JP2014204491A - ブラシレス直流モータ - Google Patents

Abstract

【課題】低コストかつ高効率運転が可能なブラシレス直流モータを提供する。【解決手段】ブラシレス直流モータ１は、励磁コイル２０が巻回されるステータ１０と、ステータに収容され、所定の向きに回転可能なロータ３０と、ロータ３０の回転軸を中心として異極が対向するように、周方向において所定間隔でステータ１０の内面に固定される複数対の磁石４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂと、を備え、それぞれの磁石は、周方向で隣り合う他の磁石と延出部３２，３３を介して磁気的に接続された状態で、自身が発生源となる磁束が、他の磁石が発生源となる磁束と強め合うように配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレス直流モータに関する。

従来、自動車等の電動ポンプには、ブラシ及び整流子を有するブラシ付直流モータが主に用いられていた。ブラシ付直流モータは低コストかつ構造が単純であるという利点を有するものの、整流子との機械的接触によってブラシが経年劣化し、ブラシ・整流子間の電気的接続に不具合が生じ得るという欠点がある。

これに対し、前記したブラシ及び整流子に代えて、スイッチング素子のオン／オフを電気的に制御することで矩形波電圧をコイルに印加するブラシレス直流モータが知られている。ブラシレス直流モータを用いることで、その使用期間に関わらず、前記した電気的接続の信頼性を維持できる。

ところで、従来のブラシレス直流モータは、互いに位相の異なる矩形波電圧を三相コイルに印加することで回転磁界を発生させる構成になっていた。この場合、三相コイルに正負の電圧を印加するため６個のスイッチング素子（例えば、ＦＥＴ：Field effect transistor）が必要になり、ブラシ付直流モータよりも製造コストが高くなる。

例えば、特許文献１には、隈取コイルが巻回されるステータと、このステータのロータ収容孔に挿入されて回転駆動するロータと、ステータを励磁する励磁コイルと、を備えた隈取モータについて記載されている。

特許第５０９０８５５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の隈取モータは、一周期のうち隈取コイルに誘起電流が流れない期間ではロータに負トルクが発生する（詳細については後記する）。したがって、当該隈取モータは低コストで製造できるものの、運転効率が非常に低いという問題があった。

そこで本発明は、低コストかつ高効率運転が可能なブラシレス直流モータを提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明に係る直流ブラシレスモータは、励磁コイルが巻回されるステータと、前記ステータに収容され、所定の向きに回転可能なロータと、前記ロータの回転軸を中心として異極が対向するように、周方向において所定間隔で前記ステータの内面に固定される複数対の磁石と、を備え、前記ロータは、自身の回転に応じて前記複数対の磁石に近接可能に配置され、径方向に延びる基部と、前記基部の両端から前記所定の向きに延びる延出部と、を有し、それぞれの前記磁石は、周方向で隣り合う他の磁石と前記延出部を介して磁気的に接続された状態で、自身が発生源となる磁束が、前記他の磁石が発生源となる磁束と強め合うように配置されることを特徴とする。

このような構成によれば、ロータが回転して基部の両端と一対の磁石とが近接した状態になると、この一対の磁石は、周方向で隣り合う他の磁石との間でステータ及び延出部を介して磁気的に接続される。その結果、前記した一対の磁石が発生源となる磁束はそれぞれ、前記他の磁石が発生源となる磁束と強め合う。

このような安定状態から励磁コイルに印加される電圧の変化に応じて所定の向きに電流が流れると、この電流に伴って生じる磁束が、前記した一対の磁石及びロータを通り抜ける。そうすると、磁気抵抗が小さい箇所では、励磁コイルを流れる電流に伴う磁束と、磁石を発生源とする磁束と、が強め合って他の箇所よりも磁束が密に分布する。このような磁気抵抗の違いによってロータを所定の向き（延出部が基部から延びる向き）に回転させるトルクを発生させることができる。

前記した回転によって基部の両端は、それまで延出部と磁気的に接続していた他の磁石に近接し、新たな安定状態ができる。さらに、励磁コイルに所定の電圧が印加されて励磁コイルに電流が流れると、この電流に伴って生じる磁束が、他の対の磁石（ロータの回転方向において前記した一対の磁石と隣り合う磁石）及びロータを通り抜ける。そうすると、磁気抵抗の違いによってロータを所定の向き（延出部が基部から延びる向き）に回転させるトルクが発生し続ける。

