JP5133765B2 - Internal magnet type motor and design method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、埋込磁石型モータ及びその設計方法に関するものである。 The present invention relates to an interior magnet type motor and a design method thereof.
従来、埋込磁石型モータは、ロータコアに軸方向に貫通する収容孔が周方向に複数形成されその各収容孔にそれぞれ磁石が配設されたロータを備える。
そして、このような埋込磁石型モータとしては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。この埋込磁石型モータにおけるロータコアの収容孔は、略径方向に延びる径方向収容孔と、径方向外側に凸となる略Ｖ字形状のＶ字収容孔とが、磁極数がＰ極に対して、それぞれＰ／２個形成されてなるとともにそれらが周方向に交互に形成されてなる。又、磁石は、前記径方向収容孔内に配設されるとともに、前記Ｖ字収容孔のＶ字を形成する各直線に対応した各磁石収容部内にそれぞれ配設される。そして、この埋込磁石型モータでは、径方向収容孔内に配設される磁石と、その周方向の一方に隣り合う磁石収容部内に配設される磁石とで１つの磁極が構成されるとともに、径方向収容孔内に配設される磁石と、その周方向の他方に隣り合う磁石収容部内に配設される磁石とで異なる１つの磁極が構成されるようになっている。
An example of such an embedded magnet type motor is disclosed in
ところで、上記した埋込磁石型モータ（特許文献１参照）等では、ステータに最適な回転磁界を発生させてロータを良好に回転駆動制御するために、ロータの回転位置（角度）を高精度に検出する必要があり、例えば、レゾルバを備えたものがある。しかしながら、レゾルバは構成が複雑であって高価であるとともに、ロータの回転位置（角度）を高精度に検出するためにロータと一体回転させるセンサロータの周方向の位置決めに高精度を要するという問題がある。又、例えば、レゾルバに換えて、ロータと一体回転するセンサ磁石と該センサ磁石の磁束を検出する磁気センサとを用いるものでも、ロータの回転位置（角度）を高精度に検出するためにロータと一体回転させるセンサ磁石の周方向の位置決めに高精度を要する等、レゾルバと同様の問題がある。 By the way, in the above-described embedded magnet type motor (see Patent Document 1) and the like, the rotational position (angle) of the rotor is set with high accuracy in order to generate an optimal rotating magnetic field in the stator and to control the rotor to rotate favorably. There is a need to detect, for example, one with a resolver. However, the resolver has a complicated structure and is expensive, and also requires a high accuracy for positioning the sensor rotor in the circumferential direction to rotate integrally with the rotor in order to detect the rotational position (angle) of the rotor with a high accuracy. is there. Further, for example, a sensor magnet that rotates integrally with the rotor and a magnetic sensor that detects the magnetic flux of the sensor magnet instead of the resolver may be used to detect the rotational position (angle) of the rotor with high accuracy. There is a problem similar to that of the resolver, for example, high accuracy is required for the circumferential positioning of the sensor magnet that rotates integrally.
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、簡単な構成で高精度にロータの回転位置を検出することができる埋込磁石型モータ及びその設計方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an embedded magnet type motor capable of detecting the rotational position of the rotor with high accuracy with a simple configuration and a design method thereof. It is to provide.
請求項１に記載の発明では、軸方向に貫通する収容孔が周方向に複数形成されたロータコアを有し、磁極数がＰ極となるように前記収容孔内に磁石が配設されたロータを備え、前記収容孔は、略径方向に延びる径方向収容孔と、径方向外側に凸となる略Ｖ字形状のＶ字収容孔とが、それぞれＰ／２個形成されてなるとともにそれらが周方向に交互に形成されてなり、前記磁石は、前記径方向収容孔内に配設されるとともに、前記Ｖ字収容孔のＶ字を形成する各直線に対応した各磁石収容部内にそれぞれ配設され、前記径方向収容孔内に配設される前記磁石と、その周方向の一方に隣り合う前記磁石収容部内に配設される前記磁石とで１つの磁極が構成されるとともに、前記径方向収容孔内に配設される前記磁石と、その周方向の他方に隣り合う前記磁石収容部内に配設される前記磁石とで異なる１つの磁極が構成される埋込磁石型モータであって、前記ロータの軸方向の漏れ磁束を検出する回転検出用の磁気センサを、前記ロータの軸方向端面に対向して配置するとともに、前記Ｖ字収容孔を構成する一対の磁石収容部内の前記磁石間で検出する磁束の極が１回のみ反転する径方向外側領域に配置し、その径方向外側領域は磁気飽和領域である。 According to the first aspect of the present invention, the rotor includes a rotor core in which a plurality of housing holes penetrating in the axial direction are formed in the circumferential direction, and a magnet is disposed in the housing hole so that the number of magnetic poles is P. Each of the housing holes is formed by forming P / 2 of a radial housing hole extending in a substantially radial direction and a substantially V-shaped housing hole projecting outward in the radial direction. The magnets are alternately formed in the circumferential direction, and the magnets are disposed in the radial accommodating holes and are disposed in the magnet accommodating portions corresponding to the straight lines forming the V-shapes of the V-shaped accommodating holes. And the magnet disposed in the radial accommodation hole and the magnet disposed in the magnet accommodation portion adjacent to one of the circumferential directions constitute one magnetic pole, and the diameter Adjacent to the magnet disposed in the direction accommodation hole and the other in the circumferential direction An embedded magnet type motor in which one magnetic pole different from the magnet disposed in the magnet housing portion is configured, and a magnetic sensor for detecting rotation that detects a leakage magnetic flux in an axial direction of the rotor, It is arranged opposite to the axial end surface of the rotor, and is arranged in a radially outer region in which the magnetic pole detected between the magnets in the pair of magnet housing portions constituting the V-shaped housing hole is reversed only once . The radially outer region is a magnetic saturation region .
