JPS6271465A - 無刷子電動機 - Google Patents

無刷子電動機

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JPS6271465A
JPS6271465A JP60211307A JP21130785A JPS6271465A JP S6271465 A JPS6271465 A JP S6271465A JP 60211307 A JP60211307 A JP 60211307A JP 21130785 A JP21130785 A JP 21130785A JP S6271465 A JPS6271465 A JP S6271465A
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Yasuo Suzuki
康夫 鈴木
Tetsuo Kawamoto
哲郎 川本
Makoto Motohashi
良 本橋
Masato Nagai
永井 将登
Katsumi Takegawa
勝己 竹川
Naohiro Taniguchi
直博 谷口
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K29/00Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H02K29/08Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/20Arrangements for starting
    • H02P6/22Arrangements for starting in a selected direction of rotation

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  • Power Engineering (AREA)
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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】 [技術分野1 本発明は回転子の位置検出にホール素子などの磁気感応
素子を用いた無刷子電!JJ磯に関するものである。
[背景技術l 近年パラテリ電源で使用できしかもブラシの摩耗がない
長寿命のファン用電動機として、第5図に示すような磁
気感応素子を使用した無刷子型直流電動機が開発されて
いる。この種の電動機は2相の電機子巻線を施した突極
型固定子の外側または内側に永久磁石回転子を回転させ
るものであるが、2相電流電動機に特有のトルクの死点
をなくすために、従来は回転子として4極部分と8極部
分とよりなる円筒状永久磁石12を使用すると共に、固
定子に、は巻線を施した主極13の申開に巻線のない補
極14を設けて、基本波の172の周期を持つ補助トル
クを発生させ、第6図に示すように、磁気感応素子によ
る基本波形T、の相切換え時点(θ=π、2π)で補助
トルク波形T2がプラスII(回転方向側)の最大値を
とるようにし、合成波形T++Tzが常にプラスとなる
ように構成することによって自起動特性を持たせていた
。しかしこの方法は永久磁石回転子の構造が複雑で着磁
が容易でない上に、8極部分の磁極の強さが劣化し易い
という問題があり、また固定子には主極と同数の補極を
必要とするので小形軽量化が困難である“   という
問題があった。
その対策として第7図に示すように、固定子の隣り合う
磁極15.16の一方の磁極16の幅D2を他方の磁極
15の幅り、より狭(すると共に回転方向側に25〜4
5度(電気角)偏位させて、無励磁時の永久磁石のみに
よるトルク(リラクタンストルク)波形T2を、第6図
の場合と同様に、励磁による基本波形T、に対して回転
方向側にずらすことにより、自起動特性を得るようにし
た無刷子電動機が考案されている。第7図は2極型の例
を示したものであるが、4極型も同様にして構成できる
。ここで無励磁時に回転子が主として幅狭の磁極16に
吸引されて停止する理由は、永久磁石に上り幅狭の磁極
に誘導される磁荷の方が、幅広の磁極に誘導される磁荷
よりも自由度が小さいためである。この構成によれば、
第5図の方式に比し固定子の磁極数が半減する上に永久
磁石の構造も簡単になるので、小形軽量化ができるとい
う利点がある反面、隣り合う一方の磁極が偏位している
ために固定子コイル17のスペースが制限さ−れ、しか
