JPS61273157A - ブラシレス偏平モ−タ - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えばパソコン等のＯＡ機器の薄型ファンの
駆動部等に使用されるブラシレスの（偏平小型モータに
関するものであり、特に、トルク死点を排除したブラシ
レス偏平モータに関するものである。

［従来の技術］ 第８図はブラシレス偏平モータの一例を示すモータの概
略縦断面図、第９図および第１１図は従来構造を示すも
のであり、第８図を平面視した場合のマグネットとコイ
ルとの組合せのそれぞれ異なる例を説明する平面図であ
る。

第８図において、２はモータ軸７に取付けられだ円板状
のロータヨークであり、このロータヨーク２の外周縁部
には異なる極のマグネット１が順次、交互に隣接、配置
されて固着されている。このマグネット１とロータヨー
ク２はロータ３を構成する。モータ軸７は軸受６によっ
て回転自在に軸承されている。前記マグネット１に対向
させて、ステータの１部をなす円板状のヨーク５の外周
縁部には円周方向に複数個のコイル４が配設されており
、これらはいわゆるステータを構成している。

なお、コイル４が取付けられたヨーク５は図示していな
いモータケースに保持される。８は、ヨーク５に取付け
られ、ロータ３のマグネット１の極を検出するホール素
子からなる位置センサである。

おのおののコイル４には、電流を供給するリード線が接
続されてモータケースの外部に導かれている。

このような構成のブラシレス偏平モータにおいては、コ
イル４に電流を流すとコイル４には、コイルの上下方向
に向って磁力線が流れて磁界が発生し、コイル４の上下
面にはそれぞれ異なる！ｌ極ができる。そして、コイル
上面の磁極と、その上部に対面位置するロータ３のマグ
ネット１の磁極が同極であれば、それらは互いに反発し
あい、且つ、隣接の異極と吸引しあってロータ３は回転
しようとする。このため、前記位置センサー８により、
ロータ３の円周方向に分割されたマグネット１のＮ、Ｓ
極を検出し、マグネット１の位置に対応させて、そのマ
グネット１に対面するコイル４とが互いに同極になるよ
うにコイル４の電流を順次切換えてロータ３が連続して
回転するように構成されている。

ところで、第９図に示すように、異極同士を順次隣接さ
せて円周方向に等分に複数個（この場合４個）に分割（
着磁）されたマグネット１が円周方向に順次配設された
ロータ３であり、かつ、マグネット１に対面して配され
るコイル４も、マグネット１の前記分割数（１ｖｉ１数
）と一致させて円周方向に等分に配したコイル４（即ち
、この場合コイルも４個）であるいわゆるマグネット１
の着磁位置とコイル４位置の位相を一致させ、かつ、円
周方向に１８０度隔てて位置して相対する２個ずつのコ
イル４に交互に・通電するようにしたいわゆる２相のモ
ータであれば、例えば、第９図に示した状態のように、
各々のマグネット１と各々のコイル４との中心位置が互
いに一致した時には、たとえ相対面するマグネット１と
コイル４とが同極であっても、ロータ３が円周方向に回
転しようとする力が全周にわたって均り合ってしまい、
第１０図に示ずようにいわゆるトルク（回転力）が零と
なる点（トルク死点Ｃ）が発生する。

このことを第１０図に基づいて説明する。第１０図はモ
ータトルク曲線をマグネット１とコイル４の相対位置と
関連づけて示したものである。

第１０図において、実線で示す曲線Ａは、円周方向に１
８０１１隔てて相対する２個のコイル４ｂ。

４ｂ　　（実線で示した。）を直列に結線して通電した
時のトルク曲線、破線で示す曲線Ｂは、前記コイル４ｂ
　１４ｂとは９０度位相をずらした位置にあって、円周
方向に互いに１８０１）［てた位置にある２個のコイル
４ａ、４ａ（破線で示した。）を直列に結線して通電し
た時のトルク曲線を示している。また、ＣＷトルク、Ｃ
ＣＷトルクはそれぞれ時計方向回りのトルクおよび反時
計回り時のトルクを示す。

そして、モータを一定方向、例えば時計方向に回転させ
る場合には、前記２個ずつのコイル４ｂ。

４ｂおよび４ａ　、４ａに９０度間隔で交互に通電（電
流の向きは一定）させれば、図中、太い実線と破線で示
すトルク曲線が得られる。なお、前記、コイルへの通電
の切替えはステータに固定したホール素子により、マグ
ネット１の磁極の変化を検出することにより行う。この
場合、図中のトルク曲線において、０点がコイルの電流
切替点である。

