JP4061990B2 - ブラシレス直流モータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に広く使用されているファンモータ、特には、ノートブック型パーソナルコンピュータのCPU(中央演算装置)の冷却などに用いるファンモータに使用されるブラシレス直流モータに関する。
【0002】
本発明は、ノートブック型パーソナルコンピュータのCPUの冷却などに用いるファンモータに関し、詳しくは、モータ出力を向上させることを可能にしたブラシレス直流モータに関する。
【0003】
【従来の技術】
一般に、ノートブック型パーソナルコンピュータなどは、その機能部品であるCPUが発熱することから、CPUを冷却するためのファンモータを装備している。このファンモータとしては、省電力、装置スペース、寿命の点から、ロータにマグネットを使用し、駆動回路を有したブラシレスの小型直流ファンモータを使用するようになってきている。
【0004】
前記ファンモータは、ファンモータの効率やコストなどの観点からモータ巻線が単相(一相)でありモータ巻線の両方向に電流を流して全波駆動する単相全波駆動方式(一相全波駆動方式)、もしくは、モータ巻線が二相であり各相を180°位相差で半波駆動する二相半波駆動方式が採用されている。
【0005】
図8に従来のブラシレス直流モータである単相全波駆動方式の回路構成図を、図12に従来のブラシレス直流モータである単相全波駆動方式のモータ巻線転流のタイミングチャートを示す。モータ巻線の励磁トルクが一定方向になるように、単相のモータ巻線を全波駆動している。単相全波駆動方式のファンモータの回路構成としては、ロータ位置検出部品16とモータ巻線17を転流するドライバIC18を一つ持つ構成となっている。
【0006】
なお、電流の方向は、モータ巻線の巻き始めから巻き終りに向かう方向を正方向、逆方向を負方向としている。
【0007】
図9に従来のブラシレス直流モータである二相半波駆動方式の回路構成図を、図13に従来のブラシレス直流モータである二相半波駆動方式のモータ巻線転流のタイミングチャートを示す。図13に示すように、二相半波駆動方式では、モータ巻線の励磁トルクが一定方向になるように、二相のモータ巻線を180°位相差で半波駆動しており、一方向のみに電流を流している。二相半波駆動方式のファンモータの回路構成としては、ロータ位置検出部品19とモータ巻線20を転流するトランジスタ21を持つ構成となっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところでパーソナルコンピュータに使われているCPUは、年々、性能が向上しており、性能の向上に伴ってCPUの発熱は大幅に増えてきている。そこで、CPUを冷却しているファンモータのモータ出力を向上させることで冷却性能の向上が求められている。
【0009】
しかし、単相全波駆動方式では、使用しているドライバICの電流能力や許容損失によってモータ巻線に流すことができる電流は制限されるため、モータ出力に限界がある。また、二相半波駆動方式では、単相全波駆動方式と比較してモータ効率が低いため、単相全波駆動方式のモータよりモータ出力が低い。
【0010】
本発明は、前期従来の問題に留意し、大幅にモータ出力を向上させることができるブラシレス直流モータを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明は、モータ巻線の相数を二相とし、各相に流す電流の位相差を180°、または、位相差をゼロとし、モータ巻線の両方向に電流を流す、二相全波駆動方式のブラシレス直流モータとする。
【0012】
本発明によれば、二相あるモータ巻線の各相にドライバICを一つ、または、トランジスタ数個を設け、各相を全波駆動することから、一つの相で単相全波駆動方式と同じ電流を流すことができ、二つの相を合わせたモータ全体としては、単相全波駆動方式の約2倍の電流を流すことが可能となり、モータ出力を大幅に向上させたブラシレス直流モータを提供できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、回転体であるロータと、ロータ位置検出部品を有するプリント回路基板と、ロータを回転させるためのモータ巻線をもち、モータ巻線は二相であり、一方の相のモータ巻線の巻き始めと他方の相のモータ巻線の巻き始めとを対向させて、同じ方向に巻き、一方の相のモータ巻線の巻き終わりと他方の相のモータ巻線の巻き終わりとを対向させて、同じ方向に巻き、電流の方向をモータ巻線の巻き始めからモータ巻線の巻き終わりに向かう方向を正方向、逆方向を負方向としたときの各相に流れる電流の位相差がなく、電流をモータ巻線の両方向に流す全波駆動方式であることを特徴とするブラシレス直流モータであり、モータに流す電流を増加させ、モータ出力を向上させるという作用を有する。
