(57)【要約】【課題】低コストのセンサレス・ブラシレス直流モータを提供する。【解決手段】本発明に係るセンサレス・ブラシレス直流モータは、ステータと、ロータと、該センサレス・ブラシレス直流モータを駆動制御するための駆動制御回路とを有し、前記ステータは鉄心と該鉄心の上に設けられたステータコイルとを含み、該ステータコイルは前記駆動制御回路と電性的に接続し、前記ロータは永久磁石を含み、前記ステータの鉄心の上にはセンサコイルを設け、該センサコイルが前記駆動制御回路と電性的に接続している。【選択図】図５
2006217790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、ロータと、センサレス・ブラシレス直流モータを駆動制御するための駆動制御回路とを有し、前記ステータは鉄心と該鉄心の上に設けられたステータコイルとを含み、該ステータコイルは前記駆動制御回路と電性的に接続し、前記ロータは永久磁石を含んでいるセンサレス・ブラシレス直流モータにおいて、
前記ステータの鉄心の上にはセンサコイルを設け、該センサコイルが前記駆動制御回路と電性的に接続していることを特徴とするセンサレス・ブラシレス直流モータ。
【請求項２】
前記ステータの鉄心に複数のボビンを設け、前記ステータコイルが該ボビンに巻かれ、前記センサコイルが一つのボビンに巻かれていることを特徴とする請求項１に記載のセンサレス・ブラシレス直流モータ。
【請求項３】
前記ステータの鉄心に前記ステータコイルが巻かれる複数のボビンを設け、隣接した二つのボビンの間には前記センサコイルが巻かれる他のボビンを設けていることを特徴とする請求項１に記載のセンサレス・ブラシレス直流モータ。
【請求項４】
ステータと、ロータとを含み、該ステータが電流を流入すると電磁場を生じるステータコイルを含み、前記ステータコイルがファンの駆動制御回路と電性的に接続し、前記ロータがターンテープル及び該ターンテープルに設置された永久磁場を産生できる永久磁石を含み、前記電磁場と永久磁場との互いな作用によって前記ロータのターンテープルを回転させているファンにおいて、
前記ステータには前記ファンの駆動制御回路と電性的に接続したセンサコイルを設け、前記ファンが回転すると前記センサコイルが前記ステータコイルの電流の方向を制御できる制御信号として感応電位差を出力できることを特徴とするファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレス直流モータに係り、特にセンサレス・ブラシレス直流モータ及びこのモータを使用したファンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来のブラシレス直流ファンの断面図である。前記ブラシレス直流ファンがステータ１とロータ２とを含んでいる。前記ステータ１は、積み重ねるように置かれた複数の鉄心１０、前記鉄心１０の外周面に巻かれたステータコイル１２、及びモータ駆動制御電気回路を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）１４を含んでいる。前記ロータ２はターンテープル２０と、前記ターンテープル２０内面に設けられた環状マグネット２２を有する。前記プリント回路基板１４には位置検測センサ１５を取付け、前記センサ１５によってロータ２の回転位置を測定することができる。一般に、前記センサ１５はホールセンサ（Ｈａｌｌ  Ｓｅｎｓｏｒ）を採用することができる。
【０００３】
また、図１及び図２を同時に参照して、図２は従来のブラシレス直流ファンのモータの上面図である。該鉄心１０は四つのボビン１１が設けられる。前記ステータコイル１２は前記ボビン１１に巻かれ、且つ二つの接線用端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２を延伸して形成する。二つの前記端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２がプリント回路基板１４の電気回路と電性的に連接される端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に介して前記ステータコイル１２に電流を提供すると、前記ステータコイル１２は磁場を産生する。前記ステータコイル１２の磁場と、前記環状マグネット２２の磁場との間の互いに吸引あるいは排斥作用により、前記ロータ２は回転し始める。その他、前記ホールセンサ１５が前記環状マグネット２２と対向した位置に配置される。
