JPS61199452A

JPS61199452A - 直流ブラシレスモ−タ

Info

Publication number: JPS61199452A
Application number: JP3790985A
Authority: JP
Inventors: Hirotoshi Ono; 浩利大野
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1985-02-27
Filing date: 1985-02-27
Publication date: 1986-09-03

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】（産業上の利用分野）本発明は直流ブラシレスモータに関する。

（従来の技術）直流モータは制御性が良好なために、サーボモータとし
て各種の利用分野における多くの機器において広く使用
されているが、前記の点はステータコイルと、マグネッ
トロータと、ステータコイル電流の切換えを制御する電
子回路を有するステータコイル電流供給回路などを備え
ている直流ブラシレスモータについても同様である。

ところで、直流ブラシレスモータで発生するトルクは、
ステータコイルに流れる電流とステータコイルに鎖交す
るマグネットロータにおける界磁マグネットの磁束との
積に比例するから、マグネットロータにおける界磁マグ
ネットで発生する磁束分布の態様とステータコイル電流
の波形とが適当でない場合には、モータで発生するトル
クに変動（脈動）が生じている状態、すなわち、トルク
リツプルを含んでいる状態のトルクが発生し、それによ
りモータの回転状態が一定にならず、ワウ、フラッタ、
ジッタ、振動の原因になる。

第１１図は、従来の一般的な電流帰還型４差動２相直流
ブラシレスモータのトルク発生ブロック図であり、この
第１１図において■しはトルク指令電圧、■はモータ駆
動電流、Ｔは発生トルク、Ｖｉば電流検出電圧、Ａは加
減算器であって、この加減算器Ａからは誤差電圧（Ｖｔ
　−Ｖｉ）を出力する。

また、ブロックＧは前記の加減算器Ａから出力された誤
差電圧（Ｖｔ　−Ｖｉ）を増幅してモータ駆動電流工に
変換して出力する増幅器である。ブロックφではモータ
の界磁の磁束φとモータ駆動電流ＩとをトルクＴに変換
するブロック（モータ）、ブロックＲはモータ駆動電流
■を電流検出電圧Ｖｉに変換する電圧検出器である。ブ
ロックＡ′は加減算器、ブロックＴ′はモータで発生す
るトルクリップルであり、このブロックＴ″のトルクリ
ップルは加減算器Ａ′においてモータφのトルクに加算
され、トルク］゛として出力される。

第１２図は、前記した第１１図示のトルク発生ブロック
図に示されるようなトルク発生機構を有する従来の一般
的な電流帰還型４差動２相直流ブラシレスモータの一例
のものの回路図であり、また第１３図はマグネットロー
タにおける界磁マグネットとして環状マグネット１を使
用した平面対向型の直流ブラシレスモータの縦断側面図
、第１４図は第１３図示の直流ブラシレスモータのマグ
ネットロータにおける界磁マグネット１（環状マグネッ
１−１）と、ステータコイル■、１〜Ｌ４と、位置検出
用のホール素子１１１　、　Ｈ２との関連配置を示す平
断面図である。

第１３図及び第１４図中に示されている界磁マグネット
１は、マグネットロータの回転軸３の延長方向に着磁さ
れている（図示の例においては、極数が６となるように
着磁されているものとされている）。前記の界磁マグネ
ッｌ−１は、強磁性体材料製のヨーク４に固着されてお
り、前記のヨーク４は回転軸３に固着されている。また
、前記のヨーク４には速度検出信号発生器（フリケンシ
ー・ゼネレータ）の磁界発生用のマグネット５も固着さ
れている。速度検出信号発生器（フリケンシー・ゼネレ
ータ）の磁界発生用のマグネット５には所定のパターン
で着磁が施こされており、マグネットロータが回転した
際に、ステータのベース６に取付けられている基板７に
設けられている磁気センサからは、マグネットロータの
回転数に応じた周波数を有する交流信号形態の速度検出
信号が発生される。

ステータのベース６にはステータコイルし１〜Ｌ４と、
位置検出用のホール素子間、（１２が固着さ扛ていると
ともに、マグネタ１〜ロータの回転軸３の軸受８が固着
されている。図示の構成例において前記の軸受８は、軸
受ホルダ８ａと、ラジアル軸受８ｂと、スラスト軸受８
Ｃとによって構成されている。

第１２図においてトランジスタｘ１の部分は、第１１図
示のトルク発生ブロック図中においてブロックＡで示し
ている加減算器Ａの部分に対応し、また、抵抗前の部分
は第１１図示のトルク発生ブロック図、中においてブロ
ックＲで示しているモータ駆動電−４＝流工を電流検出電圧Ｖ」に変換する電圧検出器の部分に
対応しており、さらに、第１２図において前記したブロ
ックＡとブロックＲと、ステータコイルＬｌ〜Ｌ４の部
分を除く他の構成部分は、第１１図示のトルク発生ブロ
ック図中のブロックＧ（及びφＴｌ、Ａ′）に対応して
いる。

