JPS63257445A - ３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】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は３相ブラシレスモータに関し、特にトルクリッ
プルの改善された小型ブラシレスモータに関するもので
ある。

［従来の技術］ ３相ブラシレスモータは、８　ｍｍＶＴＲ等のキャプス
タンモータとして用いられている。この種の低速度かつ
小型で慣性の小さいモータでは、トルクリップルが発生
し易く、その低減化は重要な課題となっている。

モータ回転時のトルクリップルを低減させる方法として
、特開昭５７−２０８２６７号公報、特開昭５８−２２
５７４号公報に見られるように、多極マグネットの多極
の一部に１個所または２個所の無着磁部または反対極性
の着磁部を設け、コイルに発生するトルク波形を制御し
て、１つのコイルのトルクあるいは複数個のコイルによ
る合成トルクのリップル成分を押える方法が知られてい
る。

第１θ図および第１１図は従来の３相両方向１２ｏ。

通電ブラシレスモータにおけるマグネットの磁極構造の
例を示す図である。第１Ｏ図においては、多極マグネッ
トの各主極Ｍ内に、多極の開き角のほぼｌ／３（電気角
で６０°　と　１２０”　）の２個所の位置の一部に主
極と反対極性または無着磁の補極ｍ１およびｍ２を設け
ている。第１１図においては補極ｍ３およびｍ４は第１
０図の補極ｍ１およびｍ２と同じ電気角の位置で、半径
方向の全長を占めて設けられている。

［発明が解決しようとする問題点］ この独のモータは特に小型、薄型、軽量かつ高トルクを
要求されるため比較的コイルの巻ぎ幅が大きく設計され
る。ところがコイルの巻き幅を大きく設計したモータで
は上述のように主磁極開き角の１７３、電気角で６０′
″と　１２０°の位置の１部に無着磁または主極の極性
と反対の極性の補極を設けるといった方法では、電気角
方向にほんのわずかの幅の補極しか設けることができな
いためそれがコイル巻き幅に比べ小さくならざるを得な
い。

従ってそのような設計においてはコイルを形成している
輪線１木１本に発生する補極による補正トルクがコイル
巻き幅の幅に相当する電気自分だけ位相ずれがあり、そ
れが大きいためにそれと合成したコイル１個で発生する
補正トルクが効率良く得られない。また必要なトルクの
保持が困難になるという欠点があった。

本発明は上述した従来の欠点を解決し、小型でトルクリ
ップルが少なく、かつ十分なトルクを得ることのできる
ブラシレスモータを提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するために本発明は、多極に着磁
されたマグネットと、マグネットと対向する複数個の空
心コイルとを有する３相ブラシレスモータにおいて、マ
グネットが偶数個の主磁極を有し、各主磁極のコイルと
対向する面の最外側部に、副磁極部を有し、副磁極部は
各主磁極の最外側部を５分割するほぼ同形の５個の副磁
極゛からなり、コイルの開角はマグネットの各主磁極の
開角とほぼ等しく、コイルの巻き幅は各副磁極の周方向
の幅とほぼ等しいことを特徴とする。

［作　用］ 本発明においては、マグネットは複数の主磁極を有し、
各主磁極の外周部に５個の補正用副磁極からなる副磁極
部を有し、またマグネットと対向するコイルの巻き開角
をマグネット主磁極開角とほぼ等しくすると共に、その
コイル巻き幅を副磁極の幅とほぼ等しくすることにより
、副磁極で得られる主磁極トルク波形の５次高調波トル
ク波形を効率良く得て、それと主磁極で得られるトルク
波形との合成により、疑似三角波トルク波形を得て他相
のコイルとの合成トルクを平滑化する。副磁極で得られ
る５次高調波トルク成分を効率良く得ることにより副磁
極径方向幅を必要最小限にでき、その結果、主磁極面積
をほとんど減らすことなく、それ数発生トルクもほとん
ど犠牲にすることなくトルクリップルの低減化を実現可
能とするもので、この相反する特性の両立を可能とする
ものである。

［実施例］ 以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図および第２図に本発明のブラシレスモータを８ポ
ール、６コイル構成とした場合の補正磁極つきマグネッ
トおよびコイルを示す。第１図に示すようにマグネット
１はこの場合８個の主磁極を有し、各主磁極１八にはそ
れぞれ５個の補正用副磁極ＩＢがその外周部に設けられ
ている。第２図において、２はこの場合６個の空心コイ
ルであり、それぞれヨーク４に固定されている。各磁極
および各コイルの詳細については後に詳述する。

第３図は上に示したマグネットおよびコイルを用いて構
成したマグネット回転形ブラシレスモータの断面図であ
る。マグネット１が固定されているロータヨーク３はロ
ータ軸５に固定され、それらによってロータが構成され
ている。一方、ステータヨーク４には空心コイル２およ
び軸受６が固定されてステータを構成している。軸受６
はロータｌ１ｈ５を回転可能に軸支している。

