JPS60219954A - 無整流子電動機 - Google Patents

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】 （産業上の利用分！Ｉ！Ｐ） 本発明はブラシおよびコンミテータを持たず、ロータの
位置検出装置とスイッチング手段とを持つ　無整流子電
動機の改良に関する。

（従来技術） この種のブラシレスモータの１つのとして、次のような
二相式トランジスタ（ブラシレス）モータが知られてい
る。

このモータの主磁極は４極であり、ステータ２は第１図
のように主極２Ｘが４つ補極２Ｙが４つ設けられている
。又、ロータ１は第２図の如く、主磁極２０が４極あり
、補磁極２１は８極ある。

ステータコイル８Ａ、８Ｂへの通電は第１図のホール素
子４を用いた位置検出装置によってロータ１の主磁極２
０のＮ極およびＳ極を検出し、ステータ２のコイル８Ａ
、８Ｂに交互に通電するように図示せぬスイッチング手
段となるトランジスタを制御する。

そして、前記位置検出装置４が主磁極２０のＮ極を検出
している間の電気角１８０度の区間は第１図の第１コイ
ル８Ａへ通電し、第２コイル８Ｂへは無通電となる。又
、位置検出装置４が主磁極２０のＳ極を検出している間
の別の電気角１８０゛度の区間は第２コイル８Ｂへ通電
し、第１コイル８Ａは無通電となる。

なお、第１図は第１コイル８Ａが通電された時のＮＳ極
性を図示している。

このように交互に通電することによりロータ１とステー
タ２間の磁極相互の吸引反発力により第２図のロータ１
は矢印Ｒ方向に回転する。

この時の回転はロータｌとステータ２との間における主
磁極２０により基本波回転トルクと、ロータステータ間
の補磁極による２倍調波回転トルクとの合成回転トルク
で回転する。

第３図はロータ１の各磁極２０．２１を平面に展開して
おり、第４図はこのロータ１から出る鎖交磁束の分布図
である。そして、第５図はトルク定数の分布であり、１
点鎖線は上記基本波回転トルク定数を破線は２倍調波回
転トルク定数を図示している。

そして、これらのトルク定数によって得られる合成回転
トルクは３１３図の上段の波形のようになる。

この第１３図上段の合成回転トルクより判明する如く、
従来モータは発生トルクがゼロの部分は全ての電気角上
に存在しない。つまり、起動不能点のないブラシレスモ
ーフとして優れている。

しかし、このモータは用途によっては次の欠点が目につ
き改良の余地がある。

第１にステーク２のコアに巻線を施されない補極２Ｙが
必要である。よって、巻線を巻くスロットスペースが非
常に小さくなり、ステータ２での導体占積率が非常に低
い。この結果、モータ効率は比較的低い。

第２にロータ１には補磁極２１が必要であるが、第５図
を見て判明するように電気角１８０度付近では主磁極２
０による回転トルク定数に対して、補磁極２１による回
転トルク定数はマイナスに作用している。すなわち、補
磁極２１によるトルクは脈動するだけであり、合成する
とゼロになる。

この結果、モータの体格に比べ回転トルクの小さなもの
となっていた。

（本発明の目的） 本発明は上記問題点に鑑み、モータ効率は高く、かつ体
格の割には回転トルクの大きい　無整流子電動機を得る
ことを目的とする。

（本発明の概要） 本発明の電磁コイルが巻回されたステータに対して相対
的に回転するように永久磁石回転子が設けられ、かつ該
永久尺回転子は主磁極と補磁極とを有し、前記永久磁石
回転子の主磁極の前記ステータに対する位置を検出する
位置検出装置がそなえられ、該位置検出装置よりの信号
で前記ステータの電磁コイルが通電制御されるものであ
る。

又、前記主磁極の極の数と前記補磁極の極の数とは同数
であり、かつ、前記補磁極はＮ極からＳ極に切り換る場
合に突然ＮからＳ又はＳからＮに切換わるのではなく、
Ｎ極がしだいにＳ極になっていく形状で着磁されている
ものである。

すなわち、補磁極のＮ極とＳ極との境界部にはＮ極とＳ
極とが混在する部分を有する。

そして、これにより、前記ステータの電磁コイルに電流
を流し、ステータの磁束と永久磁石回転子の磁束との相
互作用により回転トルクが発生する期間において、前記
主磁極が発生する回転トルク分と前記補磁極が発生する
回転トルク分とが互いに同じ回転方向に回転子を駆動す
るのに寄与するようしたものである。