ホール素子Ｉｌｌ、Ｈ２は電気角で互に９０度だけ離れ
た位置に設置されていて、マグネットロータにおける界
磁マグネネット１の磁束に応じた出力信号によってマグ
ネットロータの回転位置を検出する。

前記のホール素子間、　Ｒ２の電流端子に接続されてい
る抵抗Ｒ４，Ｒ５、抵抗Ｒ６，Ｒ７は、それぞれのホー
ル素子間、　Ｒ２に対して適当な電流と直流バイアスを
与えるためのものである。前記したホール素子間。

Ｒ２からの出力信号は、マグネットロータの回転につれ
てマグネットロータにおける界磁マグネットｌの磁束分
布に比例した略々台形波状の波形のものとなっており、
かつ、ホール素子間の出力電圧とホール素子Ｈ２の出力
電圧とは、電気角で互に９０度の位相差を示すものにな
っている。

ボール素子Ｉｌｌ、Ｈ２の電気端子にベースが接続され
ているトランジスタＸ３．Ｘ４、Ｘ５．Ｘ６は４差動ス
イッチ増幅器を構成しており、前記の１−ランジスタＸ
３．Ｘ４、Ｘ５．Ｘ６は、それにベースが接続されてい
るホール素子間、１１２からの出力電圧に従ってコレク
タ電流が順次に切換えられる。

それにより、前記した４差動スイッチ増幅器を構成して
いるトランジスタ×３〜ｘ６のコレクタに接続されてい
るトランジスタＸ７．Ｘ８．ＸＯ，ＸＩＯが順次にオン
、オフして、前記のトランジスタＸ７．Ｘ８．ＸＯ，Ｘ
１０のコレクタに接続されているステータコイル］４１
゜１．２．Ｌ３，１．４にモータ駆動電流（ステータ電
流）ＩＩ〜Ｉ４を流し、モータに回転トルクを発生させ
る。

１〜ランジスタＸ２は前記した４差動スイッチ増幅器に
電流を供給するが、その電流値は抵抗Ｒ２によって決定
される。また、トランジスタｘ１は入力端子２に与えら
れたトルク指令電圧Ｖｔと、電圧検出器Ｒにおける電流
検出抵抗旧で検出された電流検出電圧Ｖｉとの差の電圧
を検出する。

電圧検出器Ｒにおける電流検出抵抗旧で検出さ、れた電
流検出電圧Ｖｉは、各ステータコイルＬ１〜！、４に流
れる電流ＩＩ−，Ｉ２．Ｉ３．Ｉ４の総和の電流■、す
なわち、Ｉ　＝Ｉ］、＋Ｉ２＋Ｉ３十Ｉ４に比例する。

また、前記の加減算器Ａから出力された誤差電圧（Ｖｔ
−Ｖｉ）は、トランジスタｘ２のコレクタ電流に比例し
ており、それによって４差動増幅器の電流値が決定され
る。

そして、第１１図中のブロックＡ→ブロックＧ→ブロッ
クＲ→ブロックＡの部分によって構成されている閉ルー
プの帰還回路に対応している第１２図示の回路中におけ
るブロックＧに対応する構成部分の利得を充分に大きく
すれば、帰還回路のループゲインはＩ＝Ｖｔ／旧となり
、モータにはトルク指令電圧ｖＬに比例したモータ駆動
電流Ｉが流れることになる。

第１１図及び第１２図を参照して説明した電流帰還型直
流ブラシレスモータは、ホール素子や駆動トランジスタ
などの時間ドリフ１〜、温度特性による特性変化の影響
を受は難いという長所を有している点で、ホール素子か
らの出力電圧をそのまま増＝７− 幅してステータコイル電流に変換するように構成された
直流ブラシレスモータに比べて格段に優れているものと
いえる。

なお、第１３図示の平面対向型の直流ブラシレスモータ
において、軸受８に回転自在に支持されている回転軸３
と、前記の回転軸３に固着されているヨーク４と、ヨー
ク４に固着されている界磁マグネット１（環状マグヤッ
ト１）と、ヨーク４に固着されている速度検出信号発生
器の磁界発生用のマグネット５などによって構成されて
いる部分がマグネットロータであり、また、ステータの
ベース６と、前記のベース６に固着されているステータ
コイルし１〜Ｌ４と、基板７と、位置検出用のホール素
子Ｉ１１，１１２などによって構成されている部分がス
テータである。

（発明が解決しようとしている問題点）ところが、前記
した従来構成の電流帰還型直流ブラシレスモータにおい
ては、ステータコイルし１〜Ｌ４に鎖交するマグネット
ロータにおける界磁マグネット１の有効磁束と、ステー
タコイルし１〜Ｌ４に流されるステータ電流との積の値
が時間軸上において一定にはならないから、モータは回
転に際してトルクリップルを発生する。

