JP2012120423A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図ることができる電動機を提供する。
【解決手段】電動機２０１は、回転軸２１０ａ回りに等間隔に配置される複数の駆動用磁石２１５を有する回転子２１０と、回転子２１０の外周の一部を囲うように固定配置され、一部以外の開口領域Ｓ１には配置されておらず、回転子２１０を回転させる磁界を発生させる電磁石として機能する複数のコイル２２１と、回転子２１０に配置される複数の永久磁石からの磁界を検出する少なくとも３つの駆動用センサ２２２と、回転子２１０の回転位置を検出する位置検出部２１６，２２３と、回転子２１０の回転を制御する制御部２４０とを備える。
【選択図】図１０

Description

本発明は、ブラシレスタイプの電動機に関するものである。

従来、ブラシ付の直流電動機は、高効率であり、小型化可能で比較的安価であるため、広く用いられている。
しかしながら、接触摺動するブラシには磨耗による寿命があるため、近年、無整流子電動機やブラシレス電動機と呼ばれる、ブラシがない直流電動機も用いられている（特許文献１参照）。

なお、以下、ブラシがない直流電動機を、単に「電動機」と略記する。換言すると、以下において、特に断りがない限り、「電動機」とは、ブラシがない直流電動機を意味するものとする。

図７は、従来の電動機の概略構成を示す、軸方向に対して略垂直の断面図である。

従来の電動機１００は、回転子１１０と、固定子１１１と、を備える。
回転子１１０は、複数個（図７の例では８個）の永久磁石１２２を備える。複数の永久磁石１２２の各々は、回転子１１０の外周部に略均等に配置される。
固定子１１１は、複数個（図７の例では１２個）のコイル１３１と、磁気センサ１３２と、を備える。
複数のコイル１３１の各々は、回転子１１０の外周全体を覆うように、固定子１１１の内周部に略均等に配置される。
磁気センサ１３２は、固定子１１１の内周部であって、複数のコイル１３１のうちの幾つかの間に適宜配置される。

このような構成の従来の電動機１００は、次のように動作する。
即ち、固定子１１１の複数個のコイル１３１の各々は、図７に示すように、その配置の順に、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のそれぞれが割り当てられている。
図示せぬ駆動装置によって、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各々に対する電流及びその向きが順次切り替えられる。即ち、駆動装置とは、直流電源を入力電源とし、複数のスイッチング素子を有する装置である。当該駆動装置は、複数のスイッチング素子のオン状態又はオフ状態の切り替えを制御することによって、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各々に対する電流及びその向きを順次切り替える。
このＵ相、Ｖ相、及びＷ相の各々に対する電流及びその向きの切り替えのタイミングは、磁気センサ１３２の検出結果によって制御される。即ち、磁気センサ１３２は、回転子１１０の永久磁石１２２により生じる磁界の強さ及び方向を検出することによって、回転子１１０の回転位置を検出する。この磁気センサ１３２によって検出された回転子１１０の回転位置に応じて、図示せぬ駆動装置の複数のスイッチング素子のオン状態又はオフ状態の切り替えが制御されることによって、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各々に対する電流及びその向きが切り替えられる。
これにより、固定子１１１の複数のコイル１３１によって回転磁界が発生し、回転子１１０が回転する。

特開２０００−３０８３２０号公報

しかしながら、特許文献１を含む従来の電動機では部品数が多く、さらなる小型化や低コスト化のため、部品数の削減が要望されていた。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、小型化を図ることができる電動機を提供することを目的とする。

本発明は、以下のような解決手段により、課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。また、符号を付して説明した構成は、適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替してもよい。

・第１の発明は、回転軸（２１０ａ）回りに等間隔に配置される複数の駆動用磁石（２１５）を有する回転子（２１０）と、前記回転子の外周の一部を囲うように固定配置され、前記一部以外の開口領域（Ｓ１）には配置されておらず、前記回転子を回転させる磁界を発生させる電磁石として機能する複数のコイル（２２１）と、前記回転子に配置される前記複数の永久磁石からの磁界を検出する少なくとも３つの駆動用センサ（２２２）と、前記回転子の回転位置を検出する位置検出部（２１６，２２３）と、前記回転子の回転を制御する制御部（２４０）とを備え、前記駆動用センサは、端部に実際に固定配置された前記コイルから、前記コイルが全周に配置されていると仮定した場合に、前記開口領域側に２つ以上離れたスロットオープン領域（２２１ａ−２，２２１ａ−５）に配置され、前記制御部は、前記位置検出部の出力に基づいて、前記回転子の回転速度を検出し、前記位置検出部によって検出される前記回転速度が設定速度になるように、前記駆動用センサの出力に基づいて前記コイルを制御すること、を特徴とする電動機である。
・第２の発明は、第１の発明の電動機であって、前記位置検出部は、前記回転子（２１０）の前記駆動用磁石（２１５）よりも外周に配置され、前記駆動用磁石よりも多くの永久磁石が配列された位置検出用の位置検出用磁石（２１６）と、前記開口領域（Ｓ１）のうち前記駆動用センサ（２２２）よりも外側に配置され、前記位置検出用磁石の磁気を検出する位置検出用センサ（２２３）とを備えること、を特徴とする電動機である。
・第３の発明は、第２の発明の電動機であって、前記駆動用センサ（２２２）及び前記位置検出用センサ（２２３）は、同一平面又はほぼ同一平面上に配置されること、を特徴とする電動機である。
・第４の発明は、第１から第３までのいずれかの発明の電動機であって、前記開口領域（Ｓ１）のうち、前記コイルが全周に配置されていると仮定した場合の領域（Ｓ２）は、空きスペースになっていること、を特徴とする電動機である。

