(57)【要約】【課題】マグネットロータの回転に寄与する有効な磁束量の低減を抑えつつ、軸方向の漏れ磁束を増加させて、精度良く、マグネットロータの回転位置を検出することが可能なブラシレスモータを提供すること。【解決手段】ブラシレスモータ１は、ロータコア８の外周面に固着されたリングマグネット１０を有して回転自在に支承されたマグネットロータ５と、そのリングマグネット１０に対向する複数のティース３を有してマグネットロータ５の径方向外側に配置されたステータ４と、を備える。また、ブラシレスモータ１は、軸方向に漏出するマグネットロータ５の漏れ磁束に基づいて当該マグネットロータ５の回転位置を検出可能な磁気センサ１１を備える。そして、これら各磁気センサ１１に臨むリングマグネット１０の軸方向端部１０ａには、径方向寸法Ｌの短い短寸部２０が形成される。【選択図】図４
2014103721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に支承されたマグネットロータと、前記マグネットロータの周面に対向する径方向位置に設けられた複数のティースを有するステータと、軸方向に漏出する前記マグネットロータの漏れ磁束に基づいて該マグネットロータの回転位置を検出可能な磁気センサと、を備えたブラシレスモータにおいて、
前記マグネットロータの永久磁石は、前記磁気センサに臨む軸方向端部に径方向寸法の短い短寸部を有すること、を特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のブラシレスモータにおいて、
前記永久磁石は、前記各ティースよりも長い軸方向寸法を有するとともに、
前記短寸部は、軸方向において前記各ティースの軸方向端部よりも前記磁気センサに近い位置に配置されること、を特徴とするブラシレスモータ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のブラシレスモータにおいて、
前記短寸部は、前記永久磁石の軸方向端部における径方向内側の一部及び径方向外側の一部の少なくとも何れか一方を切り欠いてなること、を特徴とするブラシレスモータ。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のブラシレスモータにおいて、
前記短寸部は、軸方向先端側ほど前記径方向寸法が短くなるような斜面形状を有すること、を特徴とするブラシレスモータ。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のブラシレスモータにおいて、
前記磁気センサは、その磁気検出素子が軸方向において前記永久磁石に対向する位置に設けられること、を特徴とするブラシレスモータ。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載のブラシレスモータにおいて、
前記マグネットロータは、ロータコアの周面に前記永久磁石を固着してなるものであること、を特徴とするブラシレスモータ。
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れか一項に記載のブラシレスモータにおいて、
前記マグネットロータは、前記ステータの径方向内側において回転自在に支承されるものであること、を特徴とするブラシレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、マグネットロータを有するブラシレスモータには、その軸方向に漏出するマグネットロータの漏れ磁束に基づいて、当該マグネットロータの回転位置を検出可能な磁気センサを備えたものがある。
【０００３】
しかしながら、このような漏れ磁束を利用してマグネットロータの回転位置を検出する構成では、その漏れ磁束の漏出が安定しないため、図１０に示すように、磁気センサを通過する磁束（密度）の変化もまた、そのマグネットロータの回転位置に応じた理想的な正弦変化から乖離したものになりやすい。尚、図１０及び図１１に例示する従来のブラシレスモータは、その磁気センサとして３つのホールＩＣを備えるとともに、そのマグネットロータには「８」の磁極が形成されている。そして、図１１に示すように、これにより、各磁気センサの出力信号（センサ信号Ｓ１〜Ｓ３）に、当該各磁気センサに設定された位相（３０°）及びマグネットロータの回転に伴う極性の反転周期（４５°）が正しく反映されないことによって、そのマグネットロータの回転位置を精度良く検出することができないという問題がある。