JP2014143858A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を低減することができるとともに、センサ磁石によるモータ特性への影響を回避することができるブラシレスモータを提供すること。
【解決手段】ブラシレスモータ１１は、第１コアベース３１ａの外周部に複数の第１爪状磁極３１ｂが形成された第１ロータコア３１と第２コアベースの外周部に複数の第２爪状磁極３２ｂが形成された第２ロータコア３２と、第１及び第２コアベース３１ａ，３２ａ同士の軸方向の間に配置され軸方向に磁化されることで第１爪状磁極３１ｂをＮ磁極として機能させ、第２爪状磁極３２ｂをＳ磁極として機能させる環状磁石３３とを有するロータ２１と、回転磁界を発生するステータ１６と、ステータ１６に対して固定され、ロータ２１の回転位置を検出するホールＩＣ４２とを備える。ホールＩＣ４２は、ロータ２１の軸方向に対向する位置であって第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂと径方向に一致した位置に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレスモータに関するものである。

ブラシレスモータのロータとしては、周方向に複数の爪状磁極をそれぞれ有して組み合わされる２つのロータコアと、それらの間に配置され軸方向に磁化された界磁磁石とを備え、各爪状磁極を交互に異なる磁極に機能させるいわゆる永久磁石界磁のランデル型構造のロータがある（例えば、特許文献１参照）。

そして、ブラシレスモータでは、ロータの回転位置（角度）が検出され、その回転位置に応じてステータの巻線に駆動電流が供給されることで回転磁界が発生され、その回転磁界によってロータが回転駆動される。

実開平５−４３７４９号公報

ところで、ブラシレスモータにおいて、ロータの回転位置を検出する構成としては、例えば、周方向に交互に異なる磁極（Ｎ極とＳ極）を有するセンサ磁石をロータコアの軸方向に並設して設け、ステータ側に前記センサ磁石と軸方向に対向してその磁界を検出する磁気センサを設ける構成がある。

しかしながら、上記ブラシレスモータでは、センサ磁石が必要であり、その分、部品点数が増加し、更に組み付け工数等も増加してしまうことになる。又、上記のようなロータは、界磁磁石が軸方向に磁化され軸方向に向かう磁束（ロータの外部において軸方向等に向かう漏れ磁束を含む）を利用する構成であり、ロータの軸方向にセンサ磁石を設けると該センサ磁石によるモータ特性への影響が懸念される。このことは、例えば、センサ磁石をも考慮したロータの設計を必要とする原因となる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、部品点数を低減することができるとともに、センサ磁石によるモータ特性への影響を回避することができるブラシレスモータを提供することにある。

上記課題を解決するブラシレスモータは、それぞれ略円板状のコアベースの外周部に、等間隔に複数の爪状磁極が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成され、互いのコアベースが対向されつつ爪状磁極が周方向に交互に配置された第１及び第２ロータコアと、前記コアベース同士の軸方向の間に配置され、前記軸方向に磁化されることで、第１ロータコアの前記爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記第２ロータコアの前記爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石とを有するロータと、前記ロータの径方向外側に対向して配置され、回転磁界を発生するステータと、前記ステータに対して固定され、前記ロータの回転位置を検出する磁気センサとを備えたブラシレスモータであって、前記磁気センサは、前記ロータの軸方向に対向する位置であって前記爪状磁極と径方向に一致した位置に配置される。

同構成によれば、磁気センサは、前記ロータの軸方向に対向する位置であって爪状磁極と径方向に一致した位置に配置されるため、特にセンサ磁石を用いることなく、ロータの回転位置を検出することができる。即ち、上記構成では、ロータの回転時には磁気センサに対して第１ロータコアの爪状磁極の周方向位置が一致する際と第２ロータコアの爪状磁極の周方向位置が一致する際とで磁気センサを通過する漏れ磁束の向きを異ならせることができる。よって、特にセンサ磁石を用いることなく、磁気センサにてロータの回転位置を検出することができる。又、センサ磁石によるモータ特性への影響を回避することができ、例えば、ロータの設計が容易となる。

上記ブラシレスモータにおいて、前記爪状磁極の前記磁気センサとの対向面には、軸方向に突出する凸部が設けられることが好ましい。
同構成によれば、爪状磁極の磁気センサとの対向面には、軸方向に突出する凸部が設けられるため、磁気センサに対して該部分（凸部）の周方向位置が一致した際の磁気センサを通過する漏れ磁束の向きを顕著にさせることができ、ロータの回転位置をより精度良く安定して検出することが可能となる。