本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
・第１の発明は、駆動用センサが、端部に配置されたコイルから、開口領域側に２つ以上離れたスロットオープン領域に配置されているので、コイルの磁界をほとんど検出することがないため、回転子の回転位置の検出精度を向上できる。このため、駆動用センサの出力に基づく制御の精度を向上できる。また、コイルが開口領域には配置されていないので、小型化を図ることができる。
・第２の発明は、位置検出用センサが、開口領域のうち駆動用センサよりも外側に配置されている。このため、位置検出用センサがコイルの磁界の影響を受けにくく、位置検出用センサをより内径側に配置でき、径方向において小型化を図ることができる。
・第３の発明は、駆動用センサ及び位置検出用センサが、ほぼ同一平面上に配置される。つまり、回転軸の軸方向において、駆動用磁石及び位置検出用磁石が近接した位置に配置されている。これにより、径方向に加えて、厚み（軸方向の大きさ）においても、小型化（薄型化）を図ることができる。また、このように配置しても、上記第２の発明のように、位置検出用センサの検出精度を向上できる。
・第４の発明は、開口領域のうち、コイルが全周に配置されていると仮定した場合の領域が、空きスペースになっているので、この電動機が設けられる装置の部品等を配置できる。また、空きスペースは、コイルの磁界の影響を受けにくいので、磁界の影響を受けやすい電気部品等であっても配置することができる。

本発明の第１実施形態に係る電動機を含む負荷回転システムの概略構成を示す図である。 図１の電動機のうち、回転子の下方側の外観の概略構成を示す斜視図である。 図１の電動機のうち、回転子の上方側の外観の概略構成を示す上面図である。 図１の電動機のうち、回転子を取り外した状態の外観の概略構成を示す斜視図である。 図１の電動機のうち、固定子の上方側の外観の概略構成を示す上面図である。 図５の固定子のコイルに対する巻き線の巻き方を説明する図である。 従来の電動機の概略構成を示す、軸方向に対して略垂直な断面図である。 第２実施形態の電動機２０１の上面図、手前側Ｙ１から見た図である。 第２実施形態の電動機２０１の左側面図、右側面図である。 第２実施形態の各磁石２１５，２１６、コイル２２１、各センサ２２２，２２３の上面図における配置を説明する図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る電動機を含む負荷回転システムの概略構成を示す図である。
図１に示すように、負荷回転システムは、図示せぬ負荷を回転させるべく、電動機１１と、駆動装置１２と、直流電源１３と、を備えている。

電動機１１は、図１において軸方向（同図を貫通する方向）に対して略垂直の断面図として概略構成が示されているように、回転子２１と、固定子２２と、磁気センサ２３と、を備えている。

回転子２１は、複数個（図１の例では８個）の永久磁石３１を備えている。
複数の永久磁石３１の各々は、回転子２１の外周部に略均等に配置される。

固定子２２は、複数個（図１の例では６個）のコイル４１Ｕ１，４１Ｖ１，４１Ｗ１，４１Ｕ２，４１Ｖ２，４１Ｗ２（以下、「４１Ｕ１乃至４１Ｗ２」と表記する）を備える。
複数のコイル４１Ｕ１乃至４１Ｗ２の各々は、回転子２１の外周のうち略半分（図１中左半分）を覆うように、固定子２２の内周部に略均等に配置される。

このように、従来の固定子１１１（図７参照）は、回転子１１０の外周全体を覆うように構成されていたのに対して、本実施形態の固定子２２は、回転子２１の外周全体ではなく、その外周のうち略半分を覆うように構成されている。
その結果、従来の固定子１１１においては、１２個ものコイル１３１が必要であったものが、本実施形態の固定子２２においては、その半分の６個のコイル４１Ｕ１乃至４１Ｗ２で済む。このようにして、部品点数の削減が図れる。