（本発明の実施例） 第６図ないし第１２図は本発明の第１実施例に係わる。

第６図において、１はロータとなる永久磁石回転子、２
はステータ、３はステータのコアである。

４は位置検出装置となるポールＩＣ，５は回路基板、６
はロータシャフトである。

７はモータハウジングであり、ステータ２は該ハウジン
グに固定されている。一方ロータシャフト６は永久磁石
回転子１と一体に回転する。

第７図はステータ２の平面図であり、十字形状のコア３
を有し電磁コイル８が巻回されている。

電磁コイル８は第１コイル８Ａと第２コイル８Ｂとから
なり、全体の電気結線図は第８図のようになっている。

この第８図において、４はホールＩＣ，９は位ｆｆｉ検
出トランジスタ、１０．１１は電磁コイル８に通電する
スイッチ手段をなすトランジスタ、１２．１３，１４．
１５は抵抗、１６．１７はツェナーダイオード、１８．
１９はダイオードであり、十Ｂはバッテリのプラス電極
に接続される。

この回路自体は公知であり、ホールＩＣ４は永久磁石回
転子１の主磁極２０　（第９図）のＮ極と対面すると十
Ｂボルトを出力し、Ｓ極と対面するとＯポルトを出力す
る。これによりスイッチング手段をなすトランジスタ１
０と１１とが交互に０Ｎ−ＯＦＦし、第１コイル８Ａと
第２コイル８Ｂとに通電するいわゆる二相励磁を行なう
。そして、通電している区間は電気角でいえば１８０度
であり、この１８０度区間ずつ交互に通電される。第１
２図の９０度〜２７０度の区間が１つの通電区間である
。

第９図は永久磁石回転子１の斜視図であり、ステータ２
の磁極部２Ａをとりまくように主磁極２０と補磁極２１
とが着磁されている。主磁極２０は永久磁石回転子ｌの
回転方向にＮ５ＮＳと着磁され補磁極２１も同様に着磁
されている。ただ、主磁極２０はＮとＳとが前記回転方
向に沿って突然切りかわるのに対し、補磁極２１はＮか
らＮＳ混在極部２２を経てＳ極に切りかわっている。

この永久磁石回転子１の半周を展開して示したものが第
１０図であり、第９図における永久磁石回転子１の半周
は電気角でいうと３６０度の区間（つまり、主磁極のＮ
−３ｌ対極間）に相当する。

この第１０図を見て判明する如く、補磁極２１はＮ極の
幅がしだいに小さくなるに従ってＳ極の幅がしだいに大
きくなるＮＳ混在極部２２を有する。

第１１図は電気角３６０度間の永久磁石回転子１におけ
る主磁極２０と補磁極２１による電磁コイル１相への鎖
交磁束量の電気角に沿った変化を示す。

第１２図は第１１図の鎖交磁束の変化に従って発生する
トルク定数の変化を示している。電気角が０度から１８
０度の主磁極２ｏのＮ極を位置検出装置４が検出してい
る区間、すなわち、第７図のスタータコア３の磁極３ａ
が永久磁石回転子１の電気角９０度から２７０度の部分
に対向している区間は第１コイル８Ａに通電され、第２
コイル８Ｂは無通電となる。

このことは、第８図において位置検出装置４がＮ極と対
向しているときに十Ｂボルトを出力してトランジスタ９
，１０をＯＮＬ、てトランジスタ１１がＯＦＦしている
ことにより明らかである。

そして、第１０図の電気角９０度がら２７０度の永久磁
石回転子１の主磁極２０部分に対向しているステータコ
ア３の磁極３ａが第１コイル８Ａの励磁によってＮ極に
着磁されることによって、（この時他の磁極３ｂはＳに
なる）永久磁石回転子１は第９図および第１０図の矢印
Ｒ方向へ回転する。

このようにして電気角１８０度回軸回転次に、位置検出
装置４が主磁極２ｏのＳと対向するようになると、すな
わち、第７図の磁極３ａが永久磁石回転子１の電気角２
７０度がら４５０度の位置に対向するようになると、こ
のときは、第７図の磁極３ａに対して電気角で１８０度
離軸子いる磁極３ｂが、永久磁石回転子１の電気角（２
７０＋１８０）度から（４５０＋１８０度）すなわち、
４５０度から６３０度の位置に対向している。この位置
は第１０図でいえば先程と同じ（電気角９０度から２７
０度の区間と同様である。

よって、この位置で第２コイル８Ｂが励磁されると磁極
３ｂがＳからＮとなり他の磁極３ａがＳとなるので、先
程と同じく矢印Ｒ方向へ永久磁石回転子１が回転する。

このようにして、電気角９０度から２７０度に相当する
永久磁石回転子ｌの位置で第１コイル８Ａと第２コイル
８Ｂとが交互に励磁されて永久磁石回転子１が回転する
。

ところで、この種のモータは通常の直流モータと同じく
発生トルクＴが第１コイル８Ａ又は第２コイル８Ｂに流
れる電流■に比例し、トルク定数をＫとすると発生トル
クＴ＝Ｋ　Ｉとなることが知られている。

第１１図は永久磁石回転子１が発生する鎖交磁束の変化
を示し、主とあるのは主磁極２０の磁束。

補とあるのは補磁極２１の磁束を示している。第１２図
は電気角の変化に沿って前記トルク定数にの変化を図示
したものである。

この第１２図を見て判明する如く、主磁極２０によるト
ルク定数（第１２図の主）は従来のものと同じであるが
、補磁極２１によるトルク定数（第１２図の補）は従来
の如く脈動して総和が０になってしまうことがない。

