットの位置合わせは不要であり、センサマグネットの取り付け精度は問題とならない。さらに、別途センサマグネットを設けないため、部品点数や組付工数も削減できる。
【0009】
前記ブラシレスモータにおいて、前記磁気検出素子を前記センサマグネット部の内側に配設するようにしても良い。これにより、磁気検出素子をコイルから遠い位置に配置でき、しかも、磁気検出素子をセンサマグネット部にて囲う形にすることができる。従って、コイルを流れる電流の影響が磁気検出素子に及びにくくなり、ロータ回転位置の検出精度が向上し、たとえコイルに大電流が流れても正確にロータ位置検出を行うことできる。
【0010】
前記ブラシレスモータにおいて、前記ロータマグネットとして、複数個のセグメントマグネットを周方向に沿って配列して形成したものを用い、前記センサマグネット部を周方向に間隔をあけて設置するようにしても良い。また、前記ロータマグネットとして、円筒形状の部材に周方向に沿って複数個の磁極を着磁したリングマグネットにて形成したものを用い、隣接する磁極の前記センサマグネット部を無着磁帯を挟んで一体に形成するようにしても良い。
【0011】
一方、本発明のブラシレスモータは、コイルが巻装されたステータと、前記ステータの内周に回転自在に配設され、複数個の磁極を備えるロータマグネットを有するロータと、前記ロータマグネットの端部に軸方向に沿って突設された中空状のセンサマグネット部と、前記センサマグネット部の内側に配設され、前記センサマグネット部の極性変化に伴ってセンサ信号を出力する磁気検出素子とを有することを特徴とする。
【0012】
本発明によれば、磁気検出素子を中空状のセンサマグネット部の内側に配設することにより、磁気検出素子をコイルから遠い位置に配置でき、しかも、磁気検出素子をセンサマグネット部にて囲う形にすることができる。従って、コイルを流れる電流の影響が磁気検出素子に及びにくくなり、ロータ回転位置の検出精度が向上し、たとえコイルに大電流が流れても正確にロータ位置検出を行うことできる。
【0013】
一方、前記ブラシレスモータを、車両の操舵機構に対し操舵補助力を供給する電動パワーステアリング装置用のモータとして使用しても良い。前記ブラシレスモータを使用することにより、マグネット材料費の節減に伴い電動パワーステアリング装置のコストが低減する。また。ロータ回転位置の検出精度向上に伴い、モータ動作が安定し操舵フィーリングが向上する。
【0014】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明の実施の形態1であるブラシレスモータ1(以下、モータ1と略記する)の構成を示す説明図、図2は図1のモータの分解斜視図である。
【0015】
図1,2のモータ1は、電動パワーステアリング装置の駆動源として使用され、運転者がハンドルを操作すると、その操舵角や車両走行速度等に従い、操舵補助力を供給する。モータ1のロータシャフト2は、ジョイントを介して図示しないギヤボックスの入力軸と接続され、その回転はギヤボックス内にて適宜減速された後、ステアリングコラムに伝達される。ステアリングコラムの回転動作は、ラックアンドピニオン型のステアリングギア部においてタイロッドの往復動作に変換され、操向車輪の転舵が行われる。これにより、操舵力がモータ1の回転力により補助され、運転者は小さな力でハンドルを操作することが可能となる。
【0016】
モータ1は、図1に示すように、ステータ3の内側にロータ4を回転自在に配置したいわゆるインナーロータ型のブラシレスモータであり、ホール素子(磁気検出素子)5によってロータ4の回転位置を検出するようになっている。ステータ3は、コイル6が巻装されたステータコア7と、ステータコア7を収容する金属製のケース8とから構成される。ステータコア7は、金属板を積層して形成されており、内周側に突設された突極にコイル6が巻回されて巻線が形成されている。
【0017】
ロータ4は、ロータシャフト2と、ロータシャフト2に固定されたロータマグネット9とから構成される。ロータシャフト2には円柱状のロータコア12が形成されており、その外周に複数のセグメントマグネットが固定されロータマグネット9を形成している。また、ロータシャフト2は、ベアリング13a,13bにてブラケット14及びケース8に回転自在に支持されている。ブラケット14はアルミダイカスト製の部材であり、ベアリング13aはその中央部に収容固定される。ケース8は金属製の円筒部材であり、ベアリング13bはその端部中央に収容固定される。
【0018】
