JPS62171449A - 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】 （発明の産業上の利用分野） この発明は、フロッピーディスク用スピンドルモータ、
オーディオ、ビデオ−器用モータ等に適する単相ブラシ
シスモータに関する。

（発明の技術的背景とその問題点） プラシノスモータは、直光モータの時性に刃口えて、ブ
ラシとコミエテータがないため、ノイズか発生しない、
長寿命である等の＠徴があるｔめ、各種の装置に多用さ
ｎている。このブラシＶスモ−タは、電子回路を用いて
電機子コイルの通電切換を行なっているが、モータの相
数が多くなればなるほど、その相数分の位置検知索子を
含む駆動回路が必要ｊこなり、高価になる欠点がある。

このため軸流ファン等の装置では、駆動回路が１相分で
足りる安価な単相ブラシレスＤ−夕が使用されている。

この単相ブラシレスモータは、たまたま死点位置で停止
していると自起動できない欠点がある。

従って、従来の単用グラシレス七−夕は、自起動できる
ようにするため、エアーギャップ中に鉄棒等のコギング
トルク発生部材を配設したり、エアーギャップに傾斜を
っけたりして、コギングトルクを発生させ、ロータを必
ず自起動できるようにしている。

このようにコギングトルクを利用した単相ブラシレスモ
ータは、コギングトルクが発生するため滑らかな回転を
行なえないばかりか、前者の方法では部品点数が多くな
り、後者のＵ法では大きな回転トルクが得られない欠点
があり、いずれも組立がやっかいで高価になる欠点があ
った。

その他に知られている単相ブラシレスｅ−夕としては、
駆動用ロータマグネットに無着磁部（実質的無着磁部を
含む）を形成したものもあるが、かかる無着磁部を形成
することはやっかいで安価に量産できない欠点がある。

（発明の課題） 本発明は、コギングトルクが発生せず、トルクリップル
が少なく滑らかに回転し、また無着磁部を設けるような
ことをせず有効に合成トルクが発生する効率の良効な単
相ブラシレスを一部を組立容易で安ｆａｔｉｔこ量産す
ることのできるようにすることを課題とする。。

（発明の課題達成手段） かかる本発明の課題は、駆動用ロータマグネットのＮ、
Ｓのいずれか・一方の磁極を電気角で１２０度に、他Ｈ
の磁極を電気角で２４０度に２ｐ（ｐは１以ヒの整数）
個着磁形成すると共に、上記口開 一部マグネットにエアーギャップを介して対してΔ ステータヨークを設け、このステータヨークに２明細１
１寸のｊ”Ｉ”’　ｌ°７（内’；’７　ｉＺ　’Ｘ更
イヱＬ））ｍ（ｍは１以上の整数）組の電機子コイルを
トロイダル状に巻回形成し、それぞれの組のＩｌ！Ｅ磯
子コイルは１個の犬４硯子コイルと逆回ゎシの起磁力が
発生するようンこ電気的に４１１５　ｒ心され、しがも
電気角で１２０　ｕｌ＋Ｑ＆＝’Ｌ且つ２分の１アンペ
アターンの起磁力を生ずる２個の小Ｍｄ子コイルがらな
り、ｍ組の大蹴鼠子コイルｒ同−立４ｆｌｌ角に、ムシ
のｍ組の犬′ζ徴子コイルを逆位相角に配設し、マグネ
ットロータの龜ｊ泣コ會萩出してｍ組のコイル群と残り
のｍ組のコイル群とＦ４：Ａ角で１８０ｄずつ父互に通
電すること（てＬっで達成される。

（芙施列〕 第１０は本発明の一実施しリの単相コアンス偏平ブラシ
Ｖスモークの縦断１ＪＩＩ区を示す。Ｃの単相コアレス
制平ブラシレスモータ１は、ステータ電機子２の上下面
にロータマグネッ）６．３’ｉ設けて相対的目切するよ
うにしている。ステーノ′−−子２は、プリント基板４
の一部に透孔５を設け、この透孔５を利用して１示しな
い固定側木本に騙子止めする等して、ステーク４濾子２
を固定する１ようにしている。プリント基板４の上面に
は、円環状のステータヨーク６を、これに設けた透孔７
とプリント基板４に設けた透孔を略々一致させ、接着剤
を用いて互いに貼着すると共に非磁性体でできた図示し
ない螺子を用いて固定している１、ステータヨーク６の
表面は、絶縁処理を施こし、ステータヨーク乙にトロイ
ダル状に巻回するための後記する電機子コイル９Ａ・・
・とのショートを防いでいる。プリント基板４には、軸
受ホルダ１ｏを固定し、このホルダ１０の内部に設けた
、例えばオイルレスメタル等の軸受１１によって回転軸
１２を回動自在に軸支している。回転軸１２の両端部に
はボス１４−１．１４−２を介シてロータヨーク１３−
１．１３−２を設け、このロータヨーク１３−１．１３
−２の内面に後記するロータマグネット３，６′を設け
てステータ電機子２と相対的回転するようにしている。

