JP2000201461A

JP2000201461A - 磁石式ブラシレス電動機

Info

Publication number: JP2000201461A
Application number: JP11000902A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Masuzawa; 正宏増澤; Masahiro Mita; 正裕三田; Hiroo Sugaya; 博夫菅家; Naoya Toida; 直也樋田; Hideki Sugawara; 英樹菅原
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Proterial Ltd
Priority date: 1999-01-06
Filing date: 1999-01-06
Publication date: 2000-07-18
Anticipated expiration: 2019-01-06
Also published as: JP4306851B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低速回転域でも高いトルクが得られ、かつ高
速回転域でも効率よく使用できる磁石式ブラシレス電動
機を提供する。【解決手段】磁石回転子の磁極位置を検出し、この位
置検出信号に応じて固定子巻線への電流供給量を制御す
る制御回路を有するとともに、前記磁石回転子が複数か
らなりかつ回転速度の変化に応じてその複数の磁石回転
子のうちの少なくとも１つをその他の磁石回転子の磁極
に対して回転方向にずらして前記の磁石回転子の磁極と
固定子の磁極との対向面積を増減し鎖交磁束量を変化さ
せることにより低速回転域で大きなトルクを得、かつ高
速回転を可能にした磁石式ブラシレス電動機であって、
回転速度を検出し、これに対応する前記回転子の合成磁
極位置のずれに応じて前記制御回路による電流供給の進
角を補正することを特徴とする磁石式ブラシレス電動
機。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は永久磁石を界磁に用
いた電動機（例えば、電気自動車やハイブリッド型自動
車、その他の電動車両の駆動源等）として有用な磁石式
ブラシレス電動機に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の内燃機関では高トルクを発生
する回転数領域が非常に狭い。そこで、図８に示すよう
に、何種類ものギア比の異なる歯車で構成されたトラン
スミッションを用いて、低速から高速まで任意の速度で
走れるようにしている。

【０００３】ところが、永久磁石を用いた従来のブラシ
レスＤＣ電動機の回転数とトルクの関係は図９に示すよ
うに、トルクは回転数に逆比例して回転数が大きくなる
に従い直線的に低下する。電動機にかける電圧をＶ、電
動機の界磁が作る磁界の強さに界磁の有効面積をかけた
総磁束をΦ、電機子の界磁用巻線数をＺ、抵抗をＲとす
ると、回転数の最大値（ｎ_ｍａｘ）はＶ／ΦＺ、トルク
の最大値（Ｔ_ｍａｘ）はΦＺＶ／Ｒとなる。電圧Ｖが二
倍になると最大トルク、最高回転数はともに二倍に増加
する。界磁用巻線数Ｚを変えることにより最大トルクや
最高回転数を変化させることもできる。また、総磁束Φ
が大きいほどトルクは大きくなるが、電機子側での磁気
飽和に留意して上限値を定める必要がある。

【０００４】しかし、従来のブラシレスＤＣ電動機で
は、低速回転域で高いトルクが得られるが、回転数の可
変範囲が狭いために高速回転することが困難であった。
そこで「弱め磁界」という手法により高速回転時には総
磁束Φを下げることによって回転数の最大値
（ｎ_ｍａｘ）を上げることが考えられる。低回転数のと
きは大きな総磁束Φで図９の実線で示すようなトルクを
得て、回転数が高くなったときには総磁束Φを小さくし
て図９の破線で示すような特性を得ることによって、よ
り高い回転数まで回転させることが考えられる。

【０００５】また、回転速度とともに総磁束を変えるこ
とが提案されており、特開平７−２３６２５９「永久磁
石式発電機」には、回転子に用いている界磁用永久磁石
の複数極からの鎖交磁束によって固定子に起電力を生ず
る永久磁石式発電機であって、前記界磁用永久磁石と近
接してその側面で同軸上に回転自在に配置されかつ前記
界磁用永久磁石と同一極数とした磁束バイパス用の永久
磁石と、回転子の回転数に応じて変位するガバナ機構と
を備え、このガバナ機構の変位に対応して前記磁束バイ
パス用の永久磁石を磁極性の半サイクル分回転させる方
式のものの開示がある。この永久磁石式発電機は、回転
子の停止時には前記バイパス用の永久磁石の磁極性を界
磁用永久磁石の磁極性と同極性に配置し、高速域では前
記ガバナ機構によって前記バイパス用の永久磁石を界磁
用永久磁石と逆極性の位置に配置する方式である。すな
わち、低速回転時には界磁用永久磁石の磁極からの鎖交
磁束を大として、高速回転時には界磁用永久磁石からの
鎖交磁束を弱くして、発電電力を一定にしようとするも
のである。

