JPH08251897A - ブラシレスdcモ−タ - Google Patents
ブラシレスdcモ−タInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
- H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
- H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors
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- Power Engineering (AREA)
- Brushless Motors (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
二次的影響を受ける磁気的結合のバラツキが生じてもそ
れらの影響を受けにくい位置検出素子の配置構造を得
る。 【構成】回転子の磁極位置を検出しながら一定速度で回
転数制御を行なうN相(N≧2)のブラシレスDCモー
タにおいて、各位置検出素子33,34,35の間でな
す(N−1)箇所のロータの回転中心から見た空間角を
θi(i=1〜N−1,0<θi<2π/N)とし、当
該モータの機械的時定数をKM(Sec)とすれば、 (1/n)*(θi/2π)<KM (n(rps)はモータの回転数) の式を満たすように(N−1)箇所のロータの回転中心
から見た空間角をθi設定したことを特徴とするブラシ
レスDCモータである。各相の位置検出素子を空間的に
一箇所の狭い範囲内に集めて配設する。
Description
を使用して、ロ−タに含まれる磁極の位置を検出するブ
ラシレスDCモ−タにおいて、その位置検出素子の取付
け位置を工夫することにより、トルクリップル、回転む
らなどのモ−タ特性を改善するようにしたブラシレスD
Cモ−タの構造に関する。
の回転駆動源としてよく用いられるブラシレスDCモ−
タにおいては、ロ−タ位置即ちロ−タの磁極の位置を検
出するためにホ−ル効果を利用したホ−ルセンサを用い
ることが一般的である。このホ−ルセンサからなる位置
検出素子の役割はロ−タの磁極位置を検出し、ロ−タが
絶えず安定して回転し続けるようにする。つまり最適転
流を行なわせる為に必ず必要である。この意味において
位置検出素子の取付け位置並びにその精度はモ−タ特性
に直接影響を与えることが容易に想定される。そして、
この取付け位置については従来では原理・原則で決まる
位置に配置する程度にしか説明されていない。
理・原則で決まる位置の組合せは複数箇所存在し、その
配置の中で最適条件を見出すには多くの時間と労力を要
することになる。
方では、回転系であることから、フレ、芯ずれを考慮し
て、機械的バランスが保持されるような対称性を考え配
置されるのが一般的である。たとえば、3相ブラシレス
DCモ−タならば極数に関係なく、図9に示すように、
空間角で120度等配にする。
特性のバラツキが大きい、位置検出素子のアナログ出力
電圧は系の全部または一部を電気的に処理してモ−タの
コイルを駆動するドライブ方式が一般的である現在で
は、各相の位置検出素子の出力電圧をできるだけ揃える
必要がある。
ル駆動波形に転流タイミングずれ、振幅ずれを生じ、ロ
−タの回転角度位置によってトルクがバラツキ、回転む
らも増大することになる。本発明はこのような従来の欠
点を改善しようとうるものであり、その目的は、位置検
出素子の配置を考慮することによって、コストを掛けず
に回転体固有の回転振れ偏芯の問題、さらにこれらの要
因から二次的影響を受ける磁気的結合のバラツキが生じ
てもそれらの影響を受けにくい位置検出素子の配置構造
を得ようとするものである。
め、本発明によれば、位置検出素子により検出した信号
により回転子の磁極位置を検出しながら一定速度で回転
数制御を行なうN相(N≧2)のブラシレスDCモ−タ