したがって、本発明によれば、励磁コイルには単相の電圧を印加してロータの回転角に応じた正・負の電流を流せばよく、前記した電圧を制御するための制御回路を単純化できる。また、ブラシレス直流モータ自体の構成も単純であるため、低コストで製造できる。
また、励磁コイルに所定の電流を流している限り、ロータを所定の向きに回転させるトルクが発生し続ける。換言すると、ロータを前記所定の向きとは逆向きに回転させるトルクが発生しないため、ブラシレス直流モータを高効率で駆動させることができる。

また、前記直流ブラシレスモータにおいて、前記延出部が、前記基部の両端から前記所定の向きに延びる長さは、周方向で隣り合う前記磁石間の距離よりも長いことが好ましい。

このような構成によれば、延出部の長さは、周方向で隣り合う磁石間の距離よりも長いため、ロータを回転させると、延出部の根元が一対の磁石の一部と径方向で重なり合い、延出部の先端が他の磁石の一部と径方向で重なり合った状態になる。したがって、前記した一対の磁石と他の磁石との磁気的な接続が促され、ロータを回転させるトルクが発生し易くなる。その結果、ブラシレス直流モータを高効率で駆動させることができる。

また、前記直流ブラシレスモータにおいて、前記ステータは、前記励磁コイルが巻回されるコイル巻回部と一体形成され、前記ロータを収容する収容部を備え、前記収容部は、二対の前記磁石それぞれの一方が固定され、第１接続部を介して前記コイル巻回部の一端に接続される第１収容部と、二対の前記磁石それぞれの他方が固定され、第２接続部を介して前記コイル巻回部の他端に接続される第２収容部と、を有し、前記第１収容部の端部と、前記第２収容部の端部と、が互いに離間していることを特徴とする。

このような構成によれば、第１収容部の端部と、第２収容部の端部と、が互いに離間しているため、当該箇所がロータを介して磁気的に接続されない限り、第１収容部に固定される磁石と、第２収容部に固定される磁石と、の間で磁気回路が形成されない。
この状態において、第１収容部に固定される磁石間、及び第２収容部に固定される磁石間で閉じた磁気回路が形成され、励磁コイルに電流が流れない限りロータのトルクが小さく比較的安定した状態になる。したがって、励磁コイルに流す電流を適宜制御することで、ロータを所定角度で保持し易くなり、ブラシレス直流モータをステッピング駆動させることができる。

本発明によれば、低コストかつ高効率運転が可能なブラシレス直流モータを提供できる。

本発明の一実施形態に係るブラシレス直流モータの構成を示す断面図である。 ブラシレス直流モータを駆動させるモータ駆動装置の構成図である。 各磁石による磁束と、励磁コイルを流れる電流によって生じる磁束と、の合成磁束によってトルクが発生する様子を示す説明図（断面図）であり、（ａ）は回転角０°かつコイル電流が流れていないで状態であり、（ｂ）は回転角０°でコイル電流が流れている状態であり、（ｃ）はコイル電流が流れて６０°回転した状態であり、（ｄ）は回転角６０°かつコイル電流が流れていないで状態であり、（ｅ）は（ｄ）の状態からさらに３０°回転した状態であり、（ｆ）は回転角９０°でコイル電流が流れている状態である。 （ａ）は励磁コイルに印加する電圧の時間的変化を示す波形図であり、（ｂ）は励磁コイルに流れる電流の時間的変化を示す波形図であり、（ｃ）はロータを回転させるトルクの時間的変化を示す波形図である。 ブラシレス直流モータが備えるロータに作用するトルクの時間的変化を示す波形図である。 （ａ）は比較例に係る隈取モータの構成図であり、（ｂ）は比較例に係る隈取モータが備えるロータに作用するトルクの時間的変化を示す波形図である。

本発明を実施するための形態（以下、実施形態と記す）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、向きを説明する場合、図１に示す上下左右に基づいて説明する。

