JP2016178751A - Brushless motor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、回転磁界を発生するステータと、このステータの内部に回転自在に設けられた複数の磁石を有するロータと、このロータからの漏れ磁束に基づいてロータの周方向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に関する。 The present invention detects a rotational position in the circumferential direction of a rotor based on a stator that generates a rotating magnetic field, a rotor having a plurality of magnets rotatably provided inside the stator, and leakage magnetic flux from the rotor. The present invention relates to a brushless motor including a magnetic sensor.
磁石を有したロータの漏れ磁束の極性を検出してロータ位置の検出を行う磁気センサを備え、モータコイルへの通電を適切に切り替えて回転磁界を発生させてロータを回転させるブラシレスモータにおいては、磁気センサが極性を判定するためのしきい値を上回る磁束を磁気センサに供給する必要がある。
この場合、磁気センサへ到達する磁束が小さいときや、磁気センサの位置での磁束の極性の切り替わりが緩やかであるときには、磁束が前記しきい値を上回るのに時間を要してしまい、磁気センサの検出に遅れが生じることがある。
この結果、モータの通電相を切り替えられるべき本来のタイミングに対して、遅れが生じることになり、その結果、モータの性能低下を招く場合がある。
In a brushless motor that includes a magnetic sensor that detects the polarity of a leakage magnetic flux of a rotor having a magnet and detects the rotor position, and switches the motor coil appropriately to generate a rotating magnetic field to rotate the rotor. It is necessary to supply the magnetic sensor with a magnetic flux that exceeds the threshold value for the magnetic sensor to determine the polarity.
In this case, when the magnetic flux reaching the magnetic sensor is small, or when the polarity of the magnetic flux is slowly switched at the position of the magnetic sensor, it takes time for the magnetic flux to exceed the threshold value. Detection may be delayed.
As a result, a delay occurs with respect to the original timing at which the energized phase of the motor should be switched, and as a result, the performance of the motor may be reduced.
これに対して、磁気センサであるホール素子の検出精度を高めることを目的に、ロータコアの磁路に孔による空隙を設けることで、そこから漏れ磁束を発生させて、ホール素子に給する磁束を増加させるブラシレスモータが知られている(例えば、特許文献1参照)。 On the other hand, for the purpose of improving the detection accuracy of the Hall element that is a magnetic sensor, by providing a gap by a hole in the magnetic path of the rotor core, a leakage magnetic flux is generated therefrom, and the magnetic flux supplied to the Hall element is A brushless motor to be increased is known (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、上記ブラシレモータでは、ロータコアの磁路に孔を形成することで、漏れ磁束を増加させているものの、磁束がホール素子へ有効に導かれるような構成にはなっていない。
また、上記特許文献1には、漏れ磁束をさらに増加させるために、センシング用磁石を追加した構成が示されているが、部品点数及びコストの増加を招くという問題点がある。
However, although the brushless motor increases the leakage magnetic flux by forming a hole in the magnetic path of the rotor core, it is not configured to effectively guide the magnetic flux to the Hall element.
Moreover, although the said
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、ロータコアの端面に磁気センサ側に突出した磁束誘導部を設けることで、磁気センサに達するロータの漏れ磁束量を増加させることができ、磁気センサの検出遅れを低減し、出力効率を向上させることができるブラシレスモータを得ることを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems, and by providing a magnetic flux guiding portion projecting toward the magnetic sensor on the end surface of the rotor core, the amount of leakage magnetic flux of the rotor reaching the magnetic sensor. An object of the present invention is to obtain a brushless motor that can increase the output, reduce the detection delay of the magnetic sensor, and improve the output efficiency.
