JP2007221978A - Brushless motor - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a brushless motor, and more particularly, to a permanent magnet field-type brushless motor suitable for use in vehicle auxiliary equipment.
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。 In recent years, in order to reduce the fuel consumption of vehicles, vehicle auxiliary machines such as oil pumps that have been driven by an engine tend to be electrified. As a motor for driving these auxiliary machines, a permanent magnet field type brushless motor having a long life and a low failure rate has been used.
従来の永久磁石界磁形ブラシレスモータは、図5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。
As shown in FIG. 5, a conventional permanent magnet field brushless motor has a
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。
The
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。
Further, the
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。
Normally, in a permanent magnet field-type brushless motor, the current flowing through the armature winding 3 is determined by magnetic pole position information which is rotation angle information of the N pole and S pole of the magnetic pole
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。
The
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。
The magnetic pole of the magnetic pole position detecting
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め合いとなるから、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や板ばね等を設け、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。
On the other hand, the
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、また軸受のスラスト方向の動きを規制する手段の例は、特許文献4等に記載されている。
The structure of the brushless motor and the mounting structure of the magnetic detection element as described above are described in, for example,
従来のようなブラシレスモータでの運転時の振動に基づく軸受のスラスト方向の動きを規制するため、軸受部分にC形止め輪22や板ばねを設ける構成では、部品数が多くなって構造が複雑となる問題がある。
In order to restrict the thrust movement of the bearing based on vibration during operation with a conventional brushless motor, the configuration in which the C-
また、出力軸側の軸受17外輪を保持するC形カバー22は、形状の自由度からアルミ合金とする場合が一般的で、その場合軸受17の外輪部分とC形カバー22の線膨張差により高温時に嵌め合いが間隙となり、軸受17の外輪部分とが回転してしまい、C形カバー22側の軸受箱12aが磨耗する恐れがあった。このため、軸受16、17の動きを押さえる種々の提案がされているが、十分なものがなく、この改善が望まれていた。
The C-
本発明の目的は、簡単な構成で回転軸の各端部に固着する軸受のスラスト方向の動きを効果的に規制できる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 provide a brushless motor capable of effectively regulating the movement in the thrust direction of a bearing fixed to each end of a rotating shaft with a simple configuration.
本発明のブラシレスモータでは、開口端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、前記回転軸の端部にそれぞれ固定する軸受を、ハウジング及びフランジの軸受箱にて保持するもので、前記回転軸には、前記各軸受を軸受箱側に押圧するコイルばねを配置して構成したことを特徴とする。 In the brushless motor of the present invention, a housing having a flange fixed to an opening end has a stator and a rotor fixed to a rotating shaft, and the stator is arranged at equal intervals on the inner peripheral surface side of the armature core. A plurality of salient poles, and armature windings wound around each of the salient poles, wherein the rotor comprises a permanent magnet field yoke and a permanent magnet for the pole, and the end of the rotating shaft The bearing fixed to each part is held by a bearing box of a housing and a flange, and the rotary shaft is configured by arranging a coil spring that presses each bearing toward the bearing box. .
好ましくは、前記回転軸の一部に、筒状の永久磁石界磁ヨークを固着する部分より小さな小径部を設け、前記小径部に前記各軸受を軸受箱側に押圧するコイルばねを配置して構成したことを特徴とする。 Preferably, a small-diameter portion smaller than a portion to which the cylindrical permanent magnet field yoke is fixed is provided on a part of the rotating shaft, and a coil spring that presses the bearings toward the bearing box is disposed in the small-diameter portion. It is characterized by comprising.
本発明のように構成すれば、回転軸部分に配置するコイルばねにより、軸受にはそれぞれ軸受箱側に押圧する力が常に加わるから、モータの運転時の温度上昇で例え嵌め合い部分に緩みが生じたとしても、運転時の振動に基づく軸受のスラスト方向の動きを効果的に規制でき、信頼性の高いモータとすることができる。 If configured as in the present invention, the coil springs arranged on the rotating shaft part always apply a pressing force to the bearings on the bearing box side, so that the fitting part is loosened due to a temperature rise during operation of the motor. Even if it occurs, the movement in the thrust direction of the bearing based on the vibration during operation can be effectively regulated, and a highly reliable motor can be obtained.
本発明のブラシレスモータは、開口端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、前記回転軸の端部にそれぞれ固定する軸受を、ハウジング及びフランジの軸受箱にて保持する。前記回転軸には、前記各軸受を軸受箱側に押圧するコイルばねを配置して構成する。 A brushless motor of the present invention has a stator and a rotor fixed to a rotating shaft in a housing that fixes a flange to an opening end, and the stator is arranged at equal intervals on the inner peripheral surface side of the armature core. A plurality of salient poles, and armature windings wound around each of the salient poles, wherein the rotor comprises a permanent magnet field yoke and a permanent magnet for the pole, and the end of the rotating shaft The bearings fixed to the respective parts are held by the housing box of the housing and the flange. A coil spring that presses the bearings toward the bearing housing is arranged on the rotating shaft.