第２図はロータマグネット６とステータ電機子２との上
面斜視図を示すＱこの場合１第２図のようにステータ電
機子２の−Ｈの面にのみロータマグネット３を設けるだ
けでも良いが、より大きな回転トルクを得るためには、
ステータ電機子２の下面と面対向して第１図の如くロー
タマグネット３′を設けることが望ましい。尚、ロータ
マグネット６と６′を設ける場合には、互いにステータ
電機子２を介して対向する面部を同極同士にする必要が
あるっ第２図を参照して、ロータマグネット３（ロータ
マグネット６′も同様）は、ステータ電機子２と対向す
る面にＮ極を電気角で２４０度に、Ｓ極を電気角で１２
０度となるように着磁した２極のものにしている。

しても、いずれか−Ｈの磁極の幅を他方の磁極の福の２
倍に形成する必要があろうこの理由は、例ｔば、ステー
タ電機子２にトロイダル状に巻回形成した１個の大電機
子コイル９Ａを考えてみることで理解できる。例えばロ
ータマグネット３をステータ電機子２に対向させて回転
させると、大電機子コイル９Ａの端子からは、電気角で
２４０度の範囲に渡って逆起電力波形が得られる。この
波形を基に電気角で１８０度の範囲を選択して通電すれ
ば、電気角で１８０度の範囲に渡って平担なトｌレクを
得ることができる。逆起電圧波形とトルク波形とは、発
電機とを−タとの関係があり、正負逆方向の波形を得る
ことができるものである５従って、大電機子コイル９Ａ
を設けることで、一方の磁極が電気角で２４０度のロー
タマグネット３（６つを回転させるためのトルクが電気
角で２４０度の範；ｍに渡って発生させることができる
（第５図（Ｃ）参照）。しかし、このままでは。

電気角で３６０度の範囲に渡って平坦ナトルクを発生す
ることができないので、第２図（尚、第２図では上記透
孔５の部分は省略する）及び第３図で示すように大電機
子コイル９Ａと電気角で１８０度ずれた位置にも大電機
子コイル９’Ａを設ける必要がある。この大電機子コイ
ル９Ａ、　　９’Ａは、後記Ｔる小電機子コイル９Ｂ−
１，９Ｂ−２，９’Ｂ−１，９’Ｂ−２よりも大きなト
ルクを発生することができるように、小電機子コイル９
Ｂ−１，・・・。

９’Ｂ　−２よりも多くの導線ターン数で巻いて２倍幅
のものにするのが望ましい。大電機子コイル９Ａと１８
０度対亦なステータヨーク６位置に置床な大電機子コイ
ル９’Ａを巻回形成している。大電機子コイル９Ａから
互いに反対方向に電気角で１２０度ずれたステータヨー
ク６位置に、大電機子コイル９Ａの２分の１アンペアタ
ーン数で巻かれ且つ略２分の１幅にトロイダル状に巻回
形成した２個を１組とする手工様子コイル９Ｂ−１゜９
Ｂ−２をトロイダル状にステータヨーク１６位置に巻回
形成している２同降に大電機子コイル９′Ａに対しても
、これの２分の１アンペアターン数で巻かれた２個で１
組とするトロイダル状の小電機子コイル９’Ｂ−１，９
’Ｂ−２を巻回形成している。このように大電機子コイ
ル９Ａ、９’Ａと小電機子コイル９Ｂ−１，９Ｂ−２，
９’Ｂ−１，９’Ｂ−２を設けるの１よ、例えば大電機
子コイル９Ａと小電機子コイル９Ｂ−１，９Ｂ−２を考
えると今、大電機子コイル９Ａのみだと、ステータヨー
ク６の記号ａの部分が飽和してしまい、十分なトルクが
得られなくなるので、小電機子コイル９Ｂ−１゜９Ｂ−
２を設け、記号すの部分で上記記号ａの部分の飽和を防
ぎ、且つ打消している。このため、第３図に示すように
大電機子コイル９Ａ、９’Ａと小電機子コイル９Ｂ−１
，９Ｂ−２，９’Ｂ−１゜９’Ｂ　−２を設け、互いに
逆回わりの起磁力を発生ずるように電気的に接続される
と共に、大電機子コイル９Ａ、　　９’Ａと小電機子コ
イル９Ｂ−１，９Ｂ−２，９’Ｂ−１，９’Ｂ−２が逆
位相角となるように配置し、ステータヨーク６の飽和を
防ぎ、〔−タが効率良く回転するようにしている。この
ため、コイル９Ａ、９’Ａ、９Ｂ−１，９Ｂ−２゜９’
Ｂ−１，９’Ｂ−２が等間隔に配設されることになる。

