JP2015047043A

JP2015047043A - ブラシレスモータ

Info

Publication number: JP2015047043A
Application number: JP2013178067A
Authority: JP
Inventors: 土屋　昌久; Masahisa Tsuchiya; 昌久土屋
Original assignee: Tokyo Parts Ind Co Ltd
Current assignee: Tokyo Parts Ind Co Ltd
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2015-03-12
Anticipated expiration: 2033-08-29
Also published as: CN104426318B; US9413210B2; JP6275415B2; CN104426318A; US20150061442A1

Abstract

【課題】部品コストの増大や組立作業性の低下を抑制しつつ、信頼性の高いインデックス信号を得ることができるアウターロータ型のブラシレスモータを提供する。【解決手段】駆動マグネット４３は、軸方向の一端側に延出されたインデックス用磁極部４４を有する。このインデックス用磁極部４４は、１つのＮ極４３ａの周方向中心から隣接する１つのＳ極４３ｂの周方向中心までの範囲以上、且つ、１つのＮ極４３ａの周方向一端部から隣接する１つのＳ極４３ｂの周方向他端部までの範囲以下において形成されている。そして、軸方向においてインデックス用磁極部４４に対向する位置に、磁束検出器５０を配した。【選択図】図２

Description

本発明は、インデックス検出機構を備えるアウターロータ型のブラシレスモータに関する。

プロジェクタ装置のカラーホイール、プリンタ装置のポリゴンミラー等を回転駆動させるスピンドルモータとして、アウターロータ型のブラシレスモータが用いられている。このようなブラシレスモータとして、１回転につき１パルスの位置信号（インデックス信号）を出力し、ロータの回転位置を検出するインデックス検出機構を備えるものが知られている。

例えば特許文献１に記載のブラシレスモータでは、ロータヨークの複数箇所に窓部を設け、ロータヨークの内周に嵌め込まれたリング状の駆動マグネットの一部に、各窓部を介して外方へ突出する突出部を設けている。そして、この突出部の一つが駆動マグネットのＮ極とＳ極に跨る部位に設けられ、突出部に対向する位置に磁束検出素子を配している。

特許文献１に記載のブラシレスモータによれば、ロータヨークが回転する際、磁束検出素子により突出部からの磁束が検出され、ロータヨークの１回転毎に１パルスからなるインデックス信号が出力される。

特開２００１−３３９８８９号公報

特許文献１に記載のブラシレスモータでは、ロータヨークに窓部を設け、この窓部から駆動マグネットの一部を径方向外側に突出させているため、この窓部を広くし過ぎると、モータ効率が低下し易い。
そのため、特許文献１に記載のブラシレスモータでは、一つの突出部を駆動マグネットのＮ極とＳ極に跨る部位に設けてはいるものの、Ｎ極とＳ極の境界から僅かな範囲（それぞれ各磁極の１／４程度の範囲）に限って突出部を形成している。

しかしながら、Ｎ極とＳ極の境界付近は各磁極の周方向中央部に比べて磁束密度が小さいため、磁束検出素子によって検出される磁束は、環境温度による駆動マグネットの磁界の変化のみならず、突出部と磁束検出素子との相対位置のばらつきや、磁気の外乱の影響を受け易い。そのため、信頼性の高いインデックス信号を得るためには、モータを構成する複数の部品の高い寸法精度や、突出部と磁束検出素子との高精度な位置決めが要求され、部品コストの増大や組立作業性の低下といった問題がある。

そこで、本発明は、部品コストの増大や組立作業性の低下を抑制しつつ、信頼性の高いインデックス信号を得ることができるブラシレスモータを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、ロータケースの内側に固定され、周方向に交互にＮ極およびＳ極に着磁された円筒状の駆動マグネットを備えるアウターロータ型のブラシレスモータにおいて、
前記駆動マグネットは、１つのＮ極の周方向中心から前記Ｎ極に隣接する１つのＳ極の周方向中心までの範囲以上、且つ、前記Ｎ極の周方向一端部から前記Ｎ極に隣接する１つのＳ極の周方向他端部までの範囲以下において、軸方向の一端側に延出されたインデックス用磁極部を有し、
軸方向において前記インデックス用磁極部に対向する位置に、磁束検出器が配されていることを特徴としているものである。

