(57)【要約】【課題】簡素な構成により正転及び逆転の制御が可能なブラシレスＤＣモータ及びその駆動回路を提供することを目的とする。【解決手段】複数の突極２１〜２４を有する固定子２０と、突極２１〜２４に巻回されたコイル４１〜４４と、固定子２０に対向して配置された永久磁石３１〜３４を有する回転子３０とを備えるブラシレスＤＣモータ１０において、突極２１〜２４の先端部１１〜１４は、突極２１〜２４の中心線ｃ１〜ｃ４に対して左右非対称形状に形成されており、隣り合う突極２１〜２４は、先端部１１〜１４の同一形状側同士１１ｂ−１２ｂ、１２ａ−１３ａ、１３ｂ−１４ｂ、１４ａ−１１ａが対向している。ブラシレスＤＣモータ１０を正転・逆転動作させる駆動回路も提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の突極を有する固定子と、前記突極に巻回されたコイルと、前記固定子に対向して配置された永久磁石を有する回転子とを備えるブラシレスＤＣモータにおいて、前記突極の先端部は、前記突極の中心線に対して左右非対称形状に形成されており、隣り合う前記突極は、前記先端部の同一形状側同士が対向していることを特徴とするブラシレスＤＣモータ。
【請求項２】
前記突極は、前記先端部と前記回転子との間のギャップが前記突極の中心線に対して左右非対称となるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスＤＣモータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のブラシレスＤＣモータを駆動するための駆動回路であって、前記ブラシレスＤＣモータの正転動作及び逆転動作を行うことを特徴とする駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスＤＣモータ及びその駆動回路に関し、詳しくは、簡素な構成により正転及び逆転の制御を可能としたブラシレスＤＣモータ及びその駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスＤＣモータは、低速でも始動トルクが大きく、一定速度に安定した回転で高速運転が可能で、ブラシや整流子がないため運転中に火花が発生しないので雑音の原因になる電波を発生しないなどの特徴があり、この特徴を活かして医療機械、事務機器、ＯＡ機器、自動制御機器などの産業用モータとして広く利用されている。
特に、単相または２相のブラシレスＤＣモータは、モータ自体及びその駆動回路を比較的簡素な構成により低コストで実現できるため、例えば電子機器冷却用のファンモータのような、コスト要求の厳しい用途に適している。
【０００３】
従来、単相または２相のブラシレスＤＣモータは、所定の回転方向への安定した自起動性を確保するため、モータの非通電時に、回転子の磁極中心が、固定子鉄心の突極の中心よりも（上記所定の回転方向に関して）正方向側に移動した状態で停止するように構成される場合が多い。このような構成は、例えば、固定子鉄心の突極の形状を突極の中心線に対して左右非対称に形成することによって達成される（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３３２１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたようなブラシレスＤＣモータは、その構成上、所定の回転方向として予め設定された一方向にのみ回転子を回転させることが想定されており、駆動回路により回転子の正転及び逆転を制御することはできない。
一方、例えば３相ブラシレスＤＣモータによれば、駆動回路による制御の下に、各相に流れるコイル電流の転流パターンを変更することにより、正転及び逆転の制御が可能であるものの、単相及び２相のブラシレスＤＣモータと比較して、モータ自体及びその駆動回路の構成が複雑となり、コストの増大につながる。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡素な構成により正転及び逆転の制御が可能なブラシレスＤＣモータ及びその駆動回路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】
【０００７】
