JP2005160296A - Electric motor with sensor for detecting rotor position - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric motor having a position sensor disposed so as to reduce the total height of the motor and detecting a rotor position. <P>SOLUTION: The electric motor is provided with a motor flange, a housing, a rotor, a stator and at least one position sensor for detecting the rotor position. The position sensor is embedded in at least a part of the motor flange so as to possibly reduce the total height of the motor. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、フランジと、ハウジングと、ステータと、ロータと、ロータ位置を検出するための少なくとも一つの位置センサと、を備えている電気モータ、特にブラシレス直流モータに関する。   The present invention relates to an electric motor, particularly a brushless DC motor, comprising a flange, a housing, a stator, a rotor, and at least one position sensor for detecting the rotor position.

電子的に転流されるブラシレス直流モータにおいては、特定のロータ位置のときにモータ電流が電子的な切換部材によって、例えばトランジスタによって、転流される。このような転流プロセスを正しい時点において行うことができるようにするためには、最新のロータ位置が既知でなければならない。ロータ位置の検出は、一つ又は複数の位置センサにより行うことができる。   In a brushless DC motor that is commutated electronically, the motor current is commutated by an electronic switching member, eg, a transistor, at a particular rotor position. In order to be able to perform such a commutation process at the right time, the latest rotor position must be known. The detection of the rotor position can be performed by one or a plurality of position sensors.

位置センサとしては、多くの場合、モータハウジングの内部において定置に配置されたホールセンサが用いられる。ホールセンサは、ロータ巻線の変化する磁界を検出するか、又は、ロータと結合された別個の制御部材によって生成される磁界を検出する。ホールセンサ及び制御部材は、モータハウジングの内部に配置されるのが通常である。ホールセンサ及び制御部材が本来のモータハウジングの外部において独自のハウジングの中に配置されるモータ製作形態もあり、この場合、制御部材は、モータシャフトと回転不能に結合される。   As the position sensor, a Hall sensor arranged in a stationary manner in the motor housing is often used. Hall sensors detect the changing magnetic field of the rotor windings or detect the magnetic field generated by a separate control member coupled to the rotor. The hall sensor and the control member are usually arranged inside the motor housing. There is also a motor fabrication form in which the Hall sensor and the control member are arranged in a unique housing outside the original motor housing, in which case the control member is non-rotatably coupled to the motor shaft.

電気モータにおける小型化が進展し、特に全高が低減されていく過程において、位置センサと付属の制御部材とをモータハウジングの内部に格納することは困難になる一方である。しかしながら、それらの構成要素を外部に配置すると、モータの全高の低減にはつながらない。   It is becoming difficult to store the position sensor and the attached control member inside the motor housing in the process of miniaturization of the electric motor, especially in the process of reducing the total height. However, disposing these components outside does not lead to a reduction in the overall height of the motor.

そこで、本発明の課題は、モータの全高を低減することができるように位置センサが配置されている、ロータ位置を検出するためのセンサを備えている電気モータを提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide an electric motor including a sensor for detecting a rotor position, in which a position sensor is arranged so that the overall height of the motor can be reduced.

この課題は、本発明によれば、請求項１の構成要件によって解決される。
本発明の有利な実施の形態及びその他の構成要件は、従属請求項に記載されている。
本発明を特徴付ける構成要件は、少なくとも一つの位置センサが少なくとも部分的にモータフランジに組み込まれることにある。それにより、少なくとも一つの位置センサがモータフランジの内部に位置するので、独自の設計スペースを必要としなくなる。 This problem is solved according to the invention by the features of claim 1.
Advantageous embodiments and other components of the invention are described in the dependent claims.
A component that characterizes the invention is that at least one position sensor is at least partially integrated into the motor flange. Thereby, since at least one position sensor is located inside the motor flange, a unique design space is not required.