≪実施形態≫
＜ブラシレス直流モータの構成＞
図１は、本実施形態に係るブラシレス直流モータの構成を示す断面図である。
ブラシレス直流モータ１は、励磁コイル２０に流れる電流に応じた磁束と、ステータ１０の内面に固定される４つの磁石４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂの磁束と、の合成磁束によってトルクを発生させ、ロータ３０を左回りに回転駆動させる機能を有している。
ブラシレス直流モータ１は、ロータ３０がステータ１０に収容されたインナロータ型構造を呈し、ステータ１０の内部（回転軸Ｋを基準として径方向内側）にロータ３０が回転自在に軸支されている。なお、回転軸Ｋには、負荷（図示せず）が連結される。

図１に示すように、ブラシレス直流モータ１は、励磁コイル２０が巻回されたステータ１０と、ステータ１０に収容され、左回りに回転可能なロータ３０と、周方向において略等間隔でステータ１０の内面に固定される磁石４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂと、を備えている。

（ステータ）
ステータ１０は、径方向内側にロータ３０を収容する磁性体（例えば、ケイ素鋼板）であり、コイル巻回部１１と、第１収容部１２と、第２収容部１３と、第１接続部１４と、第２接続部１５と、を有している。
コイル巻回部１１は、左右方向に延びる棒状部材であり、励磁コイル２０が巻回されている。
第１収容部１２は、断面視でＣ字状を呈し、回転軸Ｋと平行に（つまり、紙面手前側・奥側に）延びている。第１収容部１２は、第１接続部１４を介してコイル巻回部１１の左端に接続されている。

第２収容部１３は、断面視で逆Ｃ字状を呈し、回転軸Ｋと平行に延びている。第２収容部１３は、第２接続部１５を介してコイル巻回部１１の右端に接続されている。
つまり、各接続部１４，１５を介してコイル巻回部１１と一体成形された第１収容部１２及び第２収容部１３は、ロータ３０を左右から挟み込むように、回転軸Ｋを中心とする円柱状の収容空間を形成している。
なお、第１収容部１２は、上下両端に向かうにつれて肉薄に形成されている。これによって、第１収容部１２の上端付近・下端付近を通る磁束の量を制限できる（第２収容部１３についても同様）。

また、第１収容部１２の上端と、第２収容部１３の上端と、は左右方向において所定距離Ｌ４だけ離間している。同様に、第１収容部１２の下端と、第２収容部１３の下端と、は左右方向において所定距離Ｌ４だけ離間している。これによって、励磁コイル２０の電流に伴う磁束が必ずロータ３０を通り抜けるようにしている（図３（ｂ）の白抜き矢印を参照）。換言すると、励磁コイル２０の電流に伴って生じる磁束が、ステータ１０内のみで閉じないようにしている。なお、前記した磁束の詳細については後記する。

（ロータ）
ロータ３０は、ブラシレス直流モータ１内での磁束分布に応じたトルクによって左回りに回転可能な回転子であり、第１収容部１２と第２収容部１３との間の円柱状の収容空間に収容されている
。ロータ３０は、基部３１と、延出部３２，３３と、が一体成形された磁性体（例えば、鉄心）である。

基部３１は、２対の磁石（４１ａ，４１ｂ）、（４２ａ，４２ｂ）が第１収容部１２及び第２収容部１３に固定された状態で、両端がその回転角（機械角）に応じて各磁石と近接可能な長さで径方向に延びている。また、基部３１の両端面は、第１収容部１２及び第２収容部１３の内面に対応した形状（断面視で円弧状）になっている。
なお、軽量化を図るため、基部３１には、複数個（回転軸Ｋ付近に４個、端部付近にそれぞれ２個）の孔ｈが空けられている。

延出部３２，３３は、基部３１の両端から、ロータ３０が回転する向き（つまり、左回り）に延びている。延出部３２，３３は、その外側面が基部３１の一端と面一となるように、断面視で円弧状に形成されている。
なお、延出部３２，３３の肉厚は、先端に向かうにつれて薄くなっている。延出部３２，３３の形状及び肉厚は、自身を通り抜ける磁束が最大になった状態で延出部３２，３３内が磁気飽和状態になるように設定されている。これによって、必要以上の磁束が延出部３２，３３内を通ることを防止できる。

