JP2006353052A - Brushless motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電機子コイルを有するステータと、磁石界磁を有するロータとを備えたブラシレスモータに関するものである。 The present invention relates to a brushless motor including a stator having an armature coil and a rotor having a magnet field.
ブラシレスモータは、図4に示したように、電機子コイル4′を有するステータ2′と、磁石界磁を有するロータ5′と、ロータ5′の回転角度位置を検出する位置検出装置15′と、位置検出装置が検出したロータの位置情報に応じてロータを所定の方向に回転させるように電機子コイルの励磁相を切り換える励磁制御回路とを備えている。
As shown in FIG. 4, the brushless motor includes a stator 2 ′ having an
図4に示した例では、位置検出装置15′として、ロータ5′の磁石界磁の磁極をホール素子等からなる位置センサ13′により検出して位置検出信号を出力するものが用いられている。この場合、位置センサ13′は、電機子コイルから生じる磁束の影響を受けないようにするために、ステータ2′から十分に離れた位置に設置する必要がある。そのため、通常位置センサ13′は、図示のようにモータハウジング1′の軸線方向の一端側に配置される。図示の例では、モータハウジング1′の軸線方向の一端付近にプリント基板12′が配置され、このプリント基板に励磁制御回路を構成する電子部品(図示せず。)とともに、位置センサ13′が取り付けられている。このようにモータハウジング1′の軸線方向の一端側に位置センサ13′を配置して、電機子コイル4′から生じる磁束の影響を受けることなく、ロータ5′の磁石界磁の磁極を検出するためには、ロータ5′の端部をステータ2′の端部から出っ張らせて位置センサ13′の近傍の位置まで延長する必要があり、これに伴ってモータハウジング1′の軸線方向長さも長くする必要がある。そのため、この種のモータでは、ロータ5′及びモータハウジング1′の軸線方向長さが長くなり、モータが大形化するという問題があった。
In the example shown in FIG. 4, as the position detection device 15 ', a device that detects the magnetic field magnetic pole of the rotor 5' by a position sensor 13 'made of a Hall element or the like and outputs a position detection signal is used. . In this case, the
そこで、特許文献1や特許文献2に示されているように、ロータの磁石界磁の磁極配列と同様の磁極配列を有するように着磁されたセンサ磁石をロータの回転軸に取付けて、該センサ磁石の磁極を位置センサにより検出することにより位置検出信号を得るようにしたものが用いられている。 Therefore, as shown in Patent Document 1 and Patent Document 2, a sensor magnet magnetized to have a magnetic pole arrangement similar to the magnetic pole arrangement of the magnet field of the rotor is attached to the rotating shaft of the rotor, A sensor in which a position detection signal is obtained by detecting a magnetic pole of a sensor magnet with a position sensor is used.
しかしながら、上記のようにセンサ磁石を設けた場合でも、位置センサが電機子コイルに近接していると、電機子コイルから生じる磁束に感応してノイズ信号を発生するため、位置センサは電機子コイルからある程度離して配置する必要がある。
上記のように、従来のブラシレスモータにおいては、位置センサが電機子コイルから発生する磁束の影響を受けないようにするために、位置センサを電機子コイルから離して配置する必要があったため、モータハウジングの軸線方向寸法が長くなり、モータが大形になるのを避けられなかった。 As described above, in the conventional brushless motor, the position sensor needs to be arranged away from the armature coil in order to prevent the position sensor from being affected by the magnetic flux generated from the armature coil. It was inevitable that the axial dimension of the housing would become longer and the motor would become larger.
本発明の目的は、位置センサを電機子コイルに近付けて配置しても、電機子コイルから生じる磁束の影響を受けずにロータの回転角度位置の情報を含む検出信号を得ることができるようにして、軸線方向寸法の縮小を図ることができるようにしたブラシレスモータを提供することにある。 An object of the present invention is to make it possible to obtain a detection signal including information on the rotational angle position of a rotor without being affected by the magnetic flux generated from the armature coil even if the position sensor is disposed close to the armature coil. Thus, an object of the present invention is to provide a brushless motor capable of reducing the axial dimension.