第４図にマグネット１０着磁パターンの一部を示す。厚
さ方向に磁化された主磁極部ＩＡの外周部に５個の補正
用副磁極ＩＢが設けられている。主磁極ＩＡの１極分の
開角をαとすると、副磁極１Ｂの１極分の開角はほぼα
１５で、はぼ等間隔にＮ極、Ｓ極が交互に磁化されてい
る。５個の副磁極のうちの中央の副磁極の極性はそれぞ
れの主磁極の極性と同極に着磁されている。副磁極の大
きさはトルクリップルを補正するのに十分な補正トルク
をコイル２に生じ、かつ主６Ｂ極によるトルクを不必要
に減少させないことが必要である。そのために、主磁極
ＩＡの径方向の幅をＷ、とした時、副磁極１Ｂの径方向
の幅はＷ、の１／３以下とするのがよい。

第５図にコイル２の形状を示す。コイル２の開角αはマ
グネット１の主磁極ＩＡの１極分の開角αとほぼ等しい
。またコイル２の巻き幅ｗ３は、マグネット１の副磁極
ＩＢの１極の幅とほぼ同等またはそれ以下とする。コイ
ル２の形状をこのようにすると、副磁極による補正トル
クを効率よく得ることができる。

次に動作について説明する。

第３図に示したように、マグネット１とロータヨーク３
．ステータヨーク４で磁気回路が構成され、そのエアギ
ャップにコイル２が配置され、コイル２に流れる電流と
磁気回路の鎮交磁束とによってトルクが発生する。

第６図は動作を説明するための図で、わかり易くするた
めマグネット１とコイル２の位置関係を展開図で示して
いる。第６図中（Ａ）に示すようにコイル２は３．相の
３つのコイル２Ａ（φ１）、　２Ｂ（φ２）、２Ｇ（φ
３）に別れている。同図（Ｂ）は合成トルク波形、（Ｃ
）〜（Ｅ）はそれぞれのコイルに通電することによフて
発生するトルクＴの波形の状態を示している。本図は３
相１２０°通電両方向駆動ブラシレスモータを例とした
もので、図のように３相のコイル２Ａ（φ１）、２Ｂ（
φ２）、２Ｇ（φ３）がそれぞれ電気角で１２０°の位
相関係のもとにそれぞれ電気角で１２０°通電、６０°
無通電を十方向。

一方向交互に繰り返す。

今、主磁極１へのみで発生するトルク波形はφ１は点線
で示した７ａ、φ２は８ａ、φ３は９ａであり、はぼサ
イン波形の一部の形状をなしている。またその３相の合
成トルクは同図（Ｂ）中に点線で示した１０ａとなり、
これもほぼサイン波形の一部の形状をなしている。この
合成トルクのリップルはピーク・ピーク間の値をＴＰ−
Ｐ　（ｘ）　　とすると、Ｔｍａｘ−Ｔ＋ａｌｒ＋ ”−”）＝　（Ｔ＠ａｚ＋Ｔ＠Ｉｎ）／２　ｘｌ”で表
わされるので、トルク波形をサイン波とするとピーク・
ピーク値で約１４％のトルクリップルを生ずる。

一方、副磁極ＩＢのみで発生するトルク波形は、φ１は
点線で示した７ｂ、φ２は８ｂ１　φ３は９ｂでありこ
れもほぼサイン波形の形状をなしており主磁極発生トル
クサイン波周期の１７５（５次高調波）、つまり電気角
で７２°の周期となっている。

各コイル２Ａ（φ１）、２Ｂ（φ２）、２Ｇ（φ３）の
それぞれに発生するトルクは、主磁極ＩＡおよび副磁極
１Ｂの発生トルクの合成となるので、φｌは実線で示し
た７ｃ１　φ２は８ｃ、φ３は９Ｃとほぼ三角のトル、
　　り波形となる。

３相φ１．φ２．φ３の合成トルクは第６図（Ｂ）中に
実線で示したトルク波形１０ｂのようになり、主磁極Ｉ
Ａのみトルク波形１０ａに比べ頭がつぶれたほぼフラッ
トなリップルの少ないトルク波形が得られる。

この時のリップル量は副磁極ＩＢで発生する５次高調波
トルク７ｂ、８ｂ、９ｂの振幅量で決定される。その振
幅量の要因はコイル２の巻き幅Ｗ３と副磁極ＩＢのＩＦ
ｉ分の周方向の幅および副磁極ＩＢの径方向幅ｗ２であ
る。

本実施例では、トルクリップル補正に対応するトルクを
効率良く得るために、副磁極１Ｂの１ピッチ幅をコイル
２の巻き幅Ｗ、と関連づけ、できるだけ大きくとれるよ
う副磁極ＩＢをマグネット最外周に配置すると共に補正
用副磁極を各主磁極に対して５個設け、トルクリップル
補正に必要な最低次である５次の高調波トルクとした。

また副磁極ＩＢの径方向幅ｗ２は主磁極径方向幅Ｗ、の
１／３以下とし主磁極ＩＡの占有面積の減少を最小限と
じている。従って本実施例によれば効果的なトルクリッ
プル補正を行い、かつトルク減少を最小限に押えること
ができる。

