JPS592556A

JPS592556A - 直流モ−タ

Info

Publication number: JPS592556A
Application number: JP10942082A
Authority: JP
Inventors: Toshio Inaji; 利夫稲治
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1982-06-24
Filing date: 1982-06-24
Publication date: 1984-01-09

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、モータの発電電圧を制御することにより、ト
ルクリップルを低減せしめた直流モータに関するもので
ある。

音響機器、特に磁気記録再生装置に使用されるモータと
しては、回転むらの少ないモータが望まれる。特に磁気
記録再生装置のキャプスタンモータとして、その回転軸
をそのままキャプスタン軸として使用するダイレクトド
ライブ型キャプスタンモータ、更にはリール台を直接駆
動するダイレクトドライブ型リールモータの場合には、
キャプスタンモータおよびリールモータのトルクリップ
ルがそのままワウ・フラッタの原因となる。したがって
、ダイレクトドライブ型キャプスタンモータやリールモ
ータとしでは、トルクリップルの極力少きいモータが必
要とされる。

しかしながら電機子コイルの相数の少ない直流モータの
場合ではトルクリップルか大きくなることは避けられな
い事実である。

近年、回転子位置検出器（例えばホール素子）の出力に
応じて電機子の通電相を半導体（例えばトランジスタ）
で順次切換えるように構成したダイレクトドライブ型ブ
ラシレスモータが音響機器。

たとえば磁気記録再生装置に応用されている。

ダイレクトドライブ型ブラシレスモータの特徴としては
、＜１）効率が高い。（１１）電気的９機械的ノイズが
少ない。（ＩＩＩ）信頼性が高く、長寿命である。など
が挙げられ、磁気記録再生装置のキャプスタンモータと
して広く応用されるようになった。

通常、ブラシレスモータｌｌ１１相につき１つの回転子
位置検出器と、１つの電機子通電制御回路が必要であり
、モータの相数を増やすことは、制御回路自体の構成ば
複雑となり、高価で大型となり実用的でない。したかっ
て一般にｔｒｉ２相または３相の電機子が採用され、そ
の結果、トルクリップルも１６〜２０％ｐ−ｐ存在する
のか通常である。

それに対応してブラシレスモータの回転むらが増加して
、磁気記録再生装置のワウ・フラッタを増加させている
。

本発明は、音響機器、特に磁気記録再生装置のダイレク
トドライブ型キャプスタンモータやリールモータに使用
して有効な、トルクリップルの少ないブラシレス型の直
流モータを提供するものである。

以下、３相の電機子巻線を有する直流モータを例にとっ
て本発明の詳細な説明する。

第１図は３相の軍機子巻線を有する一般的な直流モータ
を模式的に示したものである。

第１図において、ＩＡ、ＩＢはＮ、Ｓ極を１対とする永
久磁石で、モータの固定子を構成している。２Ａ、２Ｂ
、２Ｃは３相の電機子巻線で、各々一端は中性点Ｏで互
いに接続されている。

３Ａ、３Ｂ、３Ｃは前記３相の軍機子巻線２Ａ。

２Ｂ、２Ｇに電流を供給するだめの整流子片で、整流子
片３Ａ、３Ｂ、３Ｇには前記電機子巻線２Ａ、２Ｂ、２
０の一端が各々接続されている。

以上の電機子巻線２Ａ、２Ｂ、２Ｇと、整流子片３Ａ、
３Ｂ、３Ｇによりモータの回転子を構成している。４Ａ
、４Ｂはブラシで、各々前記整流子片３Ａ、３Ｂ、３Ｇ
に摺接し、電機子に電流が供給される。なお、前記整流
子片３Ａ、３Ｂ、３Ｇとブラシ４Ａ、４Ｂの働きにより
、モータの回転子の回転位置に応じて、３相の電機子の
通電相が順次切換えられ、回転子には常に一定方向の回
転トルクが発生される。６はモータに電力を供給するだ
めの電流源である。

次に３相の電機子巻線を有する直流モータが発生するト
ルクリップルについてその発生機構を説明する。

第２図は、第１図に示しだ直流モータの各部の波形を図
示しだものである。第２図において、ｅｌｔｅｙ、ｅ３
ｎ、ツレツレ電機子巻線２Ａ、２Ｂ。

２Ｃに発生した発電波形である。ｅ、、ｅ２．ｅ３の大
きさは電機子巻線２Ａ、２Ｂ、２Ｇと永久磁石１Ａ、Ｉ
Ｂの発する磁束との磁束鎖交数の変化率に比例し、（？
＋　、ｅ２．ｅｓ’　ｕ：それぞれ１２０度ずつ位相が
ずれている。