この発明に係るブラシレスモータは、薄板鋼板を軸線方向に積層して構成されシャフトに固定されたロータコア、及びこのロータコアに周方向に間隔を空けて固定された複数の磁石を有する回転自在のロータと、
このロータを周方向に沿って囲って設けられ先端部が径内側方向に延び周方向に間隔を空けて複数のスロットを形成する複数のティースを有するステータコア、及び前記ティースに導線が巻回され導線に通電することで回転磁界が発生するステータコイルを有するステータと、
前記ロータに前記軸線方向に対向して設けられ前記磁石の磁束の極性を検出して前記ロータの周方向の回転位置を検出する磁気センサと、を備え、
前記ロータコアは、端面に周方向に間隔を空けて前記磁気センサ側に突出して設けられ、前記磁束を前記磁気センサに導く複数の磁束誘導部を有している。
A brushless motor according to the present invention includes a rotor core configured by laminating thin steel plates in an axial direction and fixed to a shaft, and a rotatable rotor having a plurality of magnets fixed to the rotor core at intervals in the circumferential direction; ,
A stator core having a plurality of teeth provided so as to surround the rotor in the circumferential direction and having a tip portion extending radially inward and forming a plurality of slots at intervals in the circumferential direction, and a conductive wire wound around the teeth. A stator having a stator coil that generates a rotating magnetic field by energizing
A magnetic sensor that is provided facing the rotor in the axial direction and detects the rotational position of the rotor in the circumferential direction by detecting the polarity of the magnetic flux of the magnet;
The rotor core has a plurality of magnetic flux guide portions that are provided on the end surface so as to protrude toward the magnetic sensor at intervals in the circumferential direction and guide the magnetic flux to the magnetic sensor.
この発明に係るブラシレスモータによれば、ロータコアの端面に磁束誘導部を設けることで、ロータの漏れ磁束を効率よく磁気センサに供給することができる。
このため、磁気センサが検出する磁束においては、ロータの回転角度に対する極性の切り替わり前後の磁束変化を急峻にすることができるので、磁気センサのしきい値に基づく検出遅れが低減され、これによりステータコイルの通電の切り替え遅れが低減されて出力効率が向上する。
According to the brushless motor according to the present invention, by providing the magnetic flux guiding portion on the end face of the rotor core, the leakage magnetic flux of the rotor can be efficiently supplied to the magnetic sensor.
For this reason, in the magnetic flux detected by the magnetic sensor, the change in magnetic flux before and after the switching of the polarity with respect to the rotation angle of the rotor can be made steep, so that the detection delay based on the threshold value of the magnetic sensor is reduced. The delay in switching the energization of the coil is reduced and the output efficiency is improved.
