无刷电机的制作方法

专利名称：无刷电机的制作方法
本申请是1993年7月8日提出的申请号为93108318.4发明专利申请的分案申请。
本发明涉及无刷电机，在叠合的钢片构成的转子轭铁内插入励磁用的永久磁铁而形成转子，面对该转子的端面设置磁传感器。
众所周知，无刷电机由转子和定子组合而成，转子是在由叠合的钢片构成的转子轭铁内插入多块励磁用永久磁铁而形成的，定子则具有与该转子磁铁部分的外表面隔开很小间隙的磁极部分。
为了检测转子的旋转位置，对这种无刷电机提出一种方案，在转子端面上贴上用于确定转子旋转位置的被测磁铁片，在该被测磁铁片的旋转轨道附近设置磁传感器，利用该磁传感器检测被测磁铁片的磁场，从而测出转子的旋转位置。
图37示出具有上述被测磁铁片的无刷电机的纵截面。无刷电机51具有一对壳体部件53、54，由螺栓52连接在一起，该壳体部件53、54依靠球轴承55、56可支承着转轴57自由旋转。转轴57上固定转子58，转轴57的一端从壳体部件53的端面突出，可将转子58的转力传送至外部。在转子58的周围设置定子59，定子59由壳体部件53、54夹持住。
转子58由很多钢片叠合成的转子轭铁50和插入转子轭铁50内的多块励磁用永久磁铁61所构成。定子59由钢片叠合成的定子轭铁62和卷绕住该定子轭铁62的定子绕组63所构成。定子轭铁62内侧的一部分构成定子的磁极部分59a，该磁极部分59a与转子58的磁极部分58a外周面隔开很小的间隙，彼此相对。
在转子58的端面58b上贴附被测磁铁片64。该被测磁铁片64旋转轨道附近的壳体部件53上固定配置有多个磁传感器65的磁传感器基板66。
在上述结构中，被测磁铁片64随着无刷电机51的转子58转动，每旋转360°，就接近磁传感器65一次。磁传感器65检测被测磁铁片64的磁场，从而测出转子58的旋转位置。但是，在该无刷电机51中，励磁用永久磁铁61与定子磁极部分59a之间距离大，因而，在旋转过程中磁通由于和定子磁极部分59a的相互作用而被吸引到旋转方向上，转子58外侧空间的磁通密度峰值点的位置和转子58实际的旋转位置不一致，这一点是众所周知的。
图38示出无刷电机51转子端面58b外侧空间磁通密度的变动和利用被测磁铁片64所检测到的转子58的旋转位置的偏差。图中的横轴表示时间，纵轴表示电信号的强度。曲线L1表示转子端面58b外侧空间的磁通密度，图中的折线L2表示通过被测磁铁片64检测到的转子58的旋转位置。从图中可以清楚地看出，对于转子轭铁内有励磁用永久磁铁、该永久磁铁与定子磁极部分之间存在较大距离的无刷电机，在旋转过程中磁通由于定子磁极部分而吸引到旋转方向，磁通密度(曲线L1)形成超前于转子实际旋转位置(折线L2)的波形，转子58周围空间的磁通密度峰值是在旋转方向上超前于转子58的实际旋转位置。亦即，磁通密度不超前于转于实际旋转位置(折线L2)的状态由点划线表示，实线所示的磁通密度(曲线L1)在电信号零点位置处比点划线所示磁通密度超前时间差T。该时间差T可换算成转子的转角，该转角等于磁通的偏差。此外，该磁通的偏差(下文称为超前角)与电机输入电流的大小大致成比例地增大。
关于转子58外侧空间磁通密度峰值点的位置与转子58实际旋转位置不一致的情况，采用霍耳集成电路(IC)，将转数固定为1200rpm，当改变力矩时，在各个力矩下效率最高时从被测磁铁获得的霍耳IC信号与转子外侧磁通密度峰值的偏差如下力矩霍耳IC与磁通密度峰值的偏差 最高效率(电位角)0.0520°±10° 900.1022.5°±10° 870.1525°±10° 850.2028.5°±9°820.2530°±9°79从表中可看出，转子58周围空间磁通密度的峰值点超前于转子58实际的旋转位置。此外，该超前角与电机的力矩大致成比例，为取得最高效率，霍耳IC的安装误差在低负荷下处在20°(±10°)的范围内，但力矩越大，公差越小，安装也变得困难。
图39是三相四极无刷电机的磁传感器基板。本例中，磁传感器采用霍耳IC。霍耳IC65利用霍耳效应，将检测磁场方向的功能和放大功能组合在一块IC中，因而，N极接近霍耳IC时，输出约为5(V)，若为S极，则输出变成0(V)。因此，电位角的一个周期为N(5V)、S(0V)，而机械角的一个周期则为N、S、N、S，所以，电位角∶机械角＝2∶1。(下文中，电位角表示成“电位角”，机械角不表示)。
在三相四极无刷电机中，霍耳IC65在圆周方向上以60°为间隔，在同一半径的圆周上必须有3个(本例中，从中心轴起的距离R为23mm，下文简单地表示为“R23”)，因而在磁传感器基板66上以60°为间隔，焊接这些霍耳IC。此外，在磁传感器基板66上的两处设置用于将基板固定于壳体部件上的安装孔67，在安装孔67周围的圆周部68上不配置图案69。设置接合区70作为连接部，用于驱动霍耳IC65，或者向外输出信号，在接合区70中央形成通孔71。在通孔71上，从磁传感器基板66的背面插入引线72，焊接在接合区70上。磁传感器基板66的大小为，其外周73位于线圈63内侧，内周74位于壳体的轴承外周的外侧，其旋转方向的角度为3个霍耳IC的配置角度120°加上安装孔67的尺寸，因而，基板的形状大，相对而言，其上的图案形成得较紧密。
上述已有的无刷电机利用被测磁铁片仅检测出转子的旋转位置，而不能测出随电机电流和电机力矩而不同的磁通的超前角，因而，若根据检测信号对定子的磁极部励磁，则不能产生最大的转力，所以存在电机效率低下的问题。
为此，人们考虑预计到磁通的超前角，而将被测磁铁片或磁传感器预先偏向一方设置，但是这种方法不能适用于有必要使转子在两个方向上旋转的双向旋转无刷电机。
另一方面，与上述利用磁传感器检测转子轭铁旋转位置的方法相对照，还知道有一种无传感器无刷电机，它根据因转子旋转而在定子一侧发生的逆反电流来检测转子旋转位置。
利用这种无传感器无刷电机，可以检测出转子周围磁通密度最高的位置，但为了测出定子一侧发生的逆反电流，电路变得复杂化。
因此，本发明目的在于提供一种无刷电机，它具有在很多钢片叠合成的转子轭铁内部插入多块励磁用永久磁铁的转子，利用简单的构造，对于因电机电流而异的磁通超前角也能测出磁通密度的峰值点，具有高的电机效率。
本发明另一目的在于提供一种无刷电机，利用简单的构造，对于因电机力矩而异的超前角也能测知磁通密度的峰值点，具有高电机效率，并且通过磁传感器基板的小型化及固定方法的改善，实现成本降低。
