JP4720856B2 - 単相ブラシレスモータ - Google Patents
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Description
電磁コイルと、
永久磁石と、
前記永久磁石と前記電磁コイルとの相対位置を検出する磁気センサと、
前記磁気センサの出力信号を利用して、前記電磁コイルの単相駆動に用いる印加電圧を生成する駆動制御回路と、
を備え、
前記電磁コイルは磁性部材を備えており、
前記磁性部材が前記永久磁石に引き付けられることによって、前記単相ブラシレスモータの停止時に前記永久磁石の中心と前記電磁コイルの中心とがずれた位置となるように構成されており、
前記単相ブラシレスモータは、停止後の始動時には前記単相ブラシレスモータのロータ部が常に第一の回転方向に回転し始めるように構成されており、
前記駆動制御回路は、前記ロータ部を前記第一の回転方向とは逆の第二の回転方向へ回転させる場合には始動時に前記第一の回転方向に所定量回転させた後に逆転させることによって前記第二の回転方向への回転を開始させ、一方、前記ロータ部を前記第一の回転方向へ回転させる場合には始動時に前記第二の回転方向に回転させること無く前記第一の回転方向への回転を開始させる。
この単相ブラシレスモータによれば、逆転時にもデッド・ロック・ポイントの問題を生じることなく、逆転させることが可能である。
本発明の他の形態による単相ブラシレスモータは、
複数の電磁コイルを有するコイル列と、
複数の永久磁石を有する磁石列と、
前記磁石列と前記コイル列の相対位置を検出する磁気センサと、
前記磁気センサの出力信号を利用して、前記コイル列を単相駆動信号で駆動するための印加電圧を生成する駆動制御回路と、
を備え、
前記コイル列は磁性部材を備えており、
前記磁性部材は、前記単相ブラシレスモータの停止時において前記磁性部材が前記磁石列に引きつけられることによって、各永久磁石の中心が各電磁コイルの中心からずれた位置で停止するように構成されている。
各磁性部材の少なくとも一部分は、前記単相ブラシレスモータの停止時において各電磁コイルと各永久磁石との間に配置される。
前記励磁区間設定部は、前記励磁区間と前記非励磁区間の区分を変更可能である。
A.第1実施例のモータの構成と動作の概要:
B.駆動制御回路の構成:
C.モータ本体の他の構成例:
D.第2実施例:
E.変形例:
図1A,1Bは、本発明の第1実施例としての単相ブラシレスモータのモータ本体の構成を示す断面図である。このモータ本体100は、外形がそれぞれ略円筒状のステータ部10及びロータ部30を有している。ステータ部10は、略十字状に配列された4つのコイル11〜14と、2つのコイル11,12の間の中央の位置に配置された磁気センサ40とを有している。磁気センサ40は、ロータ部30の位置(すなわちモータの位相)を検出するためのものである。各コイル11〜14には、磁性体材料で形成された磁気ヨーク20が設けられている。磁気ヨーク20の詳細な形状についてはさらに後述する。コイル11〜14と磁気センサ40は、回路基板120(図1B)の上に固定されている。回路基板120は、ケーシング102に固定されている。なお、ケーシング102の蓋は図示が省略されている。
図8Aは、本実施例のブラシレスモータの駆動制御回路の構成を示すブロック図である。駆動制御回路200は、CPU220と、駆動信号生成部240と、ドライバ回路250とを備えている。駆動信号生成部240は、モータ本体100内の磁気センサ40の出力信号SSAに基づいて、単相駆動信号DRVA1,DRVA2を生成する。ドライバ回路250は、この単相駆動信号DRVA1,DRVA2に従ってモータ本体100内の電磁コイル11〜14を駆動する。なお、CPU220を省略してもよい。CPU220を省略した場合には、本実施例で説明されているCPU220の機能は、他の回路(論理回路や不揮発性メモリ等)によって実現される。あるいは、CPU220の代わりに通信回路又はインタフェイス回路を設け、その回路で外部装置から各種の動作指示を受けて駆動制御回路200内部の回路要素に指示を転送するようにしてもよい。
Y=a(X+b) …(2)
(1)従来の2相モータでは、矩形波形駆動で12[V]の電圧供給に対し3.6[W]で回転数3220[rpm]が得られた。
(2)実施例の単相モータでは、矩形波形駆動で8[V]の電圧供給に対し2.35[W]で回転数3250[rpm]が得られた。
(3)実施例の単相モータを、正弦波駆動(PWM制御)した場合には、2.0[W]で回転数3250[rpm]が得られた。
