KR20100085090A

KR20100085090A - 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 ｄｃ 모터 및 모터 시스템

Info

Publication number: KR20100085090A
Application number: KR1020107009980A
Authority: KR
Inventors: 요시히데 가미다; 야스히로 고마츠
Original assignee: 요시히데 가미다; 야스히로 고마츠; 이사 다케시; 야마오카 다케시
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2010-07-28
Also published as: JP4569883B2; WO2009060544A1; US20100277023A1; JPWO2009060544A1; EP2214297A4; KR101071517B1; CN101889382A; EP2214297A1; CN101889382B; US8294317B2

Abstract

본 발명은 일정한 토크를 연속적으로 얻을 수 있는 모터의 기능과, 연속적인 기전력을 얻을 수 있는 발전기능을 동시에 발휘할 수 있는 교류전압 출력 권선(捲線)을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터는, 프레임(3)에 취부된 원반(5)과, 원반(5) 상에 원반(5)의 주변에 등간격으로 배치된 판상의 복수의 영구자석(6)과, 복수의 영구자석(6)에 대응하여 프레임(3)에 고정된 자성체 코어(70(A))와, 자성체 코어(70(A))의 각각에 휘감겨 직류전력이 공급되는 권선(71(A))과, 프레임(3)에 고정된 소정의 수의 자성체 코어(70(B))와, 자성체 코어(70(B))에 휘감겨 전력소비장치에 접속되는 권선(71(B))을 구비하고, 영구자석(6)을, 원반(5)의 중심과 영구자석(6)의 중심을 통하는 직선과, 영구자석(6)의 자극면의 중심에 있어서의 법선이 이루는 각도가 0°보다 크고 60°이하가 되도록 위치시키는 것을 특징으로 한다.

Description

교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 ＤＣ 모터 및 모터 시스템{One Directional electrification-type brushless DC motor provided with ac voltage output winding and motor system}

본 발명은 교류전압 출력 권선(捲線)을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터 및 모터 시스템에 관한 것으로, 상세하게는, 회전체를 회전시켜서 모터로서 기능하게 하면서, 당해 회전체의 회전에 의해 직접적으로 발전하는 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터 및 당해 브러시리스 DC 모터를 포함하는 모터 시스템에 관한 것이다.

종래, 모터를 회전시킴으로써 발전을 행하는 경우에는, 모터와 발전기를 기계적으로 연결하고 있었다. 그런데, 모터도 발전기도 구조는 동일하여, 전력을 공급하여 회전체를 회전시켜서 구동력을 얻는 경우에 모터로 불리고, 구동력에 의해 회전체를 회전시켜서 권선에 기전력을 발생시키는 경우에 발전기로 불린다. 이에, 회전체를 회전시켜서 모터로서 기능하게 하면서, 당해 회전체의 회전에 의해 발전을 행하는 것, 즉, 동일한 회전체를 사용하여 모터의 기능과 발전기의 기능을 동시에 발휘시키는 것이 시행되어 왔다. 이와 같은 시행 결과의 일례로서, 특허문헌 1에 기재되어 있는 자력 회전식 모터발전기가 발명되어 있다.

특허문헌 1에 기재되어 있는 자력 회전식 모터발전기는, 영구자석이 설치된 회전체와 전자석에 의해, 모터의 기능과 발전기의 기능을 발휘시키고 있다. 보다 구체적으로는, 회전체의 영구자석이 전자석과 근접했을 때 회전모드로 되어 영구자석과 전자석 사이의 자력의 작용 및 반작용에 의해 회전체를 회전시키고, 영구자석이 전자석의 근방을 지나쳐 곁에 있는 전자석에 근접할 때까지 사이에 발전모드로 되어 영구자석이 전자석의 권선 주위의 자계를 변화시켜서 전자 유도에 의한 기전력을 발생한다.

특허문헌 1: 일본국 특허공개 제2005-245079호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재되어 있는 자력 회전식 모터발전기에서는, 1개의 전자석을 회전모드와 발전모드로 전환하여 모터의 기능과 발전기의 기능을 시분할적으로 실현하고 있다. 따라서, 이 자력 회전식 모터발전기에서는, 연속적으로 기전력을 얻을 수 없다는 문제가 있다.

