(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相の第１のコイルを備えたステータと、
永久磁石を備えたロータと、
前記第１のコイルに発生する、前記ロータの回転による逆起電圧を検出する逆起電圧検出回路と、
この逆起電圧検出回路の検出結果から前記ロータの回転位置を検出して、この検出した回転位置に基づいて前記３相の第１のコイルへの励磁電流の供給を切り換える制御回路とを有し、
さらに、前記ステータは、前記第１のコイルの外側に、前記ロータの回転軸を挟んで対応する相の前記第１のコイルと対向するように配置された３相の第２のコイルを備え、
前記制御回路は、前記励磁電流の供給先として選択した前記第１のコイルによる磁界と同方向の磁界が発生するように、この第１のコイルと対応する相の前記第２のコイルに前記励磁電流を供給し、
それぞれ平面視円弧状に固形化した前記３相の第１のコイルを機械的に連結して、前記第１のコイルの各々が発生する磁界が前記ロータの回転軸と直交するように筒状体に成形し、この筒状体を前記ステータに固定すると共に、それぞれ平面視円弧状に固形化した前記３相の第２のコイルを機械的に連結して、前記第２のコイルの各々が発生する磁界が前記ロータの回転軸と直交するように筒状体に成形し、この筒状体を前記ステータに固定することを特徴とするブラシレス・コアレス・センサレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレス・コアレス・センサレスモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ロータの回転位置検出用のセンサおよびブラシを持たないブラシレス・センサレスモータが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。このブラシレス・センサレスモータは、３相の励磁コイルに誘起される逆起電圧を用いてロータの位置を検出し、この検出したロータの位置に基づいて各励磁コイルへの通電タイミングを制御することにより、ホール素子等の磁気センサやフォトトランジスタ等の光センサなどからなるロータ位置検出センサを不要としたものである。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２３６６９１号公報
【特許文献２】特開２００５−１４３１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、特許文献２に開示されたブラシレス・センサレスモータでは、ステータを構成するＹ字型のコアに３相のコイルを巻くようになっている。このようなブラシレス・センサレスモータにおいて、コアを持たないコアレスを実現する場合、コイルを一定の形状に維持する方法とコイルをステータに固定する方法が問題となる。しかしながら、従来、ブラシレス・コアレス・センサレスモータは実現されておらず、このような問題を解消する方法は提案されていなかった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、コイルを一定の形状に維持することができ、コイルをステータに容易に取り付けることができるブラシレス・コアレス・センサレス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】
【０００６】
本発明のブラシレス・コアレス・センサレスモータは、３相の第１のコイルを備えたステータと、永久磁石を備えたロータと、前記第１のコイルに発生する、前記ロータの回転による逆起電圧を検出する逆起電圧検出回路と、この逆起電圧検出回路の検出結果から前記ロータの回転位置を検出して、この検出した回転位置に基づいて前記３相の第１のコイルへの励磁電流の供給を切り換える制御回路とを有し、さらに、前記ステータは、前記第１のコイルの外側に、前記ロータの回転軸を挟んで対応する相の前記第１のコイルと対向するように配置された３相の第２のコイルを備え、前記制御回路は、前記