今、前記した従来構成の電流帰還型直流ブラシレスモー
タにおけるマグネットロータの界磁マグネット１が６極
に着磁されているものであった場合を例にして、前記し
た従来構成の電流帰還型直流ブラシレスモータにおいて
トルクリップルが発生するメカニズムについて説明する
と次のとおりである。

第１５図は、前記した従来構成の電流帰還型直流ブラシ
レスモータにおいて、トルク指令電圧Ｖｔが一定である
という条件の下にマグネットロータが回転している状態
で、ステータコイルＬｌ〜Ｉ、４のトルク発生に寄与し
ている部分（第１４図中でＷで示す部分）に鎖交してい
るマグネットロータにおける界磁マグネッ１〜１の磁束
の平均鎖交磁束量の時間軸上での変化の状態を示してい
るものであり、この第１５図において横軸はマグネット
ロータの回転角を電気角で表わしており、また、縦軸は
規格化している（横軸がマグネッ１−ロータの回転角を
電気角で表わしており、また、縦軸は規格化している点
に関しては後述されている第１６図乃至第１８図につい
ても同様である）。

ステータコイルＬ１〜Ｉ、４のＩ−ルク発生に寄与して
いる部分（第１４図中でＷで示す部分）に鎖交している
マグネットロータにおける界磁マグネット１の磁束の平
均鎖交磁束量の時間軸−Ｌでの変化の態様は、ステータ
コイルし１〜Ｌ４のコイル形状及びコイルｌ］のために
一般に正弦波状になる。

すなわち、一般に、マグネットロータにおける界磁マグ
ネッ１−１の着磁パターンとしては、磁極の境界の近傍
を除く部分が飽和着磁されている状態のものとなされて
いる。そして、マグネッｌ−ロータの界磁マグネットＪ
の表面における磁束は、界磁マグネット１の表面に垂直
な方向に出ており、その部分における磁束分布のパター
ンは略々台形状になっているのであるが、界磁マグネッ
ト１の表面から離れた部分においては、界磁マグネット
］における磁極境界近傍からの磁束の方向が界磁マグネ
ット１の表面に対して垂直な方向からずれた状態になる
。

ところで、第１３図に示されているようにステータコイ
ルＬｌ〜ｌ、４はマグネットロータにおける界磁マグネ
ット１の表面から一定の距離だけ離れてし）る状態とな
るように設けられているから、マグネットロータにおけ
る界磁マグネット１の磁極境界近傍における磁束が、ス
テータコイル１．１〜Ｌ４に対して垂直には鎖交しない
状態になるから、各ステータコイルし１〜Ｌ４のトルク
発生に寄与している部分に鎖交しているマグネットロー
タにおける界磁マグネッ１〜１の磁束の平均鎖交磁束量
の時間軸上の変化の態様は正弦波状のものに近付くので
ある。

また、ステータコイル１，１〜Ｌ４におけるトルク発生
に寄与している部分の円周方向の巾りは有限なために、
各ステータコイルＩ、１〜Ｌ４のトルク発生に寄与して
いる部分に鎖交しているマグネタ１〜ロータにおける界
磁マグネット１の磁束は一層平均化されて、結局、ステ
ータ・コイルし１〜Ｌ４におけるトルク発生に寄与して
いる部分に鎖交する磁束量の時間軸」二の変化の態様は
、第１５図示のように正弦波状のものになるのである。

第１５図中におけるφ１の曲線は、ステータコイルＬ１
のトルク発生に寄与している部分に鎖交しているマグネ
ットロータにおける界磁マグネッ１〜１の磁束の平均鎖
交磁束量の時間軸上での変化の態様を示しており、また
、第１５図中におけるφ２の曲線は、ステータコイルＬ
２のトルク発生に寄与している部分に鎖交しているマグ
ネットロータにおける界磁マグネット１の磁束の平均鎖
交磁束量の時間軸上での変化の態様を示しており、さら
に、第１５図中におけるφ３の曲線は、ステータコイル
Ｌ３のトルク発生に寄与している部分に鎖交しているマ
グネットロータにおける界磁マグネットｌの磁束の平均
鎖交磁束量の時間軸上での変化の態様を示しており、さ
らにまた第１５図中におけるφ４の曲線は、ステータコ
イルＬ４のトルク発生に寄与している部分に鎖交してい
るマグネットロータにおける界磁マグネット１の磁束の
平均鎖交磁束量の時間軸」二での変化の態様を示してい
る（トルクの発生を判かり易くするために、磁束の極性
は正とし、トルクの発生に寄与しない負の部分の図示は
省略している）。

