JP4104727B2 - プラスチックマグネットロータおよびその着磁方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ロータ回転用の着磁と位置検出用の着磁が設定されているプラスチックマグネットロータおよびその着磁方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は一般的なＤＣブラシレスモータを示す断面図、図１５はそのＤＣブラシレスモータの回路構成図である。
図において、１はステータ、２はロータ、３はホールＩＣ、４はブラケットである。
このモータは、ホールＩＣ３でロータ２の回転角を検出してコイル２７の通電方向を可変電源２９に接続されたスイッチング素子２８で電子的に切り換えることでロータ部２６を回転する。
一方、３相ブラシレスモータの場合、図１６に示すように、ホールＩＣ２３は、ロータに設定される位置検出用のマグネット２４からの磁束を検出するために、６０度ずつずらして３つ設置されている。
【０００３】
通常、電機角は極数から機械的に割り出すことができる。このホールＩＣから検出したロータの磁極の位置情報をもとに各相に電圧をタイミングよく印加してロータ２を回転させる。ステータ１には慣用の誘導電動機と同様に、巻線に電流を流すことで磁界を発生させる。ロータ２の材質は誘導電動機用の電磁鋼板とは異なり、永久磁石を使用しているため磁束を作る分の損失が発生しないので、効率の良い運転が可能である。
【０００４】
図１７は慣用のＤＣブラシレスモータ用ロータを示す斜視図、図１８は従来のＤＣブラシレスモータ用プラスチックマグネットロータを示す斜視図である。
各図において、５はシャフト、６はリブでマグネットとシャフト５を結合するためのものである。７は回転用磁束面、８はロータ端面である。
慣用のＤＣブラシレスモータのロータは、図１７に示すように、瓦型のフェライトマグネット３１を、電磁鋼板を積層して構成するバックヨーク３２に貼り付ける構造が主であったが、近年、材料の改良によって、図１８に示すように、プラスチックマグネット４１を使用した一体成形のロータが一部採用され始めている。このモータは、ロータが簡単に作れて、軽量化も可能なため効率も改善している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ロータの位置検出は主に次の二つの方法で行っている。
即ち、図１７に示すように、回転用マグネットであるフェライトマグネット３１の端面になるロータ端面８の磁束をホールＩＣ３３で検出する方法、あるいは図１８に示すように、位置検出用マグネット３４をロータに取り付けその磁束をホールＩＣ３３で検出する方法である。
ところが、前者の場合、着磁していないロータ端面からの放射磁束を用いるため、磁力の調整が不可能であったり、磁力が弱く、検出に不十分である等の問題点があった。
また、後者の場合、磁力は確保できるが、部品数、工程が増えてしまう等の問題点があった。
【０００６】
この発明は、上述の問題点を解決するためになされたもので、磁束を強化し、良好な位置信号を得ることができる構造の簡単なプラスチックマグネットロータおよびその着磁方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係るプラスチックマグネットロータは、シャフトと、このシャフトと一体成形されたロータとを備え、上記ロータは、該ロータの位置を検出するための磁束を強化する磁束強化手段を有し、該磁束強化手段は、上記シャフトと上記ロータの磁極部の間に設けられ、その一面を着磁されたリブであるものである。
【０００８】
請求項２の発明に係るプラスチックマグネットロータは、請求項１の発明において、上記リブは、リブ面の着磁を２つの着磁ヨークによる２極着磁によりなされるものである。
【００１４】
請求項３の発明に係るプラスチックマグネットロータの着磁方法は、ロータの側面と該ロータとシャフトを結合するリブの一面にそれぞれ着磁ヨークを接触させ、該着磁ヨークにより極数以上の溝の形成された上記ロータの側面と上記リブの一面に同時に着磁を行うようにしたものである。
【００１６】
請求項４の発明に係るプラスチックマグネットロータの着磁方法は、ロータの端面と側面にそれぞれ互いに異極の着磁ヨークを接触させ、該着磁ヨークにより極数以上の溝の形成された上記ロータの端面と側面に同時に着磁を行うようにしたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を図を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１を示すもので、図１Ａはその斜視図、図１Ｂはその模式図である。
