JPS61199453A

JPS61199453A - 直流ブラシレスモ−タ

Info

Publication number: JPS61199453A
Application number: JP60037910A
Authority: JP
Inventors: Hirotoshi Ono; 浩利大野
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1985-02-27
Filing date: 1985-02-27
Publication date: 1986-09-03

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】（産業上の利用分野）本発明は直流ブラシレスモータに関する。

（従来の技術）直流モータは制御性が良好なために、サーボモータとし
て各種の利用分野における多くの機器において広く使用
されているが、前記の点はステー−３＝タコイルと、マグネットロータと、ステータコイル電流
の切換えを制御する電子回路を有するステータコイル電
流供給回路などを備えている直流ブラシレスモータにつ
いても同様である。

ところで、直流ブラシレスモータで発生するトルクは、
ステータコイルに流れる電流とステータコイルに鎖交す
るマグネットロータにおける界磁マグネットの磁束との
積に比例するから、マグネットロータにおける界磁マグ
ネットで発生する磁束分布の態様とステータコイル電流
の波形とが適当でない場合には、モータで発生するトル
クに変動（脈動）が生じている状態、すなわち、トルク
リップルを含んでいる状態のトルクが発生し、それによ
りモータの回転状態が一定にならず、ワウ、フラッタ、
ジッタ、振動の原因になる。

第１１図は、従来の一般的な電流帰還型４差動２相直流
ブラシレスモータのトルク発生ブロック図であり、この
第１１図においてｖＬは１〜ルク指令電圧、■はモータ
駆動電流、Ｔは発生トルク、■１は電流検出電圧５Ａは
加減算器であって、この加減算器Ａからは誤差電圧（Ｖ
ｔ−Ｖｉ）を出力する。

また、ブロックＧは前記の加減算器Ａから出力された誤
差電圧（Ｖｔ　−Ｖｉ）を増幅してモータ駆動電流■に
変換して出力する増幅器である。ブロックφではモータ
の界磁の磁束φとモータ駆動電流■とをトルクＴに変換
するブロック（モータ）、ブロックＲはモータ駆動電流
■を電流検出電圧Ｖｊに変換する電圧検出器である。ブ
ロックＡ′は加減算器、ブロックＴ′はモータで発生す
るトルクリップルであり、このブロックＴ′のｉ〜シル
クップルは加減算器Ａ′においてモータφのトルクに加
算され、トルクＴとして出力される。

第１２図は、前記した第１１図示のトルク発生ブロック
図に示されるようなトルク発生機構を有する従来の一般
的な電流帰還型４差動２相直流ブラシレスモータの一例
のものの回路図であり、また第１３図はマグネットロー
タにおける界磁マグネットとして環状マグネット１を使
用した平面対向型の直流ブラシレスモータの縦断側面図
５第１４図は第１３図示の直流ブラシレスモータのマグ
ネットロー夕における界磁マグネット】（環状マグネッ
ト１）と、ステータコイルｌ、１〜１，４と、位置検出
用のホール素子間、１］２との関連配置を示す平断面図
である。

第１３図及び第１４図中に示されている界磁マグネット
１は、マグネットロータの回転軸３の延長方向に着磁さ
れている（図示の例においては、極数が６となるように
着磁されているものとされている）。前記の界磁マグネ
ット１は、強磁性体材料製のヨーク４に固着されており
、前記のヨーク４は回転軸３に固着されている。また、
前記のヨーク４には速度検出信号発生器（フリケンシー
・ゼネレータ）の磁界発生用のマグネット５も固着され
ている。速度検出信号発生器（フリケンシー・ゼネレー
タ）の磁界発生用のマグネット５には所定のパターンで
着磁が施こされており、マグネットロータが回転した際
に、ステータのベース６に取付けられている基板７に設
けられている磁気センサからは、マグネジ１〜ロータの
回転数に応じた周波数を有する交流信号形態の速度検出
信号が発生される。１ステータのベース６にはステータコイル１，１〜１．４
と、位１ｉｆｆｌ検出用のホール素子ｌ１１−、　＋１
２が固着されているとともに、マグネットロータの回転
軸３の軸受８が固着されている。図示の椿成例において
前記の軸受８ば、軸受ホルダ８ａと、ラジアル軸受８ｂ
と、スラスト０受８ｃとによって構成されている。

第１２図において１ヘランジスタｘ１の部分は、第１］
図示のトルク発生ブロック図中においてブロックＡで示
している加減算器Ａの部分に対応し、また、抵抗器の部
分は第１１図示のトルク発生ブロック図中においてブロ
ックＲで示しているモータ駆動電流■を電流検出電圧Ｖ
ｊ−に変換する電圧検出器の部分に対応しており、さら
に、第１２図において前記したブロックＡとブロックＲ
と、ステータコイルＬｌ〜１，４の部分を除く他の構成
部分は、第１１図示の１〜シルク生ブロック図中のブロ
ックＧ（及びφ汀′、Ａ′）に対応している。

ホール素子ＩＩ＋、＋１２は電気角で互に９０度だけ離
れた位置に設置されていて、マグネットロータにおける
界磁マグネ函ツ１−１の磁束に応じた出方信号によって
マグネットロータの回転位置を検出する。

前記のホール素子Ｉ１１．＋１２の電流端子に接続され
ている抵抗Ｒ４，Ｒ５、抵抗Ｒ６，Ｒ７は、それぞれの
ホール素子間、１１２に対して適当な電流と直流バイア
スを俟えるためのものである。前記したホール素子１１
１゜１１２からの出力信号は、マグネットロータの回転
につれてマグネジ１〜ロータにおける界磁マグネット１
の磁束分布に比例した略々台形波状の波形のものとなっ
ており、かつ、ホール素子間の出力電圧とホール素子＋
１２の出力電圧とは、電気角で互に９０度の位相差を示
すものになっている。

ホール素子Ｉ１１．＋１２の電気端子にベースが接続さ
れている１−ランジスタＸ３．Ｘ４、Ｘ５．Ｘ６は４差
動スイッチ増幅器を構成しており、前記のトランジスタ
Ｘ３．Ｘ４、Ｘ５．Ｘ６は、それにベースが接続されて
いるホール素子間、Ｈ２からの出力電圧に従ってコレク
タ電流が順次に切換えられる。