本発明は、モータハウジングの内周に固定された環状のステータ鉄心に電機子コイルを巻回してなるステータと、磁石界磁を有して前記ステータの内側に配置されたロータ本体と回転軸とを有して該回転軸がモータハウジングの軸線方向の両端に回転自在に支持されたロータと、ロータの周方向に並ぶ複数の磁極を有するように着磁されてモータハウジングの軸線方向の一端側でロータの回転軸に対して固定されたセンサ磁石と、モータハウジングの軸線方向の一端の内側でセンサ磁石の磁極を検出してロータの回転角度位置の情報を含む位置検出信号を出力する位置センサと、ロータを回転させるべく、位置検出信号に応じて電機子コイルの励磁相を切り換える励磁制御回路とを備えたブラシレスモータを対象とする。 The present invention relates to a stator in which an armature coil is wound around an annular stator iron core fixed to the inner periphery of a motor housing, a rotor body having a magnet field and disposed inside the stator, and a rotating shaft. The rotor shaft is rotatably supported at both ends in the axial direction of the motor housing, and one end side in the axial direction of the motor housing is magnetized so as to have a plurality of magnetic poles aligned in the circumferential direction of the rotor And a position sensor for detecting a magnetic pole of the sensor magnet inside one end in the axial direction of the motor housing and outputting a position detection signal including information on the rotational angle position of the rotor And an excitation control circuit that switches the excitation phase of the armature coil in accordance with the position detection signal in order to rotate the rotor.
本発明の好ましい態様では、ロータの軸線と直交する板面を有する円板状のセンサヨークがロータ本体とモータハウジングの軸線方向の一端との間に配置されてロータの回転軸に固定され、モータハウジングの軸線方向の一端側に向いたセンサヨークの板面にセンサ磁石が取り付けられる。センサヨークは、センサ磁石の外径よりも大きい外径寸法を有していて、センサヨークのセンサ磁石よりも径方向の外側に張り出した部分が、ステータの電機子コイルから生じる磁束を位置センサから遮蔽する遮蔽部材を構成するように、センサヨークの外径寸法が設定されている。 In a preferred aspect of the present invention, a disk-shaped sensor yoke having a plate surface perpendicular to the axis of the rotor is disposed between the rotor body and one end in the axial direction of the motor housing, and is fixed to the rotating shaft of the rotor. A sensor magnet is attached to the plate surface of the sensor yoke facing one end side in the axial direction of the housing. The sensor yoke has an outer diameter that is larger than the outer diameter of the sensor magnet, and the portion of the sensor yoke that protrudes outward in the radial direction from the sensor magnet generates magnetic flux generated from the armature coil of the stator from the position sensor. The outer diameter of the sensor yoke is set so as to constitute a shielding member for shielding.
上記のように構成すると、センサヨークが位置センサを電機子コイルが発生する磁束から遮蔽するため、センサヨーク及びセンサ磁石と位置センサとを電機子コイルに近付けて配置しても、電機子コイルが発生する磁束の影響を受けることなく、ロータの回転角度位置の情報を含む位置検出信号を得ることができる。従って、センサヨーク及びセンサ磁石と位置センサとを電機子コイルに近付けてモータの軸線方向寸法の縮小を図ることができ、ブラシレスモータの小形化を図ることができる。 With the above configuration, since the sensor yoke shields the position sensor from the magnetic flux generated by the armature coil, even if the sensor yoke, the sensor magnet, and the position sensor are arranged close to the armature coil, the armature coil A position detection signal including information on the rotational angle position of the rotor can be obtained without being affected by the generated magnetic flux. Therefore, the sensor yoke, the sensor magnet, and the position sensor can be brought close to the armature coil to reduce the axial dimension of the motor, and the brushless motor can be reduced in size.
