JP5660488B2 - Brushless DC motor and drive circuit thereof - Google Patents

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Description

本発明は、ブラシレスDCモータ及びその駆動回路に関し、詳しくは、簡素な構成により正転及び逆転の制御を可能としたブラシレスDCモータ及びその駆動回路に関する。   The present invention relates to a brushless DC motor and a drive circuit thereof, and more particularly to a brushless DC motor and a drive circuit thereof capable of controlling forward rotation and reverse rotation with a simple configuration.

ブラシレスDCモータは、低速でも始動トルクが大きく、一定速度に安定した回転で高速運転が可能で、ブラシや整流子がないため運転中に火花が発生しないので雑音の原因になる電波を発生しないなどの特徴があり、この特徴を活かして医療機械、事務機器、OA機器、自動制御機器などの産業用モータとして広く利用されている。
特に、単相または2相のブラシレスDCモータは、モータ自体及びその駆動回路を比較的簡素な構成により低コストで実現できるため、例えば電子機器冷却用のファンモータのような、コスト要求の厳しい用途に適している。
Brushless DC motors have a large starting torque even at low speeds, can operate at high speeds with a stable rotation at a constant speed, and since there are no brushes or commutators, no sparks are generated during operation, so no radio waves causing noise are generated. Taking advantage of this feature, it is widely used as an industrial motor for medical machines, office equipment, OA equipment, automatic control equipment and the like.
In particular, since a single-phase or two-phase brushless DC motor can be realized at a low cost by a relatively simple configuration of the motor itself and its drive circuit, for example, a demanding application such as a fan motor for cooling an electronic device. Suitable for

従来、単相または2相のブラシレスDCモータは、所定の回転方向への安定した自起動性を確保するため、モータの非通電時に、回転子の磁極中心が、固定子鉄心の突極の中心よりも(上記所定の回転方向に関して)正方向側に移動した状態で停止するように構成される場合が多い。このような構成は、例えば、固定子鉄心の突極の形状を突極の中心線に対して左右非対称に形成することによって達成される(例えば、特許文献1)。   Conventionally, in a single-phase or two-phase brushless DC motor, in order to ensure stable self-startability in a predetermined rotation direction, the rotor magnetic pole center is the center of the salient pole of the stator core when the motor is not energized. In many cases, it is configured to stop in a state of moving to the positive direction side (with respect to the predetermined rotation direction). Such a configuration is achieved, for example, by forming the shape of the salient pole of the stator core asymmetrically with respect to the center line of the salient pole (for example, Patent Document 1).

特開平11−332193号公報JP 11-332193 A

しかしながら、特許文献1に記載されたようなブラシレスDCモータは、その構成上、所定の回転方向として予め設定された一方向にのみ回転子を回転させることが想定されており、駆動回路により回転子の正転及び逆転を制御することはできない。
一方、例えば3相ブラシレスDCモータによれば、駆動回路による制御の下に、各相に流れるコイル電流の転流パターンを変更することにより、正転及び逆転の制御が可能であるものの、単相及び2相のブラシレスDCモータと比較して、モータ自体及びその駆動回路の構成が複雑となり、コストの増大につながる。
However, the brushless DC motor described in Patent Document 1 is supposed to rotate the rotor only in one direction set in advance as a predetermined rotation direction because of its configuration, and the rotor is driven by a drive circuit. It is not possible to control forward and reverse rotation.
On the other hand, a three-phase brushless DC motor, for example, can control forward rotation and reverse rotation by changing the commutation pattern of the coil current flowing in each phase under the control of the drive circuit. Compared with the two-phase brushless DC motor, the configuration of the motor itself and its drive circuit are complicated, leading to an increase in cost.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡素な構成により正転及び逆転の制御が可能なブラシレスDCモータ及びその駆動回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a brushless DC motor capable of controlling forward rotation and reverse rotation with a simple configuration and a drive circuit thereof.

以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、さらに他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。   The following aspects of the present invention exemplify the configuration of the present invention, and will be described separately for easy understanding of various configurations of the present invention. Each section does not limit the technical scope of the present invention, and some of the components of each section are replaced, deleted, or further, while referring to the best mode for carrying out the invention. Those to which the above components are added can also be included in the technical scope of the present invention.

(1)複数の突極を有する固定子と、前記固定子が有する全ての前記突極に巻回されたコイルと、前記固定子に対向して配置された永久磁石を有する回転子とを備えるブラシレスDCモータにおいて、前記固定子が有する全ての前記突極の先端部は、前記突極の中心線に対して左右非対称形状に形成されており、前記固定子が有する全ての前記突極にわたって、隣り合う前記突極は、前記先端部の同一形状側同士が対向していることを特徴とするブラシレスDCモータ(請求項1)。 (1) A stator having a plurality of salient poles, a coil wound around all the salient poles of the stator, and a rotor having a permanent magnet disposed to face the stator. In the brushless DC motor, the tips of all the salient poles of the stator are formed in an asymmetric shape with respect to the center line of the salient pole, and all the salient poles of the stator have The brushless DC motor according to claim 1, wherein the adjacent salient poles face each other on the same shape side of the tip portion.