本发明再一个目的是提供一种双向旋转无刷电机，利用简单的构造，可朝任一方向旋转，同时能测出转子周围磁通密度的峰值点，具有高电机效率。
本发明又一目的为提供可在上述无刷电机中实施从而提高其性能的若干装置。
本发明的第1种无刷电机具有定子；可自由旋转地支承在上述定子内侧的转子，该转子具有由很多钢片叠合成的转子轭铁，该转子轭铁具有朝外突出的偶数个磁极部，在各磁极部，或相间的磁极部中插入励磁用的永久磁铁；检测经由上述转子轭铁磁极部的端部漏至转子端面外侧的磁通的磁传感器，它位于上述转子端面起规定距离处，该规定距离设定在一个范围内，在磁传感器能直接检测到漏至转子端面外侧的磁通的距离之下，并且，在检测信号因转子端面附近的不规则磁通而发生噪声的距离之上。
因而，本发明的上述无刷电机中，磁传感器设置在离开转子端面规定距离的位置上，利用该磁传感器直接检测经由转子轭铁漏至转子端面外侧的磁通，因而，在旋转过程中，即使转子的磁通由于转子和定子的相互作用而吸引至旋转方向，也能测出转子周围磁通密度峰值点的位置。从而，能对应于转子周围磁通密度峰值点的位置，对最适合的定子磁极部进行励磁，不管磁通的超前角如何，都能得到高电机效率的无刷电机。
此外，本发明的上述无刷电机中，因为磁传感器能直接检测转子的励磁永久磁铁的磁通，并且，它设置在受转子端面附近不规则磁通影响少的距离范围内，所以，表示转子旋转位置的电信号中的噪声大幅度降低，省略了以往的无刷电机所必需的被测磁铁片，从而得到构造简单的无刷电机。
另外，在本说明书中，磁传感器的含意中也包括线圈。因而，不仅前述第一种发明，下文所示的全部装置中，磁传感器的概念都包含线圈在内。
本发明的第2种无刷电机具有定子；可自由旋转地支承在上述定子内侧的转子，该转子具有由很多钢片叠合成的转子轭铁，该转子轭铁具有朝外突出的偶数个磁极部，在各磁极部，或相间的磁极部中插入励磁用的永久磁铁；检测漏至端面外侧的磁通的磁传感器，上述磁传感器在径向至转轴中心的距离设定成传感器处在上述励磁用磁铁的外侧，并且对转子外侧端开始的内侧范围进行扫描，在磁传感器基板上，在不同直径的圆周上配置多个磁传感器，各磁传感器在圆周上的间距与定子绕组各相的间距配置成不同。
本发明的第2种无刷电机具有定子；可自由旋转地支承在上述定子内侧的转子，该转子具有由很多钢片叠合成的转子轭铁，该转子轭铁具有朝外突出的偶数个磁极部，在各磁极部，或相间的磁极部中插入励磁用的永久磁铁；检测漏至转子端面外侧的磁通的磁传感器，磁传感器的设置方法为，将上述多个磁传感器配置在不同直径的圆周上，使转子检测位置超前，同时调节磁传感器的转角，延迟上述超前角，降低磁传感器之间的宽度。
因而，本发明的上述无刷电机构造成将磁传感器配置在离转子端面规定距离的位置上，利用该磁传感器直接检测漏至转子端面外侧的励磁用永久磁铁的磁通，因而，在旋转过程中，转子的磁通由于和定子磁极部的相互作用而被引向旋转方向时，或者超前角由于电机电流(电机力距)而变动时，总是在测出转子外部空间磁通密度的峰值点位置后对定子最适合的磁极部进行励磁，能提高电机效率。此外，最高效率相对于磁传感器在旋转方向上的安装误差变化小，由于与负载无关，超前角是相同的，所以，在任何负荷下设定都行。
本发明的磁传感器的设置方法通过改变磁传感器转轴的距离，超前角也得以改变，磁传感器间的角度可减小，结果，磁传感器基板的尺寸减小，成本降低。
本发明的第3种双向旋转无刷电机具有定子；可自由旋转地支承在上述定子内侧的转子，该转子具有叠合了很多钢片的转子轭铁，该转子轭铁具有偶数个朝外突出的磁极部，在各磁极部或相同的磁极部中插入励磁用的永久磁铁，在上述转子的端面上安装确定转子旋转位置的被测磁铁片，同时，在该被测磁铁片旋转轨道的附近，设置当转子朝一个方向旋转时检测其位置的磁传感器，和当转子朝另一方向旋转时检测其位置的磁传感器，两上方向上的磁传感器配置成相对于转子旋转方向，分别在相反方向上错开与磁通超前角大致相等的规定角度，以测出转子的位置。
这样，本发明的双向旋转无刷电机具有确定转子旋转位置的被测磁铁片；当转子朝一个方向转动时检测其旋转位置的磁传感器；当转子朝另一方向旋转时检测其旋转位置的磁传感器，这些磁传感器固定成在相对于转子旋转方向相反的方向上错开与磁通超前角大致相等的规定角度，因此，在转子旋转过程中，磁传感器输出的转子旋转位置比实际的转子旋转位置超前了磁通的超前角。输出的转子旋转位置与转子外侧空间磁通密度的峰值点一致，根据该输出对定子的磁极部进行励磁，从而能在最高效率下驱动转子旋转。
图1是本发明无刷电机一个实施例的纵截面图。
图2是本发明无刷电机的转子的正视图。
图3是显示本发明无刷电机转子端面外侧的磁通的斜视图。
图4是改变磁传感器与转子端面间距D从而对比地示出磁场模拟波形的图表。
图5是转子端面上贴有非磁性板的本发明无刷电机纵截面图。
图6是对比示出有非磁性板的无刷电机和无非磁性板的无刷电机的磁场模拟波形的图表。
图7表示本发明无刷电机的转子的正面。
图8是本发明三相四极无刷电机的磁传感器基板图。
图9是显示霍耳IC至轴中心的距离与超前角的关系的图表。
图10示出霍耳IC至轴中心的距离与得到最高效率时霍耳IC的移动角度的关系。
图11是本发明的霍耳IC及转子端面的侧视图。
图12是本发明另一实施例的霍耳IC和转子端面的侧视图。
图13是显示本发明又一实施例的无刷电机的转子的正面。
图14是本发明无刷电机另一实施例的纵截面图。
图15是图14中A-A’处截面图。
图16是示出霍耳IC径向位置与效率之间关系的测定结果。
图17示出霍耳IC处在R23mm位置时的性能。
图18示出霍耳IC在R21mm位置时的性能。
图19示出磁传感器基板。
图20是电路框图。
图21示出磁传感器与定子的一部分。
图22是无刷电机及固定该电机的固定部件的剖视图。
图23示出磁传感器基板。
图24示出磁传感器基板的截面。
图25示出采用片状线圈的磁传感器基板。
图26示出采用环状线圈的磁传感器基板。
图27是电机转动控制的流程图。
图28示出磁传感器与转子的一部分。
图29示出磁传感器16与转子端面8b之间的距离和超前角的关系。
图30示出磁传感器的位置变化与转速及力矩的关系。
图31示出霍耳电压与磁通密度的关系。
图32示出磁通密度与温度的关系。
图33示出转子旋转时磁传感器的输出电压波形。
图34示出转子端面。
