JP2009033899A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図りつつ、制御機能の高いモータを提供する。
【解決手段】モータは、モータケース１１の内周面上に互いに一定の間隙を隔てて配置された複数個のマグネット１２と、各マグネット１２を固定・保持するホルダー１３（保持部材）と、給電用ブラシ１４と、ホルダー１３内に埋設された磁気センサ１５と、を主要部材として備えている。ホルダー１３は、リング状の基部１３ａと、基部１３ａからモータ軸に平行に延びる分岐部１３ｂとを有しており、分岐部１３ｂによってマグネット１２が固定・保持されている。そして、マグネット１２同士の間隙において、ホルダー１３の分岐部１３ｂ内に磁気センサ１５が埋設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車，ハイブリッド車などに用いられる、モータ、特にブラシ付きモータに関する。

近年、各種電気機器、電気自動車，ハイブリッド車，ロボットなどの新技術の進展に伴い、それらに用いられるモータに要求される性能が高度化してきている。たとえば、電気自動車やハイブリッド車などに配置されるモータにおいては、モータの精度の向上と、小型化とが求められている。

かかる要求に応えるべく、特許文献１，２に開示されるように、電機子（回転子）の回転位置の変化に対応して生じる磁界の変化を検出する磁気センサを配置したブラシ付きモータが知られている。

登録実用第３０８９５７３号公報 特開平０７−３３６９３９号公報

ブラシレスモータでは、一般に、極性の切り換えのために電機子の回転位置に関する信号が必要なので、磁気センサが取り付けられている。それに対し、ブラシ付きモータでは、給電用ブラシを介して極性の切り換え制御を行なうことから、磁気センサを配置する必要性に乏しいので、磁気センサを設けない安価な構造を採用するのが一般的である。

それに対し、特許文献１，２のように、ブラシ付きモータでありながら、磁気センサを設けることにより、コストの増大を抑制しつつ、制御機能の拡大を図っている。

しかしながら、特許文献１の図３に示されているごとく、マグネット２の内面側などに磁気センサ１（コイル）を配置すると、モータの電機子（回転子）と永久磁石間のスペースが増大する。また、特許文献２のごとく、マグネット１４の外周面に対向する位置に磁気センサ１５を配置しているので、その分、モータ全体の寸法が大きくなる。このように、従来の構造では、モータの小型化を図る上で、一定の限界があった。

本発明の目的は、小型化を図りつつ、制御機能の高いモータを提供することにある。

本発明のモータは、固定子に、複数の磁石を互いに間隙をもって配置するとともに、複数の磁石間の間隙に、少なくとも１つの磁気センサを設けたものである。

これにより、モータの磁石間の間隙に磁気センサが配置されているので、磁石−回転電子間の距離を拡大する必要もなく、回転電機子と固定子の各部材間の距離もできるだけ短縮することが可能である。そして、磁気センサによって回転電機子の回転数などの情報が得られるので、モータの細やかな制御が可能になる。

固定子側に、複数の磁石を固定・保持する保持部材を設けて、磁気センサを保持部材に取り付けることにより、モータ中における磁石の取付位置精度が向上し、モータの駆動中における磁石の移動を確実に防いで。モータの細やかな制御が可能になる。しかも、磁気センサを保持部材によって確実に保持することが可能になる。

磁気センサは、コイルであってもよいが、コイルよりも大寸法であるホール素子であっても、磁石同士の間隙に配置されていることで、モータの小型化に悪影響を及ぼすことはない。

モータが、コミテータと給電用ブラシとを備えたいわゆるブラシ付きモータである場合には、モータの回転数などの制御精度は高く維持しつつ、コストの増大を抑制することができる。

本発明のモータによると、小型化を図りつつ、制御機能の高いモータを提供することができる。

図１は、実施の形態に係るモータの概略的な構造を示す側断面図であって、図２に示すI-I線における断面を表している。図２は、実施の形態に係るモータの縦断面図である。本実施の形態のモータは、たとえばハイブリッド車のパワーステアリング機構に配置されるステアリングアシスト駆動用モータである。