ケース8のブラケット14側端部には、センサホルダ15が取り付けられている。センサホルダ15には、図1,2に示すように、ホール素子5が取り付けられている。ホール素子5は図示しない外部の制御駆動回路と接続され、ホール素子5から出力されたセンサ信号に基づき、コイル6に対する供給電力が制御される。
【0019】
ロータマグネット9の端部にはセンサマグネット部16が形成されている。図3は、センサマグネット部16の構成を示す説明図である。センサマグネット部16は、図2,3に示すように、ロータマグネット9の端部に軸方向、すなわちロータシャフト2の延伸方向に沿って各磁極19毎に2個突設されている。センサマグネット部16は、ロータマグネット端部の一部(図2の破線部)を凹形に切り欠く形で、隣接する磁極との境界部20に各1個ずつ形成される。つまり、各磁極19の軸方向端部には、周方向両端側にセンサマグネット部16が突出形成されていることになる。
【0020】
磁極19の端部には、センサマグネット部16と切欠部17が形成され、それらの幅は、ロータマグネット9の磁極幅(磁極の円周方向の長さ)をW0、センサマグネット部16の幅をW1+切欠部17の幅W2とすると、W0=2W1+W2となる。すなわち、センサマグネット部16の幅W1は、切欠部17の分だけ磁極幅W0よりも狭くなっている。また、センサマグネット部16の幅W1も切欠部17の幅W2の関係もW1<W2となっている。ホール素子5は、磁極変化に際し磁束量がある閾値を超えさえすればセンサ信号がHI又はLOに変化する。この場合、閾値以上の磁束量が継続的に持続する必要はなく、センサマグネット部16の幅W1も僅かな寸法で良い(例えば、W0の1/10程度)。
【0021】
隣接するロータマグネット9の磁極19間には間隙18が形成されており、隣接するセンサマグネット部16はこの間隙18を挟んで対向している。従って、ロータマグネット9の端部には、例えば、センサマグネット部16(N極)−切欠部17−センサマグネット部16(N極)−間隙18−センサマグネット部16(S極)−切欠部17−センサマグネット部16(S極)が順に並ぶ。これを外形的に見れば、ロータマグネット9全体では、突片状のセンサマグネット部16が、周方向に間隔をあけて中空状に設置されている形となる。
【0022】
ここで、ロータマグネット9は金型にて焼結形成される。すなわち、センサマグネット部16は、後の切削加工によって切欠部17を除去して形成するのではなく、型成形にて当初から形成される。従って、センサマグネット部16をロータマグネット9をそのまま延設するのではなく、図2のような形状とすると切欠部17の分だけマグネット材料を節約できる。前述のように、センサマグネット部16の幅W1は僅かな寸法で良く、切欠部17の幅W2を大きく取り、W1を成形可能な限り小さくすることが可能である。このため、ロータマグネット9の材料費をその分削減することができ、製品のコストダウンを図ることが可能となる。また、センサマグネット部16はロータマグネット9と一体であるため、両マグネットの位置合わせは不要であり、センサマグネットの取り付け精度は問題とならない。さらに、別途センサマグネットを設けないため、部品点数も少なく組付工数もかからない。
【0023】
一方、中空状に形成されたセンサマグネット部16の内側には、ホール素子5が配置されている。ロータシャフト2が回転するとセンサマグネット部16はホール素子5の近傍にて回転し、磁極変化に伴いホール素子5の出力信号がHI,LOに変化する。そして、この出力信号の変化に基づきロータシャフト2の回転位置が検出され、コイル6に対し適宜電力供給が行われる。当該モータ1では、図1に示すように、ホール素子5はセンサマグネット部16の内径側にあり、図6,7の場合に比して、ホール素子5の位置がコイル6から遠い位置に配設される。しかも、ホール素子5は、センサマグネット部16にて囲われた形でモータ1内に取り付けられる。従って、コイル6を流れる電流の影響がホール素子5に及びにくくなり、ロータ回転位置の検出精度が向上し、たとえコイル6に大電流が流れても正確にロータ位置検出を行うことできる。このため、モータ1を効率良く回転させることが可能となり、電動パワーステアリング装置における操舵フィーリングの向上が図られる。
【0024】
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2として、ロータマグネットにリング状のマグネットを使用したものについて説明する。図4の本発明の実施の形態2であるモータ21の分解斜視図、図5はロータマグネットとしてリングマグネットを使用した場合のセンサマグネット部の構成を示す説明図である。なお、センサマグネット部の構成以外は実施の形態1のモータ1と同様であるのでその説明は省略する。また、実施の形態1と同様の部材、部分については同一の符号を使用する。
