JPH05300717A - Dc brushless motor - Google Patents

Dc brushless motor

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JPH05300717A
JPH05300717A JP5530391A JP5530391A JPH05300717A JP H05300717 A JPH05300717 A JP H05300717A JP 5530391 A JP5530391 A JP 5530391A JP 5530391 A JP5530391 A JP 5530391A JP H05300717 A JPH05300717 A JP H05300717A
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JP
Japan
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stator
brushless motor
motor
phase
rotor magnet
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5530391A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Kotoda
喜弘 古藤田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE:To reduce the peak value of a torque ripple generated in a DC brushless motor, by a cheap configuration. CONSTITUTION:In this axial-gap type DC brushless motor, three holes 21 arranged in a circumferential way are bored in a stator yoke 3 at angular spaces of 120 degrees, using a capstan axis 15 as a center. The rotational torque of the motor contains a very finely fluctuating torque ripple, and the rotational torque becomes maximum in some relative rotational positions occurring between a stator metallic board 11 and a rotor magnet 19. From this fact, magnetic fluxes are pulled partially out of the holes 21 provided in these relative rotational positions, and the magnetic flux densities thereof are made low instantaneously.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[発明の目的][Object of the Invention]

【0002】[0002]

【産業上の利用分野】本発明は、たとえばVTR(ビデ
オ・テープ・レコーダ)、DAT(デジタル・オーディ
オ・テープレコーダ)などのキャプスタン軸駆動を行う
ためのDCブラシレスモータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC brushless motor for driving a capstan shaft such as a VTR (video tape recorder) or DAT (digital audio tape recorder).

【0003】[0003]

【従来の技術】近年、VTR、DATなどの小型化が進
む中で、キャプスタン軸の駆動源として高精度で薄型化
および効率化が可能なモータが望まれている。そこで、
これらの条件に適したモータとして磁気構造が単純で、
しかも転流制御機構が小型にできるアキシャルギャップ
方式のDC(直流)ブラシレスモータが多用される。
2. Description of the Related Art In recent years, as VTRs, DATs, and the like have been downsized, motors capable of highly accurate thinning and high efficiency have been desired as drive sources for capstan shafts. Therefore,
As a motor suitable for these conditions, the magnetic structure is simple,
Moreover, an axial gap type DC (direct current) brushless motor, which can make the commutation control mechanism small, is often used.

【0004】図4はこのようなDCブラシレスモータの
一例を示す断面図である。同図において、101はモー
タを支持するハウジングである。このハウジング101
の一端には、平板状のステータヨーク103が取付けら
れており、このステータヨーク103の一方面には、駆
動回路(図示せず)、コイル105およびホール素子
(図示せず)を実装したステータ基板107が取付けら
れている。
FIG. 4 is a sectional view showing an example of such a DC brushless motor. In the figure, 101 is a housing for supporting the motor. This housing 101
A flat plate-shaped stator yoke 103 is attached to one end of the stator substrate, and a stator substrate having a drive circuit (not shown), a coil 105 and a hall element (not shown) mounted on one surface of the stator yoke 103. 107 is attached.

【0005】また、ハウジング101には、ベアリング
109を介してキャプスタン軸111が回転自在に取付
けられている。このキャプスタン軸111の一端には、
円盤状のロータヨーク113が固定されている。このロ
ータヨーク113には、8極からなるドーナツ状のロー
タマグネット115が搭載されている。このロータマグ
ネット115はキャプスタン軸111を中心に均等な角
度分割でS極およびN極を交互に着磁してなっている。
また、ロータマグネット115とコイル105とは、非
接触で対向配置されている。
A capstan shaft 111 is rotatably attached to the housing 101 via a bearing 109. At one end of the capstan shaft 111,
A disk-shaped rotor yoke 113 is fixed. A donut-shaped rotor magnet 115 having eight poles is mounted on the rotor yoke 113. The rotor magnet 115 has S-poles and N-poles alternately magnetized at equal angle divisions around the capstan shaft 111.
Further, the rotor magnet 115 and the coil 105 are arranged so as to face each other without contact.

【0006】図5はこのDCブラシレスモータの駆動回
路の構成を示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing the structure of a drive circuit of this DC brushless motor.

