JP3598758B2 - Ｄｃブラシレスモータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＶＴＲのドラムモータ等に使用されるＤＣブラシレスモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＤＣブラシレスモータの駆動コイル巻線構造として、様々な形態のものが考えられている。図７は、その中でも代表的なブリッジ結線と呼ばれる駆動コイル巻線構造を示すものである。
【０００３】
ここで、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４はコイル、Ｓ１は一端が前記コイルＬ１及びコイルＬ２に接続されると共に他端が正電源Ｖ１に接続され、第１のホール素子Ｈ１からの信号によりオン・オフの切換が行われるスイッチ、Ｓ２は一端が前記コイルＬ３及びＬ４に接続されると共に他端が前記正電源Ｖ１に接続され、前記第１のホール素子Ｈ１からの信号によりオン・オフの切換が行われるスイッチ、Ｓ３は一端が前記コイルＬ１及びＬ４に接続されると共に他端が負電源Ｖ２に接続され、第２のホール素子Ｈ２からの信号によりオン・オフの切換が行われるスイッチ、Ｓ４は一端が前記コイルＬ２及びＬ３に接続されると共に他端が前記負電源Ｖ２に接続され、前記第２のホール素子Ｈ２からの信号によりオン・オフの切換が行われるスイッチである。なお、ここでコイルＬ１乃至Ｌ４はほぼ同一のインダクタンス及び特性を有するものとする。
【０００４】
モータに電流が供給され、ロータが回転を開始すると前記第１及び第２のホール素子Ｈ１、Ｈ２からの信号により、図８に示される（Ａ）乃至（Ｄ）のタイミングでスイッチＳ１乃至Ｓ４がオン・オフされる。そして、同図に示される如く、Ｓ１及びＳ３（Ｓ２及びＳ４）は互いにπ／２或いは３π／２の位相差で切り換わり、Ｓ１及びＳ２（Ｓ３及びＳ４）は、互いにπの位相差で切り換わる。
【０００５】
例えば０〜π／２の期間では、スイッチＳ２及びＳ３がオン、スイッチＳ１及びＳ４がオフである。この時正電源Ｖ１からの電流はスイッチＳ２、コイルＬ４、スイッチＳ３を介して負電源Ｖ２に流れる一方、スイッチＳ２、コイルＬ３、コイルＬ２、コイルＬ１、スイッチＳ３を介して負電源Ｖ２に流れる。
【０００６】
従って、コイルＬ４に流れる電流Ｉ４はコイルＬ４だけの抵抗による為、図８（Ｈ）に示す如く、そのレベルは後述の電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３と比較して大きく、一方、コイルＬ３、Ｌ２、Ｌ１に流れる電流Ｉ３、Ｉ２、Ｉ１はコイルＬ３、Ｌ２、Ｌ１の夫々の抵抗の和がコイルＬ４の抵抗値の３倍である為、同図（Ｇ）、（Ｆ）、（Ｅ）に示す如く、そのレベルは電流Ｉ４の１／３であり、且つ、コイルＬ２に流れる電流Ｉ２は、正規の電流方向とは逆である。
【０００７】
ここで、０〜π／２以外の期間について考えてみると、いずれの電気角π／２期間においても、スイッチＳ１或いはＳ２がオンの時、スイッチＳ３或いはＳ４がオンとされて、コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の何れか１つのコイルにのみ大きな電流が流れる一方、他の３つのコイルには夫々その１／３の電流が流れることになる。つまり、大きな電流が流れるコイルの両端子にはこれと並列に他の３つのコイルが接続されることになる。そして、各コイルＬ１乃至Ｌ４には同図（Ｅ）乃至（Ｈ）に示す如き階段状の電流Ｉ１乃至Ｉ４が流れる。
【０００８】
ここで、同図（Ｅ）乃至（Ｈ）中、Ｅ１乃至Ｅ４はコイルＬ１乃至Ｌ４に誘起される逆起電圧を示す。また、図９は、前記コイルＬ１乃至Ｌ４とロータコアにおける磁極との位置関係を示すものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如くブリッジ結線によるＤＣブラシレスモータにおいて、６極４スロットの構成とした場合、モータの１回転に対して１２回のコギング（磁極数とスロット数との最小公倍数により算出される）が発生することになる。
【００１０】
ところが、ＶＴＲ用ドラムモータにおいては、モータ回転時に発生するコギングが再生映像に悪影響を及ぼしている。ＶＴＲ用ドラムモータは、通常１８００ｒｐｍで回転する為、ロータの１回転で１２回のコギングが発生した場合、３６０Ｈｚの周波数で振動が発生する。
【００１１】
従って、この振動による影響を減少させる為、コギングの回数を増やして振動周波数を高くすると共にコギングの強さを減少させるという対策を講じる必要がある。
【００１２】
そこで、６極４スロットの２倍で１２極８スロットの構成にし、コギングの回数を２４回とすることも可能であるが、１２極８スロットの構成では７２０Ｈｚ（モータの回転を１８００ｒｐｍとした場合）の周波数で振動が発生することになり、依然として再生映像に悪影響が残る。
【００１３】
そして、６極４スロットの４倍で２４極１６スロットの構成とすることも可能であるが、磁極数とスロット数を増やすことはモータの製造を困難にするのみならず小型化を妨げることになり、極数及びスロット数をできるだけ増やさずにコギングの回数を増やすことのできるような駆動コイル巻線構造を有するＤＣブラシレスモータが望まれていた。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決する為に、本発明に係るＤＣブラシレスモータは手段として以下の構成を有する。