それにより、前記した４差動スイッチ増幅器を構成して
いる１〜ランジスタＸ３〜Ｘ６のコレクタに接続されて
いるトランジスタＸ７．Ｘ８．Ｘ９．ＸＩＯが順次にオ
ン、オフして、前記の１ヘランジスタＸ７．Ｘ８．Ｘ９
．Ｘ１０のコレクタに接続されているステータコイル１
．１゜Ｌ２，１．３．Ｌ／Ｉにモータ駆動電流（ステー
タ電流）Ｉ］〜１４を流し、モータに回転Ｉ−ルクを発
生させる。

１〜ランジスタｘ２は前記した４差動スイッチ増幅器に
電流を供給するが、その電流値は抵抗Ｒ２によって決定
される。また、トランジスタＸ１は入力端子２に与えら
れた１ヘルク指令電圧ｖしと、電圧検出器Ｒにおける電
流検出電圧旧で検出された電流検出電圧Ｖｊとの差の電
圧を検出する。

電圧検出器Ｒにおける電流検出抵抗Ｒ１で検出された電
流検出電圧Ｖｉは、各ステータコイルＬｌ〜Ｉ、４に流
れる電流ＩＩ　、Ｉ２．Ｉ３．Ｉ４の総和の電流■、す
なわち、Ｉ　＝Ｉ］、＋Ｉ２−１−Ｉ３＋Ｉ４に比例す
る。

また、前記の加減算器Ａから出力された誤差電圧（ｖＩ
ニーＶｉ）は、１−ランジスタｘ２のコレクタ電流に比
例しており、それによって４差動増幅器の電流値が決定
される。

そして、第１１図中のブロックＡ→ブロックＧ→ブロッ
クＲ→ブロックへの部分によって構成されている閉ルー
プの帰還回路に対応している第１２図示の回路中におけ
るブロックＧに対応する構成部分の利得を充分に大きく
すれば、帰還回路のループケインはＩ　＝Ｖｔ／Ｒ１と
なり、モータにはトルク指令電圧ｖしに比例したモータ
駆動電流工が流れることになる。

第１１図及び第１２図を参照して説明した電流帰還型直
流ブラシレスモータは、ホール素子や駆動トランジスタ
などの時間ドリフト、温度特性による特性変化の影響を
受は難いという長所を有している点で、ホール素子から
の出力電圧をそのまま増幅してステータコイル電流に変
換するように構成された直流ブラシレスモータに比べて
格段に優れているものといえる。

なお、第１３図示の平面対向型の直流ブラシレスモータ
において、軸受８に回転自在に支持されている回転軸３
と、前記の回転軸３に固着されているヨーク４と、ヨー
ク４に固着されている界磁マグネッ１へ１（環状マグ弊
ット１）と、ヨーク４に固着されている速度検出信号発
生器の磁界発生用のマグネッ１へ５などによって構成さ
れている部分がマグネットロータであり、また、ステー
タのベース６と、前記のベース６に固着されているステ
ータコイルＩ、１〜１．４と、基板７と、位ｈｑ検出用
のホール素子Ｉ１１，１１２などによって構成されてい
る部分がステータである。

（発明が解決しようとしている問題点）ところが、前記
した従来構成の電流帰還型直流ブラシレスモータにおい
ては、ステータコイルＬｌ〜Ｌ４に鎖交するマグネット
ロータにおけるＷ磁マクネッ１−１の有効磁束と、ステ
ータコイル］、１〜］、４に流されるステータ電流との
積の値が時間軸−１−において一定にはならないから、
モータは回転に際してトルクリップルを発生する。

今、前記した従来構成の電流帰還型直流ブラシレスモー
タにおけるマグネットロータの界磁マグネット１が６極
に着磁されているものであった場合を例にして、耐記し
た従来構成の電流帰還型直流ブラシレスモータにおいて
トルクリップルが発生するメカニズムについて説明する
と次のとおりである。

第１５図は、前記した従来構成の電流帰還型直流ブラシ
レスモータにおいて、トルク指令電圧Ｖｔ−が一定であ
るという条件の下にマグネットロータが回転している状
態で、ステータコイルＬｌ〜Ｌ４の１〜ルク発生に寄与
している部分（第１４図中でＷで示す部分）に鎖交して
いるマグネットロータにおける界磁マグネット１の磁束
の平均鎖交磁束量の時間軸上での変化の状態を示してい
るものであり、この第１５図において横軸はマグネッｌ
−ロータの回転角を電気角で表わしており、また、縦軸
は規格化している（横軸がマグネットロータの回転角を
電気角で表わしており、また、縦軸は規格化している点
に関しては後述されている第１６図乃至第１８図につい
ても同様である）。

ステータコイルＬｌ〜１，４のトルク発生に寄与してい
る部分（第１４図中でＷで示す部分）に鎖交しているマ
グネットロータにおける界磁マグネット１の磁束の平均
鎖交磁束量の時間軸上での変化の態様は、ステータコイ
ルし１〜１，４のコイル形状及びコ“　−１２− イル巾のために一般に正弦波状になる。

すなわち、一般に、マグネットロータにおける界磁マグ
ネット１の着磁パターンとしては、ｍ極の境界の近傍を
除く部分が飽和着磁されている状態のものとなされてい
る。そして、マグネジ１−ロータの界磁マグネッｌ−１
の表面における磁束は、界磁マグネット１の表面に垂直
な方向に出ており、その部分における磁束分布のパター
ンは略々台形状になっているのであるが、界磁マグネッ
ト１の表面から離れた部分においては、界磁マグネッ１
へ１における磁極境界近傍からの磁束の方向が界磁マグ
ネット１の表面に対して垂直な方向からずれた状態にな
る。

ところで、第１３図に示されているようにステータコイ
ルＬ１〜Ｌ４はマグネジ１−ロータにおける界磁マグネ
ット１の表面から一定の距離だけ離れている状態となる
ように設けられているから、マグネットロータにおける
界磁マグネット１の磁極境界近傍における磁束が、ステ
ータコイルＬ１〜１，４に対して垂直には鎖交しない状
態になるから、各ステ−タコイルＩ、１〜］７４のトル
ク発生に寄与している部分に鎖交しているマグネットロ
ータにおける界磁マグネット１の磁束の平均鎖交磁束量
の時間軸−Ｊ二の変化の態様は正弦波状のものに近付く
のである。

