JP2007221976A

JP2007221976A - ブラシレスモータ

Info

Publication number: JP2007221976A
Application number: JP2006042940A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Wada; 寿和田; Suetaro Shibukawa; 末太郎渋川; Daisuke Yamashita; 大介山下; Hiroshi Yamashita; 宏山下
Original assignee: Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2007-08-30

Abstract

【課題】特別な部品を用いることなく磁気検出素子による磁極位置情報の検出が行え、また磁気検出素子を簡単な構成で所定の位置に配置できるブラシレスモータ提供する。
【解決手段】ブラシレスモータは、固定子１と回転軸１０に固着する回転子５とを有している。固定子１は、電機子鉄心２の内周面側に等間隔に配列する複数の突極磁極２ａを設けると共に、各突極磁極２ａに巻回する電機子巻線３とを備えており、回転子５は永久磁石界磁ヨーク３６に円筒状界磁用永久磁石３７を固定して永久磁石界磁とし、カップ状磁極カバーで覆って一体に構成している。各相の磁極位置情報を検出する磁気検出素子２０は、プリント基板２１に設けて円筒状界磁用永久磁石の一方の端面と対向する位置に配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレスモータに係り、特に車両の補機用として好適な永久磁石界磁形のブラシレスモータに関する。

近年、車両の低燃費化のため、エンジンで駆動されていたオイルポンプ等の車両用補機類を電動化する傾向にある。これら補機類を駆動するモータは、長寿命で低故障率の永久磁石界磁形のブラシレスモータが利用されてきている。

従来の永久磁石界磁形ブラシレスモータは、図８に示すように鋼製等のハウジング１１内に、固定子１と回転軸１０に固着した回転子５とを配置し、出力軸側のハウジング１１の開口端側にアルミ合金製等のカバーを兼ねるフランジ１２を取り付け固定して構成する。

固定子１は、電機子鉄心２の内周面側に等間隔に配列する三相分の複数の突極磁極２ａを設けると共に、これら各突極磁極２ａに配置する絶縁物製の巻枠４に、それぞれ三相接続する電機子巻線３を巻回している。この各相の電機子巻線３の端部には、ケ−ブル１３を接続してハウジング１１外に引き出し、ケーブル１３先端の端子１４を絶縁物製のコネクタハウジング１５で保持している。

また回転子５は、回転軸１０に機械的手段等で固着する筒状永久磁石界磁ヨーク６の外周面に、複数の磁極用永久磁石７を配置して耐熱性接着剤の接着層８で固定すると共に、磁極用永久磁石７部分を覆う磁石カバー９を設けた構成としている。

通常、永久磁石界磁形のブラシレスモータでは、電機子巻線３に流れる電流は、磁気検出素子２０によって検出した磁極用永久磁石７のＮ極及びＳ極の回転角度情報である磁極位置情報により制御している。このため、回転軸１０には磁極用永久磁石７と同期して回転するヨーク兼用プレート１８を固定し、これに磁極位置検出用永久磁石１９を保持させて磁極位置情報を取得に活用し、磁極位置センサとして用いるホール素子等の磁気検出素子２０によって間接的に検出している。

磁気検出素子２０は、通常フランジ１２側に固定するプリント基板２１に装着し、磁極位置検出用永久磁石１９と所定の間隔をおいて対向配置させている。また、磁気検出素子２０の端子は、プリント基板２１内に形成した導体パターンを介して検出用ケーブル２２と接続しており、ケ−ブル１３と同様にハウジング１１外のコネクタハウジング１５までに引き出している。良く知られているように磁気検出素子２０の電源は、電機子巻線３の電流と同様に検出用ケーブル２２により、モータ外部から供給される。また、磁気検出素子２０が検出した磁極位置信号は、モータ外に引き出された検出用ケーブル２２からコントローラに送られる。

磁極位置検出用永久磁石１９の磁極は、磁気検出素子２０と対向する面を磁極用永久磁石７の外周極、即ちＮ極及びＳ極の角度位置と同一関係に着磁している。また、磁極位置検出用永久磁石１９の固定は、電機子巻線３に流れる電流を精度良く制御する必要性から、磁極用永久磁石７のＮ極及びＳ極の角度の磁極位置とのずれが、可能な限り小さくなるように組み付けている。