【0007】同図において、105a〜105cはそれ
ぞれ120゜の位相差で駆動電流が供給されるU相、V
相、W相のコイルである。201a〜201cはS極、
N極の位置を検知してそれぞれの検出に応じた検出信号
を出力する各相のホール素子である。203は外部から
の正逆転信号(CW/CCW)およびホール素子201a〜2
01cからの検出信号を入力することで位相差をもった
スイッチング信号を出力する3相ロジック回路である。
205は6個の出力トランジスタ207a〜207c、
209a〜209cと3個のダイオード211a〜21
1cとで構成され、3相ロジック回路203からのスイ
ッチング信号等によって、電源(Vs)から供給される駆
動電流の相切り替えを行う転流回路である。
In the figure, 105a to 105c are U-phase and V-phase, respectively, to which a driving current is supplied with a phase difference of 120 °
And W-phase coils. 201a to 201c are S poles,
It is a Hall element of each phase that detects the position of the N pole and outputs a detection signal corresponding to each detection. Reference numeral 203 denotes a forward / reverse signal (CW / CCW) from the outside and Hall elements 201a to 201a.
It is a three-phase logic circuit that outputs a switching signal having a phase difference by inputting the detection signal from 01c.
205 is six output transistors 207a-207c,
209a-209c and three diodes 211a-21
1c is a commutation circuit that performs phase switching of the drive current supplied from the power supply (Vs) by a switching signal or the like from the three-phase logic circuit 203.

【0008】この駆動回路では、正逆転信号と共にホー
ル素子201a〜201cからの検出信号が3相ロジッ
ク203に入力される。これにより駆動電流は隣り合う
2つのコイル(105a〜105cのうちの2つ)に1
20゜の位相差で供給されながら順次切り替わる。この
結果、コイル105a〜105cの周辺に回転磁界が発
生し、この回転磁界とロータマグネット115とが磁気
的に作用し合ってモータは回転する。
In this drive circuit, the detection signals from the Hall elements 201a to 201c are input to the three-phase logic 203 together with the forward and reverse signals. As a result, the driving current is applied to two adjacent coils (two of 105a to 105c) by one.
It is switched sequentially while being supplied with a phase difference of 20 °. As a result, a rotating magnetic field is generated around the coils 105a to 105c, and the rotating magnetic field and the rotor magnet 115 magnetically act to rotate the motor.

【0009】ところで、このような駆動回路をもつモー
タの場合、ロータマグネット115の着磁がフル着磁状
態であっても、転流回路で相切り替えが行われる瞬間に
は、各相間の回転トルクは一定にならない。これはモー
タの磁気的作用がロータマグネット115とコイルの相
対位置で変動するためである。例えば、ある1つのコイ
ルに着目すると、ロータマグネット115のN極、S極
の境界がコイルを通過する瞬間に回転トルクは最大とな
り、かつ1つの磁極とコイルが重なる状態で回転トルク
は最小となる。これをトルクリップル1回と数えると、
駆動方式の相数とロータマグネット115の着磁極数か
らモータ1回転のトルクリップル数が求められる。3相
8極のモータでは、モータ1回転で24回のトルクリッ
プルが発生し、VTRやDATのような低回転、高精度
の回転性を要求するメカニズムにおいては、このトルク
リップルが性能に多大な影響を及ぼす。
By the way, in the case of a motor having such a drive circuit, even when the rotor magnet 115 is fully magnetized, at the moment when the phase is switched in the commutation circuit, the rotational torque between the phases is increased. Is not constant. This is because the magnetic action of the motor varies depending on the relative position of the rotor magnet 115 and the coil. For example, focusing on a certain coil, the rotation torque becomes maximum at the moment when the boundary between the N pole and the S pole of the rotor magnet 115 passes through the coil, and the rotation torque becomes minimum when one magnetic pole and the coil overlap. .. When this is counted as one torque ripple,
From the number of phases of the drive system and the number of magnetic poles attached to the rotor magnet 115, the torque ripple number for one rotation of the motor can be obtained. In a three-phase, eight-pole motor, a torque ripple is generated 24 times for one rotation of the motor, and in a mechanism such as VTR or DAT that requires low rotation and high-precision rotatability, this torque ripple has a large performance. affect.

