JP6074391B2 - Drive device - Google Patents
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本発明は、駆動装置に関する。 The present invention relates to a drive device .
ロータの位置を検出するための磁気センサを備えたモータ装置が知られている。このようなモータ装置では、磁気センサの検出信号に応じてコイルへの通電制御が行われてロータが回転する。特許文献1には、このようなモータ装置が開示されている。
A motor device having a magnetic sensor for detecting the position of a rotor is known. In such a motor device, energization control is performed on the coil in accordance with the detection signal of the magnetic sensor, and the rotor rotates.
このようなモータ装置によって被駆動部材を回転させる場合に、特定の回転数でモータ装置と被駆動部材またはモータ装置を内包する筐体とが共振して騒音が増大する場合がある。モータ装置や被駆動部材が使用される回転数の範囲内に、このような共振が生じる回転数が含まれていると、被駆動部材の駆動中に共振が発生して騒音が増大する。 When the driven member is rotated by such a motor device, the motor device and the housing containing the driven member or the motor device may resonate at a specific number of rotations to increase noise. If the rotation speed at which such resonance occurs is included in the rotation speed range in which the motor device and the driven member are used, resonance occurs during driving of the driven member, and noise increases.
そこで本発明は、共振が発生する回転数をずらすことができる駆動装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a drive device that can shift the number of revolutions at which resonance occurs.
上記目的は、複数のコイルが巻回されたステータと、磁石を有するロータと、を備え、前記複数のコイルへの通電が制御されるモータ装置と、前記ロータの回転動力が伝達されて回転するインペラと、を備えた駆動装置であって、前記ロータに対向するように前記ロータの周方向に順に配置された第1、第2、第3磁気センサを備え、前記第1、第2、及び第3磁気センサの出力信号に基づいて前記複数のコイルへの通電が制御され、前記ロータは、周方向に等角度間隔で異なる極性を有し、前記ロータの回転中心を中心としたときの、前記第1及び第2磁気センサ間の第1角度間隔と前記第2及び第3磁気センサ間の第2角度間隔とは異なっており、前記ステータは、前記複数のコイルがそれぞれ巻回された複数のティース部、隣接する前記ティース部間に形成された複数のスロット、を有し、前記第1及び第2角度間隔の少なくとも一方は、360度を前記スロットの数で割って得られた基準角度とは異なっており、前記第1及び第2角度間隔の少なくとも一方は、前記基準角度よりも小さい、駆動装置によって達成できる。 The above object includes a stator around which a plurality of coils are wound, and a rotor having a magnet, and a motor device in which energization of the plurality of coils is controlled , and rotation power of the rotor is transmitted to rotate. An impeller, comprising: first, second, and third magnetic sensors disposed in order in a circumferential direction of the rotor so as to face the rotor, the first, second, and Energization to the plurality of coils is controlled based on the output signal of the third magnetic sensor, the rotor has different polarities at equiangular intervals in the circumferential direction, and when the rotation center of the rotor is the center, The first angular interval between the first and second magnetic sensors is different from the second angular interval between the second and third magnetic sensors, and the stator includes a plurality of coils each wound with the plurality of coils. Teeth of the front, adjacent A plurality of slots formed between the teeth, and at least one of the first and second angular intervals is different from a reference angle obtained by dividing 360 degrees by the number of slots; At least one of the first and second angular intervals can be achieved by a driving device that is smaller than the reference angle .
本発明によれば、共振が発生する回転数をずらすことができる駆動装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the drive device which can shift the rotation speed which resonance generate | occur | produces can be provided.
