JP2621554B2 - ２相ブラシレスモータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、オーディオ機器、ビデオ機器やOA機器等
の種々電子機器に用いられる例えばアキシャルギャップ
型のブラシレスモータに係り、更に詳しくはトルク死点
なしに自起動できるようにするためのコキングトルクの
発生をなくした２相ブラシレスモータに関するものであ
る。

［従 来 例］ 従来、この種のアキシャルギャップ型のブラシレスモ
ータは、例えば第７図乃至第９図に示す構成をしてい
る。

それら図において、固定子１はステータヨーク２に空
心の電機子コイル3,4が対象に固定されており（なお、
電機子コイルが多い場合それらは環状に配置され
る。）、そのステータヨーク２はコギング発生用磁性体
であり、その下部にはモータの駆動回路を形成するプリ
ント基板５が取付けられている。なお、そのステータヨ
ーク２の代わりに、鉄ビスが用いられることもある。一
方、固定子１に対向して、ロータマグネット６が回転自
在に設けられており、このロータマグネット６の磁極領
域（着磁領域）は例えばその半円分がＮ極に、残り半円
分がＳ極になっている。また、ロータマグネット６の着
磁検出により、そのロータマグネット６の位置を検出
し、この検出に応じて上記電機子コイル３あるいは電機
子コイル４を励磁するための制御信号を得るホール素子
７が所定位置に固定されている。

上記構成の２相ブラシレスモータの動作を第８図を参
照して説明すると、停止時においてはロータマグネット
６の着磁領域（Ｎ極およびＳ極）の中心ａが電機子コイ
ル3,4の中心ｂと所定角度ずれ、その着磁領域のＮ極が
ホール素子７に対向する。すなわち、ステータヨーク２
の中心ａと電機子コイル3,4の中心とが予め所定角度ず
れ、ロータマグネット６の着磁境界c₁,c₂がホール素子
７に対向しないようにしているからである。

そして、２相ブラシレスモータの電源がONになると、
その着磁領域のＮ極が検出されるため、ホール素子７に
より電機子コイル３の励磁制御が行われ、電機子コイル
３がＮ極になる。すると、ロータマグネット６の着磁領
域（Ｎ極）がその励磁Ｎ極と反発し、また着磁領域（Ｓ
極）がその励磁Ｎ極と引き合い、合成トルクが同図の時
計方向に働くため、そのロータマグネット６が回転され
る。

続いて、着磁境界c₂を経て、ロータマグネット６の着
磁領域のＳ極がホール素子７に対向すると、ホール素子
７により電機子コイル４の励磁制御が行われ、電機子コ
イル４がＮ極にされる。すると、ロータマグネット６の
着磁領域（Ｎ極）がその励磁Ｎ極と反発し、また着磁領
域（Ｓ極）がその励磁Ｎ極と引き合い、合成トルクが同
図の時計方向に働くため、そのロータマグネット６が回
転される。したがって、上記動作が繰り返されることに
より、そのロータマグネット６は時計方向に連続して回
転されることになる。

また、上記着磁境界c₁,c₂がホール素子７に対向する
位置、つまり検出磁束が相殺される位置においては、ロ
ータマグネット６の着磁領域（Ｎ極およびＳ極の領域）
の中心ａがステータヨーク６の中心と一致していないこ
とことから、コギングトルクが発生する。そのため、着
磁境界c₁,c₂がホール素子７に対向する位置で、ロータ
マグネット６が停止してしまうこともない。つまりトル
ク死点をなくすることができる。

なお、上記実施例ではロータマグネット６が時計方向
に回転しているが、それは図面上でそうなったものであ
り、反時計方向に回転させるようにできる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記２相ブラシレスモータにあって
は、コアレスのアキシャルギャップ型構造とし、コギン
グをなくすことに特徴があるにもかかわらず、トルク死
点をなくして自起動できるようにするため、コギング発
生用磁性体のステータヨーク２や鉄ビス等を設け、わざ
わざコギングトルクを発生させなければならないという
問題点があった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その
目的はコギング発生用磁性体等を用いることなく、トル
ク死点なしに自起動でき、コギングトルクの発生を防止
することができるようにした２相ブラシレスモータを提
供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、請求項１の発明は、同時に
逆励磁とされる２つのコイルを対とし、該対のコイルの
2n対（ｎは整数）が等間隔で、かつ、その隣接するコイ
ル同士が逆励磁関係となるように環状に固定された固定
子と、該固定子の各コイルに対向して電気角240度の単
極着磁部と電気角120度の無着磁部とを含む磁性領域を
有し、該磁性領域の縁部にローラ位置検出用としてのＮ
極とＳ極とが半周期もしくは電気角180度の間隔をもっ
て配置された回転自在なロータマグネットと、前記縁部
のＮ極およびＳ極を検出し、その極性に応じて前記2n対
のコイルを所定の順序で励磁するための制御信号を出力
する位置検出手段とを備え、前記位置検出手段により、
前記2n対のコイルの内の少なくとも１対のコイルが逆励
磁されることを特徴としている。