同構成によれば、回転検出用の磁気センサは、ロータの軸方向端面に対向して配置されるとともに、Ｖ字収容孔を構成する一対の磁石収容部内の磁石間で検出する磁束の極が１回のみ反転（ゼロクロス）する径方向外側領域に配置されるため、レゾルバやセンサ磁石を用いることなく、簡単な構成で高精度にロータの回転位置を検出することができる。 According to this configuration, the magnetic sensor for detecting rotation is disposed opposite to the end surface in the axial direction of the rotor, and the magnetic poles detected between the magnets in the pair of magnet housing portions constituting the V-shaped housing hole are provided. Since it is disposed in the radially outer region that is reversed only once (zero cross), the rotational position of the rotor can be detected with high accuracy with a simple configuration without using a resolver or a sensor magnet.
詳しくは、構成が複雑で高価なレゾルバを用いず、またロータの磁極を構成する磁石の磁束を用いて別途センサ磁石を用いないため、部品点数低減や小型化が可能となり、その構成が簡単となる。また、レゾルバのセンサロータやセンサ磁石をロータに対して高精度に位置決めする必要もないため、その位置決め作業等も含めて構成が簡単となる。そして、ロータの軸方向の漏れ磁束を検出する磁気センサは、Ｖ字収容孔を構成する一対の磁石収容部内の磁石間で検出する磁束の極が１回のみ反転する径方向外側領域に配置されるため、ロータの磁極毎に検出する磁束の極が反転（ゼロクロス）し、高精度にロータの回転位置を検出することができる。言い換えると、磁気センサが、前記一対の磁石収容部内の磁石間で検出する磁束の極が２回以上反転してしまう領域（前記径方向外側領域より径方向内側の領域（図４及び図５の実験結果参照））に配置されると、ロータの磁極の変わり目以外でも検出する磁束の極が反転（ゼロクロス）してしまうことになり、ロータの回転位置を検出することが困難となるが、これを回避でき、容易且つ高精度にロータの回転位置を検出することができる。よって、ステータに最適な回転磁界を発生させることができ、ロータを良好に回転駆動制御することができる。 Specifically, the configuration is complicated and expensive, and no separate sensor magnet is used with the magnetic flux of the magnets that make up the magnetic poles of the rotor, so the number of parts can be reduced and the configuration can be simplified. Become. Further, since it is not necessary to position the sensor rotor or sensor magnet of the resolver with high accuracy with respect to the rotor, the configuration including the positioning operation and the like becomes simple. The magnetic sensor for detecting the leakage magnetic flux in the axial direction of the rotor is disposed in the radially outer region where the magnetic pole detected between the magnets in the pair of magnet housing portions constituting the V-shaped housing hole is reversed only once. Therefore, the magnetic pole detected for each magnetic pole of the rotor is reversed (zero cross), and the rotational position of the rotor can be detected with high accuracy. In other words, the magnetic sensor detects a region in which the magnetic pole detected between the magnets in the pair of magnet housing portions is inverted twice or more (a region radially inward from the radially outer region (see FIGS. 4 and 5). If it is arranged in the experimental results)), the magnetic pole of the magnetic flux to be detected will be reversed (zero cross) other than at the transition of the magnetic pole of the rotor, making it difficult to detect the rotational position of the rotor. Thus, the rotational position of the rotor can be detected easily and with high accuracy. Therefore, an optimal rotating magnetic field can be generated in the stator, and the rotor can be driven and controlled satisfactorily.
請求項２に記載の発明では、軸方向に貫通する収容孔が周方向に複数形成されたロータコアを有し、磁極数がＰ極となるように前記収容孔内に磁石が配設されたロータを備え、前記収容孔は、略径方向に延びる径方向収容孔と、径方向外側に凸となる略Ｖ字形状のＶ字収容孔とが、それぞれＰ／２個形成されてなるとともにそれらが周方向に交互に形成されてなり、前記磁石は、前記径方向収容孔内に配設されるとともに、前記Ｖ字収容孔のＶ字を形成する各直線に対応した各磁石収容部内にそれぞれ配設され、前記径方向収容孔内に配設される前記磁石と、その周方向の一方に隣り合う前記磁石収容部内に配設される前記磁石とで１つの磁極が構成されるとともに、前記径方向収容孔内に配設される前記磁石と、その周方向の他方に隣り合う前記磁石収容部内に配設される前記磁石とで異なる１つの磁極が構成される埋込磁石型モータの設計方法であって、前記ロータの軸方向の漏れ磁束を検出可能な回転検出用の磁気センサを、前記ロータの軸方向端面に対向して配置するとともに、その径方向位置を変更してその径方向位置毎の特性を測定する測定工程と、前記測定工程の結果に基づいて、前記Ｖ字収容孔を構成する一対の磁石収容部内の前記磁石間で検出する磁束の極が１回のみ反転する径方向外側領域に前記磁気センサの位置を決定する位置決定工程とを備え、前記径方向外側領域は磁気飽和領域である。 According to a second aspect of the present invention, the rotor has a rotor core in which a plurality of housing holes penetrating in the axial direction are formed in the circumferential direction, and a magnet is disposed in the housing hole so that the number of magnetic poles becomes P poles. Each of the housing holes is formed by forming P / 2 of a radial housing hole extending in a substantially radial direction and a substantially V-shaped housing hole projecting outward in the radial direction. The magnets are alternately formed in the circumferential direction, and the magnets are disposed in the radial accommodating holes and are disposed in the magnet accommodating portions corresponding to the straight lines forming the V-shapes of the V-shaped accommodating holes. And the magnet disposed in the radial accommodation hole and the magnet disposed in the magnet accommodation portion adjacent to one of the circumferential directions constitute one magnetic pole, and the diameter Adjacent to the magnet disposed in the direction accommodation hole and the other in the circumferential direction A method for designing an embedded magnet type motor in which one magnetic pole different from the magnet disposed in the magnet housing portion is configured, and a rotation detecting magnetism capable of detecting a leakage magnetic flux in an axial direction of the rotor A sensor is disposed opposite to the axial end face of the rotor, and a measurement step for changing the radial position and measuring a characteristic for each radial position, and a result of the measurement step, the V and a position determination step of the magnetic flux of the poles detected between the magnets in the pair of magnet containing portion constituting a shape accommodating holes to determine the position of the magnetic sensor in the radial direction outer region which inverts only once, the radial The outer region is a magnetic saturation region .
