JP3672775B2 - Brushless motor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にルームエアコンや給湯機や換気扇などの送風ファン駆動源として用いられる小型電動機の一種である無刷子電動機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、この種の無刷子電動機は、小型化、低コスト化、部品点数・加工工数の削減、設備・金型投資の抑制を実現した上で高品質、高出力および高効率化が強く要求されている。無刷子電動機の高出力および高効率化は、固定子は磁気飽和限界までスロット面積を拡げるとともに、高密度実装巻線により実現し、また、回転子は磁束密度の高い磁石を使用することにより対処されている。さらに、最近では多極化することによって高効率化を実現している。
【0003】
磁石は形状面からはリング型磁石とセグメント型磁石に区分され、セグメント型磁石の方が磁束密度は高い。また、磁性粉体を金型内で成型するときに磁場をかけて配向するか、磁場をかけないで配向しないかによって、異方性磁石、等方性磁石に区分され、磁場をかけて得られる異方性磁石には、磁場配向によってラジアル異方性磁石と極異方性磁石と軸方向異方性に区分され、極異方性磁石はラジアル異方性磁石よりも20%程度磁束密度が高く、着磁波形は正弦波となるので、低振動化、高出力および高効率化には極異方性磁石が用いられるようになってきた。
【0004】
従来、この種の無刷子電動機の一例として図12および図13に示されるものが知られていた。以下、その構成について図12および図13を参照しながら説明する。
【0005】
図に示すように、固定子54は、6つのスロットを有する固定子鉄心51を一体成形あるいは軸方向からの挟み込みによりインシュレータ52にて絶縁し、電機子巻線53を直接巻装して構成され、磁石回転子55は、シャフト56を圧入した回転子鉄心57に4枚のフェライト異方性セグメント磁石58を貼り付け、フェライト異方性セグメント磁石58の軸方向長さは固定子鉄心51の軸方向長さ以上に構成され、59は磁石回転子55の磁極位置を検出するための位置検出素子であるホールIC60および電機子巻線53への通電を制御する駆動IC61を搭載したプリント基板であり、ホールIC60はフェライト異方性セグメント磁石58の漏れ磁束を検出する構成であった。しかし、このような6スロット4極の無刷子電動機では、極端な高効率化はできないため、固定子鉄心51のスロット数を6スロットから9スロットあるいは12スロットにし、磁石回転子55の極数を4極から8極にすることによって、高効率化する構成が提案されてきている。しかしながら、磁石回転子55の極数を4極から8極に増やすことによって、磁石回転子55の加工工数は2倍になってしまうため、コスト高となるので、リング型磁石である極異方性磁石の採用が増えてきている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の無刷子電動機によれば、プリント基板59を電動機内部に内蔵し、ホールIC60を用いて磁石回転子55の磁極位置を検出する場合、磁石58の軸方向長さの少なくともプリント基板59側は固定子鉄心51に巻装された電機子巻線53の軸方向長さ以上とする必要がある。しかしながら、この方法では固定子鉄心51の軸方向中心と磁石58の軸方向中心がずれるので、磁気中心がずれ、固定子鉄心51と磁石58との磁力において軸方向にアンバランスを生じて、軸方向の振動が大きくなるという課題があった。
【0007】
また、磁石58の軸方向長さをプリント基板59の反対側へも同様に長くすれば、磁石58と固定子鉄心51の磁気中心のずれは無くなるが、無刷子電動機の軸方向長さが長くなりすぎ、薄型化できないという課題があった。
【0008】
また、磁石58の軸方向長さが固定子鉄心51に軸方向長さよりも異常に長くなった場合、固定子鉄心51が磁気飽和を生じるので、誘起電圧位相がセンサ信号よりも進むとともに、誘起電圧波形のピークが凹状に歪むため、通電位相が遅れ、消費電力が異常に上昇し、出力が低下し、トルクリップルおよびトルク変化率が大きくなり、回転方向の振動が大きくなるという課題があった。
【0009】
また、環状の回転子鉄心の外周部にリング状の第1永久磁石を接着固定し、回転子鉄心の端面にセンサ用の第2永久磁石を接着固定した無刷子電動機(特開平10−322999号公報参照)の構成が開示されているが、その目的は電気絶縁体が干渉しない自由な位置に磁気センサーを配置することであり、この構成の無刷子電動機では、回転子鉄心への永久磁石の接着固定を2回行う必要があり、品質の安定した接着固定を行うには、高温炉を使用して約1時間程度を要するため、加工工数の増大および設備投資が増大するという課題があった。そして、特に第2永久磁石の接着固定の位置については、少量の位置ずれでも重量アンバランスを生じたり、センサ信号の変化間隔が均等にならないという課題があった。さらに、第2永久磁石を接着する接着面は平坦面であるとともに、磁極面に対する垂直度の精度を高くしなければならないという課題があった。
【0010】
また、特開平10−322999号公報には開示されていないが、第1永久磁石に焼結極異方性磁石を使用する場合、回転子鉄心は不要であるが、回転子鉄心に接着する場合、焼結極異方性磁石の内径研磨が必須となる。しかし、焼結極異方性磁石の内径研磨は加工が困難であるため、コストが異常に高くなるという課題があった。
