JPS60118045A - 位置検知素子として磁電変換素子を使用しないブラシレスモ−タ - 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】 本発明は磁電変換素子の不要なブラシレスモータに関す
る。

ブラシレスモータは、ブラシと整流子を用いていないの
で、位置検知素子を用いている。位置検知素子からの信
号により、当該ブラシレスモータが所定方向に連続回転
するように駆動コイルに所定方向の電流を通電するよう
にしている。ここに位置検知素子としては、通常、ホー
ル素子、ホールＩＣ又は磁気抵抗（ＭＲ）素子等の磁電
変換素子（コイルは含まないものとする）が最も多く用
いられている。この磁電変換素子は配設の位置決めがや
っかいなほかに、高価なので、該素子数を少なくできれ
ば、安価にブラシレスそ一タヲ構成し得るので望ましい
。そこで、通常、３相のブラシレスモータにおいては３
個必要とする磁電変換素子を、通電制御回路構成等を工
夫して２個に減らしたものが知られている。また１相、
２相のブラシレスモータにおいては、通常、２個の磁電
変換素子を必要とする。この場合、磁電変換素子が１個
だけだと、該素子が界磁マグネットのＮｔＭとＳ極の境
界部、すなわち死点（デッド・ポイント）を検出してい
ると、該素子から信号が出ないため、騒動コイルに通電
がなされず、当該ブラシレスモータが自起動できない欠
点がある。そこで、従来の２相のブラシレスモータにお
いては、２個の駆動コイルを電気角で１８０度ずらせて
配置すると共に、界磁マグネットに無着磁部（実質的に
づ；Ｗ着（ａ部となるように形成したものも含む）を形
成し、１個の磁電変換素子を用い、該素子により界磁マ
グネットのＮ又はＳ極の主（Ｉａ極部を検出することに
より、２相片道通電制御回路を使用して、−土足２個の
駆動コイルに交互に通電するようにしていた。かかる磁
電変換素子１個、駆動コイル２個の２相のブラシレスモ
ータは、磁電変換素子が１個でも自起動でき１．シかも
安価に形成できることから非常に有用なものである。

しかしながら上記有用である２相のブラシレスモータに
おいては、界磁マグネットに無着磁部を形成しなければ
ならず、強い回転トルクを得ることができないし、また
無着磁部を形成しなければなければならないため高価な
ブラシレスモータになる欠点があった。

本発明は上記事情に基いてなされたもので、高価な磁電
変換素子を１個も使用しなくても自起動及び連続回転す
るブラシレスモータを安価に堤供することを目的になさ
れたものである。尚、本発明によると１相のものも、２
相のものも、３相のものも安価に裏作できるものである
。

かかる本発明の目的は、Ｎ、ＳのＱｌ’Ａを交互に有す
る２ｐ（ｐは１以上の正の整数）極の界磁マグネットを
回転子として似え、該回転子を回転駆動させるための上
記界磁マグネットと対向する固定側に駆動コイルを備え
、上記界磁マグネットに対向して設けられ該界磁マグネ
ットの回転により起電力を発生する位置検知コイルを備
えており、上記位置検知コイルは上記騒動コイルと同相
となる位置に配設し、上記位置検知コイルによって、得
られる起電力を利用して上記駆動フィルに適宜方向の電
流を通１程することで上記界磁マグネットを所定方向に
回転駆動させるための通電制御回路を設け、上記駆動コ
イルの発生トルクに寄与する導体部又は位置検知コイル
の起電力発生に寄与する導体部の上記界磁マグネットと
対向する背面位置にコキング発生用兼界磁マグネット設
定位置停止用磁石を設けたことを特徴とする位置検知素
子として磁電変換素子を使用しないブラシレスモータを
提供することによって達成される。以下、図面を参照し
つつ本発明の一実施例としての１相通電されるディスク
型ブラシレスモータを説明スる。