本図からもわかるように、このような４極、４コイル、
２相モータの場合にはトルク死点、Ｃは、ロータ３が９
０度回転する毎に発生する。

このような現象がおこれば、常に安定したトルクが得ら
れな（なる。また、回転中であれば、マグネット１とコ
イル４とがこの点に来てもロータ３の慣性でロータ３は
回り続けることはできるが、特に起動時において、この
ような位置関係にあれば、モータ３を自動的に始動でき
ないことになる。

このような不都合をなくするために、例えば、第１１図
に示すように、マグネット１を６極着磁にし、コイル４
を４コイルとし、位置センサ（ホール素子）を２個とし
た２相モータとして、マグネット１の着磁位置とコイル
位置の位相をずらし、トルク零位置（トルク死点）を全
周にわたって除去できるようにしたモータが提案されて
いる。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、このような構成としたブラシレス偏平モータ
であっても、第１２図に１例として示す制御回路の゛よ
うに、マグネットの位置検出を行なうホール素子等の位
置センナをどうしても２個以上必要とし、この位置セン
サで検出されるホール電圧に基づいてコイルの電流切替
を行うトランジスタ等の電流切替素子も４個以上必要に
なったりして、駆動制御回路が複雑になり、かつ、高価
になるという問題点があった。なお、第６図において、
Ｔｒはトランジスタ、ｌ−Ｉ　Ｇはホール素子８、Ｌは
コイルを示す。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、このような問題点を除去するために、円周方
向に互いに異なる極のマグネットを隣ｉさゼて順次配設
してなるロータと、このロータに対向させて円周方向に
配設させた複数個のコイルからなるブラシレス偏平モー
タにおいて、前記ロータの異極が隣合うマグネットの境
界部に前記マグネットと着磁強度の異なる部分を設【ノ
たブラシレス偏平モータとした。

［作　　用コ このような構成にすると、マグネット＠磁位置とコイル
位置の位相が一致するブラシレス偏平モータであっても
、コイルは必ずマグネットのＮ極とＳ極にまたがるか、
Ｎ極またはＳ極と着磁強度の異なる部分にまたがること
になり、どのようなロータとステータの相対位置にあっ
てもトルクを発生させることができ、トルク死点を除去
することができる。そして、この場合には、ロータ位置
を検出するホール素子等の位置センサ、および、トラン
ジスタ等のコイル電流切替素子等の数もわずかのもので
良く、駆動制御回路も単純かつ安価になる。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を説明するもので、前記第８
図を平面視した場合のマグネットの平面配置を示すもの
である。なお、第１実施例におい−では、４極着磁のマ
グネットからなるロータと、４コイルからなるステータ
とで構成される２相ブラシレス偏平モータについて説明
する。

また、第８〜１２図と同一部分あるいは相当する部分に
は同一符号を用い、説明は省略する。

第１図において、マグネット１は円周方向４等分されて
Ｎ極とＳ極が交互に配置（着！１）されている。そして
、互いに異なる極が隣接しあうマグネット１の境界部（
分割部）１０には、マグネット１の着磁強度とは異なる
ｌｌ１１強度部分として、ロータ３の中心に対して対称
な位置において、半径方向に延び、かつ、各々異なる極
に所要の幅をもたせた無着磁部分９が２箇所形成されて
いる。

この無着磁部分９の幅は、各々のコイル４と各々のマグ
ネット１とが、第３図に示すような相対位置にある時、
即ち、各コイル４の中心位置と各マグネット１の中心位
置とが一致した時において、少なくともコイル４の片側
の一部分が、平面的にみてこの無着磁部分９に入るよう
にして決められる。より好ましくは、第２図に示すよう
に、コイル４の片側部分の幅をｄとし、無着磁部分９の
Ｎ１５ｆｆｌ側の各々の幅をＤとした時、Ｄ−ｄ程度に
する。この時にはコイル４の片側部分が無着磁部分９に
完全に入るのでモータ効率は最も良い。なお、無着磁部
分９の幅をいたずらに大きくすると、マグネット１の磁
来密度が低下するので回転力（トルク）がおちる。

このことは、フレミングの左手の法則により、通電され
ているコイルが磁界から受ける力のバランスを考えるこ
とによってもわかる。即ち、第２図に示すように、第３
図の左上のコイル４とマグネット１が位置する部分につ
いて考えてみると、コイル４の無着磁部分９と反対側の
部分はマグネツ、ト１からコイル４の中心側に向う力（
電磁力）ｆｌを受ける。一方、コイル４の無着磁部分９
側の部分は、この無着磁部分９を設けない場合にはこの
「１と反対向きに同じ強さの力「１を受けるので、この
双方の力は互いに打ち消し合ってトルクは発生しないこ
しになる。ところが、無１１１ｆｉ部分９を設けると、
この上に位置した無着磁部分９側のコイル４の部分は電
磁力を受けず、無着磁部分９側のマグネット１の着磁部
分の上に位置したコイル部分だけが前記ｆ１よりも小さ
い力「２を受けることになり、結局、コイル４には右回
転させようと（る力（ｆ　１−ｆ　２）が作用して、ト
ルクを発生させることができるのである。この場合、前
述の如く、片側の無着磁部分９の幅りと、コイル４の片
側の幅ｄを同一にすればｆ２は０（零）となり、回転力
は最も強くなることがわかる。

