JP4233950B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、回転磁界を発生するステータと、ステータの内部に回転自在に収納されたロータコアに複数の永久磁石を放射状に支持したロータと、ロータからの漏れ磁束に基づいて該ロータの回転位置を検出するホール素子とを備えたブラシレスモータに関する。

ステータの内部に収納したロータに４個の永久磁石を９０°間隔で放射状に取り付け、各永久磁石の径方向外端面が臨むロータコアの外周面にフラックスバリアを構成する孔を形成したブラシレスモータが、下記特許文献１により公知である。この孔は、ロータの永久磁石からの磁束の漏洩や短絡を防止するためのもので、これによりリラクタンストルクを低下させることなく渦電流損失を低減してモータの効率向上を図っている。

またステータの外周に配置したロータの回転軸にセンシング用永久磁石を取り付け、このセンシング用永久磁石をホール素子で検出することでロータの回転位置を検出するブラシレスモータが、下記特許文献２により公知である。
特開２００１−８６６７３号公報 特開平１１−２８９７３６号公報

ところで、特許文献２に記載されたブラシレスモータは、ロータの回転位置を検出するための特別のセンシング用永久磁石を必要とするため、モータを薄型化する上での障害になったり部品点数が増加したりする問題があった。そこで、ロータコアの磁路から外部に漏洩する漏れ磁束をホール素子で検出してロータの回転位置を検出する手法も採用されているが、ホール素子を配置した位置にある程度の漏れ磁束を発生させないと充分な検出精度が得られないという問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ブラシレスモータのロータの回転位置を漏れ磁束を用いて精度良く検出できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、回転磁界を発生するステータと、ステータの内部に回転自在に収納されたロータコアに複数の永久磁石を放射状に支持したロータと、ロータからの漏れ磁束に基づいて該ロータの回転位置を検出するホール素子とを備えたブラシレスモータにおいて、ロータコアは隣接する永久磁石間に円周方向の幅が径方向の幅よりも狭い磁路を備えており、この磁路に臨む位置にホール素子を配置したことを特徴とするブラシレスモータが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、ロータコアに磁路の磁気抵抗を増加させるための空間部を形成したことを特徴とするブラシレスモータが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記空間部を前記磁路に形成したことを特徴とするブラシレスモータが提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、回転磁界を発生するステータと、ステータの内部に回転自在に収納されたロータと、ロータコアの外周部に円周方向に配置された複数の永久磁石と、ロータコアの内周部に円周方向に配置された複数のセンシング用永久磁石と、センシング用永久磁石からの漏れ磁束に基づいてロータの回転位置を検出するホール素子とを備えたブラシレスモータにおいて、ロータコアにセンシング用永久磁石からの漏れ磁束を増加させるための空間部を形成したことを特徴とするブラシレスモータが提案される。

尚、実施例の第１空間部２４ｃ〜第６空間部２４ｈは本発明の空間部に対応する。

請求項１の構成によれば、ロータコアに放射状に支持した複数の永久磁石間に円周方向の幅が径方向の幅よりも狭い磁路を形成したので、磁路の磁気抵抗が増加して漏れ磁束が発生し易くなり、この磁路に臨む位置に配置したホール素子を通過する漏れ磁束を増加させてロータの回転位置を精度良く検出することが可能となる。またロータの回転位置検出用のセンシング用永久磁石が不要になるため、部品点数の削減およびモータの小型化および薄型化に寄与することができる。

請求項２の構成によれば、ロータコアに空間部を形成したことにより磁束が通過し難くなって磁路の磁気抵抗が増加するため、漏れ磁束を増加させてホール素子によるロータの回転位置の検出精度を更に高めることができる。

