JP2007221977A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】回転子を強固に構成して損傷を防止できて、振動や騒音の少ないブラシレスモータを提供する。
【解決手段】ブラシレスモータは、固定子１と回転軸１０に固着する回転子５とを有し、前記固定子１は電機子鉄心２の内周面側に等間隔に配列する複数の突極磁極２ａを設け、この各突極磁極２ａに巻回する電機子巻線３とを備えている。回転子５は、鍔付永久磁石界磁ヨーク３６に、複数の磁極を設ける円筒状界磁用永久磁石３７を嵌合し、この円筒状界磁用永久磁石３７の外面を磁極カバーにて覆い、永久磁石界磁ヨーク３６と円筒状界磁用永久磁石３７との嵌合面に施す接着層８にて一体に構成とする。接着層８を部分的に厚くするため、鍔付永久磁石界磁ヨーク３６の外周面に、複数の直線状溝４０及び少なくとも一つの周方向溝４１を設けている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレスモータに係り、特に車両の補機用として好適な永久磁石界磁形のブラシレスモータに関する。

近年、車両の低燃費化のため、エンジンで駆動されていたオイルポンプ等の車両用補機類を電動化する傾向にある。これら補機類を駆動するモータは、長寿命で低故障率の永久磁石界磁形のブラシレスモータが利用されてきている。

従来の永久磁石界磁形ブラシレスモータは、図５に示すように鋼製等のハウジング１１内に、固定子１と回転軸１０に固着した回転子５とを配置し、出力軸側のハウジング１１の開口端側にアルミ合金製等のカバーを兼ねるフランジ１２を取り付け固定して構成する。

固定子１は、電機子鉄心２の内周面側に等間隔に配列する三相分の複数の突極磁極２ａを設けると共に、これら各突極磁極２ａに配置する絶縁物製の巻枠４に、それぞれ三相接続する電機子巻線３を巻回している。この各相の電機子巻線３の端部には、ケ−ブル１３を接続してハウジング１１外に引き出し、ケーブル１３先端の端子１４を絶縁物製のコネクタハウジング１５で保持している。

また回転子５は、回転軸１０に機械的手段等で固着する筒状永久磁石界磁ヨーク６の外周面に、複数の磁極用永久磁石７を配置して耐熱性接着剤の接着層８で固定すると共に、磁極用永久磁石７部分を覆う磁石カバー９を設けた構成としている。

通常、永久磁石界磁形のブラシレスモータでは、電機子巻線３に流れる電流は、磁気検出素子２０によって検出した磁極用永久磁石７のＮ極及びＳ極の回転角度情報である磁極位置情報により制御している。このため、回転軸１０には磁極用永久磁石７と同期して回転するヨーク兼用プレート１８を固定し、これに磁極位置検出用永久磁石１９を保持させて磁極位置情報を取得に活用し、磁極位置センサとして用いるホール素子等の磁気検出素子２０によって間接的に検出している。

磁気検出素子２０は、通常フランジ１２側に固定するプリント基板２１に装着し、磁極位置検出用永久磁石１９と所定の間隔をおいて対向配置させている。また、磁気検出素子２０の端子は、プリント基板２１内に形成した導体パターンを介して検出用ケーブル２２と接続しており、ケ−ブル１３と同様にハウジング１１外のコネクタハウジング１５までに引き出している。良く知られているように磁気検出素子２０の電源は、電機子巻線３の電流と同様に検出用ケーブル２２により、モータ外部から供給される。また、磁気検出素子２０が検出した磁極位置信号は、モータ外に引き出された検出用ケーブル２２からコントローラに送られる。

磁極位置検出用永久磁石１９の磁極は、磁気検出素子２０と対向する面を磁極用永久磁石７の外周極、即ちＮ極及びＳ極の角度位置と同一関係に着磁している。また、磁極位置検出用永久磁石１９の固定は、電機子巻線３に流れる電流を精度良く制御する必要性から、磁極用永久磁石７のＮ極及びＳ極の角度の磁極位置とのずれが、可能な限り小さくなるように組み付けている。

