JPH0456542B2

JPH0456542B2 -

Info

Publication number: JPH0456542B2
Application number: JP55063469A
Authority: JP
Inventors: Myuureru Rorufu
Original assignee: Papusuto Motoren Unto Co KG GmbH
Current assignee: Papusuto Motoren Unto Co KG GmbH
Priority date: 1979-05-15
Filing date: 1980-05-15
Publication date: 1992-09-08
Also published as: JPS55153268A; GB2052883A; FR2457035B2; HK6085A; DE2919581C2; SG32187G; FR2457035A2; US4398134A; GB2052883B; DE2919581A1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、磁石間〓が狭く、ほぼ台形状に磁
化された永久磁石の内部または外部型回転子と、
積層体によつて形成され、前記回転子と対向して
いほぼ円筒状の空〓を形成する固定子と、回転位
置検出器によつて制御され、動作中に中断期間を
含む電磁駆動トルクを与える交番磁界を発生させ
る巻線と、前記巻線を励磁する駆動装置とを備
え、動作中に電磁駆動トルクを受ける回転子の角
度範囲が回転方向に向けて減少する磁気的に有効
な空〓の領域を通過する磁石間〓の角度範囲にほ
ぼ一致し、しかも動作中に電磁駆動トルクを受け
ない回転子の角度範囲が動作中に回転方向に向け
て増加する磁気的に有効な空〓の領域を通過する
磁石間〓の角度範囲にほぼ一致するように、前記
空〓が形成されている二パルス式ブラシレス直流
モータに関する。

〔従来の技術〕

不均一空〓を有するモータは、ドイツ特許第
2835210号明細書に開示されている。空〓が不均
一で、しかもパルス駆動するモータは既に公知で
ある。この種のモータは、ドイツ特許第2346380
号明細書およびこの特出願の発明者が著者であ
る、技術文献「二パルス式ブラシレス直流モー
タ、構造と動作」（応用動力技術に対するarsダイ
ゼスト；ars−digest fur angewandte Antriebs
−technik，１−２／1977.pp.27−31）に記載さ
れている。

二パルス式ブラシレス直流モータには、永久磁
石の回転子が360゜電気位相角毎に二個の電流パス
ルを流す固定子巻線が配設されている。通常、一
個のパスルは180゜電気位相角の間に印加されるの
でなく、幾分短い期間印加される。固定子巻線を
流れる電流は、通常トランジスタのような固体の
スイツチング素子によつて制御される。これ等の
素子は、電磁センサ、例えばホール素子によつて
制御されて断続する。

例えば、前記ドイツ特許第2346380号明細書に
記載されているように、モータは多くの応用分野
に使用されている。ある応用分野では、回転子の
全回転範囲にわたつてトルクを極度に均一にする
必要がある。固定子の構造に突極を用いると、磁
極間に幾つかの開口溝が生じる。これ等の開口溝
は、電機子巻線を固定子の磁極に巻き付けるため
必要になる。上に述べた固定子の磁石間〓がある
と、極度に均一なトルクが要求される特殊な応用
分野では面倒な問題となる。このモータまたはそ
の接続部品に充分な慣性質量があれば、固定子の
磁極の開口溝によるトルクの変動に問題にならな
い。永久磁石の回転子の磁気的に有効な部分が磁
石間〓を通過するときトルクが変化するため、回
転速度に瞬間的な変動が生じるが、この変動はモ
ータを試験するために通常使用する種類の測定装
置で測定するのが困難である。しかしながら、瞬
間速度の分解能が問題になる応用分野、例えばビ
デオレコード装置では、動作速度に瞬間的な変動
があると、最終画面に歪を与える。これ等の歪
は、見掛け上固定子に磁極開口溝を通過する回転
子の磁石間〓によつて生じるもので、この磁石間
〓は最初に空〓の増加によつて駆動リラクタンス
トルクを受け、次いで直効磁気空〓の減少によつ
て制動または遅延リラクタンストルクを受ける。

〔発明の課題〕

この発明の課題は、上に述べたように、モータ
の回転むら与える、特に磁石間〓に対して広い開
口溝を有する小型ブラシレス直流モータの場合、
モータのトルク波形を極度に均一にするように改
良することにある。

