JPH03190553A - 無刷子直流電動機 - 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 本発明は唯一の位置検出素子により３相電動機の相切り
替えのための回転子位置信号を発生する無刷子直流電動
機に関するものである。

従来の技術 近年、安価で高性能のフェライトマグネットの普及、小
型で高性能のホール素子や集積回路、パワー素子の進歩
などによって、ビデオテープレコーダやディジタルオー
ディオチーブレコーダ等のＡＶ機器、さらにはレーザプ
リンタ等のＯＡ機器に無刷子直流電動機が使用され、そ
の応用範囲は拡大の一途にある。

通常、無刷子直流電動機は１相につき１つの位置検出素
子と、１つの電機子通電制御回路が必要であり、一般的
には２相あるいは３相の半波駆動方式または全波駆動方
式が主に使用されている。

従来から、３相駆動方式において位置検出素子の数を削
減しようとする試みが数多く行われており、その代表的
な技術が米国特許第３．５７７．０５３号（以下、文献
１と略す。）に示されている。

前記文献１には３相半波駆動方式の無刷子直流電動機に
おいて、回転子上に光反射率の異なる第１、第２．第３
の構成要素を存する識別帯を設け、この識別帯に光線を
照射し、反射光を受光素子で検出することによって受光
素子の出力レベルの３段階の変化として回転子の回転位
置の変化を出力している。

また、他の試みとして回転子上にＮ極区間、中間極であ
るゼロ着磁区間、Ｓ極区間を構成する位置検出用マグネ
ットを設け、この位置検出用マグネットの磁束の変化を
磁電変換素子（例えばホール素子）で検出することによ
って、磁電変換素子の出力レベルの３段階の変化として
回転子の回転位置の変化を出力している。

発明が解決しようとする課題 しかしながら文献１に示す方法では、光反射率の異なる
３つの識別帯と、この識別帯に光線を照射する発光素子
、及び反射光を受光する受光素子を設けなければならな
いため、構成要素が増加し複雑になり、且つ、発光素子
、受光素子は現在のところ磁電変換素子等を使用した位
置検出素子と比較すると高価であるため、コスト面にお
いて位置検出素子を削減したメリットがない。

また、位置検出用マグネットに中間極であるゼロ着磁を
行うことは非常に困難であり、着磁を行ったとしても、
その部分は非常に磁界が不安定で経年変化を起こしやす
いという問題点を宵していた。

本発明は上記問題点を解決するもので、簡単な構成及び
方法で、且つ、安価な無刷子直流電動機を提供すること
を目的とする。

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の無刷子直流電動機は
、主磁極Ｎ、　　Ｓ極を一対とし円周方向に沿ってＮ、
　　Ｓ極が隣接する部分を基準に同心円上の所定の位置
に所定の区間主磁極と逆極性の部分を備えたマグネット
と、マグネットを固着してなる回転子と、マグネットに
対向する位置に複数相で設置された駆動用コイルと、マ
グネットに対向する所定の位置に設置された位置検出素
子と、駆動用コイルと位置検出素子を固着してなる固定
子から構成される。

作用 本発明は上記した構成により、唯一の位置検出素子で、
３相電動機の相切り替えのための回転子位置信号を発生
することが可能となる。

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図（ａ）は本発明の一実施例における無刷子直流電
動機の構成を断面図、第１図（ｂ）は回転子を固定子側
から（回転子を下側から）見た平面図である。

第１図（ａ）、（ｂ）において、マグネット３は８等分
された主磁極のＮ、　　Ｓ極を一対とし円周方向に沿っ
てＮ、　　Ｓ極が隣接する部分を基準に同心円上の所定
の位置に所定の区間主磁極と磁束密度が等しい逆極性の
部分（以後、位置検出極と略す、）を備えている。回転
子４はマグネット３を同心円上に固着し、軸６と共に回
転する。２はマグネット３に対向する位置に３相設置さ
れた駆動用コイル、１はマグネット３の主磁極と位置検
出極が半径方向で隣接する部分を中心とし対向する位置
に設置された位置検出素子であるホール素子、７は駆動
用コイル２とホール素子１を固着してなる固定子、６は
固定子７に固着され回転子４を支持する軸受である。ま
た、本実施例では、マグネット３の位置検出極を主磁極
のＮ、　　Ｓ極が隣接する部分を中心に電気角で両側に
８０度ずつ主磁極と逆極性で着磁している。

