JPS6122553B2

JPS6122553B2 -

Info

Publication number: JPS6122553B2
Application number: JP7268977A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Uzuka
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1977-06-18
Filing date: 1977-06-18
Publication date: 1986-06-02
Also published as: JPS547108A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、少くとも２つの第１及び第２の相の
コイルを具備し、これらのコイルに順次切換え通
電することにより回転駆動を行うようにした直流
モータに関し、特にブラシレス直流モータに適用
して最適なものである。

従来、ブラシレス直流モータの通電方式として
は、３相１相通電、２相両方向通電、４相２相通
電が一般的である。第１Ａ図は従来の３相１相通
電方式の３相２極ブラシレス直流モータのロータ
ー１と固定子の３相コイルL₁，L₂，L₃との相対
的な位置関係を示す説明図である。また第１Ｂ図
は各コイルL₁，L₂，L₃の通電の切換え状態を示
す波形図である。また第１Ｃ図は各コイルの通電
の切換えによつてローター１に生ずるトルクを表
わすグラフである。なお第１Ａ図では、説明を簡
単にするために、永久磁石のローター１が固定さ
れていて、コイルL₁，L₂，L₃がローター１に対
して相対的に移動するものとする。またローター
１及びコイルL₁，L₂，L₃は夫々直線状に展開し
て示されている。

第１Ａ図において、ローター１のNS交互の永
久磁石によつて、正弦波状の磁界が形成されてい
る。各コイルL₁，L₂，L₃は夫々ほぼ電気角180゜
（即ち、ＮまたはＳの永久磁石の１個分の巾）に
わたつて巻装されている。そしてこれらのコイル
L₁，L₂，L₃は夫々電気角120゜の位相差でもつて
配置される。

今、コイルL₁の前端からθ_１の位置にあると
き（時点t₁）、第１Ｂ図に示すようにこのコイル
L₁に通電が開始される。なおコイルL₁の前端と
は、例えばコイルL₁に第１Ａ図の方向に電流を
流したときに、Ｎ極（またはＳ極）の磁束によつ
てモータのローターに正方向のトルクが生ずるコ
イルの往路部分（または復路部分）のことであ
る。そしてコイルL₁が電気角でほぼ120゜回転し
てθ_２の位置（時点t₂）に達するまで通電が行な
われる。従つて、第１Ｃ図に示すように、t₁から
t₂までの間にコイルL₁の電流とローター１の磁速
によつてトルクが発生する。

コイルL₁の前端がθ_２の位置（時点t₂）に達す
ると、第１Ｂ図に示すように、このコイルL₁の
通電が断たれる。このときコイルL₂の前端はθ
_１の位置に達していて、この時点t₂からコイルL₂
の通電が開始される。そしてコイルL₂が電気角
で120゜回転してその前端がθ_２位置（時点t₃）に
達するまで、このコイルL₂に通電が行なわれ
る。この結果、コイルL₂の電流とローター１の
磁界とによつて、第１Ｃ図に示すように、t₂から
t₃までの間にトルクが発生する。そしてコイルL₃
についても同様に、時点t₃からt₄まで通電が行な
われ、この間にトルクが発生する。

このようにして時点t₁からt₄の間に各コイル
L₁，L₂，L₃が電気角360゜回転し、この間に電気
角で120゜ずつ各コイルの通電が切換えられて第
１Ｃ図に示す正トルクが発生する。なお各コイル
L₁，L₂，L₃の夫々の後端には、夫々の通電期間
においてＳ極の磁束が鎖交していて、この後端部
分を流れるコイルの復路部分（または往復部分）
の電流によつてコイルの前端の回転トルクと同方
向のトルクが発生する。

このように３相１相通電のブラシレスモータの
場合、電気角360゜の区間内で３回の電流切換え
を行なう必要がある。このためローター１の回転
角度を検出する位置検出素子が３個必要となる。
即ち、第１Ａ図に示すように、各コイルL₁，
L₂，L₃の前端が夫々θ_１からθ_２までの区間を
通電するタイミングを検出する位置検出素子が３
個必要となる。この場合、３個の位置検出素子の
夫々は、電流切換えをする３相のコイルとの関連
において互いに相対的位置関係を有しているの
で、組立て時にこれらの位置検出素子のピツチの
調整をしなければならず、このため組立て工数が
増大することになる。またこれらの位置検出素子
を予め位置調整して１つのパツケージに納めてモ
ジユール化したものも考えられるが、この場合、
１つのモジユールはローターの直径が同一の一種
類のブラシレスモータにしか使用できない欠点が
ある。

また電流切換えのための３相分のスイツチ回路
（スイツチングトランジスタ）が３回路必要とな
る。また詳細には説明しないが、４相２相通電の
場合には、２個の位置検出素子を必要とし、また
電気角360゜の区間で４回の電流切換えを行なう
必要があり、このため４個のスイツチ回路が必要
となる。また２相両方向通電の場合には、２個の
位置検出素子を必要とし、また電気角360゜の区
間で４回の電流切換えを必要とする。そしてこの
場合、正負の両方向に通電するため８個のスイツ
チ回路を必要とする。