ｉ、、、　、ｔ２．　　ｉ５は、電機子巻線２Ａ、２Ｂ
、２Ｇにそれぞれ供給される電流の波形である。１１゜
ｉ２．ｉ３は整流子片３に、３Ｂ、３Ｃとブラシ４ｋ。

４Ｂの働きにより、それぞれ１２０度の区間ずつ電流が
通電され、かつ回転子に一定方向のトルクが発生するよ
うに電流の向きも同時に切換えられる。まだ、１１＋　
　１２　＋　　１３もそれぞれ１２０度ずつ位相がずれ
ている。

モータの発生トルクは、モータを電気−機械エネルギー
変換器と考えれば次の（１）式が成立する。

ω、τ＝　ｉ、＊　ｅ１＋　ｉ２・ｅ２　＋ｉ３°ｅ３
°−°°°°°１（１）ただし、ＯＪ°角速度［ｒａｄ
ｉａｎＡｅｃ　）］τ：　トルク（Ｎ−ｍ）ｉ、、　　ｉ２．　　ｉ３：相電流〔Ａ〕ｅ、　、　ｅ
２．　ｅ、　：相電圧〔ｖ〕モータが一定の回転速度Ｉ
ＪＪで回転しているときのモータの発生トルクτは次の
（２）式で表わされる。

τ−−（ｉ、・ｅ１＋１２°ｅ２＋ｉ、ｓ・ｅ３）　−
−（２）ω 第２図に示したモータの発生トルクτは前記（２）式の
関係式を用いて作図により求めた発生トルクの波形であ
る。図より明らかなように、２極３相の直流モータの場
合、モータの１回転につき６回のトルクリップルが発生
する。

１１・１２・ｉ３およびｅｌ、ｅ２．ｅ５は第２図の波
形図より以Ｆの関係がある。

１１、ｅｌの各波形をフーリエ級数に展開すれば、奇数
次の高調波成分だけで、次の（６）式のように表わされ
る。

ｉ、（の＝ρ（工、ｃｏｓＯ＋工、い６θ＋Ｉ７瀉７θ
＋・・・・・・・・・）］（３）、　（４）、　（５）
式を（２）式に代入して整理すると、τは（６）式で表
わされる。

＋　（Ｉ＋　Ｅｓ−１−Ｉ、　Ｅ７＋ｌ５Ｅ１＋Ｉ７　
Ｅ−＋　）　ｃｏｓ　６０＋（ｌ５Ｅ７＋ｌ７Ｅ５　）
　ＣＯ５１２θ＋、、、、、、　　）・・１６）ただし
、７次までの高調波成分だけを考慮した。

平均トルクをＴ、　　ｌ−ルクリップルをτ６．τ１２
とすれば、と表わされる。τ６は１回転につき６回のトルクリップ
ルペ　τ１２Ｉ″ｉ１回転につき１２回のトルクリップ
ルである。

以上の説明より明らかなように、２極３相のモータは１
回転につき６回のトルクリップルを発生し、トルクリッ
プル率ｒ　ｆ−１：（７）’、　（８）式より次式で表
わされる。

τ６したがってモータのトルクリップルを低減させ第２図に
示しだ如く、電機子巻線に流れる電流を１２０度の期間
だけ通電する矩形波電流にした場合を例にとれば、゛電流の第６次、第７次の高調波成分はそれぞれの関係
があるので、〔１１〕式より＝−０，０５７・・・・・・・・・・・・〔１３〕とな
る。

すなわち、〔１３〕式より明らかなように、モータの発
電波形ｅ、、ｅ２．ｅ３に含まれる第６次まだは第７次
の高調波成分Ｅ５またはＥ７が基本波Ｅ１の６〜６％含
まれておれば、１回転に６回発生するトルクリップルは
な（なる。

なお、以上の説明は、第１図に示したようなブラシ付き
直流モータについて行なったが、回転子位置検出器（例
えばホール素子）の出力に応じて、゛電機子の通′屯相
を半導体（例えばトランジスタ）で順次切換えるように
構成したブラシレス直流モータでも同様である。

上記説明した目的を達成するだめの本発明の詳細な実施
例について次に説明する。

第３図は本発明をダイレクトドライブ型キャプスタンモ
ータとして実施した場合の例を示したものである。同図
において、１１は回転軸で、これはキャプスタン軸と兼
用されている。上記回転軸１１にはバックヨークとして
の軟鉄製の円板１２が固定され、その鉄板１２０下面部
には円板状（または円環状）のマグネット１３が固着さ
れて回転子を構成している。このマグネット１３０着磁
パターンについては後述する。１４Ａ、１４Ｂ。