第１６図は、ステータコイルし１〜Ｌ４のトルク発生に
寄与している部分に鎖交しているマグネットロータにお
ける界磁マグネット１の磁束の平均鎖交磁束量の時間軸
」―での変化の態様が、前記した第１５図示のようなも
のであった場合に、各ステータコイルし１〜Ｌ４に流れ
るステータ電流■１〜工４の時間軸上での変化態様を示
している図であって、電流の流通角と波形とは位置検出
用ホール素子旧、■（２の出力電圧と４差動スイッチ増
幅器の動作態様によって定まる。

第１７図は、ステータコイルし１〜Ｌ４に鎖交してトル
クの発生に有効に働く磁束が第１５図示のφ１〜φ４の
ようなものであり、またステータコイルＬ１〜Ｌ４に流
れるステータ電流が第１６図に示されているような■１
〜工４である場合における各ステータコイルＬ１〜Ｌ４
に発生するトルク１１〜Ｔ４の時間軸」二の変化態様（
トルク波形）であって、トルクＴＩ＝φ１×１１、トル
クＴ２＝φ２ＸＩ２、トルクＴ３−φ３ＸＩ３．トルク
Ｔ４＝φ４ＸＩ４の関係にある。

第１８図は、前記した第１７図に示した各ステータコイ
ルｌ、１〜Ｌ４に発生したトルクＴ１〜Ｔ４の合成トル
クを示しているが、この第１８図に示されているように
、第１１図及び第１２図について説明した従来の２相４
差動直流ブラシレスモータでは、トルクのピーク値に対
して約３０％のトルクリップルを生じるのである。

前記した第１８図から判かるように、トルクリップルの
量はステータ電流■に比例するから、モータの負荷が大
きな場合に絶対値が大きくなり、モータの回転時にモー
タ回転数に比例したジッタやワウ、フラッタが生じ、機
器の性能に重大な影響を与えることになる。

従来の一般的な構成の直流ブラシレスモータにおける上
記のような欠点を解決するために、本出願人会社では、
先に、特開昭５７−１７７２９３号公報に開示されてい
るように、位置検出用のホール素子の位置毎にトルク検
出用のホール素子を設けて、そのトルク検出用のホール
素子に界磁マグネッ１への磁束を与えるとともに、ステ
ータコイル電流に比例する電流を供給することによりト
ルク検出信号を発生させ、それによりステータコイル電
流をフィードバック制御して、モータから常に一定のト
ルクが得られるような直流ブラシレスモータを提案して
おり、それの実施によって所期の効果を挙げ得ているが
、前記して既提案の直流ブラシレスモータでは、トルク
検出用ホール素子として位置検出用のホール素子と同数
のものが必要とされるために構成が複雑なものになりそ
れの解善が求められた。

（問題点を解決するための手段）本発明は、マグネットロータと、ステータコイルと、ス
テータコイル電流の切換えを制御する電子回路を有する
ステータコイル電流供給回路などを備えている直流ブラ
シレスモータであって、マグネットロータにおける界磁
マグネットで発生される界磁４束の分布状態とステータ
コイルの形状及び配置態様などによって定まる発生トル
クの変動の態様に略々対応するような発生磁束の変動パ
ターンを有している如きトルクリップル補正用磁束の発
生部材と、前記したトルクリップル補正用磁束の発生部
材から発生した磁束が鎖交する位置に設けられた１個の
トルク検出用ホール素子と、前記したｌ・ルク検出用ホ
ール素子の電流端子間にステータコイル電流に比例する
電流を供給する手段と、前記したトルク検出用ホール素
子で発生されたトルク検出信号をステータコイル電流の
供給回路に帰還して発生トルク変動を軽減させる手段と
を備えてなる直流ブラシレスモータを提供するものであ
る。

（実施例）以下、本発明の直流ブラシレスモータの具体的な内容に
ついて、図面を参照しながら詳細に説明する。

第１図は、本発明の直流ブラシレスモータを電流帰還型
４差動２相直流ブラシレスモータとして実施した場合の
回路図であり、この第１図において既述した第１２図示
の直流ブラシレスモータにおける各構成部分と対応して
いる各構成部分には、第１２図中で使用した図面符号と
同一の図面符号を使用している。

また、第２図は本発明の直流ブラシレスモータのトルク
発生ブロック図であり、この第２図においてＶｔはトル
ク指令電圧、■はモータ駆動電流（ステータコイル電流
）、Ｔは発生トルク、Ａは加減算器、ブロックＧは前記
した加減算器Ａの出力信号を増幅してモータ駆動電流■
（ステータコイル電流■　）に変換して出力する増幅器
、ブロックにはステータコイル電流変換ブロック、ブロ
ックφ″はトルクリップル補正用マグネットＭｔｃ（第
３図、第４図、第１０図などにおける符号Ｍｔｃで示さ
れているマグネットＭｔｃ）の磁束係数ブロックであり
、増幅器Ｇから出力されたモータ駆動電流Ｉ（ステータ
コイル電流Ｉ）はモータφでトルクＴに変換され、また
、増幅器Ｇから出力されたステータコイル電流■はステ
ータコイル電流変換ブロックＫによりステータコイル電
流■に比例している電流Ｔ’＝ＩＸＫに変換される。

