JP2007151315A

JP2007151315A - モータ

Info

Publication number: JP2007151315A
Application number: JP2005343267A
Authority: JP
Inventors: Kiyomi Kawamura; 清美河村; Eiji Hiwaki; 英治檜脇; Hiroshi Murakami; 浩村上
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2007-06-14

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】ロータコア３２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に取り付けたものである。また、位置検出用磁石を内径方向に着磁し、これらのことにより、ロータコア３２に取り付けられた永久磁石から発生する磁束の一部を回路基板１５に取り付けられた位置検出手段３３に確実に鎖交させることが可能となり、さらに、位置検出磁石３３は永久磁石より内側に配置されており、位置検出用磁石３３から発生する磁束は巻線および回転用磁石３１からは離れているため、巻線磁束等の外乱の影響を受けにくくなり、ロータ位置を確実に検出できることから、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、永久磁石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の表面に永久磁石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。このとき、ロータ５０に取り付けられた永久磁石５１と、位置検出手段６１との距離が非常に近い場合は、永久磁石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、永久磁石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５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に取り付けられた永久磁石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。また、位置検出手段が外径側に存在するため、巻線磁束の影響により、位置検出精度が低下することがある。

本発明は、前記従来の問題点に鑑みなされたものであり、位置検出手段に対抗する側の
永久磁石を内径方向に着磁することによって、位置検出用磁石を使用せずに、ロータコアに取り付けられた永久磁石から発生している磁束を確実に、回転用磁石、巻線磁束等の外乱の影響を受けずに位置検出手段に鎖交させ、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られたものである。また、位置検出用磁石を内径方向に着磁している。これらのことにより、ロータコアに取り付けられた永久磁石から発生する磁束の一部を回路基板に取り付けられた位置検出手段に確実に鎖交させることが可能となり、さらに、位置検出磁石は永久磁石より内側に配置されており、位置検出用磁石から発生する磁束は巻線および回転用磁石からは離れているため、巻線磁束等の外乱の影響を受けにくくなり、ロータ位置を確実に検出できることから、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、位置検出手段に対抗する側の位置検出用磁石が前記ロータコアに突出して取り付けられており、位置検出磁石が内周方向に着磁されていることを特徴としたモータであって、位置検出磁石が内周方向に発生している磁束のうち、前記ステータコアに鎖交する磁束が減少するために、前記位置検出手段に鎖交する磁束が増加し、ロータの位置を確実に検出できて、信頼性の高いモータを得ることができる。

本願の請求項２に記載の発明によれば、位置検出磁石が斜めに切断されており、その切断面に対し垂直方向に着磁されていることを特徴としたモータであって、位置検出磁石が切断面に垂直方向に発生している磁束のうち、前記ステータコアに鎖交する磁束が減少するために、前記位置検出手段に鎖交する磁束が増加し、ロータの位置を確実に検出できて、信頼性の高いモータを得ることができる。

本願の請求項３に記載の発明によれば、向かい合う2つの位置検出磁石を有し、内側の位置検出磁石が外周方向に着磁されており、外側の位置検出磁石が内周方向に着磁されていることを特徴としたモータであって、双方の磁石から発生される磁束により、前記位置検出手段に鎖交する磁束が増加し、ロータの位置を確実に検出できて、信頼性の高いモータを得ることができる。

本願の請求項４に記載の発明によれば、向かい合う2つの位置検出磁石を有し、位置検出磁石の向かい合う面が斜めに切断されており、その切断面に対し垂直方向に着磁されていることを特徴としたモータであって、双方の磁石から発生される磁束により、前記位置検出手段に鎖交する磁束が増加し、ロータの位置を確実に検出できて、信頼性の高いモータを得ることができる。

本願の請求項５に記載の発明によれば、非磁性体である回路基板および位置検出手段に対し、位置検出手段外周に強磁性体を設けており、ロータコアに取り付けられた位置検出磁石から発生する磁束が強磁性体に誘導されることとなり、前記位置検出手段に鎖交する磁束が増加するため、前記ロータ位置を確実に検出できて、信頼性の高いモータを得ることができる。

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、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、永久磁石とロータコアとか
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、前記位置検出手段用磁石が前記ロータコアに取り付けられており、位置検出磁石が内周方向に着磁されていることを特徴としたモータであり、位置検出磁石が突出し、ロータコアに取り付けられているため、位置検出手段の位置に応じて位置検出磁石の取り付け位置を最適化でき、またロータコアの内側に配置することにより、前記回転磁石の磁束および巻線により発生する磁束の影響を受けにくくなるため、結果前記位置検出手段に鎖交する磁束が増加し、ロータの位置を更に精度良く検出可能となる。また、前記位置検出磁石から発生される磁束が内周方向を向いているため、前記回転磁石の磁束および巻線により発生する磁束の影響を受けにくくなるため、結果前記位置検出手段に鎖交する磁束が増加し、ロータの位置を更に精度良く検出可能となる。

