JP3447795B2 - Brushless motor - Google Patents
Brushless motorInfo
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- JP3447795B2 JP3447795B2 JP04989794A JP4989794A JP3447795B2 JP 3447795 B2 JP3447795 B2 JP 3447795B2 JP 04989794 A JP04989794 A JP 04989794A JP 4989794 A JP4989794 A JP 4989794A JP 3447795 B2 JP3447795 B2 JP 3447795B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、マグネット式小型モー
タ全般に係わり、特にスピンドルモータおよび各種マイ
クロモータ等に好適なブラシレスモータに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates generally to small magnet type motors, and more particularly to a brushless motor suitable for spindle motors and various micromotors.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、マグネット式小型モータやス
ピンドルモータ等のブラシレスモータにあっては、各種
の構造が採用されているが、そのほとんどは、複数のス
ロットを有するステータコアの各ティースに多相のコイ
ルを巻装してステータを構成し、このステータに対向し
て、周方向に異極を交互に配列して構成されステータの
スロット数と異なる磁極数を有する円環状のロータマグ
ネットを回転自在に設け、多相のコイルへの通電を選択
的に切り換えることにより、コイル電流により発生した
磁極歯上の電磁極とロータマグネットの磁極との電磁相
互作用によりロータマグネットを備えたロータを回転す
るようにしている。2. Description of the Related Art Conventionally, various structures have been adopted in brushless motors such as small magnet type motors and spindle motors, but most of them are polyphase in each tooth of a stator core having a plurality of slots. Is wound to form a stator, and an annular rotor magnet having a number of magnetic poles different from the number of slots of the stator, which is formed by alternately arranging different poles in the circumferential direction facing the stator, is rotatable. By selectively switching the energization to the multi-phase coil, the rotor equipped with the rotor magnet is rotated by the electromagnetic interaction between the electromagnetic poles on the magnetic pole teeth generated by the coil current and the magnetic poles of the rotor magnet. I have to.
【0003】この場合、ロータマグネットの極性と交番
位置とをホール素子等のセンサまたはコイルの誘起電圧
で検出することにより、通電タイミングの切り換えを制
御する構成になっている。In this case, the switching of the energization timing is controlled by detecting the polarity and the alternating position of the rotor magnet with a sensor such as a Hall element or an induced voltage of a coil.
【0004】ところで、このような構成のブラシレスモ
ータにあっては、ロータとステータとの相対位置によっ
ては起動死点を形成することがあるので、ロータの起動
信頼性を高めるため、通常、ステータのスロット数とロ
ータマグネットの磁極数とを異なる数とし、複数のセン
サを用いている。さらに、ステータに補極を設けて死点
を避ける場合もある。In a brushless motor having such a structure, a starting dead point may be formed depending on the relative position between the rotor and the stator. The number of slots and the number of magnetic poles of the rotor magnet are different, and a plurality of sensors are used. Further, there is a case where the stator is provided with a supplementary pole to avoid the dead point.
【0005】また、コスト要因により1センサを用いた
ファンモータ等においては、ティースの一部を切り欠い
て磁極歯の形状を回転方向の上流側と下流側で非対称と
し、コギングトルクを得ることによってロータとステー
タとが死点から機械的にずれるようにしている。Further, in a fan motor or the like using one sensor due to cost factors, a part of the tooth is cut out to make the shape of the magnetic pole teeth asymmetrical on the upstream side and the downstream side in the rotation direction, and thereby obtain the cogging torque. The rotor and the stator are mechanically displaced from the dead center.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来のブラシレスモータにあっては、ステータのスロ
ット数とロータマグネットの磁極数とを異なる数とする
ため、各磁極歯の発生トルクを同期させることが出来
ず、また、複数のセンサを用いたり、ステータに補極を
設ける等の場合、構造が複雑となり、モータが大形にな
るだけでなく高価になる問題を有している。However, in the above-mentioned conventional brushless motor, since the number of slots of the stator and the number of magnetic poles of the rotor magnet are different, the generated torque of each magnetic pole tooth is synchronized. However, if a plurality of sensors are used or if a stator is provided with a supplementary pole, the structure becomes complicated, and the motor becomes large and expensive.
【0007】また、ティースの一部を切り欠いてその形
状を非対称とするローコスト設計のものの場合は、ステ
ータとロータマグネット間の平均空隙長の増加により磁
気抵抗が増加するため高トルクが得られず、しかも、切
り欠きの非対称性に基づいて回転リプルや振動騒音が高
いという問題がある。Further, in the case of a low cost design in which a part of the teeth is cut out and the shape thereof is asymmetric, high torque cannot be obtained because the magnetic resistance increases due to an increase in the average air gap length between the stator and the rotor magnet. Moreover, there is a problem that rotational ripple and vibration noise are high due to the asymmetry of the notch.
【0008】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題点に留意してなされたものであり、その目的とする
ところは、複雑な構造上の工夫を要することなく、高い
起動信頼性、高トルクが得られる通常タイプ(高級タイ
プ)とローコストタイプのそれぞれの長所を両立しそれ
ぞれの欠点を解消した新規なブラシレスモータを提供す
ることにある。The present invention has been made in consideration of the above problems of the prior art, and its purpose is to obtain high starting reliability, without requiring a complicated structure. It is an object of the present invention to provide a new brushless motor that has both the advantages of the normal type (high-grade type) that can obtain high torque and the advantages of the low cost type, and that has solved the drawbacks of each.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、複数のスロットを有するステータコアの
各ティースにコイルを巻回して構成されたステータと、
該ステータに対向して回転自在に設けられ周方向に異極
を交互に配列してなる円環状のロータマグネットと、該
ロータマグネットの磁束を検知するためのセンシング手
段と、を備えたブラシレスモータであって、前記ステー
タコアは、結晶の磁化容易軸が1方向性を有し、かつ該
磁化容易軸が少なくとも1つの前記ティースの突出方向
に対して偏位している環状の方向性鋼板により構成され
ていることを特徴としている。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention comprises a stator formed by winding a coil around each tooth of a stator core having a plurality of slots,
A brushless motor including an annular rotor magnet rotatably provided facing the stator and having different poles alternately arranged in the circumferential direction, and a sensing unit for detecting a magnetic flux of the rotor magnet. In the stator core, the crystal easy axis has unidirectionality, and
The protruding direction of the teeth having at least one easy axis of magnetization
It is characterized by being constituted by an annular grain- oriented steel plate that is deviated with respect to.