本項に記載のブラシレスDCモータにおいて、好ましくは、前記回転子は、前記固定子と対向する面に異極が交互に配置されるように偶数極に着磁された永久磁石を有し、前記固定子は、前記永久磁石の極数と同数の突極を有するものであり、さらに好ましくは、前記回転子は、4極に着磁され、前記固定子は、4つの突極を有するものである。 In the brushless DC motor described in this section, preferably, the rotor has permanent magnets magnetized to even poles so that different poles are alternately arranged on a surface facing the stator, The stator has the same number of salient poles as the number of poles of the permanent magnet, and more preferably, the rotor is magnetized to four poles, and the stator has four salient poles. is there.

(2)(1)項にブラシレスDCモータにおいて、前記突極は、前記先端部と前記回転子との間のギャップが前記突極の中心線に対して左右非対称となるように形成されていることを特徴とするブラシレスDCモータ(請求項2)。 (2) In the brushless DC motor according to item (1), the salient pole is formed such that a gap between the tip and the rotor is asymmetrical with respect to the center line of the salient pole. A brushless DC motor (claim 2).

(3)(1)項に記載のブラシレスDCモータにおいて、前記突極は、前記先端部の厚みが、前記突極の中心線に対して左右非対称に形成されていることを特徴とするブラシレスDCモータ。 (3) In the brushless DC motor according to item (1), the salient pole is formed such that a thickness of the tip is asymmetrical with respect to a center line of the salient pole. motor.

(4)(1)〜(3)項に記載のブラシレスDCモータを駆動するための駆動回路であって、前記ブラシレスDCモータの正転動作及び逆転動作を行うことを特徴とする駆動回路(請求項3)。 (4) A drive circuit for driving the brushless DC motor according to any one of (1) to (3), wherein the brushless DC motor performs forward rotation and reverse rotation. Item 3).

(5)(4)項に記載の駆動回路において、前記正転動作及び逆転動作を行う前に、前記ブラシレスDCモータの予備運転を行い、前記予備運転の終了時に、前記回転子を、前記予備運転後の最初の前記コイルへの通電により前記回転子が回転方向側の前記突極に引き付けられる位置で停止させることを特徴とする駆動回路(請求項4)。
)(4)または(5)項に記載の駆動回路において、前記ブラシレスDCモータの複数の前記突極に巻回された前記コイルは、第1相及び第2相の2相のコイルからなり、かつ、隣り合う前記突極に巻回されたコイルが互いに異なる相となるように構成されており、前記駆動回路は、前記第1相のコイルと前記第2相のコイルに交互に通電する予備運転の後、前記第1相のコイルに通電した状態で前記回転子を停止させ、その後、前記第2相のコイルに通電することにより一方向に前記回転子を起動するか、または、前記第2相のコイルに通電した状態で前記回転子を停止させ、その後、前記第1相のコイルの通電することにより前記一方向とは反対の方向に前記回転子を起動することを特徴とする駆動回路。
(5) In the drive circuit according to the item (4), the brushless DC motor is preliminarily operated before the forward rotation operation and the reverse rotation operation, and the rotor is moved to the preliminary operation at the end of the preliminary operation. The drive circuit according to claim 4, wherein the rotor is stopped at a position where the rotor is attracted to the salient pole on the rotation direction side by energizing the first coil after operation.
( 6 ) In the drive circuit according to (4) or (5) , the coil wound around the plurality of salient poles of the brushless DC motor is a two-phase coil of a first phase and a second phase. And the coils wound around the adjacent salient poles are in different phases, and the drive circuit energizes the first phase coil and the second phase coil alternately. After the preliminary operation, the rotor is stopped in a state where the first phase coil is energized, and then the rotor is started in one direction by energizing the second phase coil, or The rotor is stopped in a state where the second phase coil is energized, and then the rotor is started in a direction opposite to the one direction by energizing the first phase coil. Drive circuit.

本発明に係るブラシレスDCモータ及びその駆動回路は、以上のように構成したため、簡素かつ低コストな構成のブラシレスDCモータ及びその駆動回路において、駆動回路によってモータの正転・逆転を制御することが可能になる。そして、本発明に係るブラシレスDCモータ及びその駆動回路によれば、吸気及び排気の両方が可能なファンモータを、低コストで実現することができる。   Since the brushless DC motor and its drive circuit according to the present invention are configured as described above, in the brushless DC motor and its drive circuit having a simple and low-cost configuration, the forward / reverse rotation of the motor can be controlled by the drive circuit. It becomes possible. According to the brushless DC motor and its drive circuit according to the present invention, a fan motor capable of both intake and exhaust can be realized at low cost.

