(57)【要約】【課題】ロータコアの端面に磁気センサ側に突出した磁束誘導部を設けることで、磁気センサに達するロータの漏れ磁束量を増加させることができ、磁気センサの検出遅れを低減し、出力効率を向上させることができるブラシレスモータを得る。【解決手段】このブラシレスモータでは、ロータコア３は、端面に周方向に間隔を空けてホール素子１２側に突出して設けられ、ロータの漏れ磁束をホール素子１２に導く複数の磁束誘導部３ｃを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板鋼板を軸線方向に積層して構成されシャフトに固定されたロータコア、及びこのロータコアに周方向に間隔を空けて固定された複数の磁石を有する回転自在のロータと、
このロータを周方向に沿って囲って設けられ先端部が径内側方向に延び周方向に間隔を空けて複数のスロットを形成する複数のティースを有するステータコア、及び前記ティースに導線が巻回され導線に通電することで回転磁界が発生するステータコイルを有するステータと、
前記ロータに前記軸線方向に対向して設けられ前記磁石の磁束の極性を検出して前記ロータの周方向の回転位置を検出する磁気センサと、を備え、
前記ロータコアは、端面に周方向に間隔を空けて前記磁気センサ側に突出して設けられ、前記磁束を前記磁気センサに導く複数の磁束誘導部を有しているブラシレスモータ。
【請求項２】
各前記磁束誘導部は、隣接した前記磁石間に設けられている請求項１に記載のブラシレスモータ。
【請求項３】
各前記磁束誘導部は、各前記磁石のそれぞれの中間部に設けられている請求項１に記載のブラシレスモータ。
【請求項４】
各前記磁束誘導部は、一枚または複数枚の前記薄板鋼板により形成されている請求項１〜３の何れか１項に記載のブラシレスモータ。
【請求項５】
前記ロータコアの前記端面は、前記ステータコアの端面よりも前記磁気センサ側に突出している請求項１〜４の何れか１項に記載のブラシレスモータ。
【請求項６】
各前記磁束誘導部は、前記磁石の径方向の外側に設けられている請求項１〜５の何れか１項に記載のブラシレスモータ。
【請求項７】
各前記磁束誘導部は、前記磁石の径方向の内側に設けられている請求項１〜５の何れか１項に記載のブラシレスモータ。
【請求項８】
各前記磁石は、前記ロータコアに形成された複数の孔にそれぞれ設けられている請求項１〜７の何れか１項に記載のブラシレスモータ。
【請求項９】
各前記磁石は、前記ロータコアの外周面に設けられている請求項１〜７の何れか１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】
この発明は、回転磁界を発生するステータと、このステータの内部に回転自在に設けられた複数の磁石を有するロータと、このロータからの漏れ磁束に基づいてロータの周方向の回転位置を検出する磁気センサと、を備えたブラシレスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁石を有したロータの漏れ磁束の極性を検出してロータ位置の検出を行う磁気センサを備え、モータコイルへの通電を適切に切り替えて回転磁界を発生させてロータを回転させるブラシレスモータにおいては、磁気センサが極性を判定するためのしきい値を上回る磁束を磁気センサに供給する必要がある。
この場合、磁気センサへ到達する磁束が小さいときや、磁気センサの位置での磁束の極性の切り替わりが緩やかであるときには、磁束が前記しきい値を上回るのに時間を要してしまい、磁気センサの検出に遅れが生じることがある。
この結果、モータの通電相を切り替えられるべき本来のタイミングに対して、遅れが生じることになり、その結果、モータの性能低下を招く場合がある。
【０００３】
これに対して、磁気センサであるホール素子の検出精度を高めることを目的に、ロータコアの磁路に孔による空隙を設けることで、そこから漏れ磁束を発生させて、ホール素子に給する磁束を増加させるブラシレスモータが知られている（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】特許第４２３３９５０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、上記ブラシレモータでは、ロータコアの磁路に孔を形成することで、漏れ磁束を増加させているものの、磁束がホール素子へ有効に導かれるような構成にはなっていない。
