JP2014230387A - Rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機に係り、特に、回転体に沿って配置された複数の磁石片の各々からの漏れ磁束を検出して回転体の回転位置を検出する回路を備えた回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine, and more particularly, to a rotating electrical machine including a circuit that detects a magnetic flux leaking from each of a plurality of magnet pieces arranged along a rotating body to detect a rotational position of the rotating body.
モータ等の回転電機において、回転体であるロータに沿って配置された複数の磁石片の各々からの漏れ磁束を検出してロータの回転位置を検出する構成は既に周知である。また、近年、ロータの回転位置の検出精度を向上させる技術が開発されてきており、例えば、特許文献1には、ブラシレスモータにおいて漏れ磁束を検出するホール素子とロータマグネットの間に金属からなるピンが設けられた構成が記載されている。かかる構成によれば、ピンがロータマグネットからの漏れ磁束をホール素子まで誘導することにより、ホール素子が漏れ磁束を良好に検出するようになる結果、回転位置の検出精度が向上する。
In a rotating electrical machine such as a motor, a configuration for detecting the rotational position of a rotor by detecting leakage magnetic flux from each of a plurality of magnet pieces arranged along a rotor which is a rotating body is already well known. In recent years, techniques for improving the detection accuracy of the rotational position of the rotor have been developed. For example,
一方、特許文献1のようにロータマグネットからの漏れ磁束をホール素子まで誘導する部材を設ける構成では、漏れ磁束をホール素子へより誘導し易くすることで回転位置の検出精度の更なる向上を図ることが求められている。
On the other hand, in the configuration in which a member for guiding the leakage magnetic flux from the rotor magnet to the Hall element is provided as in
また、ロータマグネットからの漏れ磁束を検出する際、ステータに設けられたコイルに通電している期間では、ロータマグネットからの漏れ磁束にステータからの漏れ磁束が重畳し、これらの漏れ磁束を合成した合成磁束がホール素子に検出されてしまうことがある。かかる場合、ロータマグネットからの漏れ磁束に基づいてロータの回転位置を検出しようとしても、ステータからの漏れ磁束の影響により検出結果が本来の位置からずれてしまい、これに起因してロータの回転位置に対する検出精度が低下してしまう。 Further, when detecting the leakage magnetic flux from the rotor magnet, the leakage magnetic flux from the stator is superimposed on the leakage magnetic flux from the rotor magnet during the period when the coil provided in the stator is energized, and these leakage magnetic fluxes are synthesized. The combined magnetic flux may be detected by the Hall element. In such a case, even if an attempt is made to detect the rotational position of the rotor based on the leakage magnetic flux from the rotor magnet, the detection result deviates from the original position due to the influence of the leakage magnetic flux from the stator, resulting in the rotational position of the rotor. The detection accuracy with respect to is reduced.
そこで、本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転体に沿って配置された複数の磁石片からの漏れ磁束を検出して回転体の回転位置を検出する際の検出精度を向上させることが可能な回転電機を提供することである。
また、本発明の他の目的は、ロータマグネットからの漏れ磁束にステータからの漏れ磁束が重畳した場合であっても適切に回転体の回転位置を検出することが可能な回転電機を提供することである。
Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to detect the magnetic flux leakage from a plurality of magnet pieces arranged along the rotating body and detect the rotational position of the rotating body. It is providing the rotary electric machine which can improve the detection accuracy at the time.
Another object of the present invention is to provide a rotating electrical machine capable of appropriately detecting the rotational position of a rotating body even when the leakage flux from the stator is superimposed on the leakage flux from the rotor magnet. It is.
前記課題は、本発明の回転電機によれば、回転体に沿って配置された複数の磁石片の各々からの漏れ磁束を検出し該漏れ磁束の強さに応じた信号を出力する磁束検出素子を有し、該磁束検出素子からの出力信号に基づいて前記回転体の回転位置を検出する回転位置検出回路と、前記回転体の前記磁石片と前記磁束検出素子との間に配置され、前記磁束検出素子に向けて延出した第1の磁性体と、前記第1の磁性体とは異なる位置に配置され、かつ、前記磁束検出素子と隣り合う位置に配置された第2の磁性体と、を備えることにより解決される。
上記の回転電機では、磁石片からの漏れ磁束が第1の磁性体内を通過した後に向かう方向を第2の磁性体により規制され、具体的には、第2の磁性体に向かうように規制される。そして、かかる第2の磁性体が磁束検出素子と隣り合う位置に配置されることで、第2の磁性体に向かう漏れ磁束が磁束検出素子を通過するようになり、磁束検出素子が漏れ磁束を検出し易くなる。この結果、磁束検出素子による漏れ磁束の検出能力が高まり、以て、回転体の回転位置に対する検出精度を向上させることが可能となる。
According to the rotating electrical machine of the present invention, the object is to detect a magnetic flux leakage from each of a plurality of magnet pieces arranged along the rotating body and output a signal corresponding to the strength of the magnetic flux leakage. A rotation position detection circuit that detects a rotation position of the rotating body based on an output signal from the magnetic flux detection element, and is disposed between the magnet piece of the rotating body and the magnetic flux detection element, A first magnetic body extending toward the magnetic flux detection element; a second magnetic body disposed at a position different from the first magnetic body; and disposed at a position adjacent to the magnetic flux detection element; It is solved by providing.
In the above rotating electric machine, the direction in which the magnetic flux leaked from the magnet piece passes after passing through the first magnetic body is regulated by the second magnetic body, and specifically, regulated to go to the second magnetic body. The And by arrange | positioning this 2nd magnetic body in the position adjacent to a magnetic flux detection element, the leakage magnetic flux which goes to a 2nd magnetic body comes to pass a magnetic flux detection element, and a magnetic flux detection element carries out leakage magnetic flux. It becomes easy to detect. As a result, the ability to detect leakage magnetic flux by the magnetic flux detection element is enhanced, so that the detection accuracy with respect to the rotational position of the rotating body can be improved.