励磁電流の供給先として選択した前記第１のコイルによる磁界と同方向の磁界が発生するように、この第１のコイルと対応する相の前記第２のコイルに前記励磁電流を供給し、それぞれ平面視円弧状に固形化した前記３相の第１のコイルを機械的に連結して、前記第１のコイルの各々が発生する磁界が前記ロータの回転軸と直交するように筒状体に成形し、この筒状体を前記ステータに固定すると共に、それぞれ平面視円弧状に固形化した前記３相の第２のコイルを機械的に連結して、前記第２のコイルの各々が発生する磁界が前記ロータの回転軸と直交するように筒状体に成形し、この筒状体を前記ステータに固定するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、それぞれ平面視円弧状に固形化した３相の第１のコイルを機械的に連結して、第１のコイルの各々が発生する磁界がロータの回転軸と直交するように筒状体に成形し、この筒状体をステータに固定することにより、３相の第１のコイルを一定の形状に維持することができ、第１のコイルを固形化してステータに容易に取り付けることができる。
【０００８】
また、本発明では、第１のコイルの外側に、ロータの回転軸を挟んで対応する相の第１のコイルと対向するように３相の第２のコイルを配置し、制御回路が、励磁電流の供給先として選択した第１のコイルによる磁界と同方向の磁界が発生するように、この第１のコイルと対応する相の第２のコイルに励磁電流を供給することにより、ロータの回転トルクを強くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態となるブラシレス・コアレス・センサレスモータの構成を示す断面図、図２は図１のブラシレス・コアレス・センサレスモータを上から透視した図である。本実施の形態のブラシレス・コアレス・センサレスモータは、ロータ（回転子）１を構成する外ヨーク２および内ヨーク３と、ロータ１に取り付けられた永久磁石４−Ｎ，４−Ｓと、３相の第１のコイル５−１，５−２，５−３と、コイル５−１〜５−３を保持するコイルホルダ６と、ロータ１の回転を制御するロータ制御回路が搭載された回路基板７と、モータ全体を支える基台となるフランジ８と、ロータ１のシャフト９と、フランジ８に取り付けられ、シャフト９を回転自在に支持する軸受１０とを有する。コイルホルダ６と回路基板７とフランジ８とは、ステータ（固定子）を構成している。なお、図２では、記載を簡略化するため、ロータ１と永久磁石４−Ｎ，４−Ｓとコイル５−１〜５−３とシャフト９のみ記載している。
【００１０】
次に、本実施の形態におけるロータ１の回転制御について説明する。図３はコイル５−１〜５−３の斜視図、図４はコイル５−１〜５−３の接続図、図５はロータ制御回路の回路図である。本実施の形態では、図３に示すように、それぞれ楕円状または矩形状に巻いた巻線を平たくプレスして平面視円弧状に固形化したコイル５−１〜５−３を機械的に連結して、コイル５−１〜５−３の各々が発生する磁界がシャフト９と直交するように筒状体に成形し、この筒状体をコイルホルダ６に固定するようにしている。各コイル５−１〜５−３の固形化と連結、およびコイルホルダ６への固定には、例えば接着剤を用いる。
【００１１】
図４に示すように、コイル５−１，５−２，５−３は、それぞれの一端Ｌ１ａ，Ｌ２ａ，Ｌ３ａ（本実施の形態では巻き終わり側の端子）がロータ制御回路との接続端子となり、他端Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂ，Ｌ３ｂ（本実施の形態では巻き始め側の端子）が互いに接続されている。この接続点を中点Ｃとする。
【００１２】
図５に示すように、ロータ制御回路は、３つのコイル５−１〜５−３のうち２つに励磁電流を供給する電源１１と、励磁電流が流れない残り１つのコイルに生じる、ロータ１の回転による逆起電圧を検出する逆起電圧検出回路１２と、コイル５−１〜５−３の接続端子Ｌ１ａ〜Ｌ３ａと電源１１および逆起電圧検出回路１２との間の接続を切り換えるスイッチ１３−１〜１３−３と、逆起電圧検出回路１２の検出結果に基づいてスイッチ１３−１〜１３−３を制御する制御回路１４とを有する。