【0011】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、振動が大きくなるなどの特性劣化を生じることなく、コストおよび加工工数を低減でき、また、電子部品を実装したプリント基板を内蔵しても、薄型化・小型化・軽量化・低消費電力化・高品質化できる無刷子電動機を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の無刷子電動機は上記目的を達成するために、磁石回転子は焼結極異方性磁石よ りなる環状の主磁極部と、この主磁極部の外径よりも小さい外径で略環状の樹脂磁石またはゴム磁石よりなる固定用の貫通穴を有するセンサ用磁極部から構成され、前記主磁極部は保持部を介してシャフトに固定され、前記保持部にはセンサ用磁極部を固定する突部を有し、この突部に前記センサ用磁極部の貫通穴を嵌合し、前記突部の先端部を潰して前記センサ用磁極部を固定したことを特徴とする無刷子電動機の構成としたものである。
【0013】
本発明によれば、固定子鉄心の磁気中心と主磁極部の磁気中心を合わすことができ、また、振動が大きくなるなどの特性劣化を生じることなく、主磁極部の磁石ボリュームを削減でき、主磁極部に対するセンサ用磁極部の正確な位置合わせが容易にでき、保持部を形成する材料ボリュームを削減でき、高温炉などを使用する接着が不要となり、磁石回転子を製造する加工工数,加工費および投資費用が低減でき、重量アンバランスやセンサ信号の不均一を抑制できるので、低コスト化,高品質化,高性能化した無刷子電動機が得られる。
【0014】
また他の手段は、前記センサ用磁極部に設けた貫通穴は段付き貫通穴またはすり鉢状貫通穴とするとともに、前記保持部に設けた前記突部には前記貫通穴の小径側を前記主磁極部側に位置させて嵌合し、前記突部の先端部を前記段付き貫通穴またはすり鉢状貫通穴の大径部空間内に潰して前記センサ用磁極部を固定したことを特徴とする無刷子電動機の構成としたものである。
【0015】
本発明によれば、保持部を形成する材料ボリュームを削減でき、高温炉などを使用する接着が不要となり、磁石回転子を製造する加工工数,加工費および投資費用が低減でき、重量アンバランスやセンサ信号の不均一を抑制でき、軸方向長さをより一層短くできるので、低コスト化,高品質化,高性能化,一層の小型化を実現した無刷子電動機が得られる。
【0016】
また他の手段は、保持部の突部のうち少なくとも先端部を薄肉とした磁石回転子の構成としたものである。
【0017】
本発明によれば、保持部を形成する材料ボリュームを削減でき、高温炉などを使用する接着が不要となり、センサ用磁極部の固定に要する加工時間が大幅に短縮できるため、磁石回転子を製造する加工工数,加工費および投資費用が低減でき、重量アンバランスやセンサ信号の不均一を抑制できるので、一層の低コスト化,高品質化,高性能化,小型化した無刷子電動機が得られる。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明は、磁石回転子は焼結極異方性磁石よりなる環状の主磁極部と、この主磁極部の外径よりも小さい外径で略環状の樹脂磁石またはゴム磁石よりなる固定用の貫通穴を有するセンサ用磁極部から構成され、前記主磁極部は保持部を介してシャフトに固定され、前記保持部にはセンサ用磁極部を固定する突部を有し、この突部に前記センサ用磁極部の貫通穴を嵌合し、前記突部の先端部を潰して前記センサ用磁極部を固定したことを特徴とする無刷子電動機の構成としたものであり、適正な鎖交磁束を確保した上で主磁極部を形成する磁石の軸方向長さを短くするなど磁石ボリュームを減少でき、固定子鉄心の磁気中心と回転トルクを発生する主磁極部の磁気中心とが一致し、磁気飽和が抑制され、鎖交磁束が正弦波になり、主磁極部に対するセンサ用磁極部の正確な位置合わせが容易になり、保持部の材料ボリュームが削減し、高温炉などを使用する接着が不要になるという作用を有する。
【0019】
また、前記センサ用磁極部に設けた貫通穴は段付き貫通穴またはすり鉢状貫通穴とするとともに、前記保持部に設けた前記突部には前記貫通穴の小径側を前記主磁極部側に位置 させて嵌合し、前記突部の先端部を前記段付き貫通穴またはすり鉢状貫通穴の大径部空間内に潰して前記センサ用磁極部を固定したことを特徴とする無刷子電動機の構成としたものであり、主磁極部に対するセンサ用磁極部の正確な位置合わせが一層容易になり、保持部の材料ボリュームが削減し、高温炉などを使用する接着が不要になり、磁石回転子の軸方向長さが短くなるという作用を有する。
【0020】
また、保持部の突部のうち少なくとも先端部は薄肉とした磁石回転子の構成としたものであり、保持部の材料ボリュームが削減し、高温炉などを使用する接着が不要になり、センサ用磁極部の保持部への固定に要する時間が短くなるという作用を有する。
【0021】
以下、本発明の実施例について図1〜図11を参照しながら説明する。
【0022】
【実施例】
(参考例1)