一方、固定子５を設ける回転軸６は、左右にそれぞれ軸受１６及び１７を圧入等により固定しており、これらの軸受１６及び１７は、ハウジング１１及びフランジ１２の一部に設けた軸受箱１１ａ、１２ａに嵌合して支持している。軸受１６と１７は、モータの運転時の温度上昇で軸受箱１１ａ、１２ａとの線膨張差で隙間嵌合となるから、例えば図６の軸受箱１２ａ側に軸受１７の側面を押さえるＣ形止め輪２２を設け、運転時の振動によるスラスト方向の動きを規制している。

上記したようなブラシレスモータの構造や磁気検出素子の取り付け構造は、例えば特許文献１から３等に記載されており、また回転軸に回転子を接着剤で接着固定することは、例えば特許文献４等に記載されている。

特開平２−８７９５９号公報 特開平６−１１３５２０号公報 特開２００２−１０５７７号公報 実開平７−１６５５８号公報

上記した従来のブラシレスモータの構成では、回転子５の永久磁石界磁ヨーク６と界磁用永久磁石７間の接着層８の小間隙は、界磁用永久磁石７の回転軸１０に対する芯ずれ抑制と接着力確保、更には磁気特性を配慮するため、一定の小間隙を維持して接着剤を硬化させ、接着層８を形成しなければならない問題があった。この接着層８の小間隙が不均一になると、電機子鉄心１と界磁用永久磁石７間の空隙の磁束が不平衡となってしまい、トルクが著しく変動して、モータの振動や騒音が増加する要因となる。

また接着層８には、界磁用永久磁石７に発生した回転トルクによる剪断応力に加え、回転によって発生する遠心力による引っ張り応力が発生するため、接着層８の厚みがばらつくと強度が不足し、界磁用永久磁石７が剥離してしまう恐れがある。

一般には、界磁用永久磁石７の外径部に磁石カバー９を被せ、一部の界磁用永久磁石7が剥離しても飛散するのを防ぎ、回転子５全体に影響を与えない構造としているが、万一界磁用永久磁石が剥離すると、その動きによって振動や騒音が増加する恐れがある。

本発明の目的は、回転子を強固に構成して損傷を防止して、振動や騒音の少ないブラシレスモータを提供することにある。

本発明のブラシレスモータでは、固定子と回転軸に固着する回転子とを有し、前記固定子は電機子鉄心の内周面側に等間隔に配列する複数の突極磁極を設けると共に、前記各突極磁極に巻回する電機子巻線とを備え、前記回転子は回転軸に固着する永久磁石界磁ヨークと磁極用永久磁石とを備えるもので、前記回転子は、一端側に鍔部を形成した鍔付永久磁石界磁ヨークに、複数の磁極を設ける円筒状界磁用永久磁石を嵌合すると共に嵌合面に形成する接着層にて固着して一体に構成したことを特徴とする。

好ましくは、前記永久磁石界磁ヨークの外周面にはこの軸方向と略平行な複数の直線状溝を設けて構成する。

また好ましくは、前記永久磁石界磁ヨークの外周面に少なくとも一つの周方向溝を設けて構成する。

更に好ましくは、前記永久磁石界磁ヨークの外周面に、この軸方向と略平行な複数の直線状溝及び少なくとも一つの周方向溝を設けて構成する。

また本発明のブラシレスモータでは、固定子と回転軸に固着する回転子とを有し、前記固定子は電機子鉄心の内周面側に等間隔に配列する複数の突極磁極を設けると共に、前記各突極磁極に巻回する電機子巻線とを備え、前記回転子は回転軸に固着する永久磁石界磁ヨークと磁極用永久磁石とを備えるもので、前記回転子は、外周面に軸方向と略平行な複数の直線状溝及び少なくとも一つの周方向溝を設けると共に、一端側に鍔部を形成した鍔付永久磁石界磁ヨークに、複数の磁極を設ける円筒状界磁用永久磁石を前記鍔部と端面が接するように嵌合し、前記永久磁石界磁ヨークと円筒状界磁用永久磁石とは嵌合面に形成する接着層にて固着し、前記円筒状界磁用永久磁石の外面を磁極カバーにて覆って一体に構成したことを特徴とする。