また、請求項２では、固定子の2n対のコイルを２対
（合計で４個のコイル）とし、前記磁性領域の縁部のＮ
極、Ｓ極が検出されるごとに、前記２対のコイルが交互
に励磁されるようにしている。

［作用］ 上記構成としたので、ホール素子ICにて縁部の着磁
（Ｎ極、Ｓ極）が検出されると、その検出に応じて、つ
まりロータマグネットの位置に応じて複数対のうち少な
くとも１対のコイルが励磁される。ロータマグネットが
右方向（時計方向）に回転するものとして、第５図を参
照して説明すると、着磁境界d₂がホール素子17の位置Ａ
に近づいたとき、縁部14aのＳ極がホール素子17に対向
していることから、第３および第４の電機子コイル12,1
3が互いに逆励磁されている。すなわち、第３の電機子
コイル12がＳ極に、第４の電機子コイル13がＮ極に励磁
されている。なお、第１および第２の電機子コイル10,1
1は非励磁状態である。このとき、単極着磁部（Ｎ極）1
5の中心ｅが第３の電機子コイル12の中心に近いことか
ら、主に単極着部15と第３の電機子コイル12のＳ極とが
引き合い、トルクが同図の矢印方向に働き、ロータマグ
ネット14は回転することになる。

そして、着磁境界d₂がホール素子17の位置Ａをすぎ、
縁部14aのＮ極が検出されると、第３および第４の電機
子コイル12,13が非励磁となり、代わって第１および第
２の電機子コイル10,11が互いに逆励磁、すなわち第１
の電機子コイル10がＳ極、第２の電機子コイル11がＮ極
にそれぞれ励磁される。このとき、単極着磁部15の中心
ｅが第２の電機子コイル11の中心より紙面で右にずれて
いることから、単に単極着部15と第２の電機子コイル11
のＮ極とが反発し、トルクが同図の矢印方向に働き、ロ
ータマグネット14は回転することになる。

続いて、第６図を参照して説明すると、着磁境界d₁が
ホール素子17の位置Ａに近づいているとき、上記同様の
理由から、主に単極着磁部15と第１の電機子コイル10の
励磁Ｓ極とが引合い、トルクが同図の矢印方向に働くこ
とになる。その着磁境界d₁がホール素子17の位置Ａを過
ぎたとき、上記同様の理由から、主に単極着磁部15と第
４の電機子コイル３の励磁Ｎ極とが反発し、トルクが同
図の矢印方向に働き、ロータマグネット14は回転するこ
とになる。

また、その着磁境界d₁,d₂がホール素子ICに対向する
位置や他の位置でも、第５図および第６図の矢印の同じ
方向にトルクが働くことから、コギング発生用磁性体を
使用しなくとも、トルク死点をなくすことができる。

［実 施 例］ 以下、この発明の実施例を第１図乃至第６図に基づい
て説明する。

第１図乃至第３図において、２相ブラシレスモータの
固定子（ステータ）８は、例えばプリント基板９に第１
乃至第４の電機子コイル（I,II,III,IV）10,11,12,13が
それぞれ等間隔で環状に固定されており、その第１およ
び第２の電機子コイル10,11と第３および第４の電機子
コイル12,13の各コイルは隣接同士が互いに逆励磁され
る。すなわち、第１および第２の電機子コイル10,11と
第３および第４の電機子コイル12,13とがそれぞれ対を
構成し、その対の電機子コイルは互いに同時に逆励磁と
なる。

一方、回転自在に設けられるロータマグネット（ロー
タ）14は固定子８に対向する磁極領域に電気角240度の
単極着磁部15および電気角120度の無着磁部（あるいは
実質的に無着磁の部分；第３図に示す）16を備えてお
り、またその単極着磁部15および無着磁部16の縁部（第
２図の二点鎖線および部分実線によるリング部）14aは
ロータ位置検出用の着磁領域になっている。その縁部14
aの半周期（若しくは電気角180度）がＮ極で、残り半周
期部分がＳ極であり、例えばその縁部14aの着磁境界d₁,
d₂は単極着磁部15および無着磁部16の中心ｅに対して略
対象の位置になっている。また、第３図の斜線に示され
ているように、上記電気角120度の無着磁部16を得るた
めに、縁部14aのＳ極の他にＳ極の領域を大きくし、そ
の分Ｎ極領域を小さくして、それらＳ極とＮ極の領域16
a,16bが等しくなるようにしている。なお、縁部14aのＳ
極がロータマグネット14の位置検出と、そのロータマグ
ネット14のトルクを得る着磁部15および無着磁部16とを
兼ねるようにしているが、それは当該２相ブラシレスモ
ータの小型化を図るためでもある。