磁気センサ２３は、回転子２１の外周の一部を覆う位置であるが、固定子２２とは離間した別の位置に配置される。

このように、従来の磁気センサ１３２（図７参照）は、固定子１１１内に配置されていたのに対して、本実施形態の磁気センサ２３は、固定子２２とは離間して配置されている。
その結果、本実施形態の磁気センサ２３の検出精度は、従来の磁気センサ１３２と比較して向上する。即ち、従来の磁気センサ１３２は、検出対象の回転子１１０による磁界だけではなく、それに加えてさらに、固定子１１１による回転磁界も混在して検出してしまうため、その検出精度が悪化していた。これに対して、本実施形態の磁気センサ２３は、固定子２２よる回転磁界を混在して検出することなく、検出対象の回転子２１による磁界のみを適切に検出することができる。従って、その検出精度を向上させ、ひいては、電動機１１の回転制御の精度も向上させることが可能になる。

このような構成の電動機１１は、駆動装置１２により駆動される。
即ち、駆動装置１２は、直流電源１３を入力電源として、図示せぬ複数のスイッチング素子のオン状態又はオフ状態の切り替えを制御することにより、電動機１１を回転駆動させる。

具体的には、固定子２２の複数個のコイル４１Ｕ１乃至４１Ｗ２のうち、コイル４１Ｕ１及び４１Ｕ２にはＵ相が、コイル４１Ｖ１及び４１Ｖ２にはＶ相が、コイル４１Ｗ１及び４１Ｗ２にはＷ相が、それぞれ割り当てられている。
そこで、駆動装置１２は、磁気センサ２３の検出結果に基づいて、複数のスイッチング素子のオン状態又はオフ状態の切り替えを制御することによって、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各々に対する電流及びその向きを順次切り替える。
これにより、固定子２２の複数個のコイル４１Ｕ１乃至４１Ｗ２によって、回転子２１の外周のうち略半分（図１中略左半分）に沿って回転磁界が発生する。この略半分の回転磁界が生じている場所に存在する永久磁石３１が、当該回転磁界に沿って移動するため、結果として、当該永久磁石３１を備える回転子２１が回転駆動する。

さらに以下、図２乃至図６を参照して、このような図１の負荷回転システムのうち、本発明が適用される電動機１１の構成について具体的に説明する。

図２は、電動機１１のうち、回転子２１の下方側の外観の概略構成を示す斜視図である。
回転子２１の下側には、上述した永久磁石３１に加えさらに、シャフト軸３２と、回転台３３と、永久磁石３４と、が設けられている。
シャフト軸３２は、回転子２１の回転軸として機能し、その外周部には永久磁石３１が配設されている。
シャフト軸３２の軸方向の一端は、円盤状の回転台３３の裏面３３ｂの略中央部に接続されている。
回転台３３の裏面３３ｂの外周部には、永久磁石３４が埋設されている。永久磁石３４により生じる磁界が、図示せぬセンサにより検出され、その検出結果に基づいて、電動機１１の回転子２１の回転速度や回転位置が制御される。

図３は、電動機１１のうち、回転子２１の上方側の外観の概略構成を示す上面図である。
図３に示す回転台３３の表面３３ａの上には、図示せぬ負荷が搭載される。負荷は、回転台３３の表面３３ａの上に搭載可能なものであれば足り、電飾広告看板等、各種各様の物体を採用することができる。また、負荷の底面の表面積が、回転台３３の表面３３ａの表面積よりも大きい場合であっても、図３に示すように、負荷専用の取り付け架台３５を回転台３３に取り付けることによって、当該負荷の搭載が可能になる。

このように、負荷は、本実施形態の回転子２１の軸の延長上（図２のシャフト軸３２の上方）に搭載され、回転子２１と一体となって回転する。
よって、負荷と電動機１１とを併せた設置スペースを従来よりコンパクトにすることが可能になる。
即ち、従来、負荷は、回転子の軸の先端に接続されたギア等を介して駆動されるため、回転子の軸からみて、軸方向に対して略垂直に所定距離だけ離間して配置される。即ち、電動機と負荷とは、軸方向に略平行に離間して配置される。その結果、負荷と電動機とを併せた設定スペースは大きなものとなっていた。
これに対して、本実施形態では、負荷は、電動機１１の軸の延長上に搭載されるので、その分だけ、負荷と電動機１１とを併せた設置スペースをコンパクトにすることが可能になる。

図４は、電動機１１のうち、図２及び図３の構成の回転子２１を取り外した状態の外観の概略構成を示す斜視図である。
図４の例では、電動機１１のうち固定子２２及び磁気センサ２３が、１つの基板５１の上に配置されている。
具体的には、基板５１の略中央部には開口部５１Ｈが形成されており、この開口部５１Ｈに対してシャフト軸３２（図２）が挿入されるように、回転子２１（図２，図３）が配置される。このため、基板５１に形成された開口部５１Ｈの外周部のうち、略半分（図４中左半分）の周囲に固定子２２が配置されている。また、基板５１に形成された開口部５１Ｈの外周部のうち、反対側の略半分（図４中右半分）の周囲の一部分には、磁気センサ２３が配置されている。
このような固定子２２及び磁気センサ２３の基板５１の両端部には、さらに、駆動装置１２が配置されている。