本発明のように構成すれば、回転子を強固な一体構成にできるから、機械的強度が強く信頼性に優れ、しかもトルク変動が小さくて低振動で低騒音のブラシレスモータとすることができる。

また、外周面にこの軸方向と略平行な複数の直線状溝及び少なくとも一つの周方向溝を設けると共に、この一端側に鍔部を形成した鍔付永久磁石界磁ヨークに、複数の磁極を設ける円筒状界磁用永久磁石を、鍔部と端面が接するように嵌合し、円筒状界磁用永久磁石の外面を前記鍔付永久磁石界磁ヨークの鍔部側から磁極カバーにて覆い、鍔付永久磁石界磁ヨークと円筒状界磁用永久磁石とは嵌合面に施す接着層にて一体に構成すると、溝部分で接着層の一部を厚くできるため、より機械的強度が強くて信頼性の高いブラシレスモータとすることができる。

本発明のブラシレスモータは、固定子と回転軸に固着する回転子とを有しており、前記固定子は電機子鉄心の内周面側に等間隔に配列する複数の突極磁極を設けると共に、前記各突極磁極に巻回する電機子巻線とを備え、前記永久磁石界磁ヨークに円筒状界磁用永久磁石を固定して永久磁石界磁を備えている。しかも前記回転子は、一端側に鍔部を形成した鍔付永久磁石界磁ヨークに、複数の磁極を設ける円筒状界磁用永久磁石を嵌合すると共に嵌合面に形成する接着層にて固着して一体に構成する。

本発明のブラシレスモータの一実施例を、従来と同一部分を同符号で示す図面を用いて以下に説明する。図１に示す如く本発明の回転子５は、後に詳述するように回転軸１０に嵌合固定する鍔付永久磁石界磁ヨーク３６に、各相分の複数の磁極を形成する円筒状界磁用永久磁石３７を固着して永久磁石界磁を構成している。

そして、この円筒状界磁用永久磁石３７の一方の端面に、小間隙を介して磁気検出素子２０を対向する位置に配置し、各相の磁極位置情報を検出する。磁気検出素子２０により、円筒状界磁用永久磁石３７の各相のＮ極及びＳ極の回転角度情報を検出し、電機子巻線３に流れる電流の制御している。

磁気検出素子２０は、プリント基板２１上の所定位置に各相分を固定して内部配線と接続しており、この例ではプリント基板２１は、回転軸１０が貫通できる円盤状に形成し、円筒状界磁用永久磁石３７の一方の端面位置に三相分の磁気検出素子２０が、容易に対向配置できるようにしている。この構造では、モータの軸方向寸法を短縮できるばかりか部品点数も少なくできるため、モータを軽量で組立て易くできる。

プリント基板２１は図１に示すようにハウジング１１とフランジ１２間に配置して保持する絶縁体ホルダ２２に機械的に支持させ、円筒状界磁用永久磁石３７の一方の端面と対向する予め定めた所定の位置に、三相分の磁気検出素子２０を配置している。

絶縁体ホルダ２２は、例えばハウジング１１とフランジ１２間に配置して固定できる円形状に耐熱樹脂で成形製作し、しかもプリント基板２１を所定位置に位置決めして機械的に支持するため突起２３を設けている。また、絶縁体ホルダ２２には、電機子巻線３の口出し線３ａと接続する複数の端子３２からの三相分のバスバー３３及び前記磁気検出素子２０と接続する複数の検出用バスバー３４を電気的に絶縁した状態に内蔵している。この検出用バスバー３４の外部露出部は、プリント基板２１の接続位置で貫通させ、半田等にて内部配線パターンと電気的接続を行い、接続配線の引き回しをない構造としている。

