JP3812611B2 - 回転子位置センサ付き多相モータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転子位置センサ付き多相モータに関し、詳しくは、回転子位置を検出するセンサ極を有する多相ブラシレスモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の回転子位置センサ付きモータとしては、例えば図１３の構成断面図（図１３（ａ）は固定子構成断面図、図１３（ｂ）は回転子構成断面図である）に示される回転子位置センサが内蔵された２相直流モータｍがある。
図１３によれば、前記モータｍは、固定子１と、回転子２と、該回転子２にトルクを発生させる複数個（図では２０個）の突極３にそれぞれ回巻した巻線３と、該回転子２の回転角度を検出するための複数個（図では４個）の突極３にそれぞれ回巻したコイルＳa ，Ｓb ，Ｓc ，Ｓd からなる回転子位置センサ５とから構成されている。
【０００３】
前記固定子１は、その鉄心1aの内側に向かって放射状に等ピッチ角で配設された複数個（図では２４個）の突極３を有する。前記回転子２は、該固定子１の中心軸上で、その外周面が、前記固定子１の内周面と空隙を介して前記突極３に対向するように配設され、その軸６の両端は図示しないブラケットと軸受により回動自在に支持されている。そして、その回転子鉄心２a の外周面には複数個（図では９対、すなわち１８個）の永久磁石の回転子極７が、前記突極３に対向するようにその極性を外周面に沿って交互に繰り返して配置されている。この場合、固定子１の突極数と回転子２の回転子極数との比は、４：３（ほかに、４：５の場合もある）である。
【０００４】
前記固定子１の２４個の突極３のうち、２０個の突極３にはトルク発生用の巻線４が回巻されるとともに、２相すなわち、Ａ相、逆Ａ相、Ｂ相、逆Ｂ相に結線されるように、前記巻線４が形成されている。また、固定子１の残りの４個の突極３には、回転子位置センサコイルＳa ，Ｓb ，Ｓc ，Ｓd が回巻されるとともに、２組のセンサ回路８a ，８b に結線された２対の突極３からなる前記回転角位置センサ５が形成されている。
【０００５】
該センサ５は、前記２組のセンサ回路８a ，８b のうち、一方８a は前記２対の突極３のうち第１対に回巻されたコイルＳa 、Ｓd に接続され、他方８b は前記２対の突極３のうち第２対に回巻されたコイルＳb 、Ｓc に接続されるとともに、各コイルＳa ，Ｓb ，Ｓc ，Ｓd は、コイルＳa ，Ｓc 間が７５度（５突極分のピッチ角）、コイルＳc ，Ｓb 間が９０度（６突極分のピッチ角）、コイルＳb ，Ｓd 間が１０５度（７突極分のピッチ角）、コイルＳd ，Ｓa 間が９０度（６突極分のピッチ角）で、前記固定子１に配置されている。（特開昭62ー244265 号公報）
【０００６】
前記センサ５の各１対のコイルＳa ，Ｓd およびＳb ，Ｓc を、それぞれサインコイルペアおよびコサインコイルペアといい、これらのコイルＳa ，Ｓｄ間およびＳ，Ｓc 間は、そのインダクタンス変化が差動結合となるように電気角で１８０度の位相差をもち、かつ前記２つのコイルペアＳa ，Ｓd とＳb ，Ｓc との間は、回転角電圧信号の位相差が９０度になるように形成されている。
そして、前記それぞれ１対にされたコイルＳa ，Ｓd およびＳb ，Ｓc のインダクタンス変化から、前記回転子回転角の検出信号を発生する２組の検出チャンネルからなる回転角位置センサ５を形成している。
【０００７】
前記センサ５のサインコイルペアＳa 、Ｓd およびコサインコイルペアＳb ，Ｓc の結線は、図１３（ａ）に示すとおりであり、外部の交流電源から周波数１００ｋＨｚ程度の交流電圧で端子ｅ1 ，ｅ2 を介して、励磁されている。該各コイルペアＳa 、Ｓd およびＳb ，Ｓc の接続点における中点電位端子Ｅ1 ，Ｅ2 の出力は、前記回転子２の回転角θを１つの変数としており、それぞれθのサイン、コサイン関数の形で与えられている。