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、さらに他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【０００８】
（１）複数の突極を有する固定子と、前記突極に巻回されたコイルと、前記固定子に対向して配置された永久磁石を有する回転子とを備えるブラシレスＤＣモータにおいて、前記突極の先端部は、前記突極の中心線に対して左右非対称形状に形成されており、隣り合う前記突極は、前記先端部の同一形状側同士が対向していることを特徴とするブラシレスＤＣモータ（請求項１）。
【０００９】
本項に記載のブラシレスＤＣモータにおいて、好ましくは、前記回転子は、前記固定子と対向する面に異極が交互に配置されるように偶数極に着磁された永久磁石を有し、前記固定子は、前記永久磁石の極数と同数の突極を有するものであり、さらに好ましくは、前記回転子は、４極に着磁され、前記固定子は、４つの突極を有するものである。
【００１０】
（２）（１）項にブラシレスＤＣモータにおいて、前記突極は、前記先端部と前記回転子との間のギャップが前記突極の中心線に対して左右非対称となるように形成されていることを特徴とするブラシレスＤＣモータ（請求項２）。
【００１１】
（３）（１）項に記載のブラシレスＤＣモータにおいて、前記突極は、前記先端部の厚みが、前記突極の中心線に対して左右非対称に形成されていることを特徴とするブラシレスＤＣモータ。
【００１２】
（４）（１）〜（３）項に記載のブラシレスＤＣモータを駆動するための駆動回路であって、前記ブラシレスＤＣモータの正転動作及び逆転動作を行うことを特徴とする駆動回路（請求項３）。
【００１３】
（５）（４）項に記載の駆動回路において、前記ブラシレスＤＣモータの複数の前記突極に巻回された前記コイルは、第１相及び第２相の２相のコイルからなり、かつ、隣り合う前記突極に巻回されたコイルが互いに異なる相となるように構成されており、前記駆動回路は、前記第１相のコイルと前記第２相のコイルに交互に通電する予備運転の後、前記第１相のコイルに通電した状態で前記回転子を停止させ、その後、前記第２相のコイルに通電することにより一方向に前記回転子を起動するか、または、前記第２相のコイルに通電した状態で前記回転子を停止させ、その後、前記第１相のコイルの通電することにより前記一方向とは反対の方向に前記回転子を起動することを特徴とする駆動回路。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るブラシレスＤＣモータ及びその駆動回路は、以上のように構成したため、簡素かつ低コストな構成のブラシレスＤＣモータ及びその駆動回路において、駆動回路によってモータの正転・逆転を制御することが可能になる。そして、本発明に係るブラシレスＤＣモータ及びその駆動回路によれば、吸気及び排気の両方が可能なファンモータを、低コストで実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態におけるブラシレスＤＣモータの構成及び動作を模式的に示す図であり、（ａ）の（１）、（２）、（３）は正転動作における各段階、（ｂ）の（１）、（２）、（３）は逆転動作における各段階を、それぞれ回転軸に垂直な平面で切断して示す断面図である。
【図２】図１に示すブラシレスＤＣモータの駆動回路の例を示す回路構成図である。
【図３】本発明の別の実施形態におけるブラシレスＤＣモータの構成を模式的に示す図であり、（ａ）は、回転軸に垂直な平面で切断して示す断面図、（ｂ）は、固定子の１つの突極の先端部を、（ａ）の紙面に平行な方向から突極の中心線に沿って見た正面図、及び、その両側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。本発明の一実施形態におけるブラシレスＤＣモータ１０は、所謂アウターロータ構造を有するものであり、図１に示すように、固定子２０と、固定子２０の外周側に配置された回転子３０とを含んでいる。
固定子２０は、積層鉄心から形成され、モータの回転中心Ｏから放射状に延びるとともに周方向に等角度間隔で配置された４つの突極２１〜２４を有している。各突極２１〜２４には、それぞれコイル４１〜４４が巻回されており、これらのコイル４１〜４４は、隣り合う突極に巻回されたコイル同士が互いに異なる相となるように構成された２相のコイルからなる。本実施形態では、突極２１、２３に第１相（Ａ相）のコイル４１、４３が巻回され、突極２２、２４に第２相（Ｂ相）のコイル４２、４４が巻回されている。
