JP4550496B2 - 電動機の回転子 - Google Patents

Description

本発明は、磁性体製の鋼板を複数枚積層して形成されるロータコアの複数個の磁石挿入孔に複数個のロータマグネットを挿入して構成される電動機の回転子に関する。

この種の電動機の回転子は、例えば、特許文献１に開示されている。
特開２００３−３３３７７９号公報

ところで、この種の回転子を備えた電動機においては、上記ロータマグネットの軸方向の端面に対向するように磁気センサ（例えばホールＩＣ）を設け、その磁気センサにより回転子の回転位置や回転速度を検出するものが知られている。
図６には、第１の従来例が示されている。この図６の（ａ）は、アウターロータタイプの回転子におけるロータマグネット１部分を、磁気センサ（図示せず）側から見た平面図を示している。この（ａ）において、点線Ｓは、回転子が回転する際に、磁気センサが相対的に通過する通過線を示している。ロータコア２は、複数枚の磁性体製の鋼板３を軸方向（紙面の表裏方向）に積層して環状をなすように構成されていると共に、軸方向に延びる磁石挿入孔４を周方向に複数個有している。各磁石挿入孔４は周方向に長い矩形状をなしていて、各磁石挿入孔４に、矩形板状のロータマグネット１が挿入されている。この場合、ロータコア２において、磁気センサ側の端部に位置するセンサ側鋼板３ａも、他の鋼板３と同様な大きさの磁石挿入孔４が形成されている。

図６の（ｂ）は、回転子が回転する際に、磁気センサに対して作用するロータマグネット１の磁束の変化を示している。この（ｂ）において、点線Ａ１、Ａ２はしきい値を示し、ａは磁束の大きさを示し、ｂは磁石挿入孔４の周方向の端部から磁極間中心までの距離を示している。
図６の（ｃ）は、磁気センサの出力信号の変化を示している。この（ｃ）において、ｃは、センサ感度で、磁気センサの出力信号の切り替わり位置の、磁極間中心からのずれを示している。そして、図６の右側には、ロータマグネットの位置決めの良否、ＮＳ磁束の傾きの良否、センサ感度の良否、及び総合評価の良否を示している。

ここで、図６において、回転子の回転に伴い、磁気センサが、通過線Ｓを相対的に移動する。このとき、磁気センサの出力信号はハイとローとの間で切り替わるが、そこにはヒステリシスがあり、検知ずれ（上記センサ感度ｃ）が生ずる。
上記した構成のものでは、磁気センサ側の端部に位置するセンサ側鋼板３ａも、他の鋼板３と同様な大きさの磁石挿入孔４が形成されているため、ロータマグネット１の軸方向の位置決めができないという不具合がある。このため、総合評価としては「×」となる。

これに対して、図７の構成とすることが考えられる。この図７を第２の従来例とする。この場合、ロータコア２の鋼板３のうち、磁気センサ側のセンサ側鋼板３ａの開口部５は、他の鋼板３の磁石挿入孔４に対して周方向の両端部に覆い部５ａを有する形状としている。このような形状とした場合、覆い部５ａ部分で、ロータマグネット１の端面の一部を覆うことができるので、ロータマグネット１の軸方向の位置決めが可能になる。

しかしながら、センサ側鋼板３ａには、開口部５の周方向の両端部に、開口部５を周方向に狭くする覆い部５ａがあるため、その部分でロータマグネット１の磁束漏れが発生する。このため、磁気センサに対して作用するロータマグネット１の磁束が、図６の場合よりも小さくなる（ａ−ｘ１）。また、開口部５の周方向の端部と磁極間中心までの距離が大きくなり（ｂ＋ｙ１）、磁極間の磁束の傾きも緩やかになる。このため、センサ感度が図６の場合よりも悪くなる（ｃ＋ｚ１）。この場合の総合評価としては「△」となる。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロータマグネットの軸方向の位置決めができ、しかも、センサ感度の低下も極力防止できる電動機の回転子を提供するにある。

