JP2000116043A - ブラシレスｄｃモータおよびモータシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電機子起磁力磁束による誘起電圧の振動をス
テータ歯状部の歯先の厚さや鉄心連結部の幅を変えるこ
となく解消して常に適正な駆動が可能なブラシレスＤＣ
モータおよびモータシステムを提供する。 【解決手段】 ブラシレスＤＣモータ１は、複数の歯状
部１２を周方向に有しこれら歯状部１２に複数の相巻線
Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗを装着してなるステータ１１と、鉄心
２２内にその周方向に沿って複数の永久磁石２３を収容
しこれら永久磁石２３の相互間に存する鉄心部分を同鉄
心の内周部と外周部とを繋ぐ連結部２２ｂとして有する
ロータ２０とを備える。このロータ２０の鉄心２２の外
周面において連結部２２ｂと対応する部位に且つ鉄心２
２の軸方向に沿って凹部３１を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、空気調和機の圧
縮機などに搭載されるブラシレスＤＣモータ、およびブ
ラシレスＤＣモータとその駆動制御装置からなるモータ
システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】ブラシレスＤＣモータは、複数の相巻線
を有するステータ、および永久磁石を有するロータによ
り構成される。このブラシレスＤＣモータの駆動にあた
っては、直流電圧を出力する直流電圧回路、およびこの
直流電圧回路の出力電圧が印加されるスイッチング回路
が用意される。

【０００３】スイッチング回路は、一対のスイッチング
素子が電流の上流側と下流側の関係に直列接続された直
列回路を複数有している。これら直列回路の各スイッチ
ング素子の相互接続点が、ブラシレスＤＣモータの各相
巻線に接続される。

【０００４】スイッチング回路の１つの直列回路の上流
側スイッチング素子および別の１つの直列回路の下流側
スイッチング素子のうち、一方が連続オンされて他方が
断続オンされ、かつこの連続オンおよび断続オンするス
イッチング素子が順次に切換えられることにより、ブラ
シレスＤＣモータの各相巻線が順次に通電される。この
各相巻線に対する通電により、各相巻線から磁界が発生
する。この磁界と、ロータの永久磁石が発する磁界との
相互作用により、ロータが回転する。なお、各相巻線へ
の通電切換のことを、転流と称する。

【０００５】ロータの回転に伴い、非通電状態の相巻線
に電圧が誘起する。この誘起電圧が取り出され、その誘
起電圧の変化からロータの回転位置が検出される。具体
的には、非通電状態の相巻線に生じる誘起電圧のレベル
とあらかじめ定められた基準電圧のレベルとが比較さ
れ、両レベルが交差するとき、そのタイミングでのロー
タの回転位置が基準回転位置として検出される。

【０００６】こうして検出される基準回転位置に応じ
て、各相巻線に対する通電切換（転流）のタイミングが
制御される。そして、この通電切換が繰り返されること
により、ロータの回転が継続する。

【０００７】また、断続オンするスイッチング素子のオ
ン，オフデューティが調節され、これによりブラシレス
ＤＣモータの速度が制御される。この制御に基づく速度
変化にかかわらず、上記の回転位置検出および通電切換
は有効に継続される。

【０００８】ここで、ブラシレスＤＣモータおよびその
駆動制御装置の例を図４に示す。１はブラシレスＤＣモ
ータで、中性点Ｐを中心に星形結線された３つの相巻線
Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗを有する。これら相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，
Ｌｗの非結線端にそれぞれ端子Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗが接続
される。

【０００９】三相交流電源２に直流電圧回路３が接続さ
れる。この直流電圧回路３は、三相交流電源２の電圧を
整流して直流電圧を出力する。直流電圧回路３の出力端
にスイッチング回路４が接続される。このスイッチング
回路４は、一対のスイッチング素子が電流の上流側と下
流側の関係に直列接続された直列回路を、Ｕ相用，Ｖ相
用，Ｗ相用として３つ有する。これら直列回路に、上記
直流電圧回路３から出力される直流電圧が印加される。

