KR100866435B1

KR100866435B1 - 전동기의 회전자

Info

Publication number: KR100866435B1
Application number: KR1020067027361A
Authority: KR
Inventors: 마사미 핫토리; 츠요시 시가
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바; 도시바 콘슈머 일렉트로닉스·홀딩스 가부시키가이샤; 도시바 홈 어플라이언스 가부시키가이샤
Priority date: 2004-06-28
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2008-10-31
Also published as: KR20070022802A

Abstract

본 발명은 전동기의 회전자에 관한 것으로서, 복수의 자성체제의 강판(28)을 축 방향으로 적층함으로써 구성되어 축 방향으로 연장되는 복수의 자석 삽입 구멍(18)을 구비한 회전자 철심(19)과, 상기 자석 삽입 구멍(18)에 삽입된 복수의 계자용 영구자석(20)과, 상기 회전자 철심(19)의 축방향 양 단부 중 자기 센서(23)와 대향하는 단부에 설치되어 상기 자석 삽입 구멍(18)에 대응하는 개구부(30)를 구비한 위치 결정용 강판(28a)과, 상기 개구부(30) 중 둘레 방향으로 연장되는 한쌍의 변부(30a) 중 적어도 한쪽에 설치되어 상기 개구부(30) 내로 돌출된 돌출부(31)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

전동기의 회전자{ROTOR OF MOTOR}

본 발명은 회전자 철심의 내부에 계자용(界磁用) 영구자석이 조립된 전동기의 회전자에 관한 것이다.

전동기의 회전자에는 복수장의 자성체제의 강판을 적층하여 형성된 회전자 철심에 자석 삽입 구멍을 설치하고, 상기 자석 삽입 구멍에 계자용 영구자석을 삽입하여 구성된 것이 있다(예를 들면 일본 공개특허공보 제2003-333779호 참조).

상기 구성의 회전자를 구비한 전동기에서는 영구자석의 축방향 단면과 대향 배치된 자기 센서, 예를 들면 홀IC에 의해 상기 회전자의 회전 위치나 회전 속도를 검출하는 것이 일반적으로 실시되고 있다.

도 6은 회전자의 회전에 따른 자속 밀도의 변화와 자기 센서의 출력과의 관계의 일례를 도시한 것이다. 도 6의 상단은 자기 센서와 대향하는 회전자의 축방향 단면에서의 로터 마그네트(1) 및 자석 삽입 구멍(2)의 배치를 개략적으로 도시하고 있다. 도 6의 좌우 방향은 둘레 방향을, 상하 방향은 직경 방향을 도시하고 있다. 상기 회전자는 상기 마그네트(1)와 자석 삽입 구멍(2)이 대략 동일한 크기로 설정되어 있다. 또한, 부호는 붙이고 있지 않지만, 상기 마그네트(1) 및 자석 삽입 구멍(2)의 둘레가 자성체제의 강판이 된다.

도 6의 중단 및 하단은 각각 상기 자기 센서에 작용하는 자속 밀도 및 자기 센서의 출력 신호와 회전자의 회전 위치(자기 센서의 상대 위치)와의 관계를 도시하고 있다. 도 6의 중단 및 하단의 횡축은 모두 회전자의 회전 위치를 도시하고, 상단의 마그네트(1)의 위치와 대응하고 있다.

또한, 도면 중 일점쇄선(L)은 회전자의 자극간 중심, 거리(D)는 상기 로터 마그네트(1)의 둘레 방향 단부에서 상기 자극간 중심(L)까지의 거리, 파선(P)은 회전자의 회전에 따라 상대적으로 이동하는 자기센서의 궤적을 도시하고 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 자기센서에 작용하는 자속 밀도는 자기 센서와 로터 마그네트(1)가 대향할 때 가장 커지고, 자기 센서와 로터 마그네트가 이간될수록 작아진다. 여기서는 자기 센서와 로터 마그네트(1)가 대향할 때의 자속 밀도(최대 자속 밀도)를 「B」라고 한다.