図1は、本実施例のモータMの断面図である。モータMは、ハウジングH、ハウジングH内に収納されたロータ20、ステータ40、プリント基板P等が収納されている。回転軸10は、軸受62、64により回転可能に支持されている。ロータ20は、回転軸10に固定されている。ロータ20の外周には、複数の永久磁石30が周方向に配置されている。ロータ20は磁性材料により形成され、例えば電磁鋼板である。ロータ20の周囲にはステータ40が配置されている。ステータ40には、複数のコイル50が巻回されている。複数のコイル50が通電制御されることにより、ステータ40周囲にはロータ20を回転させるための磁界が発生する。ステータ40周囲に発生した磁界と複数の永久磁石30との間に作用する磁気的吸引力、磁気的反発力により、ロータ20は回転する。これにより回転軸10が回転する。尚、回転軸10の先端にはインペラFが連結される。インペラFは、モータMによって駆動される被駆動部材の一例である。インペラFは合成樹脂製であるが金属製であってもよい。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the motor M of this embodiment. The motor M houses a housing H, a
モータMは3相12スロットのインナーロータ型ブラシレスモータである。複数のコイル50は、U相、V相、W相の3相からなる。プリント基板Pのロータ20と対向する面には、コイル50の各相(U相、V相、W相)に応じた検出信号を生成するための3つの磁気センサUS、VS、WSが、永久磁石30と対向するように配置されている。これら磁気センサは例えばホール素子である。磁気センサUS、VS、WSは、それぞれU相、V相、W相用のセンサである。また、プリント基板Pは、モータMの外部に設けられた駆動制御回路に電気的に接続される。ロータ20は、8個の永久磁石30が固定されている。これら複数の永久磁石30は、隣り合う永久磁石30は互いに異なる極性が半径方向の外側を向いてロータ20に固定されている。また、永久磁石30は等角度間隔で配置されている。
The motor M is a three-phase 12-slot inner rotor type brushless motor. The plurality of
図2は、ステータ40の正面図である。ステータ40は、ハウジングHの内壁面環に組みつけられた円環状の環状部42、環状部42から径方向中心に向けて突出した周方向に並んだ複数のティース部(磁極部)44、を有している。隣接するティース部44間にはスロット46が形成されている。ステータ40には合成樹脂製のインシュレータ(不図示)が取り付けられており、インシュレータの外側にコイル50が巻回されている。これにより、本ステータ40は12極(12スロット)構成となっている。尚、図2には、ロータ20の極性について概念的に示している。図2に示すように、ロータ20は等角度間隔に交互に異なる極性を有している。
FIG. 2 is a front view of the
次に、本実施例のモータMに採用されている磁気センサUS、VS、WSの配置位置を説明する前に、従来例での磁気センサUS、VS、WSの配置位置について説明する。図3Aは、従来例での磁気センサUS、VS、WSの配置位置の説明図である。従来例では、プリント基板Px上に配置されている磁気センサUS、VS、WSについて、ロータの回転中心を中心としたときの磁気センサUS、VS間の角度間隔であるθxと、磁気センサVS、WS間の角度間隔であるθyとは等しい。即ち、磁気センサUS、VS、WSは機械角度が等しい等角度間隔で配置され、電気角度についても等角度間隔である。θx、θyは機械角度を示している。また、磁気センサUS、VS、WSは、ステータのスロットに対向する位置に配置される。θx、θyは、以下のように設定されている。
θx=θy=360度÷スロット数・・・(1)
例えば、12スロットを有したステータの場合には、θx、θyは共に30度である。また、磁気センサUS、VS、WS間のそれぞれの電気角は120度である。従って、磁気センサUS、VS、WSは、ロータの回転に伴って、電気角120度の位相差を有する検出信号を出力できる。この検出信号に基づいて、従来のモータに採用されているコイルは通電制御されて、ロータが回転する。上記(1)の式によって得られるθx、θyは、従来のモータに採用されている、隣接する磁気センサの角度間隔を示す基準角度である。以下、本明細書では上記(1)の式によって得られる角度間隔を基準角度と称する。
Next, before explaining the arrangement positions of the magnetic sensors US, VS, WS employed in the motor M of this embodiment, the arrangement positions of the magnetic sensors US, VS, WS in the conventional example will be described. FIG. 3A is an explanatory diagram of arrangement positions of the magnetic sensors US, VS, WS in the conventional example. In the conventional example, for the magnetic sensors US, VS, WS arranged on the printed circuit board Px, θx, which is the angular interval between the magnetic sensors US, VS when the rotation center of the rotor is the center, and the magnetic sensors VS, The angle interval between WSs is equal to θy. That is, the magnetic sensors US, VS, WS are arranged at equal angular intervals with the same mechanical angle, and the electrical angles are also at equal angular intervals. θx and θy indicate mechanical angles. Further, the magnetic sensors US, VS, WS are arranged at positions facing the slots of the stator. θx and θy are set as follows.
