JPH03251068A - 小型電動機 - 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】

［０００１］

【産業上の利用分野】

本発明は、２本の腕部、これら両腕部に挟まれるヨーク
部、及び前記両腕部に挟まれた内周回が連続した挿入孔
を有する固定子を備える通称スケルトンタイプと称する
電動機に関するものであり、特にこの電動機のＤＣブラ
シレス化を行い電動機の高効率化、高回転化、及び回転
数制御の容易化を図ったものである。 ［０００２］

【従来の技術】

一般に２本の腕部、これら両腕部に挾まれるヨーク部及
び回転子の挿入孔を有する固定子を用いたスケルトンタ
イプの電動機としては、例えば特公昭５７−１６５７５
号公報に記載されているような隈取電動機が公知であっ
た。 ［０００３］

【発明が解決しようとする課題】

このような隈取電動機では固定子巻線とは別に固定子に
隈取コイルを設けて回転磁界を形成する必要があった。 一般にこの隈取コイルには大きな電流が流れるため、こ
の分電動機の効率低下を招く問題点があり、電動機の効
率向上に制限を課すものであった。特に、電動機の出力
を大きくした場合、この効率の低下は顕著に現れるもの
であった。 ［０００４］ また、この隈取電動機の駆動電源は交流電源であり、一
般には単相の商用交流電源が用いられていた。従って、
この隈取電動機の回転数（スリップ等を除いた後の同期
回転数）は前記商用電源の周波数によって一定に決まる
ものであった。 ［０００５］ この隈取電動機の回転数を変えるために通常に用いられ
ている方法は、交流電源の位相制御をする方法、電動機
のスリップ量を変える方法（この場合は隈取電動機の設
計自体を変える必要がある）などが一般に用いられてい
た。これらの方法を用いた場合は、いずれも電動機の運
転効率を低下させる問題点を有していた。さらに、これ
らの方法では最高回転数を同期回転数以上に高くするこ
とができない問題点を含んでいるものであった。 ［０００６］ さらに最近ではインバータ装置を用いて隈取電動機に供
給する交流電力の周波数を変え、電動機の同期速度自体
を変える方法があるが、直流を交流に変えるインバータ
回路、及びこのインバータ回路に供給するＰＷＭ理論に
基づいたスイッチング信号を演算するための演算部が必
要になり電動機の構成が複雑になり、隈取電動機の本来
の特徴である簡単な構造（構成）を犯す問題点を有して
いた。 ［０００７］ また、他の従来技術としては特開昭５２−１４１０号公
報、特開昭５５−８３４５１号公報に記載されていたよ
うなものがあった。前者に記載されたものは、「回転角
度の位置を検知するために回転子磁界にさらされる磁界
に依存した構成要素および直流電源と直列に固定子コイ
ルに接続されていて、回転子の回転角度位置に依存して
固定子コ不ルのアンペアターンを制御する制御電気調節
素子を有し、その際磁界に依存した構成素子の、磁界に
依存したパラメータの変化が調節素子に対する制御信号
に変換され、永久磁石を有する回転子および固定子コイ
ルを有する自動起動の無刷子直流電動機において、磁界
に依存した構成素子が、回転子磁界により飽和可能な鉄
心を有することを特徴とする無刷子直流電動機」であっ
た。このように構成された電動機では、回転子の挿入孔
に収納され外周に欠落（エアギャップ）があり、このエ
アギャップによって磁束密度の極端に高い所ができこの
磁束密度で回転子の永久磁石に減磁作用が生じる問題点
があった。また、挿入孔に欠落が生じていると挿入孔の
内周に変形が生じやすく電動機に性能低下が生じるため
電動機の組立てには特別な治具を必要とし、前記したと
同様にスケルトンタイプの電動機の特徴である簡単な構
造による組立ての容易性を失う問題点があった。 ［０００８］ 後者の公報に記載されたものは、１ステツプの移動角が
９０度もしくは１８０度のステップモータであった。こ
のステップモータは２本の腕部、これら両腕部に挾まれ
るヨーク部及び回転子の挿入孔を有する固定子が用いら
れていると共に外周にＮ極とＳ極との２極を有する回転
子を有していた。このような２極のステップモータでは
１パルス（または１ステツプ）に応答して回転子が１８
０度回軸回転。この１８０度の間に回転子は停止状態か
ら加速し、次いで減速して再び停止状態に至る。すなわ
ち、この加減速によって、ステップモータから振動と、
騒音とが生じる問題点があった。 ［０００９］ しかし、この振動も小さければあまり問題にならない。 例えば時計の指針の駆動にこのステップモータを用いる
ようなときは、ステップモータの出力が極めて小さいた
め振動と、騒音のエネルギーも小さくなる。さらに時計
の指針や歯車等も軽量であり、それ自体の弾性で振動を
吸収することができるので、このような２極のステップ
モータの利用は時計に適しているものであり、ファンモ
ータなど負荷が大きく低振動、低、騒音が要求されるも
のには適さないものであった。 ［００１０］ また、特開昭５２−１４１０号公報に記載されたブラシ
レスモータと、特開昭５５−８３４５１号公報に記載さ
れたステップモータとを組み合わせた場合、特開昭５５
−８３４５１号公報に記載されたステップモータの固定
子では、１パルス（または１ステツプ）ごとに回転子を
確実に停止させるために磁極の境目をはっきすさせる必
要があり、そのためノツチが大きくなっているものであ
った。従って、ノツチが大きくなっている部分は、固定
子からの磁界が回転子の回転に寄与されない問題点を有
していた。すなわち、このような電動機では運転効率が
ノツチが大きくなるに連れて悪くなる問題点を新たに生
じるものであった。この効率低下は時計用など極めて小
さい負荷を用いる際にはあまり問題にはならないがファ
ンモータなどの大きい負荷を用いるときにはこの効率の
悪さによって消費電力が大きくなってしまう問題点を有
していた。 ［００１１］ 以上のように特開昭５２−１４１０号公報に記載された
内容と特開昭５５−８３４５１号公報に記載された内容
とを単に組み合わせたのみでは、ファンモータなどの大
きな負荷を駆動する際には、電動機の運転効率を実用域
まで高めることができないと共に、運転効率が悪い分電
動機を大きくする必要があり、電動機の小型化と高効率
化とを妨げる問題点を有するものでありな。さらに固定
子のノツチが大きい所からは磁界が回転子の回転に寄与
されなくなり、挿入孔の内周の磁界分布にひずみができ
、このひずみに起因するコギングによって電動機の振動
や騒音が増加してしまう問題点を有していた。 ［００１２］ このような問題点に対して、本発明は電動機の組立て時
の容易性を確保しながら、この電動機の高効率化、高出
力化及び低振動化、低、騒音化を目的とした小型電動機
を提供するものである。 ［００１３］