(4)単相モータの効果:
上記(1)と(2)から、矩形波駆動の場合同士を比較すると、実施例の単相モータの消費電力は、従来の2相モータの消費電力の3.6[W]から2.35[W]へと(3.6−2.35)/3.6=35%改善された。
(5)正弦波駆動での効果:
上記(2)と(3)から、実施例の単相モータを矩形波駆動から正弦波駆動に変更することによって、消費電力が2.35[W]から2.00[W]へと(2.35−2.00)/2.35=15[%]改善された。
(6)総合的効果:
上記(1)と(3)から、正弦波駆動の実施例の単相モータの消費電力は、矩形波駆動の従来の2相モータの消費電力の3.6[W]から2.00[W]へと(3.6−2.0)/3.6=44[%]改善された。
図21A〜27Bは、モータ本体の他の構成例を示す断面図である。なお、これらの図において、図1A,1Bのモータ本体100の部材と対応する部材には同じ符号を付している。
図28A,28Bは、本発明の第2実施例としての単相ブラシレスモータのモータ本体の構成を示す断面図である。このモータ本体100gは、外形がそれぞれ略円筒状のステータ部10及びロータ部30を有している。ステータ部10は、略十字状に配列された4つのコイル11〜14と、2つのコイル11,12の間の中央の位置に配置された磁気センサ40とを有している。磁気センサ40は、ロータ部30の位置(すなわちモータの位相)を検出するためのものである。各コイル11〜14の内周側には、隣接するコイル同士の中間の位置に、磁性体材料で形成された磁気ヨーク20が設けられている。この磁気ヨーク20は、モータの停止時におけるロータ部30の位置決めのために使用される。この磁気ヨーク20は、ロータ部30と外部の最大負荷とを加えた最大総負荷状態において、位置決めができるように材料、厚さ、配置等を考慮することが好ましい、最大総負荷を超える状態で位置決めできるような過大な磁気ヨーク20を採用すると、鉄損失(コギング現象)が大きくなり効率が低下する可能性がある。
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上記実施例では、磁性部材(磁気ヨーク20)が各コイル毎に設けられていたが、コイル数と異なる数の磁性部材をコイル列に設けるようにしてもよい。この場合にも、磁性部材は、単相ブラシレスモータの停止時において磁性部材が磁石列に引きつけられることによって、各永久磁石の中心が各電磁コイルの中心からずれた位置で停止するように構成されることが好ましい。但し、各コイル毎に磁性部材を設けるようにすれば、磁石列全体の重量バランスを取り易いという利点がある。
上記実施例ではアナログ磁気センサを利用していたが、アナログ磁気センサの代わりに、多値のアナログ的出力を有するデジタル磁気センサを使用してもよい。アナログ磁気センサも多値出力を有するデジタル磁気センサも、アナログ的変化を示す出力信号を有する点で共通している。なお、本明細書において、「アナログ的変化を示す出力信号」とは、オン/オフの2値出力ではなく、3値以上の多数レベルを有するデジタル出力信号と、アナログ出力信号との両方を包含する広い意味で使用されている。
PWM回路としては、図12Aに示した回路以外の種々の回路構成を採用することが可能である。例えば、センサ出力と基準三角波とを比較することによってPWM制御を行う回路を利用してもよい。また、PWM制御以外の方法で駆動信号を生成する回路を採用してもよい。例えば、センサ出力を増幅してアナログ駆動信号を生成する回路を採用することも可能である。
本発明は、ファンモータ、時計(針駆動)、ドラム式洗濯機(単一回転)、ジェットコースタ、振動モータなどの種々の装置のモータに適用可能である。本発明をファンモータに適用した場合には、上述した種々の効果(低消費電力、低振動、低騒音、低回転ムラ、低発熱、高寿命)が特に顕著である。このようなファンモータは、例えば、デジタル表示装置や、車載機器、燃料電池式パソコン、燃料電池式デジタルカメラ、燃料電池式ビデオカメラ、燃料電池式携帯電話などの燃料電池使用機器、プロジェクタ等の各種装置のファンモータとして使用することができる。本発明のモータは、さらに、各種の家電機器や電子機器のモータとしても利用可能である。例えば、光記憶装置や、磁気記憶装置、ポリゴンミラー駆動装置等において、本発明によるモータをスピンドルモータとして使用することが可能である。
11〜14…電磁コイル
20…磁気ヨーク(磁性部材)
21…板状部分
22…コア材部分
23b…板状部分
30…ロータ部
31〜34…永久磁石
36…磁気ヨーク(永久磁石用)
