JPH074060B2 - ブラシレスモ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明はブラシレスモータの改良に関する。

（ロ）従来の技術 従来、例えば３相のブラシレスモータは、ロータに取付
けられた駆動マグネットの回転位置を３個のホール素子
で検出し、それらホール素子からの制御信号に基づいて
例えばスター結線した３個の駆動コイルへ駆動電流を両
方向に切り換え通電させるようになつている。

このようなブラシレスモータにおける駆動コイルの通電
区間は、第８図に示すように、３個の駆動コイルに生ず
る３相の逆起電力ｕ、ｖ、ｗのうち、ある相から次の相
までの区間、すなわち120度（電気角）毎となつてい
る。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 しかしながら、このようなブラシレスモータは、トルク
曲線Ｔで示されるような60度周期のトルクリップルが生
じ、トルクリップル率が約13.8％程度にもなつてトルク
リップル特性が劣り、回転むらが生じていた。

トルクリップル率を改善するためには、モータの相数を
増加させればよいが、その場合には相数に合わせたモー
タ本体や駆動回路の設計が必要となり、相数の決まつて
いる多くのモータ駆動用の汎用IC等を変えて回路設計を
することが困難である。

なお、相数の少ない例えば３相のブラシレスモータを複
数個、ロータ軸が共通するように組合せ、各ブラシレス
モータの３相ステータ駆動コイルのスイッチングのタイ
ミングをそろえる場合には、トルクリップル率は原理的
に単一のモータ構成の場合と変わらず、トルクリップル
率もやはり約13.8％となつて改良されない。

本発明はこのような従来の欠点を解決するためになされ
たもので、トルクリップル率が極めて良好で回転むらの
ないブラシレスモータを提供するものである。

（ニ）問題点を解決するための手段 このような問題点を解決するために本発明者はブラシレ
スモータについて鋭意検討を加えたところ、ブラシレス
モータが複数単位のステータ駆動コイルで構成されてい
る場合、各単位のステータ駆動コイル相互間を切換える
タイミング、すなわち切換え角を適当に変えることによ
つてトルクリップル率が大幅に低下し、その最適角度θ
（電気角）がθ＝（180・Ｋ）／（ｍ・ｎ）度（電気
角）（但し、コイルの通電が両方向のとき、Ｋ＝１、片
方向のときＫ＝２）で得られることを見い出した。

すなわち、本発明のブラシレスモータは、第１図および
第２図に示すように、ｍ相（第１図の例ではｍ＝３）の
駆動コイル素子A1〜A3の組、B1〜B3の組、C1〜C3の組、
D1〜D3の組の各々の組を一単位としたｎ単位（第１図の
例はｎ＝４）の駆動コイルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを周方向に沿
つてステータ側に配列し、それら駆動コイルＡ〜Ｄに対
向する駆動マグネット11を有するロータをステータ側に
回転自在に支持し、各単位において各駆動コイル素子A1
〜A3、B1〜B3、C1〜C3、D1〜D3を交互に切換え駆動する
ｎ個の駆動回路15A〜15Dをそれら各単位の駆動コイルＡ
〜Ｄ毎に接続し、各単位の駆動コイルＢ〜Ｄの切換え角
を基準となる駆動コイルＡから順次θ×１、θ×２、
…、θ×（ｎ−１）だけずらせて構成されている。尚、
各単位におけるｍ個の駆動コイル素子は円弧範囲内で等
間隔に配置されている。

そして、θは電気角であつてθ＝（180・Ｋ）／（m.n）
度（但し、コイル素子の通電が両方向のときＫ＝１、片
方向のときＫ＝２である）であり、ｎは２以上の整数、
ｍは３以上の整数である。

（ホ）作用 このような手段を備えた本発明のブラシレスモータは、
例えば３相４単位（３相４組）構成で、各単位の駆動コ
イルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて駆動コイル素子A1、B1、C
1、D1、駆動コイル素子A2、B2、C2、D2、駆動コイル素
子A3、B3、C3、D3ではそれらに生ずる逆起電力が、電気
角で15度ずれているから、トルク曲線の周期が小さくな
り、トルクリップル率が小さくなる。