第１図は１相通電されるディスク型ブラシレスモータ１
の主要部の分ＭｆｆＡ視図、第２図は第１図のディスク
型ブラシレスモータの主要部の縦断面図である。ディス
ク型ブラシレスモータ１は次のように構成される。固定
基板２の上に円板状のステータヨーク３を固設している
。該ステータヨーク乙の中心部に軸受４を固設している
。中心透孔部５を有するプリント基板６は、該透孔部５
の中心と軸受４の中心とを一致させてステータヨーク乙
の上に配設し、螺子７によってプリント基板６と固定基
板２とを一体化している。プリント基板６は、ブラシレ
スモータ１部から突出するような長さのものを用いてお
り、Ｌ記プリント基板乙の突出部には、通電制御回路８
を構成する電気部品が配設されている。Ｔｒはトランジ
スタ、Ｄはダイオード、Ｒはバイアス抵抗、９は半固定
抵抗である。尚、これらの通電制御回路８用電気部品は
、後記する屈動コイルＬ２．位置検知コイルＬ１の配設
されていないプリント基板６面に配設してやると、小さ
なプリント基板６で済み、又、小さなディスク型ブラシ
レスモータ１を構成できて望ましい。

フリント基板乙には、図示しないプリント配線パターン
が形成されている。後記する８極の界磁マグネッ１−１
０と面対向するプリント基板６面には。

扇枠状の空心コイルとなっている位置検知コイルＬ１と
駆動コイルＬ２が貼着され、後記する界磁マグネット１
０に面対向している。位置検知コイルＬ１と駆動コイル
Ｌ２とは同相となる位置、即ち１８０度対称なプリント
基板６面位置に配設している。

位置検知コイルＬｌと駆動コイルＬ２とは同様な形状の
ものに形成されているが、位置検知コイルＬ１は駆動コ
イルＬ２よりも、細い線径の導線を用いて上記駆動コイ
ルＬ２よりもより多く巻回して形成している。位置検知
コイルＬ１及び駆動コイルＬ２は、共に半径方向の導体
部ＬｔａとＬｔ）　、　Ｌ２ａとＬ２ｂとの開角が界磁
マグネット１０の磁極幅と同じ、即ち界磁マグネット１
０が８極のものとなっているので上記コイルＬｌ、　Ｌ
２の上記開角が４５度になっている。位置検知フィルＬ
ｌの半径方向の導体部ＬｌａｗＬ２ｂは、起電力発生に
寄与する導体部で、駆動コイルＬ２の半径方向の導体部
Ｌ２ａ　、　Ｌ２ｂは発生トルクに寄与する導体部であ
る。Ｊ：記位置検知コイルし１の導体部Ｌｌａ＊　Ｌｌ
ｂ−駆動コイルＬ２の発生トルクに寄与する導体部Ｌ２
ａ、Ｌ２ｂの界磁マグネット１０と対向する背面位置、
すなわち導体部ＬｌａｅＩ、１ｂ　、Ｌ２ａ又はＬ２ｂ
の下面にＮ極面を上に向けたコキング発生用兼界磁マグ
ネット設定位置停止用磁石１１を配設している。回転軸
１２は軸受４によって回動自在に軸支され、回転軸は１
２その頂部をロータヨーク１６の略々中心部に固設し、
一体して回転するようになっている。ロータヨーク１６
の下面には、Ｎ、Ｓのにαを交互に有する８極の円環状
の界磁マグネツＮＯが貼着固定されて、上記コイルＬＬ
、　Ｌ２に面対向している。

第３図を参照して、コキング発生用兼界磁マグネット設
定位置停止用磁石１１の配設位置について説明する。

最大起動トルクが発生するのは駆動コイルＬ２が第３図
に示すように界ムマグネット１０と対向している状態で
ある。すなわら、最大起動トルクが発生するのは、！５
　ＤＪコイルＬ２の発生トルクに寄与する導体部Ｌ２ａ
　、　Ｌ２ｂが界磁マグネット１０のＮ極、Ｓ極の略々
中間部と対向している状態である。

従って、界磁マグネット１０の停止時、上記状態になる
ようにするには、上記導体部Ｌ２ａ　ｓ　Ｌ２ｂと対向
する位置に界磁マグネット設定位置停止用磁石１１を設
けておけば、起動時に駆動コイルＬ２によって最大起動
トルクが発生する状態にあるので、必ず自起動できる。

しかしながら、界磁マグネット設定位置停止用磁石１１
を、界磁マグネット１０と面対向する駆動コイルＬ２の
発生トルクに寄与する導体部Ｌ２ａ又はＬ２ｂ上に配設
した場合には、ステータヨーク６と界磁マグネット１０
間のエアーギャップが増長してしまい、強い磁界が得ら
れず、従って、大きい回転トルクが得られなくなる。

従って、界磁マグネット設定位置停止用磁石１１λ は第７図及び第３図に示すように駆動コイルＬ２の発生
トルクに寄与する導体部Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの下部に設けて
いる。