이에, 본 발명은 동일한 회전체를 사용하여, 연속적인 기전력을 얻을 수 있는 발전기능을 발휘할 수 있는 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터 및 당해 브러시리스 DC 모터를 포함하는 모터 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 1에 기재된 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터는, 프레임과, 상기 프레임에 회전 자유자재로 취부된 원반과, 상기 원반 상에 당해 원반의 주변에 등간격으로 배치되어 표면 및 이면에 자극(磁極)이 형성된 판상의 복수의 영구자석과, 상기 복수의 영구자석에 대응하여 상기 프레임에 고정된 소정의 수의 제1 자성체 코어와, 상기 제1 자성체 코어의 각각에 휘감겨 직류전력이 공급되는 제1 권선과, 상기 프레임에 고정된 소정의 수의 제2 자성체 코어와, 상기 제2 자성체 코어에 휘감겨 전력소비장치에 접속되는 제2 권선을 구비하고, 상기 영구자석을, 원반의 중심과 당해 영구자석의 중심을 통과하는 직선과, 당해 영구자석의 자극면의 중심에 있어서의 법선이 이루는 각도가 0°보다 크고 60°이하가 되도록 위치시킴으로써, 상기 제1 권선에 직류 일정전류를 연속 급전한 경우에, 당해 제1 권선으로의 비급전시에 상기 제1 자성체 코어와 상기 영구자석의 흡인력에 의해 발생하는 디텐트 토크가 0이 되는 안정평형동작상태의 상기 영구자석에 대해 상기 제1 자성체 코어를 기준으로 측정한 상기 영구자석의 회전각도와, 상기 제1 권선의 전류와 상기 영구자석에 의한 전자 토크의 특성 곡선에 있어서, 상기 원반을 역방향으로 회전시키는 회전각도범위가 좁고 값이 큰 대치협각도(大値狹角度) 토크와, 상기 원반을 정방향으로 회전시키는 회전각도범위가 넓고 값이 작은 소치광각도(小値廣角度) 토크를 발생시켜, 상기 대치협각도 토크가 발생할 때 또는 상기 소치광각도 토크가 발생할 때 중 어느 하나에 있어서만 상기 제1 권선에 급전되는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 2에 기재된 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터는, 청구항 1에 기재된 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터로서, 서로 동축에 고정된 상기 원반을 2개 구비하고, 한쪽의 상기 원반에 배치된 영구자석과 다른 쪽의 상기 원반에 배치된 영구자석은 극성이 반대가 되어 있으며, 상기 제1 자성체 코어는, 한쪽의 단부가 한쪽의 상기 원반에 배치된 상기 영구자석에 대응하고, 다른 쪽의 단부가 다른 쪽의 상기 원반에 배치된 상기 영구자석에 대응하도록 고정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 3에 기재된 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터는, 청구항 1 또는 2에 기재된 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터로서, 상기 제1 자성체 코어가 짝수개 존재하고, 상기 제1 자성체 코어가 상기 원반의 어느 한 위치 및 그 위치로부터 180°떨어진 위치에 고정되며 또한 그 제1 자성체 코어에 휘감긴 대향하는 2개의 제1 권선에는 동일한 전류가 흘려지고, 또한 상기 제2 자성체 코어가 짝수개 존재하며, 상기 제2 자성체 코어가 상기 원반의 어느 한 위치 및 그 위치로부터 180°떨어진 위치에 고정되고 또한 그 제2 자성체 코어에 휘감긴 대향하는 2개의 제2 권선에는 동일한 전류가 흘려지는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 4에 기재된 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터는, 청구항 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터로서, 상기 프레임 및 상기 원반은 비금속의 재료에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 5에 기재된 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터는, 청구항 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터로서, 상기 제1 권선에 전력이 공급되지 않고 상기 원반이 디텐트 토크가 0인 안정평형점에서 정지해 있을 때, 상기 제1 권선과 상기 영구자석의 위치관계가, 상기 제1 권선으로의 전력의 공급이 개시되었을 때 상기 원반의 정방향의 토크 또는 역방향의 토크가 상기 원반의 소정 회전각도만큼 연속해서 발생하는 위치관계가 되도록, 상기 제2 자성체 코어가 상기 영구자석에 대해 위치하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 6의 모터 시스템은, 청구항 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터와, 상기 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터의 정방향의 토크가 얻어지는 타이밍에 상기 제1 권선에 직류전원의 전력을 공급하는 동시에, 상기 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터의 기동시에, 상기 원반을 일시적으로 역방향으로 회전시켜, 정지시에 역방향의 토크가 발생하는 역회전영역에 위치하는 상기 영구자석이 정방향의 토크가 발생하는 정회전영역으로 이동하고, 그대로 역회전방향의 역회전영역에 도달하지 않고 원반이 정회전으로 바뀌도록 상기 제1 권선에 직류전원의 전력을 공급하는 급전기구를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 7에 기재된 모터 시스템은, 청구항 6에 기재된 모터 시스템으로서, 상기 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터는, 상기 원반과 동축으로 회전하고, 상기 원반의 회전각도에 대응하여 급전영역 또는 비급전영역을 정하는 마커가 배치된 위치검출원반과, 상기 위치검출원반에 배치된 상기 마커를 검출하는 센서를 추가적으로 구비하고, 상기 급전기구는, 상기 센서에 의한 상기 마커의 검출결과에 따라 상기 제1 권선에 급전할지 여부를 전환하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 원반 상에 설치된 영구자석에 대응하도록, 원반을 회전시키기 위한 제1 자성체 코어와 제1 권선으로 되는 전자석과, 회전하는 당해 원반에 설치된 영구자석에 의한 자계의 변화로부터 기전력을 발생하는 제2 자성체 코어와 제2 권선으로 되는 전자석을 구비하고 있다. 따라서, 동일 회전체인 원반을 사용하여, 제1 권선에 전력을 공급함으로써 소정의 토크를 얻을 수 있는 모터의 기능과, 제2 권선에 연속적으로 기전력을 얻을 수 있는 발전기능을 동시에 발휘할 수 있다.

또한, 전자 토크의 값이 큰 대치협각도 토크와, 발생하는 회전각도의 폭이 큰 소치광각도 토크를 발생시킨다. 따라서, 대치협각도 토크가 발생하는 타이밍에 제1 권선에 전력을 공급하면, 작은 전력으로 커다란 토크가 얻어진다. 그리고, 소치광각도 토크가 발생하는 타이밍에 제1 권선에 전력을 공급하면, 급전시간을 길게 할 수 있기 때문에, 제1 자성체 코어와 제1 권선으로 되는 전자석의 자기 인덕턴스(self inductance)에 기인하는 제1 권선에 흐르는 전류의 증가 및 감소에 소요되는 시간이 커도 제1 권선에 흘리는 전류를 크게 할 수 있다.

청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 원반을 2개 구비하고, 한쪽 원반에 배치된 영구자석과 다른 쪽 원반에 배치된 영구자석은 극성이 반대로 되어 있어, 제1 자성체 코어는, 한쪽 단부가 한쪽 원반에 배치된 영구자석에 대응하고, 다른 쪽 단부가 다른 쪽 원반에 배치된 상기 영구자석에 대응하도록 고정되어 있다. 따라서, 제1 자성체 코어의 2개의 단부에 발생하는 전자력을 모두 원반의 회전에 이용할 수 있기 때문에, 전력에서 동력으로의 에너지 변환효율을 향상할 수 있다.

청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 제1 자성체 코어 및 제2 자성체 코어는 각각 원반의 180°떨어진 2개의 위치에 대향하도록 고정되어 있고, 또한 대향하는 두 권선에는 동일 전류가 흘러 직경방향의 전자력이 상쇄되기 때문에, 진동을 경감할 수 있고, 나아가서는, 소음을 저감할 수 있다.

청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 프레임 및 원반은 비금속의 재료에 의해 형성되어 있기 때문에, 철손(鐵損)을 저감할 수 있다.

청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 제1 권선에 전력이 공급되지 않고 원반이 정지해 있을 때, 제1 권선과 영구자석의 위치관계가, 제1 권선으로의 전력의 공급이 개시되었을 때 원반의 정방향의 토크 또는 역방향의 토크가 원반의 소정의 회전각도만큼 연속하여 발생하는 위치관계가 되도록, 제2 자성체 코어가 상기 영구자석에 대해 위치하고 있다. 따라서, 원반이 정지해 있는 안정평형상태에 있어서 제1 권선에 급전을 개시하면, 바로 원반을 정방향 또는 역방향으로 회전시킬 수 있다.

청구항 6에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터와 급전기구를 구비하기 때문에, 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터를 운전하여, 모터로서 기능하게 하는 동시에 발전기로서 기능하게 할 수 있다.

또한, 급전기구는, 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터의 기동시에, 원반을 일시적으로 역방향으로 회전시켜, 역방향의 토크가 발생하는 역회전영역에 위치하는 영구자석이 정방향의 토크가 발생하는 정방향영역으로 이동하고, 그대로 역회전방향의 역회전영역에 도달하지 않고 원반이 정회전으로 바뀌도록 제1 권선에 직류전원의 전력을 공급한다. 따라서, 비급전시에 영구자석이 역회전영역에 위치함에도 불구하고, 원반을 정회전시키는, 즉, 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터를 정회전시킬 수 있다.