即ち、請求項１に係る発明は、第１乃至第８の駆動コイルを有し、永久磁石を含む回転子の回転角を検出する第１及び第２の回転子位置検出手段と、前記第１の回転子位置検出手段からの出力信号に応じて開閉する第１及び第２のスイッチ手段と、前記第２の回転子位置検出手段からの出力信号に応じて開閉する第３及び第４のスイッチ手段と、を備え、前記第１のスイッチ手段の一端及び前記第２のスイッチ手段の一端を、直接又はインピーダンス素子を介して第１の電源に接続し、前記第３のスイッチ手段の一端及び前記第４のスイッチ手段の一端を、直接又はインピーダンス素子を介して第２の電源に接続して成るＤＣブラシレスモータであって、
前記第１及び第２の駆動コイルの各一端を接続した接続点と前記第１のスイッチ手段の他端とを前記第５のコイルを介して接続し、前記第３及び第４の駆動コイルの各一端を接続した接続点と前記第２のスイッチ手段の他端とを前記第７のコイルを介して接続し、前記第１及び第４の駆動コイルの各他端を接続した接続点と前記第３のスイッチ手段の他端とを前記第８のコイルを介して接続し、前記第２及び第３の駆動コイルの各他端を接続した接続点と前記第４のスイッチ手段の他端とを前記第６のコイルを介して接続すると共に、前記第１乃至第８の駆動コイルのそれぞれに異なるタイミングで通電するよう前記第１及び第４のスイッチ手段の開閉を行う構成にしたことを特徴とするＤＣブラシレスモータである。
また、請求項２に係る発明は、第１乃至第８の駆動コイルを有し、永久磁石を含む回転子の回転角を検出する第１及び第２の回転子位置検出手段と、前記第１の回転子位置検出手段からの出力信号に応じて開閉する第１及び第２のスイッチ手段と、前記第２の回転子位置検出手段からの出力信号に応じて開閉する第３及び第４のスイッチ手段と、を備え、前記第１のスイッチ手段の一端及び前記第２のスイッチ手段の一端を、直接又はインピーダンス素子を介して第１の電源に接続し、前記第３のスイッチ手段の一端及び前記第４の スイッチ手段の一端を、直接又はインピーダンス素子を介して第２の電源に接続して成るＤＣブラシレスモータであって、
前記第１及び第２の駆動コイルの各一端を接続した接続点と前記第１のスイッチ手段の他端とを接続し、前記第３及び第４の駆動コイルの各一端を接続した接続点と前記第２のスイッチ手段の他端とを接続し、前記第１及び第４の駆動コイルの各他端を接続した接続点と前記第３のスイッチ手段の他端とを接続し、前記第２及び第３の駆動コイルの各他端を接続した接続点と前記第４のスイッチ手段の他端とを接続し、直列に接続した第５及び第８の駆動コイルを、前記第１のスイッチ手段及び前記第３のスイッチ手段の各他端間において前記第１の駆動コイルと並列接続し、直列に接続した第６及び第７の駆動コイルを、前記第２のスイッチ手段及び前記第４のスイッチ手段の各他端間において前記第３の駆動コイルと並列接続すると共に、前記第１乃至第８の駆動コイルのそれぞれに異なるタイミングで通電するよう前記第１及び第４のスイッチ手段の開閉を行う構成にしたことを特徴とするＤＣブラシレスモータである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係るＤＣブラシレスモータの一実施例を図１乃至図３を参照して詳細に説明する。
図１は、実施例のＤＣブラシレスモータにおける駆動コイル巻線構造を示す回路図、図２は図１に示される回路の動作を示すタイミングチャート、図３はコイルと磁極との位置関係を示す説明図である。なお、図１において前述した従来例と同一の構成部分に関しては同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００１６】
ここで、Ｌ５は一端がコイルＬ１及びＬ２の接続点に接続され、他端がスイッチＳ１に接続されるコイル、Ｌ６は一端がコイルＬ２及びＬ３の接続点に接続され、他端がスイッチＳ４に接続されるコイル、Ｌ７は一端がコイルＬ３及びＬ４の接続点に接続され、他端がスイッチＳ２に接続されるコイル、Ｌ８は一端がコイルＬ１及びＬ４の接続点に接続され、他端がスイッチＳ３に接続されるコイルである。なお、ここでコイルＬ１乃至Ｌ８はほぼ同一のインダクタンス及び特性を有するものとする。
【００１７】
図１に示す如く、実施例は従来のブリッジ結線と呼ばれる駆動コイル巻線構造にＬ５乃至Ｌ８の４本のコイルを追加することにより、極数及びスロット数をできるだけ増やさずにコギングの回数を増やすと共に、コギングの強さを弱め、モータの回転時に発生する振動を減少させている。
【００１８】
モータに電流が供給され、ロータが回転を開始すると第１及び第２のホール素子Ｈ１、Ｈ２からの信号により、図２に示される（Ａ）乃至（Ｄ）のタイミングでスイッチＳ１乃至Ｓ４がオン・オフされる。
【００１９】
そして、０〜π／２の期間では、第１、第２のホール素子Ｈ１、Ｈ２によりスイッチＳ２及びＳ３がオン、スイッチＳ１及びＳ４がオフとされる。この時正電源Ｖ１からの電流はスイッチＳ２、コイルＬ７、Ｌ４、Ｌ８、スイッチＳ３を介して負電源Ｖ２に流れる一方、スイッチＳ２、コイルＬ７、Ｌ３、Ｌ２、Ｌ１、Ｌ８、スイッチＳ３を介して負電源Ｖ２に流れる。
