JPS5825753Y2 - ホ−ルモ−タ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、ホール効果素子を使用した無接点直流モータ
に関するものである。

本考案の目的は、唯一のホール効果素子にてロータの磁
束の状態を検知して駆動コイルへの電流を供給制御する
ことにより、モータを駆動することにある。

本考案の目的は、唯一のホール効果素子によりモータを
駆動することによって、ホール効果素子の特性のバラツ
キを補償する回路補償等を皆無にして、簡潔な構成のモ
ータを供することにある。

本考案の目的は、唯一のホール効果素子にて複数の駆動
コイルを制御してモータの回転の方向性、起動性等の特
性を満足したことにある。

本考案の目的は、ロータの磁気回路と唯一のホ−ル効果
素子により著しく偏平な形状を可能にしたモータを供す
ることにある。

本考案の目的は、ロータの磁気回路と唯一のホール効果
素子と高透磁率磁性材とにより、確実なる自起動性を有
するモータを供することにある。

本考案の更に別な目的は、ホール効果素子数の減少、回
路部品の減少、ホール効果素子の選別組合わせ工程の省
略等を可能にしたため、著しく量産性が高く、シかも安
価なモータを供することにある。

複数のホール効果素子によってロータの磁束の状態を検
知して駆動コイルを制御駆動するモータは公知であるが
、この種モータの断面図を第１図、ホール電圧の波形を
第２図、電気回路図を第３図に示し、説明する。

直径方向に磁化されたロータ１の周辺に、必ず２個のホ
ール効果素子２，３がπ／２に配置されていた。

ホール効果素子の出力、即ちホール電圧ＶＨは、ホール
効果素子の入力電流を１、垂直に加わる磁束密度をＢ１
ホール効果の厚みをｄ１ホール係数をＲＨとすると、ｖ
ＨＲＨＸＩＢ／ｄで表わされる。

ホール電圧を高く得るためには、磁束密度Ｂを極力高く
とらなければならない。

このため、磁性材から成る環状構造物４をロータ１の外
周辺に設置して、ホール効果素子２，３を通る磁気回路
の抵抗弁を小さくする方法が採られていた。

ロータ１の回転によってホール効果素子２，３に加わる
磁束密度の分布は、ロータ１の外周方向の表面磁束密度
に相似であるため、正弦波になる。

モータの１周期Ｔ間のこの様子をホール効果素子２，３
のホール電圧ＶＨ／２で表わしたのが第２図である。

唯一のホール効果素子によるモータの駆動の可能性を探
ると、例えばホール効果素子２のみのホール電圧ＶＨ／
２の発生は、第２図及びｖＨの式から明らかなように、
直流分のみで連続しない部分が必ずある。

さらに駆動コイル５，６等による磁界の発生は、ホール
効果素子２に加わる磁束密度を歪ませ、ホール電求ＶＨ
／２のＳ／Ｎを低下させる。

トランジスタ（第３図−７）への入力レベルを直流分を
拾わないまでに下げても連続的な動作は不可能であり、
さらにＳ／Ｎを考慮した場合には、入力レベルを上げな
ければならないため、モータの連続的な駆動は今まで不
可能であった。

さらに、ホール効果素子２，３の特性のバラツキは避け
られないものであるが、人力抵抗Ｒｉｎ％出力抵抗Ｒｏ
ｕｔ、ホール電圧ｖＨは、極めて近似した素子の組合わ
せによってモータの負荷特性、電圧特性等の安定化を計
らなければならなかった。

モータの温度特性の安定化のためには、さらにＲｉｎ
、Ｂｏｕ ｔ 、ｖＨの温度係数が近似していなければ
ならない。

このためホール効果素子の特性による選別組合わせ工程
を必要とする大きな欠点を有していた。

しかも量産時には、計算機の助けを必要とする程膨大で
、かつ必要な作業でもあった。

電気回路的にも幾分補償したこれまで用いられてきてい
る一例を、第３図に示す。

駆動コイル５゜６は、ホール効果素子２，３にトランジ
スタ７゜８を夫々穴して接続されている。

抵抗器９，１１及び１０，１１は、それぞれホール効果
素子２゜３の入力端子に接続されている。

ホール効果素子２．３の入力抵抗Ｒｉｎと抵抗器９，１
１及び１０゜１１が電源間（ＶＣＣ−ＧＮＤ）に直列に
挿入されているため、ホール効果素子２，３の入力電流
が定まる。

