JP2001045732A - 多相電動機の構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の単相ブラシレス電動機に多重コイルセ
ットの構造と新たな回路設計を結合させることにより、
多相のブラシレス直流電動機の構造を形成し、起動時に
おいての死角と突発トルクの問題を避けることができる
多相電動機の構造を提供する。 【解決手段】 少なくとも二組の磁気的誘導セットと各
位相の駆動回路とを含み、各位相の駆動回路は全て一個
のホール検出素子により制御され、各磁気的誘導セット
の間には特定の機械的角度が形成されると共に、ホール
検出素子の間の機械的角度を配合することにより、検出
時間による特定の位相ずれを形成させると共に、各位相
の駆動回路の電流波形に特定の電気的角位相差を形成さ
せ、その電気的角位相差の作用によりブラシレス直流電
動機に多相電動機の功能を達成させることができるよう
に構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主としてブラシレ
ス直流電動機の構造に関するもので、特にステータの機
械構造の角度の変化を利用して多相電動機の功能に達す
るブラシレス直流電動機の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種のものにあっては、下記のよ
うなものになっている。

【０００３】Ａ．従来の単相ブラシレス直流電動機は主
に一組のコイルと二組のシリコン鋼片を含み、そして一
組の制御回路を利用してホール検出素子によりコイルが
励磁するのを検出して制御するように構成されている。 Ｂ．従来の単相ブラシレス直流電動機について台湾での
公告番号第３４９７１１号の実用新案「二層巻線ステー
タの構造」に開示されたものでは、その多層磁気的誘導
セットの構造は多層の構造を利用してコイルの数を増や
すことにより電動機のトルクを増やすように構成されて
いる。 Ｃ．従来の単相ブラシレス直流電動機について台湾での
公告番号第３１４２８４号の実用新案「電動機の構造」
に開示されたものでは、二組の磁気的誘導セットの間に
補助のシリコン鋼片を加えると共に、二組の磁気的誘導
セットの巻線方向を同じ方向又は反対方向への変化を施
すことによって違う磁気的誘導セットの磁極性を提供す
ることにより、起動時においての死角を解消する目的に
達するように構成されている。

【０００４】このような従来のブラシレス直流電動機の
構造については、以下のような問題を指摘することがで
きる。

【０００５】Ａ．前述した従来のブラシレス直流電動機
の構造では、その制御回路は二相単一方向の電源又は単
相二方向の電源しか制御することができないため、形成
された励磁は全て単相全波式である。このような構造で
は起動時において死角があるという問題点の外、突発ト
ルクという問題も生じてくる。 Ｂ．前述した従来のブラシレス直流電動機の構造では、
単なる電動機のトルクを増やしただけで、前述した起動
時における死角と突発トルクという問題を解決していな
い。 Ｃ．前述した従来のブラシレス直流電動機の構造では、
その作動の原理は単相全波式励磁の範囲から離脱してい
ないため、単相全波式励磁から生じた突発トルクによる
運転がスムーズでない問題点は避けられない。従って、
安定性を要する運転精度の高い製品の運用（例えば、Ｄ
ＶＤ又はＣＤ-ＲＯＭの主軸電動機に運用されるもの）
では、従来の単相全波式ブラシレス直流電動機では競争
力を欠けている。

【０００６】前述した単相電動機と比較してみると、従
来の三相主軸電動機は三相励磁コイルの三相電源励磁時
間差により生じた１２０°の電気的角位相差を利用する
ことにより、前述した単相電動機による起動時における
死角と突発トルクという問題を避けることができるた
め、主軸電動機の正逆回転の切換は更にスムーズにな
る。しかし、三相電源およびブラシレス直流電動機と差
異がかなり大きな回路設計を採用しているため、その技
術を単相直流電動機に適用するのは無理である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
の有するこのような問題点に鑑みなされたものであり、
その目的とするところは、次のようなことを達成できる
多相電動機の構造を提供することである。