청구항 7에 기재된 발명에 의하면, 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터는, 원반과 동축으로 회전하고, 원반 상의 영구자석의 회전각도에 대응하여 급전영역 또는 비급전영역을 정하는 마커가 배치된 위치검출원반과, 위치검출원반에 배치된 마커를 검출하는 센서를 추가적으로 구비하고, 급전기구는, 센서에 의한 마커의 검출결과에 따라 제1 권선에 급전할지 여부를 전환하는 스위치를 포함한다. 따라서, 간편한 방법에 의해, 청구항 6에 기재된 모터 시스템을 실현할 수 있다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터(1)(이하, "브러시리스 DC 모터"라 부른다.)에 대해서 설명한다. 도 1 내지 도 3에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 브러시리스 DC 모터(1)는, 회전체(2)와 그 회전체(2)를 지지하는 프레임(3)을 구비하고 있다. 회전체(2)는, 회전축이 되는 샤프트(4)에 2장의 원반(5, 5'), 1장의 원반(51) 및 1장의 위치검출원반(8)이 스페이서(40)를 매개로 하여 소정의 간격으로 고정된 구성으로 되어 있다. 각각의 원반(5, 5')의 한쪽 면에는, 원반(5, 5')의 둘레 가장자리에, 등간격으로 4개의 영구자석(6, 6')이 설치되어 있다. 한편, 프레임(3)에는, 2개가 1조(組)가 되는 4조의 영구자석(6)의 각각에 대응하여 4개의 전자석(7)이 지지부재(3a)에 의해 고정되어 있어, 상세하게는 후술하나, 전자석(7)의 한쪽 자극이 한쪽 원반(5)의 영구자석(6)(2개가 1조인 영구자석(6)의 한쪽)에 대응하여, 전자석(7)의 다른 쪽의 자극이 다른 쪽의 원반(5')의 영구자석(6')(2개가 1조인 영구자석(6)의 다른 쪽)에 대응하고 있다.

또한, 4개의 전자석(7) 중 회전체(2)의 직경방향으로 서로 대향하는 위치에 있는 1조의 전자석(7(A))은, 회전체(2)를 회전시키는 모터용으로서 사용되고, 나머지 1조의 전자석(7(B))은, 발전을 위해 사용된다. 또한, 전자석(7(B))은, 전자석으로서 작용하는 것은 아니나, 전자석(7(B))의 구성은 모터용 전자석(7(A))과 동일하기 때문에, "전자석"이라 부른다.

영구자석(6)은, 표면 및 이면에 자극이 형성된 판상의 것으로, 구체적으로는 네오듐계 등의 희토류자석이다. 이와 같이, 표면과 이면에 N극 및 S극이 형성된 영구자석(6)을 사용함으로써, 각 자극면이 넓어져, 모터로서의 회전체(2)의 회전 토크를 향상시킬 수 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 영구자석(6)은, 원반(5)에 수 ㎜ 정도 메워져 있다. 영구자석(6)의 원반(5)으로의 고정방법은 특별히 한정되지 않고, 적절히 쇠장식(金具) 등을 사용해서 원반(5)에 고정해도 된다.

또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 각 영구자석(6, 6')은, 원반(5, 5')(회전체(2))의 중심(O)으로부터 영구자석(6, 6')의 중심(6a)을 통과하는 직선(L1)과, 영구자석(6, 6')의 자극방향, 즉 영구자석(6, 6')의 표면 또는 이면에 있어서의 법선방향의 직선(L2)이 교차하는 각도(ø₁)가, 원반(5, 5')의 중심(O)에서 보아, 0°＜ø₁≤60°가 되도록 고정되어 있다. 또한, 영구자석(6, 6')은, 원반(5, 5')의 외측방향의 자극면의 극성이, 전자석(7(A))의 영구자석(6, 6')에 대향하는 쪽의 자극의 극성과 동일하게 되어 있다.

원반(5)과 원반(5')의 각각에 4개만 설치되어 있는 영구자석(6)과 영구자석(6')의 외측방향(또는 내측방향)의 자극면의 극성이 반대로 되어 있다. 즉, 한쪽의 원반(5)에 설치되어 있는 영구자석(6)은 N극의 자극면이 원반(5)의 외측을 향하고 있고, 다른 쪽의 원반(5')에 설치되어 있는 영구자석(6')은 S극의 자극면이 원반(5)의 외측을 향하고 있다. 이것은, 전자석(7(A))의 2개의 자극의 극성이 상이하기 때문이다. 1개의 전자석(7(A))의 한쪽의 자극이 한쪽의 원반(5)의 영구자석(6) 외측의 자극면과 대향하고, 당해 전자석(7(A))의 다른 쪽의 자극이 다른 쪽의 원반(5')의 영구자석(6') 외측의 자극면과 대향한다. 따라서, 1개의 전자석(7(A))의 한쪽의 자극에 대향하는 한쪽의 원반(5)의 영구자석(6)의 자극면의 극성과, 당해 전자석(7(A))의 다른 쪽의 자극에 대향하는 다른 쪽의 원반(5')의 영구자석(6')의 자극면의 극성은 상이한 것이다. 2개의 원반(5, 5')은, 각각이 구비하는 영구자석(6, 6')의 둘레방향의 위치가 동일해지도록 스페이서(40)에 의해 겹쳐서 고정되어 있다. 따라서, 브러시리스 DC 모터(1)의 전체로서는, 2개가 1조인 영구자석(6, 6')을 4조, 합계 8개의 영구자석(6, 6')을 구비하고 있다. 한편, 전자석(7)의 수는, 브러시리스 DC 모터(1)의 전체로서 4개로, 모터용 전자석(7(A))이 2개이고 발전기용 전자석(7(B))이 2개이다.

전술한 바와 같이, 1개의 원반(5), 1개의 원반(5')과 1개의 원반(51)은, 브러시리스 DC 모터(1)의 축방향에 원반(5), 원반(5'), 원반(51)의 순서로 스페이서(40)에 의해 고정되어 있다. 그리고, 중앙의 원반(5')에는, 위치검출원반(8)이 동축으로 되도록 고정되어 있다. 위치검출원반(8)은, 영구자석(6, 6')의 회전위치(회전각도)를 검출하기 위한 것이다. 위치검출원반(8)은, 원반(5, 5') 및 원반(51)보다 약간 직경이 크게 되어 있고, 투명한 합성수지 등에 의해 형성되어 있다. 위치검출원반(8)의 원반(5(A))의 둘레 가장자리로부터 돌출된 직경이 큰 부분의 소정의 영역은, 영구자석(6, 6')의 회전위치를 특정하기 위해 흑색으로 착색된 마커를 구비하고 있다. 그리고, 프레임(3)에는 위치검출센서(9)가 지지부재(9a)에 의해 취부되어 있어, 이 위치검출센서(9)를 위치검출원반(8)의 당해 착색영역(마커)을 검출함으로써, 영구자석(6, 6')의 회전위치(회전각도)가 특정된다. 이렇게 하여 영구자석(6, 6')의 회전위치(회전각도)를 특정함으로써, 전자석(7(A))으로의 통전의 타이밍이 결정된다. 또한, 프레임(3), 지지부재(3a), 스페이서(40) 및 지지부재(9a)는 비금속의 재료로 형성되어 있고, 예를 들면 합성수지에 의해 형성되어 있다.