従って入力抵抗Ｒｉｎが近似したホール効果素子２，３
を組み合わせるか、抵抗器９，１０の値をホール効果素
子２，３の組合わせ毎に変えてやる必要がある。

１２，１３は可変抵抗器でトランジスタ７．８のエミッ
タに夫々接続され、中間タップは抵抗器１４，１５を介
して電源のＧＮＤにそれぞれ接続されている。

これら一群の可変抵抗器１２，１３と抵抗器１４．１５
はホール効果素子２，３の不平衡電圧及びトランジスタ
７．８のバラツキを補償し、抵抗器９ 、１０．１１と
ともに、トランジスタ７．８への入力レベルを決定して
いる。

これらの抵抗器は部品点数を増すばかりでなく、特に抵
抗器群１２，１３，１４゜１５は大電力回路に挿入され
ているため、電力の損失、形状の増力口、価格の上昇と
なるという大きな欠点を有している。

かかる欠点を除去して、唯一のホール効果素子にて制御
駆動する本考案の一実施例を、判り易く分離して描いた
図を第４図に、実際に機器に取付けた図を第５図に、モ
ーター周期Ｔ間のホール電圧を第６図に、電気回路を第
７図に示す。

２１゜２２はロータ磁石で、π／３毎に磁化方向が異な
る永久磁石２３，２４，２５，２６，２７，２８と２９
，３０，３１，３２，３３，３４からなり、夫々は異極
が対向するように継鉄３５．３６に取付けられている。

継鉄３５．３６はブツシュ３７に固定されていて、磁束
の方向が軸３８に平行であるような磁気構造を有するロ
ータを形成している。

磁束の方向がπ／３毎に異なるロータの一様磁界中に、
唯一のホール効果素子３９と１駆動コイル４０．４１が
基板４２に設置されている。

駆動コイル４０と４１の間隙はπ、１駆動コイル４０と
ホール効果素子３９の間隙は、およそπ／２に配置され
、駆動コイルの中心角はπ／３である。

４３は基板４２の取付は穴で、ブツシュ３７を使用機器
の軸３８にはめ込んだ後、ナツト４７等で軸３８ととも
に回転可能に固定される。

ロータ磁石２１゜２２の磁束密度は、従来のロータに比
して非常に大きく、ホール効果素子３９に刃口わる磁束
密度をπ／３毎にその向きを極めて急峻に変化させ、し
かも中央部付近では飽和しているため、ホール効果素子
３９のホール電圧は第６図に示す如く大きく、急峻に変
化する。

またホール効果素子３９には磁束のレンズ効果を持たせ
るため、サブストレートハーマロイ等の電磁軟鉄を使用
している。

この電磁軟鉄の厚みによりホール効果素子とロータとの
空隙が縮少し、抵抗器が減少するため、ホール電圧は起
ち上がり後、比較的早く飽和領域に達する。

電磁軟鉄の厚みがロータの空隙内で可能な限り厚い程ホ
ール電圧の大きさ、起ち上がり、飽和について有効な手
段である。

ホール効果素子３９の入力端子に接続された抵抗器５０
と５１とホール効果素子３９の入力抵抗Ｒｉｎによって
入力電流が定められるとともに、駆動コイル４０゜４１
に夫々接続されているトランジスタ４８゜４９への入力
レベルの決定を行なっている。

この入力レベルの値によって、トランジスタ４８゜４９
への入力が交互にしかも連続的に供給可能であるため、
連続的なモータの駆動が可能である。

しかも、ホール効果素子３９には駆動コイル４０゜４１
による磁界の影響がほとんどないため、ホール電圧ＶＨ
／２のＳ／Ｎも高く、入力レベルの決定は非常に容易で
ある。

ヒータの駆動方法を第４図について説明すると、永久磁
石２４．３０による磁束がホール効果素子３９に与えら
れて駆動コイル４０に矢印５４、．５５方向の駆動電流
が流れる。

永久磁石２８，３４と電流５４、永久磁石２３．２９と
電流５５が電磁気の法則によって作用し合い、ロータは
矢印５８方向に回転する。

およそπ／６０−タが回転すると、ホール効果素子３９
には永久磁石２５．２９による磁束が与えられて、駆動
コイル４１に矢印５６．５７方向の、駆動電流が流れる
。

永久磁石２５．３１と電流５７、永久磁石２４．３０と
電流５６が作用し合い、ロータはさらに回転を持続する
。

このように、ホール効果素子３９に加わる磁束の方向に
より電力を供給する駆動コイルが定められる。

駆動コイルとホール効果素子間は、予め決められた角度
の挿入孔に埋め込まれて配置されていて、駆動コイルに
予め決められた電流の方向とロータの磁束の向きが作用
し合う。

