JPH04250A - 無刷子電動機 - 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、無刷子電動機、特に、回転子の位置検知部に
関するものである。

［従来の技術］ この種の無刷子電動機は、第１１図に示すようなものが
一般的である。すなわち、回転子１は、回転子軸２とス
リーブ３とこれに固着された永久磁石４とで構成されて
いる。固定子５は、回転子１の外周を円筒状に囲み、回
転子１の外周に向けて突出した複数の磁極歯の周囲に絶
縁部材６を介してコイル７を巻回して構成されている。

また、磁気感応素子８と、回転子１とは別体の位置検知
用磁石９とで回転子１の位置を検知する検知部を構成し
ている。磁気感応素子８は結線用基板であるプリント基
板１０に取り付けられ、プリント基板１０は、検知部キ
ャップ１１に取り付けられている。

ここで、位置検知用磁石９と磁気感応素子８はラジアル
方向に対向するように設定されている。

これは特に焼結軸受を使用した電動機の回転子のスラス
トガタはラジアルガタに比べて大きく、スラスト方向に
対向させると位置検知用磁石９と磁気感応素子８間のエ
アギャップが一定せずに特性に悪影響を及ぼすからであ
る。また、磁束集束体１２は、磁気感応素子８の背面に
設置されている。

磁気感応素子８は、例えばホール素子であれば位置検知
用磁石９からの磁束量に比例した出力電圧を発生する。

このホール素子の出力電圧を受けて駆動回路がコイル励
磁信号を出力するようになっている。尚、１３はプリン
ト基板１０から導出されているリード線である。

［発明が解決しようとする課題］ 上記に示す無刷子電動機において、その出力トルクを可
変する際には、次の２つの手段がある。

第１の手段は、第１２図に示すように、その無刷子電動
機を実装する充電工具に機械式の２ラツチ１４を装着す
る方法である。これは、金属ボール１５、バネ１６等に
より摩擦力で発生トルクを打ち消す方式である。しかし
、クラッチ１４による方式は、動作時の騒音、振動が大
きく、また、工具の重量も重くなる。なお、第１２ロウ
左側がモータ取付側を示し、右側は出力軸側を示してい
る。

第２の手段は、外部に設けられる駆動回路において、電
流値を何らかの手法で加減制御することで実施するのが
一般的で、そのためには電流検出、設定値との比較、Ｐ
ＷＭ変換等の回路が必要であるが、ＰＷＭ（パルス幅変
調）では、その制御対象はｔ流値であり、本質的なトル
クではない。

すなわち、トルクは電流と磁束密度の積で表されるが、
電流が如何に一定であっても磁束密度の分布は一般に正
弦波状であるから、回転時のトルクはモータの極数に応
じたトルクリップルが発生する。この様子を第１３図に
示す、この例は、３相ブラシレスモータの実例である。

この回転トルクを一定にするためには理論的には下記の
式のように回転子の回転速度信号をコイルの励磁信号と
して、フィードバックすることで達成できる。

（トルク発生理論式） 各相のトルク分布が正弦波であると仮定すると、３相の
各相トルクＴ、、Ｔ２．Ｔｓは次式で表される。

Ｔ＋＝に＋”　Ｉ　＋”Ｓｉｎθ　　　　　　・・−−
＜　１　）Ｔ２＝に１＊　Ｉ２＊５ｉｎ（θ−２／３π
）　　・・・・・１２）Ｔ３＝に、＊　Ｉ　３＊５ｉｎ
（θ−４／３ｒ）　　−−＜３＞但し、Ｋ、・定数 ＩＩ、Ｉ２．Ｉ＝：各相電流 θ、電気角 ここで、位置センサーの信号もほぼ正弦波であり、コイ
ルの逆起電力波形すなわち、トルク分布波形から９０°
位相がずれているものと仮定すると、各相の励磁用セン
サーの信号Ｓ、、Ｓ２．Ｓ３は、次式で表される。

Ｓ　１＝　Ｓ　＊　５ｉｎ（θ−ｘ　／２）　　　　　
　　−（４）Ｓ　２：　Ｓ　＊　５ｉｎ（θ−２／３＊
π−π／２）　　・・（５）Ｓ　３＝　Ｓ　＊　５ｉｎ
（θ−４／３＊　ｘ　　ｙｔ　／２）　　−（６）但し
、Ｓ・位置センサー信号の片側振幅こｆ）モータの駆動
回路構成を、ＰＷＭ方式の電流制御可能な回路とし、駆
動電流を位置センサー信号に比例させ、その片側振幅を
に２とすれば、各相の電流式は次式のようになる。