上記本発明のブラシレスモータは、さらなる好ましい特徴として、
「前記インデックス用磁極部は、周方向の両端部から周方向の中央部に向かって傾斜する傾斜部を有すること」、
「前記傾斜部は、各磁極の周方向中心に達しない範囲で形成されていること」、
「前記インデックス用磁極部の下端は、前記ロータケースの下端と略面一に配されていること」、
を含む。

本発明のブラシレスモータによれば、磁束密度の高い磁極の周方向中心部からの磁束を利用してインデックス信号を出力するようにしているため、環境温度変化や磁気の外乱の影響を受け難くなる。これにより、モータを構成する部品の寸法精度や、インデックス用磁極部と磁束検出器との位置決め精度を緩和でき、部品コストの増大や組立作業性の低下を抑制しつつ、信頼性の高いインデックス信号を得ることができる。

本発明の一実施形態例に係るブラシレスモータを一部断面で示す側面図である。図１のブラシレスモータにおける駆動マグネットを示し、（ａ）は駆動マグネットの底面図、（ｂ）は駆動マグネットの側面図である。本発明で用いることができる駆動マグネットの他の例を示す側面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明の態様あるいは技術的特徴は以下に記載のものに限定されることなく、明細書全体および図面に記載されたもの、或いはそれらの記載から当業者が把握することのできる発明思想に基づいて認識されるものである。

本発明の一実施形態例に係るブラシレスモータを、図１および図２を用いて説明する。
本例のアウターロータ型のブラシレスモータは、主に、取付板１０、軸受部２０、ステータ部３０およびロータ部４０で構成されている。

取付板１０は、表面に印刷回路を形成した、いわゆる鉄基板、あるいは鉄基板に印刷配線板を重ねた基板などで構成されている。

軸受部２０は、軸受ホルダ２１と、軸受２２と、スラスト板２３を有している。
軸受ホルダ２１は、軸受２２を内側に保持して固定するものであり、耐油性、耐熱性、形状安定性等に優れる樹脂材料からなる一体成形品や、金属材料の切削品や深絞り品などを用いることができ、本例では真鍮製の切削品を用いている。この軸受ホルダ２１は、取付板１０に設けられている貫通孔に圧入等によって嵌合固定されている。
軸受２２は、回転軸４１を回転自在に支持するラジアル軸受であり、筒状の焼結メタルに潤滑油が含浸されている。
スラスト板２３は、耐摩耗性の樹脂板からなり、回転軸４１の下端を支持するものである。

ステータ部３０は、ステータコア３１、コアカバー３２及びコイル３３を有する。
ステータコア３１は、複数の突極が形成された板状コアの積層体からなり、軸受ホルダ２１の外周に形成されている段差部に載置された状態で固定されている。ステータコア３１の表面には、絶縁性樹脂からなるコアカバー３２が配され、このコアカバー３２を介してコイル３３が巻かれている。

ロータ部４０は、回転軸４１と、この回転軸４１と一体に回転するロータケース４２と、このロータケース４２の内側に固定された駆動マグネット４３を有する。
回転軸４１は、下端がスラスト板２３に支持され、軸受２２によって回転自在に支持されている。
ロータケース４２は、磁性を有する板材でキャップ状に形成されており、回転軸４１と同軸で円筒状に形成された円筒部４２ａと、この円筒部４２ａの上面を覆う上面部４２ｂを有している。上面部４２ｂの中心にはバーリング部４２ｃが形成されており、回転軸４１はこのバーリング部４２ｃに圧入され固定されている。

ロータケースの円筒部４２ａの内側には、ステータコア３１の突極と径方向で対向する円筒状の駆動マグネット４３が嵌め込まれて固定されている。この駆動マグネット４３は、図２に示すように、周方向にＮ極とＳ極が交互にそれぞれ６極着磁されており、磁極ピッチは３０°である。駆動マグネット４３の各極の着磁形状は、いわゆる正弦波着磁もしくは台形波着磁となっており、磁極の周方向端部よりも周方向中心部が高い磁束密度を有する。なお、図２においては、磁極の境界部分を破線で示している。