【課題を解決するための手段】

本発明の小型電動機は、２本の腕部、これら両腕部に挾
まれたヨーク部、及び前記両腕部に挟まれ内周面が連続
した挿入孔を複数の電気鉄板を積層して形成した固定子
と、前記ヨーク部に巻かれた固定子巻線と、前記挿入孔
に収納され外周にＮ極回転位置に停止させるように回転
子とを有すると共に、前記挿入孔に収納され外周に前記
回転子を常に所定の回転位置に停止させるように回転子
の外周面との空隙が広く構成された広空隙部及びこの広
空隙部よりわずかに空隙が狭く構成された狭空隙部とを
交互に形成し、さらにこの回転子の停止位置から一定角
度移動させた位置に回転子の磁力を検知して信号を出力
する単一のホール素子を設け、このホール素子の信号出
力に基づいて前記固定子巻線への通電を有する回転子を
設けたものである。 ［００１４］

【作用】

このように構成された小型電動機では、通称スケルトン
型と称する極めて簡単な構造の固定子の回転子の挿入孔
に広空隙部と狭空隙部とを交互に配置させて、停止時に
は回転子を常に一定の位置に停止させるようにして、ホ
ール素子の単一化を図ると共に、さらに回転子に磁極を
設けることによって回転数の制御を高効率で可能にする
ものである。 ［００１５］