において、上記各位置検出素子の間でなす(N−1)箇
所のロ−タの回転中心から見た空間角をθi(i=1〜
N−1でかつ0<θi≦π側とする)とし、当該モ−タ
の機械的時定数をKM (Sec)とすれば、 (1/
n)*(θi/2π)<KM (ただし、nはモ−タの回
転数、i=1〜N−1)の式を満たすように(N−1)
箇所のロ−タの回転中心から見た空間角をθiに設定し
たことを特徴とするブラシレスDCモ−タが提供され
る。また、上記位置検出素子は等間隔に配設されてお
り、また上記位置検出素子は固定子磁極間のスロット内
に配置されている。そしてこの位置検出素子は、ホ−ル
素子であるとよい。
箇所の狭い範囲内に集めて配設することにより、機械的
なフレ芯ずれによって生ずる磁気的アンバランスの減少
そして結果として磁気的アンバランスによる位置検出素
子の出力電圧の変動量が小さくなる。
に説明する。図1はプリント配線板1にロ−タを回転自
在に設けた状態を示す断面図である。図1において、1
はフロッピ−ディスク駆動装置を構成する基板であり、
鉄などの強磁性体からなっている。該基板1には円孔2
が穿たれ、この円孔2内には軸受基体3が嵌め込まれ、
ねじ4により基板1に固定されている。軸受基体3には
2個のボ−ルベアリング5、6が固着されている。7は
回転子を構成するとともにフロッピ−ディスクを回転す
る回転円板であり薄い円形の皿状を呈している。回転円
板7の外周8の内側にはリング状の永久磁石からなる回
転磁極9が固定されている。また外周8の下部には、回
転円板7の回転速度を検出する速度検出用永久磁石10
が固定されている。前記永久磁石からなる回転磁極9は
希土類製であって、図2に示すようにリング状を呈して
いる。この回転磁極9の外側には、軟鉄製でやはりリン
グ状に形成された磁気シ−ルド板30が嵌め込まれてい
る。回転磁極9には、着磁により複数個の永久磁石が形
成されている。これ等永久磁石は回転磁極9の直径方向
に着磁されており、これ等の磁極方向は相隣なる同士反
転している。なお回転磁極9を含む回転円板7組立体は
ロ−タを構成する。
軸取付板11が固定されており、該回転軸取付板11の
中心には、回転軸12が固着されている。回転軸12は
ボ−ルベアリング5、6に回転自在に取付けられてい
る。回転円板7には穴13が明けられており、図3に示
すように、該穴13からドライブピン14が突出してい
る。該ドライブピン14は、図4にも示すように、回転
円板7の裏面にその一端を固定されているばね板15の
他方端に固定されている。ばね板15は取付基部16と
これに続くア−ム部17とその先端にU字型をしたドラ
イブピン取付部18とを有し、該ドライブピン取付部1
8にドライブピン14がかしめ付けられている。取付基
部15は回転円板7の裏面にリベット19により固定さ
れている。図1において、21は固定子磁極、22は固
定子捲線、23は合成樹脂製の固定子枠である。回転円
板7の表面には回転軸12を中心として吸引磁石24が
貼り付けられており、この吸引磁石24は回転駆動され
るフロッピ−ディスクの中央に設けられた軟鉄板を吸引
して、これを回転円板7に固定させるためのものであ
る。図1において25は軸受基体3の表面に明けられた
凹みに嵌め込まれた端子である。図には示されてはいな
いが、固定子捲線22から引出された導線は固定子枠2
3の中を貫通し、端子25に巻き付けられ、この端子2
5は基板1の表面に形成されたプリント配線と接続され
ている。30は漏洩磁束を減少させるための磁気シ−ル
ド板であり、31はヨ−ク板である。
−タを外した状態を示す平面図である。図には明瞭に示
されてはいないが、プリント配線板を構成する基板1は
軟鉄板の上に絶縁膜を貼着し、その上に電気回路が形成
されている。32は該基板1上に設けられた3相ブラシ
レスDCモ−タを駆動するための駆動ICであり、速度
サ−ボコントロ−ラも内蔵されている。
位置を検出する位置検出素子としてのホ−ル素子であ
