JP2008206354A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤を用いることなくセンサマグネットをマグネットプレートに固定し、工程管理を容易化すると共に、製品信頼性の向上を図る。
【解決手段】ロータシャフトに固定されたマグネットプレート２３に、リング状のセンサマグネット１８,１９を同心状に取り付ける。センサマグネット１８,１９は、プラスチックマグネットにて形成され、接着剤を用いることなく、射出成形によってマグネットプレート２３と一体に形成される。マグネットプレート２３にはテーパ状の抜け止め孔２６,２７が設けられており、射出成形により、この抜け止め孔２６,２７に、センサマグネット１８,１９と一体に形成されたテーパ状の抜け止め部２８,２９を充填・嵌合させ、センサマグネット１８,１９をマグネットプレート２３に抜け止め・回り止めする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ブラシレスモータに関し、特に、ブラシレスモータのロータ回転位置検出に用いられるマグネットの固定構造に関する。

一般にブラシレスモータでは、ロータ側に設けたマグネットの磁極変化を磁気検出素子によって捉えてロータの回転位置を検出し、検出したロータ回転位置に基づいて、ステータ側のコイルを順次励磁してロータを回転駆動させている。図７は、従来のブラシレスモータの構成を示す断面図である。図７に示すように、ブラシレスモータ５１（以下、モータ５１と略記する）は、モータ部５２とセンサ部５３とから構成されており、モータ部５２にはロータ５４とステータ５５が、センサ部５３にはホールＩＣ６８,６９（磁気検出素子）がそれぞれ配されている。

ロータ５４は、ロータシャフト５６に固定されたロータコア５７と、ロータコア５７の外周に取り付けられたマグネットホルダ５８とを備えている。マグネットホルダ５８にはロータマグネット５９が取り付けられ、ロータマグネット５９はロータコア５７の外周に接着固定される。ロータシャフト５６は、ベアリング６１ａ,６１ｂによって回転自在に支持される。ステータ５５は、巻線６２が巻装されたステータコア６３と、ステータコア６３を収容する金属製のハウジング６４を備えている。ハウジング６４は有底円筒形状となっており、その開口端にはセンサ部５３のブラケット６５が固定される。

センサ部５３は二重多極センサ構造となっており、リング状のセンサマグネット６６,６７と、ホールＩＣ６８,６９が設けられている。図８は、センサマグネット６６,６７の取り付け構造を示す説明図である。図８に示すように、センサマグネット６６,６７は、ロータシャフト５６に固定された円板状のマグネットプレート７１に取り付けられている。センサマグネット６６,６７とマグネットプレート７１との間は接着剤にて固定されており、センサマグネット６６,６７はロータシャフト５６と共に回転する。モータ５１では、ホールＩＣ６８,６９の検出信号の組み合わせによってロータ５４の回転方向を検出しつつ、ホールＩＣ６９の検出信号を用いてロータ５４の回転位置を検出し、巻線６２に対する通電タイミングを制御する。
特願2004-72404号

しかしながら、従来のブラシレスモータでは、接着剤は管理が難しく、はみ出しや飛散により接着剤が他部品に付着するおそれがあるという問題があり、組付工程においても、接着剤の取扱いが作業上の問題となっていた。また。モータ組み付けに際し、接着工程が必要となるため、その分、組付工数が増大し、コストアップの一因となるという問題もあった。さらに、センサマグネット６６,６７とマグネットプレート７１が機械的に固定されていないため、振動や衝撃に対する信頼性が懸念される場合もあった。

本発明の目的は、接着剤を用いることなくセンサマグネットをマグネットプレートに固定し、工程管理を容易にする。

本発明のブラシレスモータは、ステータと、ロータシャフトを備え前記ステータに対し回転自在に配置されたロータと、前記ロータシャフトに固定されたマグネットプレートと、前記マグネットプレートの一端面に取り付けられたリング状の第１センサマグネットと、前記第１センサマグネットよりも大径に形成され、前記第１センサマグネットと同心状に前記マグネットプレートの一端面に取り付けられたリング状の第２センサマグネットとを有してなるブラシレスモータであって、前記第１及び第２センサマグネットは、プラスチックマグネットにて形成され、射出成形により、前記マグネットプレートと一体に形成されることを特徴とする。

