JPS63174543A

JPS63174543A - 無刷子電動機

Info

Publication number: JPS63174543A
Application number: JP638187A
Authority: JP
Inventors: Makoto Motohashi; 良本橋; Tetsuo Kawamoto; 哲郎川本; Yasuo Suzuki; 康夫鈴木
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1987-01-14
Filing date: 1987-01-14
Publication date: 1988-07-19
Anticipated expiration: 2010-11-13
Also published as: JPH07106048B2

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】［技術分野１本発明は７アンモータなどに用いられる無刷子電動機に
関するものである。

［背景技術］従来この種のブラシレスモータとして、第７図に示すよ
うに、２極あるいは４極構成の突極型固定子３の隣り合
う磁極４．５のうち、一方の磁極５を等角度位置より偏
位させて配設すると共に、両磁極４．５の先端部の幅り
、、Ｄ２に大小を設けることにより、一方向自起動特性
を得たものが提案されている。この構成によれば、無励
磁時に回転子の永久磁石によって幅狭磁極５に誘導され
る磁荷の方が、幅広磁極４に誘導される磁荷よりも自由
度が小さいために、回転子は図示の如く主として幅狭磁
極５に吸引されて停止し、励磁時には常に一方向へ起動
されるものである。

しかしこの従来構成は、両磁極４，５が非対称に設けら
れているために巻線スペースを確保し難（、しかも磁極
４，５のコイル巻芯部Ａが等角度間隔ではないので、巻
線作業が容易でない上に、幅狭磁極５においては先端幅
広部の幅が狭いために、コイルボビンの７ランノの幅を
充分に大きくできず、そのためコイル６を保持し難いと
いう問題があった。

［発明の目的］本発明は上記の問題点に鑑み為されたものであり、その
目的とするところは、小形軽量で自起動特性を有し、固
定子磁極のコイルスペースが充分にとれる上に、巻線作
業も容易な無刷子電動機を提供するにある。

［発明の開示］しかして本発明は、ＮＳ極を等間隔に設けた２極または
４極の永久磁石回転子と、同極数の突極型固定子３と、
固定子側に装着され通過する回較子磁極の極性を検出す
る磁気感応素子１１と、磁気感応素子１１により制御さ
れ固定子コイル６の磁束の方向を交互に切り換える電流
切換回路とを備えた無刷子電動機において、各固定子磁
極４゜５のコイル巻芯部Ａを互いに等角度間隔に配設す
ると共に、隣り合う固定子磁極４，５のうち一方の磁極
５の磁極幅Ｄ２を他方の磁極４の磁極幅Ｄ１より狭くし
、該幅狭磁極５の先端幅広部の回転方向側の突出幅Ｂ、
よりもその反対側の突出幅Ｂ２を小さくしたものであり
、固定子の一方の磁極幅り、を他方の磁極幅Ｄ２より狭
くして、その中央を回転方向側に偏位させることにより
自起動特性を得ると同時に、各磁極４，５のフィル巻芯
部Ａを等角度間隔に形成することにより、従来に比し巻
線スペースを広くすると共に、巻線を容易にした点に特
徴を有するものである。

［実施例１第１図は本発明を２極外転型に実施した例を示したらの
である。第１図（ａ）および（ｂ）において、本体ケー
シング１に固定された円筒状支持体２の周囲に、積層鉄
芯よりなる２極の突極型固定子３が固設され、両磁極４
及び５には直列に８４７７４２巻きの２相のコイル６が
巻装されており、両相には互いに逆方向の電流が交互に
供給されるようになっている６円筒状支持体２には内側
にベアリング７を介して回転軸８が保持されており、こ
の回転軸８の一端に固定されたカップ状ヨーク９とその
内周面に固着された円筒状永久磁石１ｏとにより回転子
が構成されている。永久磁石１ｏは（ｂ）図に示すよう
に、２極構成で周面にＮＳが等角度間隔に着磁されてお
り、また固定子３は各固定子磁極４，５のコイル巻芯部
Ａを互いに等角度間隔（１８０度）に配設して、隣り合
う固定子磁極４．５のうち一方の磁極５の磁極幅Ｄ２を
他方の磁極４の磁極幅り、より狭くすると共に、その先
端幅広部の回転方向側の突出幅Ｂ１よりもその反対側の
突出幅Ｂ２を小さくして、幅狭磁極５の磁極幅Ｄ２の中
央が等間隔位置から回転方向側へ２５度乃至３０度偏位
させ、それによって自起動特性を持たせである。なお本
実施例では、Ｄ２はＤｌの約７０％、Ｂ２１！Ｂ、の５
０−６０％とし、リラクタンストルクを比較的低く抑え
ることにより、特に低電圧、低回転数に適した仕様とし
ている。

