(57)【要約】【課題】共振が発生する回転数をずらすことができるモータ装置及び駆動装置を提供することを課題とする。【解決手段】複数のコイルが巻回されたステータと、磁石を有するロータと、を備え、前記複数のコイルへの通電が制御されるモータ装置であって、前記複数コイルへの通電タイミングが不規則であるモータ装置。【選択図】図３
2016046855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコイルが巻回されたステータと、
磁石を有するロータと、を備え、
前記複数のコイルへの通電が制御されるモータ装置であって、
前記複数コイルへの通電タイミングが不規則であるモータ装置。
【請求項２】
前記ロータに対向するように前記ロータの周方向に順に配置された第１、第２、第３磁気センサを備え、
前記第１、第２、及び第３磁気センサの出力信号に基づいて前記複数のコイルへの通電が制御され、
前記ロータは、周方向に等角度間隔で異なる極性を有し、
前記ロータの回転中心を中心としたときの、前記第１及び第２磁気センサ間の第１角度間隔と前記第２及び第３磁気センサ間の第２角度間隔とは異なっている、請求項１のモータ装置。
【請求項３】
前記ステータは、前記複数のコイルがそれぞれ巻回された複数のティース部、隣接する前記ティース部間に形成された複数のスロット、を有し、
前記第１及び第２角度間隔の少なくとも一方は、３６０度を前記スロットの数で割って得られた基準角度とは異なっている、請求項２のモータ装置。
【請求項４】
前記第１及び第２角度間隔の少なくとも一方は、前記基準角度よりも小さい、請求項３のモータ装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかのモータ装置と、
前記ロータの回転動力が伝達されて回転する被駆動部材と、を備えた駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ装置及び駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータの位置を検出するための磁気センサを備えたモータ装置が知られている。このようなモータ装置では、磁気センサの検出信号に応じてコイルへの通電制御が行われてロータが回転する。特許文献１には、このようなモータ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実公平７−５０８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなモータ装置によって被駆動部材を回転させる場合に、特定の回転数でモータ装置と被駆動部材またはモータ装置を内包する筐体とが共振して騒音が増大する場合がある。モータ装置や被駆動部材が使用される回転数の範囲内に、このような共振が生じる回転数が含まれていると、被駆動部材の駆動中に共振が発生して騒音が増大する。
【０００５】
そこで本発明は、共振が発生する回転数をずらすことができるモータ装置及び駆動装置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】
【０００６】
上記目的は、複数のコイルが巻回されたステータと、磁石を有するロータと、を備え、前記複数のコイルへの通電が制御されるモータ装置であって、前記複数コイルへの通電タイミングが不規則であるモータ装置によって達成できる。
【０００７】
上記目的は、上記モータ装置と、前記ロータの回転動力が伝達されて回転する被駆動部材と、を備えた駆動装置によっても達成できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、共振が発生する回転数をずらすことができるモータ装置及び駆動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施例のモータの断面図である。
【図２】図２は、ステータの正面図である。
【図３】図３Ａは、従来例での磁気センサの配置位置の説明図であり、図３Ｂは本実施例のモータに採用されている磁気センサの配置位置の説明図である。
【図４】図４は、本実施例のモータに採用されている磁気センサとステータとの位置関係の説明図である。