【0010】この場合、前記各ティースに巻回された前
記コイルは1つの回路網を形成し、該回路網が、単相電
源により実質的に休止期間を含まないで通電方向が逆転
する双方向通電により同時に駆動されるようにするとよ
い。In this case, before being wound around each of the teeth
The coils form one network, and the network is a single-phase
Depending on the source, the energization direction reverses with virtually no rest period
It is better to drive them at the same time by bidirectional energization.
Yes .
【0011】また、前記磁化容易軸が少なくとも1つの
前記ティースの突出方向に一致し、前記磁化容易軸が他
の前記ティースの突出方向に一致せず、前記少なくとも
1つのティースに巻回されたコイルと他の前記ティース
に巻回されたコイルとが並列接続され、前記各コイルに
流れる電流がバランスするようにするとよい。The easy axis of magnetization is at least one.
Matches the protruding direction of the teeth, and the easy axis of magnetization is
Of the teeth does not match the protruding direction of the teeth,
A coil wound around one tooth and the other said tooth
The coils wound on the
It is good to balance the flowing currents .
【0012】また、本発明は、前記目的を達成するため
に、複数のスロットを有するステータコアの各ティース
にコイルを巻回して構成されたステータと、該ステータ
に対向して回転自在に設けられ周方向に異極を交互に配
列してなる円環状のロータマグネットと、該ロータマグ
ネットの磁束を検知するためのセンシング手段と、を備
えたブラシレスモータであって、前記ステータコアは、
結晶の磁化容易軸が互いに直交する方向の2方向性を有
し、かつ該磁化容易軸が少なくとも2つの前記ティース
の突出方向に対して偏位している環状の方向性鋼板によ
り構成されていることを特徴としている。Further, according to the present invention, in order to achieve the above object , each tooth of a stator core having a plurality of slots.
And a stator formed by winding a coil around the stator,
It is rotatably installed facing each other and has different poles arranged alternately in the circumferential direction.
A row of annular rotor magnets and the rotor magnets
And a sensing means for detecting the magnetic flux of the net.
In the brushless motor, the stator core is
It has a bidirectionality in which the easy axes of crystal are perpendicular to each other.
And the teeth having at least two easy axes of magnetization.
The annular directional steel plate that is deviated from the protruding direction of
It is characterized by being configured .
【0013】この場合、例えば、スロットが4個で周方
向等間隔に等配されているステータコアであると、ティ
ースの突出方向に対する磁化容易軸の偏角が4個のティ
ースとも同じになる。 In this case, for example, with four slots,
If the stator cores are equally distributed in the same direction,
The axis of easy magnetization with respect to the protruding direction of the
It will be the same as the source.
【0014】[0014]
【作用】前述した本発明のブラシレスモータによれば、
ステータコアの各ティースに巻回されたコイルを励磁す
ると、ステータコアはその鋼板における結晶の磁化容易
軸に従った磁化が強化され、あるティースにおいては、
その先端のティップの中心と磁化中心とがずれるように
なり、ティップ上に発生した電磁極とこれに対向するロ
ータマグネットの磁極との間に磁気的な吸引力または反
発力が生じ、ロータマグネットに回転力が発生し、ロー
タが回転しようとする。According to the brushless motor of the present invention described above,
When the coil wound around each tooth of the stator core is excited, the stator core is strengthened in magnetization according to the easy magnetization axis of the crystal in the steel plate, and in a certain tooth,
The center of the tip at the tip and the center of magnetization become misaligned, and a magnetic attractive force or repulsive force is generated between the electromagnetic pole generated on the tip and the magnetic pole of the rotor magnet facing it, causing the rotor magnet to move. Rotational force is generated and the rotor tries to rotate.
【0015】ここで、ステータコアを結晶の磁化容易軸
が1方向性を有する方向性鋼板としてステータコアのス
ロット数とロータマグネットの磁極数とを同数とした上
で、磁化容易軸を少なくとも1つのティースの突出方向
に対して偏位させると、発生トルクが高いためより円滑
な起動が可能になる。回転中は、ステータのスロット数
とロータマグネットの磁極数とが等しく形成されている
ため、当該モータはいわゆる同期モータとして作用し、
この回転時にはステータの各ティースとロータマグネッ
トの各磁極とのそれぞれの間にトルクが同期発生するた
め、ロータ全体としての回転トルクが非常に大きなもの
となる。Here, the stator core is made of a grain-oriented steel sheet whose crystal easy axis is unidirectional, and the number of slots of the stator core is equal to the number of magnetic poles of the rotor magnet, and the axis of easy magnetization is at least one tooth. If it is deviated with respect to the projecting direction, the generated torque is high and a smoother start is possible. During rotation, since the number of slots of the stator and the number of magnetic poles of the rotor magnet are formed to be equal, the motor acts as a so-called synchronous motor,
During this rotation, torque is synchronously generated between each tooth of the stator and each magnetic pole of the rotor magnet, so that the rotational torque of the rotor as a whole becomes very large.
【0016】さらに、1方向性鋼板よりなるステータコ
アの任意のティースに対する偏位の角度θを設けると、
少なくとも1つのティースにおいては、起動時、そのテ
ィップの磁化中心がティップの中心からずれ、ロータマ
グネットの対向する磁極の中心とに必ずずれが生じ、ロ
ータマグネットに回転力が作用し、ロータが速やかに回
転する。この角度θは、ステータコアのスロット数を増
加することにより減らすことができる。Further, when the angle of deviation θ of the stator core made of a unidirectional steel plate with respect to an arbitrary tooth is set,
In at least one tooth, when starting, the magnetization center of the tip deviates from the center of the tip, and the center of the opposing magnetic pole of the rotor magnet always deviates, and a rotational force acts on the rotor magnet, so that the rotor quickly moves. Rotate. This angle θ can be reduced by increasing the number of slots in the stator core.