本発明の一実施形態におけるブラシレスDCモータの構成及び動作を模式的に示す図であり、(a)の(1)、(2)、(3)は正転動作における各段階、(b)の(1)、(2)、(3)は逆転動作における各段階を、それぞれ回転軸に垂直な平面で切断して示す断面図である。It is a figure which shows typically the structure and operation | movement of the brushless DC motor in one Embodiment of this invention, (1) of (a), (2), (3) is each step in forward rotation operation | movement, (b) (1), (2), (3) are cross-sectional views showing each stage in the reverse rotation operation by cutting along a plane perpendicular to the rotation axis. 図1に示すブラシレスDCモータの駆動回路の例を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the example of the drive circuit of the brushless DC motor shown in FIG. 本発明の別の実施形態におけるブラシレスDCモータの構成を模式的に示す図であり、(a)は、回転軸に垂直な平面で切断して示す断面図、(b)は、固定子の1つの突極の先端部を、(a)の紙面に平行な方向から突極の中心線に沿って見た正面図、及び、その両側面図である。It is a figure which shows typically the structure of the brushless DC motor in another embodiment of this invention, (a) is sectional drawing cut | disconnected and shown by the plane perpendicular | vertical to a rotating shaft, (b) is 1 of a stator. It is the front view which looked at the front-end | tip part of one salient pole along the centerline of the salient pole from the direction parallel to the paper surface of (a), and its both side views.

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。本発明の一実施形態におけるブラシレスDCモータ10は、所謂アウターロータ構造を有するものであり、図1に示すように、固定子20と、固定子20の外周側に配置された回転子30とを含んでいる。
固定子20は、積層鉄心から形成され、モータの回転中心Oから放射状に延びるとともに周方向に等角度間隔で配置された4つの突極21〜24を有している。各突極21〜24には、それぞれコイル41〜44が巻回されており、これらのコイル41〜44は、隣り合う突極に巻回されたコイル同士が互いに異なる相となるように構成された2相のコイルからなる。本実施形態では、突極21、23に第1相(A相)のコイル41、43が巻回され、突極22、24に第2相(B相)のコイル42、44が巻回されている。
回転子30は、径方向に磁化された4つの永久磁石31〜34を、周方向に等角度間隔に円環状に配置してなり、これらの永久磁石31〜34は、隣り合う領域同士が互いに逆方向に磁化されている。図1には、回転子30の、固定子20に対向する内周面の着磁態様(すなわち、N極(領域31)、S極(領域32)、N極(領域33)、S極(領域34))が示されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The brushless DC motor 10 in one embodiment of the present invention has a so-called outer rotor structure, and includes a stator 20 and a rotor 30 disposed on the outer peripheral side of the stator 20 as shown in FIG. Contains.
The stator 20 is formed of a laminated iron core, and has four salient poles 21 to 24 that extend radially from the rotation center O of the motor and are arranged at equiangular intervals in the circumferential direction. Coils 41 to 44 are wound around the salient poles 21 to 24, respectively, and these coils 41 to 44 are configured such that coils wound around adjacent salient poles are in different phases. It consists of two-phase coils. In the present embodiment, first-phase (A-phase) coils 41 and 43 are wound around salient poles 21 and 23, and second-phase (B-phase) coils 42 and 44 are wound around salient poles 22 and 24. ing.
The rotor 30 is formed by arranging four permanent magnets 31 to 34 magnetized in the radial direction in an annular shape at equal angular intervals in the circumferential direction, and these permanent magnets 31 to 34 are adjacent to each other. Magnetized in the opposite direction. In FIG. 1, magnetization of the inner surface of the rotor 30 facing the stator 20 (ie, N pole (region 31), S pole (region 32), N pole (region 33), S pole ( Region 34)) is shown.

さらに、ブラシレスDCモータ10において、固定子20の各突極21〜24の先端部11〜14は、その形状が、突極21〜24の中心線(コイル41〜44の中心線)c1〜c4に対して、左右非対称となるように形成されている。
尚、本実施形態において、突極21の中心線c1に対する左右方向とは、図1(a)の(1)に突極21を例として示すように、突極21の中心線c1から反時計回り(CCW)及び時計回り(CW)の方向をいい、例えば、図1上、反時計回り(CCW)方向を左方向、時計回り(CW)方向を右方向とする。他の突極22〜24についても同様である。
Further, in the brushless DC motor 10, the tip portions 11 to 14 of the salient poles 21 to 24 of the stator 20 have shapes that are center lines of the salient poles 21 to 24 (center lines of the coils 41 to 44) c 1 to c 4. On the other hand, it is formed to be asymmetrical.
In the present embodiment, the left-right direction with respect to the center line c1 of the salient pole 21 is counterclockwise from the center line c1 of the salient pole 21 as shown by way of example in FIG. The directions are clockwise (CCW) and clockwise (CW). For example, in FIG. 1, the counterclockwise (CCW) direction is the left direction, and the clockwise (CW) direction is the right direction. The same applies to the other salient poles 22-24.