この中点電位端子Ｅ1 ，Ｅ2 の出力は、回転子２の回転角θを変数とする回転角電圧信号として取り出される。これらの値に対し、演算を行うことにより回転子２の回転角が算出される。
なお、ここで算出される回転子２の回転角は電気角であり、実際には演算により、これを機械角に変換している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のモータｍの場合、回転子位置検出のために、該モータｍの内部にセンサ回路８a ，８b を構成するとき、図１３（ａ）に示されるように、該センサ回路８a ，８b に幾つかの電子部品であるコンデンサ９が使用されている。
すなわち、該モータｍが回転すると、センサコイルに誘起電圧が発生する。図１３（ａ）の場合、センサ回路８a ，８b にコンデンサを使用しないと、該センサ回路８a ，８b に還流電流が発生するので、センサの検出精度が悪くなる。また、センサコイルの誘起電圧により、該センサ回路８a 、８b の入力端子ｅ1 ，ｅ2 間および出力端子Ｅ1 ，Ｅ2 間に電圧差を生ずる。この電圧差は、前記モータが高速で回転すればするほど大きくなるので、モータ制御システムの誤動作や、故障などを発生するおそれがある。
【０００９】
通常、これらのコンデンサを高温環境下で使用すると、該コンデンサの特性が不安定になったり、故障の原因になったりする。その結果、高温環境下では、前記モータｍの信頼性及び耐久性に悪い影響を及ぼすという問題点があった。
【００１０】
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は前記問題点を解消し、固定子の突極数と回転子の回転子極数の組み合わせと、センサ極に回巻されるセンサ巻線及びトルク極に回巻されるトルク巻線の結線により、モータ内部のセンサ回路にコンデンサなどの電子部品を全く使用しない回転子位置センサ付き多相モータを提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、センサ極とトルク極との配置及び各形状を最適にすることにより、モータ内部のセンサ回路にコンデンサなどの電子部品を全く使用しない回転子位置センサ付き多相モータを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の構成は、内側に向かって放射状に等ピッチ角で配設された複数個の突極を有する固定子と、該突極のそれぞれに回巻した巻線と、前記固定子の内周面と空隙を介して前記突極に対向するように配設され、その極性が外周面に沿って交互に繰り返される複数個の永久磁石の回転子極を有し、かつ回動自在に支持された回転子とからなるとともに、前記固定子突極が、トルクを発生するトルク極と前記回転子位置を検出するセンサ極とからなる回転子位置センサ付き多相モータにおいて、次のとおりである。
【００１３】
（１） 前記固定子突極の数は、ａを１以上の整数とするとき、１６ａ個、そのうちのセンサ極の数は、ｋを１以上の整数で、かつｋ≦ａとするとき、８ｋ個、前記回転子極は、１８ａ個を有し、前記センサ極に回巻されるセンサ巻線は、４つのセンサグループに分けられ、各グループ内の検出出力信号が最大に、かつ各グループ内の誘起電圧が最小になるように接続され、前記トルク極に回巻されるトルク巻線は、相数と同じ数のトルクグループに分けられ、各グループ内の誘起電圧を最大に、かつ各グループ間の誘起電圧の位相差が、相数（２、または４）分の１８０゜になるように接続されることを特徴とする。
【００１５】
（２） 前記固定子突極の数は１６個、そのうちのセンサ極の数は８個、前記回転子極は１８個であり、該センサ極は機械角４５°の等ピッチ角で設けられた同じ形状のもので、残りの８個のトルク極は、前記センサ極のそれぞれの間の中央位置にそれぞれ配設された同じ形状のもので、該トルク極の形状と前記センサ極の形状とは必ずしも同一でなく、前記各センサ極に回巻される８個のセンサ巻線は、４つのセンサグループに分けられ、各グループの２個のセンサ巻線は、互いに機械角１８０°の位置に配設され、かつ各グループ内の誘起電圧が最小になるように接続され、前記トルク極に回巻される８個のトルク巻線は、２つのトルクグループに分けられ、各グループ内の誘起電圧が最大に、かつ各グループ間の誘起電圧の位相差が９０゜になるように接続される回転子位置センサ付き２相モータであることを特徴とする。