駆動マグネット４３は、軸方向の一端側に延出されたインデックス用磁極部４４（図２（ｂ）中に斜線を付している部分）を有している。
インデックス用磁極部４４は、１つのＮ極の周方向中心から当該Ｎ極に周方向で隣接する１つのＳ極の周方向中心までの範囲以上に亘って形成される。この範囲よりも周方向に狭い場合には、磁束密度の高い磁極の中心部からの磁束を十分に利用することができず、本発明による効果が十分に得られない。
また、インデックス用磁極部４４は、１つのＮ極の周方向一端部から当該Ｎ極に周方向で隣接する１つのＳ極の周方向他端部までの範囲以下に亘って形成される。この範囲よりも周方向に広い場合には、１回転につき２パルス以上のインデックス信号が出力される可能性が高まり、ロータの回転位置を検出する上で支障が生じ易い。

本例のインデックス用磁極部４４は、図２に示すように、１つのＮ極４３ａの周方向一端部から隣接するＳ極４３ｂの周方向他端部までの範囲（即ち、機械角にして６０°の範囲）に亘り、軸方向に延出されている。
また、本例のインデックス用磁極部４４は、周方向の両端部から周方向の中央部に向かって傾斜する傾斜部４４ａを有している。この傾斜部４４ａは、各磁極の周方向中心に達しない範囲で形成されており、本例では機械角にして１０°の範囲で設けられている。なお、傾斜部４４ａは直線状な傾斜に限らず、任意の曲線状の傾斜であってもよい。

本例の駆動マグネット４３の高さ寸法Ｈ１は約４ｍｍであり、インデックス用磁極部４４の高さ寸法Ｈ２は約１ｍｍとなっている。また、インデックス用磁極部４４の下端は、ロータケース４２の下端から突き出ておらず、ロータケース４２の下端と略面一になっている。

取付板１０の上には、駆動マグネット４３のインデックス用磁極部４４と軸方向（図１の上下方向）で対向するように、磁束検出器５０が配されている。本例では、磁束検出器５０として、ホール素子と信号変換回路を有するホールＩＣを用いている。ホール素子は、ホール効果を利用した磁電変換素子であり、インデックス用磁極部４４による磁界の磁束密度に比例した電気信号（電圧信号）を出力する。信号変換回路は、ホール素子の出力信号に基づき、ロータ部４０の１回転につき１パルスのインデックス信号を出力し、ロータ部４０の回転位置を検出することができるものである。
なお、信号変換回路におけるインデックス信号の出力動作としては、例えばホール素子の電圧信号と予め決められた基準電圧とを比較し、基準電圧より高い成分に基づいてパルスからなるインデックス信号を出力する方法や、ホール素子の電圧信号が基準電圧を超えた後にゼロクロスするタイミングでパルスからなるインデックス信号を出力する方法など、公知の方法を適用することができる。

以上の構成を有する本例のブラシレスモータによれば、インデックス用磁極部４４を径方向ではなく軸方向に突出させているため、ロータケース４２に窓部を設ける必要がなく、モータ効率の低下を抑制することができる。

また、一般に本例のようなブラシレスモータでは、インデックス用磁極部４４と磁束検出器５０との隙間は１ｍｍ程度と非常に狭く設定されるものであるが、この隙間はモータを構成する複数の部品の軸方向寸法誤差が累積することに起因して製品毎にばらつく傾向がある。このため、この隙間のばらつきを考慮し、インデックス用磁極部４４と磁束検出器５０が接触しないように隙間を少し大きく設計する必要がある。しかし、インデックス用磁極部４４と磁束検出器５０の隙間が大きい程、インデックス用磁極部４４が発生する磁界による電気信号が小さくなる。
このため、周方向中央部に比べて磁束密度が小さいＮ極とＳ極の境界から僅かな範囲に限ってインデックス用磁極部を形成したのでは、モータを使用する際の環境温度の変化や上記のような隙間のばらつきに起因する磁界の低下によって、磁気の外乱の影響を受け易くなる。その結果、インデックス信号を出力することができなかったり、インデックス信号の発生位置が変化したりして、ロータ部の回転位置を精度良く検出できなくなる。