【０００６】また、特開平１０−１５５２６２ではさら
に効率のよい鎖交磁束の弱め方として、回転方向に順次
異なった極性の磁極が並んでいる第１の界磁用磁石とこ
の第１の界磁用磁石に対して相対回転可能で回転方向に
順次異なった極性の磁極が並んでいる第２の界磁用磁石
からなり、前記第１と第２の界磁用磁石は前記固定子磁
極に対向しているとともに、前記第１と第２の界磁用磁
石の合成した磁極の位相を第１の界磁用磁石の磁極に対
して回転子の回転速度に伴い変化させる機構を有する磁
石式ブラシレス電動機が開示されている。この磁石式ブ
ラシレス電動機においては、界磁用巻線のインダクタン
ス等による通電指令信号に対する電流立ち上がりの遅れ
を見越して通電期間の中央を界磁用磁極のＮＳ切り替わ
り点より回転順方向に進ませる角度（進角）が重要であ
ること、さらには前記第１と第２の界磁用磁石の合成し
た磁極の位相が第１の界磁用磁石の磁極に対してずれて
合成されることで磁束量は減少し、かつ機械的に進角が
変化することを記載している。以上のことより、従来に
比べて高いトルクでかつ約３倍の高回転速度まで変換効
率よく使用できるとしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記特開平１
０ー１５５２６２では、回転速度に応じて機械的に進角
を変化させることにより変換効率を向上できるが、回転
速度の変化によって電流供給タイミングの基準となる磁
石回転子の磁極位置と位置検出センサとの位置関係にず
れが生じるためにその回転速度に応じた真に適切な進角
を得るように調整することが困難であり、例えば極めて
低速の回転時において出力低下、回転の不安定さが目立
つ場合があった。

【０００８】上記従来の問題を踏まえて、本発明の課題
は、低速回転域でも従来よりも高いトルクが得られると
ともに、高速回転域においても変換効率よく使用できる
磁石式ブラシレス電動機を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意検討の
結果、機械的な進角の変化機構のみの前記従来の磁石式
ブラシレス電動機で発生する磁石回転子の磁極位置検出
信号のずれを、後述の制御回路等を付加することによっ
て電流供給の進角を随時補正し、起動トルクを含む低速
回転域から３０００r.p.m.を越える高速回転域までの非
常に広い回転数域において最適な進角で制御できること
を知見した。すなわち、本発明は、磁石回転子の磁極位
置を検出し、この位置検出信号に応じて固定子巻線への
電流供給量を制御する制御回路を有するとともに、前記
磁石回転子が複数からなりかつ回転速度の変化に応じて
その複数の磁石回転子のうちの少なくとも１つをその他
の磁石回転子の磁極に対して回転方向にずらして前記の
磁石回転子の磁極と固定子の磁極との対向面積を増減し
鎖交磁束量を変化させることにより低速回転域で大きな
トルクを得、かつ高速回転を可能にした磁石式ブラシレ
ス電動機であって、回転速度を検出し、これに対応する
前記回転子の合成磁極位置のずれに応じて前記制御回路
による電流供給の進角を補正する磁石式ブラシレス電動
機である。本発明において、前記磁石回転子は、回転方
向に順次異なった極性の磁極が並んでいる第１の磁石回
転子とこの第１の磁石回転子に対して相対回転可能で回
転方向に順次異なった極性の磁極が並んでいる第２の磁
石回転子からなり、前記第１と第２の磁石回転子は前記
固定子磁極に対向しているとともに、前記第１と第２の
磁石回転子の合成した磁極の位相を第１の磁石回転子の
磁極に対して前記磁石回転子の回転速度に伴い変化さ
せ、かつ機械的に進角を変化させる機構を有する構成の
ものが実用性に富んでいる。さらに、前記制御回路は磁
石回転子の回転速度を磁極位置検出装置（後述のホール
ＩＣ等）からの信号で検出し、その回転速度に応じて機
械的な進角の変化によって発生する回転子位置検出信号
のずれをマイコン（マイクロコンピュータ）で補正し、
得られた補正データを用いて固定子の界磁用巻線に流す
電流の大きさと位相とを適宜制御することが望ましい。
また、制御回路側の進角制御量については任意に設定で
き、例えば回転速度に比例して進角が大となる設定にす
ればより高い高速回転域まで回転可能なモータとなり望
ましい。また、本発明では、回転速度を検出するための
センサ磁石を磁石回転子の界磁用磁石とは別に設けてお
くことが磁石式ブラシレス電動機の小型化、コスト削減
のために有利である。