各突極21〜24の先端部11〜14は、具体的には、回転子30の内周面との対向面積を大きくするために左右に張り出すように形成されるとともに、突極21、23では、先端部11、13の回転子30に対向する面の、中心線c1、c3の右側が上面視円弧状11b、13bに形成され、中心線c1、c3の左側が上面視直線状11a、13aに形成されている。また、突極22、24では、先端部12、14の回転子30に対向する面の、中心線c2、c4の左側が上面視円弧状12b、14bに形成され、中心線c2、c4の右側が、上面視直線状12a、14aに形成されている。   Specifically, the tip portions 11 to 14 of the salient poles 21 to 24 are formed so as to protrude to the left and right in order to increase the facing area with the inner peripheral surface of the rotor 30, and the salient poles 21, 23, the right sides of the center lines c1 and c3 of the surfaces of the front end portions 11 and 13 facing the rotor 30 are formed into arc shapes 11b and 13b in the top view, and the left sides of the center lines c1 and c3 are linear in the top view 11a. , 13a. In the salient poles 22 and 24, the left sides of the center lines c2 and c4 of the surfaces facing the rotor 30 of the tip portions 12 and 14 are formed into arcuate shapes 12b and 14b in the top view, and the right sides of the center lines c2 and c4. Are formed in a straight line shape 12a, 14a in a top view.

これによって、各突極21〜24について、その先端部11〜14と回転子30との間のギャップは、円弧状側11b〜14bで狭く、直線状側11a〜14a側で広くなるように、突極21〜24の中心線c1〜c4に対して左右非対称となっている。
さらに、各突極21〜24の先端部11〜14を上記のように形成したことにより、ブラシレスDCモータ10において、隣り合う突極は、先端部の同一形状側同士が対向しているものである。すなわち、突極21は、その右隣の突極22と、それぞれの先端部11、12の円弧状側同士11b、12bを対向させ、突極22は、その右隣の突極23と、それぞれの先端部12、13の直線状側同士12a、13aを対向させ、突極23は、その右隣の突極24と、それぞれの先端部13、14の円弧状側同士13b、14bを対向させ、突極24は、その右隣の突極21と、それぞれの先端部14、11の直線状側同士14a、11aを対向させている。
ここで、各突極21〜24の先端形状を円弧状と直線状を組み合わせた形状と説明したが、この形状に限定されるものではなく、回転子と固定子との間のギャップが左右で非対称の形状であれば、どのような組み合わせをした形状を用いてもよい。
Thereby, about each salient pole 21-24, the gap between the front-end | tip parts 11-14 and the rotor 30 is narrow on the arcuate side 11b-14b, and is wide on the linear side 11a-14a side, It is asymmetrical with respect to the center lines c1 to c4 of the salient poles 21 to 24.
Furthermore, by forming the tip portions 11 to 14 of the salient poles 21 to 24 as described above, in the brushless DC motor 10, the adjacent salient poles are the same shape sides of the tip portions facing each other. is there. That is, the salient pole 21 faces the right-side salient pole 22 and the arc-shaped sides 11b and 12b of the tip portions 11 and 12, respectively, and the salient pole 22 and the right-side salient pole 23 respectively. The straight sides 12a and 13a of the tip portions 12 and 13 are opposed to each other, and the salient pole 23 is opposed to the salient pole 24 on the right side and the arc-shaped sides 13b and 14b of the tip portions 13 and 14 are opposed to each other. The salient pole 24 opposes the salient pole 21 on the right and the linear sides 14a and 11a of the tip portions 14 and 11 respectively.
Here, the tip shape of each of the salient poles 21 to 24 has been described as a combination of an arc shape and a linear shape. However, the shape is not limited to this shape, and the gap between the rotor and the stator is left and right. Any combination of shapes that are asymmetrical may be used.

尚、ブラシレスDCモータ10は、従来のブラシレスモータと同様に、回転子30の回転位置を検出するための手段(図示は省略する)を備えており、この手段は、好ましくは、1つの磁気センサ(例えば、ホール素子)からなるものである。   The brushless DC motor 10 includes means (not shown) for detecting the rotational position of the rotor 30 as in the case of the conventional brushless motor, and this means is preferably one magnetic sensor. (For example, a Hall element).