【００１６】
本発明は以上のように構成されているので、固定子の突極数と回転子の回転子極数の組み合わせと、センサ極に回巻されるセンサ巻線及びトルク極に回巻されるトルク巻線の構成とその結線により、行うことができる。
そして、前記センサ極とトルク極とを分離し、該センサ極の形状とトルク極の形状を、それぞれ最適に設計することが可能となる。
【００１７】
このため、モータの回転子位置検出機能および出力の両方に最適な磁気特性をもたらす。これを加えて、回転子の高精度位置検出およびモータの高出力を実現するとともに、固定子にある突極巻線の総数を、固定子の突極数と同じように極力少なくすることによって、生産性の優れた高信頼性、高耐久性のある回転子位置センサ付き多相モータを実現させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
【００１９】
（第１実施例）
図１ないし図５は、本発明の回転子位置センサ付き多相モータの第１実施例を示す図で、図１は、本発明における１以上の整数ａおよびｋ（ｋ≦ａ）の値が、ａ＝ｋ＝１の該２相モータＭ1 の場合の固定子構成結線図で、トルク極に巻回された巻線およびセンサ極に巻回されたコイルの結線を示し、図２は、図１の固定子鉄心の断面図、図３は、回転子の断面図である。図１において、図１３と同一部材には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００２０】
図１ないし図３において、回転子位置センサ付き２相モータＭ1 の固定子１１には、内側に向かって放射状に等ピッチ角で配設された１６個（１６ａ＝１６）の突極にうち、回転子位置を検出するための８個（８ｋ＝８）センサ極と、トルクを発生させるための８個のトルク極とからなる。
【００２１】
前記２相モータＭ1 は、前記固定子１１と、回転子１２と、該回転子１２にトルクを発生させる複数個（図では８個）の突極１３にそれぞれ回巻した巻線１４と、前記回転子１２の回転角度を検出するための複数個（図では８個）の突極１３にそれぞれ回巻したコイルＳからなる回転子位置センサ１５とから構成されている。
【００２２】
前記回転子１２は、該固定子１１の中心軸上で、その外周面が、前記固定子１１の内周面と空隙を介して前記突極１３に対向するように配設され、その軸１６の両端が図示しないブラケットと軸受により回動自在に支持されている。そして、回転子鉄心１２a の外周面には複数個（１８ａ＝１８個、すなわち９対で、１８個）の半径方向に磁化された永久磁石からなる回転子極１７が、前記突極１３に対向してその極性を外周面に沿って 交互に繰り返して配置されている。
このため、固定子１１の突極数と回転子の極数の比が８／９である。
【００２３】
前記固定子１１は、その鉄心１１a が電磁鋼の薄板を積層して形成され、内側に配設された８個の突極Ｐ1 ，Ｐ3 ，Ｐ5 ，Ｐ7 ，Ｐ9 ，Ｐ11，Ｐ13，Ｐ15をセンサ極とし、８個の突極Ｐ2 ，Ｐ4 ，Ｐ6 ，Ｐ8 ，Ｐ10，Ｐ12，Ｐ14，Ｐ16をトルク極とする。
【００２４】
前記８個のセンサ極Ｐ1 ，Ｐ3 ，‥‥‥，Ｐ15に巻回されたセンサコイルは、４つのセンサグループに分けられ、各グループはセンサコイルの検出出力信号を最大に、かつ各グループ内の誘起電圧を最小になるように結線される。例えば、第１グループはセンサ極Ｐ1 とＰ9 、第２グループはＰ3 とＰ11、第３グループはＰ5 とＰ13、第４グループはＰ7 とＰ15より構成される。
【００２５】