同図に示すように、本実施の形態に係るモータは、モータケース１１内に、固定子１０と，回転電機子２０とを収納して構成されている。固定子１０は、モータケース１１の内周面上に互いに一定の間隙を隔てて配置された６個のマグネット１２（永久磁石）と、各マグネット１２を固定・保持するホルダー１３（保持部材）と、給電用ブラシ１４と、ホルダー１３内に埋設された磁気センサ１５と、を主要部材として備えている。マグネット１２は、モータケース１１の内周面に対向する側がＳ極で、内方側がＮ極となるように配置されている。

回転電機子２０は、コア２１と、コア２１の周囲に巻回されたコイル２２と、コイル２２に供給される電流の極性を切り換えるコミテータ２４（整流子）と、コア２１およびコミテータ２４が固定された回転軸２６と、を主要部材として備えている。

回転軸２６は、モータケース１１に取り付けられたベアリング１９によって、回転自在に支持されており、回転電機子２０全体が回転軸２６の中心軸（モータ軸）回りに回転するように構成されている。そして、回転電機子２０の回転に応じて、給電用ブラシ１４とコミテータ２４とによって、コイル２２に流れる電流の極性が切り換えられる。給電用ブラシ１４は、配線１７を介してパワーステアリング制御回路（図示せず）に接続されている。本実施の形態のモータは、ブラシレスモータに比べて安価なブラシ付きモータであって、ステアリングギアボックスに取り付けられ、出力が５００Ｗ程度のものである。

本実施の形態においては、マグネット１２を固定・保持するホルダー１３が設けられている。ホルダー１３は、リング状の基部１３ａと、基部１３ａからマグネット１２同士の間隙を埋めるように延びる分岐部１３ｂとを有しており、分岐部１３ｂによりマグネット１２が固定・保持されている。一般に、マグネット１２は、モータケース１１の内周面に、磁力によって固定されていることが多いが、使用中に、振動などによってマグネット１２が微小変位したり、取付位置が正確でないことがある。本実施の形態では、ホルダー１３によってマグネット１２を確実に保持することにより、マグネット１２の位置精度を高く維持し、電動パワーステアリング制御の高精度化を実現している。

そして、磁気センサ１５は、マグネット１２同士の間隙において、ホルダー１３の分岐部１３ｂ内に埋設されている。回転電機子２０が回転すると、コイル２２に流れる電流によって生じる磁力線がマグネット１２同士の間隙を断続的に通過することで、磁気センサ１５の検知信号から回転電機子２０の回転数が実測される。そして、磁気センサ１５の検知信号は、配線１６を介して、電動パワーステアリング制御回路に接続されており、この検知信号に応じてモータのコイル２２への印加電圧が補正される。

本実施の形態においては、磁気センサ１５はホール素子であるが、ピックアップコイルであってもよい。その他の磁気センサ（ガウスメータ）の使用も可能であるが、回転電機子２０の回転数を測定する程度の精度であればよく、安価なブラシ付きモータに取り付けることを考慮すると、ホール素子またはピックアップコイルが最適である。

ブラシレスモータとは異なり、ブラシ付きモータには、一般に、磁気センサが取り付けられていない。そして、一般のブラシ付きモータでは、回転電機子の回転数は、電圧から推定演算される。それに対し、本実施の形態では、電動パワーステアリングのトルク制御をより細やかに行うために、磁気センサ１５で検出された回転電機子２０の実際の回転数を用いている。そして、磁気センサ１５の検知信号を利用した制御と、ホルダー１３によりマグネット１２の位置を一定に固定・保持する構成とが相俟って、電動パワーステアリングのアシスト量の制御精度向上が図られる。すなわち、モータをステアリングギアボックスに取り付けて、ハンドルが切られた瞬間に、素早くアシスト用電圧をモータ（コイル）に印加する、などのフィードバック制御が可能になる。

しかも、マグネット１２同士の間隙において、マグネット１２を固定・保持するホルダー１３の分岐部１３ｂ内に磁気センサ１５が埋設されているので、モータの寸法を増大させることなく、制御機能の向上を図ることができる。