〔課題を解決する手段〕

上記の課題は、この発明により、冒頭に述べた
種類に属する二パルス式ブラシレス直流モータの
場合、突極４１の周囲に関して、開口溝４４Ａの
隣の付加的な鉄片６０の直ぐ内側の磁極先端部５
１Ａから回転子の回転方向２６に見て、空〓１９
が急激に増加して最大値52になり、次いでこの空
〓が突極４１の大部分の範囲にわたつて単調に減
少して最小値50に達し、次いで再び増加して中間
極値53に達し、その後再び急激に減少して開口溝
４４Ｂの付加的な鉄片６１に達することによつて
解決されている。

〔発明の効果〕

上記構成によれば、簡単な手段で当該回転子の
磁石間〓が固定子の開口溝を通過する瞬間の直前
で、既にリラクタンストルクを駆動させるので、
この領域では、著しい変動のないリラクタンスト
ルクを波形となる。

この場合、更に特許請求の範囲第５項の構成に
より大きな利位置が得られる。即ち、回転子の磁
石間〓が特許請求の範囲第５項に与えた角度範囲
を通過する時にも、駆動リラクタンストルクが大
幅に一様な変化を示し、また回転子の磁石間〓が
ほぼ最大空〓の位置に対向している時、リラクタ
ンストルクの零位置、即ち回転子の最適スタート
位置を占めるので、中断時に回転子は始動に対し
て最も望ましい位置により確実に到達する。

リラクタンストルクの回転波形の他の重要な改
良は、特許請求の範囲第６項の構成によつて、つ
まり固定子の磁極を傾けるか、あるいはより好ま
しくは、回転子の磁石間〓の傾きによつて、固定
子の開口溝と回転子の磁石間〓が対向している場
合、磁石間〓を固定子の一方の磁極先端部から溝
を経由して他方の磁極先端部に延びるように形成
して目的を達成できる。

〔実施例〕

添付した図面を参照し、以下にこの発明を更に
詳しく説明する。

第１図には、一例としてほぼ１：１の縮尺で描
いた外部回転子モータ１０が示してある。このモ
ータは鋼鉄製深絞りベル型回転子部品１１を有
し、この回転子に保持され、シヤフト１３に結合
するセンターブツシユ１２を保有している。シヤ
フト１３はモータ１０の外部で適当な軸受１４に
支承され、適当な枠または支持体（図示せず）に
保持されている。ベル型回転子部品１１の内側１
５には、リング磁石１６が貼り付けてある。この
リング磁石１６は、通常所謂ゴム磁石、即ち硬質
フエライトとエラストマー材料の混合物で作製さ
れている。前記リング磁石１６は、半径方向に磁
化てあり、四個の磁極を保有している（第５図参
照）。なお、第５図には二個の回転子磁石のみが
示してある。回転子磁石１６の磁石間〓１７は著
しく傾いていて、この四極モータでは第１図のよ
うに約45゜に傾けてある。傾斜角はモータが一様
な回転速度で動作し、均一なトルクが生じるよう
に、換言すれば回転角の１増分当たりの出力トル
クが一様であるように選定されている。この傾斜
角は当然固定子積層体１８の厚さと固定子の開口
溝４４Ａ，Ｂ等の幅Ｎ（第５図）に依存する。固
定子積層体１８は、第１図に示すように、空〓１
９のところを除いて、合成樹脂でコイル巻枠２２
となるように鋳造されている。これ等の巻枠２２
に四個の固定子巻線が巻き付けてある。第１図と
第２図には巻線２３，２４と２５のみが示してあ
る。これ等の巻線は、ドイツ特許第2346389号明
細書の第１図、または雑誌「応用動力技術に対す
るasrダイジエスト」No.１−２／77中のミラー著
論文「二パルス式ブラシレス直流モータ」の第２
図と第３図に示してあるように、電気接続されて
いる。コイルには、回転子の360゜電気位相角毎に
二個の電流パルスが供給される。通常、一つのパ
ルス期間は180゜電気位相角より短いので、電磁駆
動トルクに空きが生じる。これ等のトルクの空き
は、前記文献asrの第９図と前記ドイツ特許第
2346389号明細書の第５図に示してあるように、
リラクタンストルクによつて補償される。説明を
長くしないため、これに関して上記刊行物を引用
しておく。

