JPH01133548A - 周波数発電機及びブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はモータの速度制御用等として利用される周波数
発電機、及びその周波数発電機を使用したブラシレスモ
ータに関するものであり、ＯＡ機器において各種モータ
の回転速度制御用等として使用される。

従来の技術 以下、従来の周波数発電機について説明する。

従来、この種の周波数発電機においては多極着磁のマグ
ネットの各磁極に対して２ｎ−１（ｎは自然数）個の発
電線素を有しこれらの発電線素が直列に接続されその両
端に出力端子を設けた構造のものが提案されている（特
公昭５９−２０２６７号公報、特開昭６１−２８５０４
９号公報）。

以下、図面を用いて具体的に説明する。

第７図は前記した周波数発電機の概略断面図であり、第
８図は前記２つの公報のうち前者の周波数発電機の要部
の分解斜視図、第９図はその発電線素パターン図、第１
０図は後者の発電線素パターン図である。

これらの図において、３０は多極着磁されたマグネット
、３１はマグネット３０を支持し磁気回路を形成するロ
ータヨークで回転軸３２に固定されている。３３は発電
線素がその表面に形成されたパターン基板、３４はマグ
ネット３０とパターン基板３３の間に配置された駆動コ
イルである。

そしてパターン基板３３上には第８図に示すように発電
線素３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、・・・が等間隔にしかも
前記マグネットに対向して設けられている。そして発電
線素は直列に接続されている。

なお本従来例では磁極数は１２１発電線素の個数も１２
である。

またパターン基板３３の底面（即ち発電線素が形成され
ている面とは反対の面〉にはホール素子（図示せず）が
３個取付られ、これらの構成要素により前記マグネット
３０の磁極位置を検出して駆動コイル３４へ流す駆動電
流の切換を行なっている。また第１０図に示しているよ
うに後者の従来例ではパターン基板３６上に設けられる
発電線素が仮想Ｍ３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄの部
分では省かれ、発電線素３７ａと３７ｂの間にホおいて
ロータが回転すると、ロータからの磁束が発電線素を横
切って移動するため各発電線素に誘起電圧が生じる。ま
た各発電線素は直列に接続されているためその両端３９
ａ、３９ｂ間には夫ノ２の誘起電圧が加算されて出力さ
れるのである。上記第１の従来例においてホール素子や
その他の部品を実装する場合、パターン基板の上面には
発電線素が多数形成されているため前記部品の実装が困
難となる。このためパターン基板を両面基板にして裏面
に前記部品を実装するか、あるいはパターン基板の外径
を大きく形成し発電線素の内周倒に前記部品を実装する
かしていた。従ってコストアップにつながったり、また
周波数発電機の小型化の障害となっていた。

これに対し上記した第２の従来例のものでは、片面基板
でしかもパターン基板の外径を大きくすることなく部品
の実装が行なえるが、発電線素の数が第１の従来例に比
較して少ないため出力電圧が低下し周波数発電機として
の特性が劣化してしまうという新たな問題が発生してい
た。

問題点を解決するための手段 そこで本発明の周波数発電機は以下のような構成とした
。

即ち、パターン基板の中心より放射上に且つ等間隔に仮
想線を設け、隣あった仮想線同志で対を形成しその対の
内の幾つかを特定しその特定された対の２つの仮想線を
互に近付く方向へあるいは互いに離れる方向へほぼ同じ
距離だけ移動させた位置及び特定されなかった対の仮想
線の位置に発電線素を形成し、発電線素を直列に接続し
た。

作　　用 特定された対の仮想線に対応した発電線素の内側あるい
は外側にはその他の対の仮想線に対応する発電線素間の
スペースよりも広（スペースが形成されることとなり、
当部分への部品の実装が行い易（なる。しかも特定され
た対の２つの仮想線に対応して形成された発電線素間に
得られる電圧波形は、特定されていない対の仮想線に対
応して形成された発電線素間に得られる電圧波形と同位
相になる。

実　　施　　例 以下本発明の一実施例につき図面を参照して説明する。

第１図は一実施例の周波数発電機を用いたブラシレスモ
ータの断面図、第２図はそのロータ部の斜視図である。

また第１図に示したブラシレスモータはホール素子を３
個備え、またロータマグネットは１２極に着磁され、ス
テータには９個のスロットが設けられている。

図において１は樹脂マグネット（以降は単にマグネット
と称する）であり第２図に示すように内周面と端面とが
同極となるように着磁されている。

２は重犯マグネット１を保持したロータヨークでありロ
ータボス１１により回転軸９に固定されている。３は駆
動用コイル、４はスロットに前記駆動用コイル３を巻回
し゛たステータコアでありマグネットｌの内周面と対向
して配置されている。

５はパターン基板、６はパターン基板上に配置されたホ
ール素子で各々マグネット１の端面に対向している。７
はステータフレーム、８は回転軸を支持する軸受、１０
は成型樹脂であり駆動用コイル３．ステータコア４．パ
ターン基板５を一体化している。