更に、５９は高透磁率磁性材であり、ロータの停止時の
位置決めを行ない、起動時に自起動できる位置、すなわ
ち死点をはずれた位置にロータを停止させるのであり、
これにより更に確実なる自起動性を有するため、モータ
としての回転の方向性、起動性等の特性を満足したもの
である。

本発明の他の実施例を第８図に示す。

第５図の２個のロータ磁石２１，２２のうち、片側のロ
ータ磁石２２を取り去って、継鉄３６のみによってロー
タを形成したものである。

ロータの磁束密度は低下するが、イナーシャの減少、価
格の低廉化をねらったものである。

さらに、継鉄３６をも取り去った方法も、イナーシャの
減少、価格の低廉化のためには有効な手段である。

非常に簡単な電気回路によって連続的なモータの駆動が
可能であるが、第９図、第１０図にはホール効果素子３
９の特性のバラツキ、電圧の変動、負荷の変動に対して
も定回転が得られるべく、トランジスタ４８，４９への
入力レベルの決定を自在に行なう電気回路を示す。

制御トランジスタ５２のベース５３には、ホール効果素
子の特性のバラツキ、電圧の変動、負荷の変動に対して
モータを定回転にする如く制御された信号が加わる。

制御トランジスタ５２は、第９図ではホール効果素子３
９の入力電流とトランジスタ４８．４９への入力レベル
を制御し、第１０図では、トランジスタ４８．４９に流
れる電流とトランジスタ４８゜４９の入力レベルを制御
している。

さらに、制御□□トランジスタ５２のベース５３に温度
が変化した場合でも、定回転が得られる信号を加味して
加えることによって、モータの温度補償も広い範囲にわ
たって可能である。

以上に詳述した如く、唯一のホール効果素子にて複数の
駆動コイルを制御する本モータは、方向性、起動性等の
特性を満足するばかりでなく、回路部品の減少、形状の
偏平化、低廉化をもたらし、工業使用上極めて犬なる利
益をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のモータの断面図で、１はロータ、２，
３はホール効果素子、５，６はコイル、第２図は従来の
モータのホール電圧の波形、第３図は従来のモータの電
気回路図、第４図は本考案によるモータの実施例を判り
易く分離した図で、２１．２２はロータ磁石、３９はホ
ール効果素子、４０．４１は駆動コイル、第５図は機器
に取付けた一実施例の実装図、第６図は本考案によるモ
ータのホール電圧の波形、第７図は本考案によるモータ
の一実施例の電気回路図、第８図は本考案によるモータ
の他の実施例の実装図で、２１はロータ磁石、３５，３
６は継鉄、３９はホール効果素子、４０．４１は駆動コ
イル、５９は高透磁率磁性材、第９図は別の実施例の電
気回路図、第１０図はさらに別の実施例の電気回路を、
それぞれ示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ホール素子にて永久磁石からなるロータの磁束の状態を
   検知して、駆動電流を制御する如きホールモータに於い
   て、互いに隣接する扇形磁石が異極に６分割磁化された
   円板状の一対の永久磁石、該永久磁石を取付けた継鉄、
   該継鉄を前記一対の永久磁石が空隙を介して異極が相対
   する如く回転軸に固定した前記回転軸に平行な磁束を有
   するロータ、該ロータの磁束の状態を検知する唯一のホ
   ール素子、該唯−のホール素子の検出信号によっで制御
   された電力が印加される中心角２ｙｔの１駆動辺を有す
   る空心の２つの扇形駆動コイル、前記ロータの停止時の
   位置決めをするための高透磁率磁性材と、前記唯一のホ
   ール素子と前記扇形駆動コイルの埋め込み用穴を有する
   基板を備え、該基板を前記ロータの空隙内に固定シフ、
   前記唯一のホール素子と該唯−のホール素子によって電
   力が印加される前記２つの扇形駆動コイルとの配置角は
   それぞれ９０°及び２７００であり、前記唯一のホール
   素子によって電力が印加される前記２つの扇形駆動コイ
   ルの相互配置角は１８０°であることを特徴とするホー
   ルモータ。