また、上記特許文献１には、漏れ磁束をさらに増加させるために、センシング用磁石を追加した構成が示されているが、部品点数及びコストの増加を招くという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、ロータコアの端面に磁気センサ側に突出した磁束誘導部を設けることで、磁気センサに達するロータの漏れ磁束量を増加させることができ、磁気センサの検出遅れを低減し、出力効率を向上させることができるブラシレスモータを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るブラシレスモータは、薄板鋼板を軸線方向に積層して構成されシャフトに固定されたロータコア、及びこのロータコアに周方向に間隔を空けて固定された複数の磁石を有する回転自在のロータと、
このロータを周方向に沿って囲って設けられ先端部が径内側方向に延び周方向に間隔を空けて複数のスロットを形成する複数のティースを有するステータコア、及び前記ティースに導線が巻回され導線に通電することで回転磁界が発生するステータコイルを有するステータと、
前記ロータに前記軸線方向に対向して設けられ前記磁石の磁束の極性を検出して前記ロータの周方向の回転位置を検出する磁気センサと、を備え、
前記ロータコアは、端面に周方向に間隔を空けて前記磁気センサ側に突出して設けられ、前記磁束を前記磁気センサに導く複数の磁束誘導部を有している。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係るブラシレスモータによれば、ロータコアの端面に磁束誘導部を設けることで、ロータの漏れ磁束を効率よく磁気センサに供給することができる。
このため、磁気センサが検出する磁束においては、ロータの回転角度に対する極性の切り替わり前後の磁束変化を急峻にすることができるので、磁気センサのしきい値に基づく検出遅れが低減され、これによりステータコイルの通電の切り替え遅れが低減されて出力効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１のブラシレスモータを示す断面図である。
【図２】図１のロータをホールセンサ側から軸線方向に視たときの図である。
【図３】図１の磁束誘導部を径方向に視たときの図である。
【図４】図１のブラシレスモータの変形例を示すロータをホール素子側から軸線方向に視たときの図である。
【図５】実施の形態１のホール素子の位置における、ロータ回転角度とロータの漏れ磁束密度との関係を示す特性図である。
【図６】この発明の実施の形態２のブラシレスモータのロータをホール素子側から軸線方向に視たときの図である。
【図７】この発明の実施の形態３のブラシレスモータのロータをホール素子側から軸線方向に視たときの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の各実施の形態のブラシレスモータを図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１のブラシレスモータ１を示す断面図である。
この実施の形態１のブラシレスモータ１（以下、モータと略称する。）は、平板状のブラケット１５及びブラケット１５の表面を覆った有底円筒形状のハウジング１４と、ブラケット１５に設けられた第１ベアリング６及びハウジング１４に設けられた第２ベアリング７により両端部が回転自在に支持されたシャフト５に固定されたロータ２と、ハウジング１４の内壁面に固定されロータ２を周方向に沿って囲ったステータ８と、ブラケット１５に取り付けられた基板１３上に設けられロータ２の端面と対向した磁気センサであるホール素子１２と、を備えている。
【００１２】
上記ロータ２は、薄板鋼板３ｄを軸線方向に積層して構成されたロータコア３と、このロータコア３に周方向に間隔を空けて固定された複数の磁石４と、を有している。
上記ステータ８は、先端部が径内側方向に延び周方向に間隔を空けて複数のスロットを形成する複数のティースを有するステータコア９と、ティースに導線がインシュレータ１０を介して巻回され導線に通電することで回転磁界が発生するステータコイル１１と、を有している。
ロータコア３及びステータコア９は、第２ベアリング７側では同一高さであり、第１ベアリング６側では、ロータコア３の端面がステータコア９の端面と比較してホール素子１２側に突出している。
これにより、ステータ８と径方向に対向しているロータ２の部位は、モータ１のトルク発生に寄与し、ステータ８の端面からホール素子１２側に突出したロータ２の部位は、ホール素子１２に供給する磁束の発生に寄与する。
【００１３】
図２は、図１のロータ２をホール素子１２側から軸線方向に視たときの図である。