回転子３０は、径方向に磁化された４つの永久磁石３１〜３４を、周方向に等角度間隔に円環状に配置してなり、これらの永久磁石３１〜３４は、隣り合う領域同士が互いに逆方向に磁化されている。図１には、回転子３０の、固定子２０に対向する内周面の着磁態様（すなわち、Ｎ極（領域３１）、Ｓ極（領域３２）、Ｎ極（領域３３）、Ｓ極（領域３４））が示されている。
【００１７】
さらに、ブラシレスＤＣモータ１０において、固定子２０の各突極２１〜２４の先端部１１〜１４は、その形状が、突極２１〜２４の中心線（コイル４１〜４４の中心線）ｃ１〜ｃ４に対して、左右非対称となるように形成されている。
尚、本実施形態において、突極２１の中心線ｃ１に対する左右方向とは、図１（ａ）の（１）に突極２１を例として示すように、突極２１の中心線ｃ１から反時計回り（ＣＣＷ）及び時計回り（ＣＷ）の方向をいい、例えば、図１上、反時計回り（ＣＣＷ）方向を左方向、時計回り（ＣＷ）方向を右方向とする。他の突極２２〜２４についても同様である。
【００１８】
各突極２１〜２４の先端部１１〜１４は、具体的には、回転子３０の内周面との対向面積を大きくするために左右に張り出すように形成されるとともに、突極２１、２３では、先端部１１、１３の回転子３０に対向する面の、中心線ｃ１、ｃ３の右側が上面視円弧状１１ｂ、１３ｂに形成され、中心線ｃ１、ｃ３の左側が上面視直線状１１ａ、１３ａに形成されている。また、突極２２、２４では、先端部１２、１４の回転子３０に対向する面の、中心線ｃ２、ｃ４の左側が上面視円弧状１２ｂ、１４ｂに形成され、中心線ｃ２、ｃ４の右側が、上面視直線状１２ａ、１４ａに形成されている。
【００１９】
これによって、各突極２１〜２４について、その先端部１１〜１４と回転子３０との間のギャップは、円弧状側１１ｂ〜１４ｂで狭く、直線状側１１ａ〜１４ａ側で広くなるように、突極２１〜２４の中心線ｃ１〜ｃ４に対して左右非対称となっている。
さらに、各突極２１〜２４の先端部１１〜１４を上記のように形成したことにより、ブラシレスＤＣモータ１０において、隣り合う突極は、先端部の同一形状側同士が対向しているものである。すなわち、突極２１は、その右隣の突極２２と、それぞれの先端部１１、１２の円弧状側同士１１ｂ、１２ｂを対向させ、突極２２は、その右隣の突極２３と、それぞれの先端部１２、１３の直線状側同士１２ａ、１３ａを対向させ、突極２３は、その右隣の突極２４と、それぞれの先端部１３、１４の円弧状側同士１３ｂ、１４ｂを対向させ、突極２４は、その右隣の突極２１と、それぞれの先端部１４、１１の直線状側同士１４ａ、１１ａを対向させている。
ここで、各突極２１〜２４の先端形状を円弧状と直線状を組み合わせた形状と説明したが、この形状に限定されるものではなく、回転子と固定子との間のギャップが左右で非対称の形状であれば、どのような組み合わせをした形状を用いてもよい。
【００２０】
尚、ブラシレスＤＣモータ１０は、従来のブラシレスモータと同様に、回転子３０の回転位置を検出するための手段（図示は省略する）を備えており、この手段は、好ましくは、１つの磁気センサ（例えば、ホール素子）からなるものである。
【００２１】
図２に、ブラシレスＤＣモータ１０を駆動するために好適な駆動回路の例を示す。図２に示す駆動回路５０は、所謂２相半波駆動回路として構成されており、φＡは固定子に巻回されたＡ相のコイル（図１のコイル４１、４３に相当）、φＢは固定子に巻回されたＢ相のコイル（図１のコイル４２、４４に相当）、Ｑ１、Ｑ２は、それぞれコイルφＡ、φＢに電流を流す出力トランジスタであり、２相のコイルφＡ、φＢの共通接続点は、電源電圧Ｖに接続される。また、図２に示す回路例では、２相のコイルφＡ、φＢのそれぞれに並列に、ダイオードＤ及びツェナーダイオードＺＤからなるクランプ回路が接続されている。
【００２２】
