JP3723544B2 - 単相モータ - Google Patents

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Description

【０００１】
【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)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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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