(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ組（ｎは整数）の凸凹形状をした磁性体のｎ個の凹部のそれぞれに、半径方向に同一極の着磁を施した永久磁石を固着し、前記磁性体の凸部と前記永久磁石とで２ｎ個の磁極を構成する回転子と、Ｙ結線された電機子巻線を有する固定子と、前記回転子の回転角度を検出するための検出巻線とを備え、
前記検出巻線をＹ結線にして、これを前記電機子巻線と共に前記固定子に併設し、
前記検出巻線の出力側に、Ｙ結線された抵抗体を含んでなる同期整流回路を接続すると共に、前記検出巻線及び前記同期整流回路の各中性点間に高周波電源を接続し、
高周波励磁された前記検出巻線からの信号を前記同期整流回路で同期整流することにより得られる、前記回転子の回転角度の信号に基づいて、インバータ駆動されるブラシレスモータの固定子巻線において、
前記回転子の前記凹部、及びそこに固着する永久磁石が共に偶数であり、
前記検出巻線は、前記電機子巻線の１相当たり２つの隣接する素コイルで形成され、 かつ、前記２つの隣接する素コイルが逆向きに巻回してなる直列接続された１つの要素巻線を形成し、
前記要素巻線は、前記回転子の凸部或いは前記永久磁石と同数、かつ前記固定子内で等間隔に配置されると共に、
前記要素巻線の、前記回転子の軸を中心として対称位置にあるもの同志が各々逆接続となっていることを特徴とするブラシレスモータの固定予巻線。
【請求項２】
前記要素巻線が、前記固定子内において、前記電機子巻線の巻線ピッチ以下の角度範囲、かつ対応する相の前記電機子巻線の中心位置に納められていることを特徴とする、請求項１記載のブラシレスモータの固定子巻線。
【請求項３】
前記固定子内に併設される前記電機子巻線と前記検出巻線との間の絶縁部分に、導電体からなる薄板を介在させ、前記導電体を前記固定子と電気的に接続し、或いは前記固定子を通じて更にフレームアースへと電気的に接続することを特徴とする、請求項１または２に記載のブラシレスモータの固定子巻線。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械や電気自動車等に用いられる安価、堅牢かつ小形で高性能なブラシレスのサーボモータに関し、特に回転子の角度検出を行うための検出巻線を内蔵したモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータの小形化・低コスト化のためにモータから別付けの角度検出器を排除することを目的としたブラシレスモータとしては、特公平５−８８０７７号公報に開示された技術がある。これは、凹凸形状をした磁性体の凹部に永久磁石を固着した回転子と、Ｙ結線された電機子巻線を有する固定子と、前記回転子の回転角を検出するための検出部巻線とを備え、前記検出部巻線から得られる検出信号に基づいてインバータ駆動されるブラシレスモータにおいて、前記検出部巻線をＹ結線にして、これを前記電機子巻線と共に前記固定子に併設し、前記検出部なき栓の出力側に、Ｙ結線された抵抗体を含んでなる同期整流回路を接続すると共に、これら検出部巻線及び同期整流回路の各中性点間に高周波電源を接続し、高周波励磁された前記検出部巻線からの信号を前記同期整流回路で同期整流することにより回転角の検出信号を得るブラシレスモータが開示されている。この従来技術は、不平衡界磁構造の表面磁石形回転子、Ｙ結線した検出部巻線と同期整流回路を組み合わせ、高周波励磁された検出部巻線からの信号を同期整流回路で同期整流することにより回転角の検出信号を得るというものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の特公平５−８８０７７号公報に開示された発明は、適するモータ極数や検出巻線の配置法に関しては殆ど触れられておらず、そのため、次のような問題を招く可能性が高かった。
１）検出巻線に発生する、回転子の回転に伴う誘起電圧や、固定子や回転子の寸法精度のバラツキの影響が、回転子角度の検出精度を低下させる要因となる。
２）電機子巻線によって発生する磁界の影響によっても、回転子角度の検出精度が低下する。
３）高速回転への対応や、永久磁石取り付け工程の省力化、その取り付けの信頼性向上、リラクタンストルク活用による高トルク化を目的として、回転子を表面磁石形から埋め込み磁石形に変更することは容易に考えることができるが、回転子の単純な置き換えでは磁極を判別することができない。したがって、本来の角度検出機能を生かすことができない。
４）検出巻線と電機子巻線間に発生する容量性結合により、検出巻線に高周波の振動電圧が発生し、そのため回転子角度の検出精度が低下したり、検出巻線の絶縁劣化を引き起こす。
そこで本発明が解決しようとする課題は、従来の特許の改良として、極数や検出巻線の配置を最適なものに限定することによって、誘起電圧や寸法精度のバラツキの影響を低減し、更には埋め込み磁石形回転子にも対応可能な、角度検出巻線付きのサーボモータを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、