更にまた、電気角360゜の区間で２回の電流切
換えをする従来の２相１相通電方式のブラシレス
モータについて考察すると、この場合も、第２Ａ
図に示すように、第１Ａ図と同様な正弦波状の磁
界がローター１によつて形成される。またコイル
L₁およびL₂は夫々の電気角で180゜の巻巾で巻装
される。またこのコイルL₁とL₂とは夫々電気角
180゜の位相差でもつて配置される。

そしてコイルL₁の前端がθ_１の位置にあると
き（時点t₁）、第２Ｂ図に示すように、このコイ
ルL₁に通電が開始される。そしてコイルL₁が電
気角でほぼ180゜回転してその前端がθ_２の位置
（時点t₂）に達すると、この通電が断たれる。次に
この時点t₂において、その前端がθ_１の位置に達
しているコイルL₂に通電が行なわれる。そして
コイルL₂が電気角で180゜回転してその前端がθ
_２の位置（時点t₃）に達するまで通電が行なわれ
る。そして以下同様にコイルL₁とL₂とが交互に
電気角180゜ごとに切換えて通電される。

この場合、コイルL₂を通電するためのスイツ
チ信号は、コイルL₁を通電するスイツチ信号の
反転信号から形成し得るので、回転位置検出素子
は１個あればよい。また電流切換えのためのスイ
ツチ回路は２回路あればよい。

しかしこの場合には、第２Ｃ図に示すようなト
ルクが発生する。この第２Ｃ図から明らかなよう
に、この場合、電気角０゜及び180゜の位置で
は、コイルL₁，L₂に電流を流してもこの位置で
の磁界がほぼ零であるので、トルクが発生しな
い。従つてこれらの位置でローター１が停止した
場合、モータが起動されないことになる。またこ
れらの電気角０゜及び180゜の付近でローター１
が停止した場合でも、モータに負荷があればモー
タが起動されない。従つて、従来は何らかの起動
トルク発生手段を設けない限り、このようなブラ
シレスモータは成立し得ないということが一般的
な常識であつた。また仮に起動トルク発生手段を
設けても、第２Ｃ図に示すように、トルクリツプ
ルが相当に大きいものになると考えられていた。

本発明者は以下のように構成することによつ
て、上述のような強固な既成概念を打破すること
に成功した。

即ち、本発明は、少くとも２つの第１及び第２
の相のコイルと少なくとも２極の第１及び第２の
磁束発生手段とを具備し、これらのコイルに順次
切換え通電することにより回転駆動を行うように
した直流モータにおいて、上記第１及び第２の相
の夫々のコイルのトルク発生に関与する往路部分
の中心と復路部分の中心との成す角度が電気角で
180゜以外の角度となるように構成し、上記第１
と第２のコイルと鎖交する磁束の密度を歪ませる
磁束歪手段を上記第１及び第２の磁束発生手段の
Ｎ極とＳ極との反転領域の一方に設け、これによ
つて、上記夫々のコイルの往路部分と復路部分と
を流れる電流によつて発生する所定の方向の合成
回転トルクが電気角で180゜以上となるように構
成し、上記回転トルクが180゜以上となる領域内
の所定部分において上記夫々のコイルへの通電が
行われるように、各相のコイルの通電を順次切換
える電流切換え手段を設けたものである。

このように構成することによつて、電気角で
360゜にわたつて回転トルクが零となる部分、即
ち回転子の死点がなく、このために、例えば２相
１相通電を行う場合でも、特別な起動トルク発生
手段を設ける必要がないようにしている。

なお上述の記載において往路部分及び復路部分
の中心とは、各往路部分及び復路部分を成す複数
の導体の幾何的平均位置のことである。

以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

第３図は本発明をアウターローター型で２相１
相通電方式の２相２極のブラシレス直流モータに
適用した第１の実施例を示す軸方向の縦断面図で
ある。また第４図は第３図の−線断面図であ
る。

第３図に示すように、ほぼ三角形の側板２の一
側面には、円筒状部分を有する軸支持体３が固定
されている。この側板２の中央部には軸受４が嵌
装され、また軸支持体３の先端部には軸受５が嵌
装されている。そしてこれらの軸受４，５には、
モータ回転軸６が挿通されている。

このモータ回転軸６の一端は、第３図に示すよ
うに、側板２から外方に突出していて、例えば
VTRのヘツドドラムの駆動に用いられる。この
回転軸６の他端には、回転子ヨークを構成するカ
ツプ状のローター１がビス留めされている。この
ローター１の内側面には、第４図に示すように、
夫々円弧状の一対の主極（Ｓ極）及び補極（Ｎ
極）の永久磁石７ａ，７ｂと、一対の主軸（Ｎ
極）及び補極（Ｓ極）の永久磁石８ａ，８ｂとが
夫々取り付けられている。主極の永久磁石７ａ，
８ａは、夫々モータ軸心に対して位置角で例えば
ほぼ140゜にわたつている。なお位置角とは、モ
ータ軸に対する回転子または固定子上の２点の幾
何学的角度であつて、位置角にモータの極対数を
乗じたものが電気角となる。但し以下の説明で
は、補極の永久磁石７ｂ，８ｂのモータの極対数
には含めないで電気角の計算をしている。また補
極の永久磁石７ｂ，８ｂは、夫々位置角で例えば
ほぼ40゜にわたつている。そして主極と補極の永
久磁石７ａと７ｂとが対となつて180゜の電気角
を構成し、また主極と補極の永久磁石８ａと８ｂ
とが対となつて180゜の電気角が構成されてい
る。

