JP6052994B2 - ロータ、及びブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、ロータ、及びブラシレスモータに関するものである。

ブラシレスモータのロータとしては、周方向に複数の爪状磁極をそれぞれ有して組み合わされる２つのロータコアと、それらの間に配置され軸方向に磁化された界磁磁石とを備え、各爪状磁極を交互に異なる磁極に機能させるいわゆる永久磁石界磁のランデル型構造のロータがある（例えば、特許文献１参照）。

そして、ブラシレスモータでは、ロータの回転位置（角度）が検出され、その回転位置に応じてステータの巻線に駆動電流が供給されることで回転磁界が発生され、その回転磁界によってロータが回転駆動される。

特開２０１２−１１５０８５号公報

ところで、ブラシレスモータにおいて、ロータの回転位置を検出する構成としては、例えば、周方向に交互に異なる磁極（Ｎ極とＳ極）を有するセンサ磁石をロータコアの軸方向に並設して設け、ステータ側に前記センサ磁石と軸方向に対向してその磁界を検出する磁気センサを設ける構成がある。

しかしながら、上記ロータでは、界磁磁石が軸方向に磁化されていることで、ロータコアからの軸方向の漏れ磁束がセンサ磁石からの磁束に重畳してしまい、磁気センサにて検出される検出信号のレベルが等ピッチで切り替わらずに、ロータの回転位置（角度）を高精度に検出できなくなるといった問題があった。尚、このことは、ステータの巻線に供給する駆動電流の最適なタイミングからのずれを生じさせ、ひいては出力低下や振動騒音の悪化を招く原因となる。

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、回転位置（角度）を高精度に検出することができるロータ、及びブラシレスモータを提供することにある。

上記課題を解決するロータは、それぞれ略円板状のコアベースの外周部に、等間隔に複数の爪状磁極が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成され、互いのコアベースが対向されつつ爪状磁極が周方向に交互に配置された第１及び第２ロータコアと、前記コアベース同士の軸方向の間に配置され、前記軸方向に磁化されることで、第１ロータコアの前記爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記第２ロータコアの前記爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石と、前記第１及び第２ロータコアと軸方向にずれた位置に設けられ、軸方向に磁化される方向が周方向に交互に異ならせられた環状のセンサ磁石とを備えたロータであって、前記センサ磁石は、その内径が前記コアベースの外径よりも大きく形成され且つ該センサ磁石の外径が前記第１及び第２ロータコアの外径よりも小さく形成されるとともに、前記爪状磁極に対向する側の磁極が該爪状磁極の磁極と一致するように設けられる。

同構成によれば、センサ磁石は、その内径がコアベースの外径よりも大きく形成されるとともに、爪状磁極に対向する側の磁極が該爪状磁極の磁極と一致するように設けられるため、爪状磁極からセンサ磁石への軸方向の漏れ磁束が抑えられる。これにより、センサ磁石の爪状磁極とは反対側の軸方向に設けられる磁気センサに対するセンサ磁石からの磁束が爪状磁極からの漏れ磁束の影響を受けることが抑えられ、ひいては磁気センサにてロータの回転位置（角度）を高精度に検出することが可能となる。

上記ロータにおいて、前記センサ磁石は、軸方向に磁化される方向が周方向に等角度間隔で異なり、前記爪状磁極に対向する側の磁極の各周方向中心が前記爪状磁極の各周方向中心と一致するように設けられることが好ましい。

同構成によれば、センサ磁石は、軸方向に磁化される方向が周方向に等角度間隔で異なり、爪状磁極に対向する側の磁極の各周方向中心が爪状磁極の各周方向中心と一致するように設けられるため、磁気センサにて検出される検出信号のレベルが等ピッチで切り替わるようにすることができる。

上記課題を解決するブラシレスモータは、上記ロータと、回転磁界を発生するステータと、前記センサ磁石の前記爪状磁極とは反対側の軸方向に対向して設けられた磁気センサとを備える。

同構成によれば、ブラシレスモータにおいて、上記効果を得ることができる。

本発明のロータ、及びブラシレスモータでは、回転位置（角度）を高精度に検出することができる。

一実施形態におけるブラシレスモータの断面図。 同形態におけるブラシレスモータの一部断面斜視図。 同形態におけるロータの一部平面図。 同形態におけるブラシレスモータの一部断面図。 別例におけるロータを説明するための断面図。 別例におけるロータを説明するための断面図。 別例におけるロータを説明するための断面図。 別例におけるロータを説明するための断面図。

以下、ブラシレスモータの一実施形態を図１〜図４に従って説明する。
図１に示すように、ブラシレスモータ１１のモータケース１２は、有底筒状に形成された筒状ハウジング１３と、該筒状ハウジング１３のフロント側（図１中、左側）の開口部を閉塞するフロントエンドプレート１４とを有している。

