JPS58107058A - 平面対向ブラシレスモ−タ - Google Patents

平面対向ブラシレスモ−タ

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Publication number
JPS58107058A
JPS58107058A JP20521681A JP20521681A JPS58107058A JP S58107058 A JPS58107058 A JP S58107058A JP 20521681 A JP20521681 A JP 20521681A JP 20521681 A JP20521681 A JP 20521681A JP S58107058 A JPS58107058 A JP S58107058A
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JP
Japan
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radius
magnetic flux
torque
circumference
fixed magnetization
Prior art date
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Pending
Application number
JP20521681A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshihiko Nakajima
中島 敏彦
Kihachiro Minami
南 喜八郎
Isao Fukushima
福島 勇夫
Teizo Tamura
田村 禎三
Seiichi Narishima
誠一 成島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP20521681A priority Critical patent/JPS58107058A/ja
Publication of JPS58107058A publication Critical patent/JPS58107058A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H02K29/08Motors 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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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Brushless Motors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は単相半波通電方式の平面対向ブラシレスモータ
に関するものである。
単相半波通電方式のモータは、3組両波通電方式、3相
半波通電方式、2組両波通電方式等のモータに比べ、駆
動用スイッチング素子数、ロー多位置検出素子数等が少
なくてすみ、低価格化が期待できるが、一方、ロータ1
回転中の発生トルクの変動が大きいため、必要な起動ト
ルクに対してモータが発生する平均トルクの余裕が少な
いと。
発生トルクが小さくなる位置に回転子が停止したときに
起動不能になる欠点があった。この点について、以下具
体的に説明する。″′□ 第1図はこの種のモータの縦断面を示す図で。
第2図は該モータの駆動コイルとロータマグネットの位
置関係を示す図、第3図は該モータの駆動回路の回路図
である。図において、1は回転軸。
2は軸受、5はロータマグネット、4はロータヨーク、
5は駆動コイル、6はステータヨーク、7は回転位置検
出用のホール素子である。前記ロータマグネット3は円
周方向に第4図(a)に示すような磁束密度分布になる
ように着磁されている。これは近似的には、S極、N極
、無着磁部が、それぞれ電気的な位相角で2πラジアン
ずつ分布していると考えてよい。また、駆動コイル5a
、5bは、トルクを発生する2辺の開き角が又πラジア
ン以上になるように巻線されている。このように配置さ
れたコイルに一定の電流を流すと2位相角で約4πラジ
アンの期間は正トルク、約えπラジ3 ア/の期間は負トルクを発生する。ここで、第2図およ
び第4図(b)に示すように2位相角でπラジアンずれ
た位置に2組の駆動コイル5a、5bを配置し、それぞ
れ正1ルクを発生する期間にπラジアンずつ通電すると