前記 ８個のトルク極Ｐ2 ，Ｐ4 ，‥‥‥，Ｐ16に巻回されたトルク巻線は、２つのグループに分けられ、各グループの誘起電圧を最大に、かつ各グループ間の誘起電圧の位相差が９０°になるように結線される。例えば、Ａグループはトルク極Ｐ2 ，Ｐ4 ，Ｐ10，Ｐ12、Ｂグループはトルク極Ｐ6 ，Ｐ8 ，Ｐ14，Ｐ16より構成される。
【００２６】
図４は、本実施例の回転子位置センサ付き２相モータＭ1 を、図１のように結線する場合のトルク極巻線の誘起電圧のベクトル図を示す。この場合、前記 ８個のトルク極Ｐ2 ，Ｐ4 ，‥‥‥，Ｐ16に巻回されたトルク巻線に誘起される電圧をそれぞれＶ2 ，Ｖ4 ，‥‥‥，Ｖ16とすると、
Ａ，Ｂグループの相電圧ＶA ，ＶB はそれぞれ、
ＶA ＝Ｖ2 ＋Ｖ4 −Ｖ10−Ｖ12，
ＶB ＝Ｖ6 ＋Ｖ8 −Ｖ14−Ｖ16
であり、該相電圧ＶA とＶB は電気的に９０°の位相差を有する。
【００２７】
図５は、本実施例の前記モータＭを、図１のように結線する場合のセンサ極コイルの誘起電圧のベクトル図を示す。
各センサグループにおける、第１グループのセンサ極Ｐ1 とＰ9 、第２グループのセンサ極Ｐ3 とＰ11、第３グループのセンサ極Ｐ5 とＰ13、第４グループのセンサＰ7 とＰ15の誘起電圧はそれぞれ、
第１センサグループの誘起電圧 ＝Ｖ1 ＋Ｖ9 ＝０，
第２センサグループの誘起電圧 ＝Ｖ3 ＋Ｖ11＝０，
第３センサグループの誘起電圧 ＝Ｖ5 ＋Ｖ13＝０，
第４センサグループの誘起電圧 ＝Ｖ7 ＋Ｖ15＝０
であり、これによって、前記４つのセンサグループのそれぞれの誘起電圧が全て０になるので、前記センサコイルにより構成されたループ内での誘起電圧の和は０になる。このため、該センサコイルで構成されたループ内では還流（循環）電流は発生しない。
【００２８】
これによって、図１３（ａ）に示すような従来の回転子位置センサ付き多相モータｍの誘起電圧による該モータ内部のセンサ回路の還流電流を抑えるための、電子部品であるコンデンサは不要である。また、前記４つのセンサグループの端子の任意端子間に発生する誘起電圧も０であるので、該モータｍの高速回転の場合でも、センサの励磁回路およびセンサ信号の処理回路には、危険な誘起電圧がかかる可能性はない。このため、センサとセンサ励磁回路、およびセンサとセンサ信号処理回路の間には、危険な誘起電圧を遮断するための電子部品であるコンデンサも不要である。
【００２９】
一般に、モータの生産工程ではある程度の回転子の偏心が発生する。この回転子の偏心がセンサの回転子位置検出に悪い影響がある。しかし、本実施例における回転子位置センサ付き多相モータＭ1 のもうひとつの大きな特徴は、前記各グループのセンサ極の相互位置が機械的に１８０°に配置されているので、該センサコイルの相互作用によって、その回転子の偏心によるセンサ特性への影響が抑えられ、安定な回転子位置検出特性が得られる。
さらに各トルクグループの各極が、該モータの中心に対して対称的に配置されているので、電磁力による半径方向の不平衡力は、該モータＭの動作中の任意状態でも０になるので、該モータＭ1 は非常に円滑に回転することができる。
【００３０】
図６は、本実施例の前記モータＭ1 に適用される動作制御システムの構成図を示す。
図６について簡単に説明すると、前記回転子位置センサ付き２相モータＭ1 の前記Ａ相およびＢ相にそれぞれ増幅器ＨA およびＨB から２相電力が供給される。センサのブリッジ回路の端子ｅ1 ，ｅ2 には、発振回路４１から１００ｋＨｚ程度の高周波信号が供給され、その回転子１２の回転に伴うセンサ極Ｐ1 ，Ｐ3 ，‥‥‥，Ｐ15のインダクタンスの変化がπ／２の位相差を有し、該回転子１２の回転に伴って変化する２つの正弦波信号が、端子Ｅ1 ，Ｅ2 から出力される。この２つの正弦波信号は、同期検波回路４２により該回転子１２の回転角度の正弦関数、余弦関数に変換され、位置デコーダ４３で回転子角度信号に変換され、この回転子角度信号は、端子４４に入力される外部基準信号、またはマイクロプロセッサ４５が出力する基準信号と加算回路４６で加算され、ＰＩＤ制御回路４７，４８，４９に出力されて、周知のディジタルＰＩＤ制御が行われる。