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１には、埋込磁石型のマグネットロータを有するブラシレスモータ（ＩＰＭモータ）において、そのロータコアに当該ロータコアを軸方向に貫通する孔部を設けることにより、磁気経路中に磁気抵抗の高い空間部を形成する構成が開示されている。そして、これにより、軸方向の漏れ磁束を増加させることによって、精度良く、マグネットロータの回転位置を検出することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−５７８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のように磁気経路中に磁気抵抗の高い領域を形成することで、そのマグネットロータの回転に寄与する有効な磁束量が減ってしまうという問題がある。そして、ロータコアの外周に永久磁石を固着してなる表面磁石型のマグネットロータを有するブラシレスモータ（ＳＰＭモータ）においては、その効果もまた限定的なものとなることから、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、マグネットロータの回転に寄与する有効な磁束量の低減を抑えつつ、軸方向の漏れ磁束を増加させて、精度良く、マグネットロータの回転位置を検出することが可能なブラシレスモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転自在に支承されたマグネットロータと、前記マグネットロータの周面に対向する径方向位置に設けられた複数のティースを有するステータと、軸方向に漏出する前記マグネットロータの漏れ磁束に基づいて該マグネットロータの回転位置を検出可能な磁気センサと、を備えたブラシレスモータにおいて、前記マグネットロータの永久磁石は、前記磁気センサに臨む軸方向端部に径方向寸法の短い短寸部を有すること、を要旨とする。
【０００９】
即ち、短寸部が形成するエアギャップによって、その磁気経路中に磁気抵抗の高い領域が形成される。そして、これにより、マグネットロータの軸方向に漏出する漏れ磁束を増大させることができる。また、その短寸部を磁気センサに臨む永久磁石の軸方向端部に設けることによって、効果的に、その磁気センサを通過する漏れ磁束を増やすことができる。つまり、その短寸部が形成する磁気抵抗の高い領域を最小化することができる。従って、上記構成によれば、マグネットロータの回転に寄与する有効な磁束量の低減を抑えつつ、精度良く、マグネットロータの回転位置を検出することができる。そして、このように永久磁石の形状を変更する構成を採用することで、表面磁石型のマグネットロータを有するブラシレスモータ（ＳＰＭモータ）についても顕著な効果を得ることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記永久磁石は、前記各ティースよりも長い軸方向寸法を有するとともに、前記短寸部は、軸方向において前記各ティースの軸方向端部よりも前記磁気センサに近い位置に配置されること、を要旨とする。
【００１１】
上記構成によれば、永久磁石における各ティースとの対向領域を減らすことなく、より効果的に磁気センサを通過する漏れ磁束を増やすことができる。加えて、ステータ側の漏れ磁束の影響を低減することができる。その結果、より精度良く、マグネットロータの回転位置を検出することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記短寸部は、前記永久磁石の軸方向端部における径方向内側の一部及び径方向外側の一部の少なくとも何れか一方を切り欠いてなること、を要旨とする。
【００１３】
上記構成によれば、容易に短寸部を形成することができる。
請求項４に記載の発明は、前記短寸部は、軸方向先端側ほど前記径方向寸法が短くなるような斜面形状を有すること、を要旨とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記磁気センサは、その磁気検出素子が軸方向において前記永久磁石に対向する位置に設けられること、を要旨とする。
上記構成によれば、ステータ側の漏れ磁束の影響を低減することができる。その結果、より精度良く、マグネットロータの回転位置を検出することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、前記マグネットロータは、ロータコアの周面に前記永久磁石を固着してなるものであること、を要旨とする。