また、ステータコイル１．１〜［４における１ヘルク発
生に寄与している部分の円周方向の巾■、は有限なため
に、各ステータコイルＬｌ〜１，４の１ヘルク発生に寄
与している部分に鎖交しているマグネットロータにおけ
る界磁マグネット１の磁束は一層平均化されて、結局、
ステータコイルＬ１〜１．４におけるトルク発生に寄与
している部分に鎖交する磁束量の時間軸上の変化の態様
は、第１５図示のように正弦波状のものになるのである
。

第１５図中におけるφ１の曲線は、ステータコイル１、
］のトルク発生に寄与している部分に鎖交しているマグ
ネットロータにおける界磁マグネット１の磁束の平均鎖
交磁束量の時間軸」二での変化の態様を示しており、ま
た、第１５図中におけるφ２の曲線は、ステータコイル
１，２のｌ−ルク発生に寄与している部分に鎖交してい
るマグネットロータにおける界磁マグネット１の磁束の
平均鎖交磁束量の時間軸上での変化の態様を示しており
、さらに、第１５図中におけるφ３の曲線は、ステータ
コイル１．３のＩ〜ルク発生に寄り、している部分に鎖
交しているマクネットロータにおけるｙ１磁マグネット
１の磁束の平均鎖交磁束量の時間軸」−での変化の態様
を示して才９す、さらにまた第１５図中におけるφ４の
曲線は、ステータコイル］７４のトルク発生に寄与して
いる部分に鎖交しているマクネットロータにおける界磁
マグネッ）へ１の磁束の平均鎖交磁束量の時間４ｉｉ１
１−Ｊ−、での変化の態様を示］ッている（　ｉ〜ルク
の発生を判かり易くするために、磁束の極性は正とし、
トルクの発生に寄与しない負の部分の図示は省略してい
る）。

第１６図は、ステータコイル１，１〜Ｌ４のトルク発生
に寄４している部分に鎖交しているマグネッｌ−ロータ
における界磁マグネット１の磁束の平均鎖交磁束量の時
間軸Ｊ二での変化の態様が、前記した第１５図示のよう
なものであった場合に、各ステータコイル１４１〜１．
４に流れるステータ電流工１〜Ｔ４の時間軸上での変化
態様を示している図であって、電流の流通角と波形とは
位置検出用ホール素子Ｉ１１．　＋１２の出力電圧と４
差動スイッチ増幅器の動作態様によって定まる。

第１７図は、ステータコイルＩ、１〜ｌ、４に鎖交して
トルクの発生に有効に働く磁束が第１５図示のφ１〜φ
４のようなものであり、またステータコイルし１〜１２
４に流れるステータ電流が第１６図に示されているよう
な■１〜■４である場合における各ステータコイルＬｌ
〜Ｌ４に発生するトルク１１〜Ｔ４の時間軸上の変化態
様（トルク波形）であって、トルクＴ１．＝φ１×■１
、トルクＴ２＝φ２×１２、トルクＴ３＝φ３ＸＩ３、
トルクＴ４＝φ４ＸＩ４の関係にある。

第１８図は、前記した第１７図に示した各ステータコイ
ルし１〜１．４に発生したトルクＴ１〜Ｔ４の合成トル
クを示しているが、この第１８図に示されているように
、第１１図及び第１２図について説明した従来の２相４
差動直流ブラシレスモータでは、トルクのピーク値に対
して約３０％のトルクリップルを生じるのである。

前記した第１８図から判かるように、１へルクリップル
の址はステータ電流■に比例するから、モータの負荷が
大きな場合に絶対値が大きくなり、モータの回転時にモ
ータ回転数に比例したジッタやワウ、フラッタが生じ、
機器の性能に重太な影響を与えることになる。

従来の一般的な構成の直流ブラシレスモータにおける−
に記のような欠点を解決するために、本出願人会社では
、先に、特開昭５７−１７７２９３号公報に開示されて
いるように、位置検出用のホール素子の位置毎にｌ−ル
ク検出用のホール素子を設けて、そのトルク検出用のホ
ール素子に界磁マグネソ１〜の磁束を与えるとともに、
ステータコイル電流に比例する電流を供給することによ
りトルク検出信号を発生させ、それによりステータコイ
ル電流をフィードバック制御して、モータから常に一定
のｉ〜ルクが得られるような直流ブラシレスモータを提
案しており、それの実施によって所期の効果を挙げ得て
いるが、前記して既提案の直流ブラシレスモータでは、
トルク検出用ホール素子として位置検出用のホール素子
と同数のものが必要とされるために構成が複雑なものに
なりそれの解性が求められた。

（問題点を解決するための手段）本発明は、マグネットロータと、ステータコイルと、ス
テータコイル電流の切換えを制御する電子回路を有する
ステータコイル電流供給回路などを備えている直流ブラ
シレスモータであって、マグネットロータにおける界磁
マグネットで発生される界磁４束の分布状態とステータ
コイルの形状及び配置態様などによって定まる発生トル
クの変動の態様に略々対応するような発生磁束の変動パ
ターンを有している如きトルクリップル補正用磁界の発
生部材とマグネットロータの速度検出信号発生器の磁界
発生部材とが兼用されるように構成された磁界発生部材
と、前記の磁界発生部材から発生されたマグネットロー
タの速度検出信号発生用磁束が鎖交する位置に設置され
た磁気検出器と、前記の磁界発生部材から発生されたト
ルクリップル補正用磁束が鎖交する位置に設けられた１
個の］・ルク検出用ホール素子と、前記したｌ・ルク検
出用ホール素子の電流端子間にステータコイル電流に比
例する電流を供給する手段と、前記したトルク検出用ホ
ール素子で発生された１ヘルク検出信号をステータコイ
ル電流の供給回路に帰還して発生トルク変動を軽減させ
る手段とを備えてなる直流ブラシレスモータを提供する
ものである。

