【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプ駆動用などの３相ブラシレスモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特許文献１（特開平４−２７５０５４号公報）には、３相のブラシレスモータのステータコイル１８（界磁コイル，図３参照）が記載されている。ステータコイル１８は、コイルＣ１０、Ｃ１１、Ｃ１２の各一端で共通に接続し、コイルＣ１０、Ｃ１１、Ｃ１２の他端にそれぞれＣ１３、Ｃ１４、Ｃ１５の一端を接続している。ステータコイル１８の駆動回路として図３を考えることができ、ステータコイル１８を用いるブラシレスモータとして図４（ａ），（ｂ） が考えられる。図３に示すように、ブラシレスモータを駆動するためのモータドライバは、電源Ｖｃｃと接地電位ＧＮＤとの間に、直列に接続された各２個のパワートランジスタＴ１ ・Ｔ２ 、Ｔ３ ・Ｔ４ 、Ｔ５ ・Ｔ６ 、Ｔ７ ・Ｔ８ 、Ｔ９ ・Ｔ１０、Ｔ１１・Ｔ１２を６組並列に接続して構成されている。Ｔ１ 〜Ｔ１２の各ベース端子が入力端子となって制御回路１６に接続され、直列に接続された各２個のパワートランジスタの間の接続部分がそれぞれ出力端子Ｐ１ 〜Ｐ６ となっている。出力端子Ｐ１ 〜Ｐ３ はコイルＣ１３〜Ｃ１５の他端にそれぞれ接続され、出力端子Ｐ４ 〜Ｐ６ はＣ１０〜Ｃ１２の他端とＣ１３〜Ｃ１５の一端との接続点にそれぞれ接続されている。
【０００３】
図４（ａ），（ｂ） に示すように、モータ本体１０にはベアリング１１、１２を介してシャフト１３が回転自在に支持され、シャフト１３にはロータ（回転子）１４が固定され、ロータ１４の円周側面には磁石１５が配設されている。ロータ１４の半径方向外方でモータ本体１０の内部にステータ（固定子）１７が配置され、ステータ１７はロータ１４と対抗している。ロータ１４の磁界を検知するために、各相ごとに磁気検知素子Ｘ，Ｙ，Ｚがモータ本体１０の内部に取り付けられ、磁気検知素子Ｘ，Ｙ，Ｚの出力は制御回路１６にそれぞれ入力される（図３参照）。ロータ１４の磁極数は４であり、ステータ１７のスロット（空間）数は６であり、図４（ｂ） に示すように、６個のスロットにコイルＣ１０〜Ｃ１５が２つに分割して内設されている。
【０００４】
前記従来例では、出力端子Ｐ１ 〜Ｐ３ から出力電流を通電する場合（ａ） と、出力端子Ｐ４ 〜Ｐ６ から出力電流を通電する場合（ｂ） の２通りの使い方ができる。場合（ａ） では、直列に接続されたコイルＣ１０・Ｃ１３、Ｃ１１・Ｃ１４、Ｃ１２・Ｃ１５に出力端子Ｐ１ 〜Ｐ３ から出力電流を通電することによって、大きな回転トルクが得られる。そして、場合（ｂ） では、内側のコイルＣ１０〜Ｃ１２のみに出力端子Ｐ４ 〜Ｐ６ から出力電流を通電し、回転トルクは小さい。図４（ｃ） では、横軸がトルクＴ、縦軸が回転数Ｎ及び効率Ｅであり、場合（ａ），（ｂ） についてのトルク−回転数特性及びトルク−効率Ｅが示されている。図中、Ｎ（ａ） は場合（ａ） のトルク−回転数特性直線、Ｅ（ａ） は場合（ａ） のトルク−効率曲線であり、Ｎ（ｂ） は場合（ｂ） のトルク−回転数特性直線、Ｅ（ｂ） は場合（ｂ） のトルク−効率曲線である。曲線Ｅ（ａ） と曲線Ｅ（ｂ） との交点をＸとする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術において、内側と外側に直列に接続されたコイルＣ１０・Ｃ１３、Ｃ１１・Ｃ１４、Ｃ１２・Ｃ１５（ステータコイルａ）を使う場合（ａ） と、内側のコイルＣ１０〜Ｃ１２（ステータコイルｂ）のみを使う場合（ｂ） とでは、コイルの巻数が異なり、磁気力が異なる。そして、ブラシレスモータの効率はロータの形状により変わるが、従来技術では同一のロータを場合（ａ） でも場合（ｂ） でも使うため、片方のコイル長さで最大効率となるロータ形状とすると、他方のコイル長さでの効率が低下する。
本発明は、ブラシレスモータにおいて、２つのステータコイルを用いて高い効率をあげることを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、モータ本体にステータが配置され、ステータの内側にロータが回転自在に配設され、ステータにステータコイルが内設され、ロータの磁界を検知するための３個の磁気検出素子が配設され、ステータコイルへの通電を制御するブラシレスモータにおいて、
１個のロータに対して２組のステータが軸方向に隣り合わせて配置され、前記２ 組のステータにはステータコイルがそれぞれ内設され、２組のステータコイルの双方又は片方に通電することができるようにされ、小トルクの領域では片方のステータコイルにのみ通電され、それ以外の領域では双方のステータコイルに通電されることを第１構成とする。
