JP2641198B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

ブラシレスモータ

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JP2641198B2
JP2641198B2 JP61229911A JP22991186A JP2641198B2 JP 2641198 B2 JP2641198 B2 JP 2641198B2 JP 61229911 A JP61229911 A JP 61229911A JP 22991186 A JP22991186 A JP 22991186A JP 2641198 B2 JP2641198 B2 JP 2641198B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はブラシレスモータに関するものである。
[従来の技術] 従来のブラシレスモータについて、2極,3相面対向型
のものを例にとって説明する。
第5図は従来のブラシレスモータの断面図であり、1
はN極とS極とを等ピッチで着磁した2極構成のロータ
マグネット、2はロータヨーク、3は回転速度検出用の
FGマグネット、4はステータヨーク、5は駆動コイル、
6は軸、7はロータの回転位置検出用のホール素子であ
る。第6図はロータマグネット1の平面図で、1aはN
極,S極に着磁された着磁パターンを示している。第7図
は駆動コイル5が1相分だけ配設されたステータヨーク
の平面図である。
以上のように構成された従来のブラシレスモータにお
いては、ロータの位置をホール素子7が検出し、その検
出信号に従って駆動コイル5に流す電流を制御すること
によって、ロータのトルクの方向が一定となるように駆
動される。この結果、3つの駆動コイル5には、それぞ
れ位相が120゜ずれた電流が供給されることになる。
しかしながら、ロータマグネット1を第6図のように
着磁した場合のこの磁石による磁界の磁束密度分布は一
般に正弦波分布ではなく、また駆動コイル5を流れる電
流による磁界の磁束密度分布も一般に正弦波分布でな
い。そして、駆動コイル5に流れる駆動電流の波形も一
般に正弦波ではないため、このようなブラシレスモータ
のトルクには15%以上の脈動が生じる。このような原因
によるトルクの脈動は、任意の極数,相数のブラシレス
モータについても当てはまる。
このような従来のブラシレスモータを用いてVTR等の
キャプスタンのダイレクトドライブを行う場合、特に
「半速」の場合にはモータの回転速度がかなり低くな
る。同一のブラシレスモータで回転速度を変化させた場
合、低速回転になればなるほどトルクの脈動の影響を受
けて回転速度のばらつき(動脈)が大きくなるため、低
速回転域で回転速度を安定させるためにはトルクの脈動
をできるだけ小さくする必要がある。さらに、上記VTR
においては小型軽量化を図るために、キャプスタンをダ
イレクトドライブするモータをリールの駆動に用いる場
合がある。この場合には負荷が大きくなるため、その分
トルクの脈動が大きく、回転速度のばらつき(脈動)に
きいてくる。
このようなブラシレスモータのトルクの脈動を減少さ
せて回転速度のばらつき(脈動)を減少させるために
は、モータの極数を増したり、ロータの慣性を大きくし
たりすることが考えられる。しかしながら、小型軽量化
が要請されるVTR等の機器にこれらのモータを使用する
場合には、モータ自身にも小型軽量化が要請されるた
め、極数を増すにも限度があり、またロータの慣性を大
きくすることもできない。すなわち、小型軽量化されつ
つあるVTR等の機器のキャプスタンスモータとして、こ
のようなトルクの動脈が大きい従来のブラシレスモータ
を使用することは非常に困難であった。
[発明が解決しようとする問題点] このように、従来のロータマグネット1を円周方向に
N極,S極を交互に着磁する第6図に示した従来の構成で
は、トルクの脈動に起因する回転速度のばらつき(脈
動)を小さくすることが困難であった。特に、モータを
小さくすればするほどこのような回転速度のばらつき
(脈動)を減少させることが非常に困難になるという問
題点があった。
