JP4077066B2 - 電動モータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は種々の制御用として好適な電動モータに関するものであり、さらに詳細には、耐ノイズ性に優れ、且つ小型の電動モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電機子巻線を固定子側に設け、回転子は高性能永久磁石で構成したブラシレス電動モータは公知である。この電動モータは、非接触形の位置検出器で回転子の位置を検出し、その位置に対応する固定子巻線に電流を流し、その電流値を制御することで回転制御を行なうようになっている。
また上記形式の非接触形電動モータを自動車用のディスクブレーキに組み込んだ小型電動式ブレーキも公知となっている（たとえばＰＣＴ出願国際公開番号ＷＯ／０３３０１参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記電動モータは、回転子の位置を検出する位置センサと、磁極を検出する磁極センサが必要とされるが、これらのセンサは、通常、電動モータを構成する固定子や回転子の側方、例えば回転子側のシャフトの軸受け部等に配置されているため、センサの部分がモータ本体よりも側方に飛び出す形状となり、電動モータを小型化する上での障害となっていた。また、センサがモータ本体の側方等に配置されるため、外部磁気ノイズの影響を受け易くなっており、このためノイズ対策としてわざわざセンサ周囲にシールド手段を設ける必要が生じ、構造が複雑になる等の問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、電動モータを構成する回転子の内部に、回転子の位置を検出する位置センサと、磁極を検出する磁極センサを設けることにより、特別なシールド手段を設けることなく耐ノイズ性を高め、さらにモータ全体の小型化を図ることができる電動モータを提供し、上記問題点を解決することを目的とする。
本発明は、回転子の内部にセンサを設けたため、従来の電動モータのように、固定子や回転子の側方にセンサを設けた場合に比較して電動モータを小型化することができ、さらに回転子の内部にセンサを設けたため、センサの周囲が磁性体で囲まれることになり、外部磁気ノイズに対する耐久性を増すことができる。
【０００５】
このため本発明が採用した技術解決手段は、
電動モータを構成する回転子に前記回転子３の軸心と同心に所定の幅を持った有底の円周溝４を形成し、該溝４内に回転子３とは分離された円筒状の支持体５を前記軸心と同心に配置し、前記円周溝内と前記支持体の何れか一方に磁極検出用の第１リング磁石１０と位置検出用の第２リング磁石１１を配置し、前記それぞれのリング磁石に対応した他側には第１、第２ホール素子１２、１３を配置して磁極センサ９および位置センサ８を構成し、さらに前記位置用センサ８を前記磁極センサ９よりも円周溝の奥側に配置したことを特徴とする電動モータである。
【０００６】
【実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明すると、図１は第１実施形態に係わる３相８極のブラシレス電動モータの概略断面構成図、図２は図１中のＡ−Ａ断面図、図３は図１中のＢ−Ｂ断面図図である。
【０００７】
図において、１はモータのケーシング１であり、このケーシング１内に回転シャフト２が回転自在に軸支されている。ケーシング１内の回転シャフト２には、電動モータの回転子３を形成する大径部３ａが形成されており、この大径部３ａには、シャフト２と同心でかつ所定の幅を持った有底状の円周溝４が形成されている。同円周溝４内には、ケーシング１に底部を固定した円筒状支持体５の自由端側の円筒部が入りこんで配置されており、円筒状支持体５の内周面６と、この内周面６に対向する円周溝４の内径外周面７には後述する位置センサ８、および磁極センサ９が配置される。
【０００８】
円筒状支持体５の内周面６に対向する円周溝４の内径外周面７には、開口側から奥に向かって磁極センサ９を構成する第１リング磁石１０と位置センサ８を構成する第２リング磁石１１が図示のように順に配置されており、一方、円筒状支持体５の内周面６には前記第１リング磁石１０に対応する位置に第１ホール素子１２が、また第２リング磁石１１に対応する位置に第２ホール素子１３が配置されている。
【０００９】
第１リング磁石１０は、本例の電動モータはＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相８極の電動モータであるため、図２に示すようにＮ、Ｓ極が交互に４個ずつ配置されており、また、この第１リング磁石１０に対応する第１ホール素子１２は図示の如くＵ相、Ｖ相、Ｗ相用として３個のホール素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃが配置されている。
第２リング磁石１１は位置検出用の機能を果たすために、図３に示すように、Ｎ、Ｓが交互に多数配置されており、また、この第２リング磁石１１に対応する第２ホール素子１３は図示の如くＡ相、Ｂ相用に２個のホール素子１３ａ、１３ｂが配置されている。なお、第２リング磁石１１の磁極の数が多いとそれだけ、位置検出の精度を上げることが可能である。
【００１０】