【００１３】
コイル５−１〜５−３とロータ制御回路との接続は、コイルホルダ６を貫通する穴を通して行われる。すなわち、コイルホルダ６を貫通する穴にコイル５−１〜５−３のそれぞれの巻き終わりを通して回路基板７に接続することで、接続端子Ｌ１ａ〜Ｌ３ａとロータ制御回路とが接続され、同様にコイルホルダ６を貫通する穴にコイル５−１〜５−３のそれぞれの巻き始めを通して回路基板７に接続することで、接続端子Ｌ１ｂ〜Ｌ３ｂ間が回路基板７上で接続される。
【００１４】
図６は本実施の形態におけるロータ１の回転制御を説明するための図である。まず、図６（Ａ）の状態において、制御回路１４は、スイッチ１３−１をｅ側に切り換え、スイッチ１３−２をｄ側に切り換え、スイッチ１３−３をｆ側に切り換える。これにより、電源１１から供給される励磁電流がコイル５−２からコイル５−１へと流れる。コイル５−１による磁界Ｓ１はロータ１の中心から外方向に発生し、コイル５−２による磁界Ｓ２は中心方向に発生する。したがって、磁界Ｓ１，Ｓ２の合成磁界であるステータ磁界Ｇは図６（Ａ）のように発生する。ロータ１の磁界Ｒの方向はステータ磁界Ｇの方向に一致しようとするので、ロータ１はＤの方向に回転する。
【００１５】
このとき、コイル５−３には、ロータ１の回転位置に応じた逆起電圧が発生する。スイッチ１３−３をｆ側に切り換えたことにより、逆起電圧検出回路１２は、コイル５−３に生じた逆起電圧を検出する。そして、制御回路１４は、逆起電圧検出回路１２の検出結果に基づいて、例えばロータ１の磁界Ｒの方向が図６（Ａ）のステータ磁界Ｇの方向に一致する近辺のタイミングで、スイッチ１３−１をｅ側に切り換え、スイッチ１３−２をｆ側に切り換え、スイッチ１３−３をｄ側に切り換える。これにより、励磁電流がコイル５−３からコイル５−１へと流れる。図６（Ｂ）はこのスイッチ切換後の状態を示しており、コイル５−１による磁界Ｓ１は中心から外方向に発生し、コイル５−３による磁界Ｓ３は中心方向に発生する。磁界Ｓ１，Ｓ３を合成したステータ磁界Ｇは図６（Ｂ）のように発生する。
【００１６】
スイッチ１３−２をｆ側に切り換えたことにより、逆起電圧検出回路１２は、コイル５−２に生じた逆起電圧を検出する。制御回路１４は、逆起電圧検出回路１２の検出結果に基づいて、例えばロータ１の磁界Ｒの方向が図６（Ｂ）のステータ磁界Ｇの方向に一致する近辺のタイミングで、スイッチ１３−１をｆ側に切り換え、スイッチ１３−２をｅ側に切り換え、スイッチ１３−３をｄ側に切り換える。これにより、励磁電流がコイル５−３からコイル５−２へと流れる。図６（Ｃ）はこのスイッチ切換後の状態を示しており、コイル５−２による磁界Ｓ２は中心から外方向に発生し、コイル５−３による磁界Ｓ３は中心方向に発生する。磁界Ｓ２，Ｓ３を合成したステータ磁界Ｇは図６（Ｃ）のように発生する。
【００１７】
スイッチ１３−１をｆ側に切り換えたことにより、逆起電圧検出回路１２は、コイル５−１に生じた逆起電圧を検出する。制御回路１４は、逆起電圧検出回路１２の検出結果に基づいて、例えばロータ１の磁界Ｒの方向が図６（Ｃ）のステータ磁界Ｇの方向に一致する近辺のタイミングで、スイッチ１３−１をｄ側に切り換え、スイッチ１３−２をｅ側に切り換え、スイッチ１３−３をｆ側に切り換える。これにより、励磁電流がコイル５−１からコイル５−２へと流れる。図６（Ｄ）はこのスイッチ切換後の状態を示しており、コイル５−１による磁界Ｓ１は中心方向に発生し、コイル５−２による磁界Ｓ２は中心から外方向に発生する。磁界Ｓ１，Ｓ２を合成したステータ磁界Ｇは図６（Ｄ）のように発生する。
【００１８】
