JP2016019362A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ホール素子によるロータの位置検出精度を向上させる。
【解決手段】ロータ部２が有するマグネット１は、シャフト１０の軸方向において、ステータ部５のステータコア３より突き出た突出部１ａを有する。ホール素子７は、シャフト１０の径方向において突出部１ａに対向するステータ部５の樹脂材４に設置されて、マグネット１の回転位置を検出する。
【選択図】図１

Description

この発明は、ロータの回転位置を検出するホール素子を備えたブラシレスモータに関するものである。

車両用電装品等、例えばＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）バルブのバルブ駆動に用いられるブラシレスモータには、正確かつ高精度な駆動が求められている。

一般的なブラシレスモータは、ロータの回転位置を検出し、検出した回転位置に基づいてステータ側のコイルを順次励磁してロータを回転駆動する（例えば、特許文献１参照）。例えば３相ブラシレスモータの場合、３個のホール素子それぞれがロータ磁極の回転方向の切り替わりに応じてハイレベル“Ｈ”とロウレベル“Ｌ”の電気信号を出力し、これらの電気信号に基づいて３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）のステータコイルに的確なタイミングで通電して励磁することにより、ロータを回転駆動している。ロータの回転位置に対してステータコイルの励磁タイミングが的確であると、トルクの変動が少なく精度のよい駆動が可能となる。逆にタイミングがずれると、トルクの変動が大きく不安定な挙動になってしまう。精度よく駆動するには、ホール素子によるロータの位置検出の正確さが不可欠である。

特開平１１−２９９２０６号公報

特許文献１のブラシレスモータは、ロータ軸に取り付けられてロータを構成するロータマグネットと、ロータ軸のエンドブラケット側端部に取り付けられる位置検出用マグネットとを備え、ホール素子が位置検出用マグネットの位置を検出する構成である。この構成では、ロータマグネットと位置検出用マグネットとが別体になっているため、それぞれの部品の組み付けずれに加えて着磁ずれが発生する懸念があった。

前述の組み付けずれおよび着磁ずれによるロータ位置検出精度の低下を回避する方法としては、位置検出用マグネットを廃し、ロータマグネットを直接ホール素子にて検出する方法がある。そのためには、ステータティース間の隙間を広げて、その隙間にホール素子を設置する必要がある。ステータティース間の隙間を広げると、ステータの励磁切り替えの分解能が低くなり、ロータの回転駆動精度が低下するため、ＥＧＲバルブのような駆動に精度を要する用途には不向きである。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ホール素子によるロータの位置検出精度を向上させることを目的とする。

この発明に係るブラシレスモータは、シャフトのまわりに複数の極数のマグネットを有するロータ部と、ロータ部の外周側に配置され、コイルが配設されたステータコアが樹脂材により保持されているステータ部と、ステータ部に対してロータ部を回転自在に保持する軸受と、ロータ部が有するマグネットの回転位置を検出するホール素子とを備え、マグネットは、シャフトの軸方向においてステータコアより突き出た突出部を有し、ホール素子は、シャフトの径方向において突出部に対向するステータ部の樹脂材に設置されているものである。

この発明によれば、ロータ部のマグネットは、シャフトの軸方向においてステータコアより突き出た突出部を有し、ホール素子は、シャフトの径方向において突出部に対向するステータ部の樹脂材に設置されてマグネットの回転位置を検出するようにしたので、ホール素子によるロータ部の位置検出精度を向上させることができる。

この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータの構成例を示し、図１（ａ）は軸方向に切断した断面図、図１（ｂ）はＡＡ線で切断した断面図である。 この発明の実施の形態２に係るブラシレスモータを、図１（ａ）のＡＡ線で切断した断面図である。 この発明の実施の形態３に係るブラシレスモータを軸方向に切断した断面図である。

実施の形態１．
図１（ａ）は、実施の形態１に係るブラシレスモータを軸方向に切断した断面図を示す。図１（ｂ）は、ＡＡ線で切断した断面図である。図示するように、実施の形態１に係るブラシレスモータは、複数の極数のマグネット１を有するロータ部２と、ロータ部２の外周側に設置され、不図示のコイルが配設されたステータコア３が樹脂材４により保持されているステータ部５と、ステータ部５に対してロータ部２を回転自在に保持する軸受６と、ロータ部２が有するマグネット１の回転位置を検出するホール素子７と、ホール素子７を取り付けた環状プレート８と、シャフト１０と、カバー１１，１２とを含む。