本発明の有利な実施の形態においては、モータフランジの底面側の部分の外側にプリント配線板が配置されており、少なくとも一つの位置センサはそのプリント配線板に直接組み付けられており、フランジの少なくとも一つの付属の開口部に収容される。この場合、少なくとも一つの開口部はモータフランジの底面領域に設けられるのが好ましく、プリント配線板が正しい位置に位置決めされていれば、少なくとも一つの位置センサと合同である。即ち、少なくとも一つのセンサは、少なくとも一つのセンサの少なくとも一つの側がモータの内部に突出するように、少なくとも一つの開口部に収容される。   In an advantageous embodiment of the invention, a printed wiring board is arranged outside the bottom side portion of the motor flange, and at least one position sensor is directly assembled to the printed wiring board, at least of the flange. It is accommodated in one attached opening. In this case, it is preferable that at least one opening is provided in the bottom area of the motor flange, and if the printed wiring board is positioned at the correct position, it is congruent with at least one position sensor. That is, at least one sensor is accommodated in at least one opening so that at least one side of the at least one sensor protrudes into the motor.

少なくとも一つの位置センサを制御するための制御部材はモータの内部に配置され、ロータに取り付けられるか、又は、ロータと回転不能に結合された構成部品に取り付けられる。制御部材は、モータフランジの内側の方を向いており、少なくとも一つの位置センサと直接対向するように配置される。   A control member for controlling the at least one position sensor is disposed inside the motor and is attached to the rotor or to a component that is non-rotatably coupled to the rotor. The control member faces the inner side of the motor flange and is arranged so as to directly face at least one position sensor.

正しい位置での相互の位置決めを容易にするために、モータフランジとプリント配線板とは相互に対応する機械的な位置決め手段を有しているとよい。   In order to facilitate the mutual positioning at the correct position, the motor flange and the printed wiring board may have mechanical positioning means corresponding to each other.

位置センサの機能を損なうことになる渦電流がモータフランジで発生しないようにするために、モータフランジは、非導電性材料、例えばプラスチックにより形成されているのが好ましい。   In order to prevent eddy currents from being generated in the motor flange which would impair the function of the position sensor, the motor flange is preferably made of a non-conductive material, for example plastic.

位置センサとしては、好ましくは、ホールセンサ又は磁気抵抗センサ若しくはその他の磁気センサを利用することができる。当然ながら、それら以外の種類の位置センサも適用可能である。   As the position sensor, a Hall sensor, a magnetoresistive sensor, or other magnetic sensor can be preferably used. Of course, other types of position sensors are also applicable.

ホールセンサ又はその他の磁気センサを用いるときは、センサを制御するための制御部材として永久磁石を利用するのが好ましい。   When a Hall sensor or other magnetic sensor is used, it is preferable to use a permanent magnet as a control member for controlling the sensor.

プリント配線板は、本発明によれば、フレキシブルプリント配線板であるものとするとよい。このことは、組み付けや、モータ電子装置から出ていく又はモータ電子装置に入っていく導体線の案内において利点がある。   According to the present invention, the printed wiring board may be a flexible printed wiring board. This is advantageous in assembling and guiding the conductor wires exiting or entering the motor electronics.

次に、図面を参照しながら実施の形態を用いて、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明に係るブラシレス直流モータの断面図を示している。全体として符号１０が付されているこの直流モータは、ステータ積層鉄心１４とステータ巻線１２とを有するステータを備えている。ステータの内部には、ロータシャフト１６と、継鉄リング１８と、セグメント化された又はリングとして構成された永久磁石２０と、を備えているロータが配置されている。継鉄リング１８及び永久磁石２０は、いずれもロータシャフト１６の上に着座している。 Next, the present invention will be described in detail using embodiments with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a brushless DC motor according to the present invention. This DC motor, generally denoted by reference numeral 10, includes a stator having a stator laminated core 14 and a stator winding 12. Arranged inside the stator is a rotor that includes a rotor shaft 16, a yoke ring 18, and a permanent magnet 20 that is segmented or configured as a ring. The yoke ring 18 and the permanent magnet 20 are both seated on the rotor shaft 16.