延出部３２，３３が延びる長さＬ３は、周方向で隣り合う磁石（例えば、磁石４１ａ，４２ａ）間の距離Ｌ４よりも長くなっている。ロータ３０を回転させると、延出部３２，３３の根元が一対の磁石（４１ａ，４１ｂ）と径方向で重なり合い（図３（ｂ）参照）、延出部３２，３３の先端が他の磁石（４２ａ，４２ｂ）と径方向で重なり合う状態ができる。したがって、一対の磁石（４１ａ，４１ｂ）と他の磁石（４２ａ，４２ｂ）との磁気的な接続を促し、ロータ３０を回転させるトルクが発生し易くなる。

（磁石）
磁石４１ａ，４２ａは、断面視で円弧状をなす永久磁石であり、第１収容部１２の内面に固定されている。磁石４１ａは、Ｎ極が第１収容部１２の内面に密着し、Ｓ極がロータ３０に対向している。一方、磁石４２ａは、Ｓ極が第１収容部１２の内面に密着し、Ｎ極がロータ３０に対向している。
なお、図１に示すように、磁石４１ａの上端は第１収容部１２の上端に略一致し、磁石４２ａの下端は第１収容部１２の下端に略一致している。また、磁石４１ａの下端と、磁石４２ａの上端と、は周方向において所定距離Ｌ４だけ離間している。

磁石４１ｂ，４２ｂは、断面視で円弧状をなす永久磁石であり、第２収容部１３の内面に固定されている。磁石４１ｂ，４２ｂは、回転軸Ｋを通りコイル巻回部１１に垂直な線を基準として、磁石４１ａ，４２ａと線対称になるように配置されている。

＜モータ駆動装置の構成＞
図２は、ブラシレス直流モータを駆動させるモータ駆動装置の構成図である。なお、図２では、ブラシレス直流モータ１のロータ３０のみを模式的に示し、ステータ１０及び各磁石については図示を省略した。
モータ駆動装置１００は、直流電源１０１に並列接続されるコンデンサ１０２と、コンデンサ１０２の出力側に接続されるスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４と、抵抗Ｒ及び励磁コイル２０と、位置センサＨと、制御装置１０３と、を備えている。

それぞれのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４（例えば、ＦＥＴ）には、転流による破壊を防止するための還流ダイオードＤ１〜Ｄ４が逆並列に接続されている。また、第１レグを構成するスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の接続点と、第２レグを構成するスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の接続点と、が配線ａを介して接続されている。また、前記した配線ａにおいて、抵抗Ｒ及び励磁コイル２０が直列接続されている。
図２に示す励磁コイル２０は、図１で説明したように、ブラシレス直流モータ１のステータ１０に巻回されている。

位置センサＨは、例えばホール素子であり、時々刻々と変化するロータ３０の回転角を検出し、制御装置１０３に出力する機能を有している。
制御装置１０３は、外部から入力される指令信号（駆動指令、停止指令、速度変更指令）、位置センサＨから入力される検出信号などに応じて、予め設定されたプログラムに従ってスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオン／オフを制御する。

例えば、制御装置１０３によってスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４がオン、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３がオフに切り替えられると、励磁コイル２０に正の電圧が印加される（図４（ａ）参照）。一方、制御装置１０３によってスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４がオフに、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３がオンに切り替えられると、励磁コイル２０に負の電圧が印加される。

なお、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオン／オフを切り替える際、回路の短絡を防止するため、第１レグのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２、又は、第２レグのスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４を両方オフにする期間が設けられる（図４（ａ）のコイル印加電圧：ゼロの期間）。制御装置１０３は、このように正負の矩形波電圧を励磁コイル２０に印加することによって励磁コイル２０に電流を流し、これに伴って生じるトルクでロータ３０を回転駆動させる。
なお、制御装置１０３が、搬送波（例えば、正弦波）と基本波（例えば、三角波）との比較結果に応じたＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行うことで、励磁コイル２０に所定の矩形波電圧を印加するようにしてもよい。

＜作用＞
図３は、各磁石による磁束と、励磁コイル２０を流れる電流によって生じる磁束と、の合成磁束によってトルクが発生する様子を示す説明図（断面図）である。
図３（ａ）を初期状態とし、ロータ３０の回転角（機械角）を０°とする。この場合において励磁コイル２０に電流は流れていない（図４（ｂ）：時刻ｔ０）。