【００３１】
（第２実施例）
図７ないし図１１は、本発明の回転子位置センサ付き多相モータの第２実施例を示す図で、図７は、本発明における１以上の整数ａおよびｋ（ｋ≦ａ）の値が、ａ＝２，ｋ＝１の該２相モータＭ2 の場合の固定子構成結線図で、トルク極の巻線およびセンサ極のコイルの結線を示し、図８は、図７の固定子鉄心の断面図、図９は、回転子の断面図である。図７において、図１と同一部材には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００３２】
図７ないし図９において、回転子位置センサ付き２相モータＭ2 の固定子２１には、内側に向かって放射状に等ピッチ角で配設された３２個（１６ａ＝３２）の突極のうち、回転子位置を検出するための８個（８ｋ＝８）センサ極と、トルクを発生させるための２４個のトルク極とからなる。
【００３３】
前記２相モータＭ2 は、前記固定子２１と、回転子２２と、該回転子２２にトルクを発生させる複数個（図では２４個）の突極２３にそれぞれ回巻した巻線２４と、前記回転子２２の回転角度を検出するための複数個（図では８個）の突極２３にそれぞれ回巻したコイルＳからなる回転子位置センサ２５とから構成されている。
【００３４】
前記回転子２２は、該固定子２１の中心軸上で、その外周面が、前記固定子２１の内周面と空隙を介して前記突極２３に対向するように配設され、その軸２６の両端が図示しないブラケットと軸受により回動自在に支持されている。そして、回転子鉄心２２a の外周面には複数個（１８ａ＝３６個、すなわち１８対で、３６個）の半径方向に磁化された永久磁石からなる回転子極２７が、前記突極２３に対向してその極性を外周面に沿って 交互に繰り返して配置されている。
このため、固定子２１の突極数と回転子２２の極数の比が８／９である。
【００３５】
前記固定子２１は、その鉄心２１a が電磁鋼の薄板を積層して形成され、内側に配設された８個の突極Ｐ1 ，Ｐ3 ，Ｐ5 ，Ｐ7 ，Ｐ17，Ｐ19，Ｐ21，Ｐ23をセンサ極とし、２４個の突極Ｐ2 ，Ｐ4 ，Ｐ6 ，Ｐ8 〜Ｐ16，Ｐ18，Ｐ20，Ｐ22，Ｐ24〜Ｐ32をトルク極とする。
【００３６】
前記８個のセンサ極Ｐ1 ，Ｐ3 ，‥‥‥に巻回されたセンサコイルは、４つのセンサグループに分けられ、各グループはセンサコイルの検出出力信号を最大に、かつ各グループ内の誘起電圧を最小になるように結線される。例えば、第１グループはセンサ極Ｐ1 とＰ17、第２グループはＰ3 とＰ19、第３グループはＰ5 とＰ21、第４グループはＰ7 とＰ23より構成される。
【００３７】
前記２４個のトルク極Ｐ2 ，Ｐ4 ，‥‥‥に巻回されたトルク巻線は、２つのグループに分けられ、各グループの誘起電圧を最大に、かつ各グループ間の誘起電圧の位相差が９０°になるように結線される。例えば、Ａグループはトルク極Ｐ2 ，Ｐ10，Ｐ18，Ｐ26，Ｐ9 ，Ｐ25，Ｐ11，Ｐ27，Ｐ4 ，Ｐ12，Ｐ20，Ｐ28、ＢグループはＰ6 ，Ｐ14，Ｐ22，Ｐ30，Ｐ13，Ｐ29，Ｐ15，Ｐ31，Ｐ8 ，Ｐ16，Ｐ24，Ｐ32より構成される。
【００３８】
図１０は、本実施例の回転子位置センサ付き２相モータＭ2 を、図７のように結線する場合のトルク極巻線の誘起電圧のベクトル図を示す。この場合、前記２４個のトルク極Ｐ2 ，Ｐ4 ，‥‥‥に巻回されたトルク巻線に誘起される電圧をそれぞれＶ2 ，Ｖ4 ，‥‥‥とすると、
Ａ，Ｂグループの相電圧ＶA ，ＶB はそれぞれ、
ＶA ＝Ｖ2 −Ｖ10＋Ｖ18−Ｖ26＋Ｖ9 ＋Ｖ25＋Ｖ11＋Ｖ27＋Ｖ4 −Ｖ12＋Ｖ20−Ｖ28，
ＶB ＝Ｖ6 −Ｖ14＋Ｖ22−Ｖ30＋Ｖ13＋Ｖ29＋Ｖ15＋Ｖ31＋Ｖ8 −Ｖ16＋Ｖ24−Ｖ32，
であり、該相電圧ＶA とＶB は電気的に９０°の位相差を有する。
【００３９】
図１１は、本実施例の前記モータＭ2 を、図７のように結線する場合のセンサ極コイルの誘起電圧のベクトル図を示す。