一方、固定子５を設ける回転軸６は、左右にそれぞれ軸受１６及び１７を圧入等により固定しており、これらの軸受１６及び１７は、ハウジング１１及びフランジ１２の一部に設けた軸受箱１１ａ、１２ａに嵌合して支持している。軸受１６と１７は、モータの運転時の温度上昇で軸受箱１１ａ、１２ａとの線膨張差で隙間嵌合となるから、例えば図６の軸受箱１２ａ側に軸受１７の側面を押さえるＣ形止め輪２２を設け、運転時の振動によるスラスト方向の動きを規制している。

上記したようなブラシレスモータの構造や磁気検出素子の取り付け構造は、例えば特許文献１から３等に記載されており、また回転軸に回転子を接着剤で接着固定することは、例えば特許文献４等に記載されている。

特開平２−８７９５９号公報特開平６−１１３５２０号公報特開２００２−１０５７７号公報実開平７−１６５５８号公報

上記した従来の永久磁石界磁形のブラシレスモータの構成では、磁気検出素子２０専用の磁極位置検出用永久磁石１９を設置するため、部品点数が増加する上、モータの全長も長くなる欠点がある。

また電機子巻線に流れる電流を精度良く制御するためには、磁気検出素子２０専用の磁極位置検出用永久磁石１９の磁極と、磁極用永久磁石７の角度ずれやばらつきを、できるだけ小さくする必要があるが、両永久磁石７、１９は別体であるため、両者の角度ずれをなくすることは困難で、トルク特性にばらつきが発生する要因となっていた。

更に、ケーブル１３と検出用ケーブル２２は、それぞれ別々にハウジング１１外に引き出し、絶縁物製のコネクタハウジング１５で一括するようにしているため、それぞれの引き出しや取り纏めが煩雑となっていた。

本発明の目的は、特別な部品を用いることなく磁気検出素子による磁極位置情報の検出が行えるブラシレスモータを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、磁気検出素子を簡単な構成で所定の位置に配置できるブラシレスモータを提供することにある。

本発明では、固定子と回転軸に固着する回転子とを有し、前記固定子は電機子鉄心の内周面側に等間隔に配列する複数の突極磁極を設けると共に、前記各突極磁極に巻回する電機子巻線とを備え、前記回転子は回転軸に固着する永久磁石界磁ヨークと磁極用永久磁石とを備え、前記回転子の磁極用永久磁石の磁極位置情報を検出する磁気検出素子を備えるもので、前記永久磁石界磁は、回転軸に嵌合固定する永久磁石界磁ヨークと、前記鍔付永久磁石界磁ヨークに円筒状界磁用永久磁石を固定して構成し、前記磁気検出素子はプリント基板に設けて前記円筒状界磁用永久磁石の一方の端面と対向する位置に配置して構成したことを特徴とする。

また、本発明のブラシレスモータでは、開口部にフランジを固定するハウジング内に、固定子と回転軸に固着する回転子とを有し、前記固定子は電機子鉄心の内周面側に等間隔に配列する複数の突極磁極を設けると共に、前記各突極磁極に巻回する電機子巻線とを備え、前記回転子は回転軸に固着する永久磁石界磁ヨークと磁極用永久磁石とを備え、前記回転子の磁極用永久磁石の磁極位置情報を検出する磁気検出素子を備えるもので、前記回転軸に嵌合固定する永久磁石界磁ヨークに円筒状界磁用永久磁石を固定して構成し、前記電機子巻線と接続する複数のバスバー及び前記磁気検出素子と接続する複数の検出用バスバーを内蔵させる絶縁体ホルダに前記磁気検出素子を設けるプリント基板を保持させ、前記磁気検出素子を前記円筒状界磁用永久磁石の一方の端面と対向する位置に配置して構成したことを特徴とする。

好ましくは、磁気検出素子は、電機子鉄心の突極磁極間に相当する側面位置で前記円筒状界磁用永久磁石の一方の端面と対向するように配置し、前記円筒状界磁用永久磁石は所定の角度傾けて着磁させて構成する。