ステータ及びロータはほぼカップ状のハウジング２２により包囲されており、そのハウジング２２は、端面の部位において、同じくほぼカップ状のモータフランジ２４により閉鎖されている。   The stator and the rotor are surrounded by a substantially cup-shaped housing 22, which is closed at the end face by a substantially cup-shaped motor flange 24.

中空円筒状のハウジング２２と、両側に配置された二つのフランジとによる、図面には示していないモータの構造も可能である。   A motor structure not shown in the drawing by the hollow cylindrical housing 22 and two flanges arranged on both sides is also possible.

ロータシャフト１６は、例えば転がり軸受等の軸受２６及び２８を介して、定置のモータ部品に対して相対的に回転可能に軸支、保持されており、一方の軸受２６は、例えばハウジング２２の端面に配置され、他方の軸受２８は、モータフランジ２４に配置される。ロータシャフト１６は、ハウジング２２の端面の部位においてハウジングから外部へ導出されている。   The rotor shaft 16 is rotatably supported and supported relative to a stationary motor component via bearings 26 and 28 such as rolling bearings, for example, and one bearing 26 is an end surface of the housing 22, for example. The other bearing 28 is disposed on the motor flange 24. The rotor shaft 16 is led out from the housing at the end face portion of the housing 22.

モータフランジ２４の底面側の部分の外側には、ほぼ環状のプリント配線板３０が配置されており、このプリント配線板３０は、フランジ底面の大部分を被覆すると共に、モータフランジ２４と堅固に結合されている。モータフランジ２４とプリント配線板３０とは相互に正しい位置において位置決めするために、例えば穴とこれに対応する心棒という形態の、相互に対応する機械的な位置決め手段３２を有しているのが好ましい。   A substantially annular printed wiring board 30 is disposed outside the bottom side portion of the motor flange 24. The printed wiring board 30 covers most of the bottom surface of the flange and is firmly coupled to the motor flange 24. Has been. In order to position the motor flange 24 and the printed wiring board 30 in the correct position relative to each other, it is preferable to have mechanical positioning means 32 corresponding to each other, for example in the form of a hole and a corresponding mandrel. .

特に図２に見られるように、本発明によれば、モータフランジ２４の方を向いているプリント配線板３０の側に、ロータシャフト１６の回転軸に対してほぼ同心的に位置センサ３４が配置され、取り付けられている。これらの位置センサ３４は、モータフランジ２４の付属の開口部３６を貫通してモータの内部にまで達している。位置センサ３４としては、例えばホールセンサを利用することができる。   In particular, as can be seen in FIG. 2, according to the present invention, the position sensor 34 is arranged substantially concentrically with the rotational axis of the rotor shaft 16 on the side of the printed wiring board 30 facing the motor flange 24. And attached. These position sensors 34 pass through the opening 36 attached to the motor flange 24 and reach the inside of the motor. As the position sensor 34, for example, a hall sensor can be used.

プリント配線板３０は、特にフレキシブルプリント配線板として構成されており、位置センサ３４と接触させるための導体線３８が、プリント配線板によって形成される平坦な配線領域４０を介して、モータの制御電子装置（図示せず）から又はそれに向かって案内されている。同じプリント配線板３０に、ステータ巻線１２の電気接続部も設けられている。
さらに、モータの制御電子装置を同じプリント配線板３０に組み込むことも可能である（図示せず）。 The printed wiring board 30 is particularly configured as a flexible printed wiring board, and a conductor wire 38 for contacting the position sensor 34 is connected to the motor control electronics via a flat wiring region 40 formed by the printed wiring board. Guided from or towards the device (not shown). The same printed wiring board 30 is also provided with an electrical connection portion of the stator winding 12.
It is also possible to incorporate motor control electronics into the same printed wiring board 30 (not shown).