本発明にあっては、第１及び第２センサマグネットをプラスチックマグネットにて形成してマグネットプレートと一体に射出成形し、接着剤を用いることなく、センサマグネットをマグネットプレートに固定する。これにより、接着剤の管理が不要となり、工程管理が容易となると共に、接着工程が不要となり、組付工数が削減される。

前記ブラシレスモータにおいて、前記マグネットプレートに、軸方向に沿って形成され、前記一端面側の内径よりも他端面側の内径が大きいテーパ状の貫通孔を設けると共に、前記貫通孔に、前記第１及び第２センサマグネットと一体に形成された軸方向に延びるテーパ状の突起部が嵌合させても良い。これにより、射出成形と共にセンサマグネットをマグネットプレートに抜け止め・回り止めすることができ、容易かつ機械的にセンサマグネットをマグネットプレートに固定できる。

また、前記ブラシレスモータにおいて、前記突起部を、前記第１及び第２センサマグネットに対応する位置にそれぞれ形成し、前記突起部を、前記第１及び第２センサマグネットに形成された各磁極の境界部以外の位置に配置しても良い。これにより、突起部による磁束乱れの影響が抑えられ、センサマグネットの磁極変化が正確に捉えられる。この場合、一方のセンサマグネットの磁極ピッチが小さく、突起部を各磁極の境界部以外の位置に配置できない場合には、磁極ピッチが大きく、突起部を各磁極の境界部以外の位置に配置可能なセンサマグネットに対応する突起部のみを、そのセンサマグネットの各磁極の境界部以外の位置に配置するようにしても良い。例えば、第２センサマグネットの磁極ピッチが小さく、突起部を各磁極の境界部以外の位置に配置できないが、第１センサマグネットは磁極ピッチが大きく、突起部を各磁極の境界部以外の位置に配置可能な場合には、第１センサマグネットに対応して内周側に設けられた突起部のみを、第１センサマグネットの各磁極の境界部以外の位置に配置しても良い。

本発明のブラシレスモータによれば、ロータシャフトに固定されたマグネットプレートにリング状の第１センサマグネットと第２センサマグネットを同心状に取り付けたブラシレスモータにて、第１及び第２センサマグネットをプラスチックマグネットにて形成し、射出成形によってマグネットプレートと一体に形成したので、接着剤を用いることなく、センサマグネットをマグネットプレートに固定することが可能となる。このため、ブラシレスモータ製造の際に、接着剤の管理が不要となり、工程管理が容易となる。また、接着工程が不要となるため、組付工数が削減され、製造コストの低減が図られる。

また、マグネットプレートにテーパ状の貫通孔を設けると共に、この貫通孔に、第１及び第２センサマグネットと一体に形成されたテーパ状の突起部を嵌合させることにより、射出成形と共にセンサマグネットをマグネットプレートに抜け止め・回り止めすることができ、容易かつ機械的にセンサマグネットをマグネットプレートに固定することが可能となる。

さらに、抜け止め・回り止め用の突起部を、センサマグネットに形成された各磁極の境界部以外の位置に配置しても良い。これにより、突起部による磁束乱れの影響が抑えられ、第１センサマグネットの磁極変化が正確に捉えられる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１であるブラシレスモータの構成を示す断面図である。図１のブラシレスモータ１（以下、モータ１と略記する）は、コラムアシスト式の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の動力源として使用され、自動車のステアリングシャフトに対し動作補助力を付与する。モータ１は、ステアリングシャフトに設けられた減速機構部に取り付けられ、モータ１の回転は、この減速機構部によってステアリングシャフトに減速されて伝達される。