なお夫々の永久磁石７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂは
それらの内側面が第４図に示す磁極となるように
夫々厚さ方向に着磁されている。またこれらの永
久磁石のモータの軸方向の端面には、第４図の点
線で示すように、ローター１の回転位相を検出す
るためのリング状の永久磁石１８が固着されてい
る。この永久磁石１８は、そのＮ極及びＳ極が位
置角で180゜ずつ対称となるように、モータの軸
方向、即ち磁石の厚み方向に着磁されている。

軸支持体３の外周囲には、円筒状の固定子鉄心
９が固定されている。そしてこの固定子鉄心９の
表面には、Ａ相とＢ相の固定子コイル１０，１１
が、第４図に示すように180゜の位相差でもつて
ほぼ対称に配置されている。このコイル１０は、
往路１０ａと復路１０ｂとの間の開き角度（巻線
ピツチ）がほぼ120゜となるように巻回されてお
り、またコイル１１も、その往路１１ａと復路１
１ｂとの間の開き角度がほぼ120゜となるように
巻回されている。そしてこれらのコイル１０，１
１の外周面は、上記永久磁石７ａ，７ｂ，８ａ，
８ｂの内周面と半径方向に最小許容空隙を残して
対向している。

軸支持体３の側板２側の端部はリング状に構成
されて側板２に固定されている。そしてこのリン
グ状部分の近傍において側板２には、中央開口を
有する回路基板１２が、合成樹脂製のリング状の
取付部材１３を介して固定されている。この回路
基板１２には、固定子コイル１０，１１を励磁す
るための駆動回路を構成する回路素子１４が取付
けられている。そしてコイル１０，１１のリード
線（図示せず）がこの駆動回路に接続されてい
る。また永久磁石１８の回転軌跡と対向する回路
基板１２の所定の部分には、ローター１の回転位
相を検出するホール素子等の位置検出素子１５が
取付けられている。そしてこの位置検出素子１５
から得られる検出信号によつてコイル１０，１１
に流す励磁電流が順次切換えられる。

次に第３図及び第４図に示すブラシレス直流モ
ータの動作を第５Ａ図〜第５Ｅ図に基いて説明す
る。なお第５Ａ図は第４図及び第３図に示すブラ
シレスモータの動作原理を説明するための第４図
の簡略図、第５Ｂ図は各コイル１０，１１と鎖交
する磁束の磁束密度（磁界）のグラフ、第５Ｃ図
はＡ相のコイル１０によつて生ずる合成トルクを
説明するためのグラフ、第５Ｄ図は各コイルの通
電の切換えによつてローターに生ずるトルクを表
わすグラフ、第５Ｅ図はＡ相及びＢ相の電流切換
えを示す波形図である。

第５Ａ図においては、第４図に示すＡ相及びＢ
相のコイル１０，１１の往路１０ａ，１１ａ及び
復路１０ｂ，１１ｂの平均的な中央部分の一本の
みが示さている。またローター１とコイル１０，
１１との位置関係については、コイル１０の往路
１０ａが主極の永久磁石７ａと８ａとの境界面の
位置にある状態が示されている。各磁石７ａ，７
ｂ，８ａ，８ｂによる磁束は、第５Ａ図の点線で
示すように、Ｎ極磁石から固定子鉄心９を通電
し、Ｓ極磁石に入り、ローター１のコアを通つて
Ｎ極磁石に戻る。この場合、コイル１０の往路１
０ａの位置θ_０を起点（０゜）として、永久磁石
７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂと固定子鉄心９との間の
空隙の磁束密度Bgを示すと、第５Ｂ図のように
なる。但し、第５Ｂ図においては、トルク発生に
関与するモータの半径方向の磁束の密度のみを示
し、またその方向は磁石から固定子鉄心９への方
向を正方向としている。

第５Ａ図に示すように、０゜、140゜、180゜、
220゜の位置は、磁束の方向が反転する位置であ
り、この付近ではコイルと鎖交するトルク発生に
関与するモータの半径方向の磁束は少なくなつて
いる。そして永久磁石７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂの
夫々の中央部に近ずくに従つて、磁束密度が増加
する。このめに磁束密度Bgは、第５Ｂ図に示す
ように、夫々の永久磁石の範囲内ではほぼ正弦波
状の分布をしている。また電気角で180゜の範囲
においては、主極の永久磁石７ａ，８ａと補極の
永久磁石７ｂ，８ｂとで非対称な分布の磁束が形
成されている。即ち、主磁極のＮ極とＳ極との反
転部分の一方の領域において、磁束密度のレベル
がＳ極及びＮ極の各部で低下している。