スイッチ１３−３をｆ側に切り換えたことにより、逆起電圧検出回路１２は、コイル５−３に生じた逆起電圧を検出する。制御回路１４は、逆起電圧検出回路１２の検出結果に基づいて、例えばロータ１の磁界Ｒの方向が図６（Ｄ）のステータ磁界Ｇの方向に一致する近辺のタイミングで、スイッチ１３−１をｄ側に切り換え、スイッチ１３−２をｆ側に切り換え、スイッチ１３−３をｅ側に切り換える。これにより、励磁電流がコイル５−１からコイル５−３へと流れる。図６（Ｅ）はこのスイッチ切換後の状態を示しており、コイル５−１による磁界Ｓ１は中心方向に発生し、コイル５−３による磁界Ｓ３は中心から外方向に発生する。磁界Ｓ１，Ｓ３を合成したステータ磁界Ｇは図６（Ｅ）のように発生する。
【００１９】
スイッチ１３−２をｆ側に切り換えたことにより、逆起電圧検出回路１２は、コイル５−２に生じた逆起電圧を検出する。制御回路１４は、逆起電圧検出回路１２の検出結果に基づいて、例えばロータ１の磁界Ｒの方向が図６（Ｅ）のステータ磁界Ｇの方向に一致する近辺のタイミングで、スイッチ１３−１をｆ側に切り換え、スイッチ１３−２をｄ側に切り換え、スイッチ１３−３をｅ側に切り換える。これにより、励磁電流がコイル５−２からコイル５−３へと流れる。図６（Ｆ）はこのスイッチ切換後の状態を示しており、コイル５−２による磁界Ｓ２は中心方向に発生し、コイル５−３による磁界Ｓ３は中心から外方向に発生する。磁界Ｓ２，Ｓ３を合成したステータ磁界Ｇは図６（Ｆ）のように発生する。
【００２０】
スイッチ１３−１をｆ側に切り換えたことにより、逆起電圧検出回路１２は、コイル５−１に生じた逆起電圧を検出する。制御回路１４は、逆起電圧検出回路１２の検出結果に基づいて、例えばロータ１の磁界Ｒの方向が図６（Ｆ）のステータ磁界Ｇの方向に一致する近辺のタイミングで、スイッチ１３−１をｅ側に切り換え、スイッチ１３−２をｄ側に切り換え、スイッチ１３−３をｆ側に切り換える。前記の図６（Ａ）はこのスイッチ切換後の状態を示している。以上のようにして、ロータ１の回転を制御することができる。
【００２１】
本実施の形態では、図３に示すように成形したコイル５−１〜５−３をコイルホルダ６に固定することにより、コイル５−１〜５−３を固形化してステータに容易に取り付けることができる。また、本実施の形態では、各コイル５−１〜５−３をそれぞれ巻き始めから巻き終わりに向かって単純に巻くだけでよいので、各コイル５−１〜５−３の製造工程を簡略化することができる。
【００２２】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図７は本発明の第２の実施の形態となるブラシレス・コアレス・センサレスモータを上から透視した図であり、図１、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態のブラシレス・コアレス・センサレスモータは、コイル５−１〜５−３の外側に第２のコイル１５−１〜１５−３を追加したものである。図７では、ロータ１と永久磁石４−Ｎ，４−Ｓとコイル５−１〜５−３，１５−１〜１５−３とシャフト９のみ記載している。
【００２３】
コイル１５−１〜１５−３は、シャフト９を挟んで対応する相のコイル５−１〜５−３と対向するように配置されている。すなわち、コイル１５−１はシャフト９を挟んでコイル５−１と対向し、コイル１５−２はシャフト９を挟んでコイル５−２と対向し、コイル１５−３はシャフト９を挟んでコイル５−３と対向している。コイル１５−１〜１５−３のコイルホルダ６への固定方法はコイル５−１〜５−３と同様であり、それぞれ楕円状または矩形状に巻いた巻線を平たくプレスして平面視円弧状に固形化したコイル１５−１〜１５−３を機械的に連結して、コイル１５−１〜１５−３の各々が発生する磁界がシャフト９と直交するように筒状体に成形し、この筒状体をコイルホルダ６に固定するようにしている。
【００２４】
