阅读说明：本技术 无刷电动机 (Brushless motor ) 是由 大堀龙 盐田直树 杉山友康 早田圣基 于 2018-05-01 设计创作，主要内容包括：无刷电动机(1)具有具备定子芯(5)和绕组(6)的定子(2)、具备磁铁(13)的转子(3)、以及检测转子(3)的旋转位置的磁传感器(18)。转子(3)具有偏斜构造,对磁铁(13)实施了偏斜磁化。磁铁(13)具有伸出部(14),磁传感器(18)与伸出部(14)的轴向端面(20)相向地配置。磁铁(13)的偏斜角在将磁传感器(18)配置在绕组励磁的影响小的最佳位置的状态下,与基于Δ接线、正弦波驱动等电动机规格的传感器配置的角度偏差相匹配地设定。(A brushless motor (1) is provided with a stator (2) having a stator core (5) and a winding (6), a rotor (3) having a magnet (13), and a magnetic sensor (18) for detecting the rotational position of the rotor (3). The rotor (3) has a skew structure and performs skew magnetization on the magnet (13). The magnet (13) has an extension portion (14), and the magnetic sensor (18) is disposed so as to face an axial end surface (20) of the extension portion (14). The offset angle of the magnet (13) is set so as to match the angular deviation of the sensor arrangement based on the motor specifications such as delta connection and sine wave drive, in a state where the magnetic sensor (18) is arranged at an optimum position where the influence of the winding excitation is small.)

无刷电动机

技术领域

本发明涉及无刷电动机，特别是涉及不使用传感器磁铁而直接感测转子磁铁的磁通的所谓直接感测方式的无刷电动机。

背景技术

一直以来，在无刷电动机的驱动控制时，公知有不使用传感器磁铁而直接感测转子磁铁的磁通来检测转子的位置的驱动方式(例如，专利文献1)。这样的驱动方式被称为直接感测。由于直接感测方式的电动机在电动机内不需要传感器磁铁，因此，相应地，具有零件件数被削减，实现装置的小型化、成本削减这样的优点。但是，另一方面，直接感测方式的电动机由于来自绕组励磁的磁通的影响，具有容易阻碍转子位置的感测这样的课题。因此，在现有的直接感测方式的电动机中，为了将绕组励磁的影响抑制在最小限度，如图5(a)所示，通常在距通电相的绕组最远的位置配置传感器以检测磁极的切换。

图5(a)的无刷电动机51具备2极的转子52和6个各相绕组53(53Ua、Ub、53Va、Vb、53Wa、Wb)。检测转子52的磁极的切换的磁传感器54对应于三相地设置有三个(54U、54V、54W)。各磁传感器54被配置在距当前通电的相的绕组53最远的位置以检测磁极的切换。图5(b)是表示磁传感器54的磁检测时刻与绕组53的通电时刻的关系的时序图。从图5(a)、(b)可知，在此，磁传感器54被配置成，例如在对U相的绕组53Ua、Ub通电时，利用存在于离它们最远的位置的磁传感器54W检测磁极的切换。

现有技术文献

技术文献

专利文献1：日本特开2016-19362号公报

专利文献2：日本特开2016-178751号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在直接感测方式的电动机中，在Y接线-矩形波驱动的情况下，如图5那样的传感器配置是将励磁的影响抑制为最小限度的理想位置，但在Δ接线、正弦波驱动的情况下，传感器配置从理想位置产生电角30°的偏差。因此，若与接线状态、驱动方式相匹配地配置传感器，则难以为了抑制励磁磁通的影响而在本来想要设置的位置设置传感器。即，由于电动机设计上的理由，存在无法在难以受到绕组励磁的影响的理想位置配置传感器这样的问题。

用于解决课题的技术方案

本发明的无刷电动机具有：定子，具备定子芯和卷装在该定子芯上的绕组；转子，配置在所述定子的径向内侧，具备磁铁；以及磁传感器，通过检测所述磁铁的磁力来检测所述转子的旋转位置，其特征在于，所述转子具有所述磁铁的磁极的切换位置沿着轴向在旋转方向上偏移的偏斜构造，所述磁铁具有不与所述定子芯相向而从所述定子芯的轴向端部沿着轴向延伸的伸出部，所述磁传感器与所述磁铁的所述伸出部的轴向端面相向地配置。

