JPH11332193A - ２相ｄｃブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位相差１８０°の２相ＤＣブラシレスモータ
の効率アップと起動特性の安定化、振動の低減を実現す
る。 【解決手段】 ロータマグネットと突極との間隙は、前
記ロータマグネットの回転方向に関して前記突極の実長
の前半１／２の部分では徐々に減少し、後半１／２の部
分では一定となるように前記突極の外形を形成し、ロー
タマグネットの着磁に強弱を設け、モータ回転中に電気
角１８０°位相差の２相の巻線に発生するそれぞれの誘
起電圧波形が、電気角０°〜９０°の間はほぼ正弦波形
に、９０°〜１８０°の間はほぼ台形波形とした２相Ｄ
Ｃブラシレスモータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＤＣファンモータ
用の２相のモータコイルの位相差が１８０°のＤＣブラ
シレスモータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のＤＣファンモータは、構造を簡易
化することによって、コストの低減を図っている。すな
わち、ロータマグネットの極数とステータコアのティー
ス数を４程度とし、ロータマグネットの磁極位置を検出
する磁気センサに１個のホール素子を用い、半導体によ
り２相のモータコイルに交互に通電してロータを回転さ
せている。この構成では、２相のモータコイルの位相差
が１８０°であるため、回転トルクを発生しない点が存
在する。

【０００３】またロータマグネットとティースの突極間
の間隙が円周方向に一定であると、突極とマグネット間
に生じるコギングトルクが０になる点と、上記回転トル
クの生じない点とが同じ位置で発生するために、いわゆ
る、デットポイントと呼ばれるモータが起動できない点
が存在する。

【０００４】このデットポイントを避けるため、ロータ
マグネット回転方向に、ロータマグネットとステータコ
ア間の間隙が前半の１／２は徐々に減少し、後半の１／
２は一定の間隙を保持するように、ステータコアの突極
を形成し、ロータマグネットとステータコアの突極間に
生じるコギングトルク０点の位置をずらすことによっ
て、上述のデットポイントを回避する方法をとるのが一
般的である。

【０００５】図４は、上記従来のファンモータの構造を
示す図であって、１はロータコア、２は円環状のロータ
マグネットで、モータの回転によりモータコイルに生じ
る誘起電圧が、正弦波形になるように４極に着磁が施さ
れている。３はロ一夕マグネット２の磁極を検出するホ
ール素子で、プリント基板（図示せず）に取り付けられ
ている。４は珪素鋼板を打ち抜いて積層したステータコ
アで、４個のティース５と突極６を有し、突極６とロー
タマグネット２の間の間隙は、図４に示すように、一定
ではなく不均一になっている。７はＡ相モータコイル、
８はＢ相モータコイルであり、２相１８０°の位相差を
有するように配置されている。

【０００６】例えば、突極６はロータマグネット２との
間隙の狭い６Ａ部と間隙の広い６Ｂ部を有し、モータコ
イル７、８が無通電状態のとき、対向するロータマグネ
ット２の磁極中心部２Ａは、突極６のセンター部６Ｃよ
りも間隙の狭い６Ａ部に吸引され、ロータマグネット２
の極とティース５の突極６の位置関係は、図４の状態で
停止している。この位置で、ホール素子３とロータマグ
ネット２の位置関係から、ホール素子３の出力電圧によ
り、ＤＣファン専用のＩＣを介してモータコイル７、８
が通電され、ティース５の突極６とロータマグネット２
に回転トルクが発生してロータコア１が回転する。

【０００７】図２（ａ）は、従来のモータコイルの誘起
電圧が正弦波を示す場合のロータの回転角と誘起電圧の
関係を示す波形図、図２（ｂ）は、同ロータの回転角と
起動トルクの関係を示す波形図、図２（ｃ）は、同ロー
タの回転角と回転中トルクを示す波形図である。図２
（ｂ）は従来技術におけるコギングトルク２３と、モー
タコイルに一定電流が通電された回転トルク２６と、合
成された起動トルク２２の関係を示している。図示する
ように、Ｐ２点のいずれか１個所は、無通電状態での停
止点であり、Ｑ２点は、回転トルクが０になる位置を示
す点である。一般的に誘起電圧の波形は、図２（ａ）の
ように正弦波形となるように、マグネットが着磁されて
いて、起動時に直流電圧が印加されると相似形状の回転
トルク２６を生じ、コギングトルク２３の波形も滑らか
であり、Ｐ点における合成トルク値を示すＲ２点を大き
くとることができる。