원반(5), 원반(5'), 원반(51) 및 위치검출원반(8)의 중심에는 샤프트(4)가 관통되어 있고, 이들 샤프트(4), 원반(5), 원반(5'), 원반(51), 영구자석(6), 영구자석(6') 및 위치검출원반(8)이 고정되어, 회전체(2)으로서 일체로 회전한다. 또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 회전체(2)의 둘레 가장자리부분에는, 원반(5), 원반(5'), 원반(51)의 둘레 가장자리부분 사이의 전체에 걸치도록 필름(10)이 첩부(貼付)되어 있다. 이 필름(10)에 의해 회전체(2) 내부의 공기가 봉지(封止)된다. 따라서, 회전체(2)가 회전한 경우에 내부의 공기가 회전체(2)와 함께 회전하기 때문에, 영구자석(6) 등이 회전에 의한 공기 저항을 받지 않는다. 그 때문에, 회전체(2)의 공기저항을 감소시켜서 브러시리스 DC 모터(1)의 회전 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 필름(10)은, 영구자석(6, 6')과 전자석(7(A, B))의 전자력의 작용 및 반작용에 영향을 미치지 않는 소재로서, 얇은 것이 바람직하고, 예를 들면, 합성수지 필름 등을 사용할 수 있다.

전자석(7(A, B))은, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 대략 U자상의 자성체 코어(70(A, B))에 권선(71(A, B))이 감긴 집중권(集中捲)이다. 모터용 전자석(7(A))에 있어서는, 권선(71(A))에 전류가 흐름으로써 자성체 코어(70(A))의 양단부에 각각 상이한 극성의 자극이 형성된다. 그리고, 발전용 전자석(7(B))에 있어서는, 자성체 코어(70(B))를 포함하는 권선(71(B)) 주위의 자계가, 이동하는 영구자석(6, 6')에 따라 변화함으로써 전자 유도에 의해 권선(71(B))의 양단에 유도기전력이 발생한다. 따라서, 권선(71(B))이 "교류전압 출력 권선"이다. 전자석(7(A))의 각 권선(71(A))은 적절히 직렬, 병렬 또는 직병렬로 접속되어 정리되고, 그 2단자에는 직류전원의 전력이 공급된다. 또한, 전자석(7(B))의 각 권선(71(B))은 적절히 직렬, 병렬 또는 직병렬로 접속되어 단상(單相)권선 또는 다상(多相)권선으로서 구성되고, 그들은, 교류용 전등, 교류모터 등의 다양한 교류전력 소비장치에 접속된다. 또한, 교류전압을 정류하여 직류전압으로서 직류전력 소비장치에 접속하는 것도 가능하다.

도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 모터용 전자석(7(A))은, 그 각 자극이 2개의 원반(5, 5')에 2단으로 설치된 2개가 1조인 영구자석(6, 6')에 대응하도록 하여, 소정의 갭 길이로 배치되어 있다. 그리고, 전술한 바와 같이, 모터용 전자석(7(A))의 자극의 극성과, 전자석(7(A))의 각 자극에 대향하는 영구자석(6)의 자극면의 극성은 동일하게 되어 있고, 2개의 원반(5)과 원반(5') 사이에서는, 원반(5)에 설치된 영구자석(6)의 자극면의 극성과 원반(5')에 설치된 영구자석(6')의 극성이 반대로 되어 있다. 이와 같이 브러시리스 DC 모터(1)에서는, 회전체(2)에 있어서, 원반(5)에 고정하는 영구자석(6)과 원반(5')에 고정하는 영구자석(6')을 설치하여 2단의 구성으로 하고, 전자석(7(A))을 U자상으로 해서 2개의 자극의 각각을 그 2단의 영구자석(6)과 영구자석(6')의 각각에 대응시키고 있다. 이와 같이 하여 영구자석(6)과 영구자석(6') 양쪽의 자속을 모두 회전체(2)를 회전시키기 위해 이용함으로써, 브러시리스 DC 모터(1)의 전력으로부터 동력으로의 에너지 변환효율을 향상할 수 있다.

또한, 전자석(7(A))은, 원반(5, 5')(회전체(2))의 중심(O)에서 전자석(7(A))의 중심을 연결하는 직선(도시하지 않음)과, 전자석(7(A))의 자속 중심축(도시하지 않음)이 교차하는 각도(ø₂)가, 원반(5)의 중심(O)방향에서 본 경우에, 0°＜ø₂≤20°가 되도록 프레임(3)에 고정되어 있다. 각도(ø₂)를 이와 같이 함으로써, ø₂=0으로 하는 경우와 비교하여, 후술하는 θ-토크 특성이 변화한다는 효과가 얻어진다. 또한, 도 1 내지 도 3에서는, ø₂=0의 상태를 나타내고 있다.

발전용 전자석(7(B))은, 모터용 전자석(7(A))과 동일한 구성으로, U자형상의 철심(70(B))의 양단이 2개의 원반(5, 5')에 2단으로 설치된 영구자석(6, 6')에 대응하도록 하여, 소정 갭 길이로 배치되어 있다.

프레임(3)은, 샤프트(4)를 축심으로 회전체(2)를 회전 가능하게 지지하는 동시에, 전자석(7(A, B)) 및 위치검출센서(9)를 고정하는 것으로, 도 1에 나타내는 바와 같이, 소정의 간격으로 대향하여 서로 연결된 2장의 프레임판(30)으로 되어 있다. 2장의 프레임판(30)은, 회전체(2)의 최대 직경, 즉, 위치검출원반(8)의 직경보다도 크게 되어 있다. 또한, 도시하지 않으나, 각 프레임판(30)의 샤프트(4)의 축을 지지하는 개소에는 베어링이 설치되어 있다.

전술한 위치검출센서(9)는, 원반(5)과 함께 회전하는 위치검출원반(8)의 위치(회전각도)를 검출할 수 있는 것이라면 임의의 것을 사용할 수 있고, 예를 들면, 포토 인터럽터를 사용할 수 있다. 위치검출센서(9)는, 직류전원(도시하지 않음)으로부터의 전력을 전자석(7(A))의 권선(71(A))에 공급하기 위한 회로(11)와 접속되어 있어, 전자석(7(A))의 권선(71(A))에 급전하는 타이밍을 회로(11)에 부여한다. 본 실시형태의 위치검출센서(9)는, 위치검출원반(8)의 투명영역(착색영역(마커)이 아닌 부분)을 검출하고 있는 동안만, 투명영역을 검출하고 있는 것을 나타내는 검출신호를 회로(11)에 송신한다. 회로(11)는, 위치검출센서(9)로부터의 검출신호의 수신에 따른 타이밍에, 전자석(7(A))의 권선(71(A))에 직류전원의 전력을 공급한다. 구체적으로는, 회로(11)는, 예를 들면, 위치검출센서(9)로서의 포토 인터럽터가 광신호를 수신하고 있는 동안은 스위치(도시하지 않음)를 온(ON)으로 하여 전자석(7(A))의 권선(71(A))으로 급전을 행하고, 광신호를 수신하고 있지 않은 동안은 스위치를 오프(OFF)로 하여 급전을 정지한다.