【０００８】本発明の目的は、従来の単相ブラシレス電
動機に多重コイルセットの構造と新たな回路設計を結合
させることにより、多相のブラシレス直流電動機の構造
を形成し、起動時においての死角と突発トルクの問題を
避けることができる多相電動機の構造を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による多相電動機の構造は下記のように構成
されている。

【００１０】すなわち、本発明の多相電動機の構造は、
二組の磁気的誘導セット、ロータ磁石および制御回路に
より構成される。各磁気的誘導セットは二組の磁極片と
一組のコイルを含み、二組の磁気的誘導セットの間には
非磁気的誘導層が設けられる。二組の磁気的誘導セット
の磁極片の位置は固定の機械的角位相差になるように形
成される。ロータ磁石は二組の磁気的誘導セットと同軸
状に複数対の磁極を含み、制御回路は二相電流波形出力
と二組のホール検出素子を含む。二相電流波形出力と二
組のホール検出素子はそれぞれ二組の磁気的誘導セット
のコイルの励磁電流を制御し、二組のホール検出素子の
位置は固定の機械的角位相差になるように形成され、二
組のホール検出素子がロータ磁石の磁場の変化を検出す
る時間差により、二組の磁気的誘導セットの励磁電流は
固定の電気的角位相差を有するように形成される。

【００１１】また、本発明の多相電動機の構造は、下記
のように構成することもできる。 １．コイルを軸方向巻線方式でコイル座に巻き付ける。 ２．二組の磁気的誘導セットの磁極片の位置からなる固
定の機械的角位相差の計算公式は、

【数２】 である。 ３．ステータの突出した磁極数とロータ磁極数の比は正
整数の比又は正分数の比になる。 ４．磁極片は複数組のシリコン鋼片を重ね合わせてな
る。 ５．二組の磁気的誘導セット、非磁気的絶縁片、ロータ
磁石および回路板により構成され、各磁気的誘導セット
はそれぞれコイル座の両端面をもって磁極片と嵌合し、
二組の磁気的誘導セットの磁極片の位置は固定の機械的
角位相差になるように形成され、非磁気的絶縁片は二組
の磁気的誘導セットの間に設けられ、二組の磁気的誘導
セットの磁気的通路を阻隔し、ロータ磁石は二組の磁気
的誘導セットと同軸状に複数対の磁極を含み、回路板に
は二組の磁気的誘導セットの励磁電流を制御するための
二組の検出素子と一組の駆動回路が設けられる。 ６．二組の磁気的誘導セットのコイル座と非磁気的絶縁
片との接触面には、互いに嵌合するための突起と孔が設
けられる。 ７．少なくとも二相以上の磁気的誘導セット、ロータ磁
石および制御回路により構成され、各磁気的誘導セット
は二組の磁極片と一組のコイルを含み、二個の相隣合い
の磁気的誘導セットの間には非磁気的誘導層が設けられ
ると共に、二個の相隣合いの磁気的誘導セットの磁極片
の位置は固定の機械的角位相差になるように形成され、
ロータ磁石は二組の磁気的誘導セットと同軸状に複数対
の磁極を含み、制御回路は磁気的誘導セットの数と同じ
数量の二組以上の電流波形出力とホール検出素子を含
み、電流波形出力とホール検出素子はそれぞれ多相コイ
ルの励磁電流を制御し、各ホール検出素子の位置は固定
の機械的角位相差になるように形成され、各ホール検出
素子がロータ磁石の磁場の変化を検出する時間差によ
り、各相の励磁電流の出力は固定の電気的角位相差を有
するように形成される。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、以
下、図面を参照して説明する。

【００１３】図１に示す本発明の実施例のステータとロ
ータの斜視図において、本発明の多相電動機は磁気的誘
導セット１，２、非磁気的絶縁片３、ロータ磁石４およ
び回路板４により構成される。