図１に示すように、筒状ハウジング１３の内周面にはステータ１６が固定されている。ステータ１６は、径方向内側に延びる複数（本実施形態では１２個）の集中巻用ティースとしてのティース１７ａを有する電機子コア１７と、電機子コア１７のティース１７ａにインシュレータ１８を介して巻回される巻線１９とを備えている。ステータ１６は、外部の制御回路Ｓから巻線１９に駆動電流が供給されることで回転磁界を発生する。

図１に示すように、ブラシレスモータ１１のロータ２１は回転軸２２を有し、ステータ１６の内側に配置されている。回転軸２２は非磁性体の金属シャフトであって、筒状ハウジング１３の底部１３ａ及びフロントエンドプレート１４に支持された軸受２３，２４により回転可能に支持されている。

図１及び図２に示すように、ロータ２１は、前記回転軸２２に外嵌される第１及び第２ロータコア３１，３２と、界磁磁石としての環状磁石３３とを備える。
第１ロータコア３１は、略円板状の第１コアベース３１ａの外周部に、等間隔に複数（本実施形態では４つ）の第１爪状磁極３１ｂが径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出して形成されている。

第２ロータコア３２は、第１ロータコア３１と同形状であって、略円板状の第２コアベース３２ａの外周部に、等間隔に複数の第２爪状磁極３２ｂが径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出して形成されている。そして、第２ロータコア３２は、各第２爪状磁極３２ｂが周方向に隣り合う第１爪状磁極３１ｂ間に配置されるようにして、且つ第１コアベース３１ａと第２コアベース３２ａとの軸方向の間に環状磁石３３が配置（挟持）されるようにして第１ロータコア３１に対して組み付けられている。尚、本実施形態では、第１及び第２コアベース３１ａ，３２ａは環状磁石３３に対してそれぞれ接着剤により固着されている。

環状磁石３３は、第１爪状磁極３１ｂを第１の磁極（本実施形態ではＮ極）として機能させ、第２爪状磁極３２ｂを第２の磁極（本実施形態ではＳ極）として機能させるように、軸方向に磁化されている。即ち、本実施形態のロータ２１は、界磁磁石としての環状磁石３３を用いた所謂ランデル型構造のロータである。ロータ２１は、Ｎ極となる４つの第１爪状磁極３１ｂと、Ｓ極となる４つの第２爪状磁極３２ｂとが周方向に交互に配置されており、極数が８極（極対数が４個）となる。すなわち、本実施形態では、ロータ２１の極数が「８」に設定され、ステータ１６のティース１７ａの数が「１２」に設定されている。

又、本実施形態のロータ２１は、第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂの径方向内側（背面）に設けられ、その部分の漏れ（短絡）磁束を抑えるべく径方向に磁化された背面補助磁石３４を備えている。

更に、本実施形態のロータ２１は、第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂ同士の周方向の各間に設けられ、その部分の漏れ磁束を抑えるべく周方向に磁化された極間磁石３５を備えている。

又、図１に示すように、ロータ２１には、略円板状のマグネット固定部材４１を介してセンサ磁石４２が設けられている。詳しくは、マグネット固定部材４１は、中央にボス部４１ａが形成された円板部４１ｂと、該円板部４１ｂの外縁から筒状に延びる筒部４１ｃとを有し、該筒部４１ｃの内周面及び円板部４１ｂの表面に当接するように環状のセンサ磁石４２が固着されている。そして、マグネット固定部材４１は、第１及び第２ロータコア３１，３２と軸方向にずれた位置であって、第１ロータコア３１と近い側で、そのボス部４１ａが回転軸２２に外嵌されている。言い換えると、本実施形態のマグネット固定部材４１（センサ磁石４２）は、第１ロータコア３１を第２ロータコア３２とで挟む位置で回転軸２２に固定されている。

そして、フロントエンドプレート１４において、センサ磁石４２と軸方向に対向する位置には磁気センサとしてのホールＩＣ４３が設けられている。言い換えると、ホールＩＣ４３は、センサ磁石４２を第１ロータコア３１とで挟む位置でフロントエンドプレート１４に固定されている。ホールＩＣ４３は、Ｎ極とＳ極の磁界を感知するとそれぞれＨレベルの検出信号とＬレベルの検出信号とを前記制御回路Ｓに出力する。

ここで、図３及び図４に示すように、前記センサ磁石４２は、その内径が前記第１及び第２コアベース３１ａ，３２ａ及び環状磁石３３の外径よりも大きく形成されるとともに、第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂに対向する側の磁極が該爪状磁極の磁極と一致するように設けられている。