在本发明中，通过将磁传感器与磁铁的伸出部的轴向端面相向地配置，使磁传感器在轴向上远离绕组，将绕组励磁对磁传感器的影响抑制得小。另外，通过使用偏斜构造的转子，能够降低齿槽转矩，并且与基于电动机规格的传感器配置的角度偏差相匹配地设定偏斜角。由此，在将磁传感器配置在绕组励磁的影响小的最佳位置的状态下，与该电动机的规格(Δ接线、正弦波驱动等)对应。作为转子的偏斜构造，能够使用实施了偏斜磁化的磁铁，或者采用基于分段磁铁的阶梯偏斜构造。

在上述无刷电动机中，也可以是，所述绕组具有从所述定子芯的轴向端部朝向轴向形成的卷绕增粗部，所述伸出部在轴向上超过所述卷绕增粗部地延伸设置，且与所述卷绕增粗部相比接近所述磁传感器地配置。

另外，也可以是，所述磁传感器相对于所述磁铁在轴向上隔开间隔地配置，该磁传感器的至少一部分与相向的所述伸出部的轴向端面重叠地设置。

而且，在将所述磁铁的两端部的所述磁极的切换位置中的所述伸出部侧的位置设为P、将与所述伸出部相反侧的位置设为Q时，若将所述定子芯的轴向尺寸设为L、将与所述定子芯的轴向尺寸对应的所述磁铁的偏斜角设为θT、将所述伸出部的轴向尺寸设为OH，则表示包括所述伸出部在内的所述磁铁整体的偏斜角的所述P、Q间的偏斜角θR由θR＝θT+(θT/L)×OH表示。另外，若将从所述磁极的切换位置Q到所述磁铁的磁极中心位置M的偏斜角设为θM，则该θM由θM＝θT/2表示。此时，也可以根据电动机规格而设定从所述磁极中心位置M到所述磁极的切换位置P的偏斜角θX＝θR－θM。在该情况下，也可以将所述偏斜角θX被设定在0°＜θ≤60°(电角)的范围内。

发明的效果

根据本发明的无刷电动机，通过将磁传感器与磁铁的伸出部的轴向端面相向地配置，能够使磁传感器在轴向上远离绕组，能够将绕组励磁对磁传感器的影响抑制得小。另外，通过转子采用磁铁的磁极的切换位置沿着轴向在旋转方向上偏移的偏斜构造，能够降低齿槽转矩，并且能够与基于电动机规格的传感器配置的角度偏差相匹配地设定该偏斜角。因此，能够在将磁传感器配置于最佳位置的状态下与该电动机的规格对应。其结果，根据设计上的情况，即使在无法将磁传感器配置于旋转方向的最佳位置的情况下，也能够通过调整倾斜角度来将磁传感器配置于最佳位置。

附图说明

图1是表示作为本发明的一实施方式的无刷电动机的结构的说明图。

图2是表示伸出量与由绕组励磁的影响引起的磁通的检测角延迟的关系的说明图。

图3是表示磁传感器与磁铁的位置关系的说明图。

图4是表示磁传感器的配置的说明图。

图5是表示直接感测方式的无刷电动机中的现有的传感器配置的说明图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。以下的实施方式的目的在于，提供一种无刷电动机，无论电动机设计规格如何，都能够在难以受到绕组励磁的磁通的影响的位置配置磁传感器。图1是表示作为本发明的一实施方式的无刷电动机1(以下简称为电动机1)的结构的说明图。电动机1被用作汽车的天窗装置的动力源，成为在外侧配置有定子2且在内侧配置有转子3的内转子型无刷电动机。在电动机1中，采用直接感测转子磁铁的磁通来检测转子的位置的直接感测方式。

定子2成为具备壳体4、固定于壳体4的内周侧的定子芯5、以及卷装于定子芯5的3相(U、V、W)的绕组(线圈)6的结构。定子芯5为层叠多个钢板而成的结构，具有环状的轭部7和从轭部7向内侧方向突出设置的多个齿8。在各齿8上隔着绝缘体9卷装有绕组6。