また、絶縁体ホルダ２２には、三相分のバスバー３３及び磁気検出素子２０の３個の出力信号分と正負極分の５つの検出用バスバー３４をハウジング１１外に引き出して外部端子４３、４４とする部分に、一括して取り囲む一体型のコネクタハウジング３５を成形し、外部との接続を容易にしている。

本発明の実施例のブラシレスモータでは、回転子５は図面に示すように、一端側に例えば円盤状の鍔部３８を形成した筒状の鍔付永久磁石界磁ヨーク３６を用いており、この鍔付永久磁石界磁ヨーク３６を回転軸１０に固定している。

鍔付永久磁石界磁ヨーク３６には、一端側から鍔部３８側まで挿入する中空の円筒状界磁用永久磁石３７を嵌合し、接着層８で一体に固定する。両者間の接着層８による固定は、例えば、鍔付永久磁石界磁ヨーク３６の外周面に接着剤を塗布してから、円筒状界磁用永久磁石３７を嵌合して接着剤を硬化するか、或いは嵌合後に両者間の間隙に接着剤を注入して硬化させて形成する等によって行うようにする。

その上この実施例では、円筒状界磁用永久磁石３７の外面の保護に活用するカップ状の磁極カバー４２により、永久磁石界磁ヨーク６の鍔部３８側から覆って、回転子５を一体構成にしている。カップ状の磁極カバー４２は、例えば回転軸１０に嵌合して固定するか、外面に接着剤を塗布した円筒状界磁用永久磁石３７の嵌合して固定する。

鍔付永久磁石界磁ヨーク３６の鍔部３８は、組み立てし易くするために回転軸１０と同心で円筒状界磁用永久磁石３７の外径と略同一寸法に形成して、円筒状界磁用永久磁石３７挿入時の受座となるようにしているもので、磁気検出素子２０の対向配置だけを考慮するならば、鍔のない円筒状界磁用永久磁石も使用することができる。

またカップ状の磁極カバー４２は、ステンレス等の非磁性材を用いて、回転軸１０を通す貫通孔３９を有し、この内径寸法を円筒状界磁用永久磁石３７の外径寸法に対して、組立て可能な最少間隙を形成するようにしている。このカップ状の磁極カバー４２を用いる場合には、回転子５の回転中に円筒状界磁用永久磁石３７に何らかの障害が生じた場合でも防ぐことができるし、またカップ状の磁極カバー４２を接着層８が硬化していない状態で組み込むようにすると、物理的に永久磁石界磁ヨーク３６と円筒状界磁用永久磁石３７との芯ずれも抑制することができる。

円筒状界磁用永久磁石３７を用い、この外径と鍔付永久磁石界磁ヨーク３６の鍔部３８の寸法や、カップ状の磁極カバー４２の内径を適切に選択すれば、円筒状界磁用永久磁石３７と鍔付永久磁石界磁ヨーク３６の芯ずれを機械的に抑制し、接着層８の不均一をより小さくでき、トルク変動が小さくて低振動で低騒音のブラシレスモータにできる。

この例では、円筒状界磁用永久磁石３７の寸法を、磁気検出素子２０と対向する端部が、鍔付永久磁石界磁ヨーク３６の端面よりも突出する長さにし、これにより円筒状界磁用永久磁石３７の端面と磁気検出素子２０の両者間が、より小さな間隔で対向できるようにしている。

永久磁石界磁ヨーク６と円筒状界磁用永久磁石３７との狭い間隙の接着層８は、これによる固着をより効果的にするため、特別の工夫を施している。即ち、図２から図４に示す如く鍔付永久磁石界磁ヨーク３６の外周面に、この軸方向と略平行な複数の直線状溝４０を設け、この直線状溝４０で接着層８が部分的に厚くなるようにし、また鍔部３８側の近辺に周方向溝４１を設けて同様に接着層８を部分的に厚くなるようにしている。

これら直線状溝４０や周方向溝４１は、永久磁石界磁ヨーク３６と円筒状界磁用永久磁石３７の大きさに応じて、いずれか一方を設けるか双方を同時に設け、またその数や大きさを変更して設けることができ、結果的に接着層８を部分的に厚くできるから、接着層８による永久磁石界磁ヨーク３６と円筒状界磁用永久磁石３７間は、固着がより確実となり、接着層８の剥離を効果的に防止することができる。