（実施例）以下、本発明の直流ブラシレスモータの具体的な内容に
ついて、図面を参照しながら詳細に説明、する。

第１図は、本発明の直流ブラシレスモータを電流帰還型
４差動２相直流ブラシレスモータとして実施した場合の
回路図であり、この第１図において既述した第１２図示
の直流ブラシレスモータにおける各構成部分と対応して
いる各構成部分には、第１２図中で使用した図面符号と
同一の図面符号を使用している。

また、第２図は本発明の直流ブラシレスモータの１〜ル
ク発生ブロック図であり、この第２図においてＶｔは１
〜ルク指令電圧、■はモータ駆動電流（ステータコイル
電流）、Ｔは発生トルク、Ａは加減算器、ブロックＧは
前記した加減算器Ａの出方信号を増幅してモータ駆動電
流■（ステータコイル電流■　）に変換して出力する増
幅器、ブロックにはステータコイル電流変換ブロック、
ブロックφ′はトルクリップル補正用の磁束係数ブロッ
クであり（トルクリップル補正用の磁束の発生手段は、
第３図、第４図、第１０図などを参照して後述されてい
る）、増幅器Ｇがら出力されたモータ駆動電流Ｉ（ステ
ータコイル電流■）はモータφでトルクＴに変換され、
また、増幅器Ｇがら出力されたステータコイル電流工は
ステータコイル電流変換ブロックＫによりステータコイ
ル電流■′に比例している電流Ｉ’＝ＩＸＫに変換され
る。

前記したステータコイル電流変換ブロックにで得られる
電流■′、すなわち、ステータコイル電流■に比例して
いる電流■′は、トルクリップル補正用の磁束係数ブロ
ックφ′において［・ルクリップル補正用の磁束φ′（
トルクリップル補正用の磁＝２０− 東係数φ′）と乗算されて、！−ルクリップル補正用の
磁束係数ブロックφ′からはＶｔ’＝Ｉ’Ｘφ′　で示される電圧（トルク検出信号
）が出力される。

第２図において、加減算器Ａ→増幅器Ｇ→ステータコイ
ル電流変換ブロックに→トルクリップル補正用の磁束係
数ブロックφ′→加減算器Ａで示される一巡のフィード
バックループは、モータの１〜ルク検出フイードバツク
ループを構成している。

そして、前記′したモータの１〜ルク検出フイー１へパ
ックループにおける増幅器Ｇの利得が充分に大であれば
、モータのトルク検出フィードバックループのフィード
バックゲインはＩ＝Ｖｔ／ｋ・φ′になる。

したがって、マグネットロータの回転につれてステータ
コイルＬｌ〜Ｌ４に鎖交するトルクリップル補正用の磁
束φ′の時間軸上の変化態様が、モータφで発生するト
ルクリップル波形に比例していれば、モータφで発生す
るトルクＴは端子２に供給されているトルク指令電圧ｖ
しに比例するものになる。

第１図に示されている本発明の直流ブラシレスモータに
おいて、ブロックＴｌＥＣば前記した第２図示の直流ブ
ラシレスモータのトルク発生ブロック図中のブロックＫ
（ステータコイル電流変換ブロックＫ）とブロックφ′
（トルクリップル補正用の磁束係数ブロックφ′）とに
対応しており、第１図におけるブロックＴＰ、Ｃ中に示
されている演算増幅器ＯＰ２と１〜ランジスタＸｂと抵
抗Ｒ１’とによって構成されている部分が、第２図中の
ステータコイル電流変換ブロックＫに対応し、また、第
１図中におけるブロックＴＥＣ中に示されている演算増
幅器ＯＰＩどトランジスタＸａとトルク検出用ホール素
子１−ｆ　３とによって構成されている部分が、第２図
中のトルクリップル補正用の磁束係数ブロックφ′に対
応している。

第１図示の直流ブラシレスモータにおいて、各ステータ
コイルｌ、１〜Ｌ４に流れる各ステータコイル電流ＩＩ
〜■４の総和の電流工は抵抗Ｒ１に流れるから、抵抗Ｒ
１によって前記の電流Ｉが■ｊ＝Ｒ１×■の電圧として
検出される。

第１図に示されている直流ブラシレスモータにおいて、
第２図示の直流ブラシレスモータの１〜ルク発生ブロッ
ク図中のブロックＫ（ステータコイル電流変換ブロック
Ｋ）と対応している構成部分、すなわち、第１図中にお
けるブロックＴＥＣ中に示されている演算増幅器ＯＰ２
とトランジスタｘｂと抵抗Ｒ１′とによって構成されて
いる部分では、　Ｉｈ＝Ｖ４／Ｒ，１″によって示され
るような電流Ｉｈをトルク検出用ホール素子’Ｈ３の電
流端子間に流すように動作する。

前記した電流Ｉｈの値は、使用されているトルク検出用
ホール素子Ｈ３の電気的規格によって定められるのであ
る。

第２図中におけるトルクリップル補正用の磁束係数ブロ
ックφ′　に対応するものとして、第１図中のブロック
ＴＥＣ中に示されている演算増幅器ＯＰ１と１〜ランジ
スタＸａとトルク検出用ホール素子Ｈ３とによって描成
さ」している部分において、演算増幅器０門と１−ラン
ジスタＸ、　ａと抵抗Ｒａ、Ｒｂとか＝２３− らなる回路は、トルク指令電圧Ｖｔのレベルを決定する
基準電圧Ｖｒｅｆと、トルク検出用ホール素子Ｈ３の中
点電位とを一致させるための回路である。

前記のトルク検出用ホール素子Ｉ−１３には、第３図及
び第４図ならびに第１０図中に図面符号Ｍｖｔで示され
ているような磁界発生部材Ｍｖｔで発生される磁束の内
で、マグネジ１−ロータにおける界磁マグネットで発生
される界磁４束の分布状態とステータコイルの形状及び
配置態様などによって定まる発生トルクの変動の態様に
略々対応するような変動パターンを有している如き磁束
が与えられる。

また、前記した磁界発生部材Ｍｖｔは、ステータのベー
ス６に取付けられている基板７に設けられている磁気セ
ンサに、マグネットロータの回転数に応じた周波数を有
する交流信号形態の速度検ＩＪ′！信号を発生させうる
ようなパターンを有する磁束も発生しつるように構成さ
れている。

