JPH05103454A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 常に高効率の駆動状態が得られ、小型軽量の
ブラシレスモータを得る。 【構成】 マグネット１４の外周に配置されたコア１６
には、周方向に沿って３相の駆動コイル３０、３２、３
４が配設されている。コア１６には各駆動コイルの間か
らマグネット１４へ向けて突出するようにティース１
８、２０、２２、２４、２６、２８が設けられており、
各ティースの先端に設けられた溝部には３相のサーチコ
イル４８、５０、５２が設けられている。ロータ及びマ
グネット１４の回転に伴って各サーチコイル４８、５
０、５２に誘導電圧（信号）が発生し、図示しない駆動
回路はこの信号に基づいて駆動コイル３０、３２、３４
を所定のタイミングで通電させ、ブラシレスモータ１０
を常に高い効率で駆動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はブラシレスモータに係
り、特に、ロータの回転に伴って発生する誘導電圧を用
いて駆動コイルへの通電を制御するブラシレスモータに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、整流子、ブラシ等の機械的な
接触によるノイズがなくかつ長寿命であるブラシレスモ
ータが知られている。このブラシレスモータには構成部
品の少ない３相型のブラシレスモータが数多く用いら
れ、例えば車両の電気的な駆動部分にも数多く用いられ
ている。一方、ブラシレスモータは整流子、ブラシ等か
ら成る機械的な整流機構がないので、ブラシレスモータ
を駆動するためにはマグネットロータ（以下、ロータと
いう）の磁極の位置を検出する必要がある。

【０００３】このロータの磁極の位置の検出としては、
非通電時に駆動コイルに発生する誘導電圧を用いて行う
検出方法がある。上記検出方法を適用した３相のブラシ
レスモータでは、特定相の駆動コイルを通電してロータ
を回転させ、ロータが回転することにより通電していな
い残りの２相の駆動コイルに現れる正弦波の誘導電圧
（磁極検出信号）の大きさを検出し、この誘導電圧の大
きさ（位相）からロータの磁極の位置を検出している。
また前記磁極検出信号に基づいて通電する駆動コイルを
順に切換えることによりロータを回転させている。

【０００４】また、前記磁極検出信号はロータの磁極が
駆動コイルを通過することによって得られるものであ
り、磁極検出信号の発生タイミングと駆動コイルへの通
電タイミングとは時間的にずれが生じている。このた
め、ロータが最も高いトルクを発生するよう各駆動コイ
ルを通電するために、磁極検出信号の位相を抵抗及びコ
ンデンサを用いた積分回路によって遅らせ、この位相を
遅らせた磁極検出信号に基づいて通電する駆動コイルの
切り換えを行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように磁極検出信号の位相を積分器で遅らせてブラシレ
スモータを駆動する場合、負荷変動等によるロータの回
転速度の変化に応じて磁極検出信号の周波数が変化し、
積分器の時定数が一定であるので積分器から出力される
信号の位相遅れ角が変化する。これに伴って、各駆動コ
イルの通電タイミングが変化するので、ブラシレスモー
タを常に高い効率で駆動することができない、という問
題があった。

【０００６】このため、ホール素子等の磁気センサを用
いてロータの位置を検出することが行われている。この
方法では各駆動コイルを最適なタイミングで通電するこ
とができるが、磁気センサは半導体素子であるため一般
的に熱に弱く、このような素子を内部に収容したブラシ
レスモータは、例えば１２０℃以上の高温環境下では使
用することができない。

【０００７】また、ブラシレスモータにサーチコイルを
巻いたコアを備えたタコジェネレータを取付け、サーチ
コイルに発生する誘導電圧の位相が駆動コイルに発生す
る誘導電圧の位相とずれるようにサーチコイルを配置
し、サーチコイルに発生する誘導電圧を磁極検出信号と
して用いることも考えられるが、ブラシレスモータの外
径寸法が大きくなり、重量も増加するという欠点を有し
ている。

