JPH0284045A - 三相ブラシレスモータ - 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、ＶＴＲのシリンダモータなどに用いられる三
相ブラシレスモータζζ係り、特に、マグネットの位置
検出センサを持たない三相ブラシレスモータに関する。

〔従来の技術〕

従来の三相全波通電方式のブラシレスモータでは、ロー
タマグネットの位置検出用に３個のホール素子が１２０
°の電気角でもって配置され、これらホール素子の出力
信号によりステータコイルの通電を制御していた。しか
しながら、ホール素子を設けることは、部品コストの上
昇、配線数の増加の要因となり、取付は位置の詞整も必
要となるし、さらに、ホール素子取付けのためのスペー
スも必要とするため、ブラシレスモータの小型化を阻害
していた。

そこで、特開昭６２−２６０５８６号公報に記載のよう
に、位置検出素子が不要な三相全波通電方式が提案され
ている。この方式では、ステータコイルに誘起される電
圧のゼロクロス点を基に電流の制御が行なわれるが、ト
ルクリップルを低減させるために、ゼロクロスから□□
□°連れて通電が開始される。

すなわち、現在ＡＶ機器Ｉこ多用されているブラシレス
モータでは、トルクリップルの低減は必須事項である。

そして、ステータコイルでの通電開始をゼロクロス点か
ら遅延しない場合には、通電期間の中心とステータコイ
ルの逆起電圧のピークがずれ、トルクリップルが増大し
てしまう、そこで、上記従来のブラシレスモータでは、
１２０°通電を行なう場合、コイル誘起電圧のゼロクロ
ス点間の中央点（ゼロクロス点から頒°遅れている）に
ある誘起電圧のピークと、１２０’の通電期間の中央時
点とを一致させるために、１２０°の通電の開始をゼロ
クロス点からカ°遅らせ、各相のトルクの時間変化を最
小に抑えてモータのトルクリップルの低減を図っていた
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このようにステータコイルでの通電開始
をゼロクロス点から３０”遅らせるためには、遅延素子
としての抵抗やコンデンサに一般に大容量のものが必要
となり、このために、容量が大きすぎてＩＣ内に組み込
めず、ＩＣの端子（ビン）を−本増やしてこれらの素子
を外付にしなければならないという問題があった。

本発明の目的は、かかる問題点を解消し、ＩＣの外付部
品を削減してトルクリップルの低減やトルクリップルの
増大化の抑圧を可能とした三相ブラシレスモータを提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、ロータマグネッ
トの各磁極での最大磁束密度となる位置が該磁極の中央
位置よりも回転方向寄りにずらす。

また、本発明は、前記各磁極毎に該磁極の中央位置より
も回転方向とは逆方向寄りに該磁極とは逆極性の補極を
１個以上設ける。

〔作用〕

三相ブラシレスモータの各相のトルク波形は、誘起電圧
波形と比例する。本発明によると、各相の誘起電圧波形
のピークはゼロクロス点の間（電気角１８０°　）の中
央位置よりも前半ζζ移動する。

これによりて、１２０°の通電を行なう場合には、ゼロ
クロス点から遅延しなくとも、従来の遅延なしの場合よ
りもトルクリップルは低減される。薫た、従来と同レベ
ルのトルクリップルを従来よりも少ない遅延量で実現で
きる。従って、遅延のための回路素子を削減できるし、
また、従来に比べて容量の小さい素子が使用可能となっ
て、ＩＣに内蔵することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面によって説明する。

第１図は本発明による三相ブラシレスモータの一実施例
の要部構成を示す斜視図であって、１−ａ〜１−ｆはス
テータコイル、２はロータマグネット、３−ｍ〜３−ｆ
は主極、４−　ｓ　〜４−　ｆは補極、５はパックヨー
クである。

同図において、ステータコイル１−ａと１−ｄ。

ステータコイル１−ｂと１−ｅ１ステータコイル１−ｃ
と１−ｆは各々同相のステータコイルで、これらの３組
のステータコイルは電気角で１２０゜の位相差をもつよ
うをこ配置され、バックヨーク５に固定されている。ロ
ータマグネット２は主極３−ａ〜３−ｆに分割着磁され
ており、さらに、各主極の中に逆極性の補極４−ａ〜４
−ｆが設けられている。ロータマグネット２からは磁界
昌−ａ〜ｍ−５が発生し、いま、ステータコイル１−ｄ
に電流すが流れたとすると、この電流すとロータマグネ
ット２からの磁界とによってステータコイル１−ｄに矢
印Ｃの向きの電磁力が働くが、このステータコイル１−
ｄは固定されていて動かないので、その反作用としてロ
ータマグネット２が矢印ｄで示す逆向きに回転する。各
ステータコイルには、同様にして電流が流れ、これによ
り、ブラシレスモータとしての回転力を得る。