【図５】図５Ａは、従来例のモータの回転数に応じた騒音値を示す実験結果のグラフであり、図５Ｂは、所定の回転数での従来例のモータとインペラとの全体の騒音での周波数解析結果を示したグラフである。
【図６】図６Ａは、本実施例のモータの回転数に応じた騒音値を示す実験結果のグラフであり、図６Ｂは、所定の回転数での本実施例のモータとインペラとの全体の騒音での周波数解析結果を示したグラフである。
【図７】図７Ａは、従来例のモータの複数のコイルに印加される電流波形を示したグラフであり、図７Ｂは、本実施例のモータの複数のコイルに印加される電流波形を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本実施例のモータＭの断面図である。モータＭは、ハウジングＨ、ハウジングＨ内に収納されたロータ２０、ステータ４０、プリント基板Ｐ等が収納されている。回転軸１０は、軸受６２、６４により回転可能に支持されている。ロータ２０は、回転軸１０に固定されている。ロータ２０の外周には、複数の永久磁石３０が周方向に配置されている。ロータ２０は磁性材料により形成され、例えば電磁鋼板である。ロータ２０の周囲にはステータ４０が配置されている。ステータ４０には、複数のコイル５０が巻回されている。複数のコイル５０が通電制御されることにより、ステータ４０周囲にはロータ２０を回転させるための磁界が発生する。ステータ４０周囲に発生した磁界と複数の永久磁石３０との間に作用する磁気的吸引力、磁気的反発力により、ロータ２０は回転する。これにより回転軸１０が回転する。尚、回転軸１０の先端にはインペラＦが連結される。インペラＦは、モータＭによって駆動される被駆動部材の一例である。インペラＦは合成樹脂製であるが金属製であってもよい。
【００１１】
モータＭは３相１２スロットのインナーロータ型ブラシレスモータである。複数のコイル５０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相からなる。プリント基板Ｐのロータ２０と対向する面には、コイル５０の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に応じた検出信号を生成するための３つの磁気センサＵＳ、ＶＳ、ＷＳが、永久磁石３０と対向するように配置されている。これら磁気センサは例えばホール素子である。磁気センサＵＳ、ＶＳ、ＷＳは、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相用のセンサである。また、プリント基板Ｐは、モータＭの外部に設けられた駆動制御回路に電気的に接続される。ロータ２０は、８個の永久磁石３０が固定されている。これら複数の永久磁石３０は、隣り合う永久磁石３０は互いに異なる極性が半径方向の外側を向いてロータ２０に固定されている。また、永久磁石３０は等角度間隔で配置されている。
【００１２】
図２は、ステータ４０の正面図である。ステータ４０は、ハウジングＨの内壁面環に組みつけられた円環状の環状部４２、環状部４２から径方向中心に向けて突出した周方向に並んだ複数のティース部（磁極部）４４、を有している。隣接するティース部４４間にはスロット４６が形成されている。ステータ４０には合成樹脂製のインシュレータ（不図示）が取り付けられており、インシュレータの外側にコイル５０が巻回されている。これにより、本ステータ４０は１２極（１２スロット）構成となっている。尚、図２には、ロータ２０の極性について概念的に示している。図２に示すように、ロータ２０は等角度間隔に交互に異なる極性を有している。
【００１３】
次に、本実施例のモータＭに採用されている磁気センサＵＳ、ＶＳ、ＷＳの配置位置を説明する前に、従来例での磁気センサＵＳ、ＶＳ、ＷＳの配置位置について説明する。図３Ａは、従来例での磁気センサＵＳ、ＶＳ、ＷＳの配置位置の説明図である。従来例では、プリント基板Ｐｘ上に配置されている磁気センサＵＳ、ＶＳ、ＷＳについて、ロータの回転中心を中心としたときの磁気センサＵＳ、ＶＳ間の角度間隔であるθｘと、磁気センサＶＳ、ＷＳ間の角度間隔であるθｙとは等しい。即ち、磁気センサＵＳ、ＶＳ、ＷＳは機械角度が等しい等角度間隔で配置され、電気角度についても等角度間隔である。θｘ、θｙは機械角度を示している。また、磁気センサＵＳ、ＶＳ、ＷＳは、ステータのスロットに対向する位置に配置される。θｘ、θｙは、以下のように設定されている。
θｘ＝θｙ＝３６０度÷スロット数・・・（１）