請求項３の構成よれば、隣接する永久磁石間の磁路にロータコアの空間部を形成したので、磁路の磁気抵抗を効果的に増加させて漏れ磁束を更に増加させることができる。

請求項４の構成によれば、ロータコアの内周部に円周方向に配置した複数のセンシング用永久磁石からの漏れ磁束を増加させるべく該ロータコアに空間部を形成したので、センシング用永久磁石の磁路の磁気抵抗が増加して漏れ磁束が発生し易くなり、この磁路に臨む位置に配置したホール素子を通過する漏れ磁束を増加させてロータの回転位置を精度良く検出することが可能となる。またセンシング用永久磁石を小型化できるので、モータの小型化および薄型化に寄与することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図４は本発明の第１実施例を示すもので、図１はブラシレスモータの縦断面図（図２の１−１線断面図）、図２は図１の２−２線断面図、図３は図１の３−３線矢視図、図４は図３の４−４線拡大断面図である。

図１および図２に示すように、薄型のブラシレスモータＭのハウジング１１は、皿状のアッパーハウジング１２および円板状のロアハウジング１３を複数のボルト１４…で結合してなり、アッパーハウジング１２およびロアハウジング１３にそれぞれベアリング１５，１６を介して出力軸１７が回転自在に支持される。ブラシレスモータＭはハウジング１１の内周面に固定されたステータ１８と、ステータ１８の径方向内側に配置されて出力軸１７と共に回転するロータ１９とを備える。

ステータ１８は積層鋼板よりなる２４個のティース２１…を円周方向に１５°間隔で接続し、各々のティース２１…にコイル２２…を巻回したものであり、その内周面がロータ１９の外周面に僅かなエアギャップを介して対向する。

図３および図４を併せて参照すると明らかなように、ロータ１９は、出力軸１７にスプライン結合されたロータボス２３と、ロータボス２３の外周に固定された積層鋼板よりなるロータコア２４と、ロータコア２４に形成した永久磁石保持孔２４ａ…に保持された２０個の永久磁石２５…とを備える。例えばネオジウム製の永久磁石２５…はロータ１９の軸線Ｌ方向に見て長方形をなしており、その長手方向を軸線Ｌを中心とする放射方向に沿わせて円周方向に１８°間隔で配置される。

永久磁石２５…は相対向する長辺がＮ極どうし、あるいはＳ極どうしとなるように配置される。隣接する永久磁石２５…間にはセクタ状の磁路２４ｂ…が区画されており、これらの磁路２４ｂ…は円周方向の最大幅Ｗ１が径方向の幅Ｗ２よりも小さくなるように、つまり径方向に細長く形成される。

各々の永久磁石２５…の径方向外端に臨むロータコア２４の外周部には２０個の切欠状の第１空間部２４ｃ…が形成されており、これらの第１空間部２４ｃ…を介して永久磁石２５…の径方向外端面がエアギャップに露出している。また隣接する永久磁石２５…の径方内端間であってロータボス２３の外周面に隣接する位置に２０個の孔状の第２空間部２４ｄ…が形成される。これらの第１、第２空間部２４ｃ…，２４ｄ…はロータコア２４を軸線Ｌ方向に貫通する。

ブラシレスモータＭのアッパーハウジング１２に、軸線Ｌを中心とする１２０°間隔で３個の開口１２ａ…が形成されており、基板２６に固定したホール素子２７が各々の開口１２ａ…からロータ１９の上面に臨んでいる。ホール素子２７…は、永久磁石２５…によってロータコア２４に形成された磁束の漏れ磁束を検出することでロータ１９の回転位置を検出するためのもので、その回転位置に基づく所定のタイミングでステータ１８の２４個のコイル２２…を順次励磁することでロータ１９が駆動される。

さて、ホール素子２７…でロータ１９の回転位置を精度良く検出するには、ロータコア２４からホール素子２７…に向かって軸線Ｌ方向に漏れる漏れ磁束を増加させる必要がある。本実施例では、ロータコア２４に多数（実施例では２０個）の永久磁石２５…を狭い間隔で放射方向に配置しているため、隣接する永久磁石２５…間の磁路２４ｂ…の断面積が小さくなって磁束が飽和し、ホール素子２７…を通過する漏れ磁束を増加させてロータ１９の回転位置の検出精度を高めることができる。