第２図は第１図１こおけるロータマグネット２の平面図
である。このロータマグネット２の各磁極に示すＮ　ｉ
−１Ｎ極、ＳはＳ極に着磁されていることを示す、また
、ロータマグネット２は、第１図に示したステータフィ
ル１と向かいあう面ｌこおいて、各主極３−ａ〜３−ｆ
の開き角θの中心Ｍから口−タマグネット２の回転方向
（矢印ｄ）の逆方向寄り１こずれた位置に主極とは逆極
性の補極４−ａ〜４−ｆが設けられている。

次ζこ、この実施例の動作の説明を行なう。

第１図において、この三相ブラシレスモータのトルクは
、定速回転時、ステータコイル１に誘起される電圧に比
例するので、誘起電圧波形が発生−夕におけるロータマ
グネット７上でのステータコイルの位置１〇−膳〜１０
−Ｃの関係と、回転によるステータコイルの誘起電圧１
２との対応を示したものである。〇−タマグネット７は
磁極６−　ａ　〜６−ｄに分割着磁されている。ロータ
マグネット７上でのステータコイルの相対的位置は１０
−ａ、１０−ｂ、１０−ｃの順に変化していくものとす
る。なお、実際には、ステータコイルは固定されてロー
タマグネット７が回転するが、説明の便宜上進にしてい
る。また、２０−ｍはステータコイル位置が１０−１の
時の誘起電圧１２を示し、同様ｌこ、２０−ｂは１０−
ｂの時、２０−ｃは１０−ｃの時に対応している。

誘起電圧１２は、ステータコイルの鎖交磁束量の時間変
化であるので、従来型のロータマグネット７のように、
磁極６−ａ〜６−ｄが半径方向を軸として対称な着磁で
あれば、例えばコイル位置１〇−１のようにステータコ
イルが磁極６−ｂと重なり合う前後でステータコイル位
置の微少移動による鎖交磁束量の変化は零になり、した
がって、加−ａでの誘起電圧１２は零になる。ステータ
コイル位置６−ｃでも同様であり、２０−Ｃでの誘起電
圧１２もゼロになる。逆に、ステータコイル位置ｌ〇−
すの時には、ステータコイルは磁極６−ｂ〜６−〇とζ
こ半分ずつまたがり、ステータコイル位置の微小移動に
よる鎖交磁束量の変化は最大となって、２０−ｂでの誘
起電圧１２はピークとなる。従って、従来例の誘起電圧
１２はゼロクロス点間の中央でビ例におけるブラシレス
モータの０−タッグネット２上のステータコイル位置１
１−ａ〜１１−ｄと回転によるステータコイルの誘起電
圧１３との対応を示したものである。１１−ａ〜１１−
ｄはロータマグネット２上でのステータコイルの相対的
位置を示しており、１１−ａ　、１１−ｄ　、１１　　
ｂ　、１１−ｃの順に変化していくものとする。また、
２１−ａはステータコイル位置が１ト」の時の誘起電圧
１３を示し、同様に、２１−ｄは１１−ｄの時ζζ、２
１−ｂは１１−ｂの時ｌこ、、２１−ｃは１１−ｃの時
に夫々対応している。

第３図（転）において、ロータマグネット２には、第２
図にも示したようｌこ各主極３−ａ〜３−ｄの中央から
ロータマグネット２の回転方向と逆方向寄りにずれた位
置に主極とは逆極性の補極４−ａ〜４−ｃが設けられて
いる。ステータコイル位置１１−ａではステータコイル
が主極３−ｂと重なっている。このとき補極４−ｂはス
テータコイル位置１ト１の中央付近にある。微小時間内
のステータコイル移動による鎖交磁束量の変化にはステ
ータコイル周辺部の磁束が関与するので、コイル位置が
１１−息付近にあるとき１こは、補極４−ｂの存在は鎖
交磁束量の変化にほとんど影響しない、したがって、ス
テータコイル位置が１１−ａの時の鎖交磁束量の変化は
、補極４−ｂのない従来例の場合とほとんど変わらず、
従って、２１−ａでの誘起電圧１３は従来例の２０−１
での場合と同様に苓である。ステータコイル位置１１−
ｃについても同様で２１−〇での誘起電圧１３も零とな
る。

ステータコイル位置が１１−８から１１−ｂ付近に至る
までの間は、補極４−ｂはステータコイル中央付近にあ
るので、その存在が鎖交磁束量の変化１こ影響せず、従
って、この場合の２１−ｍから２１−ｄ付近までの誘起
電圧も従来例とほぼ同一となる。