以下、この発明の各実施の形態のブラシレスモータを図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。 Hereinafter, the brushless motor of each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding members and parts will be described with the same reference numerals.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1のブラシレスモータ1を示す断面図である。
この実施の形態1のブラシレスモータ1(以下、モータと略称する。)は、平板状のブラケット15及びブラケット15の表面を覆った有底円筒形状のハウジング14と、ブラケット15に設けられた第1ベアリング6及びハウジング14に設けられた第2ベアリング7により両端部が回転自在に支持されたシャフト5に固定されたロータ2と、ハウジング14の内壁面に固定されロータ2を周方向に沿って囲ったステータ8と、ブラケット15に取り付けられた基板13上に設けられロータ2の端面と対向した磁気センサであるホール素子12と、を備えている。
FIG. 1 is a sectional view showing a
The brushless motor 1 (hereinafter abbreviated as “motor”) according to the first embodiment includes a
上記ロータ2は、薄板鋼板3dを軸線方向に積層して構成されたロータコア3と、このロータコア3に周方向に間隔を空けて固定された複数の磁石4と、を有している。
上記ステータ8は、先端部が径内側方向に延び周方向に間隔を空けて複数のスロットを形成する複数のティースを有するステータコア9と、ティースに導線がインシュレータ10を介して巻回され導線に通電することで回転磁界が発生するステータコイル11と、を有している。
ロータコア3及びステータコア9は、第2ベアリング7側では同一高さであり、第1ベアリング6側では、ロータコア3の端面がステータコア9の端面と比較してホール素子12側に突出している。
これにより、ステータ8と径方向に対向しているロータ2の部位は、モータ1のトルク発生に寄与し、ステータ8の端面からホール素子12側に突出したロータ2の部位は、ホール素子12に供給する磁束の発生に寄与する。
The
The stator 8 has a
The
Thus, the portion of the
図2は、図1のロータ2をホール素子12側から軸線方向に視たときの図である。
ロータコア3には、周方向に等間隔に配置されて軸線方向に貫通した複数の磁石埋め込み用孔3aが形成されており、磁石4が磁石埋め込み用孔3aに固定された埋め込み磁石型ロータを構成する。
なお、磁石4は、接着剤を磁石埋め込み用孔3aに流し込んでロータコア3に固定してもよく、あるいは磁石埋め込み用孔3aに圧入して固定してもよい。
磁石4は、隣り合う磁石どうしの極が異なるように着磁されており、ロータコア3の外周には周方向に複数の極が形成される。
また、ロータコア3の中心部には円形状の孔3bが形成されており、ロータコア3は、例えばシャフト5が孔3bに圧入されて固定されている。
FIG. 2 is a view of the
The
The
The
A
ここで、ロータコア3のホール素子12側の一枚の薄板鋼板3dは、磁石4の径方向の外側の外周縁部に、図3に示すように、隣り合う磁石4の極間を中心としてホール素子12側に突出した凸状の磁束誘導部3cが形成されている。薄板鋼板3dを、例えばプレス加工により形成された磁束誘導部3cは、ロータ2の漏れ磁束をホール素子12側に導く機能を有している。
Here, one
モータ1は、ロータ2の漏れ磁束の検出信号をホール素子12から受け取り、適切な相への通電に切り換えるための演算回路を有する制御回路(図示しない)を有している。
具体的には、ホール素子12は、検出したロータ2の漏れ磁束から極性を判定し、制御回路に信号を送る。制御回路は、ホール素子12からの信号に基づき、適切な通電相を判定し、ステータコイル11への通電相を順次切り換えて行くことで、ステータ8に回転磁界を発生させる。そして、この回転磁界がロータ2の磁極を引っ張ることで、ロータ2は、シャフト5を中心にして回転する。
The
Specifically, the
図4は、実施の形態1のモータ1の変形例であって、ロータ2をホール素子12側から軸線方向に視たときの図である。
この変形例では、磁束誘導部3cは、各磁石4の径方向の外側であってそれぞれの周方向の中間部に形成されている。この磁束誘導部3cは、図1の薄板鋼板3dと同様に、一枚の薄板鋼板3dをプレス加工により形成されている。
FIG. 4 is a modification of the
In this modification, the magnetic
図5は、実施の形態1のホール素子12の位置における、ロータ2の回転角度とロータ2の漏れ磁束密度との関係を示す特性図である。
図5において、破線は、磁束誘導部3cを有しないロータ、実線は、磁束誘導部3cが周方向に隣接した磁石4間、即ち極間に形成された、図2に示すロータ2、一点鎖線は、磁束誘導部3cが磁石4の中間部、即ち極中央に形成された、図4に示すロータ2である。
図5から、磁束誘導部3cが極間あるいは極中央の何れに形成された場合であっても、磁束誘導部3cを有しないロータに比べて、ロータ2の回転の全域において磁束密度が増加していることがわかる。