図１に示すように、モータ１も図７のモータ５１と同様に、モータ部２とセンサ部３とから構成されている。モータ部２にはロータ４とステータ５が配されており、モータ１は、内側にロータ４、外側にステータ５を配したインナーロータ型のブラシレスモータとなっている。ステータ５は、ハウジング６と、ハウジング６の内周側に固定されたステータコア７及びステータコア７に巻装された巻線８とを備えた構成となっている。ハウジング６は鉄等にて有底筒状に形成されており、その開口部には合成樹脂製のブラケット９が取り付けられている。ステータコア７は鋼板を多数積層した構成となっており、ステータコア７の内周側には複数個のティースが突設されている。

ロータ４はステータ５の内側に配置されており、ロータシャフト１１と、ロータコア１２、ロータマグネット１３を同軸状に配した構成となっている。ロータシャフト１１の外周には、鋼板を多数積層した円筒形状のロータコア１２が取り付けられている。ロータコア１２の外周には、セグメントタイプのロータマグネット１３が配置されている。ロータマグネット１３は、ロータシャフト１１に固定されたマグネットホルダ１４に取り付けられており、周方向に沿って６個配置されている。

ロータシャフト１１の一端部は、ハウジング６の底部に圧入されたベアリング１５ａに回転自在に支持されている。ロータシャフト１１の他端部は、ブラケット９に取り付けられたベアリング１５ｂによって、回転自在に支持されている。ロータシャフト１１の端部（図１において左端部）には、スプライン部１６が形成されており、ジョイント１７の一端部側に取り付けられている。ジョイント１７の他端部側は、減速機構部の図示しないウォーム軸に接続されている。このウォーム軸にはウォームが形成されており、ステアリングシャフトに取り付けられたウォームホイールと噛合し、これにより、モータ１の回転が減速されてステアリングシャフトに伝えられる。

センサ部３もまた、前述のモータ５１と同様の二重多極センサ構造となっている。センサ部３には、リング状のセンサマグネット１８,１９と、ホールＩＣ２１,２２が設けられている。センサマグネット１８は、センサマグネット１９の内周側に同心状に配置されており、ホールＩＣ２１とセンサマグネット（第１センサマグネット）１８によって、内周側の第１センサ１０が形成される。また、ホールＩＣ２２とセンサマグネット（第２センサマグネット）１９によって、外周側の第２センサ２０が形成される。センサマグネット１８は、ロータマグネット１３と同極数（６極）に着磁され、周方向に沿って磁極が配されている。これに対し、センサマグネット１９は、センサマグネット１８よりも細かく５°ピッチにて着磁されており、周方向に沿って７２個の磁極が配されている。

センサマグネット１８,１９は、合成樹脂にフェライト磁石や希土類磁石の粉末を混ぜて成形した、いわゆるプラスチックマグネットにて形成されている。センサマグネット１８,１９は、円板状の金属製マグネットプレート２３の一端面側に一体成形されており、センサマグネットユニット２５を形成している。図２は、このセンサマグネットユニット２５の構成を示す断面図、図３は、センサマグネットユニット２５の図２における左側面の構成を示す斜視図、図４は同じく右側面の構成を示す斜視図である。なお、図２は、図３におけるＡ−Ａ線に沿った断面図に相当する。

図２に示すように、センサマグネット１８,１９は、マグネットプレート２３の図中右側の端面に、抜け止め、回り止めされた形で固定されている。この場合、マグネットプレート２３には、センサマグネット１８,１９に対応して、抜け止め孔（貫通孔）２６,２７が内外周に６個ずつ等分に設けられている。抜け止め孔２６,２７はテーパ孔となっており、その内径は、図２において左側（他端面側）の方が右側（一端面側）に比して拡径した形となっている。この抜け止め孔２６,２７には、センサマグネット１８,１９の背面側（マグネットプレート側）から軸方向に向かって延びる抜け止め部（突起部）２８,２９が嵌合している。抜け止め部２８,２９は、成形時に抜け止め孔２６,２７内に樹脂が流入・充填されることにより、センサマグネット１８,１９と一体に形成される。これにより、センサマグネット１８,１９は軸方向に抜け止めされると共に、周方向にも回り止めされる。