【００２０】
ここで、コイルＬ７とコイルＬ８との間における夫々のコイルに流れる電流を考えてみると、コイルＬ４に流れる電流ｉ４はコイルＬ４だけの抵抗の為、図２（Ｈ）に示す如く、そのレベルは後述の電流ｉ１、ｉ２、ｉ３と比較して大きく、一方、コイルＬ３、Ｌ２、Ｌ１に流れる電流ｉ３、ｉ２、ｉ１はコイルＬ３、Ｌ２、Ｌ１の夫々の抵抗の和がコイルＬ４の抵抗値の３倍である為、同図（Ｇ）、（Ｆ）、（Ｅ）に示す如く、そのレベルは電流ｉ４の１／３であり、且つ、コイルＬ２に流れる電流ｉ２は、正規の電流方向とは逆である。
【００２１】
そして、コイルＬ７及びＬ８に流れる電流ｉ７及びｉ８は、コイルＬ３、Ｌ２、Ｌ１を通じて流れる電流とコイルＬ４に流れる電流ｉ４との和である為、夫々のコイルに流れる電流ｉ１乃至ｉ８を比較すると、電流ｉ７及びｉ８が最も多く、次に電流ｉ４が多く、電流ｉ１、ｉ２、ｉ３が最も少なくなり、夫々の比率は４：３：１（但し、ｉ２は正規の電流方向とは逆である）となる。
【００２２】
ここで、０〜π／２以外の期間について考えてみると、いずれの電気角π／２期間においても、スイッチＳ１或いはＳ２がオンの時、スイッチＳ３或いはＳ４がオンとされて、コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４に関しては何れか１つのコイルに他の３つのコイルに夫々流れる電流の３倍の電流が流れる一方、コイルＬ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８に関しては、オンとされるスイッチに接続されている何れか２つのコイルの夫々に、同スイッチ間を流れる全電流（前記３つのコイルに夫々流れる電流の４倍の電流）が流れ、オフとされるスイッチに接続されている残りの２つのコイルには電流が流れないことになる。
【００２３】
従って、コイルＬ１乃至Ｌ４には同図（Ｅ）乃至（Ｈ）に示す如き階段状の電流ｉ１乃至ｉ４が流れ、コイルＬ５乃至Ｌ８には（Ｉ）乃至（Ｌ）に示す如き矩形電流ｉ５乃至ｉ８が流れる。なお、同図（Ｅ）乃至（Ｌ）中、ｅ１乃至ｅ８はコイルＬ１乃至Ｌ８に誘起される逆起電圧を示す。また、図３は、コイルＬ１乃至Ｌ８とロータコアにおける磁極との位置関係を示すものである。
【００２４】
以上の如く駆動コイル巻線を結線することにより、１０極８スロットとした場合、モータの１回転に対して４０回のコギングが発生することになる。また、コギングの強さ（絶対値）は、図７に示すブリッジ結線における約４×１０-3Ｎ・ｍに対して、実施例の駆動コイル巻線構造では、各極、各スロットに同一の部品を用いた場合に約５×１０-4Ｎ・ｍとなり、約１／８と大幅に改善される。
従って、前記構造による駆動コイル巻線のＤＣブラシレスモータをＶＴＲ用ドラムモータとして使用した場合、ドラムが１８００ｒｐｍで回転するとして１２００Ｈｚの周波数で振動し、またコギングを大幅に減少させることができる為、再生映像への影響が緩和される。
【００２５】
ここで、図４は他の実施例である。同図において、Ｌ５は一端がスイッチＳ１に接続されるコイル、Ｌ８は一端がスイッチＳ３に接続されるコイルであり、前記コイルＬ５及びＬ８は互いに直列に接続されると共に前記スイッチＳ１及びＳ３の間で前記コイルＬ１と並列接続される。
【００２６】
また、Ｌ７は一端がスイッチＳ２に接続されるコイル、Ｌ６は一端がスイッチＳ４に接続されるコイルであり、前記コイルＬ７及びＬ６は互いに直列に接続されると共に前記スイッチＳ２及びＳ４の間で前記コイルＬ３と並列に接続され、且つ前記コイルＬ５及びＬ８の接続点と前記コイルＬ７及びＬ６の接続点とは短絡される。
【００２７】
そして、図４に示される駆動コイル巻線構造においても、第１及び第２のホール素子Ｈ１、Ｈ２からの信号により、図５に示される（Ａ）乃至（Ｄ）のタイミングでスイッチＳ１乃至Ｓ４がオン・オフされる。０〜π／２の期間を考えると、スイッチＳ２及びＳ３がオンで、スイッチＳ１及びＳ４がオフである。
【００２８】
図６はこの時のスイッチＳ２及びＳ３間の回路を等価的に示すものである。正電源Ｖ１からの電流は、スイッチＳ２、コイルＬ４、スイッチＳ３を介して負電源Ｖ２に流れる一方、スイッチＳ２、コイルＬ７、コイルＬ８、スイッチＳ３を通じて流れる経路と、スイッチＳ２、コイルＬ３、Ｌ２、Ｌ１、スイッチＳ３を通じて流れる経路と、スイッチ２、コイルＬ３、Ｌ６、Ｌ５、Ｌ１を通じて流れる経路と全部で４つの経路によりスイッチＳ２からスイッチＳ３に流れる。
この時、コイルＬ７及びＬ８が接続される接続点とコイルＬ６及びコイルＬ５が接続される接続点とは、ほぼ等しい電位を有する為、経路Ｋを流れる電流は無視できる。
【００２９】
従って、各コイルＬ１乃至Ｌ８に流れる電流ｉ１乃至ｉ８は、電流ｉ４が最も多く、次にｉ７及びｉ８、そしてｉ３及びｉ１、ｉ２、ｉ６及びｉ５の順に大きく、夫々の比率は、８：４：３：２：１（但し、ｉ２、ｉ６及びｉ５は正規の電流の方向とは逆である）となる。
【００３０】