第７図は本発明におけるマグネットの他の実施例を示す
部分平面図である。本実施例においては５個の補正用副
磁極のうち、中央および両端の補正用副磁極は第１図の
例と同じであるが、中間の２個は無着磁部ＩＢ’　　と
されている。

第８図は本発明のざらに他の実施例であり、５個の副磁
極のうち、中央および両端の３個の副磁極を主磁極と同
時に着磁した例である。

第７図および第８図に示した例においても、副磁極部の
開角、径方向幅は第４図について説明したと同様とする
。このようなマグネットと第５図で説明したコイルとを
組合せることによって、第６図で説明したと全く同様に
動作する。

また第３図においては、マグネット回転形のモータを例
にして説明したが、以上に説明した各マグネットおよび
コイルを用いてコイル回転形のブラシモータを構成でき
ることは言うまでもない。

第９図はマグネットとコイルを周対向型としてブラシレ
スモータを構成する場合のマグネットとコイルの斜視図
である。同図（＾）に示すように、円筒形のマグネット
１１の最外部には、主磁極１１Ａの各１極ごとに５個の
副磁極１１Ｂが設けられている。各副磁極の配列の関係
は、先に説明した面対向型のマグネットとにおけると同
様である。各副磁極の円周方向の寸法は各主ｌＩ！１極
１極の周方向の長さのほぼ１１５．長さ方向の寸法は主
磁極の長さ方向寸法の１７３以下とする。このような円
筒状マグネット中に、同図（Ｂ）に示す６個のコイル１
２が納められる。各コイル１２の中心角は各主磁極の中
心角とほぼ等しく、コイル１２の巻き幅は各副磁極１１
Ｂの周方向の寸法と同程度またはそれ以下とする。

このように構成された周対向型ブラシレスモータも、第
６図で説明したと同様に効果的にトルクリップルを補正
できる。

面対向型、周対向型いずれのブラシレスモータにおいて
も、主磁極数は例示した８極に限られず、４Ｆｉ、　　
５極、　１０極、１２極その他の極数にも適用できるこ
とは言うまでもない。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、各主磁極部ごと
に５個の副磁極を設けているので、副磁極部面積が小さ
くてもトルクリップル補正のための５次高調波トルクが
効率良く得られ、モータの発生トルクの減少を極めて小
さくおさえることができる。

具体的にはトルクリップルを数％以下におさえたときに
モータ起動トルクの減少を５〜ｌＯ％にすることができ
た。これは従来トルクリップルを数％以下におさえるた
めに、起動トルクを２０〜４０％も犠牲にしていたのに
対して大きな改善である。

このように本発明によって、リップル抑制と起動トルク
の減少防止という相反する犠牲を両立させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例における多極マグネットの一例の
平面図、 第２図は空心コイルを固定したヨークの平面図、 第３図は本発明の３相ブラシレスモータの実施例の断面
図、 第４図はマグネットの部分平面図、 第５図は１個の空心コイルの平面図、 第６図は本発明の詳細な説明する図、 第７図および第８図はそれぞれ多極マグネットの他の例
の部分平面図、 第９図は周対向型マグネットおよびコイルの斜視図、 第１０図および第１１図はそれぞれ従来のマグネットの
平面図である。 １・・・マグネット、 １八・・・主磁極、 １Ｂ・・・副磁極、。 ２・・・コイル、 ３・・・ロータヨーク、 ４・・・ステータヨーク、 ５・・・ロータ軸、 ６・・・軸受、 １１・・・マグネット、 １１八・・・主磁極、 １１Ｂ・・・副磁極、 １２・・・コイル。 第１図 ２コイル 第２図 第４図 プυ 第６図 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）多極に着磁されたマグネットと、該マグネットと対
   向する複数個の空心コイルとを有する３相ブラシレスモ
   ータにおいて、前記マグネットが偶数個の主磁極を有し
   、各主磁極の前記コイルと対向する面の最外側部に、副
   磁極部を有し、該副磁極部は前記各主磁極の最外側部を
   ５分割するほぼ同形の５個の副磁極からなり、前記コイ
   ルの開角は前記マグネットの各主磁極の開角とほぼ等し
   く、前記コイルの巻き幅は前記各副磁極の周方向の幅と
   ほぼ等しいかそれ以下であることを特徴とする３相ブラ
   シレスモータ。 ２）前記マグネットと前記複数の空心コイルとが互に面
   対向し、前記マグネットは円板状であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の３相ブラシレスモータ。 ３）前記副磁極部は隣り合う副磁極が全周に渡り反対の
   磁極であり、かつ前記主磁極部各極の中央に位置する副
   磁極は主磁極部の極性と同極であることを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の３相ブラシレスモータ。 ４）前記主磁極部各極の中央に位置する副磁極の極性は
   主磁極部の極性と同極であり、またその隣り合う２個所
   の副磁極はほぼ無着磁であることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の３相ブラシレスモータ。 ５）前記副磁極部の径方向幅は前記主磁極の径方向幅の
   １／３以下であることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載の３相ブラシレスモータ。 ６）前記マグネットが円筒状マグネットであり、前記複
   数のコイルが該円筒状マグネット内に納められて該マグ
   ネットと対向していることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の３相ブラシレスモータ。