JPH10174414A - パルス駆動式ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ホール素子などの磁極位置センサーを必要と
せず、しかも、単一のパルス列を印加するだけで回転駆
動することができ、構造簡単で廉価、かつ、小型化可能
なパルス駆動式ブラシレスモータを提供する。 【解決手段】 永久磁石からなる同一極性の３個のロー
タ極２ａ〜２ｃを円周上等間隔に形成したロータ２と、
ロータ極と同じ極性に励磁される電磁石からなる第１の
ステータ極４と、ロータ極と異なる極性に励磁され、か
つ、第１のステータ極４よりも磁極面積の小さな電磁石
からなる第２のステータ極５とを備え、第２のステータ
極５を第１のステータ極４に対して円周方向（１８０＋
α）°（αは所定の偏倚角）の位置に配置するととも
に、第２のステータ極５の磁極面にはロータ極と同じ極
性の永久磁石からなる補助極６を固設し、第１のステー
タ極４の磁極面のエアギャップＧをロータ２の回転方向
に沿って非対称に形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話機やポケ
ットベルなどの振動呼出器における振動発生用モータと
して用いて好適なパルス駆動式ブラシレスモータに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話機やポケットベルなどにおいて
は、周囲への迷惑をなくすために、振動（バイブレーシ
ョン）によって呼び出す振動呼出器を備えたものがあ
る。この振動呼出器は、モータの回転軸に重心位置を偏
心させた錘を取り付け、これを回転させることによって
振動を発生するように構成されている。従来、このよう
な振動呼出器のための振動発生用モータとしては、ＤＣ
小型ブラシ付きのマイクロモータが普通であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ブラシ
付きモータの場合、回転時に発生する電気ノイズと機械
ノイズが問題となる。特に、電気ノイズに関してはその
対策に費用がかかるという問題があった。このノイズ発
生を解決するには、ブラシレスモータかステッピングモ
ータを使用すればよいが、ブラシレスモータの場合、回
転磁界を作るためにロータの磁極位置を正確に検知する
必要があり、ホール素子などの磁極位置センサーが不可
欠で、構造が複雑になるとともに、コスト的にも高価に
なるという問題があった。また、ステッピングモータの
場合、回転磁界を発生するために複雑な回路構成の駆動
回路を必要とし、コスト的にも高価になるという問題が
あった。

【０００４】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、ホール素子などの磁極位置センサーを必要
とせず、しかも、単一のパルス列を印加するだけで回転
駆動することができ、構造簡単で廉価、かつ、小型化可
能なパルス駆動式ブラシレスモータを提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のパルス駆動式ブラシレスモータは、永久磁
石からなる同一極性の３個のロータ極を円周上等間隔に
形成したロータと、前記ロータ極と同じ極性に励磁され
る電磁石からなる第１のステータ極と、前記ロータ極と
異なる極性に励磁され、かつ、前記第１のステータ極よ
りも磁極面積の小さな電磁石からなる第２のステータ極
とを備え、前記第２のステータ極を前記第１のステータ
極に対して円周方向（１８０＋α）°（αは所定の偏倚
角）の位置に配置するとともに、前記第２のステータ極
の磁極面には前記ロータ極と同じ極性の永久磁石からな
る補助極を固設し、前記第１のステータ極の磁極面のエ
アギャップをロータの回転方向に沿って非対称としたこ
とを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】上記構成になる本発明のパルス駆動式ブラシレ
スモータの場合、ＯＮ／ＯＦＦする単極性の駆動パルス
を電磁石からなる第１および第２のステータ極に印加す
ると、第１のステータ極にはロータ極と同じ極性の磁極
が発生するとともに、第２のステータ極には補助極の磁
極を打ち消してロータ極と異なる極性の磁極が発生す
る。これによって、ロータ極と第１および第２ステータ
極の間に磁気反発力と吸引力による回転力が発生し、ロ
ータが回転する。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１に、本発明に係るパル
ス駆動式ブラシレスモータ（以下、「モータ」と略称）
の第１の実施形態を示す。この第１の実施形態は、ロー
タがステータの内側に位置して回転するいわゆるインナ
ーロータ型のモータの例であって、ヨーク（継鉄）を構
成する外ケース１の内部に、ロータ２が回転軸３によっ
て回転自在に軸支されており、このロータ２の外側に、
磁極面積の大きな電磁石からなる第１のステータ極４
と、この第１のステータ極４よりも磁極面積の小さな電
磁石からなる第２のステータ極５が設けられている。前
記ロータ２はフェライトなどの強磁性材からなり、その
外表面側がＳ極となるように着磁された永久磁石からな
る３個のロータ極２ａ，２ｂ，２ｃが、円周上１２０°
間隔で形成されている。