また、０〜π／２以外の期間についてもコイルＬ１乃至Ｌ４には図５における（Ｅ）乃至（Ｈ）に示す如き階段状の電流ｉ１乃至ｉ４が流れ、コイルＬ５乃至Ｌ８には（Ｉ）乃至（Ｌ）に示す如き矩形電流ｉ５乃至ｉ８が流れる。なお、同図（Ｅ）乃至（Ｌ）中、ｅ１乃至ｅ８はコイルＬ１乃至Ｌ８に誘起される逆起電圧を示す。
【００３１】
以上の説明の通り、他の実施例において、コイルＬ１乃至Ｌ８に流れる電流ｉ１乃至ｉ８は、図１に示す回路に流れる各電流とは流れる電流量が異なるものの、流れる電流方向が同一で、且つ電流の切り換わるタイミングも同一の電流であり、モータは動作する。
【００３２】
なお、以上の実施例では、コイルＬ１乃至Ｌ８がほぼ同一のインダクタンス及び特性を有する場合の例を示したが、少なくともコイルＬ１乃至Ｌ４としてほぼ同一のインダクタンス及び特性を有するコイルを使用し、コイルＬ５乃至Ｌ８としてほぼ同一のインダクタンス及び特性を有するコイルを使用すれば、前記コイルＬ１乃至Ｌ４と前記コイルＬ５乃至Ｌ８とは異なるインダクタンス及び特性を有するコイルを用いても問題なく動作する。
【００３３】
また、以上の実施例では、ＤＣブラシレスモータをＶＴＲのドラムモータとして使用した例を示したが、例えばＶＴＲのキャプスタンモータ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ等の情報機器またはオーディオ機器等のモータとしても使用できることは言うまでもない。
【００３４】
また、ここでは、ＤＣブラシレスモータを１０極８スロットの構成とした例を示したが、同一のコイル巻線構造において、２０極１６スロットの構成とした場合にも同様またはそれ以上の効果が得られることは言うまでもない。
【００３５】
更に、以上の実施例においては、ＤＣブラシレスモータを１０極８スロット（またはその倍数で２０極１６スロット）とした例を示したが、同一のコイル巻線構造にて、磁極数を６またはその倍数とし、６極８スロットまたは１２極１６スロットとした場合も同様に動作する。
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、コギングの強さを従来のブリッジ結線のものと比較して大幅に減少させることができる為、モータを滑らかに回転させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のＤＣブラシレスモータにおける駆動コイル巻線構
造を示す回路図である。
【図２】図１に示される回路の動作を示す為のタイミングチャートである。
【図３】図１に示される回路におけるコイルと磁極との位置関係を示す説
明図である。
【図４】本発明の他の実施例のＤＣブラシレスモータにおける駆動コイル巻線構造を示す回路図である。
【図５】図４に示される回路の動作を示す為のタイミングチャートである。
【図６】図４に示される回路に流れる電流量を説明する為の等価回路である。
【図７】従来のＤＣブラシレスモータの駆動コイル巻線構造（ブリッジ結線）を示す回路図である。
【図８】図７に示される回路の動作を示す為のタイミングチャートである。
【図９】図７に示される回路におけるコイルと磁極との位置関係を示す説明図である。
【符号の説明】
Ｈ１、Ｈ２…ホール素子
Ｓ１乃至Ｓ４…スイッチ
Ｌ１乃至Ｌ８…コイル
Ｖ１…正電圧源
Ｖ２…負電圧源
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＶＴＲのドラムモータ等に使用されるＤＣブラシレスモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＤＣブラシレスモータの駆動コイル巻線構造として、様々な形態のものが考えられている。図７は、その中でも代表的なブリッジ結線と呼ばれる駆動コイル巻線構造を示すものである。
【０００３】
ここで、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４はコイル、Ｓ１は一端が前記コイルＬ１及びコイルＬ２に接続されると共に他端が正電源Ｖ１に接続され、第１のホール素子Ｈ１からの信号によりオン・オフの切換が行われるスイッチ、Ｓ２は一端が前記コイルＬ３及びＬ４に接続されると共に他端が前記正電源Ｖ１に接続され、前記第１のホール素子Ｈ１からの信号によりオン・オフの切換が行われるスイッチ、Ｓ３は一端が前記コイルＬ１及びＬ４に接続されると共に他端が負電源Ｖ２に接続され、第２のホール素子Ｈ２からの信号によりオン・オフの切換が行われるスイッチ、Ｓ４は一端が前記コイルＬ２及びＬ３に接続されると共に他端が前記負電源Ｖ２に接続され、前記第２のホール素子Ｈ２からの信号によりオン・オフの切換が行われるスイッチである。なお、ここでコイルＬ１乃至Ｌ４はほぼ同一のインダクタンス及び特性を有するものとする。
【０００４】
モータに電流が供給され、ロータが回転を開始すると前記第１及び第２のホール素子Ｈ１、Ｈ２からの信号により、図８に示される（Ａ）乃至（Ｄ）のタイミングでスイッチＳ１乃至Ｓ４がオン・オフされる。そして、同図に示される如く、Ｓ１及びＳ３（Ｓ２及びＳ４）は互いにπ／２或いは３π／２の位相差で切り換わり、Ｓ１及びＳ２（Ｓ３及びＳ４）は、互いにπの位相差で切り換わる。
【０００５】