第３図はパターン基板５の周波数発電機部分の平面図で
ある。そしてそのパターン基板の上に形成された１２個
の発電線素１３Ａ〜１３Ｌは以下のような位置に位置し
ている。

即ち、パターン基板の中心よりその半径方向へ中心とな
す角度が３０“間隔で伸びた１２本の仮想線１３ａ〜１
３１（本仮想線は実際のパターンとしては現れない）の
うち、１３ａ〜１３ｄ及び１３ｇ−１３１上に発電線素
１３Ａ〜１３Ｄ及び１３Ｇ〜１３Ｌが夫々位置する。ま
た、発電線素１３Ｅ及び１３Ｆは仮想線１３ｅ及び１３
ｆの位置よりも互いに近付く方向へ夫々７．５°ずつ変
移した位置に位置している。このため、発電線素１３Ｅ
と１３Ｆがパターン基板の中心となす角度は１５°とな
っている。

なお１４ｈ及び１４ｉは周波数発電機の出力端である。

第４図はパターン基板５の平面図であり、図において１
６ａ、１６ｂ、１６ｃはホール素子接続用の配線パター
ン、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１８は駆動コイル接続用
の配線パターン、１９はモータ外部との接続用の端子で
ある。また、第５掬は発電線素１３Ａ及び１３Ｂに生じ
る誘起電圧波形図、第６図は発電線素１３Ｅ及び１３Ｆ
に生じる誘起電圧波形図であり、図において２０は発電
線素１３Ａに誘起される。電圧の波形、２１は発電線素
１３Ｂに誘起される電圧の波形、２３は発電線素１３Ｅ
に誘起される電圧の波形、２４は発電線素１３Ｆに誘起
される電圧の波形である。また、２２は発電線素１３Ａ
と１３Ｂの端部１４ａと１４ｂの間の電圧波形、２５は
端部１４ｅと１４ｆの間の電圧波形である。

以上述べたような構成の本実施例の周波数発電機並びに
ブラシレスモータにつき、以下その動作を説明する。

まずロータが回転すると、周波数発電機の各発電線素と
対向したマグネット１の磁束が周方向に移動し発電線素
を横切るため各発電線素に起電力が誘起される。その起
電力の波形はマグネット１の着磁分布や周波数発電機の
磁気回路によって変わるが通常は正弦波状または台形波
状のものが得られる。以下、誘起される電圧の波形が正
弦波として、数式を用いて説明する。

発電線素１３Ａに誘起される電圧の波形は前述した。よ
うに第５図の２０にて示したような波形となる。そして
図示しているように発電線素１３Ｂに誘起される電圧波
形は２１にて示した如く波形２０とは逆位相となってい
る。ここで発電線素１３Ａと１３Ｂがパターン基板の中
心となす角度即ち３０”は電気角ではπに相当するので
式で表すと波形２０はｓｉｎθであり波形２１は５ｉｎ
（θ−π）となる。

ここで発電線素１３Ａと１３Ｂを第３図のように直列に
接続するとその端部１４ａ、１４ｂ間の電圧は発電線素
１３Ａの誘起電圧から発電線素１３Ｂの誘起電圧を減算
した値となりつまり２２で示したように２０で示した電
圧波形と同位相で振幅が２倍の波形となる。この２２で
示した電圧波形の式はｓｉｎθ−５ｉｎ　（θ−π）＝
２ｓｉｎθである。

また前記仮想線のうちで特定されしかも互いに近付（方
向へ移動した位置に形成された発電線素１３Ｅ、１３Ｆ
に誘起される電圧の波形は前記したように第６図中の２
３と２４で示したものとなる。そしてこの発電線素１３
Ｅは仮想線１３ｅより反時計方向へ　７．５°移動した
位置であるのでその誘起電圧波形は　（７，５°／３０
”　）即ち電気角で（π／４）だけ遅れた波形となる。

また同様に発電線素１３Ｆは電気角で（π／４）だけ進
んだ波形となる。即ち２３で示した電圧波形の式はｓｉ
ｎ　（θ−π／４）となり、２４で示した電圧波形の式
はｓｉｎ　（θ−３π／４）となる。そして端部１４ｅ
と１４ｆの間の電圧波形は、ｓｉｎ　（θｌπ／４）−
ｓｉｎ（θ−３π／４）即ちσｓｉｎθとなり、その他
の対の発電線素間の電圧波形と同位相となる。

従って周波数発電機の出力端１４ｈ、１４ｉ間には各対
の発電線素間の電圧の振幅を加算した振幅値の信号が得
られる。

以上のように本実施例によれば一対の発電線素間の距離
を、その発電線素の仮想線間の中心線１５ｂと発電線素
１３Ｅの間隔及び中心線１５ｂと発電線素１３Ｆの間隔
を等しく保ったまま、仮想線１３ｅと１３ｆの間隔の１
／′２にしたことにより、発電線素１３Ｄと１３Ｅの間
及び１３Ｆと１３Ｇの間が広くなるため、当部分へのホ
ール素子やチップ部品の実装が容易となる。また発電線
素対１３Ｅ、１３Ｆにも他の対と同位相で１／Ｊの振幅
を有する電圧が発生するため出力端１４ｈ。