上記した目的を達成するために、本発明の電動機の回転子は、複数枚の磁性体製の鋼板を軸方向に積層して構成されると共に、前記軸方向に延びる磁石挿入孔を周方向に複数個有したロータコアと、前記複数個の磁石挿入孔に挿入された複数個のロータマグネットとを備え、前記ロータマグネットの軸方向の一方側の端面のうち径方向の側縁部を、固定子側の磁気センサに軸方向から対向させた状態で、回転されるものにおいて、前記ロータコアの鋼板のうち前記磁気センサ側の端部に位置するセンサ側鋼板は、前記磁石挿入孔に対応する開口部が、周方向に延びる縁部に周方向の少なくとも中央部で前記磁石挿入孔よりも径方向へ突出して当該開口部を狭くする突出部を有する形状であり、前記突出部は、前記ロータマグネットの端面のうち周方向の両端部に対応する部分には存しておらず、前記ロータコアの回転時に、前記磁気センサが前記突出部上を相対的に通過することを特徴とする。

上記した本発明によれば、ロータコアの鋼板のうち磁気センサ側の端部に位置するセンサ側鋼板の開口部を、当該開口部を狭くする突出部を有する形状としている。このため、その突出部があることにより、ロータマグネットの軸方向の位置決めが可能になる。また、上記突出部は開口部の周方向に延びる縁部にあるもので、開口部の周方向の両端部を周方向に狭くするものではない。このため、磁極間における磁束の傾きは、周方向の両端部に覆い部がある場合よりも、急になり、センサ感度が低下することを極力防止することができる。

以下、本発明の第１の実施形態について図１ないし図３を参照して説明する。
まず、図１及び図２において、固定子１１は、放射状に突出する複数個のティース１２を有するステータコア１３と、各ティース１２に巻装されたステータコイル１４とから構成されている。ステータコア１３は、磁性体製の複数枚の鋼板１５を軸方向（図１の上下方向）に積層して構成されている。

回転子１６は、アウターロータタイプのもので、浅底容器状をなす磁性体製のフレーム１７と、このフレーム１７の周壁部１７ａの内周部に配置され周方向に複数個の磁石挿入孔１８を有した環状をなすロータコア１９と、各磁石挿入孔１８に挿入された複数個のロータマグネット２０と、これらフレーム１７、ロータコア１９、及びロータマグネット２０を成形により一体化する樹脂２１とから構成されている。そして、この回転子１６は、上記ロータコア１９の内周面が、上記固定子１１のティース１２の先端面に対して所定の空隙を介して対向するように配置され、フレーム１７の中心部が図示しない回転軸に取り付けられ、その回転軸を中心に回転可能に設けられる。

磁気センサ２３は、上記ロータコア１９の軸方向の一方の端面である、図１の下面に対向する位置に、上記固定子１１に固定された状態で配置される。その磁気センサ２３は、例えばホールＩＣ２４を用いたもので、プリント基板２５に実装されている。磁気センサ２３は、合成樹脂製のケース２６により覆われていて、上記ロータマグネット２０の軸方向の端面に対して、その端面のうち径方向の内側の側縁部２０ａ側に寄った部位に対向するように配置されている。

ここで、上記ロータコア１９は、磁性体製の鋼板２８を軸方向（図１の上下方向）に多数枚積層して構成されている。上記磁石挿入孔１８は、軸方向（鋼板２８の積層方向）に延びていて、各磁石挿入孔１８に矩形板状のロータマグネット２０が挿入されている。各磁石挿入孔１８は、ロータマグネット２０の外形形状に沿うような大きさの矩形状に形成されている。