図５は、電動機１１のうち、固定子２２の上方側の外観の概略構成を示す上面図である。

固定子２２には、６個のコイル４１Ｕ１乃至４１Ｗ２の各々が、図５に図示せぬ回転子２１の外周の略半分を覆うように、略均等で配置されている。
これらのコイル４１Ｕ１乃至４１Ｗ２においては、図４の開口部５１Ｈの中心に向かって、即ち、図２や図３の回転子２１が装着されている場合には回転子２１の軸に向かって、Ｎ極またはＳ極の磁力が発生するように、コイルがそれぞれ巻かれている。

図６は、第１実施形態の固定子２２のコイル４１Ｕ１乃至４１Ｗ２に対する巻き線の巻き方を説明する図である。
図６において、長方形の部分が、各コイル４１Ｕ１乃至４１Ｗ２についての、軸方向（同図を貫通する方向）に対して略垂直の断面の概略を示している。

図６に示すように、巻き線Ｌｕは、Ｕ相が割り当てられたコイル４１Ｕ１及び４１Ｕ２に巻かれる銅線等である。
巻き線Ｌｕは、コイル４１Ｕ１から巻き始められ、コイル４１Ｕ１に対しての巻きが終了すると、コイル４１Ｕ２に対しての巻きが開始され、コイル４１Ｕ２に対しての巻きが終了することによって、全体の巻きが終了する。
この場合、巻き線Ｌｕのコイル４１Ｕ１及び４１Ｕ２の各々に対する巻き方向は、電磁石として機能した場合における極性が逆になる方向となる。即ち、巻き線Ｌｕは、コイル４１Ｕ１の回転子２１側の極性がＮ極であるとき、コイル４１Ｕ２の回転子２１側の極性がＳ極となるように巻かれる。

巻き線Ｌｖは、Ｖ相が割り当てられたコイル４１Ｖ１及び４１Ｖ２に巻かれる銅線等であり、その巻き方は巻き線Ｌｕと同様である。即ち、巻き線Ｌｖは、コイル４１Ｖ１から巻き始められ、コイル４１Ｖ２に対しての巻きが終了することによって、全体の巻きが終了する。
巻き線Ｌｗは、Ｗ相が割り当てられたコイル４１Ｗ１及び４１Ｗ２に巻かれる銅線等であり、その巻き方は巻き線Ｌｕと同様である。即ち、巻き線Ｌｗは、コイル４１Ｗ１から巻き始められ、コイル４１Ｗ２に対しての巻きが終了することによって、全体の巻きが終了する。

以上、図１乃至図６を参照して、本発明が適用される電動機１１の構成について説明した。このような構成の電動機１１は、次のように動作する。

本発明の電動機１１は、駆動装置１２により駆動される。
即ち、駆動装置１２は、上述したように、直流電源１３を入力電源として、図示せぬ複数のスイッチング素子のオン状態又はオフ状態の切り替えを制御することにより、電動機１１を回転駆動させる。

具体的には、駆動装置１２は、磁気センサ２３の検出結果に基づいて、複数のスイッチング素子のオン状態又はオフ状態の切り替えを制御することによって、図６の巻き線Ｌｕ、巻き線Ｌｖ、及び巻き線Ｌｗの各々に対する電流及びその向きを順次切り替える。
これにより、巻き線Ｌｕが巻かれたコイル４１Ｕ１及び４１Ｕ２、巻き線Ｌｖが巻かれたコイル４１Ｖ１及び４１Ｖ２、及び巻き線Ｌｗが巻かれたコイル４１Ｗ１及び４１Ｗ２によって、回転子２１の外周のうち略半分（図１中略左半分）に沿って回転磁界が発生する。このとき、図１に示すように、この略半分の回転磁界が生じている場所に存在する、回転子２１の永久磁石３１（図１の例では左半分の永久磁石３１）が、当該回転磁界に沿って移動する。その結果として、当該永久磁石３１を備える回転子２１全体が回転駆動する。

ここで、電動機１１の回転子２１の一部である回転台３３（回転子２１と一体化されていると把握してもよい）の裏面３３ｂの外周部には、複数個（例えば１４８個）の永久磁石３４が埋設されている。図示せぬセンサは、これらの複数個の永久磁石による生ずる磁界を検出し、検出結果をフィードバック情報として駆動装置１２に供給する。
すると、駆動装置１２は、このようなフィードバック情報に基づいて、回転子２１（回転台３３）の速度制御や位置制御を実行する。