以上のように構成された本実施例の無刷子直流電動機に
ついて、以下その動作について説明するが、その前にホ
ール素子１の動作原理について簡単に説明する。

ホール素子１は４本の端子を存しており、ホール素子１
にバイアス電流を供給する２本の端子と、ホール素子１
の出力電圧を出力する２本の端子から構成される。ここ
で、単位面積当たりの磁束によるホール出力電圧は、次
式の（１）式で表すことができる。

ただし、ＥＨ：　ホール出力電圧 ＫＨ：　ホール素子の積密度 Ｂ：磁束密度 ｉＨ二　ホール素子バイアス電流 ■＠二　ホール素子不平衡電圧 ｄ：　ホール素子の厚さ θ：磁束の入射角 （１）式から、ホール出力電圧ＥＨはホール素子１を通
過する磁束とバイアス電流に比例することがわかる。ま
た、磁束の方向が変わるとホール出力電圧ＥＨは逆極性
となり、磁極の切り替わりを検出することができる。

第１図において、ホール素子１はマグネット３の主磁極
と位置検出極が半径方向で隣接する部分（第１図（ｂ）
のホール素子センタ）を中心とし対向する位置に設置さ
れているため、主磁極と位置検出極の磁束がホール素子
１の中を通過することになる。今仮に、Ｎ極の位置にホ
ール素子１があるとき、ホール出力電圧ＥＨが正極側に
出力されるように一定のバイアス電流を流しているもの
とし、以下、説明を進める。まず始めに、主磁極のＮ極
のみが存在する位置にホール素子１があるとき正極側に
最大のホール出力電圧Ｅ）ｌが発生する。次に、主磁極
と位置検出極が存在する区間にホール素子１があるとき
、ホール素子１は主磁極と位置検出極の中心にあるため
主磁極と位置検出極の磁束が各々通過するが、互いに逆
極性であり各々の単位面積当たりの磁束が等しいので、
通過する磁束も等しくなり、主磁極と位置検出極が磁束
を互いに打ち消しあい中間電位のホール出力電圧ＥＨが
発生する。さらに主磁極のＳ極のみが存在する位置にホ
ール素子１があるときは負極側に最大のホール出力電圧
ＥＨが発生する。

第２図は、第１図においてＮ極と対向する位置にホール
素子１があり、回転子４が固定子７の方向から見て反時
計回り（左回り）に回転しているときのホール出力電圧
を示した波形図である。前述したようにホール出力電圧
は、主磁極のＮ極のみが存在する位置で正極側の最大値
を、主磁極と位置検出極の各々が存在する位置で中間電
位を、主磁極のＳ極のみが存在する位置で負極側に最大
値を発生する。

以上のように、マグネット３の着磁方法を工夫すること
によって、簡単な着磁方法でありながら唯一のホール素
子１で、電気角５ＥｉＯ度に対し３種類の回転子位置信
号を発生することが可能となる。

なお、本実施例において、位置検出素子はホール素子と
したが、磁電変換素子であれば同様の効果が得られる。

また、位置検出極をマグネットの外周に着磁した場合を
説明したが、内周に着磁した場合においても同様の効果
が得られる。従って、本願が実施例のみに留まるもので
ないことは言うまでもない。

発明の効果 以上のように本発明は、主磁極Ｎ、　　Ｓ極を一対とし
円周方向に沿ってＮ、　　Ｓ極が隣接する部分を基準に
同心円上の所定の位置に所定の区間主磁極と逆極性の部
分を備えたマグネットを設け、マグネットの主磁極と位
置検出極が半径方向に隣接する部分を中心とし対向する
位置に位置検出素子を設置することにより、唯一の位置
検出素子で３相電動機の相切り替えのための回転子位置
信号を発生することが可能となる。従って、安価な無刷
子直流電動機を簡単な構成及び方法で実現することが可
能となりその実用効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における無刷子直流電動
機の構成図、第２図は同実施例の動作波形図である。 １・・・位置検出素子、・　２・・・駆動用コイル、３
・・・マグネット、　　４・・・回転子、　　７・・・
固定子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）主磁極Ｎ、Ｓ極を一対とし円周方向に沿ってＮ、
   Ｓ極が隣接する部分を基準に同心円上の所定の位置に所
   定の区間主磁極と逆極性の部分を備えたマグネットと、 前記マグネットを固着してなる回転子と、 前記マグネットに対向する位置に複数相で設置された駆
   動用コイルと、 前記マグネットに対向する所定の位置に設置された位置
   検出素子と、 前記駆動用コイルと前記位置検出素子を固着してなる固
   定子とを具備してなる無刷子直流電動機。