【実施例】

以下、本発明の実施例を図１ないし図４に基づいて説明
すると、先ず、図１において１は電気鉄板をスケルトン
型に打ち抜き複数枚積層した固定子鉄心であり軸受けを
取りつけるときに用いるボルト穴２，３、極分離用の溝
４，５、後記する回転子１３との広空隙６，７、及び狭
空隙８，９（この狭空隙８．９は広空隙６．７よりわず
かに狭く構成されている）　端子Ａ、Ｂ、Ｃを有する固
定子巻線１０、固定子巻線１０を巻くボビン１１からな
っている。尚この固定子巻線１０は鉄心１２（ヨーク部
）を有するボビン１１に巻いた後に固定子鉄心１に装着
している。またこの固定子巻線１０は端子Ａ、Ｃ間の一
相と端子Ｂ、Ｃ間の一相との二相からなっている。 ［００１６］ １３は回転子であり、回転軸１４、回転子鉄心１５及び
回転子鉄心１５の外周に設けられる永久磁石１６．１７
から成っている。１８は回転子１３の回転位置を検出す
るホール素子（またはホールＩＣ）である。 ［００１７］ また上記のように回転子１３の永久磁石１６．１７と固
定子鉄心１との空隙を広空隙６，７、及び狭空隙８，９
とした場合、磁気吸引力のバランスにより回転子１３は
図１に示すように常に一定の回転位置もしくは図１の状
態より１８０度回転した位置に停止する。広空隙と狭空
隙との空隙の大きさの差は回転子を常に一定の回転位置
に停止させることができる大きさであればよい。 ［００１８］ 図２は固定子巻Ｎ極とＳ極との２磁極を切り換える制御
部の電気回路図であり固定子巻線１０、ホール素子１８
は図１に示したものと同一であるため同一符号を付しで
ある。１９は比較器であり、非反転入力端子及び反転入
力端子が夫々ホール素子１８の端子Ｓ、Ｎに夫々接続さ
れている。１９は固定子巻線１０の端子Ａ、　Ｃの一相
と直列に接続されたスイッチング用トランジスタであり
、そのベース端子は抵抗２０とコンデンサ２１との積分
回路を介して比較器１９の出力端子に接続されている。 ２２はコンデンサ２１の電荷を放電するダイオードであ
る。 ［００１９］ ２３は固定子巻線１０の端子Ｂ、Ｃの一相と直列に接続
されたスイッチング用トランジスタであり、そのベース
端子は抵抗２４とコンデンサ２５との積分回路を介して
トランジスタ２８のコレクタ端子に接続されている。２
６はコンデンサ２５の電荷を放電するダイオードである
。尚、抵抗２０，２４、及びコンデンサ２１．２５の定
数は比較器１９の出力がＨレベル電圧／Ｌレベル電圧に
切り換わる時にトランジスタ２８．２３の同時ＯＮを防
止できる程度の時間に設定されている。また２７は定電
圧回路である。 ［００２０］ 以上の如く構成された小型電動機を駆動する場合、図２
の端子（Ｖｃｃ）に直流電力を供給すると、先ず、回転
子１３は図１に示すような状態で停止しているのでホー
ル素子１８の端子Ｓ及び端子Ｎの出力は図３のＴの状態
となる。従って比較器１０から出力が出てトランジスタ
２８がＯＮ状態となり固定子巻線１０の端子Ｃ一端端子
力方向電流が流れ固定子鉄心１の広空隙６がＮ極、広空
隙７がＳ極となり永久磁石１６．１７の吸引反発作用で
回転子１３が左回転を開始する。この回転子１３の回転
で図３に示すようにホール素子１８の端子Ｓ、端子Ｎの
出力が変化する。 ［００２１］ 回転子１３が９０度回転した時、図３に示すように比較
器１９の出力が切換り同時にトランジスタ２８がＯＦＦ
状態、トランジスタ２３がＯＮ状態となり固定子巻線１
０の端子Ｃ一端端子力方向の電流が流れ固定子鉄心の広
空隙６がＳ極、広空隙７がＮ極となる。従、って、回転
子１３は左回転の慣性力と新たに生じた永久磁石１６．
１７の吸引反発作用とで左回転が維持されるものである
。 ［００２２］ 以下、回転子１３が１８０度回転する毎に固定子鉄心１
の広空隙６．７に生じる磁極が切換り、上記と同様に回
転子１３の左回転が連続的に維持されるものである。 ［００２３］ 尚、このような電動機の定格回転数は一般のＤＣモータ
と同様に端子（Ｖｃｃ）に印加する直流電圧の大きさで
容易に変更することができるものである。 ［００２４］ 図４において、図中２８は電気鉄板をスケルトン型に打
ち抜き複数枚積層した固定子鉄心であり、軸受けを取付
ける時に用いるボルト穴２９．３０が設けである。更に
後記する回転子３６と固定子鉄心２８との空隙３１．３
２は回転子３６の回転角に応じてその幅が変化している
。３３は端子Ａ’　　、　Ｂ’　　、　Ｃ’　　を有す
る固定子巻線であり、この固定子巻線３３は鉄心３４を
有するボビン３５に端子Ａ’、Ｃ’　　間の一相及び端
子Ｂ’　　、　Ｃ’　間の一相が夫々形成されるもので
ある。３６は回転子であり、回転軸３７、回転子鉄心３
８及びこの回転子鉄心の外周に設ける永久磁石３９．４
０から成っている。４１は回転子３６の回転位置を検出
するホール素子である。上記のように回転子３６の永久
磁石３９．４０と固定子鉄心２８との空隙を変化させた
ときにも前記と同様に磁気吸引力のバランスにより回転
子３６は常に一定の回転位置に停止するものである。 ［００２５］ このような電動機を駆動する場合の制御部は第２図に示
した制御部を用いることができる。但し、端子Ａ、　Ａ
’　　端子Ｂ、　Ｂ’　　端子ｃ、　ｃ’　　を夫々接
続すれば良い。端子（Ｖｃｃ）に直流電源を接続すれば
前記と同様に磁界が生じて回転子３６が回転するもので
ある。 ［００２６］