マグネットプレート２３にはまた、ゲート孔３１が周方向に沿って等分に３個設けられている。ゲート孔３１は、センサマグネット成形の際、型内に樹脂を供給するためのゲートとして使用される。成形時には、ゲート孔３１の内部にも合成樹脂が流入し、ゲート部３２を形成する。このゲート部３２も、センサマグネット１８,１９の回り止めとして機能している。なお、マグネットプレート２３にはさらに、位置決め孔３３が設けられている。この位置決め孔３３は、センサマグネット１８,１９の着磁の際や、モータ組付時におけるセンサ位置とロータマグネット１３との位置合わせの基準孔として使用される。

センサマグネット１８,１９は、マグネットプレート２３と一体成形された後、着磁装置によって前述のような形に着磁される。着磁処理の際には、前述の位置決め孔３３を基準として、センサマグネットユニット２５を着磁ヨーク内にセットし、まず内側のセンサマグネット１８から先に着磁する。センサマグネット１８を着磁（６極）した後、着磁ヨークからセンサマグネットユニット２５を取り外し、外側のセンサマグネット１９を着磁する。すなわち、位置決め孔３３を基準として、センサマグネットユニット２５を別の着磁ヨークにセットし、外側の７２極を着磁する。この場合、先に外側のセンサマグネット１９（７２極）の着磁を行うと、内側のセンサマグネット１８（６極）の着磁を行う際に、その影響がセンサマグネット１９側に及んでしまうため、内側のセンサマグネット１８を先に着磁する。なお、センサマグネット１８と１９は、図２に示すように両者間が連続した形態となっているが、発明者らの実験によれば、前述の着磁処理によっても両者間の部位は着磁されず、ロータ回転位置等の検出への影響は全くなかった。

このように、本発明によるモータ１では、センサマグネット１８,１９をプラスチックマグネットにて形成し、マグネットプレート２３と一体に成形したので、接着剤を用いることなく、センサマグネット１８,１９をマグネットプレート２３に固定できる。このため、接着剤の管理が不要となり、はみ出しや飛散により接着剤が他部品に付着するおそれもなくなり、工程管理が容易となる。また。モータ組み付けに際し、接着工程が不要となるため、その分、組付工数が削減され、製品コストの低減を図ることが可能となる。さらに、テーパ孔状の抜け止め部２８,２９を設けることによって、センサマグネット１８,１９を射出成形によって一気に抜け止め・回り止めすることができ、非常に容易かつ機械的にセンサマグネット１８,１９を固定できる。このため、センサマグネット１８,１９を確実にマグネットプレート２３に固定でき、振動や衝撃に対する信頼性向上も図られる。

一方、このようなセンサマグネットユニット２５は、ロータシャフト１１に固定されており、ロータ４と共に回転する。ここでは、マグネットプレート２３がロータシャフト１１に圧入固定されており、これにより、センサマグネット１８,１９は、ロータシャフト１１と共に回転する。これに対し、センサマグネット１８,１９の磁極変化を検出するホールＩＣ２１,２２は、ブラケット９内に固定された基板２４上に載置されている。ホールＩＣ２１,２２は、センサマグネット１８,１９に対向する形で基板上に配置されており、各ホールＩＣ２１,２２には、磁気検出素子が配置されている。