前記したステータコイル電流変換ブロックにで得られる
電流Ｉ、すなわち、ステータコイル電流工に比例してい
る電流■′は、トルクリップル補正用マグネットＭｔｃ
の磁束係数ブロックφ′においてトルクリップル補正用
マグネットＭｔｃの磁束係数φ″（トルクリップル補正
用マグネットの磁束φ′）と乗算されて、トルクリップ
ル補正用マグネットＭｔｃの磁束係数ブロックφ′から
は。

Ｖｔ’＝Ｉ’Ｘφ′　で示される電圧（トルク検出信号
）が出力される。

第２図において、加減算器Ａ→増幅器Ｇ→ステータコイ
ル電流変換ブロックに→トルクリップル補正用マグネッ
トＭｔｃの磁束係数ブロックφ′→加減算器Ａで示され
る一巡のフィードバックループは、モータのトルク検出
フィードバックループを構成している。

そして、前記したモータのトルク検出フィートバックル
・−プにおける増幅器Ｇの利得が充分に大であれば、モ
ータのトルク検出フィードバックループのフィードバッ
クゲインはＩ＝Ｖ（／ｋ・φ′になる。

したがって、マグネットロータの回転につれてステータ
コイルＬ１〜Ｌ４に鎖交するトルクリップル補正用マグ
ネッ１−の磁束φ′の時間軸上の変化態様が、モータφ
で発生するトルクリップル波形に比例していれば、モー
タφで発生するトルクＴは端子２に供給されているトル
ク指令電圧ｖＬに比例するものになる。

第１図に示されている本発明の直流ブラシレスモータに
おいて、ブロックＴＢＣは前記した第２図示の直流ブラ
シレスモータのトルク発生ブロック図中のブロックＫ（
ステータコイル電流変換ブロックＫ）とブロックφ′（
トルクリップル補正用マグネットＭｔｃの磁束係数ブロ
ックφ′）とに対応しており、第１図におけるブロック
ＴＨＣ中に示されている演算増幅器ＯＰ２とトランジス
タｘｂと抵抗Ｒ１’とによって構成されている部分が、
第２図中のステータコイル電流変換ブロックＫに対応し
、また、第１図中におけるブロックＴＥＣ中に示されて
いる演算増幅器ＯＰ１と１ヘランジスタＸａとトルク検
出用ホール素子）（３とによって構成されている部分が
、第２図中のトルクリップル補正用マグネットＭｔｃの
磁束係数ブロックφ′に対応している。

第１図示の直流ブラシレスモータにおいて、各ステータ
コイルＬｌ〜Ｌ４に流れる各ステータコイル電流■１〜
■４の総和の電流■が抵抗Ｒ１に流れるから、抵抗Ｒ１
によって前記の電流■がＶ　ｉ　＝　Ｒ１×■の電圧と
して検出される。

第１図に示されている直流ブラシレスモータにおいて、
第２図示の直流ブラシレスモータのトルク発生ブロック
図中のブロックＫ（ステータコイル電流変換ブロックＫ
）と対応している構成部分、すなわち、第１図中におけ
るブロックＴＥＣ中に示されている演算増幅器ＯＰ２と
トランジスタｘｂと抵抗Ｒ１’　とによって構成されて
いる部分では、Ｉｈ＝Ｖ１／Ｒ１’によって示されるよ
うな電流Ｉｈをトルク検出用ホール素子Ｈ３の電流端子
間に流すように動作する。

前記した電流Ｉｈの値は、使用されているトルク検出用
ホール素子Ｈ３の電気的規格によって定ぬられるのであ
る。

第２図中におけるトルクリップル補正用マグネットＭｌ
：ｃの磁束係数ブロックφ′に対応するものとして、第
１図中のブロックＴＥＣ中に示されている演算増幅器Ｏ
ＰＩとトランジスタＸａとトルク検出用ホール素子Ｈ３
とによって構成されている部分において、演算増幅器Ｏ
ＰＩとトランジスタＸａと抵抗Ｒａ、Ｒｂとからなる回
路は、トルク指令電圧ｖ七のレベルを決定する基準電圧
Ｖｒｅｆと、トルク検出用ホール素子Ｈ３の中点電位と
を一致させるための回路である。

