(57)【要約】【課題】ブラシレスモータのコストダウンとロータ位置検出精度の向上を図る。【解決手段】ブラシレスモータのロータマグネット９の端部に、軸方向に沿って各磁極１９毎にセンサマグネット部１６を突設する。センサマグネット部１６は、他の磁極との境界部２０に各１個ずつ形成される。センサマグネット部１６の幅Ｗ１は、ロータマグネット９の磁極幅Ｗ０や切欠部１７の幅Ｗ２よりも狭く形成され、その分だけマグネット材料を節約できる。中空状のセンサマグネット部１６の内側にはホール素子５が配設され、ホール素子５をコイルから遠い位置に配置でき、しかも、ホール素子５をセンサマグネット部１６にて囲うことができ、コイルを流れる電流の影響がホール素子５に及びにくくなる。【選択図】　　　図２
2004023905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルが巻装されたステータと、
前記ステータの内周に回転自在に配設され、複数個の磁極を備えるロータマグネットを有するロータと、
前記ロータマグネットの端部に軸方向に沿って各磁極毎に突設され、前記ロータマグネットの磁極幅よりも狭い幅に形成されて隣接する磁極との境界部に配置されたセンサマグネット部と、
前記センサマグネット部の近傍に配設され、前記センサマグネット部の極性変化に伴ってセンサ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】
請求項１記載のブラシレスモータにおいて、前記磁気検出素子は、前記センサマグネット部の内側に配設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または２記載のブラシレスモータにおいて、前記ロータマグネットは、複数個のセグメントマグネットを周方向に沿って配列して形成され、前記センサマグネット部は周方向に間隔をあけて設置され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または２記載のブラシレスモータにおいて、前記ロータマグネットは、円筒形状の部材に周方向に沿って複数個の磁極を着磁したリングマグネットにて形成され、隣接する磁極の前記センサマグネット部が無着磁帯を挟んで一体に形成されることを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項５】
コイルが巻装されたステータと、
前記ステータの内周に回転自在に配設され、複数個の磁極を備えるロータマグネットを有するロータと、
前記ロータマグネットの端部に軸方向に沿って突設された中空状のセンサマグネット部と、
前記センサマグネット部の内側に配設され、前記センサマグネット部の極性変化に伴ってセンサ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６】
請求項１〜５の何れか１項に記載のブラシレスモータにおいて、前記ブラシレスモータは、車両の操舵機構に対し操舵補助力を供給する電動パワーステアリング装置用のモータであること特徴とするブラシレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気検出素子によってロータ回転位置を検出するブラシレスモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６，５は、一般的なブラシレスモータの構成を示す説明図である。ブラシレスモータ５１ａ，５１ｂは、コイル５２を巻装したステータ５３と、ロータマグネット５４を備えたロータ５５とから構成される。コイル５２はロータ５５の位置に応じて適宜通電され、回転磁界を形成する。ロータ５５の回転位置は、ホール素子５６などの磁気検出素子によって検出される。ホール素子５６は、図６のブラシレスモータ５１ａでは、ロータマグネット５４とは別に設けられたセンサマグネット５７の磁極変化を捉えてセンサ信号を出力する。センサマグネット５７には、ロータマグネット５４と同位置に同極数の磁極が形成されている。
【０００３】
これに対して図６のブラシレスモータ５１ｂでは、ロータマグネット５４を軸方向にオーバハングさせ、端部をセンサマグネット部５８として使用する。そこでは、ホール素子５６はセンサマグネット部５８の磁極変化を捉えてセンサ信号を出力する。そして、このセンサ信号に基づきロータ位置が検出され、ロータが継続して回転するようにコイルの通電タイミングが決定される。これによりロータ５５の周囲に回転磁界が形成され、ロータ５５が回転駆動される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６のブラシレスモータ５１ａのようにセンサマグネット５７を別途設ける構成の場合、センサマグネット５７の分だけ部品点数が増加しコストアップの一因となるという問題があった。これに対し、図７のブラシレスモータ５１ｂでは部品点数は増加しないものの、センサマグネット部５８をオーバーハングさせる分だけマグネット材料が余分に必要となる。ホール素子の出力特性を鑑みるに、閾値を超える磁束量で磁極が変化すれば十分にセンサ信号は得られ、図７のようにロータマグネット５４全体を軸方向に延設するのは材料的にも無駄が多い。
【０００５】
