JP2004120933A

JP2004120933A - ブラシレスモータ

Info

Publication number: JP2004120933A
Application number: JP2002283160A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kinashi; 木梨　好一
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】ロータ磁極の位置検出精度が高く、安価で薄型化が可能なブラシレスモータを提供することを目的とする。
【解決手段】ロータコア１ａの外周近傍にマグネット１ｂを埋め込んだマグネット内装型ロータ１と、ステータ巻線２ｂを有しマグネット内装型ロータ１と周方向にギャップを介して対向するステータ２と、ステータ２の端部に配設したエンドブラケット４と、マグネット１ｂの磁束を検出する磁気センサ５を搭載した配線基板６とを備え、磁気センサ５をマグネット内装型ロータ１の外径より外側に配設し、磁気センサ５が検出するロータ主磁束の変化からロータ１の磁極位置信号を得るブラシレスモータ。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータの磁極位置を検出する磁気センサを備えたブラシレスモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、産業用機器の駆動源として汎用モータから高効率なブラシレスモータ化が進んでおり、大出力化と省スペースを実現するための薄型化および高性能化が求められている。
【０００３】
大出力を得るため、ロータには高磁束密度のマグネットを用いるとともに、ステータコアを分割し集中巻線を施して巻線の占積率を高めている。また、応答性を良くするためにインナーロータ型ブラシレスモータが一般的である。
【０００４】
このブラシレスモータを回転駆動するには、ロータマグネットの磁極位置を検出してステータ巻線の励磁タイミングを決定する必要があり、３個の磁気センサを電気角で１２０°位相が異なるように精度よく取り付ける必要があった。
【０００５】
このため、配線基板や樹脂成形品を用いて、磁気センサ間の位置を規制した状態でステータ側あるいはエンドブラケット側から位置検出用マグネットと対向するように固定し、ロータの磁極位置信号を得ている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−３２２９９９号公報
【特許文献２】
特開平８−２３６６６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ブラシレスモータの薄型化において、界磁マグネットとは別に位置検出用マグネットを設けると軸方向に寸法が長くなるという問題があった。
【０００８】
また、ブラシレスモータの高性能化には、ステータ巻線の誘起電圧を正弦波に限りなく近づけ、タイミングよくステータ巻線に通電する必要があり、それには高精度なロータの磁極位置信号が不可欠である。具体的にはロータの磁極位置信号およびステータ巻線の誘起電圧は、０°および１８０°でゼロクロスする電気的ズレがない出力信号が理想となる。
【０００９】
ロータの磁極位置信号の電気的なズレが発生する要因の一つに、磁気センサの機械的な位置精度のバラツキがあり、ステータ側に磁気センサを取り付けた場合、ロータを組み込んだ後、磁気センサの位置調整ができず、また、エンドブラケット側に磁気センサを取り付けると、ステータ巻線との位置調整ができないという問題があった。すなわち、磁気センサの機械的位置の累積誤差を吸収できず、その結果、ロータの磁極位置信号に電気的なズレが生じていた。
【００１０】
もう一つの要因として、マグネット磁束のバラツキが考えられる。磁気センサの機械的な位置精度が確保できても、特に円周方向に分割したマグネットを用いると、マグネット固着時の円周方向のピッチ精度およびマグネットの厚み方向のバラツキがロータの磁極位置信号の電気的なズレに大きな影響を与える。
【００１１】
したがって分割したマグネットから高精度のロータの磁極位置信号を得るには、高い加工精度と組立精度が求められ、高価なものになった。
【００１２】