さらに、上記ロータマグネット14の縁部14aの着磁
（Ｎ極およびＳ極）を検出するため、対の電機子コイル
12,13（あるいは対の電機子コイル10,11）の間には位置
検出器（ホール素子部）17が固定されており、そのホー
ル素子17は、ロータマグネット14の縁部14aの着磁によ
る磁束を検出し、この検出に応じて対の電機子10,11あ
るいは他方の対の電機子12,13の励磁を制御するもので
ある。

上記２相ブラシレスモータの駆動回路は、例えば第４
図に示されているように、第１の電機子コイル10、第２
の電機子コイル11と直列に接続するnpn型トランジスタ1
8と、第３の電機子コイル12、第４の電機子コイル13と
直列に接続するnpn型トランジスタ19と、ロータマグネ
ット14の位置を検出するホール素子17とから構成され、
またプリント基板９に形成され、その縁部14aの着磁領
域がホール素子17に対向すると、それらnpn型トランジ
スタ18,19の一方がONされ、１対の電機子コイルが互い
に逆励磁される。

上記構成の２相ブラシレスモータの動作を第５図およ
び第６図の電機子コイルとロータマグネットの側面を展
開した図に基づいて説明する。なお、図中のＡはホール
素子17によるロータマグネット14の検出位置である。

まず、縁部14aの着磁領域であるＮ極がホール素子17
に対向しているときには１対の第１および第２の電機子
コイル10,11が互いに逆励磁され、またその着磁領域で
あるＳ極がホール素子17に対向しているときには他の１
対の第３および第４の電機子コイル12,13が互いに逆励
磁される。その励磁の際、第１および第３の電機子コイ
ル10,12の磁極がＳ極に、第２および第４の電機子コイ
ル11,13の磁極がＮ極になるものとする。

ここで、その２相ブラシレスモータに電源が投入され
ると、対の電機子コイル10,11とnpn型トランジスタ18、
対の電機子コイル12,13とnpn型トランジスタ19およびホ
ール素子17に電圧が印加され、ホール素子17にてロータ
マグネット14の位置が検出される。このとき、縁部14a
の着磁境界d₂に近い、例えばＮ極がホール素子17に対向
していると、npn型トランジスタ18がONされるため、第
１および第２の電機子コイル10,11が励磁される（第５
図の破線丸印に示す）。この場合、第３および第４の電
機子12,13は非励磁状態。すると、第５図から明らかな
ように、ロータマグネット14の単極着磁部15のＮ極の中
心ｅが第２の電機子コイル11によるＮ極の中心より紙面
で右にずれていることから、主にそれらの磁極の反発に
よりトルクが同図の矢印方向に働くため、ロータマグネ
ット14が回転される。そして、そのロータマグネット14
の回転により着磁境界d₁に近いＮ極がホール素子17に対
向するようになると、単極着磁部15のＮ極の中心ｅが第
１の電機子コイル10のＳ極の中心に近づくことから、主
にそれらの磁極の引合いにより、トルクが同図の矢印方
向に働くため、ロータマグネット14が回転される。

続いて、第６図に示されているように、着磁境界d₁が
ホール素子17に対向する位置において、単極着磁部15の
Ｎ極の中心ｅが第１の電機子コイル10の中心より第１図
で右にずれている。そのため、着磁境界d₁がホール素子
17に対向するまで、主にそれらの磁極の引合いにより、
トルクが働くことから、着磁境界d₁が位置Ａを過ぎる。
すると、縁部14aのＳ極がホール素子17に対向するよう
になり、npn型トランジスタ19がONされ、第３および第
４の電機子コイル12,13が励磁される（同図の破線丸印
に示す）。なお、第１および第２の電機子10,11は非励
磁状態。このとき、同図から明らかなように、上記同様
に、ロータマグネット14の単極着磁部15のＮ極の中心ｅ
が第４の電機子コイル13のＮ極の中心より紙面で右にず
れていることから、主にそれらの磁極の反発によりトル
クが同図の矢印方向に働くため、ロータマグネット14が
回転される。そして、そのロータマグネット14の回転に
より着磁境界d₂に近いＳ極がホール素子17に対向するよ
うになると、単極着磁部15のＮ極の中心ｅが第３の電機
子コイル12のＳ極の中心に近づくことから、主にそれら
の磁極の引合いにより、トルクが同図の矢印方向に働く
ため、ロータマグネット14が回転される。