も磁極15..16が等間隔でないために巻線作業が容
易でなく、巻m装置も複雑化するという問題があった。
[発明の目的J 本発明は上記の問題点に鑑み為されたものであり、その
目的とするところは、小形軽量で自起動特性を持ち、し
かも固定子磁極が等間隔で、コイルスペースが充分にと
れる上に、巻線作業も寥易な無刷子電動機を提供するに
ある。
[発明の開示1 しかして本発明による無刷子電動機は°、NS極を等間
隔に設けた2極または4極の永久磁石回転子と、同極数
の凸極型固定子と、固定子に装着され通過する回転子磁
極の極性を検出する磁気感応素子と、磁気感応素子によ
り制御され固定子巻線の磁束の方向を交互に切り換える
電流切換回路とよりなり、隣り合う固定子磁極のうち一
方の磁極の先端幅広部の回転方向と又対側の突出部を欠
如するかまたは非磁性体で形成ピたものであり、固定子
の一方の磁極幅を他方の磁極幅より狭くすると共に回転
方向側に偏位させることにより、リラクタンストルク波
形を励磁による基本波形に対して回転方向側に偏位させ
、それによって自起動特性を得ると同時に、各磁極のコ
イル巻芯部を等角度間隔に形成することにより、巻線工
程を簡単化した点に特徴を有するものである。
第1図は本発明を2極型に実施した例を示したものであ
る。第1図(a)および(b)において、本体ケーシン
グ1に固定された円筒状支持体2の周囲に、積層鉄芯よ
りなる2極の突極型固定子3が固設され、両磁極4お上
り5には直列にパイ7フイラ巻きの2相の電機予巻a6
が施されており、両相には互いに逆方向の電流が交互に
供給されるようになっている。円筒状支持体2には内側
にベアリング7を介して回転軸8を保持されており、こ
の回転軸8の一端に固定されたカップ状ヨーク9とその
内周面に固着された円筒状永久磁石10とにより回転子
が構成されている。永久磁石10は(b)図に示すよう
に、2極構成で周面にNSが等間隔に着磁されており、
また固定子は一方の磁極5の先端幅広部の回転方向と反
対側の突出部5bを非磁性体で形成し、実効的な磁極幅
D2を幅広磁極4の磁極幅り、の約172としている。
従って幅 ・狭磁極5の磁極幅D2の中央は等間隔位置
から回転方向側へ25度乃至30度偏位している。また
幅広磁極4の中央線から回転方向側へ約90度離れた箇
所に、通過する回転子磁極の極性を検出するための磁気
感応素子11が装着されており、この磁気感応素子11
の出力によって、同図(c)に示した電流切換回路の2
個のトランジスタQ、お上りQ2を制御し、固定子フィ
ル6の2本の巻線り、およびL2に交互に電流を供給し
ている6すなわち磁気感応素子11は一方の極性(本実
施例ではN極)を検出した時にのみ信号を出力して、ト
ランジスタQ、をオンにすることにより、トランジスタ
Q、をオン、Q2をオフにし、1またS極を検出したと
き1こはトランジスタQ、をオフ1こして、Qlをオフ
、Q2をオンにし、それによって巻線L1とL2とに交
互に電流を切り換えるようになっているのである。
次にtA2図により本発明無刷子電!1IIJ機の動作
を説明する1巻線6に電流が流れていない時には、回転
子は第1図(b)の状態で停止しており、幅狭磁極5に
回転子のN極またはS極のほぼ中央部が対向している。
すなわちこの時の磁束は永久磁石から発生しているもの
だけであり、磁極4では磁極幅が広いので誘導された磁
荷が比較的自由に動けるが、磁極5では磁極幅が狭いの
であまり自由度がなく、従って各磁極4,5の誘導磁荷
の中心が図に破線でNあるいはSと記るされた位置とな
り、その結果回転子は幅狭磁極5に規制された位置関係
で停止しているのである。この状態でコイル6に励磁電
流を流すと、両磁極4お上り5では永久磁石による磁束
に励磁電流による磁束が重畳され、そのために幅広磁極
4の磁化の中心がほぼ磁極幅D1の中央に移動し、回転
子は第2図(a)に矢印で示した向きに反発力を受ける
6例えばfj&1図(b)の位置関係では、磁気感応素
子11は回転子のN極を検出しているので、トランジス
タQ。
がオンとなって巻線Llに電流が流れ、磁極4が−N極
、磁極5がS極に励磁され、回転子は正回転(右回転)
して<a)Wの位置を通過し、さらに右回転方向に吸引
されて(b)図の位置に達する。この位置で磁気感応素
子11が回転子のS極を検出して巻線り、からLlへ電
流が切り換えられるので、再び回転子は(c)図のよう
に反発され、上記と同様にして回転を続けることがで終
るのである。
本発明無刷子電動磯の動作特性は、第6図で示した従来
例とほぼ同じになる。同図において、励磁電流による磁