【００１０】Ｕ相用の直列回路は、上流側スイッチング
素子であるトランジスタＴu+、および下流側スイッチン
グ素子であるトランジスタＴu-より成る。Ｖ相用の直列
回路は、上流側スイッチング素子であるトランジスタＴ
v+、および下流側スイッチング素子であるトランジスタ
Ｔv-より成る。Ｗ相用の直列回路は、上流側スイッチン
グ素子であるトランジスタＴw+、および下流側スイッチ
ング素子であるトランジスタＴw-より成る。なお、フラ
イホイールダイオードＤが、各トランジスタと並列に接
続される。

【００１１】スイッチング回路４におけるトランジスタ
Ｔu+，Ｔu-の相互接続点、トランジスタＴv+，Ｔv-の相
互接続点、およびトランジスタＴw+，Ｔw-の相互接続点
に、ブラシレスＤＣモータ１の端子Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗが
接続される。

【００１２】スイッチング回路４は、各トランジスタの
オン，オフにより、ブラシレスＤＣモータ１の相巻線Ｌ
ｕ，Ｌｖ，Ｌｗに順次に通電する働きをする。各相巻線
の非通電時には、電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗがそれぞれの相
巻線に誘起する。これら誘起電圧が上記中性点Ｐに生じ
る電圧Ｖｐと共に回転位置検出回路５に入力される。回
転位置検出回路５は、比較器７，８，９、およびこれら
比較器の入力側にそれぞれ接続された低域フィルタ６を
備える。低域フィルタ６は、高調波成分を除去するため
のものである。

【００１３】誘起電圧Ｅｕは低域フィルタ６を介して比
較器７の非反転入力端（＋）に入力される。比較器７の
反転入力端（−）には、中性点Ｐの電圧Ｖｐが基準電圧
として入力される。

【００１４】誘起電圧Ｅｖは低域フィルタ６を介して比
較器８の非反転入力端（＋）に入力される。比較器８の
反転入力端（−）には、中性点Ｐの電圧Ｖｐが基準電圧
として入力される。

【００１５】誘起電圧Ｅｗは低域フィルタ６を介して比
較器９の非反転入力端（＋）に入力される。比較器９の
反転入力端（−）には、中性点Ｐの電圧Ｖｐが基準電圧
として入力される。

【００１６】比較器７，８，９は、誘起電圧Ｅｕ，Ｅ
ｖ，Ｅｗのレベルが基準電圧Ｖｐのレベルよりも低いと
き論理“０”信号を出力し、誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗ
のレベルが基準電圧Ｖｐのレベルと同じまたはそれより
も高いとき論理“１”信号を出力する。すなわち、各誘
起電圧のレベルと基準電圧Ｖｐのレベルとが比較され、
両レベルが交差する点いわゆる零クロス点で比較器７，
８，９の出力信号の論理レベルが変化する。この変化点
がブラシレスＤＣモータ１のロータの回転位置として検
出される。

【００１７】回転位置検出回路５の出力が制御部１０に
入力される。制御部１０は、回転位置検出回路５の検出
結果に応じてスイッチング回路４の各トランジスタに対
する駆動信号を作成する。これら駆動信号がスイッチン
グ回路４の各トランジスタのベースに供給されて、各ト
ランジスタがオン，オフ駆動される。この各トランジス
タのオン，オフにより、ブラシレスＤＣモータ１の相巻
線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗが２つずつ順次に通電される。な
お、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗへの通電が切換わることを
転流と称する。

【００１８】ブラシレスＤＣモータ１の具体的な構成を
図５に示す。ステータ（歯数６）１１は、複数の歯状部
１２を周方向に有し、これら歯状部１２に各相巻線Ｌ
ｕ，Ｌｖ，Ｌｗを装着してなる。

【００１９】ロータ（極数４）２０は、回転軸２１およ
び鉄心２２を備え、鉄心２２内にその周方向に沿って複
数の磁石挿入孔２２ａを形成し、これら磁石挿入孔２２
ａにそれぞれ永久磁石２３を収容してなり、これら永久
磁石２３の相互間に存する鉄心部分を同鉄心２３の内周
部２３ａと外周部２３ｂとを繋ぐ連結部２３ｂとして有
する。