한편, 자기 센서의 출력은 자속 밀도가 임계값(동작 자속 밀도)(A1, A2)을 초과함으로써, 「High」와 「Low」 사이에서 전환된다. 이에 의해 회전자의 자극이 S극에서 N극으로, 또는 N극에서 S극으로 전환된 것이 검지된다.

도 6의 C로부터 알 수 있는 바와 같이, 자기 센서에 가해지는 자계의 방향이 전환되는 타이밍(자기 센서가 자극간 중심을 통과하는 타이밍)과 자기 센서의 동작 타이밍과의 사이에는 자기 히스테리시스에 기인하는「오차」가 생긴다. 여기서는 자극간 중심(L)으로부터의 거리(C)를「오차」의 지표로 한다. 「오차(C)」가 작을수록 회전자의 회전 위치의 검출 정밀도가 좋다고 할 수 있다.

이에 대해, 예를 들면 도 7은 축방향 단면에 로터 마그네트(1)의 위치 결정 구조를 설치한 회전자의 회전에 따른 자속 밀도의 변화와 자기 센서의 출력 신호의 관계를 도시하고 있다. 즉, 상기 회전자는 로터 마그네트(1)를 축 방향으로 위치 결정하기 위해, 자기 센서와 대향하는 축방향 단면에 상기 자석 삽입 구멍(2) 보다도 면적이 작은 개구부(3)를 가진 강판이 설치되어 있다. 상기 개구부(3)는 자석 삽입 구멍(2) 보다도 둘레 방향 길이 크기가 작게 구성되어 있고, 이에 의해 마그네트(1)의 둘레 방향의 양 단부가 강판에 의해 덮혀진다. 이하, 마그네트(1)의 둘레 방향의 양 단부를 덮는 부분을 덮개부(3a)로 한다.

이와 같이, 로터 마그네트(1)의 둘레 방향 양 단부가 덮개부(3a)로 덮혀져 있으면 그 부분에서 자속 누설이 발생한다. 이 때문에 로터 마그네트(1)와 대향하는 부분에 있어서 자기 센서에 작용하는 자속 밀도(B1)는 상기 자속 밀도(B)보다도 작아진다(B 〉B1). 또한, 덮개부(3a)를 설치함으로써 개구부(3)의 둘레 방향 단부에서 자극간 중심(L)까지의 거리(D1)는 상기 거리(D)보다도 길어진다(D〈 D1). 이 때문에 자극간의 자속 밀도의 변화율이 작아지고, 자계의 방향이 전환되는 타이밍과 자기 센서의 동작 타이밍과의 사이의 「오차(C1)」가 상기 「오차(C)」보다도 커진다(C〈 C1).

즉, 로터 마그네트(1)의 축 방향의 위치 결정을 용이하게 하면 회전자의 회전 위치의 검출 정밀도가 떨어진다.

(발명의 개시)

(발명이 해결하고자 하는 과제)

본 발명의 목적은 로터 마그네트의 축 방향의 위치 결정을 용이하게 하면서, 회전 위치의 검출 정밀도의 저하를 최대한 방지한 전동기의 회전자를 제공하는데 있다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

본 발명은 고정자와, 복수의 자성체제의 강판을 축 방향으로 적층함으로써 구성되어 축 방향으로 연장되는 복수의 자석 삽입 구멍을 가진 회전자 철심 및 상기 자석 삽입 구멍에 삽입된 복수의 계자용 영구자석으로 이루어진 회전자와, 상기 고정자에 설치되어 상기 회전자의 축 방향 단면과 대향하는 자기 센서를 구비한 전동기의 회전자에 있어서,

상기 회전자 철심의 축방향 양 단부 중 상기 자기 센서와 대향하는 단부에 상기 자석 삽입 구멍에 대응하는 개구부를 가진 위치 결정용 강판을 설치하고, 또한 상기 개구부 중 둘레방향으로 연장되는 한쌍의 변부의 적어도 한쪽에 상기 개구부내를 향해 돌출된 돌출부를 설치한 것을 특징으로 한다.