【０００８】本発明は上記事実を考慮して成されたもの
で、常に高効率の駆動状態が得られ、小型軽量のブラシ
レスモータを得ることが目的である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るブラシレスモータの駆動回路は、シャフ
トにマグネットが取付けられ前記シャフトを中心として
回転可能に配置されたロータと、前記マグネットに対向
して配置されたコアと、前記コアの周方向に沿って複数
配設された駆動コイルと、前記複数の駆動コイルの各々
の間から前記マグネットへ向けて突出するように前記コ
アに設けられたティースと、前記ティースに配設された
複数のサーチコイルと、前記ロータの回転に伴って前記
複数のサーチコイルの各々に発生する信号に基づいて前
記複数の駆動コイルの各々を所定のタイミングで通電さ
せる通電手段と、を設けたことを特徴としている。

【００１０】

【作用】本発明では、複数の駆動コイルの各々の間から
マグネットへ向けて突出するようにコアに設けられたテ
ィースに複数のサーチコイルを配設している。ティース
は複数の駆動コイルの間に設けられているので、ティー
スに配設されたサーチコイルからは、ロータの回転に伴
って、駆動コイルに発生する誘導電圧と位相差を有する
信号が発生し、ロータの回転速度が変化しても前記位相
差は変化しない。従って通電手段は、サーチコイルで発
生した信号に基づいて、ロータの回転速度の変化に拘わ
らず、駆動コイルに発生する誘導電圧と一定の位相差を
有する所定のタイミングで駆動コイルを順に通電するこ
とができる。このため、常に一定で高効率の駆動状態が
得られる。

【００１１】また本発明では、ブラシレスモータ内部に
磁気センサ等の半導体素子を設ける必要がないので、高
温環境下でも使用することができる。さらに、前述のよ
うにサーチコイルをブラシレスモータのティースに配設
しているので、外部にタコジェネレータを取付けてロー
タの位置を検出する必要がなく、ブラシレスモータを小
型軽量化することができる。

【００１２】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。図１には本発明に係るブラシレスモータ１０
が示されており、図３にはブラシレスモータの駆動回路
１２が示されている。なお、図１に示したブラシレスモ
ータ１０は、インナロータ型で３つの駆動コイルを備え
た１２０°通電方式のブラシレスモータである。

【００１３】図１に示すように、ブラシレスモータ１０
はＳ極及びＮ極の両磁石が設けられたマグネット１４を
備えている。マグネット１４は回転可能に軸支された図
示しないシャフトに取付けられており、このマグネット
１４とシャフトとによってロータが構成されている。ロ
ータの外周にはコア１６が配設されている。図２にも示
すように、コア１６は円筒状とされており、内周面には
ロータのマグネット１４へ向けて突出するように６個の
ティース１８、２０、２２、２４、２６、２８が設けら
れている。各ティースはマグネット１４に対向する部分
が幅広とされて略Ｔ字状の断面となっており、隣り合う
ティースとの角度が６０°になるように配置されてい
る。

【００１４】ティース１８、２０、２２、２４、２６、
２８はブラシレスモータ１０の効率を向上させる目的で
設けられており、コア１６と共に透磁率の高い材質、例
えば鉄で形成されている。後述する駆動コイルが通電さ
れると磁力線が発生し、この磁力線は通電された駆動コ
イルに隣接するティースに集まる。これにより、ロータ
の回転に寄与する磁力線の数が多くなるのでブラシレス
モータ１０の効率が向上する。

【００１５】また、コア１６には３相の駆動コイル３
０、３２、３４が巻き込まれている。駆動コイル３０
は、ティース１８とティース２０との間隙３６と、マグ
ネット１４を挟んで前記間隙３６に対向する間隙３８
と、を各々通過するように配設されており、端部がロー
タのシャフトに干渉しないようにコア１６の外周へ向け
て折り曲げられている（図２参照）。駆動コイル３２
は、ティース２２とティース２４との間隙４０と、マグ
ネット１４を挟んで前記間隙４０に対向する間隙４２
と、を各々通過するように配設されており、端部が駆動
コイル３０と同様に処理されている。さらに駆動コイル
３４はティース２６とティース２８との間隙４４と、マ
グネット１４を挟んで前記間隙４４に対向する間隙４６
と、を各々通過するように配設されている。