【００２０】図６は、誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗのうち
例えばＥｕの波形と基準電圧Ｖｐの波形との関係を示し
ている。破線で示すＥｆは、低域フィルタ６を経た誘起
電圧Ｅｕの波形である。

【００２１】すなわち、通電休止期間において電圧Ｅｕ
が誘起し、その誘起電圧Ｅｕのレベルと基準電圧Ｖｐの
レベルとが交差する点いわゆる零クロス点がロータ２０
の回転位置として検出される。低域フィルタ６を経た電
圧Ｅｆの波形は、誘起電圧Ｅｕの波形に比べて90度の位
相遅れを持ち、電圧Ｅｆと基準電圧Ｖｐとの零クロス点
についても誘起電圧Ｅｕと基準電圧Ｖｐとの零クロス点
に比べて90度の位相遅れを生じる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなブラシレ
スＤＣモータとその駆動制御装置からなるモータシステ
ムにおいて、図６の零クロス点Ａが生じるタイミング
は、ブラシレスＤＣモータ１のロータ回転位置が図５の
状態にあるときである。

【００２３】一方、相巻線に電圧を誘起させる磁束は永
久磁石のみでなく、巻線電流の起磁力いわゆる電機子起
磁力による磁束もあり、この一部として、図７に示すよ
うにＷ相の歯状部１２から鉄心２２の連結部２２ｂを通
ってＵ相の歯状部１２に至る磁束がある。

【００２４】図８は図７の場合より少し後のステータ・
ロータ位置関係を示すが、図７から図８に至る仮定にお
いて、連結部２２ｂが歯状部１２に対向しなくなり、Ｗ
相の歯状部１２から連結部２２ｂを通ってＵ相の歯状部
１２に至る磁束が急激に減少する。この結果、Ｕ相の歯
状部１２を通る磁束が急減し、誘起電圧が図９に示すよ
うに基準電圧Ｖｐ付近で振動する。

【００２５】この電機子起磁力磁束の急変による誘起電
圧の振動は、歯状部１２の歯先の厚さと連結部２２ｂの
幅が大きいほど大きくなる。この誘起電圧の振動によ
り、低域フィルタ６を通過した後の電圧波形は図９に示
すＥfaのようになり、振動が無い場合の波形Ｅfbに比べ
て早いタイミングで基準電圧Ｖｐのレベルに至ってしま
い、誤った零クロス点Ａが検出されてしまう。

【００２６】回転位置検出回路５が低域フィルタ６を持
たない方式の場合は、誘起電圧の振動部分が基準電圧Ｖ
ｐのレベルをクロスし、誤った零クロス点Ｃが検出され
てしまう。

【００２７】つまり、低域フィルタ６が有っても無くて
も、ロータ２０の回転位置検出に誤りが生じ、ブラシレ
スＤＣモータの適正な駆動が困難となる。対策として、
歯状部１２の歯先の厚さを薄くしたり、あるいは連結部
２２ｂの幅を小さくすることが考えられるが、歯先を薄
くするとモータトルクの低下を生じ、連結部２２ｂの幅
を小さくすると鉄心２２を製造する際の鉄心打ち抜き作
業が難しくなったりロータ２０の強度が低下するなどの
不具合を生じる。

【００２８】また、回転位置検出回路５が低域フィルタ
６を持たない方式の場合、誘起電圧の振動部分が基準電
圧Ｖｐのレベルをクロスする事態が生じ、誤った零クロ
ス点Ｃが検出されてしまう。

【００２９】以上は極数４、歯数６のブラシレスＤＣモ
ータを例に説明したが、極数２ｎ（ｎは２以上の整
数）、歯数３ｎのブラシレスＤＣモータに共通の現象で
ある。この発明は上記の事情を考慮したもので、その目
的とするところは、電機子起磁力磁束による誘起電圧の
振動をステータ歯状部の歯先の厚さや鉄心連結部の幅を
変えることなく解消して常に適正な駆動が可能なブラシ
レスＤＣモータおよびモータシステムを提供することに
ある。