請求項７に記載の発明は、前記マグネットロータは、前記ステータの径方向内側において回転自在に支承されるものであること、を要旨とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、マグネットロータの回転に寄与する有効な磁束量の低減を抑えつつ、軸方向の漏れ磁束を増加させて、精度良く、マグネットロータの回転位置を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ブラシレスモータの平面図。
【図２】ブラシレスモータの断面図。
【図３】磁気センサに臨むリングマグネットの軸方向端部に設けられた短寸部を示す斜視図。
【図４】磁気センサに臨むリングマグネットの軸方向端部に設けられた短寸部を示す断面図。
【図５】マグネットロータの回転位置に応じた各磁気センサを通過する漏れ磁束（磁束密度）の変化を示す波形図。
【図６】マグネットロータの回転位置に応じた各磁気センサの出力信号波形の変化を示す波形図。
【図７】磁気センサに臨むリングマグネットの軸方向端部に設けられた別例の短寸部を示す断面図。
【図８】磁気センサに臨むリングマグネットの軸方向端部に設けられた別例の短寸部を示す断面図。
【図９】磁気センサに臨むリングマグネットの軸方向端部に設けられた別例の短寸部を示す断面図。
【図１０】従来技術におけるマグネットロータの回転位置に応じた各磁気センサを通過する漏れ磁束（磁束密度）の変化を示す波形図。
【図１１】従来技術におけるマグネットロータの回転位置に応じた各磁気センサの出力信号波形の変化を示す波形図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態のブラシレスモータ１は、モータコイル２が巻回された複数のティース３を有するステータ４と、このステータ４の径方向内側において回転自在に支承されたマグネットロータ５とを備えている。
【００１９】
詳述すると、本実施形態のステータ４は、略円環状に形成された基部６の内周から径方向内側に向かって突出する１２本のティース３を備えている。また、マグネットロータ５は、回転軸７に固定されたロータコア８を備えている。尚、本実施形態のロータコア８は、回転軸７に固定された内郭部８ａと、この内郭部８ａの外周に固定された外郭部８ｂとを備えてなる。そして、そのロータコア８（の外郭部８ｂ）の外周面には、永久磁石としてのリングマグネット１０が固着されている。
【００２０】
即ち、本実施形態のブラシレスモータ１は、表面磁石型のマグネットロータ５を有するＳＰＭモータとして形成されている。また、リングマグネット１０には、着磁によって８極の磁極が形成されている。そして、ステータ４の各ティース３は、その先端がリングマグネット１０の外周面に対向する径方向外側の位置において、当該リングマグネット１０の周方向まわりに均等角度間隔で配置されている。
【００２１】
また、本実施形態のブラシレスモータ１は、その軸方向（回転軸７の軸線に沿う方向、図２中、上側）においてマグネットロータ５のリングマグネット１０に対向する位置に設けられた複数の磁気センサ１１（１１ａ〜１１ｃ）を備えている。
【００２２】
具体的には、本実施形態では、これらの各磁気センサ１１（１１ａ〜１１ｃ）には、内部に設けられたホール素子１２によってマグネットロータ５の漏れ磁束を検出可能なホールＩＣが用いられている。そして、これらの各磁気センサ１１（１１ａ〜１１ｃ）は、マグネットロータ５の周方向に均等角度間隔（機械角で３０°間隔）で設けられている。
【００２３】
即ち、これらの磁気センサ１１（１１ａ〜１１ｃ）は、それぞれ、当該各磁気センサ１１（１１ａ〜１１ｃ）を通過するマグネットロータ５の漏れ磁束に基づいて、当該マグネットロータ５の回転位置に応じて出力レベルが変化するセンサ信号Ｓ１〜Ｓ３を出力する。そして、本実施形態では、これら各センサ信号Ｓ１〜Ｓ３の位相及び当該各センサ信号Ｓ１〜Ｓ３における極性の反転周期に基づいて、マグネットロータ５の回転位置を検出することが可能となっている。
【００２４】
（漏れ磁束増加構造）
次に、上記マグネットロータ５に設定された漏れ磁束増加構造について説明する。
図３及び図４に示すように、本実施形態では、上記のようにマグネットロータ５の外周面に設けられたリングマグネット１０には、その各磁気センサ１１に臨む軸方向端部１０ａに、厚みの薄い部分、即ちその径方向寸法（図４中、左右方向の長さ）Ｌの短い短寸部２０が形成されている。
【００２５】
具体的には、この短寸部２０は、円環筒状をなすリングマグネット１０について、その軸方向端部１０ａにおける径方向外側の一部分を溝状に切り欠くことにより形成される。そして、短寸部２０は、これにより、その径方向寸法Ｌ１が他の部分の径方向寸法Ｌ０よりも短くなるように形成されている。