本発明は、第１構成において、双方のステータコイルを用いた場合のトルク−効率曲線Ｅ（Ａ）と片方のステータコイルのみを用いた場合のトルク−効率曲線Ｅ（Ｂ）を作成し、曲線Ｅ（Ａ）と曲線Ｅ（Ｂ）との交点Ｘ以下の小トルクを得たいときは、片方のステータコイルにのみ通電されることを第２構成とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１，２は、本発明のブラシレスモータの実施の形態を示す。図１，２の説明において、図３，４と同一の部材には図３，４と同一の符号を付す。図１に示すように、ブラシレスモータを駆動するためのモータドライバは、出力端子Ｐ１ 〜Ｐ６ の接続先を除き、図３のモータドライバと同様に構成されている。ステータコイルは第１ステータコイル２１と第２ステータコイル２２の２組（２段）あり、第１ステータコイル２１はコイルＣ１ 、Ｃ２ 、Ｃ３ の各一端で共通に接続され、第２ステータコイル２２はコイルＣ４ 、Ｃ５ 、Ｃ６ の各一端で共通に接続されている。
そして、出力端子Ｐ１ 〜Ｐ３ はコイルＣ１ 、Ｃ２ 、Ｃ３ の他端にそれぞれ接続され、出力端子Ｐ４ 〜Ｐ６ はＣ４ 、Ｃ５ 、Ｃ６ の他端にそれぞれ接続されている。
【０００８】
図２（ａ），（ｂ） に示すように、モータ本体１０にはベアリング１１、１２を介してシャフト１３が回転自在に支持され、シャフト１３には円筒形のロータ１４が固定されている。ロータ１４の円周側面には、磁石（永久磁石）１５が円周方向に４極に分割してＳ極Ｎ極と交互に配設され、磁石１５の外周とロータ１４の外周は同一半径上にある。磁石１５を付けたロータ１４の半径方向外方でモータ本体１０の内部に、ロータ１４と所定の間隔をおいて、第１ステータ２３及び第２ステータ２４の２組のステータが軸方向に隣り合って配設され、２組のステータは１個のロータ１４と対抗している。
第１ステータ２３は、内部に６個のスロットを持ち、第１ステータコイル２１のコイルＣ１ 〜Ｃ３ が内設されている。実際には、コイルＣ１ 〜Ｃ３ を外側のコイルＣ１−１ 〜Ｃ３−１ と内側のコイルＣ１−２ 〜Ｃ３−２ とに２分割し、更にコイルＣ１−１ 〜Ｃ３−１ ，Ｃ１−２ 〜Ｃ３−２ をそれぞれ２個に分割して、図２（ｂ） に示すように内設されている。同様にして第２ステータ２４の６個のスロットには、第２ステータコイル２２のコイルＣ４ 〜Ｃ６ が内設されている。そして、ロータ１４の磁界を検知するために、各相ごとに磁気検知素子Ｘ，Ｙ，Ｚがモータ本体１０の内部に取り付けられ、磁気検知素子Ｘ，Ｙ，Ｚの出力は制御回路１６にそれぞれ入力される（図１参照）。
【０００９】
本発明の実施の形態のブラシレスモータの作動について説明する。第１ステータ２３，第２ステータ２４の一方又は双方の磁界を回転させることで、ロータ１４は回転する。第１ステータ２３の回転する磁界は、ロータ１４の磁界を磁気素子Ｘ，Ｙ，Ｚにより検知して制御回路１６に入力し、制御回路１６からの信号をＴ１ 〜Ｔ６ の各ベース端子に入力し、第１ステータコイル２１のコイルＣ１ 〜Ｃ３ に、磁気素子Ｘ，Ｙ，Ｚの検知出力と対応した出力電流を通電することによりつくられる。同様に、第２ステータ２４の回転する磁界は、ロータ１４の磁界を磁気素子Ｘ，Ｙ，Ｚにより検知して制御回路１６に入力し、制御回路１６からの信号をＴ７ 〜Ｔ１２の各ベース端子に入力し、第２ステータコイル２２のコイルＣ４ 〜Ｃ６ に、磁気素子Ｘ，Ｙ，Ｚの検知出力と対応した出力電流を通電することによりつくられる。
【００１０】
図２（ｃ） では、横軸がトルクＴ、縦軸が回転数Ｎ及び効率Ｅであり、２ 組のステータコイル（第１ステータコイル２１及び第２ステータコイル２２）に通電した場合（Ａ）、及び片方のステータコイルのみ（第１ステータコイル２１又は第２ステータコイル２２）に通電した場合（Ｂ）についてのトルク−回転数特性及びトルク−効率が示されている。図中、Ｎ（Ａ）は場合（Ａ）のトルク−回転数特性、Ｅ（Ａ）は場合（Ａ）の効率Ｅを示し、Ｎ（Ｂ）は場合（Ｂ）のトルク−回転数特性、Ｅ（Ｂ）は場合（Ｂ）の効率Ｅを示す。図２（ｃ） に示されているように、２組のステータコイルを用いた場合のＥ（Ａ）曲線と、片方（１組）のステータコイルのみを用いた場合のＥ（Ｂ）曲線との各々に最大効率がある。そして、Ｅ（Ａ）曲線とＥ（Ｂ）曲線との交点をＸとすると、Ｘ点以下のトルクの領域では、Ｅ（Ｂ）曲線の方がＥ（Ａ）曲線よりも効率が高く、片方のステータコイルのみを使った方が効率が良いことが分かる。そして、Ｘ点以上のトルクの領域では、Ｅ（Ａ）曲線の方がＥ（Ｂ）曲線よりも効率が高く、２組のステータコイルを使った方が効率が良いことが分かる。
【００１１】
図２（ｃ） のＥ（Ｂ）曲線と図４（ｃ） のＥ（ｂ） 曲線との比較から、本発明は小さいトルクを必要とするとき、片方のステータコイルのみを使うことにより、従来例よりも高効率が得られることが分かる。すなわち、図２（ｃ） の交点Ｘ以下のトルクの領域のＥ（Ｂ）曲線とＥ（Ａ）曲線との差（斜線部の面積）が、図４（ｃ） の交点Ｘ以下のトルクの領域のＥ（ｂ） 曲線とＥ（ａ） 曲線との差（斜線部の面積）よりも大きいことからも理解することができる。本発明で高効率が得られる理由は、第１ステータコイル２１及び第２ステータコイル２２の起磁力に合わせた形状の第１ステータ２３及び第２ステータ２４を別々につくり、２組のステータコイルを使ったときでも片方のステータコイルを使ったときでも、その高い効率を維持することができることにある。
【００１２】
【発明の効果】