上記ブラシレスモータにおいて、前記凸部は、前記爪状磁極と一体成形されることが好ましい。
同構成によれば、前記凸部は、爪状磁極と一体成形されるため、凸部が別体で固定されるものに比べて、例えば、部品点数や組み付け工数を抑えることができる。又、例えば、凸部が別体で固定されるものでは組み付け精度によっては磁束の流れが不安定になる虞があるが、これに比べて、磁束の流れが安定し、ロータの回転位置をより精度良く安定して検出することが可能となる。

上記ブラシレスモータにおいて、前記凸部は、前記第１及び第２ロータコアのそれぞれの前記爪状磁極における軸方向に延出した部位の径方向の位置に形成されることが好ましい。

同構成によれば、凸部は、第１及び第２ロータコアのそれぞれの爪状磁極における軸方向に延出した部位の径方向の位置に形成されるため、それぞれの凸部によって磁気センサを通過する漏れ磁束の向きを顕著にさせることができ、ロータの回転位置をより精度良く安定して検出することが可能となる。

上記ブラシレスモータにおいて、前記第１ロータコアの前記凸部と前記第２ロータコアの前記凸部との高さを、前記磁気センサでの磁束密度が均等に切り替わるように近づけるべく異ならせることが好ましい。

同構成によれば、第１ロータコアの凸部と第２ロータコアの凸部との高さが、磁気センサでの磁束密度が均等に切り替わるように近づくように異なるため、該磁気センサの検出信号に基づいてより最適なタイミングでステータに駆動電流を供給することが可能となる。

本発明のブラシレスモータでは、部品点数を低減することができるとともに、センサ磁石によるモータ特性への影響を回避することができる。

一実施形態におけるブラシレスモータの断面図。 同形態におけるブラシレスモータの一部断面斜視図。 （ａ）はホールＩＣに対して第１爪状磁極の周方向位置が一致した際の磁束を説明する模式図。（ｂ）はホールＩＣに対して第２爪状磁極の周方向位置が一致した際の磁束を説明する模式図。 回転角度−磁束密度特性図。 別例におけるロータの斜視図。 別例におけるロータの斜視図。 別例におけるロータの斜視図。 別例におけるロータの斜視図。 回転角度−磁束密度模式特性図。

以下、ブラシレスモータの一実施形態を図１〜図４に従って説明する。
図１に示すように、ブラシレスモータ１１のモータケース１２は、有底筒状に形成された筒状ハウジング１３と、該筒状ハウジング１３のフロント側（図１中、左側）の開口部を閉塞するフロントエンドプレート１４とを有している。

図１に示すように、筒状ハウジング１３の内周面にはステータ１６が固定されている。ステータ１６は、径方向内側に延びる複数（本実施形態では１２個）の集中巻用ティースとしてのティース１７ａを有する電機子コア１７と、電機子コア１７のティース１７ａにインシュレータ１８を介して巻回される巻線１９とを備えている。ステータ１６は、外部の制御回路Ｓから巻線１９に駆動電流が供給されることで回転磁界を発生する。

ブラシレスモータ１１のロータ２１は回転軸２２を有し、ステータ１６の内側に配置されている。回転軸２２は非磁性体の金属シャフトであって、筒状ハウジング１３の底部１３ａ及びフロントエンドプレート１４に支持された軸受２３，２４により回転可能に支持されている。

図１及び図２に示すように、ロータ２１は、前記回転軸２２に外嵌される第１及び第２ロータコア３１，３２と、界磁磁石としての環状磁石３３とを備える。
第１ロータコア３１は、略円板状の第１コアベース３１ａの外周部に、等間隔に複数（本実施形態では４つ）の第１爪状磁極３１ｂが径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出して形成されている。

第２ロータコア３２は、第１ロータコア３１と同形状であって、略円板状の第２コアベース３２ａの外周部に、等間隔に複数の第２爪状磁極３２ｂが径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出して形成されている。そして、第２ロータコア３２は、各第２爪状磁極３２ｂが周方向に隣り合う第１爪状磁極３１ｂ間に配置されるようにして、且つ第１コアベース３１ａと第２コアベース３２ａとの軸方向の間に環状磁石３３が配置（挟持）されるようにして第１ロータコア３１に対して組み付けられている。尚、本実施形態では、第１及び第２コアベース３１ａ，３２ａは環状磁石３３に対してそれぞれ接着剤により固着されている。