そこで、本例のブラシレスモータでは、インデックス用磁極部４４の突出範囲を、１つのＮ極の周方向中心から当該Ｎ極に周方向で隣接する１つのＳ極の周方向中心までの範囲以上、且つ、当該Ｎ極の周方向一端部から当該Ｎ極に周方向で隣接する１つのＳ極の周方向他端部までの範囲以下に設定し、磁束密度の高い磁極の中心部からの磁束を利用してインデックス信号を出力するようにしている。
これにより、本例のブラシレスモータによれば、インデックス用磁極部４４と磁束検出器５０との相対的な位置決め精度が緩和され、モータの組立作業性を高めることができると共に、より信頼性の高いインデックス信号を得ることができる。

また、本例のブラシレスモータでは、インデックス用磁極部４４に傾斜部４４ａを形成したことにより、駆動マグネット４３の欠けや割れを効果的に抑制することができる。
また、傾斜部４４ａを各磁極の周方向中心に達しない範囲で形成したことにより、駆動マグネット４３の欠けや割れを抑制しつつ、磁束密度が大きい周方向中央部が発生する磁界を最大限利用してインデックス信号を得ることができる。

以上、本発明の一実施形態例を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で上記実施形態例を適宜に変形可能である。
例えば、駆動マグネットに関しては図３に示すような様々な形態が可能である。なお、図３に示すものも１２極着磁であるが、磁極数は何ら限定されない。
図３（ａ）に示す駆動マグネット４３は、傾斜部を設けない場合において、インデックス用磁極部４４を最大限の範囲に形成した例である。
図３（ｂ）に示す駆動マグネット４３は、傾斜部を設けない場合において、インデックス用磁極部４４を最小限の範囲に形成した例である。
図３（ｃ）に示す駆動マグネット４３は、インデックス用磁極部４４を最大限の範囲に形成すると共に、２つの傾斜部４４ａを各磁極の周方向中心まで設けた例である。
図３（ｄ）に示す駆動マグネット４３は、２つの曲線状の傾斜部４４ａを各磁極の周方向中心まで設けた例である。
図３（ａ）〜（ｄ）のような駆動マグネットを用いた場合にも、磁束密度の高い磁極の中心部からの磁束を利用してインデックス信号を出力することができ、磁気の外乱の影響を受け難く、信頼性の高いインデックス信号を得ることができる。

１０取付板
２０軸受部
２１軸受ホルダ
２２軸受
２３スラスト板
３０ステータ部
３１ステータコア
３２コアカバー
３３コイル
４０ロータ部
４１回転軸
４２ロータケース
４２ａ円筒部
４２ｂ上面部
４２ｃバーリング部
４３駆動マグネット
４３ａＮ極
４３ｂＳ極
４４インデックス用磁極部
４４ａ傾斜部
５０磁束検出器

Claims

ロータケースの内側に固定され、周方向に交互にＮ極およびＳ極に着磁された円筒状の駆動マグネットを備えるアウターロータ型のブラシレスモータにおいて、
前記駆動マグネットは、１つのＮ極の周方向中心から前記Ｎ極に隣接する１つのＳ極の周方向中心までの範囲以上、且つ、前記Ｎ極の周方向一端部から前記Ｎ極に隣接する１つのＳ極の周方向他端部までの範囲以下において、軸方向の一端側に延出されたインデックス用磁極部を有し、
軸方向において前記インデックス用磁極部に対向する位置に、磁束検出器が配されていることを特徴とするブラシレスモータ。
前記インデックス用磁極部は、周方向の両端部から周方向の中央部に向かって傾斜する傾斜部を有することを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ。
前記傾斜部は、各磁極の周方向中心に達しない範囲で形成されていることを特徴とする請求項２に記載のブラシレスモータ。
前記インデックス用磁極部の下端は、前記ロータケースの下端と略面一に配されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のブラシレスモータ。