【0017】そして、ステータコアの各ティースに巻回
されたコイルの各種接続により1つの回路網を形成し、
この回路網を単相電源により実質的に休止期間を含まな
いで通電方向が逆転する双方向通電により同時に駆動す
る構成とすれば、コイルの励磁によってステータコアが
磁化された後、この残留磁気が消滅する以前に今度はコ
イルが逆方向に励磁され、いわゆる逆励磁動作が得ら
れ、ステータコアにおける磁気変化の幅が大きくなり、
結果として大きなトルクを発生させることが可能とな
る。Then, one circuit network is formed by various connections of coils wound around each tooth of the stator core,
If this circuit network is driven simultaneously by bidirectional energization in which the energization direction is reversed by the single-phase power supply without substantially including the rest period, this residual magnetism disappears after the stator core is magnetized by the excitation of the coil. Before this, the coil is excited in the opposite direction this time, so-called reverse excitation operation is obtained, the width of the magnetic change in the stator core increases,
As a result, it becomes possible to generate a large torque.
【0018】一方、方向性鋼板を結晶の磁化容易軸が互
いに直交する方向の2方向性とすれば、ティップの磁化
中心がティップの中心からずれるティースの数が増え、
より起動しやすくなる。On the other hand, if the grain-oriented steel sheet is bidirectional with the axes of easy magnetization of the crystals orthogonal to each other, the number of teeth whose magnetic center of the tip deviates from the center of the tip increases,
It will be easier to start.
【0019】[0019]
【実施例】本発明の実施例につき、図面を参照して説明
する。まず、第1の実施例につき、図1〜図4を用いて
説明する。図2は、CD−ROM等の記録媒体を回転駆
動するマイクロモータに適用した場合を示し、同図にお
いて、駆動装置に固定される珪素鋼板等よりなる基板1
0の取付孔12に円筒状のスリーブ14が、その軸心を
基板10に対し直交させてかつ下方に突出した状態で固
定され、スリーブ14の内側に一対の含油軸受16,1
8を介してシャフト20が回転自在に支持されている。
シャフト20の上下端部はそれぞれスリーブ14より上
下に導出している。Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows a case where the recording medium such as a CD-ROM is applied to a micromotor for rotationally driving the same. In FIG. 2, a substrate 1 made of a silicon steel plate or the like is fixed to a driving device.
A cylindrical sleeve 14 is fixed in the mounting hole 12 of No. 0 in a state where its axial center is orthogonal to the substrate 10 and protrudes downward, and a pair of oil-impregnated bearings 16, 1 are provided inside the sleeve 14.
A shaft 20 is rotatably supported via 8.
The upper and lower ends of the shaft 20 are led out from the sleeve 14 in the vertical direction.
【0020】スリーブ14の下半部の外周には、ステー
タコア22にコイル24を巻回して構成されたステータ
26が固定され、シャフト20の下端部に、ステータ2
6の外周を囲繞して配設されたカップ状のロータホルダ
28がかしめ等により固定され、このロータホルダ28
の円筒壁の内周面に円環状のロータマグネット30が固
定されている。ロータマグネット30はステータ26の
外周面に対し若干の隙間を介して対向している。このロ
ータホルダ28とロータマグネット30とによりロータ
32が構成されている。A stator 26 constituted by winding a coil 24 around a stator core 22 is fixed to the outer periphery of the lower half of the sleeve 14, and the stator 2 is attached to the lower end of the shaft 20.
A cup-shaped rotor holder 28 arranged so as to surround the outer periphery of 6 is fixed by caulking or the like.
An annular rotor magnet 30 is fixed to the inner peripheral surface of the cylindrical wall. The rotor magnet 30 faces the outer peripheral surface of the stator 26 with a slight gap. A rotor 32 is constituted by the rotor holder 28 and the rotor magnet 30.
【0021】シャフト20の上端部には、基板10の上
側に位置するターンテーブル34が圧入固定され、これ
に図外のCD(記録媒体)が載置される。基板10の下
面のロータマグネット30に対応する位置には、1個の
ホール素子よりなるセンサ36が配設され、ロータマグ
ネット30の磁束を検出する。At the upper end of the shaft 20, a turntable 34 located above the substrate 10 is press-fitted and fixed, and a CD (recording medium) (not shown) is placed on the turntable 34. A sensor 36 including one Hall element is arranged at a position corresponding to the rotor magnet 30 on the lower surface of the substrate 10 and detects the magnetic flux of the rotor magnet 30.
【0022】図1は、前記マイクロモータにおけるステ
ータ26とロータ32との関係を示したものである。な
お、コイル24は省略してある。FIG. 1 shows the relationship between the stator 26 and the rotor 32 in the micromotor. The coil 24 is omitted.
【0023】ステータ26のステータコア22は1方向
性珪素鋼板からなる6スロット構成であり、6個のティ
ース38が円周方向に等間隔に配列されている。この各
ティース38にはそれぞれコイル24が巻回されている
が、これらコイル24は、隣合うティース38のコイル
24が互いに逆磁極になるように励磁されると共に、直
列接続されて1つの回路網を構成している。従ってコイ
ル24への通電により隣合うティース38の先端部つま
りティップ40がそれぞれ逆磁極に磁化される。The stator core 22 of the stator 26 has a 6-slot structure made of a unidirectional silicon steel plate, and 6 teeth 38 are arranged at equal intervals in the circumferential direction. The coils 24 are respectively wound around the teeth 38. The coils 24 are excited so that the coils 24 of the adjacent teeth 38 have opposite magnetic poles, and are connected in series to form one circuit network. Are configured. Therefore, when the coils 24 are energized, the tips of the adjacent teeth 38, that is, the tips 40, are magnetized to have opposite magnetic poles.
【0024】ステータコア22の結晶の磁化容易軸は、
図1に示すように、任意の1つのティース38の突出方
向に対して偏角θを有する。この偏角θは、ステータコ
ア22のスロット数に基づく電気角の関係から角度の倍
増効果を有する。The axis of easy magnetization of the crystal of the stator core 22 is
As shown in FIG. 1, it has a deviation angle θ with respect to the protruding direction of any one tooth 38. This declination θ has the effect of doubling the angle because of the electrical angle relationship based on the number of slots in the stator core 22.