図３は、本実施の形態における磁気センサ１５の寸法例を説明する図であり、図４は、本実施の形態のマグネット１２およびその間隙の寸法例を説明する図である。一例を挙げると、ホール素子の基部（最大厚み部分）の厚みａは約１．２ｍｍであり、ホール素子の本体部の厚みｂは約１．０ｍｍであり、本体部の幅ｃは約３．２ｍｍであり、本体部の長さｄは約８．５ｍｍである。一方、マグネット１２同士の間隙の最大寸法ｅ（下端部）は約１２ｍｍであり、間隙の最小寸法ｆ（上端部）は約３．５ｍｍであり、マグネット１２の厚みｈは約８．６ｍｍである。したがって、磁気センサ１５は、マグネット１２同士の間隙に容易に配置することができ、磁気センサ１５を設けても、回転電機子２０とマグネット１２とのスペースを拡大する必要はない。

（変形例１）
図５（ａ），（ｂ）は、順に、本実施の形態の変形例１，２に係るモータの一部を示す部分断面図である。図５（ａ）に示すように、変形例１においては、磁気センサ１５はホルダー１３の分岐部１３ｂに埋設されておらず、分岐部１３ｂの表面に固着されている。他の部材については、実施の形態の図１において説明した通りである。ホルダー１３に磁気センサ１５を接着する機能があれば、このような構造であっても、実施の形態と同じ作用効果を発揮することができる。

（変形例２）
また、図５（ｂ）に示す構造においては、ホルダー１３が設けられておらず、磁気センサ１５は、モータケース１１の内周面に接着剤層１８により、固着されている。マグネット１２は、磁力によってモータケース１１の内周面に固定されていてもよいし、接着剤等で固定されていてもよい。このような構造であっても、磁気センサ１５による制御機能としては、実施の形態と同じ作用効果を発揮することができる。

ただし、マグネット１２の磁力だけで固定する場合には、使用中に振動・衝撃などによってマグネット１２が微妙にずれるおそれを解消しきれず、マグネット１２を取付ける際の位置精度も高く維持することができない。また、マグネット１２を接着剤によってモータケース１１の内周面に固着する場合には、使用中に振動・衝撃などによってマグネット１２がずれるおそれは解消しうるものの、マグネット１２を取付ける際の位置精度を高く維持することができないことがあり得る。

それに対し、図１に示す実施の形態または図５（ａ）に示す変形例１の構造では、マグネット１２の位置精度を高く維持することができるので、磁気センサ１５を設けたことによる作用効果を確実に発揮させることができる。

（他の実施の形態）
上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明のモータは、産業用モータ、ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車，ロボットなどに配置されるモータに利用することができる。

実施の形態に係るモータの概略的な構造を示す側断面図であって、図２に示すI-I線における断面を表している。 実施の形態に係るモータの縦断面図である。 実施の形態における磁気センサの寸法例を説明する図である。 実施の形態のマグネットおよびその間隙の寸法例を説明する図である。 （ａ），（ｂ）は、順に、本実施の形態の変形例１，２に係るモータの一部を示す部分断面図である。

符号の説明

１０ 固定子
１１ モータケース
１２ マグネット
１３ ホルダー（保持部材）
１３ａ 基部
１３ｂ 分岐部
１４ 給電用ブラシ
１５ 磁気センサ
１６ 配線
１７ 配線
１９ ベアリング
２０ 回転電機子
２１ コア
２２ コイル
２４ コミテータ
２６ 回転軸

Claims (4)

1. 回転電機子と、互いに間隙をもって配置された複数の磁石を有する固定子と、を有するモータであって、
   前記複数の磁石間の間隙に配置された少なくとも１つの磁気センサを備えている、モータ。
2. 請求項１記載のモータにおいて、
   前記複数の磁石を、固定・保持する保持部材をさらに備え、
   前記磁気センサは、前記保持部材に取り付けられている、モータ。
3. 請求項１または２記載のモータにおいて、
   前記磁気センサは、ホール素子である、モータ。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載のモータにおいて、
   前記電機子に配置されたコミテータと、
   前記コミテータを摺動自在に支持する給電用ブラシと、
   をさらに備えているモータ。

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