また好ましくは、円筒状界磁用永久磁石の端部は、永久磁石界磁ヨークの端面より前記磁気検出素子側に突出させて構成する。

更に、本発明のブラシレスモータでは、固定子と回転軸に固着する回転子とを有し、前記固定子は電機子鉄心の内周面側に等間隔に配列する複数の突極磁極を設けると共に、前記各突極磁極に巻回する電機子巻線とを備え、前記回転子は回転軸に固着する永久磁石界磁ヨークと磁極用永久磁石とを備え、前記回転子の磁極用永久磁石の磁極位置情報を検出する磁気検出素子を備えるもので、前記回転子は、一端に鍔部を形成した鍔付永久磁石界磁ヨークと、前記永久磁石界磁ヨークに固定する円筒状界磁用永久磁石と、前記永久磁石界磁ヨークの鍔部側から円筒状界磁用永久磁石の外面を覆う磁極カバーとにより一体に構成し、前記電機子巻線と接続する複数のバスバー及び前記磁気検出素子と接続する複数の検出用バスバーを内蔵させる絶縁体ホルダに前記磁気検出素子を設けるプリント基板を保持させ、前記磁気検出素子を電機子鉄心の突極磁極間に相当する側面位置で前記円筒状界磁用永久磁石の一方の端面と対向するように配置し、前記円筒状界磁用永久磁石は所定の角度傾けして着磁させて構成したことを特徴とする。

好ましくは、絶縁体ホルダには、前記バスバー及び検出用バスバーの各端子を保持する保持するコネクタハウジングを一体に成形したことを特徴とする。

本発明のようにブラシレスモータを構成すれば、プリント基板に設ける磁気検出素子を円筒状界磁用永久磁石の一方の端面と対向するように配置したので、検出する磁極位置情報にばらつきが低減できるから、モータのトルク特性のばらつきも小さくできる。

また、磁気検出素子での磁極位置情報の検出を、特別な部品を使用することなく行うことができるから、部品点数を削減できて軽量で組立て易くなり、しかもモータの全長を短縮することができる。

更に、電機子巻線と接続する複数のバスバー及び前記磁気検出素子と接続する複数の検出用バスバーを内蔵させる絶縁体ホルダを用い、この絶縁体ホルダに磁気検出素子を設けるプリント基板を保持させるようにしたので、各相の磁気検出素子を円筒状界磁用永久磁石の一方の端面と対向するように配置が、容易に行える。

本発明のブラシレスモータは、固定子と回転軸に固着する回転子とを有しており、前記固定子は電機子鉄心の内周面側に等間隔に配列する複数の突極磁極を設けると共に、前記各突極磁極に巻回する電機子巻線とを備え、前記永久磁石界磁ヨークに円筒状界磁用永久磁石を固定して永久磁石界磁を構成し、この磁極用永久磁石の磁極位置情報を検出する磁気検出素子を設けている。永久磁石界磁は、回転軸に嵌合固定する鍔付永久磁石界磁ヨークと、前記永久磁石界磁ヨークに固定する円筒状界磁用永久磁石とからなっており、前記磁気検出素子はプリント基板に設けて円筒状界磁用永久磁石の一方の端面と対向する位置に配置して構成する。

本発明のブラシレスモータの一実施例を、従来と同一部分を同符号で示す図面を用いて以下に説明する。図１に示す如く本発明の回転子５は、後に詳述するように回転軸１０に嵌合固定する鍔付永久磁石界磁ヨーク３６に、各相分の複数の磁極を形成する円筒状界磁用永久磁石３７を固着して永久磁石界磁を構成している。

そして、この円筒状界磁用永久磁石３７の一方の端面に、小間隙を介して磁気検出素子２０を対向する位置に配置し、各相の磁極位置情報を検出する。磁気検出素子２０により、円筒状界磁用永久磁石３７の各相のＮ極及びＳ極の回転角度情報を検出し、電機子巻線３に流れる電流の制御している。

磁気検出素子２０は、プリント基板２１上の所定位置に各相分を固定して内部配線と接続しており、この例ではプリント基板２１は、回転軸１０が貫通できる円盤状に形成し、三相分の磁気検出素子２０が円筒状界磁用永久磁石３７の一方の端面位置に、容易に対向配置できるようにしている。