この状態において、ロータ３０の基部３１の一端が磁石４１ａのＳ極に近接し、他端が磁石４１ｂのＮ極に近接している。また、延出部３２の先端が径方向で磁石４２ａと重なり、延出部３３の先端が径方向で磁石４２ｂと重なっている。
図３（ａ）に示すように、磁石４１ａは、周方向で隣り合う磁石４２ａと延出部３２を介して磁気的に接続され、黒矢印で示す磁気回路が形成される。その結果、磁石４１ａ，４２ａ間で延出部３２を介して磁束が強め合う。同様に、磁石４１ｂ，４２ｂ間で延出部３３を介して磁束が強め合う。

つまり、延出部３２，３３は、周方向で隣り合う磁石（４１ａ，４２ａ）、（４１ｂ，４２ｂ）を磁気的に接続し、磁束の流入を誘導する機能を果たしている。その結果、ロータ３０を左回りに回すトルクと、右回りに回すトルクと、がつり合う安定状態（安定点）ができる。

次に、制御装置１０３（図２参照）が、励磁コイル２０に印加する電圧を（＋Ｖ１）→（−Ｖ１）に切り替えると（図４（ａ）：時刻ｔ０の直後）、当該電圧の変化を打ち消すように、励磁コイル２０に電流が流れる（図４（ｂ）参照）。つまり、図３（ｂ）に示す向きで励磁コイル２０に電流が流れることによって、ステータ１０及びロータ３０内に白抜き矢印で示す磁束が生じる。

具体的には、磁石４２ｂのＮ極から出た磁束が、ステータ１０の第２接続部１５、コイル巻回部１１、第１接続部１４、及び第１収容部１２を順次通って磁石４２ａのＳ極に入り、磁石４２ａのＮ極から出が磁束が、ロータ３０の延出部３２、基部３１、及び延出部３３を順次通って磁石４２ｂのＳ極に入る磁気回路が形成される。
この状態において延出部３２，３３は、励磁コイル２０によって発生する磁束が基部３１を通り抜けるようにするための経路をつくる機能を果たしている。

図３（ｂ）に示すように、磁石４１ａのＮ極から出て磁石４２ａのＳ極に入る磁束（黒矢印）と、励磁コイル２０に流れる電流で生じる磁束（磁石４２ａのＳ極に入る：白抜き矢印）と、が磁石４２ａ付近で合流する。したがって、磁気抵抗が小さい磁石４２ａ付近では磁束分布が密になり、磁気抵抗が大きい磁石４１ａ付近では磁束分布は疎になる。
同様に、磁気抵抗が小さい磁石４２ｂ付近では磁束分布が密になり、磁気抵抗が小さい磁石４１ｂ付近では磁束分布が疎になる。

このような磁気抵抗の違いによって、延出部３２を磁石４２ａに向けて移動させ、延出部３３を磁石４２ｂに向けて移動させるトルクが生じ（図４（ｃ）の時刻ｔ０直後）、ロータ３０が左回りに回転する。

ロータ３０が左回りに約６０°回転して図３（ｃ）の状態になると、基部３１の一端と磁石４１ａとが離間するとともに、周方向において延出部３２の先端が磁石４１ｂに達する。この状態において磁石４１ｂと磁石４２ｂとが、延出部３２及び基部３１を介して磁気的に接続され、黒矢印で示す磁束が生じる。また、第１収容部１２側でも２つの磁石４１ａ，４２ａによって黒矢印で示す磁束が生じる。
つまり、延出部３２，３３は、周方向で隣り合う磁石（４１ａ，４２ａ）、（４１ｂ，４２ｂ）を磁気的に接続する機能を果たしている。

一方、励磁コイル２０には電流が流れ続けている（図４（ｂ）：時刻ｔ１）。これによって、磁石４２ｂのＮ極から出た磁束が、第２接続部１５、コイル巻回部１１、第１接続部１４、及び第１収容部１２を順次通って磁石４２ａのＳ極に入り、磁石４２ａのＮ極から出た磁束が基部３１を介して磁石４２ｂのＳ極に入る磁気回路が形成される。