【０００８】図３（ａ）は、従来のモータコイルの誘起
電圧が台形波を示す場合のロータの回転角と誘起電圧の
関係を示す波形図、図３（ｂ）は、同ロータの回転角と
起動トルクの関係を示す波形図、図３（ｃ）は、同ロー
タの回転角と回転中トルクを示す波形図である。図３
（ｂ）において、３３はコギングトルク、３６は回転ト
ルク、３２は起動トルクを示し、停止点Ｐ３点における
起動トルク３２はＲ３点を示し、図２に示したＲ２点よ
りも小さい値となる。Ｑ３点は、回転トルクが０になる
位置を示す点である。

【０００９】また、図２（ｃ）は、モータ誘起電圧が正
弦波形である場合のモータ回転中のトルクリップルを示
すもので、モータ回転中の誘起電圧の影響により、通電
中央近傍で図示しない通電電流が低下するため、回転ト
ルク２４が中央で低下し、しかもその位置で、コギング
トルク２３は反回転方向のトルクを生じて、合成回転ト
ルク２５は、中央近傍で大きく落ち込み、回転中のトル
クリップル量は、図示Ｔ２となつて現れる。

【００１０】また図３（ｃ）は、モータ誘起電圧が台形
波形の場合であり、３３はコギングトルク、３４は回転
トルク、３５は合成トルクであり、通電中央近傍で反回
転方向のコギングトルク３３の値が一定に近く、誘起電
圧が台形波形で、その中央近傍は一定値に近いため、通
電電流の落ち込みが少なく、回転中合成トルク３５の中
央近傍の落ち込みは、図示のように一定値Ｔ３となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述の如き従来のファ
ンモータ構成には次のような問題点がある。図２（ａ）
に示すように、モータコイルの誘起電圧が正弦波形にな
るように、マグネットを着磁すると、誘起電圧のピーク
値をＶｐとすると実効値Ｖｍ２は、Ｖｍ２＝Ｖｐ／√２
≒０．７・Ｖｐとなる。

【００１２】モータ回転中の消費電流Ｉは負荷トルクを
Ｔ、モータトルク定数をＫｔとすると、Ｉ＝Ｔ／Ｋｔで
表わされ、このＫｔとＶｍは比例関係にあり、Ｖｍが少
ないとＫｔが小さくＩが大きくなりモータ効率がよくな
い。

【００１３】また、図３（ａ）のようにモータコイルの
誘起電圧が台形波状になると、誘起電圧の実効値Ｖｍ３
は、Ｖｍ３≒０．８７Ｖｐとなり、モータ誘起電圧は、
正弦波形のときより台形波形の方が約２０％効率はよ
い。

【００１４】しかし、図２（ｂ）、図３（ｂ）に示すよ
うに、起動トルクについてみると、モータ誘起電圧は、
台形波形でのＲ３よりも正弦波形でのＲ２の方が大で、
モータが小型になると起動トルクも小さくなり、台形波
形のものでは起動できない場合も生じる。

【００１５】また、図２（ｃ）、図３（ｃ）のように、
モータ回転中のトルクリップルでみると、モータ誘起電
圧正弦波形のトルクリッフルＴ２に対して、モータ誘起
電圧台形波形のトルクリップルＴ３の方が小さい。この
回転トルクリツプルは、ファンモータの振動、騒音の原
因となるため低減する必要がある。

【００１６】本発明は上記の従来技術の問題点に鑑み、
モータ効率が優れ、起動トルクが大きく、回転トルクリ
ップルの小さいファンモータを提供することを目的とす
るものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、等間隔で交互にＮ、Ｓ極に着磁されたロータマグ
ネットに対向して、先端部に、前記着磁極数に等しい突
極数を有するティースに電気角１８０°の位相差の２相
巻線を施したステータコアを配置し、前記ロータマグネ
ットとステータコアの間隙を、ロータマグネット回転方
向に、前半の１／２は徐々に小さくなる間隙に、後半の
１／２位を一定な間隙となるようステータコアの突極の
形状に形成し、コギングトルクを発生させ、モータ回転
中に電気角１８０°の位相差の２相巻線にそれぞれ発生
する誘起電圧波形が、電気角０°〜９０°の間は、ほぼ
正弦波形に、９０°〜１８０°間は、ほぼ台形波形にな
るようステータコアの突極形状とマグネットの着磁を形
成する。

【００１８】上記の構成ににより、モータ誘起電圧が正
弦波形と台形波形のそれぞれの特長を引き出すことがで
き、従来技術のモータ効率、起動の安定性、振動の低減
などの問題点を改善することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面によって本発明の実施
例を説明する。図１（ａ）は、本発明に係るモータ回転
中に発生する誘起電圧波形図であり、ステータコアの突
極形状とマグネットの着磁方法の改善により、電気角０
°〜９０°の間は、ほぼ正弦波形に、後半の９０°〜１
８０°の間はほぼ台形波形になるように構成されてい
る。１１は通電により発生する誘起電圧である。