図2に、ブラシレスDCモータ10を駆動するために好適な駆動回路の例を示す。図2に示す駆動回路50は、所謂2相半波駆動回路として構成されており、φは固定子に巻回されたA相のコイル(図1のコイル41、43に相当)、φは固定子に巻回されたB相のコイル(図1のコイル42、44に相当)、Q1、Q2は、それぞれコイルφ、φに電流を流す出力トランジスタであり、2相のコイルφ、φの共通接続点は、電源電圧Vに接続される。また、図2に示す回路例では、2相のコイルφ、φのそれぞれに並列に、ダイオードD及びツェナーダイオードZDからなるクランプ回路が接続されている。 FIG. 2 shows an example of a drive circuit suitable for driving the brushless DC motor 10. Driving circuit shown in FIG. 2 50 is configured as a two-phase half-wave drive circuit so-called (corresponding to coil 41 and 43 in FIG. 1) phi A coil of phases wound on the stator A, phi B Is a B-phase coil wound around the stator (corresponding to the coils 42 and 44 in FIG. 1), Q1 and Q2 are output transistors for supplying current to the coils φ A and φ B , respectively. a, common connection point of the phi B is connected to the power supply voltage V. In the circuit example shown in FIG. 2, a clamp circuit including a diode D and a Zener diode ZD is connected in parallel to each of the two-phase coils φ A and φ B.

また、駆動回路50は、出力トランジスタQ1、Q2のオン・オフを制御するためのマイクロコンピュータ(マイコン)52と、電源電圧Vを降圧してマイコン52に所定の電圧を供給するための低電圧電源回路51も備えており、マイコン52は、図示しない磁気センサからの信号等に基づいて出力トランジスタQ1、Q2のオン・オフを制御することによって、2相のコイルφ、φへの通電を適切タイミングで切換えることにより、ブラシレスDCモータ10を駆動するものである。 The drive circuit 50 includes a microcomputer 52 for controlling on / off of the output transistors Q1 and Q2, and a low voltage power source for stepping down the power supply voltage V and supplying a predetermined voltage to the microcomputer 52. A circuit 51 is also provided, and the microcomputer 52 energizes the two-phase coils φ A and φ B by controlling on / off of the output transistors Q1 and Q2 based on a signal from a magnetic sensor (not shown). The brushless DC motor 10 is driven by switching at an appropriate timing.

さらに、駆動回路50において、マイコン52は、ブラシレスDCモータ10の正転動作及び逆転動作を実施するものであり、以下、これらの動作について説明する。尚、以下の説明において、図1上、時計回り(CW)に回転子30が回転する動作を正転動作、反時計回り(CW)に回転子30が回転する動作を逆転動作という。
また、ブラシレスDCモータ10において、コイル41〜44は、A相(41、43)への通電時に、突極21、23の先端部11、13側をN極に励磁し、B相(42、44)への通電時に、突極22、24の先端部12、14側をN極に励磁するように巻回されている。
Furthermore, in the drive circuit 50, the microcomputer 52 performs forward rotation operation and reverse rotation operation of the brushless DC motor 10, and these operations will be described below. In the following description, in FIG. 1, the operation of rotating the rotor 30 clockwise (CW) is referred to as normal rotation operation, and the operation of rotating the rotor 30 counterclockwise (CW) is referred to as reverse rotation operation.
In the brushless DC motor 10, the coils 41 to 44 excite the tip portions 11 and 13 of the salient poles 21 and 23 to the N pole when energizing the A phase (41 and 43), and the B phase (42, 42 44), the tip ends 12, 14 of the salient poles 22, 24 are wound so as to excite the N pole.

まず、図1(a)を参照して、ブラシレスDCモータ10の正転動作について説明する。駆動回路50は、コイル41〜44の非通電状態であり、回転子30が固定子20に対して静止している状態(例えば、(1)に示す状態)から、A相(41、43)への通電と、B相(42、44)への通電とを数回切換える予備運転を行い、最終的にA相(41、43)への通電状態で、予備運転を終了する。
予備運転の間の回転子30の回転が正転または逆転のいずれであるかは、一般には不定である。しかし、予備運転の終了時には、回転子30のS極32、34が、N極に励磁された突極21、23の先端部11、13に引き付けられることによって、回転子30は、1つのS極(図示の例では、32)の磁極中心と、突極21の中心が略一致し、他のS極(図示の例では、34)の磁極中心と、突極23の中心が略一致する位置で停止する(図1(a)の(2))。
First, the forward rotation operation of the brushless DC motor 10 will be described with reference to FIG. The drive circuit 50 is in a non-energized state of the coils 41 to 44, and from the state where the rotor 30 is stationary with respect to the stator 20 (for example, the state shown in (1)), the A phase (41, 43). The preliminary operation is performed by switching between the energization to the B phase and the energization to the B phase (42, 44) several times, and finally the preparatory operation is terminated in the energized state to the A phase (41, 43).
It is generally uncertain whether the rotation of the rotor 30 during the preliminary operation is normal rotation or reverse rotation. However, at the end of the preliminary operation, the S poles 32 and 34 of the rotor 30 are attracted to the tips 11 and 13 of the salient poles 21 and 23 excited to the N pole, so that the rotor 30 has one S The magnetic pole center of the pole (32 in the illustrated example) and the center of the salient pole 21 substantially coincide, and the magnetic pole center of the other S pole (34 in the illustrated example) and the center of the salient pole 23 substantially coincide. It stops at the position ((2) in FIG. 1 (a)).