特に、ロータコア２４には第１、第２空間部２４ｃ…，２４ｄ…が形成されており、これらの第１、第２空間部２４ｃ…，２４ｄ…で磁束の流れをせき止めることで、ホール素子２７…に向かう漏れ磁束を更に増加させてロータ１９の回転位置の検出精度を一層高めることができる。

以上のように、ロータコア２４の磁路２４ｂ…からの漏れ磁束を利用してロータ１９の回転位置を検出するので、ロータ１９の回転位置検出用のセンシング用永久磁石を不要にして部品点数の削減およびモータの小型化および薄型化に寄与することができる。

次に、図５に基づいて本発明の第２実施例を説明する。

第２実施例はホール素子２７…の配置において第１実施例と異なっている。

第１実施例では、１２０°間隔で配置した３個のホール素子２７…の出力信号をマイクロコンピュータで演算処理することでロータ１９の回転方向および回転位置を検出するようになっているが、第２実施例では、ロータ１９の時計方向の回転位置を検出するための３個のホール素子２７ａ…と、ロータ１９の反時計方向の回転位置を検出するための３個のホール素子２７ｂ…とを別個に備えている。

ロータ１９の時計方向の回転位置を検出するための３個のホール素子２７ａ…は、ティース２１…の位相に対して所定角度θ（例えば３．５°）進角した位置に配置されており、これによりホール素子２７ａ…が検出したロータ１９の回転位置に基づいてコイル２２…を励磁すると、ロータ１９が時計方向に最大回転数で回転する際に最大のトルクが得られるようになっている。

一方、ロータ１９の反時計方向の回転位置を検出するための３個のホール素子２７ｂ…は、ティース２１…の位相に対して所定角度θ（例えば３．５°）遅角した位置に配置されており、これによりホール素子２７ｂ…が検出したロータ１９の回転位置に基づいてコイル２２…を励磁すると、ロータ１９が反時計方向に最大回転数で回転する際に最大のトルクが得られるようになっている。

第２実施例のその他の構成および効果は、第１実施例と同じである。

図６〜図８はそれぞれ本発明の第３実施例〜第５実施例を示すもので、これらの実施例はロータコア２４の空間部の位置だけが第１実施例と異なっている。

図６の第３実施例は、各磁路２４ｂ…の径方向内端寄りの位置で永久磁石２５…の両長辺に対向するように第３空間部２４ｅ…を形成したもので、その近傍で磁路２４ｂ…の断面積を狭めて漏れ磁束を増加させることで、ホール素子２７…によるロータ１９の回転位置の検出精度を高めるようになっている。

図７の第４実施例は、各磁路２４ｂ…の径方向内端寄りの中央位置に第４空間部２４ｆ…を形成したもので、その近傍で磁路２４ｂ…の断面積を狭めて漏れ磁束を増加させることで、ホール素子２７…によるロータ１９の回転位置の検出精度を高めるようになっている。

図８の第５実施例は、各磁路２４ｂ…の径方向内端よりも更に径方向内側位置に第５空間部２４ｇ…を形成したもので、磁路２４ｂ…の径方向内端部の断面積を狭めて漏れ磁束を増加させることで、ホール素子２７…によるロータ１９の回転位置の検出精度を高めるようになっている。

図６〜図８の各実施例において、鎖線で囲んた部分が漏れ磁束が最大になる部分であり、この位置にホール素子２７…を配置することで検出精度を最大限に高めることができる。特に、図６および図７の実施例では磁路２４ｂ…に直接第３空間部２４ｅ…あるいは第４空間部２４ｆ…を形成しているので、磁路２４ｂ…の断面積を直接狭めて漏れ磁束を効果的に増加させることができる。

