JPH10201208A - ブラシレスモータ及びその調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 「ブラシレスモータ」の効率を向上させる。 【解決手段】 自動車用の送風機に適用した３相駆動式
のブラシレスモータである。モータの回転軸６にロータ
１１が固定され、ロータ１１にはメインマグネット１２
が取付けられている。回転軸６の下端にはセンサマグネ
ット１３が取付けられ、センサマグネット１３にはメイ
ンマグネット１２のＮＳの磁極と対応するように磁極が
設けられている。制御回路基板１５上にはセンサマグネ
ット１３に近接するようにホール素子１７が配設されて
いる。センサマグネット１３の磁極がメインマグネット
１２の磁極に対して相対的にずれた位相角度になるよう
に取付けられており、コイル１０への転流タイミングを
通常よりも遅らせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブラシレスモータ
及びその調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ブラシレスモータでは、通常、ホール素
子等の磁気検出素子によってロータの永久磁石のＮＳの
位置を検出し、これに応じてステータコイルへの電流を
切換えて回転磁界をつくりだし、前記ロータを回転駆動
するようにしている。駆動電流の切換には専用ＩＣが市
販され、ステータコイルの巻線数によって２相駆動式、
３相駆動式、５相駆動式などと分類され、これを組込ん
で製品を構成するのが一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種のブ
ラシレスモータは、ロータマグネットの外周に近接させ
て磁気検出素子を配置し、ロータマグネットの磁気を直
接検出するようにしたものもあるが、ロータマグネット
の永久磁石とは別体のセンサマグネットを回転軸に取付
けて、この回転角度を磁気検出素子で検出するようにし
たものもある。

【０００４】そこで、本発明者らは、後者のタイプのモ
ータを用いて、センサマグネットの取付角度をさまざま
に変化させたところ、モータの効率が変化することを見
いだし、しかも、市販のブラシレスモータ数点について
調べたところ、いずれもセンサマグネットの取付角度は
センサマグネットの磁極とロータマグネットの磁極とが
一致するように取付けられており、この位置は効率が最
大となる取付角度とは異なっていることを見いだした。
本発明は、ブラシレスモータの効率を向上させることを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記知見にも
とづいてなされたもので、請求項１に記載したブラシレ
スモータでは、モータの回転軸にロータが固定され、同
ロータにはメインマグネットが固定されるとともに前記
回転軸にはセンサマグネットが取付けられ、同センサマ
グネットには前記メインマグネットのＮＳの磁極と対応
するように磁極が設けられ、同センサマグネットに近接
するように磁気検出素子を配置したブラシレスモータに
おいて、前記センサマグネットの磁極が前記メインマグ
ネットの磁極に対して相対的にずれた位相角度になるよ
うに前記センサマグネットが取付けられていることを特
徴としている。

【０００６】また請求項２では、同様な構成を有する既
存のブラシレスモータを調整するに際し、前記センサマ
グネットの磁極が前記メインマグネットの磁極に対して
相対的にずれた位相角度になるように前記センサマグネ
ットの取付位置を調整することを特徴としている。

【０００７】位相角度をずらすことで効率が向上する理
由は以下の通りである。すなわち、ブラシレスモータで
は磁気検出素子の信号に応じてコイルへの電流を切換え
て、ロータの永久磁石が所定の回転方向に吸引されるよ
うに、即ちトルクが発生するように回転磁界を作ってい
る。コイルへの電流はロータの検知位置に応じて通電／
断電のデジタル的な制御がなされており、相手側のロー
タの磁極もまたＮ／Ｓのいずれかの択一的なもので、装
置全体がいわばデジタル的な組合わせで動作している。

【０００８】ところが、実際には磁石の磁力には強度分
布があって、Ｎ又はＳの領域の全体にわたって均一な強
度の磁力をもっているわけではなく、特にＮとＳの境界
の部分では磁力が弱くなっている。同様にステータコア
側の電磁石（コイル）の発生磁力にも強度分布がある。

【０００９】よって、コイルに流れる電流の大きさは一
定でも回転軸がどの位相角にあるかによって発生トルク
は異なる。こうした条件の下でエネルギー利用効率を最
大にしようとすれば、本来的には位相角ごとに時々刻々
と電流強度を制御する等の手段が考えられる。

【００１０】しかし、そこまでしなくても、コイルへの
駆動電流のタイミングをずらすだけでも、ある程度は効
率を改善することができる。磁力分布の平均値が中心よ
りも片寄っている場合には、それに応じて駆動電流のタ
イミングを進相／遅相させるだけで、エネルギーがより
有効に利用される領域で電流を流すことができる。

【００１１】即ち、既存のモータに対して駆動電流のタ
イミングをずらすだけである程度効率が改善される。な
お、実際にずらす量と方向については、ロータの永久磁
石とステータの電磁石との関係によって定まるので、個
々のモータについて実験的に定めることになる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
に係るブラシレスモータ及びその調整方法の実施形態を
説明する。図１は本発明の実施形態による３相駆動式の
ブラシレスモータを自動車用の送風機に適用した具体例
を示す断面図である。