【００２６】
また、図２に示すように、本実施形態のリングマグネット１０は、その径方向において対向する各ティース３の軸方向寸法Ｈ０よりも長い軸方向寸法Ｈ１を有している。そして、図３及び図４に示すように、上記短寸部２０は、軸方向において各ティース３の軸方向端部３ａよりも上記各磁気センサ１１に近い位置（図４中、上側の位置）に配置されている。
【００２７】
更に、本実施形態では、上記各磁気センサ１１は、その内部に設けられた磁気検出素子としてのホール素子１２が、軸方向（図４中、上下方向）において、リングマグネット１０に対向する位置に設けられている。そして、これにより、そのステータ４側の漏れ磁束の影響を低減する構成となっている。
【００２８】
次に、本実施形態のブラシレスモータ１の作用について説明する。
リングマグネット１０の軸方向端部１０ａに径方向寸法Ｌの短い短寸部２０を形成することで、この部分においては、その径方向外側に配置された各ティース３とのエアギャップが拡大することになる。そして、これにより、磁気抵抗の高い領域が形成されることによって、そのマグネットロータ５の軸方向に漏出する漏れ磁束が増大する。
【００２９】
即ち、図５に示すように、その軸方向の漏れ磁束が増加することによって、各磁気センサ１１を通過する磁束（密度）の変化もまた、そのマグネットロータ５の回転位置に応じた理想的な正弦変化に近いものとなる。そして、図６に示すように、これにより、その各磁気センサ１１が出力するセンサ信号Ｓ１〜Ｓ３に、当該各磁気センサ１１に設定された位相（３０°）及びマグネットロータ５の回転に伴う極性の反転周期（４５°）が正しく反映されるようになる。
【００３０】
以上、本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）ブラシレスモータ１は、ロータコア８の外周面に固着されたリングマグネット１０を有して回転自在に支承されたマグネットロータ５と、そのリングマグネット１０に対向する複数のティース３を有してマグネットロータ５の径方向外側に配置されたステータ４と、を備える。また、ブラシレスモータ１は、軸方向に漏出するマグネットロータ５の漏れ磁束に基づいて当該マグネットロータ５の回転位置を検出可能な磁気センサ１１（１１ａ〜１１ｃ）を備える。そして、これら各磁気センサ１１に臨むリングマグネット１０の軸方向端部１０ａには、径方向寸法Ｌの短い短寸部２０が形成される。
【００３１】
即ち、短寸部２０の形成により各ティース３との間のエアギャップを拡大し、磁気抵抗の高い領域を形成することで、マグネットロータ５の軸方向に漏出する漏れ磁束を増大させることができる。そして、その短寸部２０を各磁気センサ１１に臨むリングマグネット１０の軸方向端部１０ａに設けることによって、効果的に、その各磁気センサ１１を通過する漏れ磁束を増やすことができる。つまり、その短寸部２０が形成する磁気抵抗の高い領域を最小化することができる。そして、これにより、マグネットロータ５の回転に寄与する有効な磁束量の低減を抑えつつ、精度良く、マグネットロータ５の回転位置を検出することができる。
【００３２】
（２）リングマグネット１０は、各ティース３の軸方向寸法Ｈ０よりも長い軸方向寸法Ｈ１を有する。そして、短寸部２０は、軸方向において各ティース３の軸方向端部３ａよりも各磁気センサ１１に近い位置に配置される。
【００３３】
上記構成によれば、リングマグネット１０における各ティース３との対向領域を減らすことなく、より効果的に各磁気センサ１１を通過する漏れ磁束を増やすことができる。加えて、ステータ４側の漏れ磁束の影響を低減することができる。そして、これにより、より精度良く、マグネットロータ５の回転位置を検出することができる。
【００３４】
（３）短寸部２０は、リングマグネット１０の軸方向端部１０ａにおける径方向外側の一部分を溝状に切り欠くことにより形成される。これにより、容易に短寸部２０を形成することができる。
【００３５】
（４）各磁気センサ１１は、その内部に設けられた磁気検出素子としてのホール素子１２が、軸方向において、リングマグネット１０に対向する位置に設けられる。このような構成とすることにより、ステータ４側の漏れ磁束の影響を低減することができる。その結果、より精度良く、マグネットロータ５の回転位置を検出することができる。
【００３６】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、マグネットロータ５は、ロータコア８の外周面に固着されたリングマグネット１０を備えることとした。しかし、これに限らず、ロータコア８の外周面に複数の板状（若しくは瓦型）マグネットが固着された構成に具体化してもよい。