よって本発明の目的は、上述の点な鑑み、トルクの脈
動が小さく、その結果回転速度のばらつき(脈動)を減
少させることができるブラシレスモータを提供すること
にある。
[問題点を解決するための手段] 上記の目的を達成するために、本発明は、N極および
S極を有するロータマグネットと、該ロータマグネット
に対向し、該ロータマグネットを回転させる駆動コイル
を有するステータとを具えたブラシレスモータにおい
て、前記ロータマグネットは、主ロータマグネットと、
該主ロータマグネットに前記駆動コイルを介して対向し
た副ロータマグネットとから形成され、前記主ロータマ
グネットにN極とS極の主界磁を離して形成し、前記主
ロータマグネットの前記N極と前記S極とにより挟まれ
た部分と対向する部分の前記副ロータマグネットに副界
磁を設け、前記副ロータマグネットの副界磁は、前記主
ロータマグネットと前記副ロータマグネットを軸方向に
重ね合わせた際に、隣接する前記主ロータマグネットの
前記主界磁の磁極とは異なる極性となるような対の磁極
を有するように形成され、前記主ロータマグネットおよ
び前記副ロータマグネットに対する前記駆動コイルの位
置関係を設定することにより、合成トルクの脈動を小さ
くしうるようにしたものである。
[実施例] 先ず、本発明の原理を説明する。
ここに説明する原理は、ブラシレスモータ一般、すな
わち相数や極数に拘わりなく成立つが、簡単のため2極
3相構造のブラシレスモータを例にとって以下に説明す
る。
第8図は、従来のブラシレスモータにおける回転角と
各相の駆動コイル電流によるトルクとそれらの合成トル
クとの関係を示す線図である。各相の駆動コイル電流に
よるトルクの回転角に対する変化が第8図に示したよう
な曲線で構成されていると、一般に合成トルクには脈動
が生じる。ここで、一般に駆動コイルの1相についての
トルク変化が第9図に示すように、回転角が30゜の点に
対し回転角0゜〜60゜のトルク変化曲線が、また回転角
90゜の点に対し回転角60゜〜120゜の範囲のトルク変化
曲線がそれぞれ点対称となっている場合には合成トルク
は脈動を生じない。
そこで本発明は上記の各相の駆動コイル電流によるト
ルク変化曲線を第9図において回転角0〜60゜と60゜〜
120゜の間で直線にすることを考える。すなわち、各相
の駆動コイル電流によるトルクの変化が、第10図に示し
たように直線的であると合成トルクには脈動を生じな
い。
第11図により上記のことを実現するための考え方を説
明する。第11図(A)は一般的によくみられる回転角に
対する1相分の駆動コイル電流によるトルクである。こ
のトルクに第11図(B)のようなトルク変化曲線を加え
ると第11図(C)のようにトルク変化曲線はほぼ前述し
たように回転角0゜〜60゜および60゜〜120゜の範囲で
直線となる。このように第11図(A)のようなトルク変
化曲線を生ずるような主界磁と第11図(B)のようなト
ルク変化曲線を生ずるような副界磁とを形成すれば、合
成トルクから脈動を除くことができる。
第12図に第11図(B)のようなトルク変化曲線を得る
ための副界磁による磁束密度分布を示す。このような磁
束密度分布を持つ副界磁の下を同図に示すコイルが動
き、そのコイルに従来の駆動法と同様に電気角120゜分
の最適な位相の通電をしたときには第13図のようなトル
ク変化曲線が得られる。
以上のことをまとめると、動14図(A)に示すような
磁束密度分布を得る主界磁となる着磁パターンと、第14
図(B)に示すような磁束密度分布を得る副界磁となる
着磁パターンを重ね合わせた着磁パターンをロータマグ
ネットに着磁すればよいことになる。それには第15図に
示した磁束密度分布が得られるようにロータマグネット
を着磁すればよい。同図においてFWは副界磁の方形着磁
の着磁幅(電気角)、FBは副界磁による磁束密度であ
る。これら着磁幅FW,磁束密度FBを最適値に選ぶことに
より、トルクの脈動を小さくすることができる。
次に、以上説明した原理により構成された本発明の第
1の実施例におけるロータマグネットの着磁パターンを
第1図に示す。第1図において、1はロータとなる円板
状のロータマグネット、1aは主界磁をつくる着磁パター
