JPS5950764A - ブラシレスモ−タを用いたトルク発生装置 - Google Patents

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、ブラシレスモータを用いたトルク発生装置に
関し、特に、オーディオ機器あるいはビデオ機器等に用
いて好適なブラシレスモータを用いたトルク発生装置に
関する。

かかるトルク発生装置に用いられるブラシレスモータは
、例えば、第１図に示すように、磁性部材からなる円盤
状基板１の中央部スラスト軸受２によって軸支された回
転シャフト３に上に固着した円盤４とこれに固着した環
状永久磁石５とからなる回転子６を有する。環状永久磁
石５には、基板１に対向する面において複数の磁極が着
磁されている。基板１の回転子６に対向する支持面上に
は、複数の集中巻形の駆動コイルＷが環状永久磁石５の
着磁面に対向するように所定間隔をおいて配列されてい
る。また、基板１の支持面上には、相数に応じた数だけ
のホール素子等の感磁素子Ｈが所定電気角だけ離れて配
置されている。

かかるブラシレスモータにおいては、従来、第２図（ａ
）、市）に示寸如く、駆動コイルＷの巻線ピッチの平均
Ｐｗは、駆動コイルの形状如何を問わず、永久磁石５の
磁極ピッチｐｍにほぼ等しいかこれよりやや大きくなる
ように設計されるのが通常であった。かかる構成はブラ
シレスモータの駆動トルクを大きくぜんがためであった
。

今、上記した如く、巻線ピッチＰｗが磁極ピッチＰａに
等しいかやや大なる構成の２相ブラシレスモータの駆動
コイルＷに第３図（ａ）に示すような９０°互いに位相
の異なる矩形波状の２相（Ａ相及びＢ相）駆動電流ＣＡ
、Ｃ［］を供給した場合、各相駆動コイルには第３図（
ｂ）に示すｊ、うなトルクＴＡ、ＴＢが発生し、回転子
６には合成トルクＴ［が与えられる。

第３回出〉から明らかに、合成トルクＴＴは大ぎなリッ
プル成分を含んでおり、従来、かかるリップル成分を低
減させるために永久磁石５と駆動コイルＷの設けられた
基板１の支持面との間のギャップ磁束分布が正弦波状に
なるように永久磁石５に１１極を着磁する方式や、感磁
素子１−１からの回転子位置信号に応答して駆動コイル
Ｗに正弦波状の駆動電流を供給するという方式が採用さ
れることがあった。

しかしながら、上記した方式においては、正弦波状のギ
ャップ磁束分布を得べく着磁を施すこ°とは困ガであり
、正弦波状の駆動電流を与えるための電流供給回路はか
なり複雑となりコストアップを招来し、大量生産には不
向きであった。

そこで、本出願人により、量産に適しかつトルクリップ
ルの小なるブラシレスモータとして各相駆動コイルの各
々が磁極ピッチの範囲内に存在するように構成されたブ
ラシレスモータが特願昭５５−１５５３９０号において
提案された。

上記した如き本出願人により提案されたブラシレスモー
タにつき第４図ないし第７図によって詳細に説明する。

第４図ｆａ）から明らかに、提案された２相ブラシレス
モータにおいては、円盤状基板１上に感磁素子）ＩＡ、
ｌ−１８が設けられ、直列接続された４個の△相駆動コ
イルＷ＋ＡないしＷ４Ａ及び同じく直列接続されかつ一
対毎に△相駆動コイルＷＩＡないしＷ４Ａと交互に配列
されたＢ相駆動コイルＷＩＢないしＷ２Ｏが設けられて
いる。しかるに、第４図（ｂ）から明らかなように、本
発明によるブラシレスモータにおいては、駆動コイルＷ
ＩＡないしＷ　４　、８のいずれも永久、磁石５の磁極
ピッチＰｍの範囲内に収まっていることが特徴となって
いる。