【００１４】磁気的誘導セット１，２はシリコン鋼片か
らなる上下磁極片１１，２１，１２，２２とコイル１
３，２３を有し、磁気的誘導セット１，２の磁気性回路
の正確性を確保するため、磁気的誘導セット１，２は非
磁気的絶縁片により阻隔される。回路板５には駆動回路
が設けられ、駆動回路はそれぞれコイル１３，２３を励
磁すると共に、駆動回路はそれぞれ一個の独立のホール
検出素子５１，５２を有する。コイル１３，２３は法線
で軸方向に沿った方式によって巻線をすることにより軸
方向の磁束が生じられ、それから磁極片１１，２１，１
２，２２のガイドを経て半径方向の磁束となってエアギ
ャップに進入し、また、コイル１３，２３は直接に法線
で半径方向に沿った方式によって磁極片１１，２１，１
２，２２に巻線をすることができる。ロータ磁石４は磁
気的誘導セット１，２と同軸状であり、励磁された磁極
片１１，２１，１２，２２が提供するトルクによって回
転するように形成される。

【００１５】図２のＡ〜Ｄは、図１に示す本発明の実施
例における各磁極片１１，２１，１２，２２、ホール検
出素子５１，５２およびロータ磁石４の磁極との相対位
置を示す平面図である。図示の如く、各磁気的誘導セッ
ト１，２の突出した磁極数は全て“３”であり、ロータ
磁石４には３対のＮ−Ｓ磁極対があり、ホール検出素子
５１，５２はそれぞれ磁気的誘導セット１，２の駆動回
路を制御する。

【００１６】図２のＡ〜Ｄにおいて、一つのＮ極から隣
接のＮ極の位置まで回転するのに必要とする時間をＴと
定義すると、ロータ磁石４の違う位置に対応する各磁極
片１１，２１，１２，２２の極性の変換は以下のとおり
である。

【００１７】 図２のＡは、時間ｔ＝ｔ_０におけるロ
ータ磁石４の位置である。この時、二個の上磁極片１
１，２１はそれぞれＮ極に励磁され、そして二個の下磁
極片１２，２２はそれぞれＳ極に励磁される。 図２のＢは、時間

【数３】 におけるロータ磁石４の位置である。この時、ホール検
出素子５１はＮ極磁石の最大磁場の位置に最も接近して
いるため、信号を出力して磁極片１１，１２の極性を変
換することにより、磁極片１２，２１はＮ極に励磁さ
れ、そして磁極片１１，２２はＳ極に励磁される。 図２のＣは、時間

【数４】 におけるロータ磁石４の位置である。この時、ホール検
出素子５２はＳ極磁石の最大磁場の位置に最も接近して
いるため、信号を出力して磁極片２１，２２の極性を変
換することにより、磁極片１２，２２はＮ極に励磁さ
れ、そして磁極片１１，２１はＳ極に励磁される。 図２のＤは、時間

【数５】 におけるロータ磁石４の位置である。この時、ホール検
出素子５１はＳ極磁石の最大磁場の位置に最も接近して
いるため、信号を出力して磁極片１１，１２の極性を変
換することにより、磁極片１１，２２はＮ極に励磁さ
れ、そして磁極片１２，２１はＳ極に励磁される。 時間ｔ＝ｔ_０＋Ｔにおけるロータは図２のＡに示す
位置に戻る。この時、ホール検出素子５２はＮ極磁石の
最大磁場の位置に最も接近しているため、信号を出力し
て磁極片２１，２２の極性を変換することにより、磁極
片１１，２１はＮ極に励磁され、そして磁極片１２，２
２はＳ極に励磁される。

【００１８】前述の〜はちょうど一つの循環に形成
されるため、時間Ｔはどちらかのコイル１３，２３の励
磁電流の四方形パルス波の周期（図３を参考する）に当
たるため、二個の磁気的誘導セット１，２の励磁の電気
的角位相差は９０°（１／４電気的角位相）になり、そ
して機械的角位相差は

【数６】 になる。一つの完全な循環周期において、全部で四回の
電気的角位相差の変化が生じられるため、二相全波の電
動機の作動が形成される。本発明では二相全波式の駆動
回路を採用して二個の磁気的誘導セット１，２の励磁を
制御するため、起動時の死角の問題を完全に避けること
ができる。さらに、二個の駆動回路の電気的角位相差が
９０°のため、正逆の回転を有効に制御することができ
ると共に、その回転はもっとスムーズになる。

