(57)【要約】【課題】少ない部品点数でロータの回転角を検出できるブラシレスモータを提供すること。【解決手段】回転角検出装置１４は、モータシャフト３側に設けられた光反射部（光反射面１５ａ〜１５ｃ）と、光反射部（光反射面１５ａ〜１５ｃ）に位置検出光を投影すると共に、前記光反射部（光反射面１５ａ〜１５ｃ）で反射させられた前記位置検出光の反射光を検出する光電センサ（１６ａ〜１６ｃ）とを備えている。【選択図】図６
2015198519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータの周方向に配列された複数のステータコイルに流す電流を制御して、前記複数のステータコイルにより生じる複数の磁極の極性を周方向に順次変化させることで、前記ステータに周方向への回転磁界を発生させ、この回転磁界をモータシャフトのロータに設けた複数のマグネットに作用させることにより、前記ロータを回転させると共に、回転角検出装置により検出された前記ロータの回転角に基づき、前記複数のステータコイルに流す電流を制御させる制御回路を有するブラシレスモータにおいて、
前記回転角検出装置は、前記モータシャフト側に設けられた光反射部と、前記光反射部に位置検出光を投影すると共に、前記光反射部で反射させられた前記位置検出光の反射光を検出する光電センサとを備え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、前記光反射部は前記モータシャフトに設けられていることを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項３】
請求項２に記載のブラシレスモータにおいて、前記モータシャフトに設けられた前記光反射軸部は、前記光反射部としての複数の光反射面によって多角柱状に形成された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】
この発明は、ステータコイルへの通電制御をロータの回転角に応じて行うようにしたブラシレスモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ブラシレスモータでは、ロータの回転角を検出して、このロータの回転角に応じてステータコイルへの電流を切換えて回転磁界をつくりだし、この回転磁界をロータのマグネット（永久磁石）に作用させることにより、ロータを回転駆動制御するようにしている。従来、このロータの回転角を検出するのに、ホール素子等の磁気検出素子によってロータのマグネットのＮＳの位置を検出するようにしている。
【０００３】
ところで、このロータのマグネットのＮＳの位置を検出するのに、ロータのマグネットのＮＳの配列に対応させた磁極分布を有するセンサマグネットをロータシャフトの端部に取り付けると共に、このセンサマグネットに近接させて３個のホール素子をロータシャフトの周方向に１２０°の間隔をおいて配設したロータ回転角検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２０１２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このブラシレスモータでは、センサマグネットおよびホール素子が必要であるため、部品点数が多くなるものであった。
【０００６】
そこで、この発明は、少ない部品点数でロータの回転角を検出できるブラシレスモータを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するため、本発明は、ステータの周方向に配列された複数のステータコイルに流す電流を制御して、前記複数のステータコイルにより生じる複数の磁極の極性を周方向に順次変化させることで、前記ステータに周方向への回転磁界を発生させ、この回転磁界をモータシャフトのロータに設けた複数のマグネットに作用させることにより、前記ロータを回転させると共に、回転角検出装置により検出された前記ロータの回転角に基づき、前記複数のステータコイルに流す電流を制御させる制御回路を有するブラシレスモータにおいて、前記回転角検出装置は、前記モータシャフト側に設けられた光反射部と、前記光反射部に位置検出光を投影すると共に、前記光反射部で反射させられた前記位置検出光の反射光を検出する光電センサとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この構成によれば、少ない部品点数でロータの回転角を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明に係るブラシレスモータの側面図である。