接着層８の剪断強度は、厚みに対する感度が高いから、直線状溝４０及び周方向溝４１によって接着層８に部分的に厚い部分を形成すると、相対的に厚みばらつきに対する感度を鈍くし、剪断強度の安定度を増して信頼性の向上が図れるし、円筒状界磁用永久磁石３７が発生するトルク伝達の安定度を増加し、信頼性の向上を図れる。

回転子５を有する回転軸１０は、各軸受箱１１ａ、１２ａに嵌合する軸受１６及び１７により支持され、しかもこの実施例では回転軸１０の出力軸側部分にコイルばね４５を配置し、回転軸１０にコイルばね４５の一端側を、また軸受１７側面に他端側を係合させている。これにより、コイルばね４５の力で各軸受１６及び１７を各軸受箱１１ａ、１２ａ側に外側に向かって押圧し、軸受１６及び１７の動き止めと、振動による回転子５の軸方向の動きを規制している。

本発明のブラシレスモータの一実施例を示す縦断面図である。 本発明のブラシレスモータにおける回転子の分解斜視図である。 本発明の回転子の軸方向縦断面図である。 図３の回転子のＡ−Ａ視図である。 従来のブラシレスモータの縦断面図である。

符号の説明

１…固定子、２…電機子鉄心、２ａ…突極磁極、３…電機子巻線、５…回転子、８…接着層、１０…回転軸、１１…ハウジング、１２…フランジ、１６、１７…軸受、２０…磁気検出素子、２１…プリント基板、３０…絶縁体ホルダ、３６…鍔付永久磁石界磁ヨーク、３７…円筒状界磁用永久磁石、３８…鍔部、４０…直線状溝、４１…周方向溝、４２…磁極カバー。

Claims (5)

1. 固定子と回転軸に固着する回転子とを有し、前記固定子は電機子鉄心の内周面側に等間隔に配列する複数の突極磁極を設けると共に、前記各突極磁極に巻回する電機子巻線とを備え、前記回転子は回転軸に固着する永久磁石界磁ヨークと磁極用永久磁石とを備えたブラシレスモータにおいて、前記回転子は、一端側に鍔部を形成した鍔付永久磁石界磁ヨークに、複数の磁極を設ける円筒状界磁用永久磁石を嵌合すると共に嵌合面に形成する接着層にて固着して一体に構成したことを特徴とするブラシレスモータ。
2. 請求項１において、前記永久磁石界磁ヨークの外周面にこの軸方向と略平行な複数の直線状溝を設け構成したことを特徴とするブラシレスモータ。
3. 請求項１において、前記永久磁石界磁ヨークの外周面に少なくとも一つの周方向溝を設けて構成したことを特徴とするブラシレスモータ。
4. 請求項１において、前記永久磁石界磁ヨークの外周面に、この軸方向と略平行な複数の直線状溝及び少なくとも一つの周方向溝を設けて構成したことを特徴とするブラシレスモータ。
5. 固定子と回転軸に固着する回転子とを有し、前記固定子は電機子鉄心の内周面側に等間隔に配列する複数の突極磁極を設けると共に、前記各突極磁極に巻回する電機子巻線とを備え、前記回転子は回転軸に固着する永久磁石界磁ヨークと磁極用永久磁石とを備えたブラシレスモータにおいて、前記回転子は、外周面に軸方向と略平行な複数の直線状溝及び少なくとも一つの周方向溝を設けると共に、一端側に鍔部を形成した鍔付永久磁石界磁ヨークに、複数の磁極を設ける円筒状界磁用永久磁石を前記鍔部と端面が接するように嵌合し、前記鍔付永久磁石界磁ヨークと円筒状界磁用永久磁石とは嵌合面に形成する接着層にて固着し、前記円筒状界磁用永久磁石の外面を磁極カバーにて覆って一体に構成したことを特徴とするブラシレスモータ。
   

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