(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングに取り付けられたステータと、このステータに同軸的に取り付けられたロータと、このロータが取り付けられる回転軸と、を備えた電動モータにおいて、
上記回転軸と一体駆動するように設けられ、この回転軸の周方向に沿って極性が交互に異なるように形成されると共に、上記ロータ及びステータに対し上記回転軸の軸方向に所定距離離間して設けられた検出用マグネットと、
上記ロータ及びステータに対し上記回転軸の軸方向に所定距離離間して設けられた支持部材と、
上記回転軸に取り付け固定されると共に、この径方向外周端部には上記検出用マグネットの外周を接触固定する爪部がこの周方向に沿って所定ピッチで形成されたヨーク体と、
上記検出用マグネットと近接対向するように上記支持部材に取り付けられ、上記検出用マグネットの磁気変化を検出する磁気検出手段と、
を具備することを特徴とする電動モータ。
【請求項２】
上記爪部は、上記検出用マグネットを夫々の極性の周方向中心で接触固定していることを特徴とする請求項１記載の電動モータ。
【請求項３】
上記検出用マグネットは、上記ヨークの径方向外周側に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電動モータ。
【請求項４】
上記磁気検出手段は、上記検出用マグネットの径方向外周側と対向するように取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電動モータ。
【請求項５】
上記磁気検出手段には、上記ロータの回転位置検出後にこのロータの回転位置に対応してステータコイルに通電するタイミングの制御及び回転数を制御する制御手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電動モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータ及びこれに用いられるヨーク体に関し、特にブラシレスＤＣモータのロータ位置の検出に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータの一種であるブラシレスＤＣモータは、ブラシ付きＤＣモータと比較して、ブラシ及び整流子等の機械的接触部がない。このため、ブラシと整流子の間の摩耗により火花が生じ、この火花の発生に伴うノイズが周囲の電子回路に悪影響を与えてしまう、といった不具合が生じないという長所を有している。
【０００３】
このブラシレスＤＣモータの構成について、図６に基づいて説明する。
【０００４】
ブラシレスＤＣモータ１は、ケーシング２を有している。このケーシング２の底部には軸受３が取り付けられており、この軸受３を介して回転軸４が回転自在に取り付けられている。
【０００５】
回転軸４にはロータ５が取り付けられている。このロータ５は、ロータヨーク６と、このロータヨーク６の外周側に、所定間隔毎に例えば４枚程配置されたマグネット７とから構成されるか、或いは、円筒形のマグネットの挿入により構成されている。
【０００６】
ケーシング２の内周には、ステータ８が設けられている。このステータ８は、ケーシング２の内壁面に取り付けられたステータコア９、このステータコア９から半径方向内方に突出した磁極１０、及びこの磁極１０の立設部に巻回されたコイル１１とから構成されている。
【０００７】
ここで、ロータ５の回転駆動による回転位置を検出し、この磁束の変化に対応した向きの電流をコイル１１に対して導通させるため、検出用マグネット１２及びホールセンサ１３が設けられている。この検出用マグネット１２及びホールセンサ１３は、互いに近接対向するように設けられている。
【０００８】
このように近接対向させるため、ホールセンサ１３は、これを支持する支持基板１４に取り付けられているが、この支持基板１４は上記回転軸４に対する相対位置を固定化させるため、ケーシング２に取り付け固定されている。
【０００９】
また、上記ホールセンサ１３に対向して設けられている検出用マグネット１２は、ヨーク１５によって回転軸４に取り付けられている。このヨーク１５は、図７に示すように、回転軸４を挿通するための挿通孔１６を有している。この挿通孔１６の周囲には、フランジ部１７が形成されており、この部分で回転軸４へヨーク１５が取付固定される。
【００１０】