θx = θy = 360 degrees ÷ number of slots (1)
For example, in the case of a stator having 12 slots, both θx and θy are 30 degrees. In addition, each electrical angle between the magnetic sensors US, VS, and WS is 120 degrees. Therefore, the magnetic sensors US, VS, and WS can output detection signals having a phase difference of 120 electrical degrees as the rotor rotates. Based on this detection signal, the coil employed in the conventional motor is energized and the rotor rotates. Θx and θy obtained by the equation (1) are reference angles indicating the angular interval between adjacent magnetic sensors employed in a conventional motor. Hereinafter, in this specification, the angle interval obtained by the equation (1) is referred to as a reference angle.
図3Bは、本実施例のモータMに採用されている磁気センサUS、VS、WSの配置位置の説明図である。本実施例では、磁気センサUS、VS間のθaと、磁気センサVS、WS間のθbとは異なっている。即ち、磁気センサUS、VS、WSは不均等な機械角度、及び不均等な電気角度で配置されている。例えば、θa、θbは、それぞれ以下の範囲に設定する。
360度÷スロット数−359度÷スロット数≦θa、θb≦360度÷スロット数+359度÷スロット数・・・(2)
図4は、本実施例のモータMに採用されている磁気センサUS、VS、WSとステータ40との位置関係の説明図である。本実施例では、磁気センサUS、WSはそれぞれに対向するステータ40のスロット46の中心からずれた位置に配置されており、磁気センサVSは対向するスロット46の中心に位置している。詳細には、磁気センサUSは、スロット46に対向せず、磁気センサWSは、スロット46には対向するがスロット46の中心からはずれている。このように、不均等な角度間隔で配置された磁気センサUS、VS、WSが出力する検出信号に基づいてコイル50が通電制御されてロータ20は回転する。図3B、図4で示した例では、θaは、上述した基準角度よりも小さく、θbは、基準角度よりも大きい。尚、従来例のモータ及び本実施例のモータMの何れの場合にも、磁気センサUS、VS、WSは、ロータ20の回転中心から等しい距離に配置されている。
FIG. 3B is an explanatory diagram of the arrangement positions of the magnetic sensors US, VS, WS employed in the motor M of the present embodiment. In this embodiment, θa between the magnetic sensors US and VS is different from θb between the magnetic sensors VS and WS. In other words, the magnetic sensors US, VS, WS are arranged with unequal mechanical angles and unequal electrical angles. For example, θa and θb are set in the following ranges, respectively.
