(57)【要約】【課題】センサマグネットの配置によるロータのアンバランスが発生しにくいブラシレスモータを提供する。【解決手段】ブラシレスモータ（１）は、コイル（２３）を有するステータ（２０）と、永久磁石（１３）を有し、回転軸（１１）の周りに回転可能なロータ（１０）と、回転軸の一方の端部における軸芯に埋め込まれ、回転軸の長手方向に沿った側面（３１）が回転軸により覆われるセンサマグネット（３０）と、センサマグネットの回転に伴う磁界の変化を検出することで、ロータの回転角度に応じた信号を出力する磁気検出素子（４２）とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルを有するステータと、
永久磁石を有し、回転軸の周りに回転可能なロータと、
前記回転軸の一方の端部における軸芯に埋め込まれ、前記回転軸の長手方向に沿った側面が前記回転軸により覆われるセンサマグネットと、
前記センサマグネットの回転に伴う磁界の変化を検出することで、前記ロータの回転角度に応じた信号を出力する磁気検出素子と、
を有することを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】
前記センサマグネットの前記側面の一部および一方の端面が前記回転軸から露出し、
前記センサマグネットのうちで露出する部分の前記長手方向に沿った長さは、前記長手方向に沿った前記センサマグネットの全体の長さの５０％以下である、請求項１に記載のブラシレスモータ。
【請求項３】
前記センサマグネットは、一方の端面のみが露出するように前記回転軸に埋め込まれ、前記側面が露出していない、請求項１に記載のブラシレスモータ。
【請求項４】
前記長手方向における前記センサマグネットが埋め込まれた位置と前記センサマグネットが埋め込まれていない位置とで前記回転軸の軸径は等しく、
前記センサマグネットの外径は前記回転軸の軸径よりも小さい、請求項１〜３のいずれか一項に記載のブラシレスモータ。
【請求項５】
前記回転軸には、前記一方の端部の端面から遠くなるほど内壁が前記回転軸の軸芯に向かって傾斜する開口部が形成されており、
前記内壁の傾斜に合わせて前記センサマグネットの一方の端部が他方の端部よりも細くなっている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のブラシレスモータ。
【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。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電機子と界磁マグネットを相対的回動するようにしたブラシレスモ−タの回転軸等のロ−タの少なくとも一端部を中空部に形成し、中空部内周に回転情報検出用マグネットを設け、回転情報検出用マグネットと対向する内周部に回転情報検出用マグネットを検出するための磁気センサを備えたブラシレスモ−タが記載されている。
【０００３】
特許文献２には、ロータマグネットを備えかつステータが界磁する磁界を受けて回転するロータが固定されたロータシャフトと、ロータシャフトと樹脂材料を用いて一体に成形されたセンサマグネットとを備え、センサマグネットの外径がロータシャフトの外径以下であるブラシレスモータが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２９２７２９号公報
【特許文献２】特開２０１３−１５０４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特に小型のブラシレスモータでは、ロータの回転位置を検出するためのセンサマグネットを含むセンサマグネット組立品が、ロータの回転軸の一端部に取り付けられる。こうしたモータでは、例えば、ロータ組立品がステータ組立品に組み込まれてから、センサマグネット組立品がロータの回転軸に固定される。ロータ組立品は、重心が軸芯からずれた状態（この状態を、以下では「アンバランス」と表現する）であるとモータの動作時に振動や騒音が発生するため、こうしたアンバランスがないように作製される。しかしながら、センサマグネット組立品の外径が回転軸の軸径よりも大きい場合には、ロータ組立品の単体でアンバランスの修正を行っても、センサマグネット組立品を組み込んだ際にアンバランスが発生し、結果としてモータの振動や騒音が発生し得る。特に、小型のブラシレスモータを使用する医療や美容向け等のハンドピース装置においては、高速で回転をすることからアンバランスによる振動や騒音が発生しやすく、その低減が望まれている。