本発明のブラシレスモータは、１個のロータに対して２組のステータが軸方向に隣り合わせて配置され、前記２組のステータにはステータコイルがそれぞれ内設され、２組のステータコイルの双方又は片方に通電することができるようにされている。このように２組のステータコイルの起磁力に合わせた形状の２組のステータを別々につくり、２組のステータコイルを使ったときでも片方のステータコイルを使ったときでも、その高い効率を維持することができる。そして、曲線Ｅ（Ａ）と曲線Ｅ（Ｂ）との交点Ｘ以下の小トルクの領域では、片方のステータコイルにのみ通電して、従来例よりも相当高い効率をあげることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のブラシレスモータの駆動回路図である。
【図２】図２（ａ） は本発明のブラシレスモータの側断面図であり、図２（ｂ） は図２（ａ） の断面Ａ−Ａ線での矢印からみた断面図であり、図２（ｃ） は本発明のブラシレスモータのトルク−回転数の関係及びトルク−効率の関係を示す図である。
【図３】従来技術のブラシレスモータの駆動回路図である。
【図４】図４（ａ） は従来技術のブラシレスモータの側断面図であり、図４（ｂ） は図４（ａ） の断面Ｂ−Ｂ線での矢印からみた断面図であり、図４（ｃ） は従来技術のブラシレスモータのトルク−回転数の関係及びトルク−効率の関係を示す図である。
【符号の説明】
１４ ロータ
２１ 第１ステータコイル
２２ 第２ステータコイル
２３ 第１ステータ
２４ 第２ステータ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a three-phase brushless motor for driving a pump or the like.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
Patent Literature 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-275504) discloses a stator coil 18 (field coil, see FIG. 3) of a three-phase brushless motor. The stator coil 18 is connected in common with each one end of the coil C 10, C 11, C 12 , and connecting one end of each to the other end of the coil C 10, C 11, C 12 C 13, C 14, C 15 ing. FIG. 3 can be considered as a drive circuit of the stator coil 18, and FIGS. 4A and 4B can be considered as a brushless motor using the stator coil 18. As shown in FIG. 3, a motor driver for driving a brushless motor includes two power transistors T 1 · T 2 and T 3 · T connected in series between a power supply Vcc and a ground potential GND. 4, T 5 · T 6, T a 7 · T 8, T 9 · T 10, T 11 · T 12 is configured by connecting the six pairs parallel. Each base terminal of T 1 to T 12 is connected to the control circuit 16 as an input terminal, and connection portions between each two power transistors connected in series become output terminals P 1 to P 6 , respectively. I have. Output terminals P 1 to P 3 are respectively connected to the other end of the coil C 13 -C 15, an output terminal P 4 to P 6 connection point between one end of the other end C 13 -C 15 in C 10 -C 12 Connected to each other.
[0003]