１４ｉ間の発生する電圧は、 ２ｓｉｎθｘ　５　＋、ＩＥ２　ｓｉｎθ−（１０＋５
）ｓｌｎθ　となり、また仮想線上に発電線素を全て配
置した時に同出力端に発生する電圧は ２ｓｉｎθＸ６＝１２ｓｉｎθであり、本実施例のよう
に発電線素を配置したことによる出力の低下は （１２−（１０＋、ｆｉ）　　）ｓｉｎθ　−（２−！
”：　）ｓｉｎθとなり、低下率としては （２−ＪＮ）ｓｉｎ（９／　１２ｓｉｎ６Ｊ−（２ｆ）
　／　１２’＝０．０４９ すなわち、４．９％と非常に小さく抑えることができる
。

なお、本実施例では発電線素に誘起される電圧波形は正
弦波としたが、擬似的な正弦波や台形波であっても特定
された対の発電線素間に発生する電圧はその他の対の発
電線素間に発生する電圧と同位相となり、本実施例と同
様の結果となる。

また、本実施例では特定された発電線素の長さはその他
の発電線素の長さと同じにして説明をすすめて来たが、
部品の配置やパターンの配置を容易にする等の目的で、
他の発電線素の長さに比較して短かくすることもできる
が、その際にはその特定の対をなす発電線素の長さはほ
ぼ等しくなければならない。

発明の効果 本発明は、パターン基板の中心より放射上に且つ等間隔
に仮想線を設け、隣あった仮想線同志で対を形成しその
対の内の幾つかを特定しその特定された対の２つの仮想
線を互に近付（方向へあるいは互いに離れる方向へほぼ
同じ距離だけ移動させた位置及び特定されなかった対の
仮想線の位置に発電線素を形成し、発電線素を直列に接
続したことにより、特定された対の２つの仮想線に対応
した発電線素間の内１りあるいは外側の領域が広（なる
ため、当部分へのホール素子等の実装が容易となる。ま
た、特定された対の２つの仮想線に対応した発電線素間
に得られる電圧波形は、特定されていない対の仮想線上
に設けられた発電線素間に得られる電圧波形と同位相に
なるため出力電圧の低下も非常に小さく抑えることがで
き実用上大変有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の周波数発電機を用いたブラ
シレスモータの断面図、第２図は同実施例におけるロー
タ部の斜視図、第３図はパターン基板の周波数発電機部
分の平面図、第４図はパターン基板の平面図、第５図は
発電線素１３Ａ及び１３Ｂに生じる誘起電圧波形図、第
６図は発電線素１３Ｅ及び１３Ｆに生じる誘起電圧波形
図、第７図は従来の周波数発電機の概略断面図であり、
第８図は従来の周波数発電機の要部の分解斜視図、第９
図、第１０図は従来のパターン基板の周波数発電機部分
の平面図であ・る。 １・・・・・・樹脂マグネット、２・・・・・・ロータ
ヨーク、３・・・・・・駆動用コイル、４・・・・・・
ステータコア、５・・・・・・パターン基板、６・・・
・・・ホール素子、７・・・・・・ステータフレーム、
８・・・・・・軸受、９・・・・・・回転軸、１０・・
・・・・成型樹脂、１１・・・・・・ロータボス、 １３Ａ〜１３Ｌ・・・・・・発電線素、１３ａ〜１３１
・・・・・・仮想線 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 毫６図 第７図 第　８　図 第９図 第１０図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）多極に着磁されたマグネットを有するロータとこ
   のマグネットと対向して配置されたパターン基板を備え
   、前記パターン基板の前記マグネットとの対向面には、
   パターン基板の中心より放射上に且つ等間隔に仮想線を
   設けしかもこの仮想線は前記マグネットの極数を２ｐと
   した時２ｎｐ（ｎは奇数）個となし、隣あった仮想線同
   志でｎｐ個の対を形成しその対の内の多くともｎｐ−１
   個の対を特定しその特定された対の２つの仮想線を互に
   近付く方向へ或は互いに離れる方向へほぼ同じ距離だけ
   移動させた位置及び特定されなかった対の仮想線の位置
   に発電線素を形成し、発電線素を直列に接続してなる周
   波数発電機。
2. （２）多極に着磁されたマグネットを有するロータとこ
   のマグネットと対向して配置されしかも駆動コイルを有
   したステータと、前記マグネットと対向して配置された
   パターン基板を備え、前記パターン基板の前記マグネッ
   トとの対向面には、パターン基板の中心より放射上に且
   つ等間隔に仮想線を設けしかもこの仮想線は前記マグネ
   ットの極数を２ｐとした時２ｎｐ（ｎは奇数）個となし
   、隣あった仮想線同志でｎｐ個の対を形成しその対の内
   の多くともｎｐ−１個の対を特定しその特定された対の
   ２つの仮想線を互に近付く方向へほぼ同じ距離だけ移動
   させた位置及び特定されなかった対の仮想線の位置に発
   電線素を形成し、発電線素を直列に接続してなるブラシ
   レスモータ。