このように磁気検出素子２０を、直接障害物のない円筒状界磁用永久磁石３７の一方の端面に対向配置すると、モータの軸方向寸法を短縮できるばかりか部品点数も少なくできるため、モータを軽量で組立て易くすることができる。

プリント基板２１は図１から図３に示す実施例では、ハウジング１１とフランジ１２間に配置して保持する絶縁体ホルダ２２に機械的に支持させており、これによって円筒状界磁用永久磁石３７の一方の端面と対向する予め定めた所定の位置に、三相分の磁気検出素子２０を簡単に配置することできるようにしている。

絶縁体ホルダ２２は、この実施例ではハウジング１１とフランジ１２間に配置できる円形状に耐熱樹脂で成形製作し、しかもプリント基板２１を所定位置に位置決めして機械的に支持するため突起３１を設けている。また、絶縁体ホルダ２２には、電機子巻線３の口出し線３ａと接続する複数の端子３２からの三相分のバスバー３３及び前記磁気検出素子２０と接続する複数の検出用バスバー３４を電気的に絶縁した状態に内蔵している。絶縁体ホルダ２２に内蔵した検出用バスバー３４の外部への突出部分３４ａを、プリント基板２１の接続位置で貫通させ、半田等にて内部配線パターンと電気的接続を行い、接続配線の引き回しのない構造としている。

この絶縁体ホルダ２２に、図２及び図３に示すように磁気検出素子３０を設けるプリント基板２１を機械的に支持しているので、この絶縁体ホルダ２２をハウジング１１とフランジ１２間に配置固定することで、磁気検出素子２０を円筒状界磁用永久磁石３７の一方の端面と対向する所定の位置に近接させて容易に配置でき、モータの寸法を大きくすることなく、しかも組立ても極めて簡単に行える。

また、絶縁体ホルダ２２には、三相分のバスバー３３及び磁気検出素子２０の３個の出力信号分と正負極分の５つの検出用バスバー３４を、ハウジング１１外に引き出して外部端子４３、４４とする部分に、一括して取り囲む一体型のコネクタハウジング３５を成形し、外部との接続を容易にしている。

プリント基板２１を保持させる各相の磁気検出素子２０は、電機子巻線３の通電時の電流による磁界の影響がより減少できる側面の位置に配置するが、より磁界の影響を少なくするには、図４（ａ）、（ｂ）に示すように各相の磁気検出素子２０を配置する。

即ち、磁気検出素子２０は、磁界の影響の少ない電機子鉄心１の突極磁極２ａ間の略中央に相当する側面位置で、円筒状界磁用永久磁石３７の一方の端面と対向するように配置する。しかも、このように磁気検出素子２０を配置するときには、各相の磁極位置情報を適切に検出するため、磁気検出素子２０が円筒状界磁用永久磁石３７端面の磁極検出位置にあるとき、円筒状界磁用永久磁石３７はその軸方向の中央部付近のＮ極とＳ極との磁極境界が電機子鉄心１の突極磁極２ａ磁極中心とほぼ一致するように、中心軸に対して所定の角度θ分を傾けて着磁させて構成している。

円筒状界磁用永久磁石３７の着磁の角度θは、電機子鉄心１の軸方向中央部までの長さ寸法及び磁気検出素子２０が対向する円筒状界磁用永久磁石３７の軸方向寸法との関係から適切に定め、磁気検出素子２０の配置位置で、円筒状界磁用永久磁石３７の軸方向の中央部付近のＮ極とＳ極との磁極境界が電機子鉄心１の突極磁極２ａ磁極中心とほぼ一致するようにする。

本発明の実施例のブラシレスモータでは、回転子５は図１及び図５から図７に示すように、一端側に例えば円盤状の鍔部３８を形成した筒状の鍔付永久磁石界磁ヨーク３６を用いており、この鍔付永久磁石界磁ヨーク３６を回転軸１０に固着している。

永久磁石界磁ヨーク３６には、一端側から鍔部３８側まで挿入する中空の円筒状界磁用永久磁石３７を嵌合し、接着層８で一体に固定する。両者間の接着層８による固定は、例えば、鍔付永久磁石界磁ヨーク３６の外周面に接着剤を塗布してから、円筒状界磁用永久磁石３７を嵌合して接着剤を硬化するか、或いは嵌合後に両者間の間隙に接着剤を注入して硬化させて形成する等によって行うようにする。