１）ｎ組（ｎは整数）の凸凹形状をした磁性体のｎ個の凹部のそれぞれに、半径方向に同一極の着磁を施した永久磁石を固着し、前記磁性体の凸部と前記永久磁石とで２ｎ個の磁極を構成する回転子と、Ｙ結線された電機子巻線を有する固定子と、前記回転子の回転角度を検出するための検出巻線とを備え、前記検出巻線をＹ結線にして、これを前記電機子巻線と共に前記固定子に併設し、前記検出巻線の出力側に、Ｙ結線された抵抗体を含んでなる同期整流回路を接続すると共に、前記検出巻線及び前記同期整流回路の各中性点間に高周波電源を接続し、高周波励磁された前記検出巻線からの信号を前記同期整流回路で同期整流することにより得られる、前記回転子の回転角度の信号に基づいて、インバータ駆動されるブラシレスモータの固定子巻線において、前記回転子の前記凹部、及びそこに固着する永久磁石が共に偶数であり、前記検出巻線は、前記電機子巻線の１相当たり２つの隣接する素コイルで形成され、かつ、前記２つの隣接する素コイルが逆向きに巻回してなる直列接続された１つの要素巻線を形成し、前記要素巻線は、前記回転子の凸部或いは前記永久磁石と同数、かつ前記固定子内で等間隔に配置されると共に、前記要素巻線の、前記回転子の軸を中心として対称位置にあるもの同志を各々逆接続とするものである。
【０００５】
２）加えて、先の要素巻線を、固定子内において、電機子巻線の巻線ピッチ以下の角度範囲、かつ対応する相の電機子巻線の中心位置に納めるものである。
３）更には、固定子内に併設される電機子巻線と検出巻線との間の絶縁部分に、導電体からなる薄板を介在させ、この導電体を固定子と電気的に接続し、或いは固定子を通じて更にフレームアースへと電気的に接続するものである。上記手段によれば、誘起電圧や寸法精度のバラツキの影響、電機子の影響を受け難い、更には埋め込み磁石形回転子にも対応可能な、角度検出巻線付きのサーボモータが提供される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づいて説明する。
図１は本発明の第１実施例を示すブラシレスモータの概略断面図である。同図では、説明の都合上、検出巻線は１相（Ｘ相）のみを示している。
ブラシレスモータ１は、固定子１１に対して回転子１２を所定のギャップ１３を隔てて対向させ、回転自由に支持している。固定子１１は鉄心１１１及びそのギャップ円周に沿って設けた電機子巻線１１２と検出巻線１１３の２つの巻線を有している。また、回転子１２は鉄心１２０の凸部１２１と永久磁石１２２からなる多極界磁及び軸１２３を備えており、磁極極対数が偶数の４である不平衡界磁構造となっている。
【０００７】
トルク発生部は固定子鉄心１１１と電機子巻線１１２とからなる固定の電機子、及び凸部１２１と永久磁石１２２とからなる回転界磁で構成される３相８極
【数１】
0004088847.tif 000002
の永久磁石同期機であり、また駆動系（図示せず）に用いられる整流用信号源としての回転角検出部には、凸部１２１を誘導子としても活用とするとともに、これと固定子鉄心１１１に設けた３相の星形結線
【数２】
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の検出部巻線１１３とを組み合わせることによって、多枝路巻線間の差電流を検出量とする直結差動方式の誘導子形回転角検出装置の検出部と同一の形式としている。
【０００８】
検出巻線１１３は、素コイル
【数３】
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の２つを、磁束５を形成するよう逆向きに直列接続したものを１つの要素巻線とし、これと同様のものを４つ、ギャップ１３の外周に沿って等間隔に
【数４】
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のように配置し、それら全てを直列接続してしている。同図において、軸対称の要素巻線同志の接続が逆向きとなっているのは、回転子１２が回転した場合に発生する誘起電圧と、固定子１１や回転子１２の寸法ずれ、軸の偏心などによる影響を各々で打ち消すためである。同図では、１相分のＸ相分のみを示しているが、実際には同様のＹ相、Ｚ相の検出巻線を、各々電気角で１２０°ずらして配置する。
【０００９】
更に、この検出巻線１１３の１つの要素巻線
【数５】
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を見た場合、これは電機子巻線１１２のＵ相１極分
【数６】
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と重なるように配置されている。これにより、電機子巻線１１２により発生する駆動磁界が要素巻線
【数７】
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の中で打ち消され、検出巻線１１３が影響を受け難くなる。
【００１０】
図２は、本発明の第２実施例を示す、埋め込み磁石形回転子を用いたブラシレスモータの概略断面図である。同図でも、説明の都合上検出巻線は１相（Ｘ相）のみを示している。本発明では、前述の第１実施例と異なり、回転子１２は鉄心１２４内のスリット１２６内に納められる、半径方向に着磁された永久磁石１２７、スリット及び永久磁石を持たない鉄心部分１２５と、磁石磁束の漏れを制限する空孔１２８と輔１２９を備えている。
本発明の特徴の１つとして、回転子１２に含まれる多極界磁はＮまたはＳのいずれか１方の同極性の磁極にだけスリット１２６及び永久磁石１２７を有し、残りの異極性は鉄心１２７と一体となって鉄心凸部１２５とした磁石埋め込み形不平衡界磁構造を採用している。