そして、ロータコア１９の鋼板２８のうち、上記磁気センサ２３側の端部に位置するセンサ側鋼板２８ａは、磁石挿入孔１８に対応する開口部３０を有している。この開口部３０は、図３（ａ）に示すように、周方向の両端部は他の磁石挿入孔１８と同じであるが、周方向に延びる両縁部３０ａの周方向の中央部に、磁石挿入孔１８に対して径方向の内方へ少し突出する突出部３１を有していて、その部分で磁石挿入孔１８よりも径方向に小さく形成されている。したがって、センサ側鋼板２８ａは、磁石挿入孔１８に対応する開口部３０が、周方向に延びる縁部３０ａに周方向の中央部で磁石挿入孔１８よりも径方向へ突出して当該開口部３０を狭くする突出部３１を有する形状となっている。開口部３０は、周方向の両端部部分で他の磁石挿入孔１８と同じ形状となっている。

なお、図１において、センサ側鋼板２８ａの下面も、一部を除いて上記樹脂２１により覆われていると共に、開口部３０内にも樹脂２１が入り込んでいて、ロータマグネット２０の下面も樹脂２１により覆われている。
図３は、図６及び図７の従来例と比較するための図である。この図３の（ａ）において、点線Ｓは、回転子１６が回転する際に、磁気センサ２３が相対的に通過する通過線を示している。また、この（ａ）は、センサ側鋼板２８ａの下面に位置する樹脂２１は省略して示している。

ここで、ロータコア１９の鋼板２８のうちセンサ側鋼板２８ａは、磁石挿入孔１８に対応する開口部３０が、周方向に延びる縁部３０ａに磁石挿入孔１８よりも径方向へ突出して当該開口部３０を狭くする突出部３１を有する形状としている。このため、その突出部３１があることにより、ロータマグネット２０の軸方向の位置決めが可能になる。
また、センサ側鋼板２８ａの開口部３０の両縁部３０ａにおける突出部３１は、ロータマグネット２０の端面の一部を覆うことになるため、そこで磁束漏れが発生することになる。このため、磁気センサ２３に対して作用するロータマグネット２０の磁束は、突出部３１がある磁極の中央部部分では小さくなるが、周方向の両端部部分では、突出部３１がないため、図６の場合とほぼ同じａとなる。このため、磁極間における磁束の傾きは図６の場合と同じとなり、センサ感度も図６の場合と同じｃとなる。なお、開口部３０の周方向の端部と磁極間中心までの距離ｂも、図６の場合と同じになる。

したがって、上記した第１の実施形態によれば、ロータマグネット２０の軸方向の位置決めができ、しかも、センサ感度の低下も防止できる。この結果、総合評価としては「○」とすることができる。
また、上記した第１の実施形態においては、回転子１６は、フレーム１７と、ロータコア１９とロータマグネット２０を成形による樹脂２１により一体化した構成としているので、回転子１６を良好に製造できると共に、強度を保持できる。

図４は本発明の参考形態を示したものであり、この参考形態は、上記した第１の実施形態とは次の点が異なっている。すなわち、センサ側鋼板２８ａの開口部３０において、両縁部３０ａの突出部３１は、開口部３０の周方向の両端部（ロータマグネット２０の周方向の両端部）まで延びている。したがって、開口部３０としては、磁石挿入孔１８に対して、周方向の全部にわたって狭くなっている。

このような構成とした場合、開口部３０に突出部３１があるから、第１の実施形態と同様に、ロータマグネット２０の軸方向の位置決めが可能となる。この場合、突出部３１は、開口部３０の周方向に延びる両縁部３０aに周方向にわたって設けられているため、周方向の両端部においても突出部３１による磁束の漏れが発生することになり、磁気センサ２３に作用するロータマグネット２０の磁束は、図６の場合に比べて周方向全体にわたって小さくなる（ａ−ｘ２）。しかし、突出部３１は、図７の場合の覆い部５ａとは違い、開口部３０の周方向の両端部を周方向に狭くするものではない。このため、磁極間の磁束の傾きは、図３及び図６の場合よりは緩やかになるが、図７の場合よりは急になり、センサ感度も図７の場合よりは良くなる（ｃ＋ｚ２）。この結果、総合評価としては「○」とすることができる。