本発明はこのような従来の問題を解決するものであり、高精度のロータの磁極位置信号が得られ、安価で薄型、高性能を実現できるブラシレスモータを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明は、ロータコアの外周近傍にマグネットを埋め込んだマグネット内装型ロータと、巻線を有し前記マグネット内装型ロータと周方向にギャップを介して対向するステータと、前記ステータの端部に配設したエンドブラケットと、前記マグネットの磁束を検出する磁気センサを搭載した配線基板とを備え、前記磁気センサを前記マグネット内装型ロータの外周より外側に配設し、磁気センサが検出するロータ主磁束の変化からロータの磁極位置信号を得ることを特徴としたブラシレスモータである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１記載のブラシレスモータは、ロータコアの外周近傍にマグネットを埋め込んだマグネット内装型ロータと、巻線を有し前記マグネット内装型ロータと周方向にギャップを介して対向するステータと、前記ステータの端部に配設したエンドブラケットと、前記マグネットの磁束を検出する磁気センサを搭載した配線基板とを備え、前記磁気センサを前記マグネット内装型ロータの外周より外側に配設し、磁気センサが検出するロータ主磁束の変化からロータの磁極位置信号を得るので、従来のマグネット外装型ロータのようにマグネット表面の磁束を直接検出せずに機械的精度が極めて高いロータコアを介してマグネット主磁束を検出するため、マグネットの取付精度や形状に起因する電気的なズレが少ないロータの磁極位置信号を得ることができる。
【００１５】
また、請求項２に記載のブラシレスモータは、３つの磁気センサを搭載した配線基板をステータあるいはエンドブラケットに固定するもので、ロータの磁極位置信号間の電気的なズレを小さくできるとともに、設計の自由度を高くできる。
【００１６】
また、請求項３に記載のブラシレスモータは、磁気センサが軸方向に通過し、回転方向に移動できる調整孔部と、前記磁気センサを搭載した配線基板を取り付ける台座部と、前記台座部に配線基板を固定するネジ孔部とをエンドブラケットに設け、前記配線基板をエンドブラケットの外側から台座部にネジ固定したもので、磁気センサとステータ巻線との位相（位置）のバラツキを外側から調整することで吸収できる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について図を参照しながら説明する。
【００１８】
図１において、１はロータ、２はステータ、３はフレーム、４はエンドブラケット、５は磁気センサ、６は配線基板、７および８は軸受、９はネジ、１０はリード線である。
【００１９】
ロータ１はマグネット内装型ロータで、ロータコア１ａの周方向にマグネット１ｂを埋め込み、ロータコア１ａの中心に回転軸１ｃを備えている。そして、隣り合うマグネット１ｂは、互いに極性が異なるように配設している。
【００２０】
ステータ２は、磁極ティース２ａごとに集中巻装したステータ巻線２ｂを備えており、ステータ２の外周部はフレーム３の内周に焼きバメによって固定され、フレーム３の開口部側にエンドブラケット４を配設している。
【００２１】
回転軸１ｃは、フレーム３とエンドブラケット４に配設した軸受７、軸受８によって回転自在に保持されており、ロータコア１ａの外周部とステータ２の内周部とは周方向にギャップを介して対向し、ロータ１の少なくとも片端面がステータ２のコア端面よりコイルエンド側（軸方向）に突出するように設定する。
【００２２】
この軸方向に突出させたロータコア１ａの外周面とギャップを介して対向するように磁気センサ５を固定している。磁気センサの一例として、ホール素子（あるいはホールＩＣ）、ＭＲ素子がある。
【００２３】
このように、磁気センサ５をマグネット内装型のロータ１のロータコア１ａ外周と対向させる構成であり、磁気センサ５は、マグネット１ｂの表面磁束を直接検出せず、機械的精度が極めて高いロータコア１ａを介してマグネット主磁束を検出することとなり、マグネット１ｂの取付精度や形状に起因する電気的なズレが少ない磁極位置信号を得ることができる。また、位置検出用マグネットを用いないため軸方向の寸法を短縮できる。
【００２４】
また、エンドブラケット４は、図２に示すように、磁気センサ５が軸方向に通過し、回転方向に移動できる調整孔部４ａと、配線基板６を取り付ける台座部４ｂと、台座部４ｂに配線基板６を固定するネジ孔部４ｃとを備えている。