【0025】
図4,5に示すように、ここでは隣接する磁極19は、リング状のロータマグネット22に連続的に形成される。各磁極19間には、実施の形態1の間隙18に代えて無着磁帯23が設けられている。センサマグネット部16は、ロータマグネット22の端部に軸方向に沿って各磁極19毎に突設され、隣接する磁極19の境界部20に配置されている。隣接する磁極のセンサマグネット部16は、実施の形態1と異なり、無着磁帯23を挟んで一体に形成されている。つまり、センサマグネット部16は、図5に示すように、各磁極19の周方向両端側に、N極−無着磁帯23−S極、なる特性を有する突片として形成されている。そして、センサマグネット部16の幅W1は、ロータマグネット9の磁極幅W0や切欠部17の幅W2よりも狭くなっており、マグネット材料の節約が図られている。
【0026】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施の形態では、ホール素子5をセンサマグネット部16の内側に配置した構成を例にとって説明したが、コイル6に流れる電流量が少なく、その影響が少ない場合には、ホール素子5をセンサマグネット部16の外側に置いても良い。また、センサマグネット部16の幅W1を、ロータマグネット9の切欠部17の幅W2よりも狭くした例を示したが、W1は必ずしもW2よりも狭くなくとも良い。
【0027】
さらに、前述の実施の形態は、本発明をコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置に適用した例を示したが、ラックアシスト型等の他の方式の電動パワーステアリング装置にも適用可能である。加えて、本発明のブラシレスモータは、電動パワーステアリング装置以外の用途、例えば、ロボット等の産業用機械やパソコン等のIT機器などにも適用可能である。
【0028】
【発明の効果】
本発明のブラシレスモータによれば、ロータマグネットの端部にセンサマグネット部を突設し、その幅をロータマグネット磁極幅よりも狭くしたので、その分だけマグネット材料を節約できる。従って、ロータマグネットの材料費が削減され、製品のコストダウンを図ることが可能となる。
【0029】
また、本発明のブラシレスモータによれば、磁気検出素子を中空状のセンサマグネット部の内側に配設したので、磁気検出素子をコイルから遠い位置に配置でき、しかも、磁気検出素子をセンサマグネット部にて囲う形にすることができる。従って、コイルを流れる電流の影響が磁気検出素子に及びにくくなり、ロータ回転位置の検出精度が向上し、たとえコイルに大電流が流れても正確にロータ位置検出を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1であるブラシレスモータの構成を示す説明図である。
【図2】図1のモータの分解斜視図である。
【図3】センサマグネット部の構成を示す説明図である。
【図4】本発明の実施の形態2であるブラシレスモータの分解斜視図である。
【図5】ロータマグネットとしてリングマグネットを使用した場合のセンサマグネット部の構成を示す説明図である。
【図6】ロータマグネットとしてセグメントマグネットを使用した一般的なブラシレスモータの構成を示す説明図である。
【図7】ロータマグネットとしてリングマグネットを使用した一般的なブラシレスモータの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
1 ブラシレスモータ
2 ロータシャフト
3 ステータ
4 ロータ
5 ホール素子
6 コイル
7 ステータコア
8 ケース
9 ロータマグネット
12 ロータコア
13a,13b ベアリング
14 ブラケット
15 センサホルダ
16 センサマグネット部
17 切欠部
18 間隙
19 磁極
20 境界部
21 モータ
22 ロータマグネット
23 無着磁帯
51a,51b ブラシレスモータ
52 コイル
53 ステータ
54 ロータマグネット
55 ロータ
56 ホール素子
57 センサマグネット
58 センサマグネット部
W0 ロータマグネット磁極幅
W1 センサマグネット部幅
W2 切欠部幅[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a brushless motor that detects a rotor rotation position using a magnetic detection element.