各センサグループにおける、第１グループのセンサ極Ｐ1 とＰ17、第２グループのセンサ極Ｐ3 とＰ19、第３グループのセンサ極Ｐ5 とＰ21、第４グループのセンサＰ7 とＰ23の誘起電圧はそれぞれ、
第１センサグループの誘起電圧 ＝Ｖ1 −Ｖ17＝０，
第２センサグループの誘起電圧 ＝Ｖ3 −Ｖ19＝０，
第３センサグループの誘起電圧 ＝Ｖ5 −Ｖ21＝０，
第４センサグループの誘起電圧 ＝Ｖ7 −Ｖ23＝０
であり、これによって、前記４つのセンサグループのそれぞれの誘起電圧が全て０になるので、前記センサコイルにより構成されたループ内での誘起電圧の和は０になる。このため、該センサコイルで構成されたループ内では還流（循環）電流は発生しない。
【００４０】
これによって、第１実施例と同様に、図１３（ａ）に示すような従来の回転子位置センサ付き多相モータｍの誘起電圧による該モータ内部のセンサ回路の還流電流を抑えるための、電子部品であるコンデンサは不要である。また、前記４つのセンサグループの端子の任意端子間に発生する誘起電圧も０であるので、危険な誘起電圧を遮断するための電子部品であるコンデンサも不要である。
【００４１】
（第３実施例）
図１２は、本発明の第３実施例を示す固定子鉄心の断面図である。
図１２において、本実施例の回転子位置センサ付き２相モータＭ3 のサイズは、縦横２８ｍｍ×２８ｍｍ、全長２６ｍｍで、固定子３１の鉄心３１ａは、珪素鋼板を積層し、その外径は２８ｍｍである。
【００４２】
該固定子３１は、図示しない回転子と対向する面に放射状に機械角４５°のピッチで設けられた幅の狭い同じ形状の８個の回転子位置検出するためのセンサ極Ｐ1 ，Ｐ3 ，Ｐ5 ，Ｐ7 ，Ｐ9 ，Ｐ11，Ｐ13，Ｐ15と、該センサ極Ｐ1 ，Ｐ3 ，‥‥‥，Ｐ15のそれぞれの間の中央位置にそれぞれ配設され、互いに機械角４５°のピッチで設けられた幅の広い同じ形状の８個のトルク発生するための、トルク極Ｐ2 ，Ｐ4 ，Ｐ6 ，Ｐ8 ，Ｐ10，Ｐ12，Ｐ14，Ｐ16を有し、該各トルク極Ｐ2 ，Ｐ4 ，‥‥‥，Ｐ16と隣接する前記各センサ極との間のなす角度は、互いに機械角２２．５°であり、全体で、１６個の突極が設けられている。
【００４３】
前記固定子３１の前記センサ極Ｐ1 ，Ｐ3 ，‥‥‥，Ｐ15にはセンサコイルが巻回され、前記トルク極Ｐ2 ，Ｐ4 ，‥‥‥，Ｐ16にはトルク巻線が巻回され、回転子には永久磁石からなる１８個の回転子極が設けられている。前記センサ極と前記トルク極の形状は必ずしも同一でなく、前記センサ極Ｐ1 ，Ｐ3 ，‥‥‥の形状は高精度な回転子位置検出のための形状に形成され、前記トルク極Ｐ2 ，Ｐ4 ，‥‥‥の形状は、該モータＭ3 の出力を最大になるように形成されている。
【００４４】
この種の回転子位置センサ付き２相モータは、固定子にセンサ極が設けられている。回転子の位置を検出するためのセンサ極の磁束密度を飽和領域までに形成するのが必要である。しかし、トルク極の磁束密度を飽和領域まで形成すると、該モータが高速回転する場合、該モータの鉄損が増え、該モータの効率が悪化するという問題点がある。
【００４５】
このため、本実施例の前記モータＭ3 は、図１２に示すように、センサ極Ｐ1 ，Ｐ3 ，‥‥‥とトルク極Ｐ2 ，Ｐ4 ，‥‥‥の形状を異に形成している。該センサ極Ｐ1 ，Ｐ3 ，‥‥‥の幅は、前記トルク極Ｐ2 ，Ｐ4 ，‥‥‥の幅より狭く形成することにより、センサ極は適切な磁気飽和領域で作動し、トルク極は非飽和領域で動作することを可能にした。特に、前記センサ極Ｐ1 ，Ｐ3 ，‥‥‥の磁束密度を１．７Ｔ（テスラ）に設計することにより、最も優れたセンサ検出精度が得られた。また、センサ極の磁束密度を１．５Ｔ〜１．９Ｔの間で、実用的かつ良好なセンサ検出機能が得られた。
【００４６】
また、センサ極Ｐ1 ，Ｐ3 ，‥‥‥の幅を、トルク極Ｐ2 ，Ｐ4 ，‥‥‥の幅より狭く形成することにより、スロット内の面積が大きくなり、該トルク極に太い電線が使えるので、トルク極巻線の電気抵抗を小さくでき、巻線の電流容量を大きくできる。このため、高出力かつ高効率の回転子位置センサ付き多相モータを実現できる。