今、Ａ相のコイル１０に第５Ａ図に示す方向の
電流、即ち往路１０ａには図面の裏面から表面方
向の電流、また復路１０ｂには図面の表面から裏
面方向の電流が流れているとする。そしてモータ
回転軸６に外力を与えてローター１を第５Ａ図の
矢印Ｆ方向に回転させた場合、コイル１０の往路
１０ａの電流とこのコイルの鎖交磁束とによつて
生ずるローター１の矢印Ｗ方向のトルク（電流に
作用する力の反作用）は、フレミングの左手の法
則に基いて容易に考察し得るように、第５Ｃ図の
実線ａのようになる。即ち、第５Ｂ図の磁束密度
Bgとほぼ同様なトルクＴが発生する。

次にコイル１０の復路１０ｂについては、この
復路１０ｂが往路１０ａと同じ位置にあると仮定
すると、往路１０ａとは電流の方向が逆であるの
で、第５Ｃ図実線ａをｘ軸に関して折返したトル
ク（一点鎖線b′）が生ずる。実際には往路１０ａ
と復路１０ｂとはほぼ120゜の角度差があるの
で、復路１０ｂの電流によつてローター１に生ず
るトルクは、第５Ｃ図の点線ｂに示すように一点
鎖線b′を右に120゜平行移動したものとなる。従
つて、Ａ相のコイル１０の往路１０ａと復路１０
ｂとによつてローター１に生ずる合成トルクは第
５Ｃ図の実線Ａのようになる。即ち、ほぼ132゜
から352゜までの電気角220゜（180゜以上）にわ
たる区間において正方向（第５図Ｗ方向）のトル
クが生ずる。

従つて正方向のトルクが生ずる電気角で220゜
の範囲内の所定の区間（例えば、第５Ｃ図に示す
ほぼθ_１（150゜）からθ_２（330゜）までの電気
角で180゜の区間Ｓ）において、Ａ相のコイル１
０とＢ相のコイル１１とを交互に電気角で180゜
ずつ切換えて通電するようにすれば、モータは第
５Ａ図のＷ方向に回転する。この場合、Ｂ相のコ
イル１１はＡ相のコイル１０とはほぼ対称に配置
され、両者は電気角で180゜の位相差を有してい
るので、Ｂ相のコイル１１によるトルク特性は第
５Ｃ図とほぼ同一となる。従つて第５Ｅ図に示す
ようにＡ相コイル１０とＢ相コイル１１との電流
切換えを電気角で180゜ごとに行なえば、第５Ｄ
図に示すように電気角360゜にわたつてトルクが
零となる部分がないトルク特性が得られる。なお
Ａ相とＢ相との電流切換えのタイミングは厳密に
180゜ずつ等分されていなくてもよい。例えば、
Ａ相の通電が190゜、Ｂ相が170゜であつてもよ
い。

本実施例のブラシレスモータの電流切換えのた
めのローター１の回転位置検出は、第３図に示す
ように、１個の位置検出素子１５で行なつてい
る。即ち、第５Ｃ図において、ローター１の回転
角度θ_１からθ_２までのタイミングを検出するこ
とによつて、コイル１０に対して第５Ｅ図に示す
電流切換え信号を形成することができる。またコ
イル１１に対しては、この位置検出素子の反転信
号でもつて形成することができる。このような位
置検出素子は、例えばホール素子等の磁気感応素
子であつてよい。或は、１対の発光素子と受光素
子とを用い、またローターの回転軌跡の一部に切
欠きを設け、θ_１からθ_２までは遮光され、θ_２
からθ_１までは透光されるように構成してもよ
い。なお上記位置検出素子によつて電気角で360
゜の区間における所定の点を検出し、この位置検
出素子の出力信号に応じて、所定のタイミング信
号形成回路を動作させ、上記θ_１からθ_２までの
電流切換えのタイミングを形成してもよい。

本実施例のブラシレスモータにおいては、第４
図の点線で示すように、永久磁石７ａ，７ｂ，８
ａ，８ｂのモータ軸方向の端面に位置検出用のリ
ング状の永久磁石１８が取り付けられている。こ
の永久磁石１８は、Ｎ極及びＳ極が位置角で180
゜ずつとなるように着磁されている。そしてＮと
Ｓとの境界部分がほぼ150゜及び330゜の位置とな
つている。

第６Ａ図は本実施例の２相２極ブラシレスモー
タの駆動回路の一例である。また第６Ｂ図は第６
Ａ図の位置検出素子の出力電圧を示す波形図であ
る。第６Ａ図において、位置検出素子１５は例え
ばホール素子であつて、このホール素子の出力端
子Ａからはローター１の永久磁石１８のＮ、Ｓ極
によつて第６Ｂ図のａのような出力電圧が生じ、
また出力端子Ｂからは第６Ｂ図のｂ（点線）のよ
うな出力電圧が生ずる。位置検出素子１５の出力
信号ａはトランジスタ１６ａを介してスイツチ用
トランジスタ１７ａに供給される。そして第６Ｂ
図の時点t₁からt₂までの期間このトランジスタ１
７ａがオンとなり、コイル１０が通電される。ま
た位置検出素子１５の出力信号ｂはトランジスタ
１６ｂを介してスイツチ用トランジスタ１７ｂに
供給される。そして時点t₂からt₃までの期間この
トランジスタ１７ｂがオンとなり、コイル１１が
通電される。この結果、第５Ｅ図に示すように、
コイル１０と１１とが電気角でほぼ180゜ずつ交
互に切換えて通電される。