图35是转子的斜视图。
图36是内装风扇的无刷电机的纵截面图。
图37是已有无刷电机的纵截面图。
图38是显示已有无刷电机磁通密度的变动与测出的转子旋转位置的差异的图表。
图39示出已有三相四极无刷电机的磁传感器基板。
下面根据


本发明的第1实施例图1示出本实施例的无刷电机纵截面。无刷电机1具有由螺栓2连接的一对壳体部件3、4，该壳体部件3、4通过球轴承5、6可自由旋转地支承住转轴7。转轴7上固定转子8，转轴7的一端突出于壳体部件3的端面，可将由转子8的转力传送至外部。撰子8的周围配设定子9，该定子9由壳体部件3、4所夹持。
转子8由很多钢片叠合成的转子轭铁10和插入转子轭铁10内部的多块励磁用永久磁铁11构成。定子9由钢片叠合成的定子轭铁12和卷绕在定子轭铁12上的定子绕组13构成。定子轭铁12内侧的一部分构成定子9的磁极部9a，定子9的磁极部9a与转子8的磁极部8a外周面隔开很小的距离，彼此相对。定子绕组13通过引线14a与外部电源相连。
壳体部件3与转子8的端面8b相对的一部分上安装有霍耳元件和霍耳IC等磁传感器16。磁传感器16与转子端面8b隔开规定的距离D，彼此相对。符号14b表示将磁传感器16检测出的磁场电信号传送至外部的电信号用引线。
图2示出转子8的端面部位。转子8由形成90°角度并沿径向朝外突出的4个转子磁极部8a和插入各转子磁极部8a中的励磁永久磁铁11构成。转轴7插入转子8的中心部位，转轴7和转子8依靠销子7a一起旋转。符号18表示将构成转子轭铁10的钢片铆接成一体的铆接部。
各块励磁用永久磁铁11插在转子磁极部8a的基部，其N极和S极交替朝外。励磁用永久磁铁11的磁通由转子磁极部8a的端部所引导，在各转子磁极部8a的外周面上出入。这样，转子8的励磁用永久磁铁11在圆周方向上交替带有N极和S极的磁性。
图中的点划线A、A′表示磁传感器16相对于转子8的旋转而移动的轨道。而图中的虚线B、B′及其间带有斜线的区域α表示转子8外周部存在的磁通不稳定区。该磁通不稳定区2中的磁通受定子9产生的旋转磁场的影响，总是变化不定。如图所示，磁传感器16的相对移动轨道A、A′设定成处在励磁用永久磁铁11外侧，并且处在磁通不稳定区α的内侧。
如图2所示，转子8在转子磁极部8a之间带有槽M，槽M的底边MO与磁传感器16的相对旋转轨道A、A′大致整合。磁传感器16的移动轨道A、A′经过转子磁极部8a基端交点附近，在该转子磁极部8a基端交点附近存在下文中说明的不规则磁通，有时成为所测出的电信号中噪声的发生原因。
图3表示磁极部8a交点附近的不规则磁通与磁传感器的位置的关系。
在转子8的外周空间，如符号W0所示，有磁通从N极的转子磁极部8a端面出发，到达相邻的S极的转子磁极部8a的端面。另一方面，在转子的端面上，如符号W1所示，存在着从励磁用永久磁铁11的N极到S极的连续磁通。此外，在相邻的转子磁极部8a之间，存在磁通W2，从N极转子磁极部8a端部的端面出发，到达相邻的S极转子磁极部8a的端部端面。如图3所示，该磁通W2离开转子端面8b后，经过一度接近转子端面8b并再次离开的不规则路径，到达相邻的S极转子磁极部8a的端部。该不规则磁通W2中离转子端面8b越近，磁通不规则程度越大，而远离转子端面8b的磁通W3具有类似抛物线那样的光滑形状。
本例的磁传感器16设置在远离转子端面8b，不与上述不规则磁通W2交叉，但与上述光滑形状的磁通W3交叉的位置上。
这种情况下，上述不规则磁通W2与抛物线状磁通W3的间隔在转子8的槽M底边MO位置处变得最大，槽的底边M0与磁传感器16的相对旋转轨道A、A′大致整合，这样，最有利于磁传感器16测出不带噪声的检测信号。
接着，说明基于上述构造的本实施例的作用。
本实施例的磁传感器16在励磁用永久磁铁11之间不规则磁通W2的外侧，并且，与光滑形状的磁通W3相交叉，因而，不会受磁通不规则部分的影响而产生噪声，能检测出转子8周围磁通密度的峰值点位置。
图4对比地示出磁传感器16与转子端面8b的距离D变化时，磁传感器16所测出的磁场模拟信号。图4的(a)、(b)、(c)、(d)分别对应于距离D为2mm、3mm、4mm、4.9mm的无刷电机，横轴表示时间。图4(a)中a0、a1点所示的不规则凹凸部表示上述励磁用永久磁铁11之间不规则磁通W2的影响。该磁场模拟信号的不规则凹凸部在变换成数字信号时，成为电信号的噪声。噪声大的情况下，不能适当地对定子磁极部9a励磁，也不能驱动转子8顺利地旋转。
比较图4(a)至图4(d)可知，随着距离D增大，磁模拟信号的不规则谷峰谷底减少，在使距离约为4mm以上时就可能检测到，而使距离D如图4(d)所示约为4.9mm时，磁性传感器16的磁模拟信号画出的是光滑的正弦曲线，可变换为噪声少的数字信号。
而且，转子8的磁通W0、W1、W2、W3在转子8按图3所示方向R旋转时，通过与定子磁极部9a相互作用引向该图所示的方向R′。可以知道该磁通W0、W1、W2、W3的超前角与电动机电流或转矩有关，电动机电流越大，超前角越大。本实施例中由磁传感器16直接感知转子端面8b外侧空间的磁通密度，因而可以感知磁通密度峰值的位置。籍此，就可以根据磁通密度峰值对最适于产生最大旋转力的磁极部9a励磁，而可以提高电动机效率。
本实施例中，采用霍尔元件作为磁传感器，在距离D＝4.9mm、旋转数1200rpm、转矩0.24kgm条件下运转无刷电机时，与具有被检测用磁铁片的已有无刷电机相比提高了约10％的电动机效率。
而且，本实施例中也可以采用霍尔IC作为磁传感器。霍尔IC使得利用霍尔效应检测磁场方向的功能与放大功能集成在一块IC上，因而使N极靠近霍尔IC时输出约5(V)，若是S极输出则为0(V)，是电气噪声很强的检测元件。将霍尔IC用作磁传感器时，可以根据霍尔IC磁滞特性，与霍尔元件相比，使距离D设定得较小，以获得电动机效率的提高。以下示出采用霍尔IC为磁传感器，在旋转数1200rpm、转矩0.24kgm条件下改变距离D时无刷电机的电动机效率。
磁性传感器与转子端面的距离电动机电流 电动机效率D(mm) (A) (％)5.3 5.5774.94.4 5.0878.53.4 4.8880.02.9 4.8880.02.3 4.8880.0由上述可知，D在2.3mm以上检测是可以的，而且在2.3-3.4mm时电动机效率稳定，为最佳。另外，不到2.3mm时，出现噪声而不能够检测。
