JP3723544B2 - 単相モータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、単相モータに関し、特に、回転子にリング状マグネットを取付け、パーキングマグネットとホールセンサを上記のリング状マグネットと各々対向するように配置した単相モータに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、単相モータには、ユニバーサルモータ、BLDCモータ、スイッチドリラクタンスモータなどがある。
【0003】
図1は、従来の技術による単相スイッチドリラクタンスモータの回路図である。
【0004】
従来の技術による単相スイッチドリラクタンスモータ(Switched Reluctance Motor:SRM)は、大きく分けて、駆動回路10と、駆動回路10から電源が印加される固定子20と、固定子20の内部に回転可能に位置して固定子20に電源が印加されると固定子20との間に発生するリラクタンストルクによって回転する回転子30と、からなる。
【0005】
固定子20は、上下が開放された円筒形に形成されたヨーク22と、ヨーク22の内壁から回転子30に向かって円周方向に一定間隔をおいて突出形成された6個の突極24と、この6個の突極24に各々巻線され、駆動回路10から電流が供給される固定子コイル26と、からなる。
【0006】
回転子30は、外周面に円周方向に一定間隔をおいて6個の突極32が突出形成されたコア34が積層されて形成され、回転子30の中央には外部にモータの駆動力を伝達する回転軸12が軸設されて回転子30と共に回転する。
【0007】
駆動回路10は、回転子30の位置および速度に関する情報に基づいて固定子コイル26に流れる電流を制御する。
【0008】
このように構成される単相スイッチドリラクタンスモータでは、駆動回路10から固定子コイル26に電流が供給されて固定子20と回転子30との間にリラクタンストルクが発生すると、回転子30は磁気抵抗が最小となる方向に回転する。
【0009】
また、従来の単相スイッチドリラクタンスモータでは、回転軸12が常に所定の有効回転方向に回転するように固定子20の突極24に補助コイル(図示せず)を巻線し、駆動回路10からの電源が遮断されると、回転子30の突極32が、固定子20の突極24によって所定の有効回転方向に回転を開始するような有効トルク発生領域内に位置するようにして回転子30が有効回転方向に初期駆動されるようにする。
【0010】
このような従来の技術による単相モータは、モータの初期駆動および運転のために複雑な構造の付加装置を必要とするため、実用性に劣る問題点があった。
【0011】
しかも、モータの運転時に必要な回転子の位置および速度に対する情報を把握するために光センサまたはホールセンサ(図示せず)も設けられる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、モータの運転のために必要な回転子の初期駆動位置設定と回転子の位置および速度情報を把握するための装置を簡単に具現して実用性を高めた単相モータを提供することにその目的がある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による単相モータは、固定子と、前記固定子に電源が印加されると回転する回転子と、前記回転子と一体に回転するように設けられ、N極とS極が円周方向に交互に配列されるリング状マグネットと、前記回転子の制動の際に前記リング状マグネットと作用する磁力を用いて前記回転子が有効トルク発生領域に位置するように制動するパーキングマグネットと、前記回転子の位置および速度を検出するために前記回転子の回転の際に前記リング状マグネットとの間で発生する磁界の変化を感知するセンサ部と、前記固定子の一方側に取付けられ、前記パーキングマグネットと前記センサ部を支持するリテーナと、を含んで構成される。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【0015】
図2は、本発明による単相スイッチドリラクタンスモータの斜視図であり、図3は本発明による単相スイッチドリラクタンスモータの断面図である。
【0016】
本発明の一実施例による単相スイッチドリラクタンスモータは、固定子50と、固定子50の内部に回転可能に設けられて固定子50に電源が供給されると固定子50との間に発生するリラクタンストルクによって回転する回転子60と、回転子60と一体に回転するように設けられたリング状マグネット70と、回転子60の制動時にリング状マグネット70と作用する磁力を用いて回転子60を有効トルク発生領域内に位置するように制動するパーキングマグネット80と、回転子60の回転時に、リング状マグネット70によって発生する磁界変化を感知して回転子60の位置および速度を感知するセンサ部90と、を含んで構成される。
【0017】
固定子50は、円筒形に形成されたヨーク51と、ヨーク51の内壁から回転子60に向かって円周方向に一定間隔をおいて突出形成された6個の突極52と、この6個の突極52に巻線された固定子コイル53と、からなる。
【0018】
回転子60は、外周面に円周方向に一定間隔をおいて固定子50に向かって6個の突極61が突出形成されたコア62が積層されて形成され、回転子60の中央には外部にモータの駆動力を伝達する回転軸64が軸設されて回転子60と共に回転する。