大電機子コイル９Ａの−かの端子は正側′π源に接続さ
れ、その池Ｈの端子は小電機子コイル９Ｂ−２の他方の
端子に接続され、該コイル９Ｂ−２の一方の端子は小電
機子コイル９Ｂ−１の他Ｈの端子に接続され、コイル９
Ｂ−１の一方）端子は負側電源に接続されている。大電
機子コイル９’Ａの一方の端子は大電機子コイル９Ａの
−Ｕの端子に接続され、正側社源に接続され、他Ｈの端
子は手工接子コイル９Ｂ−１の他Ｈの端子に浚続され、
コイル９Ｂ−１の一方の端子は小電機子コイル９’Ｂ　
−１の他方に接続され、コイル９’Ｂ−１の−かの端子
は負側眠源に接続している。従って、第４図において、
大電機子コイル９Ａ、、、　　９’Ｂは他の小電機子コ
イル９Ｂ−１，９Ｂ−２，９’Ｂ−１！９’Ｂ　−２の
２倍の幅となるように導線を多数ターン巻回形成してい
る。）上記電機子コイル９Ａ、９’Ａと９８−ｊ、９Ｂ
−２，９’Ｂ−１，９’Ｂ−２に交互に通電制御回路に
よって電気角で１８０度ごとに通電することで、第５図
（ｉ）に示す合成トルクが得られる。

かかる第５図（１）で示ア合成トルクが得られるのは第
５図＋２１〜（ｉ−１］から明らかである。電機子コイ
ル９’Ｂ−１，９Ｂ−１，９’Ａ、９Ｂ−２，９’Ｂ−
２゜９Ａそれぞれによって得られるトルクは、第５図Ｈ
Ｃユ）〜（、ｈ）のとおりである。このため、電機子コ
イル９’Ａ、　　９’Ｂ−１，９’Ｂ−２によって得ら
れる合成トルクは第５図（ａ）で示すようになり、電機
子コイル９Ａ、９Ｂ−１，９８−２によって得られる合
成トルクは、第５図１１））で示すようになる。従って
、第５図（：ｌ）及び（１））の合成トルクを合成すれ
ば、第５図：１）に示すように電気角で３６０度の範囲
に渡って均一で平均なトルクリップルの少ない合成トル
クが得られることが明らかである。

尚１図示しない通電制御回路のホール素子等の磁電変換
素子を用いた位置検知素子１６は、上記コイルに電気角
で１８０度ずつ通電する必要があるので、この場合には
、回転軸１２と共に回転するＮ、　Ｓの磁極が電気角で
１８０度ごとに着磁された位置検知用ロータマグネット
を設け、このマグネットを上記位置検知素子で検出する
ようにすれば良い。別の位置検知素子としては、（伯駆
動用のロータマグネット３（ろ○に位置検知用のロータ
マグネット１７（第３図参照）を一体して形成し、この
ロータマグネット１７に位置検知素子を対向させ、電気
角でコイルに１８０度通主通電、（町位置倹知素チの切
換点にバイアスを設けて、電気角で１８０度ずつ切換え
る、（ハ）２個の位置検知素子を互いに電気角で１８０
度ずらして配置し、この２つの素子の出力差を利用して
通電切り換えすれば良い。いずれのか法を採用しても良
いが、回転軸１２と共に回転する位置検知用ロータマグ
ネット１７（第３図参ｆＡ）を上記ロータマグネット６
又は６′と共に一体して設け、これを位の検知素子１６
で検出するようにするのが簡易である。

尚、上記例においては、ロータマグネットとして２極の
ものを用いたが、２ｐ（ｐは１以上の整数）極のもので
あれば良く、又大電機子コイルを子コイルを１組とする
とき、２ｍ組（ｍは１以北の整数）を設けたものであれ
ば良い。又、上記例の単相ブラシレスむ一夕では、偏平
タイプを示したが、円筒タイプでも良いことは言うまで
もない。