図３（ｃ）に示す状態でも、磁気抵抗が小さい磁石４２ａ，４２ｂ付近では磁束分布が密になり、磁気抵抗が大きい磁石４１ａ，４１ｂ付近では磁束分布が疎になる。したがって、ロータ３０を左回りに回転させるトルクが維持される（図４（ｃ）の時刻ｔ１）。
また、第１収容部１２及び延出部３２が下端に向かうにつれて肉薄になっている。したがって、図３（ｃ）に示す状態において、前記した下端付近では略磁束飽和状態になる。これによって、必要以上に磁束が生じることを防止し、所定のトルクを発生させることができる。

次に、励磁コイル２０に流れる電流がゼロになり（図４（ｂ）参照）、図３（ｄ）に示すように誘起磁束がなくなった状態でも、前記した磁気抵抗の差によってトルクが働きつづける（図４（ｃ）参照）。換言すると、磁束分布を図３（ｅ）に示す安定状態にしようとするマクスウェル応力がトルクとして作用し、ロータ３０を左回りに回転させ続ける。

ロータ３０が左回りに９０°（図３（ｄ）に示す状態から左回りに３０°）回転すると、図３（ｅ）に示すように、基部３１の一端が磁石４２ａのＮ極に近接し、他端が磁石４２ｂのＳ極に近接する。また、励磁コイル２０には電流が流れておらず（図４（ｂ）：時刻ｔ２）、それぞれの磁石付近の磁気抵抗は略均一になる（２つの黒矢印を参照）。
当該安定状態ではトルクが比較的小さくなるが、（図４（ｃ）：時刻ｔ２）、この場合にでも正（左回り）のトルクが維持される。延出部３２は磁石４１ａに向けて吸引され、延出部３３が磁石４１ｂに向けて吸引されるからである。

次に、制御装置１０３によって励磁コイル２０に電圧が印加され、図３（ｆ）に示す向きにコイル電流が流れると（図４（ｂ）の時刻ｔ２直後）、ステータ１０及びロータ３０内に白抜き矢印で示す磁束が生じる。
具体的には、磁石４１ａのＮ極から出た磁束が、第１接続部１４、コイル巻回部１１、第２接続部１５、及び第２収容部１３を介して磁石４１ｂのＳ極に入り、磁石４１ｂのＮ極から出た磁束が、延出部３２、基部３１、及び延出部３３に入る磁気回路が形成される。
この状態において延出部３２，３３は、励磁コイル２０によって発生する磁束が基部３１を通り抜けるようにするための経路をつくる機能を果たしている。

図３（ｆ）に示すように、磁石４２ｂのＮ極から出て磁石４１ｂのＳ極に入る磁束（黒矢印）と、励磁コイル２０の電流に伴って生じる磁束（磁石４１ｂのＳ極に入る：白抜き矢印）と、が磁石４１ｂ付近で合流する。したがって、磁気抵抗が小さい磁石４１ｂ付近では磁束分布が密になり、磁気抵抗が大きい磁石４２ｂ付近では磁束分布は疎になる。
同様に、磁気抵抗が小さい磁石４１ａ付近では磁束分布が密になり、磁気抵抗が小さい磁石４１ｂ付近では磁束分布が疎になる。

このような磁気抵抗の違いによって、延出部３２を磁石４１ｂに向けて移動させ、延出部３３を磁石４１ａに向けて移動させるトルクが生じ（図４（ｃ）の時刻ｔ２直後）、ロータ３０が左回りに回転し続ける。

このように、ブラシレス直流モータ１は、励磁コイル２０に印加する電圧を打ち消すように流れる電流で磁束を発生させ、それぞれの磁石４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂが作る磁束との合成磁束によってトルクを発生させ、ロータ３０を左回りに回転させる。
なお、ロータ３０の回転角が９０°よりも大きい場合については説明を省略する。

また、ロータ３０の回転角が０°（図３（ａ）参照）、９０°（図３（ｅ）参照）、１８０°、及び２７０°である場合、励磁コイル２０に電流が流れていない状態においてロータ３０のトルク（左回り・右回り）がつり合っている。したがって、９０°毎の回転角でロータ３０の位置を保持可能であり、ブラシレス直流モータ１をステッピング駆動させることができる。