360 ° ÷ number of slots−359 ° ÷ number of slots ≦ θa, θb ≦ 360 ° ÷ number of slots + 359 ° ÷ number of slots (2)
FIG. 4 is an explanatory diagram of the positional relationship between the magnetic sensors US, VS, WS employed in the motor M of the present embodiment and the
図5Aは、従来例のモータの回転数に応じた騒音値を示す実験結果のグラフである。線分NAxは、従来例のモータでインペラFを駆動した場合での、モータとインペラFとの全体の騒音値を示している。線分NMxは、従来例のモータでインペラFを駆動した場合での、従来例のモータのみの騒音値を示している。図5Aに示すように、回転数2000r/min付近の回転数r1で、線分NMxがピーク値PMxをとり、線分NAxがピーク値PAxをとり、これら騒音は一時的に高くなっている。この理由は、従来例のモータとインペラFとが共振していると考えられる。図5Bは、所定の回転数r1での従来例のモータとインペラFとの全体の騒音での周波数解析結果を示したグラフである。図5Bに示すように、1000Hz周辺の騒音値が他の周波数での騒音と比較して増大していることがわかる。 FIG. 5A is a graph of experimental results showing noise values according to the number of rotations of a conventional motor. The line segment NAx indicates the total noise value of the motor and the impeller F when the impeller F is driven by the conventional motor. The line segment NMx indicates the noise value of only the conventional motor when the impeller F is driven by the conventional motor. As shown in FIG. 5A, the line segment NMx has a peak value PMx and the line segment NAx has a peak value PAx at a rotation speed r1 near a rotation speed of 2000 r / min, and these noises are temporarily high. The reason is considered that the conventional motor and the impeller F resonate. FIG. 5B is a graph showing the frequency analysis result of the entire noise of the conventional motor and impeller F at a predetermined rotational speed r1. As shown in FIG. 5B, it can be seen that the noise value around 1000 Hz is increased as compared with noise at other frequencies.
図6Aは、本実施例のモータMの回転数に応じた騒音値を示す実験結果のグラフである。線分NAは、モータMでインペラFを駆動した場合での、モータMとインペラFとの全体の騒音値を示している。線分NMは、モータMでインペラFを駆動した場合での、モータMのみの騒音値を示している。図6Aに示すように、図5Aに示した従来例と比較して、回転数r1での線分NM、NAのそれぞれのピーク値PM、PAは、上述した従来例でのピーク値PMx、PAxよりも低下していることがわかる。図6Bは、所定の回転数r1での本実施例のモータMとインペラFとの全体の騒音での周波数解析結果を示したグラフである。図6Bに示すように、図5Bに示した従来例と比較して、1000Hz周辺の騒音値が低下していることがわかる。 FIG. 6A is a graph of an experimental result showing a noise value according to the number of rotations of the motor M of the present embodiment. A line segment NA indicates an overall noise value of the motor M and the impeller F when the impeller F is driven by the motor M. A line segment NM indicates a noise value of only the motor M when the impeller F is driven by the motor M. As shown in FIG. 6A, compared with the conventional example shown in FIG. 5A, the peak values PM and PA of the line segments NM and NA at the rotational speed r1 are the peak values PMx and PAx in the conventional example described above. It turns out that it is falling. FIG. 6B is a graph showing the frequency analysis result of the overall noise of the motor M and the impeller F of the present embodiment at a predetermined rotational speed r1. As shown in FIG. 6B, it can be seen that the noise value around 1000 Hz is reduced as compared with the conventional example shown in FIG. 5B.
図7Aは、従来例のモータの複数のコイルに印加される電流波形を示したグラフである。図7Bは、本実施例のモータMの複数のコイル50に印加される電流波形を示したグラフである。上述したように、従来例のモータでは、磁気センサUS、VS、WSは等角度間隔に配置されているため、磁気センサUS、VS、WSの検出信号に基づいて通電制御されるコイルに印加される電流の波形も規則的なものとなる。これに対して、本実施例のモータMでは、磁気センサUS、VS、WSの角度間隔は不均等であるため、コイル50へ印加される電流の波形は不規則となり、コイル50への通電タイミングが不規則である。このため、本実施例のモータMと従来例のモータとの騒音の特性が変化し、本実施例のモータMとインペラFとが共振する回転数を、従来例のモータによって共振が発生していた回転数に対してずらすことができる。
FIG. 7A is a graph showing current waveforms applied to a plurality of coils of a conventional motor. FIG. 7B is a graph showing current waveforms applied to the plurality of
例えば、このようなインペラFが回転数r1を含む回転数の範囲内で使用される場合に、従来例のモータを用いると、共振が発生し騒音が増大する。しかしながら本実施例のモータMを用いることによって、回転数r1での共振を抑制でき、騒音を抑制できる。従って、磁気センサUS、VS、WSの角度間隔を変更するという簡単な変更により、共振が発生する回転数をずらして、騒音を抑制できる。 For example, when such an impeller F is used within the range of the rotational speed including the rotational speed r1, if the conventional motor is used, resonance occurs and noise increases. However, by using the motor M of this embodiment, resonance at the rotation speed r1 can be suppressed, and noise can be suppressed. Accordingly, the noise can be suppressed by shifting the number of rotations at which resonance occurs by a simple change of changing the angular intervals of the magnetic sensors US, VS, and WS.