例えば０〜π／２の期間では、スイッチＳ２及びＳ３がオン、スイッチＳ１及びＳ４がオフである。この時正電源Ｖ１からの電流はスイッチＳ２、コイルＬ４、スイッチＳ３を介して負電源Ｖ２に流れる一方、スイッチＳ２、コイルＬ３、コイルＬ２、コイルＬ１、スイッチＳ３を介して負電源Ｖ２に流れる。
【０００６】
従って、コイルＬ４に流れる電流Ｉ４はコイルＬ４だけの抵抗による為、図８（Ｈ）に示す如く、そのレベルは後述の電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３と比較して大きく、一方、コイルＬ３、Ｌ２、Ｌ１に流れる電流Ｉ３、Ｉ２、Ｉ１はコイルＬ３、Ｌ２、Ｌ１の夫々の抵抗の和がコイルＬ４の抵抗値の３倍である為、同図（Ｇ）、（Ｆ）、（Ｅ）に示す如く、そのレベルは電流Ｉ４の１／３であり、且つ、コイルＬ２に流れる電流Ｉ２は、正規の電流方向とは逆である。
【０００７】
ここで、０〜π／２以外の期間について考えてみると、いずれの電気角π／２期間においても、スイッチＳ１或いはＳ２がオンの時、スイッチＳ３或いはＳ４がオンとされて、コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の何れか１つのコイルにのみ大きな電流が流れる一方、他の３つのコイルには夫々その１／３の電流が流れることになる。つまり、大きな電流が流れるコイルの両端子にはこれと並列に他の３つのコイルが接続されることになる。そして、各コイルＬ１乃至Ｌ４には同図（Ｅ）乃至（Ｈ）に示す如き階段状の電流Ｉ１乃至Ｉ４が流れる。
【０００８】
ここで、同図（Ｅ）乃至（Ｈ）中、Ｅ１乃至Ｅ４はコイルＬ１乃至Ｌ４に誘起される逆起電圧を示す。また、図９は、前記コイルＬ１乃至Ｌ４とロータコアにおける磁極との位置関係を示すものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如くブリッジ結線によるＤＣブラシレスモータにおいて、６極４スロットの構成とした場合、モータの１回転に対して１２回のコギング（磁極数とスロット数との最小公倍数により算出される）が発生することになる。
【００１０】
ところが、ＶＴＲ用ドラムモータにおいては、モータ回転時に発生するコギングが再生映像に悪影響を及ぼしている。ＶＴＲ用ドラムモータは、通常１８００ｒｐｍで回転する為、ロータの１回転で１２回のコギングが発生した場合、３６０Ｈｚの周波数で振動が発生する。
【００１１】
従って、この振動による影響を減少させる為、コギングの回数を増やして振動周波数を高くすると共にコギングの強さを減少させるという対策を講じる必要がある。
【００１２】
そこで、６極４スロットの２倍で１２極８スロットの構成にし、コギングの回数を２４回とすることも可能であるが、１２極８スロットの構成では７２０Ｈｚ（モータの回転を１８００ｒｐｍとした場合）の周波数で振動が発生することになり、依然として再生映像に悪影響が残る。
【００１３】
そして、６極４スロットの４倍で２４極１６スロットの構成とすることも可能であるが、磁極数とスロット数を増やすことはモータの製造を困難にするのみならず小型化を妨げることになり、極数及びスロット数をできるだけ増やさずにコギングの回数を増やすことのできるような駆動コイル巻線構造を有するＤＣブラシレスモータが望まれていた。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決する為に、本発明に係るＤＣブラシレスモータは手段として以下の構成を有する。
即ち、請求項１に係る発明は、第１乃至第８の駆動コイルを有し、永久磁石を含む回転子の回転角を検出する第１及び第２の回転子位置検出手段と、前記第１の回転子位置検出手段からの出力信号に応じて開閉する第１及び第２のスイッチ手段と、前記第２の回転子位置検出手段からの出力信号に応じて開閉する第３及び第４のスイッチ手段と、を備え、前記第１のスイッチ手段の一端及び前記第２のスイッチ手段の一端を、直接又はインピーダンス素子を介して第１の電源に接続し、前記第３のスイッチ手段の一端及び前記第４のスイッチ手段の一端を、直接又はインピーダンス素子を介して第２の電源に接続して成るＤＣブラシレスモータであって、
前記第１及び第２の駆動コイルの各一端を接続した接続点と前記第１のスイッチ手段の他端とを前記第５のコイルを介して接続し、前記第３及び第４の駆動コイルの各一端を接続した接続点と前記第２のスイッチ手段の他端とを前記第７のコイルを介して接続し、前記第１及び第４の駆動コイルの各他端を接続した接続点と前記第３のスイッチ手段の他端とを前記第８のコイルを介して接続し、前記第２及び第３の駆動コイルの各他端を接続した接続点と前記第４のスイッチ手段の他端とを前記第６のコイルを介して接続すると共に、前記第１乃至第８の駆動コイルのそれぞれに異なるタイミングで通電するよう前記第１及び第４のスイッチ手段の開閉を行う構成にしたことを特徴とするＤＣブラシレスモータである。