【0025】一方、ロータマグネット30は、ステータ
コア22のスロット数と同じ数の6ポール構成であり、
周方向にN極とS極とが交互に配列されて6個の磁極を
形成している。前記センサ36は、基板10の下面にお
いてステータコア22の任意の隣合う2つのティース3
8間中央の径方向外側にロータマグネット30に向かい
合って配置されている。On the other hand, the rotor magnet 30 has a 6-pole structure having the same number as the slots of the stator core 22.
N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction to form six magnetic poles. The sensor 36 includes two adjacent teeth 3 of the stator core 22 on the lower surface of the substrate 10.
It is arranged so as to face the rotor magnet 30 on the outer side in the radial direction at the center between the eight.
【0026】図3は、モータ制御回路42の概略構成を
示したものである。このモータ制御回路は、直流電源4
4に接続されコイル24に直流電流を供給する電源制御
部46と、コイル24に接続されたスイッチング素子、
例えばトランジスタT1〜T4をスイッチング制御する
励磁電流制御部48とを有している。FIG. 3 shows a schematic configuration of the motor control circuit 42. This motor control circuit uses a DC power supply 4
4, a power supply controller 46 that supplies a direct current to the coil 24 and a switching element connected to the coil 24,
For example, it has an exciting current control unit 48 that controls switching of the transistors T1 to T4.
【0027】この電源制御部46は、CDの再生時に得
られるCLV信号によりコイル24に供給する電流を制
御し、ロータ32の回転速度を制御する。また、励磁電
流制御部48は、図4に模式的に示した電流波形のよう
に、コイル24を実質的に休止期間を含まずステータコ
ア22の磁化が残留する間に通電方向が逆転する双方向
通電により同時に駆動し、かつ、通電によって形成され
るステータコア22の各電磁極がロータマグネット30
の対向磁極と逆極性になるようセンサ36の検出信号を
用いてコイル24を励磁する。The power supply control unit 46 controls the current supplied to the coil 24 by the CLV signal obtained when reproducing the CD, and controls the rotation speed of the rotor 32. In addition, the exciting current control unit 48, as shown in the current waveform schematically shown in FIG. 4, bidirectionally reverses the energization direction while the magnetization of the stator core 22 remains substantially without the coil 24 being in the idle period. Each electromagnetic pole of the stator core 22 that is driven simultaneously by energization and is formed by energization is connected to the rotor magnet 30.
The coil 24 is excited using the detection signal of the sensor 36 so as to have a polarity opposite to that of the opposite magnetic pole.
【0028】このように構成されたマイクロモータにあ
っては、モータ制御回路42によりステータ26のコイ
ル24を駆動すると、ステータコア22の各ティース3
8は隣合う各ティップ40が異極になるように磁化され
る。In the thus constructed micromotor, when the coil 24 of the stator 26 is driven by the motor control circuit 42, each tooth 3 of the stator core 22.
8 is magnetized so that the tips 40 adjacent to each other have different polarities.
【0029】そして、ロータ32の無通電の停止時に
は、ロータマグネット30の各磁極がステータコア22
の各ティップ40に対向した機械角から偏位θに基づい
て多少偏位するが、起動時、コイル24への通電により
ステータコア22を磁化すると、各ティップ40におけ
る磁化中心がティップ40の中心から偏位θだけ大きく
ずれ、従って、ロータマグネット30の各磁極の中心と
各ティップ40磁化中心とがずれ、ロータマグネット6
2にこれらのずれ角度に基づく回転力が作用し、ロータ
32が速やかに回転する。従って、ステータ26とロー
タ32とがいわゆる死点を形成して起動できないといっ
た不都合がない。When the rotor 32 is not energized, each magnetic pole of the rotor magnet 30 is moved to the stator core 22.
Although the mechanical angle facing each tip 40 is slightly deviated based on the deviation θ, when the stator core 22 is magnetized by energizing the coil 24 at the start, the magnetization center of each tip 40 is deviated from the center of the tip 40. By a large amount θ, and therefore the centers of the magnetic poles of the rotor magnet 30 deviate from the magnetization centers of the tips 40, and the rotor magnet 6
Rotational force based on these deviation angles acts on 2 and the rotor 32 rotates quickly. Therefore, there is no inconvenience that the stator 26 and the rotor 32 form a so-called dead point and cannot be started.
【0030】ロータ32が起動すると、センサ36によ
りロータマグネット30の回転位置つまり磁極の境目が
検出され、この検出信号によりコイル24への通電方向
を切り換えることにより各ティップ40にロータマグネ
ット30の対向磁極と逆極性になる電磁極が形成され、
ロータ32に連続して回転力を与えることが可能とな
る。When the rotor 32 is activated, the sensor 36 detects the rotational position of the rotor magnet 30, that is, the boundary between the magnetic poles, and the detection signal is used to switch the energizing direction to the coil 24 so that each tip 40 has a magnetic pole opposed to the rotor magnet 30. An electromagnetic pole with the opposite polarity is formed,
It becomes possible to continuously apply a rotational force to the rotor 32.
【0031】ここで、ステータ26のポール数つまりテ
ィース38の数とロータマグネット30の磁極数とが等
しく形成されているため、当該モータはいわゆる同期モ
ータとして作用し、この回転時には各ティース38のテ
ィップ40とロータマグネット30の各磁極とのそれぞ
れの間にトルクが発生するため、ロータ32全体として
の回転トルクが非常に大きなものとなる。Here, since the number of poles of the stator 26, that is, the number of teeth 38 and the number of magnetic poles of the rotor magnet 30 are formed equal, the motor acts as a so-called synchronous motor, and at the time of this rotation, the tip of each tooth 38 is formed. Since torque is generated between each of the magnetic poles of the rotor 40 and the rotor magnet 30, the rotational torque of the rotor 32 as a whole becomes extremely large.
【0032】特に、CD−ROM用モータにあっては、
回転の立ち上がり速度が要求されるが、前述したマイク
ロモータにあっては、起動が速やかに行われる上、ロー
タ32が回り始めると一挙に同期モータへと移行するた
め、所定回転状態に到るまでの時間が極短時間となり、
CD−ROM駆動用として好適なものとなる。Particularly, in the case of the CD-ROM motor,
Although a rising speed of rotation is required, in the above-described micromotor, the startup is performed promptly, and when the rotor 32 starts to rotate, the motor immediately shifts to the synchronous motor. Is extremely short,
It is suitable for driving a CD-ROM.