前記のトルク検出用ホール素子Ｈ３は第３図及び第４図
示のように、トルクリップル補正用マクネットＭｔｃの
磁束φ′　が与えられる位置に設置されており、かつ、
トルク検出用ホール素子Ｈ３の電流端子部には、演算増
幅器ＯＰ２とトランジスタｘｂと抵抗Ｒ１′　　などに
よって構成されている部分から、次式、すなわちＩ　ｈ
＝　Ｖｉ、／Ｒ１’によって示されるような電流　ｒｈ
、すなわちステータコイル電流■に比例している電流Ｉ
ｈが流されているので、１−ルウ検出用ホール素子Ｈ３
の電圧端子からは１へルウリップル補正用マグネットＭ
Ａ：ｃの磁束φ′とステータコイル電流Ｉに比例してい
る電流Ｉｈ　との積の電圧、すなわちトルク検出信号ｖ
し′が出力される。前記のトルクリップル補正用マグネ
ッ１〜Ｍｔｃにおける着磁の態様については後述されて
いる。

前記のようにトルク検出用ホール素子ｌ−１３の電圧端
子から出力されたトルク検出信号Ｖｊ；’は、抵抗Ｒ，
ｃを介してトランジスタＸ１のエミッタに与えられてい
るから、トランジスタＸ１ではそれのベースに対して端
子２から供給されているトルク指令電圧ｖしと、前記し
たトルク検出信号ｖし′との比較結果として得られる誤
差信号をトランジスタＸ２のベースに与える。なお、前
記した抵抗ＲｅはトランジスタＸ１のゲインの安定用抵
抗である。

したがって、第１図示の直流ブラシレスモータにおいて
は、各ステータコイルし１〜１，４に流れる各相の電流
１１〜Ｉ４の時間軸上の変化態様（各相の電流波形）が
、第５図及び第６図中における曲線■１″〜１４’に示
されるようなものになる。なお、第５図中の曲線１１〜
■４は、比較のために既述した第１２図示の直流ブラシ
レスモータにおける各ステータコイルし】〜Ｌ４に流れ
る各相の電流１１〜Ｉ４を図示しているものである。

第７図は、第１図示の直流ブラシレスモータにおける各
ステータコイル１，１〜Ｌ４に鎖交する界磁マグネット
の磁束の時間軸上の変化態様が、既述した第１２図示の
従来例の直流ブラシレスモータにおける各ステータコイ
ル［４１〜Ｉ、４に鎖交する界磁マグネットの磁束φ１
〜φ４の時間軸上の変化態様を示している第１５図示の
場合と同様であるときに、第１図示の直流ブラシレスモ
ータにおける各ステータコイルし１〜Ｌ４に対して第６
図に示されているようなステータコイル電流ＴＩ’〜［
’が流された場合に発生するトルクＴ１″〜Ｔ４’の時
間軸上の変化の態様を示したものである。そして、前記
した各トルクＴｌ’〜Ｔ／ｌ’は、それぞれ、Ｔ１′＝
φ×１１′、Ｔ２′；φＸＩ２、Ｔ３′＝φＸＩ３、Ｔ
４′＝φ×１４′として示されるものである。

第８図は、第１図示の直流ブラシレスモータの各ステー
タコイルＬｌ〜１．４に流される前記したステータコイ
ル電流Ｉｆ’〜Ｉ４’と、各ステータコイルＬ１．−１
．４に鎖交しているマグネットロータの界磁マグネット
１の磁束φ１〜φ４との積によって表わされる前記した
第７図に示されているようなトルクＴ１″〜Ｔ４″の合
成トルクＴ’＝Ｔ１’＋Ｔ２’＋Ｔ３’十Ｔ４′を図示
している。

第８図から明らかなように第１図示の本発明の直流ブラ
シレスモータにおいては、発生トルクがマグネットロー
タの回転角に関係なく一定になっているのであり、本発
明の直流ブラシレスモータによれば、従来の直流ブラシ
レスモータにおける欠点は良好に解決されるのであり、
また、既提案の直流ブラシレスモータと比較しても、既
提案の直流ブラシレスモータにおいては、位置検出用の
ホール素子の個数と同じ個数のトルク検出用ホール素子
が必要とされ、複雑な回路配置となっていたが、本発明
の直流ブラシレスモータにおいては、界磁マグネット１
の他にトルクリップル補正用マー２ダーグネットＭｔｃをロータに設けて、そのトルクリップル
補正用マグネットＭＬｃで発生された磁束を１個のトル
ク検出用ホール素子Ｈ３に与えるとともに、トルク検出
用ホール素子１（３の電流端子間にステータコイル電流
に比例する電流を流してステータコイル電流を制御し、
トルクリップルが軽減されるようにしているので、既提
案の直流ブラシレスモータに比べて構成が簡単になると
いう利点が得られるのである。

