JPH04150757A

JPH04150757A - ブラシレスｄｃモータ

Info

Publication number: JPH04150757A
Application number: JP27220190A
Authority: JP
Inventors: Hideo Tsuchiya; 英雄土屋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-10-12
Filing date: 1990-10-12
Publication date: 1992-05-25

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】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、ブラシレスＤＣモータに係り、特に、その構
造及び駆動回路に関する。

（従来の技術）ブラシレスＤＣモータは、ブラシ付きＤＣモータの整流
子の働きをセンサと半導体スイッチング素子とに置き換
えたものであり、機械的な摺動部材や電気接点部分がな
いので、接点にてスパイクノイズが発生せず、ブラシ部
分の保守が不要になるなどの利点がある。

第７図に示すように、従来のブラシレスＤＣモータ１の
磁気センサ６は、ステータ２の電機子巻線（コイル）３
に直接取り付けられ、ロータ４の永久磁石５の正面に対
面するように位置している。

この第７図に示すブラシレスＤＣモータの例では、セン
サ６はロータ磁石５のＮ極からの主方向磁束を切るので
、当該スロットのステータ電流を紙面の裏側から表側に
向かう向きに流すと、ロータ４は時計回りの回転トルク
を得る。

磁気センサ６にはホール素子を用いる。ホール素子は、
ロータ磁石５による磁束に応じて電気的に出力信号を変
化させるものであり、小型で安価なためにブラシレスＤ
Ｃモータに適している。

通常、磁気センサ６は、モータの相数に応じて複数個を
ステータ偏に取り付ける。駆動出力回路で二値化した磁
極信号を論理演算処理して励磁切り替え信号を得て、ス
イッチング素子のオン・オフでモータの電機子ステータ
に方形波状の駆動電圧を印加する。

モータに印加される電圧の励磁切り替えタイミングは各
相の磁極信号がゼロクロスする点をもって行なうのが通
常である。このため、各センサの微妙な取り付は位置の
誤差は、モータの理想的な励磁制御の妨げとなる。

（発明が解決しようとする課題）一般に、ブラシレスＤＣモータの製造においては、構造
を簡単にするために、モータ製造時にセンサ６をステー
タコイル３の一部（コイルエンド）に接着などにより直
接固定する。このため、製造時以後においては、各セン
サ６の取り付は位置を調節することが困難であり、使用
に際して励磁切り替えタイミングの微妙なずれを生じる
という不都合がある。

また、第８図に示すように、センサ６が正確に所定の取
り付は位置に取り付けられている場合には、ロータ磁石
５の中央がちょうどステータコイル３の中央に対面する
ところでステータ電流Ｉのピーク値がくるので、ステー
タ電流Ｉとロータ磁束Φとのベクトル積が理想的状態と
なるが、第９図に示すように、センサ６が所定の取り付
は位置から位置ずれを生じている場合には、ロータ磁石
５の中央がステータコイル３の中央からずれたところで
ステータ電流ｌのピーク値がくるので、ステータ電流Ｉ
とロータ磁束Φとのベクトル積が理想的状態とならない
。このように、励磁制御が理想的状態からずれると、ス
テータ電流Ｉとロータ磁束Φとの間に位相誤差を生じ、
トルクリップルが大きくなるとともに、モータ効率が低
下するという不都合が生じる。

さらに、各センサ６は個々に取り付けであるため、セン
サ６相互の角度間隔を正確に一定に保つことが困難であ
り、この角度間隔の誤差が存在する場合においても、前
述と同様にステータ電流１とロータ磁束Φとのベクトル
積が理想的状態とならない。

また、さらに、モータを製造する時点であっても、セン
サ６の取り付は位置は、寸法をもとに割り付けるための
位置誤差、あるいは接着剤の収縮にともなう位置誤差な
どのために、電気的な特性が必ずしも最適になるとは限
らず、これらに起因して各々のセンサ６の取り付は位置
に微妙な誤差を生じる。

さらに、また、センサ６をコイルエンドなどのステータ
コイル３の近傍に取り付ける場合には、本来検出したい
ロータ磁石５による正規の界磁磁束の他にステータ２を
励磁するコイル電流による磁界が重畳して検出される。

ステータ励磁電流はモータのトルクや回転方向で常時変
動するものであり、このステータ励磁電流による磁界は
センサ信号に影響を及ぼし、ロータ位置の検出に誤差を
生じる。このため、前述のセンサ取り付は位置の誤差と
同様に、モータの理想的な励磁制御が妨げられる。