例えば、１２スロットを有したステータの場合には、θｘ、θｙは共に３０度である。また、磁気センサＵＳ、ＶＳ、ＷＳ間のそれぞれの電気角は１２０度である。従って、磁気センサＵＳ、ＶＳ、ＷＳは、ロータの回転に伴って、電気角１２０度の位相差を有する検出信号を出力できる。この検出信号に基づいて、従来のモータに採用されているコイルは通電制御されて、ロータが回転する。上記（１）の式によって得られるθｘ、θｙは、従来のモータに採用されている、隣接する磁気センサの角度間隔を示す基準角度である。以下、本明細書では上記（１）の式によって得られる角度間隔を基準角度と称する。
【００１４】
図３Ｂは、本実施例のモータＭに採用されている磁気センサＵＳ、ＶＳ、ＷＳの配置位置の説明図である。本実施例では、磁気センサＵＳ、ＶＳ間のθａと、磁気センサＶＳ、ＷＳ間のθｂとは異なっている。即ち、磁気センサＵＳ、ＶＳ、ＷＳは不均等な機械角度、及び不均等な電気角度で配置されている。例えば、θａ、θｂは、それぞれ以下の範囲に設定する。
３６０度÷スロット数−３５９度÷スロット数≦θａ、θｂ≦３６０度÷スロット数＋３５９度÷スロット数・・・（２）
図４は、本実施例のモータＭに採用されている磁気センサＵＳ、ＶＳ、ＷＳとステータ４０との位置関係の説明図である。本実施例では、磁気センサＵＳ、ＷＳはそれぞれに対向するステータ４０のスロット４６の中心からずれた位置に配置されており、磁気センサＶＳは対向するスロット４６の中心に位置している。詳細には、磁気センサＵＳは、スロット４６に対向せず、磁気センサＷＳは、スロット４６には対向するがスロット４６の中心からはずれている。このように、不均等な角度間隔で配置された磁気センサＵＳ、ＶＳ、ＷＳが出力する検出信号に基づいてコイル５０が通電制御されてロータ２０は回転する。図３Ｂ、図４で示した例では、θａは、上述した基準角度よりも小さく、θｂは、基準角度よりも大きい。尚、従来例のモータ及び本実施例のモータＭの何れの場合にも、磁気センサＵＳ、ＶＳ、ＷＳは、ロータ２０の回転中心から等しい距離に配置されている。
【００１５】
図５Ａは、従来例のモータの回転数に応じた騒音値を示す実験結果のグラフである。線分ＮＡｘは、従来例のモータでインペラＦを駆動した場合での、モータとインペラＦとの全体の騒音値を示している。線分ＮＭｘは、従来例のモータでインペラＦを駆動した場合での、従来例のモータのみの騒音値を示している。図５Ａに示すように、回転数２０００ｒ／ｍｉｎ付近の回転数ｒ１で、線分ＮＭｘがピーク値ＰＭｘをとり、線分ＮＡｘがピーク値ＰＡｘをとり、これら騒音は一時的に高くなっている。この理由は、従来例のモータとインペラＦとが共振していると考えられる。図５Ｂは、所定の回転数ｒ１での従来例のモータとインペラＦとの全体の騒音での周波数解析結果を示したグラフである。図５Ｂに示すように、１０００Ｈｚ周辺の騒音値が他の周波数での騒音と比較して増大していることがわかる。
【００１６】
図６Ａは、本実施例のモータＭの回転数に応じた騒音値を示す実験結果のグラフである。線分ＮＡは、モータＭでインペラＦを駆動した場合での、モータＭとインペラＦとの全体の騒音値を示している。線分ＮＭは、モータＭでインペラＦを駆動した場合での、モータＭのみの騒音値を示している。図６Ａに示すように、図５Ａに示した従来例と比較して、回転数ｒ１での線分ＮＭ、ＮＡのそれぞれのピーク値ＰＭ、ＰＡは、上述した従来例でのピーク値ＰＭｘ、ＰＡｘよりも低下していることがわかる。図６Ｂは、所定の回転数ｒ１での本実施例のモータＭとインペラＦとの全体の騒音での周波数解析結果を示したグラフである。図６Ｂに示すように、図５Ｂに示した従来例と比較して、１０００Ｈｚ周辺の騒音値が低下していることがわかる。
【００１７】
図７Ａは、従来例のモータの複数のコイルに印加される電流波形を示したグラフである。図７Ｂは、本実施例のモータＭの複数のコイル５０に印加される電流波形を示したグラフである。上述したように、従来例のモータでは、磁気センサＵＳ、ＶＳ、ＷＳは等角度間隔に配置されているため、磁気センサＵＳ、ＶＳ、ＷＳの検出信号に基づいて通電制御されるコイルに印加される電流の波形も規則的なものとなる。これに対して、本実施例のモータＭでは、磁気センサＵＳ、ＶＳ、ＷＳの角度間隔は不均等であるため、コイル５０へ印加される電流の波形は不規則となり、コイル５０への通電タイミングが不規則である。このため、本実施例のモータＭと従来例のモータとの騒音の特性が変化し、本実施例のモータＭとインペラＦとが共振する回転数を、従来例のモータによって共振が発生していた回転数に対してずらすことができる。