なお別の磁気感応素子またはホトカプラ等を使
用する場合には、これらの検出素子の出力信号を
１相（例えばコイル１０）の通電に用い、他相
（例えがコイル１１）の通電は検出素子の出力信
号を反転した信号を用いればよい。

上述の第３図〜第６図に示す実施例において
は、永久磁石７ａ，８ａが140゜、永久磁石７
ｂ，８ｂが40゜、コイル１０，１１の巻線ピツチ
（往路１０ａ，１１ａと復路１０ｂ，１１ｂとの
開き角度）が120゜、となるようにしたが、これ
らの角度は種々に変更することが可能である。ま
た永久磁石７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂの夫々の着磁
の方向を調整して、第５Ｂ図に示す磁束密度のグ
ラフの各先端部分を平坦にし、各磁石による磁束
密度を台形波形状にすることも可能である。

更に、各磁石７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂの着磁の
強さを変えることができ、例えば、補極の永久磁
石７ｂ，８ｂによる磁界の強さを第７図の実線ａ
のように小さくしてもよい。この場合、コイル１
０と１１とによる合成トルクは第７図実線Ａのよ
うになり、第５Ｃ図に示す場合よりもトルクリツ
プルを減少させることができる。

次に第８Ａ図〜第８Ｄ図は本発明の第２の実施
例を示すものであつて、第８Ａ図は第４図と同様
なブラシレスモータの断面図、第８Ｂ図は第５Ｂ
図と同様な磁束密度のグラフ、第８Ｃ図はＡ相の
コイルによつて生ずる合成トルクを示す第５Ｃ図
と同様なグラフ、第８Ｄ図はブラシレスモータの
ローターに生ずるトルクを表わす第５Ｄ図と同様
なグラフである。

第８Ａ図に示すように、Ｓ極及びＮ極の磁石
７，８は夫々モータ軸心に対して位置角でほぼ
140゜にわたつている。そして第４図及び第５図
の補極の永久磁石７ｂ，８ｂに相当する80゜の部
分は磁石のない空隙部分２０となつている。従つ
て、この空隙部分２０においては、ローター１の
回転トルクに関与する半径方向（ローター１から
固定子鉄心９の方向またはその逆方向）の磁束が
なくなる。このためコイル１０，１１と鎖交する
磁束の密度Bgは第８Ｂ図のように、空隙部分２
０（180゜付近）において磁束密度がほぼ零で平
坦になる領域が生ずる。

第８Ａ図においては、Ａ相及びＢ相のコイル１
０，１１の巻線ピツチ夫々ほぼ電気角で100゜と
なつている。従つて第５Ｃ図と同様にしてＡ相コ
イル１０の往路１０ａの電流とこのコイルの鎖交
磁束とによつてローター１は生ずるトルクは第８
Ｃ図の実線ａのようになる。またコイル１０の復
路１０ｂの電流によつて生ずるトルクは第８Ｃ図
の点線ｂのようになる。そしてこの往路１０ａと
復路１０ｂとによつて生ずる合成トルクは実線Ａ
のようになり、従つて、電気角で180゜以上にわ
たる区間において正方向のトルクがＡ相コイル１
０の電流によつて生ずる。またＢ相コイル１１は
Ａ相と対称（180゜の位相差）に配置されている
から、Ａ相とＢ相との通電を電気角でほぼ180゜
ずつ順次切換えて行えば、第８Ｄ図に示すトルク
を得ることができる。なおこの実施例によれば、
第８Ｄ図から明らかなように、従来の３相１相通
電方式のトルク特性（第１Ｃ図）よりもトルクリ
ツプを少さくすることができる。

次に第９Ａ図、第９Ｂ図、第１０ａ図及び第１
０ｂ図は上述の第２の実施例の変形例を示すもの
である。第９Ａ図では、第８Ａ図の空隙部分２０
まで磁石７，８を延長させかつこの空隙部分２０
に対応する磁石７，８の部分を薄くして凹部２１
としている。この場合も、凹部２１の部分では、
トルク発生に関与する磁束は、完全に零とはなら
ないが、少なくなつている。従つてコイル１０，
１１と鎖交する磁束の密度Bgは第９Ｂ図のよう
になり、第８Ｃ図と同様にして電気角で180゜以
上にわたる正方向のトルクが生ずる。なお第８Ａ
図の空隙部分２０及び第９Ａ図の凹部２１には、
比磁化率の少さい非磁性体が充填されていてもよ
い。

第１０ａ図及び第１０ｂ図は夫々４極及び６極
のブラシレスモータの場合であつて、第１０ａ図
は４極の磁石７Ａ，７Ｂ，８Ａ，８Ｂと、第１の
相のコイル１０Ａ，１０Ｂ及び第２の相のコイル
１１Ａ，１１Ｂとが設けられている。また第１０
ｂ図には６極の磁石７Ａ，７Ｂ，７Ｃ、８Ａ，８
Ｂ，８Ｃと、第１の相のコイル１０Ａ，１０Ｂ，
１０Ｃ及び第２の相のコイル１１Ａ，１１Ｂ，１
１Ｃとが設けられている。第８Ａ図の場合には、
ローター１の磁石の一部に空隙部分があるので、
ローター１の回転のバランスが悪くなる不都合が
生ずる。しかし第１０ａ図または第１０ｂ図のよ
うに４極または６極にした場合、空隙部分２０
ａ，２０ｂまたは２０ａ，２０ｂ，２０ｃを軸に
対してほぼ対称に配置することができるので、ト
ルクによつて生ずるロータのモーメントを均一に
することができる。