【図２】図１のブラシレスモータの平面図である。
【図３】（ａ）は図１のブラシレスモータの縦断面図、（ｂ）は（ａ）のモータシャフトの下端部に設けた光検出軸部の部分斜視図である。
【図４】図３（ａ）のＡ１−Ａ１線に沿う断面図である。
【図５】図３（ａ）のＡ２−Ａ２線に沿う断面図である。
【図６】図５の部分拡大図である。
【図７】図３（ａ）のモータシャフトの下端部の拡大説明図である。
【図８】図７の光電センサおよび光検出軸部を拡大した説明図である。
【図９】図３（ａ）の回路基板に設けられる制御回路の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明のブラシレスモータに係る実施形態について、図面を参照して説明する。
［構成］
図１はこの発明に係るブラシレスモータの側面図、図２は図１の平面図、図３（ａ）は図１のブラシレスモータの断面図である。
【００１１】
この図１〜図３（ａ）に示したアウターロータ型のブラシレスモータ１は、自動車用空気調和装置のブロアファンモータとして使用されるものである。このブラシレスモータ１は、アウターロータ（回転子）２と、このアウターロータ２が取り付けられたモータシャフト（回転軸）３とを有する。このモータシャフト３の上端部には送風用のシロッコファン（図示せず）が取り付けられる。
【００１２】
アウターロータ２は、図３（ａ）に示したように、導磁性材料製のヨーク４と、複数のマグネット(永久磁石)５とを有する。このヨーク４は、モータシャフト３に取り付けられた端壁４ａと、端壁４ａと一体に形成され且つモータシャフト３と同芯の筒状ケース部４ｂとからカップ状に形成されている。そして、複数のマグネット５は、図４に示したように筒状ケース部４ｂの内周面に対し、周方向に等間隔で固定されている。本実施例では、マグネット５は４つ設けられていて、４つのマグネット５はアウターロータ２の周方向に交互にＳ極とＮ極となるように設定されている。
【００１３】
また、ブラシレスモータ１は、図３（ａ）に示したように、ヨーク４の筒状ケース部４ｂ内に挿入配置されたステータ（固定子）６を有する（図４も併せて参照）。このステータ６は、中央に軸支持用の筒状部７ａ，７ｂが設けられたインシュレータ７と、このインシュレータ７に保持されると共に半径方向へ突出する複数のティース８ａを有するステータコア８と、ステータコア８の複数のティース（磁極）８ａにそれぞれ捲回された複数のステータコイル９とを有する。本実施例では、ティース８ａは周方向に等間隔で６つ設けられている。
【００１４】
そして、図３（ａ）に示したように、筒状部７ｂの下端部には外方へ突出するフランジ７ｃが設けられている。上記したモータシャフト３は、筒状部７ａ，７ｂに挿通配置されていると共に、軸受１０，１１を介して回転自在に筒状部７ａ，７ｂに保持されている。
【００１５】
また、図３（ａ）において、ブラシレスモータ１は、アウターロータ２の回転制御を行わせる制御回路が設けられた回路基板１２と、この回路基板１２を収容する保護ケース１３とを有する。この保護ケース１３は、上端が開口する箱状のロアケース１３ａと、ロアケース１３ａの上端を閉成するアッパーケース１３ｂとを有する。このアッパーケース１３ｂの上壁１３ｂ１上に対し、ステータ６の筒状部７ｂに設けられた上記フランジ７ｃが、ネジＳ（固定手段）を用いて取り付けられている。
【００１６】
そして、上記した回路基板１２は、アッパーケース１３ｂ内に配設されていて、アッパーケース１３ｂの上壁１３ｂ１に図示しないネジ等の固定手段で固定されている。この回路基板１２には、図５（または図６）に示したように、モータシャフト３と交差する部分に切欠凹部１２ａが形成されている（図３（ａ）も併せて参照）。そして、モータシャフト３は、下端部が図３（ａ）に示したように回路基板１２の切欠凹部１２ａの内側を通って下方へ突出している。
【００１７】
また、図５に示したように、モータシャフト３の下端部と回路基板１２との間には、アウターロータ２の回転角を検出する回転角検出装置１４が設けられている。この回転角検出装置１４は、図６に示したように、モータシャフト３の下端部（切欠凹部１２ａの周辺部分）に設けた光反射軸部１５と、光電式の位置検出装置１６とを備えている。
【００１８】