【0019】
ここで、回転軸64の両端とモータの外観を形成するモータハウジング(図示せず)との間には回転軸64を回転可能に支持する軸受65が取付けられる。
【0020】
リング状マグネット70は、図示のように回転軸64の上側に嵌められて固定され、図4(a)および図4(b)に示すように、N極とS極が円周方向に交互に配列され、N極およびS極の数が各々回転子60の突極61の数のn(nは自然数)倍を有するように形成される。本発明では、リング状マグネット70のN、S極の数は各々回転子60の突極61の個数と同じに6個形成されている。
【0021】
また、固定子50の上面にはパーキングマグネット80とセンサ部90がリング状マグネット70と半径方向に対向するように支持するリテーナ100が嵌合される。
【0022】
リテーナ100には、中央にリング状マグネット70の外周を取り囲むようにホール101が形成され、また、リテーナ100の底面が固定子50の上面に形成された嵌合溝54に嵌められて、パーキングマグネット80とセンサ部90がリング状マグネット70と半径方向に対向するように所定の長さを有する嵌合脚102が形成される。
【0023】
そして、リテーナ100には、センサ部90で感知した回転子60の位置および速度情報に基づいてモータを制御する電装品が実装されたプリント回路基板92が設けられる。
【0024】
パーキングマグネット80は、N極とS極の数がそれぞれ1つである棒磁石であって、リテーナ100のホール101の周りにリテーナ100の一方側に少なくとも一個が設けられており、回転軸64が常に有効回転方向にのみ回転しうるように、固定子50の固定子コイル53に流れる電流が遮断されると、リング状マグネット70との間で相互に作用する磁力によって回転子60が有効トルク発生領域に位置するように制動させる。
【0025】
すなわち、回転子60は、起動時には回転子60の突極61がより近くに位置する固定子50の突極52に向かって回転するため、回転軸60の有効回転方向が反時計方向の場合は、図4(a)に示すような位置から、図4(b)に示すように、‘a’で表示された回転子60の突極61が、‘b’で表示された時計方向に位置した固定子50の突極52より‘c’で表示された反時計方向に位置した固定子50の突極52により近い位置に制動されるように、パーキングマグネット80は電源が遮断されるとリング状マグネット70および回転子60を一定角度回転させる。
【0026】
センサ部90は、ホール効果を利用してセンサ部90と対向するリング状マグネット70の極を感知するホールセンサであって、リテーナ100のホール101の周りにリテーナ100の、パーキングマグネット80と反対側に少なくとも一つが設けられて、リング状マグネット70が回転子60と共に回転するときリング状マグネット70によって発生する磁界の変化によって回転子60の位置および速度を感知する。
【0027】
このように構成された本発明の動作は次のようである。
【0028】
まず、回転子60がリング状マグネット70とパーキングマグネット80の相互作用によって有効トルク発生領域に位置している状態で、固定子50の固定子コイル53に電流が流れると、固定子50と回転子60との間にリラクタンストルクが発生して回転子60と共に回転軸64、リング状マグネット70が有効回転方向に回転する。
【0029】
このとき、センサ部90は、リング状マグネット70が回転することによってリング状マグネット70によって発生する磁界の変化によって回転子60の位置および速度を感知し、回転子60の速度が制御されるようにする。
【0030】
一方、固定子50の固定子コイル53に流れる電流が遮断されると、回転子60、リング状マグネット70、および回転軸64が停止するが、図4(a)に示すように、リング状マグネット70とパーキングマグネット80の極が相互に反発する反発力が作用すると、リング状マグネット70がパーキングマグネット80との磁力によって一定角度回転してパーキングマグネット80との間に引力が作用する位置に停止する。
【0031】
このとき、回転子60は、リング状マグネット70と一体に回転するように結合されているため、図4(b)に示すように、リング状マグネット70と共に一定角度回転して回転子60の突極61が有効トルク発生領域内に停止する。
【0032】
一方、本発明の他の実施例によるリング状マグネットの設置構造が図5(a)および図5(b)に示されている。
【0033】
図5(a)に示すように、回転子110の中央に回転軸112が一体に回転するように軸設され、リング状マグネット114が回転軸112に嵌められた後、回転子110の上側面に積層されるように固定される。
【0034】
また、図5(b)に示すように、回転子120の中央に回転軸122が一体に回転するように軸設され、リング状マグネット124は、その内径が回転軸122の外径より大きく形成されて回転子120から上方向に一定距離離れた回転軸122の上部に緩めに嵌められた後、回転軸122との間にモールド成形されたモールド材(m)が充填されることによって、回転軸122と一体に回転するように固定される。
【0035】
なお、図5(a)及び図5(b)は、リング状マグネットの設置構造を除いては図3および図4に示した単相スイッチドリラクタンスモータと同じであるので、同一部分に対する説明は省略するものとする。
【0036】
本発明の他の実施例によるリング状マグネットとパーキングマグネット、センサ部の配置構造が図6に示されている。