図1および図2に示すように、1は複数のスロットを有する固定子鉄心4に絶縁材にて形成されたインシュレータ2を介して電機子巻線3を巻装した固定子で、固定子1は熱硬化性樹脂16にてモールド成形されて外被を形成しており、17はブラケットで軸受け14を保持している。10はホールIC11、駆動IC12および電子部品13などを実装したプリント基板で、8は磁石回転子であり、焼結フェライト極異方性磁石よりなる主磁極部6と、等方性の樹脂磁石よりなる環状のセンサ用磁極部7をシャフト9の軸方向に隙間5aを設けて並べ、熱可塑性樹脂5にて一体成形されて形成され、主磁極部6とセンサ用磁極部7の隙間5aにも熱可塑性樹脂5が介在している。また、センサ用磁極部7の外径から外側および主磁極部6の外径より内側の範囲に空間部15を設け、プリント基板10に駆動IC12などを実装するその配置は、ホールIC11はセンサ用磁極部7に対向した位置に、駆動IC12についてはプリント基板10に電気的に接続する接続脚12aの長さ(プリント基板10の端面からの高さ)が2mm以上のため、接続脚12aのプリント基板10への半田部12bが空間部15に位置するよう配置され、同様に電子部品13の中で高さが2mm以上あるツェナーダイオード、コンデンサなどの電子部品13aについても空間部15に位置するよう配置されている。
【0023】
このような本発明の無刷子電動機によれば、主磁極部6を焼結フェライト極異方性磁石で形成し、センサ用磁極部7を主磁極部6の外径よりも小さい等方性樹脂磁石で形成し、主磁極部6とセンサ用磁極部7は軸方向に並んで位置した磁石回転子8の構成とすることによって、適正な鎖交磁束を確保した上で主磁極部6の軸方向長さを短くするなど磁石ボリュームを減少でき、固定子鉄心4の磁気中心と回転トルクを発生する主磁極部6の磁気中心とが一致するので、軸方向の振動の発生が抑制できる。また、磁気飽和が抑制され、鎖交磁束が正弦波になるため、常に誘起電圧位相に対して最適な通電位相で運転できるので、トルクリップル・トルク変化率の増大が抑制され、回転方向の振動の増大が抑制される。また、磁石ボリュームを減らすことができるため、コスト低減・小型化・軽量化ができる。したがって、低コスト・低振動・小型化・軽量化の無刷子電動機が得られる。
【0024】
また、焼結フェライト極異方性磁石よりなる主磁極部6と等方性樹脂磁石よりなるセンサ用磁極部7とシャフト9がPBTなどの熱可塑性樹脂5で一体的に成形固化して磁石回転子8を構成することによって、焼結フェライト極異方性磁石および等方性樹脂磁石の内径研磨および積層された回転子鉄心と、回転子鉄心へのシャフト9の圧入が不要となるため、磁石が安価に安定生産ができるとともに、部品点数の削減ができ、磁石回転子8が完成するまでの加工時間の削減ができる。さらに、樹脂成形金型にて全ての部品を外形基準にて位置決めして製造するので、重量アンバランスやセンサ信号の不均一を抑制できる。したがって、より安価で、低振動化・小型化・軽量化・低消費電力化・高品質化・高性能化した無刷子電動機が得られる。
【0025】
また、主磁極部6とセンサ用磁極部7との隙間5aに熱可塑性樹脂5を介在させて一体成形することによって、主磁極部6およびセンサ用磁極部7の軸方向端面の平行度や表面粗さ・磁極面との垂直度の精度を高くする必要がなくなるので、磁石金型の高精度化や端面研磨が不要となり、コスト低減ができる。したがって、より低コスト化した無刷子電動機が得られる。
【0026】
また、2mm以上の高さを有する電子部品13aおよび駆動IC12の接続脚12aなどを電気的に接続する半田部12bをセンサ用磁極部7である等方性樹脂磁石の外径から外側および主磁極部6である焼結フェライト極異方性磁石の外径より内側の範囲にある空間部15に位置させる構成とすることによって、等方性樹脂磁石の外径から外側および焼結フェライト極異方性磁石の外径より内側の範囲にある空間部15を有効に活用できるため、無刷子電動機の軸方向長さが一層短くでき、熱硬化性樹脂16の量も削減できる。したがって、一層の小型化・軽量化・低コスト化した無刷子電動機が得られる。
【0027】
なお、参考例1ではセンサ用磁極部7として等方性樹脂磁石を使用したが、等方性ゴム磁石としてもよく、その作用効果に差異を生じない。さらに、軸方向に磁性粉体のフェライト微粒子の磁化容易軸が配向された軸方向異方性樹脂磁石または軸方向異方性ゴム磁石を使用した磁石回転子としてもよく、その場合はセンサ用磁極部の軸方向長さも短くできる。さらに、センサ用磁極部の着磁電圧も下げることが可能となり、加工に要する電力が削減できるとともに、主磁極部におけるセンサ用磁極部近傍の磁束量の低下が抑制可能となるので、固定子鉄心に鎖交する磁束量は増加する。したがって、低振動、より一層の低コスト・小型化・軽量化・低消費電力の無刷子電動機が得られる。
【0028】
また、参考例1では主磁極部6とセンサ用磁極部7との隙間5aに熱可塑性樹脂5を介在させて一体成形したが、介在させなくても低振動化・小型化できる無刷子電動機が得られる。
【0029】
(実施例1)
図3〜図10に示すように、18はシャフト9に焼結フェライト極異方性磁石よりなる主磁極部6をPBTなどの熱可塑性樹脂にて一体成形して構成された磁石回転子であり、主磁極部6は保持部19にて保持されている。20は保持部19に軸方向に略直立して一体的に設けられた複数の突部で、センサ用磁極部21を位置決め、保持する。また、突部20が設けられた保持部19のセンサ用磁極部側軸方向端面19aは主磁極部6のセンサ用磁極部側軸方向端面6aを部分的に環状に覆うよう形成されている。そして、センサ用磁極部21は異方性のゴム磁石をトムソン型など簡単で安価な金型によって略環状に打ち抜かれて形成されるとともに、突部20に嵌合するための複数の貫通穴22も同時に打ち抜かれて設けられている。センサ用磁極部21の固定は突部20に貫通穴22を嵌合させた後、突部20の先端部20aを超音波溶着または熱溶着または高周波溶着またはインパルス溶着などで潰して固定される。その他の構成は参考例1と同一である。