＜効果＞
本実施形態に係るブラシレスモータは、ロータ３０が回転する向き（左回り）に延びる延出部３２，３３をロータ３０の両端に設けている。これによって、励磁コイル２０に流れる電流で生じる磁束を延出部３２，３３を介して基部３１に流し、例えば、図３（ｂ），（ｃ），（ｅ）に示す磁気回路を形成できる。
また、延出部３２，３３が延びる長さＬ３は、周方向で隣り合う磁石間の距離Ｌ４よりも長くなっている。したがって、周方向で隣り合う磁石を延出部３２，３３が跨ぐことで、磁石間の磁気的接続を促し、ブラシレス直流モータ１を高効率で駆動させることができる。

また、第１収容部１２及び第２収容部１３の内周面に設置された４つの磁石によって、図３（ａ）、（ｅ）で示すように、ロータ３０が９０°回転する毎に磁気的に安定した状態ができる。したがって、ロータ３０の回転角０°、９０°、１８０°、及び２７０°の安定点で保持することが可能であり（図４（ｃ）参照）、ブラシレス直流モータ１をステッピング駆動することができる。

また、本実施形態では、励磁コイル２０に単相電圧を印加して正弦波状の電流を流す構成となっている。したがって、４個のスイッチング素子を用意すればよく、三相電圧を印加する（６個のスイッチング素子が必要。）場合と比較して、スイッチング素子の個数を少なくし、制御回路を単純化できる。また、１つの励磁コイル２０に単相電圧を印加すればよいため、複数（例えば、３個）の励磁コイルを備える場合と比較して、ブラシレス直流モータ１の駆動装置の製造コストを大幅に低減できる。

また、本実施形態では、ロータ３０の回転角０°、９０°、１８０°、及び２７０°の状態を含めて、常に正のトルク（左回りのトルク）を発生させることができる（図４（ｃ）参照）。つまり、励磁コイル２０に流れる電流が全てロータ３０のトルクに寄与するため、無駄な電流供給期間を設ける必要がなく、ブラシレス直流モータ１を高効率で駆動させることができる。
また、負トルクの発生に伴う脈動が生じないため、容易かつ安定的にブラシレス直流モータ１を制御できるとともに、ブラシレス直流モータ１の振動や騒音を抑制できる。

＜比較例＞
図６（ａ）は、比較例に係る隅取モータの構成図（断面模式図）である。図６（ａ）に示す隈取モータ１Ａは、ステータ１０Ａに巻回された励磁コイル２０Ａの電流の変化に伴ってステータ１０Ａ内の磁束（白抜き矢印を参照）を変化させ、当該磁束の変化を打ち消すように隈取コイル５０Ａに誘起電流（黒矢印を参照）を流す。
比較例に係る隈取モータ１Ａの場合、一周期のうち隈取コイル５０Ａに誘起電流が流れない時間帯が生じる。当該時間帯では、励磁コイル２０Ａに流れる電流に起因するトルクによって、ロータ３０Ａを逆回転させる負トルクが発生する（図６（ｂ）参照）。したがって、隈取モータ１Ａは、本実施形態に係るブラシレス直流モータ１と比較して運転効率が非常に低くなる。

また、比較例では、ロータ３０Ａが断面視で概ね円形であるとともに、磁石を備えない構成であるため、ロータ３０Ａを所定の回転角で保持したり、ステッピング駆動したりすることができない。
さらに、トルク脈動を抑制するために高周波電圧を印加するために隈取モータ１Ａの駆動回路が大型化したり、所望の実トルクを得るために昇圧回路（図示せず）が必要になるため、隈取モータ１Ａの駆動回路が高コストになってしまう。

これに対して本実施形態に係るブラシレス直流モータ１では、図５に示すように、ロータ３０にかかるトルクが常に正であるため（つまり、左回りのトルクが継続的に発生するため）、比較例よりも高効率で駆動させることができる。また、ブラシレス直流モータ１は、回転角９０°毎に角度保持することが可能であるとともに、ステッピング駆動させることが可能である。

また、ブラシレス直流モータ１は、比較例のように高周波で駆動する必要がないため、駆動回路を小型化できる。さらに、ブラシレス直流モータ１では、ロータ３０を回転させるトルクが常に正であるため、十分な実トルクが得られる。ししたがって、昇圧回路を設ける必要もなく、比較例よりも製造コストを大幅に低減できる。