(발명의 효과)

본 발명의 전동기의 회전자는 상기 위치 결정용 강판에 돌출부를 가진 개구부를 설치했으므로, 상기 영구자석을 축방향으로 위치 결정할 수 있다. 또한, 상기 돌출부는 상기 개구부중 둘레방향으로 연장되는 한쌍의 변부(邊部)에 설치되어 있으므로 영구자석의 둘레 방향 단부에서의 자속 밀도의 저하를 작게 억제할 수 있고, 그 만큼 자극 사이의 자속 밀도의 변화율을 크게 할 수 있다. 따라서, 영구자석의 위치 결정 구조를 설치한 것에 의한 자기 센서의 검출 정밀도의 저하를 최대한 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 나타내는 전동기 중 홀IC의 주변 부분의 종단측면도,

도 2는 전동기의 일부를 확대하여 도시한 평면도,

도 3은 회전자의 회전에 따른 자속 밀도의 변화 및 상기 자기 센서의 출력과의 관계를 설명하기 위한 도면,

도 4는 본 발명의 제 2 실시예를 나타내는 도 3 상당도면,

도 5는 본 발명의 제 3 실시예를 나타내는 도 3 상당도면,

도 6은 종래의 회전자의 도 3 상당도면, 및

도 7은 다른 종래의 회전자의 도 3 상당도면이다.

(발명을 실시하기 위한 가장 좋은 형태)

본 발명을 더 상세히 설명하기 위해, 첨부 도면에 따라 이를 설명한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명을 외전형 전동기에 적용한 제 1 실시예를 도시하고 있다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 전동기의 고정자(11)는 방사상으로 돌출된 복수개의 티스(12)를 구비한 고정자 철심(13)과, 각 티스(12)에 감겨 장착된 스테이터 코일(14)로 구성되어 있다. 고정자 철심(13)은 자성체제의 복수장의 강판(15)을 축방향(도 1에서 상하 방향)으로 적층함으로써 구성되어 있 다.

회전자(16)는 바닥이 얕은 용기 형상을 이루는 자성체제의 프레임(17)과, 상기 프레임(17)의 주벽부(周壁部)(17a)의 내면에 배치된 원고리 형상의 회전자 철심(19)을 구비하여 구성되어 있다. 상기 회전자 철심(19)에는 축방향으로 관통하는 복수의 자석 삽입 구멍(18)이 둘레 방향으로 간격을 두고 설치되어 있다. 상기 자석 삽입 구멍(18)의 내부에는 각각 계자용 영구자석(20)이 삽입되어 있다. 자석 삽입 구멍(18) 및 영구자석(20)은 모두 단면이 직사각형 형상을 이루고 있다. 상기 프레임(17), 상기 회전자 철심(19), 상기 영구자석(20)은 수지(21)에 의해 일체적으로 성형되어 회전자(16)가 구성된다. 이와 같이 프레임(17), 회전자 철심(19), 영구자석(20)을 수지(21)에 의해 일체 성형하여 회전자(16)를 구성함으로써 회전자(16)의 강도를 높게 할 수 있다.

상기 회전자(16)는 회전자 철심(19)의 내주면이 상기 고정자(11)의 티스(12)의 선단면(외주면)과 소정의 틈을 두고 대향하도록 배치된다. 상기 회전자(16)는 프레임(17)의 중심부에 고정된 도시하지 않은 회전축을 중심으로 회전한다.

상기 고정자(11)에는 프린트 기판(25)이 수용된 합성수지제의 케이스(26)가 고정되어 있다. 상기 프린트 기판(25)에는 홀IC(24)를 구비한 자기 센서(23)가 실장되어 있다. 상기 홀IC(24)는 영구자석(20)의 축방향 단면 중 내주 근처 부분과 대향하도록 구성되어 있다.