本発明の他の好ましい態様では、カップ状に形成されたセンサヨークが、その開口部をモータハウジングの軸線方向の一端側に向け、かつロータと軸線を共有した状態でロータ本体とモータハウジングの軸線方向の一端との間に配置されてロータの回転軸に固定され、該カップ状のセンサヨークの底壁部の内側にセンサ磁石が取り付けられる。この場合、位置センサは、カップ状のセンサヨークの内側に配置されてモータハウジングに対して固定され、センサヨークにより位置センサがステータの電機子コイルから生じる磁束から遮蔽される。 In another preferred aspect of the present invention, the sensor yoke formed in a cup shape has its opening directed toward one end side in the axial direction of the motor housing, and the axis of the rotor main body and the motor housing is shared with the rotor. It arrange | positions between the one ends of a direction, is fixed to the rotating shaft of a rotor, and a sensor magnet is attached inside the bottom wall part of this cup-shaped sensor yoke. In this case, the position sensor is disposed inside the cup-shaped sensor yoke and fixed to the motor housing, and the position sensor is shielded from the magnetic flux generated from the armature coil of the stator by the sensor yoke.
このように構成した場合も、センサヨーク及びセンサ磁石と位置センサとを電機子コイルに近付けて配置することができるため、モータの軸線方向寸法の縮小を図ることができる。 Even in such a configuration, the sensor yoke, the sensor magnet, and the position sensor can be disposed close to the armature coil, so that the axial dimension of the motor can be reduced.
本発明によれば、センサヨークが位置センサを電機子コイルが発生する磁束から遮蔽するようにしたため、センサヨーク及びセンサ磁石と位置センサとを電機子コイルに近付けて配置して、モータの軸線方向寸法の縮小を図ることができ、ブラシレスモータの小形化を図ることができる。 According to the present invention, since the sensor yoke shields the position sensor from the magnetic flux generated by the armature coil, the sensor yoke, the sensor magnet, and the position sensor are arranged close to the armature coil, and the axial direction of the motor The dimensions can be reduced, and the size of the brushless motor can be reduced.
以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図1は本発明の一実施形態を示したもので、同図において1は円筒状に形成されたハウジング本体1aと、このハウジング本体1aの開口端を閉じるように取り付けられたエンドカバー1bとからなるモータハウジングである。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a
2はステータで、このステータは、モータハウジング1の本体1aの内周に固定された環状のステータ鉄心3と、ステータ鉄心3のスロットに巻回された多相の(例えば3相の)電機子コイル4とからなっている。
Reference numeral 2 denotes a stator. The stator includes an annular stator core 3 fixed to the inner periphery of the
5はロータで、このロータは、鋼板の積層体からなるロータヨークに永久磁石を取り付けて磁石界磁を構成してなるロータ本体6と、該ロータ本体の軸心部を貫通した状態で設けられた回転軸7とにより構成されている。ロータ本体6は、ステータ2と軸線を共有した状態で該ステータの内側に配置されて、その回転軸7の一端及び他端がそれぞれモータハウジング1の軸線方向の一端側の端部壁(この例ではエンドカバー1b)及び他端側の端部壁にそれぞれ軸受8及び9を介して支持されている。
10は、鉄等の強磁性材料により円板状に形成されたセンサヨークで、このセンサヨークは、その板面をロータ5の軸線と直交させた状態でロータ本体6とモータハウジング1の軸線方向の一端(エンドカバー1b)との間に配置されて、ロータ5の回転軸7に固定されている。図示のセンサヨークは、その中心部にボス部10aを有していて、該ボス部10aが回転軸7に嵌着されることにより回転軸7に固定されている。
センサヨーク10にはセンサ磁石11が取り付けられている。センサ磁石11は、図2に示したように、ロータ5の磁石界磁の磁極数と同数(図示の例では4)の磁極がロータ5の磁極と同じ配列で周方向に並ぶように厚み方向に着磁された環状の永久磁石からなっていて、モータハウジング1の軸線方向の一端側に向いたセンサヨーク10の板面に取り付けられている。
A
モータハウジング1の軸線方向の一端(エンドカバー)の内側に、センサヨーク10と対向するように配置されたプリント基板12が固定され、このプリント基板12に位置センサ13が取り付けられている。位置センサ13は、ホールICなどの磁気センサからなっていて、センサ磁石11の磁極を検出して、検出した磁極がN極の時とS極のときとで異なるレベルを示す電気信号を、ロータの回転角度位置の情報を含む位置検出信号として出力する。
A printed
