WO2006001232A1 - 電動機の回転子 - Google Patents

Abstract

　本発明は、複数の磁性体製の鋼板（２８）を軸方向に積層することにより構成され軸方向に延びる複数の磁石挿入孔（１８）を有する回転子鉄心（１９）と、前記磁石挿入孔（１８）に挿入された複数の界磁用の永久磁石（２０）と、前記回転子鉄心（１９）の軸方向両端部のうち磁気センサ（２３）と対向する端部に設けられ前記磁石挿入孔（１８）に対応する開口部（３０）を有する位置決め用鋼板（２８ａ）と、前記開口部（３０）のうち周方向に延びる一対の辺部（３０ａ）の少なくとも一方に設けられ前記開口部（３０）内に向かって突出する突出部（３１）とを備えた電動機の回転子である。

Description

明 細 書

電動機の回転子

技術分野

[0001] 本発明は、回転子鉄心の内部に界磁用の永久磁石が組み込まれた電動機の回転 子に関する。

背景技術

[0002] 電動機の回転子には、複数枚の磁性体製の鋼板を積層して形成された回転子鉄 心に磁石挿入孔を設け、前記磁石挿入孔に界磁用の永久磁石を挿入して構成され たものがある（例えば日本国特許公開公報 2003— 333779号参照)。

[0003] 上記構成の回転子を備えた電動機では、永久磁石の軸方向端面と対向配置させ た磁気センサ、例えばホール ICにより前記回転子の回転位置や回転速度を検出す ることが一般的に行われて！/、る。

[0004] 図 6は、回転子の回転に伴う磁束密度の変化と磁気センサの出力との関係の一例 を示すものである。図 6の上段は、磁気センサと対向する回転子の軸方向端面にお けるロータマグネット 1及び磁石揷入孔 2の配置を概略的に示している。図 6における 左右方向が周方向を、上下方向が径方向を示している。前記回転子は前記マグネッ ト 1と磁石挿入孔 2とが略同じ大きさに設定されている。また、符号は付さないが、前 記マグネット 1及び磁石挿入孔 2の周りが磁性体製の鋼板となる。

[0005] 図 6の中段及び下段は、それぞれ前記磁気センサに作用する磁束密度及び磁気 センサの出力信号と回転子の回転位置 (磁気センサの相対位置）との関係を示して いる。図 6の中段及び下段の横軸はいずれも回転子の回転位置を示しており、上段 のマグネット 1の位置と対応している。

[0006] 尚、図中、一点鎖線 Lは回転子の磁極間中心、距離 Dは前記ロータマグネット 1の 周方向端部から前記磁極間中心 Lまでの距離、破線 Pは回転子の回転に伴い相対 的に移動する磁気センサの軌跡を示して 、る。

[0007] 図 6に示すように、磁気センサに作用する磁束密度は磁気センサとロータマグネット 1とが対向するときに最も大きくなり、磁気センサとロータマグネットが離間するにつれ て小さくなる。ここでは、磁気センサとロータマグネット 1とが対向するときの磁束密度（ 最大磁束密度）を「B」とする。

[0008] 一方、磁気センサの出力は、磁束密度が閾値 (動作磁束密度) Al, A2を越えるこ とにより、「1¾₈11」と「し0 との間で切り換わる。これにより、回転子の磁極が S極から

N極に、或いは N極から S極に切り換わったことが検知される。

[0009] 図 6C力 分力るように、磁気センサに加わる磁界の方向が切り換わるタイミング (磁 気センサが磁極間中心を通過するタイミング）と磁気センサの動作タイミングとの間に は、磁気ヒステリシスに起因する「ずれ」が生じる。ここでは、磁極間中心 Lからの距離