そして、前記第１リング磁石１０と第１ホール素子１２とによって磁極センサ９が、また第２リング磁石１１と第２ホール素子１３とによって位置センサ８が構成されている。これらのセンサは図示せぬリード線により外部制御回路と接続されている。
回転シャフト２の大径部３ａ外周には、図２に示す如く電動モータのトルク発生用の永久磁石１４が、磁極センサ９の第１リング磁石１０と磁極が対応するようにＳ、Ｎ極交互に４個ずつ配置されており、また、この永久磁石１４に対応して、ケーシング１にはコイル１５を巻回したステータヨーク（固定子）１６を形成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相が順に４個ずつ配置され、これらによって３相８極の電動モータが構成されている。
【００１１】
以上にように構成された電動モータの作動を説明すると、
本電動モータは従来公知の原理により回転し、この時、磁極センサ９は法線方向のみの磁気に反応するが、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相は、夫々に対応したホール素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃで制御されることになる。例えば、Ｕ相のホール素子はＮ極を検知するとＯＮとなり、Ｓ極を検知するとＯＦＦになるように制御され、他のホール素子も同様に対応する相に対してＯＮ、ＯＦＦ作動を行い、これらの制御によってモータの回転力を発生する。
【００１２】
また、位置センサ８は電動モータの回転位置と、回転方向を検出する。
具体的には、図３に示すようにＡ相用のホール素子からの出力信号と、Ｂ相用のホール素子からの出力信号は、図３に示すように、例えばホール素子の配置により９０°の位相のズレを以て出力されるが、この位相のズレの方向によって回転方向が検出され、また、Ｎ極、またはＳ極の数を検出することにより回転位置の検出を行うことができる。
【００１３】
なお、上述のようなホール素子によってモータの制御および位置、回転方向の検出を行う方法は従来から行われているものと同様である。
以上のように、本電動モータでは、磁極センサ９および位置センサ８を回転子３の内部に配置されたため、モータ全体の小型化を図ることができた。また、上記例では高い精度が要求される位置センサを、要求精度が小さい磁極センサよりも回転子の円周溝の奥に配置したため、耐ノイズ性を高めることができる。
【００１４】
つづいて、本発明の第２実施形態について図４を参照して説明する。なお図中の符号は第１実施形態の部材に対応している。
この実施形態は、第１リング磁極１０、第２リング磁極１１を回転子側大径部３ａの円周溝４の外径内周面１８に、またホール素子１２、１３を円筒状支持体５の外周面１７に取り付けた点で第１実施形態と相違しており、他の構成、作用は第１実施形態のものと同様であるので、それらの説明は省略する。
【００１５】
上記実施形態は３相８極の電動モータの回転子内に位置センサ、磁極センサを設けた例について述べたが、同様の構成は他の形式の電動モータにも適用できることは言うまでもなく、さらに、回転子内に配置する磁極センサ、位置センサの位置も必要に応じて変更できることは当然である。
【００１６】
【発明の効果】
以上詳細に述べた如く本発明によれば、電動モータの回転子の内部に磁極センサ、位置センサを配置したたため、従来の電動モータに比較して電動モータを小型化でき、さらにモータ内部にセンサを設けたため、センサの周囲が磁性体で囲まれることになり、特にシールド手段を設けることなく外部磁気ノイズに対する耐久性を増すことができる、等の優れた効果を奏することができる。また、高い精度が要求される位置センサを要求精度が小さい磁極センサよりも回転子の内部（溝奥）に配置することにより、耐ノイズ性を高めることができ効率のよいセンサ部を構成することができる、等の優れた効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係わる３相８極の電動モータの概略断面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係わる電動モータの概略断面図である。
【符号の説明】
１ ケーシング
２ 回転シャフト
３ 回転子
３ａ 大径部
４ 円周溝
５ 円筒状支持体
６ 円筒状支持体の内周面
７ 円周溝の内径外周面
８ 位置センサ
９ 磁極センサ
１０ 第１磁極リング
１１ 第２磁極リング
１２ 第１ホール素子
１３ 第２ホール素子
１４ 永久磁石
１５ コイル
１６ ステータヨーク
１７ 円筒状支持体５の外周面１７
１８ 円周溝の外径内周面
【発明の属する技術分野】
本発明は種々の制御用として好適な電動モータに関するものであり、さらに詳細には、耐ノイズ性に優れ、且つ小型の電動モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電機子巻線を固定子側に設け、回転子は高性能永久磁石で構成したブラシレス電動モータは公知である。この電動モータは、非接触形の位置検出器で回転子の位置を検出し、その位置に対応する固定子巻線に電流を流し、その電流値を制御することで回転制御を行なうようになっている。