【００１０】本発明の磁石式ブラシレス電動機は、機械
的な進角変化機構を持つように構成される。例えば、図
２に示すように２つの磁石回転子２ａ，２ｂの隣接磁極
が相対的に回転してずれる結果鎖交磁束量が変化する。
この場合に図２（Ａ）、（Ｂ）の隣接する２つのＮ極に
着目すると、ずれた状態の図２（Ｂ）の隣接するＮ極の
合成した磁極の位相が、ずれていない図２（Ａ）の隣接
するＮ極の磁極位相から（ａ／２）度だけ電気角でずれ
た角度が制御回路による電流供給の進角とは別に与えら
れる機械的な進角である。また、制御回路による電流供
給の進角（電気的な進角）とは、任意の固定子および回
転子の一磁極に注目した場合、注目した回転子の一磁極
と固定子の一磁極とが最も重なる以前にその固定子の一
磁極の界磁用巻線に電流を流して磁束を発生させること
で得られる進角である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明を詳しく説明する。

【００１２】図１は本発明の一態様を示す磁石式ブラシ
レスＤＣ電動機の主要部を分解したものの斜視図であ
る。図１（Ａ）において、固定子１には複数（この図で
は１２極）の固定子磁極１１に回転磁界を発生するため
の界磁用巻線１２が巻かれている。磁石回転子２は、回
転軸２１と、回転軸２１まわりに配置された回転子コア
７と、回転子コア７上に設けられた界磁用磁石３１，３
２と、この界磁用磁石３１，３２の磁極位置を示すため
に回転軸２１に固定されているとともにその外周面の回
転方向に界磁用磁石３１，３２と同一の磁極中心角を形
成したセンサ磁石２２（例えば、フェライト系のプラス
チック磁石等）を有する。さらに、その周囲にはホール
ＩＣ９０（図示せず、後述の図４を参照）が３方に分か
れて備えられ、磁石回転子２の磁極位置、回転速度を検
出する。この磁石回転子２は回転軸２１まわりに固定さ
れた第１の磁石回転子２ａとこの第１の磁石回転子２ａ
に対して回転軸２１まわりに相対回転できるようにされ
た第２の磁石回転子２ｂとからなる。第１、第２の磁石
回転子２ａ，２ｂにはともに外周面の回転方向に等間隔
で交互に異なった合計８極の磁極４を形成した前記の第
１、第２の界磁用磁石（例えば同一寸法のリング状（Ｎ
ｄ，Ｄｙ）−Ｆｅ−Ｂ系磁石；（Ｎｄ，Ｄｙ）_２Ｆｅ
_１４Ｂ型金属間化合物を主相とする日立金属（株）製の
異方性焼結磁石：ＨＳ４０ＡＨ等）を配置してある。磁
石回転子２の任意磁極の固定子１に対する位置はセンサ
磁石２２で示され、その磁極位置に応じて界磁用巻線１
２に通電する電流を切り換える後述の制御回路（図示せ
ず）が付設されていて、固定子磁極１１に所定の回転磁
界を発生させるようになっている。第１、第２の磁石回
転子２ａ，２ｂはともに狭いエアギャップを隔てて固定
子磁極１１に対向配置されて本発明の磁石式ブラシレス
電動機５０を構成している。図１（Ｂ）に、第２の磁石
回転子２ｂを第１の磁石回転子２ａに対して相対的に回
転子２の回転（順）方向に回転させることによって両者
の磁極位置をずらした状態を示す。