また、上記の回転電機において、前記第2の磁性体は、貫通穴が形成された金属体であり、前記磁束検出素子の少なくとも一部は、前記貫通穴の内部に収容されており、前記第1の磁性体は、前記貫通穴の開口に臨む位置に配置されていることとしてもよい。
以上の構成であれば、第2の磁性体としての金属体に形成された貫通穴内に磁束検出素子の少なくとも一部が収容されているので、漏れ磁束をより磁束検出素子内に導き易くなる。この結果、回転体の回転位置に対する検出精度をより向上させることが可能となる。
In the above rotating electrical machine, the second magnetic body is a metal body in which a through hole is formed, and at least a part of the magnetic flux detection element is accommodated in the through hole. One magnetic body may be arranged at a position facing the opening of the through hole.
If it is the above structure, since at least one part of a magnetic flux detection element is accommodated in the through-hole formed in the metal body as a 2nd magnetic body, it becomes easier to guide a leakage magnetic flux in a magnetic flux detection element. As a result, the detection accuracy with respect to the rotational position of the rotating body can be further improved.
また、上記の回転電機において、前記回転電機は、エンドプレートを有するモータであり、前記金属体は、前記エンドプレートを成していることとしてもよい。
以上の構成であれば、エンドプレートを第2の磁性体として利用することができるため、部品点数の増加を抑えることが可能となる。
In the above rotating electric machine, the rotating electric machine may be a motor having an end plate, and the metal body may form the end plate.
If it is the above structure, since an end plate can be utilized as a 2nd magnetic body, it becomes possible to suppress the increase in a number of parts.
また、上記の回転電機において、前記第1の磁性体を支持する樹脂製の支持体を備え、前記金属体は、前記支持体中に埋め込まれていることとしてもよい。
以上の構成であれば、第2の磁性体としての金属体が支持体中に埋め込まれているので、当該金属体の設置に伴う回転電機の大型化を抑制することが可能となる。
The rotating electrical machine may include a resin support that supports the first magnetic body, and the metal body may be embedded in the support.
If it is the above structure, since the metal body as a 2nd magnetic body is embedded in the support body, it will become possible to suppress the enlargement of the rotary electric machine accompanying installation of the said metal body.
また、上記の回転電機において、前記回転位置検出回路が実装された回路基板を備え、前記第2の磁性体は、前記回路基板内に設けられた金属体であり、前記磁束検出素子の底面に当接していることとしてもよい。
以上の構成であれば、回路基板を利用して第2の磁性体を設けることが可能となるので、回転機器の大型化を抑制することが可能となる。また、磁束検出素子の底面に第2の磁性体が当接しているので、漏れ磁束をより一層磁束検出素子内に導き易くなり、回転体の回転位置に対する検出精度をより一層向上させることが可能となる。
The rotating electrical machine includes a circuit board on which the rotational position detection circuit is mounted, and the second magnetic body is a metal body provided in the circuit board, and is provided on a bottom surface of the magnetic flux detection element. It is good also as contacting.
If it is the above structure, since it becomes possible to provide a 2nd magnetic body using a circuit board, it becomes possible to suppress the enlargement of a rotary apparatus. Further, since the second magnetic body is in contact with the bottom surface of the magnetic flux detection element, the leakage magnetic flux can be more easily guided into the magnetic flux detection element, and the detection accuracy with respect to the rotational position of the rotating body can be further improved. It becomes.
また、上記の回転電機において、前記第2の磁性体は、前記回転位置検出回路中に組み込まれた金属体であり、前記磁束検出素子を取り囲む位置に配置されていることとしてもよい。
以上の構成であれば、回転位置検出回路中に組み込まれた金属体を第2の磁性体として利用することで、第2の磁性体の配置スペースの省スペース化を図ることが可能となる。
In the rotating electrical machine, the second magnetic body may be a metal body incorporated in the rotational position detection circuit, and may be disposed at a position surrounding the magnetic flux detection element.
If it is the above structure, it will become possible to attain space saving of the arrangement space of a 2nd magnetic body by utilizing the metal body integrated in the rotation position detection circuit as a 2nd magnetic body.
また、上記の回転電機において、前記回転電機は、前記回転体としてのロータと、該ロータと対向する位置に配置されたステータと、該ステータに形成された複数のスロットと、該スロット間に巻回された巻線と、を備えたモータであり、前記回転位置検出回路は、前記巻線に通電していない状態で前記ロータを回転させた際に前記磁束検出素子が検出する前記漏れ磁束の強さの最大値を記憶しており、前記巻線に通電して前記ロータを回転させた際に前記磁束検出素子が検出した前記漏れ磁束の強さに応じた前記信号、及び記憶した前記最大値に基づいて前記回転位置を検出することとしてもよい。
以上の構成では、巻線に通電していない状態でロータを回転させた際に磁束検出素子が検出する漏れ磁束の強さの最大値を基準値とし、かかる基準値と、巻線に通電してロータを回転させた際に磁束検出素子が検出した漏れ磁束の強さと、に基づいてロータの回転位置を検出する。つまり、巻線に通電していない状態でロータを回転させた際に磁束検出素子が検出する漏れ磁束の強さを基準値とすれば、例えロータ側からの漏れ磁束にステータ側からの漏れ磁束が重畳した合成磁束を検出した場合であっても、当該合成磁束が上記基準値と一致する時点でロータの回転位置を検出することで、ロータ側からの漏れ磁束に基づいて回転位置を検出するときと同様の結果が得られるようになる。これにより、ロータに取り付けられた磁石片からの漏れ磁束にステータからの漏れ磁束が重畳した場合であっても、ロータの回転位置を精度よく検出することが可能となる。
Further, in the above rotating electric machine, the rotating electric machine includes a rotor as the rotating body, a stator disposed at a position facing the rotor, a plurality of slots formed in the stator, and windings between the slots. And the rotational position detection circuit detects the leakage magnetic flux detected by the magnetic flux detection element when the rotor is rotated in a state where the winding is not energized. The maximum value of the strength is stored, the signal corresponding to the strength of the leakage magnetic flux detected by the magnetic flux detection element when the rotor is rotated by energizing the winding, and the stored maximum The rotational position may be detected based on the value.