【0010】そこで従来は、ロータマグネット115に
主着磁のほかに補助着磁を追加することで、このロータ
マグネット115のN極、S極の境界が1個のコイルを
通過する瞬間、回転磁界を弱めてリップル幅を減らす方
法が用いられている。
Therefore, conventionally, auxiliary magnetization is added to the rotor magnet 115 in addition to the main magnetization, so that the rotating magnetic field is generated at the moment when the boundary between the north pole and the south pole of the rotor magnet 115 passes through one coil. Is used to reduce the ripple width.

【0011】しかしながら、この方法ではロータマグネ
ット115の製作に補助着磁のための工程が追加される
ことになりコストアップとなる。
However, according to this method, a step for auxiliary magnetization is added to the production of the rotor magnet 115, resulting in an increase in cost.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】このように従来のDC
ブラシレスモータでは、相切り替えに伴って波高の大き
なトルクリップルが発生するという問題がある。
As described above, the conventional DC is used.
The brushless motor has a problem that a torque ripple with a large wave height is generated as the phases are switched.

【0013】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、安価な構成でトルクリップルの波高を
低減化することのできるDCブラシレスモータの提供を
目的とする。
The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a DC brushless motor which can reduce the wave height of torque ripple with an inexpensive structure.

【0014】[発明の構成][Constitution of the Invention]

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明のDCブラシレス
モータは、コイルを搭載したステータ金属基板を有する
アキシャルギャップ方式のDCブラシレスモータにおい
て、前記ステータ金属基板に、駆動方式の相数に応じた
数の穴をモータ回転軸を中心に均等角度に分散させて設
けたことを特徴としている。
SUMMARY OF THE INVENTION A DC brushless motor of the present invention is an axial gap type DC brushless motor having a stator metal substrate on which a coil is mounted, the number of which corresponds to the number of phases of the drive system on the stator metal substrate. The holes are distributed at equal angles around the motor rotation axis.

【0016】[0016]

【作用】本発明のDCブラシレスモータは、ステータ金
属基板に駆動方式の相数に応じた数の穴を、モータ回転
軸を中心に均等角度に分散させて設けることで、最大ト
ルクが発生するステータ金属基板とロータマグネットと
の相対的な回転位置での磁束をこの穴から放出すること
により、トルクリップルの波高を低減することができ
る。
In the DC brushless motor of the present invention, the stator metal substrate is provided with the holes of the number corresponding to the number of phases of the drive system, which are distributed at equal angles about the motor rotation shaft, thereby generating the maximum torque. The wave height of the torque ripple can be reduced by releasing the magnetic flux at the relative rotational position of the metal substrate and the rotor magnet from this hole.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明の実施例の詳細を図面に基づい
て説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0018】図1は本発明に係る一実施例のアキシャル
ギャップ方式の3相8極全波駆動キャプスタンモータを
示す分解斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an axial gap type three-phase eight-pole full-wave drive capstan motor according to one embodiment of the present invention.

【0019】同図において、1はモータを支持するハウ
ジングである。このハウジング1の一端には、金属製の
ステータヨーク3が取付けられており、このステータヨ
ーク3の一方面には、駆動回路(図示せず)、6個のコ
イル5a〜5fおよび3個のホール素子7a〜7cを実
装したステータ基板9が取付けられている。そして、ス
テータヨーク3とステータ基板9によってステータ金属
基板11が構成されている。
In the figure, 1 is a housing for supporting the motor. A metal stator yoke 3 is attached to one end of the housing 1, and a drive circuit (not shown), six coils 5a to 5f and three holes are attached to one surface of the stator yoke 3. A stator substrate 9 on which the elements 7a to 7c are mounted is attached. The stator yoke 3 and the stator substrate 9 form a stator metal substrate 11.