转子3配设在定子2的内侧。转子3成为呈同轴状地配置旋转轴11、转子芯12、磁铁13而成的结构。在旋转轴11的外周安装有层叠多个钢板而成的圆筒形状的转子芯12。在转子芯12的外周固定有磁铁13。转子3具有磁铁13的磁极的切换位置沿着轴向在旋转方向上偏移的偏斜构造。对磁铁13以磁极的切换位置沿着轴向相对于中心轴线倾斜的形式实施了偏斜磁化。通过采用这样的偏斜构造，在电动机1中，实现齿槽转矩的降低。

在电动机1中，磁铁13的一端侧在轴向上比定子芯5的轴向端部5a进一步延伸。即，在磁铁13的一端侧，与定子芯5不相向地形成有从定子芯5的轴向端部5a沿轴向延伸出的伸出部14。伸出部14超过形成于绕组6的轴向端部的卷绕增粗部15地延伸设置。伸出部14的轴向长度(伸出量)OH大于卷绕增粗部15的轴向尺寸B(OH>B)。

在此，在进行直接感应的无刷电动机中，由于绕组励磁的磁通的影响，在通电时和无通电时磁极的切换检测位置产生差异，通电时与无通电时相比检测角度有延迟的倾向。图2是表示伸出量OH与由绕组励磁的影响引起的磁通的检测角延迟(磁极的切换检测的延迟)的关系的说明图，(a)表示6A通电时，(b)表示15A通电时。根据发明人的解析可知，伸出量OH越大，检测角的延迟越小，若伸出量OH比卷绕增粗部15的尺寸B小，则延迟的增加量变大。因此，在电动机1中，伸出部14设定为比卷绕增粗部15大(OH＞B)，将绕组励磁的影响抑制得小。

在壳体4的两端部安装有轴承16a、16b。旋转轴11旋转自如地支承于该轴承16a、16b。壳体4形成为有底圆筒状，在壳体4的开口侧端部安装有传感器托架17。在传感器托架17上安装有基板19，该基板19配置有使用了霍尔元件等的磁传感器18。磁传感器18使用所谓的面安装型的传感器，检测磁铁13的磁力来检测转子3的旋转位置。

磁传感器18以与磁铁13的轴向端面20(伸出部14的轴向端面)直接相向的形式，在上下方向上说，配置在轴向端面20的正下方。在该情况下，磁传感器18不需要与磁铁13的轴向端面20全面地相向。图3是表示磁传感器18与磁铁13的位置关系的说明图。磁传感器18如图3中单点划线所示，只要配置成其一部分与磁铁13的轴向端面20重叠即可。即，磁传感器18的至少一部分配设于在轴向端面20的径向的宽度W的范围内重叠那样的位置。相反，磁传感器18与磁铁13完全不重叠的状态(图3的虚线位置)可能无法准确地捕捉磁铁13的磁通，因此不优选。

为了检测各相的换流时刻，设置有3个(18U、18V、18W)磁传感器18用于U、V、W相。图4是表示磁传感器18的配置的说明图。如图4所示，在电动机1中，磁传感器18沿周向配置有3个(18U、18V、18W)。磁传感器18设置于与图5同样的理想位置，被配置成，在距当前通电的相的绕组6最远的位置检测磁极的切换。对磁铁13实施了偏斜磁化，在电动机1中，如Δ接线、正弦波驱动的情况那样，即使传感器配置从理想位置偏移电角30°，也能够通过偏斜角度的调整，在最佳的传感器配置的状态下实施直接感测。

在电动机1中，偏斜角度如下那样地设定。如图4所示，在电动机1中，通过偏斜磁化，磁极的切换位置S相对于轴向倾斜地形成。并且，若将磁铁13的两端部的磁极的切换位置S中的伸出部14侧(一端侧)的位置设为P，将与伸出部14相反侧(另一端侧)的位置设为Q，则包括伸出部14在内的磁铁13整体的偏斜角θR成为点P、Q间的偏斜角。

在该情况下，若将与定子芯5的轴向尺寸(定子层叠厚度)L对应的偏斜角设为θT，将伸出量设为OH，则电动机1的偏斜角θR(点P～Q间的偏斜角)成为θR＝θT+(θT/L)×OH。

另一方面，磁铁13的磁极中心位置M处的偏斜角θM为θM＝θT/2。因此，在电动机1中，与基于电动机规格(Δ接线、正弦波驱动等)的传感器配置的偏差相匹配地设定从磁极中心位置M到点P(磁极的切换位置S中的在轴向端面20与磁传感器18相向的部位)的偏斜角θX(＝θR－θM)。