【０００４】
前記マグネット２２は、磁性化されて円周方向に交錯した複数のＮ、Ｓ磁極を形成する。ここで、前記ステータコイル１２について、回転している前記ロータ２は磁場方向が交替し変化する。磁場間の磁性的な吸引あるいは排斥作用を利用して、前記ロータ２を回転し続けされるために、前記ステータコイル１２の磁場は前記ロータ２の磁場の変化に従って交替性に変化することが必要である。だから、前記ステータコイル１２の磁場を交替性に変化させるために、前記ステータコイル１２に導入され電流は方向が交替性に変化することが必要であり、この過程をモータの換向という。
【０００５】
更に図３に示すように、前記ホールセンサ１５及び駆動制御電気回路に介して前記モータの換向を完成することができる。前記ホールセンサ１５はロータ２の回転位置を感応し、マグネット２２の磁極Ｎ又は磁極Ｓが達したことを測定すると、前記ホールセンサ１５が駆動制御電気回路へ信号を伝達し、ことによって、前記駆動制御電気回路が前記ステータコイル１２内の電流方向を変化させる。
【０００６】
図４に示すように、前記ホールセンサ１５は、ロータ２の位置を感応して、サイン曲線である電位差制御信号を出力する。前記電位差制御信号が正向及び負向電位差信号を含み、該正向あるいは負向電位差信号の作用で、前記駆動制御電気回路はそれぞれ前記ステータコイル１２に方向が反対する電流が出力された。それから、前記ホールセンサ１５の電位差制御信号により、前記駆動制御電気回路が電流方向の変化を実現することができる。
【０００７】
しかし、前記ホールセンサ１５を使用ことでモータの換向を実現できるが、前記ホールセンサ１５はモータの発展に制限がある。例えば、前記ロータ２の位置が正確的に感応されるために、前記ホールセンサ１５をプリント回路基板１４に正確的に取付け及び位置決めることが必要であるから、現在の電気部品のますます軽薄化、小型などの設計要求を満足することが困難となった。
【０００８】
また、前記ホールセンサ１５はロータ２と相応的な位置、つまり、ファン内に配置されることが必要であることによって、ファン内の気流に影響を与える。
【０００９】
なお、前記ホールセンサ１５が１５０度より低い温度範囲内におけて正常に作動できることで、前記ホールセンサ１５を有するモータは利用分野に制限がある。
【００１０】
以上に鑑みて、本技術分野の従業者は前記ホールセンサ１５を採用しないブラシレス直流モータを開発していた。これで、代表性を最も有するのは、ステータコイルの逆起電力（Ｂａｃｋ Ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅ Ｆｏｒｃｅ，ＢＥＭＦ）によって駆動制御回路を制御して電流の換向を実現できるものである。例えは、Ｍｉｃｒｏ Ｌｉｎｅｒ会社からの開発された素子ＭＬ４４１０及びＭＬ４４１１を制御素子として利用して、モータ駆動回路を制御する。また、特許文献１には、ＰＬＬ回路によって逆起電力を尾行してロータの位置検出を行う。
【特許文献１】米国特許第４９２８０４３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
然も、前記技術方式は全て新しいモータ駆動回路を設計して、モータの回路設計のコストを増加することになった。
【００１２】
以上に鑑みて、本発明は、低コストのセンサレス・ブラシレス直流モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を実現するために、本発明に係るセンサレス・ブラシレス直流モータは、ステータと、ロータと、該センサレス・ブラシレス直流モータを駆動制御するための駆動制御回路とを有し、前記ステータは鉄心と該鉄心の上に設けられたステータコイルとを含み、該ステータコイルは前記駆動制御回路と電性的に接続し、前記ロータは永久磁石を含み、前記ステータの鉄心の上にはセンサコイルを設け、該センサコイルが前記駆動制御回路と電性的に接続している。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のセンサレス・ブラシレス直流モータには、モータのセンサコイルが従来のホールセンサに代えて従来の駆動制御回路を再び設計する必要はないので、従来の逆起電力を利用してロータの位置検出を行う装置より、モータの回路設計のコストを下げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の設計は、従来のブラシレス直流モータ回路設計を改変しない前提で、このモータ構造にモータのホールセンサを代えるロータの位置が検出できる一つの部品を配置する。