上述のように、従来のブラシレスＤＣモータにおいては
、ステータコイルに対する磁気センサの取り付は位置の
誤差（相対位置誤差）、および、磁気センサ相互間の取
り付は位置の誤差（位相誤差）が、モータに印加される
電圧の励磁切り替えタイミングに種々の影響を及ぼし、
理想的な励磁制御を行なうことができない。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、
磁気センサの取り付は位置精度が不十分なため、あるい
は、磁気センサがステータフィルの磁界を受けてしまう
ために生じる不都合を解消し、トルクリップルが小さく
、かつ、高効率のブラシレスＤＣモータを提供すること
を目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明に係るブラシレスＤＣモータは、回転界磁を発生
させる永久磁石ロータと、前記永久磁石ロータの界磁磁
束に直交する電機子電流を前記永久磁石ロータに作用さ
せるステータと、前記ステータに設けられ前記永久磁石
ロータの界磁磁束を検出する複数個の磁気センサと、を
有するブラシレスＤＣモータであって、前記ステータが
、前記磁気センサを前記永久磁石ロータの磁石の着磁直
交方向端面に漏洩する磁束を検出するように支持する環
状支持体と、前記環状支持体を前記ステータに対して前
記永久磁石ロータの回転方向に移動させることにより、
前記磁気センサと前記ステータとの相対位置を調節する
位置調節手段と、を具備することを特徴とする。

（作用）本発明に係るブラシレスＤＣモータにおいては、磁気セ
ンサを、ステータコイルの磁束主方向を避けて、ロータ
磁石の着磁直交方向端面に漏洩する磁束のみを検出する
ように配置するので、ロータ磁石の磁束とステータコイ
ルの磁束とが重畳して検出されなくなる。このように、
ステータコイルの磁束の影響を磁気センサが受けなくな
るため、センサによるロータ磁石の磁束検出が正確にな
る。

また、磁気センサを環状支持体に取り付け、この環状支
持体をステータに対して位置調節することができるので
、製造後においても磁気センサの位置を容易に調節する
ことができ、相対位貧誤差および位相誤差が解消される
。

（実施例）以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施例につ
いて具体的に説明する。

第１図は、第１実施例のインナーロータ型ブラシレスＤ
Ｃモータを示す縦断面図である。モータ１０のシャフト
１５は、１対の軸受１６によりフレームに回転可能に設
けられている。シャフト１５にはロータ部材１５ａが嵌
め込まれ、ロータ部材１５ｍの周面に多数のロータ磁石
１７が等間隔に取り付けられている。これらロータ磁石
１７の主磁極面はモータ軸に平行である。

モータフレームは、ディスク状の１対の後面板１１及び
前面板１３、並びに、これらの間に設けられた円筒側板
１２を組み合わせてつくられている。フレームの前面板
１３は、複数の固定ボルト１４ａにより円筒側板１２に
固定されている。

ステータ１９は、コア及びコイルを有し、円筒側板１２
の内周面に固定されている。ステータ１９のコイルエン
ドとロータ磁石１７とは所定のギャップ間隔をもって非
接触に対面している。

環状支持体１８が、複数の位置調節用ボルト１４ｂによ
り円筒側板１２に位置調節可能に固定されている。この
環状支持体１８には３個のホール素子３１ｍ、３１ｂ、
３１ｃが等角度間隔に取り付けられている。

第２図に示すように、位置調節用ボルト１４ｂは、円筒
側板１２のつば部に形成された長穴１２ａに挿通され、
環状支持体１８のネジ穴１８ｂにネジ込まれている。

第３図に示すように、ホール素子３１ａ（ホール素子３
１ｂ、３１ｃは図示せず）は、ロータ磁石１７の着磁直
交方向端面に漏洩する磁束を検出するように、環状支持
体１８の内周つば部材１８ｇに固定されている。すなわ
ち、ステータコイルで生じる磁束の影響を避けるために
、ホール素子３１１を、ステータ１９から可能な限り離
れた位置で、かつ、ロータ磁石１７に接近させる必要が
ある。