一方、図６，５のように、ホール素子５６をセンサマグネット５７等の外周側に配置すると、ホール素子５６とコイル５２との間が近接する。例えば、電動パワーステアリング装置用のモータのように、コイル５２に大電流が流れるものの場合、コイル５２の電流による磁界の影響がホール素子５６に及ぶおそれがある。かかる影響が生じると、ロータ５５の回転位置が正確に把握できず、モータが効率良く動作しないという問題が生じる。
【０００６】
本発明の目的は、ブラシレスモータのコストダウンとロータ位置検出精度の向上を図ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のブラシレスモータは、コイルが巻装されたステータと、前記ステータの内周に回転自在に配設され、複数個の磁極を備えるロータマグネットを有するロータと、前記ロータマグネットの端部に軸方向に沿って各磁極毎に突設され、前記ロータマグネットの磁極幅よりも狭い幅に形成されて隣接する磁極との境界部に配置されたセンサマグネット部と、前記センサマグネット部の近傍に配設され、前記センサマグネット部の極性変化に伴ってセンサ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。
【０００８】
本発明によれば、センサマグネット部がロータマグネットの磁極幅よりも狭くなるので、その分だけマグネット材料を節約でき、ロータマグネットの材料費が削減され、製品のコストダウンを図ることが可能となる。また、センサマグネット部はロータマグネットと一体であるため、両マグネットの位置合わせは不要であり、センサマグネットの取り付け精度は問題とならない。さらに、別途センサマグネットを設けないため、部品点数や組付工数も削減できる。
【０００９】
前記ブラシレスモータにおいて、前記磁気検出素子を前記センサマグネット部の内側に配設するようにしても良い。これにより、磁気検出素子をコイルから遠い位置に配置でき、しかも、磁気検出素子をセンサマグネット部にて囲う形にすることができる。従って、コイルを流れる電流の影響が磁気検出素子に及びにくくなり、ロータ回転位置の検出精度が向上し、たとえコイルに大電流が流れても正確にロータ位置検出を行うことできる。
【００１０】
前記ブラシレスモータにおいて、前記ロータマグネットとして、複数個のセグメントマグネットを周方向に沿って配列して形成したものを用い、前記センサマグネット部を周方向に間隔をあけて設置するようにしても良い。また、前記ロータマグネットとして、円筒形状の部材に周方向に沿って複数個の磁極を着磁したリングマグネットにて形成したものを用い、隣接する磁極の前記センサマグネット部を無着磁帯を挟んで一体に形成するようにしても良い。
【００１１】
一方、本発明のブラシレスモータは、コイルが巻装されたステータと、前記ステータの内周に回転自在に配設され、複数個の磁極を備えるロータマグネットを有するロータと、前記ロータマグネットの端部に軸方向に沿って突設された中空状のセンサマグネット部と、前記センサマグネット部の内側に配設され、前記センサマグネット部の極性変化に伴ってセンサ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。
【００１２】
本発明によれば、磁気検出素子を中空状のセンサマグネット部の内側に配設することにより、磁気検出素子をコイルから遠い位置に配置でき、しかも、磁気検出素子をセンサマグネット部にて囲う形にすることができる。従って、コイルを流れる電流の影響が磁気検出素子に及びにくくなり、ロータ回転位置の検出精度が向上し、たとえコイルに大電流が流れても正確にロータ位置検出を行うことできる。
【００１３】
一方、前記ブラシレスモータを、車両の操舵機構に対し操舵補助力を供給する電動パワーステアリング装置用のモータとして使用しても良い。前記ブラシレスモータを使用することにより、マグネット材料費の節減に伴い電動パワーステアリング装置のコストが低減する。また。ロータ回転位置の検出精度向上に伴い、モータ動作が安定し操舵フィーリングが向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態１であるブラシレスモータ１（以下、モータ１と略記する）の構成を示す説明図、図２は図１のモータの分解斜視図である。
【００１５】
図１，２のモータ１は、電動パワーステアリング装置の駆動源として使用され、運転者がハンドルを操作すると、その操舵角や車両走行速度等に従い、操舵補助力を供給する。モータ１のロータシャフト２は、ジョイントを介して図示しないギヤボックスの入力軸と接続され、その回転はギヤボックス内にて適宜減速された後、ステアリングコラムに伝達される。ステアリングコラムの回転動作は、ラックアンドピニオン型のステアリングギア部においてタイロッドの往復動作に変換され、操向車輪の転舵が行われる。これにより、操舵力がモータ１の回転力により補助され、運転者は小さな力でハンドルを操作することが可能となる。
【００１６】
モータ１は、図１に示すように、ステータ３の内側にロータ４を回転自在に配置したいわゆるインナーロータ型のブラシレスモータであり、ホール素子（磁気検出素子）５によってロータ４の回転位置を検出するようになっている。ステータ３は、コイル６が巻装されたステータコア７と、ステータコア７を収容する金属製のケース８とから構成される。ステータコア７は、金属板を積層して形成されており、内周側に突設された突極にコイル６が巻回されて巻線が形成されている。