また、図6Aに示すように、回転数r1よりも僅かに低い回転数で線分NMはピーク値PM1を取る。しかしながら、ピーク値PM1は、従来例のピーク値PMxよりも低い値である。このように、所定の回転数の範囲内において、従来例のモータの騒音値のピーク値よりも、本実施例のモータMの騒音値のピーク値が抑制されている。従って、モータMの騒音の増大が抑制されている。 Further, as shown in FIG. 6A, the line segment NM takes a peak value PM1 at a rotational speed slightly lower than the rotational speed r1. However, the peak value PM1 is lower than the peak value PMx of the conventional example. Thus, the peak value of the noise value of the motor M of the present embodiment is suppressed more than the peak value of the noise value of the motor of the conventional example within the range of the predetermined rotational speed. Accordingly, an increase in noise of the motor M is suppressed.
また、このような騒音を抑制するために、従来例のモータの回転軸とインペラFとの間にゴム等を介在させてインペラFの振動を吸収することが考えられる。しかしながら本実施例のモータMによれば、このような対策を行わなくても騒音を抑制できる。このため、部品点数を削減でき、またコストの増大も抑制できる。 In order to suppress such noise, it is conceivable to absorb vibrations of the impeller F by interposing rubber or the like between the rotating shaft of the conventional motor and the impeller F. However, according to the motor M of the present embodiment, noise can be suppressed without taking such measures. For this reason, the number of parts can be reduced, and an increase in cost can be suppressed.
尚、このような騒音を抑制するために、磁気センサUS、VS、WSを等角度間隔に維持したまま、磁気センサの位置を電気角で、遅れる方向に配置することも考えられる。しかし、その場合はモータ特性が低下する恐れがある。しかしながら、本実施例によれば、モータ特性を低下させずに騒音の抑制が可能である。 In order to suppress such noise, it is also conceivable that the position of the magnetic sensor is arranged in a direction delayed by an electrical angle while maintaining the magnetic sensors US, VS, WS at equal angular intervals. However, in that case, the motor characteristics may be deteriorated. However, according to the present embodiment, noise can be suppressed without deteriorating motor characteristics.