전술한 착색영역(마커)은, 원반(5')의 둘레 가장자리로부터 돌출된 위치검출원반(8)의 링상의 직경이 큰 부분에 설치되어 있다. 이 착색영역의 위치를 조정하여, 착색영역이 위치검출센서(9)에 의해 검출될 때, 전자석(7(A))의 권선(71(A))에 급전한 경우에는 회전체(2)(원반(5))의 역회전방향(도 3에 있어서의 시계회전방향)의 토크가 발생하도록 할 수 있고, 위치검출센서(9)가 착색영역(마커)을 검출하여 전자석(7(A))의 권선(71(A))으로의 급전을 정지함으로써 회전체(2)의 역회전방향으로의 토크의 발생을 방지할 수 있다. 회로(11)에 대해서는 상세하게 설명하지 않으나, 전자석(7(A))의 권선(71(A))의 에너지를 저항으로 소비하지 않고, 전원으로 회생하는 타입이 바람직하고, 예를 들면, SRM(스위치드 릴럭턴스 모터)에서 일반적으로 사용되고 있는 자기소호형(自己消弧形) 소자를 2개만 사용한 회로로 할 수 있다.

전술한 바와 같이(도 3 참조), 영구자석(6, 6')은, 원반(5, 5')(회전체(2))의 중심(O)으로부터 영구자석(6, 6')의 중심(6a)을 통과하는 직선(L1)과, 영구자석(6, 6')의 자극방향, 즉 영구자석(6, 6')의 표면 또는 이면에 있어서의 법선방향의 직선(L2)이 교차하는 각도(ø₁)가, 원반(5, 5')의 중심(O)에서 보아, 0°＜ø₁≤60°로 되어 있다. 영구자석(6, 6')의 기울기를 이와 같이 한 경우, 전자석(7(A))의 중심에서 회전체(2)(원반(5, 5'))의 정회전방향(도 3에 있어서의 반시계 회전방향)으로 측정한 영구자석(6, 6')의 중심까지의 기계각을 θ로 하고, 전자석(7(A))의 권선(71(A))에 급전하지 않는 경우에 자성체 코어(70(A))와 영구자석(6, 6') 사이의 흡인력에 의해 발생하는 정회전방향의 토크인 디텐트 토크(코깅 토크)를 T로 하면, θ-T 특성은 도 4에 나타내는 바와 같이 된다. 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, θ=0°가, 즉, 전자석(7(A)) 중심의 정면에 영구자석(6)의 중심이 위치하는 상태에서, 디텐트 토크가 0이 되어 원반(5)이 정지하는 안정평형점이다.

한편, 전자석(7(A))의 권선(71(A))에, 예를 들면, 직류전원을 사용하여 1.90 A의 직류전류를 공급한 경우에 전자석(7(A))과 영구자석(6) 사이에 발생하는 원반(5)의 정회전방향의 전자 토크를 T로 하면, θ-T 특성은 도 5에 나타내는 바와 같이 된다. 또한, 전자석(7(A))에 공급하는 전류를 변경한 경우, 안정평형점 및 불안정평형점은 변화한다. 또한, 안정평형점과 불안정평형점이란, 전자석(7(A))에 대한 영구자석(6, 6')의 위치가 안정평형상태에 있는 하나의 위치(점)와 불안정평형상태에 있는 하나의 위치(점)를 각각 의미한다. 안정평형상태와 불안정평형상태는 모두 전자석(7(A))과 영구자석(6)의 흡인력과 반발력이 균형잡힌 상태이다. 안정평형상태에서는, 원반(5)이 어느 방향으로 회전해도 전자석(7(A))과 영구자석(6)의 자력에 의해 회전방향과 반대방향의 힘이 가해져, 재차 안정평형상태로 돌아간다. 한편, 불안정평형상태에서는, 원반(5)이 어느 한 방향으로 회전하면, 전자석(7(A))과 영구자석(6)의 자력에 의해 그 회전방향의로의 힘이 가해져, 재차 불안정평형상태로 돌아가는 일은 없다.

도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, θ=-20°, θ=70°가 안정평형점이고, θ=-80°, θ=10°가 불안정평형점이다. 그리고, 전자 토크(T)가 음이 되는 각도폭은 30°이며, T가 양이 되는 각도폭은 60°이다. T의 평균은 0이 되기 때문에, 도 5로부터도 알 수 있는 바와 같이, T가 음이 되는 부분에서는 각도폭이 좁고 T의 절대값이 크다. 이에, T가 음이 되는 부분의 T를 "대치협각도 토크"로 부른다. 한편, T가 양이 되는 부분에서는 각도폭이 넓고 T의 절대값이 작다. 이에, T가 양이 되는 부분의 전자 토크(T)를 "소치광각도 토크"로 부른다.

여기서, 소치광각도 토크를 이용하는 경우를 생각한다. 도 6은, 전자석(7(A))으로의 비급전시의 안정평형상태(즉, 디텐트 토크가 0이고 원반(5, 5')이 정지해 있는 상태)에 있어서의 영구자석(6), 전자석(7(A, B)), 위치검출원반(8)의 착색영역 및 투명영역, 및 위치검출센서(9)의 위치관계를 직선상으로 나타낸 설명도이다. 도 6에 있어서, 각도(α)는, 전자석(7(A))의 정면을 0°로 한, 프레임(3) 등의 고정자 상에 표시된 각도로, 회전체(2)(원반(5, 5'))인 회전자의 정방향 회전을 정의 방향으로 하고 있다. 또한, 정회전영역과 역회전영역은, 전자석(7(A))에 대해 고정된, 즉, 각도(α)에 관하여 고정된 영역이다, 정회전영역은, 영구자석(6, 6')이 원반(5, 5')의 회전에 따라 이동하여 당해 영역에 위치했을 때, 원반(5, 5')에 정회전방향의 전자 토크(T)가 발생하는 영역이다. 즉, 도 6의 정회전영역은, 도 5에 있어서 "소치광각도 토크"가 발생하는 θ의 각도범위에 대응하고 있다. 그리고, 역회전영역은, 영구자석(6, 6')이 원반(5, 5')의 회전에 따라 이동하여 당해 영역에 위치했을 때, 원반(5, 5')에 역회전방향의 전자 토크(T)가 발생하는 영역이다. 즉, 도 6의 역회전영역은, 도 5에 있어서 "대치협각도 토크"가 발생하는 θ의 각도범위에 대응하고 있다. 도 6에 있어서, 도면의 왼쪽방향이 원반(5)의 정회전의 방향으로, 영구자석(6)이 왼쪽으로 이동하면 위치검출원반(8)의 착색영역 및 투명영역도 왼쪽으로 이동한다. 또한, 정회전영역의 각도폭과 투명영역의 각도폭은 동일한 60°이고, 역회전영역의 각도폭과 착색영역의 각도폭은 동일한 30°이다. 그리고, 정회전영역 및 역회전영역, 투명영역 및 착색영역은 연속하고 있고, 정회전영역 및 투명영역은 30°간격으로 존재하며, 역회전영역 및 착색영역은 60°간격으로 존재한다. 또한, 영구자석(6, 6')이 역회전영역 내에 위치하는 경우에 위치검출센서(9)는 착색영역 내에 있고, 영구자석(6, 6')이 정회전영역 내에 위치하는 경우에 위치검출센서(9)는 투명영역 내에 있도록, 위치검출원반(8)과 위치검출센서(9)를 설정한다. 도 6의 예에서는, 위치검출센서(9)는 α=50°의 장소에 위치하고 있다.