【００２５】
図３に示すように、３つの磁気センサ５は１つの配線基板６の裏面に搭載され、ロータコア１ａの半径よりも大きな半径の同心円上に電気角１２０°の位相差を確保して、はんだ付けにより予め固定する。
【００２６】
したがって、配線基板６を固定するときに、磁気センサ５とステータ巻線２ｂの位相を合わせながら、３つの磁気センサ５の中心と回転軸の中心を合わせるように配線基板６の位置を調整した後、配線基板６をエンドブラケット４の台座部４ｂにネジ９で固定する。
【００２７】
このとき、エンドブラケット４の調整孔部４ａを通過した磁気センサ５とロータコア１ａの外周面とのギャップを確保する。そして、磁気センサ５には配線基板６に接続したリード線（図示せず）を介して電源が供給される。
【００２８】
なお、配線基板６の内周部と磁気センサ５の取り付け位置を同心上に配置しておき、回転中心から台座部４ｂの壁部までの半径寸法と、配線基板５の内周部までの半径寸法をほぼ同じに設定すれば、配線基板６の内周部を台座部４ｂの壁部に沿わせるだけで磁気センサ間の芯ズレを吸収できる。また、配線基板５を台座部４ｂの壁部に沿わせて回転方向に移動するだけで位相調整が容易にできる。
【００２９】
したがって、磁気センサ間の芯ズレおよび磁気センサとステータ巻線との位相（位置）のズレを外側からの調整によって吸収できる。
【００３０】
また、磁気センサを搭載した配線基板をステータ側に固定しても同様に実施でき、ステータ巻線を絶縁する絶縁板を利用し、予め決めた位置関係で配線基板を固定すればよく、ステータ巻線と磁気センサの位相バラツキを抑制して一定の精度を確保できる。
【００３１】
さらに、配線基板にステータ巻線の入力端子（預け端子）を設けてモータリード線を接続すれば、配線作業の合理化が可能になる。
【００３２】
【発明の効果】
上記の実施例から明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、マグネット内装型ロータの外周に磁気センサを配置することで、ロータマグネットに起因するロータの磁極位置信号の電気的なズレを小さくできる効果がある。
【００３３】
また、請求項２に記載の発明によれば、磁気センサを搭載した配線基板をステータあるいはエンドブラケットに固定してもロータの磁極位置信号間の電気的なズレを小さくできるので、設計の自由度を高くできる効果がある。
【００３４】
また、請求項３に記載の発明によれば、磁気センサ間の芯ズレおよび磁気センサとステータ巻線との位相（位置）のバラツキを外側から位置調整により吸収できるため、磁気センサおよびロータマグネットに起因するロータの磁極位置信号の電気的なズレを小さくでき、高精度のロータの磁極位置信号が得られる。
【００３５】
このように、ロータ磁極の位置検出精度が高く、安価で薄型、高性能を実現できるブラシレスモータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるブラシレスモータの断面図
【図２】本発明の一実施例における要部断面図
【図３】本発明の一実施例における磁気センサの位置調整を説明する平面図
【符号の説明】
１　ロータ
１ａ　ロータコア
１ｂ　マグネット
２　ステータ
２ｂ　ステータ巻線
４　エンドブラケット
４ａ　調整孔部
４ｂ　台座部
４ｃ　ネジ孔部
５　磁気センサ
６　配線基板
９　ネジ

Claims

ロータコアの外周近傍にマグネットを埋め込んだマグネット内装型ロータと、巻線を有し前記マグネット内装型ロータと周方向にギャップを介して対向するステータと、前記ステータの端部に配設したエンドブラケットと、前記マグネットの磁束を検出する磁気センサを搭載した配線基板とを備え、前記磁気センサを前記マグネット内装型ロータの外周より外側に配設し、磁気センサが検出するロータ主磁束の変化からロータの磁極位置信号を得ることを特徴としたブラシレスモータ。
３つの磁気センサを搭載した配線基板をステータあるいはエンドブラケットに固定した請求項１に記載のブラシレスモータ。
磁気センサが軸方向に通過し、回転方向に移動できる調整孔部と、前記磁気センサを搭載した配線基板を取り付ける台座部と、前記台座部に配線基板を固定するネジ孔部とをエンドブラケットに設け、前記配線基板をエンドブラケットの外側から台座部にネジ固定した請求項１または請求項２に記載のブラシレスモータ。