請求項２に記載のモータは、位置検出磁石が斜めに切断されており、その切断面に対し垂直方向に着磁されていることを特徴としたモータであって、前記位置検出手段に鎖交する磁束を増加させるように切断面を決定し、さらに前期回転磁石から発生される磁束が内周方向を向いているため、前記回転磁石の磁束および巻線により発生する磁束の影響を受けにくくなるため、結果前記位置検出手段に鎖交する磁束が増加し、ロータの位置を更に精度良く検出可能となる。

請求項３に記載のモータは、向かい合う2つの位置検出磁石を有し、内側の位置検出磁石が外周方向に着磁されており、外側の位置検出磁石が内周方向に着磁されていることを特徴としたモータであって、外周側に配置されている位置検出磁石から内周方向に発生する磁束と、内周側に配置されている位置検出磁石から外周方向に発生する磁束が合わさることにより、結果前記位置検出手段に鎖交する磁束が増加し、ロータの位置を更に精度良く検出可能となる。

請求項４に記載のモータは、向かい合う2つの位置検出磁石を有し、位置検出磁石の向かい合う面が斜めに切断されており、その切断面に対し垂直方向に着磁されていることを特徴としたモータであって、外周側に配置されている位置検出磁石から内周方向に発生する磁束と、内周側に配置されている位置検出磁石から外周方向に発生する磁束が合わさることにより、結果前記位置検出手段に鎖交する磁束が増加し、ロータの位置を更に精度良く検出可能となる。

請求項５に記載のモータは、非磁性体である回路基板および位置検出手段に対し、位置検出手段外周に強磁性体を設けたことを特徴とした請求項１から４に記載のモータであって、ロータコアに取り付けられた位置検出磁石から発生する磁束が強磁性体に誘導されることとなり、前記位置検出手段に鎖交する磁束が増加するため、前記ロータ位置を確実に検出可能となる。

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。またロータ３０は、ステータ１０の内側に、ステータ１０と同心円状に、軸受３４とシャフト３３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が設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３３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、モータの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を組み立てる差異に発生するばらつきがなくなり、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。

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り、影響の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との位置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の内径よりも小さくすることによって、回転用磁石３１およびコイル１３の磁束の影響を低減することが可能であり、また、位置検出用磁石３３を、内径方向に着磁することにより、位置検出手段をより内径側、つまりコイル１３の磁束の影響を受けにくくなる側へと移動させることが可能となる。

また、図２に示すように、位置検出用磁石３３の形態は円管形状のみではなく、斜め、円形等、位置検出手段２１の鎖交磁束が増加する形状にすることで、汎用性が広がり、好適である。

さらには、図３に示すように、位置検出用磁石３３を複数個配置することにより、回転用磁石３１およびコイル１３の磁束の影響を低減させたまま、位置検出手段２１における鎖交磁束を増加させることができる。

図４において、位置検出手段２１外周に強磁性体３６を配置することにより、位置検出用磁石３３から発生した磁束が強磁性体３６に誘導されることから、位置検出手段２１近傍の磁束が増加することとなる。このため、確実にロータ３０の位置を検出可能となる。このとき、強磁性体３６の形状は、円形リング、正方形リング、位置検出手段２１の外周形状等、形状を選ばない。なお、強磁性体３６は位置検出手段２１の検出表面から対抗する位置検出磁石３３側へ突出しない形態が良い。突出していると、位置検出磁石３３から発生された磁束の多くが強磁性体３６へ吸収される可能性がある。

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１における第４の形態を示した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永久磁石
３２ロータコア
３３位置検出用磁石
３４シャフト
３５軸受
３５強磁性体

Claims

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、永久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、位置検出磁石が内周方向に着磁されていることを特徴としたモータ。
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、永久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、位置検出磁石が斜めに切断されており、その切断面に対し垂直方向に着磁されていることを特徴としたモータ。
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、永久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、向かい合う2つの位置検出磁石を有し、内側の位置検出磁石が外周方向に着磁されており、外側の位置検出磁石が内周方向に着磁されていることを特徴としたモータ。
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、永久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、向かい合う2つの位置検出磁石を有し、位置検出磁石の向かい合う面が斜めに切断されており、その切断面に対し垂直方向に着磁されていることを特徴としたモータ。
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、永久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、位置検出手段外周に強磁性体を設けたことを特徴とした請求項１から４のいずれかに記載のモータ。