JPH01308157A - 二相半波ブラシレスモータ - 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 本発明は二相半波ブラシレスモータに関するもので、特
にその駆動回路に関するものである。

従来の技術 二相半波ブラシレスモータは、構造が簡単で信頼性が高
いことから小型送風機等の動力源として多用されている
。

以下図面を参照しながら、上述した従来の二相半波ブラ
シレスモータを小型軸流送風機に使用した一例について
説明する。

第５図は従来の二相半波ブラシレスモータを使用した小
型軸流送風機の構造を示すものて、第６図は第５図のモ
ータ部とそのモータの駆動回路を示すものである。

第５図において、小型軸流送風機の風洞を形成する枠体
１の内側には中心方向に伸びた複数個の連結部２を介し
て駆動回路部５を包む凹部６が一体に成形されており、
この凹部６の中心部にはさらに円筒７が枠体１の中心軸
線方向に一体に成形されている。この円筒７の外周側に
は固定子巻線３．４が巻かれ、磁極８ａ、８ｂを有する
鉄心９が固定されており、内周側には軸受１０，１１の
外周部が保持されている。固定子巻線３，４はホール素
子１２を含む駆動回路部５に電気的に継続されている。

軸受１０，１１は軸１３を保持している。

固定子巻線３，４とホール素子１２との磁束の方向が相
対向するように永久磁石回転子１４が配設され磁気回路
を形成する。磁気回路用部材１５と羽根１６の取付けら
れた円筒状のロータケーシング１７は軸１３の一方向端
部に固定されており、他方の端部には抜は止め１８が圧
入されている。

１９は軸受１０，１１に予圧を与えるバネである。

第６図において２０．２１はホール素子１２に適当な電
流を供給する為にホール素子１２と電源に対し直列に接
続された抵抗である。２２は演算増巾器て、ホール素子
１２の出力信号が非反転入力端子と反転入力端子の両方
に入力されるように接続されている。２３．２４はそれ
ぞれ固定子巻線３，４へ電流を供給するトランジスタス
イッチであり、コレクタ端子はそれぞれの固定子巻線の
端部に接続され、エミッタ端子は共に電源の負極線に接
続されている。−刃固定子巻線３，４の他の端部は共に
電源の正極線に接続されている。トランジスタスイッチ
２３．２４のベース端子はそれぞれ抵抗２５．２６を介
して２２の演算槽ｌ］器の出力端子と、トランジスタス
イッチ２３のコレクタ端子に接続されている。又、トラ
ンジスタスイッチ２３．２４のコレクタ端子とエミッタ
端子はそれぞれ定電圧ダイオード２７．２８のカソード
端子とアノード端子が接続されている。

２９は永久磁石回転子１４の磁極と磁極の切換り部分で
あり、３０は鉄心９の磁極８ａ、８ｂ間に形成された空
隙部分である。３１は磁極８　ａ　＋８ｂと回転子１４
との間に形成される不均一空隙部である。３２は回転子
の正しい回転方向を示す矢印である。

以上のように構成された小型軸流送風機に使用された二
相半波ブラシレスモータについて、以下その動作につい
て説明する。

鉄心９の磁極８ａ、８ｂと永久磁石回転子１４との間に
設けられた不均一空隙３１が一つの磁極の外周部におい
て回転子の回転方向に対して減少するよう設定された二
相半波ブラシレスモータは、永久磁石回転子１４の磁極
の切換り部分２９と、磁極８ａ、８ｂ間の空隙部３０と
が永久磁石回転子１４に対しなす角θが、モータに電源
が接続されていない状態においては θ＝Ｏ の位置、即ち死点に永久磁石回転子１４が停止すること
がないことは既に公知である。