次いで、駆動回路50は、通電するコイルをB相(42、44)へ切換えることによって、ブラシレスDCモータの通常運転を起動する(図1(a)の(3))。
これによって、突極22、24の先端部12、14側がN極に励磁される。そして、回転子30の1つのS極(図示の例では、32)が、突極22の先端部12と突極24の先端部14のうち、ギャップの狭い円弧状側12bが近接する先端部12に引き付けられ、同様に、他方のS極(図示の例では、34)が、ギャップの狭い円弧状側14bが近接する先端部14に引き付けられることにより、正転動作(CW方向の回転)を開始する。
その後、駆動回路50は、磁極センサの信号等に基づく、A相(41、43)への通電とB相(42、44)への通電を適切なタイミングで切換えることにより、正転方向の通常運転を行う。
Next, the drive circuit 50 starts normal operation of the brushless DC motor by switching the energized coil to the B phase (42, 44) ((3) in FIG. 1A).
Thereby, the tip end portions 12 and 14 side of the salient poles 22 and 24 are excited to the N pole. Then, one S pole (32 in the illustrated example) of the rotor 30 is a tip portion of the tip portion 12 of the salient pole 22 and the tip portion 14 of the salient pole 24 that is close to the arcuate side 12b having a narrow gap. Similarly, the other S pole (34 in the example shown in the figure) is attracted to the tip portion 14 that is close to the arcuate side 14b with a narrow gap, thereby rotating forward (rotation in the CW direction). To start.
Thereafter, the drive circuit 50 switches between energization to the A phase (41, 43) and energization to the B phase (42, 44) at an appropriate timing based on the signal of the magnetic pole sensor, etc. Do the driving.

次に、図1(b)を参照して、ブラシレスDCモータ10の逆転動作について説明する。駆動回路50は、コイル41〜44の非通電状態であり、回転子30が固定子20に対して静止している状態(例えば、(1)に示す状態)から、A相(41、43)への通電と、B相(42、44)への通電とを数回切換える予備運転を行い、最終的にB相(42、44)への通電状態で、予備運転を終了する。
予備運転の間の回転子30の回転が正転または逆転のいずれであるかは、一般には不定である。しかし、予備運転の終了時には、回転子30のS極32、34が、N極に励磁された突極22、24の先端部12、14に引き付けられることによって、回転子30は、1つのS極(図示の例では、32)の磁極中心と、突極22の中心が略一致し、他のS極(図示の例では、34)の磁極中心と、突極24の中心が略一致する位置で停止する(図1(b)の(2))。
Next, the reverse rotation operation of the brushless DC motor 10 will be described with reference to FIG. The drive circuit 50 is in a non-energized state of the coils 41 to 44, and from the state where the rotor 30 is stationary with respect to the stator 20 (for example, the state shown in (1)), the A phase (41, 43). The preliminary operation is performed by switching between the energization to the B phase and the energization to the B phase (42, 44) several times, and finally the preparatory operation is completed in the energized state to the B phase (42, 44).
It is generally uncertain whether the rotation of the rotor 30 during the preliminary operation is normal rotation or reverse rotation. However, at the end of the preliminary operation, the S poles 32 and 34 of the rotor 30 are attracted to the tips 12 and 14 of the salient poles 22 and 24 excited to the N pole, so that the rotor 30 has one S The magnetic pole center of the pole (32 in the illustrated example) and the center of the salient pole 22 substantially coincide, and the magnetic pole center of the other S pole (34 in the illustrated example) and the center of the salient pole 24 substantially coincide. Stops at the position ((2) in FIG. 1B).

次いで、駆動回路50は、通電するコイルをA相(41、43)へ切換えることによって、ブラシレスDCモータの通常運転を起動する(図1(b)の(3))。
これによって、突極21、23の先端部11、13側がN極に励磁される。そして、回転子30の1つのS極(図示の例では、32)が、突極21の先端部11と突極23の先端部13のうち、ギャップの狭い円弧状側11bが近接する先端部11に引き付けられ、同様に、他方のS極(図示の例では、34)が、ギャップの狭い円弧状側13bが近接する先端部13に引き付けられることにより、逆転動作(CCW方向の回転)を開始する。
その後、駆動回路50は、磁極センサの信号等に基づいて、A相(41、43)への通電とB相(42、44)への通電を適切なタイミングで切換えることにより、逆転方向の通常運転を行う。
Next, the drive circuit 50 starts normal operation of the brushless DC motor by switching the energized coil to the A phase (41, 43) ((3) in FIG. 1B).
As a result, the tips 11 and 13 of the salient poles 21 and 23 are excited to the N pole. Then, one S pole (32 in the illustrated example) of the rotor 30 is a tip portion of the tip portion 11 of the salient pole 21 and the tip portion 13 of the salient pole 23 that is close to the arcuate side 11b having a narrow gap. Similarly, the other S pole (34 in the illustrated example) is attracted to the tip 13 that is close to the arcuate side 13b with a narrow gap, so that the reverse rotation (rotation in the CCW direction) is performed. Start.
Thereafter, the drive circuit 50 switches the energization to the A phase (41, 43) and the energization to the B phase (42, 44) at an appropriate timing based on the signal of the magnetic pole sensor, etc. Do the driving.