Ｉ＋＝に２＊５ｉｎ（θ−ｙｃ／２）−（７）Ｉ２＝に
２＊５ｉｎ（θ−２／３＊ｘ−ｒ／２）＝１８＞Ｉ　２
＝　Ｋ　２　＊　５ｉｎ（θ−４／３＊ｒ−ｒ／２）＝
１９＞従って、モータ全体のトルクは、 Ｔ＝Ｔ、＋Ｔ２＋Ｔｉ ＝に＋＊Ｋｚ”　（ｓｉｎθ＊　５ｉｎ（θ−ｒ　／２
）　＋５ｉｎ（θ−２／３π）＊５ｉｎ（θ−２／３＊
π−π／２）＋５ｉｎ（θ−４／３π）＊５ｉｎ（θ−
４／３＊π−π／２）〕＝０　　　　　　・・・・・・
・・・〈１０）となり、発生トルクはＯとなりモータは
停止状態となる。

次に、励磁用センサーの位置を基本位置からαだけずら
した場合、センサー信号は、 Ｓ　＝　Ｓ　＊　５ｉｎ（θ−ｒ／２−＋−ｒｚ）　　
　　’　　　−（１１）Ｓ　２＝　Ｓ　＊　５ｉｎ（θ
−２／３＊　ｗ　−ｘ　／２＋　ａ　）　　−（１２）
Ｓ　３＝　Ｓ　＊　５ｉｎ（θ−４／３＊ｒ−ｒ／２＋
α）　　＝−（１３）となるので、従来と同様に計算を
すると合成トｌレクは、 Ｔ　＝　３／２　＊　Ｋ　＊　ｓｉｎ　ａ　　　　　　
　−−（１４）但し、Ｋ　＝　Ｋ　１　＊　Ｋ　２ となり、センサー信号の位相角によりトルクカ（変化す
ることがわかる。

通常、ブラシレスモータのセンサー位置番よ、逆起電圧
と同相であり、ｓｉｎα＝１であるため、トルクはリッ
プルの少ない一定出力になる。

すなわち、上記（１４）式は、元来回転子（ロータ）の
着磁分布がｓｉｎ波状のところに、駆動電流としてトル
クと同相のｓｉｎ波を流を流せば、トルりは一定になる
ということを示している。

ここで、この一定トルクを可変にするには、従来のモー
タ単体における制御の場合、Ｐ　Ｗ　Ｍ　Ｏ＜レス幅変
調）等の手段により電流を加減して（すなわち、上記式
（７）乃至（９）を変化させる）、実施していた。

そのため、トルクの設定は、外部よりボリュームを用い
た電圧の値で行い、電流検出値と比較し最終電流値を決
定する回路を介して実施されている。従って、回路例は
第１４図に示すような複雑な構成となり、折角上記理論
で得られた。センサー位置変更でトルクが可変であると
いう手段は用いられていない。

また、充電工具においては、このようなトルクの制限は
、機械式クラッチによるものがほとんどであり、電子式
でのトルク制御はなされていない。

なお、第１４図に示す従来の回路例について簡単に説明
する。電流設定用（トルク設定用）のボリューム１７の
出力は増幅器１８を介して、比較器１９．・・・の一方
の入力端に入力され、他方の入力端にはコイル７に流れ
る電流を検出する電流センサー２６．・・・の出力が入
力されている。磁気感応−素子８からの出力は励磁相切
換信号発生回路２４を介してＰＷＭ変換回路２０１・・
・に入力され、各相にＰＷＭ変換回路２０．・・・の出
力にて３相バイポ一ラ型インバータ回路２５を駆動し、
コイル７に制御電流を流し、回転子１を回転制御してい
る。

本発明は、上述の点に鑑みて提供したものであって、電
動機の発生トルクにむらがなく、かつ簡単な構造により
電動機の発生する最大トルクが制御可能な無刷子電動機
を提供することを目的としたものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、出力トルクを可変させるため、磁気感応素子
を実装した位１検出ブロックの取付位置を調整する調整
手段を設けたものである。

［作　用］ 而して、調整手段により、磁気感応素子を実装した位置
検出ブロックの取付位置を調整して、出力トルクを可変
させるようにしている。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。尚、
無刷子電動機の全体の構成は従来と同様であり、本発明
は、位置検出素子である磁気感応素子８と、この磁気感
応素子８を実装したプリント基板１０とで構成される位
置検出ブロック２１に特徴を有するものである。

ところで、第３図は従来の位置検出ブロック２１を示し
、第４図は本発明の位置検出ブロック２１を示している
。すなわち、プリント基板１０に形成した舌片２２の内
側に磁気感応素子８を実装し、両側には位置検出ブロッ
ク２１が回転可能・なように円弧状の取付穴２３が形成
しである。そして、プリント基板１０の一部より腕片２
４を一体に突設している。

第５図（＆）は加工前の状態を示し、舌片２２を折り曲
げ、また固定片２５を折り曲げてリード線１３を押え固
定するようにしている。第５図（ｂ）は加工後の状態を
示している。

第６区に示すように、ゲース２６の一端面に形成した円
筒状の取付部２７の開口部の内側に位置検知用磁石９が
配設され、また、取付部２７の端面にはねじ穴２８が形
成しである。ワッシャ３０を介したネジ２９を位置検出
ブロック２１のプリント基板１０の取付穴２３に挿通し
、上記ねじ穴２８に螺着して、第７図に示すように、位
置検出ブロック２１を半固定する。尚、プリント基板１
０と取付部２７の端面との間にはプリント基板１０が動
く程度の隙間が設けである。