（発明り効果） 本発明は、従来のようにコギングトルクを利用して自起
動させていないので、構造が簡単で且つ組立が容易にな
り、安価に形成でき、また均一なエアーギャップとする
ことができるので、コギングによるトルクむらがす＜、
広い出力範囲（゛二渡）て平担なトルク特性、すなわち
滑らかに回転する単相ブラシレスモータを得ることがで
きる。又、本発明では、やフかいなコギングトルク発生
手段を設けたり、無着磁部を形成したりする必要がなく
、単にロータマグネットのＮ極とＳ極の着磁幅を変える
だけで、自起動できる単相ブラシレス〔−夕を安価に量
産できる。更にまた、電機子コイルはトロイダル状に巻
かれているので、無駄な部分がな（、はとんどトルクに
寄与し、しかも、コイルを重ねて配設する必要がないの
で量産に適し。

また両面にロータマグネットを配設すれば、更に大きな
トルクを樽ることもできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適した一例としての単相コアレス偏平
ブラシレスセータの縦断面図、第２図は同〔−夕のロー
タマグネットとステータ電機子の平面を表わした斜視図
、第３図は同ロータマグネットとステータ電機子との展
開図、第４図は同ステータ電機子の平面図、第５図は同
も一夕のタイミングチャートで、同（ａ）は電機子コイ
ル９’Ａ、　　９’Ｂ−１，９’Ｂ−１に通電すること
によって得られる通電波形タイミングチャートを、同（
ｂ）は電機子コイル９Ａ、９Ｂ−１，９Ｂ−２に通電す
ることによって得られるタイミングチャートを、同（イ
〕）はによって得られるトルクタイミングチャートを、
同ｉｅ）は電機子コイル１’Ａによって得られるトルク
タイミングチャートを、同（ｆ）は電機子コイル９Ｂ−
２によって得られるトルクタイミングチャートを、同（
ｇ）は電機子コイル９’Ｂ−１！どよりて得・〕！シロ
１／Ｌ”夕４ゝ′グｆ“−トワ（１゛）は電機子°イ１
ル９Ａによって得られるトルクタイミングチャートを、
同ｆｉ）は全電機子コイルの合成トルクタイミングチャ
ートを示す。 １・・・単相コアレス偏平グランレスむ一タ、　２・・
・ステータ電機子、３．３’・・・ロータマグネット、
４・・・プリント基板、　５・・・透孔、　６・・・ス
テータヨーク、　７・・・透孔、　８・・・螺子、　９
Ａ、９’Ａ・・・大電機子コイル、　９Ｂ−１，９Ｂ−
２，９’Ｂ−１，９’Ｂ−２・・・小電機子コイル、　
　１０・・・軸受ホルダ、　　１１・・・軸受、　　１
２・・・回転軸９．１３−１．１３−２・・・ロータヨ
ーク、　　１４−１゜１４−２・・・ボス、　　１５・
・・通電制・卸回路、　　１６０．・位置検知素子、　
　１７・・・位置検知用ロータマグネット。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎ極、Ｓ極のいずれか一方の磁極が電気角で１２
   ０度、他方の磁極が電気角で２４０度となるように着磁
   された２Ｐ（Ｐは１以上の整数）極のロータマグネット
   と、該ロータマグネットにエアーギャップを介して対向
   配設されたステータヨークと、該ステータヨークに２ｍ
   （ｍは１以上の整数）組のトロイダル状に巻線した電機
   子コイルよりなり、それぞれの組の電機子コイルは１個
   の大電気子コイルと該大電気子コイルの２分の１アンペ
   アターンの起磁力を生ずるように巻かれ且つ上記大電機
   子コイルから電気角で１２０度離れた位置に巻かれた２
   個の小電機子コイルからなり、上記大電機子コイルと小
   電機子コイルとを互いに逆回わりの起磁力が発生するよ
   うに電気的に結線し、ｍ組の大電機子コイルを同一位相
   角に巻線し、残りのｍ組の大電機子コイルを逆位相角に
   配設し、上記ロータマグネットの磁極位置を検出してｍ
   組の大電機子コイル及び小電機子コイルと残りのｍ組の
   大電機子コイル及び小電機子コイルとを電気角で１８０
   度ずつ交互に電子回路を用いて通電するようにした、単
   相ブラシレスモータ。
2. （２）上記ロータマグネットとステータヨーク間のエア
   ーギャップを一様にした、特許請求の範囲第（１）項記
   載の単相ブラシレスモータ。