【０００８】また、前記第２のステータ極５は、第１の
ステータ極４から時計方向に２００°隔たった位置、す
なわち、第１のステータ極４の１８０°反対側の位置か
ら時計方向に偏倚角α＝２０°だけ進めた位置に配設さ
れており、第１および第２のステータ極４，５には駆動
巻線７，８がそれぞれ巻回されているとともに、第２の
ステータ極５の磁極面には、その外表面側がＳ極とされ
た永久磁石からなる補助極６が固設されている。そし
て、前記巻線７，８に対して後述する駆動パルスを印加
した時に、第１のステータ極４にロータ極と同じＳ極が
発生するとともに、第２のステータ極５には、前記補助
極６のＳ極を打ち消した上でロータ極と逆のＮ極が発生
するように、その巻線方向と巻線数が設定されている。
さらに、前記第１のステータ極４とロータ極２ａ〜２ｃ
との間に形成されるエアギャップＧは、矢印イで示すロ
ータの回転方向に向かってその間隔が狭まっていく非対
称な形状とされ、ロータ２の回転方向が常に矢印イで示
す時計方向となるように工夫されている。

【０００９】上記構造になるモータは、図２に示すよう
な外観形状に仕上げられており、外ケース１から外部に
延出する回転軸３の端部に半円柱状の錘９を取り付け、
この錘９によってロータ２に偏心回転を起こさせること
により、モータ全体が振動するように構成される。

【００１０】次に、上記第１の実施形態に係るモータの
動作を、図３および図４を参照して説明する。なお、図
３はロータ２の回転状態説明図、図４は巻線７，８に印
加される駆動パルスの波形図である。まず、駆動巻線
７，８に駆動パルスが印加されていない無励磁状態の場
合、図３（Ａ）に示すように、第２のステータ極５の磁
極面に取り付けた補助極６だけが磁極として活きてい
る。したがって、第２のステータ極５には、この補助極
６によってＳ極が発生しているとともに、第１のステー
タ極４には、この補助極６の磁束が外ケース１を通じて
流れることによって、弱いＮ極が発生している。したが
って、第２のステータ極５と、第２および第３のロータ
極２ｂ，２ｃとの間には磁気的な反発力が作用するとと
もに、第１のステータ極４と、第１のロータ極２ａとの
間には磁気的な吸引力が作用する。このため、ロータ２
はこれらの吸引力と反発力が平衡した、位置エネルギー
的に最も安定した図３（Ａ）に示す状態で静止してい
る。

【００１１】さて、図３（Ａ）の無励磁状態において、
駆動巻線７，８に図４に示す駆動パルスＰを印加する
と、モータの励磁状態は図３（Ｂ）のようになる。すな
わち、第１のステータ極４にＳ極が発生するとともに、
第２のステータ極５には補助極６のＳ極を打ち消してＮ
極が発生する。このため、第１のステータ極４と第１の
ロータ極２ａとの間には強い反発力が作用し、また、第
２のステータ極４と第２および第３のロータ極２Ｂ，２
ｃとの間にはそれぞれ吸引力が作用する。この結果、ロ
ータ２は、第１のステータ極４と第１のロータ極２ａと
の間に作用する強い反発力によって矢印イ方向（時計方
向）に回転を開始する。なお、この時、第１のステータ
極４の磁極面には、ロータ２の回転方向（矢印イ）に向
かって間隔が徐々に狭まっていくようなエアギャップＧ
が形成されているので、ロータ２は必ず矢印イ方向に向
かって回転を開始する。

【００１２】上記のようにしてロータ２が時計方向に回
転を開始すると、第２のステータ極５と第３のロータ極
２ｃが近づいていくので、前記反発力に加えてこの第２
のステータ極５と第３のロータ極２ｃとの間に作用する
吸引力も加わり、ロータ２はさらに勢いよく時計方向に
回転していく。