As shown in FIGS. 4A and 4B, a shaft 13 is rotatably supported by the motor body 10 via bearings 11 and 12, and a rotor (rotor) 14 is fixed to the shaft 13. A magnet 15 is disposed on the circumferential side surface of the magnet 14. A stator (stator) 17 is arranged inside the motor body 10 radially outward of the rotor 14, and the stator 17 is opposed to the rotor 14. In order to detect the magnetic field of the rotor 14, magnetic sensing elements X, Y, and Z are mounted inside the motor body 10 for each phase, and outputs of the magnetic sensing elements X, Y, and Z are input to the control circuit 16, respectively. (See FIG. 3). Poles of the rotor 14 is 4, the number of slots (space) of the stator 17 is 6, as shown in FIG. 4 (b), the coil C 10 -C 15 in the six slots are divided into two It is installed inside.
[0004]
In the above conventional example, the case of energizing an output current from the output terminal P 1 to P 3 and (a), it is used in two ways in the case (b) for energizing the output current from the output terminal P 4 to P 6. In case (a), by passing the output current from the output terminal P 1 to P 3 to the coil C 10 · C 13, C 11 · C 14, C 12 · C 15 connected in series, a large torque can get. Then, in case (b), energizing the output current only inside the coil C 10 -C 12 from the output terminal P 4 to P 6, the rotational torque is small. In FIG. 4C, the horizontal axis represents the torque T, the vertical axis represents the rotation speed N and the efficiency E, and the torque-rotation speed characteristics and the torque-efficiency E for the cases (a) and (b) are shown. . In the figure, N (a) is the torque-rotation speed characteristic straight line of case (a), E (a) is the torque-efficiency curve of case (a), and N (b) is the torque-rotation case of case (b). The numerical characteristic line, E (b), is the torque-efficiency curve for case (b). Let X be the intersection of curve E (a) and curve E (b).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the prior art, when using a coil C 10 · C 13 connected in series to the inside and outside, C 11 · C 14, C 12 · C 15 ( stator coil a) and (a), inside the coil C 10 ~ In the case of using only C 12 (stator coil b) (b), the number of turns of the coil is different and the magnetic force is different. Although the efficiency of the brushless motor varies depending on the shape of the rotor, in the prior art, the same rotor is used in both cases (a) and (b). Efficiency at a given coil length is reduced.