ロータシャフト１１が回転すると、センサマグネット１８,１９もまた、ホールＩＣ２１,２２と所定の距離を介して対向する形で回転する。センサマグネット１８,１９の回転に伴い、対向するセンサマグネット１８,１９の磁極が変化すると、ホールＩＣ２１,２２からは、所定の回転位置検出信号（ON/OFF信号）が出力される。モータ１においても、ホールＩＣ２１,２２の検出信号を用いて、ロータ４の回転方向・回転位置を把握し、巻線８に対する通電タイミングを制御する。この場合、ロータ４の回転方向は、ホールＩＣ２１,２２の検出信号の組み合わせによって検出する。また、ロータ４の回転位置は、専らホールＩＣ２２の検出信号を用いて検出し、これらの検出情報に基づいてロータ４を回転駆動させる。

次に、本発明の実施例２として、抜け止め部による磁気間隔の乱れを考慮したセンサマグネットユニットについて説明する。図５は、本発明の実施例２であるブラシレスモータに使用されるセンサマグネットユニット３５の左側面の構成を示す斜視図、図６は、抜け止め部と磁極との関係を示す説明図である。なお、実施例２であるブラシレスモータは、センサマグネットユニット以外の部分は実施例１のモータ１と同様の構成となっている。また、実施例２では、実施例１と同様の部材、部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。

実施例１のセンサマグネットユニット２５では、図６に一点鎖線（符号Ｐ部）で示したように、抜け止め部２８,２９がちょうど磁極の境界に位置している。抜け止め部２８,２９が存在する部分は、センサマグネット１８,１９の厚さが他の部位とは異なるため、その部分ではどうしても磁束に乱れが生じる。このため、図６のように抜け止め部２８,２９が磁極境界部分に来ると、ホールＩＣ２１,２２によって、磁極変化を正確に捉えることができない可能性が生じる。そこで、実施例２のセンサマグネットユニット３５では、抜け止め部２８を周方向に３０°ずらして配置し（図６の破線位置：符号Ｑ部）、抜け止め部２９が各磁極の境界部以外の位置に来るようにしている。これにより、抜け止め部２８による磁束の乱れの影響が抑えられ、センサマグネット１８の磁極変化を正確に捉えることが可能となる。

なお、抜け止め部２９に関しては、センサマグネット１９の磁極ピッチが小さい（磁極の間隔が狭い）ため、抜け止め部の位置をずらしても、磁極境界部に抜け止め部２９が来てしまう。このため、ここでは抜け止め部２８のみを周方向にずらしている。従って、実施例２のモータでは、センサマグネット１９側における抜け止め部２９の影響は避けられないが、発明者らの実験によれば、センサマグネット１８側をずらすだけでも磁束の乱れの影響を相当に改善できた。但し、センサマグネット１９の磁極ピッチが大きく、抜け止め部２９を各磁極の境界部以外の位置に配置可能な場合には、抜け止め部２９を周方向にずらし、磁極境界部以外の位置に配置した方が好ましい。

本発明は前記実施例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種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、実施例２では、抜け止め部２８,２９の位置を周方向にずらすことにより、抜け止め部での磁束の乱れの影響を低減させているが、センサマグネット１８,１９の着磁位置や、ホールＩＣ２１,２２の位置をずらすことにより、抜け止め部２８,２９の影響を低減させることも可能である。例えば、センサマグネット１８,１９の着磁パターンを位置決め孔３３に対して３０°周方向にずらしても良い。また、センサマグネット１８,１９の着磁位置を径方向にずらすことにより、抜け止め部２８,２９をマグネットの径方向の中心位置から外し、抜け止め部２８,２９の影響が小さい方の位置にホールＩＣ２１,２２を配置するなどしても良い。勿論、径方向に余裕があれば、抜け止め部２８,２９を径方向にずらしてセンサマグネット１８,１９にかからないようにしても良い。