Cを「ずれ」の指標とする。「ずれ C」が小さいほど回転子の回転位置の検出精度が良 いといえる。

[0010] これに対して例えば図 7は、軸方向端面にロータマグネット 1の位置決め構造を設 けた回転子の回転に伴う磁束密度の変化と磁気センサの出力信号との関係を示して いる。即ち、前記回転子は、ロータマグネット 1を軸方向に位置決めするために、磁気 センサと対向する軸方向端面に前記磁石挿入孔 2よりも面積が小さい開口部 3を有 する鋼板が設けられている。前記開口部 3は磁石挿入孔 2よりも周方向長さ寸法が小 さく構成されており、これにより、マグネット 1の周方向の両端部が鋼板により覆われる 。以下、マグネット 1の周方向の両端部を覆う部分を覆い部 3aとする。

[0011] このように、ロータマグネット 1の周方向両端部が覆い部 3aで覆われていると、その 部分で磁束漏れが発生する。このため、ロータマグネット 1と対向する部分において 磁気センサに作用する磁束密度 B1は、上記した磁束密度 Bよりも小さくなる（B>B1 ) oまた、覆い部 3aを設けたことにより、開口部 3の周方向端部力も磁極間中心 まで の距離 D1は、上記した距離 Dよりも長くなる（Dく Dl)。このため、磁極間の磁束密 度の変化率力 S小さくなり、磁界の方向が切り換わるタイミングと磁気センサの動作タイ ミングとの間の「ずれ Cl」が上記した「ずれ C」よりも大きくなる（Cく C1)。

つまり、ロータマグネット 1の軸方向の位置決めを容易にすると回転子の回転位置 の検出精度が悪くなつてしまう。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題 [0012] 本発明の目的は、ロータマグネットの軸方向の位置決めを容易にしつつ、回転位 置の検出精度の低下を極力防止した電動機の回転子を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0013] 本発明は、固定子と、複数の磁性体製の鋼板を軸方向に積層することにより構成さ れ軸方向に延びる複数の磁石挿入孔を有する回転子鉄心及び前記磁石挿入孔に 挿入された複数の界磁用の永久磁石力 なる回転子と、前記固定子に設けられ、前 記回転子の軸方向端面と対向する磁気センサとを備えた電動機の回転子において 前記回転子鉄心の軸方向両端部のうち前記磁気センサと対向する端部に、前記磁 石挿入孔に対応する開口部を有する位置決め用鋼板を設けると共に、前記開口部 のうち周方向に延びる一対の辺部の少なくとも一方に前記開口部内に向力つて突出 する突出部を設けたことを特徴とする。

発明の効果

[0014] 本発明の電動機の回転子は、前記位置決め用鋼板に突出部を有する開口部を設 けたため、前記永久磁石を軸方向に位置決めすることができる。し力も、前記突出部 は、前記開口部のうち周方向に延びる一対の辺部に設けられているため、永久磁石 の周方向端部における磁束密度の低下を小さく抑えることができ、この分、磁極間に おける磁束密度の変化率を大きくすることができる。従って、永久磁石の位置決め構 造を設けたことによる磁気センサの検出精度の低下を極力防止することができる。 図面の簡単な説明

[0015] [図 1]図 1は本発明の第 1の実施例を示す電動機のうちホール ICの周辺部分の縦断 側面図である。

[図 2]図 2は電動機の一部を拡大して示す平面図である。

[図 3]図 3は回転子の回転に伴う磁束密度の変化及び前記磁気センサの出力との関 係を説明するための図である。

[図 4]図 4は本発明の第 2の実施例を示す図 3相当図である。

[図 5]図 5は本発明の第 3の実施例を示す図 3相当図である。

[図 6]図 6は従来の回転子における図 3相当図である。 [図 7]図 7は別の従来の回転子における図 3相当図である。

発明を実施するための最良の形態

[0016] 本発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。

図 1ないし図 3は、本発明を外転形の電動機に適用した第 1の実施例を示している 図 1及び図 2に示すように、本実施例に係る電動機の固定子 11は、放射状に突出 する複数個のティース 12を有する固定子鉄心 13と、各ティース 12に卷装されたステ ータコイル 14とから構成されている。固定子鉄心 13は、磁性体製の複数枚の鋼板 1 5を軸方向（図 1において上下方向）に積層することにより構成されている。