【００１３】図２（Ａ）および（Ｂ）にセンサ磁石２２
の磁極と第１、第２の磁石回転子２ａ、２ｂの各磁極と
の位置関係を示した。図１（Ａ）および図２（Ａ）では
第１の磁石回転子２ａと第２の磁石回転子２ｂとは同極
性磁極が隣り合っているので、各隣接磁極の合成した磁
極の位相（例えば、その合成磁極の中心）はセンサ磁石
２２および第１の磁石回転子２ａの磁極と同じ位相（例
えば、その磁極の中心）にある。図２（Ｂ）は図１
（Ｂ）に対応する。

【００１４】ここで、第１、第２の磁石回転子２ａ，２
ｂの磁極の個々が全く同じ磁束量を発生しているととも
に第２の磁石回転子２ｂの任意磁極が第１の磁石回転子
２ａの任意磁極に対して（ａ度）回転順方向にずらされ
た場合、第１と第２の磁石回転子２ａ，２ｂの隣接磁極
の合成した磁極の位相はその第１、第２の磁石回転子２
ａ，２ｂの隣接する磁極の位相の平均値となり、合成し
た磁極の位相（例えば、その合成磁極の中心）はその隣
接する第１の磁石回転子２ａの磁極の位相（例えば、そ
の磁極の中心）に対して回転順方向にａ／２度分（機械
的な機構によって変化する進角分）進むことになる。そ
して、第１と第２の磁石回転子２ａ，２ｂの隣接磁極を
合成した磁極の、その第１の磁石回転子２ａの隣接磁極
に対する位相を、回転子２の回転速度に伴い機械的に変
化させる機構によって、回転子２の回転速度が低いとき
には図１（Ａ）や図２（Ａ）のようにし、回転速度が高
いときには両者の磁極がずれて図１（Ｂ）や図２（Ｂ）
のようにすることが望ましい。すなわち、図１（Ｂ）や
図２（Ｂ）の状態では局部的な短絡が多く生じるので、
図１（Ａ）や図２（Ａ）の状態に比べて固定子１側の界
磁用巻線１２に到達する鎖交磁束量が減少する。よっ
て、回転速度が高いときには磁石回転子２ａ，２ｂ間の
相対的な磁極ずれ量に応じて鎖交磁束量を減少させると
ともに、回転速度が低い場合には第１、第２の磁石回転
子２ａ，２ｂの同磁極が回転軸２１まわりで並ぶことに
より鎖交磁束量が最大となる。本発明の磁石式ブラシレ
ス電動機５０はこのような機械的な進角変化機構を備え
ているので、広範囲の回転速度変化を実現できるととも
に鎖交磁束量を機械的に変化させる機能を有している。

【００１５】図１では第１の磁石回転子２ａとセンサ磁
石２２の磁極位相が固定され、第２の磁石回転子２ｂが
第１の磁石回転子２ａに対して相対回転可能である構成
を採用したが、本発明においては磁石回転子２ａ，２ｂ
およびセンサ磁石２２の３部材に関して固定するか回転
可能とするかの組合わせは本発明の効果を消失しない範
囲内で任意である。例えば第２の磁石回転子２ｂとセン
サ磁石２２の磁極位相が固定されているとともに高速回
転時に第１の磁石回転子２ａの磁極が第２の磁石回転子
２ｂの磁極に対して回転順方向に相対的にずれる構成と
してもよい。あるいは、第１の磁石回転子２ａとセンサ
磁石２２の磁極位相が固定されているとともに、高速回
転時に第２の磁石回転子２ｂの磁極が第１の磁石回転子
２ａの磁極に対して回転逆方向に相対的にずれる構成と
してもよい。あるいは、第２の磁石回転子２ｂとセンサ
磁石２２の磁極位相が固定されているとともに、高速回
転時に第１の磁石回転子２ａの磁極が第２の磁石回転子
２ｂの磁極に対して回転逆方向に相対的にずれる構成と
してもよい。