一方、前述の実施例では、インナーロータ型のブラシレスモータを例にとって説明したが、本発明は、ステータの外側にロータを配したアウタロータ型のブラシレスモータにも適用可能である。また、前述の実施例では、コラムアシスト式のＥＰＳに使用されるブラシレスモータを示したが、ラック軸と同軸状にモータを配したラックアシスト式や、ラック軸と噛合するピニオンギヤに補助力を付与するピニオンアシスト式のＥＰＳ用モータにも適用可能である。さらに、ＥＰＳや各種車載電動品用のモータのみならず、本発明は、広くブラシレスモータ一般に適用可能である。

本発明の実施例１であるブラシレスモータの構成を示す断面図である。 センサマグネットユニットの構成を示す断面図であり、図３におけるＡ−Ａ線に沿った断面図に相当する。 センサマグネットユニットの図２における左側面の構成を示す斜視図である。 センサマグネットユニットの図２における右側面の構成を示す斜視図である。 本発明の実施例２であるブラシレスモータに使用されるセンサマグネットユニットの左側面の構成を示す斜視図である。 抜け止め部と磁極との関係を示す説明図である。 従来のブラシレスモータの構成を示す断面図である。 従来のブラシレスモータにおけるセンサマグネットの取り付け構造を示す説明図である。

符号の説明

１ ブラシレスモータ
２ モータ部
３ センサ部
４ ロータ
５ ステータ
６ ハウジング
７ ステータコア
８ 巻線
９ ブラケット
１０ 第１センサ
１１ ロータシャフト
１２ ロータコア
１３ ロータマグネット
１４ マグネットホルダ
１５ａ,１５ｂ ベアリング
１６ スプライン部
１７ ジョイント
１８ センサマグネット（第１センサマグネット）
１９ センサマグネット（第２センサマグネット）
２０ 第２センサ
２１ ホールＩＣ
２２ ホールＩＣ
２３ マグネットプレート
２４ 基板
２５ センサマグネットユニット
２６ 抜け止め孔（貫通孔）
２７ 抜け止め孔（貫通孔）
２８ 抜け止め部（突起部）
２９ 抜け止め部（突起部）
３１ ゲート孔
３２ ゲート部
３３ 位置決め孔
３５ センサマグネットユニット
５１ ブラシレスモータ
５２ モータ部
５３ センサ部
５４ ロータ
５５ ステータ
５６ ロータシャフト
５７ ロータコア
５８ マグネットホルダ
５９ ロータマグネット
６１ａ,６１ｂ ベアリング
６２ 巻線
６３ ステータコア
６４ ハウジング
６５ ブラケット
６６ センサマグネット
６７ センサマグネット
６８ ホールＩＣ
６９ ホールＩＣ
７１ マグネットプレート

Claims (3)

1. ステータと、ロータシャフトを備え前記ステータに対し回転自在に配置されたロータと、前記ロータシャフトに固定されたマグネットプレートと、前記マグネットプレートの一端面に取り付けられたリング状の第１センサマグネットと、前記第１センサマグネットよりも大径に形成され、前記第１センサマグネットと同心状に前記マグネットプレートの一端面に取り付けられたリング状の第２センサマグネットとを有してなるブラシレスモータであって、
   前記第１及び第２センサマグネットは、プラスチックマグネットにて形成され、射出成形により、前記マグネットプレートと一体に形成されることを特徴とするブラシレスモータ。
2. 請求項１記載のブラシレスモータにおいて、前記マグネットプレートは、軸方向に沿って形成され、前記一端面側の内径よりも他端面側の内径が大きいテーパ状の貫通孔を有し、前記貫通孔には、前記第１及び第２センサマグネットと一体に形成された軸方向に延びるテーパ状の突起部が嵌合することを特徴とするブラシレスモータ。
3. 請求項１または２記載のブラシレスモータにおいて、前記突起部は、前記第１及び第２センサマグネットに対応する位置にそれぞれ形成され、前記第１センサマグネットに対応して内周側に設けられた前記突起部は、前記第１センサマグネットに形成された各磁極の境界部以外の位置に配置されることを特徴とするブラシレスモータ。

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