第１１Ａ図及び第１１Ｂ図は本発明の第３の実
施例を示すものである。第１１Ａ図に示すよう
に、この実施例の永久磁石７，８は電気角で180
゜ずつにわたつて取り付けられている。そして磁
石７と８との一方の境界の部分のローター１に
は、所定角度（例えば80゜）の切欠き２２が形成
されている。このために切欠き２２の部分におい
ては、磁路の一部が欠損することになる。従つて
コイル１０，１１に作用する磁束の密度は第１１
Ｂ図に示すように切欠き２２に対応する部分で減
少する。このため第８Ｃ図と同様にして電気角で
180゜以上にわたる正方向のトルクが生ずる。な
お第１１Ａ図の切欠き２２には、非磁性材料が充
填されてもよい。

第１２Ａ図、第１２Ｂ図は本発明の第４の実施
例を示すものである。第１２Ａ図に示すように、
夫々電気角180゜にわたつて設けられた永久磁石
７，８の一方の境界部分の固定子鉄心９と対向す
る内面には、所定角度の強磁性体のシールド板２
３が取り付けられている。この場合、このシール
ド板２３の領域の磁石７，８から発生する磁束
は、第１２Ａ図の点線で示すようにシールド板２
３で短絡されるので、外部には漏洩しない。即
ち、シールド板２３と固定子鉄心９との間の空隙
部分は磁気的にシールドされていて、ほとんど磁
束が存在しない。このため磁束密度Bgは第１２
Ｂ図に示すように、シールド板２３が存在する領
域でほぼ零となる。従つて、第８Ｃ図と同様にし
て電気角で180゜以上にわたる正方向のトルクを
発生させることができる。

第１３Ａ図、第１３Ｂ図は本発明の第５の実施
例を示すものである。第１３Ａ図においては、第
８Ａ図の空隙部分２０に強磁性材料（例えば鉄）
で形成されたヨーク２４が充填された構造となつ
ている。この場合、ヨーク２４の部分において
は、第１３Ａ図の点線で示す磁路が形成される。
このため第１３Ｂ図に示すように磁束密度Bgは
ほぼ第５Ｂ図と同様な曲線となる。即ち、第５Ａ
図に示す補極の磁石７ａ，７ｂを設けた場合とほ
ぼ同じ効果が得られる。この結果、第５Ｃ図と同
様にして電気角で180゜以上にわたる正方向のト
ルクを発生させることができる。

次に第１４Ａ図、第１４Ｂ図は本発明の第６の
実施例を示すものである。第１４Ａ図において
は、４つの補極の永久磁石７ｂ，７ｃ及び８ｂ，
８ｃがＮ極、Ｓ極交互に設けられている。このた
めコイル１０，１１に作用する磁束密度Bgのグ
ラフは第１４Ｂ図に示すように電気角180゜の付
近でこれらの補極に対応する凹凸が生ずる。従つ
て、このような構造でも電気角で180゜以上にわ
たる正方向のトルクも発生させることができる。
なお更に多数の補極を設けることも可能である。

また第１４Ａ図において、補極の永久磁石７
ｃ，８ｃがなく、その部分が空隙もしくは非磁性
材料で充填されているような構造も可能である。
この場合、その部分の磁束密度Bgは第１４Ｂ図
の点線のようになり、電気角で180゜以上にわた
る正方向のトルクを発生させることができる。ま
た磁石７ｃ，８ｃの部分が強磁性体で充填されて
いる場合も、第１４Ｂ図の実線とほぼ同様な磁束
密度のグラフが得られる。

なお第５Ａ図の構造において、第１４Ａ図の磁
石７ｃ，８ｃに相当する領域に第１１図の切欠き
２２または第１２Ａ図のシールド板２３を設ける
ようにしてもよい。この場合、第１４Ｂ図の点線
とほぼ同様な磁束密度のグラフが得られる。

次に第１５Ａ図、第１５Ｂ図は本発明の第７の
実施例を示すものである。第１５Ａ図では、ロー
ター１に取り付ける磁石として円筒状に一体に構
成されている異方性磁石２５を使用し、これを第
１５Ａ図のように４極に着磁している。そして第
１５Ａ図の縦線で示すように上下方向に磁区が整
列しているとすると、図のＸ部及びＹ部において
は、第１５Ｂ図に示すようにモータのトルク発生
に関与する半径方向の磁束が著しく減少する。従
つてこのような異方性磁石２５を使用して、一方
のコイルの電流によつて電気角で180゜以上にわ
たる正方向トルクを発生させることができる。な
お第１５Ａ図の構成は２相４極のブラシレスモー
タについてのみ適用することができる。また異方
性の方向が半径方向の異方性磁石２５を使用して
も、着磁の強さを変えることにより第１５Ｂ図と
同様な磁束密度Bgの分布を形成することができ
る。