与此相对，在同一条件下运转具有被检测用磁铁片的无刷电机时，得到电动机电流7.40A，电动机效率63.2％。即，按照采用霍尔IC的本实施例无刷电机1的话，就可得到最大约17％电动机效率的提高。
而且，通过在转子端面上安装非磁性板也可以减轻磁噪声。
图5示出了转子端面安装有非磁性板的无刷电机纵截面。对于与图1相同的部分给予相同的符号，并省略说明。本实施例无刷电机1的转子端面8b上贴着不锈钢制成的非磁性板8c。通过使非磁性板8c贴着转子端面8b，将漏到转子端面8b外侧的一部分磁通转换为涡电流，因此到达非磁性板8c外侧的磁通就整体而言具有平滑的路径。通过使磁通路径平滑，就可以使磁传感器16感知的磁模拟波形平滑，变换为噪声少的数字信号。
图6是对非磁性板8c的无刷电动机与没有非磁性板的无刷电机由各自的磁传感器感知的模拟波形加以比较的图。
图6(a)示出没有非磁性板的无刷电机的磁模拟波形，图6(b)示出转子端面上贴着非磁性板的无刷电机的磁模拟波形。图6横轴是表示一刻度5ms的时间轴，3条曲线分别与电动机U相、V相、W相的模拟波形相对应。图6(a)部分，N表示不规则磁通所产生的影响，这种不规则模拟波形N在变换为数字信号时成为噪声。与此相对，图6(b)上述不规则磁通借助于非磁性板转换为涡电流，而成为比较平滑的模拟波形，可得到噪声少的数字信号。
另外，上述实施例中，非磁性板8c是贴在转子端面8b上的，但是，非磁性板8c设置在磁传感器16与转子端面8b之间也可以，例如，也可以使非磁性板8c安装在磁传感器16的表面上。而且，通过在非磁性板8c上添加铝材料，很容易将磁铁的热传到外部，因此可以防止磁铁的热减磁。
而且，上述说明是对于各转子磁极部8a的基部插着励磁用永久磁铁11的转子说明的，但本发明不限于此，很清楚，对于每隔一个转子磁极部插着励磁用永久磁铁，靠励磁用永久磁铁同极相斥使得圆周方向交替有N极与S极与磁极部的转子来说也是相同的。
由以上说明可知，按照本发明第1类无刷电机，由于使得磁传感器配设在离开转子端面规定距离位置，并由该磁传感器直接感知漏到转子端面外侧的励磁用永久磁铁的磁通，因而在旋转中转子磁通借助于与定子磁极部的相互作用而引向旋转方向时，或是该磁通超前角随电动机电流变动时，可以经常感知转子外部空间磁通密度的峰值位置，从而对定子最佳的磁极部励磁，谋求电动机效率的提高。而且，依据相同的作用，在双向旋转的无刷电机中可以借助于一个磁传感器对最佳的定子磁极部励磁。
而且，按照本发明无刷电机，通过将磁传感器配置在转子励磁用永久磁铁间不规则磁通的外侧，并与平滑形状的磁通相交叉的位置，就可以减轻不规则磁通影响引起的噪声，而可以获得省略以往需要的被检测用磁铁片且构造简单的无刷电机。
以下，对于本发明第2类无刷电机加以说明。
该第2类无刷电机与前面图1所示的基本构造相同，因而共同的构成要素给予相同符号并省略其说明。上述第1类无刷电机是针对转子端面与磁传感器的间隔考察的，与此相对，该第2类无刷电机主要是考察磁传感器沿径向的位置关系的。
图7示出了本发明转子8的端面8b。转子8由呈90°角度沿径向凸出的转子磁极部8a与插入该转子磁极部8a的励磁用永久磁铁11构成的。励磁用永久磁铁11，其轴向长度与转子8长度相等或比它短，磁铁端面位于至少在磁传感器一侧的转子端面8b的内侧。若磁铁端面突出转子端面，不仅磁传感器处不能检取漏磁通，而且无法维持转子端面8b与磁传感器的间隔。而且，转子端面8b与定子端面9b的长度关系，已判明以相等或转子端面8b较长为好，因为使漏磁通增强容易检取。转子8的中心部插入旋转轴7，旋转轴7与转子8通过烧嵌等方法固定为一体。
励磁用永久磁铁11是内外侧呈N极与S极相交替状态插在转子磁极部8a的基部。励磁用永久磁铁11的磁通被引向转子磁极部8a的前端部分，从各转子磁极部8a的外周面出入。由此种构成，转子8的磁极部8a沿圆周方向交替地带着N极与S极的磁性。图中点划线A-B间(本例中离中心轴距离R从21mm至23mm)的区域，示出了随转子8的旋转磁传感器16(该例中是霍尔IC)的上边19a进入该范围时可采用来自转子端面的漏磁通、可以驱动电动机。
另一方面，图中点划线B-C间(本例中离中心轴距离从R23mm到R26mm)的区域，示出了存在于转子8外周部的漏磁通不稳定区域。该不稳定区域内的漏磁通由于定于9发生的旋转磁场的影响，漏磁通通常不稳定地变化，虽然能旋转，但是在低旋转、低转矩的运转区域，电动机效率出现了比轨道A-B降低约4％的结果。而且，点划线A-D间(本例中离中心轴距离从R8mm至R21mm)的区域示出了在转子8内周部的不稳定区域。对于该不稳定区域内的漏磁通而言，由于各励磁用永久磁铁间的磁通难以漏出，而且在槽MO处被引到定子产生的磁场，磁通切换位置变得不稳定，因而电动机不会旋转。
图中，点划的E线示出了磁传感器(霍尔IC)16的下边19b在点划E线外侧时该磁传感器可以正常驱动的界线。而且铆接部18在点划E线与点划D线之间时可正常地采用转子端面的漏磁通，但铆接部18在点划E线外侧时，由于铆接部的凹凸，转子端面的漏磁通变得不稳定，特别是磁通切换位置变得不稳定，因而无法采用磁传感器的信号。
如图中所示，通过将磁传感器(霍尔IC)16的上边19a置于转子8区域A-B间，并且将铆接部18定位于点划线E的内部，可获得稳定的漏磁通，而获得稳定的效率与旋转。
而且，以下示出将霍尔IC置于上述位置(R23mm)，旋转数固定在1200rpm，使转矩变化的时候，各个转矩最高效率时，可从转子端面得到的霍尔IC信号与转子外侧磁通密度的峰值偏差。
转矩 霍耳IC与磁通密度的峰值偏差最高效率(Kgm)(电气角) (％)0.05 10°±15° 900.10 10°±15° 870.15 10°±15° 850.20 10°±15° 820.25 10°±15° 79由上表可知，若通过感知直接来自转子端面的漏磁通，使磁传感器基板位置设置于低负荷点的话，可得到各个负荷时最高的效率，而且，对应于霍尔IC旋转方向安装误差的最高效率其变化较小，又偏差量与负荷无关，均相同，因而对于任何负荷均可以设置。
也就是说，转子8旋转时，借助与定子磁极部的相互作用可以引来转子磁极部的磁通。该超前角与电动机电流或转矩有关，电动机电流越大(转矩越大)超前角越大，而且霍尔IC是直接感知转子端面8b外侧空间的磁通的，因而可以对应于磁通密度的峰值对产生最大旋转力的最佳定子磁极部9a励磁，从而可以使电动机效率提高。