同発明によれば、測定工程にて、ロータの軸方向の漏れ磁束を検出可能な回転検出用の磁気センサが、ロータの軸方向端面に対向して配置されるとともに、その径方向位置が変更されてその径方向位置毎の特性が測定される。そして、位置決定工程にて、前記測定工程の結果に基づいて、Ｖ字収容孔を構成する一対の磁石収容部内の磁石間で検出する磁束の極が１回のみ反転する径方向外側領域に磁気センサの位置が決定される。よって、容易に請求項１に記載の埋込磁石型モータを設計することができる。
According to the invention, in the measurement process, the rotation detecting magnetic sensor capable of detecting the leakage magnetic flux in the axial direction of the rotor is arranged to face the axial end surface of the rotor, and the radial position thereof is changed. Then, the characteristic for each radial position is measured. Then, in the position determination step, based on the result of the measurement step, the magnetic poles detected between the magnets in the pair of magnet housing portions constituting the V-shaped housing hole are magnetized in the radially outer region where the magnetic pole is reversed only once The position of the sensor is determined. Therefore, the interior magnet type motor according to
本発明によれば、簡単な構成で高精度にロータの回転位置を検出することができる埋込磁石型モータ及びその設計方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the interior magnet type motor which can detect the rotation position of a rotor with a simple structure with high precision, and its design method can be provided.
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図１〜図６に従って説明する。
図１に示すように、埋込磁石型モータのモータケース１は、有底筒状に形成されたヨーク２と、該ヨーク２の開口部を閉塞するエンドプレート３とからなる。ヨーク２の内周面にはステータ４が固定されている。
Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, a
ステータ４は、図２に示すように、全体的に略円筒状に形成され、外形を形成する円筒部５の内周面から周方向等角度間隔で軸中心に向かって延びるように形成された複数のティース６を有したステータコア７と、各ティース６にインシュレータ（図２中、図示略）を介して集中巻にて巻回された巻線８（図２中、一部のみ２点鎖線で図示）とを備える。尚、本実施の形態では、ティース６は、１２個形成されている。
As shown in FIG. 2, the
そして、ステータ４の内側には、ロータ１１が配設されている。ロータ１１は回転軸１２を有し、回転軸１２は、図１に示すように、ヨーク２の底部及びエンドプレート３に設けられた軸受け１３，１４により回転可能に支持されている。又、ロータ１１は、図２に示すように、前記回転軸１２に対して固定（外嵌）されるロータコア１５と、ロータコア１５に形成された収容孔（径方向収容孔１５ａ及びＶ字収容孔１５ｂ）内に配設される磁石１６，１７とを備える。尚、ロータ１１における磁極数はＰ極であって本実施の形態では８極に設定されている。
A
ロータコア１５は、略円盤状のコアシートが軸方向に積層されることで略円筒状に形成され、各コアシートに形成された軸方向に貫通する締結用孔１８（図２参照）を貫通する締結部材としてのリベット１９によって締結固定されている。又、ロータコア１５において磁石１６，１７を内部に収容すべく軸方向に貫通する収容孔は、径方向に延びる径方向収容孔１５ａと、径方向外側に凸となる略Ｖ字形状のＶ字収容孔１５ｂとが、それぞれＰ／２個であって本実施の形態では（８／２＝）４個ずつ形成されてなるとともにそれらが周方向に交互であって等角度間隔に形成されてなる。
The
径方向収容孔１５ａの径方向外側端部には、軸方向から見た（径方向の直交方向の）幅が他の部分（径方向収容孔１５ａ内に配設される前記磁石１６の幅）より大きく設定された大幅部１５ｃが軸方向全体に（貫通するように）形成されている。又、径方向収容孔１５ａの径方向外側において大幅部１５ｃの径方向内側には、磁石１６の径方向外側への移動を規制すべく軸方向から見た（径方向の直交方向の）幅が他の部分より小さくなるように径方向の直交方向に突出した突出部１５ｄが軸方向全体に形成されている。この突出部１５ｄは、周方向両側から一対、同じ量だけ（多くとも互いに当接しない量だけ）突出して形成されている。
At the radially outer end of the