本実施例の前記モータＭ3 として、前記サイズの出力が１５Ｗのものが実現できた。これは同じサイズの従来の同種モータの出力に比べて大きい出力である。
【００４７】
以上、各実施例で説明された回転子位置センサ付き多相モータによれば、以下に列挙する効果が得られる。
（１） 固定子の極数と回転子の極数の特別な組み合わせ、およびセンサコイルとトルク巻線の結線により、該モータ内部の回転子位置検出回路に、電子部品としてのコンデンサを一切使わないので、該モータは、一般の温度環境では勿論、高温環境でも、高精度な回転子位置検出が可能であると同時に、生産性の良い該モータを実現できる。
【００４８】
（２） センサ極とトルク極とを対称的に分離でき、該センサ極およびトルク極の形状および磁気特性を、それぞれ最適に形成することが可能であるので、モータの回転子位置検出機能、および出力の両方に最適な特性をもたらす。
また、センサコイルの特別な配置位置により、各グループのセンサコイルの相互作用によって、回転子の偏心によるセンサ特性への影響が抑えられ、高精度な回転子位置検出が可能になる。
【００４９】
（３） 各トルクグループの各極が、該モータの中心に対して、対称的に配置されているので、電磁力による半径方向の不平衡力は、該モータ動作中の任意状態でも０になる。このため、該モータは非常に円滑に回転できる。
これらを加えて、回転子の高精度な位置検出および高モータ出力を実現するとともに、、生産性の優れた高信頼性、高耐久性のある前記モータを提供することができる。
【００５０】
なお、本発明の技術は前記実施例における技術に限定されるものではなく、同様な機能を果たす他の態様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記構成の範囲内において種々の変更、付加が可能である。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の回転子位置センサ付き多相モータによれば、固定子突極の数は、ａを１以上の整数とするとき、１６ａ個、そのうちのセンサ極の数は、ｋを１以上の整数で、かつｋ≦ａとするとき、８ｋ個、前記回転子極は、１８ａ個を有するので、モータ内部のセンサ回路にコンデンサなどの電子部品を全く使用しないで済む高信頼性、高耐久性のある回転子位置センサ付き多相モータを実現させることができる。
【００５２】
また、本発明の回転子位置センサ付き２相モータによれば、固定子突極の数は１６個、そのうちのセンサ極の数は８個であり、該センサ極は機械角４５°の等ピッチ角で設けられ、他の８個のトルク極は、該センサ極のそれぞれの間の中央位置にそれぞれ配設され、８個の各センサ巻線は、４つのセンサグループに分けられ、各グループの２個のセンサ巻線は、互いに機械角１８０°の位置に配設され、かつ各グループ内の誘起電圧が最小になるように接続され、８個の各トルク巻線は、２つのトルクグループに分けられ、各グループ内の誘起電圧が最大に、かつ各グループ間の誘起電圧の位相差が９０゜になるように接続されるので、前述と同様に、モータ内部のセンサ回路にコンデンサなどの電子部品を全く使用しないで済む高信頼性、高耐久性のある回転子位置センサ付き２相モータを実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転子位置センサ付き多相モータの第１実施例で、１以上の整数ａおよびｋ（ｋ≦ａ）の値が、ａ＝ｋ＝１の該２相モータの場合の固定子構成結線図である。
【図２】図１の固定子鉄心の断面図である。
【図３】回転子の断面図である。
【図４】図１のように結線する場合のトルク極巻線の誘起電圧を示すベクトル図である。
【図５】図１のように結線する場合のセンサ極コイルの誘起電圧を示すベクトル図である。
【図６】本実施例の前記モータＭに適用される動作制御システムの構成図である。