【００１６】本発明で用いる機械的な進角の変化機構と
して、図３に示す構成が実用性に富んでいる。図３は図
１、２に対応する。図３において、第１の磁石回転子２
ａは回転軸２１に固定してあり、第２の磁石回転子２ｂ
はその中央の軸穴３２１に回転軸２１が挿通されて回転
軸２１まわりに所定量回るようになっている。第１の磁
石回転子２ａと第２の磁石回転子２ｂとの間に作用する
吸引力および／または反発力によって上記磁極ずれ動作
が妨げられないように、両者間に数ｍｍの間隔５を開け
ておくことが望ましい。ガバナ固定板３３は回転軸２１
に固定されているとともに、このガバナ固定板３３の端
面には中心角９０度間隔で上下左右対称位置に設けた４
つの穴３３１に各々回転支軸３４１が嵌着されている。
ガバナ３４は略円弧状の部品で両端部に貫通穴３４８，
３４９を設けてある。貫通穴３４８には回転支軸３４１
が嵌着され、貫通穴３４９には可動側の軸３４２が嵌着
されてガバナ３４を保持している。さらに、上記穴３３
１の各近傍に点対称に４つの円弧状の長穴３３２が設け
てある。また、回転子コア８の片端面には中心角９０度
間隔で上下左右対称な半径方向に４つの長溝３２２が設
けてあり、これらの各長穴および各長溝に上記可動側の
軸３４２が挿入されるとともに、上記４本の可動側の軸
３４２同士がばね３４３で接続されてその弾性力で引き
合うようになっている。このばね３４３の張力により磁
石回転子２の回転速度が低いときには図３（Ａ）に示す
ようにガバナ３４の可動側軸３４２は長穴３３２内にお
いて回転軸２１に最も近い位置にある。このときは第２
の磁石回転子２ｂと第１の磁石回転子２ａの同磁極が並
ぶように構成してある。そして、磁石回転子２の回転速
度が大きくなってくると遠心力によりガバナ３４は図３
（Ｂ）に示す状態に開きガバナ３４の可動側の軸３４２
がガバナ固定板３３の長穴３３２に沿って外周側に動く
と同時に、長溝３２２が長穴３３２に対して磁石回転子
２の外周側に向かって回転方向にずれて設けてある分だ
け可動側の軸３４２の長溝３２２挿入部分がその長溝３
２２を介して回転子コア８を矢印方向に回転させるので
第２の磁石回転子２ｂが第１の磁石回転子２ａに対して
矢印方向に回転することができる。磁石回転子２の回転
速度が低くなってくると遠心力が小さくなるのでばね３
４３の張力でガバナ３４が図３（Ａ）の状態に閉じて第
１、第２の磁石回転子２ａ，２ｂの同磁極が並ぶ位置に
戻る。上記の機械的に進角を変化させる機構は、外部か
らの制御および動力を要せず、磁石回転子２の構成部品
に作用する遠心力のみで動作可能なことから、簡単な機
構でかつ安価に磁石式ブラシレス電動機５０の鎖交磁束
量を大きく変化することができる。また、回転子コア８
に長溝３２２を設けてあるので長溝３２２からガバナ３
４に至る軸方向寸法（Ｌ）の長寸化を抑えることができ
るとともに、作用する遠心力を考慮して所定の回転速度
で上記の磁極ずれ動作が起こるようにばね３４３のばね
定数を適宜設定することで幅広い回転速度領域で高いト
ルクおよびモータ変換効率を獲得することが可能であ
る。

【００１７】図４は、本発明において適用する電気的に
進角を補正するための制御回路のハードブロック図の一
例である。上記本発明の磁石式ブラシレス電動機５０に
設けたセンサ磁石２２に対向配置された３個のホールＩ
Ｃ９０からの信号により固定子１に対する磁石回転子２
の回転速度、磁極位置を検出し、それに応じて制御回路
による電流供給の進角補正を行う。