その上この実施例では、円筒状界磁用永久磁石３７の外面の保護に活用するカップ状の磁極カバー４２により、永久磁石界磁ヨーク６の鍔部３８側から覆って、回転子５を一体構成にしている。カップ状の磁極カバー４２は、例えば回転軸１０に嵌合して固定するか、外面に接着剤を塗布した円筒状界磁用永久磁石３７の嵌合して固定する。

鍔付永久磁石界磁ヨーク３６の鍔部３８は、組み立てし易くするために回転軸１０と同心で円筒状界磁用永久磁石３７の外径と略同一寸法に形成して、円筒状界磁用永久磁石３７挿入時の受座となるようにしているもので、磁気検出素子２０の対向配置だけを考慮するならば、鍔のない円筒状界磁用永久磁石を使用して構成することができる。

またカップ状磁極カバー４２は、ステンレス等の非磁性材を用いて、回転軸１０を通す貫通孔３９を有し、この内径寸法を円筒状界磁用永久磁石３７の外径寸法に対して、組立て可能な最少間隙を形成するようにしている。このカップ状磁極カバー４２によって、回転子５の回転中に円筒状界磁用永久磁石３７に何らかの障害が生じた場合でも防ぐことができるし、またカップ状磁極カバー４２を接着層８が硬化していない状態で組み込むようにすると、物理的に永久磁石界磁ヨーク６と円筒状界磁用永久磁石３７との芯ずれを抑制することができる。

更に、円筒状界磁用永久磁石３７の寸法は、磁気検出素子２０と対向する端部が、鍔付永久磁石界磁ヨーク３６の端面よりも突出する長さにし、これにより円筒状界磁用永久磁石３７の端面と磁気検出素子２０の両者間が、より小さな間隔で対向できるようにし、モータの軸方向寸法を大きくすることなく磁極位置情報の検出を確実に行える。

永久磁石界磁ヨーク３６と円筒状界磁用永久磁石３７との狭い間隙に形成する接着層８は、その固着をより効果的にする工夫を施している。即ち、永久磁石界磁ヨーク３６の外周面にこの軸方向と略平行な複数の直線溝４０を設け、これによって接着層８を部分的に厚くすると共に、鍔部３８側の近辺に周方向溝４１を設けて同様に接着層８を部分的に厚くしている。

これら直線溝４０と周方向溝４１は、永久磁石界磁ヨーク６と円筒状界磁用永久磁石３７の大きさに応じて、その数や大きさを変更することができ、接着層８による固着をより確実にして剥離を防止することができる。

接着層８の剪断強度は、厚みに対する感度が高いから、直線溝４０及び周方向溝４１によって接着層８に部分的に厚い部分を形成すると、相対的に厚みばらつきに対する感度を鈍くし、剪断強度の安定度を増して信頼性の向上が図れるし、円筒状界磁用永久磁石３７が発生するトルク伝達の安定度を増加し、信頼性の向上を図れる。

回転子５を有する回転軸１０は、各軸受箱１１ａ、１２ａに嵌合する軸受１６及び１７により支持されているが、この例では回転軸１０の出力軸側部分にコイルばね４５を配置し、回転軸１０にコイルばね４５の一端側を、また軸受１７側面に他端側を係合させている。これにより、コイルばね４５の力で各軸受１６及び１７を各軸受箱１１ａ、１２ａ側に向かって押圧し、軸受１６及び１７の動き止めと、振動による回転子５の軸方向の動きを規制している。

本発明のブラシレスモータの一実施例を示す縦断面図である。図１のプリント基板の配置図である。本発明のブラシレスモータの絶縁体ホルダとプリント基板と回転子との関係を示す斜視図である。本発明のブラシレスモータでの電機子鉄心の突極磁極と磁気検出素子と円筒状界磁用永久磁石位置との位置関係を示す説明図である。回転子の分解斜視図である。回転子の軸方向縦断面図である。図６の回転子のＡ−Ａ視図である。従来のブラシレスモータの縦断面図である。