本実施例では、光反射軸部１５は、円柱状をしたモータシャフト３の周面を部分的に切欠くことによって、周方向に３つの光反射面１５ａ〜１５ｃを有する略正三角柱状（多角柱状）に形成されている（図３（ｂ）参照）。この光反射軸部１５を軸線と直交する面で切断したとき、３つの光反射面１５ａ〜１５ｃは図６に示したような略正三角形状をなすものとされる。
【００１９】
また、位置検出装置１６は、図６，図７に示したように回路基板１２上に、光反射軸部１５に近接させて取り付けた３つ（複数）の反射型の光電センサ１６ａ〜１６ｃを有する。この光電センサ１６ａ〜１６ｃは、図６に示したように光反射軸部１５の軸線回りに９０°の間隔で配置されている。また、光電センサ１６ａは、図８に示したように光反射軸部１５へ向けて検出光を投影する発光素子１７ａと、光反射軸部１５の光反射面１５ａ〜１５ｃからの反射光を受光する受光素子１８ａとを備えている。この発光素子１７ａと受光素子１８ａとは、対にした状態で、光反射軸部１５の軸線と平行な方向に並設されている。
【００２０】
そして、上記した光電センサ１６ｂは光電センサ１６ａと同様な発光素子１７ｂと受光素子１８ｂとを有し、光電センサ１６ｃも光電センサ１６ａと同様な発光素子１７ｃと受光素子１８ｃとを有する。
【００２１】
また、図３で説明した回路基板１２には図９の制御回路１９が設けられていて、この制御回路１９は各光電センサ１６ａ〜１６ｃの発光素子１７ａ〜１７ｃを発光制御させる。一方、制御回路１９には光電センサ１６ａ〜１６ｃからの検出信号が入力される。この制御回路１９は、各光電センサ１６ａ〜１６ｃの発光素子１７ａ〜１７ｃからの検出信号に基づいて、モータシャフト３及びアウターロータ２の回転角を検出し、この回転角に基づきステータ６の複数のステータコイル９に流す電流を制御するようになっている。
［作用］
以下、このような構成のブラシレスモータの制御回路１９によるステータコイル９への通電制御について説明する。
【００２２】
ブラシレスモータの制御回路１９による駆動制御時には、制御回路１９は複数のステータコイル９への通電制御を行う。この際、制御回路１９は、各光電センサ１６ａ〜１６ｃの発光素子１７ａ〜１７ｃを発光制御させるようにする。この各発光素子１７ａ〜１７ｃから出射した位置検出光は、モータシャフト３の下端部に設けた光反射軸部１５に斜め方向から投影される。
【００２３】
一方、制御回路１９は、ステータコイル９への通電制御時に、ステータコイル９によるティース８ａの磁極の極性Ｓ，Ｎを複数のステータコイル９の配列方向において順次変化させることにより、ステータ６に周方向への磁極Ｓ，Ｎの回転磁界を発生させて、ステータ６から回転磁界をアウターロータ２の複数のマグネット５に作用させて、アウターロータ２を回転させる。
【００２４】
これに伴い、モータシャフト３の下端部の光反射軸部１５がモータシャフト３と一体に回転させられて、モータシャフト３の回転に従って、光反射軸部１５の光反射面１５ａ〜１５ｃが位置検出装置１６の光電センサ１６ａ〜１６ｃに順次対向させられる。
【００２５】
そして、上記した発光素子１７ａからの位置検出光は、光反射軸部１５の光反射面１５ａ〜１５ｃで順次反射させられて、受光素子１８ａで受光させられる。この受光素子１８ａが光反射面１５ａ〜１５ｃからの反射光を受光すると、受光素子１８ａは光反射面１５ａ〜１５ｃの位置検出信号を出力して、この位置検出信号が制御回路１９に入力される。
【００２６】
同様にして、光電センサ１６ｂ，１６ｃは、光反射面１５ａ〜１５ｃがモータシャフト３の回転方向の前後で９０°ずれた位置で対向させられると、受光素子１８ｂ，１８ｃが発光素子１７ｂ，１７ｃからの位置検出光を受光して、受光素子１８ｂ，１８ｃから位置検出信号が出力され、この位置検出信号が制御回路１９に入力される。
【００２７】
このようにして、制御回路１９は、各光電センサ１６ａ〜１６ｃの受光素子１８ａ〜１８ｃからの検出信号に基づいて、９０°ずつずれた位置でモータシャフト３及びアウターロータ２の回転角を検出する。
【００２８】
そして、制御回路１９は、この検出したモータシャフト３及びアウターロータ２の回転角に基づいて、ステータ６の複数のステータコイル９に流す電流を正確に制御し、各ステータコイル９によるティース８ａの磁極の極性Ｓ，Ｎを複数のステータコイル９の配列方向において順次変化させることで、ステータ６に周方向への磁極Ｓ，Ｎの回転磁界を発生させる。これにより、ステータ６から回転磁界がアウターロータ２の複数のマグネット５に作用させられて、アウターロータ２が精度良く滑らかに回転させられる。
（その他）