モータ１０の回転方向は、第２図、第４図と第
５図に矢印２６で示してある。

固定子の積層体１８には、ブツシユ１２が突き
出る開口２７が配設してある。更に、固定子軸受
１４を有する支持体にモータを取り付けるため、
三個の孔２８が配設してある（第２図）。外部モ
ータ１１は使用器具を直接駆動するために使用さ
れる。モータ１０の底には（第１図）、三つの取
付位置３２，３３，３４で固定子のコイル巻枠２
２に取付けた回路基板２９が固定してある。この
基板上には、図示のように接続ピン３５、電子部
品３６が保持してある。更に、この基板にはホー
ル素子３７が配設してある。この素子は、図示の
ように、二個の固定子磁極間の開口溝上にほぼ位
置している。上記ホール素子３７はドイツ特許第
2612464号明細書に示すように、固定子の回転方
向に約１mmずらして、磁気負帰還を発生させてい
る。

前記ホール素子３７は、ドツト特許第2346580
号明細書と同じく、モータ巻線内の電流を制御す
るために使用され、回転子磁石１６の磁界によつ
て制御される。更に、ケーブルを取り付けるため
回路基板２９にゴムブツシユ２８が配設してあ
る。巻線２３，２４，２５等の各端末は、回路基
板２９上の適当な接続位置にハンダ付けされてい
る。

第３図に示すように、固定子積層体１８には同
一形状の四個の突極４０，４１，４２，４３があ
る。これ等の突極は、開口溝４４によつて仕切ら
れていて、巻線２３を巻き付ける巻線溝４５に通
じている（第１図と第２図）。巻線溝４５は絶縁
材料４６で被覆されていて、第４図に一位置鎖線
で示してある。この材料はコイル巻枠２２の組み
込み個所を形成する。

この発明によるモータ構造では、リラクタンス
トルクの望ましい波形を得るため、空〓の形状が
特に回転子磁石１６の磁化に関連して極めて重要
である。原理的には、空〓が完全に単調な形状、
即ち磁気的に不連続を与えない形状であることが
望ましい。しかし、実際にはそれは不可能であ
る。何故なら、巻線を巻線溝４５に納めるため開
口溝４４が必要であり、開口溝４４には一定の最
小幅が必要であるからである。図示するモータで
は、固定子積体層１８の直径が56mmで、開口溝の
幅が３mmである。この幅は製品として許される条
件下で巻線を行うため一本の線を入れる最小の値
である。大抵の用途では僅かな瞬時変動は無視で
きるが、非常に微妙な用途では障害となる。

四極モータで磁極間の間隔が約44mmに相当する
直径56mmのモータの場合、磁石間〓に対する開口
溝の比は約７％である。もちろん、この比はモー
タの直径が増加すれば相対的に少なくなり、トル
クの瞬時変動も低下する。

第５図には、一磁極間隔、即ち180゜の電気位相
角にわたる空〓の形状が展開図にして示しある。
この空〓は四個の固定子の磁極に対して全て等し
いので、固定子磁極４１に対してのみ示しある。

