JPH07106048B2 - 無刷子電動機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明はファ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。

従来この種の無刷子電動機として、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
固定子電極（以下磁極と略する）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の先端に設けた先端幅広部の幅D₁,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10の磁石
10a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10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く、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、コイルボビンのフランジの幅を充分
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］ 本発明は、Ｎ・Ｓ極を周方向に等間隔に且つ連続的に着
磁した２極又は４極の永久着磁を持つ磁石10aを備え回
転自在に支持された回転子10と、上記回転子10の回転中
心と同心となるように配置され、上記磁石10aの永久着
磁極と同数の突極型の固定子磁極4,5を中心より突出さ
せ各固定子磁極4,5に固定コイル６を巻装した固定子３
と、固定子３側に配置され上記回転子10の回転により通
過する上記磁石10aの磁束の極性を検出する磁気感応素
子11と、上記磁気感応素子11により制御され、上記固定
コイル６に流す電流の方向を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、上記固定子３の中心よ
り等角度間隔で角固定子磁極4,5を突出させてその突出
部位で上記固定子コイル６のコイル巻心部Ａを構成し、
且つ上記突出部位の先端に上記回転子10の回転方向側と
反回転方向側とに突出した先端幅広部を形成し、各固定
磁極4,5の先端幅広部の磁極面と対向する上記回転子10
の磁石10aの磁極面との間隔を一定とするとともに、隣
合う固定磁極4,5の内一方の固定子磁極５の先端幅広部
の磁極幅D₂を他方の固定子磁極４の先端幅広部の磁極幅
D₁より狭くし、且つこの磁極幅の狭い先端幅広部におい
て上記回転子10の回転方向側の突出極幅B₁よりも反回転
方向側の突出磁極幅B₂を小さくしたものである。

このような本発明によれば固定子全体の固定子磁極の形
状は点対称にも線対称にもならない非対称形状となりそ
のため常に一方向に自起動させることができる。

［実施例］ 第１図は本発明を２極外転型に実施した例を示したもの
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、この固定
子３の中心より突出した両磁極４及び５には直列にバイ
ファイラ巻きの２相の固定子コイル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。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により構成された磁石10aとによ
り回転子10が構成されている。永久磁石により構成され
た磁石10aは（ｂ）図に示すように、２極構成で局面にN
Sが角度間隔に且つ連続的に永久的に着磁されており、
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の先端幅広部の磁極幅D₂を
他方の磁極４の先端幅広部の磁極幅D₁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てある。なお本
実施例では、D₂はD₁の約70％、B₂はB₁の50〜60％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。各固定子
磁極4,5の先端幅広部の磁極面と対向する上記回転子10
の永久磁石10aの磁極面と間隔を一定としている。

また固定子の幅広磁極の中央から回転方向側へ約90度離
れた箇所に、通過する回転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Q₁およびQ₂
を制御し、固定子コイル６の２相の巻線L₁および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Q₃をオンにすることにより、
トランジスタQ₁をオン、Q₂をオフにし、またＳ極を検出
したときには、トランジスタQ₃をオフにして、Q₁をオ
フ、Q₂をオンにし、それによって巻線L₁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。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10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磁石10a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。この状態で固定子コイル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L₁
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1/2倍の波長
を持ち、正から負へ座標軸を切る点θ₁,θ_２が安定停止
点となっている。もし固定子３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θ₁,θ
_２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ルラクタンストルク
波形T₂を正回転方向へずらし、それによって安定停止点
θ₁,θ_２が基本波T₁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T₁＋T₂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10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B₁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D₁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きるようにしている。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T₁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T₁＋T₂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を小し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D₁,D₂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T_mが小さくなってしまう。従ってその対策
として、磁石10a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_１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
偏位を大きくして、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（φ_２の部分）を急峻にしたのは、磁
束の最大点φ_１をずらすことによって、電流による磁束
に対して磁石10a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液
型に準ずるので、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、角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点を有するもので
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、第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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−288762（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−140515（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−71465（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−214759（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｎ・Ｓ極を周方向に等間隔に且つ連続的に
   着磁した２極又は４極の永久着磁を持つ磁石を備え回転
   自在に支持された回転子と、上記回転子の回転中心と同
   心となるように配置され、上記磁石の永久着磁極と同数
   の突極型の固定子磁極を中心より突出させ各固定子磁極
   に固定コイルを巻装した固定子と、固定子側に配置され
   上記回転子の回転により通過する上記磁石の磁束の極性
   を検出する磁気感応素子と、上記磁気感応素子により制
   御され、上記固定コイルに流す電流の方向を切り換える
   電流切換回路とを備えた無刷子電動機において、上記固
   定子の中心より等角度間隔で角固定子磁極を突出させて
   その突出部位で上記固定子コイルのコイル巻心部を構成
   し、且つ上記突出部位の先端に上記回転子の回転方向側
   と反回転方向側とに突出した先端幅広部を形成し、各固
   定磁極の先端幅広部の磁極面と対向する上記回転粒子の
   磁石の磁極面との間隔を一定とするとともに、隣合う固
   定磁極の内一方の固定子磁極の先端幅広部の磁極幅を他
   方の固定子磁極の先端幅広部の磁極幅より狭くし、且つ
   この磁極幅の狭い先端幅広部において上記回転子の回転
   方向側の突出極幅よりも反回転方向側の突出磁極幅を小
   さくしたことを特徴とする無刷子電動機。