また、請求項２に係る発明は、第１乃至第８の駆動コイルを有し、永久磁石を含む回転子の回転角を検出する第１及び第２の回転子位置検出手段と、前記第１の回転子位置検出手段からの出力信号に応じて開閉する第１及び第２のスイッチ手段と、前記第２の回転子位置検出手段からの出力信号に応じて開閉する第３及び第４のスイッチ手段と、を備え、前記第１のスイッチ手段の一端及び前記第２のスイッチ手段の一端を、直接又はインピーダンス素子を介して第１の電源に接続し、前記第３のスイッチ手段の一端及び前記第４の スイッチ手段の一端を、直接又はインピーダンス素子を介して第２の電源に接続して成るＤＣブラシレスモータであって、
前記第１及び第２の駆動コイルの各一端を接続した接続点と前記第１のスイッチ手段の他端とを接続し、前記第３及び第４の駆動コイルの各一端を接続した接続点と前記第２のスイッチ手段の他端とを接続し、前記第１及び第４の駆動コイルの各他端を接続した接続点と前記第３のスイッチ手段の他端とを接続し、前記第２及び第３の駆動コイルの各他端を接続した接続点と前記第４のスイッチ手段の他端とを接続し、直列に接続した第５及び第８の駆動コイルを、前記第１のスイッチ手段及び前記第３のスイッチ手段の各他端間において前記第１の駆動コイルと並列接続し、直列に接続した第６及び第７の駆動コイルを、前記第２のスイッチ手段及び前記第４のスイッチ手段の各他端間において前記第３の駆動コイルと並列接続すると共に、前記第１乃至第８の駆動コイルのそれぞれに異なるタイミングで通電するよう前記第１及び第４のスイッチ手段の開閉を行う構成にしたことを特徴とするＤＣブラシレスモータである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係るＤＣブラシレスモータの一実施例を図１乃至図３を参照して詳細に説明する。
図１は、実施例のＤＣブラシレスモータにおける駆動コイル巻線構造を示す回路図、図２は図１に示される回路の動作を示すタイミングチャート、図３はコイルと磁極との位置関係を示す説明図である。なお、図１において前述した従来例と同一の構成部分に関しては同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００１６】
ここで、Ｌ５は一端がコイルＬ１及びＬ２の接続点に接続され、他端がスイッチＳ１に接続されるコイル、Ｌ６は一端がコイルＬ２及びＬ３の接続点に接続され、他端がスイッチＳ４に接続されるコイル、Ｌ７は一端がコイルＬ３及びＬ４の接続点に接続され、他端がスイッチＳ２に接続されるコイル、Ｌ８は一端がコイルＬ１及びＬ４の接続点に接続され、他端がスイッチＳ３に接続されるコイルである。なお、ここでコイルＬ１乃至Ｌ８はほぼ同一のインダクタンス及び特性を有するものとする。
【００１７】
図１に示す如く、実施例は従来のブリッジ結線と呼ばれる駆動コイル巻線構造にＬ５乃至Ｌ８の４本のコイルを追加することにより、極数及びスロット数をできるだけ増やさずにコギングの回数を増やすと共に、コギングの強さを弱め、モータの回転時に発生する振動を減少させている。
【００１８】
モータに電流が供給され、ロータが回転を開始すると第１及び第２のホール素子Ｈ１、Ｈ２からの信号により、図２に示される（Ａ）乃至（Ｄ）のタイミングでスイッチＳ１乃至Ｓ４がオン・オフされる。
【００１９】
そして、０〜π／２の期間では、第１、第２のホール素子Ｈ１、Ｈ２によりスイッチＳ２及びＳ３がオン、スイッチＳ１及びＳ４がオフとされる。この時正電源Ｖ１からの電流はスイッチＳ２、コイルＬ７、Ｌ４、Ｌ８、スイッチＳ３を介して負電源Ｖ２に流れる一方、スイッチＳ２、コイルＬ７、Ｌ３、Ｌ２、Ｌ１、Ｌ８、スイッチＳ３を介して負電源Ｖ２に流れる。
【００２０】
ここで、コイルＬ７とコイルＬ８との間における夫々のコイルに流れる電流を考えてみると、コイルＬ４に流れる電流ｉ４はコイルＬ４だけの抵抗の為、図２（Ｈ）に示す如く、そのレベルは後述の電流ｉ１、ｉ２、ｉ３と比較して大きく、一方、コイルＬ３、Ｌ２、Ｌ１に流れる電流ｉ３、ｉ２、ｉ１はコイルＬ３、Ｌ２、Ｌ１の夫々の抵抗の和がコイルＬ４の抵抗値の３倍である為、同図（Ｇ）、（Ｆ）、（Ｅ）に示す如く、そのレベルは電流ｉ４の１／３であり、且つ、コイルＬ２に流れる電流ｉ２は、正規の電流方向とは逆である。
【００２１】
そして、コイルＬ７及びＬ８に流れる電流ｉ７及びｉ８は、コイルＬ３、Ｌ２、Ｌ１を通じて流れる電流とコイルＬ４に流れる電流ｉ４との和である為、夫々のコイルに流れる電流ｉ１乃至ｉ８を比較すると、電流ｉ７及びｉ８が最も多く、次に電流ｉ４が多く、電流ｉ１、ｉ２、ｉ３が最も少なくなり、夫々の比率は４：３：１（但し、ｉ２は正規の電流方向とは逆である）となる。
【００２２】
ここで、０〜π／２以外の期間について考えてみると、いずれの電気角π／２期間においても、スイッチＳ１或いはＳ２がオンの時、スイッチＳ３或いはＳ４がオンとされて、コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４に関しては何れか１つのコイルに他の３つのコイルに夫々流れる電流の３倍の電流が流れる一方、コイルＬ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８に関しては、オンとされるスイッチに接続されている何れか２つのコイルの夫々に、同スイッチ間を流れる全電流（前記３つのコイルに夫々流れる電流の４倍の電流）が流れ、オフとされるスイッチに接続されている残りの２つのコイルには電流が流れないことになる。