【００１７】
ロータ４は、ロータシャフト２と、ロータシャフト２に固定されたロータマグネット９とから構成される。ロータシャフト２には円柱状のロータコア１２が形成されており、その外周に複数のセグメントマグネットが固定されロータマグネット９を形成している。また、ロータシャフト２は、ベアリング１３ａ，１３ｂにてブラケット１４及びケース８に回転自在に支持されている。ブラケット１４はアルミダイカスト製の部材であり、ベアリング１３ａはその中央部に収容固定される。ケース８は金属製の円筒部材であり、ベアリング１３ｂはその端部中央に収容固定される。
【００１８】
ケース８のブラケット１４側端部には、センサホルダ１５が取り付けられている。センサホルダ１５には、図１，２に示すように、ホール素子５が取り付けられている。ホール素子５は図示しない外部の制御駆動回路と接続され、ホール素子５から出力されたセンサ信号に基づき、コイル６に対する供給電力が制御される。
【００１９】
ロータマグネット９の端部にはセンサマグネット部１６が形成されている。図３は、センサマグネット部１６の構成を示す説明図である。センサマグネット部１６は、図２，３に示すように、ロータマグネット９の端部に軸方向、すなわちロータシャフト２の延伸方向に沿って各磁極１９毎に２個突設されている。センサマグネット部１６は、ロータマグネット端部の一部（図２の破線部）を凹形に切り欠く形で、隣接する磁極との境界部２０に各１個ずつ形成される。つまり、各磁極１９の軸方向端部には、周方向両端側にセンサマグネット部１６が突出形成されていることになる。
【００２０】
磁極１９の端部には、センサマグネット部１６と切欠部１７が形成され、それらの幅は、ロータマグネット９の磁極幅（磁極の円周方向の長さ）をＷ０、センサマグネット部１６の幅をＷ１＋切欠部１７の幅Ｗ２とすると、Ｗ０＝２Ｗ１＋Ｗ２となる。すなわち、センサマグネット部１６の幅Ｗ１は、切欠部１７の分だけ磁極幅Ｗ０よりも狭くなっている。また、センサマグネット部１６の幅Ｗ１も切欠部１７の幅Ｗ２の関係もＷ１＜Ｗ２となっている。ホール素子５は、磁極変化に際し磁束量がある閾値を超えさえすればセンサ信号がＨＩ又はＬＯに変化する。この場合、閾値以上の磁束量が継続的に持続する必要はなく、センサマグネット部１６の幅Ｗ１も僅かな寸法で良い（例えば、Ｗ０の１／１０程度）。
【００２１】
隣接するロータマグネット９の磁極１９間には間隙１８が形成されており、隣接するセンサマグネット部１６はこの間隙１８を挟んで対向している。従って、ロータマグネット９の端部には、例えば、センサマグネット部１６（Ｎ極）−切欠部１７−センサマグネット部１６（Ｎ極）−間隙１８−センサマグネット部１６（Ｓ極）−切欠部１７−センサマグネット部１６（Ｓ極）が順に並ぶ。これを外形的に見れば、ロータマグネット９全体では、突片状のセンサマグネット部１６が、周方向に間隔をあけて中空状に設置されている形となる。
【００２２】
ここで、ロータマグネット９は金型にて焼結形成される。すなわち、センサマグネット部１６は、後の切削加工によって切欠部１７を除去して形成するのではなく、型成形にて当初から形成される。従って、センサマグネット部１６をロータマグネット９をそのまま延設するのではなく、図２のような形状とすると切欠部１７の分だけマグネット材料を節約できる。前述のように、センサマグネット部１６の幅Ｗ１は僅かな寸法で良く、切欠部１７の幅Ｗ２を大きく取り、Ｗ１を成形可能な限り小さくすることが可能である。このため、ロータマグネット９の材料費をその分削減することができ、製品のコストダウンを図ることが可能となる。また、センサマグネット部１６はロータマグネット９と一体であるため、両マグネットの位置合わせは不要であり、センサマグネットの取り付け精度は問題とならない。さらに、別途センサマグネットを設けないため、部品点数も少なく組付工数もかからない。
【００２３】
一方、中空状に形成されたセンサマグネット部１６の内側には、ホール素子５が配置されている。ロータシャフト２が回転するとセンサマグネット部１６はホール素子５の近傍にて回転し、磁極変化に伴いホール素子５の出力信号がＨＩ，ＬＯに変化する。そして、この出力信号の変化に基づきロータシャフト２の回転位置が検出され、コイル６に対し適宜電力供給が行われる。当該モータ１では、図１に示すように、ホール素子５はセンサマグネット部１６の内径側にあり、図６，７の場合に比して、ホール素子５の位置がコイル６から遠い位置に配設される。しかも、ホール素子５は、センサマグネット部１６にて囲われた形でモータ１内に取り付けられる。従って、コイル６を流れる電流の影響がホール素子５に及びにくくなり、ロータ回転位置の検出精度が向上し、たとえコイル６に大電流が流れても正確にロータ位置検出を行うことできる。このため、モータ１を効率良く回転させることが可能となり、電動パワーステアリング装置における操舵フィーリングの向上が図られる。