【０００６】
本発明は、センサマグネットの配置によるロータのアンバランスが発生しにくいブラシレスモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
コイルを有するステータと、永久磁石を有し、回転軸の周りに回転可能なロータと、回転軸の一方の端部における軸芯に埋め込まれ、回転軸の長手方向に沿った側面が回転軸により覆われるセンサマグネットと、センサマグネットの回転に伴う磁界の変化を検出することで、ロータの回転角度に応じた信号を出力する磁気検出素子とを有することを特徴とするブラシレスモータが提供される。
【０００８】
上記のブラシレスモータでは、センサマグネットの側面の一部および一方の端面が回転軸から露出し、センサマグネットのうちで露出する部分の長手方向に沿った長さは、長手方向に沿ったセンサマグネットの全体の長さの５０％以下であることが好ましい。
【０００９】
あるいは、上記のブラシレスモータでは、センサマグネットは、一方の端面のみが露出するように回転軸に埋め込まれ、側面が露出していないことが好ましい。
【００１０】
上記のブラシレスモータでは、長手方向におけるセンサマグネットが埋め込まれた位置とセンサマグネットが埋め込まれていない位置とで回転軸の軸径は等しく、センサマグネットの外径は回転軸の軸径よりも小さいことが好ましい。
【００１１】
上記のブラシレスモータでは、回転軸には、一方の端部の端面から遠くなるほど内壁が回転軸の軸芯に向かって傾斜する開口部が形成されており、内壁の傾斜に合わせてセンサマグネットの一方の端部が他方の端部よりも細くなっていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上記のブラシレスモータによれば、センサマグネットの配置によるロータのアンバランスが発生しにくい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ブラシレスモータ１の断面図である。
【図２】ブラシレスモータ１の分解斜視図である。
【図３】比較例のブラシレスモータ１００の断面図である。
【図４】磁気検出素子４２の別の配置例を示す図である。
【図５】別のセンサマグネット３０Ａ，３０Ｂの形状を示す図である。
【図６】センサマグネット３０の固定状態と露出長さとの関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ、ブラシレスモータについて説明する。ただし、本発明は図面または以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。
【００１５】
図１は、ブラシレスモータ１の断面図である。図２は、ブラシレスモータ１の分解斜視図である。ブラシレスモータ１（以下、単にモータ１という）は、ロータ１０、ステータ２０、センサマグネット３０および磁気検出部４０を有する。
【００１６】
ロータ１０は、回転軸１１およびメインマグネット１２を有し、ステータ２０の内部において回転軸１１の周りに回転可能である。回転軸１１は、その一方の端部に、センサマグネット３０が埋め込まれる開口部１４を有する。開口部１４は円筒形状であり、その中心は回転軸１１の軸心と一致している。回転軸１１の材質は、磁性材と非磁性材のどちらでもよい。メインマグネット１２は、永久磁石で構成され、回転軸１１の外周面に固定されている。
【００１７】
ステータ２０は、ハウジング２１、軸受２２およびコイル２３を有する。ハウジング２１は、モータ１の筐体（ケーシング）に相当する部分である。軸受２２は、ハウジング２１の両端（図中の左端と右端）に設けられており、回転軸１１の両端を回転可能に保持する。コイル２３は、ハウジング２１の内部において、ロータ１０のメインマグネット１２に対向して配置されている。
【００１８】