第３図と第４図には、固定子積層体１８の円筒
状包絡面を表す円４９が一位置鎖線で示してあ
る。第４図の上部磁極先端５１の少し内側の位置
５０では最短空〓となり、第４図の下部磁極先端
５１Ａの少し内側の位置５２では最長空〓とな
る。ドイツ特許第2346380号明細書のように、回
転子磁石１６は台形状に磁化され、狭い磁石間〓
１７（約10゜〜20゜の電気位相角）を有する。第１
図に関連して既に述べたように、これ等の磁石間
〓１７は傾斜している。静止状態、つまりモータ
１０に電流が流れていない時、これ等の磁石間〓
１７は、第５図に示してあるように、最長空〓の
位置５２に対向している。リラクタンストルクは
この位置で零である。位置５０と２２の間で、空
〓１９は近似的に関数ｙ＝ａ・x^bに従つて単調増
加する。ここでｙは空〓の間隔、ｘは回転角であ
り、ｘとｙ座標の原点は位置５０の回転子１６の
表面上、即ち25゜電気位相角のところにある。位
置５２から出発して、空〓は隣の開口溝４４Ａに
向けてほぼ位置５０のところに相当するか、幾分
異なる空〓値まで急激に減少する。この実施例で
は、空〓の間隔は位置５０、つまり開口溝４４Ｂ
の中心から25゜の電気位相角のとおろで約１mm位
置５２、つまり電気位相角160゜で約３mmであり、
隣の開口溝４４Ａ、即ち電気位相角約172゜で約
1.5mmである。開口溝４４Ａの他方の側、即ち電
気位相角188゜では、空〓は約1.25mmである。そこ
から急激に増加し、電気位相角が約192゜で約1.6
mmの中間極大値53に達し、そこから再び次の磁極
４２の50′の位置（位置５０に相当）まで、即ち
電気位相角205゜で再び約１mmの最小値に減少す
る。

前記ドイツ特許第2346380号明細書に示した空
〓と異なり、最小値50（または50′）と隣の開口溝
４４Ｂ（または４４Ａ）との間には、空〓１９が
中間極大値53を通過する区間５４がある。この区
間５４は比較的短く、ここに示す実施例では約
15゜の電気位相角である。上記の比較的簡単な方
法でかなりの幅の広い開口溝４４，４４Ａ，４４
Ｂ等に起因するトルクの瞬時変動を、特に回転子
の磁石１６の磁化と先端部５１Ａの空〓増加とを
組み合わせて、著しく低減できるか、殆んど完全
に消滅させることができる。回転子の磁石間〓１
７の傾きは、更にこの効果に有効に寄与する。

外部回転子型モータ１０用の固定子１８では、
前記区間５４は包絡面４９と共に、特にほぼ両凸
レンズ状にするのが望ましい（第４図参照）。し
かし、磁気的に有効な空〓１９は決定的に重要で
ある。これに関しては、米国特許第2185990号明
細書に開示されている。この明細書には、磁気的
に有効な同じ空〓を発生させるのに使用できる積
層体の各種形状が開示されている。重要なこと
は、この発明による空〓の構造を用いて、回転子
の磁石間〓１７が固定子の開口溝１４を通過する
とき、駆動リラクタンストルクが生じ、回転子は
開口溝４４の一方の端部で、この溝によつて生じ
る空〓が著しく増加するため、過度な制動を受け
ず、しかも回転子の磁石間１７が最長空〓位置５
２に対向する位置が静止位置にあることである。

トルク発生個所を回転子の磁石間〓１７に置き
換えて考えても、この発明の効果を理解できる。
延回転子の磁石間〓が空〓の増加区間を通過する
時、駆動トルクが発生し、空〓の減少区間を通過
すると制動トルクが発生する。回転子の磁石間〓
１７を極端に近視的な光学部品と想像するなら、
即ち、溝開口４４Ａの両端で付加的な鉄片６０と
６１に対向しているなら（第５図参照）、磁石間
〓１７が溝開口４４の代わりに二つの極値位置５
０と５２の間の均一または単調増加する空〓にほ
ぼ相当する平均鉄片を「見る」ことになる。開口
溝４４の両側にある付加的な鉄片６０と６１が約
５〜10゜電気位相角の狭い角度範囲に集中するこ
とが重要である。従つて、磁極片５１Ａ，５１Ｂ
には空〓１９の方向に向く特異な突起６０′，６
１′が生じる。

この状況は、第５図の展開図で特に明らかであ
る。当然、同じ原理を内部回転型モータにも利用
できる。それには、第５図がゴムテープの上にあ
り、このテープが外部型回転子モータで上向き
に、または内部型回転子モータで下向きに曲がる
と想像すればよい。