Ｖ字収容孔１５ｂは、そのＶ字を形成する２つの直線に対応した一対の磁石収容部１５ｅを備える。本実施の形態の一対の磁石収容部１５ｅは、径方向外側ほど周方向の間隔が近くなるが径方向外側端部でも互いに連通しないようにそれぞれ独立した（軸方向に貫通する）孔として形成されている。又、Ｖ字収容孔１５ｂの径方向外側端部、即ち各磁石収容部１５ｅの径方向外側端部には、前記磁石１７が配置されないＶ字側空隙１５ｆが形成されている。本実施の形態のＶ字側空隙１５ｆは、軸方向から見た幅が他の部分（磁石１７を収容する部分）と略同じとなるように形成されている。又、磁石収容部１５ｅの径方向外側においてＶ字側空隙１５ｆの径方向内側には、磁石１７の径方向外側（Ｖ字側空隙１５ｆ）への移動を規制すべく軸方向から見た幅が他の部分より小さくなるように突出したＶ字側突出部１５ｇが形成されている。このＶ字側突出部１５ｇは、一対の磁石収容部１５ｅの対向する側からそれぞれ離間する側へ同じ量だけ突出して形成されている。
The V-
又、本実施の形態における磁石収容部１５ｅの径方向内側端部は、軸方向から見て、径方向収容孔１５ａの側部、詳しくは径方向収容孔１５ａの径方向内側において径方向の直交方向を向いた辺（内壁面）と対向するように形成されている。そして、径方向収容孔１５ａと磁石収容部１５ｅ間における径方向内側には内側ブリッジ部１５ｈが形成されている。又、本実施の形態における内側ブリッジ部１５ｈの軸方向から見た幅は径方向に沿って一定となるように形成されている。尚、これは、磁石収容部１５ｅの径方向内側端部に軸方向から見て略三角形状の（磁石１７が配置されない）延設部１５ｉが延設されることで実現されている。又、上記形状のロータコア１５には、径方向収容孔１５ａの径方向外側（大幅部１５ｃ）とロータコア１５の外周面との間に外側ブリッジ部１５ｊが形成され、Ｖ字収容孔１５ｂにおける磁石収容部１５ｅの径方向外側（Ｖ字側空隙１５ｆ）とロータコア１５の外周面との間に外側ブリッジ部１５ｋが形成されることになる。又、上記形状のロータコア１５には、一対の磁石収容部１５ｅ間における径方向外側に径方向に延びる（前記外側ブリッジ部１５ｋと繋がる）収容部間ブリッジ部１５ｌが形成されることになる。
Also, the radially inner end of the
そして、前記径方向収容孔１５ａ内と前記磁石収容部１５ｅ内には、それぞれ略直方体形状の磁石１６，１７が配設される。
上記のように構成されるロータ１１では、径方向収容孔１５ａ内に配設される磁石１６と、その周方向の一方（図２中、時計回り方向）に隣り合う磁石収容部１５ｅ内に配設される磁石１７とで１つの磁極（例えばＳ極）が構成されるとともに、径方向収容孔１５ａ内に配設される磁石１６と、その周方向の他方（図２中、反時計回り方向）に隣り合う磁石収容部１５ｅ内に配設される磁石１７とで異なる１つの磁極（例えばＮ極）が構成されている。
Then, substantially
In the
又、図１に示すように、前記エンドプレート３において、ロータ１１の軸方向端面（図１中、左側端面）に対向する位置には、ロータ１１の軸方向の漏れ磁束を検出するための回転検出用の磁気センサとしてのホールＩＣ２１が基板２２を介して配設されている。このホールＩＣ２１は、ロータ１１の回転位置（角度）を検出するためのものであって、ひいては、ステータ４に最適な回転磁界を発生させてロータ１１を良好に回転駆動制御するためのものである。
Further, as shown in FIG. 1, in the end plate 3, the rotation for detecting the leakage magnetic flux in the axial direction of the
ここで、ホールＩＣ２１は、図２及び図３に示すように、前記Ｖ字収容孔１５ｂを構成する一対の磁石収容部１５ｅ内の前記磁石１７間（周方向の間）で検出する磁束の極が１回のみ反転（ゼロクロス）する径方向外側領域Ｈ（図３参照）に配置されている。
Here, as shown in FIGS. 2 and 3, the
本実施の形態では、ホールＩＣ２１の径方向の位置は、以下に記載する埋込磁石型モータの設計方法にて決定されている。即ち、埋込磁石型モータの設計方法は、「測定工程」と「位置決定工程」とを備えている。
In the present embodiment, the radial position of the
まず「測定工程」では、ホールＩＣ２１を、ロータ１１の軸方向端面に対向して配置するとともに、その径方向位置を変更してその径方向位置毎の特性を測定する（図４〜図６参照）。詳しくは、本実施の形態では、図４に示すように、ホールＩＣ２１ａ〜２１ｈの位置を、ロータ１１の径方向内側から径方向外側まで順次変更するとともに、図５及び図６に示すように、その径方向位置（ホールＩＣ２１ａ〜２１ｈ）毎の回転角度−磁束密度特性Ｚａ〜Ｚｈを測定する。
First, in the “measuring step”, the
そして、「位置決定工程」では、前記「測定工程」の結果（図５及び図６参照）に基づいて、前記一対の磁石収容部１５ｅ内の磁石１７間で検出する磁束の極が１回のみ反転（ゼロクロス）する径方向外側領域Ｈを特定し、その径方向外側領域ＨにホールＩＣ２１の位置を決定する。詳しくは、本実施の形態では、図６に示すように、回転角度−磁束密度特性Ｚｆ〜Ｚｈが、前記磁石１７間で検出する磁束の極が１回のみ反転（ゼロクロス）するため、図４に示すホールＩＣ２１ｆからホールＩＣ２１ｈまでの径方向位置を前記径方向外側領域Ｈとして特定し、図３に示すように、ホールＩＣ２１の位置を（回転角度−磁束密度特性Ｚｇに対応した径方向外側領域Ｈの前記ホールＩＣ２１ｇの位置に）決定している。ホールＩＣ２１（２１ｇ）の位置を具体的に言うと、Ｖ字収容孔１５ｂを構成する一対の磁石収容部１５ｅ内の磁石１７同士が最も近づく点同士を結ぶ線Ｌ（図４参照）の直ぐ径方向内側の位置であり、前記締結用孔１８及び前記リベット１９から大きく離間した位置である。尚、本実施の形態では、図５に示すように、回転角度−磁束密度特性Ｚａ〜Ｚｅが、前記磁石１７間で検出する磁束の極が２回以上反転（ゼロクロス）してしまうため、図４に示すホールＩＣ２１ａからホールＩＣ２１ｅまでの径方向位置が前記径方向外側領域Ｈに含まれない径方向内側の領域として特定される。