【0033】図5は、4ポール3スロットの場合を示し
た第2の実施例である。ステータ50のステータコア5
2は3スロット構成であり、3個のティース54が周方
向等間隔つまり120度毎に配列されている。このステ
ータコア52は1方向性珪素鋼板からなり、鋼板におけ
る結晶の磁化容易軸が同図矢印に示すように任意の1つ
のティース54に対して機械角θだけ偏位している。5
6は各ティース54の先端に位置するティップである。
また、各ティース54には、例えば1本のコイルが順に
巻回されている。FIG. 5 is a second embodiment showing the case of 4 poles and 3 slots. Stator core 5 of stator 50
2 has a three-slot structure, and three teeth 54 are arranged at equal intervals in the circumferential direction, that is, every 120 degrees. This stator core 52 is made of a unidirectional silicon steel plate, and the axis of easy magnetization of crystals in the steel plate is displaced by a mechanical angle θ with respect to any one tooth 54 as shown by the arrow in the figure. 5
6 is a tip located at the tip of each tooth 54.
In addition, for example, one coil is sequentially wound around each tooth 54.
【0034】一方、ステータ50に対向するように回転
自在に設けられたロータ58は、ロータホルダ60の周
壁の内周面に環状のロータマグネット62を取り付けて
構成されている。ロータマグネット62は、4ポール構
成であり、N極、S極が交互に周方向等間隔に配列され
ている。このロータマグネット62に対向して、ホール
素子等のセンサ(図示せず)が配設されている。On the other hand, the rotor 58, which is rotatably provided so as to face the stator 50, is constructed by attaching an annular rotor magnet 62 to the inner peripheral surface of the peripheral wall of the rotor holder 60. The rotor magnet 62 has a 4-pole structure, and N poles and S poles are alternately arranged at equal intervals in the circumferential direction. A sensor (not shown) such as a Hall element is arranged facing the rotor magnet 62.
【0035】このような構成のブラシレスモータにあっ
ては、停止時に図5の状態、つまりあるティップ56が
ロータマグネット62のある磁極に対向すると共に残り
の2つのティップ56がそれぞれロータマグネット62
の2つの磁極に跨って対向しこの状態で釣り合ってい
る。そして起動時、コイルへの通電を開始し、各ティッ
プ56を磁化すると、ステータコア52はその磁化容易
方向に方向性を有するため、各ティップ56における磁
化中心がティップ56の中心からずれ、従って、ロータ
マグネット62の各磁極の中心と各ティップ56の磁化
中心とがずれることによりロータマグネット62に回転
力が作用し、ロータ58が速やかに回転する。In the brushless motor having such a configuration, when stopped, the state shown in FIG. 5, that is, a certain tip 56 faces a certain magnetic pole of the rotor magnet 62, and the remaining two tips 56 are each the rotor magnet 62.
The two magnetic poles are opposed to each other and are balanced in this state. When power is supplied to the coil at start-up and each tip 56 is magnetized, the stator core 52 has directionality in its easy magnetization direction, so the magnetization center of each tip 56 deviates from the center of the tip 56, and thus the rotor 56 The center of each magnetic pole of the magnet 62 is deviated from the center of magnetization of each tip 56, so that a rotational force acts on the rotor magnet 62 and the rotor 58 rotates rapidly.
【0036】そして、ロータ58が回転し始めると、セ
ンサによりロータマグネット62の回転位置つまり磁極
の位置が検出され、この検出信号によりコイルへの通電
方向を切り換えることにより、ロータ58に連続して回
転力を与えることが可能となり、これ以降ロータ58の
回転が継続される。When the rotor 58 starts to rotate, the sensor detects the rotational position of the rotor magnet 62, that is, the position of the magnetic pole, and by switching the energization direction to the coil by this detection signal, the rotor 58 continuously rotates. The force can be applied, and the rotation of the rotor 58 is continued thereafter.
【0037】次に、本発明の第3の実施例を、図6及び
図7を用いて説明する。この実施例は、第2の実施例と
同様に、4ポール3スロットのブラシレスモータに適用
した場合を示し、ステータ70のステータコア72は3
スロット構成であり、3個のティース74が周方向等間
隔つまり120度毎に配列されている。このステータコ
ア72は1方向性珪素鋼板からなり、鋼板における結晶
の磁化容易軸が同図矢印に示すように任意の1つのティ
ース74に対してその突出方向に一致している。従っ
て、前記結晶の磁化容易軸は他の2つのティース74の
突出方向に対して+120度、−120度の偏角を有す
ることになる。76は各ティース74の先端に位置する
ティップである。Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7. Similar to the second embodiment, this embodiment shows a case where the present invention is applied to a brushless motor with four poles and three slots, and the stator core 72 of the stator 70 has three
It has a slot structure, and three teeth 74 are arranged at equal intervals in the circumferential direction, that is, every 120 degrees. The stator core 72 is made of a unidirectional silicon steel plate, and the axis of easy magnetization of crystals in the steel plate coincides with the protruding direction of any one tooth 74 as shown by the arrow in the figure. Therefore, the easy axis of magnetization of the crystal has a deviation angle of +120 degrees and −120 degrees with respect to the protruding direction of the other two teeth 74. 76 is a tip located at the tip of each tooth 74.
【0038】一方、ステータ70に対向するように回転
自在に設けられたロータ78は、ロータホルダ80の周
壁の内周面に環状のロータマグネット82を取り付けて
構成されている。ロータマグネット82は、4ポール構
成であり、N極、S極が交互に周方向等間隔に配列され
ている。このロータマグネット82に対向して、ホール
素子等のセンサ(図示せず)が配設されている。On the other hand, the rotor 78, which is rotatably provided so as to face the stator 70, is constructed by attaching an annular rotor magnet 82 to the inner peripheral surface of the peripheral wall of the rotor holder 80. The rotor magnet 82 has a 4-pole configuration, and N poles and S poles are alternately arranged at equal intervals in the circumferential direction. A sensor (not shown) such as a Hall element is arranged so as to face the rotor magnet 82.