【００１６】一方、ティース１８、２０、２２、２４、
２６、２８の各々のマグネットと対向する部分には溝１
８Ａ、２０Ａ、２２Ａ、２４Ａ、２６Ａ、２８Ａが設け
られており、３相のサーチコイル４８、５０、５２が巻
き込まれている。サーチコイル４８は溝２０Ａと、マグ
ネット１４を挟んで前記溝２０Ａに対向する溝２６Ａ
と、を通過するように配設されており、端部が駆動コイ
ルと同様にコア１６の外周へ向けて折り曲げられてい
る。また、サーチコイル５０は溝２４Ａと、マグネット
１４を挟んで前記溝２４Ａに対向する溝１８Ａと、を通
過するように配設されており、端部が同様に処理されて
いる。さらに、サーチコイル５２は溝２８Ａと、マグネ
ット１４を挟んで前記溝２８Ａに対向する溝２２Ａと、
を通過するように配設されている。

【００１７】図３に示すように、サーチコイル４８の一
端はコンパレータ５４の入力端に接続されており、他端
は接地されている。また、サーチコイル５０及びサーチ
コイル５２の一端は、コンパレータ５６及びコンパレー
タ５８の入力端に各々接続されており、他端は接地され
ている。コンパレータ５４、５６、５８は入力された信
号のレベルが予め設定された所定値以上の場合にはハイ
レベルの信号を出力し、所定値よりも低い場合にはロー
レベルの信号を出力する。コンパレータ５４、５６、５
８は所定値として０レベルが設定されており、ロータの
回転に伴う電磁誘導によって各サーチコイル４８、５
０、５２に図３矢印Ａ方向の誘導電圧（信号）が発生し
た場合にハイレベルの信号を出力し、図３矢印Ａ方向と
反対の方向の誘導電圧（信号）が発生した場合にローレ
ベルの信号を出力する。

【００１８】コンパレータ５４の出力端はロジック回路
６０内の、ＡＮＤ回路６２の２個の入力端の一方と、Ｎ
ＯＴ回路７２の入力端と、に接続されている。コンパレ
ータ５６の出力端は、ＡＮＤ回路６４の２個の入力端の
一方と、ＮＯＴ回路６８の入力端と、に接続されてお
り、コンパレータ５８の出力端は、ＡＮＤ回路６６の２
個の入力端の一方と、ＮＯＴ回路７０の入力端と、に接
続されている。また、ＮＯＴ回路６８の出力端はＡＮＤ
回路６２の入力端に接続され、ＮＯＴ回路７０の出力端
はＡＮＤ回路６４の入力端に接続され、ＮＯＴ回路７２
の出力端はＡＮＤ回路６６の入力端に接続されている。

【００１９】ＡＮＤ回路６２、６４、６６の出力端は、
各々トランジスタ７４、７６、７８のベースに接続され
ている。トランジスタ７４のコレクタは駆動コイル３０
の一端に接続されており、エミッタは接地されている。
駆動コイル３０の他端は図示しない電源に接続されてお
り、ＡＮＤ回路６２からトランジスタ７４にハイレベル
の信号が入力されるとトランジスタ７４がオンし、駆動
コイル３０が通電して励磁される。また、トランジスタ
６４のコレクタは駆動コイル３２の一端に接続され、ト
ランジスタ７８のコレクタは駆動コイル３４の一端に接
続されており、各々のトランジスタ７６、７８のエミッ
タは接地されている。駆動コイル３２、３４の他端も電
源に接続されており、ＡＮＤ回路６４または６６からト
ランジスタ７６または７８にハイレベルの信号が入力さ
れると、トランジスタ７６または７８がオンし、駆動コ
イル３２または３４が通電して励磁される。