In the above configuration, the maximum value of the leakage magnetic flux detected by the magnetic flux detection element when the rotor is rotated when the winding is not energized is set as a reference value, and the reference value and the winding are energized. Then, the rotational position of the rotor is detected based on the strength of the leakage magnetic flux detected by the magnetic flux detection element when the rotor is rotated. In other words, if the strength of the leakage flux detected by the magnetic flux detection element when the rotor is rotated while the winding is not energized is used as the reference value, the leakage flux from the stator side is converted into the leakage flux from the rotor side. Even when the combined magnetic flux is detected, the rotational position is detected based on the leakage magnetic flux from the rotor side by detecting the rotational position of the rotor when the combined magnetic flux matches the reference value. You will get the same results. Thereby, even if the leakage magnetic flux from the stator is superimposed on the leakage magnetic flux from the magnet piece attached to the rotor, the rotational position of the rotor can be accurately detected.
本発明の回転電機によれば、磁石片からの漏れ磁束が第1の磁性体内を通過した後に向かう方向を第2の磁性体に向かうように規制され、かかる第2の磁性体を磁束検出素子と隣り合う位置に配置することで、磁束検出素子が漏れ磁束を検出し易くなる。この結果、磁束検出素子による漏れ磁束の検出能力が高まり、以て、回転体の回転位置に対する検出精度を向上させることが可能となる。
また、本発明の回転電機によれば、巻線に通電していない状態でロータを回転させた際に磁束検出素子が検出する漏れ磁束の強さの最大値を基準値とし、かかる基準値と、巻線に通電してロータを回転させた際に磁束検出素子が検出した漏れ磁束の強さと、に基づいてロータの回転位置を検出する。この結果、ロータに取り付けられた磁石片からの漏れ磁束にステータからの漏れ磁束が重畳した場合であっても、ロータの回転位置を精度よく検出することが可能となる。
According to the rotating electric machine of the present invention, the direction in which the leakage magnetic flux from the magnet piece passes after passing through the first magnetic body is regulated so as to go to the second magnetic body, and the second magnetic body is controlled by the magnetic flux detection element. The magnetic flux detecting element can easily detect the leakage magnetic flux. As a result, the ability to detect leakage magnetic flux by the magnetic flux detection element is enhanced, so that the detection accuracy with respect to the rotational position of the rotating body can be improved.
Further, according to the rotating electrical machine of the present invention, the maximum value of the strength of the leakage magnetic flux detected by the magnetic flux detection element when the rotor is rotated without energizing the winding is used as the reference value, The rotational position of the rotor is detected based on the strength of the leakage magnetic flux detected by the magnetic flux detecting element when the winding is energized to rotate the rotor. As a result, even if the leakage flux from the stator is superimposed on the leakage flux from the magnet piece attached to the rotor, the rotational position of the rotor can be detected with high accuracy.
以下、本発明の一実施形態(以下、本実施形態)に係る回転電機について図面を参照しながら説明する。
先ず、図1及び図2を参照しながら、本実施形態に係る回転電機の基本構成について説明する。図1は、本実施形態に係る回転電機の側面図、図2は、本実施形態に係る回転電機の平面図である。なお、図1及び図2は、いずれも、一部分(図中の右半分)に断面図を含んでおり、また、説明を分かり易くするために幾分簡略化して描かれている。
Hereinafter, a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as the present embodiment) will be described with reference to the drawings.
First, the basic configuration of the rotating electrical machine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a side view of a rotating electrical machine according to the present embodiment, and FIG. 2 is a plan view of the rotating electrical machine according to the present embodiment. 1 and 2 both include a cross-sectional view in a part (the right half in the drawing), and are depicted somewhat simplified for easy understanding.