【図７】本発明の回転子位置センサ付き多相モータの第２実施例で、１以上の整数ａおよびｋ（ｋ≦ａ）の値が、ａ＝２，ｋ＝１の該２相モータの場合の固定子構成結線図である。
【図８】図７の固定子鉄心の断面図である。
【図９】回転子の断面図である。
【図１０】図７のように結線する場合のトルク極巻線の誘起電圧を示すベクトル図である。
【図１１】図７のように結線する場合のセンサ極コイルの誘起電圧を示すベクトル図である。
【図１２】本発明の第３実施例を示す固定子の断面図である。
【図１３】従来の回転子位置センサ付きモータとしての、回転子位置センサが内蔵された２相直流モータの構成断面図で、図１３（ａ）は固定子構成断面図、図１３（ｂ）は回転子構成断面図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１ 固定子
１ａ，１１ａ，２１ａ，３１ａ 固定子鉄心
２，１２，２２ 回転子
３，１３，２３ 突極
４，１４，２４ 巻線
５，１５，２５ 回転子位置センサ
６，１６，２６ 軸
７，１７，２７ 回転子極
８a ，８b センサ回路
９ コンデンサ
ｍ，Ｍ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 回転子位置センサ付き２相モータ
Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓ コイル

Claims (2)

1. 内側に向かって放射状に等ピッチ角で配設された複数個の突極を有する固定子と、該突極のそれぞれに回巻した巻線と、前記固定子の内周面と空隙を介して前記突極に対向するように配設され、その極性が外周面に沿って交互に繰り返される複数個の永久磁石の回転子極を有し、かつ回動自在に支持された回転子とからなるとともに、前記固定子突極が、トルクを発生するトルク極と前記回転子位置を検出するセンサ極とからなる回転子位置センサ付き多相モータにおいて、
   前記固定子突極の数は、ａを１以上の整数とするとき、１６ａ個、そのうちのセンサ極の数は、ｋを１以上の整数で、かつｋ≦ａとするとき、８ｋ個、前記回転子極は、１８ａ個を有し、
   前記センサ極に回巻されるセンサ巻線は、４つのセンサグループに分けられ、各グループ内の検出出力信号が最大に、かつ各グループ内の誘起電圧が最小になるように接続され、前記トルク極に回巻されるトルク巻線は、相数と同じ数のトルクグループに分けられ、各グループ内の誘起電圧を最大に、かつ各グループ間の誘起電圧の位相差が、相数（２、または４）分の１８０゜になるように接続されることを特徴とする回転子位置センサ付き多相モータ。
2. 内側に向かって放射状に等ピッチ角で配設された複数個の突極を有する固定子と、該突極のそれぞれに回巻した巻線と、前記固定子の内周面と空隙を介して前記突極に対向するように配設され、その極性が外周面に沿って交互に繰り返される複数個の永久磁石の回転子極を有し、かつ回動自在に支持された回転子とからなるとともに、前記固定子突極が、トルクを発生するトルク極と前記回転子位置を検出するセンサ極とからなる回転子位置センサ付き多相モータにおいて、
   前記固定子突極の数は１６個、そのうちのセンサ極の数は８個、前記回転子極は１８個であり、該センサ極は機械角４５°の等ピッチ角で設けられた同じ形状のもので、残りの８個のトルク極は、前記センサ極のそれぞれの間の中央位置にそれぞれ配設された同じ形状のもので、該トルク極の形状と前記センサ極の形状とは必ずしも同一でなく、
   前記各センサ極に回巻される８個のセンサ巻線は、４つのセンサグループに分けられ、各グループの２個のセンサ巻線は、互いに機械角１８０°の位置に配設され、かつ各グループ内の誘起電圧が最小になるように接続され、前記トルク極に回巻される８個のトルク巻線は、２つのトルクグループに分けられ、各グループ内の誘起電圧が最大に、かつ各グループ間の誘起電圧の位相差が９０゜になるように接続されることを特徴とする回転子位置センサ付き２相モータ。

Images