【００１３】図において、符号１はブラシレスモータの
モータハウジングであって、円板状の基部２と同基部２
の中央上面に一体的に突設された円筒状のステータ３と
から構成されている。ステータ３の中空の孔４には、上
下端より１つずつ筒状のスリーブメタル５が挿着され、
その筒状の内周面にはモータの回転軸６が挿通され回転
軸６をステータ３に対して回転自在に支持するととも
に、スリーブメタル５の上下端面では回転軸６に固定さ
れたスナップリング７がブッシュ８を介して当接して回
転軸６が上下方向に移動しないように支持している。

【００１４】９は前記ステータ３の外周面に固定された
コアであって、珪素鋼板等の透磁性の高い薄板を多数積
層してできており、３組のコイル１０が互いに１２０゜
の角をなすように巻装され、これらコイル１０へ所定の
順序で通電することで回転磁界を発生させるようになっ
ている。

【００１５】１１は全体がカップを逆さに伏せたような
有底円筒形状のロータであって、その中心軸と一致する
ように前記回転軸６が圧入によって固着され、円筒状の
側部の内側には円周方向９０゜ごとに分割された４個の
永久磁石からなるメインマグネット（ロータマグネッ
ト）１２がＮＳＮＳと交互に接着されており、各マグネ
ットの円周方向の間には若干の間隔が設けられている。
また同メインマグネット１２の内周面と前記コア９の外
周面との間には若干の隙間が設けられている。

【００１６】１３は前記回転軸６の下端にネジ１４止め
固定されたセンサマグネットであって、前記メインマグ
ネット１２のＮＳの磁極の配列に対応するような扇型の
磁極分布を有している。

【００１７】１５は前記ハウジング１の基部２の下面に
ネジ１６止め固定された制御回路基板であって、前記セ
ンサマグネット１３の磁力を検出するために１２０゜お
きに配列された３個のホールセンサ１７と、ホールセン
サ１７の検出信号に従って駆動素子１８をドライブする
制御回路が設けられている。駆動素子１８は具体的には
例えばパワーＭＯＳＦＥＴであり、ハウジング１の基部
２の裏面に水平向きに密着するように絶縁シートを介し
て取付けられており、前記３組のコイル１０への電流を
スイッチングする。

【００１８】なお１９は前記回転軸６の上端部にネジ２
０止め固定された送風ファン、２１は車載用送風機をダ
クトに取付けるためのアッパーケース、２２は前記アッ
パーケース２１の下面に嵌着されたロアーケース、２３
はハウジング１を支持する弾性部材である。

【００１９】次に作用を説明する。図２はブラシレスモ
ータの駆動電流の従来の一般的な切換タイミング、即ち
本発明を適用する前の切換タイミングを示す図である。

【００２０】図の１段目にはステータのコイル巻線ＳＴ
１〜６を示しており、２段目にはロータのメインマグネ
ットのＮＳの位置を回転の進行順に〜として示して
いる。そして、３段目にはドライブ用トランジスタＴＲ
４〜６のＯＮ／ＯＦＦ状態を、４段目にはホール素子Ｈ
Ｇ１〜３の検出信号をそれぞれタイミングチャートとし
て示しており、３段目の上部に記載した〜は２段目
の〜との時間的な対応関係を示している。

【００２１】まず、図示の従来の切換タイミングについ
て説明する。いま、ロータが回転方向に進行しての位
置に到達したものとする。この瞬間、ホール素子ＨＧ１
は磁極Ｓの検出状態からＮの検出状態に切りかわる（４
段目のタイミングチャートのＨＧ１参照）。これを受け
て、前記制御回路基板がトランジスタＴＲ６をＯＮにす
る（３段目のＴＲ６参照）。するとコイル巻線ＳＴ３と
ＳＴ６に電流がながれて、ステータの外周部分がＮ極に
励磁される。このときステータのＳＴ３とＳＴ６は共に
ロータのＮＳの磁極の境界線を正面に対向しているので
（２段目の参照）、ロータの磁石のＮ極とは斥力を、
Ｓ極とは引力を作用させてロータを図中左方に回転させ
る向きの力を発生させる。

【００２２】これに対して本実施形態では、センサマグ
ネットの磁極がメインマグネットの磁極に対して相対的
にずれた位相角度になるようにセンサマグネットの取付
位置を調整することとし、これにより結果的にステータ
コイルへの通電タイミングを遅らせるようにした。

【００２３】このため、本実施形態では、コイル巻線Ｓ
Ｔ３とＳＴ６に電流がながれ始めるときには、ステータ
のＳＴ３とＳＴ６はロータのＮＳの磁極の境界線を通り
すぎてＳ極との対面面積が大きい状態になっている。そ
して、おもにロータの磁石のＳ極との引力によって回転
力を発生させる。