環状磁石３３は、第１爪状磁極３１ｂを第１の磁極（本実施形態ではＮ極）として機能させ、第２爪状磁極３２ｂを第２の磁極（本実施形態ではＳ極）として機能させるように、軸方向に磁化されている。即ち、本実施形態のロータ２１は、界磁磁石としての環状磁石３３を用いた所謂ランデル型構造のロータである。ロータ２１は、Ｎ極となる４つの第１爪状磁極３１ｂと、Ｓ極となる４つの第２爪状磁極３２ｂとが周方向に交互に配置されており、極数が８極（極対数が４個）となる。すなわち、本実施形態では、ロータ２１の極数が「８」に設定され、ステータ１６のティース１７ａの数が「１２」に設定されている。

又、本実施形態のロータ２１は、第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂの径方向内側（背面）に設けられ、径方向に磁化された背面補助磁石３４を備えている。
そして、図１に示すように、フロントエンドプレート１４において、ロータ２１の軸方向に対向する位置であって前記第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂと径方向に一致した位置には、基板４１に実装された磁気センサとしてのホールＩＣ４２が配置されている。詳しくは、本実施形態のホールＩＣ４２は、第１ロータコア３１における第１爪状磁極３１ｂの径方向外側に突出する部位と対向する位置に配置され、より詳しくは、前記径方向外側に突出する部位の径方向の中心位置と軸方向に２ｍｍの隙間を有して配置されている。ホールＩＣ４２は、自身を通過する磁束（ロータ２１からの漏れ磁束）の向きに応じてそれぞれＨレベルの検出信号とＬレベルの検出信号とを前記制御回路Ｓに出力する。

次に、上記のように構成されたブラシレスモータ１１の作用について説明する。
例えば、図３（ａ）に示すように、ロータ２１の回転時に、ホールＩＣ４２に対して第１ロータコア３１の第１爪状磁極３１ｂの周方向位置が一致する際には、第１爪状磁極３１ｂの軸方向端面から軸方向の外部に向かう漏れ磁束（図中、上方向に向かう漏れ磁束であって矢印Ａ参照）がホールＩＣ４２を通過する。

又、例えば、図３（ｂ）に示すように、ホールＩＣ４２に対して第２ロータコア３２の第２爪状磁極３２ｂの周方向位置が一致する際には、第１コアベース３１ａの軸方向端面から軸方向の外部に向かった後に第２爪状磁極３２ｂの軸方向端面に向かう漏れ磁束（図中、下方向に向かう漏れ磁束であって矢印Ｂ参照）がホールＩＣ４２を通過する。

ここで、図４は、本実施形態のホールＩＣ４２の位置における磁束密度を測定した結果である特性Ｘを示し、ほぼ４５°毎に磁極（漏れ磁束の向き）が切り替わっていることがわかる。又、特性Ｙは、第１コアベース３１ａと対向した径方向位置おける磁束密度を測定した結果であって、この場合、磁極（漏れ磁束の向き）が切り替わらないことがわかる。

これにより、本実施形態では、ホールＩＣ４２から出力される検出信号のレベルがロータ２１の回転角度（位置）に応じて切り替わり、その検出信号に基づいて制御回路Ｓから巻線１９に最適なタイミングで切り替わる３相の駆動電流が供給されて回転磁界が発生され、ロータ２１が良好に連続して回転駆動される。

次に、上記実施の形態の特徴的な効果を以下に記載する。
（１）ホールＩＣ４２は、ロータ２１の軸方向に対向する位置であって第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂと径方向に一致した位置に配置されるため、特にセンサ磁石を用いることなく、ロータ２１の回転位置を検出することができる。即ち、上記構成では、ロータ２１の回転時にはホールＩＣ４２に対して第１爪状磁極３１ｂの周方向位置が一致する際と第２爪状磁極３２ｂの周方向位置が一致する際とでホールＩＣ４２を通過する漏れ磁束の向きを異ならせることができる。よって、特にセンサ磁石を用いることなく、ホールＩＣ４２にてロータ２１の回転位置を検出することができる。又、センサ磁石によるモータ特性への影響を回避することができ、例えば、ロータ２１の設計が容易となる。

上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態の第１爪状磁極３１ｂのホールＩＣ４２との対向面に凸部を設けてもよい。

例えば、図５に示すように、変更してもよい。この例の凸部５１は、第１爪状磁極３１ｂ（第１ロータコア３１）と一体成形されている。尚、この例の凸部５１は、第１爪状磁極３１ｂのホールＩＣ４２との非対向面側から圧力をかけて肉を移動させる絞り加工により成形されている。

又、この例の凸部５１は、ホールＩＣ４２と対向する径方向の位置であって、詳しくは第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂの径方向外側に突出する部位における径方向の中心位置に形成されている。又、この例の凸部５１は、第１爪状磁極３１ｂの周方向の一端部から他端部まで円弧状に形成されている。