また、図5の極中心線Cでは、磁束密度の値が磁束誘導部3cを極中央に形成した場合に最大であることがわかる。
さらに、磁束誘導部3cが極間あるいは極中央の何れに形成された場合であっても、磁束密度の増加に伴って、極性の切り替わり付近の磁束密度の変化、即ち勾配も急峻になることがわかる。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the rotation angle of the
In FIG. 5, the broken line is the rotor without the magnetic
From FIG. 5, even if the magnetic
Further, it can be seen that the value of the magnetic flux density is maximum when the magnetic
Further, even when the magnetic
図5では、ホール素子12が極性の反転を検出する時のしきい値を点線で示している。これによれば、磁束誘導部3cを極間に形成した場合の検出遅れ角度A1、及び磁束誘導部3cを極中央に形成した場合の検出遅れ角度A2は何れも、磁束誘導部を有しない場合の検出遅れ角度Bに比べて小さくなっており、検出遅れが低減されていることがわかる。
In FIG. 5, the threshold value when the
以上説明したように、この実施の形態1のモータ1によれば、ロータコア3は、端面に周方向に間隔を空けてホール素子12側に突出して設けられた複数の磁束誘導部3cを有しているので、ロータ2の漏れ磁束を効率よくホール素子12に供給することができる。そのため、ホール素子12に到達する磁束の、極性の切り替わり付近の磁束勾配が急峻になり、ホール素子12の検出遅れを低減することができる。
従って、モータ1の通電切り替えの遅れが低減されて、モータ1の出力効率を高めることができる。
As described above, according to the
Therefore, the delay in switching the energization of the
また、磁石4をロータコア3の端面からホール素子12側に延出することなくホール素子12に供給する磁石4の磁束を増すことができるので、部品コストの増加を招かない。
さらに、ホール素子12への磁束供給のためのセンサ用磁石を磁石4とは別に設置する必要がないので、モータ1の軸線方向長さの増加を招かず、モータ1の全体形状を扁平にすることができる。
Moreover, since the magnetic flux of the
Further, since it is not necessary to install a sensor magnet for supplying magnetic flux to the
また、磁束誘導部3cは、薄板鋼板3dをプレスにより凸状に押し出すことで容易に形成され、低コストで実現が可能である。
さらに、磁束誘導部3cの周方向の長さや、ロータ2の端面からの突き出す高さは、任意に設定することができる。
これにより、磁束誘導部3cを、磁石4の磁束強さやホール素子12の配置に応じて所望の漏れ磁束を得るための形状に最適化することができる。
Further, the magnetic
Furthermore, the length in the circumferential direction of the magnetic
Thereby, the magnetic flux guidance |
また、磁束誘導部3cは、軸線方向においてステータコア9よりもホール素子12側に突出している。
このため、磁束誘導部3cから放出された磁束がステータコア9に流れてしまうことが低減され、ホール素子12に多くの磁束が誘導される。
Further, the magnetic
For this reason, it is reduced that the magnetic flux emitted from the magnetic
また、ロータコア3の端面は、ステータコア9の端面よりもホール素子12側に突出している。
従って、ステータコア9の端面よりもホール素子12側に突出したロータ2の端部からの磁束は、磁束誘導部3cを通じてより多くホール素子12に供給される。
Further, the end surface of the
Therefore, more magnetic flux from the end of the
また、図5からわかるように、磁束誘導部3cを極間、あるいは極中央のいずれに形成しても同様の効果が得られるため、何れの位置に磁束誘導部3cを形成するかは、磁石4の大きさなどで適宜選択をすればよい。
例えば、磁石4が周方向に沿う長さが短い、即ち周方向に隣接した磁石4間の距離が長い場合には、磁束誘導部3cの周方向の長さが長くなってしまうので、変形しやすくなることも考えられる。その場合には、磁束誘導部3cの変形を回避するために、短い磁束誘導部3cで構成できるように、極中央で磁束誘導部3cを形成するようにしてもよい。
Further, as can be seen from FIG. 5, since the same effect can be obtained regardless of whether the magnetic
For example, when the length of the
実施の形態2.