【００２４】以上により、ＮＳの境界付近の磁力の弱い
部分では無駄に電流を消費させることなく、有効にトル
クを発生させることができる位相角度の範囲でのみ駆動
電流をながすことになって、全体的な効率が向上する。

【００２５】（実験結果）前記実施形態のモータの部分
のみを取外して、実験装置にセットし、負荷トルクは一
定の５ｋｇ・ｃｍ、供給電圧Ｖは１２ボルトの定電圧と
し、消費電流Ｉと回転数Ｎを調べた。そしてモータの効
率を １．０２７×Ｎ×５／ＶＩ の式から計算した。以
下に結果を示す。

【００２６】

【表１】 すなわち、本実施形態のモータにおいて上記条件の下で
は、電流の切換タイミングを通常よりも３０゜遅らせた
ときに最大効率６３．５％が得られた。

【００２７】なお、以上説明した実施の形態は、本発明
の理解を容易にするために記載されたものであって、本
発明を限定するために記載されたものではない。したが
って、上記の実施の形態に開示された各要素は、本発明
の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む
趣旨である。例えば次のような変形が可能である。

【００２８】（１）上記実施形態のメインマグネットは
前記したように円周方向９０゜ごとに分割されたもの
で、しかも、各マグネットの円周方向の間には若干の間
隔が設けられていたために、ＮＳの境界部分での磁力が
とくに弱くなっており、このため３０゜という大きな角
度を遅らせたときに最大効率が得られたが、これに限ら
れず、例えばリング状の一体型磁石においても一般的に
ＮＳの境界付近では磁力が弱いといえるので、若干の位
相のずれを設けることである程度効率を改善することが
できる。

【００２９】（２）また本発明と直接関係はないが、本
発明の応用としては、ブラシレスモータのホール素子の
取付位置を円周方向に移動調整可能に構成し、ホール素
子の取付位置をずらすことでブラシレスモータを調整す
るようにしてもよい。また別の応用としては、ブラシレ
スモータの制御回路にワンショットマルチバイブレータ
などによる遅延タイミング回路を追加して転流タイミン
グを遅らせるように構成してもよい。このような手段に
よって電流の切換タイミングの位相をずらして駆動する
ようにすれば、上記実施形態のようにセンサマグネット
をメインマグネットと別体に設けていなくても、即ちメ
インマグネットにホール素子を対向させてメインマグネ
ットの磁気を検出する構成のモータに対しても、本発明
を適用できる。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、既
存の市販のモータについても、センサマグネットの磁極
がメインマグネットの磁極に対して相対的にずれた位相
角度になるようにセンサマグネットの取付位置を調整す
るという簡易な手段によって効率を向上させることがで
きる。

【００３１】この種のモータで市場に出ているものは、
いずれも効率を最大にするという観点からは完全なマッ
チングがとれていないものが多いと思われ、最大の効率
を得るように調整することは極めて実用的価値の大きな
発明である。特に、自動車の電装品のモータなど低消費
電流が要求される機器に採用するのに好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態によるブラシレスモータを破
断して示す立面図である。

【図２】図１のブラシレスモータの駆動電流の切換タイ
ミングを示す図である。

【符号の説明】

１ ハウジング ２ 基部 ３ ステータ ４ 孔 ５ スリーブメタル ６ 回転軸 ７ スナップリング ８ ブッシュ ９ コア １０ コイル １１ ロータ １２ メインマグネット １３ センサマグネット １４ ネジ １５ 制御回路基板 １６ ネジ １７ ホールセンサ １８ 駆動素子 １９ 送風ファン ２０ ネジ ２１ アッパーケース ２２ ロアーケース ２３ 弾性部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モータの回転軸（６）にロータ（１１）が
   固定され、前記ロータにはメインマグネット（１２）が
   固定されるとともに前記回転軸にはセンサマグネット
   （１３）が取付けられ、前記センサマグネットには前記
   メインマグネットのＮＳの磁極と対応するように磁極が
   設けられ、前記センサマグネットに近接するように磁気
   検出素子（１７）が配置されたブラシレスモータにおい
   て、 前記センサマグネット（１３）の磁極が、前記メインマ
   グネット（１２）の磁極に対して相対的にずれた位相角
   度になるように、前記センサマグネットが取付けられて
   いることを特徴とするブラシレスモータ。
2. 【請求項２】モータの回転軸（６）にロータ（１１）が
   固定され、前記ロータにはメインマグネット（１２）が
   固定されるとともに前記回転軸にはセンサマグネット
   （１３）が取付けられ、前記センサマグネットには前記
   メインマグネットのＮＳの磁極と対応するように磁極が
   設けられ、前記センサマグネットに近接するように磁気
   検出素子（１７）が配置されたブラシレスモータを調整
   するに際し、 前記センサマグネット（１３）の磁極が、前記メインマ
   グネット（１２）の磁極に対して相対的にずれた位相角
   度になるように、前記センサマグネットの取付位置を調
   整することを特徴とするブラシレスモータの調整方法。