センサマグネット３０は、ロータ１０の磁極の回転位置を検出するためにメインマグネット１２とは別途設けられた磁石による部材（例えば、極数は２極）である。図１に示すように、モータ１では、センサマグネット３０は、回転軸１１の一方の端面に形成された開口部１４に埋め込まれており、回転軸１１と一体化している。図示した例では、センサマグネット３０は、開口部１４の内径と略同じ直径の円筒形状を有し、図２に一点鎖線で示すように、回転軸１１の軸芯とセンサマグネット３０の軸芯が一致するように配置されている。すなわち、センサマグネット３０は、軸受２２よりも外側（回転軸１１の端部側）において、回転軸１１の一方の端部における軸芯に埋め込まれている。回転軸１１とセンサマグネット３０とは、例えば接着剤により互いに固定されている。なお、センサマグネット３０は必ずしも円筒形状のものでなくてもよく、その形状は特に限定されない。
【００１９】
また、センサマグネット３０は、回転軸１１の長手方向に沿った側面３１（外径部）が回転軸１１により覆われているため、側面３１の大部分が露出しない状態で、回転軸１１の端部の内部に組み込まれている。図示した例では、センサマグネット３０の先端が一部、回転軸１１からはみ出しており、必ずしもセンサマグネット３０の側面３１の全体が回転軸１１内に埋め込まれていなくてもよい。しかしながら、側面３１のうちで回転軸１１により覆われず露出する部分は、なるべく狭い方が好ましい。特に、センサマグネット３０のうちで露出する部分の長さ（回転軸１１の長手方向に沿った長さ）は、その長手方向に沿ったセンサマグネット３０全体の長さ（丈）の５０％以下であることが好ましい。また、センサマグネット３０は、一方の端面３２のみが露出し、側面３１が露出しないように、側面３１の全体が回転軸１１内に埋め込まれている方がより好ましい。
【００２０】
図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、センサマグネット３０の固定状態と露出長さとの関係を説明する図である。これらの図では、センサマグネット３０が埋め込まれている側の回転軸１１の端部の断面を拡大して示している。
【００２１】
図６（Ａ）に示すように、回転軸１１の開口部１４内における回転軸１１の内壁とセンサマグネット３０の側面との間には、センサマグネット３０の固定の際にセンサマグネット３０の磁気ずれを調整するためのクリアランス、および接着剤が充填されるスペースとして、隙間を形成する必要がある。また、センサマグネット３０を例えば焼嵌めにより固定し、接着剤を使用しない場合であっても、加熱時には同様の隙間が必要になる。図６（Ａ）は、回転軸１１の内壁とセンサマグネット３０の側面との間において、回転軸１１の径方向に幅Δｄの隙間が形成されていることを示している。例えば、開口部１４の直径が３ｍｍ程度であるとき、幅Δｄが１０〜２０μｍ程度となるようにする。
【００２２】
図６（Ｂ）に示すように、仮に開口部１４の深さが浅く、センサマグネット３０の開口部１４への挿入長さが短いと、開口部１４内に上記の隙間があることに起因して、センサマグネット３０が矢印ｄ１で示す分だけ傾いて固定されるおそれがある。しかしながら、図６（Ｃ）に示すように、開口部１４の深さとセンサマグネット３０の開口部１４への挿入長さを大きくすれば、開口部１４およびセンサマグネット３０の径方向の寸法を図６（Ｂ）の形態と同じにした場合（すなわちΔｄを同じにした場合）、センサマグネット３０が傾いて固定されたとしても、矢印ｄ２で示すその傾き量は、図６（Ｂ）の形態と比べて小さくなる（ｄ２＜ｄ１）。
【００２３】
図６（Ｂ）は、回転軸１１の長手方向に沿ったセンサマグネット３０全体の長さの１／２よりも広い範囲が開口部１４の外に露出している状態に対応し、図６（Ｃ）は、その高さの１／２以下が開口部１４の外に露出している状態に対応する。図６（Ｂ）と図６（Ｃ）を比較すると分かるように、少なくともセンサマグネット３０全体の長さの１／２程度が開口部１４内に挿入されていれば、センサマグネット３０の固定時の傾き量は少なく抑えられる。
【００２４】
したがって、センサマグネット３０のうちで露出する部分の長さ（回転軸１１の長手方向に沿った長さ）は、上記の通り、その長手方向に沿ったセンサマグネット３０全体の長さの５０％以下であることが好ましい。言い換えると、センサマグネット３０の側面３１のうちで回転軸１１から露出する部分の面積は、側面３１全体の面積の５０％以下であることが好ましい。また、露出する部分の長さが全体の長さの５０％以下であることに加えて、センサマグネット３０の重心が回転軸１１の開口部１４内に位置することがより好ましい。