【0014】
本発明の請求項2に記載の発明は、回転体であるロータと、ロータ位置検出部品を有するプリント回路基板と、ロータを回転させるためのモータ巻線をもち、モータ巻線は二相であり、一方の相のモータ巻線の巻き始めと他方の相のモータ巻線の巻き始めとを対向させて、反対の方向に巻き、一方の相のモータ巻線の巻き終わりと他方の相のモータ巻線の巻き終わりとを対向させて、反対の方向に巻き、電流の方向をモータ巻線の巻き始めからモータ巻線の巻き終わりに向かう方向を正方向、逆方向を負方向としたときの各相に流れる電流の位相を180°ずらし、電流をモータ巻線の両方向に流す全波駆動方式であることを特徴とするブラシレス直流モータであり、モータに流す電流を増加させ、モータ出力を向上させるという作用を有する。
【0015】
本発明の請求項3に記載の発明は、請求項1、または、請求項2に記載のブラシレス直流モータにおいて、プリント回路基板には、モータ巻線を全波駆動するためのドライバICを二つ有し、ドライバICはモータ巻線の各相に一つずつ配置され、モータ巻線の各相はドライバIC一つによって全波駆動されており、ドライバICを二つ使用してモータに流す電流を増加させ、モータ出力を向上させるという作用を有する。
【0016】
本発明の請求項4に記載の発明は、請求項1、または、請求項2に記載のブラシレス直流モータにおいて、プリント回路基板には、モータ巻線を全波駆動するためのトランジスタを数個とトランジスタを動作させるプリドライバICを有し、トランジスタはモータ巻線の各相を全波駆動しており、トランジスタ数個を使用してモータに流す電流を増加させ、モータ出力を向上させるという作用を有する。
【0017】
本発明の請求項5に記載の発明は、請求項3に記載のブラシレス直流モータにおいて、ロータ位置検出部品は一つであり、一つのロータ位置検出部品でドライバIC二つを動作させることでモータ出力を向上させるとともに、部品点数を削減でき、ブラシレス直流モータを低廉にするという作用を有する。
【0018】
本発明の請求項6に記載の発明は、請求項4に記載のブラシレス直流モータにおいて、ロータ位置検出部品は一つであり、一つのロータ位置検出部品でプリドライバICを動作させることでモータ出力を向上させるとともに、部品点数を削減でき、ブラシレス直流モータを低廉にするという作用を有する。
【0019】
本発明の請求項7に記載の発明は、請求項1、または、請求項2に記載のブラシレス直流モータにおいて、ロータ位置検出部品は一つであり、モータ巻線の各相は、BTL(バランスドトランスフォーマーレス)駆動されていることでモータ出力を向上させるとともに、トルクリップルを小さくしてモータからの音を低減し、さらに、ブラシレス直流モータを低廉にするという作用を有する。
【0020】
本発明の請求項8に記載の発明は、請求項1から7に記載のブラシレス直流モータにおいて、モータ巻線は、プリント回路基板と接続され、モータ巻線は、2スロット以上の偶数個のスロットを有し、モータ巻線とプリント回路基板が180°回転して取り付けられても、目的の回転方向にロータが回転するようにモータ巻線を巻いており、ブラシレス直流モータの生産性を高めるという作用を有する。
【0021】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0022】
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1であるブラシレス直流モータの回路構成図で、図10は、本発明の実施の形態1である各相に流す電流の位相差を180°としたブラシレス直流モータのモータ巻線転流のタイミングチャート、図11は、本発明の実施の形態1である各相に流す電流の位相差をゼロとしたブラシレス直流モータのモータ巻線転流のタイミングチャートである。
【0023】
この実施の形態1のブラシレス直流モータは、モータ巻線1の相を二相とし、各相をA相、B相とすると、A相とB相に流す電流の位相差を180°、または、位相差をゼロとし、モータ巻線への通電方法は、電流をモータ巻線の両方向に流す全波駆動方式である。
【0024】