第６図に示した永久磁石回転子１４七、鉄心９との位置
はモータに電源が接続されていない状態を示したもので
ある。

まず、この状態で電源が接続されると、ホール素子１２
は対向している永久磁石回転子１４の磁極Ｓ極を検出し
、演算槽ｌＪ器２２の反転入力の電圧が非反転入力の電
圧より低くなるような出力信号を出力する。この信号を
受けた演算増巾器２２の出力はトランジスタスイッチ２
３を閉じる為に必要な出力電圧を出力し、トランジスタ
スイッチ２３が閉じられる。この時トランジスタスイッ
チ２３のコレクタ端子電圧は負極線電圧とほぼ同等とな
る迄低下するのでトランジスタスイッチ２４のベース端
子に電流が供給されず、トランジスタスイッチ２４は開
いた状態となる。トランジスタスイッチ２３が閉じられ
たことにより、固定子巻線３に正極側から電流が供給さ
れる。これにより鉄心９の磁極８ａの外周がＮ極、磁極
８ｂの外周がＳ極に磁化されるので永久磁石回転子１４
は回転矢印方向３２へ回転するトルクを発生して回転矢
印方向３２に回転を始める。やがてホール素子１２の対
向する永久磁石回転子１４の磁極がＮ極となるとトルク
が無くなるが、ホール素子１２の出力が演算増巾器２２
の反転入力の電圧が非反転入力の電圧より高くなるよう
な出力信号に反転するので、演算増巾器量力が負極側電
圧とほぼ同等な出力電圧となる為、トランジスタスイッ
チ２３のベース端子に電流が供給されずトランジスタス
イッチ２３は開の状態となり、固定子巻線の通電が止め
られる。

これにより、トランジスタスイッチ２３のコレクタ電圧
が正極電圧とほとんど同等になるので、トランジスタス
イッチ２４のベース端子に抵抗２６−６　＝ を介して電流を供給し、］・ランシスタスイッチ２４が
閉じられる。ｌ・ランジスタスイッチ２４が閉じられる
ことにより、固定子巻線４に正極側から電流が供給され
る。これにより、鉄心９の磁極８ａの外周がＳ極、磁極
８ｂの外周がＮ極に磁化されるのて、永久磁石回転子１
４は回転矢印方向３２へ回転するトルクを再び受けて回
転矢印方向３２の方向へ回転を続ける。

以上のように永久磁石回転子１４の位置に応して固定子
巻線３，４が交互に通電されるので、電源がモータに接
続されている限りモータは回転を続ける。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような構成では、ホール素子を使用
して回転子の位置を検出する必要があるので、モータの
回転トルクを発生させる以外にホール素子に磁束を与え
る必要がある為、必要以上に回転子の形状を大きくする
必要があり、さらにホール素子の出力信号が微弱である
為、ホール素子と伯の回路部との距離を離すと、外部か
らの電気雑音の影響を受は易くなり、固定子巻線の通電
の切換えがホール素子の出力信号と同期せずにモータ効
率が低下する可能性があり、永久磁石回転子の近傍に駆
動回路部を配置する必要があるのてモータ設計の自由度
に制限を受けてモータの小型化、薄型化が図れなかった
。

又、ホール素子の出力信号自体に比較的大きな不平衡出
力を含んでいるので、モータ特性の均一化が図れない等
の問題点を有していた。

本発明は上記問題点に鑑み、固定子巻線以外にホール素
子等の永久磁石回転子の位置を検出する部品を必要とし
ない効率の良い小型、薄型で、特性の比較的均一な二相
半波ブラシレスモータを提供するものである。

課題を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明は、二相の固定子巻
線の内の一つの相の固定子巻線を通電状態として永久磁
石回転子を所定の位置に移動させ、その後、通電状態の
相の固定子巻線の通電を解除すると同時に他の相の固定
子巻線を通電することにより永久磁石回転子を一定方向
に起動させる起動回路と、固定子巻線に発生する誘起電
圧を二相の固定子巻線の相の切換え信号に利用する制御
回路を備えたものである。

作用 本発明は上述した構成によって、固定子巻線以外にホー
ル素子等の永久磁石回転子の位置を検出するための部品
を必要としないので、永久磁石回転子はモータの回転ト
ルクを発生させるのに必要な寸法とすれば良く、又、固
定子巻線と駆動回路部が電気的に接続されていれば互い
に離れた位置にあっても良いので、モータ設計の自由度
が太き（モータの小型化、薄型化が図れる。

さらに、出力が大きくてバランスのとれたホール素子を
必要としないで、均一なモータ特性を得ることが可能で
ある。

実施例 以下本発明の一実施例における二相半波ブラシレスモー
タについて、図面を参照しながら説明する。

−〇　− 第１図は本発明の実施例における二相半波ブラシレスモ
ータの駆動回路部の回路図を示すものである。

第１図において、正電極線と負電極線との間に直列に接
続されている抵抗２９と、コンデンサ３０との接続点３
１は演算増巾器３２の反転入力端子に接続されている。

演算増巾器３２の非反転入力端子は抵抗３４を介して正
電極線に、抵抗３５を介して負電極線に接続されている
。

演算増巾器３２の出力は抵抗３６を介してトランジスタ
３７のベース端子に接続されている。トランジスタ３７
のエミッタ端子は負電極線に接続され、コレクタ端子は
演算増巾器３８の非反転入力端子に接続されている。演
算槽ｌＪ器の非反転入力端子は同時に抵抗３９を介して
負電極線に接続され又、抵抗４０を介してトランジスタ
スイッチ２４のコレクタ端子に接続されている。演算増
１１器３８の反転入力端子は抵抗４］を介して正電極線
に、抵抗４２を介して負電極線に接続されている。又、
演算増巾器３８の出力端子は抵抗２５を介してトランジ
スタスイッチ２３のヘース端子に接続されている。