本実施形態の電動機１１は、次の（１）乃至（５）のような効果を奏することができる。

（１）電動機１１は、外周の全体に略均等に配置される複数の永久磁石３１を有する回転子２１と、回転子２１の略半分の部分を局所的に覆うように配置され、複数のコイル４１Ｕ１乃至４１Ｗ２を有する固定子２２と、を備える。
このように、固定子２２は、回転子２１の外周の略半分の部分を局所的に覆うように配置されているので、固定子材料やコイル等の部品数を従来より削減することが可能になる。即ち、電動機１１を、従来より少ない部品数で構成することが可能になる。
ここで、部品数を削減することで、当然ながら、電動機１１を小型化することができる。ただし、小型化だけを目的とするならば、回転子の全体を覆うように配置された従来の固定子を用いても、別の手法を採用すると可能である。しかしながら、電動機の大きさは、一般に、負荷によって定まるものであり、ある程度の大きさの負荷に対してはある程度の大きさの電動機が必要になる。このような電動機として、本実施形態の電動機１１を採用すると好適であり、かつ、その結果として、部品点数の削減が可能になる点に大きな意味がある。即ち、部品点数の削減とは、小型化のみに寄与するものではなく、低コスト化、部品故障が削減されることによる信頼性向上、後述する（２）の効果を奏するための前提条件等、様々なものに寄与するからである。

（２）電動機１１の固定子２２は、（１）の効果で説明したように、従来技術の略半分の構成となっているので、固定子２２を搭載する基板５１のスペースを小さくすることができる。
ここで、基板５１上の小さくなったスペースは、コイル４１Ｕ１乃至４１Ｗ２から離間した位置である。そこで、本実施形態では、基板５１上の小さくなったスペースに、磁気センサ２３が配置されている。即ち、磁気センサ２３は、回転子２１の外周を覆う位置であって、かつ、固定子２２とは離間した位置に配置されている。
このように、磁気センサ２３は、回転子２１の外周を覆う位置に配置されているため、回転子２１の永久磁石３１からの磁界を適切に検出することができる。さらに、磁気センサ２３は、固定子２２とは離間した位置に配置されているため、固定子２２のコイル４１Ｕ１乃至４１Ｗ２からの磁界の影響を受けることはほぼない。
これにより、磁気センサ２３の検出精度を向上させ、ひいては、電動機１１の回転制御の精度も向上させることが可能になる。
具体的には、磁気センサ２３は、回転子２１の永久磁石３１の磁界を検出する。検出された磁界は電気信号に変換されて、駆動装置１２にフィードバック情報として供給される。駆動装置１２は、フィードバック情報に基づいて、電流を流すべきコイル４１Ｕ１乃至４１Ｗ２と、その電流の方向を制御する。
このようなフィードバック情報が、固定子２２のコイル４１Ｕ１乃至４１Ｗ２からの磁界の影響を受けることはほぼないために、従来と比較してより正確な情報となる。
これにより、コイル４１Ｕ１乃至４１Ｗ２によって生じる磁界（固定子２２の略半分の回転磁界）を適切に制御することが可能になる。その結果、回転子２１を、任意の方向へ駆動開始させたり、所定の角度だけ回転した後、その角度で停止する等の複雑な制御を、より適切かつ正確に実行することが可能になる。

（３）電動機１１の負荷は、回転子２１の軸の延長上（図２のシャフト軸３２の上方）に搭載され、回転子２１と一体となって回転する。
その結果、上述したように、負荷と電動機１１とを併せた設置スペースを従来よりもコンパクトにすることが可能になる。

（４）電動機１１の負荷が回転子２１の軸の延長上（図２のシャフト軸３２の上方）に搭載されることにより、従来技術で負荷を駆動するために必要であったギアやベルト等は不要になる。
この点も、部品の削減の効果に寄与する。
さらに、このようなギアやベルト等は、故障の発生頻度が多い部品である。従って、このような故障原因となり得る部品が不要になるため、従来技術と比較して、負荷回転システム全体の信頼性の向上を図ることが可能になる。