ステータ部５は、コイル（不図示）の配設されたステータコア３が樹脂材４によりインサート成形されている。ステータ部５の内側には、ロータ部２が、２個の軸受６により回転自在に保持されている。ステータ部５の上面には環状の溝５ａが形成され、ホール素子７を取り付けた環状プレート８が溝５ａに圧入されて埋め込まれている。この環状プレート８は、ネジ９を用いてステータ部５に固定されている。また、ステータ部５の上下は、カバー１１およびカバー１２により被覆されている。

図示例では、ホール素子７を３個、ネジ９を３本示したが、これらの個数および配置位置は任意でよい。
また、ホール素子７を実装した基板を環状プレート８に取り付けてもよいし、ホール素子７を内蔵したホールＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を基板に実装しこの基板を環状プレート８に取り付けてもよい。ホール素子７と電気的に接続された端子７ａは、環状プレート８からカバー１１側に突き出て、コネクタ１１ａのターミナル１１ｂに接続している。

ロータ部２は、複数の極数のマグネット１を有する。このマグネット１の上端部は、ステータコア３の上端部より突き出た突出部１ａを構成しており、この突出部１ａに対向するステータ部５の樹脂材４にホール素子７が配置される。
ロータ部２の内側には、シャフト１０を通す穴が貫通しており、この穴の内周面に雌ネジ部２ａが設けられている。シャフト１０の外周面には、ロータ部２の雌ネジ部２ａに螺合する雄ネジ部１０ａが設けられている。雌ネジ部２ａと雄ネジ部１０ａとが螺合しているので、ロータ部２の一方向への回転に伴ってシャフト１０が下方に押し出され、ロータ部２の他方向への回転に伴ってシャフト１０が上方に引き込まれる。例えば、ＥＧＲバルブのアクチュエータとして本ブラシレスモータを利用する場合、バルブに接続されたロッドをシャフト１０の動きに連動させることにより、バルブが開閉される。

ホール素子７は、ロータ部２の外周側に配置され、このロータ部２に備えられたマグネット１を検出する。ホール素子７を取り付けた環状プレート８をステータ部５の環状の溝５ａに圧入して埋め込む構造にすることで、ホール素子７の位置精度を確保できる。また、圧入により環状プレート８の径方向を保持し、ネジ９で回転方向を保持しているので、ＥＧＲバルブのような車両の振動を受ける環境において耐振性を発揮する。

また、先立って説明した特許文献１のような位置検出用マグネットを設置する必要がないため、ロータマグネットと位置検出用マグネットの組み付けずれおよび着磁ずれは発生しない。また、上記特許文献１で位置検出用マグネットの設置に要していたスペース分、ブラシレスモータの軸長を短くすることが可能となる。さらに、ロータ部２の回転中心を決める軸受６近傍に環状プレート８を配置しているため、ホール素子７の配置の中心とロータ部２の回転の中心とのずれを低減させることができる。従って、ホール素子７によるロータ部２の回転位置の検出精度を向上させることが可能となる。また、ロータ部２の回転位置に対してステータ部５の励磁タイミングを的確に制御できるようになり、位相ずれによる駆動力の低下を防ぐことが可能となる。

また、シャフト１０の軸方向の上端側において、ステータコア３より突き出たマグネット１の突出部１ａの外周側にホール素子７を配置するので、先立って説明した従来例のようにホール素子７設置のためにステータティース間の隙間を広げる必要がない。そのため、ステータ部５の励磁切り替えの分解能を高く維持でき、ＥＧＲバルブのような駆動に精度を要する用途に適したブラシレスモータを実現できる。

以上より、実施の形態１によれば、ブラシレスモータは、ロータ部２が有するマグネット１の回転位置を検出するホール素子７を備える。マグネット１は、シャフト１０の軸方向においてステータコア３より突き出た突出部１ａを有し、ホール素子７は、シャフト１０の径方向において突出部１ａに対向するステータ部５の樹脂材４に設置されている。この構成により、ホール素子７によるロータ部２の位置検出精度が向上する。