【００１８】次に、図５のフローチャートおよび図６の
タイムタイムチャートを参照して進角制御の動作を説明
する。ステップＳ１からＳ１０までは１つの基準パルス
発生毎に繰り返しループ動作を連続的におこなう。ま
ず、ステップＳ１ではセンサ磁石２２の外周にそれぞれ
１２０°ずつ位相をずらせて配置された３個のホールＩ
Ｃ９０から出力されるそれぞれの磁極位置検出信号を
「１または０」のコード信号としてコンピュータ７０へ
入力する。本実施例では、センサ磁石２２の極対数が８
極となっているため回転子１回転あたり４周期（機械角
で９０°毎）の位置検出信号が入力される。ステップＳ
２では、３個のホールＩＣ９０からそれぞれ入力される
３つのコード信号の組み合わせ状態がそれまでの組み合
わせ状態から変化したか否かを判別する。このコード信
号の組み合わせ状態の変化は図６に示されるように、１
周期あたり６回生じる。そしてこのコード信号の組み合
わせ状態の変化は１周期に６回しか生じないため通常は
ステップＳ３に進まずに、後述のようにステップＳ６〜
Ｓ１０へ進む過程でカウンタ値を１つ増やしてステップ
Ｓ１に戻るループを繰り返す。一方、コード信号の組み
合わせ状態が変化したタイミング、すなわち信号の切り
替わりのタイミングでステップＳ３に進み、前回の切り
替わりから今回の切り替わりまでの間の基準パルス信号
数をカウンタ内のカウンタ値の最終値から読みとること
によって現在の回転速度を検出する。すなわち、１周期
で６回の回転速度の検出がおこなわれる。この場合、こ
のカウンタ最終値が大きいほど回転速度は遅く、カウン
タ最終値が小さいほど回転速度は速いことになる。ステ
ップＳ４では、ステップＳ３で検出した回転速度に応じ
て、あらかじめコンピュータ７０のＲＯＭに設定された
回転速度に対する進角タイミングをカウンタ値でセット
したマップデータ（進角値データ）から対応するカウン
タ値データを読み込んで設定する。この進角値データ
は、実際の回転数に対して前記カウンタ値がいくつにな
ったときに進角指令を出すかをあらかじめマップデータ
としてＲＯＭに記憶させておくもので、回転子の回転速
度の変化に伴って回転方向に相対位置のずれる第１、第
２の界磁用磁石２ａ、２ｂで合成される磁極位置と、セ
ンサ磁石２２で検出される磁極位置との位相のずれを補
正してそのときの回転子磁極に対して最適となる界磁巻
線１２への電流供給制御がおこなえるような値が設定さ
れる。そして次にステップＳ５に進んで前記カウンタ内
のカウント値をクリアしてステップＳ６へ進む。ステッ
プＳ６、Ｓ７、Ｓ８は界磁用巻線１２へ電流供給するＦ
ＥＴブリッジ１００駆動のゲート信号をプリドライバ８
０へ出力する進角タイミングを判別し、指令信号を出力
する。ステップＳ６では、現在設定されている進角値デ
ータに対して、カウンタ内のカウンタ値がその値を超え
たかどうかを判別する。カウンタ値が進角データの設定
値に達していない場合にはステップＳ７に進んで進角な
しコードをプリドライバ８０へ出力してステップ９に進
む。カウンタ値が進角データの設定値に達している場合
にはステップＳ８に進んで進角ありコードをプリドライ
バ８０に出力してステップＳ９に進む。ステップＳ９で
はカウンタに１を加えてカウントアップした後ステップ
Ｓ１０に進み現在のホールＩＣ９０の信号判別コードを
保存してステップＳ１へ戻り、以後このループ動作を繰
り返す。そして、進角なし信号が出力されたときにはプ
リドライバ８０を介して進角なしモードでの駆動信号を
ＦＥＴブリッジ１００に出力する。また、進角あり信号
が出力されたときにはプリドライバ８０を介して進角あ
りモードでの駆動信号をＦＥＴブリッジ１００に出力す
ることにより界磁巻線１２へ進角モードでの電流供給を
おこなう。そして、上述の説明のように、この進角モー
ドへの切り替えは１／６周期毎にカウントアップ→クリ
アを繰り返すカウンタ値が、あらかじめ回転速度に対応
させて設定されているカウンタ値（進角データ値）を越
えたときにおこなわれるため、回転速度の増減に応じて
第２の磁極２ｂをずらしたことによって生じる実際の磁
極中心とセンサ磁石２２による位置検出ずれを適切に補
正した界磁巻線１２への電流供給制御をこなうことがで
きる。その結果、本発明の磁石式ブラシレス電動機は、
起動トルクから３０００r.p.m.を越えた高速回転域にわ
たって随時の回転数に応じた最適の進角が選択されて、
大きなトルクを獲得することができる。