[0002]
[Prior art]
6 and 5 are explanatory diagrams showing the configuration of a general brushless motor. Each of the
[0003]
On the other hand, in the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of a configuration in which the
[0005]
On the other hand, as shown in FIGS. 6 and 5, when the
[0006]
An object of the present invention is to reduce the cost of a brushless motor and improve the rotor position detection accuracy.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A brushless motor according to the present invention includes a stator having a coil wound thereon, a rotor having a rotor magnet rotatably disposed on an inner periphery of the stator and having a plurality of magnetic poles, and a shaft provided at an end of the rotor magnet. A sensor magnet portion projecting from each magnetic pole along the direction and formed at a width narrower than the magnetic pole width of the rotor magnet and disposed at a boundary between adjacent magnetic poles; and a sensor magnet portion disposed near the sensor magnet portion. And a magnetic detecting element for outputting a sensor signal in accordance with a change in polarity of the sensor magnet section.
[0008]
According to the present invention, since the sensor magnet portion is narrower than the magnetic pole width of the rotor magnet, the magnet material can be saved by that much, the material cost of the rotor magnet can be reduced, and the cost of the product can be reduced. . In addition, since the sensor magnet portion is integral with the rotor magnet, there is no need to align the two magnets, and the mounting accuracy of the sensor magnet does not matter. Further, since no separate sensor magnet is provided, the number of parts and the number of assembling steps can be reduced.
[0009]
In the brushless motor, the magnetic detection element may be provided inside the sensor magnet. Thereby, the magnetic detection element can be arranged at a position far from the coil, and the magnetic detection element can be surrounded by the sensor magnet. Therefore, the influence of the current flowing through the coil is less likely to affect the magnetic detection element, and the detection accuracy of the rotor rotational position is improved. Even if a large current flows through the coil, the rotor position can be accurately detected.
[0010]
In the brushless motor, the rotor magnet may be formed by arranging a plurality of segment magnets along a circumferential direction, and the sensor magnet units may be arranged at intervals in the circumferential direction. In addition, as the rotor magnet, a magnet formed of a ring-shaped magnet having a plurality of magnetic poles magnetized along a circumferential direction on a cylindrical member is used, and the sensor magnet portions of adjacent magnetic poles sandwich a non-magnetized band. May be formed integrally.
[0011]
On the other hand, a brushless motor of the present invention includes a stator having a coil wound thereon, a rotor having a rotor magnet rotatably disposed on the inner periphery of the stator and having a plurality of magnetic poles, and an end portion of the rotor magnet. A hollow sensor magnet portion protruding along the axial direction, and a magnetic detection element disposed inside the sensor magnet portion and outputting a sensor signal in accordance with a change in polarity of the sensor magnet portion. It is characterized by the following.
[0012]
According to the present invention, by disposing the magnetic detection element inside the hollow sensor magnet portion, the magnetic detection element can be arranged at a position far from the coil, and the magnetic detection element is surrounded by the sensor magnet portion. Can be Therefore, the influence of the current flowing through the coil is less likely to affect the magnetic detection element, and the detection accuracy of the rotor rotational position is improved. Even if a large current flows through the coil, the rotor position can be accurately detected.
[0013]
On the other hand, the brushless motor may be used as a motor for an electric power steering device that supplies a steering assist force to a steering mechanism of a vehicle. By using the brushless motor, the cost of the electric power steering device is reduced due to the reduction in magnet material cost. Also. As the detection accuracy of the rotor rotational position is improved, the motor operation is stabilized and the steering feeling is improved.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a brushless motor 1 (hereinafter abbreviated as a motor 1) according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the motor of FIG.