尚、位置検知コイルＬｌも上記駆動コイルＬ２と同相位
置に配設しているため、駆動コイルＬ２と同じように界
磁マグネット設疋位置停止用磁石１１を位置検知コイル
Ｌ１の導体部Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの下部に配設しても良いこ
とになる。また界磁マグネット設定位置停止用磁石１１
は、玉記導体部Ｌ１ｂ、Ｌ１ａ。

Ｌ２ａ　、　Ｌ２ｂ全ての下部に設ける必要はなく、通
常１個又は２個で足りるもので、用いる数は設計仕様に
基いて適宜選択すれば良い。

尚、コキング発生用兼界磁マグネット設定位置停止用磁
石１１は、界イεマグネッＮＯのＮ（ｆｆｌ又は５４Ｉ
ｉの略中心で常に停止でき、かつ当該ディスク型ブラシ
レスモータ１が容易に自起動できる大きさ、磁力のもの
を用いるのが望ましい。

第４図は界磁マグネット１０と位置検知コイルＬ１との
関係を示す。

界磁マグネット１０が矢印Ａ方向に回転することで、位
置検知コイルＬ１の導体部Ｌｚｂ　＊　Ｌｌａが界磁マ
グネット１０のＮ極とＳ極の境界部を通過していくので
、位置検知コイルＬ１から得られる起電力である出力電
圧は、第４図（ｂ）で示すような出力電圧曲線１９のよ
うに現われる。該曲線１９によっテ示される出力電圧は
、当該ディスク型ブラシレスモータ１の位置検知信号と
して利用できるものである。従って、第４図（ｂ）に示
すような通電波形２０で駆動コイルＬ２に通電してやれ
ば、当該ディスク型ブラシレスモータ１は、磁電変換素
子がなくても回転子（界磁マグネット１０）が所定方向
に回転するようになる。尚、実際には、上記通電波形２
０よりも幅広の通電波形２０’となるように、通電１１
す御回路８内の抵抗Ｒを選択するか、半固定抵抗９を用
いてトリマー調整してやれば良い。

第５図は、−例として用いた通電制御回路８を示すもの
で、第６図は界磁マグネットと位置検知コイルＬ１及び
駆動コイルＬ２との展開図であると共に該位置検知コイ
ルＬｌ、駆動コイルＬ２及び第５図の通電制御回路８と
の結線図を示すものである。

第５図及び第６図を参照して、位置検知コイルＬ１と駆
動コイルＬ２とは、互いに１８０度対称な同相位置に配
設されている。位置検知コイルＬ１及び駆動コイルＬ２
は、一方の導体部Ｌ１ａ、Ｌ２ａが界磁マグネット１０
のＮａｋに対向しているとき、他方の導体部Ｌ１ｂ、Ｌ
２ｂが児磁マグネット１０のＳ（仮に対向している。位
置検知コイルＬ１の一方の導体部Ｌｔａの端子は、マイ
ナス電源２１−２側に接続し、駆動コイルＬ２の一方の
導体部Ｌ２ａの端子は、ＮＰＮ型トランジスタＴｒのコ
レクタに接続している。位置検知コイルＬ１の他方の導
体部Ｌｌｂの端子は、トランジスタＴｒのベースに、駆
動コイルＬ２の他方の導体部Ｌ２ｂの端子は、プラス電
源端子２１−１に接続されている。トランジスタ”ｆｒ
のエミッタは、マイナス電源端子２１−２に接続されて
いる。・ダイオードＤはアノードをトランジスタＴｒの
エミッタに接続し、カソードを位置検知コイルＬ１の他
方の導体部Ｌｔｂの端子とトランジスタ’ｌｒのベース
との接続点２２に接続している。抵抗Ｒは上記接続点２
２と駆動コイルＬ２の他方の導体部Ｌ２ｂの端子間に接
続されている。尚、上記半固定抵抗９を用いる場合には
、点線囲い部２６位置に介設してやると良い。

一実施例として示した本発明のディスク型ブラシレスモ
ータ１は上記構成からなるため、当該ディスク型ブラシ
レスモータ１は、停止時、及び起動時は、界磁マグネッ
ト設定位置停止用磁石１１が界１ムマグネット１０のＳ
極の略々中間部と対向していて、駆動コイルＬ２に通電
してやれば、該駆動コイルＬ２は回転トルクを発生でき
る状態にある。