图8是示意本发明三相四极无刷电机磁传感器基板15的图，本实施例，磁传感器使用了霍尔IC。
设转子旋转方向为顺时针旋转方向，在圆周方向以52°为间隔，使霍尔IC16a(本例中霍尔IC上端距离中心轴R23mm)、霍尔IC 16b(本例中距中心轴R 22mm)、霍尔IC 16c(本例中距中心轴R 21mm)为3个相异的距中心轴的距离，并沿转子旋转方向顺序将霍尔IC位置定位在内侧，分别通过焊接固定。而且，用于将磁传感器基板15固定在定子上的轴安装孔21有2处，设置在磁传感器基板外侧。安装孔21的圆周设有接合区24，接合区24的铜箔较厚地构成，插入轴后通过焊接或树脂固定，以充分保证机械强度。而且，对于驱动霍尔IC或向外部输出信号用的连接部，则设置C型形状的接合区20，引出线14b就可以简单地从磁传感器基板的上下以及横向插入，而且，为可以焊接，通常使接合区20面积的一部分加宽引出线14b是扁平电缆，线的绝缘体形成一体，因而对于如接合区20的C型形状的部件是极容易插入的。
磁传感器基板15的大小使得其外周25位于定于线圈13的内侧，还有内周23的位置是可以任意设定的。即，磁传感器基板的固定是在外周进行的，因而就无需以该内周23为基准固定在壳体部件上，这样，就能够使基板加宽到轴7的外径位置，因而，可以更为简单地制作图版22，而且能够充分保证图版间的绝缘距离，也就无需将图版引到接合区20的外侧，因而就可以使接合区20如C型形成为开口型的。而且，旋转方向的角度如后面详述的依霍尔IC管脚间的大小而超前，因而磁传感器基板15的形状变得非常紧凑，其制作成本也便宜。
图9示出了将霍尔IC 16由中心轴移动到外侧，以距离中心轴R 21mm的位置为基准时超前角的变化量。图10表示以距离中心轴R 21mm为基准，将霍尔IC移动到外侧时，为达到最高效率霍尔IC的旋转方向的移动角度。
图8至图10中，以转子旋转方向的角度为(+)，相反转子旋转方向的角度为(-)，根据图9，使霍尔IC仅仅从R21mm至R23mm向外侧移动时，由于是为检出靠近定子的磁通且被吸引来的漏磁通，转子检测位置成比例地超前。但超过23mm的话，则由于磁极部形状的限制，有逐步减小超前量的趋势。而且，使霍尔IC从R21mm向外侧移动至R26mm时，由于超前角过分超前，超前角最高效率的位置偏离，电动机效率下降。但按图10所示，在各个位置上，使霍尔IC向(-)侧移动时可得到最高效率，由实验可得到，各个位置所得到的最高效率的差几乎没有。还有霍尔IC距中心R20.5mm以下以及R26.5mm以上，电动机是不旋转的，故在图上打上了斜线。
以霍尔IC 16c(距轴中心R21)为基准，霍尔IC 16b(距轴中心R22)的位置通常是角度60°，但是，如图9所示，通过定位于距轴中心1mm外侧就使得电气角超前15°，而另一方面，如图10所示，通过移动霍尔IC的旋转角度，可以得到相同的最高效率，60°－8°＝52°就是霍尔IC 16c与霍尔IC 16b间的角度。相同地，也可以得到霍尔IC 16b与霍尔IC 16a间的角度(52°)，因而，比起已有的装置，可使霍尔IC间的宽度变窄16°，因而就能够使磁传感器基板15小型化。
图11表示霍尔IC与转子端面的侧面图。转子8的外周空间由于感知从磁极部8a漏出的磁通，因而使设置在磁传感器基板15上的磁传感器(霍尔IC)16朝向转子端面8b一侧，对于转子8与磁传感器基板15的间隔调整则采用带台阶的轴28进行。即，轴28的一端28a由Q方向插入到传感器基板的安装孔21中，而且在接合区一侧15a进行焊接。另一端28b在定子磁极部(图中未表示)被压入固定。转子端面与霍尔IC的间隔是按照轴28的尺寸L1调整的。本实施例中，因转子端面与霍尔IC的轴向距离不到2.3mm，从转子端面漏出的磁通就较多，而无法正常地驱动，故将尺寸1设定为2.3mm以上。
而且，关于磁通，由实验得知励磁用永久磁铁的厚度与转子端面同霍尔IC间的距离存在比例关系。即励磁用永久磁铁越厚，励磁用永久磁铁的漏磁通越多，随之变化的霍尔IC的位置即使与转子端面离开一段距离也是能够感知的。而且，引出线14b由磁传感器基板15的上侧面P插入接合区20，靠焊接或树脂固定。
图12表示出霍尔IC与转子端面的另一实施例的侧面图。该例中，是按与前例相反的方向设置磁传感器基板15以及磁传感器(霍尔元件16的。另外，转子8与磁传感器基板15的间隔靠带台阶的轴28的尺寸L2来调整，这种场合霍尔IC的安装间隔就是尺寸L2。而且轴端部28a的插入方向与焊接方向相反，即接合区15a朝向与上述端面8b相反的方向，因而可使得对接合区15a进行的焊接容易。
而且，引线14b马上就可以焊接在接合区20面积较宽的部分，焊料面以及霍尔IC等部件全部定位在接合区侧15a，因而制作容易。而且，在接合区的反面15b，贴着屏蔽片29，以避免基板噪声转子端面的漏磁通噪声交叉干扰。因此可以由霍尔IC充分地检测出无噪声的磁通。这样，通过过将屏蔽片29贴在接合区的反面，从而可以向外部输出稳定的信号，同时，与不设屏蔽片29的通常场合转子端面同传感器基板间的距离相比，就可以在靠近转子端面约30％处测定磁通。
图13示出一转子端面的另一实施例。
转子30由以90°角度沿半径方向突出的转子磁极部30b与插入在转子磁极部30a的励磁用永久磁铁31构成。转子30的中心部插入旋转轴32，旋转轴32与转子30借助于烧嵌等方法嵌合为一体。
各励磁用永久磁铁31其N极(或S极)在旋转轴侧，插到每一个磁极部30a的基部。励磁用永久磁铁31的磁通由转子磁极部30a的前端部分引导从各转子磁极部30b的外周面出入。因此，转子30沿圆周方向交替带有N极与S极的磁性。图中点划线B-C间(本例中，距中心轴的距离从R23mm至R26mm)示出了随转子30的旋转，霍尔IC32的上边33进入该范围时，磁通切换位置变得稳定而可以驱动电动机。
而且，点划线B-D间(本例中，距中心轴距离从R8mm至R23mm)区域，示出转子30不稳定区域。该区域有励磁用永久磁铁的磁极部与无励磁用永久磁铁的磁极部的磁通变动有所不同，磁通切换位置不稳定而不能驱动电动机。