【００１３】駆動パルスＰの印加は図３（Ｃ）の状態ま
で継続される。図３（Ｃ）の位置まで回転した時点で駆
動パルスＰがＯＦＦされると、モータの励磁状態は図３
（Ｄ）に示したようになり、再び補助極６だけが磁極と
して活きている状態となる。したがって、第２のステー
タ極５には、補助極６によってＳ極が発生するととも
に、第１のステータ極４には補助極６の作用によって弱
いＮ極が発生する。このため、第１のステータ極４と第
２のロータ極２Ｂとの間に吸引力が作用し、また、第２
のステータ極５と第３のロータ極２ｃとの間に反発力が
作用する。したがって、ロータ２はこれらの吸引力と反
発力によってさらに矢印イ方向に回転を続け、図３
（Ｅ）、さらに図３（Ｆ）の状態まで回転する。

【００１４】ロータ２が図３（Ｆ）の状態まで回転する
と，３つのロータ極２ａ，２ｂ，２ｃはそれぞれ１２０
°づつ進んでその位置が入れ替わった状態となり、電磁
気的には前述した駆動開始時の図３（Ａ）の状態とまっ
たく同じになる。そこで、この図３（Ｆ）の状態におい
て、図４に示すように再び駆動パルスＰをＯＮすると、
ロータ２は前述したと同様にして図３（Ｂ），（Ｃ），
（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）のように回転を続ける。したが
って、以後も同様にしてＯＮ／ＯＦＦする駆動パルスＰ
を連続的に印加してやれば、ロータ２は回転を継続し、
モータとなる。

【００１５】上述の動作説明から明らかなように、上記
モータは、駆動パルスＰの１パルス毎に１／３回転し、
３パルスで１回転する。したがって、この駆動パルスＰ
の繰り返し周波数を可変制御すれば、モータの回転速度
を自由に変えることができる。また、印加する駆動パル
スＰは、所定のデューテイ比でＯＮ・ＯＦＦする単一の
パルス列でよい。したがって、従来のステッピングモー
タのように位相を僅かづつ異ならしめた複数のパルス列
を必要としないので、駆動回路の構成が極めて簡単とな
る。さらに、ロータ２の磁極２ａ〜２ｃの位置も検出す
る必要がないので、従来のＤＣブラシレスモータのよう
にホール素子などの磁極位置センサーも不要となり、モ
ータ自体の構造も極めて簡単となり、小型化することが
できる。

【００１６】なお、上述した第１実施形態の場合、図５
の表中の組み合わせ（１）に示すように、３つのロータ
極２ａ〜２ｃをＳ極、第１のステータ極４をＳ極、第２
のステータ極５をＮ極、補助極６をＳ極となるように構
成したが、組合わせ（２）に示すように、まったく逆の
極性関係に設定しても同様に実現できるものである。

【００１７】図６に、本発明の第２の実施形態を示す。
この第２の実施形態は、ロータがステータの外側に位置
して回転するいわゆるアウターロータ型のモータの例で
あって、前記第１の実施形態におけるロータとステータ
の位置を内外逆にしたものである。

【００１８】すなわち、この第２実施形態のモータの場
合、外ケース１１の内側に、ロータ１２が回転軸１３に
よって回転自在に軸支されており、このロータ１２の内
側に、磁極面積の大きな電磁石からなる第１のステータ
極１４と、この第１のステータ極１４よりも磁極面積の
小さな電磁石からなる第２のステータ極１５が設けられ
ている。前記ロータ１２はフェライトなどの強磁性材か
らなり、その内表面側がＳ極となるように着磁された永
久磁石からなる３個のロータ極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ
が、円周上１２０°間隔で形成されている。