[0017] 回転子 16は、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の内面に配置された円環状の回転子鉄心 19とを備えて構成されて 、る。前記 回転子鉄心 19には、軸方向に貫通する複数の磁石挿入孔 18が周方向に間隔を置 いて設けられている。前記磁石挿入孔 18の内部には、それぞれ界磁用の永久磁石 20が挿入されて ヽる。磁石挿入孔 18及び永久磁石 20は ヽずれも断面矩形状をなし ている。前記フレーム 17、前記回転子鉄心 19、前記永久磁石 20は、榭脂 21により 一体的に成形され、以つて、回転子 16が構成される。このように、フレーム 17、回転 子鉄心 19、永久磁石 20を榭脂 21により一体成形して回転子 16を構成したことにより 、回転子 16の強度を高くすることができる。

[0018] 前記回転子 16は、回転子鉄心 19の内周面力 前記固定子 11のティース 12の先 端面 (外周面）と所定の空隙を介して対向するように配置される。前記回転子 16は、 フレーム 17の中心部に固定された図示しない回転軸を中心に回転する。

[0019] 前記固定子 11には、プリント基板 25が収容された合成樹脂製のケース 26が固定さ れている。前記プリント基板 25にはホール IC24を備えた磁気センサ 23が実装されて いる。前記ホール IC24は、永久磁石 20の軸方向端面のうち内周寄りの部分と対向 するように構成されている。

[0020] 前記回転子鉄心 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 積層することにより構成されている。以下の説明では、前記回転子鉄心 19のうち磁気 センサ 23と対向する軸方向端部に位置する鋼板を端部鋼板 28aとする。前記端部 鋼板 28aは本発明の位置決め用鋼板に相当する。前記磁石挿入孔 18は、前記端部 鋼板 28aを除く前記鋼板 28に形成されている。前記挿入孔 18は、前記永久磁石 20 の断面積と略同じ開口面積を有して 、る。

[0021] 一方、前記端部鋼板 28aには、前記磁石挿入孔 18に対応する矩形状の開口部 30 が設けられている。前記開口部 30は、前記磁石挿入孔 18と略同じ大きさを有してい るが、周方向中央付近における径方向長さ寸法が前記磁石挿入孔 18よりも若干小さ くなつている。即ち、前記開口部 30のうち周方向に延びる一対の辺部 30aには、それ ぞれ開口部 30の内方に向力つて突出する突出部 31が形成されている。前記突出部 31により永久磁石 20が磁石挿入孔 18から抜け出ることがなく前記永久磁石 20を軸 方向に位置決めすることができる。

[0022] 尚、回転子鉄心 19のうち磁気センサ 23との対向端部（図 1において、下端部）は、 一部を除いて前記榭脂 21によって覆われている。従って、前記榭脂 21は、前記開 口部 30内に入り込んで、永久磁石 20の下端面を覆って 、る。

[0023] 次に、上記構成の回転子 16の回転に伴う磁束の変化と磁気センサ 23の出力信号 との関係について図 3を参照しながら説明する。ここでは、図 6に示した従来の回転 子との比較を容易にするために、磁気センサ 23の閾値 (動作磁束密度）を A1及び A 2に、最大磁束密度を Bとする。また、永久磁石 20の周方向端部力も磁極間中心しま での距離を Dに設定する。

[0024] 本実施例では、前記端部鋼板 28aに突出部 31を有する開口部 30を設けたため、 前記永久磁石 20の軸方向端部の一部が前記突出部 31で覆われ、磁束漏れが発生 する。このため、永久磁石 20と対向する部分であっても、突出部 31が存在する部分 では、磁気センサ 23に作用する磁束密度が磁束密度 Bよりも若干低くなる。但し、前 記突出部 31は、開口部 30の周方向中央部に位置しているため、永久磁石 20の周 方向端部において磁気センサ 23に作用する磁束密度は「B」のまま維持される。