【００２５】
また、モータ１では、回転軸１１の軸径は、その長手方向の全体にわたって一定であり、長手方向におけるセンサマグネット３０が埋め込まれた位置とセンサマグネット３０が埋め込まれていない位置とで等しい。このため、センサマグネット３０の外径（円筒の直径）は、回転軸１１の軸径よりも小さい。
【００２６】
磁気検出部４０は、センサ基板４１および磁気検出素子４２を有し、センサマグネット３０の回転に伴う磁界の変化を検出する。センサ基板４１と磁気検出素子４２は、ハウジング２１の端部に取り付けられるカバー４３により覆われる。
【００２７】
センサ基板４１は、センサマグネット３０と同じ側の回転軸１１の端部において、ステータ２０のハウジング２１に取り付けられた基板であり、回転軸１１を中心とする円板形状を有する。磁気検出素子４２は、センサ基板４１上に実装されたホールセンサであり、ステータ２０に対して固定されており、センサマグネット３０の回転に伴う磁界の変化を検出することで、ロータ１０の回転角度に応じた信号を出力する。モータ１の動作中には、磁気検出素子４２の出力信号に応じて、コイル２３に流れる電流が制御される。モータ１では、回転軸１１の長手方向におけるセンサマグネット３０に対応する位置にセンサ基板４１が固定されており、センサマグネット３０の側方にセンサ基板４１と磁気検出素子４２が配置されている。
【００２８】
図２では、コイル２３が３相である場合の例を図示しており、磁気検出素子４２は、それに対応して、回転軸１１を中心として１２０度間隔で３個配置されている。ただし、磁気検出素子４２の配置は、コイル２３およびセンサマグネット３０に合わせて変更してもよく、図示したものには限定されない。
【００２９】
図３は、比較例のブラシレスモータ１００の断面図である。ブラシレスモータ１００（以下、単にモータ１００という）は、ロータ１１０、ステータ１２０、センサマグネット組立品１３０および磁気検出部１４０を有する。図３のモータ１００は、モータ１のセンサマグネット３０がセンサマグネット組立品１３０に置き換えられている点がモータ１とは異なり、その他の点ではモータ１と同様の構成を有する。
【００３０】
ロータ１１０は、ロータ１０のものと同様の回転軸１１１およびメインマグネット１１２を有する。ただし、回転軸１１１には、回転軸１１の開口部１４に相当するものは形成されていない。ステータ１２０は、ステータ２０のものと同様のハウジング１２１、軸受１２２およびコイル１２３を有する。
【００３１】
センサマグネット組立品１３０は、センサマグネットヨーク１３１およびセンサマグネット１３２を有する。センサマグネットヨーク１３１は、回転軸１１１に直交するように中心が回転軸１１１の端部に固定される円板状の部材であり、その直径は回転軸１１１の軸径よりも大きい。センサマグネット１３２は、センサマグネットヨーク１３１におけるモータ１００の中心側の面に固定されている。
【００３２】
磁気検出部１４０は、磁気検出部４０のものと同様のセンサ基板１４１および磁気検出素子１４２を有する。モータ１００では、センサマグネット組立品１３０よりも回転軸１１１の長手方向におけるモータ１００の中心側にセンサ基板１４１が固定されており、センサマグネット１３２と磁気検出素子１４２とが対向して配置されている。
【００３３】
モータ１００では、センサマグネット組立品１３０の外径が回転軸１１１の軸径よりも大きいので、センサマグネット組立品１３０をロータ１１０に取り付けることによりロータ１１０のアンバランスが発生しやすい。しかしながら、図１および図２に示したモータ１では、モータ１００にはない下記の（１）〜（５）の利点がある。
【００３４】
（１）モータ１では、ロータ１０の回転軸１１の内部に、回転軸１１よりも小径のセンサマグネット３０が配置されることで、モータ１００のロータ１１０と比べてセンサマグネットによる慣性モーメントの増加が抑えられる。また、センサマグネット３０を組み込むための開口部１４は、機械加工により精度よく作製することができる。これらのことから、モータ１では、センサマグネット３０を取り付けてもロータ１０のアンバランスが発生しにくく、振動の発生が抑制される。