【００２３】
従って、コイルＬ１乃至Ｌ４には同図（Ｅ）乃至（Ｈ）に示す如き階段状の電流ｉ１乃至ｉ４が流れ、コイルＬ５乃至Ｌ８には（Ｉ）乃至（Ｌ）に示す如き矩形電流ｉ５乃至ｉ８が流れる。なお、同図（Ｅ）乃至（Ｌ）中、ｅ１乃至ｅ８はコイルＬ１乃至Ｌ８に誘起される逆起電圧を示す。また、図３は、コイルＬ１乃至Ｌ８とロータコアにおける磁極との位置関係を示すものである。
【００２４】
以上の如く駆動コイル巻線を結線することにより、１０極８スロットとした場合、モータの１回転に対して４０回のコギングが発生することになる。また、コギングの強さ（絶対値）は、図７に示すブリッジ結線における約４×１０-3Ｎ・ｍに対して、実施例の駆動コイル巻線構造では、各極、各スロットに同一の部品を用いた場合に約５×１０-4Ｎ・ｍとなり、約１／８と大幅に改善される。
従って、前記構造による駆動コイル巻線のＤＣブラシレスモータをＶＴＲ用ドラムモータとして使用した場合、ドラムが１８００ｒｐｍで回転するとして１２００Ｈｚの周波数で振動し、またコギングを大幅に減少させることができる為、再生映像への影響が緩和される。
【００２５】
ここで、図４は他の実施例である。同図において、Ｌ５は一端がスイッチＳ１に接続されるコイル、Ｌ８は一端がスイッチＳ３に接続されるコイルであり、前記コイルＬ５及びＬ８は互いに直列に接続されると共に前記スイッチＳ１及びＳ３の間で前記コイルＬ１と並列接続される。
【００２６】
また、Ｌ７は一端がスイッチＳ２に接続されるコイル、Ｌ６は一端がスイッチＳ４に接続されるコイルであり、前記コイルＬ７及びＬ６は互いに直列に接続されると共に前記スイッチＳ２及びＳ４の間で前記コイルＬ３と並列に接続され、且つ前記コイルＬ５及びＬ８の接続点と前記コイルＬ７及びＬ６の接続点とは短絡される。
【００２７】
そして、図４に示される駆動コイル巻線構造においても、第１及び第２のホール素子Ｈ１、Ｈ２からの信号により、図５に示される（Ａ）乃至（Ｄ）のタイミングでスイッチＳ１乃至Ｓ４がオン・オフされる。０〜π／２の期間を考えると、スイッチＳ２及びＳ３がオンで、スイッチＳ１及びＳ４がオフである。
【００２８】
図６はこの時のスイッチＳ２及びＳ３間の回路を等価的に示すものである。正電源Ｖ１からの電流は、スイッチＳ２、コイルＬ４、スイッチＳ３を介して負電源Ｖ２に流れる一方、スイッチＳ２、コイルＬ７、コイルＬ８、スイッチＳ３を通じて流れる経路と、スイッチＳ２、コイルＬ３、Ｌ２、Ｌ１、スイッチＳ３を通じて流れる経路と、スイッチ２、コイルＬ３、Ｌ６、Ｌ５、Ｌ１を通じて流れる経路と全部で４つの経路によりスイッチＳ２からスイッチＳ３に流れる。
この時、コイルＬ７及びＬ８が接続される接続点とコイルＬ６及びコイルＬ５が接続される接続点とは、ほぼ等しい電位を有する為、経路Ｋを流れる電流は無視できる。
【００２９】
従って、各コイルＬ１乃至Ｌ８に流れる電流ｉ１乃至ｉ８は、電流ｉ４が最も多く、次にｉ７及びｉ８、そしてｉ３及びｉ１、ｉ２、ｉ６及びｉ５の順に大きく、夫々の比率は、８：４：３：２：１（但し、ｉ２、ｉ６及びｉ５は正規の電流の方向とは逆である）となる。
【００３０】
また、０〜π／２以外の期間についてもコイルＬ１乃至Ｌ４には図５における（Ｅ）乃至（Ｈ）に示す如き階段状の電流ｉ１乃至ｉ４が流れ、コイルＬ５乃至Ｌ８には（Ｉ）乃至（Ｌ）に示す如き矩形電流ｉ５乃至ｉ８が流れる。なお、同図（Ｅ）乃至（Ｌ）中、ｅ１乃至ｅ８はコイルＬ１乃至Ｌ８に誘起される逆起電圧を示す。
【００３１】
以上の説明の通り、他の実施例において、コイルＬ１乃至Ｌ８に流れる電流ｉ１乃至ｉ８は、図１に示す回路に流れる各電流とは流れる電流量が異なるものの、流れる電流方向が同一で、且つ電流の切り換わるタイミングも同一の電流であり、モータは動作する。
【００３２】
なお、以上の実施例では、コイルＬ１乃至Ｌ８がほぼ同一のインダクタンス及び特性を有する場合の例を示したが、少なくともコイルＬ１乃至Ｌ４としてほぼ同一のインダクタンス及び特性を有するコイルを使用し、コイルＬ５乃至Ｌ８としてほぼ同一のインダクタンス及び特性を有するコイルを使用すれば、前記コイルＬ１乃至Ｌ４と前記コイルＬ５乃至Ｌ８とは異なるインダクタンス及び特性を有するコイルを用いても問題なく動作する。
【００３３】
また、以上の実施例では、ＤＣブラシレスモータをＶＴＲのドラムモータとして使用した例を示したが、例えばＶＴＲのキャプスタンモータ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ等の情報機器またはオーディオ機器等のモータとしても使用できることは言うまでもない。
【００３４】
また、ここでは、ＤＣブラシレスモータを１０極８スロットの構成とした例を示したが、同一のコイル巻線構造において、２０極１６スロットの構成とした場合にも同様またはそれ以上の効果が得られることは言うまでもない。
【００３５】
更に、以上の実施例においては、ＤＣブラシレスモータを１０極８スロット（またはその倍数で２０極１６スロット）とした例を示したが、同一のコイル巻線構造にて、磁極数を６またはその倍数とし、６極８スロットまたは１２極１６スロットとした場合も同様に動作する。