【００１９】（実施例イ）本発明の磁石式ブラシレス電
動機５０において、第１および第２の界磁用磁石３１，
３２に日立金属（株）製の（Ｎｄ，Ｄｙ）−Ｆｅ−Ｂ系
のラジアル異方性焼結リング磁石（（Ｎｄ，Ｄｙ）_２Ｆ
ｅ_１４Ｂ型金属間化合物を主相とするＨＳー３０ＢＲ、
外径７４ｍｍ、軸長２３ｍｍ）を用いるとともにエアギ
ャップの厚みを０．５ｍｍとした条件で、（機械的な進
角変化）＋（電気的な進角制御の補正）により常に進角
が５．５度になるように進角補正を行った本実施例の磁
石式ブラシレス電動機の回転数−トルク特性を図７のイ
に示す。この結果から、本実施例の磁石式ブラシレス電
動機は起動時から３０００r.p.m.を越えた高速回転域に
わたって大きなトルクを有していることがわかる。（比較例ロ）電気的な進角の補正を行わずに、機械的に
進角を５度から２０度まで連続的に変化させた以外は実
施例イと同様に構成された比較例の磁石式ブラシレス電
動機の回転数−トルク特性を図７のロに示す。（比較例ハ）第１、第２の磁石回転子の同じ磁極が並ぶ
ようにして回転軸に固定するとともに進角を５．５度で
固定した以外は実施例イと同様に構成された比較例の磁
石式ブラシレス電動機の回転数−トルク特性を図７のハ
に示す。図７のハでは約４００r.p.m.において最高トル
クを示しているが１０００r.p.m．付近でトルクが０
（Ｎ・ｍ）となり、これ以上の高速回転域で使用するこ
とが困難だった。すなわち、機械的な進角変化のみの比
較例ロ（図７のロ）では進角変化のない比較例ハ（図７
のハ）のほぼ３倍の高速回転が可能となったが、実施例
イ（図７のイ）に比べて７００r.p.m.以下の低速回転域
（起動時等）においてトルクが約１５〜２０％小さくな
ることがわかる。

【００２０】本発明において、第１、第２の磁石回転子
の磁極数は限定されるものではないが、機械的な進角変
化機構により平均鎖交磁束量を５％以上変化できること
が高速回転域を広げるために好適であり、好ましくは２
極〜１２８極、より好ましくは４〜３２極とすると実用
性が高い。また、第１、第２の磁石回転子が異なる磁極
パターンを有していてもよい。また、上記実施例では同
軸に配置した２つの磁石回転子を用いて磁石回転子の回
転速度の変化に伴ってそのうちの１つを相対回転させる
ことで磁石式ブラシレス電動機の鎖交磁束量を減少させ
たが、３つ以上の磁石回転子を同軸に配置するとともに
１つまたは２つ以上の磁石回転子を回転軸に固定し、か
つ残りの磁石回転子を回転軸まわりに所定量相対回転さ
せることでも本発明を構成することができる。また、本
発明では磁石回転子の構成は上記実施例の表面磁石型に
限定されるものではなく、回転子コア内部に永久磁石を
埋設するとともに回転子コアの外周面に交互に異なる磁
極を等間隔で形成した内部磁石型、前記表面磁石型回転
子の外周面に薄いカバー（例えば非磁性カバー等）を配
置した構成の磁石回転子等を採用可能である。