モータフランジ２４の方を向いているロータの側には、永久磁石の形態の少なくとも一つの制御部材４２が配置されている。制御部材４２は、ロータと回転不能に結合されていて永久磁石２０のための磁気的な保磁子としての役割を果たす構成部品４４に取り付けられている。永久磁石２０は、フランジ２４の方を向いている端面側の表面に沿って、一つ又は複数の磁極ピッチを有しているとよい。制御部材４２は、位置センサ３４と直接対向するように組み付けられている。ロータが回転すると、制御部材４２も位置センサ３４に対して相対的に回転するので、位置センサ３４は、制御部材４２の磁界によって交互に励起される。位置センサ３４の個々の出力信号に基づいて、モータの制御電子装置がロータの現在の位置及び回転数を算出し、モータ巻線の転流を相応に制御する。   On the rotor side facing the motor flange 24, at least one control member 42 in the form of a permanent magnet is arranged. The control member 42 is attached to a component 44 that is non-rotatably coupled to the rotor and serves as a magnetic coercivity for the permanent magnet 20. The permanent magnet 20 may have one or more magnetic pole pitches along the surface on the end face side facing the flange 24. The control member 42 is assembled so as to face the position sensor 34 directly. When the rotor rotates, the control member 42 also rotates relative to the position sensor 34, so that the position sensor 34 is alternately excited by the magnetic field of the control member 42. Based on the individual output signals of the position sensor 34, the motor control electronics calculate the current position and speed of the rotor and control the commutation of the motor windings accordingly.

位置センサ３４の図示した構成は、種類や構造が異なる他の直流モータに適用することもできる。異なる個数の位置センサ３４と、例えば誘導センサ、光学センサ、容量センサ等による異なる種類のロータの回転位置検出とを選択することもでき、これも同じく本発明の範疇に含まれる。   The illustrated configuration of the position sensor 34 can also be applied to other DC motors of different types and structures. It is also possible to select different numbers of position sensors 34 and different types of rotor position detection by means of, for example, induction sensors, optical sensors, capacitive sensors, etc., which are also included in the scope of the present invention.

プリント配線板が位置センサと共にハウジングの上側の端面に配置されることが意図されていてもよく、その場合、位置センサはハウジングの相応の開口部に収容されて、モータの内部にまで達する。   It may be intended that the printed wiring board is arranged with the position sensor on the upper end face of the housing, in which case the position sensor is accommodated in a corresponding opening in the housing and reaches the interior of the motor.

本発明に基づいて位置センサ３４を配置し、モータフランジ２４の内部に収容することによって、位置センサ３４のために独自の軸方向の設計スペースを設ける必要がなくなるので、モータの全高を低減することができる。しかも、プリント配線板３０に位置センサ３４を一緒に実装することは、特にプリント配線板がモータフランジ２４の外側に組み付けられることによって、センサの組み立てを容易なものとする。   By arranging the position sensor 34 in accordance with the present invention and accommodating it within the motor flange 24, it is not necessary to provide a unique axial design space for the position sensor 34, thereby reducing the overall height of the motor. Can do. Moreover, mounting the position sensor 34 together on the printed wiring board 30 facilitates the assembly of the sensor, in particular, by assembling the printed wiring board outside the motor flange 24.

電子的に転流される本発明に係る直流モータを示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the DC motor which concerns on this invention electronically commutated. モータフランジ並びに付属のプリント配線板及びその上に組み付けられた複数の位置センサを示す外観図である。It is an external view which shows a motor flange, an attached printed wiring board, and the several position sensor assembled | attached on it.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 直流モータ
１２ ステータ巻線
１４ ステータ積層鉄心
１６ ロータシャフト
１８ 継鉄リング
２０ 永久磁石
２２ ハウジング
２４ モータフランジ
２６ 軸受
２８ 軸受
３０ プリント配線板
３２ 位置決め手段
３４ 位置センサ
３６ 開口部
３８ 導体線
４０ 配線領域
４２ 制御部材
４４ 構成部品 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 DC motor 12 Stator winding 14 Stator laminated core 16 Rotor shaft 18 yoke ring 20 Permanent magnet 22 Housing 24 Motor flange 26 Bearing 28 Bearing 30 Printed wiring board 32 Positioning means 34 Position sensor 36 Opening 38 Conductor wire 40 Wiring area 42 Control member 44 component