（ヘ）実施例 以下本発明の実施例を説明する。

第１図および第２図は本発明のブラシレスモータの一実
施例を示す要部平面図および半断正面図である。

第２図において、軸受部１を有するステータヨーク３に
は回路基板５が重ねられており、この回路基板５には第
１図のように各々３個の駆動コイル素子A1〜A3、駆動コ
イル素子B1〜B3、駆動コイル素子C1〜C3、駆動コイル素
子D1〜D3を一単位とした駆動コイルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄが周
方向に４単位（４組）配列されている。

各駆動コイル素子A1〜D3は導線を扇状に巻いて枠型に一
体化形成されて回路基板５に固定されている。

各単位の駆動コイルＡ〜Ｄにおける各駆動コイル素子A1
〜A3、B1〜B3、C1〜C3、D1〜D3間は90度（機械角）の円
弧範囲内で互いに30度（機械角）の等間隔で配置されて
いるが、駆動コイルＡを基準にした場合の駆動コイル
Ｂ、Ｃ、Ｄは、駆動コイル素子A1とD3、A3とB1、B3とC1
の間が間隔30度よりも1.875度（機械角）小さい28.125
度（機械角）の間隔となつている。このずれ角は、この
実施例では各駆動コイル素子が両方向通電されるため、
上述した式に用いて（180×１）／（３相×４組）＝15
°（電気角）＝1.875°（機械角）で求めたものであ
る。

軸受部１に軸支されたロータシヤフト７にはロータヨー
ク９が取付けられており、ロータヨーク９の内側には第
３図に示すように軸方向に着磁され、かつ周方向に隣接
磁極が異極になるように16極に着磁された駆動マグネッ
ト11が駆動コイルＡ〜Ｄと平面対向するように取付けら
れてロータ13が形成されている。

各駆動コイルＡ〜Ｄにおける駆動コイル素子A1〜A3、B1
〜B3、C1〜C3、D1〜D3は例えばスター結線され、第４図
に示すように、４個の駆動回路15A〜15Dによつて切換え
駆動されている。これら駆動回路15A〜15Dも互いに15°
（電気角）ずれた駆動信号によつて駆動コイル素子A1〜
D3を切換えている。

これら各駆動回路15A〜15Dは、第１図に示すように、各
駆動コイル素子A1〜D3の内側にあつて回路基板５上に取
付けられたホール素子17A1〜17D3（なお、第４図では各
駆動コイルＡ〜Ｄに対応して17A〜17Dで示す）によつて
得られる駆動マグネット11の磁極位置信号に基づき駆動
される。

このような３相構成で４単位のモータが組み込まれた本
発明のブラシレスモータは、各駆動コイルＡ〜Ｄの各駆
動コイル素子A1〜D3に生ずる逆起電力やトルクリップル
の理論的波形が第５図のようになり、トルクリップル波
形T1の周期が約15度と短くなつてトルクリップル率が約
0.8〜0.9％程度と極めて小さくなる。

また、この実施例では、最大トルク3.83（ｇ−cm）、最
小トルク3.80（ｇ−cm）、平均トルク3.82（ｇ−cm）、
トルクリップル率0.86（％）の理論計算値となり、トル
クリップル率が改良されることが分かる。

なお、同図中のトルクリップル波形T1は実際の理論的ト
ルクリップル波形の拡大波形であり、後述するトルクリ
ップル波形T2、T3も同様に拡大波形である。

本発明のブラシレスモータは、駆動コイルＡ〜Ｄを４単
位（４組）配置する例すなわち４単位のモータを構成す
る例に限らず、２単位、３単位、４単位以上の構成も可
能である。

例えば２単位（３相２組）構成では、第６図に示すよう
にトルクリップル波形T2の周期が30度となつてトルクリ
ップル率が約3.5％となる。なお、この場合、最大トル
ク1.93（ｇ−cm）、最小トルク1.87（ｇ−cm）、平均ト
ルク1.91（ｇ−cm）の計算値となる。