ン、1bはトルクの脈動を減少させるようなトルクをロー
タに発生させるための副界磁をつくる着磁パターン、1c
はロータ位置検出のための磁束密度を発生させる着磁パ
ターンである。ロータマグネット1の着磁パターンを上
記のように構成することによりトルクの脈動をいちじる
しく小さくすることができる。
ここで、第1図に示したように構成されたロータマグ
ネットを有するブラシレスモータを用いて、トルクおよ
びトルクの脈動率の着磁幅FWおよび磁束密度FBに対する
依存性を計算実験により調べた結果について説明する。
第16図は着磁幅FWとトルク,トルクの脈動率との関係
を示す。主界磁による磁束密度分布は最大値が0.2テス
ラとなる図示したような磁束密度分布として計算を行っ
た。そして副界磁による磁束密度FBをパラメータとし、
0.05,0.1,0.15,0.2テスラの各々について計算した。同
図より副界磁のない場合、トルクの脈動率は15%程度で
ある。FWを0゜から増加させるとトルクの脈動率はFW
40゜(電気角)付近で極小値となり、トルクは単調減少
する。特にFW=40゜,FB=0.15テスラに選んだとき、ト
ルクの脈動率は3.5%と小さくなる。トルクはこの場合6
7%程度に小さくなる。第17図(a)に従来のロータマ
グネットの着磁パターン(第6図)に対しての回転角と
トルクの関係を示し、同図(b)に本発明のロータマグ
ネットの着磁パターン(第1図)においてFW=40゜,FB
=0.15テスラに選んだときの回転角とトルクとの関係を
示す。同図にみられるように着磁パターンを第1図に示
したように構成することによりトルクの脈動はいちじる
しく小さくなることがわかる。
次に本発明の第2の実施例を第2図を用いて説明す
る。同図において、1′は同図に示すように主界磁とな
る着磁パターン1a′に着磁されたロータマグネット、1
b′はロータマグネット1′に接着されて副界磁となる
着磁マグネット片である。このように主界磁と副界磁と
を別々に作成してそれらを接着しロータマグネットを構
成することにより、複雑な着磁がむずかしい場合でも、
第1図と同様なロータマグネットを構成することができ
る。
次に本発明の第3の実施例を第3図に示す。第3図に
おいて8は主界磁となる主ロータマグネット、9は副界
磁となる副ロータマグネット、10はロータヨーク、11は
非磁性材で構成された駆動コイル保持部材、12は駆動コ
イルである。第4図は主ロータマグネット8と副ロータ
マグネット9との位置関係を示す。主ロータマグネット
8と副ロータマグネット9とを軸6方向にかさね合わせ
たときの前記2つのマグネットの着磁パターンの位置関
係は、磁束密度分布が第1図の着磁パターンと同じにな
るように配置する。
このような構成とすることにより、上述した第1の実
施例においてトルクの脈動率が最小になるような副界磁
の着磁パターンおよび着磁の強さを選ぶ変わりに、主ロ
ータマグネット8と副ロータマグネット9の着磁パター
ンおよび着磁の強さは固定し、組立時に軸6の軸方向の
位置を調整する。すなわち主ロータマグネット8および
副ロータマグネット9に対する駆動コイル12の位置関係
を組立時に調整することにより、副界磁によるトルクの
寄与度を調整してトルクの脈動を最小にすることができ
る。このようにすることにより着磁パターンや着磁の強
さの微妙な調整が必要ではなくなり、着磁パターンまた
は着磁の強さに多少バラツキがでても組立時の上記のよ
うな調整により対応できるという利点をもつ。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば着磁パターンの
簡単な改良または副界磁用のロータマグネットの追加な
どにより従来の駆動法を変更せずにトルクの脈動を小さ
くできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例のロータマグネットの構
成を示す平面図、 第2図は本発明の第2の実施例のロータマグネットの構
成図、 第3図は本発明の第3の実施例のブラシレスモータの断
面図、 第4図は本発明の第3の実施例における主ロータマグネ