【0039】さらに、ステータコア72の各ティース7
4にはそれぞれコイル84a,84b,84cが巻回さ
れている。前記任意の1つのティース74に巻回された
コイル84aと他の2つのティース74に巻回されたコ
イル84b,84cとはその通電時の発生磁極の極性が
異なるように巻方向が設定されており、図7に示すよう
に、コイル84aとコイル84b,84cの直列回路と
が並列接続され、この並列回路網が単相電源により駆動
される。Further, each tooth 7 of the stator core 72
The coils 84a, 84b, 84c are wound around the coil 4, respectively. The coil 84a wound around any one of the teeth 74 and the coils 84b and 84c wound around the other two teeth 74 have winding directions set so that the polarities of the generated magnetic poles when energized are different. As shown in FIG. 7, the coil 84a and the series circuit of the coils 84b and 84c are connected in parallel, and this parallel circuit network is driven by a single-phase power supply.
【0040】このような構成のブラシレスモータは、3
相ブラシ付きモータを改良したものとなる。すなわち、
3相ブラシ付きモータは、回転する3相電機子に各相の
コイル(Δ結線)に接続された3相の整流子を設け、単
相電源に接続された一対のブラシを2個の整流子に択一
的に摺接するものである。この場合の通電過程において
は、1相のコイルと直列接続された他の2相のコイルと
が並列状態で単相電源に接続され、前記1相のコイルの
流過電流が他よりも大きいことによりジュール熱が過大
となり、また3相の磁気特性は等価にならないが、電機
子の回転に伴ってコイルの接続状態が順次切り換わり、
平均すれば各相のコイルに等しい電流が供給されるた
め、平均ではジュール熱の発生及び磁気特性が均一にな
る。The brushless motor having such a structure has three
It is an improved version of the phase brush motor. That is,
A three-phase brush motor has a rotating three-phase armature provided with a three-phase commutator connected to each phase coil (Δ connection), and a pair of brushes connected to a single-phase power source and two commutators. The alternative is to slide. In the energization process in this case, the one-phase coil and the other two-phase coils connected in series are connected in parallel to the single-phase power supply, and the overcurrent of the one-phase coil is larger than the others. Causes excessive Joule heat, and the three-phase magnetic characteristics are not equivalent, but the coil connection state switches sequentially as the armature rotates,
On average, equal currents are supplied to the coils of each phase, so that on average Joule heat is generated and the magnetic characteristics are uniform.
【0041】しかしながら、この種ブラシ付きモータに
あっては、通常の3相ブラシレスモータに比べ、常時全
てのコイルが通電されるため、コイル及び電機子コアの
利用効率が高い利点を有するものの、電機子を回転させ
るために整流子及びブラシを必要とし、モータの軸方向
の高さがそれだけ高くなり、また、部品点数が多くなる
はかりかノイズの発生も過大になる難点を有している。However, in this type of brushed motor, all coils are energized at all times as compared with an ordinary three-phase brushless motor, so that there is an advantage that the utilization efficiency of the coil and the armature core is high. Since a commutator and a brush are required to rotate the child, the height of the motor in the axial direction is correspondingly increased, and the number of parts is increased and noise is excessively generated.
【0042】これに対して、前記第3の実施例のものに
あっては、ブラシレスであるにも拘らずブラシ付きの難
点を克服した上でブラシ付きの有する高効率の特性を満
足することができる。すなわち、コイル84aが巻回さ
れた任意の1つのティース74においては、その突出方
向が磁化容易軸に一致し、直列接続された他のコイル8
4b,84cがそれぞれ巻回された他のティース74に
おいては、その突出方向が磁化容易軸に対し120度の
角度を有する。このため、任意の1つのティース74に
発生する磁束を他のティース74に発生する磁束の2倍
にでき、換言すれば、任意の1つのティース74のコイ
ル84aのジュール熱の発生を他のティース74のコイ
ル84b,84cの半分にでき、コイル84aの電流が
他のコイルの電流の1/2になり、ステータ70を回転
させずとも各コイル84a,84b,84cのコイル電
流が等しくなる。On the other hand, in the case of the third embodiment, despite the fact that it is brushless, it is possible to overcome the drawbacks of the brush and to satisfy the high efficiency characteristics of the brush. it can. That is, in any one tooth 74 around which the coil 84a is wound, the projecting direction thereof coincides with the easy axis of magnetization, and the other coil 8 connected in series.
In the other teeth 74 on which the windings 4b and 84c are respectively wound, the protruding direction thereof has an angle of 120 degrees with the easy magnetization axis. For this reason, the magnetic flux generated in any one tooth 74 can be made twice as much as the magnetic flux generated in the other tooth 74. In other words, the generation of Joule heat of the coil 84a of any one tooth 74 is caused to occur in the other tooth 74. The coils 84a, 84b, and 84c can be halved, and the current of the coil 84a becomes 1/2 of the current of the other coils, so that the coils 84a, 84b, and 84c have the same coil current without rotating the stator 70.
【0043】ここで、ロータ78の停止時には、ロータ
マグネット82の各磁極とステータコア72の各ティッ
プ76とが磁気的に釣り合い、起動時、ステータ70と
ロータ78とがいわゆる死点を形成して起動できないこ
とが考えられるが、ポール数とスロット数の相違及びス
テータコアの方向性に基づく磁位の違いにより、さらに
は各ティース74における巻回状態(配置,スペースフ
ァクター)に差異があり、各ティップ76における各テ
ィップ76とロータマグネット82の各磁極との間の吸
引と反発とに差が生じ、ロータ78は回転し始める。Here, when the rotor 78 is stopped, the magnetic poles of the rotor magnet 82 and the tips 76 of the stator core 72 are magnetically balanced, and at the time of start-up, the stator 70 and the rotor 78 form a so-called dead center and start-up. It may be impossible to do this, but due to the difference in the number of poles and slots and the magnetic potential based on the directionality of the stator core, there is a difference in the winding state (arrangement, space factor) in each tooth 74, and each tip 76 is different. There is a difference in attraction and repulsion between the tips 76 and the magnetic poles of the rotor magnet 82 in (1), and the rotor 78 starts rotating.