ホール素子３１ａには磁束検出の感度に方向性が存在す
る。このため、ホール素子３１ａは、ロータ磁石１７の
端面に漏洩する磁束に感度を有するように設けである。

すなわち、ホール素子３１ａは、ロータ磁石１７の側端
面に対面するように非接触に設けられ、センサ感度面が
磁石１７の主磁極Ｎ、Ｓに直交している。

第４図は、モータ駆動回路のブロック図である。

ホール素子３１は、モータの相数に応じて複数個が等角
度間隔に取り付けられる。３相モータの場合は３個のホ
ール素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃが取り付けられる。駆
動出力回路３３は、３個のホール素子３１ａ、３１ｂ、
３１ｃが検出したロータ磁界に有効に作用するように、
ステータ１９の励磁電流を制御する役割を有する。セン
サで検出され正弦波近似された磁極信号３２ａ、３２ｂ
。

３２ｃは、駆動出力回路３３により論理演算処理される
。これにより、励磁切り替え信号が回路３３から６個の
スイッチング素子３４ａ〜３４ｆにそれぞれ送られ、こ
れら素子のオン・オフでモータ１０の電機子ステータ１
９に方形波状の駆動電圧が印加される。

第５図に、このときの理想的な磁極信号とモータ１０に
印加される電圧との一例を示す。磁極信号３２　ａ、　
　３２　ｂ、　　３２　ｃは、ギャップ距離の誤差、お
よびロータ磁石１７の着磁又は形状のばらつきが無い理
想的な状態では、ロータ磁石１７の極性に応じた正弦波
近似の形状になる。図から明らかなように、モータ１０
に印加される電圧の励磁切り替えタイミングは各相の磁
極信号３２ａ。

３２ｂ、３２ｃがゼロクロスする点をもって行なうのが
通常である。因みに、ホール素子３１ａ。

３１ｂ、３１ｃの取り付は位置の微妙な誤差は、モータ
１０の理想的な励磁制御の妨げとなる。

次に、上記モータの動作について説明する。

ステータ１９のコイルに励磁電流を通電し、コイルエン
ドに磁界を発生させて、これにロータ磁石１７を引き付
け、次々に励磁電流を変化させて、ステータコイルの磁
極を入れ替え、モータシャツ）１５を回転させる。

３個のホール素子３１ａ〜３１ｃによりロータ磁石１７
の着磁方向に直交する漏れ磁束を検出する。これらの検
出信号は、正弦波近似された磁極信号３２ａ、３２ｂ、
３２ｃとなって駆動出力回路３３に送られ、回路３３に
より論理演算処理される。磁極信号３２ａ、３２ｂ、３
２ｃは、ギャップ距離の誤差、およびロータ磁石１７の
着磁又は形状のばらつきが無い理想的な状態では、ロー
タ磁石１７の極性に応じたほぼ正弦波の形状になる。

励磁切り替え信号が回路３３から６個のスイッチング素
子３４ａ〜３４ｆにそれぞれ送られ、これら素子のオン
争オフでモータ１０の電機子ステータ１９に方形波状の
駆動電圧が印加される。このようにしてホール素子３１
ａ〜３１ｃで検出したロータ磁界に有効に作用するよう
に、ステータ１９の励磁電流を制御する。

第８図に示すように、ホール素子３１ａ〜３１ｃがそれ
ぞれ正確に所定の取り付は位置に取り付けられている場
合には、ロータ磁石１７の中央がちょうどステータコイ
ル１９の中央に対面するところでステータ電流Ｉのピー
ク値がくるので、ステータ電流ｌとロータ磁束Φとのベ
クトル積が最大になり、理想的状態となる。これは、ホ
ール素子３１ａ〜３１ｃを、ステータコイルの磁束主方
向を避けて、ロータ磁石１７の着磁直交方向端面に漏洩
する磁束のみを検出するように配置したことにより、ロ
ータ磁石１７の磁束とステータコイルの磁束とが重畳し
て検出されなくなったからである。このように、ステー
タコイルの磁束の影響をホール素子３１ａ〜３１ｃが受
けなくなるため、ホール素子３１ａ〜３１ｃによるロー
タ磁石１７の磁束検出が正確になる。

また、ホール素子３１ａ〜３１ｃを環状支持体１８に取
り付け、この環状支持体１８をステータ１９に対して位
置調節することができるので、製造後においてもホール
素子３１ａ〜３１ｃの位置を容易に調節することができ
、相対位置誤差および位相誤差が解消される。

上記第１実施例のモータによれば、モータを運転しなが
ら、モータ筐体外部から環状支持体を回転することが可
能であり、これによってホール素子信号による励磁位相
角を調整することができるので、トルクリップルが低減
され、モータ効率を大幅に向上させることができる。