以上説明した実施例では、モータシャフト３に、光反射部として複数の平坦な光反射面１５ａ〜１５ｃを設けて、多角柱状の光反射軸部１５を構成した例を示したが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００２９】
例えば、（円柱状をした）モータシャフト３の下端部の表面にエッチングやメッキ等の表面処理を施すことによって、非反射部と反射部とを有する光反射軸部を設けた構成としても良い。この非反射部としては、例えば光吸収をさせる黒色面、又は光を拡散させる光拡散面とすることができる。また、光反射部としては、例えば、鏡面加工またはメッキ処理による鏡面とすることができる。
【００３０】
また、アウターロータ２に対し、周方向に間隔をおいて複数の光反射面を設けておき、この光反射面を複数の光電センサで検出することにより、アウターロータ２の回転角を検出する構成としても良い。
[発明の実施の形態の作用・効果]
以上説明した発明の実施の形態のブラシレスモータの作用・効果を以下に説明する。
（１）この発明の実施の形態のブラシレスモータ１は、ステータ６の周方向に配列された複数のステータコイル９に流す電流を制御して、前記複数のステータコイル９により生じる複数の磁極の極性を周方向に順次変化させることで、前記ステータ６に周方向への回転磁界を発生させ、この回転磁界をモータシャフト３のロータ（アウターロータ２）に設けた複数のマグネット５に作用させることにより、前記ロータ（アウターロータ２）を回転させると共に、回転角検出装置１４により検出された前記ロータ（アウターロータ２）の回転角に基づき、前記複数のステータコイル９に流す電流を制御させる制御回路１９を有する。しかも、前記回転角検出装置１４は、前記モータシャフト３側（モータシャフト３又はアウターロータ２）に設けられた光反射部（光反射面１５ａ〜１５ｃ）と、前記光反射部（光反射面１５ａ〜１５ｃ）に位置検出光を投影すると共に、前記光反射部（光反射面１５ａ〜１５ｃ）で反射させられた前記位置検出光（反射光）を検出する光電センサ（１６ａ〜１６ｃ）とを備えている。
【００３１】
この構成によれば、従来の「モータシャフトに設けたセンサマグネットの回転位置をホール素子で検出することにより、ロータの回転角を検出するようにした回転角検出装置」と比べて、モータシャフトにセンサマグネットを設けていない分だけ、少ない部品点数でロータ（アウターロータ２）の回転角を検出できる。
（２）また、この発明の実施の形態のブラシレスモータ１において、前記光反射部（光反射面１５ａ〜１５ｃ）は前記モータシャフト３に設けられている。
【００３２】
この構成によれば、モータシャフト３に設けた光反射部（光反射面１５ａ〜１５ｃ）に光電センサ（１６ａ〜１６ｃ）からの位置検出光を投影する構成としているのみであるので、モータシャフト３に従来のようなセンサマグネットがない分だけ、ステータに発生させる回転磁界によりロータ（アウターロータ２）に作用させる回転トルクの負荷を軽減できる。
（３）更に、この発明の実施の形態のブラシレスモータ１において、前記モータシャフト３に設けられた光反射軸部１５は、前記光反射部としての複数の光反射面（１５ａ〜１５ｃ）によって多角柱状に形成したものとされる。
【００３３】
この構成によれば、簡単な構成でロータ（アウターロータ２）の回転角を検出できる。
【符号の説明】
【００３４】
１ ブラシレスモータ
２ アウターロータ（回転子）
３ モータシャフト（回転軸）
５ マグネット
６ ステータ（固定子）
８ ステータコア
８ａ ティース（磁極）
９ ステータコイル
１４ 回転角検出装置
１５ 光反射軸部
１５ａ 光反射面（光反射部）
１５ｂ 光反射面（光反射部）
１５ｃ 光反射面（光反射部）
１６ 位置検出装置
１６ａ 光電センサ
１６ｂ 光電センサ
１６ｃ 光電センサ
１７ａ 発光素子
１７ｂ 発光素子
１７ｃ 発光素子
１８ａ 受光素子
１８ｂ 受光素子
１８ｃ 受光素子
１９ 制御回路
【図１】
2015198519.tif 000003
【図２】
2015198519.tif 000004
【図３】
2015198519.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2015198519.tif 000008
【図７】
2015198519.tif 000009
【図８】
2015198519.tif 000010
【図９】
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