なお、本発明のようなブラシレスモータの場合は、コイ
ルはステータであるから、コイル電流とマグネット磁界
の相互作用により、マグネット１（ロータ３）が回転す
ることになる。

なお、この無着磁部分９は勿論、マグネットを切欠くこ
とによって形成させても良い。

そして、マグネット１に近隣させてコイル４などのステ
ータ側にはロータ３の位置検出センサであるホール素子
８が取付けられている。この場合、このホール素子８は
１個だけ取付ければ良い。前記無＠磁部分９は、マグネ
ット１の半径方向全長にわたって設けるものではなく、
必ず、マグネット１の外周縁部１ａが所要ｆｆｉ着磁さ
れるようにして形成する。即ち、第１図中、距離ｇだけ
は必ず＠磁された部分を残す。これは前記ホール素子８
により、マグネット１（ロータ３）の位置を検出できる
ようにするためである。

このような構成にしたブラシレス偏平モータの作動を第
３〜６図を参照しながら説明する。

第５図は前記第１０図の無着磁部分を設けない従来のモ
ータのトルク曲線に対応させて示す本実施例モータのト
ルク曲線を示すものである。

第５図において、実線で示す曲線Ｅは、周方向に互いに
１８０度隔たる２個のコイル４ｂ、４ｂ（実線で示す。

）を直列に結線して通電した時のトルク曲線、破線で示
す曲線Ｆは前記コイル４ｂ。

４ｂとは９０度位相をずらして配置され、互いに１８０
度隔たる２１１Ｍのコイル４ａ、４ａ（破線で示す。）
を直列に結線して通電した時のトルク曲線を示すもので
ある。そして、例えば時計方向にモータを回転させる場
合には、第６図に示すような構成とした制御回路により
、２個ずつのコイル４ｂ、４ｂおよび４ａ　、４ａに、
ホール素子８〈この場合はホールＩＣが望ましい。〉で
検出される磁場の反転に従って９０度毎に交互に一定方
法へ通電してやれば、第３図および第４図にそれぞれ示
ずように、ロータ３が回転するにつれて、コイル４が着
磁のＮ極またはＳ極と無＠磁部分９にまたがるか、Ｎ極
とＳ極にまたがることになって第５図に太い実線と破線
で示すような連続するトルク死点のないトルク曲線が得
られ、ロータ３とコイル４〈ステータ）とがどのような
相対位置にあってもトルクを常に発生できることになる
。

そして、制御回路においても、トランジスタＴｒは２個
、ホール素子ＨＧは１個で良く、回路も簡単になる。

なお、第５図において、曲線Ｅ、Ｆの交点Ｇでコイル４
ｂ１４ｂとコイル４ａ　、４ａの電流を切替える。また
、第６図において、Ｌｌ、Ｌ２はコ−（）Ｌｔ４ａ、４
ａ又は、４ｂ　、４ｂ　１Ｌ３、Ｌ４はコイル４ｂ　、
４ｂ又は、４ａ　、　４ａ　、丁ｒはトランジスタ、Ｈ
Ｇはホール素子（ｒｃ）８を示す。

また、第４図は、ロータ３（マグネット１）が第３図の
状態から４５度右回転した時の状態を示すものである。

以上説明した実施例では、無着磁部分９をロータの中心
に対して対称な位置に２箇所設けた場合を説明したが、
トルク死点を除去するためには、この無着磁部分９は異
極が隣接する境界部１０に１箇所のみ設けても良い。た
だし、この場合、モータ効率は無着磁部分９を前述の如
く２箇所設けた場合よりも低下する。また、境界部１０
の３箇所にも設けても良いが、この場合にはモータ効率
は前記１゛箇所のみ設けた場合と同様である。さらに、
境界部１０の４箇所に設けようとする場合は、４箇所と
も同じ形状（幅）の無着磁部分９としたのではトルクが
出ず、だめであり、例えばロータ中心に対して対称位置
の２箇所ずつの２組の無着磁部分の幅を異ならしめる等
して、形状を互いに異ならしめてトルクを発生可能なよ
うにする必要がある。