【0020】また、ハウジング1には、ベアリング(図
示せず)を介してキャプスタン軸15が回転自在に取付
けられている。このキャプスタン軸15には、円盤状の
ロータヨーク17が固定されている。さらにこのロータ
ヨーク17には、8極からなるドーナツ状のロータマグ
ネット19が搭載されている。このロータマグネット1
9はキャプスタン軸15を中心に均等な角度分割でS極
およびN極を交互に着磁してなっている。また、このロ
ータマグネット19とコイル5a〜5fとは、非接触で
対向配置されている。
A capstan shaft 15 is rotatably attached to the housing 1 via a bearing (not shown). A disk-shaped rotor yoke 17 is fixed to the capstan shaft 15. Further, a doughnut-shaped rotor magnet 19 having 8 poles is mounted on the rotor yoke 17. This rotor magnet 1
Reference numeral 9 has S-poles and N-poles alternately magnetized with a uniform angle division around the capstan shaft 15. Further, the rotor magnet 19 and the coils 5a to 5f are arranged so as to face each other without contact.

【0021】図2は上記のステータ金属基板11を平面
上にまとめて示した平面図である。図中、ステータ金属
基板11はステータヨーク3とステータ基板(図示せ
ず)とをステータヨーク3側から透視した図であり、す
べて実線で示す。
FIG. 2 is a plan view showing the above-mentioned stator metal substrates 11 collectively on a plane. In the figure, the stator metal substrate 11 is a diagram in which the stator yoke 3 and a stator substrate (not shown) are seen through from the stator yoke 3 side, and all are shown by solid lines.

【0022】同図において、コイル5a〜5fはロータ
マグネット19と対向するステータ基板(図示せず)下
面に実装されている。ここでは、5aおよび5dの各コ
イルがU相に、5bおよび5eの各コイルがV相に、5
cおよび5fの各コイルがW相に対応している。これら
各ペアのコイルは、互いにキャプスタン軸15を中心に
対向する位置関係を有して配置される。またステータ基
板9上のU相、V相、W相をそれぞれ代表する各コイル
5a、5b、5c内の位置には、それぞれのホール素子
7a、7b、7cが配置されている。
In the figure, the coils 5a to 5f are mounted on the lower surface of a stator substrate (not shown) facing the rotor magnet 19. Here, the coils 5a and 5d are in the U phase and the coils 5b and 5e are in the V phase.
The coils of c and 5f correspond to the W phase. The coils of each pair are arranged so as to face each other around the capstan shaft 15. Hall elements 7a, 7b, 7c are arranged at positions inside the coils 5a, 5b, 5c representing the U-phase, V-phase, and W-phase, respectively, on the stator substrate 9.

【0023】一方、ステータヨーク3には、駆動方式の
相数に応じて選ばれた数、例えば3つの穴21が穿設さ
れている。各穴21はキャプスタン軸15を中心に均等
角度(例えば120゜)に分配して設けられ、かつこの
実施例においては、ステータ基板9上の各相のコイル5
a、5e、5f内の位置を選んで設けられている。
On the other hand, the stator yoke 3 is provided with holes 21, for example, three holes 21 selected according to the number of phases of the driving method. The holes 21 are provided at equal angles (for example, 120 °) distributed around the capstan shaft 15, and in this embodiment, the coils 5 of each phase on the stator substrate 9 are provided.
It is provided by selecting positions within a, 5e, and 5f.

【0024】また、この穴21の大きさ、形およびコイ
ル5a〜5fとの位置関係については実験によりトルク
リップルの波高が小さくなるよう選択することが望まし
い。図3はこのモータの回転角と各相駆動電流および回
転角と回転トルクとの関係を示す図である。同図におい
て、A、B、Cの波形はモータの回転角に応じて各U
相、V相、W相のコイルに供給される駆動電流を示す。
このモータは3相全波駆動方式であるため、供給される
駆動電流は各相間で120゜の位相をもつと共に流れる
向きも切り替わる。そしてこれらA、B、Cの波形をも
った駆動電流が各相に供給されることによりモータは回
転する。
The size and shape of the hole 21 and the positional relationship with the coils 5a to 5f are preferably selected by experiments so that the wave height of the torque ripple becomes small. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the motor and each phase drive current, and the rotation angle and the rotation torque. In the figure, the waveforms of A, B, and C are U depending on the rotation angle of the motor.
The drive currents supplied to the phase, V phase, and W phase coils are shown.
Since this motor is a three-phase full-wave drive system, the supplied drive current has a phase of 120 ° between each phase and the direction of flow is switched. The drive current having the waveforms of A, B, and C is supplied to each phase, so that the motor rotates.