（２）また、一般に、マグネットは加工精度が低いが、回転軸の外径部は切削加工により精度よく作製することができる。モータ１では、センサマグネット３０の側面３１はほとんど露出しておらず、センサマグネット３０が配置された部分の外周面は、実質的に回転軸１１のみである。このため、モータ１では、センサマグネット３０の外周面が露出している場合と比べて、回転軸１１の振動の発生が抑制される。
（３）また、モータ１とは異なり、センサマグネット３０が埋め込まれた部分における回転軸１１の軸径がそれ以外の部分における回転軸１１の軸径と比べて大きい場合には、それだけアンバランスが発生しやすく、また遠心力が大きくなるため軸ぶれの原因になる。しかしながら、モータ１では、回転軸１１の軸径はその長手方向の全体にわたって一定であるため、軸ぶれが発生しにくい。
（４）さらに、モータ１では、センサマグネット３０が回転軸１１に埋め込まれているため、ロータ１０の回転時の遠心力によるセンサマグネット３０の飛散も防止される。
（５）モータ１では、高速回転してもアンバランスによる振動や騒音が発生しにくいので、医療や美容向け等のハンドピース装置用のブラシレスモータとして適している。
【００３５】
図４は、磁気検出素子４２の別の配置例を示す図である。図１に示した例では、磁気検出素子４２はセンサ基板４１に平行に配置されているが、磁気検出素子４２は、図４に符号４２’で示すように、センサ基板４１に対して垂直に配置されていてもよい。図４に示した配置の方が、センサマグネット３０と磁気検出素子４２とが直接対向するため、センサマグネット３０の磁気を検出しやすくなると考えられる。一方で、図１に示した配置には、磁気検出素子４２を配置するためのスペースを節約できるという利点がある。
【００３６】
図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、別のセンサマグネット３０Ａ，３０Ｂの形状を示す図である。図１に示したセンサマグネット３０は外径が一定の円筒形状を有するが、センサマグネットは、図５（Ａ）および図５（Ｂ）のセンサマグネット３０Ａ，３０Ｂのように、一方の端部が他方の端部よりも細くなるテーパ形状を有してもよい。
【００３７】
図５（Ａ）のセンサマグネット３０Ａは、断面が台形状であり、露出する端面３２よりも回転軸１１内に埋め込まれる反対側の端面が細くなるように、その側面３１の全体が端面３２に対して傾斜している。この場合には、回転軸１１の開口部１４Ａの内壁１５も、センサマグネット３０Ａの形状に合わせて、図中の回転軸１１の右端から遠くなるほど回転軸１１の軸芯に向かう傾斜面とすればよい。
【００３８】
図５（Ｂ）のセンサマグネット３０Ｂは、断面が鉛筆形であり、その側面３１の大部分はセンサマグネット３０と同様に一定の径を有するが、回転軸１１に埋め込まれる側の端部にテーパ形状を有する。すなわち、センサマグネットのテーパ形状は、側面全体に形成されていなくてもよく、その一部分のみに形成されていてもよい。この場合には、回転軸１１の開口部１４Ｂの内壁１５も、センサマグネット３０Ｂの形状に合わせて、図中の回転軸１１の右端から遠い側の部分のみを回転軸１１の軸芯に向かう傾斜面とすればよい。
【００３９】
このように、回転軸１１の開口部１４Ａ，１４Ｂの内壁１５とセンサマグネット３０Ａ，３０Ｂとをテーパ形状にすれば、センサマグネット３０Ａ，３０Ｂを回転軸１１内に埋め込むときに、センサマグネット３０Ａ，３０Ｂの中心が回転軸１１の軸芯に誘導される。このため、図１に示すような開口部１４とセンサマグネット３０の径が一定の場合と比べて、径方向のアンバランスがより発生しにくくなり、モータの振動や騒音の発生が抑制される。
【符号の説明】
【００４０】
１    モータ
１０    ロータ
１１    回転軸
１４，１４Ａ，１４Ｂ    開口部
２０    ステータ
３０，３０Ａ，３０Ｂ    センサマグネット
４０    磁気検出部
４１    センサ基板
４２，４２’    磁気検出素子
【図１】
2018170918.tif 000003
【図２】
2018170918.tif 000004
【図３】
2018170918.tif 000005
【図４】
2018170918.tif 000006
【図５】
2018170918.tif 000007
【図６】
2018170918.tif 000008