本実施形態に係る回転電機は、ブラシレスモータ、より詳しくはアウタロータ型のモータである。本実施形態のブラシレスモータ(以下、本モータ)1は、図1に示すように、ロータ2及びステータ6を含むモータ本体10と、ロータ2の回転位置を検出する回転位置検出機構20とを有する。そして、本モータ1では、ロータ2の回転位置を検出した時点でステータ6に形成された三相(U相、V相、W相)コイルのうち、対応するコイルに通電する。
The rotating electrical machine according to the present embodiment is a brushless motor, more specifically, an outer rotor type motor. As shown in FIG. 1, a brushless motor (hereinafter, this motor) 1 according to the present embodiment includes a
モータ本体10の構成については、公知のアウタロータ型のブラシレスモータと略同様の構成となっており、回転体としてのロータ2が回転自在になっており、ロータ2の径方向においてロータ2と対向する位置にステータ6が配置されている。図1及び2を参照しながら説明すると、ロータ2は、有底筒状のヨーク3と、ヨーク3の内側面に沿って配置された複数のロータマグネット4と、ロータ2の径方向中央において回転自在に配置された回転軸5とによって構成されている。ここで、ヨーク3の内側面に沿って配置された複数のロータマグネット4は、磁極を構成する磁石片に相当し、ロータ2の回転方向に沿ってN極とS極とが交互に並び、かつ、等間隔で配置されている。
The configuration of the motor
なお、ロータ2の極数は、P(Pは自然数)となっており、図2に図示の構成ではP=6となっている。また、本実施形態において、各ロータマグネット4は、円弧形状をなし、ヨーク3の内側面に貼り付けられている。ただし、これに限定されるものではなく、ヨーク3の側壁中に各ロータマグネット4が埋め込まれていることとしてもよい。
The number of poles of the
ステータ6は、ロータ2の径方向においてロータマグネット4よりも内側に位置し、ロータ2と同心円状に配置されている。ステータ6の構成要素である固定子鉄心7は、ロータ2の径方向外側に向かって略T字状に突出したティース7aと、ティース7a間に形成されたスロット7bとを複数備え、各スロット7bには巻線Mが巻回されている。これにより、ステータ6には三相(U相、V相、W相)コイルを有するコアが構成されている。なお、本実施形態では、スロット7bの個数をS(Sは自然数)とすると、Sが極数Pの1.5倍となっており、図2に図示の構成ではS=9となっている。
The
そして、ステータ6は、ヨーク3の開口を塞ぐ位置に配置されたエンドプレート8に対して回転不能に固定されている。エンドプレート8は、金属体からなる円板状の部材により構成されている。なお、本実施形態に係るエンドプレート8には貫通穴8aが形成されている。この貫通穴8aは、ロータ2の径方向においてロータ2(より具体的には、ロータマグネット4の内側表面)とステータ6との間に穿設され、その開口に後述のセンサピン24の長手方向一端部が臨んでいる。
The
次に、回転位置検出機構20の概略構成について説明すると、回転位置検出機構20は、磁束検出素子としてのホール素子21と、ホール素子21を含む回転位置検出回路が実装された回路基板22と、を主要な構成部品として備えている。そして、上記のホール素子21は、ロータ2の回転中、ロータマグネット4の各々からの漏れ磁束を検出し、その漏れ磁束の強さ(具体的には、磁束密度)に応じた信号を出力する。回転位置検出回路は、ホール素子21からの出力信号に基づいてロータ2の回転位置を検出する。
Next, the schematic configuration of the rotational
本モータ1では、図1に示すように、ホール素子21が回転軸5の軸方向(すなわち、回転軸方向)においてエンドプレート8を挟んでモータ本体10とは反対側に配置されている。このような位置関係の下でロータマグネット4からの漏れ磁束をホール素子21に導く目的から、本モータ1では、回転軸5の軸方向においてロータマグネット4とホール素子21との間にセンサピン24が配置されている。このセンサピン24は、本発明における第1の磁性体に相当し、ホール素子21に向けて回転軸5の軸方向に沿って延出した略直方体状の金属体である。そして、センサピン24は、その長手方向においてホール素子21側に位置する端部がエンドプレート8に形成された貫通穴8aの開口に臨む位置に配置されるように、樹脂材料からなる固定部材(不図示)にてエンドプレート8に固定されている。
In the
以上のようなセンサピン24を設けることにより、ロータマグネット4からの漏れ磁束をホール素子21に導くことが可能となる。一方、センサピン24を用いる構成において、ロータマグネット4からの漏れ磁束がセンサピン24を経由した後にホール素子21まで適切に導かれない場合がある。例えば、図3に示すように、センサピン24がエンドプレート8の貫通穴8aを通り抜けてホール素子21の直近位置まで延出している構成では、センサピン24を経由した漏れ磁束の一部がホール素子21ではなくエンドプレート8へ流れてしまうことがある。図3は、従来の回転位置検出機構の構成を示す模式図であり、具体的には、従来例におけるセンサピン24周りの機器配置を示した図である。なお、同図では漏れ磁束の流れを破線にて示している。
By providing the
以上のようにロータマグネット4からの漏れ磁束がホール素子21へ適切に導かれなくなると、ロータ2の回転位置に対する検出精度が低下し、この結果、コイルに通電するタイミングがずれ、更に当該タイミングのずれに起因して振動音が生じてしまうことになる。
As described above, when the leakage magnetic flux from the
以上の課題に対しては、エンドプレート8のうち、センサピン24周りに位置する部分をセンサピン24から極力遠ざけて当該部分への漏れ磁束の流れ込みを抑制するために、図4に示すように貫通穴8aの径を大きくすることが考えられる。ただし、かかる構成では、穴の径が大きくなる分、エンドプレート8の強度の低下を招いてしまう。なお、図4は、センサピン24及びその周辺を回転軸5の軸方向一端側から見たときの図である。
To solve the above problem, in order to keep the portion of the
また、他の対策としては、漏れ磁束の量を確保する観点から回転軸5の軸方向におけるロータマグネット4の長さ(以下、磁石長)をより長くし、例えば、磁石長を上記軸方向におけるコアの長さ(以下、コア長)よりも長く設定することが考えられる。ただし、磁石長をコア長よりも長く設定すると、その分マグネットの使用量が多くなるため、モータ製造コストがより高くなってしまう。
As another countermeasure, from the viewpoint of securing the amount of leakage magnetic flux, the length of the
これに対して、本実施形態に係る回転位置検出機構20では、エンドプレート8の強度低下や製造コストの上昇を抑えつつ、ロータマグネット4からの漏れ磁束をセンサピン24からホール素子21へ適切に誘導することが可能な構成を採用している。