ヨークの外周側端部には、外周壁１８が形成されている。外周壁１８には、検出用マグネット１２が内接しており、それによって検出用マグネット１２を取り付け固定すると共に、検出用マグネット１２が回転駆動時に外方に飛散するのを防止している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記ヨーク１５は鋼板等の磁性体を材質として形成されており、内部に磁束を通過させてしまう。このように、検出用マグネット１２の外周側に磁性体が存するため、この磁性体内部に磁束が漏れてしまい、ホールセンサ１３に向かう磁束の量が少なくなっている。
【００１２】
このため、ホールセンサ１３から発せられる出力波形の精度の低下をきたし、それにより特にホールセンサ１３の信号をモータ回転ロジックに使用した場合に、トルクリップル、振動、騒音及び効率の影響を受け易いものとなっている。
【００１３】
本発明は上記の事情にもとづきなされたもので、その目的とするところは、ホールセンサに向かう磁束密度の低減を防止した電動モータ及びこれに用いられるヨーク体を提供しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、ケーシングに取り付けられたステータと、このステータに同軸的に取り付けられたロータと、このロータが取り付けられる回転軸と、を備えた電動モータにおいて、上記回転軸と一体駆動するように設けられ、この回転軸の周方向に沿って極性が交互に異なるように形成されると共に、上記ロータ及びステータに対し上記回転軸の軸方向に所定距離離間して設けられた検出用マグネットと、上記ロータ及びステータに対し上記回転軸の軸方向に所定距離離間して設けられた支持部材と、上記回転軸に取り付け固定されると共に、この径方向外周端部には上記検出用マグネットの外周を接触固定する爪部がこの周方向に沿って所定ピッチで形成されたヨーク体と、上記検出用マグネットと近接対向するように上記支持部材に取り付けられ、上記検出用マグネットの磁気変化を検出する磁気検出手段と、を具備することを特徴とする電動モータである。
【００１５】
請求項２記載の発明は、上記爪部は、上記検出用マグネットを夫々の極性の周方向中心で接触固定していることを特徴とする請求項１記載の電動モータである。
【００１６】
請求項３記載の発明は、上記検出用マグネットは、上記ヨークの径方向外周側に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電動モータである。
【００１７】
請求項４記載の発明は、上記磁気検出手段は、上記検出用マグネットの径方向外周側と対向するように取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電動モータである。
【００１８】
請求項５記載の発明は、上記磁気検出手段には、上記ロータの回転位置検出後にこのロータの回転位置に対応してステータコイルに通電するタイミングの制御及び回転数を制御する制御手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電動モータである。
【００１９】
上記手段を講じた結果、次のような作用が生じる。請求項１の発明によると、ヨーク体の径方向外周端部には、検出用マグネットの外周を接触固定する爪部がヨーク体の周方向に沿って所定ピッチで形成されているので、上記回転軸が回転駆動した場合に、検出用マグネットが外方に飛散するのを防止する機能を有していると共に、従来の外周壁が形成されこの外周壁で検出用マグネットが外方に飛散するのを防止していた構成と比較して、検出用マグネットから磁気検出手段へ向かう磁力の低減を防止することができる。また、マグネットとヨークの機械的な位置出しが可能となる。
【００２０】
このため、磁気検出手段から発せられる出力波形の精度の低下を来たすことがなく、よって磁気検出手段から発せられる信号をモータ回転ロジックに使用しても、トルクリップルや振動、騒音や効率の影響を受け難くなっている。
【００２１】
請求項２の発明によると、爪部は、検出用マグネットを夫々の極性の周方向中心で接触固定しているので、磁気検出手段で検出される着磁波形の極の切り替わり部分においては、ヨークが検出用マグネットの外周に設けられていない構成と同様となっている。
【００２２】
このため、ＯＮ／ＯＦＦデューティ比率が変化し、ロータの位置検出の精度が悪化するのを防止可能となる。
【００２３】
請求項３の発明によると、検出用マグネットは、ヨークの径方向外周側に設けられているので、検出用マグネットから発せられる磁力もヨークの径方向外周側に対応する位置から発せられる。よって、磁力をこの位置で検出すれば、精度良い検出が行える。