【００１９】図４に示す本発明の実施例の分解斜視図に
おいて、本発明はステータコイル組立品６、ロータ磁石
６４、回路板６５、軸管６６およびベース６７により構
成される。

【００２０】図５に示す本発明の実施例のステータの組
立てられた状態の斜視図において、ステータコイル組立
品６は二個の磁気的誘導セット６１，６２と非磁気的絶
縁片６３を有する。磁気的誘導セット６１，６２はそれ
ぞれ二組の磁極片６１１，６１２と６２１，６２２を有
すると共に、両者の間にコイル座６１３，６２３が挟ま
れる。

【００２１】各磁極片は一体成形又は複数個の比較的薄
いシリコン鋼片からなるように形成されると共に、各磁
極片は軸方向に沿った方式によって巻線をすることによ
り生じた軸方向の磁束を、磁極片とロータ磁石６４との
半径方向のエアギャップにガイドするのに用いられる。
磁極片は主に磁束をガイドするのに用いられるため、そ
の他の磁気的誘導材料からなることもできる。各磁気的
誘導セット６１，６２はそれぞれ６個の半径方向に突出
した磁極を有し、この突出磁極数Ｋはその他の正整数か
らなることもできる。この突出磁極数Ｋはロータの永久
磁石の磁極数に対応しなければならないため、その比は
ある特定の正整数又はある特定の正整数の何分の一にす
ることができ、そして各磁気的誘導セット６１，６２の
角度位置の間隔はロータ磁石６４の磁極数に対応する。

【００２２】コイル座６１３，６２３にコイルを巻き付
けることにより軸方向の磁束が発生される。コイル座６
１３，６２３は非磁気的誘導材料により製造されると共
に、コイル座６１３，６２３と非磁気的絶縁片６３との
接触面に突起６１４，６１４が突設される。突起６１４
は非磁気的絶縁片６３の孔６３１と対応して嵌合するこ
とができる。本発明のコイル座６１３，６２３はプラス
チックを射出成形により形成されるもので、コイル座６
１３，６２３にコイルを巻き付けることができる。非磁
気的絶縁片６３はコイル座６１３，６２３の間に挟ま
れ、コイル座６１３，６２３の磁気性通路を阻隔するこ
とができ、非磁気的絶縁片６３に孔６３１が穿設され、
孔６３１によりコイル座６１３，６２３の突起６１４，
６１４と対応して嵌合することができ、非磁気的絶縁片
６３は銅、アルミ、ゴム又はその他の非磁気的誘導材料
により製造されることができると共に、二個の磁気的誘
導セット６１，６２の磁気性通路を阻隔することができ
る。

【００２３】本発明の実施例においては磁極数が三のロ
ータ磁石を採用しており、即ち、各磁気的誘導セットの
磁極数：ロータ磁石磁極数＝１：１の設計であり、例え
ば、電動機の突発トルクを低くすることにより、よりよ
い電動機の工作特性を得るため、その比を分数の比に設
計することもできる。各磁気的誘導セット６１，６２の
磁極数が６で、その全位相の機械的角度は

【数７】 になるため、磁気的誘導セット６１の磁極片６１１，６
１２は磁気的誘導セット６２の磁極片６２１，６２２と
の機械的角度の差が３０°の位置に固定するべきであ
る。

【００２４】磁気的誘導セット６１，６２は互いの機械
的角度差が正確に固定されるため、コイル座６１３，６
２３には磁極片６１１，６１２と６２１，６２２を収容
するための切欠部が凹設され、さらに、コイル座６１
３，６２３には突出した突起６１４，６１４が突設され
るのに対し、非磁気的絶縁片６３には孔６３１が穿設さ
れる。このように、２個の磁気的誘導セット６１，６２
の互いの機械的角度差は正確に固定されることができ
る。それと同様に、コイル座６１３，６２３に孔を設け
るのに対し、非磁気的絶縁片６３の両側の表面に突出し
た突起を突設することにより、同じ効果を得ることがで
きる。