≪変形例≫
以上、本発明に係るブラシレス直流モータ１について前記実施形態により説明したが、本発明の実施形態はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、前記実施形態では、延出部３２，３３が回転軸Ｋを中心として基部３１から左回りに延びるように形成する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、延出部が基部３１から右回りに延びるようにしてもよい。この場合において磁石の極性、及び、コイルを巻回する向きを、前記実施形態とは逆にすることで、ロータ３０を右回りに回転させることができる。

また、前記実施形態では、第１収容部１２と第２収容部１３とが左右方向で離間している場合について説明したが、これに限らない。すなわち、第１収容部１２及び第２収容部１３によって断面視で環状の収容部を形成してもよい。この場合でも、前記実施形態と同様に、ロータ３０の回転角に応じた磁気回路が、延出部３２，３３及び基部３１を介して形成される。

また、前記実施形態では、径方向に延びる基部３１と、この基部３１の両端から延びるロータ３０と、が一組である場合について説明したが、これに限らない。例えば、周方向において角度９０°をなすように２つの基部を一体形成し、各基部の両端からロータ３０が回転する向き（左回り）に延びる４つの延出部を形成してもよい。この場合において、中心軸を基準として対向する磁石を４対（つまり、８個）設け、それぞれの磁石を離間させる。

また、前記実施形態では、基部３１の先端から延出部３２，３３が延びる長さＬ３が、周方向で隣り合う磁石間の距離Ｌ４よりも長い場合について説明したが、これに限らない。すなわち、延出部３２，３３の長さを、周方向で隣り合う磁極間の距離Ｌ４と同一又は距離Ｌ４よりも若干短くしてもよい。
この場合でも、延出部３２，３３の先端に近接する磁極との間で磁束が通りやすくなるため、前記実施形態と同様の作用・効果を奏することができる。

また、前記実施形態では、周方向において互いに隣り合う磁石（例えば、磁石４１ａ，４２ａ）間の距離が全てＬ４である場合について説明したが、これに限らない。すなわち、磁石間の距離が異なっていてもよい。
また、前記実施形態では、ステータ１０の内面に複数（４個）の磁石を設置する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、磁石を省略して励磁コイル２０に流れる電流によって回転磁界をつくるようにしてもよい。

１ ブラシレス直流モータ
１０ ステータ
１１ コイル巻回部
１２ 第１収容部（収容部）
１３ 第２収容部（収容部）
１４ 第１接続部
１５ 第２接続部
２０ 励磁コイル
３０ ロータ
３１ 基部
３２，３３ 延出部
４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ 磁石
Ｋ 回転軸

Claims (3)

1. 励磁コイルが巻回されるステータと、
   前記ステータに収容され、所定の向きに回転可能なロータと、
   前記ロータの回転軸を中心として異極が対向するように、周方向において所定間隔で前記ステータの内面に固定される複数対の磁石と、を備え、
   前記ロータは、
   自身の回転に応じて前記複数対の磁石に近接可能に配置され、径方向に延びる基部と、
   前記基部の両端から前記所定の向きに延びる延出部と、を有し、
   それぞれの前記磁石は、
   周方向で隣り合う他の磁石と前記延出部を介して磁気的に接続された状態で、自身が発生源となる磁束が、前記他の磁石が発生源となる磁束と強め合うように配置されること
   を特徴とするブラシレス直流モータ。
2. 前記延出部が、前記基部の両端から前記所定の向きに延びる長さは、周方向で隣り合う前記磁石間の距離よりも長いこと
   を特徴とする請求項１に記載のブラシレス直流モータ。
3. 前記ステータは、
   前記励磁コイルが巻回されるコイル巻回部と一体形成され、前記ロータを収容する収容部を備え、
   前記収容部は、
   二対の前記磁石それぞれの一方が固定され、第１接続部を介して前記コイル巻回部の一端に接続される第１収容部と、
   二対の前記磁石それぞれの他方が固定され、第２接続部を介して前記コイル巻回部の他端に接続される第２収容部と、を有し、
   前記第１収容部の端部と、前記第２収容部の端部と、が互いに離間していること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のブラシレス直流モータ。

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