符号の説明

１…固定子、２…電機子鉄心、２ａ…突極磁極、３…電機子巻線、５…回転子、８…接着層、１０…回転軸、１１…ハウジング、１２…フランジ、１６、１７…軸受、２０…磁気検出素子、２１…プリント基板、３０…絶縁体ホルダ、３３…ブスバ−、３４…検出用ブスバ−、４３、４４…外部端子、３５…コネクタハウジング、３６…鍔付永久磁石界磁ヨーク、３７…円筒状界磁用永久磁石、３８…鍔部、４２…カップ状磁極カバー。

Claims

固定子と回転軸に固着する回転子とを有し、前記固定子は電機子鉄心の内周面側に等間隔に配列する複数の突極磁極を設けると共に、前記各突極磁極に巻回する電機子巻線とを備え、前記回転子は回転軸に固着する永久磁石界磁ヨークと磁極用永久磁石とを備え、前記磁極用永久磁石の磁極位置情報を検出する磁気検出素子をプリント基板に設けたブラシレスモータにおいて、前記永久磁石界磁ヨークに複数の磁極を設けた円筒状界磁用永久磁石を嵌合固定し、前記磁気検出素子は前記円筒状界磁用永久磁石の一方の端面と対向する位置に配置して構成したことを特徴とするブラシレスモータ。
固定子と回転軸に固着する回転子とを有し、前記固定子は電機子鉄心の内周面側に等間隔に配列する複数の突極磁極を設けると共に、前記各突極磁極に巻回する電機子巻線とを備え、前記回転子は回転軸に固着する永久磁石界磁ヨークと磁極用永久磁石とを備え、前記磁極用永久磁石の磁極位置情報を検出する磁気検出素子をプリント基板に設けたブラシレスモータにおいて、前記永久磁石界磁ヨークに複数の磁極を設けた円筒状界磁用永久磁石を嵌合固定し、前記電機子巻線と接続する複数のバスバー及び前記磁気検出素子と接続する複数の検出用バスバーを内蔵させる絶縁体ホルダに、前記磁気検出素子を設けるプリント基板を保持させ、前記磁気検出素子を前記円筒状界磁用永久磁石の一方の端面と対向する位置に配置して構成したことを特徴とするブラシレスモータ。
請求項１又は２において、前記磁気検出素子は、電機子鉄心の突極磁極間に相当する側面位置で前記円筒状界磁用永久磁石の一方の端面と対向するように配置し、前記円筒状界磁用永久磁石は所定の角度傾けて着磁させて構成したことを特徴とするブラシレスモータ。
請求項１又は２において、前記円筒状界磁用永久磁石の端部は、永久磁石界磁ヨークの端面より前記磁気検出素子側に突出させて構成したことを特徴とするブラシレスモータ。
固定子と回転軸に固着する回転子とを有し、前記固定子は電機子鉄心の内周面側に等間隔に配列する複数の突極磁極を設けると共に、前記各突極磁極に巻回する電機子巻線とを備え、前記回転子は回転軸に固着する永久磁石界磁ヨークと磁極用永久磁石とを備え、前記回転子の磁極用永久磁石の磁極位置情報を検出する磁気検出素子をプリント基板に設けたブラシレスモータにおいて、前記回転子は、一端に鍔部を形成した鍔付永久磁石界磁ヨークと、前記永久磁石界磁ヨークに固定する円筒状界磁用永久磁石と、前記永久磁石界磁ヨークの鍔部側から円筒状界磁用永久磁石の外面を覆う磁極カバーとにより一体に構成し、前記電機子巻線と接続する複数のバスバー及び前記磁気検出素子と接続する複数の検出用バスバーを内蔵させる絶縁体ホルダに、前記磁気検出素子を設けるプリント基板を保持させ、前記磁気検出素子を電機子鉄心の突極磁極間に相当する側面位置で前記円筒状界磁用永久磁石の一方の端面と対向するように配置し、前記円筒状界磁用永久磁石は中心軸に対して所定の角度傾けて着磁させて構成したことを特徴とするブラシレスモータ。
請求項２又は５において、前記絶縁体ホルダには、前記バスバー及び検出用バスバーの各端子を保持するコネクタハウジングを一体に成形したことを特徴とするブラシレスモータ。