次に、トルクリップル補ＪＦ、用マグネットＭしｃの構
成態様について説明する。第９図は横軸に電気角度をと
り、縦軸にトルクリップル補正用マグネットＭｊｃの磁
束φ′を規格化して示した図であり、この第９図に示さ
れているトルクリップル補正用マグネットＭｔｃの磁束
φ′の変化の態様は、第１２図に示されている既提案の
直流ブラシレスモータにおいて、マグネットロータにお
ける界磁マグネットＩとして、第１４図中に示されてい
るように６極に着磁されているものが用いられた場合に
モータで発生するトルクリップル、すなわち、第１８図
に示されているｉ〜ルクリップルＴ′の変化態様と同一
にされている場合の例である。

第１０図は電気角に対する発生磁束φ′の変化態様が、
前記した第９図に示されている変化態様となるように、
トルクリップル補正用マグネッｌ−Ｍｔｃの巾を変化さ
せて構成させたトルクリップル補正用マグネットＭｔｃ
の構成例を示しており、この第１０図において点線図示
の部分は駆動磁極の中心位置を示している。そして、着
磁の方向は紙面に垂直の方向であり、着磁は単極着磁で
ある。

第３図及び第４図示の構成例において、トルクリップル
補正用マグネットＭｔｃは、界磁マグネット１と同心的
にマグネッ１−ロータのヨーク４に固着されており、ま
た、トルク検出用ホール素子！１３はそれの中心位置が
トルクリップル補正用マグネットＭｔｃの磁極の中心位
置に一致するようにステータ側に設けられている。

第３図中に示されているトルクリップル補正用マグネッ
トＭｔｃは、それの巾を円周方向に変化させて、電気角
に対する発生磁束φ′の変化態様が、前記した第９図に
示されている変化態様となるようにしているが、トルク
リップル補正用マグネットＭｔｃとしては、全円周にわ
たって同一のｒｌＪで、それの厚さが円周方向に変化し
ており、電気角に対する発生磁束φ′の変化態様が、前
記した第９図に示されている変化態様となるようにされ
ているものであってもよい。

また、トルクリップル補正用マグネットＭｔｃとしては
、全円周にわたり同一の巾、及び同一の厚さのもので、
それの着磁パターンが円周方向に変化されていて、電気
角に対する発生磁束φ′の変化態様が前記した第９図に
示されている変化態様となるようにされているものが用
いられてもよい。

これまでに説明した構成例では、トルクリップル補正用
マグネッｌ”Ｍｔｃにおける電気角に対する発生磁束φ
′の変化態様が、前記した第９図に示されている変化態
様と同様になされている場合についてのものであったが
、界磁マグネット１の極数が上記の例と異なれば、当然
のことながら、トルクリップル補正用マグネットＭｔｃ
における電気＝２７− 角に対する発生磁束φ′の変化態様は、前記した第９図
に示されている変化態様とは異なったものにされること
が必要である。

すなわち、本発明の直流ブラシレスモータで使用される
べきトルクリップル補正用マグネットＭしｃにおける電
気角に対する発生磁束φ′の変化態様としては、本発明
が適用されない状態で電気角と対応してモータに発生す
るトルクリップルの変化態様と略々同様な変化態様のも
のであればよいのである。

さて、本発明の直流ブラシレスモータにおいては、トル
クリップル波形と対応する電圧を発生させ、それをステ
ータコイル電流供給回路に負帰還して、マグネットロー
タが常に一定のトルクで回転するようにしているもので
あるが、モータにおける可動部分は大きな質量を有して
いるから、回転トルクの制御信号が高い周波数成分を含
んでいたとしてもマグネットロータは、その高い周波数
成分に応答することができない。

したがって、ステータコイル電流供給回路に負帰還され
る回転トルクの制御信号が、高い周波数成分を含むもの
であったとしても、実際に回転状態の制御に使用される
信号成分は低域の信号成分だけであるから、帰還回路中
に適当な低域通過濾波器を挿入し、回転トルクの制御信
号において実際の制御に使用されない高周波成分の制限
を行なうようにすれば、負帰還回路を安定な状態で動作
させることができる。

また、負帰還回路中に適当な高域通過濾波器を挿入して
、回転トルクの制御信号における交流分だけが負帰還さ
れるようにしてもよい。さらに、負帰還回路中に交流分
だけが負帰還されるように構成される場合には、トルク
リップル補正用マグネットＭｔｃとして、それから交流
分だけが検出されるような着磁の態様で着磁されている
ものを使用してもよい。さらにまた、この場合には交流
分として基本波成分だけが用られるようにされてもよい
。