另外，上述说明是就检取自转子端面漏出磁通的磁传感器信号加以说明的，但本发明不限于此，转子内插入能量累积(BHMAX 25 MGOe)高的稀土类磁石，转子端面部分至少一处使之磁饱和，在转子外侧故意使磁通漏出时，由于磁传感器中所流的磁气量增加，因而即使磁传感器特性紊乱也可以很好地检测。尤其，磁饱和处由于存在于极切换位置的附近，因而就可以对容易变得不稳定的地方进行稳定的感知。而且，不用说，通过加大轴方向磁传感器与转子端面的距离，电动机可靠性可以提高，而且组装可以简化。
由以上说明可知，按照本发明第2类无刷电机，在距离转子端面规定距离的位置配置磁传感器，由这磁传感器直接感知转子端面外侧漏出的励磁用永久磁铁的磁通，因而旋转中转子磁通靠与定子磁极部的相互作用引导至旋转方向，或者该超前角随电动机电流(电动机转矩)变动的时候，经常可以感知转子外部空间磁通密度的峰值位置，对定子最佳磁极部励磁，以谋求电动机效率的提高。而且，相对于霍尔IC旋转方向的装配误差，其最高效率的变化较小，而且与负载无关，超前角相同，因而可以设定为任意的负荷。
而且，本发明的磁传感器基板是通过在外周配置装配孔来固定的，可使传感器基板的内周扩展至旋转轴，而可以更简单地图版配线，同时也可充分地保持图版的绝缘距离，与引出线与接合区连接的形状可变化，因而引出线的插入以及连接变得简单。而且，通过改变霍尔IC与轴的距离，可以使超前角也改变，霍尔IC间的角度变窄，因而可以使磁传感器的大小变小，以谋求低廉的成本。
以下，对于本发明第3类无刷电机加以说明。
该第3类无刷电机如图14所示，与前面图1中所示的电动机基本构造相同，因而，对于共同的构成要素给予相同符号并省略其说明。
图14中，转子8的端面8b上贴着用于标识转子8旋转位置的被检测用磁铁片17。在该被检测用磁铁片17旋转轨道附近的壳体部件3的内端面上，安装着顺时针旋转时检测出转子8旋转位置的CW磁传感器16(16X)，和逆时针旋转时检测出转子8旋转位置的CCW磁传感器16(16Y)。
图15示出了图14所示箭头A-A′方向转子8的正面。转子8由钢片叠合的转子轭铁10与励磁用永久磁铁11构成，转子轭铁10具有以90°角度沿半径方向向外突出的4部分。该转子轭铁10突出的4部分，在基板上具有外侧交替为N极与S极地插入的励磁用永久磁铁11，以构成各个转子的磁极部8a。图中符号18表示使钢板铆接为一体的铆接部。
在转子磁极部8a中的一个端面中央贴着被检测用磁铁17。该被检测用磁铁片17在转子8按图15所示的顺时针方向CW或逆时针方向CCW旋转时沿旋转轨道R移动。在未图示的壳体部件3的端面贴着由点划线示出的CW磁传感器16X与CCW磁传感器16Y。CW磁传感器16X与CCW磁传感器16Y如图所示设置在旋转轨道R的附近，CW磁传感器16X在CCW方向上偏离角度α0固定，CCW磁传感器16Y在CCW方向上偏离角度α1固定的。
如果令CW磁传感器16X与CCW磁传感器16Y的位置分别为P1、P2，转子磁极部8a的中心位置为P0、P3，转子8顺时针旋转时，在由未图示的控制电路只接收CW磁传感器16X的信号，CW磁传感器16X在位置P1感知磁通的时候，从而控制位置P0相对应的定子磁极部9a励磁。相反，转子逆时针旋转时，在靠上述控制电路只接收CCW磁传感器16Y的信号，CCW磁传感器16Y在位置12感知磁通的时候，从而控制位置P0相对应的定子磁极部9a励磁。
以下对于角度α0与α1的大小采用前述图38加以说明。如前所述，图38示出了无刷电机转子端面的外侧空间的磁通密度的推移，与被检测用磁铁片检测的转子旋转位置的偏离，而且，时间差可换算为转子旋转角，该旋转角与磁通的超前角是相等的。
因此，本实施例中，设定上述CW磁传感器16X与CCW磁传感器16Y的偏离角度α0与α1使之同该磁通密度的超前角基本相等。
按照以上构成，本实施例的无刷电机1，在转子8沿图15所示的顺时针CW旋转的场合，被检测用磁铁片17到达位置P1时，CW磁传感器16X检测出被检测用磁铁片17的磁通，由上述控制电路使位置P0相对应的定子磁极部9a励磁。此时，转子8外侧空间的磁通密度的峰值位于P0，从而可以使转子8以最佳效率旋转驱动，因而能够使电动机效率提高。
与此相对，转子8逆时针旋转的场合，由CCW磁传感器16Y检测出到达位置P2的被检测用磁铁片17的磁通，对与位置P3相对应的定子磁极部9a励磁，同样可谋求电动机效率的提高。
另外，本实施例的无刷电机1，在转子8沿图15示出的顺时针CW方向旋转时，可以采用CCW磁传感器16Y。即，如前所述，CCW磁传感器16Y在沿逆时针CCW方向旋转时在CCW方向上，偏离角度α1固定，因而若按照沿顺时针CW方向旋转的观点来看的话，则CCW磁传感器16Y变成了滞后角。因而沿CW方向旋转时，就可以将CCW磁传感器16Y用作滞后角。而且，相反沿CCW方向旋转时，也可以将CW磁传感器16X用作滞后角。
另外，就输送机器等而言，使用的是必须作业时低速高转矩地送出，回收时快捷迅速且低转矩地反转的双向旋转用无刷电机。这样的双向旋转用无刷电机，是使各自旋转方向磁通密度的超前角相异，因而设置一块被检测用磁铁片，作业时检测转子旋转位置的作业用磁传感器，以及回收时检测转子旋转位置的卷绕用磁传感器，作业时高转矩的时候，在与转子旋转方向相反方向上偏离与磁通超前角相等的角度固定作业用磁传感器，回收时低转矩的时候在与转子旋转方向(与作业时相反的旋转方向)相反方向上偏离较大的角度固定回收用磁传感器。通过使作业用·回收用磁传感器其各自转矩的磁通超前角一致，旋转速度与转矩有所不同，并且可以获得在各自的旋转方向上发挥高效率的双向旋转用无刷电机。
从以上说明可知，按照本发明第3类无刷电机，具有标识转子旋转位置的被检测用磁铁片，顺时针旋转时检测转子旋转位置的CW磁传感器，逆时针旋转时检测转子旋转位置的CCW磁传感器，CW磁传感器与CCW磁传感器是在与转子旋转方向相反的方向上偏离各自规定的角度配置的，因而转子沿顺时针或逆时针任一方向旋转时，都可以使比实际转子的旋转位置超前与磁通超前角相等角度的定子磁极部励。籍此，可以以最佳效率旋转驱动转子，而可以获得电动机效率的双向旋转用无刷电机。
以下，对利用本发明上述第2类无刷电机，进行第3类无刷电机之类双向旋转的场合加以说明。