なお上述の実施例による２相１相通電方式のブ
ラシレス直流モータによつて得られる効果を要約
すると、電気角で360゜にわたつて回転トルクが
零となる部分、即ち回転子の死点を無くすること
ができる。また１個の位置検出素子によつて各相
のコイルの電流切換えをすることができ、また電
流切換えのためのスイツチ回路（スイツチングト
ランジスタ）を２回路用いるだけで回転トルクを
発生させ得るので、従来のブラシレスモータの駆
動回路と比較すると、その回路素子を大巾に削減
することができる。この結果、駆動回路のコスト
ダウン、回路素子が少ないことによる信頼性の向
上及び駆動回路の小型化を図ることができる。特
に、駆動回路の構成が非常に簡単になるので、位
置検出素子及びスイツチングトランジスタを含め
た駆動回路を１つのパツケージに納めてIC化す
ることが容易である。更に位置検出素子が１個で
よいので、従来の複数の位置検出素子を使用して
いるブラシレスモータのように、コイルの各相間
の位置関係及び各素子間の相対的位置関係を調整
をする必要がない。従つて位置検出素子の位置調
整が容易で、組立工数を低減することができる。
また位置検出素子が１個であるため、従来のよう
に複数個の位置検出素子を１つのパツケージにモ
ジユール化したものを使用する必要がなく、回転
子の直径が種々のブラシレスモータに同一の位置
検出素子を使用することができ、部品の標準化が
容易である。

以上本発明をその実施例に基いて説明したが、
本発明はその技術思想に基いて種々の変形が可能
である。

例えば、上述の実施例においては、アウターロ
ーター型のブラシレスモータについて説明した
が、本発明はインナーローター型のブラシレスモ
ータについても適用し得る。またローター１の極
数を増加してもよい。また本発明は直流ブラシモ
ータも適用可能である。更に、固定子コイルとロ
ーターの永久磁石とがモータの軸方向に対向して
いるアキシヤルエアギヤツプ型のモータについて
も適用可能である。

また上述の実施例において、Ａ相及びＢ相コイ
ルの夫々の往路部分及び復路部分の成す角度αが
電気角で180゜以下になるように構成する場合
に、夫々のコイルの往路部分と復路部分との間を
接続しているモータの周方向に沿つた部分（以下
周方向）部分という）の中心角が上記αとなるよ
うにした。しかし、上記周方向部分の角度は、α
の位置角をα′とする場合、α′の補角β（βは位
置角で、α′＋β＝360゜）としてもよい。例え
ば、２相２極の場合第１６Ａ図に示すようにＡ相
コイル１０（実線）及びＢ相コイル１１（一点鎖
線）の夫々の往路部分及び復路部分の成す角度α
が120゜のとき（α′＝120゜）、Ａ相及びＢ相コイ
ルの夫々の周方向部分の中心角が360゜−120゜＝
240゜となるようにしてもよい。この場合、Ａ相
及びＢ相のコイル１０，１１は互いに180゜の位
相差でもつて巻装される。

またＡ相及びＢ相コイルの夫々の往路部分及び
復路部分の成す角度α（電気角）は、360゜×ｍ
＋α（ｍ：正整数）であつてもよい。この場合、
例えば第８Ｃ図の実線ａまたは点線ｂで示すＡ相
のコイルの往路及び復路部分によるトルク曲線を
相対的に360゜×ｍ移相したことになるので、Ａ
相コイルの往路及び復路部分によつて生ずる合成
トルクが第８Ｃ図の実線Ａと同様となり、電気角
で180゜以上にわたる区間において正方向のトル
クを発生させることができる。なおこの場合、モ
ータの極数をｎとするとＡ相及びＢ相のコイルの
夫々の往路部分及び復路部分の成す角度は、位置
角でα′＝３６０゜×ｍ＋α／〓となる。従つて、上述
と同様にＡ相及びＢ相の各コイルの周方向部分の中
心角をα′＝３６０゜×ｍ＋α／〓かまたはその補角β
＝ 360゜−３６０゜×ｍ＋α／〓とすることができる。

第１６Ｂ図はα＝100゜のときの２相４極の場
合であつて、Ａ相コイル１０Ａ，１０Ｂ（実線）
及びＢ相コイル１１Ａ，１１Ｂ（一点鎖線）の
夫々の周方向部分の角をβ＝360゜−
３６０゜＋１００゜／〓＝130゜（電気角で260゜）とし
ている。そして実線で示すＡ相コイル１０Ａ，１０Ｂ
は第１６Ｂ図に示すように互に電気角で360゜
（位相角で180゜）の位相差で配置され、またＡ相
及びＢ相の夫々のコイル１０Ａと１１Ａ及び１０
Ｂと１１Ｂとは夫々の電気角で180゜（位置角で
90゜）の位相角で配置されている。

