JP2009254022A

JP2009254022A - アキシャルギャップモータ

Info

Publication number: JP2009254022A
Application number: JP2008095165A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Tochikubo; 哲夫栃久保
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2008-04-01
Filing date: 2008-04-01
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2028-04-01
Also published as: JP5290608B2

Abstract

【課題】センサ素子の配置スペースを確実に確保するとともに、性能向上に寄与することができるアキシャルギャップモータを提供する。
【解決手段】ロータ１１は、回転軸１５と一体回転可能に設けられた円盤状のバックヨーク１９の一側面１９ｘにマグネット２０の主磁束部２０ａが固着されるとともにバックヨーク１９の他側面１９ｙ側に磁界を作用させるセンサマグネット部２０ｂが主磁束部２０ａと一体に形成され、このセンサマグネット部２０ｂと軸方向に対向する位置にロータ１１の位置検出を行うホールＩＣ３１が配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータのマグネットとステータのコイルとが軸方向に対向配置されるアキシャルギャップモータに関するものである。

従来より、ロータのマグネットとステータのコイルとが軸方向に対向配置され、発生する磁束の向きが軸方向となるように構成されたアキシャルギャップモータが知られている。アキシャルギャップモータでは、ロータの回転位置などを検出するためにホールＩＣ等のセンサ素子が設置され、該センサ素子によるロータの位置検出に基づいて生成した駆動電力をコイルに供給することでコイルに回転磁界を発生させ、マグネットとの作用によりロータを回転させるようになっている。そして、例えば特許文献１に示すモータでは、センサ素子がマグネットの主磁束による磁界変化を検出すべくコイルと同一平面上に並んで設けられている。
特開２００８−１１６１１号公報

しかしながら、センサ素子をコイルと同一平面上に設けるには、その設置スペースを確保することが難しく、上記特許文献１のように、所定コイル間の間隔を広くしそこにセンサ素子を設置させていた。

そのため、センサ素子の配置スペースの確保のためにコイル数が減少するため、所望の出力特性を得るためには、コイルの巻き数を多くしたりや導線の太さを太くしたりする必要があり、得策でなかった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、センサ素子の配置スペースを確実に確保するとともに、性能向上に寄与することができるアキシャルギャップモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、周方向に複数設けられるコイルを有するステータと、前記コイルの磁極と軸方向に対向するマグネットを有するロータと、前記ロータの位置検出を行うセンサ素子とを備え、前記センサ素子による前記ロータの位置検出に基づいて生成した駆動電力を前記コイルに供給することで前記コイルに回転磁界を発生させ、前記マグネットとの作用により前記ロータを回転させるアキシャルギャップモータであって、前記ロータは、回転軸と一体回転可能に設けられた円盤状のバックヨークの一側面に前記マグネットの主磁束部が固着されるとともに該バックヨークの他側面側に磁界を作用させるセンサマグネット部が前記主磁束部と一体に形成され、該センサマグネット部と軸方向に対向する位置に前記ロータの位置検出を行う前記センサ素子を配置したことをその要旨とする。

この発明では、ロータは、回転軸と一体回転可能に設けられた円盤状のバックヨークの一側面にマグネットの主磁束部が固着されるとともにバックヨークの他側面側に磁界を作用させるセンサマグネット部が主磁束部と一体に形成され、該センサマグネット部と軸方向に対向する位置にロータの位置検出を行うセンサ素子が配置される。つまり、従来ではマグネットのステータ側で対向するようにセンサ素子を設けてロータの位置検出を行っていたが、本発明ではステータ側とは軸方向反対側にセンサ素子を設けることができ、このセンサ素子にてロータの位置検出を行っているため、センサ素子がコイルと干渉することなくセンサ素子の配置スペースを確保することができる。また、これによりコイルの大きさや巻き数の自由度の向上を図れ、モータとしての性能向上に寄与することも可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のアキシャルギャップモータにおいて、前記センサマグネット部は、円盤状をなす前記バックヨークの周縁部に設けられたことをその要旨とする。

この発明では、センサマグネット部は、円盤状をなすバックヨークの周縁部に設けられる。つまり、径方向外側ほど角度誤差が小さいほど角度誤差が小さいため、径方向外側の周縁部にセンサマグネット部が設けられることで、ロータの位置検出を高精度に行うことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のアキシャルギャップモータにおいて、前記センサマグネット部は、前記バックヨークの他側面から更に軸方向に突出させて設けられたことをその要旨とする。