演算増巾器３２の出力端子はダイオード４３のアノード
端子に接続されダイオード４３のカソード端子は演算増
巾器４４の非反転入力端子に接続されている。演算増巾
器４４の非反転入力端子は又、抵抗４５を介して負電極
線に接続され、抵抗４６を介してトランジスタスイッチ
２３のコレクタ端子に接続されている。演算増巾器４４
の反転入力端子は抵抗４７を介し正電極線に、抵抗４８
を介し負電極線に接続されている。演算増巾器４４の出
力端子は抵抗２６を介してトランジスタスイッチ２４の
ヘース端子に接続されている。

トランジスタスイッチ２３．２４のエミッタ端子は共に
負電極線に接続されている。又、トランジスタスイッチ
２３．２４のエミッタ端子とコレクタ端子はそれぞれ定
電圧ダイオ−１’２７．２８のアノード端子とカソード
端子に接続されている。

第２図（ａ）　、　（ｂ）は第１図の駆動回路が接続さ
れた固定子巻線３，４の巻かれた鉄心９と永久磁石回転
子１４の位置関係を示すものであり、（ａ）はモータに
電源が接続されていない停止状態のものであり、（ｂ）
はモータに電源が接続されて間もない起動前の状態のも
のである。

第２図（ａ）　、　（ｂ）の固定子巻線３と巻線４との
接続部４９は第１図の端子４９において正電極線に、巻
線３，４の端子５０．５１は第１図の端子５０゜５１に
おいてトランジスタスイッチ２３．２４のコレクタ端子
にそれぞれ接続される。又、３２はモータの正しい回転
方向を示した矢印である。

第３図は、固定子巻線３，４に通電を行った場合に永久
磁石回転子１４に与えるトルクと、鉄心９の磁極８ａ、
８ｂと永久磁石回転子１４との間に設けられた不均一空
隙３１が永久磁石回転子１４に与えるトルクを示したも
のであり、５２は固定子巻線３のトルク、５３は固定子
巻線４のトルク、５４は不均一空隙３１のトルクを示し
たものである。

以上のように構成された二相半波ブラシレスモータにつ
いて、以下、第１図、第２図及び第３図を用いてその動
作を説明する。

まず、第２図において（ａ）のモータに電源が接続され
ない停止状態は、第３図におけるＡ点の位置に相当する
。

次に、モータに電源が接続された以後の動作として第１
図において、電源が接続された時点では、コンデンサ３
０に全（電荷が蓄えられていないので、演算増巾器３２
の反転入力端子電圧は負電極線電圧に等しい。一方、演
算増巾器３２の非反転入力端子は抵抗３４．３５により
正電極線電圧と負電極線電圧の間の所定の電圧に分圧さ
れていて、その電圧は負電極線電圧より高い。これによ
り演算槽ｌＪ器３２の出力電圧は正電極電圧と同等のも
のとなるので、トランジスタ３７が閉じて、演算増巾器
３８の非反転入力端子電圧を負電極線電圧と同等の電圧
にする。

又、演算槽１１］器３２の出力は、ダイオード４３を介
して演算槽ｌ］器４４の非反転入力端子に入力されてい
るので、演算槽１］器４４の非反転入力端予電圧は正極
線電圧にほぼ同等な電圧になっている。ところで演算増
巾器３８，４４の反転入力端子はそれぞれ抵抗４１．４
２と抵抗４７．４８により正電極線電圧と負電極線電圧
の中間の電圧に設定されているので、演算増巾器３８の
出力端子は負電極線電圧とほぼ同等の電圧を出力し、演
算槽１１器４４の出力端子は正電極線電圧とほぼ同等の
電圧を出力する。演算増巾器３８の出力は抵抗２５を介
してトランジスタスイッチ２３のへ−ス端子に入力する
が、負電極線電圧とほぼ同等である為トランジスタスイ
ッチ２３は開いた状態のままであり、第２図での固定子
巻線３を通電することが出来ない。一方、演算増巾器４
４の出力は抵抗２６を介してトランジスタスイッチ２４
に入力され、トランジスタスイッチ２４を閉じる。これ
により第２図の固定子巻線４に電流が供給される。