図８は本実施の形態におけるコイル５−１〜５−３，１５−１〜１５−３の接続図、図９は本実施の形態におけるロータ制御回路の回路図である。本実施の形態では、コイル５−１，５−２，５−３の一端Ｌ１ａ，Ｌ２ａ，Ｌ３ａ（本実施の形態では巻き終わり側の端子）がロータ制御回路との接続端子となり、他端Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂ，Ｌ３ｂ（本実施の形態では巻き始め側の端子）はそれぞれコイル１５−１，１５−２，１５−３の一端Ｍ１ｂ，Ｍ２ｂ，Ｍ３ｂ（本実施の形態では巻き始め側の端子）と接続されている。また、コイル１５−１，１５−２，１５−３は、それぞれの他端Ｍ１ａ，Ｍ２ａ，Ｍ３ａ（本実施の形態では巻き終わり側の端子）が互いに接続されている。すなわち、コイル１５−１はコイル５−１と逆向きに接続され、コイル１５−２はコイル５−２と逆向きに接続され、コイル１５−３はコイル５−３と逆向きに接続されている。
【００２５】
コイル５−１〜５−３，１５−１〜１５−３とロータ制御回路との接続は、コイルホルダ６を貫通する穴を通して行われる。すなわち、コイルホルダ６を貫通する穴にコイル５−１〜５−３のそれぞれの巻き終わりを通して回路基板７に接続することで、接続端子Ｌ１ａ〜Ｌ３ａとロータ制御回路とが接続され、同様にコイルホルダ６を貫通する穴にコイル５−１〜５−３，１５−１〜１５−３のそれぞれの巻き始めを通して回路基板７に接続することで、接続端子Ｌ１ｂ〜Ｌ３ｂとＭ１ｂ〜Ｍ３ｂが回路基板７上で接続され、コイルホルダ６を貫通する穴にコイル１５−１〜１５−３のそれぞれの巻き終わりを通して回路基板７に接続することで、接続端子Ｍ１ｂ〜Ｍ３ｂ間が回路基板７上で接続される。
【００２６】
本実施の形態の制御回路１４ａは、逆起電圧検出回路１２の検出結果に基づいてスイッチ１３−１〜１３−３を制御する。図１０は本実施の形態におけるロータ１の回転制御を説明するための図である。この図１０に示す状態は前記の図６（Ａ）の状態に相当する。図１０の状態において、制御回路１４ａは、スイッチ１３−１をｅ側に切り換え、スイッチ１３−２をｄ側に切り換え、スイッチ１３−３をｆ側に切り換える。これにより、励磁電流がコイル５−２からコイル１５−２，１５−１を経由してコイル５−１へと流れる。
【００２７】
図６（Ａ）の場合と同様に、コイル５−１による磁界Ｓ１はロータ１の中心から外方向に発生し、コイル５−２による磁界Ｓ２は中心方向に発生する。一方、コイル１５−１はコイル５−１と逆向きに接続され、同じくコイル１５−２はコイル５−２と逆向きに接続されているので、コイル１５−１による磁界Ｕ１は中心方向に発生し、コイル１５−２による磁界Ｕ２はロータ１の中心から外方向に発生する。したがって、磁界Ｓ１，Ｕ１の合成磁界と、磁界Ｓ２，Ｕ２の合成磁界が発生するので、これらの磁界の合成磁界であるステータ磁界Ｇは図１０のように発生し、ロータ１はＤの方向に回転する。本実施の形態におけるステータ磁界Ｇは図６（Ａ）の場合よりも強いので、強い回転トルクを得ることができる。
【００２８】
以下の回転制御も同様に行えばよい。制御回路１４ａは、逆起電圧検出回路１２がコイル５−３，１５−３の逆起電圧を検出した結果に基づいて、ロータ１の磁界Ｒの方向が図１０のステータ磁界Ｇの方向に一致する近辺のタイミングで、スイッチ１３−１をｅ側に切り換え、スイッチ１３−２をｆ側に切り換え、スイッチ１３−３をｄ側に切り換える。
制御回路１４ａは、逆起電圧検出回路１２がコイル５−２，１５−２の逆起電圧を検出した結果に基づいて、ロータ１の磁界Ｒの方向が図６（Ｂ）のステータ磁界Ｇの方向に一致する近辺のタイミングで、スイッチ１３−１をｆ側に切り換え、スイッチ１３−２をｅ側に切り換え、スイッチ１３−３をｄ側に切り換える。
【００２９】
制御回路１４ａは、逆起電圧検出回路１２がコイル５−１，１５−１の逆起電圧を検出した結果に基づいて、ロータ１の磁界Ｒの方向が図６（Ｃ）のステータ磁界Ｇの方向に一致する近辺のタイミングで、スイッチ１３−１をｄ側に切り換え、スイッチ１３−２をｅ側に切り換え、スイッチ１３−３をｆ側に切り換える。
制御回路１４ａは、逆起電圧検出回路１２がコイル５−３，１５−３の逆起電圧を検出した結果に基づいて、ロータ１の磁界Ｒの方向が図６（Ｄ）のステータ磁界Ｇの方向に一致する近辺のタイミングで、スイッチ１３−１をｄ側に切り換え、スイッチ１３−２をｆ側に切り換え、スイッチ１３−３をｅ側に切り換える。
【００３０】