このようにすると、凸部５１を設けると、ホールＩＣ４２に対して該部分（凸部５１）の周方向位置が一致した際のホールＩＣ４２を通過する漏れ磁束の向きを顕著にさせることができ、ロータ２１の回転位置をより精度良く安定して検出することが可能となる。

又、凸部５１は、第１爪状磁極３１ｂと一体成形されるため、凸部が別体で固定されるものに比べて、例えば、部品点数や組み付け工数を抑えることができる。又、例えば、凸部が別体で固定されるものでは組み付け精度によっては磁束の流れが不安定になる虞があるが、これに比べて、磁束の流れが安定し、ロータ２１の回転位置をより精度良く安定して検出することが可能となる。

又、凸部５１は、ホールＩＣ４２と対向する径方向の位置における第１爪状磁極３１ｂの周方向の一端部から他端部まで円弧状に形成されるため、第１爪状磁極３１ｂの周方向位置がホールＩＣ４２に対して一致する範囲では常にホールＩＣ４２を通過する漏れ磁束の向きを顕著にさせることができる。

又、例えば、図６に示すように、変更してもよい。この例の凸部５２は、第１爪状磁極３１ｂに（例えば、接着剤等にて）固定されている。又、この例の凸部５２は、円柱形状であって、その一端が第１爪状磁極３１ｂの周方向中心位置に固定されている。

このように凸部５２を設けても、ホールＩＣ４２に対して該部分（凸部５２）の周方向位置が一致した際のホールＩＣ４２を通過する漏れ磁束の向きを顕著にさせることができ、ロータ２１の回転位置をより精度良く安定して検出することが可能となる。

又、凸部５２は、第１爪状磁極３１ｂに固定されてなるため、例えば、第１及び第２ロータコア３１，３２を共通部品とすることができる。よって、例えば、第１及び第２ロータコア３１，３２の一方の第１爪状磁極３１ｂに凸部を一体成形するもの（上記別例（図５参照））に比べて、共通部品を多くすることが可能となる。但し、上記別例（図５参照）における第２ロータコア３２の第２爪状磁極３２ｂにも凸部５１を一体成形して、第１及び第２ロータコア３１，３２を共通部品としてもよい。

又、例えば、図７に示すように、変更してもよい。この例の凸部５３，５４は、第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂにおける軸方向に延出した部位の径方向の位置に形成されている。即ち、凸部５３は、第１爪状磁極３１ｂの軸方向に延出した部位の径方向の位置において、軸方向に延出する側とは反対側に凸設されている。又、凸部５４は、第２爪状磁極３２ｂの軸方向に延出した部位の径方向の位置において、軸方向に延出した先端から更に延長して凸設されている。この例では、凸部５３，５４の突出量、即ち高さが一定とされている。又、勿論、この例のホールＩＣ４２は、凸部５３，５４と径方向に一致した位置であって凸部５３，５４と対向した位置に配置されている。

このようにすると、それぞれの凸部５３，５４によってホールＩＣ４２を通過する漏れ磁束の向きを顕著にさせることができ、ロータ２１の回転位置をより精度良く安定して検出することが可能となる。

又、例えば、図８に示すように、変更してもよい。この例の凸部５３，５５は、上記別例（図７参照）の凸部５３，５４のように高さが一定ではなく、ホールＩＣ４２での磁束密度が均等に切り替わるように近づけるべく高さを異ならせてある。詳しくは、この例では、径方向外側に突出する部位がホールＩＣ４２と対向しない側にありＳ極として機能する第２爪状磁極３２ｂの凸部５５が、Ｎ極として機能する第１爪状磁極３１ｂの凸部５３よりも高く形成されている。

このようにすると、図９の模式的特性Ｚ１に示すように、ホールＩＣ４２の位置における磁束密度をほぼ４５°毎に磁極（漏れ磁束の向き）が切り替わり、その振幅もほぼ均等に近づけることができる。尚、図９の模式的特性Ｚ２は、高さが一定の凸部５３，５４を有した上記別例（図７参照）のものである。つまり、図７に示すように高さが一定の凸部５３，５４では模式的特性Ｚ２のように、ホールＩＣ４２での磁束密度が均等に切り替わらない場合、図８に示すように凸部５３，５５の高さを異ならせることで、ホールＩＣ４２での磁束密度が均等に（等角度間隔で均等な振幅で）切り替わるように近づけることができる。よって、ホールＩＣ４２の検出信号に基づいてより最適なタイミングでステータ１６の巻線１９に駆動電流を供給することが可能となる。