続いて、第５図に示されているように、着磁境界d₂が
ホール素子17に対向する位置において、単極着磁部15の
Ｎ極の中心ｅが第３の電機子コイル12の中心より紙面で
左にずれている。そのため、その着磁境界d₂がホール素
子17に対向するまで、主にそれらの磁極の引合により、
トルクが働くことから、着磁境界d₂が位置Ａを過ぎ、縁
部14aのＮ極がホール素子17に対向するようになる。そ
れ以後は上述同様の動作が行われる。

このように、縁部14aの着磁境界d₁,d₂がホール素子17
に対向する位置において、単極着磁部15のＮ極の中心は
第１および第２の電機子コイル10,11と第３および第４
の電機子コイル11,12との間になる。したがって、着磁
境界d₁,d₂がホール素子部17に対向する位置、およびそ
れ以外の位置において、紙面で右にトルクが働くことに
なる。すなわち、従来のようなコギング発生用磁性体の
ステータヨーク２や鉄ビス等を用いなくともよいことか
ら、コギングトルクが発生せず、しかもロータマグネッ
ト14を何の位置でもトルク死点なしに自起動することが
できる。

なお、上記実施例のロータマグネット14は固定子８に
対向する側だけを示しており、図示しないがそのロータ
マグネット14には単極着磁部（Ｎ極）15等の裏側には反
対の磁極が現れる。

また、上記固定子８には第１および第２の電機子コイ
ル10,11と第３および第４の電機子コイル12,13が固定さ
れているが、複数対の電機子コイルを固定してもよい
が、好ましくは2n対個（ｎは整数）にするとよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の２相ブラシレスモー
タによれば、同時に逆励磁する２つのコイルを対とし、
該対のコイルを環状に２対固定し、かつ、それらコイル
の間隔を等しくするとともに、それらコイルの隣接同士
を逆励磁とした固定子と、この固定子のコイルに対向し
て電気角240度の単極着磁部および電気角120度の無着磁
部に相当する磁極領域を有し、その磁極領域の縁部の半
周期（若しくは電気角180度）をＮ極にし、その残り半
周期をＳ極にするとともに、そのＮ極とＳ極の境界をそ
の単極着磁部および無着磁部の中心に対して略対象の位
置とした回転自在なロータマグネットと、その対のコイ
ルに隣接する対のコイルとの間に設けられていて、その
縁部のＮ極およびＳ極を検出し、この検出に応じてその
複数の対のコイルを励磁するための制御信号を出力する
ホール素子とを備え、その縁部の着磁境界がそのホール
素子に対向する位置において、その単極着磁部の中心が
その対のコイルの磁極の中心よりずれるようにしたの
で、コギング発生用磁性体等を用いずに、何の位置でも
トルク死点なく自起動でき、コギングトルクの発生をな
くすことができるという有用な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図はこの発明の一実施例を示す２相ブラ
シレスモータの概略的ブロック図、第４図は上記２相ブ
ラシレスモータの概略的回路図、第５図および第６図は
上記２相ブラシレスモータの動作を説明するための概略
的展開図、第７図乃至第９図は従来の２相ブラシレスモ
ータの概略的ブロック図である。 図中、８は固定子（ステータ）、９はプリント基板、10
は第１の電機子コイル、11は第２の電機子コイル、12は
第３の電機子コイル、13は第４の電機子コイル、14はロ
ータマグネット（ロータ）、14aは縁部、15は単極着磁
部（Ｎ極）、16は無着磁部、17は位置検出器（ホール素
子）、d₁,d₂は着磁境界（縁部14aの）、ｅは単極着磁部
15および無着磁部16の中心である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同時に逆励磁とされる２つのコイルを対と
   し、該対のコイルの2n対（ｎは整数）が等間隔で、か
   つ、その隣接するコイル同士が逆励磁関係となるように
   環状に固定された固定子と、該固定子の各コイルに対向
   して電気角240度の単極着磁部と電気角120度の無着磁部
   とを含む磁性領域を有し、該磁性領域の縁部にローラ位
   置検出用としてのＮ極とＳ極とが半周期もしくは電気角
   180度の間隔をもって配置された回転自在なロータマグ
   ネットと、前記縁部のＮ極およびＳ極を検出し、その極
   性に応じて前記2n対のコイルを所定の順序で励磁するた
   めの制御信号を出力する位置検出手段とを備え、前記位
   置検出手段により、前記2n対のコイルの内の少なくとも
   １対のコイルが逆励磁されることを特徴とする２相ブラ
   シレスモータ。
2. 【請求項２】前記固定子の2n対のコイルは２対（合計で
   ４個のコイル）であり、前記磁性領域の縁部のＮ極、Ｓ
   極が検出されるごとに、前記２対のコイルが交互に励磁
   されるようにした請求項１に記載の２相ブラシレスモー
   タ。