【００２４】
請求項４の発明によると、磁気検出手段は、検出用マグネットの径方向外周側と対向するように取り付けられているので、磁力の検出精度を良好にすることが可能となる。
【００２５】
請求項５の発明によると、磁気検出手段には、ロータの回転位置検出後にこのロータの回転位置に対応してステータコイルに通電するタイミング（回転ロジック）及び回転数を制御する制御手段が設けられているので、ブラシレスＤＣモータに対し、適切なタイミングで電流を流すことができ、モータ効率を向上させることが可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図１ないし図５に基づいて説明する。
【００２７】
図１は、本発明の電動モータの一種であるブラシレスＤＣモータ２０の構成を示す側断面図である。このブラシレスＤＣモータ２０は、フレーム２１を有している。このフレーム２１は、その外観が円筒形状となるように熱硬化樹脂で形成されている。
【００２８】
このフレーム２１の円筒形状の底部側（円筒形状の中心軸の軸線に沿う端部側）には、例えばベアリング等の軸受２２が位置するように構成されている。このため、フレーム２１の中心軸線に沿う一端側には、軸受２２を取り付けるための凹部２３が形成されており、また中心軸線に沿う他端側には、軸受２２を係止するためにフレーム２１内部から見て凹形状に形成された係止部２４が形成されている。
【００２９】
なお、本実施の形態では、この係止部の外径側には、フレーム２１外部から見てリング状の凹形状部２５が形成されている。
【００３０】
このような軸受２２が取り付けられ、そしてこの軸受２２で回転軸２６を回転自在に軸支することにより、ブラシレスＤＣモータ２０の回転駆動を良好にガイドできる構成となっている。
【００３１】
ステータ３０の外周及び側面部は樹脂で覆われている。このステータ３０は、フレーム２１の内壁面に取り付けられている。ステータ３０は、環状で積層された金属製のステータコア３１と、このステータコア３１より周方向に所定の間隔を有して複数設けられ、半径方向内方に突出して設けられた磁極３２と、この磁極３２に巻回されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相からなるコイル３３を有している。また、磁極３２は、図２に示す突起部３２ａと、この突起部３２ａの先端部において周方向両側に向かって突出すると共に、ステータコア３１の軸心側に配置されロータ３４に対向して設けられた対向部３２ｂとより構成されている。
【００３２】
ロータ３４は、例えば軟鋼を材質として形成されたロータヨーク３５と、このロータヨーク３５の外周部に配置されたマグネット３６を備え、このようなロータ３４が回転軸２６の外周に取り付けられている。マグネット３６は、ロータヨーク３５の外周に沿ってＮ極及びＳ極が例えば２枚ずつ交互に密着して取り付けられる構成としている。或いは円筒形のマグネットを装着した構成でも良い。
【００３３】
回転軸２６は、この先端部分がブラシレスＤＣモータ２０内部より突出しており、他の部材に対して連結可能としている。
【００３４】
上記ロータ３４と軸受２２の間に存する回転軸２６には、検出用マグネット３７が取り付けられている。この検出用マグネット３７は、回転軸２６に対して固定されているが、このような回転軸２６への固定を行うため、金属製のヨーク体としてのヨーク３８が設けられている。
【００３５】
このヨーク３８は、回転軸２６に所定の面積で接触するためのフランジ部３９が回転軸２６に対して当接するように設けられており、このフランジ部３９から回転軸２６の径方向外方に向かうように円盤形状部４０となっている。そして、この円盤形状部４０に検出用マグネット３７が設けられている。この検出用マグネット３７は、回転軸２６が挿通可能な挿通孔４１を有したドーナツ形状に形成されている。この挿通孔４１は、回転軸２６の外径よりも大きな孔径を有するように形成されている。それによって、回転軸２６を良好に挿通可能とし、また検出用マグネット３７がヨーク３８の外周側に位置するように構成されている。
【００３６】
ここで、回転軸２６の回転駆動時に検出用マグネット３７に生じる遠心力により、この検出用マグネット３７が外方に飛散されないようにするため、ヨーク３８の径方向の突出端部から回転軸２６に平行な方向に向かって折れ曲がった爪部４２がヨーク３８に形成されている。爪部４２は、回転軸２６に平行な方向に所定の長さだけ突出形成されており、この内径側で検出用マグネット３７をつかみ込むように形成されている。また、爪部４２は上記ヨーク３８の周方向に沿って所定ピッチで複数個（２個以上）形成されている。