【発明の効果】

本発明は２本の腕部、これら両腕部に挟まれたボーク部
、及び前記両腕部に挟まれ内周面が連続した挿入孔を複
数の電気鉄板を積層して形成した固定子と、前記ヨーク
部に巻かれた固定子巻線と、前記挿入孔に収納され外周
にＮ極回転位置に停止させるように回転子とを有すると
共に、前記挿入孔に収納され外周に前記回転子を常に所
定の回転位置に停止させるように回転子の外周面との空
隙が広く構成された広空隙部及びこの広空隙部よりわず
かに空隙が狭く構成された狭空隙部とを交互に形成し、
さらにこの回転子の停止位置から一定角度移動させた位
置に回転子の磁力を検知して信号を出力する単一のホー
ル素子を設け、このホール素子の信号出力に基づいて前
記固定子巻線への通電を有する回転子を設けたので、通
称スケルトン型と称する形状の固定子を用いて電動機の
組立てを行うことができ、電動機の組立て時の容易性を
従来の電動機と同様に保つことができると共に、広空隙
部と狭空隙部と用いることによってホール素子を単一に
することができ、電動機の構造の簡単化と組立ての容易
化をさらに進めることができる。 ［００２７］ また、広空隙部と狭空隙部との空隙の大きさに大きな差
がないので、空隙の差によるコギングやこのコギングに
よる電動機の運転効率の低下を防止できるものである。 ［００２８］ さらに固定子巻線に印加する電圧を変えるのみで電動機
の回転数制御が容易に行なえるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例を示す電動機の正面図である。

【図２】 図１に示す電動機に用いる制御部の電気回路図である。

【図３】 図２に示したホール素子の端子Ｓ、端子Ｎ、比較器の出
力及びトランジスタの動作状態を示す説明図である。

【図４】 本発明の他の電動機の正面図である。

【符号の説明】

１　固定子鉄心 １０　固定子巻線 １３　回転子 １５　永久磁石 １６　永久磁石 １８　ホール素子 ２８　固定子鉄心 ３３　固定子巻線 ３６　回転子 ３９　永久磁石 ４０　永久磁石 ４１　ホール素子

【書類色】

図面

【図１】

【図３】

【図４】 ■

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２本の腕部、これら両腕部に挟まれたヨー
   ク部、及び前記両腕部に挟まれ内周面が連続した挿入孔
   を複数の電気鉄板を積層して形成した固定子と、前記ヨ
   ーク部に巻かれた固定子巻線と、前記挿入孔に収納され
   外周にＮ極とＳ極との２磁極を有する回転子とを有する
   と共に、前記挿入孔の内周面に前記回転子を常に所定の
   回転位置に停止させるように回転子の外周面との空隙が
   広く構成された広空隙部及びこの広空隙部よりわずかに
   空隙が狭く構成された狭空隙部とを交互に形成し、さら
   にこの回転子の停止位置から一定角度移動させた位置に
   回転子の磁力を検知して信号を出力する単一のホール素
   子を設け、このホール素子の信号出力に基づいて前記固
   定子巻線への通電を制御する機構を設けたことを特徴と
   する小型電動機。