図において、２Ａはロータ、６Ａはロータ２Ａに形成された磁束強化手段としてのリブ、９はシャフト、１０は磁束強化手段としてのリブ面、１１は回転用磁束面、１２はロータ端面である。
プラスチックロータに着磁する場合、金型の周囲に着磁用電磁石、あるいは希土類等の強力な磁石を必要極数配置して磁場形成をした後に、強磁性体であるプラスチック樹脂を流し込み、極の配向と同時に着磁を行う。本実施の形態では、このロータ２Ａのリブ６Ａの面即ちリブ面１０に着磁を施すことでリブ面１０を位置検出磁束面として活用する。
【００１８】
位置検出の方法はホールＩＣ３３を用いる。ホールＩＣ３３は、磁電変換素子の一種であり、ホールＩＣ３３はリブ面１０から放出される磁束を検出して磁極を判別することが可能である。ホールＩＣ３３の検出情報からマグネットロータの位置に対応した駆動コイルの切り換え動作を行う。
リブ面１０の着磁による効果は、従来の検出である着磁していないロータ端面からの位置検出に比べて、最大磁束位置の検出精度が大幅に向上する。更に、リブ幅を狭くすることによって検出精度を向上させることができる。
【００１９】
位置検出用磁束面の極配置は、リブ６Ａへの着磁を回転用磁束の磁極とは反対の極にする。
着磁方法は、図２に示すように、磁石あるいは電磁石である着磁ヨーク１３によって回転用磁束と位置検出磁束をそれぞれロータ側面即ち回転用磁束面１１とリブ面１０に同時に着磁する。
【００２０】
このとき、着磁ヨーク１３と着磁面は接触する必要がある。この着磁でロータの磁束の方向は矢印の向きになる（図３参照）。
回転用磁束はロータ側面のＳ極３５とロータ側面のＮ極３６とで磁束が閉じた状態に着磁される（図２参照）。ロータの断面を見ると、リブ面１０がＮ極３７の場合、同一の面にあるロータ側面はＳ極３５になり、従来の着磁方式には無い回転用磁束面１１からリブ面１０への新たな磁束の向きが、図３に矢印で示すように生じる。この閉じた磁束が回転用の閉じた磁束に加わることで回転用磁束に影響を与えずに位置検出用磁束を強化することができる。
【００２１】
また、ロータの磁石部分が肉厚であったり、ロータの径が大きい等で位置検出用磁束の着磁が不十分になる場合や、回転用磁束と位置検出用磁束が独立した着磁が必要な場合には、リブ面１０を図４に示すような着磁配置とする。即ち同一のリブ面１０に対して２つの着磁ヨーク１３による着磁を行う。リブ面１０の着磁を２つの着磁ヨーク１３による２極着磁にすることでリブ面１０内で磁束が、図５に示すように閉じる。
位置検出の磁束が回転用磁束に影響されないため、位置検出用の磁力を任意に強化することが可能で、良好な位置信号が得られる。
【００２２】
このように、本実施の形態では、ロータマグネットとシャフトを結合するリブの面に位置検出用の着磁を行うので、従来の検出である着磁していないロータ端面からの位置検出に比べて、最大磁束位置の検出精度が大幅に向上し、更に、リブ幅を狭くすることによって検出精度を向上させることができる。
また、位置信号を得るためのリブへの着磁を磁極部の磁極と反対にしたので、回転用磁束面からリブ面への新たな磁束が生じ、この閉じた磁束が回転用の閉じた磁束に加わることで回転用磁束に影響を与えずに位置検出用磁束を強化することができる。
更に、同一リブ内で２極の着磁を行い、位置信号用の磁束を得るようにしたので、位置検出の磁束が回転用磁束に影響されることがなく、位置検出用の磁力を任意に強化することが可能となり、良好な位置信号が得られる。
【００２３】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２を示す斜視図である。図６において、図１および図１８と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
図において、２Ｂはロータ、１６はロータ端面１２に形成された複数の溝である。
本実施の形態では、ロータ端面１２に溝１６を多数設定して一体成形着磁を行う。
【００２４】
このときに、例えば、ロータ２Ｂの極数を回転用磁束部分だけの８極着磁にすると、ロータ端面１２は、図７に示すように、隣接する回転用磁束面と同じ極に着磁される。つまり、ロータ端面１２は磁束強化手段として機能するようになされている。