【００２０】次に本実施例の作用を説明する。ブラシレ
スモータ１０のロータ及びマグネット１４が図１におい
て時計方向に回転した場合、図４（Ａ）乃至（Ｃ）に示
すように各駆動コイルには駆動コイル３０、３２、３４
の順に各々１２０°の位相差で誘起電圧が発生する。ま
た、駆動コイル３０のロータ回転方向下流側に位置して
いるサーチコイル４８には、駆動コイル３０で発生する
誘起電圧から３０°位相が遅れた誘起電圧（信号）が発
生する（図４（Ｄ）参照）。同様に、サーチコイル５０
には駆動コイル３２で発生する誘起電圧から３０°位相
が遅れた誘起電圧（信号）が発生し（図４（Ｅ）参
照）、サーチコイル５２には駆動コイル３４で発生する
誘起電圧から３０°位相が遅れた誘起電圧（信号）が発
生する（図４（Ｆ）参照）。なお、ロータ及びマグネッ
ト１４が図１において反時計方向に回転した場合には誘
起電圧の発生順序が逆になる。

【００２１】なお、本実施例のブラシレスモータ１０の
ように１２０°通電方式のブラシレスモータでは、駆動
コイルに発生する誘起電圧のレベルが最も高い位置を中
心として位相差が±６０°の期間、駆動コイルを通電し
た場合にモータの最も効率が高くなる。例えば駆動コイ
ル３０では、図４（Ａ）に示す誘起電圧のレベルが最も
高くなる９０°の位置を中心として位相差が±６０°の
期間、すなわち３０°から１５０°の期間、駆動コイル
３０を通電し、他の駆動コイル３２、３４についても同
様の期間通電すると、ブラシレスモータ１０の効率が最
も高くなり好ましい。

【００２２】サーチコイル４８、５０、５２で発生した
信号は、各々コンパレータ５４、５６、５８へ入力され
る。各コンパレータは、入力された信号が０レベルより
も高い場合、すなわち信号の向きが正の場合にハイレベ
ルの信号を出力し、前記以外の場合にローレベルの信号
を出力する。従ってコンパレータ５４は、誘導コイル３
０から出力される駆動信号の位相が３０°から２１０°
（１８０°＋３０°）の間、ハイレベルの信号を出力す
る。同様にコンパレータ５６は、誘導コイル３２から出
力される駆動信号の位相が３０°から２１０°の間ハイ
レベルの信号を出力し、コンパレータ５８は、誘導コイ
ル３４から出力される駆動信号の位相が３０°から２１
０°の間ハイレベルの信号を出力する。

【００２３】各コンパレータから出力された信号はロジ
ック回路６０に入力される。ロジック回路６０のＡＮＤ
回路６２には、コンパレータ５４から出力された信号
と、コンパレータ５６から出力されＮＯＴ回路６８で反
転された信号と、が入力され、前記２つの信号の論理積
に対応する信号が出力される。コンパレータ５６から出
力される信号は、駆動コイル３２に発生する誘起電圧の
位相が３０°のとき、すなわち駆動コイル３０に発生す
る誘起電圧の位相が１５０°のときにハイレベルに変化
する。従ってＡＮＤ回路６２からは駆動コイル３０に発
生する誘起電圧の位相が３０°から１５０°までの間ハ
イレベルとなる信号（図４（Ｊ）参照）が出力される。
この信号がハイレベルとなっている期間は、ブラシレス
モータ１０を効率よく駆動するための駆動コイル３０の
好ましい通電タイミングに一致している。

【００２４】また、ＡＮＤ回路６４には、コンパレータ
５６から出力された信号と、コンパレータ５８から出力
されＮＯＴ回路７０で反転された信号と、が入力され、
駆動コイル３２に発生する誘起電圧の位相が３０°から
１５０°までの間ハイレベルとなる信号（図４（Ｋ）参
照）が出力される。同様にＡＮＤ回路６６には、コンパ
レータ５８から出力された信号と、コンパレータ５４か
ら出力されＮＯＴ回路７２で反転された信号と、が入力
され、駆動コイル３４に発生する誘起電圧の位相が３０
°から１５０°までの間ハイレベルとなる信号（図４
（Ｌ）参照）が出力される。