、ロータマグネット3の位置にかかわらず、常に正のト
ルクを得ることができる。なお、第4図(b)において
、A、Bはそれぞル駆動コイル5a、5bの通電期間を
示し、実線は駆動コイル5a、 5bから発生するトル
クの和を示し。
破線は駆動コイル5aの2辺が°それぞれ発生するトル
クを示す。上記の通電を行うために、第3図の駆動回路
では2回転位置検出用のホール素子7でロータマグネッ
ト3の磁束を検出し、増幅器9a9bで増幅した後、駆
動トランジスタ8a、8bをスイッチングして、駆動コ
イル5a、5bに通電する。この構成では、駆動トラン
ジスタ8al 8bのどちらか一方がON、他方がOF
Fになり1両方同時にONまたはOFFになることはな
い。ホール素子7の位置で磁界が正のときに駆動コイル
5aに通電し、負のときに駆動コイル5bに通電するよ
うに回路の極性を定めれば、第4図(b)の動作が得ら
れる。
上記のような動作をするときに、ロータマグネットが1
回転する間に発生するトルクの変動を最小にする磁束密
度の分布が存在する。具体的には同−組の駆動コイルへ
の通電期間の中央に生じるトルクの最小値と、2組のコ
イルの切換点に生じるトルクの最小値とが等しくなるよ
うにするのが良く、そのためには、第4図(a)に示す
ように、磁束密度が小さい実質的に無着磁の領域が存在
することが必要である。ところが、従来のこの種のモー
タ、例えば特開昭54−7108号公報に示されるモー
タでは、ホール素子部の磁束密度分布はトルク発生部の
磁束密度分布と相似であり、すなわちほぼ第4図(a)
の形になる。このとき、ホール素子7および増幅器9a
が理想的に動作すれば、コイルの通電の切換はホール素
子7に入力する磁束がゼロになる点で起こり、前述のご
とく第4図(b)に示すような比較的変動の少ないトル
クが得られるが、ホール素子7の出力と増幅器9aの入
力とに不平衡電圧が存在すると一ホール素子7の出力電
圧が不平衡電圧を打ち消す点で切換が起こる。
しかし、ホール素子7の出力波形は1位相角2πラジア
ン中に2個所ある磁極反転部での出力電圧の変化率が異
なり、第4図(a)にA’、  B’で示すように、2
組のフィルの通電時間が等しくなくなり。
その結果、第4図(C)に示すように、コイルの通電の
切換点付近に大きなトルク変動が発生する。従って、従
来のモータでは、このトルク変動により起動不良が発生
しないように起動トルクに余裕をもたせる必要があり2
.起動電流の増大、モータの大型化等を招くという欠点
があった。
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくシ、単
相半波通電方式のモータで2部品のばらつきによるトル
ク変動を低減したモータを提供するにある。この目的を
達成するため1本発明は。
単相半波通電方式の平面対向ブラシレスモータにおいて
1部品のばらつきによるトルク変動の原因が、ロータ位
置検出用のホール素子の出力波形が不適切であることに
よる点に着目し、ホール素子に入力する磁束密度分布と
、トルク発生のための磁束密度分布とを異ならせ、しか
も両者の磁束を1個のマグネットから発生させるように
したもので、これにより部品点数を増加させることなく
トルク変動を低減することができる。
以下1本発明による平面対向ブラシレスモータの一実施
例を説明する。第5図は該実施例の着磁を示す図である
。モータの構造は第1図に示したものと同じで、ロータ
位置検出用のホール素子7はロータマグネット乙の最外
周付近に配置されている。ロータマグネット6は、その
内周部は従来例を示す第2図のものと同様に無着磁部0
が設けられているが、ホール素子7に入力する磁束を発
生する外周付近には無着磁部はなく1位相角2πラジア
ンの間で8.Nの2極がそれぞれπラジアンずつ着磁さ
れている。なお、実際には、上記SN、0の境界部分を
不連続に着磁することは不可能で、マグネットの内周で
は第6図(a)に示すような磁束密度分布になり、外周
では第6図(b)に示すような磁束密度分布になるよう
に着磁されている。
また、内周部と外周部の着磁の境界である半径r5の円
周付近では、内周から外周に向って第6図(ayの形か
ら第6図(b)の形に磁束密度分布が連続的に変化して
いる。
上記のような着磁をすると、ホール素子7の出力波形は
第6図(b)の波形に相似になり、第4図に示した従来
例のものと比較して、ネール素子7のの出力の符号が反
転する付近の出力の変化率が飛躍的に大きくなり、ホー
ル素子7の出力と増幅器9aの入力との不平衡電圧の影
響が小さくなる。
