JPS61285051A - 単相ブラシレスモ−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〕 この発明は、出力が広い範囲にわたって変更可能であり
、かつトルクリップルの少ない単相ブラシレスモータに
関するものである。

〔従来の技術〕

ブラシレスモータは、長寿命、高信頼性という特徴によ
り各種の情報機器１．工作機械などに広く用いられてい
る。その構造は、ｐ−タマグネットの磁極位置をホール
素子等の磁気センサで検出し、この結果に基づいてステ
ータコイルの通電を切替えることで回転運動を得るもの
である。しかし、上記の磁気センサおよび切替えのため
の電子回路が高価なことが、ブラシレスモータの欠点で
ある。

磁気センサおよび電子回路のコストは、通電相数を減じ
ることで低下し、単相とすることで最も安価となる。し
かしながら単純に単相化しただけでは、ある回転角にお
いて出力トルクがＯとなる、いわゆる死点をもつモータ
となり、実用には適さない。

単相モータの死点解消法として、米国特許Ｈ１，３８７
３８９７号明細１匠記載されている方法が良く知られて
いる。この方法は、ロータとステータ間のエフギャップ
に変化をもたせることによってレラクタンストルクを発
生させ、これと通電によるトルクとを重ね合わせること
Ｋより死点を解消する方法である。この原理を第７図に
示す。

第７図において、（幻は通電により発生するトルク曲線
を示し、Ｘの点が死点となる。（ｂ）はレラクタンスト
ルク曲線であり、トルク曲＃Ｊ（ａ）Ｋンラクタンスト
ルク曲ＩＷ（ｂ）を重ねると合成トルク曲線（ｅ）のよ
５になって、死点がなく、かつトルクリップルの少ない
トルク特性が得られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の方法の欠点は、出力を変えると大きなトルクリッ
プルが発生することである。すなわち、出力を上げると
第７図のトルク曲線（ｄ）のようになり、出力を下げる
とトルク曲線（ｅ）のようＫなり、いずれもトルクリッ
プルが増大し、さらに出力を下げるとトルク曲線（ｆ）
のよ５に逆方向トルクＴｃを発生して正常な動作が不可
能となる問題点があった。

この発明は、上記の問題点を解決するためＫなされたも
ので、出力の広い範囲にわたってトルクリップルが少な
く、かつ効率が高い単相ブラシレスモーフを安価に提供
することを目的とする。

〔問題点を解決するだめの手段〕

この発明にか−る単相ブラシレスモーフは、ｐ−タＫ、
２ｍ極の第１の着磁部と、４ｍ極の第２０着磁部とを設
け、一方、ステータに前記第１゜第２０着磁部に対応し
て第１．第２のコイルを設け、さらに第１の着磁部の位
置検出部と、通電切替部および通電制御部を設けたもの
である。

〔作用〕

この発明は、第１０着磁部に対応する第１のコイルには
磁極位置に応じた通電切替えを行い、第２０着磁部に対
応する第２のコイルには第１のコイルの通電電流の大き
さに比例する直流電流を流して、トルクリップルを抑止
する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図である。この
図で、１はヨーク、２は永久磁石からなる磁極で、後述
するようＶＣ２種の着磁部を有しており、これらで−一
夕が構成される。３はコアで、突極４が形成され、第１
のコイル５と、第２のコイル６とがそれぞれ巻回されて
おり、これらでステータが構成される。７はペアリング
ハワジング、８はベアリング、９はシャフトであり、ヨ
ーク１と磁極２が゛鏡板（図示せず）を介してシャフト
９に取付けられており、ベアリング８により回転自在沈
支承されている。この実施例は、ヨーク１と磁極２とが
ロータとなり、コア３と第１．第２のコイル５，６がス
テータとなったアウタルータ型の単相ブラシレスモーフ
である。１０はホール素子である。

ロータの磁極２は、第２図に展開して示すようＫ、２ｍ
極（ｍは１以上の整数で、この実施例ではｍ＝２）の第
１＋７）！磁部２１と、４ｍ極の第２０着磁部２２とが
形成される。両着磁部２１　、２２はいずれもラジアル
方向に、かつ円周方向に沿つ？Ｎ極とＳ極が交互に形成
されている。

第１．第２の着磁部２１，２２の形成は、第２図に示す
よう忙磁性材料に着磁により行うほか、第３図に示すよ
うＫ、磁性材料忙切欠部２３と２４を入れておき、Ｎ極
とＳ極の着磁を施丁ことＫより行ってもよい。

ステータには、第１０着磁部２１に対応する開角の第１
のコイル５と、第２の着磁部２２に対応する開角の第２
のコイル６が設けられる。第１図では同一のコア３に第
１．第２のコイル５．６を巻回した場合を示したが、こ
の他、シャフト９方向に分離した２つのコアを設け、こ
の−万に第１のコイル５を、他方に第２のコイル６を巻
いてもよく、場合忙よつ℃はコアレスとじ工もよい。ホ
ール素子１０は第１の着磁部２１に対向する位置に設け
られる。この動作は第４図により説明する。

第４図はこの発明に用いる駆動回路の一例である。この
図で、５，６．１０は第１図に示すものと同じ第１．第
２のコイルとホール素子であり、Ｑ１〜Ｑ、はトランジ
スタ、ＲＩ”＝ＲＩＯは抵抗器。