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明に係るセンサレス・ブラシレス直流モータの具体例を詳細に説明する。
【００１７】
図５は、本発明一つの実施例によるセンサレス・ブラシレス直流モータの部分構造の上面図である。本実施例のセンサレス・ブラシレス直流モータ（以下はモータという）は、四つのボビン３２を有する鉄心組３０を含み、これらのボビン３２にステータコイル３４が巻かれ、前記ステータコイル３４が二つの接線用端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２が形成された。二つの前記端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２がプリント回路基板（図示しない）の電気回路と電性的に接続される。前記端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に介して前記ステータコイル３４に電流を提供すると、前記ステータコイル３４が磁場を産生する。前記ステータコイル３４の外側に円環状マグネット４０が設けられ、前記マグネット４０が磁性化されて円周方向に交替し複数のＮ、Ｓ磁極を形成する。前記ステータコイル３４磁場と前記マグネット４０の磁場と間の磁性作用によって前記マグネット４０が回転する。前記マグネット４０は、例えば、ファンの羽根、ディスクの承受け機構などの部品と連接してモータのロータが形成される。前記マグネット４０が回転する時、前記ファンの羽根を連れて回転して気流を産生し、あるいは前記ディスクの承受け機構を連れて回転することで、ディスクが回転することになった。
【００１８】
ロータの回転位置を測定するために、前記モータの一つのボビン３２にセンサコイル５０を設置し、前記センサコイル５０には二つの接線用の端子Ｌ１、Ｌ２が形成され、前記二つの端子Ｌ１、Ｌ２はプリント回路基板の駆動制御電気回路と電性的に連接し、且つ前記駆動制御電気回路を制御するための制御信号を出力できる。
【００１９】
一緒に図６と図７を参照して、以下に前記センサコイル５０の作動原理を紹介する。
【００２０】
図６に示すように、モータの局部拡大図である。前記ボビン３２の上には、それぞれに電流を導入すると磁場が形成される前記ステータコイル３４と、前記センサコイル５０とが巻かれている。
【００２１】
図６に示すように、Ｎ磁極が達する時に、前記センサコイル５０は前記マグネット４０の磁場作用で感応電位差ｅを産生する。
【００２２】
【数１】
2006217790.tif 000003
【００２３】
ここで、Ｎがセンサコイル５０の輪数を表示し、ｄФ/ｄｔがマグネット４０のセンサコイル５０に通過している磁通過変化率を表示す。
これから、前記センサコイル５０の輪数が多い、マグネット４０の回転速度が速ければ、この生じる感応電位差が大きくなり、これに反すると小さくなる。
【００２４】
前記センサコイル５０内の感応電流の方向は図示したセンサコイル５０の上での矢が指示した方向である。
【００２５】
Ｓ磁極が達する時に、前記センサコイル５０は反対する感応電位差を産生し、前記センサコイル５０内の感応電流の方向も反対する。図示のように前記マグネット４０のＮ、Ｓ磁極の位置変化によって、前記センサコイル５０は方向が交替し変化する電位差が出力された。これから、従来の駆動制御回路は再びに設計する必要はなく、前記センサコイル５０と組合せて使われることができる。
【００２６】
勿論、前記センサコイル５０から出力した感応電位差波形において、図７のＡ部分に示すように、電位差信号の脈打つという現象は前記マグネット４０の磁力線と前記鉄心組３０の磁力線との互いに作用してなる結果である。
【００２７】
具体的に、Ｎ磁極が達する時に、Ｎ磁極磁力線が前記センサコイル５０を貫通して、ファラデーの法則(Ｆａｒａｄａｙ’ｓ Ｌａｗ)による電位差ｅ1は
【００２８】
【数２】
2006217790.tif 000004
【００２９】
を産生する。
その後、Ｓ磁極が達する時に、レンツの法則（Lenz's Law）による電位差ｅ2は