如上所述，通常一个方向的旋转需要3个磁传感器，因而沿两个方向旋转的无刷电机采用6个磁传感器。如图16所示，发明人等将霍尔IC位置设定为21mm、23mm、24.5mm、26mm，以1组3个，在顺时针方向(CW)以及逆时针方向(CCW)具有相同效率的位置(超前角0°)上，试求额定效率、最大负荷、最大旋转数。由此图16可知，在R24.5mm、R26mm时，无法由霍尔IC感知。而且，R23mm时，又如图17所示，若在CW以及CCW加上相同电压的话，虽然电动机效率不同，但是其旋转变化在整个区域中则较少，且裸特性(最高旋转数)是相同的。而且，同样的，R21mm时，又如图18所示，或在CW以及CCW加上相同电压的话，虽然裸特性不同，但是，其电动机效率与高负荷时的旋转数则是相同的。
图17以及图18中，50％、70％以及100％表示能率(duty)，即表示旋转数与转矩的关系，而圆印则表示电路电流与转矩的关系，且实线为CCW，虚线为CW。
另外，将霍尔IC设置于R23mm处，旋转数固定为1200rpm，使转矩变化时，各自转矩下，得最高效率时的，由转子端面得到的霍尔IC信号与转子外侧磁通密度峰值的偏差示出如下表。
转矩霍耳IC与磁通密度峰值的偏差 最高效率(Kgm)(电气角) (％)0.05 0°±5°900.10 0°±5°870.15 0°±5°850.20 0°±5°820.25 0°±5°79由上表可知，通过设置于R23mm处，相对于霍尔IC的旋转方向装配误差而产生的最高效率的变化较小，而且因与负荷无关，偏移量相同，故在任何负荷下都可以设置。
上述实施例表示，通过任意选择磁传感器的设置位置，就可以在相同构造下，获得其性能适宜于使用目的的电动机。即，在正转反转的双旋转中需要相同的最大旋转、相同转矩的场合，就将磁传感器置于例如前述R23mm处。而且，如同用在洗衣机中的电动机，在洗涤方式下，要求旋转数1200rpm；转矩0.24Kgm双向旋转这类性能，在脱水方式下要求旋转数2000rpm；转矩0.05Kgm且单向旋转，在要求这种性能时，可以将磁传感器设置于例如上述的R21mm处。这里，是举出改变霍尔IC径向位置的例子加以说明的，但不用说，对各个R位置，调整超前角也可以获得相同的效果。
从上述实施例可以得知，在使磁传感器位置设定为多种不同的情况下，最好在旋转方向CW、CCW预先收集许多数据，从这些数据中如上述洗衣机那样选择适合所需旋转实施形态的模式。此外，在上表中，霍尔IC与磁通密度峰值的偏差与上述第2类无刷电机那里所示的表的数值不同，是因为这里的表是依据探索适合于正转与反转的双旋转条件的结果。
以下说明在上述本发明的第1至第3类无刷电机中实施而得以使电动机性能提高的装置。
图19示出磁传感器基板，该实施例是将传感器驱动电源设置在磁传感器基板15上的。即，在磁传感器基板15上设置感生线圈34，同时使该感生线圈34与电路35连接，使该电路35与电源36、磁传感器16连接。在该磁传感器基板15中，靠由转子来的漏磁通，感生线圈34产生交流电压，如图20所示，由整流电路进行全波整流或半波整流，由升压电路升压，并经控制电路存蓄在电源中。在这里，控制电路采用1个或多个二极管，而且，升压电路是根据需要设置的，并且由升压线圈构成。这样构成磁传感器基板15时，可以有效利用转子漏磁通，可以不需要已经所采用的外部电源，和与其相联的外部配线，可以加大感应性能，而且可以形成将磁传感器与电源的包含在一起的紧凑形状。而且，如图21所示，也可以在定子9的齿部卷绕辅助线圈形成感生线圈34。另外，感生线圈34，比较好的是采用适合小型化、薄型化的片状线圈，电源36则采用可充放电的大容量电容器或二次电池。通过这类办法，不仅使大容量发电成为可能，而且还能经电路电源引到电动机外面，用作控制外部启动器用的电源。
又，作为有效利用上述转子漏磁通，用作控制外部启动器用的电源的其它形态，还有如图22所示的。它在固定无刷电机1的安装板40上，设置沿该无刷电机1的壳体部件3方向突出的部位41，该部位41的前端安装上述感生线圈。从该感生线圈34中引线14连接至控制电路42、电池43。另一方面，壳体部件3则是在与上述感生线圈34相对应的地方形成孔3a，该孔3a中插通有上述部位41，使之靠近转子端面8b来设置上述感生线圈34。图22中，44是插通旋转轴7用的孔。另外，还可以在与上述安装板40碰接的壳体部件3与相对侧壳体部件4的外侧设置例如具有片状线圈的感生线圈。这样就可以在电动机内外的适当位置设置感生线圈34，而将由此获得的电源用作磁传感器和电动机外部驱动电源。
图23以及图24是示出其他实施例的磁传感器基板。本例中，在磁传感器基板15上形成空洞部15c，并使磁传感器16安装到该空洞部15c中，用含有如铝材等导热性好的材料的非导电性树脂37铸模制得磁传感器基板15的表里整体。这样构成的场合，在磁传感器基板15上形成空洞部15c，因而磁传感器16的定位容易，而且是用散热性树脂37铸模的，因而磁传感器基板的散热良好。另外，以前将磁传感器装在磁传感器基板上面，由于磁传感器基板，特别因为磁传感器而成凹凸状，对此进行树脂铸模是有困难的，但按照实施例，由于形成空洞部15c并将磁传感器装到这里面，因而具有定位效果的同时也不会在基板面上形成凹凸，因而容易进行树脂铸模，而且如上所述，还可以获得该树脂铸模所带来的散热效果。
图25以及图26是磁传感器采用线圈38的，图25是片状的线圈、图26是进行螺旋管绕线的线圈。本例中由于转子的漏磁通横切线圈38时产生反电动势，因而是利用该反电动势作为位置检测信号。
如上所述，利用该反电动势进行位置检测，由于转子处于静子状态下的起动阶段，因不产生反电动势，故无法进行位置检测。因此，以进行图27中所示的控制为好。即，在图27的流程图中，首先一开始，根据一定时间某个图案的驱动信号以限流器的限值电流励磁。藉此，转子移动到与该励磁图案相对应的位置，确定位置。接下来，若在流过电流的状态下给出换流信号切换输出图案，电动机就旋转，因此线圈产生反电动势，因而就进行线圈的位置检测。采用这种线圈的场不需霍尔元件、霍尔IC这类磁传感器，替代它的线圈为铜丝故可以便宜地制作，而且与以往的磁传感器相比，有端子减少了，具有耐热性，制造上可以较粗的公差进行等优点。