以下、本実施形態に係る回転位置検出機構20の構成について、図5及び6を参照しながら詳細に説明する。図5は、本実施形態に係る回転位置検出機構20の構成例を示す模式図であり、図3に対応する図である。図6は、回転位置検出機構20の構成部品間の位置関係と漏れ磁束の強さとの相関を示すグラフである。
On the other hand, in the rotational
Hereinafter, the configuration of the rotational
より具体的に説明すると、図6中、上側に図示したグラフは、ホール素子21とその周囲に位置する金属体(図6ではエンドプレート8)との位置関係を変化させることによりホール素子21の検出精度が変化する際の傾向を示しており、横軸は、金属片の底面位置を基準としたときのホール素子21(厳密には、ホール素子21の底面)の位置を示し、縦軸は、各位置に配置されたときにホール素子21に検出される漏れ磁束の磁束密度、厳密には、エンドプレート8に比較的大径の貫通穴8aを設けた際の漏れ磁束を基準としたときの比(磁束密度比)を示している。一方、図6中の下側には、同図に図示のグラフ中、プロットA〜Eに対応する時点のセンサピン24、ホール素子21及び金属体の位置関係を模式的に示している。
More specifically, the graph shown on the upper side in FIG. 6 shows the
本実施形態では、図5に示すように、回転軸5の軸方向においてセンサピン24がエンドプレート8に形成された貫通穴8aよりもコア側に配置されている。つまり、本実施形態に係るセンサピン24は、図3に示した従来例とは異なり、上記の貫通穴8aを通り抜けていない。一方、本実施形態では、図5に示すように、ホール素子21の一部がエンドプレート8に形成された貫通穴8a内に収容されている。つまり、本実施形態に係るホール素子21は、その外側面の一部が回転軸5の軸方向においてエンドプレート8とラップし、具体的には、貫通穴8aの外縁部分と隣り合っている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the
ここで、エンドプレート8は、前述したように、金属体であり、本発明の第2の磁性体として機能する。すなわち、本実施形態において、エンドプレート8を成す金属体は、回転軸5の軸方向においてセンサピン24とは異なる位置に配置され、かつ、ホール素子21と隣り合う位置に配置されている。このような配置により、ロータマグネット4からの漏れ磁束は、センサピン24を経由した後にエンドプレート8に流れ込むことなく、ホール素子21へ適切に誘導されるようになる。
Here, the
上述した効果に関して図6を参照しながら説明すると、ホール素子21とセンサピン24との間隔を保持しながらホール素子21を金属体であるエンドプレート8に対して回転軸5の軸方向に移動させた際、当該移動範囲の所定区間において、ホール素子21がエンドプレート8とラップするようになる。このようにホール素子21がエンドプレート8とラップする区間では、図6に示すように、ホール素子21に検出される漏れ磁束の磁束密度が比較的に高くなる。これは、回転軸5の軸方向においてホール素子21がエンドプレート8とラップする位置に配置されていると、ロータマグネット4からの漏れ磁束がセンサピン24を通過した後に向かう方向を金属体としてのエンドプレート8に向かうように規制され、エンドプレート8に向かう漏れ磁束がホール素子21を通過するためである。
The effects described above will be described with reference to FIG. 6. The
以上により、ホール素子21が漏れ磁束を検出し易くなる結果、ホール素子21による漏れ磁束の検出能力が高まり、以て、ロータ2の回転位置を検出する際の精度を向上させることが可能となる。
また、回転軸5の軸方向においてホール素子21、センサピン24及びエンドプレート8の位置関係を調整することで漏れ磁束の検出精度が向上するので、従来例のように、エンドプレート8に比較的大径の貫通穴8aを設けてセンサピン24からエンドプレート8を極力遠ざける必要がなく、貫通穴8aの径を最小化することが可能となる。例えば、3.0mm×1.2mmの断面形状となったセンサピン24を用いた場合には外径が約5.0mmの貫通穴8aを設ければよいことになる。この結果、貫通穴8aの穿設に伴うエンドプレート8の強度の低下を抑えることが可能となる。
As a result, the
Further, since the detection accuracy of the leakage magnetic flux is improved by adjusting the positional relationship between the
なお、図6に示すように、回転軸5の軸方向におけるホール素子21とエンドプレート8とのラップ量がホール素子21の厚みの1/3になった時点(図6中、プロットDの時点)での、ホール素子21に検出される漏れ磁束の強さは、従来例でエンドプレート8に比較的大径の貫通穴8aを設けた際の強さに匹敵する。したがって、回転軸5の軸方向におけるホール素子21の位置については、上記のラップ量がホール素子21の厚みの1/3以上となるような位置に設定した方が望ましい。
As shown in FIG. 6, when the wrap amount between the
さらに、本実施形態では、漏れ磁束の検出精度を向上させる上で磁石長をコア長よりも長くする必要がなく、磁石長を比較的短く設定したとしてもホール素子21に導かれる漏れ磁束の量が十分に確保される。この結果、マグネットの使用量を減らしてモータ製造コストを抑えることが可能となる。
Furthermore, in this embodiment, it is not necessary to make the magnet length longer than the core length in order to improve the detection accuracy of the leakage magnetic flux, and even if the magnet length is set to be relatively short, the amount of leakage magnetic flux guided to the
さらにまた、本実施形態では、センサピン24がエンドプレート8の貫通穴8aの開口に臨む位置に配置され、同貫通穴8a内にホール素子21の少なくとも一部が収容されている。これにより、ロータマグネット4からの漏れ磁束をよりホール素子21内に導き易くなり、ロータ2の回転位置の検出精度をより向上させることが可能となる。
以上のように本モータ1ではロータ2の回転位置の検出精度が向上する結果、ステータ6のコイルに通電するタイミングのずれ、並びに当該ずれに起因する振動音の発生を抑制することが可能となる。
Furthermore, in the present embodiment, the
As described above, in the
ところで、以上までに説明した回転位置検出機構20の構成(以下、第1構成例)では、エンドプレート8を成す金属体が第2の磁性体を構成することとした。このように第1構成例では、エンドプレート8を第2の磁性体として利用することで部品点数の増加を抑えることが可能となる。ただし、第1構成例に限定されるものではなく、図7に示すように、回路基板22上に設置された金属体、例えば、回路保護ケース23が第2の磁性体を成す構成(以下、第2構成例)であってもよい。図7は、第2構成例に係る回転位置検出機構120を示す模式図であり、図5に対応する図である。
By the way, in the configuration of the rotational