この時、第２図（ａ）において固定子巻線４に電流が供
給された為に鉄心９の磁極８ｂの外周側がＮ極に、磁極
８ａの外周側がＳ極にそれぞれ磁化される。鉄心の磁極
の影響で永久磁石回転子１４が移動し、第２図（ｂ）の
状態となる。これは第３図中のＢ点の位置に等しい。

次に第１図において、コンデンサ３０には抵抗２９を介
して正電極線より電流が供給され、接続点３１の電圧が
次第に正電極線電圧に近づく。やがて、演算増巾器３２
の非反転入力端子電圧より高い電圧に達すると、演算増
巾器３２の出力が反転し、負電極線電圧とほぼ同等な電
圧を出力する。

これによりダイオード４３を介して演算増巾器４４の非
反転入力端子に供給されていた電圧がダイオード４３に
遮断されるので、演算増巾器４４の非反転入力端子は抵
抗４６．４５によりトランジスタスイッチ２３のコレク
タ端子電圧と負電極線電圧の間の所定の電圧となる。こ
の時トランジスタスイッチ２３のコレクタ端子電圧は正
電極線電圧と同等な電圧であり、演算増巾器４４の非反
転入力端子電圧は、反転入力端子電圧より若干低い電圧
となるよう抵抗４６，４５、及び４７．４８により設定
されているので、演算増巾器４．４の出力端子電圧は負
電極線電圧とほぼ同等な電圧になり、抵抗２６を介して
トランジスタスイッチ２４に供給していた電流を遮断す
るので、トランジスタスイッチ２４は開き、第２図（ｂ
）の固定子巻線４への通電を止める。

又、演算増巾器３２の出力はトランジスタ３７のベース
端子への電流供給も止めるので、トランジスタ３７が開
き、演算増巾器３８の非反転入力端子電圧は抵抗４０．
３９で、トランジスタスイッチ２４のコレクタ端子電圧
と負電極線電圧との間に分圧された電圧となる。トラン
ジスタスイッチ２４は開いた状態になっているので、ト
ランジスタスイッチ２４のコレクタ端子電圧は正電極線
電圧と等しい。

この時演算増巾器３８は非反転入力端子電圧が反転入力
端子電圧より高くなるように抵抗４０゜３９、及び４１
．４２により設定されているので、演算増巾器３８の出
力端子は、正電極線端子電圧とほぼ同等の出力電圧を出
力する。

この出力電圧は抵抗２５を介してトランジスタスイッチ
２３のベース端子に電流を供給し、トランジスタスイッ
チ２３を閉じる。このトランジスタスイッチ２３は第２
図における固定子巻線３を通電する。

この時、第３図のＢ点を見ると固定子巻線４を通電して
発生ずるトルク５３と、不均一空隙３１の発生ずるトル
ク５４が釣り合っていた状態から、固定子巻線４の通電
が解除され、トルク５３が無くなり固定子巻線３が通電
されるので、不均一空隙３１の発生ずるトルク５４と固
定子巻線３０発生するトルク５２が合わさり正のトルク
を発生ずるのて、第２図の回転方向３２に向かい永久磁
石回転子１４が回転する。この正のトルクは、永久磁石
回転子１４が１８０°回転する間持続する。

この間、通電が行われていない第２図の固定子巻線４に
は、永久磁石回転子１４が鉄心９の回りを回転すること
により誘起電圧が発生する。この誘、　　　　　起電圧
の大きさは、第３図の固定子巻線４のトルク５３に位相
を１８０°ずらして相似である。従って固定子巻線４の
端子５１の電圧は端子４９より高い電圧となっている。

この電圧信号は、第１図の端子５１、及び抵抗４０を介
して演算項１］器３８の非反転入力端子に入力され、演
算増巾器３８の非反転入力端子電圧は反転入力端子電圧
は十分高くなるので演算増巾器３８は安定した正電極線
電圧を出力している。