【0030】
このような本発明の無刷子電動機によれば、保持部19は主磁極部6とシャフト9をPBTなどの熱可塑性樹脂で一体成形することによって、シャフト9の軸心に対する主磁極部6,突部20,センサ用磁極部21の位置精度が高くなるとともに、加工工数も削減できるので、高品質化、低コスト化した無無刷子電動機が得られる。
【0031】
また、突部20が設けられた保持部19のセンサ用磁極部側軸方向端面19aは主磁極部6のセンサ用磁極部側軸方向端面6aを部分的に環状に覆うよう形成することによって、主磁極部6およびセンサ用磁極部21の軸方向端面の平行度や表面粗さ・磁極面との垂直度の精度を高くする必要がなくなるので、磁石金型の高精度化や端面研磨が不要となり、コスト低減ができる。したがって、より低コスト化した無刷子電動機が得られる。
【0032】
また、保持部19の突部20にセンサ用磁極部21の貫通穴22を嵌合させる構造とすることによって、主磁極部6に対するセンサ用磁極部21の正確な位置合わせが容易になるうえ、主磁極部6の外径とセンサ用磁極部21の外径の平行度が均一になるため、重量アンバランスやセンサ信号の不均一を抑制できるので、高品質化,高性能化した無刷子電動機が得られる。
【0033】
また、突部20の先端部20aを潰してセンサ用磁極部21を固定して磁石回転子18を構成することによって、高温炉などを使用する接着が不要となり、磁石回転子を製造する加工工数,加工費および投資費用が低減できるとともに、磁石回転子18の製造を2工程とすることができるため、生産タクトが短くなり、生産能力が増大し、コスト低減ができるため、低コスト化した無刷子電動機が得られる。
【0034】
また、ゴム磁石を単純な構造のトムソン型で打ち抜いて構成できるので、投資費用が大幅に削減でき、より一層低コスト化した無刷子電動機が得られる。
【0035】
なお、実施例1ではシャフト9に焼結フェライト極異方性磁石よりなる主磁極部6をPBTなどの熱可塑性樹脂にて一体成形することによって保持部19を形成したが、アルミニウム,亜鉛,マグネシウム合金など軟質金属で保持部を形成してもよく、その作用効果に差異を生じない。また、保持部を軟質金属にすることによって、80度を越える高温域での無刷子電動機の使用が可能となる。
【0036】
また、図6(a)、(b)に示すように、突部20の先端部20bを環状など薄肉で形成することによって、先端部20bを容易に潰すことが可能となり、加工時間が短縮されるので、生産タクトが短くなり、生産能力が増大し、コスト低減ができるため、より低コスト化した無刷子電動機が得られる。
【0037】
また、図7(a)、(b)および図8に示すように、貫通穴22を段付き貫通穴22aや、すり鉢状貫通穴22cとなるよう樹脂磁石を成形してセンサ用磁極部21aを形成することによって、突部20への嵌合が容易になるので、加工時間が短縮され、生産タクトが短くなり、生産能力が増大し、コスト低減ができるため、より低コスト化した無刷子電動機が得られる。
【0038】
また、段付き貫通穴の大径部のみすり鉢状としてもよく、その作用効果に差異を生じない。
【0039】
さらに、図9および図10に示すように、段付き貫通穴22aの小径側を主磁極部6側に位置させて突部20に嵌合し、突部20の先端部20aを段付き貫通穴22aの大径部空間22b内に潰してセンサ用磁極部21aを固定することによって、磁石回転子18aの磁石部の軸方向長さが短くできるので、プリント基板10を磁石部に近付けることが可能となり、無刷子電動機の軸方向長さをより一層短くできるため、一層の軽量化、小型化、低コスト化した無刷子電動機が得られる。
【0040】
(参考例2)
図11に示すように、23はシャフト9に焼結フェライト極異方性磁石よりなる主磁極部6と、複数の段付き貫通穴22aを有する軸方向異方性の樹脂磁石よりなるセンサ用磁極部21aとを軸方向に空間を設けて並べ、PBTなどの熱可塑性樹脂24にて段付き貫通穴22aに樹脂を充填するとともに一体成形して構成された磁石回転子であり、熱可塑性樹脂24の充填は段付き貫通穴22aの大径部空間22b内にとどめている。その他の構成は実施例1と同一である。
【0041】
このような本発明の無刷子電動機によれば、センサ用磁極部21aの固定が堅固になるので、センサ用磁極部21aの空回り,重量アンバランスやセンサ信号の不均一を確実に抑制でき、高品質化した無刷子電動機が得られる。
【0042】
また、高温炉などを使用する接着が不要となり、磁石回転子23を製造する加工工数,加工費および投資費用が低減できるので、低コスト化した無刷子電動機が得られる。
【0043】
また、熱可塑性樹脂24の充填を段付き貫通穴22aの大径部空間22b内にとどめ、センサ用磁極部21aの軸方向端面を抱くような成形をしない構造とすることによって、樹脂量が減少するとともに、成形タクトも短縮でき、磁石回転子23の磁石部の軸方向長さが短くできるので、プリント基板を磁石部に近付けることが可能となり、無刷子電動機の軸方向長さをより一層短くできるため、一層の軽量化、小型化、低コスト化した無刷子電動機が得られる。