また、第6図(b)の波形は内周部の磁束密度分布とは
ほぼ独立に決めることができるため、内周部ではトルク
変動が最も小さくなる磁束密度分布を選ぶことができる
。磁束密度分布の境界である半径r5の円周については
、トルク変動の観点から、ホール素子7に所望の磁束密
度分布が得られる範囲内で、できるだけr5を大きくシ
、第6図(a)の磁束密度分布をもつ領域の幅をできる
だけ大きくすることが望ましい。第6図(b)の磁束密
度分布の磁界内にあるコイルが発生するトルクの波形は
、トル°り変動が比較的大きくなるが、モータ全体で見
て第6図(a)の磁束密度分布により発生するトルクが
′支配的であれば、後者のトルク変動波形が前者のトル
ク変動分を打ち消す形状になるように磁束密度分布を調
整することにより、モータ全体から発生するトルク変動
を最小にすることができる。ただし、このときに、半径
r5の円周の内側と外側とで磁極の極性が反転するよう
な着磁を行うと、全体で良好なトルク波形であっても、
コイルの一部分に負のトルクが発生して効率が低下する
ので。
好ましくない。
トルク変動の波形は、駆動コイル5a、5bのトルクを
発生する2辺の開き角θ。、駆動マグネットの着磁部の
開き角θ□によっても変化する。この場合は、主として
1組のコイルの1回の通電期間中に2回発生する最大ト
ルクの間隔が変化する。
良好なトルク波形を得るには、S極とN極との着磁部の
開き角が等しい必要があり、また動作原理上2着磁部の
開き角が無着磁部の開き角より小さくなると、コイル形
状にかかわらず正トルクを得られないロータ位置が発生
する。従って、S極とN極の着磁部の開き角の和を01
とすると、無着磁部の開き角は(2π−01)であるか
ら。
θ、=2θ。 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・(1)(2・−01)≦ム〈・
 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・(2)となり9式(2)から 4 Tπ≦01<2π・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・(3)が成立している必要がある。
また、コイルの開き角θ。については、常に正トルクを
得るにはθ□より大きい必要があり。
(2π−〇、)≦θ0〈π・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・(4)が成立している必要がある。
次に、第5図に示した着磁分布を得る方法について説明
する。第7図はこの着磁に用いる着磁ヨークの一例の上
面図である。着磁すべきマグネットの外径とほぼ等しい
直径をもつ円柱状q強磁性体に設けられたスロット14
に主コイル1oを巻き、該主コイル10に通電すると、
ハツチングを施した面11a、 1 lbにそれぞれS
極、N極が発生する。そこで、この着磁面11a、 1
 lbに着磁すべきマグネットを密着させれば1着磁を
行うことができる。しかし、主コイル10から得られる
磁界では、外周部については第6図(b)の磁束密度分
布が得られるが、内周の本来熱着部にしたい12a、1
2bKも11a、11b と同じ磁極が現れて、所望の
磁束密度分布が得られない。そこで12a、12bの部
分に補助コイル13を配置し。
これに主コイル10の磁界を打ち消す磁界が発生する方
向に通電すると+ 12a+ 12bの部分に無着磁部
を得ることができる。このとき、補助コイル15の形状
および通電する電流を変えることにより、理想的な磁束
密度分布と実用上回等な磁束密度分布をもつロータマグ
ネットを得ることができる。なお、補助コイル130通
電は、直列抵抗を介して主コイル10と並列に接続する
ことにより、主コイル100通電と同時に行うことがで
きる。
以上の説明では1回転位置検出用ホール素子をロータマ
グネットの外周付近に配置しているが。
ロータマグネットの内周付近に配置しても2着磁の内周
、外周を入れ替えることにより、同じ効果が得られるの
は言うまでもない。
前述のように9本発明によれば、単相半波通電方式の平
面対向ブラシレスモータにおいて1部品のばらつきによ
るトルクの落込みを小さくシ、トルク変動を小さくして
、起動不良等の事故をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は単相半波通電方式の平面対向ブラシレスモータ
の一例を示す縦断面図、第2図は従来例のモータのロー
タマグネット着磁と駆動コイルとの位置関係を示す説明