Claims (10)

モータフランジ（２４）と、ハウジング（２２）と、ロータと、ステータと、ロータ位置を検出するための少なくとも一つの位置センサ（３４）と、を備えている電気モータ（１０）において、
前記位置センサ（３４）は、少なくとも部分的に前記モータフランジ（２４）に組み込まれていることを特徴とする電気モータ。 In an electric motor (10) comprising a motor flange (24), a housing (22), a rotor, a stator, and at least one position sensor (34) for detecting the rotor position,
Electric motor, characterized in that the position sensor (34) is at least partially integrated into the motor flange (24). 前記モータフランジ（２４）の底面側の部分の外側にプリント配線板（３０）が配置されており、少なくとも一つの前記位置センサ（３４）は、前記プリント配線板に直接組み付けられて、前記モータフランジ（２４）の少なくとも一つの付属の開口部（３６）に収容されていることを特徴とする請求項１に記載の電気モータ。   A printed wiring board (30) is disposed outside a bottom side portion of the motor flange (24), and at least one of the position sensors (34) is directly assembled to the printed wiring board, and the motor flange is arranged. 2. The electric motor according to claim 1, wherein the electric motor is housed in at least one attached opening (36) of (24). 前記開口部（３６）は前記モータフランジ（２４）の底面領域に設けられており、前記プリント配線板（３０）が正しい位置に位置決めされていれば少なくとも一つの前記位置センサ（３４）と合同であり、少なくとも一つの前記位置センサ（３４）は、前記位置センサの少なくとも一つの側がモータの内部に突出するように前記開口部（３６）に収容されていることを特徴とする請求項２に記載の電気モータ。   The opening (36) is provided in a bottom area of the motor flange (24), and if the printed wiring board (30) is positioned at a correct position, it is congruent with at least one position sensor (34). The at least one position sensor (34) is housed in the opening (36) so that at least one side of the position sensor protrudes into the motor. Electric motor. 前記位置センサ（３４）を制御するための制御部材（４２）がモータの内部に配置されており、前記ロータに取り付けられているか又は前記ロータと回転不能に結合された構成部品（４４）に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電気モータ。   A control member (42) for controlling the position sensor (34) is disposed inside the motor and is attached to a component (44) attached to the rotor or non-rotatably coupled to the rotor. The electric motor according to claim 1, wherein the electric motor is provided. 前記制御部材（４２）は、前記モータフランジ（２４）の内側の方を向くように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の電気モータ。   The electric motor according to claim 4, wherein the control member (42) is arranged so as to face the inner side of the motor flange (24). 前記モータフランジ（２４）と前記プリント配線板（３０）とが、正しい位置における相互の位置決めのために相互に対応する機械的な位置決め手段（３２）を有していることを特徴とする請求項２又は３に記載の電気モータ。   The said motor flange (24) and the said printed wiring board (30) have a mechanical positioning means (32) corresponding to each other for mutual positioning in the correct position. The electric motor according to 2 or 3. 前記モータフランジ（２４）は、非導電性材料により形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電気モータ。   The electric motor according to claim 1, wherein the motor flange is made of a non-conductive material. 少なくとも一つの前記位置センサ（３４）は、ホールセンサであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電気モータ。   The electric motor according to claim 1, wherein the at least one position sensor is a Hall sensor. 前記制御部材（４２）は、永久磁石であることを特徴とする請求項４又は５に記載の電気モータ。   The electric motor according to claim 4, wherein the control member is a permanent magnet. 前記プリント配線板（３０）は、フレキシブルプリント配線板であることを特徴とする請求項２，３又は６に記載の電気モータ。   The electric motor according to claim 2, 3 or 6, wherein the printed wiring board (30) is a flexible printed wiring board.
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