例如，通过Δ接线，在传感器配置从理想位置偏离电角30°(在电动机1中为机械角15°)的情况下，将上述的“θX＝θR-θM”的值设定为电角30°。由此，由磁传感器18检测出的磁极的切换时刻被调整电角30°，在将磁传感器18配置(固定)在最佳位置的状态下，能够与Δ接线的电动机对应。即，对于具有齿槽转矩降低效果的偏斜，通过进一步调整其角度，能够在将磁传感器18配置在能够将由绕组励磁的磁通产生的影响抑制在最小限度的最佳位置的状态下，对Δ接线的无刷电动机进行驱动控制。此外，基于偏斜的角度调整相对于无偏斜，能够与电动机的旋转方向相匹配地在左右至少各30°电角(整体为电角60°)的范围内进行。

这样，在本发明的电动机1中，作为磁传感器18，使用面安装型的传感器，与磁铁13的轴向端面20相向地配置。在此基础上，首先，将伸出部14设定得比卷绕增粗部15大(OH＞B)，使磁传感器18远离绕组6，将绕组励磁的影响抑制得小。即，通过伸出部14，在电动机1的轴向上，降低绕组励磁的影响。

另外，对磁铁13实施偏斜磁化，与基于电动机规格的传感器配置的角度偏差相匹配地设定其偏斜角，在将磁传感器18配置在最佳位置的状态下与该电动机的规格对应。由此，根据设计上的情况，即使在无法将磁传感器18配置于旋转方向的最佳位置的情况下，也能够通过调整倾斜角度来将磁传感器18配置于最佳位置。即，通过偏斜角调整，在电动机1的旋转方向上，使绕组励磁的影响最小化。而且，通过对于励磁磁通的这些轴向、旋转方向的对应，在直接感测方式的无刷电动机中，绕组励磁的影响被抑制为最小限度，能够实现控制精度的提高。

本发明并不限定于上述实施方式，当然能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。

例如，在前述的实施方式中，示出了将本发明应用于在转子外周配置有磁铁的所谓SPM构造的电动机的例子，但电动机的结构不限定于此。本发明也能够应用于例如在转子内埋设有磁铁的所谓IPM构造的电动机。另外，偏斜的倾斜方向、角度也能够根据电动机规格而适当设定。

并且，作为转子3的偏斜构造，也能够采用磁极的切换位置沿着轴向呈台阶状地在旋转方向上偏移的阶梯偏斜。在该情况下，例如，在使用分段磁铁的阶梯偏斜中，在转子外周沿轴向配置多列的分段磁铁。另外，在各列中也沿旋转方向(周向)配置有多个分段磁铁。并且，在轴向上相邻的各列的磁铁成为其磁极的切换位置沿着轴向在旋转方向上偏移的形式。本发明申请中的偏斜角度θR等在这样的阶梯偏斜构造的电动机中，将沿轴向连结各分段磁铁的中心而成的线作为“磁极的切换位置S”处理而算出，实施上述的偏斜角调整。

产业上的可利用性

本发明的无刷电动机不仅能够应用于汽车天窗用电动机，还能够应用于电动车窗用电动机、动力式可调座椅用电动机等各种车载电动机、空调等家电产品等所使用的电动机。

附图标记的说明

1 无刷电动机 2 定子

3 转子 4 壳体

5 定子芯 5a 轴向端部

6 绕组 7 轭部

8 齿 9 绝缘体

11 旋转轴 12 转子芯

13 磁铁 14 伸出部

15 卷绕增粗部 16a、16b 轴承

17 传感器托架 18 磁传感器

19 基板 20 轴向端面

51 无刷电动机 52 转子

53 绕组

53Ua、Ub、53Va、Vb、53Wa、Wb 各相绕组

54 磁传感器

54U、54V、54W 磁传感器

B 卷绕增粗部的轴向尺寸 OH 伸出量

S 磁极的切换位置 W 磁铁宽度

P 一端侧的磁极的切换位置

Q 另一端侧的磁极的切换位置

M 磁极中心位置

L 定子芯的轴向尺寸(定子层叠厚度)

θT 与定子层叠厚度对应的偏斜角

θM 磁极中心位置M处的偏斜角

θR 磁铁整体的偏斜角

θX 从磁极中心位置M到点P的偏斜角