【0044】
また、主磁極部6とセンサ用磁極部21aとの間に熱可塑性樹脂24を介在させて一体成形することによって、主磁極部6およびセンサ用磁極部21aの軸方向端面の平行度や表面粗さ・磁極面との垂直度の精度を高くする必要がなくなるので、磁石金型の高精度化や端面研磨が不要となり、コスト低減ができ、より低コスト化した無刷子電動機が得られる。
【0045】
【発明の効果】
以上の実施例から明らかなように、本発明によれば、主磁極部を焼結フェライト極異方性磁石で形成し、センサ用磁極部を主磁極部の外径よりも小さい等方性樹脂磁石または等方性ゴム磁石で形成し、主磁極部とセンサ用磁極部は軸方向に並んで位置させるとともに、主磁極部をシャフトに保持する保持部にはセンサ用磁極部を固定する突部を有し、センサ用磁極部には固定用の貫通穴を設け、突部に貫通穴を嵌合し、突部の先端部を潰してセンサ用磁極部を固定する無刷子電動機の構成とすることによって、適正な鎖交磁束を確保した上で主磁極部の軸方向長さを短くするなど磁石ボリュームを減少でき、固定子鉄心の磁気中心と回転トルクを発生する主磁極部の磁気中心とが一致するので、軸方向の振動の発生が抑制できる。また、磁気飽和が抑制され、鎖交磁束が正弦波になるため、常に誘起電圧位相に対して最適な通電位相で運転できるので、トルクリップル・トルク変化率の増大が抑制され、回転方向の振動の増大が抑制される。また、磁石ボリュームを減らすことができるとともに、主磁極部に対するセンサ用磁極部の正確な位置合わせが容易にできるので、磁石回転子を製造する加工工数が低減でき、重量アンバランスやセンサ信号の不均一を抑制できる。また、磁石回転子を製造する加工工数,加工費および投資費用が低減できるうえ、磁石回転子の製造を2工程とすることができるため、生産タクトが短くなり、生産能力が増大し、コスト低減ができるので、コスト低減・小型化・軽量化ができる。したがって、低コスト・低振動・小型化・軽量化の無刷子電動機が得られる。
【0046】
また、段付き貫通穴またはすり鉢状貫通穴の小径側を主磁極部側に位置させて突部に嵌合し、突部の先端部を段付き貫通穴またはすり鉢状貫通穴の大径部空間内に潰してセンサ用磁極部を固定することによって、磁石回転子の磁石部の軸方向長さが短くできるので、プリント基板を磁石部に近付けることが可能となり、無刷子電動機の軸方向長さをより一層短くできるため、一層の軽量化、小型化、低コスト化の無刷子電動機が得られる。
【0047】
また、突部の先端部を薄肉で形成することによって、先端部を容易に潰すことが可能となり、加工時間が短縮されるので、生産タクトが短くなり、生産能力が増大し、コスト低減ができるため、より低コストの無刷子電動機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の参考例1における無刷子電動機の構造を示す縦断面図
【図2】 同無刷子電動機の磁石回転子の縦断面図
【図3】 本発明の実施例1における無刷子電動機の構造を示す縦断面図
【図4】 同無刷子電動機のセンサ用磁極部の斜視図
【図5】 同無刷子電動機のセンサ用磁極部を取り付ける前の磁石回転子の斜視図
【図6】 (a)同無刷子電動機のセンサ用磁極部を取り付ける前の磁石回転子における他の斜視図
(b)同無刷子電動機のセンサ用磁極部を取り付ける前の磁石回転子における他の斜視図
【図7】 (a)同無刷子電動機における他のセンサ用磁極部の斜視図
(b)同無刷子電動機における他のセンサ用磁極部の断面図
【図8】 同無刷子電動機における他のセンサ用磁極部の断面図
【図9】 同無刷子電動機における他の磁石回転子の縦断面図
【図10】 同無刷子電動機における他の構造を示す縦断面図
【図11】 本発明の参考例2における無刷子電動機の磁石回転子の縦断面図
【図12】 従来の無刷子電動機の構造を示す縦断面図
【図13】 同無刷子電動機の固定子、磁石回転子およびプリント基板を示す分解斜視図
【符号の説明】
1 固定子
2 インシュレータ
3 電機子巻線
4 固定子鉄心
5 熱可塑性樹脂
5a 隙間
6 主磁極部
6a センサ用磁極部側軸方向端面
7 センサ用磁極部
8 磁石回転子
9 シャフト
10 プリント基板
11 ホールIC
12 駆動IC
12a 接続脚
12b 半田部
13 電子部品
13a 2mm以上の高さを有する電子部品
14 軸受け
15 空間部
16 熱硬化性樹脂
17 ブラケット
18 磁石回転子
18a 磁石回転子
19 保持部
19a センサ用磁極部側軸方向端面
20 突部
20a 先端部
20b 先端部
21 センサ用磁極部
21a センサ用磁極部
22 貫通穴
22a 段付き貫通穴
22b 大径部空間
22c すり鉢状貫通穴
23 磁石回転子
24 熱可塑性樹脂[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a brushless motor, which is a kind of small motor used mainly as a drive source for a blower fan such as a room air conditioner, a water heater, and a ventilation fan.