次に、図９に基づいて本発明の第６実施例を説明する。

図９はブラシレスモータＭのロータ１９を示すもので、ロータコア２４は、その外周部に円周方向に所定間隔で配置された複数の永久磁石２５…を備えるとともに、その内周部に円周方向に所定間隔で配置された複数のセンシング用永久磁石２８…を備える。各々のセンシング用永久磁石２８…の周囲を囲む磁路の一部を遮るように、ロータコア２４を軸線Ｌ方向に貫通する複数の第６空間部２４ｈ…が形成されており、磁路の磁気飽和が発生し易い部分、つまりセンシング用永久磁石２８…からの漏れ磁束が増加し易い部分に、３個のホール素子２７…が臨んでいる。

従って、この第６実施例によれば、センシング用永久磁石２８…を小型化してブラシレスモータＭの小型化および薄型化を図りながら、センシング用永久磁石２８…からの漏れ磁束を増加させてロータ１９の回転位置の検出精度を高めることができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例のブラシレスモータＭは２４個のコイル２２…と２０個の永久磁石２５…（第６実施例は１６個）とを備えているが、その数は実施例に限定されるものではない。

また第１空間部２４ｃ〜第６空間部２４ｈは空洞である必要はなく、銅のような非磁性体を埋め込んでも良い。

ブラシレスモータの縦断面図（図２の１−１線断面図） 図１の２−２線断面図 図１の３−３線矢視図 図３の４−４線拡大断面図 第２実施例に係るホール素子の配置を示す図 第３実施例に係る空間部の形状を示す図 第４実施例に係る空間部の形状を示す図 第５実施例に係る空間部の形状を示す図 第６実施例に係るロータの構造を示す図

符号の説明

１８ ステータ
１９ ロータ
２４ ロータコア
２４ｂ 磁路
２４ｃ 第１空間部（空間部）
２４ｄ 第２空間部（空間部）
２４ｅ 第３空間部（空間部）
２４ｆ 第４空間部（空間部）
２４ｇ 第５空間部（空間部）
２４ｈ 第６空間部（空間部）
２５ 永久磁石
２７ ホール素子
２７ａ ホール素子
２７ｂ ホール素子
２８ センシング用永久磁石
Ｗ１ 円周方向の幅
Ｗ２ 径方向の幅

Claims (4)

1. 回転磁界を発生するステータ（１８）と、ステータ（１８）の内部に回転自在に収納されたロータコア（２４）に複数の永久磁石（２５）を放射状に支持したロータ（１９）と、ロータ（１９）からの漏れ磁束に基づいて該ロータ（１９）の回転位置を検出するホール素子（２７，２７ｂ，２７ｃ）とを備えたブラシレスモータにおいて、
   ロータコア（２４）は隣接する永久磁石（２５）間に円周方向の幅（Ｗ１）が径方向の幅（Ｗ２）よりも狭い磁路（２４ｂ）を備えており、この磁路（２４ｂ）に臨む位置にホール素子（２７，２７ａ，２７ｂ）を配置したことを特徴とするブラシレスモータ。
2. ロータコア（２４）に磁路（２４ｂ）の磁気抵抗を増加させるための空間部（２４ｃ〜２４ｇ）を形成したことを特徴とする、請求項１に記載のブラシレスモータ。
3. 前記空間部（２４ｆ，２４ｇ）を前記磁路（２４ｂ）に形成したことを特徴とする、請求項２に記載のブラシレスモータ。
4. 回転磁界を発生するステータ（１８）と、ステータ（１８）の内部に回転自在に収納されたロータ（１９）と、ロータコア（２４）の外周部に円周方向に配置された複数の永久磁石（２５）と、ロータコア（２４）の内周部に円周方向に配置された複数のセンシング用永久磁石（２８）と、センシング用永久磁石（２８）からの漏れ磁束に基づいてロータ（２４）の回転位置を検出するホール素子（２７）とを備えたブラシレスモータにおいて、
   ロータコア（２４）にセンシング用永久磁石（２８）からの漏れ磁束を増加させるための空間部（２４ｈ）を形成したことを特徴とするブラシレスモータ。
   

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