図、第4、図は該モータの駆動回路を示す回路図、第4
図は従来例のモータにおける磁束密度分布と発生トルク
を示す説明図。 第5図は本発明によるモータの一実施例のロータマグネ
ットの着磁を示す説明図、第6図は該実施例における磁
束密度分布を示す説明図、第7図は第5図に示した本発
明による着磁を行うための着磁ヨークを示す説明図であ
る。 符号の説明 1・・・回転軸      2・・・軸受6・・・ロー
タマグネット 4・・・ロータヨーク5.5a、5b・
・・駆動コイル 6・・・ステータヨーク  7・・・ホール素子8a+
 8b・・・駆動トランジスタ 9a、9b・・・増幅器  10・・・主コイル11a
、 11b・・−着磁面 12a、12b・・・無着磁部 代理人弁理士 中村純之助 第3図 1′4図 (Q) ′IP5図 gノ 1“6μm (Q) (b)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)それぞれ少なくとも1個のコイルからなる第1お
    よび第2の相の駆動コイルを備えたステータヨークと、
    該駆動コイルと電磁誘導をなす関係にあるリング状ロー
    タマグネットを備えたロータヨークと、該リング状ロー
    タマグネットの回転位置を検出して、固定子コイルへの
    通電切換のタイミングを制御する単一の回転位置検出装
    置とによって基本構成される平面対向ブラシレスモータ
    であって、該リング状ロータマグネットが、端面の回転
    方向にm組(mは自然数)のN極、S極が形成された第
    1の固定磁化領域と、該m組のN極。 S極の磁極反転領域の一方に実質的に無着磁である領域
    を有するごとく形成された第2の固定磁化領域とからな
    り、該第1の固定磁化領域、第2の固定磁化領域のいず
    れか一方を、前記リング状ロータマグネットの外半径に
    等しい半径r1の円周および内半径に等しい半径「2の
    円周とはrz < r5< r+の関係にある半径「S
    の円周と、前記半径r1の円周とで囲まれる第1の領域
    に配し、他方を、前記半径r5の円周と前記半径r2の
    円周とで囲まれる第2の領域に配するとともに、前記第
    1の固定磁化領域による磁束が及ぶ前記ステータヨーク
    上に前記回転位置検出装置を配設し、かつ前記第2の固
    定磁化領域および/または前記第1の固定磁化領域によ
    る磁束が及ぶ前記ステータヨーク上に。 前記駆動コイルのトルク発生に寄与する半径方向部を配
    設したことを特徴とする平面対向ブラシレスモータ。 (2、特許請求の範囲第1項に記載の平面対向ブラシレ
    スモータにおいて、第1の固定磁化領域を形成するN極
    、S極の各領域の開き角を電気的な位相角でπラジアン
    に、第2の固定磁化領域を形成するN極、S極の各領域
    の開き角を相等しくかつ1組の極の開き角の和θtを電
    気的な位相角で土π≦θ1〈2πラジアンにそれぞれ設
    定するとともに、駆動コイルのトルク発生に寄与する半
    径方向部分のなす角度(往路部と復路部の中心がなす角
    度)θ0を電気的な位相角で(2π−θt)≦θ。〈π
    ラジアンに設定したことを特徴とする平面対向ブラシレ
    スモータ。
JP20521681A 1981-12-21 1981-12-21 平面対向ブラシレスモ−タ Pending JPS58107058A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60170455A (ja) * 1984-02-14 1985-09-03 Sansui Electric Co ブラシレスモ−タ
JPS61273157A (ja) * 1985-05-28 1986-12-03 Ube Ind Ltd ブラシレス偏平モ−タ
JPS62118745A (ja) * 1985-11-15 1987-05-30 Sony Corp 二相ブラシレスモ−タ
EP0234587A2 (en) * 1986-02-27 1987-09-02 Sony Corporation Two-phase brushless motor
US5004965A (en) * 1987-05-20 1991-04-02 Canon Kabushiki Kaisha Brushless motor with torque compensation

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