詳しくは、センサ磁石４２は、軸方向に磁化される方向が周方向に交互に異ならせられたものであって、本実施形態では等角度（４５°）間隔で軸方向に磁化される方向が異ならせてある。尚、図３では、センサ磁石４２における紙面手前側の磁極をＮ，Ｓの符号を付して図示している。そして、図４に示すように、センサ磁石４２は、Ｎ極として機能する第１爪状磁極３１ｂと対向する周方向の位置では、該第１爪状磁極３１ｂに対向する側の磁極がＮ極で、対向しない側（図３中、紙面手前側）の磁極がＳ極となるように設けられている。又、センサ磁石４２は、Ｓ極として機能する第２爪状磁極３２ｂと対向する周方向の位置では、該第２爪状磁極３２ｂに対向する側の磁極がＳ極で、対向しない側の磁極がＮ極となるように設けられている。又、本実施形態のセンサ磁石４２は、第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂに対向する側の磁極の各周方向中心が、第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂの各周方向中心と一致するように設けられている。

次に、上記のように構成されたブラシレスモータ１１の作用について説明する。
制御回路Ｓから巻線１９に３相の駆動電流が供給されると、ステータ１６にて回転磁界が発生され、ロータ２１が回転駆動される。この際、ホールＩＣ４３と対向するセンサ磁石４２が回転することで、ホールＩＣ４３から出力される検出信号のレベルがロータ２１の回転角度（位置）に応じて切り替わり、その検出信号に基づいて制御回路Ｓから巻線１９に最適なタイミングで切り替わる３相の駆動電流が供給される。これにより、良好に回転磁界が発生され、ロータ２１が良好に連続して回転駆動される。

次に、上記実施の形態の特徴的な効果を以下に記載する。
（１）センサ磁石４２は、その内径が第１及び第２コアベース３１ａ，３２ａの外径よりも大きく形成されるとともに、第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂに対向する側の磁極が該爪状磁極の磁極と一致するように設けられるため、第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂからセンサ磁石４２への軸方向の漏れ磁束が抑えられる。これにより、ホールＩＣ４３に対するセンサ磁石４２からの磁束が第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂからの漏れ磁束の影響を受けることが抑えられ、ひいてはホールＩＣ４３にてロータ２１の回転位置（角度）を高精度に検出することが可能となる。

（２）センサ磁石４２は、軸方向に磁化される方向が周方向に等角度（４５°）間隔で異なり、第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂに対向する側の磁極の各周方向中心が第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂの各周方向中心と一致するように設けられる。これにより、ホールＩＣ４３にて検出される検出信号のレベルが等ピッチで切り替わるようにすることができる。

上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態の第１及び第２ロータコア３１，３２は、回転軸２２に外嵌されるものであって、単に第１及び第２コアベース３１ａ，３２ａの中央孔に回転軸２２が圧入される構成としたが、これに限定されず、コアベースの内周縁に回転軸２２が圧入される筒状のボス部を形成してもよい。

例えば、図５に示すように、変更してもよい。この例の第１及び第２コアベース３１ａ，３２ａの内周縁には、それぞれの爪状磁極（第１コアベース３１ａは第１爪状磁極３１ｂ、第２コアベース３２ａは第２爪状磁極３２ｂ）の軸方向に延出する方向と同じ方向、即ち相対向する方向に延出して回転軸２２が圧入される内延ボス部５１が形成されている。尚、この例では、環状磁石３３の内径が内延ボス部５１の外径と略同じに設定されて、内延ボス部５１同士間は空隙とされている。

このようにすると、軸方向の圧入範囲を広くすることができて第１及び第２ロータコア３１，３２を回転軸２２に強固に固定することができるとともに、反対方向（軸方向の外部方向）に延出したボス部を設けた場合に比べて、第１及び第２コアベース３１ａ，３２ａの外側にその配置スペースを必要としない。

又、例えば、図６に示すように、変更してもよい。この例では、上記別例（図５参照）における第１ロータコア３１の内延ボス部５１と第２ロータコア３２の内延ボス部５１との軸方向の間に漏れ磁束を抑制するための内補助磁石５２が設けられている。このようにすると、内延ボス部５１同士間での漏れ磁束が抑制され、モータ効率の低下を抑制することができる。尚、この内補助磁石５２は、フェライト磁石等でもよいし、ボンド磁石としてもよく、ボンド磁石とした場合、高い寸法精度を必要とすることなく内延ボス部５１に密着して設けることができる。

又、例えば、図７に示すように、変更してもよい。この例では、上記別例（図５参照）における第１ロータコア３１の内延ボス部５１と第２ロータコア３２の内延ボス部５１との軸方向の間に漏れ磁束を抑制するための内補助磁石としての内補助磁石部５３が環状磁石３３に一体成形されて設けられている。このようにすると、内延ボス部５１同士間での漏れ磁束が抑制され、モータ効率の低下を抑制することができる。