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、コギングの強さを従来のブリッジ結線のものと比較して大幅に減少させることができる為、モータを滑らかに回転させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のＤＣブラシレスモータにおける駆動コイル巻線構
造を示す回路図である。
【図２】図１に示される回路の動作を示す為のタイミングチャートである。
【図３】図１に示される回路におけるコイルと磁極との位置関係を示す説
明図である。
【図４】本発明の他の実施例のＤＣブラシレスモータにおける駆動コイル巻線構造を示す回路図である。
【図５】図４に示される回路の動作を示す為のタイミングチャートである。
【図６】図４に示される回路に流れる電流量を説明する為の等価回路である。
【図７】従来のＤＣブラシレスモータの駆動コイル巻線構造（ブリッジ結線）を示す回路図である。
【図８】図７に示される回路の動作を示す為のタイミングチャートである。
【図９】図７に示される回路におけるコイルと磁極との位置関係を示す説明図である。
【符号の説明】
Ｈ１、Ｈ２…ホール素子
Ｓ１乃至Ｓ４…スイッチ
Ｌ１乃至Ｌ８…コイル
Ｖ１…正電圧源
Ｖ２…負電圧源
Claims (2)
- 第１乃至第８の駆動コイルを有し、
永久磁石を含む回転子の回転角を検出する第１及び第２の回転子位置検出手段と、
前記第１の回転子位置検出手段からの出力信号に応じて開閉する第１及び第２のスイッチ手段と、
前記第２の回転子位置検出手段からの出力信号に応じて開閉する第３及び第４のスイッチ手段と、を備え、
前記第１のスイッチ手段の一端及び前記第２のスイッチ手段の一端を、直接又はインピーダンス素子を介して第１の電源に接続し、
前記第３のスイッチ手段の一端及び前記第４のスイッチ手段の一端を、直接又はインピーダンス素子を介して第２の電源に接続して成るＤＣブラシレスモータであって、
前記第１及び第２の駆動コイルの各一端を接続した接続点と前記第１のスイッチ手段の他端とを前記第５のコイルを介して接続し、
前記第３及び第４の駆動コイルの各一端を接続した接続点と前記第２のスイッチ手段の他端とを前記第７のコイルを介して接続し、
前記第１及び第４の駆動コイルの各他端を接続した接続点と前記第３のスイッチ手段の他端とを前記第８のコイルを介して接続し、
前記第２及び第３の駆動コイルの各他端を接続した接続点と前記第４のスイッチ手段の他端とを前記第６のコイルを介して接続すると共に、前記第１乃至第８の駆動コイルのそれぞれに異なるタイミングで通電するよう前記第１及び第４のスイッチ手段の開閉を行う構成にしたことを特徴とするＤＣブラシレスモータ。 - 第１乃至第８の駆動コイルを有し、
永久磁石を含む回転子の回転角を検出する第１及び第２の回転子位置検出手段と、
前記第１の回転子位置検出手段からの出力信号に応じて開閉する第１及び第２のスイッチ手段と、
前記第２の回転子位置検出手段からの出力信号に応じて開閉する第３及び第４のスイッチ手段と、を備え、
前記第１のスイッチ手段の一端及び前記第２のスイッチ手段の一端を、直接又はインピーダンス素子を介して第１の電源に接続し、
前記第３のスイッチ手段の一端及び前記第４のスイッチ手段の一端を、直接又はインピーダンス素子を介して第２の電源に接続して成るＤＣブラシレスモータであって、
前記第１及び第２の駆動コイルの各一端を接続した接続点と前記第１のスイッチ手段の他端とを接続し、
前記第３及び第４の駆動コイルの各一端を接続した接続点と前記第２のスイッチ手段の他端とを接続し、
前記第１及び第４の駆動コイルの各他端を接続した接続点と前記第３のスイッチ手段の他端とを接続し、
前記第２及び第３の駆動コイルの各他端を接続した接続点と前記第４のスイッチ手段の他端とを接続し、
直列に接続した第５及び第８の駆動コイルを、前記第１のスイッチ手段及び前記第３のスイッチ手段の各他端間において前記第１の駆動コイルと並列接続し、
直列に接続した第６及び第７の駆動コイルを、前記第２のスイッチ手段及び前記第４のスイッチ手段の各他端間において前記第３の駆動コイルと並列接続すると共に、前記第１乃至第８の駆動コイルのそれぞれに異なるタイミングで通電するよう前記第１及び第４のスイッチ手段の開閉を行う構成にしたことを特徴とするＤＣブラシレスモータ。
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| JP24976797A Expired - Fee Related JP3598758B2 (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | Ｄｃブラシレスモータ |
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1997
- 1997-08-29 JP JP24976797A patent/JP3598758B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH1175333A (ja) | 1999-03-16 |
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