尚、駆動回路50において、上述したようなブラシレスDCモータ10の正転動作及び逆転動作の起動制御手順は、好ましくは、マイコン52の作動を指令するプログラムとして、マイコン52に内蔵のまたは外付けの記憶手段に保存されており、マイコン52は、このプログラムにしたがって出力トランジスタQ1、Q2のオン・オフを制御することにより、上記制御手順を実行するものである。また、その際、ブラシレスDCモータ10の正転動作及び逆転動作の切換は、外部からマイコン52に入力される回転方向指令信号(図示は省略する)等に基づいて行われるものであってもよい。   In the drive circuit 50, the startup control procedure of the forward rotation operation and the reverse rotation operation of the brushless DC motor 10 as described above is preferably performed as a program for instructing the operation of the microcomputer 52. The microcomputer 52 is stored in the storage means, and executes the control procedure by controlling on / off of the output transistors Q1 and Q2 in accordance with this program. Further, at that time, switching between the forward rotation operation and the reverse rotation operation of the brushless DC motor 10 may be performed based on a rotation direction command signal (not shown) input to the microcomputer 52 from the outside. .

本実施形態におけるブラシレスDCモータ10及びその駆動回路50によれば、2相半波駆動方式のブラシレスDCモータ10及びその駆動回路50といった、簡素かつ低コストな構成において、駆動回路50によってモータ10の正転・逆転を制御することが可能になる。そして、ブラシレスDCモータ10及びその駆動回路50によれば、吸気及び排気の両方が可能なファンモータを、低コストで実現することができる。 According to the brushless DC motor 10 and its drive circuit 50 in the present embodiment, the drive circuit 50 allows the motor 10 to be used in a simple and low-cost configuration such as the two-phase half-wave drive type brushless DC motor 10 and its drive circuit 50. It becomes possible to control forward rotation and reverse rotation. According to the brushless DC motor 10 and its drive circuit 50, a fan motor capable of both intake and exhaust can be realized at low cost.

次に、図3を参照して、本発明の別の実施形態におけるブラシレスDCモータ60について説明する。但し、本実施形態におけるブラシレスDCモータ60は、図1に示すブラシレスDCモータ10と比較して、固定子70の突極81〜84の先端部71〜74の形状が相違するのみであるため、重複する部分の説明は適宜省略し、以下では、その相違点について説明する。   Next, a brushless DC motor 60 according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. However, the brushless DC motor 60 in the present embodiment is different from the brushless DC motor 10 shown in FIG. 1 only in the shapes of the tip portions 71 to 74 of the salient poles 81 to 84 of the stator 70. The description of overlapping parts is omitted as appropriate, and the differences will be described below.

ブラシレスDCモータ60において、固定子70の突極81〜84の先端部71〜74は、その厚みが突極81〜84の中心線に対して左右非対称に形成されている。具体的には、図3(b)に突極83の先端部73を例として示すように、先端部73は、その回転子30に対向する面73cを、図3(a)の紙面に平行な方向から中心線c3に沿って見たときに、中心線c3の左右方向の一端側73dを長辺、他端側73eを短辺する略台形状に形成されており、この一端側73dから他端側73eにかけて厚みが減少するものである。他の突極71、72、74についても同様である。
そして、ブラシレスDCモータ60は、その先端部71〜74について、回転子30との間のギャップは一様であっても、突極の中心線に対して厚みの厚い側及び薄い側が、それぞれ、ギャップが狭い側及び広い側と同等に機能することによって、図2に示す駆動回路50を用いて、図1に示すブラシレスDCモータ10と同等の作用効果を奏するものである。
尚、勿論、ブラシレスDCモータ60において、隣り合う突極は、それぞれの先端部の上記長辺をなす一端側同士、及び、上記短辺をなす一端側同士が対向するように構成される。
また、本実施形態では、突極の形状を略台形状と説明したが、この形状に限定されるものではなく、中心線c3の左右で非対称の形状であれば、どのような形状を用いてもよい。
In the brushless DC motor 60, the tips 71 to 74 of the salient poles 81 to 84 of the stator 70 are formed so that the thickness thereof is asymmetric with respect to the center line of the salient poles 81 to 84. Specifically, as shown in FIG. 3B as an example of the tip 73 of the salient pole 83, the tip 73 has a surface 73c facing the rotor 30 parallel to the paper surface of FIG. When viewed from the center direction along the center line c3, one end side 73d in the left-right direction of the center line c3 is formed in a substantially trapezoidal shape having a long side and the other end side 73e being a short side. The thickness decreases toward the other end side 73e. The same applies to the other salient poles 71, 72, 74.
And the brushless DC motor 60 has a thick side and a thin side with respect to the center line of the salient pole, respectively, even if the gap between the tip portions 71 to 74 and the rotor 30 is uniform. By functioning equivalently to the narrow side and the wide side, the driving circuit 50 shown in FIG. 2 is used to achieve the same operational effects as the brushless DC motor 10 shown in FIG.
Of course, in the brushless DC motor 60, the adjacent salient poles are configured such that one end side forming the long side and the one end side forming the short side of each tip end face each other.
In the present embodiment, the shape of the salient pole is described as a substantially trapezoidal shape. However, the shape is not limited to this shape, and any shape can be used as long as the shape is asymmetric on the left and right of the center line c3. Also good.