そして、図7に図示した回転位置検出機構120では、回路保護ケース23に貫通穴23aが形成され、かかる貫通穴23a内にホール素子21全体が収容されており、センサピン24が同貫通穴23aの開口に臨む位置に配置されている。このような位置関係により、第2構成例においても、第1構成例と同様の効果、すなわち、ロータ2の回転位置の検出精度を向上させることが可能となる。
In the rotational
また、第1構成例及び第2構成例では、ホール素子21を取り囲む部材としてのエンドプレート8や回路保護ケース23が金属体からなることとしたが、これに限定されるものではない。例えば、図8に示すように、エンドプレート128の大部分が樹脂材料からなる構成(以下、第3構成例)であってもよい。図8は、第3構成例に係る回転位置検出機構220を示す模式図であり、図5に対応する図である。
In the first configuration example and the second configuration example, the
第3構成例において、樹脂製のエンドプレート128の一部は、隆起しており、かかる隆起部分にセンサピン24が保持されている。すなわち、第3構成例に係るエンドプレート128は、センサピン24を支持する樹脂製の支持体として機能する。また、上記の隆起部分の裏側(回路基板22と対向する側)には窪みが形成されている。この窪み内には、図8に示すようにホール素子21が収容されている。
一方、第3構成例に係るエンドプレート128は、上記の窪み部を取り囲む部分に埋め込まれた環状の金属体31を備えている。換言すると、第3構成例に係るエンドプレート128は、インサート成形品であり、金型内に環状の金属体31をセットしておいた状態で樹脂材料を投入することで製造される。そして、第3構成例において環状の金属体31が第2の磁性体を成し、当該金属体31の中央位置には貫通穴31aが形成されている。
In the third configuration example, a part of the resin end plate 128 is raised, and the
On the other hand, the end plate 128 according to the third configuration example includes an
また、第3構成例では、貫通穴31a内にホール素子21の一部が収容されており、回転軸5の軸方向において環状の金属体31とラップしている。これにより、第3構成例においても、ロータマグネット4からの漏れ磁束をセンサピン24からホール素子21へ適切に導き、以て、ロータ2の回転位置に対する検出精度を向上させることが可能となる。
なお、図8に示すように、環状の金属体31とホール素子21との間のスペースや、センサピン24とホール素子21との間のスペースに、エンドプレート128を構成する樹脂材料の一部が廻り込んで樹脂層が形成されていることとしてもよい。
In the third configuration example, a part of the
As shown in FIG. 8, a part of the resin material constituting the end plate 128 is formed in the space between the
以上のように第3構成例では、第2の磁性体を成す環状の金属体31が樹脂製のエンドプレート128中に埋め込まれているため、当該金属体31の設置スペースを別途に確保する必要がなく、以て、モータサイズの大型化を抑制することが可能となる。なお、第3構成例では、図8に示すように、環状の金属体31がエンドプレート128の表面(モータ本体10側の面)に現れるように埋め込まれているが、図9に示すように、環状の金属体31が露出しないようにエンドプレート128内に完全に埋め込まれる構成(以下、第4構成例)であってもよい。かかる点において第4構成例は第3構成例と相違するものの、それ以外の点において両構成例は共通する。なお、図9は、第4構成例に係る回転位置検出機構320を示す模式図であり、図8に対応する図である。
As described above, in the third configuration example, since the
また、第1構成例〜第4構成例では、回転軸5の軸方向においてホール素子21が第2の磁性体を成す部材(エンドプレート8、回路保護ケース23及び環状の金属体31)とラップする位置に配置されていることとした。ただし、これに限定されるものではなく、図10に示すように、第2の磁性体を成す金属体32がホール素子21の底面に当接している構成(以下、第5構成例)であってもよい。図10は、第5構成例に係る回転位置検出機構420を示す模式図であり、図5に対応する図である。
In the first configuration example to the fourth configuration example, a member (the
第5構成例において、第2の磁性体を成す金属体32は、回路基板22内に設けられており、前述したように、ホール素子21の底面に当接している。すなわち、第5構成例では、回転軸5の軸方向においてホール素子21が金属体32と直列に並んだ状態で配置されている。このように第5構成例では、回路基板22を利用して第2の磁性体を設けることが可能となるので、モータサイズの大型化を抑制することが可能となる。また、ホール素子21の底面に第2の磁性体が当接しているので、ロータマグネット4からの漏れ磁束をより一層ホール素子21内に導き易くなる結果、ロータ2の回転位置に対する検出精度をより一層向上させることが可能となる。なお、第5構成例のうち、上記の点を除く構成については、第3構成例や第4構成例と共通するので説明を省略する。
In the fifth configuration example, the
また、回路基板22に実装された回転位置検出回路中に金属体が組み込まれている構成において、第1構成例〜第4構成例と同様に、上記の金属体とホール素子21とが回転軸5の軸方向においてラップしていることとしてもよい。換言すると、回転位置検出回路中に組み込まれた金属体が第2の磁性体を成し、かかる金属体がホール素子21を取り囲む位置に配置されていることとしてもよい。このような構成であっても、ロータマグネット4からの漏れ磁束をセンサピン24からホール素子21へ適切に導き、以て、ロータ2の回転位置に対する検出精度を向上させることが可能となる。
Further, in the configuration in which the metal body is incorporated in the rotational position detection circuit mounted on the
ところで、ステータ6に設けられたコイルが通電している間にホール素子21がロータマグネット4からの漏れ磁束を検出しようとすると、ロータマグネット4からの漏れ磁束にステータ6からの漏れ磁束が重畳し、これらの漏れ磁束を合成した合成磁束をホール素子21が検出してしまうことがある。このように合成磁束がホール素子21に検出されることで、ロータ2の回転位置が正しく検出されなくなってしまう。このため、本モータ1では、ロータ2からの漏れ磁束にステータ6からの漏れ磁束が重畳する場合を想定してロータ2の回転位置を検出することとしている。以下、図11を参照ながら詳しく説明する。
By the way, if the
