(57)【要約】【課題】損失を低減できる単相全波式直流ブラシレスモータを提供すること。【解決手段】回転軸Ｏの中心と特定のコア１９１−１の中心とを結ぶ半径方向における所定の直線ＳＬ方向の角度を０°の基準として、ロータ１５の回転方向Ｒと逆方向に実質的に３７°の角度位置に、磁気検出素子３１が配置されている。【選択図】図１１
2007151250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心として放射状に延び、かつ前記回転軸の周方向に等角度間隔で配置されたＭ（Ｍは２以上の偶数）個のコアを備えたステータと、該Ｍ個のコアと対向して配置され、かつ前記回転軸の周方向に等角度間隔でＭ極に着磁された円環状のマグネットを備えたロータと、該ロータの回転位置を検出する検出素子とを備えた単相全波式直流ブラシレスモータにおいて、
前記回転軸の中心と前記Ｍ個のコアの中の１つの特定のコアの中心とを結ぶ半径方向における所定の直線方向の角度を０°の基準として、前記ロータの回転方向と逆方向に（１８０°／Ｍ）より大きく{（１８０°／Ｍ）＋（９０°／Ｍ）}より小さい角度範囲に、前記検出素子を配置したことを特徴とする、単相全波式直流ブラシレスモータ。
【請求項２】
前記Ｍが６に等しく、前記検出素子が、前記所定の直線方向の角度を０°の基準として、前記ロータの回転方向と逆方向に３０°より大きく４５°より小さい角度範囲に配置されている、請求項１に記載の単相全波式直流ブラシレスモータ。
【請求項３】
前記検出素子が、前記所定の直線方向の角度を０°の基準として、前記ロータの回転方向と逆方向に実質的に３７°の角度位置に配置されている、請求項２に記載の単相全波式直流ブラシレスモータ。
【請求項４】
前記検出素子が磁気検出素子から成る、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の単相全波式直流ブラシレスモータ。
【請求項５】
前記検出素子が光学素子から成る、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の単相全波式直流ブラシレスモータ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１つに記載の単相全波式直流ブラシレスモータを備えた遠心式ポンプであって、前記ロータは羽根車を備えると共に、ケーシング内に収容されており、前記ステータは前記ケーシングを介して前記マグネットの対向面に配置されている、遠心式ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータに関し、特に、遠心式ポンプなどのポンプ用モータとして使用される単相全波式直流ブラシレスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンプは、水などの液体を圧送する機械であって、液体を吸込口（流入口）から吸い込んで吐出口（流出口）から吐き出す機械である。ポンプには種々の種類があるが、その１つの種類として、遠心式ポンプが知られている。遠心式ポンプは、水などの液体をインペラーにより外周部の渦巻室へ急速に加速して送り出す機械である。換言すれば、遠心式ポンプは、羽根車を回転させることによって得られる遠心力で液体を圧送する機械である。このような遠心式ポンプは、高流量かつ高揚程を得ることが出来、効率も良いことから、ポンプの形式として広く採用されている。
【０００３】
一方、周知のように、種々のパーソナルコンピュータが発売されているが、パーソナルコンピュータは、ＣＰＵや、メモリ等を内蔵している。ＣＰＵはクロック周波数が高くなるに伴い、動作中に発生する熱が高くなる傾向にある。従って、ＣＰＵで発生した熱を外部へ排出する必要がある。
【０００４】
従来一般的にＣＰＵの排熱機構としては、ヒートシンクと空冷ファンとを組み合わせた空冷システムを採用している。しかしながら、この空冷システムを採用したパーソナルコンピュータでは、騒音の主な原因である「風切り音」が発生するという問題がある。このような「風切り音」を極力低減するために、ＣＰＵの冷却に水冷システムを採用したパーソナルコンピュータが開発され、注目されている。
【０００５】
上述した遠心式ポンプは、このような水冷システムにおいて、水を圧送するために使用される。このような遠心式ポンプは、筐体（ケーシング）の中央部に設けられた吸込口（流入口）から供給される水（液体）を、回転する羽根車の遠心力を利用して圧送し、筐体（ケーシング）の外周部に設けられた吐出口（流出口）から吐き出すような構成を持つ。