従って、起動時に通電制御回路８に電源を投入してやる
と、第５図に示すようにノくイアス抵抗Ｒにより、トラ
ンジスタＴｒのベースに電流が流れ、トランジスタＴｒ
の増幅作用によりｈｆｅ倍されたコレクタ電流Ｉｃが当
該トランジスタＴｒ流れる。このことにより、駆動コイ
ルＬ２に起磁力（Ｎ）が生じ、界磁マグネット１０のＳ
ＩＭを引きつけ（第７図（ａ）参照）、界磁マグネ・ソ
ト１０のＮ極を遠ざける。

これにより界磁マグネット１０が矢印Ａ方向に回転する
。尚、ダイオードＤは、トランジスタＴｒのベース・エ
ミッタ間の電圧ｖｂｅが負になることを防止するもので
ある。界磁マグネ・ソト１０が矢印Ａ方向に回転すると
、第７図（ｂ）に示すよ引こ位置検知コイルＬ１には矢
印方向の電流Ｉｂが流れて起電力を発生する。このため
トランジスタＴｒ４こ番よますます電流が流れ、回転ト
ルクが上昇する。尚、通常、駆動コイルＬ１へ通電後、
界磁マグネット１０が回転すると、すぐにトランジスタ
Ｔｒは導通するようになっている。界磁マグネ・ソト１
０力Ｓ回転シ、界［マグネット１０と位置検知コイルＬ
１及び［ｍＪ＋コイルＬ２が第８固唾）で示すような対
応関係になると、位置検知コイルＬ１の起電力がバイア
ス抵抗Ｒによるバイアス電流を打ち消す。更に界磁マグ
ネット１０が矢印Ａ方向に回転していくと、位置検知コ
イルし１の起電力が負となり、第８図（ｂ）、で示すよ
うにダイオードＤと位置偵知コイルＬ１間で循環する。

このような状態になると、駆動コイルＬ２には電流が流
れないため、回転トルクが発生しなくなる。しかし、界
磁マグネット１０は、慣性により矢印Ａ方向に回転し続
ける。このように界磁マグネット１０が、慣性により回
転を続けるに当って、上記コキング発生用兼界磁マグネ
ット設定位置停止用磁石１１が有効に作用する。すなわ
ち、該コキング発生用兼界磁マグネット設定位置停止用
磁石１１は磁性体であるため、コキングトルクを発生し
、上記死点位置をさけて界磁マグネット１０のＮ＄ｊ！
、又は３％と対向しようとするが、該磁石１１は、界磁
マグネット１０面にＮ＆を向けているため、界磁マグネ
ット１０のＳ極の略中間部に対向しようとしてその方向
に回転するからである。従って、界磁マグネット１０が
慣性によって回転し続けると、再度、上記したように駆
動コイルＬ２に電流が流れる状態になるため、回転トル
クが発生する。

以上の動作が繰り返されるので、位置検知素子としての
磁電変換素子がなくても、当該ディスク型ブラシレスモ
ータ１は、自起動及び連続回転を行なうことができる。

当該ディスク型ブラシレスモータ１を停止させるために
、電源を切ると、界磁マグネット１０は慣性により、し
ばら（回転を続けるが、摩擦による損失のため次第に回
転速度をおとし、コキング発生用兼界磁マグネット設定
位置停止用磁石１１によって界磁マグネット１０のＳ極
が吸引され、該磁石１１が界磁マグネット１０のＳｆＭ
の略中間部位置と対向した安定な停止点で停止する。こ
の停止点は、上記したようにＬ転子（界磁マグネ・ソト
１０）が自起動できる位置である。尚、上記磁石１１は
、Ｎ極を界磁マグネット１０面に向けた場合を示したが
、Ｓ＜Ｆ＜を向けて配設しても良い。

また上記例においては駆動コイルと位置倹知コイルをそ
れぞれ１個づつ用いた１相のディスク型ブラシレスモー
タを示したが、これに限るものでなく、駆動コイル及び
位置検知コイルを２個以と設けて、２相、３相、・・・
のディスク型ブラシレスモータとしても良い。また上記
例ではコアレスタイプのディスク型ブラシレスモータを
示したが、コア有タイプのものであっても、カップ型ブ
ラシレスモータであっても良い。また、界磁マグネット
は８極のものを用いた例を示したが、２極、４極。