図11は、ロータ2側からの漏れ磁束にステータ6側からの漏れ磁束が重畳する場合においてロータ2の回転位置を検出する方法についての説明図である。より具体的に説明すると、図11中、上段図は、ロータ2の回転位置と漏れ磁束との関係を示すグラフを示しており、横軸が回転角度(機械角)を、縦軸が磁束の強さをそれぞれ表している。また、同図中、ロータ2側からの漏れ磁束についてのグラフを細実線にて、ステータ6側からの漏れ磁束についてのグラフを破線にて、合成磁束についてのグラフを太実線にて、それぞれ示している。
FIG. 11 is an explanatory diagram of a method for detecting the rotational position of the
図11中、中段図は、従来例に係るホール素子21が漏れ磁束を検出したときに出力する信号の波形を示した図であり、下段図は、本モータ1に搭載された従来例に係るホール素子21が漏れ磁束を検出したときに出力する信号の波形を示した図である。いずれの図についても、横軸が回転角度(機械角)を示しており、図11中の上段の図と対応している。また、各図中、ロータ2側からの漏れ磁束のみを検出したときの信号波形を実線にて、合成磁束を検出したときの信号波形を破線にて、それぞれ示している。
In FIG. 11, the middle diagram shows a waveform of a signal output when the
ホール素子21が合成磁束を検出することによる不具合について改めて説明すると、従来例では、通常、漏れ磁束の方向が変わる地点でロータ2の回転位置を検出することとしていた。一方、図11の上段図及び中段図に示すように、ロータ2側からの漏れ磁束のみを検出した場合と合成磁束を検出する場合とで、漏れ磁束の方向が変わる地点、すなわち、回転位置検出地点が異なってくる。つまり、漏れ磁束の方向が変わる地点でロータ2の回転位置を検出する従来の構成では、コイル通電時にホール素子21が合成磁束に基づいて回転位置を検出してしまうために、ロータ2側からの漏れ磁束のみに基づいて検出される本来の回転位置からずれた位置を検出してしまうことになる。
The trouble caused by the
以上のような問題に対する措置としては、ロータ2側からの漏れ磁束の方向が変化する際にステータ6側からの漏れ磁束が重畳しない位置にホール素子21やセンサピン24を配置することが考えられるが、モータの極数とスロット数との関係によってはステータ6側からの漏れ磁束が重畳しない位置が存在しないケースがあり得る。かかるケースでは、漏れ磁束の方向が変わる地点でロータ2の回転位置を検出しようとすると、上述した不具合により、ロータ2の回転位置を正しく検出することができず、当該回転位置の検出精度が低下してしまうことになる。
As measures against the above problems, it is conceivable to arrange the
これに対して、本モータ1では、ステータ6側からの漏れ磁束の強さが0となるときにホール素子21が検出した磁束の強さを基準としてロータ2の回転位置を検出することとしている。かかる検出方法について説明すると、本モータ1が備える回転位置検出回路は、不図示の記憶素子を有しており、当該記憶素子には、コイル(換言すると、巻線M)に通電していない状態でロータ2を回転させた際にホール素子21が検出する漏れ磁束の強さの最大値(以下、数値αという)が記憶されている。一方、コイルに通電している状態でロータ2を回転させた際にホール素子21が検出する合成磁束については、図11の上段図に示すような挙動を示すが、同図に示す通り、ステータ6側からの漏れ磁束の強さが0となる時点での合成磁束の強さ(以下、数値βという)は、ロータ2側からの漏れ磁束の強さの最大値、すなわち、数値αにほぼ等しくなる。ここで、数値αが数値βと略等しくなるという関係は、ブラシレスモータにおいて普遍的なものであり、モータ構造(例えば、モータの極数やスロット数)に関係なく成立する。
On the other hand, in this
そして、回転位置検出回路は、数値αと、コイルに通電してロータ2を回転させた際にホール素子21が検出した合成磁束の強さに応じた信号に基づいてロータ2の回転位置を検出する。具体的に説明すると、ホール素子21が検出した合成磁束の強さが数値αとなる時点では、ロータ2側からの漏れ磁束にステータ6側からの漏れ磁束が重畳したときの合成磁束の強さが、ステータ6側からの漏れ磁束が重畳していないロータ側から漏れ磁束のみの強さと略等しくなる。このことを考慮して、本モータ1の回転位置検出回路は、数値αを基準としてロータ2の回転位置を検出する。
The rotational position detection circuit detects the rotational position of the
より詳しく説明すると、ホール素子21は、図11の下段図に示すように、検出した合成磁束の強さが数値αとなった時点、換言すると、ステータ6側からの漏れ磁束の強さが0となった時点で信号を出力する。そして、回転位置検出回路は、当該信号を受信すると、ロータ2の回転位置が磁気中心に至ったと判断する。つまり、本モータ1では、ホール素子21が合成磁束を検出していたとしても、ステータ6側からの漏れ磁束の強さが0となった時点での合成磁束に基づいて回転位置を検出するので、かかる時点において検出された回転位置は、同時点にてロータ2側からの漏れ磁束のみに基づいて検出される回転位置と略等しくなる。
More specifically, as shown in the lower diagram of FIG. 11, the
以上のように本モータ1では、ステータ6側からの漏れ磁束の強さが0となるときにホール素子21が検出した磁束の強さを基準としてロータ2の回転位置を検出するので、例えロータ2側からの漏れ磁束にステータ6側からの漏れ磁束が重畳したとしても、正確にロータ2の回転位置を検出することが可能となる。また、ステータ6側からの漏れ磁束の強さが0となるときにホール素子21が検出する磁束の強さを基準とするので、ステータ6側からの漏れ磁束が重畳しない位置にセンサピン24を配置させる必要がない。つまり、センサピン24の配置位置については、モータの極数やスロット数に制限されることなく自由に設定することが可能となる。
As described above, in the
また、ステータ6側からの漏れ磁束の強さが0となるときのロータ2の回転位置については、コイルへの通電タイミングに依存して変化するという性質がある。かかる性質を利用して、ロータ2の回転位置を検出する時点での漏れ磁束の強さを適宜に設定すれば、狙いとするタイミングにてコイルへの通電を行うことが可能となる。
Further, the rotational position of the
以上までに本発明の一実施形態に係る回転電機、具体的にはアウタロータ型のブラシレスモータの構成を説明してきたが、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。 The configuration of the rotating electric machine according to the embodiment of the present invention, specifically, the outer rotor type brushless motor, has been described above. However, the above embodiment is for facilitating the understanding of the present invention. The present invention is not limited to this. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes the equivalents thereof.
