JP2007151314A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータ位置を確実に検出することによって、信頼性の高いモータを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、ロータコアに回転用磁石３１と位置検出用磁石３３の双方を設け、これらを一体化された状態でシャフト３４に取り付けたものである。また、位置検出用磁石３３を軸方向に着磁している。これらのことにより、ロータコア３２をシャフト３４に取り付ける際に発生する組立上のばらつきを無くすことが可能となり、ロータ位置の検出精度が向上することから、信頼性の高いモータを得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明はモータに関するものである。

従来のモータを図５と図６に示す。

図５は、従来の集中巻方式のブラシレスモータを表しており、ステータ４０とロータ５０から構成されている。

ステータ４０は、ステータコア４１と、絶縁物４２を介してステータコア４１に施されたコイル４３と、端子４４と、回路基板４５と、これら全部あるいは一部を樹脂で封止する樹脂モールド４６と、ブラケット４７とから成る。コイル４３としては、通常３相コイルが施される。また、回路基板４５には、モータを運転するために必要な各種素子が実装されている。

ロータ５０は、ステータ４０の内側に、シャフト５３を介して回転自在に保持され、回転用磁石５１とロータコア５２とシャフト５３とから成る。尚、図５は、ロータコア５２の表面に回転用磁石５１を設けた、表面磁石型ロータを示している。

ロータ５０はステータ４０に施されたコイル４３に流れる電流による磁界によって、シャフトを中心にして回転する。モータを運転する際、ロータ５０の位置に応じて電流を制御する必要があるため、ロータ５０の位置を検出する手段が必要となる。

従来、高価な半導体素子などを使用することができない多くのモータでは、ロータ５０の位置を、回路基板４５に取り付けられたホール素子やホールＩＣなどの位置検出手段６１を使用して検出していた。この時、ロータ５０に取り付けられた回転用磁石５１と、位置検出手段６１との距離が非常に近い場合は、回転用磁石５１から発生している、ロータ５０を回転させるための主磁束を検出することが可能であるが、ステータ４０から突出しているコイル４３、すなわちコイルエンドが存在するために、前記距離を近くすることには限界がある。また、回転用磁石５１と、位置検出手段６１との距離が非常に近いということは、すなわちステータ４０と位置検出手段６１との距離も近いということであり、コイル４３による磁束の影響によって、位置検出精度が低下する問題があった。

そのため、図６に示すように、ロータ５０とは別に、位置検出用磁石６２を取り付け、この位置検出用磁石６２を軸方向に着磁することで、位置検出手段６１に確実に磁束が鎖交し、位置検出精度を確実にする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−２９９２０７号公報

前記従来のモータにおいては、ロータ５０と位置検出用磁石６２とが別の部品であることから、ロータコア５２に取り付けられた回転用磁石５１と位置検出用磁石６２との位置関係にばらつきが発生し、これによって位置検出精度が低下することがある。さらには、ロータ５０の組立工数が増加するという問題がある。

本発明は、前記従来の問題点に鑑みなされたものであり、回路基板４５のロータ５０と軸方向に対して反対側の端面に強磁性体を取り付ける、あるいは、回路基板４５そのもの
を強磁性体とすることによって、位置検出用磁石６２を使用せずに、ロータコア５２に取り付けられた回転用磁石５１から径方向に発生している磁束を確実に位置検出手段６１に鎖交させ、信頼性の高いモータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、ロータコアに回転用磁石と位置検出用磁石の双方を設け、これらを一体化された状態でシャフトに取り付けたものである。また、位置検出用磁石を軸方向に着磁している。これらのことにより、ロータコアをシャフトに取り付ける際に発生する組立上のばらつきを無くすことが可能となり、ロータ位置の検出精度が向上することから、信頼性の高いモータを得ることができる。

本願の請求項１に記載の発明によれば、回転用磁石とロータコアと位置検出用磁石が一体化された状態でシャフトに取り付けられており、ロータコアをシャフトに取り付ける際に発生する組立上のばらつきを無くすことが可能となり、ロータ位置の検出精度が向上する。

本願の請求項２に記載の発明によれば、位置検出用磁石が軸方向に着磁されており、位置検出手段における鎖交磁束が増加することからロータ位置を確実に検出可能となる。

本願の請求項３に記載の発明によれば、位置検出用磁石の外径が回転用磁石の外径よりも小さく、位置検出手段に鎖交する磁束に対する、コイルが発生する磁束の影響を低減することが可能となり、ロータ位置の検出精度が向上する。

本願の請求項４に記載の発明によれば、位置検出用磁石は、ロータコアから位置検出手段に向かう軸方向に突出していおり、位置検出用磁石が発生しロータコアに鎖交する磁束が減少することから、位置検出手段に鎖交する磁束が増加し、ロータ位置を確実に検出可能となる。

本願の請求項５に記載の発明によれば、ロータコアがカップ状の形状であることにより、回転用磁石と位置検出用磁石で必要とされる最小限の材料によって構成できるために、コストを低減できる。