In the “position determination step”, based on the result of the “measurement step” (see FIGS. 5 and 6), the magnetic pole detected between the
又、ここで、前記径方向外側領域Ｈは、Ｖ字収容孔１５ｂを構成する一対の磁石収容部１５ｅ内の前記磁石１７間において無通電時の磁束密度が高い（径方向外側の）領域であって磁気飽和する領域と対応している（図示しない実験結果より）。即ち、前記径方向外側領域Ｈは、言い換えると、無通電時高磁束密度領域であって磁気飽和領域と言える。
In addition, here, the radially outer region H is a region where the magnetic flux density at the time of non-energization is high (radially outside) between the
又、前記径方向外側領域Ｈは、Ｖ字収容孔１５ｂを構成する一対の磁石収容部１５ｅ内の磁石１７同士の対向する側を半分に分ける中心Ｘ（図３及び図４参照）より径方向外側の領域と対応している。
Further, the radially outer region H is a radial direction from the center X (see FIGS. 3 and 4) that divides the opposing sides of the
又、本実施の形態では、図３に示すように、前記締結用孔１８及び前記リベット１９が、前記径方向外側領域Ｈの径方向内側端部（前記中心Ｘを通る円（図３中、２点鎖線の円弧）のすぐ内側）に隣接して配置されている。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the
次に、上記実施の形態の特徴的な作用効果を以下に記載する。
（１）ホールＩＣ２１は、ロータ１１の軸方向端面に対向して配置されるとともに、Ｖ字収容孔１５ｂを構成する一対の磁石収容部１５ｅ内の磁石１７間で検出する磁束の極が１回のみ反転（ゼロクロス）する径方向外側領域Ｈに配置されるため、レゾルバやセンサ磁石を用いることなく、簡単な構成で高精度にロータ１１の回転位置（角度）を検出することができる。
Next, characteristic effects of the above embodiment will be described below.
(1) The
詳しくは、構成が複雑で高価なレゾルバを用いず、またロータ１１の磁極を構成する磁石１６，１７の磁束を用いて別途センサ磁石を用いないため、部品点数低減や小型化が可能となり、その構成が簡単となる。また、レゾルバのセンサロータやセンサ磁石をロータに対して高精度に位置決めする必要もないため、その位置決め作業等も含めて構成が簡単となる。そして、ロータ１１の軸方向の漏れ磁束を検出するホールＩＣ２１は、Ｖ字収容孔１５ｂを構成する一対の磁石収容部１５ｅ内の磁石１７間で検出する磁束の極が１回のみ反転（ゼロクロス）する径方向外側領域Ｈに配置されるため、ロータ１１の磁極（Ｎ極、Ｓ極）毎に検出する磁束の極が反転（ゼロクロス）し、高精度にロータ１１の回転位置（角度）を検出することができる。言い換えると、ホールＩＣ２１が、前記一対の磁石収容部１５ｅ内の磁石１７間で検出する磁束の極が２回以上反転してしまう領域（前記径方向外側領域Ｈより径方向内側の領域（図４に示すホールＩＣ２１ａからホールＩＣ２１ｅまで）に配置されると、ロータ１１の磁極の変わり目以外でも検出する磁束の極が反転（ゼロクロス）してしまう（図５参照）ことになり、ロータ１１の回転位置を検出することが困難となるが、これを回避でき、容易且つ高精度にロータ１１の回転位置を検出することができる。よって、ステータ４に最適な回転磁界を発生させることができ、ロータ１１を良好に回転駆動制御することができる。
Specifically, since a complicated and expensive resolver is not used, and since no separate sensor magnet is used using the magnetic fluxes of the
（２）前記径方向外側領域Ｈは無通電時の磁束密度が高い領域であって磁気飽和する領域と対応しており、この磁気飽和領域に締結用孔１８及びリベット１９を配置するとコギングトルクやトルクリップルに悪影響を及ぼす虞があるが、径方向外側領域Ｈ（磁気飽和領域）の径方向内側端部に隣接して配置したため、これが回避される。しかも、前記径方向外側領域Ｈの径方向内側端部に隣接して配置されることで、締結用孔１８及びリベット１９が（上記効果を得ながら）極力径方向外側に配置されることになり、ロータコア１５の機械的強度を極力高くすることができる。
(2) The radially outer region H corresponds to a magnetic saturation region where the magnetic flux density is high when no current is applied. If the
上記実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、ホールＩＣ２１の位置を、回転角度−磁束密度特性Ｚｇに対応した位置であって、図４に示すホールＩＣ２１ｇの位置に決定して配置したが、前記径方向外側領域Ｈの他の位置（例えば、図４に示すホールＩＣ２１ｆ，２１ｈの位置）に変更してもよい。尚、ホールＩＣ２１ｆの位置を具体的に言うと、前記締結用孔１８及び前記リベット１９の直ぐ径方向外側の位置であり、Ｖ字収容孔１５ｂを構成する一対の磁石収容部１５ｅ内の磁石１７同士が最も近づく点同士を結ぶ線Ｌ（図４参照）から大きく離間した位置である。又、ホールＩＣ２１ｈの位置を具体的に言うと、Ｖ字収容孔１５ｂを構成する一対の磁石収容部１５ｅ内の磁石１７同士が最も近づく点同士を結ぶ線Ｌ（図４参照）の直ぐ径方向外側の位置である。
The above embodiment may be modified as follows.