やがて第２図の永久磁石回転子１４が第３図のＣ点迄回
転すると、第２図の固定子巻線４に発生する誘起電圧が
ゼロになり、固定子巻線４の端子５１の電圧、即ち第１
図の端子５１の電圧は正電極線電圧と等しくなり、永久
磁石回転子１４が０点よりさらに回転すると、固定子巻
線４に発生する誘起電圧が負となり、端子５１の電圧は
正電極線電圧より低くなる。この為、抵抗４０．３９に
より分圧されて入力されている演算増巾器３８の非反転
入力端子の電圧は反転入力端子の電圧より低（なる為、
演算増巾器３８の出力が反転し、負電極線電圧とほぼ同
等の出力電圧となり、トランジスタスイッチ２３のベー
ス端子入力電流が遮断されトランジスタスイッチ２３が
開く。こうして第２図の固定子巻線３の通電が遮断され
る。この時、固定子巻線３にはやはり第３図のトルク５
２と相似て位相が１８０°ずれた誘起電圧が発生ずるの
で、固定子巻線３の端子５０．即ち第１図の端子５０の
電圧は正電極線電圧より高くなり、この電圧が抵抗４６
を介して演算増巾器４４の非反転入力端子に入力される
ので非反転入力端子の電圧が反転入力端子の電圧より高
くなり、演算増ｌＪ器４４の出力を反転さぜ、正電極線
電圧とほぼ同等な出力電圧を出力し、抵抗２６を介して
トランジスタスイッチ２４のベース端子に入力され、ト
ランジスタスイッチ２４が閉しる。こうして第２図の固
定子巻線４が通電され、永久磁石回転子１４をさらに１
８０°回転さぜる。以下、同様にして固定子巻線３，４
に発生する誘起電圧が互いの通電を制御する信号として
働き、永久磁石回転子が連続回転を続けるものである。

以上のように本実施例によれば、演算増巾器３２を中心
とする起動回路と、固定子巻線３，４に発生ずる誘起電
圧を通電相の切換え信号に利用する演算増巾器３８及び
４４を中心とする制御回路を設けることにより、ホール
素子を必要としなくても一定方向に永久磁石１４を回転
させることができる。

第４図は第１図、第２図で説明した二相半波ブラシレス
モータを使用した小型軸流送風機の構造を示すものであ
る。

第４図の小型軸流送風機は枠体１の外周部に設けられた
容器５５の内部に、固定子巻線３，４と電気的に接続さ
れた駆動回路部５が収納されており、凹部６の内部には
駆動回路５を塑成する部品が存在しない点て従来の小型
軸流送風機と異なっている。

従って第４図の小型軸流送風機は大１１な薄型化が図ら
れている。

発明の効果 以上のように本発明は二相の固定子巻線の内の一つの相
の固定子巻線を通電状態として回転子を所定の位置に移
動さぜ、その後、通電状態の相の固定子巻線の通電を解
除すると同時に他相の固定子巻線を通電することにより
回転子を一定方向に起動させる起動回路と、固定子巻線
に発生する誘起電圧を二相の固定子巻線の通電相の切換
え信号に利用する制御回路を備えることにより、ホール
素子を必要としない小型、薄型の二相半波ブラシレスモ
ータを提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における二相半波ブラシレスモ
ータの回路図、第２図（ａ）　、　（ｂ）は第１図の回
路が接続される二相半波ブラシレスモータの固定子巻線
と永久磁石回転子の位置関係を示す図、第３図は第２図
の固定子巻線の発生トルクを示す図、第４図は第１図及
び第２図からなる本発明の二相半波ブラシレスモータを
小型軸流送風機に使用した構造図、第５図は従来の二相
半波ブラシレスモータが使用された小型軸流送風機に使
用されたものの構造図、第６図は第５図の従来の二相半
波ブラシレスモータの固定子巻線と永久磁石回転子及び
駆動回路の関係を示す図である。 ３．４・・・・・・固定子巻線、９・・・・・・鉄心、
１４・・・・・・永久磁石回転子、２３．２４・・・・
・・トランジスタス＝２１− イッチ。 ＝２２−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　二相駆動方式の固定子巻線と、この固定子巻線と相対
   する位置に磁化された永久磁石の回転子を配設する二相
   半波ブラシレスモータにおいて、前記固定子巻線の内、
   一つの相を通電状態にして回転子を所定の位置に移動さ
   せ、その後通電中の固定子巻線への通電を解除すると同
   時に他相の固定子巻線へ通電することにより回転子を一
   定方向に起動させる起動回路と、各固定子巻線に発生す
   る誘起電圧を二相から構成される固定子巻線への通電相
   の切換え信号とする制御回路を備えた二相半波ブラシレ
   スモータ。