センサヨーク10は、センサ磁石11の外径よりも大きい外径寸法を有していて、センサヨーク10のセンサ磁石11よりも径方向の外側に張り出した部分10bが、ステータの電機子コイル4から生じる磁束を位置センサ13から遮蔽する遮蔽部材を構成するように、センサヨーク10の外径寸法が設定されている。この例では、センサヨーク10と、センサ磁石11と、位置センサ13とにより、ロータ5の回転角度位置の情報を含む位置検出信号を出力する位置検出装置15が構成されている。
The
プリント基板12にはまた、位置センサ13が出力する位置検出信号に応じて電機子コイル4の励磁相を切り換える励磁制御回路を構成する電子部品が装着され、該励磁制御回路が、ロータ5の回転角度位置に応じて電機子コイル4の励磁相を切り換えることにより、回転磁界を生じさせてロータ5を所定の方向に回転させる。
The printed
上記のように構成すると、センサヨーク10が、位置センサ13を電機子コイルが発生する磁束から遮蔽するため、センサヨーク10及びセンサ磁石11と位置センサ13とを電機子コイル4に近付けて配置しても、電機子コイル4が発生する磁束の影響を受けることなく、ロータ5の回転角度位置の情報を含む位置検出信号を得ることができる。従って、センサヨーク10及びセンサ磁石11と位置センサ13とを電機子コイル4に近付けてモータの軸線方向寸法の縮小を図ることができ、ブラシレスモータの小形化を図ることができる。
If comprised as mentioned above, since the
図3は本発明の他の実施形態を示したもので、この例では、周壁部20aと該周壁部の軸線方向の一端を閉じるように設けられた底壁部20bとを有してカップ状に形成されたセンサヨーク20が用いられている。センサヨーク20は鉄等の強磁性材料からなっていて、その開口部をモータハウジング1の軸線方向の一端側(エンドカバー側)に向け、かつロータ5と軸線を共有した状態で。ロータ本体6とモータハウジング1の軸線方向の一端との間に配置されてロータ5の回転軸7に固定されている。
FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. In this example, the cup has a
センサ磁石11は、図1に示した例と同様に着磁された環状の永久磁石からなっていて、カップ状のセンサヨーク20の底壁部20bの内側に取り付けられている。またこの例では、プリント基板12が、センサヨーク20の周壁部20aの内径よりも小さい外径を有する円板の形に形成されて、該プリン基板12がセンサヨーク20の内側に配置されている。従って、センサヨーク20の周壁部20aの内周とプリント基板12の外周との間にはギャップが形成され、センサヨーク20はプリント基板12に妨げられることなくロータ5とともに回転する。位置センサ13はプリント基板12に取り付けられて、該プリント基板とともにセンサヨーク20の内側に配置され、センサヨーク20により、位置センサ13がステータの電機子コイル4から生じる磁束から遮蔽されている。センサヨーク20とセンサ磁石11と位置センサ13とにより位置検出装置15が構成されている。その他の点は図1に示した実施形態と同様に構成されている。
The
図3に示したように構成した場合も、センサヨーク20が、位置センサ13を電機子コイル4が発生する磁束から遮蔽するため、センサヨーク20及びセンサ磁石11と位置センサ13とを電機子コイル4に近付けて配置しても、電機子コイル4が発生する磁束の影響を受けることなく、ロータ5の回転角度位置の情報を含む位置検出信号を得ることができる。
Even when configured as shown in FIG. 3, the
なお図1及び図3においては、位置センサ13が一つだけ図示されているが、電機子コイル4が多相に構成される場合には、通常位置センサ13が複数個設けられる。例えば電機子コイルが3相のコイルからなる場合には、位置センサ13が3つ設けられる。
In FIG. 1 and FIG. 3, only one
1 モータハウジング
2 ステータ
3 ステータ鉄心
4 電機子コイル
5 ロータ
6 ロータ本体
7 回転軸
10,20 センサヨーク
11 センサ磁石
13 位置センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor housing 2 Stator 3
Claims (2)
前記ロータの軸線と直交する板面を有する円板状のセンサヨークが前記ロータ本体と前記モータハウジングの軸線方向の一端との間に配置されて前記ロータの回転軸に固定され、
前記センサ磁石は前記モータハウジングの軸線方向の一端側に向いた前記センサヨークの板面に取り付けられ、
前記センサヨークは、前記センサ磁石の外径よりも大きい外径寸法を有していて、前記センサヨークの前記センサ磁石よりも径方向の外側に張り出した部分が、前記ステータの電機子コイルから生じる磁束を前記位置センサから遮蔽する遮蔽部材を構成するように前記センサヨークの外径寸法が設定されていることを特徴とするブラシレスモータ。 A stator formed by winding an armature coil around an annular stator core fixed to the inner periphery of a motor housing; a rotor body having a magnet field and disposed inside the stator; and a rotating shaft The rotating shaft is magnetized so as to have a rotor rotatably supported at both ends in the axial direction of the motor housing, and a plurality of magnetic poles arranged in the circumferential direction of the rotor, and at one end side in the axial direction of the motor housing. A sensor magnet fixed to the rotation shaft of the rotor, and a position detection signal including information on the rotation angle position of the rotor by detecting the magnetic pole of the sensor magnet inside one end of the motor housing in the axial direction A brushless motor comprising: a position sensor configured to rotate; and an excitation control circuit that switches an excitation phase of the armature coil in accordance with the position detection signal to rotate the rotor. Stomach,