図10では、A相の誘起電圧27と、B相の誘起電圧28に180°の位相差があるため、A相の電流29とB相の電流30を180°の位相差で通電し、各相が同じ方向に励磁トルク31,32を発生する。A相の励磁トルク31とB相の励磁トルク32の合成励磁トルクは33となる。
【0025】
図11では、A相の誘起電圧27と、B相の誘起電圧28に位相差がないため、A相の電流29とB相の電流30を位相差ゼロで通電し、各相が同じ方向に励磁トルクを発生する。A相の励磁トルク31とB相の励磁トルク32の合成励磁トルクは33となる。
【0026】
なお、A相の誘起電圧27と、B相の誘起電圧28の位相差が180°であるか、位相差がゼロであるかは、モータ巻線の巻き方によるものである。
【0027】
また、電流の方向は、モータ巻線の巻き始めから巻き終りに向かう方向を正方向とし、逆方向を負方向としている。
【0028】
ドライバIC2は、A相、B相の各相に一つずつ配置されており、各相を全波駆動する。一つの相に流せる電流は、単相全波駆動方式と同じドライバICを使用すると、単相全波駆動方式と同じ電流を流せるので、二つの相を合わせたモータ全体では、単相全波駆動方式の約2倍の電流を流すことが可能になる。
【0029】
このように本実施の形態1では、二相あるモータ巻線の各相に流す電流の位相差を180°、または、位相差をゼロとし、ドライバIC二つで全波駆動することで、モータに流れる電流を増加させ、モータ出力を向上させることができる。
【0030】
なお、ドライバICは、モータ駆動専用のドライバIC、パワーアンプ、オペレーショナルアンプなどで構成することができる。
【0031】
(実施の形態2)
図2は、本発明の実施の形態2であるブラシレス直流モータの回路構成図である。なお、図2において、前記図1と同じ構成部材には、図1と同じ符号を付与している。
【0032】
この実施の形態2のブラシレス直流モータは、図2に示すように、モータ巻線1の通電を数個のトランジスタ5と数個のトランジスタ5を動作させるプリドライバIC6で全波駆動をする。モータ巻線1の各相に流す電流の位相差を180°、または、位相差をゼロとし、各相を全波駆動するので、一つの相に流せる電流は、単相全波駆動方式と同じ電流を流せるので、二つの相を合わせたモータ全体では、単相全波駆動方式の約2倍の電流を流すことが可能になる。
【0033】
このように本実施の形態2では、二相あるモータ巻線の各相に流す電流の位相差を180°、または、位相差をゼロとし、数個のトランジスタ5と数個のトランジスタ5を動作させるプリドライバIC6で全波駆動することで、モータに流れる電流を増加させ、モータ出力を向上させることができる。
【0034】
なお、プリドライバICは、モータ駆動専用のプリドライバICやドライバIC、パワーアンプ、オペレーショナルアンプなどで構成することができる。
【0035】
(実施の形態3)
図3は、本発明の実施の形態3であるブラシレス直流モータの回路構成図である。なお、図3において、前記図1、または、図2と同じ部材には、図1、または、図2と同じ符号を付与している。
【0036】
この実施の形態3のブラシレス直流モータは、図3に示すように、ロータの位置を検出するロータ位置検出部品3は一つであり、一つのロータ位置検出部品3でドライバIC2を二つ動作させるので、モータ出力を向上させるとともに、ブラシレス直流モータを低廉にすることができる。
【0037】
なお、ドライバICは、モータ駆動専用のドライバIC、パワーアンプ、オペレーショナルアンプなどで構成することができる。
【0038】
(実施の形態4)
図4は、本発明の実施の形態4であるブラシレス直流モータの回路構成図である。図4において、前期図1から図3と同じ構成部品には、図1から図3と同じ符号を付与してある。
【0039】
この実施の形態4のブラシレス直流モータは、図4に示すように、ロータの位置を検出するロータ位置検出部品3は一つであり、一つのロータ位置検出部品3で数個のトランジスタ5を動作させるプリドライバIC6を動作させるので、モータ出力を向上させるとともに、装置を低廉にすることができる。
【0040】
なお、プリドライバICは、モータ駆動専用のプリドライバICやドライバIC、パワーアンプ、オペレーショナルアンプなどで構成することができる。
【0041】
(実施の形態5)
図5は、本発明の実施の形態5であるブラシレス直流モータの回路構成図である。図5において、前記図1と同じ構成部材には、図1と同じ符号を付与している。
【0042】