In the above embodiment, the position of the
又、ホールＩＣ２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ毎の回転角度−磁束密度特性Ｚｆ，Ｚｇ，Ｚｈを図６から考察すると、ホールＩＣが最も径方向外側に配置されたときの回転角度−磁束密度特性Ｚｈが、磁束の極が反転（ゼロクロス）する付近で最も急激に変化する（傾斜が大きい）ため、磁極が明確に判別でき、回転位置の検出に最も適している。
Further, considering the rotation angle-magnetic flux density characteristics Zf, Zg, Zh for each of the
・上記実施の形態では、締結用孔１８及びリベット１９を径方向外側領域Ｈ（磁気飽和領域）の径方向内側端部に隣接して配置したが、これに限定されず、他の位置に配置してもよい。又、リベット１９は、勿論、ボルトとナット等の他の締結部材に変更してもよい。又、上記実施の形態では、ロータコア１５は略円盤状のコアシートが軸方向に積層されることで略円筒状に形成されるものとしたが、コアシートを用いない、例えば、磁性粉体を焼結した焼結コアとしてもよく、この場合、コアシート同士を締結する締結部材は不要となる。
In the above embodiment, the
・上記実施の形態では、「測定工程」で、ホールＩＣ２１の径方向位置を変更してその径方向位置毎の特性を測定し、「位置決定工程」で、「測定工程」の結果（図５及び図６参照）に基づいて、前記径方向外側領域Ｈを特定し、その径方向外側領域ＨにホールＩＣ２１の位置を決定するとしたが、他の方法でホールＩＣ２１の位置を決定してもよい。
In the above embodiment, in the “measurement step”, the radial position of the
例えば、前記径方向外側領域Ｈは、Ｖ字収容孔１５ｂを構成する一対の磁石収容部１５ｅ内の磁石１７間において無通電時の磁束密度が高い（径方向外側の）領域であって磁気飽和する領域と対応していることから、上記実施の形態の「測定工程」等を行わずに、ホールＩＣ２１の位置を、Ｖ字収容孔１５ｂを構成する一対の磁石収容部１５ｅ内の磁石１７間の無通電時高磁束密度領域又は磁気飽和領域に決定して、配置してもよい。
For example, the radially outer region H is a region having a high magnetic flux density (outside in the radial direction) when no current is applied between the
又、例えば、前記径方向外側領域Ｈは、Ｖ字収容孔１５ｂを構成する一対の磁石収容部１５ｅ内の磁石１７同士の対向する側を半分に分ける中心Ｘ（図３及び図４参照）より径方向外側の領域と対応していることから、上記実施の形態の「測定工程」等を行わずに、ホールＩＣ２１の位置を、Ｖ字収容孔１５ｂを構成する一対の磁石収容部１５ｅ内の磁石１７同士の対向する側を半分に分ける中心Ｘ（図３及び図４参照）より径方向外側の領域に決定して、配置してもよい。
Further, for example, the radially outer region H is from a center X (see FIGS. 3 and 4) that divides the opposing sides of the
・上記実施の形態では、径方向収容孔１５ａの径方向外側端部に大幅部１５ｃが形成されるとしたが、これに限定されず、大幅部１５ｃが形成されていない径方向収容孔に変更し、その径方向収容孔の径方向外側端部まで磁石を設けてもよい。
In the above-described embodiment, the large portion 15c is formed at the radially outer end of the
・上記実施の形態では、Ｖ字収容孔１５ｂ（磁石収容部１５ｅ）の径方向外側端部にＶ字側空隙１５ｆが形成されとしたが、これに限定されず、Ｖ字側空隙１５ｆが形成されていないＶ字収容孔（磁石収容部）に変更し、そのＶ字収容孔（磁石収容部）の径方向外側端部まで磁石を設けてもよい。
In the above embodiment, the V-shaped
・上記実施の形態では、Ｖ字収容孔１５ｂを構成する一対の磁石収容部１５ｅは、径方向外側端部が互いに連通しないようにそれぞれ独立した（軸方向に貫通する）孔として形成されるとしたが、これに限定されず、磁石収容部１５ｅの径方向外側同士を連通する頂部を有するように（１つの繋がった孔として）形成してもよい。尚、この場合、前記収容部間ブリッジ部１５ｌがなくなることになる。
-In said embodiment, when a pair of
・上記実施の形態では、磁石収容部１５ｅの径方向内側と径方向収容孔１５ａとの間に形成される内側ブリッジ部１５ｈの軸方向から見た幅が径方向に沿って一定とされるとしたが、これに限定されず、内側ブリッジ部１５ｈの軸方向から見た幅が径方向に沿って変化するように変更してもよい。例えば、上記実施の形態の延設部１５ｉを形成せず、内側ブリッジ部１５ｈを磁石１７の（径方向内側の）長手方向端部に当接するような軸方向から見て略三角形状のものとしてもよい。
In the above embodiment, when the width viewed from the axial direction of the
・上記実施の形態では、ロータコア１５は、大幅部１５ｃや突出部１５ｄが軸方向全体に形成されるとしたが、これに限定されず、軸方向の一部のみに大幅部１５ｃや突出部１５ｄが形成されたロータコアに変更してもよい。
In the above embodiment, the
・上記実施の形態では、磁石収容部１５ｅは、軸方向から見て直線状であってその幅が一定とされ、磁石収容部１５ｅ内に配設される磁石１７は、略直方体形状とされるとしたが、これに限定されず、磁石収容部及び磁石の軸方向から見た形状や幅等を変更してもよい。即ち、Ｖ字収容孔の略Ｖ字形状とは、Ｖ字を形成する各直線（一対の直線）がそれぞれ湾曲しているものや、直線の幅が一定ではないもの等を含む形状であって、Ｖ字収容孔のＶ字を形成する各直線に対応した各磁石収容部は、前記直線に対して湾曲しているものや、幅が一定とされていないものを含む。
-In above-mentioned embodiment, the
・上記実施の形態の磁石１６，１７及びロータコア１５を軸方向に分割し、それらを周方向にずらして配設してもよい。このようにすると、ステータ４とロータ１１間での急激な磁束の流れ（変化）を低減することができコギングトルク及びトルクリップルを低減することができる。
The
・上記実施の形態のティース６の数や磁極数（磁石１６，１７）の数等は、他の数に変更してもよい。
上記各実施の形態から把握できる技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。
The number of
The technical idea that can be grasped from the above embodiments will be described below together with the effects thereof.