この発明では、センサマグネット部は、バックヨークの他側面から更に軸方向に突出させて設けられる。これにより、バックヨークの軸方向長さよりもセンサマグネット部の軸方向長さが長くなるため、バックヨーク側への漏れ磁束を防いで、その磁束がセンサマグネット部側に好適に誘導される。そのため、センサ素子によりロータの位置検出を好適に行うことが可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアキシャルギャップモータにおいて、前記ロータは、前記バックヨークに対して前記マグネットが一体成形されて構成されたことをその要旨とする。

この発明では、ロータは、バックヨークに対してマグネットが一体成形されて構成されるため、部品点数を抑えることができる。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のアキシャルギャップモータにおいて、前記バックヨークには、前記センサマグネット部に径方向に食い込んで少なくとも軸方向に係合する係合部が設けられたことをその要旨とする。

この発明では、バックヨークには、センサマグネット部に径方向に食い込んで少なくとも軸方向に係合する係合部が設けられる。これにより、マグネットとバックヨークとの固定を強固とすることができ、バックヨークからのマグネットの脱落を防止することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項３に記載のアキシャルギャップモータにおいて、前記バックヨークの他側面と前記センサマグネット部の軸方向突出部分とで形成された凹部内に、前記センサ素子による前記ロータの位置検出に基づいて前記駆動電力を生成する制御回路部品の少なくとも一部が収容されて構成されたことをその要旨とする。

この発明では、バックヨークの他側面とセンサマグネット部の軸方向突出部分とで形成された凹部内に、センサ素子によるロータの位置検出に基づいて駆動電力を生成する制御回路部品の少なくとも一部が収容されて構成される。これにより、凹部を有効利用して制御回路部品を配置することができ、軸方向への体格増を抑制することができる。

従って、上記記載の発明によれば、センサ素子の配置スペースを確保するとともに、性能向上に寄与することができるアキシャルギャップモータを提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態のアキシャルギャップモータの断面図である。図１に示すように、アキシャルギャップモータ１のケース２は、略有底円筒状に形成されるとともに、その底部３内側面から軸方向に沿ってケース２内側に略円筒状に延びる支持筒部４が設けられている。支持筒部４は、底部３から連続する第１支持筒部４ａと、該第１支持筒部４ａよりも径の小さな第２支持筒部４ｂから構成されている。また、ケース２は、その開口部が略円盤状のエンドプレート５により閉塞されている。そして、ケース２とエンドプレート５とにより囲まれた内部空間内に、ステータ１０とロータ１１とが設けられている。

ステータ１０を構成するステータコア１２は、略円盤状に形成されるとともにケース２の底部３に固定されている。ステータコア１２には、軸方向に突出するティース１３が周方向等間隔に複数設けられている。各ティース１３には、導線が巻回されて構成されたコイル１４が装着されている。

ロータ１１を構成する回転軸１５は、ケース２の第２支持筒部４ｂの内周面に固定されるラジアル軸受１６と、ケース２の第１支持筒部４ａの内周面に固定されたキャップ１７に固定されるスラスト軸受１８とで回転可能に支持されている。回転軸１５には、略円盤状のバックヨーク１９が一体回転可能に固定されている。

バックヨーク１９は、回転軸１５との取付強度を補強するため、径方向中心側が軸方向（エンドプレート５側）に肉厚となるボス部１９ａが形成されるとともに、バックヨーク１９の周縁部としての外周縁部１９ｂは軸方向一方（本実施形態では、ステータ１０側）に向かって広がる（大径となる）テーパ状に形成されている。尚、ステータ１０とは逆側に向かって広がるように外周縁部１９ｂを形成してもよい。

バックヨーク１９には、略円環状のマグネット２０が射出成形等により一体成形されて固定されている。バックヨーク１９の一側面１９ｘ、即ちコイル１４の巻装されたティース１３と軸方向に対向する面には、前記コイル１４の数に対応して周方向に多極着磁された主磁束部２０ａが配置され、この主磁束部２０ａは、バックヨーク１９よりも若干径が大きく形成されている。また、マグネット２０には、主磁束部２０ａの外周縁部から連続するようにバックヨーク１９の他側面１９ｙ側（前記ステータ１０とは反対側）に軸方向に突出するセンサマグネット部２０ｂが一体に形成されている。つまり、センサマグネット部２０ｂには、主磁束部２０ａと磁極が同様に構成されている。