【００２４】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２として、ロータマグネットにリング状のマグネットを使用したものについて説明する。図４の本発明の実施の形態２であるモータ２１の分解斜視図、図５はロータマグネットとしてリングマグネットを使用した場合のセンサマグネット部の構成を示す説明図である。なお、センサマグネット部の構成以外は実施の形態１のモータ１と同様であるのでその説明は省略する。また、実施の形態１と同様の部材、部分については同一の符号を使用する。
【００２５】
図４，５に示すように、ここでは隣接する磁極１９は、リング状のロータマグネット２２に連続的に形成される。各磁極１９間には、実施の形態１の間隙１８に代えて無着磁帯２３が設けられている。センサマグネット部１６は、ロータマグネット２２の端部に軸方向に沿って各磁極１９毎に突設され、隣接する磁極１９の境界部２０に配置されている。隣接する磁極のセンサマグネット部１６は、実施の形態１と異なり、無着磁帯２３を挟んで一体に形成されている。つまり、センサマグネット部１６は、図５に示すように、各磁極１９の周方向両端側に、Ｎ極−無着磁帯２３−Ｓ極、なる特性を有する突片として形成されている。そして、センサマグネット部１６の幅Ｗ１は、ロータマグネット９の磁極幅Ｗ０や切欠部１７の幅Ｗ２よりも狭くなっており、マグネット材料の節約が図られている。
【００２６】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施の形態では、ホール素子５をセンサマグネット部１６の内側に配置した構成を例にとって説明したが、コイル６に流れる電流量が少なく、その影響が少ない場合には、ホール素子５をセンサマグネット部１６の外側に置いても良い。また、センサマグネット部１６の幅Ｗ１を、ロータマグネット９の切欠部１７の幅Ｗ２よりも狭くした例を示したが、Ｗ１は必ずしもＷ２よりも狭くなくとも良い。
【００２７】
さらに、前述の実施の形態は、本発明をコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置に適用した例を示したが、ラックアシスト型等の他の方式の電動パワーステアリング装置にも適用可能である。加えて、本発明のブラシレスモータは、電動パワーステアリング装置以外の用途、例えば、ロボット等の産業用機械やパソコン等のＩＴ機器などにも適用可能である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のブラシレスモータによれば、ロータマグネットの端部にセンサマグネット部を突設し、その幅をロータマグネット磁極幅よりも狭くしたので、その分だけマグネット材料を節約できる。従って、ロータマグネットの材料費が削減され、製品のコストダウンを図ることが可能となる。
【００２９】
また、本発明のブラシレスモータによれば、磁気検出素子を中空状のセンサマグネット部の内側に配設したので、磁気検出素子をコイルから遠い位置に配置でき、しかも、磁気検出素子をセンサマグネット部にて囲う形にすることができる。従って、コイルを流れる電流の影響が磁気検出素子に及びにくくなり、ロータ回転位置の検出精度が向上し、たとえコイルに大電流が流れても正確にロータ位置検出を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１であるブラシレスモータの構成を示す説明図である。
【図２】図１のモータの分解斜視図である。
【図３】センサマグネット部の構成を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態２であるブラシレスモータの分解斜視図である。
【図５】ロータマグネットとしてリングマグネットを使用した場合のセンサマグネット部の構成を示す説明図である。
【図６】ロータマグネットとしてセグメントマグネットを使用した一般的なブラシレスモータの構成を示す説明図である。
【図７】ロータマグネットとしてリングマグネットを使用した一般的なブラシレスモータの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１　　ブラシレスモータ
２　　ロータシャフト
３　　ステータ
４　　ロータ
５　　ホール素子
６　　コイル
７　　ステータコア
８　　ケース
９　　ロータマグネット
１２　　ロータコア
１３ａ，１３ｂ　　ベアリング
１４　　ブラケット
１５　　センサホルダ
１６　　センサマグネット部
１７　　切欠部
１８　　間隙
１９　　磁極
２０　　境界部
２１　　モータ
２２　　ロータマグネット
２３　　無着磁帯
５１ａ，５１ｂ　　ブラシレスモータ
５２　　コイル
５３　　ステータ
５４　　ロータマグネット
５５　　ロータ
５６　　ホール素子
５７　　センサマグネット
５８　　センサマグネット部
Ｗ０　　　ロータマグネット磁極幅
Ｗ１　　　センサマグネット部幅
Ｗ２　　　切欠部幅
【図１】
2004023905.tif 000003
【図２】
2004023905.tif 000004
【図３】
2004023905.tif 000005
【図４】
2004023905.tif 000006
【図５】
2004023905.tif 000007
【図６】
2004023905.tif 000008
【図７】
2004023905.tif 000009