[0002]
[Prior art]
In recent years, this type of brushless motor has been required to have high quality, high output, and high efficiency while realizing downsizing, cost reduction, reduction in the number of parts and processing steps, and restraining investment in facilities and molds. ing. The high output and high efficiency of the brushless motor can be achieved by expanding the slot area to the magnetic saturation limit, using high-density mounting windings, and using a magnet with a high magnetic flux density for the rotor. Has been. Furthermore, recently, high efficiency has been achieved by increasing the number of poles.
[0003]
The magnet is divided into a ring-type magnet and a segment-type magnet in terms of shape, and the segment-type magnet has a higher magnetic flux density. In addition, when magnetic powder is molded in a mold, it is classified into anisotropic magnets and isotropic magnets depending on whether it is oriented by applying a magnetic field or not by applying a magnetic field. The anisotropic magnet is divided into a radial anisotropic magnet, a polar anisotropic magnet, and an axial anisotropy according to the magnetic field orientation, and the polar anisotropic magnet has a magnetic flux density of about 20% that of the radial anisotropic magnet. Since the magnetization waveform is a sine wave, polar anisotropic magnets have been used for low vibration, high output and high efficiency.
[0004]
Conventionally, an example of this type of brushless motor is shown in FIGS. 12 and 13. Hereinafter, the configuration will be described with reference to FIGS. 12 and 13.
[0005]
As shown in the figure, the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
According to such a conventional brushless motor, when the printed
[0007]
Similarly, if the axial length of the
[0008]
Further, when the axial length of the
[0009]
Further, a non-printing motor (Japanese Patent Laid-Open No. 10-322999) in which a ring-shaped first permanent magnet is bonded and fixed to the outer periphery of an annular rotor core, and a second permanent magnet for a sensor is bonded and fixed to the end face of the rotor core. The purpose of this is to place the magnetic sensor in a free position where the electrical insulator does not interfere. In the brushless motor of this configuration, the permanent magnet is placed on the rotor core. Since it is necessary to perform the adhesive fixing twice, and it takes about one hour using a high temperature furnace to perform the adhesive fixing with stable quality, there is a problem that the processing man-hours increase and the capital investment increases. . In particular, with respect to the position where the second permanent magnet is bonded and fixed, there is a problem that even a small amount of misalignment causes a weight imbalance or the change intervals of the sensor signals are not uniform. Further, the bonding surface for bonding the second permanent magnet is a flat surface, and there is a problem that the accuracy of the perpendicularity to the magnetic pole surface must be increased.
[0010]
Further, although not disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-322999, when a sintered polar anisotropic magnet is used for the first permanent magnet, a rotor core is not necessary, but it is bonded to the rotor core. Further, it is essential to polish the inner diameter of the sintered polar anisotropic magnet. However, since the inner diameter polishing of the sintered polar anisotropic magnet is difficult to process, there is a problem that the cost becomes abnormally high.
[0011]
The present invention solves such a conventional problem, and can reduce costs and processing man-hours without causing deterioration of characteristics such as large vibrations, and has a built-in printed circuit board on which electronic components are mounted. However, it is an object of the present invention to provide a brushless motor that can be reduced in thickness, size, weight, power consumption, and quality.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the brushless motor of the present invention uses a sintered polar anisotropic magnet as the magnet rotor. An annular main magnetic pole portion, and a sensor magnetic pole portion having an outer diameter smaller than the outer diameter of the main magnetic pole portion and a fixing through hole made of a substantially annular resin magnet or rubber magnet, The portion is fixed to the shaft via a holding portion, and the holding portion has a protrusion for fixing the magnetic pole portion for sensor, and a through hole of the magnetic pole portion for sensor is fitted into the protrusion, and the protrusion A brushless electric motor characterized in that the sensor magnetic pole part is fixed by crushing the tip part of the sensorThe configuration is as follows.