本願の請求項６に記載の発明によれば、カップ状のロータコアの内周面に位置検出用磁石を設けていることによって、位置検出手段に鎖交する磁束に対する、コイルや回転用磁石が発生する磁束の影響を低減することが可能となり、ロータ位置の検出精度が向上する。

上記の課題を解決するために請求項１に記載のモータは、回転用磁石とロータコアと位置検出用磁石が一体化された状態でシャフトに取り付けられている。このことで、ロータコアをシャフトに取り付ける際に発生する組立上のばらつきを無くすことが可能となり、ロータ位置の検出精度が向上する。この場合、請求項２に記載のように、位置検出用磁石を軸方向に着磁することにより、位置検出手段における鎖交磁束が増加し、ロータ位置を確実に検出可能となる。また、請求項３に記載のように、位置検出用磁石の外径が回転用磁石の外径よりも小さくすることで、位置検出手段に鎖交する磁束に対する、コイルが発生する磁束の影響を低減することが可能となり、ロータ位置の検出精度が更に向上する。さらには、請求項４に記載のように、位置検出用磁石を、ロータコアから位置検出手段に向かう軸方向に突出させることで、位置検出手段に鎖交する磁束を増加させることが可能であり、ロータ位置をより確実に検出できる。

また、請求項５に記載のモータは、ロータコアがカップ状となっており、回転用磁石と位置検出用磁石で必要とされる最小限の材料によって構成できるために、コストを低減できる。この場合、請求項６に記載のように、カップ状のロータコアの内周面に位置検出用磁石を設けることによって、位置検出手段に鎖交する磁束に対する、コイルや回転用磁石が発生する磁束の影響を低減することが可能となり、ロータ位置の検出精度を、より向上することができる。

図１は、本発明の第一の実施例を適応した、集中巻方式のブラシレスモータを示している。図１に示したように、本発明のモータは、ステータ１０とロータ３０からなり、ステータ１０は、ステータコア１１と、絶縁物１２を介してステータコア１１に施されたコイル１３と、端子１４と、回路基板１５と、これら全部あるいは一部を樹脂で封止する樹脂モールド１６と、ブラケット１７から成る。コイル１３としては、通常３相コイルが施される。また、回路基板１５には、位置検出手段２１と、その他のモータを運転するために必要な各種素子が実装されている。

ロータ３０は、回転用磁石３１と、ロータコア３２と、位置検出用磁石３３とシャフト３４から成っている。このとき、回転用磁石３１と、ロータコア３２と、位置検出用磁石３３は一体化された状態でシャフト３４に取り付けられている。なた、ロータ３０は、ステータ１０の内側に、ステータ１０と同心円状に、軸受３５とシャフト３４を介して回転自在に保持されている。尚、図１は、ロータコア３２の表面に回転用磁石３１が儲けられている表面磁石型ロータを示している。

ロータ３０はステータ１０に施されたコイル１３に流れる電流による磁界によって、シャフト３４を中心にして回転する。このとき、位置検出手段２１によってロータ３０の位置を検出し、ロータ３０の位置に応じて電流を制御する。

このとき、回転用磁石３１と位置検出用磁石３２に存在する磁極に回転方向のずれがあると、トルク脈動が発生して振動や騒音が増大する、トルク定数が低下するなど、モータ特性の悪化を生じさせることとなる。また、トルク定数が低下することによる温度上昇など、モータ信頼性を低下させることにもなる。

一方、本発明で示したように、回転用磁石３１とロータコア３２と位置検出用磁石３３とが一体化された状態であれば、ロータ３０の組立時に回転用磁石３１と位置検出用磁石３３の磁極の回転方向にずれが生じることはない。そのため、ロータ３０を組み立てる際に発生するばらつきが無くなり、ロータ３０の位置検出精度が向上し、モータ特性とともに、モータの信頼性を向上させることが可能となる。

また、位置検出用磁石３３を軸方向に着磁すれば、位置検出手段２１における鎖交磁束が増加することからロータ３０の位置を確実に検出可能となり、モータ信頼性をさらに向上させることができる。

ここで、位置検出手段２１には、位置検出用磁石３３が発生する磁束以外に、コイル１３が発生する磁束も鎖交することを考える必要がある。このコイル１３が発生する磁束は、位置検出用磁石３３が発生する磁束と位相が異なる上に、モータ電流の大きさによって影響度合いが変化するため、位置検出手段２１で検出されるロータ３０の位置と実際のロータ３０の位置との差がモータの発生トルクによって変化することになる。このことは、位置検出の精度にばらつきが生じることを意味しており、モータ特性および信頼性上好ましいことではない。