도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 전자석(7(A))에 급전하지 않는 안정평형상태에서는, 영구자석(6)은 역회전영역에 위치하기 때문에, 위치검출원반(8)의 위치검출센서(9)가 센싱하는 장소는 착색영역이다. 따라서, 위치검출센서(9)로부터는 검출신호가 회로(11)에 송신되기 때문에, 회로(11)는 전원으로부터의 전력을 전자석(7(A))에 공급하지 않는다. 그 때문에, 전자석(7(A))에 급전되지 않는 안정평형상태에서 원반(5)을 회전시켜서 브러시리스 DC 모터(1)를 기동시키기 위해서는, 어떤 종류의 고안이 필요해진다. 브러시리스 DC모터(1)를 기동시키기 위한 고안으로서는, 크게 나누어, 비급전시의 안정평형점을 정회전영역으로 이동시키는 제1 방법과, 기동시에 영구자석(6)을 일단 강제적으로 정회전영역으로 이동시키는 제2 방법이 있다.

비급전시의 안정평형점을 정회전영역으로 이동시키는 제1 방법이란, 전자석(7(A))의 권선(71(A))에 전력이 공급되지 않고 원반(5, 5')이 디텐트 토크 0의 안정평형상태에서 정지해 있을 때의 전자석(7(A))과 영구자석(6)의 위치관계가, 전자석(7(A))의 권선(71(A))으로의 전력의 공급이 개시되었을 때 원반(5, 5')의 정방향의 토크가 원반(5, 5')의 소정 회전각도만큼 연속해서 발생하는 관계가 되도록, 전자석(7(B))을 영구자석(6, 6')에 대해 위치시키는 것이다. 즉, 전자석(7(B))의 위치를 현재의 위치, 즉, 전자석(7(A))에서 90°떨어진 위치로부터 이동시킴으로써, 디텐트 토크(θ-T 특성)를 변화시켜서, 안정평형상태에 있어서, 영구자석(6, 6')이 정회전영역에 위치하도록 한다. 영구자석(6, 6')이 정회전영역에 위치하면, 위치검출센서(9)의 센싱위치는 투명영역이 되기 때문에 급전이 개시되어 원반(5, 5'), 즉 브러시리스 DC 모터(1)를 기동하여 정회전시킬 수 있다.

예를 들면, 디텐트 토크(θ-T 특성)를 변화시킴으로써, 안정평형상태에 있어서, 전자석(7(A)) 근방의 영구자석(6)이 α=11°에 위치하도록 하면, 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 영구자석(6, 6')은 정회전영역에 포함되고, 위치검출센서(9)의 센싱위치는 투명영역에 포함된다. 원반(5)의 정회전방향으로는 70°-11°=59°에 걸쳐 정회전영역이 계속해서 존재하고, 마찬가지로, 59°에 걸쳐 투명영역이 계속해서 존재한다. 따라서, 원반(5, 5')이 59°만큼 회전하는 동안만 전자석(7(A))에 급전되어 원반(5, 5')은 정회전한다. 원반(5, 5')의 회전각도가 60°에 도달하여 α=71°가 되면 영구자석(6, 6')은 역회전영역에 포함된다. 그러나, 위치검출센서(9)의 센싱위치도 착색영역에 포함되기 때문에 전자석(7(A))으로의 급전이 정지된다. 그러면, 전자석(7(A))에 의한 전자 토크(T)는 0이 되고, 디텐트 토크(T)가 나타난다. 역회전영역에 있어서의 디텐트 토크(T)는 대체로 양의 값이고, 또한, 원반(5, 5')에는 관성 모멘트가 존재하기 때문에, 원반(5, 5')은 정회전을 계속한다. 각도폭이 30°인 역회전영역을 지나가면 재차 영구자석(6, 6')은 각도폭 60°의 정회전영역에 들어가기 때문에 원반(5, 5')은 정회전을 계속한다. 전자석(7(A))에 급전하지 않는 디텐트 토크(T)의 안정평형상태에서, 전자석(7(A))의 근방의 영구자석(6, 6')을 α=11°에 위치시키기 위해서는, 2개 있는 전자석(7(B))을 각각 원반(5, 5')의 정회전방향으로 22°만큼 이동시키면 된다. 즉, 전자석(7(B))을 α=90°의 위치에서 α=112°의 위치로 이동시키면 된다. 단, α=112°가 적당한 것은, 전자석(7(A))이 2개이고 전자석(7(B))이 2개인 경우이다.

한편, 기동시에 영구자석(6)을 일단 강제적으로 정회전영역으로 이동시키는 제2 방법으로서는, 위치검출센서(9)에 의한 착색영역의 검출에 상관없이 전자석(7(A))에 일시적으로 급전하는 방법(2-1)과, 착색영역에 폭이 좁은 투명영역을 설치하는 방법(2-2)이 있다.

위치검출센서(9)에 의한 착색영역의 검출에 상관없이 전자석(7(A))에 일시적으로 급전하는 방법(2-1)에 있어서는, 직류전원의 전력을 전자석(7(A))에 공급하는 전술한 회로(11)에, 예를 들면, 누름 버튼(B)(도시하지 않음)을 누른 경우에 소정의 기간만큼 직류전원의 전력을 전자석(7(A))에 공급하는 회로(11a)(도시하지 않음)를 추가함으로써 실현한다. 보다 구체적으로는, 브러시리스 DC 모터(1)의 기동시에, 누름 버튼(B)을 누름으로써 전자석(7(A))에 급전하여, 도 6에 나타내는 안정평형상태에서 정지해 있는 원반(5, 5')(영구자석(6, 6'))을 일시적으로 역방향으로 회전시킴으로써, 역회전영역에 위치하는 영구자석(6, 6')이 정회전영역으로 이동하고, 그대로 역회전방향의 역회전영역에 도달하지 않고, 당해 정회전영역 내에서 원반(5, 5')을 정회전으로 바꾼다. 즉, 누름 버튼(B)을 누른 경우에는, 원반(5, 5')이 역회전하여 영구자석(6, 6')이 정회전영역에 도달하고, 당해 영구자석(6, 6')이 그 정회전영역 내에 있는 동안에 원반(5, 5')이 정회전으로 바뀌는 데 필요한 기간(회전각도분량)만큼 전자석(7(A))에 급전된다.