【０００６】
このような遠心式ポンプでは、羽根車を回転駆動するモータとして単相全波式直流ブラシレスモータが採用される。何故なら、単相全波式直流ブラシレスモータはコスト面と耐久性に優れているからである。
【０００７】
単相全波式直流ブラシレスモータは、中心軸の回りに回転自在に取り付けられたロータと、このロータに回転駆動力を与えるステータとから構成される。また、単相全波式直流ブラシレスモータでは、ロータの回転位置を検出する検出素子として磁気検出素子が備えられている。ステータは、回転軸を中心として放射状に延び、かつ回転軸の周方向に等角度間隔で配置されたＭ（Ｍは２以上の偶数）個のコアと、これらＭ個のコアのそれぞれに巻回されたコイルとを有する。一方、ロータは、Ｍ個のコアと対向して配置され、かつ回転軸の周方向に等角度間隔でＭ極に着磁された円環状のマグネットを備えている。
【０００８】
従来の単相全波式直流ブラシレスモータでは、隣接するコアの中間位置に磁気検出素子が配置されている。換言すれば、回転軸の中心とＭ個のコアの中の１つの特定のコアの中心とを結ぶ半径方向における所定の直線方向の角度を０°の基準として、ロータの回転方向と逆方向に実質的に１８０°／Ｍの角度の位置に、磁気検出素子が配置されている。そして、この磁気検出素子の検出信号に基づいて、駆動素子（制御回路）がコイルへの印加電圧を切り替え、それに供給する励磁電流の方向を切り替えることにより、ロータを所定の回転方向に回転させている。
【０００９】
以下、図１を参照して、従来の単相全波式直流ブラシレスモータ３０について説明する。図示の単相全波式直流ブラシレスモータ３０はＭが６の場合を示している。
【００１０】
図示の単相全波式直流ブラシレスモータ３０は、中心軸（回転軸）Ｏの回りに回転自在に取り付けられたロータ１５と、このロータ１５に回転駆動力を与えるステータ１９とから構成される。また、単相全波式直流ブラシレスモータ３０は、ロータ１５の回転位置を検出する検出素子として磁気検出素子３１を備えている。
【００１１】
ステータ１９は、中心軸Ｏを中心として放射状に延び、かつ中心軸（回転軸）Ｏの周方向に６０°の角度間隔で配置された６個のコア１９１と、これら６個のコア１９１のそれぞれに巻回されたコイル（図示せず）とを有する。
【００１２】
一方、ロータ１５は、図２に示されるように、６個のコア１９１と対向して配置され、かつ中心軸（回転軸）Ｏの周方向に６０°の角度間隔で６極に着磁された円環状のマグネット１５５を備えている。尚、図２に示されるように、円環状のマグネット１５５は、内周壁がＮ極の場合、その対応する外周壁はＳ極に着磁されている。
【００１３】
従来の単相全波式直流ブラシレスモータ３０では、隣接するコアの中間位置に磁気検出素子３１が配置されている。換言すれば、中心軸Ｏの中心と６個のコア１９１の中の１つの特定のコア１９１−１の中心とを結ぶ半径方向における所定の直線ＳＬ方向の角度を０°の基準として、ロータ１５の回転方向（図示の例では時計回り方向）Ｒと逆方向に実質的に３０°の角度の位置に、磁気検出素子３１が配置されている。
【００１４】
そして、この磁気検出素子３１の検出信号に基づいて、駆動素子（図示せず）がコイルに供給する励磁電流を制御することにより、ロータ１５を所定の回転方向Ｒに回転させている。
【００１５】
尚、図１に示されるように、ロータ１５のマグネット１５５の内周壁にステータ１９のコア１９１が対向して配置され、ロータ１５のマグネット１５５の外周壁に磁気検出素子３１が対向して配置されている。
【００１６】
次に、図３を参照して、図１に示した従来の単相全波式直流ブラシレスモータ３０の動作について説明する。図３において、（Ａ）はマグネット１５５が０°の角度位置を示し、（Ｂ）はマグネット１５５が３０°−の角度位置を示し、（Ｃ）はマグネット１５５が３０°＋の角度位置を示し、（Ｄ）はマグネット１５５が６０°の角度位置を示し、（Ｅ）はマグネット１５５が９０°−の角度位置を示し、（Ｆ）はマグネット１５５が９０°＋の角度位置を示す。
【００１７】