束と回転子との相互作用のみによるトルク曲線T、は半
周期ごとに基本波形が切り換えられて上半分の波形とな
っている。励磁電流ゼロの状態における永久磁石と固定
子突磁極との相互作用によるリラクタンストルク波形T
2は基本波形T、の2倍の周期を持ち、正から負へ座標
軸を切る点θ1.θ2が安定停止点となっている。
もし固定子の各磁極が等間隔に設けられているならば、
この安定停止点θ1.θ2が基本波T、y>4fa点と
一致するのであるが、実際には幅狭磁極5を偏位させる
ことによってリラクタンストルり波形T2を正回転方向
へずらし、それによって安定停止点θ1.θ2が基本波
形T1のゼロ点の若干右111IIlこ位置するように
してあり、合成トルり曲線T、+T2は常に正で死点の
ない曲線となって〜する。このように起動時すなわち励
磁電流がゼロの状!!において、第1図(b)のように
、回転子が正回転方向へ若干回転した位置で停止して−
するの力C1幅狭磁極5を等間隔位置から偏位させ且つ
その磁極幅を小さくしたことによる効果である。なお幅
狭磁極5の先端幅広部の非磁性体よりなる突出部5bは
、巻線を容易にするためのものであるが、たとえこの部
分5bが欠如していても、第7図の場合に比しはるかに
巻線作業は容易である。
上述のように本発明による無刷子電動磯は、第7図に示
した従来例とほぼ同等の機能を持つものであり、しかも
幅狭磁極5のコイル巻芯部5Cは等間隔位置にあるので
、コイルのスペースを充分に取れる上に巻線作業が容易
であるという効果を奏しているのであるが、実際には巻
芯部5Cが磁極幅の端部に位置しているので、リラクタ
ンストルク波形T2の偏位角を第6図の場合(偏位角4
5度)はど大きくはでさない。そこで上記の構成に加え
、さらに永久磁石回転子12の各種の着磁分布のピーク
点を、第3図に実線で示したように回転方向側に偏位さ
せれば、幅狭磁極の偏位と永久磁石の着磁分布の偏位と
の相乗効果によって、リラクタンストルク波形T2を約
40度(電気角)程度まで偏位させるこ起ができ、それ
によって最低起動トルクを改善することができる。
次に第4図は本発明を4極型無刷子電動磯に実施した例
を示したものであるが、その構成及び動作は上述の2極
型に準するので、その説明は省略する。
[発明の効果1 上述のように本発明は、補極を用いずに自起動特性が得
られる第7図の方式において、コイルスペースが狭く巻
線作業が容易でないという従来の欠点を解消したもので
あるから、小形軽量でしかも!1!!造が容易なこの種
の無刷子電gJ機を安価に提供でさるという利点がある
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明無刷子電動機の一実施例を示したもので
、(a)は縦断面図、(b)は要部横断面図、(e)は
回路図、第2図(a)(b)(c)は同上の動作を示す
要部断面図、第3図は同上の他の実施例における回転子
の着磁分布図、第4図はさらに他の実施例を示す要部横
断面図、第5図は従来例を示すらので、(、)は回転子
の概略斜視図、(b)は固定子の概略平面図、第6図は
同上の動作説明図、第7図は他の従来例を示すもので、
(、)は縦断面図、(b)は要部横断面図である。 1は本体ケーシング、2は円筒状支持体、3は突極型固
定子、4は幅広磁極、5は幅狭磁極、5a及び5bは突
出部、5cは巻芯部、6は固定子コイル、7はベアリン
グ、8は回転軸、9はカップ状ヨーク、10は永久磁石
、11は磁気感応素子。 第2図 第3図 IS 第4図 第5図 第6図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)NS極を等間隔に設けた2極または4極の永久磁
    石回転子と、同極数の凸極型固定子と、固定子に装着さ
    れ通過する回転子磁極の極性を検出する磁気感応素子と
    、磁気感応素子により制御され固定子巻線の磁束の方向
    を交互に切り換える電流切換回路とよりなり、隣り合う
    固定子磁極のうち一方の磁極の先端幅広部の回転方向と
    反対側の突出部を欠如するかまたは非磁性体で形成して
    成ることを特徴とする無刷子電動機。
  2. (2)永久磁石回転子の各極の着磁分布のピーク点を回
    転方向側に偏位させて成ることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の無刷子電動機。
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