第１０図の（ａ）と第１０図の（ｅ）は、前記した磁界
発生部材Ｍｖｔの一部の平面図であり、また、第１０図
の（ｂ）はマグネジ１−ロータのヨーク４に取付けられ
ている状態における磁界発生部材Ｍｖｔ、について第１
０図の（ａ）におけるイーイ線位置での縦断側面図を示
しており、さらに第１０図の（ｄ）はマグネットロータ
のヨーク４に取付けられている状態における磁界発生部
材Ｍｖｔについて第１０図の（Ｃ）におけるイーイ線位
置での縦断側面図を示している。

第３図中では第１０図の（、）に示されている形態に属
している如き磁界発生部材Ｍｖｔが使用されているもの
とされており、そ、ＩＬの全体の平面形状が例示されて
いる。第３図中におけるＨ３は、磁界発生部材Ｍｖｔで
発生された磁束の内で、マグネットロータにおける界磁
マグネットで発生される界磁４束の分布状態とステータ
コイルの形状及び配置態様などによって定まる発生１〜
ルクの変動の態様に略々対応する磁束、すなわち、１〜
ルクリップル補補正用束が鎖交する位置に設けられた１
個のトルク検出用ホール素子Ｈ３を示している。

本発明の直流ブラシレスモータに用いられるべき磁界発
生部材Ｍｖｔは、それが平面形状として第１０図の（ａ
）に示されるようなものであっても、あるいは、それが
平面形状として第１０図の（ｃ）に示されるようなもの
であっても、何れにしてもトルクリップル補正用磁界の
発生部材とマグネットロータの速度検出信号発生器の磁
界発生部材とが兼用されるような構成の磁界発生部材Ｍ
ｖｔとなされているのである。

まず、平面形状が第１０図の（ａ）に示されているよう
な構成形態の磁界発生部材Ｍｖｔ、すなわち、マグネッ
トロータにおける界磁マグネットで発生される界磁４束
の分布状態とステータコイルの形状及び配置態様などに
よって定まる発生トルクの変動の態様に略々対応するよ
うな発生磁束の変動パターンを有している如きトルクリ
ップル補正用磁界の発生部材とマグネッ１へロータの速
度検出信号発生器の磁界発生部材とが兼用されるように
構成された磁界発生部材ＭνＩ：は、第１０図の（ｂ）
中に示されているような深層着磁用しによってトルクリ
ップル補正用磁界が磁界発生部材Ｍｖｔから発生され、
また、第１０図の（ｂ）中に示されているような表層着
磁Ｉｌｌ　ｔによってマグネットロータの速度検出信号
発生用磁界が磁界発生部材Ｍｖｔ、がら発生されるよう
なものとして構成されている。

第１０図の（ａ）に示されている平面形状の磁界発生部
材Ｍｖｔでは、それのｒｌをトルクリップル波形と略々
同様に変形させていることによって、磁界発生部材Ｍｖ
ｔの深層着磁ｍｔの部分からの磁束がトルクリップルと
同様なものになる。また、磁界発生部材Ｍｖｔにおける
表層着磁ｌ］ｌｖの態様は、その部分から所要の高い周
波数のマグネットロータの速度検出信号が磁気せンサと
して用いられる検出コイルで検出されうるような着磁パ
ターンで着磁されているのである。

第１０図の（ｂ）において、ステータのベース６に固着
されている基板７、すなわち、マグネッ］・ロータの速
度検出信号発生器の基板７の表面側には、磁界発生部材
Ｍｖｔの表層着磁ｍｖの部分から発生したマグネットロ
ータの速度検出信号発生用磁束と鎖交することによって
マグネットロータの速度検出信号を発生させるパターン
の検出用コイルＣｖが構成されており（第１０図の（ｅ
））、また、前記した基板７の裏面には第１０図の（ｂ
）に示されているように、トルク検出用ホール素子Ｈ３
が取付けられている。

磁界発生部材Ｍｖｔにおける表層着磁ｍｖの部分におけ
る記録信号の記録波長は短いから、表層着磁ｍｖの部分
から発生するマグネットロータの速度検出信号発生用磁
束の大部分は磁界発生部材ＭｖＬの表面近傍だけに存在
していて、基板７の表面側に設けられているマグネット
ロータの速度検出信号発生器の磁気センサとして用いら
れる検出コイルＣｖに鎖交し、その磁束によって検出コ
イルＣｖにマグネッ１へロータの速度検出信号が発生さ
れるが、基板７の裏側に取付けられているトルク発生用
ホール素子Ｈ３には、前記の磁束が到達することはない
からトルク発生用ホール素子Ｈ３からは信号が発生しな
い。

一方、磁界発生部材Ｍｖｔにおける深層着磁１此の部分
における記録信号の記録波長は長いから、深層着磁ｍｔ
の部分から発生するトルクリップル検出用磁束は磁界発
生部材Ｍｖｌ＝の表面から離れた部分にも到達し、その
磁束によって基板７の裏側に取付けられているＩヘルク
発生用ホール素子Ｈ３からは１〜ルク検出信号が発生す
る。磁界発生部材Ｍｖｔにおける深層着磁ｍｔ：の部分
で発生した１ヘルクリップル検出用磁束は、基板７の表
面側に設けられているマグネッ１へロータの速度検出信
号発生器の磁気センサとして用いられる検出コイルにも
鎖交するから、検出コイルにも前記の１〜ルクリップル
検検出用束に基づく信号が発生するが、その信号は高域
濾波器によって除去すればよい。

また、前記した検出コイルＣｖの導体長（信号の検出に
有効な部分の長さ）Ｑとして、第１０図の（、）に示さ
れているように、磁界発生部材Ｍｖｔにおける「１１の
一番狭い部分と同等またはそれよりも短くしておけば、
深層着磁ＩＩＩｔの部分で発生した１〜ルクリップル検
検出用束が略々一様なものとして検出コイルに与えられ
るから、検出コイルから発生された信号中に含まれるト
ルクリップル信号による変動分を少くすることが容易で
あり、しだがって、遮断特性の悪い高域濾波器でも使用
できる。