一方、以上の実施例では、４極着磁、４コイル、２相の
ブラシレス偏平モータについて説明したが、本発明では
、これとは異なる着磁数、コイル数のものでも適用でる
ものである。

例えば、第７図に示したものは、２極着磁、２コイル、
２相のモータであり、この場合は、無着磁部分９は境界
部１０の１箇所に設けられる。この場合の制御回路も第
６図に示すものと同様なもので良く、ホール素子ＨＧ、
　トランジスタＴｒもそれぞれ１個、２個で良い。ただ
しコイル数は４個を２個に置き換えたもので良い。

さらに、以上の実施例では、いずれも、マグネットの境
界部１０に設けるマグネット１の着磁強度と着磁゛強度
が異なる部分を無着磁とした場合を説明したが、これは
、この部分をマグネット１の着磁強度よりも弱い強度の
着磁にしたり、あるいは、強い強度の着磁にして、トル
クを発生できるようにしても良い。この場合は、この強
度の異なる着磁部分は、マグネット１の半径方向全長に
わたって設けても良い。即ち、第１図におけるＱは零で
も良い。このような場合はこの部分の１！磁が容易であ
る。そして、無着磁部分が排されるために、マグネット
の磁束密度が高くなり、モータの回転力（トルク）が大
ぎくなり、モータ効率が良くなるので一層効果的である
。

また、マグネットと着磁強度の異なる部分の形状は、以
上説明したものに限られるものではなく、要するに本発
明の趣旨を逸脱しない範囲の種々の形状のものが可能で
ある。例えば、コイルの形状も本実施例では円形および
楕円形状としたが、三角形状などにもすることもでき、
これらコイルの形状にも適合させてトルク死点を最も効
果的に除去できる着磁強度の異なる部分の形状を選ぶこ
とが大切である。

なお、コイルとしては巻線コイルであっても銅箔コイル
などであっても良い。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は特許請求の範囲に記載し
たような構成にしたので、マグネットを有するロータと
コイルを有するステータとが、どのような相対位置にあ
ってもトルクを常に発生させることが可能となり、トル
ク死点を除去することができる。従って、常に安定した
回転力が得られる。また、モータの起動時においても、
円滑に始動を開始できる。そして、ロータ位置を検出す
るホール素子等の位置検出レンサ、および、トランジス
タ等のコイルの電流切替え素子等の数量はわずかのもの
で良く、駆動制御回路も単純なもので良く、かつ、安価
に製作できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明の１実施例を示すものであり、
第１図はロータを構成するマグネットの平面配置を示す
図、第２図はロータの回転原理を説明する部分平面図、
第３図、第４図はそれぞれコイルとロータとの異なる位
置関係を説明する平面図、第５図はモータのトルク曲線
図、第６図はモータの駆動制御回路図、第７図は本発明
の他の実施例を示す平面図、第８図はブラシレス偏平モ
ータの一例を示す概略構造縦断面図、第９図〜第１２図
は、従来技術を説明するものであり、第９図および第１
１図は、マグネット数とコイル数のそｉＮぞれ異なる組
合せ例を説明する平面図、第１０図は第９図に示すマグ
ネット数とコイル数の組合せ時のモータのトルク曲線、
第１２図は第１１図に示すマグネット数とコイル数の組
合せ時のモータ駆動制御回路図である。 １・・・マグネット、３・・・ロータ、４・・・コイル
、７・・・モータ軸、８・・・ホール素子（位置センサ
）、９・・・無着磁部分、１０・・・マグネット境界部
。 特許出願人　　　宇部興産株式会社 第３図　第４図 第５図 ４８　　　　４０　　　６ａ　　　　４０第７図　　　
第８図 第９図　　　第１１図 ！″０図　　　第１２図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）円周方向に互いに異なる極のマグネットを隣接さ
   せて順次配設してなるロータと、このロータに対向させ
   て円周方向に配設させた複数個のコイルからなるブラシ
   レス偏平モータにおいて、前記ロータの異極が隣合うマ
   グネットの境界部に前記マグネットと着磁強度の異なる
   部分を設けたことを特徴とするブラシレス偏平モータ。
2. （２）前記着磁強度の異なる部分を、無着磁部分とした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のブラシレ
   ス偏平モータ。
3. （３）前記着磁強度の異なる部分を、前記マグネットの
   着磁強度よりも弱い着磁部分、または強い着磁部分とし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のブラシ
   レス偏平モータ。
4. （４）前記モータは前記マグネットを４極着磁、前記コ
   イルを４コイルとし、２相モータであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１ないし第３項記載のブラシレス偏
   平モータ。
5. （５）前記モータは、前記マグネットを２極着磁、前記
   コイルを２コイルとし、２相モータであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１ないし第３項記載のブラシレス
   偏平モータ。