【0044】ロータ78が回転し始めると、センサによ
りロータマグネット82の回転位置つまり磁極の境目が
検出され、この検出信号によりコイル84a,84b,
84cへの通電方向を切り換えることにより各ティップ
76にロータマグネット82の対向磁極と逆極性になる
電磁極が形成され、ロータ78に連続して回転力を与え
ることが可能となる。When the rotor 78 starts to rotate, the sensor detects the rotational position of the rotor magnet 82, that is, the boundary between the magnetic poles, and the detection signal causes the coils 84a, 84b,
By switching the energizing direction to 84c, an electromagnetic pole having a polarity opposite to the opposing magnetic pole of the rotor magnet 82 is formed in each tip 76, and it becomes possible to continuously apply the rotational force to the rotor 78.
【0045】次に、第4の実施例を図8を用いて説明す
る。この実施例に示すものは、4ポール4スロットのブ
ラシレスモータであり、ステータ86のステータコア8
8は4スロット構成であり、4個のティース90が周方
向に等間隔つまり90度毎に配列されている。このステ
ータコア88は互いに直交する方向の2方向性珪素鋼板
からなり、鋼板における結晶の磁化容易軸が同図矢印に
示すように中心を挟んで対向する一対のティース90に
対して機械角θだけ偏位すると共に、他の一対のティー
ス90に対して機械角θだけ偏位している。この偏角θ
は例えば7度に設定されている。92は各ティース90
の先端に位置するティップである。また、各ティース9
0には、例えば1本のコイルが順に巻回されている。Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. What is shown in this embodiment is a brushless motor having four poles and four slots, and a stator core 8 of a stator 86.
Reference numeral 8 denotes a four-slot structure in which four teeth 90 are arranged at equal intervals in the circumferential direction, that is, at every 90 degrees. The stator core 88 is made of bidirectional silicon steel plates which are orthogonal to each other, and the axes of easy magnetization of crystals in the steel plates are deviated by a mechanical angle θ with respect to a pair of teeth 90 facing each other with the center therebetween as shown by the arrow in the figure. While being positioned, it is displaced by the mechanical angle θ with respect to the other pair of teeth 90. This declination θ
Is set to 7 degrees, for example. 92 is each tooth 90
It is a tip located at the tip of. Also, each tooth 9
For example, one coil is wound around 0 in order.
【0046】一方、ステータ86に対向するように回転
自在に設けられたロータ94は、ロータホルダ96の周
壁の内周面に環状のロータマグネット98を取り付けて
構成されている。ロータマグネット98は、4ポール構
成であり、N極、S極が交互に周方向等間隔に配列され
ている。このロータマグネット62に対向して、ホール
素子等のセンサ(図示せず)が任意スロット間に1個配
設されている。On the other hand, the rotor 94, which is rotatably provided so as to face the stator 86, is constructed by attaching an annular rotor magnet 98 to the inner peripheral surface of the peripheral wall of the rotor holder 96. The rotor magnet 98 has a 4-pole structure, and N poles and S poles are alternately arranged at equal intervals in the circumferential direction. One sensor (not shown) such as a Hall element is arranged between arbitrary slots facing the rotor magnet 62.
【0047】このような構成のブラシレスモータにあっ
ては、停止時に図8の状態、つまり各るティップ92が
ロータマグネット98の各磁極に若干偏位して対向し、
この状態で釣り合っているが、起動時、コイルへの通電
を開始して各ティップ92を磁化すると、ステータコア
88はその磁化容易方向に方向性を有するため、各ティ
ップ92における磁化中心がティップ92の中心からほ
ぼ等しくずれ、従って両者に基づいてロータマグネット
98の各磁極の中心と各ティップ92の磁化中心とがず
れることによりロータマグネット98に回転力が作用
し、ロータ94が速やかに回転する。In the brushless motor having such a configuration, when stopped, the state shown in FIG. 8, that is, each tip 92 slightly opposes each magnetic pole of the rotor magnet 98,
Although balanced in this state, when the coils 92 are magnetized by starting energization at the time of start-up, the stator core 88 has directionality in its easy magnetization direction. Since the centers of the magnetic poles of the rotor magnet 98 and the centers of magnetization of the tips 92 deviate from each other substantially equally, the rotational force acts on the rotor magnet 98 and the rotor 94 rotates rapidly.
【0048】特にこの場合、ステータコア88が2方向
性を有することから、各ティース90の突出方向に対す
る磁化容易軸の偏角が等しくなり、起動時の回転力がロ
ータマグネット98の各磁極に等しく生じることにな
り、ロータ94の起動が極めて迅速に行われることにな
る。In particular, in this case, since the stator core 88 has two directions, the declination angle of the easy axis of magnetization with respect to the protruding direction of each tooth 90 becomes equal, and the rotational force at the time of starting is equally generated in each magnetic pole of the rotor magnet 98. As a result, the rotor 94 is started up extremely quickly.
【0049】このような構成によれば、従来のようなス
テータの切り欠きは不要となるから等価ギャップを減少
してモータ効率を高め得るだけでなく、切り欠きに基づ
く回転中の振動騒音も減少するという効果を奏する。According to this structure, since the conventional notch of the stator is unnecessary, not only the equivalent gap can be reduced to improve the motor efficiency, but also the vibration noise during rotation due to the notch is reduced. Has the effect of doing.
【0050】以上、本発明による各種のブラシレスモー
タの実施例について説明したが、本発明はこれら実施例
に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱するこ
とのない範囲で種々の変更ないし修正が可能であること
は言うまでもない。Although various embodiments of the brushless motor according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes are made without departing from the gist of the present invention. It goes without saying that modifications are possible.