[0013]
According to the present invention,The magnetic center of the stator core can be aligned with the magnetic center of the main magnetic pole, and the magnet volume of the main magnetic pole can be reduced without deteriorating characteristics such as increased vibration. Accurate alignment of the magnetic pole part can be easily performed,The volume of the material that forms the holding part can be reduced, the need for bonding using a high-temperature furnace and the like is eliminated, the processing man-hours, processing costs, and investment costs for manufacturing the magnet rotor can be reduced, and weight imbalance and sensor signal non-uniformity are reduced. Since it can be suppressed, a brushless motor with low cost, high quality and high performance can be obtained.
[0014]
Other means are:The through hole provided in the magnetic pole part for the sensor is a stepped through hole or a mortar-like through hole, and the small diameter side of the through hole is positioned on the main magnetic pole part side in the protrusion provided in the holding part. A brushless motor, wherein the sensor magnetic pole is fixed by crushing the tip of the protrusion into the large diameter space of the stepped through-hole or mortar-shaped through-hole.The configuration is as follows.
[0015]
According to the present invention, the material volume for forming the holding portion can be reduced, the use of a high-temperature furnace or the like is not required, the processing man-hours for manufacturing the magnet rotor, the processing costs, and the investment costs can be reduced. Since the nonuniformity of the sensor signal can be suppressed and the axial length can be further shortened, a brushless motor that achieves cost reduction, high quality, high performance, and further miniaturization can be obtained.
[0016]
The other means is a configuration of a magnet rotor in which at least a tip portion of the protrusion of the holding portion is thin.
[0017]
According to the present invention, the material volume for forming the holding portion can be reduced, the use of a high-temperature furnace or the like is not required, and the processing time required for fixing the magnetic pole portion for the sensor can be greatly reduced. Can reduce the number of processing man-hours, processing costs, and investment costs, and can suppress weight imbalance and sensor signal non-uniformity, resulting in further cost reduction, higher quality, higher performance, and smaller brushless motors. .
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, the magnet rotor is fixed to an annular main magnetic pole portion made of a sintered polar anisotropic magnet and a substantially annular resin magnet or rubber magnet having an outer diameter smaller than the outer diameter of the main magnetic pole portion. The main magnetic pole portion is fixed to the shaft through a holding portion, and the holding portion has a protrusion for fixing the sensor magnetic pole portion, and the protrusion includes the protrusion. A brushless motor, wherein the sensor magnetic pole part is fixed by fitting a through hole of the sensor magnetic pole part and crushing a tip part of the protrusion.It is made up ofThe magnetic center of the stator core and the magnetic center of the main magnetic pole that generate rotational torque can be reduced by securing the appropriate interlinkage magnetic flux and reducing the magnet volume, such as shortening the axial length of the magnet that forms the main magnetic pole. And the magnetic saturation is suppressed, the interlinkage magnetic flux becomes a sine wave, and the accurate positioning of the magnetic pole part for the sensor with respect to the main magnetic pole part becomes easy.The material volume of the holding part is reduced, and the bonding using a high temperature furnace or the like is not required.
[0019]
Also,The through hole provided in the magnetic pole part for the sensor is a stepped through hole or a mortar-like through hole, and the small diameter side of the through hole is positioned on the main magnetic pole part side in the protrusion provided in the holding part. A brushless electric motor characterized in that the sensor magnetic pole part is fixed by crushing and fitting the tip of the protrusion into the large-diameter space of the stepped through hole or mortar-shaped through holeIt is made up ofAccurate alignment of the sensor magnetic pole with respect to the main magnetic pole becomes easier,The material volume of the holding part is reduced, the use of a high-temperature furnace or the like is not required, and the axial length of the magnet rotor is shortened.
[0020]
In addition, at least the tip of the protrusion of the holding part has a thin magnetic rotor configuration, which reduces the material volume of the holding part and eliminates the need for bonding using a high-temperature furnace, etc. This has the effect of shortening the time required for fixing the magnetic pole part to the holding part.
[0021]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0022]
【Example】
(referenceExample 1)
As shown in FIGS. 1 and 2,
[0023]
According to such a brushless motor of the present invention, the main
[0024]
In addition, the main
[0025]
Also, by forming the gap 5a between the main
[0026]
Further, the solder part 12b that electrically connects the
[0027]
In addition,referenceIn Example 1, an isotropic resin magnet is used as the
[0028]
Also,referenceIn Example 1, the
[0029]
(Example1)
As shown in FIGS. 3 to 10,
[0030]
According to such a brushless motor of the present invention, the holding
[0031]
Further, the sensor magnetic pole part side
[0032]
Further, by adopting a structure in which the through
[0033]
Further, by forming the
[0034]
Further, since the rubber magnet can be formed by punching with a Thomson type having a simple structure, the investment cost can be greatly reduced, and a brushless motor with further reduced costs can be obtained.
[0035]
Examples1Then, the holding
[0036]
Further, as shown in FIGS. 6A and 6B, by forming the tip 20b of the
[0037]
Further, as shown in FIGS. 7A, 7B, and 8, a resin magnet is formed so that the through
[0038]
Further, only the large-diameter portion of the stepped through hole may be formed in a mortar shape, and there is no difference in the function and effect.