第６図は、第２実施例に係るディスクロータ型ブラシレ
スＤＣモータを示す縦断面図である。なお、この第２実
施例が前述の第１実施例に共通する部分の説明は省略す
る。

モータ２０のシャフト２５は、１対の軸受２６によりフ
レームに回転可能に設けられている。シャフト２５には
ディスク状のロータ部材２５ａが嵌め込まれ、ディスク
ロータ部材２５ａの周縁部に多数のロータ磁石２７が等
間隔に取り付けられている。これらロータ磁石２７の主
磁極面はモータ軸に直交している。

モータフレームは、ディスク状の１対の後面板２１及び
前面板２３、並びに、これらの間に設けられた円筒側板
２２を組み合わせてつくられている。フレームの前面板
２３は、複数の固定ボルト（図示せず）により円筒側板
２２に固定されている。

ステータ２９は、コア及びコイルを有し、円筒側板２２
のつば部２２ａの内周面に固定されている。ステータ２
９のコイルエンドとロータ磁石２７とは所定のギャップ
間隔をもって非接触に対面している。

環状支持体２８が、複数の位置調節用ボルト（図示せず
）により円筒側板２２に位置調節可能に固定されている
。この環状支持体２８には、上記第１実施例と同様の３
個のホール素子３１ａ。

３１ｂ、３１ｃが等角度間隔に取り付けられている。な
お、ホール素子３１ａ〜３１ｃとロータ磁石２７との相
対的な位置関係は、第３図に示したものと同様である。

上記第２実施例のディスクロータ型ブラシレスＤＣモー
タにおいても、同様にトルクリップルが低減され、モー
タ効率を向上させることができる。

なお、本発明は、上記第１および第２の実施例で示した
タイプのモータのみに限られることなく、ロータがステ
ータの外側に位置するアウターロータ型ブラシレスＤＣ
モータ等の他のタイプのモータにも用いることができる
。

また、磁気センサには、ホール素子の他に、例えば、磁
気抵抗素子を採用してもよい。

［発明の効果］本発明によれば、磁気センサを、ステータコイルの磁束
主方向を避けて、ロータ磁石の着磁直交方向端面に漏洩
する磁束のみを検出するように配置しているので、ロー
タ磁石の磁束とステータコイルの磁束とが重畳して検出
されなくなる。このため、ステータコイルの磁束の影響
を磁気センサが受けず、センサによるロータ磁石の磁束
検出が高精度になり、モータに印加される電圧の励磁切
り替えタイミングが正確となり、理想的な励磁制御を行
なうことができる。

また、磁気センサを環状支持体に取り付け、この環状支
持体をステータに対して位置調節することができるので
、製造後においても磁気センサの位置を容易に調節する
ことができ、相対位置誤差および位相誤差が解消される
。この結果、トルクリップルが低減され、モータ効率を
大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係るブラシレスＤＣモー
タの縦断面図、第２図は第１実施例のモータの一部を示
す斜視図、第３図は磁気センサ及びロータ磁石を示す模
式図、第４図はモータ駆動回路のブロック図、第５図は
理想状態の磁極信号の波形タイムチャート、第６図は本
発明の第２実施例に係るブラシレスＤＣモータの縦断面
図、第７図は従来のブラシレスＤＣモータの一部を示す
横断面図、第８図及び第９図はそれぞれステータ励磁電
流とロータ磁束との位相関係を示す概念図である。１４ｂ・・・位置調節用ボルト、１７．２７・・・ロー
タ磁石、１８゜２８・・・環状支持体、１９゜２９・・・スモータ、１ａ。１ｂ。Ｃ・・・磁気センサ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）回転界磁を発生させる永久磁石ロータと、前記永
久磁石ロータの界磁磁束に直交する電機子電流を前記永
久磁石ロータに作用させるステータと、前記ステータに
設けられ前記永久磁石ロータの界磁磁束を検出する複数
個の磁気センサと、を有するブラシレスＤＣモータであ
って、前記ステータが、前記磁気センサを前記永久磁石
ロータの磁石の着磁直交方向端面に漏洩する磁束を検出
するように支持する環状支持体と、前記環状支持体を前
記ステータに対して前記永久磁石ロータの回転方向に移
動させることにより、前記磁気センサと前記ステータと
の相対位置を調節する位置調節手段と、を具備すること
を特徴とするブラシレスＤＣモータ。