ロータコア３には、周方向に等間隔に配置されて軸線方向に貫通した複数の磁石埋め込み用孔３ａが形成されており、磁石４が磁石埋め込み用孔３ａに固定された埋め込み磁石型ロータを構成する。
なお、磁石４は、接着剤を磁石埋め込み用孔３ａに流し込んでロータコア３に固定してもよく、あるいは磁石埋め込み用孔３ａに圧入して固定してもよい。
磁石４は、隣り合う磁石どうしの極が異なるように着磁されており、ロータコア３の外周には周方向に複数の極が形成される。
また、ロータコア３の中心部には円形状の孔３ｂが形成されており、ロータコア３は、例えばシャフト５が孔３ｂに圧入されて固定されている。
【００１４】
ここで、ロータコア３のホール素子１２側の一枚の薄板鋼板３ｄは、磁石４の径方向の外側の外周縁部に、図３に示すように、隣り合う磁石４の極間を中心としてホール素子１２側に突出した凸状の磁束誘導部３ｃが形成されている。薄板鋼板３ｄを、例えばプレス加工により形成された磁束誘導部３ｃは、ロータ２の漏れ磁束をホール素子１２側に導く機能を有している。
【００１５】
モータ１は、ロータ２の漏れ磁束の検出信号をホール素子１２から受け取り、適切な相への通電に切り換えるための演算回路を有する制御回路（図示しない）を有している。
具体的には、ホール素子１２は、検出したロータ２の漏れ磁束から極性を判定し、制御回路に信号を送る。制御回路は、ホール素子１２からの信号に基づき、適切な通電相を判定し、ステータコイル１１への通電相を順次切り換えて行くことで、ステータ８に回転磁界を発生させる。そして、この回転磁界がロータ２の磁極を引っ張ることで、ロータ２は、シャフト５を中心にして回転する。
【００１６】
図４は、実施の形態１のモータ１の変形例であって、ロータ２をホール素子１２側から軸線方向に視たときの図である。
この変形例では、磁束誘導部３ｃは、各磁石４の径方向の外側であってそれぞれの周方向の中間部に形成されている。この磁束誘導部３ｃは、図１の薄板鋼板３ｄと同様に、一枚の薄板鋼板３ｄをプレス加工により形成されている。
【００１７】
図５は、実施の形態１のホール素子１２の位置における、ロータ２の回転角度とロータ２の漏れ磁束密度との関係を示す特性図である。
図５において、破線は、磁束誘導部３ｃを有しないロータ、実線は、磁束誘導部３ｃが周方向に隣接した磁石４間、即ち極間に形成された、図２に示すロータ２、一点鎖線は、磁束誘導部３ｃが磁石４の中間部、即ち極中央に形成された、図４に示すロータ２である。
図５から、磁束誘導部３ｃが極間あるいは極中央の何れに形成された場合であっても、磁束誘導部３ｃを有しないロータに比べて、ロータ２の回転の全域において磁束密度が増加していることがわかる。
また、図５の極中心線Ｃでは、磁束密度の値が磁束誘導部３ｃを極中央に形成した場合に最大であることがわかる。
さらに、磁束誘導部３ｃが極間あるいは極中央の何れに形成された場合であっても、磁束密度の増加に伴って、極性の切り替わり付近の磁束密度の変化、即ち勾配も急峻になることがわかる。
【００１８】
図５では、ホール素子１２が極性の反転を検出する時のしきい値を点線で示している。これによれば、磁束誘導部３ｃを極間に形成した場合の検出遅れ角度Ａ１、及び磁束誘導部３ｃを極中央に形成した場合の検出遅れ角度Ａ２は何れも、磁束誘導部を有しない場合の検出遅れ角度Ｂに比べて小さくなっており、検出遅れが低減されていることがわかる。
【００１９】
以上説明したように、この実施の形態１のモータ１によれば、ロータコア３は、端面に周方向に間隔を空けてホール素子１２側に突出して設けられた複数の磁束誘導部３ｃを有しているので、ロータ２の漏れ磁束を効率よくホール素子１２に供給することができる。そのため、ホール素子１２に到達する磁束の、極性の切り替わり付近の磁束勾配が急峻になり、ホール素子１２の検出遅れを低減することができる。
従って、モータ１の通電切り替えの遅れが低減されて、モータ１の出力効率を高めることができる。
【００２０】
また、磁石４をロータコア３の端面からホール素子１２側に延出することなくホール素子１２に供給する磁石４の磁束を増すことができるので、部品コストの増加を招かない。
さらに、ホール素子１２への磁束供給のためのセンサ用磁石を磁石４とは別に設置する必要がないので、モータ１の軸線方向長さの増加を招かず、モータ１の全体形状を扁平にすることができる。
【００２１】
また、磁束誘導部３ｃは、薄板鋼板３ｄをプレスにより凸状に押し出すことで容易に形成され、低コストで実現が可能である。
さらに、磁束誘導部３ｃの周方向の長さや、ロータ２の端面からの突き出す高さは、任意に設定することができる。