このことは、駆動コイルＷＩＡを楕円形状の駆動コイル
Ｗ’ｌＡ（第５図に図示）と置換（他の駆動コイルも同
様に置換）した場合であったも同じである。

第６図は上記した構成のブラシレスモータの駆動回路の
一例を示すものであり、この駆動回路においては、スイ
ッチング素子Ａ１ないしＡ４、Ｂ１ないしＢ４のオン・
オフによりＡ相コイルＷＩＡないしＷ４Ａ及びＢ相コイ
ルＷａｓないしＷ２Ｏに両方向の駆動電流が供給される
ようになっている。スイッチング素子Ａ１ないしＢ４の
スイッチング・タイミング感磁素子ＨＡ、Ｈａからり回
転子角度位置信号に応じてスイッチング制御回路（図示
せず）が司る。

第７図（ａ）は、上記した構成のブラシレスモータ・に
おける駆動コイルＷＩＡないしＷ２Ｏの分布に対して回
転子６の永久磁石５による磁束分布の態様を示すもので
ある。かかる位置関係にある駆動コイルＷＩＡないしＷ
２Ｏに第７図に示す如きＡ相及びＢ相駆動パルス電流を
供給すると、Ａ相トルクＴＡ及びＢ相トルクＴｓは互い
に逆位相の相似波形の変化をする。よって、Ａ相及びＢ
相トルクＴＡ、ＴＢの和の合成トルクＴｖは、回転子の
５− 角度位置に無関係に一定となり、トルクリップルが生じ
ない。

上記したブラシレスモータを用いたトルク発生装置によ
り得られるトルクは、トルクリップルが非常に小さくオ
ーディオあるいはビデオ機器の回転機構に用いて好適で
ある。また、従来技術が活用できかつ構造が簡単である
ので大量生産に適しているのである。

ところが、上記した如くきブラシレスモータにおいて各
相コイルすなわちＡ相及びＢ相の各コイルに流れる電流
が相等しく、かつＡ相及びＢ相コイルの電磁特性が等し
ければ、各相トルクＴＡ及びＴＢを合成した合成トルク
ＴＴは第７図（ｅ）に示した如く全くリップル成分を含
まない一定値となるのであるが、実際のブラシレスモー
タにおいては、各相のインピーダンスあるいは電磁特性
等が異なることが多い。従って、各相に流れる電流が相
異なったり、例え、各相電流が相等しくとも各相発生ト
ルクが互いに相補的になるという補償はなく第８図に示
す如く各相トルクＴＡ、ＴＢが変６− 動じ、合成１〜ルクＴＴもリップル分を含むことになっ
て１ノまう。

そこで、本発明は、上記したブラシレスモータを用いた
トルク発生装置の欠点を解消してリップル成分を少ない
合成トルクを生ずるＪ：うに駆動覆ることが出来るトル
ク発生装置を提供することを目的とする。

本発明によるブラシレスモータを用いたトルク発生装置
においては、ブラシレスモータの駆動コイルを１１極ピ
ツチより小なる範囲内に存在せしめると共に、該駆動コ
イルに流れる駆動電流を各相毎に独立して制御するよう
になされているのである。

本発明による１〜シルク生装置は、まず、第４図及び第
５図に示したようｔ′ｒ構成のブラシレスモータを用い
ると共に以下の図面に示す如ぎ駆動回路によって該ブラ
シレスモータを駆動してトルクを発生するようになされ
ているのである。すなわち、第９図に示した駆動回路に
おいてはＡ相コイルＷＩＡないしＷ４Ａが直列に接続さ
れておりこの直列接続されたＡ相コイルＷ１△ないしＷ
４Ａを駆動する駆動回路１０Ａは、スイッチング素子△
１ないしＡ４及び電流制御回路１１Ａからなっている。

スイッチング素子Ａ１とＡ４とが同時にオンとなるかス
イッチング素子Ａ２とＡ３とが同時にオンとなって、Ａ
相電流がＡ相コイルＷＩＡ駆動コイルＷ４Ａに流れるの
であるが、このＡ相電流の大きさは電流制御回路１１Ａ
によって適当な値に制御される。同様にＢ相コイルＷｏ
ｅないしＷ４Ｂが直列に接続され、スイッチ素子Ｂ１及
びＢ４又はＢ３が同時にオンとなってＢ相電流が交互に
反対方向に流れるようになっており、Ｂ相電流の大きさ
が電流制御回路１１Ｂによって適当な値に制御されるの
である。