[0015]
The motor 1 shown in FIGS. 1 and 2 is used as a drive source of an electric power steering device, and when a driver operates a steering wheel, supplies a steering assist force according to a steering angle, a vehicle running speed, and the like. The
[0016]
As shown in FIG. 1, the motor 1 is a so-called inner rotor type brushless motor in which a
[0017]
The
[0018]
A
[0019]
A
[0020]
At the end of the
[0021]
A
[0022]
Here, the
[0023]
On the other hand, the
[0024]
(Embodiment 2)
Next, as
[0025]
As shown in FIGS. 4 and 5, the
[0026]
The present invention is not limited to the above embodiment, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the scope of the invention.
For example, in the above-described embodiment, the configuration in which the
[0027]
Further, in the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a column assist type electric power steering device is shown, but the present invention is also applicable to other types of electric power steering devices such as a rack assist type. In addition, the brushless motor of the present invention is applicable to uses other than the electric power steering device, for example, industrial machines such as robots and IT devices such as personal computers.
[0028]
【The invention's effect】
According to the brushless motor of the present invention, the sensor magnet portion is protruded from the end of the rotor magnet, and its width is made smaller than the width of the rotor magnet pole, so that the magnet material can be saved by that much. Therefore, the material cost of the rotor magnet is reduced, and the cost of the product can be reduced.
[0029]
Further, according to the brushless motor of the present invention, since the magnetic detecting element is disposed inside the hollow sensor magnet, the magnetic detecting element can be disposed at a position far from the coil, and the magnetic detecting element is connected to the sensor magnet. Can be surrounded by. Therefore, the influence of the current flowing through the coil is less likely to affect the magnetic detection element, and the detection accuracy of the rotor rotational position is improved. Thus, even if a large current flows through the coil, the rotor position can be accurately detected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a brushless motor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the motor of FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a sensor magnet unit.
FIG. 4 is an exploded perspective view of a brushless motor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration of a sensor magnet unit when a ring magnet is used as a rotor magnet.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a configuration of a general brushless motor using a segment magnet as a rotor magnet.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a configuration of a general brushless motor using a ring magnet as a rotor magnet.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記ステータの内周に回転自在に配設され、複数個の磁極を備えるロータマグネットを有するロータと、
前記ロータマグネットの端部に軸方向に沿って各磁極毎に突設され、前記ロータマグネットの磁極幅よりも狭い幅に形成されて隣接する磁極との境界部に配置されたセンサマグネット部と、
前記センサマグネット部の近傍に配設され、前記センサマグネット部の極性変化に伴ってセンサ信号を出力する磁気検出素子とを有することを特徴とするブラシレスモータ。A stator wound with coils,
A rotor having a rotor magnet rotatably disposed on the inner periphery of the stator and having a plurality of magnetic poles,
A sensor magnet portion which is provided at an end of the rotor magnet along the axial direction for each magnetic pole, is formed to have a width smaller than the magnetic pole width of the rotor magnet, and is disposed at a boundary between adjacent magnetic poles;
A brushless motor, comprising: a magnetic detection element that is disposed near the sensor magnet unit and that outputs a sensor signal in accordance with a change in polarity of the sensor magnet unit.
前記ステータの内周に回転自在に配設され、複数個の磁極を備えるロータマグネットを有するロータと、
前記ロータマグネットの端部に軸方向に沿って突設された中空状のセンサマグネット部と、
前記センサマグネット部の内側に配設され、前記センサマグネット部の極性変化に伴ってセンサ信号を出力する磁気検出素子とを有することを特徴とするブラシレスモータ。A stator wound with coils,
A rotor having a rotor magnet rotatably disposed on the inner periphery of the stator and having a plurality of magnetic poles,
A hollow sensor magnet portion protruding along the axial direction at an end of the rotor magnet,
A brushless motor, comprising: a magnetic detection element disposed inside the sensor magnet unit and configured to output a sensor signal in accordance with a change in polarity of the sensor magnet unit.
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