【００２１】本発明において、進角を機械的に変化させ
る機構は、前記の構成に限定されず、他の公知の手段を
用いてもよい。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁石式ブ
ラシレス電動機は３０００r.p.m.を越える高速回転域ま
で高いトルクで交換効率良く使用できるとともに、低速
回転域においても従来に比べて高いトルクを獲得するこ
とができる極めて有用なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁石式ブラシレス電動機の一態様を示
す主要部の分解斜視図であり、磁極ずれが無い状態
（Ａ）、磁極ずれ状態（Ｂ）を示している。

【図２】本発明の磁石式ブラシレス電動機において機械
的な進角の変化を説明する図であり、磁極ずれが無い状
態（Ａ）、磁極ずれ状態（Ｂ）を示している。

【図３】本発明の磁石式ブラシレス電動機において、第
１と第２の磁石回転子の合成した磁極の位相を第１の磁
石回転子の磁極の位相に対して回転速度に伴い変化させ
る機構を示す分解斜視図であり、（Ａ）は低回転速度の
とき、（Ｂ）は高回転速度のときである。

【図４】本発明における電気的に進角を補正するための
ハードブロック図の一例である。

【図５】本発明における電気的に進角を補正するための
マイコンによるフローチャートの一例である。

【図６】本発明における電気的に進角を補正するための
センサ入力と出力の関係の一例を示す図である。

【図７】磁石式ブラシレス電動機の回転数−トルク特性
の一例を示す図である。

【図８】トランスミッション付の内燃機関の出力特性図
である。

【図９】従来の磁石式ブラシレス電動機の特性図であ
る。

【符号の説明】

１固定子、２磁石回転子、４磁極、５間隔、
７，８回転子コア、１１固定子磁極、１２界磁用
巻線、２１回転軸、２２センサ磁石、３１第１の
界磁用磁石、３２第２の界磁用磁石、３３固定部
材、３４ガバナ、５０磁石式ブラシレス電動機、３
２１軸穴、３２２長溝、３３１穴、３３２長
穴、３４１回転支軸（固定軸）、３４２可動側軸、
３４３弾性部材、３４８，３４９貫通穴。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者菅家博夫埼玉県和光市中央一丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (72)発明者樋田直也埼玉県和光市中央一丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (72)発明者菅原英樹埼玉県狭山市新狭山一丁目10番地１ホンダエンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 5H019 AA04 AA05 BB01 BB02 BB05 BB19 CC03 CC05 CC06 DD01 EE14 5H607 AA14 BB01 BB09 BB14 BB20 BB23 BB26 CC01 DD02 DD16 EE43 5H621 AA03 BB02 BB07 GA01 GA04 GA15 GA16 HH02 JK02 JK15 JK18 PP10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁石回転子の磁極位置を検出し、この位
置検出信号に応じて固定子巻線への電流供給量を制御す
る制御回路を有するとともに、前記磁石回転子が複数か
らなりかつ回転速度の変化に応じてその複数の磁石回転
子のうちの少なくとも１つをその他の磁石回転子の磁極
に対して回転方向にずらして前記の磁石回転子の磁極と
固定子の磁極との対向面積を増減し鎖交磁束量を変化さ
せることにより低速回転域で大きなトルクを得、かつ高
速回転を可能にした磁石式ブラシレス電動機であって、回転速度を検出し、これに対応する前記回転子の合成磁
極位置のずれに応じて前記制御回路による電流供給の進
角を補正することを特徴とする磁石式ブラシレス電動
機。
【請求項２】前記磁石回転子は、回転方向に順次異な
った極性の磁極が並んでいる第１の磁石回転子とこの第
１の磁石回転子に対して相対回転可能で回転方向に順次
異なった極性の磁極が並んでいる第２の磁石回転子から
なり、前記第１と第２の磁石回転子は前記固定子磁極に対向し
ているとともに、前記第１と第２の磁石回転子の合成し
た磁極の位相を第１の磁石回転子の磁極に対して前記磁
石回転子の回転速度に伴い変化させ、かつ機械的に進角
を変化させる機構を有する請求項１に記載の磁石式ブラ
シレス電動機。