【００３０】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明のブ
ラシレスＤＣモータは、複数の歯状部を周方向に有しこ
れら歯状部に複数の相巻線を装着してなるステータと、
鉄心内にその周方向に沿って複数の永久磁石を収容しこ
れら永久磁石の相互間に存する鉄心部分を同鉄心の内周
部と外周部とを繋ぐ連結部として有するロータとを備
え、ロータの鉄心の外周面において上記連結部と対応す
る部位に且つ鉄心の軸方向に沿って凹部を形成してい
る。

【００３１】請求項２に係る発明のモータシステムは、
複数の歯状部を周方向に有しこれら歯状部に複数の相巻
線を装着してなるステータ、および鉄心内にその周方向
に沿って複数の永久磁石を収容しこれら永久磁石の相互
間に存する鉄心部分を同鉄心の内周部と外周部とを繋ぐ
連結部として有するロータからなるブラシレスＤＣモー
タと、上記各相巻線への誘起電圧と基準電圧とを比較し
て上記ロータの回転位置を検出しこの検出位置に応じ各
相巻線に対する通電を順次に切換えて上記ブラシレスＤ
Ｃモータの駆動を行う駆動制御装置とを備え、ロータの
鉄心の外周面において上記連結部と対応する部位に且つ
鉄心の軸方向に沿って凹部を形成している。

【００３２】請求項３に係る発明のモータシステムは、
請求項２に係る発明おいて、駆動制御装置が、各相巻線
への誘起電圧を低域フィルタに通して基準電圧と比較す
ることによりロータの回転位置を検出する。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施例につい
て図面を参照して説明する。図１にロータ構成を示し、
図２にステータ・ロータ位置関係を示している。ロータ
２０の鉄心２２の外周面において、各連結部２２ｂと対
応する部位に、且つ鉄心２２の軸方向（回転軸２１の軸
方向）に沿って凹部３１をそれぞれ形成する。

【００３４】こられ凹部３１の形成により、その形成部
分（鉄心２２の外周面）とステータ１１の歯状部１２と
の間のエアギャップが大きくなる。図２は前述した図７
と同じステータ・ロータ位置関係を示しており、Ｗ相の
歯状部１２から鉄心２２の連結部２２ｂを通ってＵ相の
歯状部１２に至る磁束は、磁気通路であるエアギャップ
が大きくなっていることから、図７の場合に比べて大幅
に減少する。

【００３５】この結果、ステータ・ロータ位置関係が図
８に移る仮定において、連結部２２ｂが歯状部１２に対
向しなくなる場合に、Ｗ相の歯状部１２から連結部１２
を通ってＵ相の歯状部１２に至る磁束の急激に減少が緩
和される。この緩和により、基準電圧Ｖｐ付近での誘起
電圧の不要な振動が解消される。

【００３６】したがって、ロータ２２の回転位置を誤り
なく検出することができ、ブラシレスＤＣモータ１に対
する常に適正な駆動が可能となる。とくに、歯状部１２
の歯先の厚さを薄くすることなく誘起電圧の振動を解消
できるので、モータトルクの低下を回避でき、ブラシレ
スＤＣモータ１の良好な運転特性を得ることができる。

【００３７】また、鉄心２２の連結部２２ｂの幅を小さ
くすることなく誘起電圧の振動を解消できるので、鉄心
２２を製造する際の鉄心打ち抜き作業が難しくなったり
ロータ２０の強度が低下するなどの不具合を回避でき
る。