【００２５】回路板６５は駆動回路を有すると共に、駆
動回路はそれぞれコイル座６１３，６２３を励磁する。
駆動回路は検出器としてホール検出素子を採用するもの
で、ホール検出素子は２組のトランジスタの作動を制御
する。これは従来のブラシレス直流電動機の回路設計の
原理と同じであり、そこにおいて、駆動回路は２個の磁
気的誘導セットを利用して同時相変化を行うもので、２
個の磁気的誘導セットの間には特定の角度位置差が必要
であるため、駆動回路の各磁気的誘導セットの励磁の時
間位相差は９０°の電気的角位相である。

【００２６】ステータコイル組立品６を回路板６５と軸
管６６により結合させると共に、同軸状にベース６７に
固定させる。それから、軸桿６４１によりロータ磁石６
４を同軸状に結合させ、磁気トルクを受けた時、ロータ
磁石６４はステータに対して回転するように形成される
ため、本発明の多相電動機の構造は形成される。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、上述の通り構成されているの
で次に記載する効果を奏する。

【００２８】本発明の多相電動機の構造によれば、本発
明は二相全波式の駆動回路を採用して２個の磁気的誘導
セット１，２の励磁を制御するため、起動時の死角の問
題を完全に避けることができる。さらに、２個の駆動回
路の電気的角位相差が９０°のため、正逆の回転を有効
に制御することができると共に、その回転はもっとスム
ーズになる。

【００２９】本発明は、その主旨及び必須の特徴事項か
ら逸脱することなく他のやり方で実施することができ
る。従って、本明細書に記載した好ましい実施例は例示
的なものであり、限定を意図するものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のステータとロータの斜視図で
ある。

【図２】本発明の図１の実施例において、各磁極片の磁
極とロータ磁石の磁極との相対位置をそれぞれ示す平面
図である。

【図３】本発明の図２の実施例において、違うロータ磁
石位置の駆動回路の配列順序表である。

【図４】本発明の実施例の分解斜視図である。

【図５】本発明のステータの組立てられた状態の斜視図
である。

【符号の説明】

１ 磁気的誘導セット １１ 磁極片 １２ 磁極片 １３ コイル ２ 磁気的誘導セット ２１ 磁極片 ２２ 磁極片 ２３ コイル ３ 非磁気的絶縁片 ４ ロータ磁石 ５ 回路板 ５１ ホール検出
素子 ５２ ホール検出素子 ６ ステータ
コイル組立品 ６１ 磁気的誘導セット ６１１ 磁極片 ６１２ 磁極片 ６１３ コイル
座 ６１４ 突起 ６２ 磁気的
誘導セット ６２１ 磁極片 ６２２ 磁極片 ６２３ コイル座 ６３ 非磁気
的絶縁片 ６３１ 孔 ６４ ロータ
磁石 ６４１ 軸桿 ６５ 回路板 ６６ 軸管 ６７ ベース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黄 建欽 台湾台南市東區崇學路239巷32號 Ｆターム(参考） 5H019 AA01 BB01 BB05 BB15 BB20 BB24 CC04 DD01 DD07 DD09 EE01 EE13