ここで、磁界発生部材Ｍｖｔから発生させるべき１〜ル
クリップル補正用磁束、及びそれの発生態様についての
補足説明を行なう。第９図は横軸に電気角をとり、縦軸
にトルクリップル補正用磁束φ′を規格化して示した図
であり、この第９図に示されている１へルウリップル補
正用磁束φ′の変化の態様は、第１２図に示されている
既提案の直流ブラシレスモータにおいて、マグネットロ
ータにおける界磁マグネット１として、第１４図中に示
されているように６極に着磁されているものが用いられ
た場合にモータで発生するトルクリップル、すなわち、
第１８図に示されているトルクリップル゛「′の変化態
様と同一にされている場合の例である。

前記した第３図中の磁界発生部材Ｍｖｔは電気角に対す
る発生磁束φ′の変化態様が、前記した第９図に示され
ている変化態様となるように、磁界発生部材Ｍｖｌ＝の
巾を変化させて構成させた場合の構成例を示している。

着磁の方向は紙面に垂直の方向であり、着磁は単極着磁
である。

第３図中に示されている磁界発生部材Ｍｖｔ−は、それ
の１＋を円周方向に変化させて、電気角に対する発生磁
束φ″の変化態様が、前記した第９図に示されている変
化態様となるようにしているが、磁界発生部材Ｍｖｔと
しては、全円周にわたって同一の１（１で、それの厚さ
が円周方向に変化しており、電気角に対する発生磁束φ
′の変化態様が、前記した第９図に示されている変化態
様となるように深層着磁されているものであってもよい
。

また、磁界発生部材Ｍｖｔとしては、全円周にわたり同
一の１１、及び同一の厚さのもので、それの深層着磁の
パターンが円周方向に変化されていて、電気角に対する
発生磁束φ′の変化態様が前記した第９図に示されてい
る変化態様となるようにされているものが用いられても
よい。

これまでにｄ（ａ明した構成例では、磁界発生部材Ｍｖ
ｔ、における電気角に対する発生磁束φ′の変化態様が
、前記した第９図に示されている変化態様と同様になさ
才しるように深層着磁されている場合についてのもので
あったが、界磁マグネット］の極数が」１記の例と異な
れば、当然のことながら、磁界発生部材Ｍｖｔにおける
電気角に対する発生磁束φ′の変化態様は、前記した第
９図に示されている変化態様とは異なったものにされる
ことが必要である。

すなわち、本発明の直流ブラシレスモータで使用される
べき磁界発生部材Ｍｖｔにおける電気角に対する発生磁
束φ′の変化態様としては、本発明が適用されない状態
で電気角と対応してモータに発生するトルクリップルの
変化態様と銘々同様な変化態様のものであればよいので
ある。

さて、本発明の直流ブラシレスモータにおいては、トル
クリップル波形と対応する電圧を発生させ、それをステ
ータコイル電流供給回路に負帰還して、マグネットロー
タが常に一定のトルクで回転するようにしているもので
あるが、モータにおける可動部分は大きな質量を有して
いるから、回転トルクの制御信号が高い周波数成分を含
んでいたとしてもマグネジ１〜ロータは、その高い周波
数成分に応答することができない。

したがって、ステータコイル電流供給回路に負帰還され
る回転トルクの制御信号が、高い周波数成分を含むもの
であったとしても、実際に回転状態の制御に使用される
信号成分は低域の信号成分だけであるから、帰還回路中
に適当な低域通過濾波器を挿入し、回転トルクの制御信
号において実際の制御に使用されない高周波成分の制限
を行なうようにすれば、負帰還回路を安定な状態で動作
させることができる。

また、負帰還回路中に適当な高域通過濾波器を挿入して
、回転ｌ・ルクの制御信号における交流分だけが負帰還
されるようにしてもよい。さらに、負帰還回路中に交流
分だけが負帰還されるように構成される場合には、磁界
発生部材Ｍｖｔとして、それから交流分だけが検出され
るような深層着磁の態様で着磁されているものを使用し
てもよい。

さらにまた、この場合には交流分として基本波成分だけ
が用られるようにされてもよい。

次に、マグネットロータにおける界磁マグネットで発生
される界磁４束の分布状態とステータコイルの形状及び
配置態様などによって定まる発生トルクの変動の態様に
略々対応するような発生磁束の変動パターンを有してい
る如きトルクリップル補正用磁界の発生部材とマグネッ
トロータの速度検出信号発生器の磁界発生部材とが兼用
されるように構成された磁界発生部材Ｍｖｔとして、ト
ルクリップル補正用磁界の発生部分ｍｔと、マグネット
ロータの速度検出信号発生用磁界の発生部分ｍｖとが、
同心的に並列されているとともに基部が連結されている
如き２つの環状のものとして形成され、かつ、トルクリ
ップル補正用磁界の発生部分ｍＬとなされる環状部の面
よりも、マグネットロータの速度検出信号発生用磁界の
発生部分ｍｖとなされる環状部の面の方が、ステータ側
に近接している状態になるように構成されている第１０
図の（Ｃ）。

（ｄ）に示されているような磁界発生部材Ｍｖｔについ
て説明する。

平面形状が第１θ図の（Ｃ）に示されているような一定
のｒｌ】を有している如き構成形態の磁界発生部材Ｍｖ
ｔは、第１０図の（ｄ）中に示されているような断面形
状のものとされていて、磁界発生部材Ｍｖｔにおける傾
しで示される部分からは、リップル補正用磁束が１へル
クリップル波形と同様な変化態様を有しているものとし
て発生させうるように、また、磁界発生部材Ｍｖｔにお
けるＩＩＩｖで示される部分からは、マグネジ１−ロー
タの速度検出信号発生用の磁束を発生させうるようなも
のとして構成されている。

第１０図の（ｄ）において、ステータのベース６に固着
されている基板７、すなわち、マグネッＩ−ロータの速
度検出信号発生器の基板７の表面側には、磁界発生部材
Ｍｖｔのｍｖの部分から発生したマグネジ１−ロータの
速度検出信号発生用磁束と鎖交してマグネッｌ−ロータ
の速度検出信号を発生させる検出用コイルＣｖが構成さ
れており、また、前記した基板７にはトルク検出用ホー
ル素子Ｈ３も取付けられている。磁界発生部材Ｍｖｔに
おけるｍｔの部分で発生されたトルク補正用磁束はトル
ク検出用ホール素子Ｈ３に鎖交する。