ところが、ステータコイル位置が１１−　ｂでは、ステ
ータコイルが主極３−ｂ、３−ｃに半分ずつまたがるが
、このとき、補極４−ｂはステータコイル周辺部１こ存
在し、微小時間内の鎖交磁束量の変化に影響する。ステ
ータコイル位置１１−ｂは、従来例であれば、鎖交磁束
量変化がピークとなる位置であるが、ステータコイル周
辺部に主極３−すと逆極性の補極４−ｂとが存在するた
めに、鎖交磁束量の変化は従来例でのステータコイル位
置１０−ｂより減じてピークとはならない、即ち、２１
−ｂでの誘起電圧１３は、補［４−ｂの存在のために、
従来例の２０−ｂでの誘起電圧１２と比べ小さく、誘起
電圧１３はピークにはならない。

以後、誘起電圧１３はステータコイル移動とともに補極
４−ｃがステータコイル周辺部にくるまで減じ、補極４
−ｃがステータコイル周辺部にきたところで若干増し、
その後、ステータコイル位置１１−〇で零になるように
減っていく、従りて、２１−ｄに示すように誘起電圧１
３のゼロクロス点間のピークはゼロクロス点間の前半部
１こ存在することになる。

次に、誘起電圧波形に対する通′亀方法および発生する
トルクについて説明する。

第４図（ａ）は従来のブラシレスモータの、同図（ｂｌ
は第１図および第２図に示した実施例の夫々トルク発生
に関する諸パラメータを示すグラフ図であって、横軸は
全て時間軸である。また、同図において、１２　、１３
は上記２つの例の各相でのステータコイルの誘起電圧、
３１　、４１は共にゼロクロスからの遅延なしの１２０
°通電波形である。以下、同図（ａ）に右いて、３２は
従来例のパラメータでの各相発生トルク、３３−１””
３３−Ｃは３相個別トルク、あは３相合計トルクであり
、３５は３相発生トルクお及び３相合計トルクあのゼロ
レベルラインである。

また、３相合計トルクあの平均を人１、変化幅をＲ１で
示す、一方、同図（ｂ）においては、各々上記ｃ、３相
合計トルク必、４３及び４４のゼロレベルライン４５．
３相合計トルクＩの平均λ２及び変化幅Ｒ２である。

誘起電圧１２．１３！こ対し、通’１１ｉｃ１２１形３
１　、４１の正または負に通電されている期間のみ誘起
電圧１２　、１３に比例したトルク３２　、４２が発生
する０本実施例の誘起電圧１３では従来例の誘起電圧１
２に比ベピークが前半部にあるため、ゼロクロス点から
遅延なしの１２０°通電を行なうと、本実施例でのトル
クリップル３２／人２は従来例でのトルクリップル几１
／Ａ！’より小さくなる。この例では、Ｂ１／λｌに対
し８２／人２は約２５チ減である。

第５図（ａ）も、第４図（１）と同様、従来例のトルク
発生に関する諸パラメータのグラフ図であり、第５図（
ｂ）は本実施例のトルク発生に関するパラメータのグラ
フ図である。ここで、１２　、１３は上記従来例、本実
施例でのステータコイル誘起電圧である。

５１は従来例でのゼロクロス点から電気角で３０°遅延
させて通電を開始している１２０°通電であり（遅延量
ｔｌ＝（９）°）、これに対し、６１は本実施例の１２
０°通電であって、遅延量ｔ２は（資）°より小さくな
っている。１２０°通’１ｃ５１を行なうと、従来例で
は、各相でトルク５２が発生し、３相個別トルク５３−
ａ〜５３−ｃを合計すると３相合計ト、ルク８になる。

５５は３相個別トルク５３−　ａ　−５３−ｃ及び３相
合計トルク８のゼロレベルラインである０人３は３相合
計ドルクシの平均トルク、Ｒ３は変化幅を示す。

一方、第５図（ｂ）において、本＊施例で遅延量ｔ２が
３０°より小さい１２０°通１１６１を行なうと、各相
でトルク６２が発生し、３相個別トルク田−ａ〜６３−
　ｃを合計した３相合計トルクーが得られる。

６５は３相個別トルク６３−ａ−臼−Ｃ及び３相合計ト
ルクーのゼロレベルラインである０人４は３相合計トル
クーの平均トルク、Ｒ４は変化幅を示す。

従来例と本実施例のトルクリップルを比較すると、遅延
量ｔ１が（９）°の従来例のトルクリップル８３７人３
に対し、本実施例のトルクリップルＲ４／Ａ４は、遅延
量ｔ２が（資）°より小さいにもかかわらず、約５０チ
゛減となる。