制御回路１４ａは、逆起電圧検出回路１２がコイル５−２，１５−２の逆起電圧を検出した結果に基づいて、ロータ１の磁界Ｒの方向が図６（Ｅ）のステータ磁界Ｇの方向に一致する近辺のタイミングで、スイッチ１３−１をｆ側に切り換え、スイッチ１３−２をｄ側に切り換え、スイッチ１３−３をｅ側に切り換える。
制御回路１４ａは、逆起電圧検出回路１２がコイル５−１，１５−１の逆起電圧を検出した結果に基づいて、ロータ１の磁界Ｒの方向が図６（Ｆ）のステータ磁界Ｇの方向に一致する近辺のタイミングで、スイッチ１３−１をｅ側に切り換え、スイッチ１３−２をｄ側に切り換え、スイッチ１３−３をｆ側に切り換える。前記の図１０はこのスイッチ切換後の状態を示している。
【００３１】
以上のようにして、ロータ１の回転を制御することができる。本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態では、コイル５−１〜５−３の外側にコイル１５−１〜１５−３を配置し、ロータ制御回路が、コイル５−１〜５−３のうち励磁電流の供給先として選択した２相のコイルによる磁界と同方向の磁界が発生するように、コイル１５−１〜１５−３の中から対応する２相のコイルを選択して励磁電流を供給することにより、第１の実施の形態よりも強い回転トルクを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、モータに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施の形態となるブラシレス・コアレス・センサレスモータの構成を示す断面図である。
【図２】図１のブラシレス・コアレス・センサレスモータを上から透視した図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるコイルの斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるコイルの接続図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態におけるロータ制御回路の回路図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態におけるロータの回転制御を説明するための図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態となるブラシレス・コアレス・センサレスモータを上から透視した図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態におけるコイルの接続図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態におけるロータ制御回路の回路図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態におけるロータの回転制御を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…ロータ、２…外ヨーク、３…内ヨーク、４−Ｎ，４−Ｓ…永久磁石、５−１〜５−３，１５−１〜１５−３…コイル、６…コイルホルダ、７…回路基板、８…フランジ、９…シャフト、１０…軸受、１１…電源、１２…逆起電圧検出回路、１３−１〜１３−３，１６−１〜１６−３…スイッチ、１４，１４ａ…制御回路。
【図１】
0004809038.tif 000002
【図２】
0004809038.tif 000003
【図３】
0004809038.tif 000004
【図４】
0004809038.tif 000005
【図５】
0004809038.tif 000006
【図６】
0004809038.tif 000007
【図７】
0004809038.tif 000008
【図８】
0004809038.tif 000009
【図９】
0004809038.tif 000010
【図１０】
0004809038.tif 000011