（５）上述したように、電動機１１の回転子２１には、負荷を搭載する回転台３３が設けられている。このことは、換言すると、電動機１１は、回転台３３と一体化されていると把握することができる。
ここで、回転台３３の裏面３３ｂの外周部には、複数個（例えば１４８個）の永久磁石３４が埋設されている。この複数個の永久磁石３４により生じる磁界は、図示せぬセンサにより検出され、フィードバック情報として駆動装置１２に供給される。
従って、駆動装置１２は、このフィードバック情報を用いることによって、回転子２１（回転台３３）の速度制御や位置制御を高精度に実行することができる。例えば、駆動装置１２は、例えば８０ｒｐｍの低速で回転子２１を回転させるなどの速度制御を精度良く実行することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
なお、以下の説明において、回転子２１０の回転軸２１０ａの方向を軸方向Ｚとし、軸方向Ｚに直交する平面上の座標軸を、左右方向Ｘ、縦方向Ｙとする。左右方向Ｘ、縦方向Ｙは、直交する軸である。
図８は、第２実施形態の電動機２０１の上面図、手前側Ｙ１から見た図である。
図８（ａ）は、上面図（軸方向Ｚから見た図）、図８（ｂ）は、図８（ａ）を手前側から見た図である。
図９は、第２実施形態の電動機２０１の左側面図、右側面図である。
図９（ａ）は、左側面図（図８（ａ）を右側Ｘ１から見た図）、図９（ｂ）は、右側面図（図８（ａ）を右側Ｘ２から見た図）である。
図１０は、第２実施形態の各磁石２１５，２１６、コイル２２１、各センサ２２２，２２３の上面図における配置を説明する図である。
図８、図９に示すように、電動機２０１は、シャーシ２０２、軸受２０３、回転子２１０、電気基板２２０、コイル２２１（２２１−１〜２２１−７）、駆動用センサ２２２（２２２−１〜２２２−３）、位置検出用センサ２２３、制御部２４０を備える。

シャーシ２０２は、電動機２０１の各部品を組み付ける部材である。シャーシ２０２は、板材のプレス加工品、樹脂の成形品等を組み合わせて形成される。
軸受２０３は、回転子２１０を回転支持するものである。軸受２０３は、内径部がシャーシ２０２に固定され、外径部が回転子２１０に固定される。

回転子２１０は、軸受２０３によってシャーシ２０２に対して回転可能に支持される。
回転子２１０は、ロータ２１１、駆動用磁石２１５、位置検出用磁石２１６を備える。
ロータ２１１は、回転子２１０本体を構成する部材である。ロータ２１１は、円柱部２１２に円盤部２１３が回転軸２１０ａの軸方向に接続されて構成される。

駆動用磁石２１５は、円柱部２１２の外周に設けられる。
図１０に示すように、駆動用磁石２１５の構成は、第１実施形態の永久磁石３４と同様である。すなわち、駆動用磁石２１５は、８個の永久磁石によって構成される。永久磁石は、回転軸２１０ａ回りに等間隔に配置される。永久磁石は、Ｓ極、Ｎ極が交互に配置される。

図８に示すように、位置検出用磁石２１６は、円盤部２１３の外周の円環部２１３ａに配置されている。
図１０に示すように、永久磁石は、Ｓ極、Ｎ極が交互に配置される。永久磁石は、回転軸２１０ａ回りに等間隔に配置される。位置検出用磁石２１６は、駆動用磁石２１５よりも数を多く配置して、分解能を上げるために、つまり、回転位置の検出精度を上げるために、駆動用磁石２１５よりも径方向外側に配置される。本実施形態では、駆動用磁石２１５は、１４８個の永久磁石を備える（図１０には、永久磁石の一部のみ図示した）。

図８、図９に示すように、電気基板２２０は、シャーシ２０２に対してネジ等（図示せず）によって固定されている。電気基板２２０は、軸方向Ｚにおいて、ロータ２１１のテーブルの直下に、円盤部２１３に平行に配置されている。
電気基板２２０には、７つのコイル２２１（２２１−１〜２２１−７）、３つの駆動用センサ２２２（２２２−１〜２２２−３）、位置検出用センサ２２３が実装される。

コイル２２１は、電気基板２２０の下側Ｚ１の面に実装される。コイル２２１は、回転子２１０を回転させる磁界を発生させる電磁石として機能する部材である。コイル２２１及び駆動用磁石２１５の構成、機能、作用は、第１実施形態のコイル４１Ｕ１〜４１Ｗ２と同様であり、また、固定子（図示せず）等を介して、電気基板２２０上に実装される。
図１０に示すように、７つのコイル２２１−１〜２２１−７は、駆動用磁石２１５の外周のほぼ半分（一部）の領域を外側から囲うように配置される。また、コイル２２１は、反対側のほぼ半分の領域である開口領域Ｓ１には配置されていない。

図８（ｂ）に示すように、駆動用センサ２２２は、電気基板２２０の下側Ｚ１の面に実装される。駆動用センサ２２２は、回転子２１０に配置される駆動用磁石２１５からの磁界を検出する。駆動用センサ２２２は、軸方向Ｚにおいて、駆動用磁石２１５が配置されている範囲Ｂ内に配置され、かつ、磁界の検出方向が径方向内側（回転軸２１０ａを中心とする円の径方向。図８（ｂ）中、右側Ｘ２）である。このため、駆動用センサ２２２は、検出方向の先方にある駆動用磁石２１５の磁力を検出できる。