상기 회전자 철심(19)은 자성체제의 강판(28)을 축방향(도 1의 상하 방향)으로 다수장 적층함으로써 구성되어 있다. 이하의 설명에서는 상기 회전자 철심(19) 중 자기 센서(23)와 대향하는 축방향 단부에 위치하는 강판을 단부 강판(28a)으로 한다. 상기 단부 강판(28a)은 본 발명의 위치 결정용 강판에 상당한다. 상기 자석 삽입 구멍(18)은 상기 단부 강판(28a)을 제외한 상기 강판(28)에 형성되어 있다. 상기 삽입 구멍(18)은 상기 영구자석(20)의 단면적과 대략 동일한 개구 면적을 가지고 있다.

한편, 상기 단부 강판(28a)에는 상기 자석 삽입 구멍(18)에 대응하는 직사각형 형상의 개구부(30)가 설치되어 있다. 상기 개구부(30)는 상기 자석 삽입 구멍(18)과 대략 동일한 크기를 가지고 있지만, 둘레 방향 중앙 부근의 직경 방향 길이 크기가 상기 자석 삽입 구멍(18)보다도 약간 작게 되어 있다. 즉, 상기 개구부(30) 중 둘레 방향으로 연장되는 한쌍의 변부(30a)에는 각각 개구부(30)의 안쪽을 향해 돌출된 돌출부(31)가 형성되어 있다. 상기 돌출부(31)에 의해 영구자석(20)이 자석 삽입 구멍(18)에서 빠져나오지 않고 상기 영구자석(20)을 축 방향으로 위치 결정할 수 있다.

또한, 회전자 철심(19) 중 자기 센서(23)와의 대향 단부(도 1에 있어서, 하단부)는 일부를 제외하고 상기 수지(21)에 의해 덮혀져 있다. 따라서, 상기 수지(21)는 상기 개구부(30) 내로 들어가 영구자석(20)의 하단면을 덮고 있다.

계속해서, 상기 구성의 회전자(16)의 회전에 따른 자속의 변화와 자기 센서(23)의 출력 신호와의 관계에 대해 도 3을 참조하면서 설명한다. 여기서는 도 6에 도시한 종래의 회전자와의 비교를 용이하게 하기 위해, 자기 센서(23)의 임계값(동작 자속 밀도)을 'A1' 및 'A2'로, 최대 자속 밀도를 'B'로 한다. 또한, 영구 자석(20)의 둘레 방향 단부에서 자극간 중심(L)까지의 거리를 'D'로 설정한다.

본 실시예에서는 상기 단부 강판(28a)의 돌출부(31)를 구비한 개구부(30)를 설치했으므로 상기 영구자석(20)의 축방향 단부의 일부가 상기 돌출부(31)로 덮혀져 자속 누설이 발생한다. 이 때문에 영구자석(20)과 대향하는 부분이라도 돌출부(31)가 존재하는 부분에서는 자기 센서(23)에 작용하는 자속 밀도가 자속 밀도(B)보다 약간 낮아진다. 단, 상기 돌출부(31)는 개구부(30)의 둘레방향 중앙부에 위치하고 있으므로, 영구자석(20)의 둘레 방향 단부에서 자기 센서(23)에 작용하는 자속 밀도는 「B」 그대로 유지된다.

따라서, 자기센서(23)의 임계값 및 영구자석(20)의 둘레 방향 단부에서 자극간 중심(L)까지의 거리가 도 6에 도시한 종래예와 동일하면 자극간의 자속 밀도의 변화율도 종래예와 동일해진다. 이 때문에 자기 센서(23)에 가해지는 자계의 방향이 전환되는 타이밍과 자기 센서(23)의 동작 타이밍의 오차도 도면에 도시한 종래예와 마찬가지로 「C」가 된다.

이와 같이 본 실시예에 의하면 영구자석(20)의 축 방향의 위치 결정이 가능한 구성으로 하면서, 자기 센서(23)에 의한 회전자의 회전 위치의 검출 정밀도의 저하도 방지할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예를 나타낸 것이며, 제 1 실시예와 다른 점을 설명한다. 또한, 제 1 실시예와 동일한 부분에는 동일 부호를 붙이고 있다. 도 4의 상단에 도시한 바와 같이, 이 제 2 실시예에서는 개구부(30)의 돌출부(31)가 상기 개구부(30)의 둘레 방향 전체에 걸쳐 설치되어 있다. 즉, 상기 개구부(30)의 전체의 직경 방향 길이 크기가 자석 삽입 구멍(18)의 직경 방향 길이 크기 보다도 작아지도록 구성되어 있다.