この場合、溝１６を極数以上設定することによって、ロータ端面１２はある一つの極の領域内で更に磁束小と磁束大の位置に細分化される。
このロータ２Ｂの位置検出波形は、図８に示すように、ロータ端面１２の磁束による正弦波波形と溝１６の磁束による矩形波の和の形になる。この波形情報から従来の回転用磁束と同極数による位置検出では不可能であった詳細な位置検出を可能にする。
【００２５】
このように、本実施の形態では、ロータ端面に極数以上の複数の溝即ち凹凸を設けることで詳細な位置検出が可能になる。
【００２６】
実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３を示す斜視図である。図９において、図１および図１８と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
図において、２Ｃはロータ、１８は図１の回転用磁束面１１同様の回転用磁束面、１９はロータ端面１２に形成された位置検出用磁束面である。
本実施の形態では、ロータ端面１２に回転用磁束と反対の極を着磁して位置検出用磁束面１９を形成する。着磁は、図１０に示すように、着磁ヨーク１３によって回転用磁束面１８と位置検出用磁束面１９を同時に着磁する。
このとき、着磁ヨーク１３と着磁面は接触する必要がある。この着磁で、図１０において、ロータ側面のＳ極３５とＮ極３６が閉じ、ロータ端面１２のＮ極３９とＳ極４０が閉じる。この着磁時に、図９に示すように、回転用磁束面１８と位置検出用磁束面１９との間に新たな磁束の向きが生じる。
【００２７】
ロータに回転用磁束のみを着磁した場合には、隣接するロータ端面の磁極は回転用磁束と同極になり、磁束はロータ端面から放射することになり、その部分は回転力に寄与しないので、無駄な磁束となってしまう。
この問題を回転用磁束面とその面に隣接する位置検出磁束面を異極にすることで、新たに磁束の向きが位置検出面と回転用磁束面の間に生じ（図９参照）、磁束がロータ側面に集中するため回転用磁束を強化することができる。
【００２８】
このように、本実施の形態では、ロータ端面に回転用磁束の磁極と反対の極の着磁を行う、つまり、回転用磁束面とその面に隣接する位置検出磁束面を異極にすることで、新たに磁束の向きが位置検出面と回転用磁束面の間に生じ、磁束がロータ側面に集中するため回転用磁束を強化することができ、良好な位置信号が得られると共に、プラスチックマグネットロータの回転を効率よく行うことができる。
【００２９】
実施の形態４．
図１１はこの発明の実施の形態４を示す斜視図である。図１１において、図１および図９と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
図において、２Ｃはロータ、２０はロータ端面１２に設けられた鋼板である。
本実施の形態では、上記実施の形態３の極配置で作られるプラスチックマグネットロータのロータ両端面に鋼板２０を貼り付けたものである。
このとき、ロータ端面１２は、上記実施の形態３と同様隣接する回転用磁束面とは異なる極に着磁されている（図９参照）。
【００３０】
そこで、図９と比較して図１１に示すように、鋼板２０をロータ端面１２に貼り付けることで、図１２および図１３に示すように、磁束２２は鋼板２０中を磁路として通過、隣接する極で閉じるようになる。従来ではロータ端面上部で閉じていた磁束は鋼板２０の磁気抵抗の減少作用で強化が可能になる。
これにより磁束のロータの構造を変更することなく磁束を強化することが可能になる。
【００３１】
なお、本実施の形態の場合の位置検出は、ロータ端面１２からは不可能なため、上記実施の形態１で説明したようなリブ面１０を着磁する方式で検出を行う。
【００３２】
このように、本実施の形態では、回転用磁束面とその面に隣接する位置検出磁束面を異極し、更に、ロータ端面に鋼板を貼り付けることで、磁束のロータの構造を変更することなく磁束を強化することができ、良好な位置信号が得られると共に、プラスチックマグネットロータの回転を効率よく行うことができる。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、シャフトと、このシャフトと一体成形されたロータとを備え、ロータは、このロータの位置を検出するための磁束を強化する磁束強化手段を有し、この磁束強化手段は、シャフトとロータの磁極部の間に設けられ、その一面を着磁されたリブであるので、ステータ側から発生する磁界の影響を避け、良好な位置信号を得ることができ、しかも、従来に比し最大磁束位置の検出精度が大幅に向上されるという効果がある。