図6はこの発明の実施の形態2のモータ1のロータ2をホール素子12側から軸線方向に視たときの図である。
この実施の形態2のモータ1では、磁束誘導部3cが磁石4の径方向内側に設けられている。
他の構成は、実施の形態1のモータ1と同じである。
FIG. 6 is a view of the
In the
Other configurations are the same as those of the
この実施の形態2のモータ1では、磁束誘導部3cは、周方向に隣接した磁石4間の磁束の大半が流れる磁路に形成されている。
このため、実施の形態1と同等かそれ以上の磁束が磁束誘導部3cを通過するので、さらにホール素子12に導かれる漏れ磁束の量を増加させることができる。
また、磁束誘導部3cは、ステータコア9から離れた位置に形成されているので、ステータコア9からの漏れ磁束が磁束誘導部3cに重畳される量が低減される。
これにより、ホール素子12は、ロータ2の磁極をより正確に検出することができて、検出遅れによる通電切り替え遅れが低減されて、モータ1の出力効率を向上させることができる。
なお、磁束誘導部3cは、磁石4の周方向の中央部である極中央に形成されていてもよく、この場合でも同様の効果を得ることができる。
In the
For this reason, since the magnetic flux equivalent to or higher than that of the first embodiment passes through the magnetic
Further, since the magnetic
As a result, the
In addition, the magnetic flux guidance |
実施の形態3.
図7は、この発明の実施の形態3のモータ1のロータ2をホール素子12側から軸線方向に視たときの図である。
この実施の形態3のモータ1では、ロータ2は、複数の薄板鋼板3dを積層したロータコア3と、ロータコア3の中心部の孔3bに圧入等により固定されたシャフト5と、ロータコア3の外周に設けられた複数の磁極が着磁されたリング状磁石40と、を備えている。リング状磁石40は、接着などの方法を用いてロータコア3の外周面に固定される。
磁束誘導部3cは、リング状磁石40の内径側であって極間に形成されている。
他の構成は、実施の形態1のモータ1と同じである。
FIG. 7 is a view of the
In the
The magnetic
Other configurations are the same as those of the
この実施の形態3のモータ1によれば、実施の形態2のモータ1と同様に、磁束誘導部3cは、リング状磁石40の極間の磁路に形成されている。
このため、リング状磁石40を用いた表面磁石型ロータの場合であっても、極間の磁路を流れる磁束の多くが磁束誘導部3cを通過するので、磁束誘導部3cからホール素子12に誘導される漏れ磁束を増やすことができ、実施の形態1のモータ1と同様の効果を得ることができる。
According to the
For this reason, even in the case of the surface magnet type rotor using the ring-shaped
なお、この実施の形態3のモータ1では、リング状磁石40の場合について説明したが、瓦状あるいは弓状の形状をした磁石をロータコア3の外周面に複数個配置した表面磁石型ロータであってもよい。
さらに、実施の形態1及び2のモータ1と同様に、磁束誘導部3cを極中央に形成した場合でも、同様の効果を得ることができる。
In the
Further, similar to the
なお、この発明は、上述した実施の形態1〜3のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜、変形、省略することが可能である。
例えば、各実施の形態では、磁束誘導部3cは、ロータ2の端部の1枚の薄板鋼板3dにより形成したが、これに限られるものではなく、複数枚の薄板鋼板3dにそれぞれ凹凸部を形成し、それらを軸線方向に嵌め合わせて積層することで磁束誘導部3cを形成してもよい。
この磁束誘導部3cの場合、強度が増大して変形しにくくなり、また磁束誘導部3cでの磁気抵抗が小さくなり、より多くの漏れ磁束がホール素子12に供給される。
また、突出体を別途製造し、この突出体をロータコア3の薄板鋼板3d上に溶接することで、この突出体を磁束誘導部としてもよい。
また、磁気センサとしてホール素子12を用いて説明したが、勿論このものに限定されるものではなく、例えば磁気抵抗素子を用いてもよい。
In addition, this invention is not limited to the thing of Embodiment 1-3 mentioned above, In the range which does not deviate from the summary, it can change suitably and can be abbreviate | omitted.