６％ｉ、１０極と、他の極数のものを用いても良か。

尚、６極の界磁マグネットを用いた場合の、位置検知コ
イル及び駆動コイルとの展開図は第９図に示す通りで、
第６目を参照ずれば容易に理解できるのでその説明は省
略する。

本発明は、上記したように、位置検知素子として高価な
磁電変換素子を使用していないので、また該素子の位置
決めのやっかいさがなくなり、簡素な構成となるほか、
通電制御回路も極めて簡単に構成できるので、極めて安
価にブラシレスモータ、例えばディスク型ブラシレスフ
ァンモータヲ容易に量産できるという効果甚大なもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としてのディスク型ブラシレ
スモータの主要部の分解斜視図、第２図は第１図の縦断
面図、第３図はコキング発生用兼界磁マグネット設定位
置停止用磁石の配設位置の説明図、第４図は界磁マグネ
ットと位置検知コイルとの関係を示す説明図、第５図は
一実施例としての通電制御回路、第６図は界磁マグネッ
トと位置検知コイル及び駆動コイルとの展開図並びに通
電制御回路、第７図及び第８図は本発明の原理説明図、
第９図は６極の界磁マグネットと位置検知コイル及び駆
動コイルとの展開図並びに通電制御回路である。 Ｌｌ・・・位置検知コイル、　Ｌ２・・・駆動コイル、
１１・・・コキング発生用兼界磁マグネット設定位置停
止用磁石。 第２図 カ３図 第４図 第５図 力６図 第９図 第８図 第９図 ？！−？

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｎ、　Ｓめ磁極を交互に有する２ｐ（ｐは１以上の正の
   整数）極の界磁マグネットを回転子として備え、該回転
   子を回転駆動させるための上記界磁マグネットと対向す
   る固定側に駆動コイルを備え、上記界磁マグネットに対
   向して設けられ該界磁マグネットの回転により起電力を
   発生する位置検知フィルを備えており、上記位置検知コ
   イルは上記駆動コイルと同相となる位置に配設し、上記
   位置検知コイルによって得られる起電力を利用して上記
   駆動コイルに適宜方向の電流を通電することで上記界磁
   マグネットを所定方向に回転駆動させるための通電制御
   回路を設け、上記駆動コイルの発生トルクに寄与する導
   体部又は位置検知コイルの起電力発生に寄与する導体部
   の界磁マグネットと対向する背面位置にコキング発生用
   兼界磁マグネット設定位置停止用磁石を設けたことを特
   徴とする位置検知素子として磁電変換素子を使用しない
   ブラシレスモータ。 ２、上記駆動コイル及び位置検知コイルは枠型に形成さ
   れた無鉄芯型空心コイルであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の位置検知素子としてｆａＮ変換素
   Ｆを使用しないブラシレスモータ。 ３、上記駆動コイルと位は検知コイルは１８０度対称に
   上記界磁マグネットと対向する固定側に配設されたもの
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２
   項に記載の位置検知素子として磁電変換素子を使用しな
   いブラシレスモータ。 ４、上記位置検知コイル及び駆動コイルは半径方向の導
   体部の開角が界磁マグネットの０極幅と実質的に等しく
   形成されてなることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   に記載の位置検知素子として磁電変換素子を使用しない
   ブラシレスモータ。 ５、上記１８０度対称に配設された駆動コイル、位置検
   知コイル及び通電制御回路は、上記位置倹ノ、■コイル
   の上記界磁マグネットの一方の（ａ極に対向している導
   体部の端子をマイナス電源側に接続し、上記駆動コイル
   の上記界磁マグネットの一方の磁極に対向する導体部の
   端子をＮＰＮ型トランジスタのコレクタ側に接続し、該
   トランジスタのべ一トランジスタのエミッタをマイナス
   電源側に接続し、上記駐劾コイルの上記界磁マグネット
   の他方の磁極に対向する導体部の他方の端子をプラス電
   源側に接続し、上記界磁マグネットの他方の磁極に対向
   する導体部の端子と上記トランジスタのベース間に抵抗
   を接続し、上記トランジスタのベース・エミッタ間にダ
   イオードを接続して構成したものであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第４項いずれかに記載の位
   置検知素子として磁電変換素子を使用しないブラシレス
   モータ。 ６、上記ブラシレスモータはディスク型ブラシレスモー
   タであることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
   ５項いずれかに記載の位置検知素子として磁電変換素子
   を使用しないブラシレスモータ。