【００３６】
請求項２の発明によれば、上記リブは、リブ面の着磁を２つの着磁ヨークによる２極着磁によりなされるので、位置検出用磁束を回転用磁束に対して独立した磁極として強化することが可能になり、位置検出の磁束が回転用磁束に影響されることがなく、位置検出用の磁力を任意に強化することができ、良好な位置信号が得られるという効果がある。
【００４０】
請求項３の発明によれば、ロータの側面と該ロータとシャフトを結合するリブの一面にそれぞれ着磁ヨークを接触させ、該着磁ヨークにより極数以上の溝の形成されたロータの側面とリブの一面に同時に着磁を行うので、主磁束に影響を与えることなく、位置検出用の磁束を着磁することができ、しかも、位置センサとロータの距離を各溝において変化させることで、位置センサで検出する磁束の量を変化させ、詳細な位置検出が可能になり、検出精度を向上できるという効果がある。
【００４２】
請求項４の発明によれば、ロータの端面と側面にそれぞれ互いに異極の着磁ヨークを接触させ、該着磁ヨークにより極数以上の溝の形成されたロータの端面と側面に同時に着磁を行うようにしたので、新たに磁束の向きを位置検出面と回転用磁束面の間に生じさせ、磁束をロータ側面に集中させて回転用磁束を強化させることができ、しかも、位置センサとロータの距離を各溝において変化させることで、位置センサで検出する磁束の量を変化させ、詳細な位置検出が可能になり、検出精度を向上できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を示す斜視図である。
【図２】 この発明の実施の形態１の着磁方法の説明図である。
【図３】 この発明の実施の形態１のロータの磁束の向きの説明図である。
【図４】 この発明の実施の形態１のロータのリブの着磁方法を示す説明図である。
【図５】 この発明の実施の形態１のロータのリブの着磁面部分の説明図である。
【図６】 この発明の実施の形態２を示す斜視図である。
【図７】 この発明の実施の形態２のロータの着磁の極配置の説明図である。
【図８】 この発明の実施の形態２のロータの位置検出波形の説明図である。
【図９】 この発明の実施の形態３を示す斜視図である。
【図１０】 この発明の実施の形態３のロータの着磁方法の説明図である。
【図１１】 この発明の実施の形態４を示す斜視図である。
【図１２】 この発明の実施の形態４のロータの説明図である。
【図１３】 この発明の実施の形態４のロータ部分の拡大図である。
【図１４】 ＤＣブラシレスモータの断面図である。
【図１５】 ＤＣブラシレスモータの回路構成図である。
【図１６】 ３相ＤＣブラシレスモータのホールＩＣの配置図である。
【図１７】 従来のＤＣブラシレスモータ用ロータの説明図である。
【図１８】 従来のＤＣブラシレスモータ用プラスチックマグネットロータの説明図である。
【符号の説明】
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ ロータ、６、６Ａ リブ、９ シャフト、１０ リブ面、１１ 回転用磁束面、１２ ロータ端面、１３ 着磁ヨーク、１６ 溝、１８ 回転用磁束面、１９ 位置検出用磁束面、２０ 鋼板。

Claims (4)

1. シャフトと、このシャフトと一体成形されたロータとを備え、上記ロータは、該ロータの位置を検出するための磁束を強化する磁束強化手段を有し、該磁束強化手段は、上記シャフトと上記ロータの磁極部の間に設けられ、その一面を着磁されたリブであることを特徴とするプラスチックマグネットロータ。
2. 上記リブは、リブ面の着磁を２つの着磁ヨークによる２極着磁によりなされていることを特徴とすることを特徴とする請求項１記載のプラスチックマグネットロータ。
3. ロータの側面と該ロータとシャフトを結合するリブの一面にそれぞれ着磁ヨークを接触させ、該着磁ヨークにより極数以上の溝の形成された上記ロータの側面と上記リブの一面に同時に着磁を行うようにしたことを特徴とするプラスチックマグネットロータの着磁方法。
4. ロータの端面と側面にそれぞれ互いに異極の着磁ヨークを接触させ、該着磁ヨークにより極数以上の溝の形成された上記ロータの端面と側面に同時に着磁を行うようにしたことを特徴とするプラスチックマグネットロータの着磁方法。

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