第１０図の（ｃ）、（ｄ）に示されているような構成の
磁界発生部材Ｍｖｔにおけるトルク補正用磁束の発生部
分ｍｅの着磁パターンや、形状などの変形態様について
は、第１０図の（ａ）、（ｂ）に示されているような構
成の磁界発生部材Ｍｖ＋二におけるトルク補正用磁束の
発生部分ｍｔについて既述したところと同様であっても
よい。

さて、前記のトルク検出用ホール索子ｉ（３は第３図及
び第４図示のように、トルクリップル補正用磁束φ′　
が与えられる位置に設置されており、かつ、トルク検出
用ホール素子Ｈ３の電流端子間には、演算増幅器ＯＰ２
とトランジスタｘｂと抵抗Ｒ１’　などによって構成さ
れている部分から、次式、すなわちＩ　ｈ＝Ｖｌ／Ｒ１
’によって示されるような電流　Ｉｈ、すなわちステー
タコイル電流■に比例している電流Ｉｈが流されている
ので、トルク検出用ホール素子Ｈ３の電圧端子からはト
ルクリップル補正用磁束φ′とステータコイル電流■に
比例している電流Ｉｈとの積の電圧、すなわち１〜ルク
検出信号ｖｔ′が出力される。

前記のようにトルク検出用ホール素子Ｈ３の電圧端子か
ら出力されたＩ−ルク検出信号ｖＬ′は、抵抗Ｒｅを介
してトランジスタＸ１のエミッタに与えられているから
、トランジスタＸ１ではそれのベースに対して端子２か
ら供給されているトルク指令電圧Ｖｔと、前記した１〜
ルク検出信号ｖＬ′との比較結果として得られる誤差信
号を１−ランジスタＸ２のベースに与える。なお、前記
した抵抗ＲｃはトランジスタＸ１のゲインの安定用抵抗
である。

したがって、第１図示の直流ブラシレスモータにおいて
は、各ステータコイルＩ、１〜Ｌ４に流れる各相の電流
１１〜Ｉ４の時間軸上の変化態様（各相の電流波形）が
、第５図及び第６図中における曲線Ｔ】’〜Ｉ４’に示
されるようなものになる。なお、第５図中の曲線１１〜
Ｉ４は、比較のために既述した第３２図示の直流ブラシ
レスモータにおける各ステータコイルし１〜ｌ、４に流
れる各相の電流Ｔ１〜■４を図示しているものである。

第７図は、第１図示の直流ブラシレスモータにおける各
ステータコイルＬ１〜Ｌ４に鎖交する界磁マグネットの
磁束の時間軸上の変化態様が、既述した第１２図示の従
来例の直流ブラシレスモータにおける各ステータコイル
１．１−Ｌ４に鎖交する界磁マグネットの磁束φ１〜φ
４の時間軸上の変化態様を示している第１５図示の場合
と同様であるときに、第１図示の直流ブラシレスモータ
における各ステータコイルＬ１〜Ｌ４に対して第６図に
示されているようなステータコイル電流１１’〜Ｉ４’
が流された場合に発生するトルクＴｌ’〜Ｔ４″の時間
軸上の変化の態様を示したものである。そして、前記し
た各トルクＴＩ’〜Ｔ４″は、それぞれ、Ｔ１′＝φ×
丁１′、Ｔ２′　＝　φ　Ｘ　　Ｉ　　２’、　　Ｔ３
’　　＝　　φ　×　１３−　Ｔ４′　＝　φ　×　Ｉ
　４′として示されるものである。

第８図は、第１図示の直流ブラシレスモータの各ステー
タコイル！、１−Ｌ４に流される前記したステータコイ
ル電流ＩＩ’〜Ｉ４’と、各ステータコイルＬ１〜１，
４に鎖交しているマグネットロータの界磁マグネット１
の磁束φ１〜φ４との積によって表わされる前記した第
７図に示されているようなトルクＴ１′〜Ｔ４’の合成
トルクＴ’＝Ｔ１．’＋Ｔ２’＋Ｔ３’十Ｔ４′を図示
している。