【００３０】
【数３】
2006217790.tif 000005
【００３１】
を産生する。
従って、Ｎ磁極からＳ磁極へ変化する時に、センサコイル５０の感応電位差ｅは、
【００３２】
【数４】
2006217790.tif 000006
【００３３】
を満足する。
以上の式から分かるのは、Ｎ磁極からＳ磁極まであるいはＳ磁極からＮ磁極までの瞬間に、センサコイル５０の感応電位差が２倍になる。この現象は暫時的な状態であることで、図７のＡ部分に示すように電位差信号の脈打つという現象を生じている。しかし、モータでは、感応電位差が制御信号として正向と負向に交替する電位差波形を出力できることによって、脈打つという現象がモータに影響を与えない。
【００３４】
前記モータの作動過程において、Ｎ磁極が達する時に、センサコイル５０が正向の電位差を出力し、前記駆動制御電気回路は前記ステータコイル３４へ一つの方向の駆動電流を流入するが、Ｓ磁極が達する時に、センサコイル５０が負向の電位差を出力し、前記駆動制御電気回路は前記ステータコイル３４ヘ反対する方向の駆動電流を流入する。従って、前記マグネット４０の回転過程において、センサコイル５０は前記マグネット４０のＳ磁極とＮ磁極の位置を測定でき、且つＳ磁極とＮ磁極の位置変化によって駆動電流の方向が転換される。
【００３５】
従って、前記センサコイル５０は従来のホールセンサを代えられ且つ従来の駆動制御回路を再び設計する必要はない。
【００３６】
図８に示すように、前記モータを使用したファンの構造模式図である。前記ファンは、ハウジング６０と、該ハウジング６０内に設けられたステータ７０と、前記ステータ７０の外側に配置されたロータ８０とを有する。前記ホールセンサなどの位置測定部品を配置する必要はないので、ファンの駆動制御回路を有るプリント回路基板７５が前記ステータ７０から離れてファンのハウジング６０の外側に設けることができる。それから、本発明はプリント回路基板７５のファンの気流に不利な影響を与えなく、且つファンの高度を下げることができる。また、前記ファンの駆動制御回路が他の回路システムに設置され回路、例えば、前記ファンがコンピュータの放熱に応用される際に、該ファンの駆動制御回路をコンピュータのＣＰＵボードに設置されることによって、コンピュータのＣＰＵでファンの作動状態を精確的に制御することができる。
【００３７】
以上の実施例では、センサコイル５０が前記四つのボビン３２の中のいずれかに巻かれる。また、図９に示すように、前記鉄心組３０の二つのボビン３２の間にはボビン９０を増設し、該ボビン９０に前記センサコイル５０を巻いてもよい。
【００３８】
以上はファンを例としてモータを説明し、該モータが同様にハードディスク（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ）、ＣＤ-ＲＯＭなどの情報の製品に応用される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来のファンの断面図である。
【図２】従来のファンモータの上視図である。
【図３】従来のファンモータの駆動回路図である。
【図４】従来のホールセンサの出力した信号とステータコイルの電流と対比波形図である。
【図５】本発明のファンモータの上視図である。
【図６】図５の局部放大図である。
【図７】本発明のセンサコイルサの出力信号とステータコイルの電流との関係波形図である。
【図８】本発明のファンの構造模式図である。
【図９】本発明の他の実施例のファンモータの局部模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
３０  鉄心組
３２、９０  ボビン
３４  ステータコイル
４０  マグネット
５０  センサコイル
６０  ハウジング
７０  ステータ
７５  プリント回路基板
８０  ロータ
【図１】
2006217790.tif 000007
【図２】
2006217790.tif 000008
【図３】
2006217790.tif 000009
【図４】
2006217790.tif 000010
【図５】
2006217790.tif 000011
【図６】
2006217790.tif 000012
【図７】
2006217790.tif 000013
【図８】
2006217790.tif 000014
【図９】
2006217790.tif 000015