この実施の形態5のブラシレス直流モータは、図5に示すように、モータ巻線1の各相は、二つのパワーアンプ7、8でBTL(バランスドトランスフォーマーレス)駆動しており、モータ巻線1の各相に流す電流の位相差を180°、または、位相差をゼロとしている。BTL駆動すると、モータのトルクリップルが小さくなり、モータからの音が小さくなる。ロータ位置検出部品としてホール素子9を一つ使用し、ホール素子9で一つのパワーアンプ7を動作させ、このパワーアンプ7の出力波形で、別のパワーアンプ8を動作させる。分圧抵抗12は、パワーアンプ8の入力電圧範囲を越えないように、パワーアンプ7の出力電圧を分圧している。BTL駆動すると、ホール素子9から、アンプのゲインを決めているフィードバック抵抗10に電流が流れるため、ホール素子9の出力が小さくなるが、ホール素子9で動作させるパワーアンプを一つとすることで、ホール素子9の出力低下を小さくできる。
【0043】
このように、本実施の形態5では、ホール素子の出力低下が小さく、音が小さく、低廉で、かつ、モータ出力を向上させることができる。
【0044】
なお、フィードバック抵抗10は、パワーアンプ7,8の内部に配置されていてもよい。
【0045】
(実施の形態6)
図6は、実施の形態6であるブラシレス直流モータの巻線図、図7はプリント回路基板とモータ巻線が一体となったブラシレス直流モータのステータ図である。
【0046】
この実施の形態6のブラシレス直流モータは、図6に示すようにモータ巻線を鉄心に巻いている。A相とB相の巻き始めを対向させて、同じ方向に巻き、A相とB相の巻き終わりを対向させて、同じ方向に巻く。例えば、A相の巻き始めをCW方向(時計方向)に巻き、巻き終りをCCW方向(反時計方向)に巻くと、B相も巻き始めをCW方向に巻き、巻き終りをCCW方向に巻く。このようにモータ巻線を巻くことで、モータ巻線13を取り付けるプリント回路基板15との取り付け位置が180°回転しても、モータ巻線13の巻き方は変わらず、ロータの回転方向を目的の回転方向とすることができる。
【0047】
なお、モータ巻線の巻き方は、巻き始めをCCW方向、巻き終りをCW方向としてもよい。
【0048】
このように、本実施の形態6では、モータ巻線13とプリント回路基板15の取り付け位置が、180°回転して取り付けられても目的の回転方向とすることができるので、モータ出力を向上させたブラシレス直流モータの生産性を高めることができる。
【0049】
なお、前記の実施の形態1から6はノートブック型パーソナルコンピュータの冷却用ファンモータとしているが、本発明のブラシレス直流モータは他の電子機器の冷却に使用するファンモータとしてもよい。
【0050】
また、前記の実施の形態6ではモータのスロット数を4スロットとしているが、スロット数が偶数であれば、スロット数がいくつでもよい。
【0051】
また、前記の実施の形態1から5のモータ構造は、周対向型、面対向型、スロット付き型、スロットレス型、コア付き型、コアレス型、インナーロータ形、アウターロータ形など、どのようなモータ構造でもよい。
【0052】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように本発明は、モータ巻線の相数を二相とし、かつ、モータ巻線への通電方法は、モータ巻線の各相に流れる電流の位相差を180°、または、位相差ゼロとし、電流をモータ巻線の両方向に流す全波駆動方式としたもので、モータ出力を大幅に向上させることができ、小型に、かつ、低廉なブラシレス直流モータを提供できるものであり、その効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1であるブラシレス直流モータの回路構成図
【図2】本発明の実施の形態2であるブラシレス直流モータの回路構成図
【図3】本発明の実施の形態3であるブラシレス直流モータの回路構成図
【図4】本発明の実施の形態4であるブラシレス直流モータの回路構成図
【図5】本発明の実施の形態5であるブラシレス直流モータの回路構成図
【図6】本発明の実施の形態6であるブラシレス直流モータの巻線図
【図7】プリント回路基板とモータ巻線が一体となったブラシレス直流モータのステータ図
【図8】従来のブラシレス直流モータである単相全波駆動方式の回路構成図
【図9】従来のブラシレス直流モータである二相半波駆動方式の回路構成図
【図10】本発明の実施の形態1である各相に流す電流の位相差を180°としたブラシレス直流モータのモータ巻線転流のタイミングチャート