上記実施例では、磁気センサUS、WSはそれぞれに対向するステータ40のスロット46の中心から僅かにずれた位置に配置されており、磁気センサVSは対向するスロット46の中心に位置している。しかしながらこれに限定されず、磁気センサVSをスロット46の中心からずらしてもよい。磁気センサUS、VS、WSは、少なくともロータ20を回転するように制御できる位置に配置されていればよい。
In the above embodiment, the magnetic sensors US and WS are disposed at positions slightly shifted from the centers of the
上記実施例では、θaを基準角度よりも小さく設定し、θbを基準角度よりも大きく設定したがこれに限定されない。例えば、θa、θbの一方のみを基準角度よりも大きく又は小さく設定し他方を基準角度に設定してもよい。θa、θbの一方を基準角度より大きくし他方を小さく設定してもよい。θa、θbの双方を基準角度よりも大きく又は小さく設定してもよい。また、上記実施例では磁気センサUS、VS、WSの少なくとも一つがステータ40のスロット46の中心位置に配置されているが、これに限定されず、全ての磁気センサがステータのスロットに対向しない位置に配置されていてもよいし、2つの磁気センサがスロットに対向するように配置されていてもよい。
In the above embodiment, θa is set smaller than the reference angle and θb is set larger than the reference angle. However, the present invention is not limited to this. For example, only one of θa and θb may be set larger or smaller than the reference angle, and the other may be set as the reference angle. One of θa and θb may be set larger than the reference angle and the other smaller. Both θa and θb may be set larger or smaller than the reference angle. In the above embodiment, at least one of the magnetic sensors US, VS, and WS is disposed at the center position of the
本実施例のモータMは、ロータ20の極数が8でありステータ40のスロット数が12であるがこれに限定されない。本実施例のモータMとインペラFとは、例えば、電化製品、給湯器、乗物、遊戯機器、工作機器、繊維機器、印刷機械等に用いることができ、業務用、家庭用を問わない。また、ロータの回転動力が伝達されて回転する被駆動部材の一例として、インペラFを説明したが、被駆動部材はこれに限定されない。例えば被駆動部材は、減速機、クラッチ、プーリー等であってもよい。
In the motor M of this embodiment, the number of poles of the
また、モータが筐体に包含される場合には、モータと筐体とが共振する場合があるが、このような場合であっても上述したように本実施例のモータMを採用することにより、共振が発生する回転数をずらすことができる。 In addition, when the motor is included in the housing, the motor and the housing may resonate. Even in such a case, by using the motor M of this embodiment as described above, The rotational speed at which resonance occurs can be shifted.
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、変形・変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Is possible.
モータ M
F インペラ(被駆動部材)
US、VS、WS 磁気センサ
10 回転軸
20 ロータ
40 ステータ
44 ティース部
46 スロット
50 コイル
Motor M
F impeller (driven member)
US, VS, WS
Claims (1)
磁石を有するロータと、を備え、
前記複数のコイルへの通電が制御されるモータ装置と、
前記ロータの回転動力が伝達されて回転するインペラと、を備えた駆動装置であって、
前記ロータに対向するように前記ロータの周方向に順に配置された第1、第2、第3磁気センサを備え、
前記第1、第2、及び第3磁気センサの出力信号に基づいて前記複数のコイルへの通電が制御され、
前記ロータは、周方向に等角度間隔で異なる極性を有し、
前記ロータの回転中心を中心としたときの、前記第1及び第2磁気センサ間の第1角度間隔と前記第2及び第3磁気センサ間の第2角度間隔とは異なっており、
前記ステータは、前記複数のコイルがそれぞれ巻回された複数のティース部、隣接する前記ティース部間に形成された複数のスロット、を有し、
前記第1及び第2角度間隔の少なくとも一方は、360度を前記スロットの数で割って得られた基準角度とは異なっており、
前記第1及び第2角度間隔の少なくとも一方は、前記基準角度よりも小さい、駆動装置。 A stator around which a plurality of coils are wound;
A rotor having a magnet,
A motor device in which energization of the plurality of coils is controlled ;
An impeller that rotates by transmitting the rotational power of the rotor,
Comprising first, second, and third magnetic sensors disposed in order in the circumferential direction of the rotor so as to face the rotor;
Energization to the plurality of coils is controlled based on output signals of the first, second, and third magnetic sensors,
The rotor has different polarities at equiangular intervals in the circumferential direction,
The first angular interval between the first and second magnetic sensors and the second angular interval between the second and third magnetic sensors when the rotation center of the rotor is the center are different,
The stator has a plurality of teeth portions around which the plurality of coils are wound, and a plurality of slots formed between the adjacent teeth portions,
At least one of the first and second angular intervals is different from a reference angle obtained by dividing 360 degrees by the number of slots;
At least one of the first and second angular intervals is a driving device that is smaller than the reference angle.
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