■は制御端子である。また３０は位置検出部、４゜は通
電切替部、５０は通電制御部である。

この動作について説明する。ロータの回動により第１の
着磁部２１がホール素子１０と対向する位置に来ると、
ホール素子１０から出力が出る。

この出力はトランジスタＱ、、Ｑ、で差動増幅され、そ
の出力はさらにトランジスタＱ、〜Ｑ、で電力増幅され
、第１のコイル５の通電を行う。ｐ−タがさらに回転し
次の第１の着磁部２１がホール素子１０と対向すると、
このときの第１の着磁部２１の極性は前回と逆のためホ
ール素子１０の超電力の方向も逆となり、第１のコイル
５の通電方向が逆に切替えられる。一方、第１コイル５
に流れる電流に比例した直流を流（この実施例では第１
のコイル５と第２のコイル６０を流の大きさは同じ）が
トランジスタＱ、を介して第２のコイル６に通電される
。この通電電流の大きさは制御端子Ｔから印加されるペ
ース電流により制御される。なお、第２のコイル６に並
列に可変抵抗器を接続して第２のコイル６の電流量を調
整できるようにしてもよく、さらに、全体の電流量のＵ
４整が必要ないときにはトランジスタＱ、は取除いても
よい。

＠５図はこの発明のトルク特性を示す図で、第７図に対
応するものである。ただし、第５図の曲線（ｂ）は第２
のコイル６により発生するトルク曲線である。この図か
られかるように、出力を大きくしたときは曲線（ｄ）の
よう忙なり、出力を小さくしたときは曲ＩＡ（ｅ）のよ
うになる。さらに、出力を下げると曲１１（ｆ）のよう
Ｋなって第７図の従来例のときに生じたトルクリップル
が太き（抑制されることがわかる。

上記のようＫ、この発明は第１のコイル５と第１０着磁
部２１、第２のコイル６と第２の着磁部２２によりトル
クを発生する。両者のトルクの比率を２：１とすると最
もトルクリップルの少ない特性が得られる。比率を所要
の値に設定するためには、第１．第２０着磁部２１，２
２の幅を変えるか、第１．第２のコイル５．Ｇの巻数を
変えるかすればよい。

なお、第１図に示す実施例は磁極２とコア３の吸引力に
よりレラクタンストルクが発生する可能性がある。これ
はトルクリップルの原因となるので、このレラクタンス
トルクを抑制するのが好ましい。具体的には、磁極２の
各極間の無着磁部分の幅を調整すること、スキューを設
けることなどの手段を採り得る。コアレスタイプとすれ
ばこのような配慮は不要であるが、発生トルクが低下す
るので目的に応じて使い分けするのがよい。

また上記の実施例はアワターロータタイプの単相ブラシ
レスモータの場合であったが、同様の原理に基づい℃イ
ンナーロータイブ、７キシヤルギヤツプタイプのモータ
を構成することも可能である。さらＫ、同様にしてリニ
アモータを構成することもできる。

第６図（ａ）、（ｂ）はフラットモータにこの発明を応
用した例を示すステークとロータの平面図である。第１
０着磁部２１と第２０着磁部２２との位置関係を変える
ことで、第１のコイル５と′第２のコイル６の位置関係
を任意に設定することができる。この例では第２のコイ
ル６を第１のコイル５の中央Ｔｉｃ＠き、スペースの有
効活用を図っている。

〔発明の効果〕

以上説明したようＫ、この発明はロータに２ｍ極の第１
０着磁部と、４ｍ極の第２の着磁部とを設け、一方、ス
テータ忙第１０着磁Ｓに対応し１第１のコイルを、また
第２０着磁部に対応して第２のコイルを設け、第１の着
磁部と第１のコイルにより発生するトルクリップルを第
２の着磁部と第２のコイルとにより発生させたトルクで
抑止するようにし、さらＫ、第１のコイル電流れる電流
に比例する直流電流を第２のコイルに流すよう忙したの
で、出力の増大、減少にか−わらず常にトルクリップの
ないトルク特性が得られる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図は第
１図の実施例の磁極を展開して示した着磁状態を示す図
、第３図は他の例を示す第２図と同様な図、第４図はこ
の発明に用いる駆動回路の一例を示す図、第５図はこの
発明によるトルク特性の一例を示す図、第６図（ａ）、
（ｂ）はこの発明なフラットモータに応用した例を示す
ステータ側とロータ側をそれぞれ示す平面図、第７図は
従来の単相ブラシレスモーフのトルク特性図である。 図中、１はヨーク、２は磁極、３はコア、４は突極、５
は第１のコイル、６は第２のコイル、７はペアリングハ
ワジング、８はベアリング、９はシャフト、１０はホー
ル素子、２１は第１の着磁部、２２は第２０着磁部、３
０は位置検出部、４０は通電切替部、５０は通電制御部
である。 第１図 １：５−り ２：、ｍｌ眉 ３・コア ４：突盾 １０、ボール素子 第２図 ？ 第３図 第４図 第５図 （ｆ）　　ニュヤユユ、ユ、 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ２ｍ極の第１の着磁部と４ｍ極の第２の着磁部とを有す
   る磁極からなるロータと、前記磁極とエアギャップを介
   して配置され前記第１の着磁部に対応して設けられた第
   １のコイルと、前記第２の着磁部に対応して設けられた
   第２のコイルとを有するステータと、前記第１の着磁部
   の磁化成分の前記第１のコイルに対する位置を検出する
   位置検出部と、この位置検出部の検出結果に基づいて前
   記第１のコイルに対する通電方向を切替える通電切替部
   と、さらに前記第１のコイルに流れる電流の大きさに比
   例する直流電流を前記第２のコイルに通電する通電制御
   部とからなることを特徴とする単相ブラシレスモータ。 たゞし、ｍは１以上の整数とする。