これにより、磁束誘導部３ｃを、磁石４の磁束強さやホール素子１２の配置に応じて所望の漏れ磁束を得るための形状に最適化することができる。
【００２２】
また、磁束誘導部３ｃは、軸線方向においてステータコア９よりもホール素子１２側に突出している。
このため、磁束誘導部３ｃから放出された磁束がステータコア９に流れてしまうことが低減され、ホール素子１２に多くの磁束が誘導される。
【００２３】
また、ロータコア３の端面は、ステータコア９の端面よりもホール素子１２側に突出している。
従って、ステータコア９の端面よりもホール素子１２側に突出したロータ２の端部からの磁束は、磁束誘導部３ｃを通じてより多くホール素子１２に供給される。
【００２４】
また、図５からわかるように、磁束誘導部３ｃを極間、あるいは極中央のいずれに形成しても同様の効果が得られるため、何れの位置に磁束誘導部３ｃを形成するかは、磁石４の大きさなどで適宜選択をすればよい。
例えば、磁石４が周方向に沿う長さが短い、即ち周方向に隣接した磁石４間の距離が長い場合には、磁束誘導部３ｃの周方向の長さが長くなってしまうので、変形しやすくなることも考えられる。その場合には、磁束誘導部３ｃの変形を回避するために、短い磁束誘導部３ｃで構成できるように、極中央で磁束誘導部３ｃを形成するようにしてもよい。
【００２５】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２のモータ１のロータ２をホール素子１２側から軸線方向に視たときの図である。
この実施の形態２のモータ１では、磁束誘導部３ｃが磁石４の径方向内側に設けられている。
他の構成は、実施の形態１のモータ１と同じである。
【００２６】
この実施の形態２のモータ１では、磁束誘導部３ｃは、周方向に隣接した磁石４間の磁束の大半が流れる磁路に形成されている。
このため、実施の形態１と同等かそれ以上の磁束が磁束誘導部３ｃを通過するので、さらにホール素子１２に導かれる漏れ磁束の量を増加させることができる。
また、磁束誘導部３ｃは、ステータコア９から離れた位置に形成されているので、ステータコア９からの漏れ磁束が磁束誘導部３ｃに重畳される量が低減される。
これにより、ホール素子１２は、ロータ２の磁極をより正確に検出することができて、検出遅れによる通電切り替え遅れが低減されて、モータ１の出力効率を向上させることができる。
なお、磁束誘導部３ｃは、磁石４の周方向の中央部である極中央に形成されていてもよく、この場合でも同様の効果を得ることができる。
【００２７】
実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３のモータ１のロータ２をホール素子１２側から軸線方向に視たときの図である。
この実施の形態３のモータ１では、ロータ２は、複数の薄板鋼板３ｄを積層したロータコア３と、ロータコア３の中心部の孔３ｂに圧入等により固定されたシャフト５と、ロータコア３の外周に設けられた複数の磁極が着磁されたリング状磁石４０と、を備えている。リング状磁石４０は、接着などの方法を用いてロータコア３の外周面に固定される。
磁束誘導部３ｃは、リング状磁石４０の内径側であって極間に形成されている。
他の構成は、実施の形態１のモータ１と同じである。
【００２８】
この実施の形態３のモータ１によれば、実施の形態２のモータ１と同様に、磁束誘導部３ｃは、リング状磁石４０の極間の磁路に形成されている。
このため、リング状磁石４０を用いた表面磁石型ロータの場合であっても、極間の磁路を流れる磁束の多くが磁束誘導部３ｃを通過するので、磁束誘導部３ｃからホール素子１２に誘導される漏れ磁束を増やすことができ、実施の形態１のモータ１と同様の効果を得ることができる。
【００２９】
なお、この実施の形態３のモータ１では、リング状磁石４０の場合について説明したが、瓦状あるいは弓状の形状をした磁石をロータコア３の外周面に複数個配置した表面磁石型ロータであってもよい。
さらに、実施の形態１及び２のモータ１と同様に、磁束誘導部３ｃを極中央に形成した場合でも、同様の効果を得ることができる。
【００３０】
なお、この発明は、上述した実施の形態１〜３のもの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適宜、変形、省略することが可能である。
例えば、各実施の形態では、磁束誘導部３ｃは、ロータ２の端部の１枚の薄板鋼板３ｄにより形成したが、これに限られるものではなく、複数枚の薄板鋼板３ｄにそれぞれ凹凸部を形成し、それらを軸線方向に嵌め合わせて積層することで磁束誘導部３ｃを形成してもよい。