상기 돌출부(31)에 의해 본 실시예에서도 영구자석(20)의 축방향의 위치 결정이 가능해진다.

또한, 돌출부(31)를 개구부(30)의 둘레 방향 전체에 설치했으므로 자기 센서(23)와 영구자석(20)이 대향하는 부분에서 자기 센서(23)에 작용하는 자속 밀도(B2)는 전체적으로 자속 밀도(B) 보다도 낮아진다(B2〈 B).

단, 돌출부(31)는 도 7에 도시한 종래예의 덮개부(3a)와 달리 개구부(30)를 둘레 방향으로 좁게 하는 것이 아니다. 따라서, 영구자석(20)의 둘레 방향 단부에서 자극간 중심(L)까지의 거리는 도 6에 도시한 종래예와 마찬가지로 「D」이며, 그 결과, 자극간의 자속 밀도의 변화율은 종래예보다도 작아진다. 이 때문에 자기센서(23)의 임계값이 'A1', 'A2'이면 자기 센서(23)에 가해지는 자계의 방향이 전환되는 타이밍과 자기 센서(23)의 동작 타이밍의 오차「C2」는 오차 「C」보다도 커지고(C〈 C2), 도 6에 도시한 종래예에 비해 검출 정밀도가 약간 저하된다.

한편, 상기한 바와 같이 영구자석(20)의 둘레 방향 단부에서 자극간 중심(L)까지의 거리는 도 7에 도시한 종래예보다도 작다. 따라서, 돌출부(31) 또는 덮개부(3a)에 의한 자속 밀도의 저하량이 동일하면, 도 7에 도시한 종래예에 비해 본 실시예가 자극간의 자속의 변화율이 커지고, 회전 위치의 검출 정밀도가 좋아진다.

도 5는 본 발명의 제 3 실시예를 나타낸 것이며, 제 1 실시예와 다른 점을 설명한다. 또한, 제 1 실시예와 동일한 부분에는 동일 부호를 붙이고 있다. 도 5 의 상단에 도시한 바와 같이, 이 제 3 실시예에서는 개구부(30)의 둘레 방향 길이 크기를 영구자석(20)의 둘레 방향 길이 크기 보다도 크게 하고, 상기 개구부(30)의 둘레 방향 양 단부에 상기 영구자석(20)과 대향하지 않는 개구 연장부(35)를 설치하고 있다. 이와 같은 구성에 의해 상기 단부 강판(28a)과 접하는 강판(28)의 일부가 개구 연장부(35)에서 노출되어 있다.

상기 구성에서도 개구부(30)의 돌출부(31)에 의해 영구자석(20)을 축 방향으로 위치 결정할 수 있다.

또한, 상기 개구부(30)는 돌출부(31)를 갖기 때문에, 영구자석(20)과 대향하는 부분 중 돌출부(31)가 존재하는 부분에서의 자속 밀도는 약간 저하하지만, 그 이외의 부분의 자속 밀도는 「B」가 된다.

또한, 상기 개구 연장부(35)를 설치하였으므로, 개구부(30)의 둘레 방향 단부에서 자극간 중심(L)까지의 거리「D2」는, 도 6에 도시한 종래예나 도 3에 도시한 제 1 실시예보다도 작아진다(D 〉D2). 또한, 상기 개구 연장부(35)에 의해 영구자석(20)의 둘레 방향 양측에 단부 강판(28a)이 존재하지 않으므로 이 부분에서의 자속 누설이 적어진다. 이 때문에 상기 개구 연장부(35)에서의 자속 밀도의 저하량이 적어지고, 자극간의 자속 밀도의 변화율을 제 1 실시예에서 나타내는 것보다도 크게 할 수 있다. 따라서, 자기 센서(23)의 임계값이 'A1', 'A2'이면 자기 센서(23)에 가해지는 자계의 방향이 전환되는 타이밍과 자기 센서(23)의 동작 타이밍의 오차「C3」가 오차「C」 보다도 작아지고(C 〉C3), 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 예를 들면 다음과 같이 변형이 가능하다.