また、上記の実施形態では、回転するロータ2とステータ6とがロータ2の径方向において互いに対向する位置に配置された構成を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、ロータ回転軸の方向(アキシャル方向)においてロータ及びステータが互いに対向する位置に配置された所謂アキシャルギャップ型のモータにも適用可能である。換言すると、ロータマグネットがアキシャル方向に複数配置されているモータにおいて漏れ磁束を検出してロータの回転位置を検出する場合にも本発明は適用される。
In the above-described embodiment, the configuration in which the
1 本モータ(回転電機)
2 ロータ(回転体)
3 ヨーク
4 ロータマグネット(磁石片)
5 回転軸
6 ステータ
7 固定子鉄心
7a ティース
7b スロット
8 エンドプレート(第2の磁性体)
8a 貫通穴
10 モータ本体
20,120,220,320,420 回転位置検出機構
21 ホール素子(磁束検出素子)
22 回路基板
23 回路保護ケース(第2の磁性体)
23a 貫通穴
24 センサピン(第1の磁性体)
31,32 金属体(第2の磁性体)
31a 貫通穴
128 エンドプレート
M 巻線
1 motor (rotary electric machine)
2 Rotor (Rotating body)
3
5 Rotating
8a Through
22
23a Through
31, 32 Metal body (second magnetic body)
31a Through hole 128 End plate M Winding
Claims (7)
前記回転体の前記磁石片と前記磁束検出素子との間に配置され、前記磁束検出素子に向けて延出した第1の磁性体と、
前記第1の磁性体とは異なる位置に配置され、かつ、前記磁束検出素子と隣り合う位置に配置された第2の磁性体と、を備えることを特徴とする回転電機。 A magnetic flux detecting element that detects a magnetic flux leakage from each of a plurality of magnet pieces arranged along the rotating body and outputs a signal corresponding to the strength of the magnetic flux leakage, and outputs an output signal from the magnetic flux detecting element. A rotational position detection circuit for detecting a rotational position of the rotating body based on the
A first magnetic body disposed between the magnet piece of the rotating body and the magnetic flux detection element, and extending toward the magnetic flux detection element;
A rotating electrical machine comprising: a second magnetic body disposed at a position different from the first magnetic body and disposed at a position adjacent to the magnetic flux detection element.
前記磁束検出素子の少なくとも一部は、前記貫通穴の内部に収容されており、
前記第1の磁性体は、前記貫通穴の開口に臨む位置に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。 The second magnetic body is a metal body in which a through hole is formed,
At least a part of the magnetic flux detection element is accommodated in the through hole,
The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the first magnetic body is disposed at a position facing the opening of the through hole.
前記金属体は、前記エンドプレートを成していることを特徴とする請求項2に記載の回転電機。 The rotating electrical machine is a motor having an end plate,
The rotating electrical machine according to claim 2, wherein the metal body forms the end plate.
前記金属体は、前記支持体中に埋め込まれていることを特徴とする請求項2に記載の回転電機。 A resin support for supporting the first magnetic body;
The rotating electrical machine according to claim 2, wherein the metal body is embedded in the support body.
前記第2の磁性体は、前記回路基板内に設けられた金属体であり、前記磁束検出素子の底面に当接していることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。 A circuit board on which the rotational position detection circuit is mounted;
2. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the second magnetic body is a metal body provided in the circuit board and is in contact with a bottom surface of the magnetic flux detection element.
前記回転位置検出回路は、前記巻線に通電していない状態で前記ロータを回転させた際に前記磁束検出素子が検出する前記漏れ磁束の強さの最大値を記憶しており、前記巻線に通電して前記ロータを回転させた際に前記磁束検出素子が検出した前記漏れ磁束の強さに応じた前記信号、及び記憶した前記最大値に基づいて前記回転位置を検出することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の回転電機。 The rotating electrical machine includes a rotor as the rotating body, a stator disposed at a position facing the rotor, a plurality of slots formed in the stator, and a winding wound between the slots. A motor with
The rotational position detection circuit stores a maximum value of the strength of the leakage magnetic flux detected by the magnetic flux detection element when the rotor is rotated in a state where the winding is not energized, and the winding The rotation position is detected based on the signal corresponding to the strength of the leakage magnetic flux detected by the magnetic flux detection element when the rotor is rotated by energizing the rotor and the stored maximum value. The rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 6.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN107070098A (en) * | 2017-03-01 | 2017-08-18 | 宁波市鄞州恒泰机电有限公司 | Motor |
-
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- 2013-05-22 JP JP2013107940A patent/JP2014230387A/en active Pending
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