ットと副ロータマグネットとの位置関係を示す斜視図、 第5は従来のブラシレスモータの断面図、 第6図は従来のブラシレスモータのロータマグネットの
着磁パターンを示す平面図、 第7図はブラシレスモータの駆動コイルが設けられたス
テータヨークの平面図、 第8図は従来のブラシレスモータにおける各相駆動コイ
ルによるトルクおよび合成トルクと回転角との関係を示
す線図、 第9図は駆動コイル1相分の一般的な回転角とトルクと
の関係を示す特性図、 第10図は本発明によるブラシレスモータにおける各相駆
動コイルによるトルクおよび合成トルクと回転角との関
係を示す線図、 第11図(A)は駆動コイル1相分の一般的な回転角とト
ルクの関係を示す線図、 第11図(B)は第11図(A)のトルク変化曲線を直線的
にするために加えなければならないトルク変化曲線図、 第11図(C)は第11図(A)のトルク変化曲線と第11図
(B)のトルク変化曲線との和のトルク変化曲線を示す
線図、 第12図は副界磁の着磁パターンとその磁束密度分布の説
明図、 第13図は第12図の副界磁パターンによる駆動コイル1相
分のトルク変化曲線を示す線図、 第14図(A)は主界磁による磁束密度分布を示す線図、 第14図(B)は副界磁による磁束密度分布を示す線図、 第15図は本発明の第1の実施例による着磁パターンの磁
束密度分布を示す線図、 第16図は本発明の第1の実施例におけるトルクの脈動率
およびトルクと副界磁との関係を示す線図、 第17図(A)は従来例におけるトルクの脈動の状態を示
す線図、 第17図(B)は本発明の第1の実施例におけるトルクの
脈動の状態を示す線図である。 1,1′……ロータマグネット、 1a,1b,1c,1a′……着磁パターン、 1b′……着磁マグネット片、 2,10……ロータヨーク、 4……ステータヨーク、 5,12……駆動コイル、 6……軸、 8……主ロータマグネット、 9……副ロータマグネット、 11……コイル保持部材。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】N極およびS極を有するロータマグネット
    と、該ロータマグネットに対向し、該ロータマグネット
    を回転させる駆動コイルを有するステータとを具えたブ
    ラシレスモータにおいて、 前記ロータマグネットは、主ロータマグネットと、該主
    ロータマグネットに前記駆動コイルを介して対向した副
    ロータマグネットとから形成され、 前記主ロータマグネットにN極とS極の主界磁を離して
    形成し、 前記主ロータマグネットの前記N極と前記S極とにより
    挟まれた部分と対向する部分の前記副ロータマグネット
    に副界磁を設け、 前記副ロータマグネットの副界磁は、前記主ロータマグ
    ネットと前記副ロータマグネットを軸方向に重ね合わせ
    た際に、隣接する前記主ロータマグネットの前記主界磁
    の磁極とは異なる極性となるような対の磁極を有するよ
    うに形成され、 前記主ロータマグネットおよび前記副ロータマグネット
    に対する前記駆動コイルの位置関係を設定することによ
    り、合成トルクの脈動を小さくしうることを特徴とする
    ブラシレスモータ。
JP61229911A 1986-09-30 1986-09-30 ブラシレスモータ Expired - Lifetime JP2641198B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6219094Y2 (ja) * 1979-01-29 1987-05-15
JPS5947959A (ja) * 1982-09-10 1984-03-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd ブラシレスモ−タ
JPS59136058A (ja) * 1983-01-21 1984-08-04 Sony Corp 3相ブラシレスモ−タ
JPS6328252A (ja) * 1986-07-18 1988-02-05 Sanyo Electric Co Ltd 直流モ−タ

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