従りて、従来例についての第４図（ａｌと本実施例につ
いての第４図（ｂｌとの比較から、ゼロクロス点からの
遅延なしで１２０°通電を行なう場合、本実施例ではト
ルクリップルが従来例に比べて低減され、さらに、従来
例についての第５図（鳳）と本実施例についての！！５
図（ｂ）との比較から、本実施例では、トルクリップル
を従来例のレベル以下に抑えて遅延時間を短くすること
が可能である。

第６図は本発明による三相ブラシレスモータの他の実施
例のロータマグネットを示す平面図でありて、第２図に
対応する部分には同一符号をつけている。

同図において、ロータマグネット２は、第２図に示した
ロータマグネット２と同様に、第１図に示したステータ
コイル１と向い合う面において、各主極３−畠〜３−ｆ
の開き角θの中心Ｍからロータマグネット２の回転方向
（矢印ｄ）とは逆方向寄りにずれた位置に逆極性の補極
４−ａ〜４−りが設けられている。

第７図は本発明による三相ブラシレスモータのさらに他
の実施例のロータマグネットを示す平面図であって、８
−１ａ〜８−ｈは主極、９１−ａ〜９１−　ｈ　＊　９
２−　ａ　〜９２−　ｈは補極である。

同図において、ロータマグネット２は、最も面積の広い
主極８と主極以外の補極９１　、９２の並びのくり返し
の着磁がなされている。このロータマグネット２におい
て、補極９１が第２図に示したロータマグネット２の補
極４と同様の効果をもたらす。

これら第６図、第７図に示したロータマグネット２によ
っても、第１図および第２図に示した実施例と同様の効
果を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、従来よりトルク
リップルを増大させることなく１通電開始の遅延用回路
素子（抵抗、コンデンサ）の容量を小さくすることがで
きるし、また、全くこの遅延を行なわない場合でも、従
来の三相ブラシレスモータで遅延を行なわない場合に比
べ、トルクリップルは低減されることができるので、遅
延用回路素子自体の削減も期待できる。

そして、このことにより、回路のＩＣ化の際に、従来容
量が大きくてＩＣ内に組込めずに外付けしていた素子が
組込み可能となり、あるいは素子自体が不要となり、外
付けのためのＩＣの端子数の削減が期待でき、製造コス
トの低減を図ることができる。この結果、低価格で、か
つ、ＡＶ機器に多用されるモータの性能として強く要求
される低トルクリップルのブラシレスモータが実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による三相ブラシレスモータの一実施例
の要部構成を示す斜視因、第２図は第１図におけるロー
タマグネットの平面図、第３図は従来例と第１図に示し
た実施例とでのロータマグネットとステータコイルとの
相対位置関係と誘起電圧との対応を比較して示した図、
第４図は同じく遅延なし通電の場合のトルク発生に関す
る諸パラメータの比較図、第５図は同じく遅延通電の場
合のトルク発生に関する諸パラメータの比較図、第６図
および第７図は夫々本発明による三相ブラシレスモータ
の他の実施例におけるロータマグネットを示す平面図で
ある。 １−ａ〜１−ｆ・・・ステータコイル ２・・・ロータマグネット　３−ａ〜３−ｈ・・・主極
４−１ａ〜４−ｈ・・・補極　５・・・パックヨーク８
−ａ〜８−ｈ・・・主極 ９１−　ａ　〜９１−　ｂ　、　９２−　ａ　〜９２−
　ｂ−補極第１ 図 代理人　弁理士　　小　川　勝　男　”：’ｈＣ′・・
ｊ・・。 ）−α〜１−ｆ− ３−ａ〜３−ｈ ４−〇、〜４″″）′１ ステー９コイル 主格 補模 第２図 ３−α〜３−ｈ　　　生態 ４−α〜４−に　鋪腫 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．電気角で１２０゜の位相ずれをもって配置された第
   １，第２，第３のステータコイル（１−ａ〜１−ｆ）と
   、異極性の磁極（３−ａ〜３−ｈ）が交互に配されてな
   るロータマグネット（２）とを備えた三相ブラシレスモ
   ータにおいて、 上記各磁極（３−ａ〜３−ｈ）での最大磁束密度となる
   位置が上記磁極の中央位置よりも回転方向（ｄ）寄りに
   ずれたことを特徴とする三相ブラシレスモータ。
2. ２．上記各磁極（３−ａ〜３−ｈ）毎に上記磁極（３−
   ａ〜３−ｈ）の中央位置よりも回転方向（ｄ）とは逆方
   向寄りに上記磁極（３−ａ〜３−ｈ）とは逆極性の補極
   （４−ａ〜４−ｈ）を１個以上設けて成る請求項１に記
   載の三相ブラシレスモータ。