この磁束誘導部３ｃの場合、強度が増大して変形しにくくなり、また磁束誘導部３ｃでの磁気抵抗が小さくなり、より多くの漏れ磁束がホール素子１２に供給される。
また、突出体を別途製造し、この突出体をロータコア３の薄板鋼板３ｄ上に溶接することで、この突出体を磁束誘導部としてもよい。
また、磁気センサとしてホール素子１２を用いて説明したが、勿論このものに限定されるものではなく、例えば磁気抵抗素子を用いてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１  ブラシレスモータ、２  ロータ、３  ロータコア、３ａ  磁石埋め込み用孔、３ｂ  孔、３ｃ  磁束誘導部、３ｄ  薄板鋼板、４  磁石、５  シャフト、６  第１ベアリング、７  第２ベアリング、８  ステータ、９  ステータコア、１０  インシュレータ、１１  ステータコイル、１２  ホール素子（磁気センサ）、１３  基板、１４  ハウジング、１５  ブラケット、４０リング状磁石。
【図１】
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【図２】
2016178751.tif 000004
【図３】
2016178751.tif 000005
【図４】
2016178751.tif 000006
【図５】
2016178751.tif 000007
【図６】
2016178751.tif 000008
【図７】
2016178751.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成28年1月29日(2016.1.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この発明に係るブラシレスモータは、薄板鋼板を軸線方向に積層して構成されシャフトに固定されたロータコア、及びこのロータコアに周方向に間隔を空けて固定された複数の磁石を有する回転自在のロータと、
このロータを周方向に沿って囲って設けられ先端部が径内側方向に延び周方向に間隔を空けて複数のスロットを形成する複数のティースを有するステータコア、及び前記ティースに導線が巻回され導線に通電することで回転磁界が発生するステータコイルを有するステータと、
前記ロータに前記軸線方向に対向して設けられ前記磁石の磁束の極性を検出して前記ロータの周方向の回転位置を検出する磁気センサと、を備え、
前記ロータコアは、端面に周方向に間隔を空けて前記磁気センサ側に突出して設けられ、前記磁束を前記磁気センサに導く複数の磁束誘導部を有しており、
各前記磁束誘導部は、隣接した前記磁石間に設けられている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板鋼板を軸線方向に積層して構成されシャフトに固定されたロータコア、及びこのロータコアに周方向に間隔を空けて固定された複数の磁石を有する回転自在のロータと、
このロータを周方向に沿って囲って設けられ先端部が径内側方向に延び周方向に間隔を空けて複数のスロットを形成する複数のティースを有するステータコア、及び前記ティースに導線が巻回され導線に通電することで回転磁界が発生するステータコイルを有するステータと、
前記ロータに前記軸線方向に対向して設けられ前記磁石の磁束の極性を検出して前記ロータの周方向の回転位置を検出する磁気センサと、を備え、
前記ロータコアは、端面に周方向に間隔を空けて前記磁気センサ側に突出して設けられ、前記磁束を前記磁気センサに導く複数の磁束誘導部を有しており、
各前記磁束誘導部は、隣接した前記磁石間に設けられているブラシレスモータ。
【請求項２】
各前記磁束誘導部は、一枚または複数枚の前記薄板鋼板により形成されている請求項１に記載のブラシレスモータ。
【請求項３】
前記ロータコアの前記端面は、前記ステータコアの端面よりも前記磁気センサ側に突出している請求項１または２に記載のブラシレスモータ。
【請求項４】
各前記磁束誘導部は、前記磁石の径方向の外側に設けられている請求項１〜３の何れか１項に記載のブラシレスモータ。
【請求項５】
各前記磁束誘導部は、前記磁石の径方向の内側に設けられている請求項１〜３の何れか１項に記載のブラシレスモータ。
【請求項６】
各前記磁石は、前記ロータコアに形成された複数の孔にそれぞれ設けられている請求項１〜５の何れか１項に記載のブラシレスモータ。
【請求項７】
各前記磁石は、前記ロータコアの外周面に設けられている請求項１〜５の何れか１項に記載のブラシレスモータ。