１４Ｊ−ｊ：３相の電機子巻線であって、これは軟鉄製
の固定子鉄板１６の面上に接着剤などで固着されている
。

１６は軸受で、前記３相の電機子巻線１４人。

１４Ｂ、１４Ｇの中心位置となるように固定子鉄板１６
に固定され、前記回転軸１１が回転自在に支承される。

１７Ａ、　１７Ｂ、１７Ｃはホール素子で、回転子の位
置検出器として使用される。

第４図は、第３図に示しだダイレクトドライブ型キャプ
スタンモータに使用したマグネット１３の着磁パターン
を図示しだものである。同図において、前記マグネット
１３は、２１−１．２１−２゜２１−３．２１−４の４
磁極の円板状の第１のマグネット２１と、２２−１．２
２−２．・・・・・・・・・２２−１９゜２２−２０の
２０磁極の円板状の第２のマグネット２２からなり、前
記第１のマグネット２１と前記第２のマクネット２２と
は各々同心円となるように着磁されている。磁化の方向
は回転軸１１の方向で」―丁に磁界が発生するように磁
化きれている。

前記第１のマグネット２１けモータの主要マグネットを
構成し、前記第２のマグネット２２はモータ発電波形に
第６次高調波成分を含めるための補助マグネットを構成
している。

第６図は第３図に示しだダイレクトドライブ型キャプス
タンモータの各部の波形を示したものである。第６図に
おいて、各相の発電波形Ｃ＋　＋　（？２＋ｅ３−け前
記第１のマグネット２１により誘起された基本波成分Ｅ
１と、前記第２のマグネット２２により誘起された第６
次高調波成分Ｅ５を合成したものである。実際には、前
記第１のマグネット２１により誘起される発電波形には
、第３次高調波成分が多量に含まれているが、前記（６
）式より明らかなように、第３次高調波成分は３相モー
タの場合、発生トルクには全く寄与しないので、便宜上
省略した。第６図に示しだ発生トルク波形τは第２図の
場合と同様に作図より求めたものである。

第６図より明らかなように、モータの発電波形に第６次
高調波成分を含めることによって、リップルの少ない平
担なトルク特性の直流モータを得ることができる。

なお、前記実施例では、モータの発電波形に第６次高調
波成分を含めた場合について述べたが、第６次高調波成
分の代りに第７次高調波成分を含める場合にも同様にト
ルクリップルの低減が期待できる。まだ、本発明は使用
するモータとしては、マグネットが円板状の平面対向型
モータに限らず、マグネットが円筒状のシリンダ型モー
タにもそのまま適用できることは明らかである。

以上の説明から明らかなように本発明によれば、直流モ
ータの駆動回路としては、従来のものに何ら変更を加え
ることなしに、相数が少なくてもトルクリップルの少な
い直流モータが実現できる。

従って本発明の直流モータをキャプスタンモータとして
使用した場合には、ワウ・フラッタを著しく小ならしめ
る効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図け３相直流モータで発生するトルクリップルを説
明するためのモータ原理図、第２図は第１図に示した直
流モータの各部の信号波形と発生トルク波形を示した波
形図、第３図は本発明の一実施例に係るブラシレスダイレクト
ドライブ型キャプスタンモータの要部分解斜視図、第４
図は同本発明の実施例における回転子マグネットの着磁
パターンの一例を示した図、第６図は第３図に示しだキ
ャプスタンモータの各部の信号波形と発生トルク波形を
示しだ波形図である。１１・・・・・・回転軸、１２・・・・・・円板、１３
・・・・・・マグオツド、１４Ａ〜１４Ｃ・・・・・・
継機子巻線、１６・・・・・固定子鉄板、２１・・・・
・・第１のマグネット、２２・・・・・・第２のマグネ
ット。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図汐・θ 第５第３図第４図　　　　　　　　　ｅ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）回転出力を取出しうる回転軸に、隣接するものが
異極となるように２ｍ個の磁極が等角度間隔に着磁され
だ円板状もしくは環状の第１のマグネットおよび前記第
１のマグネットと同軸的に配設され、第１のマグネット
の磁極数の奇数倍の磁極が等角度間隔に、かつ隣接する
ものが異極となるように着磁された円板状もしくは環状
の第２のマグネットとを結合してなるマグネット回転子
と、前記第１および第２のマグネットの着磁面に所定空
隙を休持し、かつ対向して配設されたｎ相の電機子巻線
を含む固定子とを具備し、前記ｎ相の電機子巻線に誘起
される発電波形に奇数次の高調波成分を重畳させること
により、発生トルクに含まれるトルクリップルが極小と
なるように構成したことを特徴とする直流モータ。
（２）　　マグネット回転子は、第１のマグネットを構
成する２ｍ個の磁極と第２のマグネットを構成する（２
ｍｘ６）個もしくは（２ｍｘｙ）個の磁極とを、円板状
もしくは環状の同一マグネット上に着磁することにより
構成され、固定子は、前記マグネット回転子の着磁面に
対向して配設された３相の電機子巻線を含めて構成され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載
の直流モータ。