上記した如く、Ａ相及びＢ相］イル駆動回路１０Δ、１
０Ｂを独立に形成し、Ａ相及びＢ相駆動電流を独立に制
御して、Ａ相トルクとＢ相トルクを互いに相補的になる
にうに設定することが容易になり、Ａ相及びＢ相コイル
の特性のバラツキによる合成トルクＴＴにおけるリップ
ル成分を抑制することが出来るのである。

第４図は、各駆動コイル毎にスイッチング素子△１ない
しＡ４及びＢ１ないしＢ４を設けた場合の駆動回路１０
Δ、１０Ｂを示している。この場合も駆動回路１０Ａ、
１０Ｂを互いに独立に制御して各相電流を独立に制御出
来るので合成トルクに生じ得るリップルをうまく抑制出
来るのである。

要するに、本発明にＪ：るトルク発生装置においては、
第４図及び第５図に示す如く駆動コイルを磁極ビッヂよ
り小なる範囲内に存在するように構成したブラシレスモ
ータを用いると共に、該ブラシレスモータの駆動コイル
を各相毎に独立した駆動回路により駆動するようにし、
各相電流を独立して制御出来るようにしたものであり、
各相電流を相関性を保ちつつ適当に制御することにより
得られるトルク出力のリップル成分を抑制することが容
易に出来ようにしたものである。

また、各相駆動回路における電流制御をモータの回転数
に応じて制御して定速トルクを得るようになすことも出
来るのである。

一〇− ここで注目すべきは、第２図に示したようなブラシレス
モータにおいては、トルクリップル成分が非常に大きく
、例え、各相独立に電流制御してもそれによるトルクリ
ップル抑制効果が最終的に得られるトルクにおけるリッ
プル成分の抑制に大きく寄与しないということであり、
第４図及び第５図に示した如きトルクリップルの少ない
ブラシレスモータを用いてトルク発生装置を構成したが
故に、各相発生トルク間のバランスを保つことが更にト
ルクリップル抑制に効果的であるということである。

なお、上記した実施例においては、２相８コイルのブラ
シレスモータを用いているが、３相、４相ブラシレスモ
ータであって、コイル数が変っても本発明は適用され得
るのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般のブラシレスモータの断面図、第２図（ａ
）、　（ｂ＋は従来の駆動コイルと磁極ピッチとの関係
を示す図、第３図（ａ）、山）は従来例における駆動電
流とトルクとの関係を示す波形図、第４図（ａ）１０− は本発明に用いられブラシレスモータの駆動コイルの配
列を示す斜視図、第４図＜ｂ＋は、第４図（ωのブラシ
レスモータにおける駆動コイルの大きさと磁極ピッチと
の関係を示１図、第５図は第４図（ａ）のブラシレスモ
ータと同様なブラシレスモータの駆動コイルの大きさと
磁極ピッチとの関係を示す図、第６図は、第４図及び第
５図に示したブラシレスモータの駆動回路の一例を示す
回路図、第７図（ａｌは、第４図又は第５図に示したブ
ラシレスモータにおける磁束分布と駆動コイル分布との
関係を示す図、第７図（ｂ＋、　（Ｃ）は、第４図又は
第５図に示したブラシレスモータに供給される駆動電流
と回転トルクのと波形例を示す波形図、第８図は、第６
図に示した駆動回路によって第４図又は第５図に示した
ブラシレスモータを駆動したとき得られる回転トルクの
仙の波形例示す波形図、第９図及び第１０図は本発明に
よるトルク発生装置における駆動回路を示す回路図であ
る。 主要部分の符号の説明 １・・・・・・円盤状基板 ５・・・・・・永久磁石 ６・・・・・・回転子 Ｗ、Ｗ＋　Ａ　−Ｗ４　Ｂ・・・・・・駆動コイルＩｃ
Ｉ−ＩＡ、Ｈｅ・・・・・・感磁素子Ａ１〜Ｂ４・・・
・・・スイッチング素子出願人　　　パイオニア株式会
社 代理人　　　弁理士　藤村元彦 −７−仝へ−〇

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 磁極ピッチより小なる範囲に存在するようになされた集
   中駆動コイルを有するブラシレスモータと前記集中巻駆
   動コイルへの電流供給を各相毎に独立してなすように構
   成された駆動回路とからなることを特徴とするトルク発
   生装置。