（効果）以上、詳細に説明したところから明らかなように、本発
明の直流ブラシレスモータはマグネットロータと、ステ
ータコイルと、ステータコイル電流の切換えを制御する
電子回路を有するステータコイル電流供給回路などを備
えている直流ブラシレスモータであって、マグネットロ
ータにおける界磁マグネットで発生される界磁４束の分
布状態とステータコイルの形状及び配置態様などによっ
て定まる発生トルクの変動の態様に略々対応するような
発生磁束の変動パターンを有している如きトルクリップ
ル補正用磁界の発生部材とマグネットロータの速度検出
信号発生器の磁界発生部材とが兼用されるように構成さ
れた磁界発生部材と、前記の磁界発生部材から発生され
たマグネットロータの速度検出信号発生用磁束が鎖交す
る位置に設置された磁気検出器と、前記の磁界発生部材
から発生されたトルクリップル補正用磁束が鎖交する位
置に設けられた１個のトルク検出用ホール素子と、前記
したトルク検出用ホール素子の電流端子間にステータコ
イル電流に比例する電流を供給する手段と、前記したト
ルク検出用ホール素子で発生されたトルク検出信号をス
テータコイル電流の供給回路に帰還して発生トルク変動
を軽減させる手段とを備えてなる直流ブラシレスモータ
であるから、本発明の直流ブラシレスモータにおいては
、発生トルクがマグネットロータの回転角に関係なく一
定になっているのであり、本発明の直流ブラシレスモー
タによれば、従来の直流ブラシレスモータにおける欠点
は良好に解決されるのであり、また、既提案の直流ブラ
シレスモータと比較しても、既提案の直流ブラシレスモ
ータにおいては、位置検出用のホール素子の個数と同じ
個数のトルク検出用ホール素子が必要とされ、複雑な回
路配置となっていたが、本発明の直流ブラシレスモータ
においては、界磁マグネット１の他にトルクリップル補
正用磁界の発生部材と、マグネットロータの速度検出信
号発生器の磁界発生部材とが兼用されるように構成され
ている磁界発生部材を設けて、それから発生されるトル
クリップル補正用磁束を１個のトルク検出用ホール素子
Ｈ３に与えるとともに、ｌ−ルク検出用ホール素子Ｈ３
の電流端子間にステータコイル電流に比例する電流を流
してステータコイル電流を制御し、トルクリップルが軽
減されるようにしているので、既提案の直流ブラシレス
モータに比べて構成が簡単になるという利点が得られる
他、トルクリップル補正用磁界の発生部材と、マグネッ
トロータの速度検出信号発生器の磁界発生部材とが兼用
されるように構成されている磁界発生部材を用いている
から構成が簡単になり、また、１〜ルクリップル補正用
磁束の検出部材と、マグネットロータの速度検出信号発
生器の磁束の検出部材とが、速度検出信号発生器の基板
に設けられることにより製作が容易になる等の利点が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の直流ブラシレスモータの一実施例の回
路図、第２図は本発明の直流ブラシレスモータのトルク
発生ブロック図、第３図は本発明の直流ブラシレスモー
タの一実施例のものの界磁マグネットとステータコイル
と磁界発生部材などの関連配置を示す平面図、第４図は
本発明の直流ブラシレスモータの一実施例の縦断側面図
、第５図乃至第９図及び第１５図乃至第１８図は説明用
特性曲線側図、第１０図の（ａ）、（ｃ）は磁界発生部
材の平面図、第１θ図の（ｂ）、（ｄ）は磁界発生部材
付近の縦断側面図、第１θ図の（ｅ）は磁界発生部材と
コイルとの関連を示す平面図、第１２図は従来の直流ブ
ラシレスモータの一実施例の回路図、第０図は従来の直
流ブラシレスモータのトルク発生ブロック図、第１４図
は従来の直流ブラシレスモータの一例のものの界磁マグ
ネットとステータコイルとの関連配置を示す平面図、第
１５図は従来の直流ブラシレスモータの一例の縦断側面
図である。Ｈｌ、Ｈ２・・・位置検出用ホール素子、）−４３・・
・トルク検出用ホール素子、Ｘ１〜ＸＩＯ，Ｘａ、Ｘｂ
・・・トランジスタ、ＯＰＩ、ＯＦ’２・・・演算増幅
器、Ｒ１，Ｒ１’、Ｒ２−Ｒ７，Ｒａ　”−Ｒｃ−抵抗
、Ｉ−１〜Ｌ４・＝ステータコイル、Ｍｖｔ・・・磁界
発生部材、ｍｔ・・・トルクリップル補正用磁束の発生
部分、ｍｖ・・・マグネットロータの速度検出信号発生
用磁束の発生部分、１・・界磁マクネッ１−５３・・回
転軸、４・・・ヨーク、５　・速度検出信号発生器の磁
界発生用のマグネット、７・・基板、８・・・軸受、７０Ｒα ＡＮＧＬＥＮＧＬＥ

Claims

【特許請求の範囲】１、マグネットロータと、ステータコイルと、ステータ
コイル電流の切換えを制御する電子回路を有するステー
タコイル電流供給回路などを備えている直流ブラシレス
モータであって、マグネットロータにおける界磁マグネ
ットで発生される界磁々束の分布状態とステータコイル
の形状及び配置態様などによって定まる発生トルクの変
動の態様に略々対応するような発生磁束の変動パターン
を有している如きトルクリップル補正用磁界の発生部材
とマグネットロータの速度検出信号発生器の磁界発生部
材とが兼用されるように構成された磁界発生部材と、前
記の磁界発生部材から発生されたマグネットロータの速
度検出信号発生用磁束が鎖交する位置に設置された磁気
検出器と、前記の磁界発生部材から発生されたトルクリ
ップル補正用磁束が鎖交する位置に設けられた１個のト
ルク検出用ホール素子と、前記したトルク検出用ホール
素子の電流端子間にステータコイル電流に比例する電流
を供給する手段と、前記したトルク検出用ホール素子で
発生されたトルク検出信号をステータコイル電流の供給
回路に帰還して発生トルク変動を軽減させる手段とを備
えてなる直流ブラシレスモータ２、マグネットロータにおける界磁マグネットで発生さ
れる界磁々束の分布状態とステータコイルの形状及び配
置態様などによって定まる発生トルクの変動の態様に略
々対応するような発生磁束の変動パターンを有している
如きトルクリップル補正用磁界の発生部材とマグネット
ロータの速度検出信号発生器の磁界発生部材とが兼用さ
れるように構成された磁界発生部材として、トルクリッ
プル補正用磁界が磁界発生部材に施こされた深層着磁に
より発生され、また、マグネットロータの速度検出信号
発生用磁界が磁界発生部材に施こされた表層着磁により
発生されるようなものとして構成されているものを用い
る特許請求の範囲第１項に記載の直流ブラシレスモータ３、マグネットロータにおける界磁マグネットで発生さ
れる界磁々束の分布状態とステータコイルの形状及び配
置態様などによって定まる発生トルクの変動の態様に略
々対応するような発生磁束の変動パターンを有している
如きトルクリップル補正用磁界の発生部材とマグネット
ロータの速度検出信号発生器の磁界発生部材とが兼用さ
れるように構成された磁界発生部材として、トルクリッ
プル補正用磁界の発生部分と、マグネットロータの速度
検出信号発生用磁界の発生部分とが、同心的に並列され
ているとともに基部が連結されている如き２つの環状の
ものとして形成され、かつ、トルクリップル補正用磁界
の発生部分となされる環状部の面よりも、マグネットロ
ータの速度検出信号発生用磁界の発生部分となされる環
状部の面の方が、ステータ側に近接している状態になる
ように構成されているものを用いる特許請求の範囲第１
項に記載の直流ブラシレスモータ４、磁界発生部材から発生されたマグネットロータの速
度検出信号発生用磁束が鎖交する位置に設置される磁気
検出器と、磁界発生部材から発生されたトルクリップル
補正用磁束が鎖交する位置に設けられる１個のトルク検
出用ホール素子とを同一の基板に設けてなる特許請求の
範囲第１項に記載の直流ブラシレスモータ５、磁界発生部材から発生されたマグネットロータの速
度検出信号発生用磁束が鎖交する位置に設置される磁気
検出器における磁気検出用コイルの有効検出導体長が、
磁界発生部材で発生されるトルクリップル補正用磁界巾
よりも小さくなるように構成してなる特許請求の範囲第
１項に記載の直流ブラシレスモータ