る。この実施例は、扁平型の3相ブラシレスDCモ−タ
であるから、3個のホ−ル素子が必要である。一般的に
は相数に相当する数だけ必要である。なお、本発明の実
施例に係るモ−タの回転原理については自明であるので
ここでは省略する。
素子33、34、35の固定磁極21間にあるスロット
36内に配設する配設構造であり、3ケのホ−ル素子が
隣接するスロット36内に配置している所である。
件は電気角で120°の位相をもたせることで、例えば
図9に示す従来例では、ホ−ル素子33の位置のみを考
えても、4ケ所あることがわかる。すなわち、固定子巻
線5H、及びその角度を空間的に90°シフトした固定
子巻線5K、固定子巻線5B、固定子巻線5Eの4つで
ある。しかし本発明ではホ−ル素子33を、固定子巻線
22Hと22Iの間と決め、残る2つのホ−ル素子3
4、35が相並ぶように空間的に最も近接させて(図5
では3つのホ−ル素子33、34、35の空間角が最小
となる配設方法である)いることである。結果として3
つのホ−ル素子33、34、35は90°の中心角の範
囲に収まっている。
例と同一部分には同一符号を付し、それらの説明を省略
する。なお、この実施例に係るモ−タの構成はラジアル
方向に32極着磁したロ−タマグネット(この部分は図
示せず)の24スロットの3相コア付ラジアルギャップ
型DCブラシレスモ−タである。この実施例では3つの
ホ−ル素子33、34、35を、空間的には隣接する状
態ではないけれども、実施例1と同様に、3つのホ−ル
素子33、34、35は、固定子巻線22a,22bの
間、固定子巻線22c,22dの間、固定子巻線22
e、22fの間に配置されていて、上記第1の実施例の
ように隣る固定子巻線の間にホ−ル素子が配置されてお
らず、1つ置きのスロット36内に収まって入るが、こ
れら3つのホ−ル素子33、34、35は結果的に90
°の中心角の範囲内におさまっていることである。
箇所(実施例1、2では90°の中心角の中に3つのホ
−ル素子がおさまっている)に集めて配設することによ
り機械的なフレ芯ずれによって生ずる磁気的アンバラン
スの減少そして結果として磁気的アンバランスによるホ
−ル出力電圧の変動量が小さくなるからである。別の表
現をすれば空間的に離して配置した場合と比較して本発
明の場合の方が各相のホ−ル出力電圧の振幅がより揃う
ことになると言うことである。
回転に1回エアギャップが狭〜広(逆に広〜狭)くなる
性質があるからである。従ってこのことから空間的に1
80°反対側の場所においてはホ−ル素子出力電圧のバ
ラツキという観点から見ると最悪であることが容易に推
測される。
のホ−ル素子出力電圧差(振幅値の差)によるモ−タ特
性の影響を起動トルクの点から実験し、結果を図7に示
す。実験では、わかりやすくする為3つのホ−ル素子の
うち2つのホ−ル出力電圧が等しくなるように調整し、
残りの1ケのホ−ル出力電圧を調整し、それらの比で表
わしたものである。図7より1相を他の2相と比較して
大きくした場合と小さくした場合で起動トルクのボトム
(最小点)が悪化する状況は異なるがいずれも1相のホ
−ル出力が他の2相に対して変化すると起動トルクのボ
トムは著じるしく低下することがわかる。この結果は後
でも述べる制御性に対しても悪い影響を与えることは当
然である。なお、この実験ではロ−タのラジアル振れは
100μmppMAXで実力的にも50〜60μmpp
であり、設計上の平均エアギャップ150μmとすると
40%にも達しホ−ル出力電圧に大きな影響与える量と
なることは明白である。
のモ−タでかつ別構成のチャッキングマグネットの吸着
力でメディアを駆動するいわゆるFDD(フロッピ−デ
ィスクドライブ)のダイレクトスピンドルモ−タにおい
ては、負荷側からの影響例えばヘッドの配置、メディア
の違い(種類)、温・湿度により、負荷トルクが著じる
しく異なる。また読み書きヘッドがメディアに接触した
摩擦負荷の変動も加わる。このような負荷の変動でモ−