また、実施の形態１によれば、ホール素子７は、環状プレート８に取り付けられ、ステータ部５の樹脂材４には環状プレート８を圧入してネジ止めする環状の溝５ａが設けられている。この構成により、環状プレート８が溝５ａにより位置決めされた状態で保持されるので、ホール素子７の位置検出精度が向上する。

なお、環状プレート８を、ステータ部５の樹脂材４と同じ線膨張係数の樹脂材（例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂）で構成することが望ましい。これにより、熱膨張が生じてもステータ部５と環状プレート８との間に隙間が生じず、両者の熱変形によるがたつきが抑制されるので、さまざまな温度環境においてもホール素子７の位置精度低下を防止することが可能となる。
なお、ステータ部５の樹脂材４と環状プレート８の樹脂材は、線膨張係数が同じであれば、同じ種類の樹脂でなくてもよい。

実施の形態２．
図２は、実施の形態２に係るブラシレスモータを図１（ａ）のＡＡ線で切断した断面図である。図２において、図１と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
実施の形態２では、ステータ部５の溝５ａに凹部２０を形成し、環状プレート８に凸部２１を形成して、凹部２０と凸部２１とを嵌めあうことにより回転方向の保持をより容易に精度よく行う。
なお、図示例では、凹部２０と凸部２１の嵌めあいを４箇所形成したが、個数および位置は任意でよい。また、ステータ部５側に凸部２１を形成し、環状プレート８側に凹部２０を形成してもよい。

実施の形態３．
図３は、実施の形態３に係るブラシレスモータの軸方向の断面図である。図３において、図１と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
ブラシレスモータは、ロータ部２とホール素子７とが同一空間に設置されている。そのため、このブラシレスモータをＥＧＲバルブ等のアクチュエータに用いた場合、排気ガスおよび水成分などの流体が、シャフト１０とカバー１２との隙間から内部へ侵入してホール素子７側へ吹き抜けると（図３に矢印で示す）、ホール素子７が故障する可能性がある。そこで、実施の形態３では、ロータ部２が配置される空間とホール素子７が配置される空間とを隔てる隔壁３０を設けて、ホール素子７が設置される空間を密閉空間にすることにより、排気ガス等からホール素子７を保護する。
この隔壁３０は、ステータ部５の樹脂材４で構成してもよい。

なお、上記実施の形態１〜３ではブラシレスモータの用途としてＥＧＲバルブを例示したが、この用途に限定されるものではない。

また、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ マグネット、１ａ 突出部、２ ロータ部、２ａ 雌ネジ部、３ ステータコア、４ 樹脂材、５ ステータ部、５ａ 溝、６ 軸受、７ ホール素子、７ａ 端子、８ 環状プレート、９ ネジ、１０ シャフト、１０ａ 雄ネジ部、１１，１２ カバー、１１ａ コネクタ、１１ｂ ターミナル、２０ 凹部、２１ 凸部、３０ 隔壁。

Claims (5)

1. シャフトのまわりに複数の極数のマグネットを有するロータ部と、
   前記ロータ部の外周側に配置され、コイルが配設されたステータコアが樹脂材により保持されているステータ部と、
   前記ステータ部に対して前記ロータ部を回転自在に保持する軸受と、
   前記ロータ部が有する前記マグネットの回転位置を検出するホール素子とを備え、
   前記マグネットは、前記シャフトの軸方向において前記ステータコアより突き出た突出部を有し、前記ホール素子は、前記シャフトの径方向において前記突出部に対向する前記ステータ部の前記樹脂材に設置されていることを特徴とするブラシレスモータ。
2. 前記ホール素子は、環状プレートに取り付けられ、
   前記ステータ部の前記樹脂材には、前記環状プレートを圧入してネジ止めする環状の溝が設けられていることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。
3. 前記環状プレートに、互いに嵌りあう凹部および凸部のいずれか一方が形成され、前記ステータ部の溝に、前記凹部および前記凸部のもう一方が形成されていることを特徴とする請求項２記載のブラシレスモータ。
4. 前記環状プレートは、前記ステータ部の前記樹脂材と同じ線膨張係数の樹脂材で構成されていることを特徴とする請求項２または請求項３記載のブラシレスモータ。
5. 前記ロータ部が配置される空間と前記ホール素子が配置される空間とを隔てる隔壁を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のブラシレスモータ。

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