（効果）以上、詳細に説明したところから明らかなように、本発
明の直流ブラシレスモータは、マグネッ１−ロータと、
ステータコイルと、ステータコイル電流の切換えを制御
する電子回路を有するステータコイル電流供給回路など
を備えている直流ブラシレスモータであって、マグネッ
トロータにおける界磁マグネッ１へで発生される界磁４
束の分布状態とステータコイルの形状及び配置態様など
によって定まる発生トルクの変動の態様に略々対応する
ような発生磁束の変動パターンを有している如きトルク
リップル補正用磁束の発生部材と、前記したトルクリッ
プル補正用磁束の発生部材から発生した磁束が鎖交する
位置に設けられた１個のトルク検出用ホール素子と、前
記したトルク検出用ホール素子の電流端子間にステータ
コイル電流に比例する電流を供給する手段と、前記した
トルク検出用ホール素子で発生されたトルク検出信号を
ステータコイル電流の供給回路に帰還して発生トルク変
動を軽減させる手段とを備えてなるものであるから、本
発明の直流ブラシレスモータでは、発生トルクをマグネ
ットロータの回転角に関係なく一定にすることがきるの
であり、本発明の直流ブラシレスモータによれば、従来
の直流ブラシレスモータにおける欠点は良好に解決され
、また、既述した既提案の直流ブラシレスモータと比較
しても、既提案の直流ブラシレスモータにおいては、位
置検出用のホール素子の個数と同じ個数のトルク検出用
ポール素子が必要どされ、複雑な回路配置となっていた
が、本発明の直流ブラシレスモータにおいては、界磁マ
グネット１の他にトルクリップル補正用マグネットＭｔ
ｃをロータに設けて、そのトルクリップル補正用マグネ
ットＭｔｃで発生された磁束を１個のトルク検出用ホー
ル素子Ｈ３に与えるとともに、その１個のトルク検出用
ホール素子［３の電流端子間にステータコイル電流に比
例する電流を流してステータコイル電流を制御し、トル
クリップルが軽減されるようにしているので、既提案の
直流ブラシレスモータに比べて構成が簡単になるという
利点が得られるのであって、本発明の直流ブラシレスモ
ータによれば既述した従来の問題点はすべて良好に解決
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の直流ブラシレスモータの一実施例の回
路図、第２図は本発明の直流ブラシレスモータのトルク
発生ブロック図、第３図は本発明の直流ブラシレスモー
タの一実施例のものの界磁マグネットとステータコイル
とトルクリップル補正用マグネットＭｔｃとの関連配置
を示す平面図、第４図は本発明の直流ブラシレスモータ
の一実施例の縦断側面図、第５図乃至第９図及び第１５
図乃至第１８図は説明用特性曲線側図、第１０図はトル
クリップル補正用マグネットＭｔｃの一例構成の平面図
、第１２図は従来の直流ブラシレスモータの一実施例の
回路図、第１１′図は従来の直流ブラシレスモータのト
ルク発生ブロック図、第強図は従来の直流ブラシレスモ
ータの一例のものの界磁マグネットとステータコイルと
の関連配置を示す平面図、第１３図は従来の直流ブラシ
レスモータの一例の縦断側面図である。Ｈ１，、Ｈ２・・・位置検出用ホール素子、Ｒ３・・・
トルク検出用ホール素子、Ｘ１〜ＸＩＯ，Ｘ、ａ、Ｘｂ
・・・トランジスタ、ＯＰＩ、ＯＰ２・・・演算増幅器
、Ｒ１，Ｒ１’、Ｒ２−Ｒ７，Ｒａ　−Ｒｃ・・・抵抗
、Ｌ１〜Ｌ４・・・ステータコイル、Ｍｔｃ・・・トル
クリップル補正用マグネット、１・・・界磁マグネット
、３・・・回転軸、４・・・ヨーク、５・・・速度検出
信号発生器の磁界発生用のマグネット、７・・・基板、
８・・・軸受、ＡＮＧＬＥＡ１４ＧＬＥＡＮＧＬＥＡＮＧＬＥ滉　８１遍ＡＮＧＬＥ届　ｉｏ　　呪Ａ膝丈ＥＡＮＧＬＩＥｔＮＧＬＥＮＧＬＥ

Claims

【特許請求の範囲】

マグネットロータと、ステータコイルと、ステータコイ
ル電流の切換えを制御する電子回路を有するステータコ
イル電流供給回路などを備えている直流ブラシレスモー
タであって、マグネットロータにおける界磁マグネット
で発生される界磁々束の分布状態とステータコイルの形
状及び配置態様などによって定まる発生トルクの変動の
態様に略々対応するような発生磁束の変動パターンを有
している如きトルクリップル補正用磁束の発生部材と、
前記したトルクリップル補正用磁束の発生部材から発生
した磁束が鎖交する位置に設けられた１個のトルク検出
用ホール素子と、前記したトルク検出用ホール素子の電
流端子間にステータコイル電流に比例する電流を供給す
る手段と、前記したトルク検出用ホール素子で発生され
たトルク検出信号をステータコイル電流の供給回路に帰
還して発生トルク変動を軽減させる手段とを備えてなる
直流ブラシレスモータ