タのロ−タ面が振れるいわゆる面ブレ現象が発生する
が、このような場合でも本発明は効果があることが容易
に分かる。
5に示す実施例のモ−タ(回転磁極9の極数16極、固
定子磁極12ケ)を300rpmで回転数コントロ−ル
する用途を考えれば、その回転周期Tは、 T=60/300=0.2(sec)=200(mse
c) となる。従って上記磁気的アンバランスの影響は200
msecに1回づつ生じることになる。この時問題とな
るのはホ−ル素子の空間的配置(角度)によって各ホ−
ル素子がその影響を受ける時間が異なることである。例
えば従来例の如く空間的に120°等配すれば、その時
間間隔は、 200×120/360≒66.7(msec) となる。一方、第1の実施例の如く、ホ−ルの配置を空
間的に30°に配置すれば、その時間間隔は、 200×30/360≒16.7(msec) となり、120°等配時の1/4の時間に縮められるこ
とが重要なポイントである。
気的アンバランスがそのロ−タ一検出用ホ−ル素子から
みて結果として高周波側へシフトしたのと同一の効果が
ある(第1の実施例では120°等配した時の4倍に高
周波側にシフトしたものと言える)。この高周波化の効
果はモ−タの機械的時定数との関係で判断する必要があ
るがいずれにしても高周波化はモ−タのイナ−シャ効果
により、制御的に削除しやすくなることは確かである。
具体的には機械的時定数とのかねあいで以下の通りであ
る。
る。モ−タに一定電圧を印加した時に、その回転数は図
8の如く時間に対して指数関数的に上昇して、ある一定
回転数Nに到達する。その際、モ−タ回転数が0から一
定回転数Nの63.2%[厳密には(e−1)/e×1
00(%)に到達するまでの時間。但しeは自然対数の
底である。]に達するまでの時間を意味し、これはモ−
タの回転応答の速さを表すことになる。つまり機械的時
定数が小さければ回転数応答は速く、高速に制御するこ
とができるのである。一方逆にこれが大きければ回転数
応答は遅くゆっくりと制御せざるを得ない。
くモ−タをコントロ−ルすることができないということ
である。よって制御上の外乱はこの機械的時定数より短
かい時間の現象(高周波とする)とすることが原則であ
る。本発明の実施例は、大別して大・小2種類ありその
機械的時定数は小型では25〜40msecと大型では
140〜160msecである。その結果大型タイプの
場合第1の実施例では先のホ−ル出力でみた時間差は1
6.7msecで機械的時定数>>ホ−ル出力でみた時
間差(140〜160msec>>16.7msec)
となり制御的に見て回転に伴う磁気的アンバランスの効
果は完全に取り除くことができると考えられる。一方小
型の場合においても機械的時定数>ホ−ル出力でみた時
間差(25〜40msec>16.7msec)となり
120°等配を仮定した従来例の場合と比較すればその
改善が期待できる。何故ならば従来例では機械的時定数
<ホ−ル出力でみた時間差(25〜40msec<6
7.7)msecであるからである。
したが、たとえば、位置検出素子をピックアップコイル
型のものを使用するなど、本発明の主旨の範囲内で種々
の変形や応用が可能であり、これらの変形や応用を本発
明の範囲から排除するものではない。
回転ムラ)が改善する。 2)ロ−タ(マグネット)の回転に伴う磁気的アンバラ
ンスの影響を受けにくくなり、制御性が向上する。 3)位置検出素子を一ケ所に集中するので、位置検出素
子への配線がしやすく、かつ各相のつなぎ込みによる配
線が均一化する。 4)位置検出素子が一ケ所に集中するので、その位置ず
れ(角度方向及び半径方向とも)のチェックがしやす
い。 5)同一回転性能を引き出す場合に、磁気的アンバラン
スを伴う回転フレ精度をラクにすることができる。
を示す斜視図である。
である。
斜視図である。
す正面図である。
示す正面図である。
る。
る。
ある。
ル駆動波形に転流タイミングずれ、振幅ずれを生じ、ロ