図１０に破線で示すように、コイル２２１−１〜２２１−７に加えて、コイル２２１−８〜２２１−１２が配置され、コイル２２１が全周に配置されていると仮定する。この場合、駆動用センサ２２２は、実際に端部に配置されたコイル２２１から、開口領域Ｓ１側に２つ以上離れたスロットオープン２２１ａに配置されている。スロットオープン２２１ａとは、隣合うコイル２２１間の中央及びその近傍の領域をいう。
例えば、駆動用センサ２２２−１は、端部に実際に配置されたコイル２２１−１から、開口領域Ｓ１側に１つ目のスロットオープン２２１ａ−１を隔てて、２つ目のスロットオープン２２１ａ−２に配置されている。また、駆動用センサ２２２−３は、端部に実際に配置されたコイル２２１−７から、開口領域Ｓ１側に１つ目のスロットオープン２２１ａ−３及び２つ目のスロットオープン２２１ａ−４を隔てて、３つ目のスロットオープン２２１ａ−５に配置されている。

上記構成により、駆動用センサ２２２は、コイル２２１の磁界をほとんど検出することがない。その理由は、以下の通りである。
図１０に矢印Ａで示すように、回転子２１０を回転駆動するためには、コイル２２１間に、磁界を作用させる必要がある。端部に配置されたコイル２２１−１，２２１−７のすぐ隣のスロットオープン２２１ａ−１，２２１ａ−３に駆動用センサ２２２を配置した場合には、駆動用センサ２２２は、この磁界の影響を受けてしまう可能性がある。

これに対して、コイル２２１から、２つ以上離れたスロットオープン２１２ａ−１，２２１−５等には、矢印Ａで示す磁界の影響は、ほとんどない。つまり、駆動用センサ２２２及びコイル２２１は、コイル２２１の磁界をほとんど検出することがない程離間されている。
これにより、駆動用センサ２２２は、駆動用磁石２１５の磁界の検出精度を向上できる。このため、制御部２４０は、駆動用センサ２２２の出力に基づく制御の精度を向上できる。

なお、図８に示すように、開口領域Ｓ１のうちコイル２２１−８〜２２１−１２が配置されていると仮定した場合の領域Ｓ２は、電動機２０１の部品が配置されず、空きスペースになっている。反対に、コイル２２１が実際に配置されている領域Ｓ３には、接続ケーブルや、固定子等の部品２０４が配置されるため、コイル２２１よりも外側にさらにスペースが必要になる。
領域Ｓ２には、コイル２２１が配置されていないだけでなく、これらの部品２０４がない。このため、電動機２０１を収容する装置は、領域Ｓ２に他の電気部品等を配置でき、スペースを有効利用できる。さらに、領域Ｓ２は、コイル２２１の影響が少ないので、磁界の影響を受けやすい電気部品等（例えば他の電動機等）でも配置することができる。

図８（ｂ）に示すように、位置検出用センサ２２３は、検出方向が上側Ｚ２であり、回転子２１０の位置検出用磁石２１６の磁界を検出する。位置検出用センサ２２３及び位置検出用磁石２１６は、回転子２１０の回転位置を検出する位置検出部を構成する。
図８（ａ）に示すように、位置検出用センサ２２３は、上面図において、位置検出用磁石２１６に対応した領域、つまり、位置検出用磁石２１６が配置されている円環部２１３ａ上に配置されている。このため、位置検出用センサ２２３は、開口領域Ｓ１のうち駆動用センサ２２２よりも径方向外側の領域に配置される。
位置検出用センサ２２３は、電気基板２２０の上側Ｚ２の面に実装される。このため、駆動用センサ２２２及び位置検出用センサ２２３は、ほぼ同一平面上に配置される。
なお、駆動用センサ２２２及び位置検出用センサ２２３は、電気基板２２０の同一面に実装することにより、同一平面上に配置してもよい。

このように、位置検出用センサ２２３は、開口領域Ｓ１のうち駆動用センサ２２２よりも径方向外側の領域に配置し、かつ、駆動用センサ２２２とほぼ同一平面上に配置される。これにより、電動機２０１は、小型化できる。その理由について説明する。
一般に、電動機２０１の位置検出用磁石２１６は、回転位置を検出できればいいので、磁力が弱いものを用いる。このため、位置検出用センサ２２３は、高感度のものを用いる。そのため、位置検出用センサ２２３及びコイル２２１間の距離が短い場合には、位置検出用センサ２２３は、コイル２２１の磁界を検出してしまう場合があった。

このため、従来では、位置検出用センサ２２３及びコイル２２１間の距離を大きくするために以下の方法が取られてきた。
・径方向において、位置検出用センサ２２３及びコイル２２１との距離を大きくする。しかし、この場合には、電動機が径方向に大きくなってしまう。
・回転軸２１０ａの軸方向Ｚにおいて、位置検出用センサ２２３及びコイル２２１との距離を大きくする。しかし、この場合には、電動機が軸方向Ｚに大きくなってしまう。