【0037】
図6に示すように、リテーナ140には、リテーナ140がリング状マグネット130の上側に設けられるように所定の長さを有する嵌合脚141が固定子132に向かって突出形成されて固定子132の上側面に嵌合され、リテーナ140の中央には回転子133と一体に回転する回転軸134が回転可能に貫通するホール142が形成され、リテーナ140の内側の面にはパーキングマグネット136とセンサ部138が各々リング状マグネット130と軸方向に対向するように設けられる。
【0038】
なお、図6は、リテーナの形状と、パーキングマグネットおよびセンサ部とリング状マグネットとの配置構造を除いては、図3および図4に示した単相スイッチドリラクタンスモータと同じであるので、同一部分に対する説明は省略する。
【0039】
【発明の効果】
以上のように構成される本発明による単相モータは、回転子にリング状マグネットが結合され、このリング状マグネットの一方側にパーキングマグネットがリング状マグネットと対向するように配置されることにより、制動の際に回転子が上記のリング状マグネットとパーキングマグネットとの間に作用する磁力によって有効トルク発生領域内に制動されるため、回転子が常に有効回転方向に回転することができ、また、上記のリング状マグネットの他方側にホールセンサがリング状マグネットと対向するように配置されて回転子の回転の際に回転子の位置および速度を感知することができるため、モータの初期駆動と運転のための付加装置を比較的簡単かつ低廉にすることができ、モータの実用性が高められる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の技術による単相スイッチドリラクタンスモータの回路図である。
【図2】本発明による単相スイッチドリラクタンスモータの斜視図である。
【図3】本発明による単相スイッチドリラクタンスモータの断面図である。
【図4】(a)は本発明による単相スイッチドリラクタンスモータが制動されるときの停止位置決定前の状態を示す図である。
(b)は本発明による単相スイッチドリラクタンスモータが制動されるときの停止位置決定後の状態を示す図である。
【図5】(a)は本発明によるリング状マグネットの他の実施例による設置構造を示す半断面図である。
(b)は本発明によるリング状マグネットの更に別の実施例による設置構造を示す半断面図である。
【図6】本発明の他の実施例によるリング状マグネットとパーキングマグネット、センサ部の配置構造を示す断面図である。
【符号の説明】
50…固定子
60…回転子
64…回転軸
65…軸受
70…リング状マグネット
80…パーキングマグネット
90…センサ部
100…リテーナ
Claims (12)
- 固定子と、前記固定子に電源が印加されると回転する回転子と、前記回転子と一体に回転するように設けられ、N極とS極が円周方向に交互に配列されるリング状マグネットと、前記回転子の制動の際に前記リング状マグネットと作用する磁力を用いて前記回転子が有効トルク発生領域に位置するように制動させるパーキングマグネットと、前記回転子の位置および速度を検出するために、前記回転子の回転の際に前記リング状マグネットとの間で発生する磁界の変化を感知するセンサ部と、前記固定子の一方側に取付けられ、前記パーキングマグネットと前記センサ部を支持するリテーナと、を含んで構成されることを特徴とする単相モータ。
- 前記回転子の極数は2個以上で、前記リング状マグネットのN極とS極の各々の極数は前記回転子の極数のn倍(nは自然数)であることを特徴とする請求項1に記載の単相モータ。
- 前記リング状マグネットは、前記回転子と一体に回転するように軸設された回転軸の端部に嵌められて固定されることを特徴とする請求項1に記載の単相モータ。
- 前記リング状マグネットは、前記回転軸との間にモールド形成されるモールド材によって前記回転軸に固定されることを特徴とする請求項3に記載の単相モータ。
- 前記リング状マグネットは、前記回転子の両側面のうちいずれか一方に積層されて固定されることを特徴とする請求項1に記載の単相モータ。
- 前記リテーナの両側端には固定子の一方側に形成された嵌合溝に嵌められる嵌合脚が各々形成されることを特徴とする請求項1に記載の単相モータ。
- 前記パーキングマグネットは前記リング状マグネットと半径方向に相互に対向するように配置されることを特徴とする請求項1に記載の単相モータ。
- 前記パーキングマグネットは前記リング状マグネットと軸方向に相互に対向するように配置されることを特徴とする請求項1に記載の単相モータ。
- 前記リテーナは前記固定子の上部に前記リング状マグネットを取り囲むように取付けられ、前記センサ部は前記リテーナに前記リング状マグネットと対向するように固定されることを特徴とする請求項1に記載の単相モータ。
- 前記センサ部は、前記リング状マグネットと半径方向に相互に対向するように配置されることを特徴とする請求項1に記載の単相モータ。
- 前記センサ部は、前記リング状マグネットと軸方向に相互に対向するように配置されることを特徴とする請求項1に記載の単相モータ。
- 前記センサ部は、ホール効果を利用して前記回転子の回転の際に前記リング状マグネットの極を感知するホールセンサからなることを特徴とする請求項1に記載の単相モータ。
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