ータの回転角度位置によってトルクがバラツキ、回転む
らも増大することになる。本発明はこのような従来の欠
点を改善しようとするものであり、その目的は、位置検
出素子の配置を考慮することによって、コストを掛けず
に回転体固有の回転振れ偏芯の問題、さらにこれらの要
因から二次的影響を受ける磁気的結合のバラツキが生じ
てもそれらの影響を受けにくい位置検出素子の配置構造
を得ようとするものである。
め、本発明によれば、位置検出素子により検出した信号
により回転子の磁極位置を検出しながら一定速度で回転
数制御を行なうN相(N≧2)のブラシレスDCモータ
において、上記各位置検出素子の間でなす(N−1)箇
所のロータの回転中心から見た空間角をθi(i=1〜
N−1でかつ0<θi<(2π/N)側とする)とし、
当該モータの機械的時定数をKM(Sec)とすれば、
(1/n)*(θi/2π)<KM(ただし、nはモー
タの回転数、i=1〜N−1)の式を満たすように(N
−1)箇所のロータの回転中心から見た空間角をθiに
設定したことを特徴とするブラシレスDCモータが提供
される。また、上記位置検出素子は等間隔に配設されて
おり、また上記位置検出素子は固定子磁極間のスロット
内に配置されている。そしてこの位置検出素子は、ホー
ル素子であるとよい。
件は電気角で120°の位相をもたせることで、例えば
図9に示す従来例では、ホール素子35の位置のみを考
えても、4ケ所あることがわかる。すなわち、固定子巻
線5H、及びその角度を空間的に90°シフトした固定
子巻線5K、固定子巻線5B、固定子巻線5Eの4つで
ある。しかし本発明ではホール素子33を、固定子巻線
22hと22iの間と決め、残る2つのホール素子3
4、35が相並ぶように空間的に最も近接させて(図5
では3つのホール素子33、34、35の空間角が最小
となる配設方法である)いることである。結果として3
つのホール素子33、34、35は90゜の中心角の範
囲に収まっている。
Claims (7)
- 【請求項1】位置検出素子により検出した信号により回
転子の磁極位置を検出しながら一定速度で回転数制御を
行なうN相(N≧2)のブラシレスDCモ−タにおい
て、 上記各位置検出素子の間でなす(N−1)箇所のロ−タ
の回転中心から見た空間角をθi[rad](i=1〜
N−1でかつ0<θi<2π/N側とする)とし、当該
モ−タの機械的時定数をKM (Sec)とすれば、 (1/n)*(θi/2π)<KM (ただし、n(rps)はモ−タの回転数、i=1〜N
−1) の式を満たすように(N−1)箇所のロ−タの回転中心
から見た空間角をθiに設定したことを特徴とするブラ
シレスDCモ−タ。 - 【請求項2】一定回転数n(rps)とモ−タの機械的
時定数KM(Sec)との関係が以下の条件を満たす請
求項1に記載したブラシレスDCモ−タ。 1/n>KM - 【請求項3】上記位置検出素子のN−1箇所のロ−タの
回転中心からみた空間角が等しく配設されていることを
特徴とする請求項1に記載のブラシレスDCモ−タ。 - 【請求項4】上記位置検出素子は固定子磁極間のスロッ
ト内に配置されていることを特徴とする請求項1に記載
のブラシレスDCモ−タ。 - 【請求項5】上記位置検出素子は、ホ−ル素子であるこ
とを特徴とする請求項1に記載のブラシレスDCモ−
タ。 - 【請求項6】上記ブラシレスDCモ−タは、フロッピ−
ディスク駆動用のブラシレスDCモ−タであることを特
徴とする請求項1に記載のブラシレスDCモ−タ。 - 【請求項7】上記ブラシレスDCモ−タは扁平型である
ことを特徴とする請求項5に記載のブラシレスDCモ−
タ。
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DE (1) | DE69625110T2 (ja) |
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