ここで、第１図及び第２図に示すように、突出した腕片
２４を回転させた場合に、位置検出ブロック２１の軸中
心に回転するように位置検出ブロック２１はネジ２９に
より緩やかにねし止めされ、また、円弧状の取付穴２３
及びネジ２９により所定の範囲（電気角で９０゛、機械
角で４５°）だけ回転できる構造となっており、それ以
上は回転できない構造としている。また、位置検知信号
とトルクの位相は同相となるように調整しである。

尚、腕片２４、取付穴２３、ネジ２９等で調整手段を楕
成し、また、取付穴２３、ネジ２９等で規制手段を構成
している。第８図に本発明を実装した無刷子電動機の断
面を示す。第８図から判るように、腕片２４によりプリ
ント基板１０の中心分軸として回転ようになっている。

第９図に本発明の無刷子電動機をドライバのような充電
工具に装着した場合を示す。この充電工具の内部に本発
明の無刷子電動機Ａの回転子細にはギアボックス３１が
取着され、充電工具の先端にはチャック３２が設けであ
る。また、充電工具のハウジング３３の側部には長孔３
４が穿設されていて、この長孔３４より上記位置検出ブ
ロック２１の腕片２４を回転自在に突出させている。

従って、この腕片２４を回転させることで、充電工具の
最大トルクを制御することが可能となる。

第１０図は、本発明に必要な駆動回路のブロック図を示
し、従来とは異なり、位置検出ブロック２１の磁気感応
素子８の出力を直接増幅器１８・−・を介して比較器１
９．・・・に入力している。従って、従来のようにボリ
ュームで出力トルクを可変とするのではなく、磁気感応
素子８を実装して位置検出ブロック２１の回転作用にて
出力トルクを可変としている。尚、他の構成は従来と同
様である。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、出力トルクを可変させるため、
磁気感応素子を実装した位置検出ブロックの取付位置を
調整する調整手段を設けたものであるから、調整手段に
より、磁気感応素子を実装した位置検出ブロックの取付
位置を調整して、出力トルクを可変させることができ、
位置検出ブロックの取付位置を調整するだけで、その発
生トルクにむらがなく、且つ簡単な構造で最大トルクの
制御が可能である効果を奏するものである。

また、位置検出ブロックに位置調整用の腕片を備え、無
刷子電動機を内蔵する工具より上記腕片を外部に突設し
ていることで、充電工具をドライバとした場合には、ネ
ジ山の損傷がなく、また、決まった締め付は力でネジ締
めが可能であり、更には、機械式クラッチではないため
充電工具の重量を軽くすることができ、しかも、ネジの
締め付は時の騒音が少ないものである。

更には、位置調整用の腕片の移動量を所定範囲に規制す
る規制手段を設けていることで、出力トルクの可変範囲
を一定にして使い易くシている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の要部斜視図、第２図は同上の
要部断面図、第３図は従来例の位置検出プロ・ンクの斜
視図、第４図は本発明の実施例の位置検出ブロックの斜
視図、第５図（ａ）（ｂ）は同上の説明図、第６１１に
は同上の分解斜視図、第７図は同上の斜視図、第８図は
同上の無刷子電動機の断面図、第９図は同上の無刷子電
動機を用いた充電工具の斜視図、第１０図は同上の駆動
回路のブロック図、第１１図は従来例の無刷子電動機の
断面図、第１２図は同上のクラッチの断面図、第１３図
は同上のトルク波形図、第１４図は同上の駆動回路のブ
ロック図である。 １は回転子、４は永久磁石、５は固定子、６は絶縁部材
、７はコイル、８は磁気感応素子、９は位置検知用磁石
、２１は位置検出ブロック、２４は腕片である。 代理人　弁理士　石　１）長　七 ２１・・・位１検出ブロック 第４図 第５ 図 第２図 第３図 第６図 第８図 第９ 図 第１１図 第１２閣 第１３１１

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）外周に永久磁石を配設した回転子と、回転子の外
   周を円筒状に囲み且つ回転子の外周面に向けて複数の磁
   極歯を突出させ該磁極歯の周囲に絶縁部材を介してコイ
   ルを巻回した固定子と、上記回転子の永久磁石とは別体
   に位置検知用磁石を設けて該位置検知用磁石と複数個の
   磁気感応素子とにより回転子の位置検知を行う検知部と
   を備え、検知部からの位置検知信号により作動する駆動
   回路によりコイルへの通電を制御するようにした無刷子
   電動機において、出力トルクを可変させるため、磁気感
   応素子を実装した位置検出ブロックの取付位置を調整す
   る調整手段を設けたことを特徴とする無刷子電動機。
2. （２）上記位置検出ブロックに位置調整用の腕片を備え
   、無刷子電動機を内蔵する工具より上記腕片を外部に突
   設したことを特徴とする請求項１記載の無刷子電動機。
3. （３）上記位置調整用の腕片の移動量を所定範囲に規制
   する規制手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の
   無刷子電動機。