An object of the present invention is to improve efficiency of a brushless motor by using two stator coils.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a stator is disposed in a motor body, a rotor is rotatably disposed inside the stator, a stator coil is disposed in the stator, and three magnetic detecting elements for detecting a magnetic field of the rotor are disposed. In the brushless motor that is provided and controls the energization of the stator coil,
Two sets of stators are arranged adjacent to each other in the axial direction with respect to one rotor, and the two sets of stators are internally provided with stator coils, respectively, so that both or one of the two sets of stator coils can be energized. The first configuration is such that only one of the stator coils is energized in the small torque region and both stator coils are energized in the other region.
According to the present invention, in the first configuration, a torque-efficiency curve E (A) in a case where both stator coils are used and a torque-efficiency curve E (B) in a case where only one of the stator coils is used are created. When it is desired to obtain a small torque below the intersection X between E (A) and the curve E (B), the second configuration is to energize only one of the stator coils.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 and 2 show an embodiment of a brushless motor according to the present invention. 1 and 2, the same members as those in FIGS. 3 and 4 are denoted by the same reference numerals as in FIGS. As shown in FIG. 1, a motor driver for driving the brushless motor, except for the connection of the output terminal P 1 to P 6, are configured similarly to the motor driver of FIG. The stator coil includes two sets (two stages) of a first stator coil 21 and a second stator coil 22. The first stator coil 21 is commonly connected at one end of each of the coils C 1 , C 2 , and C 3 , The coil 22 is commonly connected at one end of each of the coils C 4 , C 5 , and C 6 .
The output terminal P 1 to P 3 are respectively connected to the other end of the coil C 1, C 2, C 3 , the output terminal P 4 to P 6 are respectively connected to the other end of the C 4, C 5, C 6 ing.
[0008]
As shown in FIGS. 2A and 2B, a shaft 13 is rotatably supported on the motor body 10 via bearings 11 and 12, and a cylindrical rotor 14 is fixed to the shaft 13. On the circumferential side surface of the rotor 14, a magnet (permanent magnet) 15 is divided into four poles in the circumferential direction and arranged alternately with S poles and N poles, and the outer circumference of the magnet 15 and the outer circumference of the rotor 14 have the same radius. It is in. Two sets of stators, a first stator 23 and a second stator 24, are axially adjacent to each other at a predetermined distance from the rotor 14 inside the motor body 10 radially outward of the rotor 14 to which the magnets 15 are attached. The two sets of stators are opposed to one rotor 14.
The first stator 23 has six slots therein, and the coils C 1 to C 3 of the first stator coil 21 are provided therein. In practice, the coil C 1 -C 3 was divided into two and the outside of the coil C 1 -1 ~C 3 -1 and the inner coil C 1 -2 ~C 3 -2, further coils C 1 -1 -C 3-1 divides the C 1 -2 -C 3 -2 to 2, respectively, are provided inside as shown in FIG. 2 (b). Similarly, the coils C 4 to C 6 of the second stator coil 22 are provided in the six slots of the second stator 24. Then, in order to detect the magnetic field of the rotor 14, the magnetic sensing elements X, Y, and Z are mounted inside the motor main body 10 for each phase, and the outputs of the magnetic sensing elements X, Y, and Z are sent to the control circuit 16 respectively. It is input (see FIG. 1).