図３（Ａ）に示されるように、マグネット１５５が０°の角度位置にあるとき、特定のコア１９１−１と、その左隣（反時計回りに隣）のコア１９１−２との間には、マグネット１５５の内周壁にＳ極が配置されている。また、このとき、特定のコア１９１−１はＮ極に励磁され、その左隣のコア１９１−２はＳ極に励磁されている。この場合、マグネット１５５の内周壁のＳ極は、特定のコア１９１−１のＮ極によって吸引力を受けると同時に、左隣のコア１９１−２のＳ極によって反発力を受けるので、ロータ１５は、矢印で示されるような、中心軸Ｏの回りを時計回りに回転する回転力を受ける。
【００１８】
次に、ロータ１５が図３（Ａ）の角度位置から時計回りに３０°回転して、マグネット１５５が、図３（Ｂ）に示される角度位置になったとする。この場合、マグネット１５５の磁極の境界が磁気検出素子３１に近接するので、磁気検出素子３１はマグネット１５５の磁極の切り替わりを検出し、検出信号を駆動素子へ送る。
【００１９】
この検出信号に応答して、図３（Ｃ）に示されるように、駆動素子はステータ１９のコイルに印加する電圧（に流す励磁電流の方向）を切り替え、コア１９１の磁極を切り替える。この時、図３（Ｃ）に示されるように、特定のコア１９１−１のＳ極はマグネット１５５の内周壁のＳ極と対向し、左隣のコア１９１−２のＮ極はマグネット１５５の内周壁のＮ極と対向するので、瞬間的にマグネット１５５とステータ１９とが互いに反発して釣り合う。しかしながら、ロータ１５の慣性によりロータ１５は時計回りに回転し続け、ロータ１５の回転が停止することはない。
【００２０】
次に、ロータ１５が図３（Ａ）の角度位置から時計回りに６０°回転して、マグネット１５５が、図３（Ｄ）に示される角度位置になったとする。このとき、特定のコア１９１−１のＳ極と、その左隣（反時計回りに隣）のコア１９１−２のＮ極との間には、マグネット１５５の内周壁にＮ極が配置される。この場合、マグネット１５５の内周壁のＮ極は、特定のコア１９１−１のＳ極によって吸引力を受けると同時に、左隣のコア１９１−２のＮ極によって反発力を受けるので、ロータ１５は、矢印で示されるような、中心軸Ｏの回りを時計回りに回転する回転力を受ける。
【００２１】
さらに、ロータ１５が図３（Ａ）の角度位置から時計回りに９０°回転して、マグネット１５５が、図３（Ｅ）に示される角度位置になったとする。この場合、マグネット１５５の磁極の境界が磁気検出素子３１に近接するので、磁気検出素子３１はマグネット１５５の磁極の切り替わりを検出し、検出信号を駆動素子へ送る。
【００２２】
この検出信号に応答して、図３（Ｆ）に示されるように、駆動素子はステータ１９のコイルに印加する電圧（に流す励磁電流の方向）を切り替え、コア１９１の磁極を切り替える。この時、図３（Ｆ）に示されるように、特定のコア１９１−１のＮ極はマグネット１５５の内周壁のＮ極と対向し、左隣のコア１９１−２のＳ極はマグネット１５５の内周壁のＳ極と対向するので、瞬間的にマグネット１５５とステータ１９とが互いに反発して釣り合う。しかしながら、ロータ１５の慣性によりロータ１５は時計回りに回転し続け、ロータ１５の回転が停止することはない。
【００２３】
図３（Ｆ）に示される状態から、ロータ１５が３０°時計回りに回転すると、図３（Ａ）に示される状態に戻る。従って、これ以降は上述した動作を繰り返す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
上述したように、従来の単相全波式直流ブラシレスモータ３０では、図３（Ｂ）の角度位置において、磁気検出素子３１がマグネット１５５の磁極の境界を検出し、図３（Ｃ）の角度位置において、駆動素子がステータ１９の特定のコア１９１−１の磁極をＮ極からＳ極に切り替えている。しかしながら、実際には、コア１９１に巻回されているコイルは抵抗とインダクタンスとを持つため、瞬時にコア１９１の磁極は切り替わらない。
【００２５】
コイルは、等価的な電気回路で表現すると、抵抗Ｒ［Ω］とインダクタンスＬ[Ｈ]の直列回路で表される。この直列回路に電源電圧Ｖ［Ｖ］を印加したとき、コイルに流れる励磁電流ｉ[Ａ]は、下記数１の微分方程式により求められる。
【００２６】
【数１】
2007151250.tif 000003
【００２７】
尚、この例では、Ｒ＝３５［Ω］、Ｌ＝１８[ｍＨ]、Ｖ＝１２[Ｖ]の値を用いている。また、この例において、単相全波式直流ブラシレスモータ３０の定格回転数は３１５０［ｒ．ｐ．ｍ．］で、定格トルクは２．０[ｍＮ・ｍ]である。
【００２８】