[0025] 従って、磁気センサ 23の閾値並びに永久磁石 20の周方向端部力も磁極間中心 L までの距離が図 6に示す従来例と同じであれば、磁極間における磁束密度の変化率 も従来例と同じになる。このため、磁気センサ 23に加わる磁界の方向が切り換わるタ イミングと磁気センサ 23の動作タイミングのずれも、図に示す従来例と同じ「C」になる [0026] このように、本実施例によれば、永久磁石 20の軸方向の位置決めが可能な構成と しながら、磁気センサ 23による回転子の回転位置の検出精度の低下も防止できる。 図 4は本発明の第 2の実施例を示したものであり、第 1の実施例と異なるところを説 明する。尚、第 1の実施例と同一部分には同一符号を付している。図 4の上段に示す ように、この第 2の実施例では開口部 30の突出部 31が、前記開口部 30の周方向全 体に亘つて設けられている。つまり、前記開口部 30の全体の径方向長さ寸法が、磁 石挿入孔 18の径方向長さ寸法よりも小さくなるように構成されている。

[0027] 上記突出部 31により、本実施例においても永久磁石 20の軸方向の位置決めが可 能となる。

また、突出部 31を開口部 30の周方向全体に設けたため、磁気センサ 23と永久磁 石 20とが対向する部分において磁気センサ 23に作用する磁束密度 B2は、全体的 に磁束密度 Bよりも低くなる（B2く B)。

[0028] 但し、突出部 31は、図 7に示す従来例の覆い部 3aと異なり、開口部 30を周方向に 狭くするものではない。従って、永久磁石 20の周方向端部力も磁極間中心 までの 距離は図 6に示す従来例と同じ「D」であり、この結果、磁極間における磁束密度の変 化率は従来例よりも小さくなる。このため、磁気センサ 23の閾値が Al, A2であれば 、磁気センサ 23に加わる磁界の方向が切り換わるタイミングと磁気センサ 23の動作 タイミングのずれ「C2」は、ずれ「C」よりも大きくなり（C< C2)、図 6に示す従来例に 比べて検出精度が若干低下する。

[0029] 一方、上述したように、永久磁石 20の周方向端部から磁極間中心 Lまでの距離は 図 7に示す従来例よりも小さい。従って、突出部 31或いは覆い部 3aによる磁束密度 の低下量が同じであれば、図 7に示す従来例に比べて本実施例の方力 磁極間の 磁束の変化率が大きくなり、回転位置の検出精度が良くなる。

[0030] 図 5は本発明の第 3の実施例を示すものであり、第 1の実施例と異なるところを説明 する。尚、第 1の実施例と同一部分には同一符号を付している。図 5の上段に示すよ うに、この第 3の実施例では、開口部 30の周方向長さ寸法を永久磁石 20の周方向 長さ寸法よりも大きくし、前記開口部 30の周方向両端部に前記永久磁石 20と対向し ない開口延長部 35を設けている。このような構成により、前記端部鋼板 28aと接する 鋼板 28の一部が開口延長部 35にお 、て露出して 、る。

[0031] 上記構成においても、開口部 30の突出部 31により、永久磁石 20を軸方向に位置 決めすることができる。

また、前記開口部 30は突出部 31を有するため、永久磁石 20と対向する部分のうち 突出部 31が存在する部分における磁束密度は若干低下するものの、それ以外の部 分の磁束密度は「B」となる。

[0032] 更に、前記開口延長部 35を設けたため、開口部 30の周方向端部力も磁極間中心 Lまでの距離「D2」は、図 6に示す従来例や図 3に示す第 1の実施例よりも小さくなる（ D>D2)。し力も、前記開口延長部 35により永久磁石 20の周方向両側に端部鋼板 2 8aが存在しないため、この部分における磁束漏れが少なくなる。このため、前記開口 延長部 35における磁束密度の低下量が少なくなり、磁極間における磁束密度の変 化率を第 1の実施例で示すものよりも大きくすることができる。従って、磁気センサ 23 の閾値が Al, A2であれば、磁気センサ 23に加わる磁界の方向が切り換わるタイミン グと磁気センサ 23の動作タイミングのずれ「C3」力 ずれ「C」よりも小さくなり（C>C3 )、検出精度の向上を図ることができる。