この問題を解決する手段として、位置検出用磁石３３の外径寸法を回転用磁石３１の外径よりも小さくすることによって、コイル１３の磁束の影響を低減することが可能となる。通常、回転用磁石３１は、ロータ３０が回転するために必要な磁束を発生するために、ステータコア１１やコイル１３から近い径方向位置に設ける必要がある。このとき、位置検出用磁石３３の外径寸法を回転用磁石３１の外径寸法よりもできるだけ小さくすることによって、位置検出用磁石３３とステータコア１１あるいはコイル１３との径方向距離も大きくなり、位置検出用磁石３３が発生する磁束は、コイル１３が発生する磁束の影響を受けにくくなる。さらには、位置検出手段２１の径方向位置を位置検出用磁石３３を軸方向に対抗する位置とすれば、コイル１３が発生する磁束が位置検出手段２１に鎖交しにくくなるため、好適である。

さらには、図２に示すように、位置検出用磁石３３を、ロータコア３２から位置検出手段２１に向かう軸方向に突出させることにより、位置検出用磁石３３が発生しロータコア３２に鎖交する磁束が減少することから、位置検出手段２１に鎖交する磁束が増加し好適である。

位置検出用磁石３３とロータコア３２と一体化する方法としては、図３に示すように、回転用磁石３１の軸方向端面から位置検出用磁石３３を突出させない構成も可能である。この場合にも、位置検出用磁石３３が発生する磁束は、コイル１３が発生する磁束の影響を受けにくくなる。

図４は、本発明の第二の実施例を適応した、集中巻方式のブラシレスモータを示している。図４は、ロータコア３２の形状をカップ状としたことのみ図１と異なるため、その他の構成要素については、説明を割愛する。

図４のように、ロータコア３２をカップ状の形状とすれば、回転用磁石３１と位置検出用磁石３３で必要とされる最小限の材料によって構成できるために、コストを低減することができる。特に磁力の弱い回転用磁石３１を使用している場合、回転用磁石３１が極異方磁石である場合などには、磁気回路を構成する上ではロータコア３２の径方向寸法を大きくする必要が無いために好適である。

さらに、カップ状のロータコア３２の内周面に位置検出用磁石３３を設ければ、位置検出用磁石３３とステータコア１１あるいはコイル１３との径方向距離が大きくなり、位置検出用磁石３３が発生する磁束は、コイル１３が発生する磁束の影響を受けにくくなる。また、回転用磁石３１と位置検出用磁石３３の磁極配置や磁極数が異なる場合には、回転用磁石３１が発生しステータコア１１に鎖交せずに漏れている漏れ磁束が、ロータコア３２に鎖交することとなり、位置検出用磁石３３への影響を低減させることが可能となる。これらのことによって、ロータ位置の検出精度を向上させることができる。

尚、上記全ての実施例においては、集中巻方式のブラシレスモータを例として説明を行っているが、ロータ３０の位置を検出することが必要な全てのモータに対して適用可能な発明であることは言うまでもない。

本発明のモータは、確実にロータ位置を検出してモータを駆動することが可能なものであり、信頼性が要求される用途や、ロータ位置検出精度の低下によって発生する特性劣化、振動や騒音の発生が問題となる用途などに有用である。

本発明の実施例１における第１の形態を示したモータの断面図 本発明の実施例１における第２の形態を示したモータの断面図 本発明の実施例１における第３の形態を示したモータの断面図 本発明の実施例２におけるモータの断面図 従来例における第１の形態を示したモータの断面図 従来例における第２の形態を示したモータの断面図

符号の説明

１０ ステータ
１１ ステータコア
１２ 絶縁物
１３ コイル
１４ 端子
１５ 回路基板
１６ モールド
１７ ブラケット
２１ 位置検出手段
３０ ロータ
３１ 回転用磁石
３２ ロータコア
３３ 位置検出用磁石
３４ シャフト
３５ 軸受

Claims (6)

1. 複数のティースと前記ティースを連結する環状のヨークとからなるステータコアと前記ティースに施された巻線とからなるステータと、前記ステータの内周に回転自在に保持され、回転用磁石とロータコアと位置検出用磁石とからなるロータと、前記ロータの回転位置を検出する位置検出手段を有し、前記ロータの回転位置に合わせて前記巻線に電流を通電するための回路基板により構成され、前記回転用磁石と前記ロータコアと前記位置検出用磁石は一体化された状態でシャフトに取り付けられていることを特徴としたモータ。
2. 位置検出用磁石が軸方向に着磁されていることを特徴とした請求項１に記載のモータ。
3. 位置検出用磁石の外径が回転用磁石の外径よりも小さいことを特徴とした請求項１から請求項２のいずれかに記載のモータ。
4. 位置検出用磁石は、ロータコアから位置検出手段に向かう軸方向に突出していることを特徴とした請求項１から請求項３のいずれかに記載のモータ。
5. ロータコアがカップ状の形状であることを特徴とした請求項１から請求項４のいずれかに記載のモータ。
6. カップ状のロータコアの内周面に位置検出用磁石を設けたことを特徴とした請求項５に記載のモータ。
   
   

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