[0009]
The operation of the brushless motor according to the embodiment of the present invention will be described. By rotating the magnetic field of one or both of the first stator 23 and the second stator 24, the rotor 14 rotates. The rotating magnetic field of the first stator 23 detects the magnetic field of the rotor 14 by the magnetic elements X, Y, and Z and inputs the detected magnetic field to the control circuit 16, and the signal from the control circuit 16 is applied to each base terminal of T 1 to T 6. It is formed by inputting and supplying an output current corresponding to the detection outputs of the magnetic elements X, Y, Z to the coils C 1 to C 3 of the first stator coil 21. Similarly, the rotating magnetic field of the second stator 24 is obtained by detecting the magnetic field of the rotor 14 with the magnetic elements X, Y, and Z and inputting the magnetic field to the control circuit 16, and transmitting signals from the control circuit 16 to each of T 7 to T 12 . input to the base terminal, the coil C 4 -C 6 of the second stator coil 22, the magnetic element X, Y, made by energizing an output current corresponding to the detection output Z.
[0010]
In FIG. 2C, the horizontal axis represents the torque T, the vertical axis represents the rotation speed N and the efficiency E, and the two stator coils (the first stator coil 21 and the second stator coil 22) are energized (A). , And the torque-rotation speed characteristics and the torque-efficiency for the case (B) when only one of the stator coils (the first stator coil 21 or the second stator coil 22) is energized. In the figure, N (A) indicates the torque-rotation speed characteristic of case (A), E (A) indicates the efficiency E of case (A), N (B) indicates the torque-rotation speed characteristic of case (B), E (B) indicates the efficiency E of the case (B). As shown in FIG. 2C, an E (A) curve when two sets of stator coils are used and an E (B) curve when only one (one set) of stator coils are used. Each has maximum efficiency. Then, assuming that the intersection of the E (A) curve and the E (B) curve is X, the E (B) curve has higher efficiency than the E (A) curve in the torque region below the X point, It can be seen that the efficiency is better when only the stator coil is used. Then, in the torque region above the point X, the E (A) curve has higher efficiency than the E (B) curve, and it is understood that the efficiency is higher when two sets of stator coils are used.
[0011]
From the comparison between the E (B) curve of FIG. 2C and the E (b) curve of FIG. 4C, when the present invention requires a small torque, the conventional method uses only one of the stator coils. It can be seen that higher efficiency is obtained than in the example. That is, the difference between the E (B) curve and the E (A) curve (the area of the shaded portion) in the torque region below the intersection X in FIG. 2C is the torque of the region below the intersection X in FIG. It can also be understood from the fact that the difference is larger than the difference between the E (b) curve and the E (a) curve of the region (the area of the shaded portion). The reason why high efficiency is obtained in the present invention is that the first stator 23 and the second stator 24 each having a shape corresponding to the magnetomotive force of the first stator coil 21 and the second stator coil 22 are separately formed, and two sets of stator coils are formed. The advantage is that high efficiency can be maintained both when used and when one of the stator coils is used.
[0012]
【The invention's effect】
In the brushless motor of the present invention, two sets of stators are arranged adjacent to each other in the axial direction with respect to one rotor, and the two sets of stators each have a stator coil provided therein. One can be energized. In this way, two sets of stators each having a shape corresponding to the magnetomotive force of the two sets of stator coils are separately manufactured, and high efficiency is maintained regardless of whether two sets of stator coils are used or one of the two sets of stator coils is used. can do. Then, in a small torque area below the intersection X between the curves E (A) and E (B), only one of the stator coils is energized, and the efficiency can be considerably higher than in the conventional example.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a drive circuit diagram of a brushless motor according to the present invention.
2 (a) is a side sectional view of the brushless motor of the present invention, and FIG. 2 (b) is a sectional view taken along the line AA in FIG. 2 (a), and FIG. FIG. 2 (c) is a diagram showing a torque-rotation speed relationship and a torque-efficiency relationship of the brushless motor of the present invention.
FIG. 3 is a drive circuit diagram of a conventional brushless motor.
4 (a) is a side sectional view of a conventional brushless motor, and FIG. 4 (b) is a sectional view taken along the line BB in FIG. 4 (a); FIG. 4 (c) is a diagram showing the relationship between the torque and the number of revolutions and the relationship between the torque and the efficiency of the conventional brushless motor.
[Explanation of symbols]
14 rotor 21 first stator coil 22 second stator coil 23 first stator 24 second stator