[0039]
Further, as shown in FIGS. 9 and 10, the small diameter side of the stepped through hole 22 a is positioned on the main
[0040]
(referenceExample2)
As shown in FIG. 11,
[0041]
According to such a brushless motor of the present invention, since the sensor
[0042]
Further, since no bonding using a high-temperature furnace or the like is required, and the processing man-hours, processing costs, and investment costs for manufacturing the
[0043]
Further, the amount of resin is reduced by keeping the filling of the
[0044]
Further, by integrally forming the main
[0045]
【The invention's effect】
As is clear from the above embodiments, according to the present invention, the main magnetic pole portion is formed of a sintered ferrite polar anisotropic magnet and the sensor magnetic pole portion is an isotropic resin smaller than the outer diameter of the main magnetic pole portion. A magnet or an isotropic rubber magnet, the main magnetic pole part and the sensor magnetic pole part are positioned side by side in the axial direction, and the protrusion that fixes the sensor magnetic pole part to the holding part that holds the main magnetic pole part on the shaft The sensor magnetic pole part is provided with a fixing through hole, the through hole is fitted into the protrusion, and the tip part of the protrusion is crushed to fix the sensor magnetic pole part. As a result, it is possible to reduce the magnet volume, such as shortening the axial length of the main magnetic pole part while securing an appropriate flux linkage, and the magnetic center of the main magnetic pole part that generates rotational torque and the magnetic center of the main magnetic pole part. Therefore, the occurrence of vibration in the axial direction can be suppressed. In addition, since magnetic saturation is suppressed and the linkage flux becomes a sine wave, operation can always be performed with the optimum energization phase with respect to the induced voltage phase, so an increase in torque ripple and torque change rate is suppressed, and vibration in the rotational direction is suppressed. Increase is suppressed. In addition, the magnet volume can be reduced, and accurate alignment of the sensor magnetic pole part with respect to the main magnetic pole part can be facilitated, so the number of processing steps for manufacturing the magnet rotor can be reduced, and weight imbalance and sensor signal imbalance can be reduced. Uniformity can be suppressed. In addition, the man-hours, processing costs, and investment costs for manufacturing the magnet rotor can be reduced, and since the magnet rotor can be manufactured in two steps, the production tact time is shortened, the production capacity is increased, and the cost is reduced. Therefore, cost reduction, size reduction, and weight reduction can be achieved. Therefore, a low-cost brushless motor with low cost, low vibration, small size, and light weight can be obtained.
[0046]
Also, the small diameter side of the stepped through hole or mortar-shaped through hole is positioned on the main magnetic pole part side and fitted into the protrusion, and the tip of the protrusion is the large diameter part space of the stepped through hole or mortar-shaped through hole The axial length of the magnet part of the magnet rotor can be shortened by crushing inward and fixing the magnetic pole part for the sensor, so the printed circuit board can be brought closer to the magnet part and the axial length of the brushless motor Therefore, a brushless motor with further reduced weight, size and cost can be obtained.
[0047]
Also, by forming the tip of the protrusion with a thin wall, the tip can be easily crushed and the processing time is shortened, so the production tact is shortened, the production capacity is increased, and the cost can be reduced. Therefore, a lower-cost brushless motor can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 of the present inventionreferenceLongitudinal sectional view showing the structure of the brushless motor in Example 1
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a magnet rotor of the brushless motor.
FIG. 3 shows an embodiment of the present invention.1Sectional view showing the structure of a brushless motor
FIG. 4 is a perspective view of a magnetic pole portion for a sensor of the same brushless motor.
FIG. 5 is a perspective view of the magnet rotor before the sensor magnetic pole part of the brushless motor is mounted.
FIG. 6A is another perspective view of the magnet rotor before attaching the magnetic pole part for sensor of the same brushless motor.
(B) The other perspective view in the magnet rotor before attaching the magnetic pole part for sensors of the same brushless motor.
FIG. 7A is a perspective view of another sensor magnetic pole portion in the same brushless motor.
(B) Sectional view of another sensor magnetic pole part in the same brushless motor
FIG. 8 is a cross-sectional view of another sensor magnetic pole part in the same brushless motor.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of another magnet rotor in the same brushless motor.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing another structure of the brushless motor.
FIG. 11 shows the present invention.Reference example 2Sectional view of the magnet rotor of a brushless motor
FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing the structure of a conventional brushless motor
FIG. 13 is an exploded perspective view showing a stator, a magnet rotor, and a printed circuit board of the same brushless motor.
[Explanation of symbols]
1 Stator
2 Insulator
3 Armature winding
4 Stator core
5 Thermoplastic resin
5a gap
6 Main magnetic pole
6a Sensor magnetic pole part side axial end face
7 Magnetic pole for sensor
8 Magnet rotor
9 Shaft
10 Printed circuit board
11 Hall IC
12 Driving IC
12a Connecting leg
12b Solder part
13 Electronic components
13a Electronic component having a height of 2 mm or more
14 Bearing
15 Space
16 Thermosetting resin
17 Bracket
18 Magnet rotor
18a Magnet rotor
19 Holding part
19a Axial end face of sensor magnetic pole side
20 protrusions
20a Tip
20b Tip
21 Magnetic pole for sensor
21a Magnetic pole for sensor
22 Through hole
22a Stepped through hole
22b Large diameter space
22c Mortar-shaped through hole
23 Magnet rotor
24 Thermoplastic resin
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