For example, in each embodiment, the magnetic
In the case of the magnetic
Alternatively, a protrusion may be separately manufactured, and the protrusion may be welded onto the
Further, although the
1 ブラシレスモータ、2 ロータ、3 ロータコア、3a 磁石埋め込み用孔、3b 孔、3c 磁束誘導部、3d 薄板鋼板、4 磁石、5 シャフト、6 第1ベアリング、7 第2ベアリング、8 ステータ、9 ステータコア、10 インシュレータ、11 ステータコイル、12 ホール素子(磁気センサ)、13 基板、14 ハウジング、15 ブラケット、40リング状磁石。
DESCRIPTION OF
この発明に係るブラシレスモータは、薄板鋼板を軸線方向に積層して構成されシャフトに固定されたロータコア、及びこのロータコアに周方向に間隔を空けて固定された複数の磁石を有する回転自在のロータと、
このロータを周方向に沿って囲って設けられ先端部が径内側方向に延び周方向に間隔を空けて複数のスロットを形成する複数のティースを有するステータコア、及び前記ティースに導線が巻回され導線に通電することで回転磁界が発生するステータコイルを有するステータと、
前記ロータに前記軸線方向に対向して設けられ前記磁石の磁束の極性を検出して前記ロータの周方向の回転位置を検出する磁気センサと、を備え、
前記ロータコアは、端面に周方向に間隔を空けて前記磁気センサ側に突出して設けられ、前記磁束を前記磁気センサに導く複数の磁束誘導部を有しており、
各前記磁束誘導部は、隣接した前記磁石間に設けられている。
A brushless motor according to the present invention includes a rotor core configured by laminating thin steel plates in an axial direction and fixed to a shaft, and a rotatable rotor having a plurality of magnets fixed to the rotor core at intervals in the circumferential direction; ,
A stator core having a plurality of teeth provided so as to surround the rotor in the circumferential direction and having a tip portion extending radially inward and forming a plurality of slots at intervals in the circumferential direction, and a conductive wire wound around the teeth. A stator having a stator coil that generates a rotating magnetic field by energizing
A magnetic sensor that is provided facing the rotor in the axial direction and detects the rotational position of the rotor in the circumferential direction by detecting the polarity of the magnetic flux of the magnet;
The rotor core has a plurality of magnetic flux guide portions provided on the end face so as to protrude toward the magnetic sensor with a circumferential interval, and guides the magnetic flux to the magnetic sensor .
Each of the magnetic flux induction portions is provided between the adjacent magnets .
Claims (9)
このロータを周方向に沿って囲って設けられ先端部が径内側方向に延び周方向に間隔を空けて複数のスロットを形成する複数のティースを有するステータコア、及び前記ティースに導線が巻回され導線に通電することで回転磁界が発生するステータコイルを有するステータと、
前記ロータに前記軸線方向に対向して設けられ前記磁石の磁束の極性を検出して前記ロータの周方向の回転位置を検出する磁気センサと、を備え、
前記ロータコアは、端面に周方向に間隔を空けて前記磁気センサ側に突出して設けられ、前記磁束を前記磁気センサに導く複数の磁束誘導部を有しているブラシレスモータ。 A rotor core configured by laminating thin steel plates in the axial direction and fixed to the shaft, and a rotatable rotor having a plurality of magnets fixed to the rotor core at intervals in the circumferential direction;
A stator core having a plurality of teeth provided so as to surround the rotor in the circumferential direction and having a tip portion extending radially inward and forming a plurality of slots at intervals in the circumferential direction, and a conductive wire wound around the teeth. A stator having a stator coil that generates a rotating magnetic field by energizing
A magnetic sensor that is provided facing the rotor in the axial direction and detects the rotational position of the rotor in the circumferential direction by detecting the polarity of the magnetic flux of the magnet;
The rotor core is a brushless motor that has a plurality of magnetic flux guiding portions that are provided on the end face so as to protrude toward the magnetic sensor at intervals in the circumferential direction and guide the magnetic flux to the magnetic sensor.
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