【００２５】ＡＮＤ回路６２、６４、６６から出力され
た信号はトランジスタ７４、７６、７８のベースに入力
され、各トランジスタは入力された信号がハイレベルの
ときにオンする。トランジスタがオンすると、オンした
トランジスタに接続された駆動コイルが通電されて励磁
され、コア１６内に磁界が発生する。発生した磁界とマ
グネット１４のＳ極及びＮ極との間に吸引力または反発
力が生じ、これによってロータ及びマグネット１４が回
転する。また、ブラシレスモータ１０の各励磁コイル３
０、３２、３３は、ブラシレスモータ１０を効率よく駆
動するための好ましい通電タイミングで通電されるの
で、ブラシレスモータ１０は効率良く駆動される。

【００２６】また、ロータ及びマグネット１４の回転数
が変化した場合にも、駆動コイル３０、３２、３４の各
々で発生する誘起電圧及びサーチコイル４８、５０、５
２の各々で発生する信号の位相差が変化することがない
ので、ロータ及びマグネット１４の回転数に拘わらずブ
ラシレスモータ１０が常に効率よく駆動されるように駆
動コイル３０、３２、３４を通電することができる。

【００２７】このように、本実施例では駆動コイル３
０、３２、３４の間に設けられたティース１８、２０、
２２、２４、２６、２８にサーチコイル４８、５０、５
２を設け、各サーチコイルに発生する信号に基づいて駆
動コイル３０、３２、３４を通電するようにしたので、
積分器を用いる必要がなく、ロータの回転速度の変化に
拘わらず好ましい通電タイミングで各駆動コイルを通電
することができるので、常に高効率の駆動状態が得られ
る。

【００２８】また、ブラシレスモータ１０内部に磁気セ
ンサ等の半導体素子を設ける必要がないので、高温環境
下でも使用することができる。さらに、ブラシレスモー
タ１０の外部にタコジェネレータを取付けてロータの位
置を検出する必要がなく、ブラシレスモータ１０を小型
軽量化することができる。

【００２９】なお、本実施例では３相のブラシレスモー
タに本発明を適用した例を示したが、３相以外の相数の
ブラシレスモータに本発明を適用することもできる。こ
の場合のブラシレスモータの各駆動コイルの通電タイミ
ングは最適な通電タイミングと必ずしも一致しないが、
ブラシレスモータを小型軽量化でき、ロータの回転速度
の変化に拘わらず常に一定効率で駆動できる、という効
果が得られる。

【００３０】また、本実施例ではインナロータ型のブラ
シレスモータに本発明を適用した例を示したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、コアの外周にロータ
のマグネットが配置されたアウタロータ型のブラシレス
モータに適用することも可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、複数の
駆動コイルの各々の間に設けられたティースに複数のサ
ーチコイルを配設し、ロータの回転に伴って複数のサー
チコイルの各々に発生する信号に基づいて複数の駆動コ
イルの各々を所定のタイミングで通電させるようにした
ので、常に高効率の駆動状態が得られ、小型軽量にする
ことができる、という優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係るブラシレスモータの概略構成図
である。

【図２】ブラシレスモータのコア及びコアに巻き込まれ
た駆動コイル及びサーチコイルを示す斜視図である。

【図３】ブラシレスモータの駆動回路を示す回路図であ
る。

【図４】（Ａ）乃至（Ｌ）は本実施例の作用を説明する
タイミングチャートである。

【符号の説明】

１０ ブラシレスモータ １２ ブラシレスモータの駆動回路 １４ マグネット １６ コア ４８ サーチコイル ５０ サーチコイル ５２ サーチコイル ５４ コンパレータ ５６ コンパレータ ５８ コンパレータ ６０ ロジック回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シャフトにマグネットが取付けられ前記
   シャフトを中心として回転可能に配置されたロータと、
   前記マグネットに対向して配置されたコアと、前記コア
   の周方向に沿って複数配設された駆動コイルと、前記複
   数の駆動コイルの各々の間から前記マグネットへ向けて
   突出するように前記コアに設けられたティースと、前記
   ティースに配設された複数のサーチコイルと、前記ロー
   タの回転に伴って前記複数のサーチコイルの各々に発生
   する信号に基づいて前記複数の駆動コイルの各々を所定
   のタイミングで通電させる通電手段と、を設けたことを
   特徴とするブラシレスモータ。