【図11】本発明の実施の形態1である各相に流す電流の位相差をゼロとしたブラシレス直流モータのモータ巻線転流のタイミングチャート
【図12】従来のブラシレス直流モータである単相全波駆動方式のモータ巻線転流のタイミングチャート
【図13】従来のブラシレス直流モータである二相半波駆動方式のモータ巻線転流のタイミングチャート
【符号の説明】
1 モータ巻線
2 ドライバIC
3 ロータ位置検出部品
4 ロータ位置検出部のバイアス抵抗
5 トランジスタ
6 プリドライバIC
7,8 パワーアンプ
9 ホール素子
10 フィードバック抵抗
11 ホール素子のバイアス抵抗
12 分圧抵抗
13 モータ巻線
14 鉄心(コア)
15 プリント回路基板
16 ロータ位置検出部品
17 モータ巻線
18 ドライバIC
19 ロータ位置検出部品
20 モータ巻線
21 トランジスタ
22 コンパレータ
23 A相の電流が流れる方向
24 B相の電流が流れる方向
25 電流が流れる方向
26 電流が流れる方向
27 A相の誘起電圧
28 B相の誘起電圧
29 A相の電流
30 B相の電流
31 A相の励磁トルク
32 B相の励磁トルク
33 A相とB相の合成励磁トルク
34 誘起電圧
35 電流
36 励磁トルク
37 A相の誘起電圧
38 B相の誘起電圧
39 A相の電流
40 B相の電流
41 A相の励磁トルク
42 B相の励磁トルク
43 A相とB相の合成励磁トルク
Claims (8)
- 回転体であるロータと、ロータ位置検出部品を有するプリント回路基板と、前記ロータを回転させるためのモータ巻線をもち、前記モータ巻線は二相であり、一方の相のモータ巻線の巻き始めと他方の相のモータ巻線の巻き始めとを対向させて、同じ方向に巻き、前記一方の相のモータ巻線の巻き終わりと前記他方の相のモータ巻線の巻き終わりとを対向させて、同じ方向に巻き、電流の方向をモータ巻線の巻き始めからモータ巻線の巻き終わりに向かう方向を正方向、逆方向を負方向としたときの各相に流れる電流の位相差がなく、前記電流を前記モータ巻線の両方向に流す全波駆動方式であることを特徴とするブラシレス直流モータ。
- 回転体であるロータと、ロータ位置検出部品を有するプリント回路基板と、前記ロータを回転させるためのモータ巻線をもち、前記モータ巻線は二相であり、一方の相のモータ巻線の巻き始めと他方の相のモータ巻線の巻き始めとを対向させて、反対の方向に巻き、前記一方の相のモータ巻線の巻き終わりと前記他方の相のモータ巻線の巻き終わりとを対向させて、反対の方向に巻き、電流の方向をモータ巻線の巻き始めからモータ巻線の巻き終わりに向かう方向を正方向、逆方向を負方向としたときの各相に流れる電流の位相を180°ずらし、前記電流を前記モータ巻線の両方向に流す全波駆動方式であることを特徴とするブラシレス直流モータ。
- 前記プリント回路基板には、前記モータ巻線を全波駆動するためのドライバICを二つ有し、前記ドライバICは前記モータ巻線の各相に一つずつ配置され、前記モータ巻線の各相は前記ドライバIC一つによって全波駆動されることを特徴とする請求項1、または、請求項2に記載のブラシレス直流モータ。
- 前記プリント回路基板には、前記モータ巻線を全波駆動するためのトランジスタを数個と前記トランジスタを動作させるプリドライバICを有し、前記トランジスタは前記モータ巻線の各相を全波駆動することを特徴とする請求項1、または、請求項2に記載のブラシレス直流モータ。
- ロータ位置検出部品は一つであり、一つのロータ位置検出部品で前記ドライバIC二つを動作させることを特徴とする請求項3に記載のブラシレス直流モータ。
- ロータ位置検出部品は一つであり、一つのロータ位置検出部品で前記プリドライバICを動作させることを特徴とする請求項4に記載のブラシレス直流モータ。
- ロータ位置検出部品は一つであり、前記モータ巻線の各相は、BTL(バランスドトランスフォーマーレス)駆動されていることを特徴とする請求項1、または、請求項2に記載のブラシレス直流モータ。
- モータ巻線は、プリント回路基板と接続され、前記モータ巻線は、2スロット以上の偶数個のスロットを有し、前記モータ巻線と前記プリント回路基板が180°回転して取り付けられても、目的の回転方向にロータが回転するように前記モータ巻線を巻いていることを特徴とする請求項1から請求項7に記載のブラシレス直流モータ。
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