【００１１】
検出巻線１１３は、４つの素コイル
【数８】
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をギャップ１３の外周に沿って等間隔に配置し、各々で磁束５を形成するよう逆向きに直列接続してしている。同図において、軸対称の要素巻線同志の接続が逆向きとなっているのは、回転子１２が回転した場合に発生する誘起電圧と、固定子１１や回転子１２の寸法ずれ、軸の偏心などによる影響を各々で打ち消すためである。同図では、１相分のＸ相分のみを示しているが、実際には同様のＹ相、Ｚ相の検出巻線を、各々電気角で１２０°ずらして配置する。
第１実施例と異なり、要素巻線が１つの巻線で構成され、磁束５が回転子１２の複数の磁極に跨って流れるようになっているが、これは回転子１２の磁極のＮＳを判別するための工夫である。第１実施例と同様の検出巻線を用いた場合は、磁極の位置は検出できるが、それがＮかＳかは判別できない。
【００１２】
更に、この検出巻線１１３の２つの要素巻線
【数９】
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を見た場合、これらは電機子巻線１１２のＵ相
【数１０】
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と重なるように配置されている。これにより、電機子巻線１１２により発生する駆動磁界がこれら要素巻線で打ち消され、検出巻線１１３が影響を受け難くなる。
【００１３】
図３は、本発明の第１及び第２実施例で示したブラシレスモータに適した駆動系の回路構成を示すブロック図である。
この系はブラシレスモータ１、信号処理回路２１と操作回路２２とを設けた制御部２、及び駆動電源４の制御部２からの操作に応じて整流してブラシレスモータ１に給電するインバータ３によって構成されており、制御部２の信号処理回路２１は前記の回転角度検出方式にしたがって、ブラシレスモータ１の検出部巻線１１３の高周波励磁電源２１１と検出部巻線１１３から受ける信号を整流用の制御信号に変換するための同期整流回路２１２とを設けて構成される。なお、２１０１〜２１０６はダイオード、２１０７〜２１０９は抵抗、２１１０〜２１１２はコンデンサである。
【００１４】
図４は、本発明に適した巻線構造の一例を示す断面図である。
ティース１１４とスロット１１５で構成される固定子１１内面の、スロット１１５に電機子巻線１１２及び検出巻線１１３を併設する時、鉄心絶縁１１６内において、電機子巻線１１２と検出巻線１１３の相間絶縁１１７ａ、１１７ｂの間に、導電体からなる静電シールド１１８を設ける。この静電シールドは、別途電線や短絡板（図示せず）を用いて鉄心１１１と電気的に接続する。或いは更に、固定子１１を通じてこれをフレームアースと電気的に接続する。このようにすることで、電機子巻線１１２と検出巻線１１３との間の容量性結合が低減され、検出巻線１１３が電機子巻線１１２からの影響を受け難くなる。
【００１５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、下記の効果を奏する。
１）検出巻線を構成する要素巻線、輔対称な位置にあるもの同志を逆向きに直列接続することにより、回転子の回転に伴う誘起電圧や、固定子或いは回転子の寸法精度、特に偏心による影響を打ち消すことができるので、角度検出精度を向上させることが容易となる。
２）要素巻線を、電機子巻線の巻線ピッチ以下の角度範囲、かつ対応する相の電機子巻線の中心位置に納めることにより、対応する相の検出巻線と電機子巻線同志のみで、各々の発生磁界による影響を相殺することができるので、角度検出精度を向上させることが容易となる。
３）回転子を表面磁石形から埋め込み磁石形に変えた場合にも、同様に角度検出を行うことが可能となる。
４）検出巻線と電機子巻線との間に静電シールドを介在させることで、両者間の容量性結合の影響が軽減され、角度検出精度や検出巻線の絶縁の信頼性を向上させることが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例の断面図である。
【図２】  本発明の第２実施例の断面図である。
【図３】  本発明の第１及び第２実施例で示したブラシレスモータに適した駆動系の回路構成を示すブロック図である。
【図４】  本発明に適した巻線構造の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  ブラシレスモータ、１１  固定子、１１１  固定子鉄心、１１２  電機子巻線、１１３  検出巻線、１２  回転子、１２０，１２４  回転子鉄心、１２１，１２５  鉄心凸部、１２２，１２７  永久磁石、１２３，１２９  軸、１２６  スリット、１２８  空孔、１３  ギャップ、２  制御部、２１  信号処理部、２２  操作回路、２１１  励磁電源、２１２  同期整流回路、２１０１〜２１０６ダイオード、２１０７〜２１０９  抵抗、２１１０〜２１１２  コンデンサ、３  インバータ、４  駆動電源、５  磁束
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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