本実施形態では、位置検出用センサ２２３は、コイル２２１が配置されていない開口領域Ｓ１に配置されるので、コイル２２１の磁界の影響を受けにくい。このため、位置検出用センサ２２３は、位置検出用磁石２１６の検出精度、つまり回転子２１０の回転位置の検出精度を向上できる。
これと同時に、位置検出用センサ２２３は、コイル２２１の影響を受けにくいので、より内径側に配置できる。これにより、電動機２０１は、位置検出用磁石２１６が配置されている円環部２１３ａの径を小さくでき、径方向において小型化を図ることができる。

さらに、径方向において、位置検出用センサ２２３及びコイル２２１間の距離を大きくできるので、回転軸２１０ａの軸方向Ｚにおいて、円柱部２１２の長さを短くでき、駆動用磁石２１５及び位置検出用磁石２１６を近接した位置に配置することができる。このため、前述したように、駆動用センサ２２２及び位置検出用センサ２２３は、ほぼ同一平面上に配置できるわけである。これにより、電動機２０１は、径方向の大きさに加えて、厚み（軸方向Ｚの大きさ）も小さくでき、より一層小型化（薄型化）を図ることができる。

制御部２４０は、電動機２０１を統括的に制御するための制御装置であり、例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）等から構成される。制御部２４０は、電動機２０１が収容される装置の制御装置を用いてもよい。
制御部２４０は、第１実施形態の駆動装置１２と同様なフィードバック制御を行う。
すなわち、制御部２４０は、位置検出用センサ２２３の出力に基づいて、回転子２１０の回転位置を常時検出することにより、回転子２１０の回転速度を算出する。
そして、制御部２４０は、算出した回転速度と、制御すべき回転速度（設定速度）との差異を求めて、位置検出用センサ２２３によって検出される回転速度が設定速度になるように、駆動用センサ２２２の出力に基づいてコイル２２１のＵ相、Ｖ相、及びＷ相を制御する。

以上説明したように、本実施形態の電動機２０１は、各センサの検出精度を向上して、高精度の制御を行うことができ、また、小型化を図ることができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。

例えば、上述の実施形態では、固定子は、回転子の外周の略半分の部分を局所的に覆うように配置されているが、特にこれに限定されず、回転子の外周の全体を覆うように配置されなければ足りる。ただし、部品数の削減を考慮するならば、固定子は、回転子の外周の（２／３）以下の部分を局所的に覆うように配置すると好適である。

また例えば、上述の実施形態では、電動機の種類は、ブラシがない直流電動機とされていたが、特にこれに限定されない。例えば、ブラシがない直流電動機と同一構造を有する、永久磁石同期電動機にも本発明は適用可能である。

１１…電動機
１２…駆動装置
１３…直流電源
２１…回転子
２２…固定子
２３…磁気センサ
３１…永久磁石
３２…シャフト軸
３３…回転台
３４…永久磁石
３５…取り付け架台
４１Ｕ１乃至４１Ｗ２…コイル
２０１…電動機
２０３…軸受
２１０…回転子
２１０…回転子
２１５…駆動用磁石
２１６…位置検出用磁石
２２１…コイル
２２１ａ…スロットオープン
２２２…駆動用センサ
２２３…位置検出用センサ
２４０…制御部

Claims (4)

1. 回転軸回りに等間隔に配置される複数の駆動用磁石を有する回転子と、
   前記回転子の外周の一部を囲うように固定配置され、前記一部以外の開口領域には配置されておらず、前記回転子を回転させる磁界を発生させる電磁石として機能する複数のコイルと、
   前記回転子に配置される前記複数の永久磁石からの磁界を検出する少なくとも３つの駆動用センサと、
   前記回転子の回転位置を検出する位置検出部と、
   前記回転子の回転を制御する制御部とを備え、
   前記駆動用センサは、
   端部に実際に固定配置された前記コイルから、前記コイルが全周に配置されていると仮定した場合に、前記開口領域側に２つ以上離れたスロットオープン領域に配置され、
   前記制御部は、
   前記位置検出部の出力に基づいて、前記回転子の回転速度を検出し、
   前記位置検出部によって検出される前記回転速度が設定速度になるように、前記駆動用センサの出力に基づいて前記コイルを制御すること、
   を特徴とする電動機。
2. 請求項１に記載の電動機であって、
   前記位置検出部は、
   前記回転子の前記駆動用磁石よりも外周に配置され、前記駆動用磁石よりも多くの永久磁石が配列された位置検出用の位置検出用磁石と、
   前記開口領域のうち前記駆動用センサよりも外側に配置され、前記位置検出用磁石の磁気を検出する位置検出用センサとを備えること、
   を特徴とする電動機。
3. 請求項２に記載の電動機であって、
   前記駆動用センサ及び前記位置検出用センサは、同一平面又はほぼ同一平面上に配置されること、
   を特徴とする電動機。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の電動機であって、
   前記開口領域のうち、前記コイルが全周に配置されていると仮定した場合の領域は、空きスペースになっていること、
   を特徴とする電動機。

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