（イ）請求項１に記載の埋込磁石型モータにおいて、前記ロータコアは、複数のコアシートが軸方向に積層されてなるとともに、前記コアシートに形成された軸方向に貫通する締結用孔を貫通する締結部材によって締結固定されたものであって、前記締結用孔及び前記締結部材は、前記径方向外側領域の径方向内側端部に隣接して配置されたことを特徴とする埋込磁石型モータ。
(A) In the embedded magnet type motor according to
同構成によれば、前記径方向外側領域は無通電時の磁束密度が高い（径方向外側の）領域であって磁気飽和する領域と対応しており、この磁気飽和領域に締結用孔及び締結部材を配置するとコギングトルクやトルクリップルに悪影響を及ぼす虞があるが、径方向外側領域（磁気飽和領域）の径方向内側端部に隣接して配置されるため、これが回避される。しかも、前記径方向外側領域の径方向内側端部に隣接して配置されることで、締結用孔及び締結部材が（上記効果を得ながら）極力径方向外側に配置されることになり、ロータコアの機械的強度を極力高くすることができる。 According to this configuration, the radially outer region corresponds to a region where the magnetic flux density is high when no current is applied (outside in the radial direction) and magnetically saturates. If the member is disposed, the cogging torque and the torque ripple may be adversely affected, but this is avoided because the member is disposed adjacent to the radially inner end of the radially outer region (magnetic saturation region). In addition, by being disposed adjacent to the radially inner end of the radially outer region, the fastening hole and the fastening member are disposed on the radially outer side as much as possible (while obtaining the above effects), and the rotor core The mechanical strength of can be increased as much as possible.
（ロ）前記ロータの軸方向の漏れ磁束を検出する回転検出用の磁気センサを、前記ロータの軸方向端面に対向して配置するとともに、前記Ｖ字収容孔を構成する一対の前記磁石収容部内の前記磁石間の無通電時高磁束密度領域又は磁気飽和領域に配置したことを特徴とする埋込磁石型モータ。 (B) A rotation detecting magnetic sensor for detecting the leakage magnetic flux in the axial direction of the rotor is arranged opposite to the axial end surface of the rotor, and in the pair of magnet housing portions constituting the V-shaped housing hole. An embedded magnet type motor characterized by being disposed in a high magnetic flux density region or a magnetic saturation region when no current is applied between the magnets.
同構成によれば、前記無通電時高磁束密度領域及び前記磁気飽和領域は、前記径方向外側領域と対応している（実験結果より）ため、請求項１に記載の発明の効果と同様の効果を得ることができる。
According to the same configuration, the high magnetic flux density region and the magnetic saturation region during non-energization correspond to the radially outer region (from experimental results), and thus have the same effect as the invention according to
（ハ）前記ロータの軸方向の漏れ磁束を検出する回転検出用の磁気センサを、前記ロータの軸方向端面に対向して配置するとともに、前記Ｖ字収容孔を構成する一対の前記磁石収容部内の磁石同士の対向する側を半分に分ける中心より径方向外側の領域に配置したことを特徴とする埋込磁石型モータ。 (C) A rotation-detecting magnetic sensor for detecting a leakage magnetic flux in the axial direction of the rotor is disposed opposite to the end surface in the axial direction of the rotor, and in the pair of magnet accommodating portions constituting the V-shaped accommodating hole. An embedded magnet type motor characterized in that the magnet is disposed in a region radially outward from the center where the opposing sides of the magnets are divided in half.