又、例えば、図８に示すように、変更してもよい。この例では、上記別例（図５参照）における内延ボス部５１の軸方向の突出量を抑えた内延ボス部５４を形成しつつ、第１及び第２コアベース３１ａ，３２ａの内周縁から内延ボス部５４の反対方向に突出した外延ボス部５５を形成している。

このようにすると、軸方向の圧入範囲を広くすることができて第１及び第２ロータコア３１，３２を回転軸２２に強固に固定することができるとともに、反対方向（軸方向の外部方向）に延出したボス部のみを設けた場合に比べて、第１及び第２コアベース３１ａ，３２ａの外側に必要となる配置スペースを小さくすることができる。又、同等の固定強度を得ながら、上記別例（図５参照）に比べて、内延ボス部５１同士の間隔を広くすることができ、内延ボス部５１同士間での漏れ磁束を低減することができる。

又、勿論、第１及び第２コアベース３１ａ，３２ａのいずれか一方にのみ上記した内延ボス部５１を形成したり、内延ボス部５１を設けずに軸方向の外部方向にのみ延出したボス部を設けてもよい。

・上記実施形態では、第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂの径方向内側に設けられ径方向に磁化された背面補助磁石３４を備えるとしたが、これに限定されず、背面補助磁石３４を備えていないロータに変更してもよい。

・上記実施形態では、第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂ同士の周方向の各間に設けられ周方向に磁化された極間磁石３５を備えるとしたが、これに限定されず、極間磁石３５を備えていないロータに変更してもよい。

上記実施形態から把握できる技術的思想を以下に記載する。
（イ）それぞれ略円板状のコアベースの外周部に、等間隔に複数の爪状磁極が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成され、互いのコアベースが対向されつつ爪状磁極が周方向に交互に配置された第１及び第２ロータコアと、前記コアベース同士の軸方向の間に配置され、前記軸方向に磁化されることで、第１ロータコアの前記爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記第２ロータコアの前記爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石とを備えたロータであって、前記コアベースの内周縁には、前記爪状磁極の軸方向に延出する方向と同じ方向に延出して回転軸が圧入される内延ボス部が形成されたことを特徴とするロータ。

同構成によれば、コアベースの内周縁には、爪状磁極の軸方向に延出する方向と同じ方向に延出して回転軸が圧入される内延ボス部が形成されるため、軸方向の圧入範囲を広くすることができて回転軸に強固に固定することができるとともに、反対方向に延出したボス部を設けた場合に比べて、コアベースの外側にその配置スペースを必要としない。

（ロ）上記（イ）に記載のロータにおいて、前記第１ロータコアの前記内延ボス部と前記第２ロータコアの前記内延ボス部との軸方向の間に漏れ磁束を抑制するための内補助磁石が設けられたことを特徴とするロータ。

同構成によれば、第１ロータコアの内延ボス部と第２ロータコアの内延ボス部との軸方向の間に漏れ磁束を抑制するための内補助磁石が設けられるため、内延ボス部同士間での漏れ磁束が抑制され、モータ効率の低下を抑制することができる。

１６…ステータ、２１…ロータ、３１…第１ロータコア、３１ａ…第１コアベース（コアベース）、３１ｂ…第１爪状磁極（爪状磁極）、３２…第２ロータコア、３２ａ…第２コアベース（コアベース）、３２ｂ…第２爪状磁極（爪状磁極）、３３…環状磁石（界磁磁石）、４２…センサ磁石、４３…ホールＩＣ４３（磁気センサ）。

Claims (3)

1. それぞれ略円板状のコアベースの外周部に、等間隔に複数の爪状磁極が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成され、互いのコアベースが対向されつつ爪状磁極が周方向に交互に配置された第１及び第２ロータコアと、
   前記コアベース同士の軸方向の間に配置され、前記軸方向に磁化されることで、第１ロータコアの前記爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記第２ロータコアの前記爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石と、
   前記第１及び第２ロータコアと軸方向にずれた位置に設けられ、軸方向に磁化される方向が周方向に交互に異ならせられた環状のセンサ磁石と
   を備えたロータであって、
   前記センサ磁石は、その内径が前記コアベースの外径よりも大きく形成され且つ該センサ磁石の外径が前記第１及び第２ロータコアの外径よりも小さく形成されるとともに、前記爪状磁極に対向する側の磁極が該爪状磁極の磁極と一致するように設けられたことを特徴とするロータ。
2. 請求項１に記載のロータにおいて、
   前記センサ磁石は、軸方向に磁化される方向が周方向に等角度間隔で異なり、前記爪状磁極に対向する側の磁極の各周方向中心が前記爪状磁極の各周方向中心と一致するように設けられたことを特徴とするロータ。
3. 請求項１又は２に記載のロータと、
   回転磁界を発生するステータと、
   前記センサ磁石の前記爪状磁極とは反対側の軸方向に対向して設けられた磁気センサと
   を備えたことを特徴とするブラシレスモータ。