착색영역에 폭이 좁은 투명영역을 설치하는 방법(2-2)에서는, 전자석(7(A))의 권선(71(A))에 전력이 공급되지 않고 원반(5)이 디텐트 토크(T)의 안정평형상태에서 정지해 있는 상태에 있어서의 위치검출센서(9)의 센싱위치의 위치검출원반(8)에 소정 폭의 투명영역을 설치한다. 즉, 도 7에 나타내는 바와 같이, 30°의 각도폭의 착색영역 내에 소정의 각도폭의 투명 창 영역(R)을 설치한다. 투명 창 영역(R)은, 위치검출센서(9)의 중앙의 센싱위치로부터 원반(5')(위치검출원반(8))의 정회전방향으로 폭을 가지고 있다. 이와 같이, 위치검출센서(9)의 센싱위치에 투명 창 영역(R)이 위치하기 때문에, 회로(11)를 동작시키면, 바로 일정 기간(회전각도분량)만큼 전자석(7(A))의 권선(71(A))에 급전된다. 이와 같이 하여 전자석(7(A))에 급전함으로써, 원반(5, 5')(영구자석(6, 6'))을 역방향으로 회전시켜, 역회전영역에 위치하는 영구자석(6, 6')이 정회전영역으로 이동하고, 그대로 역회전방향의 역회전영역에 도달하지 않고, 당해 정회전영역 내에서 원반(5)을 정회전으로 바꾼다. 따라서, 투명 창 영역(R)의 각도폭은, 원반(5, 5')이 역회전하여 영구자석(6, 6')이 정회전영역에 도달하고, 당해 영구자석(6, 6')이 그 정회전영역 내에 있는 중에 원반(5, 5')이 정회전으로 바뀌는 데 필요한 기간만큼 전자석(7(A))에 급전되는 각도폭이다. 또한, 통상의 회전시에, 위치검출센서(9)의 과도 특성이 나쁜 것으로 인해, 투명 창 영역(R)은 검출되지 않고, 제어동작은 발생하지 않는다.

다음으로, 대치협각도 토크를 이용하는 경우를 생각한다. 이 경우, 소치광각도 토크를 이용하는 경우의 위치검출원반(8)과 위치검출센서의 설정을 나타내는 도 6에 있어서, 위치검출원반(8)의 착색영역을 투명영역으로, 투명영역을 착색영역으로 변경하면 된다. 이 변경을 행한 모습을 나타내는 것이 도 8이다. 도 8은 전자석(7(A))으로의 비급전시의 안정평형상태(즉, 디텐트 토크가 0이고 원반(5, 5')이 정지해 있는 상태)를 나타내고 있다. 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 영구자석(6, 6')은 역회전영역에 존재하고, 위치검출센서(9)는 투명영역 내에 있기 때문에, 위치검출센서(9)로부터 검출신호가 회로(11)에 송신되고, 회로(11)는, 전원으로부터의 전력을 전자석(A)에 급전한다. 그 때문에, 브러시리스 DC 모터(1)는 역회전방향으로 회전한다. 이와 같이, 대치협각도 토크를 이용하는 경우에는, 브러시리스 DC 모터(1)를 기동시키기 위한 고안은 특별히 필요 없다. 단, 전자석(B)의 배치를 정위치로부터 어긋나게 하는 경우, 비급전시의 안정평형상태에 있어서 영구자석(6, 6')이 역회전영역 밖으로 이동하지 않도록 주의하면 된다.

이와 같은 본 발명의 브러시리스 DC 모터(1)에 의하면, 회전체(2)(원반(5, 5'))를 회전시켜서 모터로서 기능하게 하면서, 당해 회전체(2)의 회전에 의해 직접적으로 발전할 수 있다. 또한, 본 발명의 브러시리스 DC 모터(1)에 의하면, 모터용 전자석(7(A))에 의한 회전체(2)의 회전과, 발전용 전자석(7(B))에 의한 발전을 동시에 행하기 때문에, 모터의 기능과, 연속적인 기전력을 얻을 수 있는 발전기능을 동시에 발휘할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시형태는, 발명의 기술적 상상의 범위 내에서 적절히 변경해서 실시해도 된다. 예를 들면, 전술한 실시형태에서는, 발전하기 위한 수단으로서 자성체 코어(70(B))와 권선(71(B))으로 되는 전자석(7(B))을 사용하였으나, 발전하기 위한 수단은 권선(71(B))만이어도 된다. 그러나, 발전하기 위한 수단으로서 자성체 코어(70(B))와 권선(71(B))으로 되는 전자석(7(B))을 사용하는 편이, 즉, 권선(71(B))에 자성체 코어(70(B))를 통과시킨 편이, 효율적으로 발전할 수 있다.

또한, 전술한 실시형태에서는, 모터용 전자석(7(A))과 발전용 전자석(7(B))을 각각 2개씩으로 하였으나, 모터용 전자석(7(A))의 수와 발전용 전자석(7(B))의 수는 2개에 한정되지 않고 적절히 변경해도 된다. 그러나, 서로 이웃하는 모터용 전자석(7(A))끼리 또는 발전용 전자석(7(B))끼리, 또는 모터용 전자석(7(A))과 발전용 전자석(7(B))이 전자적인 결합을 하지 않는 간격이 되는 수인 것이 바람직하다.

또한, 전술한 실시형태에서는, 4조의 영구자석(6)에 대해 모터용 전자석(7(A)) 2개와 발전용 전자석(7(B)) 2개를 구비하는 구성으로 하였으나, 4조의 영구자석(6)에 대해서 4개의 모터용 전자석(7(A))을 설치하고, 거기에 임의의 수의 발전용 전자석(7(B))을 적절하게 설치하도록 해도 된다. 또한 예를 들면, 전자석(7(B))을 1개로 하고, 전자석(7(A))을 3개로 해도 된다. 또는 전자석(7(A))을 1개로 하고, 전자석(7(B))을 3개로 해도 된다.

또한, 전술한 실시형태에서는, 영구자석(6)을 구비하는 원반(5)을 2개 구비하는 구성으로 하였으나, 원반(5)은 1개여도 된다. 그러나, 브러시리스 DC 모터(1)의 모터로서의 에너지 효율을 높이기 위해서는, 원반(5)을 2개 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 전술한 실시형태에서는, 도 5에 있어서 전자 토크(T)가 양의 값을 취하는 타이밍, 즉, 소치광각도 토크가 발생하는 타이밍에 전자석(7(A))의 권선(71(A))에 급전을 행하는 것으로 하였으나, 이것에 한정되지 않고, 전자 토크(T)가 음의 값을 취하는 타이밍, 즉, 대치협각도 토크가 발생하는 타이밍에 전자석(7(A))의 권선(71(A))에 급전을 행하도록 해도 된다.