好適実施例の形状では、回転子の磁石間〓１７
は傾斜していた。もちろん、この磁石間〓１７を
直線にし、その代わりに固定子４０〜４３の開口
溝を傾け、モータの回転軸に対して約20〜45゜拡
げてもよい。当然なことであるが、磁石間〓と開
口溝を共に逆方向に傾け、個々の傾斜角を少なめ
ることができる。しかし、製造上の容易さから回
転子の磁石間〓に傾きがある方が好ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図、この発明によるモータ、ここでは外部
回転子式モータの実施例を第２図の線分−か
ら見た部分断面図にした側面図。第２図、第１図
に示したモータを下側から見た平面図。第３図、
第１図と第２図のモータに使用される回転子積層
体の約２：１の縮尺の平面図。第４図、約５：１
の縮尺の第３図の部分の拡大第５図、第１図〜第
４図のモータの場合、固定子の周囲の一部に対す
る空〓の変化を示す拡大展開図。図中引用記号：１０……外部回転子式モータ、
１６……回転子、１７……回転子の磁石間〓、１
９……空〓、４４……固定子の開口溝、４９……
円筒状被覆、５０，５０′……最短空〓位置、５
１，５１Ａ……固定子の磁極先端、５２……最長
空〓位置。

Claims

【特許請求の範囲】１ほぼ台形状に磁化され、狭い磁石間隔１７を
有するほぼ円筒状の永久磁石１６と、これ等の磁
石を保持する回転子部品１６から成る回転子と、開口溝４４を介して互いに分離している先端部
５１，５１Ａのある複数の突極４０〜４３を有
し、内部にそれぞれ巻線２３〜２５を有する巻線
溝４５のある積層体１８から成り、前記回転子が
突極４０〜４３にほぼ円筒状の空〓１９を保つて
半径方向に対向する固定子と、回転子の永久磁石の位置を検出する検出手段３
７の出力信号に応じて、前記巻線にパルス状の電
流を印加し、所望の交番磁界を発生させ、回転子
に電磁トルクを誘起する電流発生手段とを備え
た、二パルス式ブラシレス直流モータにおいて、突極４１の周囲に関して、開口溝４４Ａの隣の
付加的な鉄片６０の直ぐ内側の磁極先端部５１Ａ
から回転子の回転方向２６に見て、空〓１９が急
激に増加して最大値５２になり、次いでこの空〓
が突極４１の大部分の範囲にわたつて単調に減少
して最小値５０に達し、次いで再び増加して中間
極値５３に達し、その後再び急激に減少して開口
溝４４Ｂの付加的な鉄片６１に達することを特徴
とするブラシレス直流モータ。２最短空〓の位置５０を占める磁極先端部５１
毎に、空〓の形状は開口溝４４Ａ，４４Ｂ以降で
固定子を取り巻く円筒状の包絡面４９に対して外
部回転型モータ１０の場合、ほぼ双レンズ断面を
有することを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載のブラシレス直流モータ。３双レンズ状の断面は区間５４で約７〜20゜に
わたつて延びることを特徴とする特許請求の範囲
第２項に記載のブラシレス直流モータ。４開口溝４４Ａ，４４Ｂの両側の空〓は開口溝
の直ぐ近くで隣の最大値の位置５２，５３まで増
加するように変化することを特徴とする特許請求
の範囲第１〜３項の何れか１項に記載のブラシレ
ス直流モータ。５より広い空〓の位置５２を占める固定子先端
５５では、その相対最大値の位置５２は最も狭い
空〓個所の固定子先端５１より大きいことを特徴
とする特許請求の範囲第１〜４項の何れか１項に
記載のブラシレス直流モータ。６回転子の磁石間〓１７は、固定子の開口溝４
４Ａ，４４Ｂに対向する位置でこの開口溝と鋭角
をなしていることを特徴とする特許請求の範囲第
１〜５項の何れか１項に記載のブラシレス直流モ
ータ。７前記鋭角は約20゜〜45゜であることを特徴とす
る特許請求の範囲第６項に記載のブラシレス直流
モータ。８固定子の先端部５１，５３は尖つていて６
０，１１、回転子１１の方向を向いていることを
特徴とする特許請求の範囲第１〜７項の何れか１
項に記載のブラシレス直流モータ。９開口溝の両側は空〓を狭める鉄片６０，６１
があり、この鉄片部分は５〜10゜の角度範囲内に
集中していることを特徴とする特許請求の範囲第
１〜８項の何れか１項に記載のブラシレス直流モ
ータ。