・上記実施形態では、特に言及していないが、第１及び第２ロータコア３１，３２は、鍛造やプレス等にて成形してもよいし、軸方向に複数枚のコアシートを積層して成形してもよい。又、上記凸部５３〜５５においても、鍛造やプレス等にて一体成形してもよいし、軸方向に複数枚の凸部用のコアシートを積層して成形してもよい。

・上記実施形態では、ホールＩＣ４２は、第１ロータコア３１における第１爪状磁極３１ｂの径方向外側に突出する部位の径方向の中心位置と軸方向に２ｍｍの隙間を有して配置されるとしたが、ロータ２１の軸方向に対向する位置であって第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂと径方向に一致した位置であれば、変更してもよい。例えば、第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂの軸方向に延出した部位と径方向に一致する位置に配置してもよい。又、例えば、第１爪状磁極３１ｂと軸方向に１ｍｍの隙間を有して配置してもよいし、３ｍｍの隙間を有して配置してもよい。

・上記実施形態では、第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂの径方向内側に設けられ径方向に磁化された背面補助磁石３４を備えるとしたが、これに限定されず、背面補助磁石３４を備えていないロータに変更してもよい。

・上記実施形態のロータ２１は、第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂ同士の周方向の各間に周方向に磁化された極間磁石を備えたものとしてもよい。
上記実施形態から把握できる技術的思想を以下に記載する。

（イ）請求項２に記載のブラシレスモータにおいて、前記凸部は、前記爪状磁極に固定されてなることを特徴とするブラシレスモータ。
同構成によれば、前記凸部は、爪状磁極に固定されてなるため、例えば、第１及び第２ロータコアを共通部品とすることができる。よって、例えば、第１及び第２ロータコアの一方の爪状磁極に凸部を一体成形するものに比べて、共通部品を多くすることが可能となる。

（ロ）請求項２〜５及び上記（イ）のいずれか１つに記載のブラシレスモータにおいて、前記凸部は、前記磁気センサと対向する径方向の位置における前記爪状磁極の周方向の一端部から他端部まで円弧状に形成されたことを特徴とするブラシレスモータ。

同構成によれば、前記凸部は、磁気センサと対向する径方向の位置における爪状磁極の周方向の一端部から他端部まで円弧状に形成されるため、その爪状磁極の周方向位置が磁気センサに対して一致する範囲では常に磁気センサを通過する漏れ磁束の向きを顕著にさせることができる。

１６…ステータ、２１…ロータ、３１…第１ロータコア、３１ａ…第１コアベース（コアベース）、３１ｂ…第１爪状磁極（爪状磁極）、３２…第２ロータコア、３２ａ…第２コアベース（コアベース）、３２ｂ…第２爪状磁極（爪状磁極）、３３…環状磁石（界磁磁石）、４２…ホールＩＣ（磁気センサ）、５１〜５５…凸部。

Claims (5)

1. それぞれ略円板状のコアベースの外周部に、等間隔に複数の爪状磁極が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成され、互いのコアベースが対向されつつ爪状磁極が周方向に交互に配置された第１及び第２ロータコアと、前記コアベース同士の軸方向の間に配置され、前記軸方向に磁化されることで、第１ロータコアの前記爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記第２ロータコアの前記爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石とを有するロータと、
   前記ロータの径方向外側に対向して配置され、回転磁界を発生するステータと、
   前記ステータに対して固定され、前記ロータの回転位置を検出する磁気センサと
   を備えたブラシレスモータであって、
   前記磁気センサは、前記ロータの軸方向に対向する位置であって前記爪状磁極と径方向に一致した位置に配置されたことを特徴とするブラシレスモータ。
2. 請求項１に記載のブラシレスモータにおいて、
   前記爪状磁極の前記磁気センサとの対向面には、軸方向に突出する凸部が設けられたことを特徴とするブラシレスモータ。
3. 請求項２に記載のブラシレスモータにおいて、
   前記凸部は、前記爪状磁極と一体成形されたことを特徴とするブラシレスモータ。
4. 請求項２又は３に記載のブラシレスモータにおいて、
   前記凸部は、前記第１及び第２ロータコアのそれぞれの前記爪状磁極における軸方向に延出した部位の径方向の位置に形成されたことを特徴とするブラシレスモータ。
5. 請求項４に記載のブラシレスモータにおいて、
   前記第１ロータコアの前記凸部と前記第２ロータコアの前記凸部との高さを、前記磁気センサでの磁束密度が均等に切り替わるように近づけるべく異ならせたことを特徴とするブラシレスモータ。