본 발명은, 예를 들면, 회전체를 회전시켜서 모터로서 기능하게 하면서, 당해 회전체의 회전에 의해 직접적으로 발전하는 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터 및 당해 브러시리스 DC 모터를 포함하는 모터 시스템에 적용 가능하다.

도면의 간단한 설명

도 1은 본 발명의 브러시리스 DC 모터(1)의 외관을 나타내는 정면도이다.

도 2는 브러시리스 DC 모터(1)의 외관을 나타내는 측면도이다.

도 3은 브러시리스 DC 모터(1)의 도 2의 A-A' 단선에 있어서의 단면의 모습을 나타내는 설명도이다.

도 4는 전자석(7(A))에 전력을 공급하지 않는 경우의 θ-T 특성을 나타내는 설명도이다.

도 5는 전자석(7(A))에 직류 일정전류를 공급한 경우의 θ-T 특성을 나타내는 설명도이다.

도 6은 소치광각도 토크를 이용하는 경우의 전자석(7(A))으로의 비급전시의 안정평형동작상태에 있어서의 영구자석(6), 전자석(7(A, B)), 위치검출원반(8)의 착색영역 및 투명영역, 및 위치검출센서(9)의 위치관계를 직선상으로 나타낸 설명도이다.

도 7은 착색영역에 설치한 투명 창 영역(R)에 대해 설명하는 설명도이다.

도 8은 대치협각도 토크를 이용하는 경우의 전자석(7(A))으로의 비급전시의 안정평형동작상태에 있어서의 영구자석(6), 전자석(7(A, B)), 위치검출원반(8)의 착색영역 및 투명영역, 및 위치검출센서(9)의 위치관계를 직선상으로 나타낸 설명도이다.

1 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터
2 회전체
3 프레임
6 영구자석
8 위치검출원반
9 위치검출센서
11 회로
70(A) 제1 자성체 코어
70(B) 제2 자성체 코어
71(A) 권선(제1 권선)
71(B) 권선(제2 권선)

Claims

프레임과,
상기 프레임에 회전 자유자재로 취부된 원반과,
상기 원반 상에 당해 원반의 주변에 등간격으로 배치되어 표면 및 이면에 자극(磁極)이 형성된 판상의 복수의 영구자석과,
상기 복수의 영구자석에 대응하여 상기 프레임에 고정된 소정의 수의 제1 자성체 코어와,
상기 제1 자성체 코어의 각각에 휘감겨 직류전력이 공급되는 제1 권선(捲線)과,
상기 프레임에 고정된 소정의 수의 제2 자성체 코어와,
상기 제2 자성체 코어에 휘감겨 전력소비장치에 접속되는 제2 권선을 구비하고,
상기 영구자석을, 원반의 중심과 당해 영구자석의 중심을 통과하는 직선과, 당해 영구자석의 자극면의 중심에 있어서의 법선이 이루는 각도가 0°보다 크고 60°이하가 되도록 위치시킴으로써,
상기 제1 권선에 직류 일정전류를 연속 급전한 경우에, 당해 제1 권선으로의 비급전시에 상기 제1 자성체 코어와 상기 영구자석의 흡인력에 의해 발생하는 디텐트 토크가 0이 되는 안정평형동작상태의 상기 영구자석에 대해 상기 제1 자성체 코어를 기준으로 측정한 상기 영구자석의 회전각도와, 상기 제1 권선의 전류와 상기 영구자석에 의한 전자 토크의 특성 곡선에 있어서, 상기 원반을 역방향으로 회전시키는 회전각도범위가 좁고 값이 큰 대치협각도(大値狹角度) 토크와, 상기 원반을 정방향으로 회전시키는 회전각도범위가 넓고 값이 작은 소치광각도(小値廣角度) 토크를 발생시켜,
상기 대치협각도 토크가 발생할 때 또는 상기 소치광각도 토크가 발생할 때 중 어느 하나에 있어서만 상기 제1 권선에 급전되는 것을 특징으로 하는 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터.
제1항에 있어서,
서로 동축에 고정된 상기 원반을 2개 구비하고,
한쪽의 상기 원반에 배치된 영구자석과 다른 쪽의 상기 원반에 배치된 영구자석은 극성이 반대로 되어 있어,
상기 제1 자성체 코어 및 상기 제2 자성체 코어는, 한쪽의 단부가 한쪽의 상기 원반에 배치된 상기 영구자석에 대응하고, 다른 쪽의 단부가 다른 쪽의 상기 원반에 배치된 상기 영구자석에 대응하도록 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 자성체 코어가 짝수개 존재하고, 상기 제1 자성체 코어가 상기 원반의 어느 한 위치 및 그 위치로부터 180°떨어진 위치에 고정되며 또한 그 제1 자성체 코어에 휘감긴 대향하는 2개의 제1 권선에는 동일한 전류가 흘려지고, 또한 상기 제2 자성체 코어가 짝수개 존재하며, 상기 제2 자성체 코어가 상기 원반의 어느 한 위치 및 그 위치로부터 180°떨어진 위치에 고정되고 또한 그 제2 자성체 코어에 휘감긴 대향하는 2개의 제2 권선에는 동일한 전류가 흘려지는 것을 특징으로 하는 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프레임 및 상기 원반은 비금속의 재료에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 권선에 전력이 공급되지 않고 상기 원반이 정지해 있을 때, 상기 제1 권선과 상기 영구자석의 위치관계가, 상기 제1 권선으로의 전력의 공급이 개시되었을 때 상기 원반의 정방향의 토크 또는 역방향의 토크가 상기 원반의 소정 회전각도만큼 연속해서 발생하는 위치관계가 되도록, 상기 제2 자성체 코어가 상기 영구자석에 대해 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터와,
상기 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터의 정방향의 토크가 얻어지는 타이밍에 상기 제1 권선에 직류전원의 전력을 공급하는 동시에, 상기 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터의 기동시에, 상기 원반을 일시적으로 회전시켜, 정지시에 역방향의 토크가 발생하는 역회전영역에 위치하는 상기 영구자석이 정방향의 토크가 발생하는 정회전영역으로 이동하고, 그대로 역회전방향의 역회전영역에 도달하지 않고 원반이 정회전으로 바뀌도록 상기 제1 권선에 직류전원의 전력을 공급하는 급전기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 모터 시스템.
제6항에 있어서,
상기 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터는, 상기 원반과 동축으로 회전하고, 상기 원반의 회전각도에 대응하여 급전영역 또는 비급전영역을 정하는 마커가 배치된 위치검출원반과, 상기 위치검출원반에 배치된 상기 마커를 검출하는 센서를 추가적으로 구비하고,
상기 급전기구는, 상기 센서에 의한 상기 마커의 검출결과에 따라 상기 제1 권선에 급전할지 여부를 전환하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 시스템.