また固定子の幅広磁極４の中央から回転方向側へ約９０
皮層れた箇所に、通過する回較子磁極の極性を検出する
ためのホール素子などよりなる磁気感応素子１１が配設
されており、この磁気感応素子１１の出力によって、同
図（ｃ）に示した電流切換回路の２個のトランジスタＱ
、およびＱ２を制御し、固定子フィル６の２相の巻線り
、お上りＬ２に交互に電流を供給している。すなわち磁
気感応素子１１は一方の極性（本実施例ではＮ極）を検
出した時にのみ信号を出力して、トランジスタＱ。

をオンにすることにより、トランジスタＱ、をオン、Ｑ
２をオフにし、またＳ極を検出したときには、トランジ
スタＱ、をオフにして、Ｑｌをオフ、Ｑ２をオンにし、
それによって巻ＭＬＩ及びＬ２の電流を交互に切り換え
るようになっている。

次に第２図により本発明による無刷子電動機の動作を説
明する１巻線６に電流が流れていない時には、回転子は
第１図（ｂ）の状態で停止しており、幅狭磁極５に回転
子のＮ極またはＳ極のほぼ中央部が対向している。すな
わちこの時の磁束は永久磁石１０から発生しているもの
だけであり、磁極４では磁極幅が広いので誘導された磁
荷が比較的自由に動けるが、磁極５では磁極幅が狭いの
であまり自由度がなく、従って各磁極４，５の誘導磁荷
の中心が、図に破線でＮあるいはＳと記るされているよ
うに、主として幅狭磁極５に規制された位置関係で停止
している。この状態でコイル６に励磁電流を流すと、両
磁極４及び５では永久磁石のみによる磁束に励磁電流に
よる磁束が重畳されて、幅広磁極４の磁化の中心がほぼ
磁極幅Ｄ１の中央（コイル巻芯部Ａ付近）に移動し、そ
のために回転子は第２図（ａ）に矢印で示した向きに反
発力を受けて起動し、更に（ｂ）図の位置では異磁極同
士が吸引されて、（Ｃ）図の位置に達する。この位置で
は磁気感応素子１１が回転子のＳ極を検出して巻線Ｌ２
からＬｌへ電流が切り換えられるので、再び回転子は（
ｃ）図の位置から反発され、上記の動作を繰り返して回
転を続けることになる。

第３図（ａ）は本発明による無刷子電動機の動作特性を
示したもので、電流による磁束と回転子との相互作用の
みによる電流トルク曲線Ｔ１は半周期ごとに基本波形が
切り換えられて正方向のみの波形となっており、また無
励磁状態での永久磁石と固定子突磁極との相互作用によ
るリラクタンストルク波形Ｔ２は基本波形Ｔ１の１７２
倍の波長を持ち、正から負へ座標軸を切る点θ、、θ２
が安定停止点となっている。もし固定子の各磁極４，５
が同一磁極幅で等間隔に設けられていれば、この安定停
止点θ２．θ２が基本波Ｔ１のゼロ点と一致するのであ
るが、実際には幅狭磁極５を偏位させることによりリラ
クタンストルク波形Ｔ２を正回転方向へずらし、それに
よって安定停止点θ２．θ２が基本波形Ｔ、のゼロ点の
若干右側に位置するようにしてあり、そのため合成トル
ク曲線Ｔ　＋　＋　７２は常に正で死点のない波形とな
っている。このように起動時すなわち励磁電流ゼロの状
態において、第１図（ｂ）のように、回転子が正回転方
向へ若干回転した位置で停止しているのが、一方の磁極
５を等間隔位置から偏位させ且つその磁極幅を小さくし
たことによる効果である。

本発明では更に、幅狭磁極５の先端幅広部の回転方向の
突出幅Ｂ、よりもその反対側の突出幅Ｂ２を小さくし、
それによって両磁極４，５のコイル巻芯部Ａを互いに等
角度間隔に配設したものであり、この構成により巻線ス
ペースを広くすると共に、巻線作業を容易にしたもので
ある。