また、駆動回路５０は、出力トランジスタＱ１、Ｑ２のオン・オフを制御するためのマイクロコンピュータ（マイコン）５２と、電源電圧Ｖを降圧してマイコン５２に所定の電圧を供給するための低電圧電源回路５１も備えており、マイコン５２は、図示しない磁気センサからの信号等に基づいて出力トランジスタＱ１、Ｑ２のオン・オフを制御することによって、２相のコイルφＡ、φＢへの通電を適切タイミングで切換えることにより、ブラシレスＤＣモータ１０を駆動するものである。
【００２３】
さらに、駆動回路５０において、マイコン５２は、ブラシレスＤＣモータ１０の正転動作及び逆転動作を実施するものであり、以下、これらの動作について説明する。尚、以下の説明において、図１上、時計回り（ＣＷ）に回転子３０が回転する動作を正転動作、反時計回り（ＣＷ）に回転子３０が回転する動作を逆転動作という。
また、ブラシレスＤＣモータ１０において、コイル４１〜４４は、Ａ相（４１、４３）への通電時に、突極２１、２３の先端部１１、１３側をＮ極に励磁し、Ｂ相（４２、４４）への通電時に、突極２２、２４の先端部１２、１４側をＮ極に励磁するように巻回されている。
【００２４】
まず、図１（ａ）を参照して、ブラシレスＤＣモータ１０の正転動作について説明する。駆動回路５０は、コイル４１〜４４の非通電状態であり、回転子３０が固定子２０に対して静止している状態（例えば、（１）に示す状態）から、Ａ相（４１、４３）への通電と、Ｂ相（４２、４４）への通電とを数回切換える予備運転を行い、最終的にＡ相（４１、４３）への通電状態で、予備運転を終了する。
予備運転の間の回転子３０の回転が正転または逆転のいずれであるかは、一般には不定である。しかし、予備運転の終了時には、回転子３０のＳ極３２、３４が、Ｎ極に励磁された突極２１、２３の先端部１１、１３に引き付けられることによって、回転子３０は、１つのＳ極（図示の例では、３２）の磁極中心と、突極２１の中心が略一致し、他のＳ極（図示の例では、３４）の磁極中心と、突極２３の中心が略一致する位置で停止する（図１（ａ）の（２））。
【００２５】
次いで、駆動回路５０は、通電するコイルをＢ相（４２、４４）へ切換えることによって、ブラシレスＤＣモータの通常運転を起動する（図１（ａ）の（３））。
これによって、突極２２、２４の先端部１２、１４側がＮ極に励磁される。そして、回転子３０の１つのＳ極（図示の例では、３２）が、突極２２の先端部１２と突極２４の先端部１４のうち、ギャップの狭い円弧状側１２ｂが近接する先端部１２に引き付けられ、同様に、他方のＳ極（図示の例では、３４）が、ギャップの狭い円弧状側１４ｂが近接する先端部１４に引き付けられることにより、正転動作（ＣＷ方向の回転）を開始する。
その後、駆動回路５０は、磁極センサの信号等に基づく、Ａ相（４１、４３）への通電とＢ相（４２、４４）への通電を適切なタイミングで切換えることにより、正転方向の通常運転を行う。
【００２６】
次に、図１（ｂ）を参照して、ブラシレスＤＣモータ１０の逆転動作について説明する。駆動回路５０は、コイル４１〜４４の非通電状態であり、回転子３０が固定子２０に対して静止している状態（例えば、（１）に示す状態）から、Ａ相（４１、４３）への通電と、Ｂ相（４２、４４）への通電とを数回切換える予備運転を行い、最終的にＢ相（４２、４４）への通電状態で、予備運転を終了する。
予備運転の間の回転子３０の回転が正転または逆転のいずれであるかは、一般には不定である。しかし、予備運転の終了時には、回転子３０のＳ極３２、３４が、Ｎ極に励磁された突極２２、２４の先端部１２、１４に引き付けられることによって、回転子３０は、１つのＳ極（図示の例では、３２）の磁極中心と、突極２２の中心が略一致し、他のＳ極（図示の例では、３４）の磁極中心と、突極２４の中心が略一致する位置で停止する（図１（ｂ）の（２））。
【００２７】
次いで、駆動回路５０は、通電するコイルをＡ相（４１、４３）へ切換えることによって、ブラシレスＤＣモータの通常運転を起動する（図１（ｂ）の（３））。
これによって、突極２１、２３の先端部１１、１３側がＮ極に励磁される。そして、回転子３０の１つのＳ極（図示の例では、３２）が、突極２１の先端部１１と突極２３の先端部１３のうち、ギャップの狭い円弧状側１１ｂが近接する先端部１１に引き付けられ、同様に、他方のＳ極（図示の例では、３４）が、ギャップの狭い円弧状側１３ｂが近接する先端部１３に引き付けられることにより、逆転動作（ＣＣＷ方向の回転）を開始する。