【００３７】
・また、このような表面磁石型のマグネットロータ５を有するブラシレスモータ（ＳＰＭモータ）のみならず、埋込磁石型のマグネットロータを有するブラシレスモータ（ＩＰＭモータ）に具体化してもよい。
【００３８】
・上記実施形態では、ステータ４の径方向内側でマグネットロータ５が回転するインナロータ型のブラシレスモータ１に具体化したが、ステータの径方向外側でマグネットロータが回転するアウタロータ型のブラシレスモータに具体化してもよい。
【００３９】
・また、マグネットロータ５の磁極数、及びステータ４におけるティース３の数（スロット数）は、任意に変更してもよい。
・上記実施形態では、短寸部２０は、リングマグネット１０の軸方向端部１０ａにおける径方向外側の一部分を溝状に切り欠くことにより形成されることとした。しかし、これに限らず、その軸方向先端側（図７及び図８中、上側）ほど径方向寸法Ｌが短くなるような斜面形状を有するように短寸部２０を形成してもよい。
【００４０】
例えば、図７及び図８に示すように、軸方向端部１０ａにおける径方向外側の角部を面取りするかたちで短寸部２０を形成するとよい。即ち、多くの永久磁石は、その軸方向端部の角部が欠けやすい傾向がある。そして、上記短寸部２０を有するリングマグネット１０を用いる構成では、その軸方向端部１０ａの形状を維持することが重要となる。この点、上記構成によれば、このような「角部の欠け」を抑制することができる。そして、これにより、その短寸部２０の形状を安定的に維持することで、精度良く、マグネットロータ５の回転位置を検出することができる。
【００４１】
・更に、図９に示すように、リングマグネット１０の軸方向端部１０ａにおける径方向内側（図９中、右側）の一部分を切り欠くことにより短寸部２０が形成される構成であってもよい。即ち、この場合、短寸部２０の形成によって、そのマグネットロータ５における磁気経路形成部分（ロータコア８の外郭部８ｂ）との間にエアギャップが形成される。そして、これにより、磁気抵抗の高い領域を形成することで、マグネットロータ５の軸方向に漏出する漏れ磁束を増大させることができる。従って、このような構成としても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
・また、例えば、リングマグネット１０の軸方向端部１０ａにおける径方向内側及び外側の一部分を切り欠く等、その他の構造によって短寸部２０を形成する構成についても、これを排除しない。
【００４３】
・上記実施形態では、リングマグネット１０は、各ティース３の軸方向寸法Ｈ０よりも長い軸方向寸法Ｈ１を有し、短寸部２０は、軸方向において各ティース３の軸方向端部３ａよりも各磁気センサ１１に近い位置に配置されることとした。しかし、これに限らず、リングマグネット１０の軸方向寸法Ｈ１が各ティース３の軸方向寸法Ｈ０以下である構成についても、これを排除しない。そして、その短寸部２０が、軸方向において各ティース３の軸方向端部３ａよりも各磁気センサ１１から離間した位置に配置される部分を有する構成についても、これを排除しない。
【００４４】
・上記実施形態では、磁気センサ１１には、ホール素子１２を備えたホールＩＣを用いることとした。しかし、これに限らず、その磁気検出素子として磁気抵抗素子等を備えるものに具体化してもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１…ブラシレスモータ、２…モータコイル、３…ティース、３ａ…軸方向端部、４…ステータ、５…マグネットロータ、７…回転軸、８…ロータコア、８ｂ…外郭部、１０…リングマグネット（永久磁石）、１０ａ…軸方向端部、１１（１１ａ〜１１ｃ）…磁気センサ、１２…ホール素子（磁気検出素子）、２０…短寸部、Ｌ，Ｌ０，Ｌ１…径方向寸法、Ｈ０，Ｈ１…軸方向寸法、Ｓ１〜Ｓ３…センサ信号。
【図１】
2014103721.tif 000003
【図２】
2014103721.tif 000004
【図３】
2014103721.tif 000005
【図４】
2014103721.tif 000006
【図５】
2014103721.tif 000007
【図６】
2014103721.tif 000008
【図７】
2014103721.tif 000009
【図８】
2014103721.tif 000010
【図９】
2014103721.tif 000011
【図１０】
2014103721.tif 000012
【図１１】
2014103721.tif 000013