以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、ブラシレスDCモータ10、70及びその駆動回路50は、4極4スロットの2相半波駆動方式のブラシレスDCモータ及びその駆動回路としたが、本発明に係るブラシレスDCモータは、回転子の磁極の極数と固定子の突極の数(スロット数)とが同一の偶数であれば、適用可能なものである。さらに、本発明に係るブラシレスDCモータ及びその駆動回路は、単相全波駆動方式のものであってもよい。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on suitable embodiment, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, in the above-described embodiment, the brushless DC motors 10 and 70 and their drive circuits 50 are 4-pole 4-slot 2-phase half-wave drive type brushless DC motors and their drive circuits. The motor is applicable if the number of poles of the rotor magnetic pole and the number of salient poles of the stator (number of slots) are the same even number. Furthermore, the brushless DC motor and its drive circuit according to the present invention may be of a single phase full wave drive system.

10,60:ブラシレスDCモータ、11〜14,71〜74:先端部、20:固定子、21〜24:突極、30:回転子、31〜34:永久磁石、41,43:コイル(A相)、42,44:コイル(B相)、50:駆動回路、51:低電圧電源回路、52:マイクロコンピュータ、c1〜c4:突極の中心線、Q1,Q2:出力トランジスタ、φA:コイル(A相)、φ:コイル(B相)、V:電源電圧 10, 60: brushless DC motor, 11-14, 71-74: tip, 20: stator, 21-24: salient pole, 30: rotor, 31-34: permanent magnet, 41, 43: coil (A Phase), 42, 44: coil (phase B), 50: drive circuit, 51: low voltage power supply circuit, 52: microcomputer, c1 to c4: salient pole center line, Q1, Q2: output transistor, φA: coil (A phase), φ B : Coil (B phase), V: Power supply voltage

Claims (4)

複数の突極を有する固定子と、前記固定子が有する全ての前記突極に巻回されたコイルと、前記固定子に対向して配置された永久磁石を有する回転子とを備えるブラシレスDCモータにおいて、
前記固定子が有する全ての前記突極の先端部は、前記突極の中心線に対して左右非対称形状に形成されており、前記固定子が有する全ての前記突極にわたって、隣り合う前記突極は、前記先端部の同一形状側同士が対向していることを特徴とするブラシレスDCモータ。
A brushless DC motor comprising a stator having a plurality of salient poles, a coil wound around all the salient poles of the stator, and a rotor having a permanent magnet disposed facing the stator. In
The tips of all the salient poles of the stator are formed in an asymmetric shape with respect to the center line of the salient pole, and the salient poles adjacent to each other across all the salient poles of the stator. Is a brushless DC motor characterized in that the same shape sides of the tip end face each other.
前記突極は、前記先端部と前記回転子との間のギャップが前記突極の中心線に対して左右非対称となるように形成されていることを特徴とする請求項1に記載のブラシレスDCモータ。   2. The brushless DC according to claim 1, wherein the salient pole is formed such that a gap between the tip portion and the rotor is asymmetrical with respect to a center line of the salient pole. motor. 請求項1または2に記載のブラシレスDCモータを駆動するための駆動回路であって、前記ブラシレスDCモータの正転動作及び逆転動作を行うことを特徴とする駆動回路。   3. A drive circuit for driving the brushless DC motor according to claim 1, wherein the brushless DC motor performs a forward rotation operation and a reverse rotation operation. 前記正転動作及び逆転動作を行う前に、前記ブラシレスDCモータの予備運転を行い、前記予備運転の終了時に、前記回転子を、前記予備運転後の最初の前記コイルへの通電により前記回転子が回転方向側の前記突極に引き付けられる位置で停止させることを特徴とする請求項3に記載の駆動回路。Before performing the forward rotation operation and the reverse rotation operation, a preliminary operation of the brushless DC motor is performed, and at the end of the preliminary operation, the rotor is energized by first energizing the coil after the preliminary operation. The driving circuit according to claim 3, wherein the driving circuit is stopped at a position attracted to the salient pole on the rotation direction side.
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