その後、駆動回路５０は、磁極センサの信号等に基づいて、Ａ相（４１、４３）への通電とＢ相（４２、４４）への通電を適切なタイミングで切換えることにより、逆転方向の通常運転を行う。
【００２８】
尚、駆動回路５０において、上述したようなブラシレスＤＣモータ１０の正転動作及び逆転動作の起動制御手順は、好ましくは、マイコン５２の作動を指令するプログラムとして、マイコン５２に内蔵のまたは外付けの記憶手段に保存されており、マイコン５２は、このプログラムにしたがって出力トランジスタＱ１、Ｑ２のオン・オフを制御することにより、上記制御手順を実行するものである。また、その際、ブラシレスＤＣモータ１０の正転動作及び逆転動作の切換は、外部からマイコン５２に入力される回転方向指令信号（図示は省略する）等に基づいて行われるものであってもよい。
【００２９】
本実施形態におけるブラシレスＤＣモータ１０及びその駆動回路５０によれば、２相半波駆動方式のブラシレスＤＣモータ１０及びその駆動回路５０といった、簡素かつ低コストな構成において、駆動回路５０によってモータ１０の正転・逆転を制御することが可能になる。そして、ブラシレスＤＣモータ１０及びその駆動回路５０によれば、吸気及び排気の両方が可能なファンモータを、低コストで実現することができる。
【００３０】
次に、図３を参照して、本発明の別の実施形態におけるブラシレスＤＣモータ６０について説明する。但し、本実施形態におけるブラシレスＤＣモータ６０は、図１に示すブラシレスＤＣモータ１０と比較して、固定子７０の突極８１〜８４の先端部７１〜７４の形状が相違するのみであるため、重複する部分の説明は適宜省略し、以下では、その相違点について説明する。
【００３１】
ブラシレスＤＣモータ６０において、固定子７０の突極８１〜８４の先端部７１〜７４は、その厚みが突極８１〜８４の中心線に対して左右非対称に形成されている。具体的には、図３（ｂ）に突極８３の先端部７３を例として示すように、先端部７３は、その回転子３０に対向する面７３ｃを、図３（ａ）の紙面に平行な方向から中心線ｃ３に沿って見たときに、中心線ｃ３の左右方向の一端側７３ｄを長辺、他端側７３eを短辺する略台形状に形成されており、この一端側７３ｄから他端側７３ｅにかけて厚みが減少するものである。他の突極７１、７２、７４についても同様である。
そして、ブラシレスＤＣモータ６０は、その先端部７１〜７４について、回転子３０との間のギャップは一様であっても、突極の中心線に対して厚みの厚い側及び薄い側が、それぞれ、ギャップが狭い側及び広い側と同等に機能することによって、図２に示す駆動回路５０を用いて、図１に示すブラシレスＤＣモータ１０と同等の作用効果を奏するものである。
尚、勿論、ブラシレスＤＣモータ６０において、隣り合う突極は、それぞれの先端部の上記長辺をなす一端側同士、及び、上記短辺をなす一端側同士が対向するように構成される。
また、本実施形態では、突極の形状を略台形状と説明したが、この形状に限定されるものではなく、中心線ｃ３の左右で非対称の形状であれば、どのような形状を用いてもよい。
【００３２】
以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、ブラシレスＤＣモータ１０、７０及びその駆動回路５０は、４極４スロットの２相半波駆動方式のブラシレスＤＣモータ及びその駆動回路としたが、本発明に係るブラシレスＤＣモータは、回転子の磁極の極数と固定子の突極の数（スロット数）とが同一の偶数であれば、適用可能なものである。さらに、本発明に係るブラシレスＤＣモータ及びその駆動回路は、単相全波駆動方式のものであってもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１０，６０：ブラシレスＤＣモータ、１１〜１４，７１〜７４：先端部、２０：固定子、２１〜２４：突極、３０：回転子、３１〜３４：永久磁石、４１,４３：コイル（Ａ相）、４２,４４：コイル（Ｂ相）、５０：駆動回路、５１：低電圧電源回路、５２：マイクロコンピュータ、ｃ１〜ｃ４：突極の中心線、Ｑ１,Ｑ２：出力トランジスタ、φＡ：コイル（Ａ相）、φＡ：コイル（Ｂ相）、Ｖ:電源電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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