【００１９】また、前記第２のステータ極１５は、第１
のステータ極１４から時計方向に２００°隔たった位
置、すなわち、第１のステータ極１４の１８０°反対側
の位置から時計方向に偏倚角α＝２０°だけ進めた位置
に配設されており、第１および第２のステータ極１４，
１５には駆動巻線１７，８がそれぞれ巻回されていると
ともに、第２のステータ極１５の磁極面にはその外表面
側がＳ極とされた永久磁石からなる補助極１６が固設さ
れている。そして、前記巻線１７，１８に対して図４に
示したような駆動パルスＰを印加した時に、第１のステ
ータ極１４にロータ極と同じＳ極が発生するとともに、
第２のステータ極１５には、前記補助極６のＳ極を打ち
消した上でロータ極と逆のＮ極が発生するように、その
巻線方向と巻線数が設定されている。さらに、前記第１
のステータ極１４とロータ極１２ａ〜２ｃとの間に形成
されるエアギャップＧは、矢印イで示すロータ１２の回
転方向に向かってその間隔が狭まっていく非対称な形状
とされ、ロータ１２の回転方向が常に矢印イで示す時計
方向となるように工夫されている。

【００２０】上記第２の実施形態に係るモータは、ロー
タとステータの位置が内外逆に入れ代わっただけであ
り、その動作自体は前述した第１の実施形態のものとま
ったく同じであるので、図７に前述図３に対応するロー
タの動作状態図だけを示し、その詳細な動作説明は省略
する。また、この第２実施形態の場合も、図８に示すよ
うに、ロータ極１２ａ〜１２ｃ、ステータ極１４，１
５、補助極１６の極性関係を逆に構成してもよいもので
ある。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるとき
は、永久磁石からなる同一極性の３個のロータ極を円周
上等間隔に形成したロータと、前記ロータ極と同じ極性
に励磁される電磁石からなる第１のステータ極と、前記
ロータ極と異なる極性に励磁され、かつ、前記第１のス
テータ極よりも磁極面積の小さな電磁石からなる第２の
ステータ極とを備え、前記第２のステータ極を前記第１
のステータ極に対して円周方向（１８０＋α）°の位置
に配置するとともに、前記第２のステータ極の磁極面に
は前記ロータ極と同じ極性の永久磁石からなる補助極を
固設し、前記第１のステータ極の磁極面のエアギャップ
をロータの回転方向に沿って非対称に構成したので、ホ
ール素子などの磁極位置センサーを必要とせず、しか
も、単一のパルス列を印加するだけで回転駆動すること
ができ、構造簡単で廉価、かつ、小型化可能なパルス駆
動式ブラシレスモータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係るモータの原理構造図であ
る。

【図２】図１のモータに偏心用の錘を取り付けた状態の
外観斜視図である。

【図３】第１の実施形態のモータにおけるロータの回転
状態説明図である。

【図４】第１の実施形態に係るモータで用いられる駆動
パルスの波形図である。

【図５】第１の実施形態に係るモータにおけるステータ
極とロータ極の組み合わせ図である。

【図６】第２の実施形態に係るモータの原理構造図であ
る。

【図７】第２の実施形態に係るモータにおけるロータの
回転状態説明図である。

【図８】第２の実施形態に係るモータにおけるステータ
極とロータ極の組み合わせ図である。

【符号の説明】

１ 外ケース ２ ロータ ２ａ 第１のロータ極 ２ｂ 第２のロータ極 ２ｃ 第３のロータ極 ３ 回転軸 ４ 第１のステータ極（電磁石） ５ 第２のステータ極（電磁石） ６ 補助極（永久磁石） ７ 駆動巻線 ８ 駆動巻線 ９ 錘 １１ 外ケース １２ ロータ １２ａ 第１のロータ極 １２ｂ 第２のロータ極 １２ｃ 第３のロータ極 １３ 回転軸 １４ 第１のステータ極（電磁石） １５ 第２のステータ極（電磁石） １６ 補助極（永久磁石） １７ 駆動巻線 １８ 駆動巻線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石からなる同一極性の３個のロー
   タ極を円周上等間隔に形成したロータと、前記ロータ極
   と同じ極性に励磁される電磁石からなる第１のステータ
   極と、前記ロータ極と異なる極性に励磁され、かつ、前
   記第１のステータ極よりも磁極面積の小さな電磁石から
   なる第２のステータ極とを備え、 前記第２のステータ極を前記第１のステータ極に対して
   円周方向（１８０＋α）°（αは所定の偏倚角）の位置
   に配置するとともに、前記第２のステータ極の磁極面に
   は前記ロータ極と同じ極性の永久磁石からなる補助極を
   固設し、 前記第１のステータ極の磁極面のエアギャップをロータ
   の回転方向に沿って非対称としたことを特徴とするパル
   ス駆動式ブラシレスモータ。