３単位（３相３組）の構成では、第７図に示すようにト
ルクリップル波形T3の周期が20度（電気角）となつて、
トルクリップル率が約1.5％となる。この例では最大ト
ルク2.88（ｇ−cm）、最小トルク2.84（ｇ−cm）、平均
トルク2.86（ｇ−cm）の計算値となる。

このように本発明のブラシレスモータは、駆動コイルＡ
〜Ｄの単位数を増加させた方がトルクリップル率が一層
改良することができるが、各駆動コイルの通電を両方向
とする場合には、各単位を構成する駆動コイル素子の相
数をｍ、単位数をｎとするとき、隣合う駆動コイルの間
隔をθ＝（180×１）／（ｍ×ｎ）度の関係で決定され
る電気角で順次ずらせて配置すればよい。また、各駆動
コイルの通電を片方向とする場合には、隣合う駆動コイ
ルの間隔をθ＝（180×２）／（ｍ×ｎ）度（電気角）
づつ順次ずらせて配置すればよい。

上述したブラシレスモータは３相構成であつたが、本発
明では３相以上任意の構成で実施可能であり、ブラシレ
スモータ本体の構成も上述した平面対向型に限らず、ス
テータ側に配置した磁心に駆動コイルＡ〜Ｄを巻き、そ
の磁心の外周に環状の駆動マグネットを配置するような
周対向型の構成でも実施可能である。

（ト）発明の効果 以上説明したように本発明のブラシレスモータは、ｍ相
の駆動コイル素子A1〜A3、B1〜B3、C1〜C3、D1〜D3の円
弧範囲内で等間隔に配列したものを各々一単位としたｎ
単位（ｎ組）の駆動コイルＡ〜Ｄを周方向に沿つて環状
にステータ側に配列し、各単位において各駆動コイル素
子A1〜A3、B1〜B3、C1〜C3、D1〜D3をｎ個の駆動回路15
A〜15Dで交互に切換え駆動するとともに、基準となる駆
動コイルＡに対して隣合う各単位の駆動コイルＢ〜Ｄの
切換え角を、θ＝（180.K）／（m.n）度（電気角）（但
し、各駆動コイルの通電が両方向のときＫ＝１、片方向
のときＫ＝２）で求まる値θだけ順次ずらせたから、ト
ルクリップル率を大幅に低下し、回転むらを改善するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明のブラシレスモータに係る一
実施例を示す要部平面図および半断正面図、第３図は第
２図に示す駆動マグネットの平面図、第４図は駆動回路
を示すブロック図、第５図は第１図に示すブラシレスモ
ータのトルクリップルを説明する理論的波形図、第６図
および第７図は本発明の他の実施例におけるトルクリッ
プルを説明する理論的波形図、第８図は従来の３相ブラ
シレスモータにおけるトルクリップル波形を説明する図
である。 ３……ステータヨーク、５……回路基板、９……ロータ
ヨーク、11……駆動マグネット、13……ロータ、15A〜1
5D……駆動回路、17A〜17D……ホール素子、Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄ……駆動コイル、A1〜A3、B1〜B3、C1〜C3、D1〜
D3……駆動コイル素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ｍ相の駆動コイル素子を円弧範囲内で等間
   隔に配置したものを一単位とし、この各単位のものを環
   状に配列してなるｎ単位のステータ駆動コイルと、 前記ステータ側に回転自在に支持され、前記駆動コイル
   に対向する駆動マグネットを有するロータと、 前記各単位毎に、各単位内の各駆動コイル素子に接続さ
   れ、各単位内の各駆動コイル素子を交互に切換え駆動す
   るｎ個の駆動回路と、 を備え、前記各単位の駆動コイルの切換え角を、基準と
   なる単位コイルから、θ＝（180・Ｋ）／（ｍ・ｎ）度
   （電気角）（但し、コイル素子の通電が両方向のとき、
   Ｋ＝１、片方向ときＫ＝２である）とするとき、順次θ
   ×１、θ×２、…、θ×（ｎ−１）ずらしたことを特徴
   とするブラシレスモータ。