【0025】またDはステータヨーク3に穴21を設け
る前の波形あり実線で示す。Eはステータヨーク3に穴
21を設けた場合の波形であり点線で示す。トルクリッ
プルの高くなっている部分は、従来例で説明したとお
り、ロータマグネット19のS極、N極の境界が6個の
コイル5a〜5fのどれかと重なった瞬間であり、磁束
密度が最大となっている部分でもある。
Further, D is shown by a solid line with a waveform before the hole 21 is provided in the stator yoke 3. E is a waveform when the hole 21 is provided in the stator yoke 3, and is indicated by a dotted line. As described in the conventional example, the portion where the torque ripple is high is the moment when the boundary between the S pole and the N pole of the rotor magnet 19 overlaps with any of the six coils 5a to 5f, and the magnetic flux density is the maximum. It is also a part that has become.

【0026】この図から明らかなように、本実施例でト
ルクリップルの最大値は従来において発生したトルクリ
ップルの最大値よりも小さくなっており、トルクリップ
ルの波高t1を低減化することが達成できた。
As is apparent from this figure, the maximum value of the torque ripple in this embodiment is smaller than the maximum value of the torque ripple generated in the prior art, and it is possible to reduce the wave height t1 of the torque ripple. It was

【0027】これは、最大トルクが発生するステータ基
板9とロータマグネット19との相対的な回転位置での
磁束をステータ基板9に設けた穴21より部分的に逃が
すことにより、磁束密度を瞬間的に低下させたことに起
因する。
This is because the magnetic flux at the relative rotational position between the stator substrate 9 and the rotor magnet 19 where the maximum torque is generated is partially released from the hole 21 provided in the stator substrate 9, so that the magnetic flux density is instantaneously increased. Due to lowering.

【0028】このようにして、モータの回転トルクの変
動が少なくなり、トルクリップルは図3で示すトルクリ
ップルの波高t2のように減少した。
In this way, fluctuations in the rotational torque of the motor are reduced, and the torque ripple is reduced as shown by the wave height t2 of the torque ripple shown in FIG.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように本発明のDCブラシ
レスモータによれば、ステータ金属基板に穴を設けるだ
けでトルクリップルの波高を低減化することができる。
As described above, according to the DC brushless motor of the present invention, the wave height of the torque ripple can be reduced only by providing the holes in the stator metal substrate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に示す一実施例のDCブラシレスモータ
の構成を説明するための分解斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view for explaining the configuration of a DC brushless motor according to an embodiment of the present invention.

【図2】この実施例におけるステータ金属基板を平面上
にまとめて示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view collectively showing a stator metal substrate in this embodiment on a plane.

【図3】この実施例におけるコイル駆動電流と回転トル
クの関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a coil drive current and a rotating torque in this embodiment.

【図4】従来のDCブラシレスモータの構成を説明する
ための断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a conventional DC brushless motor.

【図5】この従来例における駆動回路を説明するための
回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram for explaining a drive circuit in this conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3…ステータヨーク、5a〜5f…コイル、11…ステ
ータ金属基板、15…キャプスタン軸、17…ロータヨ
ーク、19…ロータマグネット、21…穴。
3 ... Stator yoke, 5a-5f ... Coil, 11 ... Stator metal substrate, 15 ... Capstan shaft, 17 ... Rotor yoke, 19 ... Rotor magnet, 21 ... Hole.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 コイルを搭載したステータ金属基板を有
するアキシャルギャップ方式のDCブラシレスモータに
おいて、 前記ステータ金属基板に、駆動方式の相数に応じた数の
穴をモータ回転軸を中心に均等角度に分散させて設けた
ことを特徴とするDCブラシレスモータ。
1. A DC brushless motor of an axial gap type having a stator metal substrate on which a coil is mounted, wherein the stator metal substrate has holes of a number corresponding to the number of phases of a drive system at an equal angle with respect to a motor rotation shaft. A DC brushless motor characterized by being dispersed.
JP5530391A 1991-03-20 1991-03-20 Dc brushless motor Withdrawn JPH05300717A (en)

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