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。
An embodiment of the brushless motor of the present invention will be described below with reference to the drawings in which the same parts as those in the prior art are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 1, the
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N極及びS極の回転角度情報である磁極位置情報を検出し、電機子巻線3に流れる電流の制御している。
Then, on one end face of the cylindrical field
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、例えばプリント基板21は、回転軸10が貫通できる円盤状に形成し、円筒状界磁用永久磁石37の一方の端面位置に三相分の磁気検出素子20が、容易に対向配置できるようにしている。この構造では、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できる。
The
プリント基板21は、図1に示すようにハウジング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、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を配置する。
As shown in FIG. 1, the printed
絶縁体ホルダ22は、例えばハウジング11とフランジ12間に配置して固定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23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。この検出用バスバー34の外部露出部は、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。
The
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。
The
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から図3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。
In the brushless motor according to the embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 1 to 3, the
鍔付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。
The hollow permanent
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。
In addition, in this embodiment, the
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の対向配置や、後述する軸受部分を考慮するならば、鍔なし円筒状界磁用永久磁石も使用できる。
The
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、組み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を用いると、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36と円筒状界磁用永久磁石37との芯ずれも抑制することができる。
The cup-shaped
円筒状界磁用永久磁石37を用い、この外径と鍔付永久磁石界磁ヨーク36の鍔部38の寸法や、カップ状の磁極カバー42の内径を適切に選択すれば、円筒状界磁用永久磁石37と鍔付永久磁石界磁ヨーク36の芯ずれを機械的に抑制し、接着層8の不均一をより小さくでき、トルク変動が小さくて低振動で低騒音のブラシレスモータにできる。
If the cylindrical field
この例では、円筒状界磁用永久磁石37の寸法を、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させている。
In this example, the size of the cylindrical field
永久磁石界磁ヨーク6と円筒状界磁用永久磁石37との狭い間隙の接着層8は、これによる固着をより効果的にするため、図2に示す如く鍔付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状溝40を設け、この直線状溝40で接着層8を部分的に厚くなるようにし、また鍔部38側の近辺に周方向溝41を設けて同様に接着層8を部分的に厚くなるようにしている。
The
これら直線状溝40や周方向溝41は、永久磁石界磁ヨーク36と円筒状界磁用永久磁石37の大きさに応じて、いずれか一方を設けるか双方を同時に設け、またその数や大きさを変更して設けることができる。各溝40、41により、結果的に接着層8を部分的に厚くできるから、接着層8による永久磁石界磁ヨーク36と円筒状界磁用永久磁石37間は、固着がより確実となり、接着層8の剥離を効果的に防止することができ、剪断強度の安定度を増して信頼性の向上が図れる。
These
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、17により支持されるが、本発明により図1及び図3に示すように回転軸10部分に一つのコイルばね45を配置し、このコイルばね45の押圧力で各軸受16、17を各軸受箱11a、12a側に押圧し、軸受のスラスト方向の動きを規制する。
The rotating
図に示す実施例の回転軸10は、鍔付永久磁石界磁ヨーク36を固着する軸の直径D1より、出力軸側部分により小さな直径D2の小径部を設けており、この小径部に一つのコイルばね45を配置する。また、図3の例でのコイルばね45は、その一端側はばね受座46を介して回転軸10に係合させると共に、他端側はばね受座47を介して軸受17の側面に係合させている。これによって、回転子5に何ら影響を与えることなく、コイルばね45の押圧力で各軸受16、17を各軸受箱11a、12a側に押圧できる構造としている。
The
コイルばね45は、その両端面部分を平坦に整形すれば、回転軸10に配置する際に、ばね受座46、47の介在を省略しても、回転子5の永久磁石界磁ヨーク6側面や軸受17の側面を損傷すること恐れもなくすことができる。
If the both ends of the
このように回転軸10にコイルばね45を配置すると、図4に示すようにハウジング11にフランジを固定する組み立ての際等に加えられるコイルばね45の力で、軸受16、17はその内輪部分が側面から常に押圧されるため、外輪部分が回転するボールによって、外側及び外周方向に向かって押圧されることになる。
When the
したがって、軸受16及び17は、嵌め合い固定する軸受箱11a、12aとの間に、例え緩みが生じても、コイルばね45の押圧力が摩擦力となって軸受外輪の回動を制限し、モータ運転時の振動による回転子5の軸方向の動きを効果的に規制できる。
Therefore, even if the
図に示した本発明の実施例では、磁気検出素子20を配置する側の回転軸10部分の空間を利用してコイルばね45を配置した構造であるので、モータの軸方向寸法を大きくすることなく製作できる。
In the embodiment of the present invention shown in the figure, since the
コイルばね45の配置する位置は、回転子5の構造やハウジング11の形状等により変更でき、例えば回転軸10の軸受16側に寸法に余裕がある場合には、この部分に配置して押圧力を加えるようにすることができる。
The position where the
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、11a、12a…軸受箱、16、17…軸受、20…磁気検出素子、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、45…コイルばね。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
2. The coil spring according to claim 1, wherein a small-diameter portion smaller than a portion to which the cylindrical permanent magnet field yoke is fixed is provided on a part of the rotating shaft, and a coil spring that presses the bearings toward the bearing box is disposed in the small-diameter portion. A brushless motor characterized by being configured as described above.
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