40…磁気センサ
42…ホール素子
44…バイアス調整部
46…ゲイン調整部
100…モータ本体
102…ケーシング
112…回転軸
114…軸受け部
120…回路基板
200…駆動制御回路
220…CPU
240…駆動信号生成部
250…ドライバ回路
510…基本クロック生成回路
520…分周器
530…PWM部
531…カウンタ
533…EXOR回路
535…駆動波形形成部
540…正逆方向指示値レジスタ
550…乗算器
560…乗算器
560…符号化部
570…AD変換部
580…電圧指令値レジスタ
590…励磁区間設定部
592…電子可変抵抗器
594,596…電圧比較器
598…OR回路
600…プロジェクタ
610R,610G,610B…光源
640R,640G,640B…液晶ライトバルブ
650…ダイクロイックプリズム
660…投写光学系
670…冷却ファン
680…制御部
700…携帯電話
710…MPU
720…ファン
730…燃料電池
1000…リニアモータ
1100…固定ガイド部
1110…永久磁石
1120…レール
1140…ベアリング部
1200…移動部
1210…電磁コイル
1220…磁気ヨーク(磁性部材)
1250…駆動制御部
Claims (13)
- 単相ブラシレスモータであって、
電磁コイルと、
永久磁石と、
前記永久磁石と前記電磁コイルとの相対位置を検出する磁気センサと、
前記磁気センサの出力信号を利用して、前記電磁コイルの単相駆動に用いる印加電圧を生成する駆動制御回路と、
を備え、
前記電磁コイルは磁性部材を備えており、
前記磁性部材が前記永久磁石に引き付けられることによって、前記単相ブラシレスモータの停止時に前記永久磁石の中心と前記電磁コイルの中心とがずれた位置となるように構成されており、
前記単相ブラシレスモータは、停止後の始動時には前記単相ブラシレスモータのロータ部が常に第一の回転方向に回転し始めるように構成されており、
前記駆動制御回路は、前記ロータ部を前記第一の回転方向とは逆の第二の回転方向へ回転させる場合には始動時に前記第一の回転方向に所定量回転させた後に逆転させることによって前記第二の回転方向への回転を開始させ、一方、前記ロータ部を前記第一の回転方向へ回転させる場合には始動時に前記第二の回転方向に回転させること無く前記第一の回転方向への回転を開始させる、単相ブラシレスモータ。 - 請求項1記載の単相ブラシレスモータであって、
前記磁性部材は前記電磁コイルに設けられており、
前記磁性部材の少なくとも一部は、前記単相ブラシレスモータの停止時に前記電磁コイルと前記永久磁石との間に位置する、単相ブラシレスモータ。 - 請求項2記載の単相ブラシレスモータであって、
前記磁性部材は前記電磁コイルのコアに用いられている、単相ブラシレスモータ。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載の単相ブラシレスモータであって、
前記磁気センサは、前記永久磁石と前記電磁コイルとの相対位置に応じて、アナログ信号を出力するセンサである、単相ブラシレスモータ。 - 請求項4記載の単相ブラシレスモータであって、
前記磁気センサは、前記永久磁石によって前記電磁コイルに誘起される誘起電圧を出力する位置に設けられている、単相ブラシレスモータ。 - 請求項4又は5記載の単相ブラシレスモータであって、
前記駆動制御回路は、前記磁気センサのアナログ信号を利用したPWM制御を実行することによって単相駆動信号を生成するPWM制御回路を含む、単相ブラシレスモータ。 - 請求項1ないし6のいずれかに記載の単相ブラシレスモータであって、
前記駆動制御回路は、前記永久磁石の移動によって前記電磁コイルに誘起される誘起電圧の波形で極性が反転する位置をπ位相点としたときのπ/2位相点を中心とする対称な励磁区間において前記電磁コイルに電圧を印加するとともに、前記誘起電圧の波形の前記π位相点を中心とする対称な非励磁区間において前記電磁コイルに電圧を印加しないよう単相駆動信号を制限する励磁区間設定部を含み、
前記励磁区間設定部は、前記励磁区間と前記非励磁区間との区分を変更可能である、単相ブラシレスモータ。 - 請求項1ないし7のいずれかに記載の単相ブラシレスモータであって、
前記電磁コイルの数と、前記永久磁石の磁極数が等しい、単相ブラシレスモータ。 - 電子機器であって、
単相ブラシレスモータと、
前記単相ブラシレスモータによって駆動される被駆動部材と、
を備え、
前記単相ブラシレスモータは、
電磁コイルと、
永久磁石と、
前記永久磁石と前記電磁コイルとの相対位置を検出する磁気センサと、