すなわち、この本発明では主磁極２０によるトルク定数
も補磁極２１によるトルク定数も、電気角９０度から２
７０度の電磁コイル８Ａ、８Ｂへの通電期間中に、互い
に打ち消しあわず、共に回転に寄与する方向である。

かつ、又、前記通電期間（電気間９０度〜２７０度）中
においてトルク定数ゼロとなる点、つまり起動不能とな
る点がなくトルクは切れ目なく確保され、どのような位
置からでも永久磁石回転子１はステータ２に対して相対
的に回転をはじめることができ、起動性能を満足できる
。

第１３図の下段は本発明の第１実施例における発生トル
クの変化を示したものであり、従来例の発生トルクの変
化（上段）と比べると、大きなトルクが得られることが
判明する。

次に、本発明の第２実施例を第１４図から第１６図に示
して説明する。

これは、４極型のコアレスモータであり、シャフト６と
一体に回転するロータヨーク１′の内周に永久磁石回転
子１をなすロータ磁石１を固着している。又、３０は薄
いプリント基板であり、このプリント基板３０の反ロー
タ磁石１側にはステータ２を構成する電磁コイル８の巻
線体を有する。

４はロータ磁石の主磁極の位置を検出するための位置検
出装置をなすホールＩＣである。３１はステーク鉄板で
あリモータハウジングを兼ねており、前記ステータ２の
巻線体と前記プリント基板３０と軸受け３２を保持して
いる。

３３はステータ鉄板と一体のキャップでありスラスト軸
受３４がその中に収納されている。

前記巻線体の平面図は第１５図のようであり、８Ａは第
１コイル、８Ｂは第２コイルである。

又、ロータ磁石１の平面図において着磁状筋を模式的に
示したが第１６図であり、２０は主磁極、２１は補磁極
、２２はＮＳ混在極部である。又、４はボールＩＣを示
している。

これら第１５図と第１６図とにおいて６０度とあるのは
機械角であり、電気角では１２０度の幅に相当する。お
な、作動は第１実施例と同様である。この第２実施例か
らステータ２にはコアがなくても良く、又、軸方向空隙
型として形成できることが明らかである。

（本発明の効果） 以上述べたように本発明においては、ＮＳ混在極部を有
する補磁極を永久磁石回転子に設け、電磁コイルに通電
している間にトルクがゼロにならぬよ・）に切れ目なく
トルクを確保し、かつ補磁極によって発生ずるトルク分
と主磁極によって発生するトルク分とが同一の回転方向
に寄与するようにしたから、体格のわりには発生トルク
の大きいしかも起動性能の良い電動機が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は従来の電動機に係わり、第１図は
ステータの平面図、第２図は回転子の斜視図、第３図は
第２図の回転子の一部展開図、第４図は第３図の回転子
から出る磁束の分布曲線図、第５図は前記磁束によるト
ルク定数の変化を示す特性図である。 第６図から第１２図は本発明電動機の第１実施例に係わ
り、第６図は全体構成図、第７図はステータの平面図、
第８図は電気結線図、第９図は回転子の斜視図、第１０
図は第９図の回転子の一部展開図、第１１図は第１０図
の回転子から出る磁束の分布曲線図、第１２図は第１１
図の磁束変化にともなうトルク定数の変化を示す特性図
である。 ｆｆ１１３図は前記第１実施例と従来例との発生トルク
の変化を比較して示すトルク特性図である。 第１４図ないし第１６図は本発明の第２実施例を示し、
第１４図は縦断面図、第１５図はステータの平面図、第
１６図は回転子の着磁状態を示す平面図である。 ８Ａ、８Ｂ・・・電磁コイル、２・・・ステータ、ｌ・
・・永久磁石回転子、２０・・・主磁極、２１・・・補
磁極、２２・・・ＮＳ混在極部、４・・・回転位置検出
装置、１０．１１・・・スイッチ手段。 代理人弁理士　岡　部　隆 第１図　第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電磁コイルが巻１回されたステータ、 該スクータに対して相対的に回転するように設けられ永
   久磁石回転子 該永久磁石回転子の周方向にそれぞれＮＳ交互に着磁さ
   れた主磁極と補磁極、 前記永久磁石回転子の補磁極のＮ極とＳ極との間に存在
   するＮＳ混在極部、 前記ステータ側に固定された前記永久磁石回転子の主磁
   極の位置を検出する回転位置検出装置、および 該回転位置検出装置からの信号に基づいて前記電磁コイ
   ルに通電するスイッチ手段を備え、それにより、前記電
   磁コイルに通電されている間において前記ステータと永
   久磁石回転子との間で発生するトルクを切れ目なく確保
   し、かつ該トルクのうち前記補磁極により発生するトル
   ク分と前記主磁極により発生するトルク分とを同一の回
   転方向に寄与せしめたことを特徴とする　無整流子電動
   機。