图28是与转子端面8b相对应，设置磁传感器16可以移动的那种。即，在壳体部件3、4内部适当的位置设置圆筒体45，在该圆筒体45设置非磁体动杆46使之可以沿轴方向移动，该动杆46的转子一侧固定磁传感器16，在该向动杆46的相对一侧固定该磁铁47。与该磁铁相对在壳体部件的外侧设置薄膜线圈48以达到与其电气导通。从而，使薄膜线圈48电流流通以进行励磁，靠控制装置(省略图示)来转换薄膜线圈48的磁性，以进行对上述磁铁47的吸引与排斥，从而动杆46通过使磁传感器16沿轴方向移动，以调整与转子端面8b的距离，藉此使电动机的旋转区域变化。图29示出这样使磁传感器16移动时，磁传感器16与转子端面8b间的距离同超前角的关系，若磁传感器16离开转子端面8b，超前角就从图中a点开始比例地进行超前。该a点，根据实验结果，得出数值为励磁用永久磁铁11的厚度的1.5倍。又，在图30中，以引出线1表示的线图，示出了磁铁47与薄膜线圈48相斥的时候(即磁铁47靠近转子端面8b的时候)的情况。以引出线2示出的线图则示出了磁铁47与薄膜。线圈48相吸的时候(即磁铁47与上述引出线1相比从转子端面8b离的更远的时候)的情况。这样，通过使磁铁相对于转子端面8b的位置可变，便可以使裸特性改变。另外，在上述第1类发明中使磁传感器16与转子端面8b相对可移动地设置的场合，除了前述效果以外，还可以使磁传感器的设定位置变得容易，即在可直接感知转子端面外侧漏磁通距离以下，因转子端面附近不规则磁通而致使检测信号产生噪声的距离以上的这一距离范围内，定位容易。
但是，上述各实施例都是以温度大体上相同的场合为前提，在电动机旋转中温度条件极端变化的场合下，则期望备有温度补偿装置。而且，温度补偿的进行，一般来说温度传感器是必须的构成要素。因此，本发明者等提出了不同温度传感器而可以检测电动机温度的技术手段的方案。
即，如图31所示，霍尔电压与磁通密度之间呈一定的比例关系，而且，如图32所示磁通密度与温度之间也有一定的关系。图33是转子旋转时磁传感器的输出电压波形，随磁铁温度的上升磁通密度减少，而且随磁通密度的减少磁传感器的输出电压下降。因此，利用这些关系，换句话，预先求得这种关系，控制电路内，通过将磁通密度、温度关系表装入例如ROM，就可以由磁传感器输出电压监视电动机温度。而且，转子磁铁的减磁量也同样可由磁传感器的输出电压检测。由于靠这样的构成，可以从磁传感器模拟输出值的变化检测出监视温度，因而不需要专用温度传感器，而可以谋求成本降低。而且，可以从磁传感器模拟输出值的变化检测出温度上升和意外情况所引起的转子磁铁的减磁，从而可以掌握磁铁性能变劣情况。而且，如上所述，可以不用温度传感器而直接检测旋转中磁铁的温度。
以下所示实施例，是鉴于磁传感器和磁通密度如前所述受温度影响，而提出可使电动机内冷却的构造。即，如图34至图36所示形成扇形的构造。图34以及图35是使转子轭铁10的钢板10a的磁极部前端10b斜向弯曲形成扇形状的。以前，随着转子的旋转在钢板10a的磁极部前端10b送风，而使磁传感器冷却，藉此减少周围温度变化的影响，而可以得到稳定的输出电压。图36所示的是在转子端面8b与磁传感器16之间设置固定在旋转轴7上的风扇39，因而与前例相同，使磁传感器以及电动机冷却，藉此可获得稳定的输出电压。另外，该风扇39由非磁性材料形成，因而不会受转子端面来的磁通影响，没有因为设置风扇39而检测不良的情况。
本发明，采用磁传感器检测转子旋转位置的无刷电机可以检测转子周围磁通密度的峰值，最适合于需要高电动机效率的无刷电机。
权利要求
1.一种双向旋转无刷电机，具有定子；可自由旋转地支承在上述定子内侧的转子，该转子具有叠合了很多钢片的转子轭铁，该转子轭铁具有偶数个磁极部，在各磁极部或相间的磁极部中插入励磁用的永久磁铁，其特征在于，在上述转子的端面上安装确定转子旋转位置的被测磁铁片，同时，在该被测磁铁片旋转轨道的附近，设置当转子朝一个方向旋转时检测其位置的磁传感器，和当转子朝另一方向旋转时检测其位置的磁传感器，两个方向上的磁传感器配置成相对于转子的旋转方向，分别在相反方向上错开与磁通超前角大致相等的角度。
2.如权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，磁传感器采用霍耳集成电路，该霍耳集成电路与转子端面的距离至少大于励磁用磁铁的厚度。
3.如权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，磁传感器采用霍耳元件，根据该霍耳元件的电压与磁通密度及温度的关系检测转子磁铁的减磁量。
4.如权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，构成磁路的转子轭铁的钢片的磁极端前端斜着弯曲，形成扇片形状，依靠转子的旋转，由上述磁极部前部送风，冷却磁传感器。
5.如权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，在磁传感器基板上设置发电线圈，利用转子的漏磁从上述线圈得到逆反电力，并通过电路存贮到可充电电源。
6.如权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，在定子的齿轮部设置发电线圈，依靠转子的漏磁从上述线圈得到逆反电力，并通过电路存贮到可充电电源。
7.如权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，在固定无刷电机的安装板上设置朝无刷电机壳体部件方向突出的部位，在该部位上设置发电线圈，在上述壳体部件上对应于上述发电线圈之处形成孔，在该孔中接通上述突出部位，使上述发电线圈接近转子端面。
8.如权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，在壳体部件的外侧设置发电线圈，依靠转子的漏磁从上述线圈得到逆反电力。
全文摘要
本发明的无刷电机具有定子(9)；转子(8)，该转子的转子轭铁(10)具有朝外突出的偶数个磁极部(8a)，在各磁极部或相间的磁极部中插入励磁用磁铁(11)，在转子(8)端面(8b)附近的不规则磁通影响小并且可直接检测漏至转子(8)端面(8b)外侧的磁通的距离范围内设置磁传感器，通过该磁传感器检测转子周围的磁通密度峰值点。在转子端面(8b)上设置被测磁铁片(17)，在被测磁铁片的旋转轨道附近设置用于一个方向的磁传感器(16X)和用于另一方向的磁传感器(16Y)。
文档编号H02K29/08GK1147718SQ9611054
公开日1997年4月16日 申请日期1996年7月10日 优先权日1992年7月9日
发明者长手隆, 石黑明克 申请人:精工爱普生株式会社