本発明は上述の如く、第１と第２の相のコイル
の夫々の往路部分の中心と復路部分の中心との成
す角度が電気角で180゜以外の角度となるように
し、夫々のコイルの往路電流と復路電流とによつ
て発生する合成回転トルクが電気角で180゜以上
となるように上記第１及び第２のコイルと鎖交す
る磁束の密度を歪ませる磁束歪手段を設け、夫々
のコイルに順次行われる通電が上記回転トルクが
180℃以上となる領域内の所定部分において行わ
れるようにした。故に電気角で360゜にわたつて
回転トルクが零となる部分、即ち回転子の死点を
無くすることが出来る。従つて本発明によれば、
１つの位置検出素子を用いるのみで通電切換えを
行うことが出来る２相１相通電を行う場合にも、
特別な起動トルク発生手段を設ける必要がない。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は従来の３相１相通電方式のブラシレ
ス直流モータのローターと固定子の３相コイル
L₁，L₂，L₃との相対的な位置関係を示す説明
図、第１Ｂ図は各コイルL₁，L₂，L₃の通電の切
換え状態を示す波形図、第１Ｃ図は各コイルの通
電の切換えによつてローターに生ずるトルクを表
わすグラフである。第２Ａ図は従来の２相１相通
電方式のブラシレス直流モータのローターと固定
子の２相コイルL₁，L₂との相対的な位置関係を
示す説明図、第２Ｂ図は各コイルL₁，L₂の通電
の切換え状態を示す波形図、第２Ｃ図は各コイル
の通電の切換えによつてローターに生ずるトルク
を表わすグラフである。第３図は本発明をアウタ
ーローター型で２相１相通電方式の２相２極ブラ
シレス直流モータに適用した第１の実施例を示す
軸方向の縦断面図、第４図は第３図の−線断
面図、第５Ａ図は第３図及び第４図に示すブラシ
レス直流モータの動作原理を説明するための第４
図の簡略図、第５Ｂ図は各コイルと鎖交する磁束
の磁束密度のグラフ、第５Ｃ図はＡ相のコイルに
よつて生ずる合成トルクを説明するためのグラ
フ、第５Ｄ図はブラシレス直流モータの各コイル
の電流切換えによつてローターに生ずるトルクを
表わすグラフ、第５Ｅ図はＡ相及びＢ相の電流切
換えを示す波形図、第６Ａ図は本発明の２相２極
ブラシレス直流モータの駆動回路の一例を示す回
路図、第６Ｂ図は第６Ａ図の位置検出素子の出力
電圧を示す波形図、第７図は補極の永久磁石の着
磁の強さを変えた場合の第５Ｃ図と同様なグラフ
である。第８Ａ図〜第８Ｄ図は本発明の第２の実
施例を示し、第８Ａ図は第４図と同様なブラシレ
ス直流モータの断面図、第８Ｂ図は第５Ｂ図と同
様な磁束密度のグラフ、第８Ｃ図はＡ相のコイル
によつて生ずる合成トルクを示す第５Ｃ図と同様
なグラフ、第８Ｄ図はブラシレス直流モータのロ
ーターに生ずるトルクを表わす第５Ｄ図と同様な
グラフである。第９Ａ図、第９Ｂ図、第１０Ａ図
及び第１０Ｂ図は第２の実施例の変形例を示し、
第９Ａ図は第８Ａ図と同様な断面図、第９Ｂ図は
磁束密度のグラフ、第１０ａ図及び第１０ｂ図は
夫々４極及び６極のブラシレス直流モータを示す
第８Ａ図と同様な断面図である。第１１Ａ図、第
１１Ｂ図〜第１５Ａ図、第１５Ｂ図は本発明の第
３〜第７の実施例を示し、第１１Ａ図〜第１５Ａ
図は第５Ａ図と同様なブラシレス直流モータの断
面図、第１１Ｂ図〜第１５Ｂ図は夫々第１１Ａ図
〜第１５Ａ図に対応する第５Ｂ図と同様な磁束密
度のグラフである。第１６Ａ図及び第１６Ｂ図は
本発明の第８の実施例を示す第８Ａ図と同様な断
面図である。なお図面に用いられている符号において、１は
ローター、７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂは永久磁石、
９は固定子鉄心、１０，１１は固定子コイル、１
５は位置検出素子、２０は空隙部分、２１は凹
部、２２は切欠きである。

Claims

【特許請求の範囲】

１少くとも２つの第１及び第２の相のコイルと
少なくとも２極の第１及び第２の磁束発生手段と
を具備し、これらのコイルに順次切換え通電する
ことにより回転駆動を行うようにした直流モータ
において、上記第１及び第２の相の夫々のコイル
のトルク発生に関与する往路部分の中心と復路部
分の中心との成す角度が電気角で180゜以外の角
度となるように構成し、上記第１と第２のコイル
と鎖交する磁束の密度を歪ませる磁束歪手段を上
記第１及び第２の磁束発生手段のＮ極とＳ極との
反転領域の一方に設け、これによつて、上記夫々
のコイルの往路部分と復路部分とを流れる電流に
よつて発生する所定の方向の合成回転トルクが電
気角で180゜以上となるように構成し、上記回転
トルクが180゜以上となる領域内の所定部分にお
いて上記夫々のコイルへの通電が行われるよう
に、各相のコイルの通電を順次切換える電流切換
え手段を設けた直流モータ。