【００３７】
爪部４２は、これが磁束に与える影響を考慮して、その幅があまり広くならないように形成されている。すなわち、この爪部４２は、検出用マグネット３７の飛散を防止する機能を損なわない程度の強度を有する幅に形成されている。
【００３８】
この爪部４２は、夫々Ｎ極及びＳ極の検出用マグネット３７において、その外周の中心に位置するように設けられている。
【００３９】
上記検出用マグネット３７に近接対向するように、磁気検出手段としてのホールセンサ４３（ホールＩＣ）が設けられている。ホールセンサ４３は、フレーム２１の所定位置に取付固定された支持部材としての支持板４４に取り付けられている。支持板４４は、回転軸２６の回転駆動を妨げないように、この回転軸２６に相当する部分を切り欠いた切欠き部を有する構成となっている。
【００４０】
なお、この支持板４４に対するホールセンサ４３の取り付け位置は、上記検出用マグネット３７の外周側と対向する部分に取り付けられている。
【００４１】
上記ホールセンサ４３は、不図示の制御手段に接続されている。この制御手段は、ホールセンサ４３により検出されたロータ３４の回転位置の検出結果に基づいて、ブラシレスＤＣモータ２０に対して適切量の電流を導通させるように制御を行うものである。
【００４２】
以上のような構成を有するブラシレスＤＣモータ２０の作用について、以下に説明する。
【００４３】
所定の電流を導通させてこのブラシレスＤＣモータ２０を作動させると、回転軸２６の回転駆動に伴って、検出用マグネット３７も回転駆動される。この検出用マグネット３７は、Ｎ極及びＳ極がヨーク３８の周方向に沿って交互に配置されている。そのため、この検出用マグネット３７と対向配置されているホールセンサ４３は、検出用マグネット３７の回転駆動に伴い、磁束変化を検出することになる。
【００４４】
ここで、ヨーク３８の径方向突出端部に外周壁が形成されている構成では、図５のＣ線に示すように何等外周壁が設けられていない構成の場合のＢ線と比較して、磁束強度の低下が見られていた。
【００４５】
しかしながら、本発明では、上述の外周壁に代えて、検出用マグネット３７の飛散防止のため爪部４２を形成した構成であり、この爪部４２はその面積が小面積に形成されている。したがって、この爪部４２が検出用マグネット３７の外周面に占める割合が、上述の外周壁と比較して、大幅に低減されている。
【００４６】
すなわち、本発明の構成では、図５（ａ）のＡ線に示すように、爪部４２に対応する部分のみに磁束の低下が見られ、他の部分は外周壁１８が設けられない場合に生じる波形と同様となっている。
【００４７】
それによって、外周壁内部を磁束が通過することにより生じていた、ホールセンサ４３に向かう磁束の流れ（磁力）が低減されることがなく、ホールセンサ４３による磁束変化の検出性が悪化するのを防止することが可能となる。すなわち、本発明では、波形変化を最小限に抑えるようにしているといえる。
【００４８】
また、上述のような着磁波形の歪みが生じないので、ホールセンサ４３のヒステリシス幅の影響を受け難くなっている。すなわち、従来の構成では、ヨークの外周壁１８を磁束が通過し、それによりホールセンサ４３に向かう磁束密度が変化し、波形が小さくなり、ヒステリシス幅の影響が相対的に大きくなっている。つまり、図５（ｂ）のＤ線（本発明の場合）とＥ線（従来の場合）に示すように、着磁波形の変化により、Ｎ極からＳ極への波形の切り替わり部分において、外周壁１８がない構成と比較してＯＮ／ＯＦＦデューティ比率の波形にずれが生じてしまう。
【００４９】
しかしながら、本発明によるとヨーク３８が設けられていない構成と着磁波形のＮ極からＳ極への切り替わり部分がほとんど変化していない。このため、ヒステリシス幅の影響を受けてＯＮ／ＯＦＦデューティ比率にずれが生じてしまう心配がなく、信頼性が高くなる。
【００５０】
これによって、ホールセンサ４３から不図示の制御手段に向かって発せられる信号をモータ回転のための電流の導通量の制御等に使用しても、この信号がトルクリップルや振動、騒音等の影響を受け難いので、ブラシレスＤＣモータ２０の回転駆動を良好に行うことが可能となっている。
【００５１】
すなわち、本発明によれば、ブラシレスＤＣモータ２０の効率を良好にすることが可能となる。
【００５２】