前記磁気センサの出力信号を利用して、前記電磁コイルを単相駆動する印加電圧を生成する駆動制御回路と、
を備え、
前記電磁コイルは磁性部材を備えており、
前記磁性部材が前記永久磁石に引き付けられることによって、前記単相ブラシレスモータの停止時に前記永久磁石の中心と前記電磁コイルの中心とがずれた位置となるように構成されており、
前記単相ブラシレスモータは、停止後の始動時には前記単相ブラシレスモータのロータ部が常に第一の回転方向に回転し始めるように構成されており、
前記駆動制御回路は、前記ロータ部を前記第一の回転方向とは逆の第二の回転方向へ回転させる場合には始動時に前記第一の回転方向に所定量回転させた後に逆転させることによって前記第二の回転方向への回転を開始させ、一方、前記ロータ部を前記第一の回転方向へ回転させる場合には始動時に前記第二の回転方向に回転させること無く前記第一の回転方向への回転を開始させる、
電子機器。 - 請求項9記載の電子機器であって、
前記電子機器はプロジェクタである、電子機器。 - 燃料電池使用機器であって、
単相ブラシレスモータと、
前記単相ブラシレスモータによって駆動される被駆動部材と、
前記単相ブラシレスモータに電源を供給する燃料電池と、
を備え、
前記単相ブラシレスモータは、
電磁コイルと、
永久磁石と、
前記永久磁石と前記電磁コイルとの相対位置を検出する磁気センサと、
前記磁気センサの出力信号を利用して、前記電磁コイルを単相駆動する印加電圧を生成する駆動制御回路と、
を備え、
前記電磁コイルは磁性部材を備えており、
前記磁性部材が前記永久磁石に引き付けられることによって、前記単相ブラシレスモータの停止時に前記永久磁石の中心と前記電磁コイルの中心とがずれた位置となるように構成されており、
前記単相ブラシレスモータは、停止後の始動時には前記単相ブラシレスモータのロータ部が常に第一の回転方向に回転し始めるように構成されており、
前記駆動制御回路は、前記ロータ部を前記第一の回転方向とは逆の第二の回転方向へ回転させる場合には始動時に前記第一の回転方向に所定量回転させた後に逆転させることによって前記第二の回転方向への回転を開始させ、一方、前記ロータ部を前記第一の回転方向へ回転させる場合には始動時に前記第二の回転方向に回転させること無く前記第一の回転方向への回転を開始させる、
燃料電池使用機器。 - 単相ブラシレスモータであって、
電磁コイルと、
永久磁石と、
前記永久磁石と前記電磁コイルとの相対位置を検出する磁気センサと、
前記磁気センサの出力信号を利用して、前記電磁コイルの単相駆動に用いる印加電圧を生成する駆動制御回路と、
を備え、
前記電磁コイルは磁性部材を備えており、
前記磁性部材が、前記単相ブラシレスモータの停止時に前記永久磁石の中心と前記電磁コイルの中心とがずれた位置となるように構成されており、
前記単相ブラシレスモータは、停止後の始動時には前記単相ブラシレスモータのロータ部が常に第一の回転方向に回転し始めるように構成されており、
前記駆動制御回路は、前記ロータ部を前記第一の回転方向とは逆の第二の回転方向へ回転させる場合には始動時に前記第一の回転方向に所定量回転させた後に逆転させることによって前記第二の回転方向への回転を開始させ、一方、前記ロータ部を前記第一の回転方向へ回転させる場合には始動時に前記第二の回転方向に回転させること無く前記第一の回転方向への回転を開始させる、
単相ブラシレスモータ。 - 単相ブラシレスモータであって、
電磁コイルと、
永久磁石と、
前記永久磁石と前記電磁コイルとの相対位置を検出する磁気センサと、
前記磁気センサの出力信号を利用して、前記電磁コイルの単相駆動に用いる印加電圧を生成する駆動制御回路と、
を備え、
前記電磁コイルは磁性部材を備えており、
前記単相ブラシレスモータの停止時に前記永久磁石の中心と前記電磁コイルの中心とがずれた位置となるように構成されており、
前記単相ブラシレスモータは、停止後の始動時には前記単相ブラシレスモータのロータ部が常に第一の回転方向に回転し始めるように構成されており、
前記駆動制御回路は、前記ロータ部を前記第一の回転方向とは逆の第二の回転方向へ回転させる場合には始動時に前記第一の回転方向に所定量回転させた後に逆転させることによって前記第二の回転方向への回転を開始させ、一方、前記ロータ部を前記第一の回転方向へ回転させる場合には始動時に前記第二の回転方向に回転させること無く前記第一の回転方向への回転を開始させる、
単相ブラシレスモータ。
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