【0051】[0051]
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、次に記載する効果を奏する。ステータのス
テータコアを方向性鋼板により構成したことにより、モ
ータ起動時の死点発生を解消でき、円滑な起動を実現で
きるものである。このため、従来のようにステータのス
ロット数とロータマグネットの磁極数とを異なる数とし
て複数のセンサを用いるといった構造上の工夫を要する
ことがなく、モータ特性に応じたステータのスロット数
とロータマグネットの磁極数とを任意に設定でき、ステ
ータに補極を設ける必要もなく、さらにはティースの形
状を非対称としてロータとステータとが死点から機械的
にずれるようにする必要もなく、構造が簡単となり、安
価でしかも高効率のモータ特性が得られるものであ
る。。Since the present invention is configured as described above, it has the following effects. Since the stator core of the stator is made of the grain-oriented steel plate, it is possible to eliminate the occurrence of a dead center at the time of starting the motor and realize a smooth start. Therefore, there is no need for a structural ingenuity such as using a plurality of sensors with the number of slots of the stator and the number of magnetic poles of the rotor magnet being different from each other as in the prior art, and the number of slots of the stator and the rotor magnet according to the motor characteristics The number of magnetic poles can be set arbitrarily, there is no need to provide supplementary poles on the stator, and there is no need to make the teeth asymmetrical so that the rotor and stator are mechanically displaced from the dead center, and the structure is simple. Therefore, it is possible to obtain inexpensive and highly efficient motor characteristics. .
【図1】図1は本発明のブラシレスモータの第1の実施
例の要部を示すステータとロータとの平面図。FIG. 1 is a plan view of a stator and a rotor showing a main part of a first embodiment of a brushless motor of the present invention.
【図2】図1のブラシレスモータの全体構成を示す切断
正面図。FIG. 2 is a cut front view showing the overall configuration of the brushless motor of FIG.
【図3】図2のコイル駆動回路を示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram showing the coil drive circuit of FIG.
【図4】図3の駆動回路におけるコイル電流の波形図。4 is a waveform diagram of a coil current in the drive circuit of FIG.
【図5】本発明の第2の実施例の要部を示すステータと
ロータとの平面図。FIG. 5 is a plan view of a stator and a rotor showing a main part of a second embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第3の実施例の要部を示すステータと
ロータとの平面図。FIG. 6 is a plan view of a stator and a rotor showing a main part of a third embodiment of the present invention.
【図7】図6のコイルの回路図。7 is a circuit diagram of the coil shown in FIG.
【図8】本発明の第4の実施例の要部を示すステータと
ロータとの平面図。FIG. 8 is a plan view of a stator and a rotor showing a main part of a fourth embodiment of the present invention.
22、52、72、88 ステータコア 24、84a、84b、84c コイル 26、50、70、86 ステータ 30、62、82、98 ロータマグネット 22, 52, 72, 88 Stator core 24, 84a, 84b, 84c coil 26, 50, 70, 86 Stator 30, 62, 82, 98 Rotor magnet
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−17557(JP,A) 特開 昭63−217940(JP,A) 特開 昭57−208832(JP,A) 実開 昭55−59545(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 29/00 H02K 21/22 H02P 6/20 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-4-17557 (JP, A) JP-A-63-217940 (JP, A) JP-A-57-208832 (JP, A) Practical application Sho-55- 59545 (JP, U) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02K 29/00 H02K 21/22 H02P 6/20
Claims (4)
各ティースにコイルを巻回して構成されたステータと、
該ステータに対向して回転自在に設けられ周方向に異極
を交互に配列してなる円環状のロータマグネットと、該
ロータマグネットの磁束を検知するためのセンシング手
段と、を備えたブラシレスモータであって、前記ステー
タコアは、結晶の磁化容易軸が1方向性を有し、かつ該
磁化容易軸が少なくとも1つの前記ティースの突出方向
に対して偏位している環状の方向性鋼板により構成され
ていることを特徴とするブラシレスモータ。1. A stator configured by winding a coil around each tooth of a stator core having a plurality of slots,
A brushless motor including an annular rotor magnet rotatably provided facing the stator and having different poles alternately arranged in the circumferential direction, and a sensing unit for detecting a magnetic flux of the rotor magnet. In the stator core, the crystal easy axis has unidirectionality, and
The protruding direction of the teeth having at least one easy axis of magnetization
A brushless motor characterized by being constituted by an annular grain- oriented steel plate that is deviated with respect to.
は1つの回路網を形成し、該回路網が、単相電源により
実質的に休止期間を含まないで通電方向が逆転する双方
向通電により同時に駆動される請求項1記載のブラシレ
スモータ。2. The coil wound around each tooth.
Form a network, which is powered by a single-phase power supply
Both of which the energization direction is reversed without substantially including the rest period
The brushless motor according to claim 1, wherein the brushless motors are simultaneously driven by a counter current .
ティースの突出方向に一致し、前記磁化容易軸が他の前
記ティースの突出方向に一致せず、前記少なくとも1つ
のティースに巻回されたコイルと他の前記ティースに巻
回されたコイルとが並列接続され、前記各コイルに流れ
る電流がバランスする請求項1記載のブラシレスモー
タ。3. The easy axis of magnetization is at least one of the above.
Matches the protruding direction of the teeth, and the axis of easy magnetization is in front of the other.
At least one of the above does not match the protruding direction of the teeth.
The coil wound around the tooth and the other said tooth
The turned coil is connected in parallel and flows to each coil.
The brushless motor according to claim 1, wherein the electric currents are balanced .
各ティースにコイルを巻回して構成されたステータと、
該ステータに対向して回転自在に設けられ周方向に異極
を交互に配列してなる円環状のロータマグネットと、該
ロータマグネットの磁束を検知するためのセンシング手
段と、を備えたブラシレスモータであって、前記ステー
タコアは、結晶の磁化容易軸が互いに直交する方向の2
方向性を有し、かつ該磁化容易軸が少なくとも2つの前
記ティースの突出方向に対して偏位している環状の方向
性鋼板により構成されていることを特徴とするブラシレ
スモータ。4. A stator core having a plurality of slots
A stator configured by winding a coil around each tooth,
Rotatably provided facing the stator and having different poles in the circumferential direction
An annular rotor magnet in which the
Sensing hand for detecting the magnetic flux of the rotor magnet
A brushless motor comprising:
Tacoa is composed of two crystals whose axes of easy magnetization are perpendicular to each other.
Directional and having at least two easy axes
Annular direction deviated from the protruding direction of the teeth
A brushless motor characterized by being made of a flexible steel plate .
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