また上記形式の非接触形電動モータを自動車用のディスクブレーキに組み込んだ小型電動式ブレーキも公知となっている（たとえばＰＣＴ出願国際公開番号ＷＯ／０３３０１参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記電動モータは、回転子の位置を検出する位置センサと、磁極を検出する磁極センサが必要とされるが、これらのセンサは、通常、電動モータを構成する固定子や回転子の側方、例えば回転子側のシャフトの軸受け部等に配置されているため、センサの部分がモータ本体よりも側方に飛び出す形状となり、電動モータを小型化する上での障害となっていた。また、センサがモータ本体の側方等に配置されるため、外部磁気ノイズの影響を受け易くなっており、このためノイズ対策としてわざわざセンサ周囲にシールド手段を設ける必要が生じ、構造が複雑になる等の問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、電動モータを構成する回転子の内部に、回転子の位置を検出する位置センサと、磁極を検出する磁極センサを設けることにより、特別なシールド手段を設けることなく耐ノイズ性を高め、さらにモータ全体の小型化を図ることができる電動モータを提供し、上記問題点を解決することを目的とする。
本発明は、回転子の内部にセンサを設けたため、従来の電動モータのように、固定子や回転子の側方にセンサを設けた場合に比較して電動モータを小型化することができ、さらに回転子の内部にセンサを設けたため、センサの周囲が磁性体で囲まれることになり、外部磁気ノイズに対する耐久性を増すことができる。
【０００５】
このため本発明が採用した技術解決手段は、
電動モータを構成する回転子に前記回転子３の軸心と同心に所定の幅を持った有底の円周溝４を形成し、該溝４内に回転子３とは分離された円筒状の支持体５を前記軸心と同心に配置し、前記円周溝内と前記支持体の何れか一方に磁極検出用の第１リング磁石１０と位置検出用の第２リング磁石１１を配置し、前記それぞれのリング磁石に対応した他側には第１、第２ホール素子１２、１３を配置して磁極センサ９および位置センサ８を構成し、さらに前記位置用センサ８を前記磁極センサ９よりも円周溝の奥側に配置したことを特徴とする電動モータである。
【０００６】
【実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明すると、図１は第１実施形態に係わる３相８極のブラシレス電動モータの概略断面構成図、図２は図１中のＡ−Ａ断面図、図３は図１中のＢ−Ｂ断面図図である。
【０００７】
図において、１はモータのケーシング１であり、このケーシング１内に回転シャフト２が回転自在に軸支されている。ケーシング１内の回転シャフト２には、電動モータの回転子３を形成する大径部３ａが形成されており、この大径部３ａには、シャフト２と同心でかつ所定の幅を持った有底状の円周溝４が形成されている。同円周溝４内には、ケーシング１に底部を固定した円筒状支持体５の自由端側の円筒部が入りこんで配置されており、円筒状支持体５の内周面６と、この内周面６に対向する円周溝４の内径外周面７には後述する位置センサ８、および磁極センサ９が配置される。
【０００８】
円筒状支持体５の内周面６に対向する円周溝４の内径外周面７には、開口側から奥に向かって磁極センサ９を構成する第１リング磁石１０と位置センサ８を構成する第２リング磁石１１が図示のように順に配置されており、一方、円筒状支持体５の内周面６には前記第１リング磁石１０に対応する位置に第１ホール素子１２が、また第２リング磁石１１に対応する位置に第２ホール素子１３が配置されている。
【０００９】
第１リング磁石１０は、本例の電動モータはＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相８極の電動モータであるため、図２に示すようにＮ、Ｓ極が交互に４個ずつ配置されており、また、この第１リング磁石１０に対応する第１ホール素子１２は図示の如くＵ相、Ｖ相、Ｗ相用として３個のホール素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃが配置されている。
第２リング磁石１１は位置検出用の機能を果たすために、図３に示すように、Ｎ、Ｓが交互に多数配置されており、また、この第２リング磁石１１に対応する第２ホール素子１３は図示の如くＡ相、Ｂ相用に２個のホール素子１３ａ、１３ｂが配置されている。なお、第２リング磁石１１の磁極の数が多いとそれだけ、位置検出の精度を上げることが可能である。
【００１０】
そして、前記第１リング磁石１０と第１ホール素子１２とによって磁極センサ９が、また第２リング磁石１１と第２ホール素子１３とによって位置センサ８が構成されている。これらのセンサは図示せぬリード線により外部制御回路と接続されている。
回転シャフト２の大径部３ａ外周には、図２に示す如く電動モータのトルク発生用の永久磁石１４が、磁極センサ９の第１リング磁石１０と磁極が対応するようにＳ、Ｎ極交互に４個ずつ配置されており、また、この永久磁石１４に対応して、ケーシング１にはコイル１５を巻回したステータヨーク（固定子）１６を形成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相が順に４個ずつ配置され、これらによって３相８極の電動モータが構成されている。
【００１１】