また、センサマグネット部２０ｂには、その基端側にバックヨーク１９の係合部としての外周縁部１９ｂが径方向に食い込むように成形されることで凹部２１が形成され、これによりマグネット２０がバックヨーク１９と軸方向に係合しマグネット２０の脱落が防止されている。また、センサマグネット部２０ｂは、バックヨーク１９の他側面１９ｙよりも軸方向に突出させて形成しているため、センサマグネット部２０ｂからバックヨーク１９側への漏れ磁束、詳しくはセンサマグネット部２０ｂの径方向内側において隣接磁極間で生じる漏れ磁束がバックヨーク１９を経由することを防いで、その磁束がセンサマグネット部２０ｂ側に好適に誘導される。

ロータ１１のステータ１０とは軸方向反対側の対向位置には、エンドプレート５に固定された回路基板３０が設けられている。回路基板３０にはロータ１１（センサマグネット部２０ｂ）の回転位置検出を行うためのセンサ素子としてのホールＩＣ３１と、ホールＩＣ３１によるロータ１１の位置検出に基づいて駆動電力を生成する制御回路部品３２が設けられている。因みに、ホールＩＣ３１は、センサマグネット部２０ｂと軸方向に対向する位置で周方向に複数（図では１つ図示）設けられ、制御回路部品３２は、その一部がバックヨーク１９の他側面１９ｙとセンサマグネット部２０ｂの軸方向突出部分とで形成された凹部３３内に収容されている。

上記のように構成されたアキシャルギャップモータ１は、図示しない外部電源から電力が回路基板３０を介して各部に供給され、コイル１４に回転磁界を発生させ、マグネット２０との作用によりロータ１１を回転されるようになっている。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）ロータ１１は、回転軸１５と一体回転可能に設けられた円盤状のバックヨーク１９の一側面１９ｘにマグネット２０の主磁束部２０ａが固着されるとともにバックヨーク１９の他側面１９ｙ側に磁界を作用させるセンサマグネット部２０ｂが主磁束部２０ａと一体に形成され、このセンサマグネット部２０ｂと軸方向に対向する位置にロータ１１の位置検出を行うホールＩＣ３１が配置される。つまり、従来ではマグネットのステータ側で対向するようにセンサ素子を設けてロータの位置検出を行っていたが、本実施形態ではステータ１０側とは軸方向反対側にホールＩＣ３１を設けることができ、このホールＩＣ３１にてロータ１１の位置検出を行っているため、ホールＩＣ３１がコイル１４と干渉することなくホールＩＣ３１の配置スペースを確保することができる。また、これによりコイル１４の大きさや巻き数の自由度の向上を図れ、アキシャルギャップモータ１としての性能向上に寄与することも可能となる。

（２）センサマグネット部２０ｂは、円盤状をなすバックヨーク１９の外周縁部１９ｂに設けられる。つまり、径方向外側ほど角度誤差が小さいほど角度誤差が小さいため、径方向外側の外周縁部１９ｂにセンサマグネット部２０ｂが設けられることで、ロータ１１の位置検出を高精度に行うことができる。

（３）センサマグネット部２０ｂは、バックヨーク１９の他側面１９ｙから更に軸方向に突出させて設けられる。これにより、バックヨーク１９の軸方向長さよりもセンサマグネット部２０ｂの軸方向長さが長くなるため、バックヨーク１９側への漏れ磁束を防いで、その磁束がセンサマグネット部２０ｂ側に好適に誘導される。そのため、ホールＩＣ３１によりロータ１１の位置検出を好適に行うことが可能となる。

（４）ロータ１１は、バックヨーク１９に対してマグネット２０が射出成形により一体成形されて構成されるため、部品点数を抑えることができる。
（５）バックヨーク１９には、センサマグネット部２０ｂに径方向に食い込んで少なくとも軸方向に係合する係合部が設けられる。これにより、マグネット２０とバックヨーク１９との固定を強固とすることができ、バックヨーク１９からのマグネット２０の脱落を防止することができる。