【００３８】なお、図３に示すように、凹部３１に代え
て、その凹部３１より幅の広い凹部３２を形成してもよ
い。また、上記実施例では、極数４、歯数６のブラシレ
スＤＣモータを例に説明したが、極数２ｎ（ｎは２以上
の整数）、歯数３ｎのブラシレスＤＣモータについても
同様に実施可能である。その他、この発明は上記実施例
に限定されるものではなく、要旨を変えない範囲で種々
変形実施可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、ロ
ータの鉄心の外周面において同鉄心の連結部と対応する
部位に且つ鉄心の軸方向に沿って凹部を形成したので、
電機子起磁力磁束による誘起電圧の振動をステータ歯状
部の歯先の厚さや鉄心連結部の幅を変えることなく解消
して常に適正な駆動が可能なブラシレスＤＣモータを提
供できる。

【００４０】また、ブラシレスＤＣモータのロータの鉄
心の外周面において同鉄心の連結部と対応する部位に且
つ鉄心の軸方向に沿って凹部を形成したので、電機子起
磁力磁束による誘起電圧の振動をステータ歯状部の歯先
の厚さや鉄心連結部の幅を変えることなく解消して常に
適正な駆動が可能なモータシステムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例のロータ構成を示す図。

【図２】一実施例のステータ・ロータ位置関係を示す
図。

【図３】図１の変形例の構成を示す図。

【図４】一実施例および従来のモータシステムを示すブ
ロック図。

【図５】従来のブラシレスＤＣモータの構成を示す図。

【図６】図５のブラシレスＤＣモータの相巻線に誘起す
る電圧の波形図。

【図７】図５のブラシレスＤＣモータにおける磁束経路
を示す図。

【図８】図７の状態からロータ回転位置が少し進んだ状
態を示す図。

【図９】図８のロータ回転位置において各相巻線に生じ
る電圧の波形を示す図。

【符号の説明】

１…ブラシレスＤＣモータ ３…直流電圧回路 ４…スイッチング回路 ５…回転位置検出回路 ６…低域フィルタ ７，８，９…比較器 １０…制御部 １１…ステータ ２０…ロータ ２２…鉄心 ２２ａ…磁石挿入孔 ２２ｂ…連結部 ２２ｃ…内周部 ２２ｄ…外周部 ２３…永久磁石 ３１…凹部 ３２…凹部

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H560 AA02 BB04 BB07 BB12 BB17 DA13 DB20 EB01 EC10 JJ12 SS01 TT07 TT08 UA02 XB09 5H621 AA03 BB07 BB10 GA01 GA04 GA15 GB14 JK02 JK14 5H622 AA03 CA02 CA05 CA10 CA13 CB04 CB05 PP11 PP16 PP19 QB05

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の歯状部を周方向に有しこれら歯状
   部に複数の相巻線を装着してなるステータと、 鉄心内にその周方向に沿って複数の永久磁石を収容し、
   これら永久磁石の相互間に存する鉄心部分を同鉄心の内
   周部と外周部とを繋ぐ連結部として有するロータと、 を備え、前記ロータの鉄心の外周面において前記連結部
   と対応する部位に且つ鉄心の軸方向に沿って凹部を形成
   したことを特徴とするブラシレスＤＣモータ。
2. 【請求項２】 複数の歯状部を周方向に有しこれら歯状
   部に複数の相巻線を装着してなるステータ、および鉄心
   内にその周方向に沿って複数の永久磁石を収容しこれら
   永久磁石の相互間に存する鉄心部分を同鉄心の内周部と
   外周部とを繋ぐ連結部として有するロータからなるブラ
   シレスＤＣモータと、 前記各相巻線への誘起電圧と基準電圧とを比較して前記
   ロータの回転位置を検出し、この検出位置に応じ前記各
   相巻線に対する通電を順次に切換えて前記ブラシレスＤ
   Ｃモータの駆動を行う駆動制御装置と、を具備したモー
   タシステムであって、 前記ロータの鉄心の外周面において前記連結部と対応す
   る部位に且つ鉄心の軸方向に沿って凹部を形成したこと
   を特徴とするモータシステム。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のモータシステムにおい
   て、 前記駆動制御装置は、前記各相巻線への誘起電圧を低域
   フィルタに通して基準電圧と比較することにより前記ロ
   ータの回転位置を検出することを特徴とするモータシス
   テム。