개구부(30)의 양 변부(30a) 중 자기 센서(23)에서 떨어져 있는 쪽[예를 들면, 도 3에서는 위에 위치하는 변부(30a)]에만 돌출부(31)를 설치해도 좋다.

상기 실시예에서는 개구부(30)의 변부(30a)에 둘레 방향으로 긴 돌출부(31)를 설치했지만, 둘레 방향의 길이 크기가 작은 복수의 돌출부를 상기 변부(30a)에 설치해도 좋다.

본 발명은 이너로터 타입의 전동기의 회전자에도 적용할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 전동기의 회전자는 자기 센서에 의한 회전 위치의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있으므로, 예를 들면 세탁기의 회전조를 직접적으로 구동하는 전동기의 회전자로서 유용하다.

Claims

고정자(11)와, 복수의 자성체제의 강판(28)을 축 방향으로 적층함으로써 구성되어 축 방향으로 연장되는 복수의 자석 삽입 구멍(18)을 가진 회전자 철심(19) 및 상기 자석 삽입 구멍(18)에 삽입된 복수의 계자용 영구자석(20)으로 이루어진 회전자(16)와, 상기 고정자(11)에 설치되어 상기 회전자(16)의 축 방향 단면과 대향하는 자기 센서(23)를 구비한 전동기의 회전자에 있어서,

상기 회전자 철심(19)의 축방향 양 단부 중 상기 자기 센서(23)와 대향하는 단부에 설치되어 상기 자석 삽입 구멍(18)에 대응하는 개구부(30)를 가진 위치 결정용 강판(28a)을 구비하고, 또한 상기 개구부(30) 중 둘레방향으로 연장되는 한쌍의 변부(30a)의 적어도 한쪽에 상기 개구부(30) 내를 향해 돌출된 돌출부(31)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
제 1 항에 있어서,

상기 돌출부(31)는 상기 변부(30a)의 둘레 방향 중앙 부근에서 상기 개구부(30) 내를 향해 돌출되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
제 1 항에 있어서,

상기 개구부(30)의 한쌍의 변부(30a)의 한쪽 보다도 다른쪽이 상기 자기 센서(23)에 가까워지도록 구성되고,

상기 돌출부(31)는 상기 한쪽의 변부(30a)에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
제 2 항에 있어서,

상기 개구부(30)의 한쌍의 변부(30a)의 한쪽 보다도 다른쪽이 상기 자기 센서(23)에 가까워지도록 구성되고,

상기 돌출부(31)는 상기 한쪽의 변부(30a)에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
제 1 항에 있어서,

상기 돌출부(31)는 상기 영구자석(20)의 둘레 방향 양 단부를 덮지 않도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
제 3 항에 있어서,

상기 돌출부(31)는 상기 영구자석(20)의 둘레 방향 양 단부를 덮지 않도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
제 1 항에 있어서,

상기 개구부(30)는 그 둘레 방향 길이 크기가 상기 영구자석(20)의 둘레 방향 길이 크기 보다도 크게 구성되고, 상기 개구부(30)의 둘레 방향 양 단부는 상기 영구자석(20)과 대향하지 않는 개구 연장부(35)로 되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
제 2 항에 있어서,

상기 개구부(30)는 그 둘레 방향 길이 크기가 상기 영구자석(20)의 둘레 방향 길이 크기 보다도 크게 구성되고, 상기 개구부(30)의 둘레 방향 양 단부는 상기 영구자석(20)과 대향하지 않는 개구 연장부(35)로 되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
제 1 항에 있어서,

상기 회전자 철심(19), 상기 영구자석(20), 및 수지(21)에 의해 일체적으로 성형된 프레임(17)을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
제 2 항에 있어서,

상기 회전자 철심(19), 상기 영구자석(20), 및 수지(21)에 의해 일체적으로 성형된 프레임(17)을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.