なお本実施例では、第７図の従来例に比し幅狭磁極５の
磁極幅Ｄ２と幅広磁極４の磁極幅り、との差を比較的小
さくして、励磁電流による磁束に対する磁気抵抗を小さ
くし、電流トルクＴ１をできるだけ大きくすると共に、
無励磁時における幅狭磁極５への磁束の集中度を少なく
してリラクタンストルクＴ２を小さくし、それによって
低電圧、低回転数仕様にも対応でさるようにしている。

すなわち第３図（ｂ）に示すように、使用電圧を低くす
ると、電流トルクＴ、のピーク値が小さくなるので、リ
ラクタンストルクＴ２のピーク位置で合成トルクＴ、十
７２が負となって脱調を惹き起こすという問題があり、
その対策としてリラクタンストルクＴ２を小さく設定す
ることにより、使用電圧範囲を広くしたものである。

また上述のように両磁極幅Ｄ　、、Ｄ　２の差を小さく
すると、第５図（ａ）に示すように、リラクタンストル
ク波形Ｔ２の偏位角（３０〜４０度程度が望ましい）が
不足し、起動トルクの最小値Ｔｍが小さくなってしまう
。従ってその対策として、永久磁石１０の着磁分布を第
４図に実線で示すように、中央よりも逆回転方向側に最
大値φ、を持つ形状としている。このようにすれば、無
励磁状態における回転子の停止位置が更に回転方向側に
ずれることになり、第５図（ｂ）に示すように、リラク
タンストルク波形Ｔ２の偏位を太き（して、自起動特性
を補強することができる。なお第４図の着磁分布波形に
おいて、回転方向側の波形の立ち上がり（φ２の部分）
を急峻にしたのは、磁束の最大点φ１をずらすことによ
って、電流による磁束に対して永久磁石１０の位相がず
れてしまわないようにするためである。

次に第６図は本発明を４極型無刷子電動機に実施した例
を示したものであるが、その構成及び動作は上述の２極
型に準するので、その説明は省略する。

［発明の効果］上述のように本発明は、隣り合う固定子磁極の一方を偏
位させ且つ幅狭磁極とすることによって自起動特性を得
る方式の無刷子電動機において、各固定子磁極のコイル
巻芯部を互いに等角度間隔に配設すると共に、幅狭磁極
の先端幅広部の回転方向側の突出幅よりもその反対側の
突出幅を小さくしたものであるから、自起動特性を損な
うことなく、従来に比し充分な巻線スペースを確保する
ことができる上に、コイル巻芯部を等角度間隔に形成し
たので巻線の自動化も容易であるという利、αを有する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明電動機の一実施例を示したもので、（ａ
）は縦断面図、（ｂ）は水平断面図、（ｃ）は回路図、
第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）は同上の動作を示す水平断面
図、第３図（ａ）（ｂ）は同上の動作を示すトルク波形
図、第４図は同上の永久磁石の着磁分布図、第５図（ａ
）（ｂ）は同上の動作を更に詳細に示すトルク波形図、
第６図は同上の他の実施例を示す水平断面図、ｔＩｔＪ
７図は従来例を示したもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ
）は水平断面図である。１・・・本体ケーシング、２・・・円筒状支持体、３・
・・突極型固定子、４・・・幅広磁極、５・・・幅狭磁
極、６・・・固定子コイル、７・・・ベアリング、８・
・・回転軸、９・・・カップ状ヨーク、１０・・・永久
磁石、１１・・・磁気感応素子、Ａ・・・コイル巻芯部
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ＮＳ極を等間隔に設けた２極または４極の永久磁
石回転子と、同極数の突極型固定子と、固定子側に装着
され通過する回較子磁極の極性を検出する磁気感応素子
と、磁気感応素子により制御され固定子コイルの磁束の
方向を交互に切り換える電流切換回路とを備えた無刷子
電動機において、各固定子磁極のコイル巻芯部を互いに
等角度間隔に配設すると共に、隣り合う固定子磁極のう
ち一方の磁極の磁極幅を他方の磁極の磁極幅より狭くし
、該幅狭磁極の先端幅広部の回転方向側の突出幅よりも
その反対側の突出幅を小さくして成る無刷子電動機。