A disk-shaped sensor yoke having a plate surface perpendicular to the axis of the rotor is disposed between the rotor body and one end in the axial direction of the motor housing and fixed to the rotation shaft of the rotor,
The sensor magnet is attached to the plate surface of the sensor yoke facing the one end side in the axial direction of the motor housing,
The sensor yoke has an outer diameter larger than the outer diameter of the sensor magnet, and a portion of the sensor yoke that protrudes radially outward from the sensor magnet is generated from the armature coil of the stator. A brushless motor, wherein the outer diameter of the sensor yoke is set so as to constitute a shielding member that shields magnetic flux from the position sensor.
カップ状に形成されたセンサヨークが、その開口部を前記モータハウジングの軸線方向の一端側に向け、かつ前記ロータと軸線を共有した状態で前記ロータ本体とモータハウジングの軸線方向の一端との間に配置されて前記ロータの回転軸に固定され、
前記センサ磁石は、前記カップ状のセンサヨークの底壁部の内側に取り付けられ、
前記位置センサは、前記カップ状のセンサヨークの内側に配置されて前記モータハウジングに対して固定され、
前記センサヨークにより前記位置センサが前記ステータの電機子コイルから生じる磁束から遮蔽されていること、
を特徴とするブラシレスモータ。 A stator formed by winding an armature coil around an annular stator core fixed to the inner periphery of a motor housing; a rotor body having a magnet field and disposed inside the stator; and a rotating shaft The rotating shaft is magnetized so as to have a rotor rotatably supported at both ends in the axial direction of the motor housing, and a plurality of magnetic poles arranged in the circumferential direction of the rotor, and at one end side in the axial direction of the motor housing. A sensor magnet fixed to the rotation shaft of the rotor, and a position detection signal including information on the rotation angle position of the rotor by detecting the magnetic pole of the sensor magnet inside one end of the motor housing in the axial direction A brushless motor comprising: a position sensor configured to rotate; and an excitation control circuit that switches an excitation phase of the armature coil in accordance with the position detection signal to rotate the rotor. Stomach,
A sensor yoke formed in a cup shape has its opening directed toward one end side in the axial direction of the motor housing and between the rotor body and one end in the axial direction of the motor housing in a state of sharing the axis with the rotor. Is fixed to the rotating shaft of the rotor,
The sensor magnet is attached to the inside of the bottom wall of the cup-shaped sensor yoke,
The position sensor is disposed inside the cup-shaped sensor yoke and fixed to the motor housing,
The position sensor is shielded from the magnetic flux generated from the armature coil of the stator by the sensor yoke;
Brushless motor characterized by
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