【００１８】
例えば、このようなインペラＦが回転数ｒ１を含む回転数の範囲内で使用される場合に、従来例のモータを用いると、共振が発生し騒音が増大する。しかしながら本実施例のモータＭを用いることによって、回転数ｒ１での共振を抑制でき、騒音を抑制できる。従って、磁気センサＵＳ、ＶＳ、ＷＳの角度間隔を変更するという簡単な変更により、共振が発生する回転数をずらして、騒音を抑制できる。
【００１９】
また、図６Ａに示すように、回転数ｒ１よりも僅かに低い回転数で線分ＮＭはピーク値ＰＭ１を取る。しかしながら、ピーク値ＰＭ１は、従来例のピーク値ＰＭｘよりも低い値である。このように、所定の回転数の範囲内において、従来例のモータの騒音値のピーク値よりも、本実施例のモータＭの騒音値のピーク値が抑制されている。従って、モータＭの騒音の増大が抑制されている。
【００２０】
また、このような騒音を抑制するために、従来例のモータの回転軸とインペラＦとの間にゴム等を介在させてインペラＦの振動を吸収することが考えられる。しかしながら本実施例のモータＭによれば、このような対策を行わなくても騒音を抑制できる。このため、部品点数を削減でき、またコストの増大も抑制できる。
【００２１】
尚、このような騒音を抑制するために、磁気センサＵＳ、ＶＳ、ＷＳを等角度間隔に維持したまま、磁気センサの位置を電気角で、遅れる方向に配置することも考えられる。しかし、その場合はモータ特性が低下する恐れがある。しかしながら、本実施例によれば、モータ特性を低下させずに騒音の抑制が可能である。
【００２２】
上記実施例では、磁気センサＵＳ、ＷＳはそれぞれに対向するステータ４０のスロット４６の中心から僅かにずれた位置に配置されており、磁気センサＶＳは対向するスロット４６の中心に位置している。しかしながらこれに限定されず、磁気センサＶＳをスロット４６の中心からずらしてもよい。磁気センサＵＳ、ＶＳ、ＷＳは、少なくともロータ２０を回転するように制御できる位置に配置されていればよい。
【００２３】
上記実施例では、θａを基準角度よりも小さく設定し、θｂを基準角度よりも大きく設定したがこれに限定されない。例えば、θａ、θｂの一方のみを基準角度よりも大きく又は小さく設定し他方を基準角度に設定してもよい。θａ、θｂの一方を基準角度より大きくし他方を小さく設定してもよい。θａ、θｂの双方を基準角度よりも大きく又は小さく設定してもよい。また、上記実施例では磁気センサＵＳ、ＶＳ、ＷＳの少なくとも一つがステータ４０のスロット４６の中心位置に配置されているが、これに限定されず、全ての磁気センサがステータのスロットに対向しない位置に配置されていてもよいし、２つの磁気センサがスロットに対向するように配置されていてもよい。
【００２４】
本実施例のモータＭは、ロータ２０の極数が８でありステータ４０のスロット数が１２であるがこれに限定されない。本実施例のモータＭとインペラＦとは、例えば、電化製品、給湯器、乗物、遊戯機器、工作機器、繊維機器、印刷機械等に用いることができ、業務用、家庭用を問わない。また、ロータの回転動力が伝達されて回転する被駆動部材の一例として、インペラＦを説明したが、被駆動部材はこれに限定されない。例えば被駆動部材は、減速機、クラッチ、プーリー等であってもよい。
【００２５】
また、モータが筐体に包含される場合には、モータと筐体とが共振する場合があるが、このような場合であっても上述したように本実施例のモータＭを採用することにより、共振が発生する回転数をずらすことができる。
【００２６】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００２７】
モータ  Ｍ
Ｆ  インペラ（被駆動部材）
ＵＳ、ＶＳ、ＷＳ  磁気センサ
１０  回転軸
２０  ロータ
４０  ステータ
４４  ティース部
４６  スロット
５０  コイル
【図１】
2016046855.tif 000003
【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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