また、ホールセンサ４３が検出用マグネット３７の外周側と対向するように配置されているので、ホールセンサ４３が検出用マグネット３７の内周側と対向配置するように配置されている場合と比較して、機械的精度の影響を受け難いものとなっている。すなわち、外周側では、内周側と比較して良好に磁束を検出することが可能となっている。
【００５３】
以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明はこれ以外にも種々変形可能となっている。以下それについて述べる。
【００５４】
上記実施の形態では、検出用マグネット３７のＮ極及びＳ極が交互に例えば２枚ずつ取り付けられた構成について説明したが、本実施の形態はこれに限られず、交互に３枚ずつ取り付けられた構成でも良く、また交互に４枚ずつ取り付けられた構成としても構わない。
【００５５】
また、上記実施の形態では、ブラシレスＤＣモータ２０に本発明を適用した場合について述べたが、本発明はブラシレスＤＣモータ２０に適用される場合には限られず、他のモータに適用しても構わない。
【００５６】
その他、本発明の要旨を変更しない範囲において、種々変形可能となっている。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、請求項６記載の発明によると、ヨーク体の径方向外周端部には、検出用マグネットの外周を接触固定する爪部がヨーク体の周方向に沿って所定ピッチで形成されているので、従来の外周壁が形成されこの外周壁で検出用マグネットが外方に飛散するのを防止していた構成と比較して、検出用マグネットから磁気検出手段へ向かう磁力の低減を防止することができる。
【００５８】
このため、磁気検出手段から発せられる出力波形の精度の低下を来たすことがなく、よって磁気検出手段から発せられる信号をモータ回転ロジックに使用しても、トルクリップルや振動、騒音や効率の影響を受け難くなっている。
【００５９】
請求項２記載の発明によると、爪部は、検出用マグネットを夫々の極性の周方向中心で接触固定しているので、磁気検出手段で検出される着磁波形の極の切り替わり部分においては、ヨークが検出用マグネットの外周に設けられていない構成と同様である。
【００６０】
このため、ＯＮ／ＯＦＦデューティ比率が変化し、ロータの位置検出の精度が悪化するのを防止可能となる。
【００６１】
請求項３記載の発明によると、検出用マグネットは、ヨークの径方向外周側に設けられているので、検出用マグネットから発せられる磁力もヨークの径方向外周側に対応する位置から発せられる。よって、磁力をこの位置で検出すれば、精度良い検出が行える。
【００６２】
請求項４記載の発明によると、磁気検出手段は、検出用マグネットの径方向外周側と対向するように取り付けられているので、磁力の検出精度を良好にすることが可能となる。
【００６３】
請求項５記載の発明によると、磁気検出手段には、ロータの回転位置検出後にこのロータの回転位置に対応してステータコイルに通電するタイミング（回転ロジック）及び回転数を制御する制御手段が設けられているので、ブラシレスＤＣモータに対し、適切なタイミングで電流を流すことができ、モータ効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態に係わるブラシレスＤＣモータの形状を示す側断面図。
【図２】  同実施の形態に係わるブラシレスＤＣモータの形状を示す正面断面図。
【図３】  同実施の形態に係わるヨークの形状を示す図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は正面図を示す。
【図４】  同実施の形態に係わる検出用マグネットの形状を示す図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は正面図を示す。
【図５】  同実施の形態に係わる磁束強度とロータ回転位置の関係を示す図であり、（ａ）は磁束強度とロータ回転位置の関係を示す図、（ｂ）はヒステリシス幅とＯＮ／ＯＦＦデューティ比率の関係を示す図。
【図６】  従来のブラシレスＤＣモータの構成を示す図。
【図７】  従来のヨークの形状を示す図。
【符号の説明】
２０…ブラシレスＤＣモータ
２１…ケーシング
２６…回転軸
３０…ステータ
３４…ロータ
３７…検出用マグネット
３８…ヨーク
４２…爪部
４３…ホールセンサ
４４…支持板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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