以上にように構成された電動モータの作動を説明すると、
本電動モータは従来公知の原理により回転し、この時、磁極センサ９は法線方向のみの磁気に反応するが、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相は、夫々に対応したホール素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃで制御されることになる。例えば、Ｕ相のホール素子はＮ極を検知するとＯＮとなり、Ｓ極を検知するとＯＦＦになるように制御され、他のホール素子も同様に対応する相に対してＯＮ、ＯＦＦ作動を行い、これらの制御によってモータの回転力を発生する。
【００１２】
また、位置センサ８は電動モータの回転位置と、回転方向を検出する。
具体的には、図３に示すようにＡ相用のホール素子からの出力信号と、Ｂ相用のホール素子からの出力信号は、図３に示すように、例えばホール素子の配置により９０°の位相のズレを以て出力されるが、この位相のズレの方向によって回転方向が検出され、また、Ｎ極、またはＳ極の数を検出することにより回転位置の検出を行うことができる。
【００１３】
なお、上述のようなホール素子によってモータの制御および位置、回転方向の検出を行う方法は従来から行われているものと同様である。
以上のように、本電動モータでは、磁極センサ９および位置センサ８を回転子３の内部に配置されたため、モータ全体の小型化を図ることができた。また、上記例では高い精度が要求される位置センサを、要求精度が小さい磁極センサよりも回転子の円周溝の奥に配置したため、耐ノイズ性を高めることができる。
【００１４】
つづいて、本発明の第２実施形態について図４を参照して説明する。なお図中の符号は第１実施形態の部材に対応している。
この実施形態は、第１リング磁極１０、第２リング磁極１１を回転子側大径部３ａの円周溝４の外径内周面１８に、またホール素子１２、１３を円筒状支持体５の外周面１７に取り付けた点で第１実施形態と相違しており、他の構成、作用は第１実施形態のものと同様であるので、それらの説明は省略する。
【００１５】
上記実施形態は３相８極の電動モータの回転子内に位置センサ、磁極センサを設けた例について述べたが、同様の構成は他の形式の電動モータにも適用できることは言うまでもなく、さらに、回転子内に配置する磁極センサ、位置センサの位置も必要に応じて変更できることは当然である。
【００１６】
【発明の効果】
以上詳細に述べた如く本発明によれば、電動モータの回転子の内部に磁極センサ、位置センサを配置したたため、従来の電動モータに比較して電動モータを小型化でき、さらにモータ内部にセンサを設けたため、センサの周囲が磁性体で囲まれることになり、特にシールド手段を設けることなく外部磁気ノイズに対する耐久性を増すことができる、等の優れた効果を奏することができる。また、高い精度が要求される位置センサを要求精度が小さい磁極センサよりも回転子の内部（溝奥）に配置することにより、耐ノイズ性を高めることができ効率のよいセンサ部を構成することができる、等の優れた効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係わる３相８極の電動モータの概略断面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係わる電動モータの概略断面図である。
【符号の説明】
１ ケーシング
２ 回転シャフト
３ 回転子
３ａ 大径部
４ 円周溝
５ 円筒状支持体
６ 円筒状支持体の内周面
７ 円周溝の内径外周面
８ 位置センサ
９ 磁極センサ
１０ 第１磁極リング
１１ 第２磁極リング
１２ 第１ホール素子
１３ 第２ホール素子
１４ 永久磁石
１５ コイル
１６ ステータヨーク
１７ 円筒状支持体５の外周面１７
１８ 円周溝の外径内周面
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- 電動モータを構成する回転子に前記回転子３の軸心と同心に所定の幅を持った有底の円周溝４を形成し、該溝４内に回転子３とは分離された円筒状の支持体５を前記軸心と同心に配置し、前記円周溝内と前記支持体の何れか一方に磁極検出用の第１リング磁石１０と位置検出用の第２リング磁石１１を配置し、前記それぞれのリング磁石に対応した他側には第１、第２ホール素子１２、１３を配置して磁極センサ９および位置センサ８を構成し、さらに前記位置用センサ８を前記磁極センサ９よりも円周溝の奥側に配置したことを特徴とする電動モータ。
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|---|---|---|---|
| JP05470598A JP4077066B2 (ja) | 1998-03-06 | 1998-03-06 | 電動モータ |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05470598A Expired - Fee Related JP4077066B2 (ja) | 1998-03-06 | 1998-03-06 | 電動モータ |
Country Status (1)
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