同構成によれば、前記Ｖ字収容孔を構成する一対の前記磁石収容部内の磁石同士の対向する側を半分に分ける中心より径方向外側の領域は、前記径方向外側領域と対応している（実験結果より）ため、請求項１に記載の発明の効果と同様の効果を得ることができる。
According to this configuration, the radially outer region from the center that divides the opposing sides of the magnets in the pair of magnet housing portions constituting the V-shaped housing hole in half corresponds to the radially outer region. Therefore, the same effect as that of the invention described in
１１…ロータ、１５…ロータコア、１５ａ…径方向収容孔、１５ｂ…Ｖ字収容孔、１５ｅ…磁石収容部、１６，１７……磁石、２１…ホールＩＣ（磁気センサ）、Ｈ…径方向外側領域。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記収容孔は、略径方向に延びる径方向収容孔と、径方向外側に凸となる略Ｖ字形状のＶ字収容孔とが、それぞれＰ／２個形成されてなるとともにそれらが周方向に交互に形成されてなり、
前記磁石は、前記径方向収容孔内に配設されるとともに、前記Ｖ字収容孔のＶ字を形成する各直線に対応した各磁石収容部内にそれぞれ配設され、
前記径方向収容孔内に配設される前記磁石と、その周方向の一方に隣り合う前記磁石収容部内に配設される前記磁石とで１つの磁極が構成されるとともに、前記径方向収容孔内に配設される前記磁石と、その周方向の他方に隣り合う前記磁石収容部内に配設される前記磁石とで異なる１つの磁極が構成される埋込磁石型モータであって、
前記ロータの軸方向の漏れ磁束を検出する回転検出用の磁気センサを、前記ロータの軸方向端面に対向して配置するとともに、前記Ｖ字収容孔を構成する一対の磁石収容部内の前記磁石間で検出する磁束の極が１回のみ反転する径方向外側領域に配置し、その径方向外側領域は磁気飽和領域であることを特徴とする埋込磁石型モータ。 It has a rotor core in which a plurality of housing holes penetrating in the axial direction are formed in the circumferential direction, and includes a rotor in which a magnet is disposed in the housing hole so that the number of magnetic poles becomes P poles,
The housing hole is formed by forming P / 2 radial housing holes extending in a substantially radial direction and substantially V-shaped housing holes protruding outward in the radial direction. Formed alternately,
The magnets are disposed in the radial accommodating holes and are disposed in the respective magnet accommodating portions corresponding to the respective straight lines forming the V shape of the V-shaped accommodating holes,
The magnet arranged in the radial accommodation hole and the magnet arranged in the magnet accommodation part adjacent to one of the circumferential directions constitute one magnetic pole, and the radial accommodation hole An embedded magnet type motor in which one magnetic pole is different between the magnet disposed in the magnet and the magnet disposed in the magnet housing portion adjacent to the other in the circumferential direction;
A magnetic sensor for detecting rotation that detects leakage magnetic flux in the axial direction of the rotor is disposed opposite to the end surface in the axial direction of the rotor, and between the magnets in the pair of magnet accommodating portions constituting the V-shaped accommodating hole. The embedded magnet type motor is characterized in that the pole of the magnetic flux detected in step 1 is disposed in a radially outer region where the magnetic pole is reversed only once , and the radially outer region is a magnetic saturation region .
前記収容孔は、略径方向に延びる径方向収容孔と、径方向外側に凸となる略Ｖ字形状のＶ字収容孔とが、それぞれＰ／２個形成されてなるとともにそれらが周方向に交互に形成されてなり、
前記磁石は、前記径方向収容孔内に配設されるとともに、前記Ｖ字収容孔のＶ字を形成する各直線に対応した各磁石収容部内にそれぞれ配設され、
前記径方向収容孔内に配設される前記磁石と、その周方向の一方に隣り合う前記磁石収容部内に配設される前記磁石とで１つの磁極が構成されるとともに、前記径方向収容孔内に配設される前記磁石と、その周方向の他方に隣り合う前記磁石収容部内に配設される前記磁石とで異なる１つの磁極が構成される埋込磁石型モータの設計方法であって、
前記ロータの軸方向の漏れ磁束を検出可能な回転検出用の磁気センサを、前記ロータの軸方向端面に対向して配置するとともに、その径方向位置を変更してその径方向位置毎の特性を測定する測定工程と、
前記測定工程の結果に基づいて、前記Ｖ字収容孔を構成する一対の磁石収容部内の前記磁石間で検出する磁束の極が１回のみ反転する径方向外側領域に前記磁気センサの位置を決定する位置決定工程とを備え、
前記径方向外側領域は磁気飽和領域であることを特徴とする埋込磁石型モータの設計方法。 It has a rotor core in which a plurality of housing holes penetrating in the axial direction are formed in the circumferential direction, and includes a rotor in which a magnet is disposed in the housing hole so that the number of magnetic poles becomes P poles,
The housing hole is formed by forming P / 2 radial housing holes extending in a substantially radial direction and substantially V-shaped housing holes protruding outward in the radial direction. Formed alternately,
The magnets are disposed in the radial accommodating holes and are disposed in the respective magnet accommodating portions corresponding to the respective straight lines forming the V shape of the V-shaped accommodating holes,
The magnet arranged in the radial accommodation hole and the magnet arranged in the magnet accommodation part adjacent to one of the circumferential directions constitute one magnetic pole, and the radial accommodation hole A design method of an embedded magnet type motor in which one magnetic pole is different between the magnet disposed in the magnet and the magnet disposed in the magnet housing portion adjacent to the other in the circumferential direction. ,
A rotation detecting magnetic sensor capable of detecting the leakage magnetic flux in the axial direction of the rotor is disposed opposite to the axial end surface of the rotor, and the radial position is changed so that the characteristics for each radial position are changed. Measuring process to measure,
Based on the result of the measuring step, the position of the magnetic sensor is determined in the radially outer region where the magnetic pole detected between the magnets in the pair of magnet housing portions constituting the V-shaped housing hole is reversed only once. and a position determination step of,
The method of designing an embedded magnet type motor, wherein the radially outer region is a magnetic saturation region .
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