[0033] 尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなぐ例えば次のように変形が 可能である。

開口部 30の両辺部 30aのうち磁気センサ 23から離れている方（例えば、図 3では 上に位置する辺部 30a)にのみ突出部 31を設けても良い。

[0034] 上記実施例では、開口部 30の辺部 30aに周方向に長い突出部 31を設けたが、周 方向の長さ寸法が小さい複数の突出部を前記辺部 30aに設けても良い。

本発明は、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。

産業上の利用可能性

[0035] 以上のように、本発明に力かる電動機の回転子は、磁気センサによる回転位置の 検出精度を向上することができるため、例えば洗濯機の回転槽を直接的に駆動する 電動機の回転子として有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 固定子（11)と、複数の磁性体製の鋼板 (28)を軸方向に積層することにより構成さ れ軸方向に延びる複数の磁石挿入孔（18)を有する回転子鉄心（19)及び前記磁石 挿入孔（18)に挿入された複数の界磁用の永久磁石 (20)力もなる回転子（ 16)と、 前記固定子（11)に設けられ、前記回転子（16)の軸方向端面と対向する磁気センサ (23)とを備えた電動機の回転子において、

前記回転子鉄心（19)の軸方向両端部のうち前記磁気センサ（23)と対向する端部 に設けられ前記磁石挿入孔（18)に対応する開口部（30)を有する位置決め用鋼板 ( 28a)を備え、前記開口部（30)のうち周方向に延びる一対の辺部（30a)の少なくとも 一方には前記開口部（30)内に向力つて突出する突出部（31)が設けられていること を特徴とする。

[2] 請求項 1の電動機の回転子において、

前記突出部（31)は、前記辺部（30a)の周方向中央付近から前記開口部（30)内 に向力つて突出するように構成されて 、ることを特徴とする。

[3] 請求項 1記載の電動機の回転子において、

前記開口部（30)の一対の辺部（30a)の一方よりも他方の方が前記磁気センサ（2 3)に近くなるように構成され、

前記突出部（31)は、前記一方の辺部（30a)に設けられていることを特徴とする。

[4] 請求項 2記載の電動機の回転子において、

前記開口部（30)の一対の辺部（30a)の一方よりも他方の方が前記磁気センサ（2 3)に近くなるように構成され、

前記突出部（31)は、前記一方の辺部（30a)に設けられていることを特徴とする。

[5] 請求項 1記載の電動機の回転子において、

前記突出部（31)は、前記永久磁石（20)の周方向両端部を覆わないように構成さ れていることを特徴とする。

[6] 請求項 3記載の電動機の回転子において、

前記突出部（31)は、前記永久磁石（20)の周方向両端部を覆わないように構成さ れていることを特徴とする。

[7] 請求項 1記載の電動機の回転子において、

前記開口部（30)は、その周方向長さ寸法が前記永久磁石 (20)の周方向長さ寸 法よりも大きく構成され、前記開口部（30)の周方向両端部は前記永久磁石（20)と 対向しない開口延長部（35)とされていることを特徴とする。

[8] 請求項 2記載の電動機の回転子において、

前記開口部（30)は、その周方向長さ寸法が前記永久磁石 (20)の周方向長さ寸 法よりも大きく構成され、前記開口部（30)の周方向両端部は前記永久磁石（20)と 対向しない開口延長部（35)とされていることを特徴とする。

[9] 請求項 1記載の電動機の回転子において、

前記回転子鉄心（19)及び前記永久磁石（20)と榭脂（21)により一体的に成形さ れたフレーム（ 17)を備えて!/、ることを特徴とする。

[10] 請求項 2記載の電動機の回転子において、

前記回転子鉄心（19)及び前記永久磁石（20)と榭脂（21)により一体的に成形さ れたフレーム（ 17)を備えて!/、ることを特徴とする。