図５は本発明の第２の実施形態を示したものであり、この第２の実施形態は、上記した第１の実施形態とは次の点が異なっている。すなわち、センサ側鋼板２８ａの開口部３０は、周方向の両端部に、ロータマグネット２０の端面の周方向の端部（磁石挿入孔１８の周方向の端部）よりも大きくなるように、開口部延長部３５が形成されている。したがって、この場合、センサ側鋼板２８ａと接した鋼板２８の一部が、開口部延長部３５から露出した状態となっている。

このような構成とした場合も、センサ側鋼板２８ａの開口部３０には突出部３１があるから、第１の実施形態及び参考形態と同様に、ロータマグネット２０の軸方向の位置決めが可能となる。そして、開口部３０の周方向の両端部に開口部延長部３５を形成したことにより、その開口部延長部３５を形成した分、ロータマグネット２０の磁束漏れを少なくできる。また、開口部３０の周方向の端部、この場合、開口部延長部３５の周方向の端部と磁極間中心との間の距離は、図３及び図６の場合よりも小さくなる（ｂ−ｙ２）。この結果、磁極間の磁束の傾きは、図６の場合よりも急になり、また、センサ感度も、図３及び図６の場合よりも良くなる（ｃ−ｚ３）。この結果、総合評価としては「◎」とすることができる。

本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。

突出部３１は、縁部３０ａに沿って連続して存する形態に限られず、間欠的に存する形態とすることもできる。
本発明は、アウターロータタイプに限られず、インナーロータタイプの電動機の回転子にも適用できる。

本発明の第１の実施形態を示す要部の縦断側面図 要部の平面図 （ａ）は磁気センサ側から見た要部の平面図、（ｂ）は磁気センサに作用する磁束の変化を示す図、（ｃ）は磁気センサの出力信号を示す図 本発明の参考形態を示す図３相当図 本発明の第２の実施形態を示す図３相当図 第１の従来例を示す図３相当図 第２の従来例を示す図３相当図

符号の説明

図面中、１１は固定子、１６は回転子、１７はフレーム、１８は磁石挿入孔、１９はロータコア、２０はロータマグネット、２１は樹脂、２３は磁気センサ、２８は鋼板、２８ａはセンサ側鋼板、３０は開口部、３０ａは周方向に延びる縁部、３１は突出部、３５は開口部延長部を示す。

Claims (3)

1. 複数枚の磁性体製の鋼板を軸方向に積層して構成されると共に、前記軸方向に延びる磁石挿入孔を周方向に複数個有したロータコアと、前記複数個の磁石挿入孔に挿入された複数個のロータマグネットとを備え、前記ロータマグネットの軸方向の一方側の端面のうち径方向の側縁部を、固定子側の磁気センサに軸方向から対向させた状態で、回転されるものにおいて、
   前記ロータコアの鋼板のうち前記磁気センサ側の端部に位置するセンサ側鋼板は、前記磁石挿入孔に対応する開口部が、周方向に延びる縁部に周方向の少なくとも中央部で前記磁石挿入孔よりも径方向へ突出して当該開口部を狭くする突出部を有する形状であり、
   前記突出部は、前記ロータマグネットの端面のうち周方向の両端部に対応する部分には存しておらず、
   前記ロータコアの回転時に、前記磁気センサが前記突出部上を相対的に通過することを特徴とする電動機の回転子。
2. 前記開口部は、周方向の両端部が前記ロータマグネットの端面の周方向の両端部より大きく形成されていることを特徴とする請求項１記載の電動機の回転子。
3. 前記ロータコアと前記ロータマグネットとフレームを、成形による樹脂により一体化したしたことを特徴とする請求項１または２記載の電動機の回転子。

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