（６）バックヨーク１９の他側面１９ｙとセンサマグネット部２０ｂの軸方向突出部分とで形成された凹部３３内に、ホールＩＣ３１によるロータ１１の位置検出に基づいて駆動電力を生成する制御回路部品３２の少なくとも一部が収容されて構成される。これにより、凹部３３を有効利用して、制御回路部品３２を配置することができ、軸方向への体格増を抑制することができる。

尚、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、バックヨーク１９とマグネット２０を一体成形しているが、別体に構成してもよい。

・上記実施形態では、センサマグネット部２０ｂをバックヨーク１９の外周縁部１９ｂに設けたが、これに限らず、外周縁部１９ｂより径方向内側に設けてもよい。この場合、バックヨーク１９に貫通孔を設け、センサマグネット部２０ｂを主磁束部２０ａ側と連結させるとよい。

・上記実施形態では、センサマグネット部２０ｂをバックヨーク１９の他側面１９ｙよりも軸方向に延出するように形成しているが、例えば他側面１９ｙと面一となるように形成してもよい。

・上記実施形態では、バックヨーク１９の外周縁部１９ｂをテーパ状に形成して係合部を構成しているが、外周縁部１９ｂをテーパ状以外の形状、例えば凹凸部を形成してもよい。また、係合部を省略する構成としてもよい。

・上記実施形態では、凹部３３内に制御回路部品３２の一部が収容されるように配置しているが、これに限らずその他の箇所に配置してもよい。
・上記実施形態では、バックヨーク１９は、その径方向中心側で他の箇所より軸方向（エンドプレート５側）に肉厚となるボス部１９ａを備えているが、これに限らず、例えばバックヨーク１９を一定の肉厚で形成してもよい。

本実施形態におけるアキシャルギャップモータの断面図である。

符号の説明

１…アキシャルギャップモータ、１０…ステータ、１１…ロータ、１４…コイル、１５…回転軸、１９…バックヨーク、１９ｂ…外周縁部（周縁部及び係合部）、１９ｘ…一側面、１９ｙ…他側面、２０…マグネット、２０ａ…主磁束部、２０ｂ…センサマグネット部、３１…ホールＩＣ（センサ素子）、３２…制御回路部品、３３…凹部。

Claims

周方向に複数設けられるコイルを有するステータと、前記コイルの磁極と軸方向に対向するマグネットを有するロータと、前記ロータの位置検出を行うセンサ素子とを備え、
前記センサ素子による前記ロータの位置検出に基づいて生成した駆動電力を前記コイルに供給することで前記コイルに回転磁界を発生させ、前記マグネットとの作用により前記ロータを回転させるアキシャルギャップモータであって、
前記ロータは、回転軸と一体回転可能に設けられた円盤状のバックヨークの一側面に前記マグネットの主磁束部が固着されるとともに該バックヨークの他側面側に磁界を作用させるセンサマグネット部が前記主磁束部と一体に形成され、該センサマグネット部と軸方向に対向する位置に前記ロータの位置検出を行う前記センサ素子を配置したことを特徴とするアキシャルギャップモータ。
請求項１に記載のアキシャルギャップモータにおいて、
前記センサマグネット部は、円盤状をなす前記バックヨークの周縁部に設けられたことを特徴とするアキシャルギャップモータ。
請求項１または２に記載のアキシャルギャップモータにおいて、
前記センサマグネット部は、前記バックヨークの他側面から更に軸方向に突出させて設けられたことを特徴とするアキシャルギャップモータ。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のアキシャルギャップモータにおいて、
前記ロータは、前記バックヨークに対して前記マグネットが一体成形されて構成されたことを特徴とするアキシャルギャップモータ。
請求項４に記載のアキシャルギャップモータにおいて、
前記バックヨークには、前記センサマグネット部に径方向に食い込んで少なくとも軸方向に係合する係合部が設けられたことを特徴とするアキシャルギャップモータ。
請求項３に記載のアキシャルギャップモータにおいて、
前記バックヨークの他側面と前記センサマグネット部の軸方向突出部分とで形成された凹部内に、前記センサ素子による前記ロータの位置検出に基づいて前記駆動電力を生成する制御回路部品の少なくとも一部が収容されて構成されたことを特徴とするアキシャルギャップモータ。