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二組の磁気的誘導セット（１，２）、ロ
   ータ磁石（４）および制御回路により構成され、各磁気
   的誘導セット（１，２）は二組の磁極片（１１，１２，
   ２１，２２）と一組のコイル（１３，２３）を含み、二
   組の磁気的誘導セット（１，２）の間には非磁気的誘導
   層が設けられ、二組の磁気的誘導セット（１，２）の磁
   極片（１１，１２，２１，２２）の位置は固定の機械的
   角位相差になるように形成され、ロータ磁石（４）は二
   組の磁気的誘導セット（１，２）と同軸状に複数対の磁
   極を含み、制御回路は二相電流波形出力と二組のホール
   検出素子（５１，５２）を含み、二相電流波形出力と二
   組のホール検出素子（５１，５２）はそれぞれ二組の磁
   気的誘導セット（１，２）のコイル（１３，２３）の励
   磁電流を制御し、二組のホール検出素子（５１，５２）
   の位置は固定の機械的角位相差になるように形成され、
   二組のホール検出素子（５１，５２）がロータ磁石
   （４）の磁場の変化を検出する時間差により、二組の磁
   気的誘導セット（１，２）の励磁電流は固定の電気的角
   位相差を有するように形成されることを特徴とする多相
   電動機の構造。
2. 【請求項２】 コイル（１３，２３）は軸方向巻線方式
   でコイル座に巻付くように構成されている請求項１記載
   の多相電動機の構造。
3. 【請求項３】 二組の磁気的誘導セット（１，２）の磁
   極片（１１，１２，２１，２２）の位置からなる固定の
   機械的角位相差の計算公式は、 【数１】 になるように構成されている請求項１記載の多相電動機
   の構造。
4. 【請求項４】 ステータの突出した磁極数とロータ磁極
   数の比は正整数の比又は正分数の比になるように構成さ
   れている請求項１記載の多相電動機の構造。
5. 【請求項５】 磁極片（１１，１２，２１，２２）は複
   数組のシリコン鋼片を重ね合わせてなるように構成され
   ている請求項１記載の多相電動機の構造。
6. 【請求項６】 二組の磁気的誘導セット（６１，６
   ２）、非磁気的絶縁片（６３）、ロータ磁石（６４）お
   よび回路板（６５）により構成され、各磁気的誘導セッ
   ト（６１，６２）はそれぞれコイル座（６１３，６２
   ３）の両端面をもって磁極片（６１１，６１２，６２
   １，６２２）と嵌合し、二組の磁気的誘導セット（６
   １，６２）の磁極片（６１１，６１２，６２１，６２
   ２）の位置は固定の機械的角位相差になるように形成さ
   れ、非磁気的絶縁片（６３）は二組の磁気的誘導セット
   （６１，６２）の間に設けられ、二組の磁気的誘導セッ
   ト（６１，６２）の磁気的通路を阻隔し、ロータ磁石
   （６４）は二組の磁気的誘導セット（６１，６２）と同
   軸状に複数対の磁極を含み、回路板（６５）には二組の
   磁気的誘導セット（６１，６２）の励磁電流を制御する
   ための二組の検出素子と一組の駆動回路が設けられるこ
   とを特徴とする多相電動機の構造。
7. 【請求項７】 二組の磁気的誘導セット（６１，６２）
   のコイル座（６１３，６２３）と非磁気的絶縁片（６
   ３）との接触面には、互いに嵌合するための突起（６１
   ４）と孔（６３１）が設けられるように構成されている
   請求項６記載の多相電動機の構造。
8. 【請求項８】 少なくとも二相以上の磁気的誘導セット
   （１，２）、ロータ磁石（４）および制御回路により構
   成され、各磁気的誘導セット（１，２）は二組の磁極片
   （１１，１２，２１，２２）と一組のコイル（１３，２
   ３）を含み、二個の相隣合う磁気的誘導セット（１，
   ２）の間には非磁気的誘導層が設けられると共に、二個
   の相隣合う磁気的誘導セット（１，２）の磁極片（１
   １，１２，２１，２２）の位置は固定の機械的角位相差
   になるように形成され、ロータ磁石（４）は二組の磁気
   的誘導セット（１，２）と同軸状に複数対の磁極を含
   み、制御回路は磁気的誘導セット（１，２）の数と同じ
   数量の二組以上の電流波形出力とホール検出素子（５
   １，５２）を含み、電流波形出力とホール検出素子（５
   １，５２）はそれぞれ多相コイルの励磁電流を制御し、
   各ホール検出素子（５１，５２）の位置は固定の機械的
   角位相差になるように形成され、各ホール検出素子（５
   １，５２）がロータ磁石（４）の磁場の変化を検出する
   時間差により、各相の励磁電流の出力は固定の電気的角
   位相差を有するように形成されることを特徴とする多相
   電動機の構造。