【００２０】本発明におけるのモータ誘起電圧のピーク
値をＶｐとすると実効値Ｖｍ１は、 Ｖｍ１≒（０．７／２＋０．８７／２）・Ｖｐ≒０．７
９Ｖｐ となり、上記の正弦波形のＶｍ２≒０．７Ｖｐよりも大
きくなり、モータの消費電流を低減することができる。

【００２１】図１（ｂ）は、本発明のモータ起動時の発
生トルクを示す図で、１２は合成されたモータの起動ト
ルク、１３はコギングトルクである。無通電状態での停
止点Ｐは、前記図２（ｂ）の正弦波形の停止点Ｐ２とほ
ぼ同位置であり、モータが発生するＰ点、Ｐ２点におけ
る起動トルクＲ、Ｒ２もほぼ同一値である。

【００２２】図１（ｃ）は、本発明のモータ回転中に生
じる回転トルクリップルを示す図であって、１３はコギ
ングトルク、１４は回転中に発生する回転トルク、１５
は合成トルクである。Ｔはトルクリップル値を示し、図
２（ｃ）、図３（ｃ）の正弦波形トルクリップルＴ２、
または、台形波形トルクリップルＴ３よりも少ないこと
がわかる。

【００２３】以上、本発明を適用した１８０°位相差の
２相ＤＣモータをマグネット磁極数４、ステータコアの
突極数４について説明したが、磁極数と突極数とが同一
であるときは、磁極数、突極数そのものには限定されな
い。また、同様にステータコアとロータマグネットの関
係は、アウタロータ、または、インナロータの構造に関
係なく同様の効果が得られる。さらにステータコアとロ
ータマグネットの間隙を、ロータ回転方向と直角方向に
設け、扁平型としたアキシャルギャップ構造に対しても
適用可能で同様の効果がある。

【００２４】

【発明の効果】本発明を適用した入力が数ワットの小型
ＤＣブラシレスファンモータと、最も一般的なモータ誘
起電圧が正弦波形である同等モータとの特性を比較する
と、以下のような優れた効果が得られる。

【００２５】（１）消費電流が６％低減される。

【００２６】（２）起動トルクについては同等の確実性
が得られる。

【００２７】（３）ファンモータフレームにおける振動
が１０％低減される。

【００２８】上記の通り本発明は、モータコアの形状、
マグネット着磁方法を変更することにより、モータの構
造を変更したり、コストアップを招くことなく、ファン
モータの特性を大きく改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるモータの誘起電圧波形、起動トル
ク、回転中トルクを示す特性図である。

【図２】従来技術の正弦波形モータの誘起電圧波形、起
動トルク、回転中トルクを示す特性図である。

【図３】従来技術の台形波形モータの誘起電圧波形、起
動トルク、回転中トルクを示す特性図である。

【図４】従来のファンモータの構造を示す横断面図であ
る。

【符号の説明】

１…ロータコア ２…ロータマグネッ
ト ２Ａ…磁極中心部 ３…ホール素子 ４…ステータコア ５…ティース ６…突極６Ａ…磁極との間隔の狭い突極部 ６Ｂ…磁極との間隔の広い突極部 ６Ｃ…磁極との間隔が中位の突極部 ７…Ａ相モータコイル ８…Ｂ相モータコイ
ル １１、２１、３１…誘起電圧波形 １２、２２、３２…起動トルク １３、２３、３３…コギングトルク １４、２４、３４…回転中の回転トルク １５、２５、３５…回転中合成トルク １６、２６、３６…起動時回転トルク Ｐ、Ｐ２、Ｐ３…停止位置 Ｒ、Ｒ２、Ｒ３…Ｐ点での起動トルク Ｔ、Ｔ２、Ｔ３…トルクリップル Ｑ２、Ｑ３…０回転トルク位置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交互にＮ、Ｓ極を着磁した環状のロータ
   マグネットと、このロータマグネットの着磁極数と同数
   の突極を有するステータコアを有する２相ＤＣブラシレ
   スモータにおいて、 前記ロータマグネットと突極とが対向する間隙は、前記
   ロータの回転方向に関して前記突極の実長の前半の１／
   ２の部分では徐々に減少し、後半の１／２の部分では一
   定となるように前記突極の外形を形成し、回転中に電気
   角１８０°位相差の２相の巻線に発生するそれぞれの誘
   起電圧波形は、電気角０°〜９０°の間はほぼ正弦波
   に、９０°〜１８０°の間はほぼ台形波に形成すること
   を特徴とする２相ＤＣブラシレスモータ。