図４に、電源電圧Ｖが１２[Ｖ]の時に、コイルに印加される電圧と、マグネット１５５の回転角度との関係を示す。図４において、縦軸は印加電圧Ｖ[Ｖ]を示し、横軸はマグネット１５５の回転角度[度]を示す。図４に示されるように、マグネット１５５の磁極の境界は、３０°、９０°、１５０°、２１０°・・・というように、６０°毎に磁気検出素子３１を通過するので、コイルに印加される電圧も６０°毎に切り替わる。これは、単相全波式直流ブラシレスモータ３０では、マグネット１５５が６極であるからである。
【００２９】
したがって、マグネット１５５が、図５に示されるように２極に着磁されているならば、１８０°毎にコイルの印加電圧を切り替え、図６に示されるように４極に着磁されているならば、９０°毎にコイルの印加電圧を切り替え、図７に示されるように８極に着磁されているならば、４５°毎にコイルの印加電圧を切り替えることになる。従って、一般的に、マグネット１５５がＭ極に着磁されているならば、（３６０°／Ｍ）毎にコイルの印加電圧を切り替えることになる。
【００３０】
これに対して、コイルに流れる励磁電流ｉ［Ａ］を計算すると、図８に示すようになる。図８において、縦軸は励磁電流ｉ［Ａ］を示し、横軸はマグネット１５５の回転角度[度]を示す。図８に示されるように、印加電圧Ｖを切り替えてから徐々に励磁電流ｉが切り替わることが分かる。
【００３１】
このため、ステータ１９のコア１９１の磁極も徐々に切り替わる。例えば、図３（Ｅ）のマグネット１５５の回転角度が９０°−の時点で、図４に示されるように、コイルの印加電圧を切り替えても、ステータ１９のコア１９１は、図３（Ｆ）に示されるような磁極にはならない。
【００３２】
図８に示されるように、マグネット１５５の回転角度が９０°の時点から、励磁電流ｉが徐々に切り替わり始め、９７°の時点で励磁電流ｉが０［Ａ］になり、９７°以降で励磁電流ｉの向きが切り替わる。そのため、ステータ１９のコア１９１の磁極が切り替わるのは、マグネット１５５の回転角度が９７°以降となる。
【００３３】
励磁電流ｉ（ｔ）と、単相全波式直流ブラシレスモータ３０の発生するトルクＴは、トルク定数Ｋｔを比例定数として、下記数２に示されるように、比例関係にある。
【００３４】
【数２】
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【００３５】
図９に、トルク定数Ｋｔが一定で、最大トルクを１とした時のトルク特性を示す。図９において、縦軸は正規化したトルクを示し、横軸はマグネット１５５の回転角度[度]を示す。
【００３６】
前述したように、ステータ１９のコア１９１の磁極が、マグネット１５５の回転角度が９７°以降で切り替わるため、マグネット１５５の回転角度が９０°〜９７°の範囲のトルクは負の値となり、ロータ１５の回転を止めるブレーキとなる方向に働いている。これは、マグネット１５５の回転角度が９０°以外の角度（３０°、１５０°、２１０°）の磁極の境界でも起こり、単相全波式直流ブラシレスモータ３０の損失となる。図９より、損失となる仕事の占める割合を計算すると、約８％が損失となっている。
【００３７】
以上を要約すると、従来の単相全波式直流ブラシレスモータ３０では、図１に示されるように、磁気検出素子３１が互いに隣接するコア１９１−１、１９１−２の中央位置（図１では、垂直方向より反時計回りに３０°の位置）に配置されているため、コイルの印加電圧の切り替えに対して、ステータ１９のコア１９１の磁極の切り替わりタイミングが遅れ、約８％の損失が発生している。
【００３８】
換言すると、単相全波式直流ブラシレスモータ３０では、コイル（巻線）の抵抗値、インダクタンス値が大きくなり易く、それによってコイルの励磁電流の立ち上がりが遅れてしまうことにより、意図したタイミングでステータ１９のコア１９１を励磁することができず、効率が落ちてしまう。
【００３９】
したがって、本発明の課題は、損失を低減できる単相全波式直流ブラシレスモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４０】
本発明によれば、回転軸（Ｏ）を中心として放射状に延び、かつ前記回転軸の周方向に等角度間隔で配置されたＭ（Ｍは２以上の偶数）個のコア（１９１）を備えたステータ（１９）と、該Ｍ個のコアと対向して配置され、かつ前記回転軸の周方向に等角度間隔でＭ極に着磁された円環状のマグネット（１５５；１５５Ａ）を備えたロータ（１５；１５Ａ）と、該ロータの回転位置を検出する検出素子（３１；３１Ａ）とを備えた単相全波式直流ブラシレスモータにおいて、前記回転軸（Ｏ）の中心と前記Ｍ個のコアの中の１つの特定のコア（１９１−１）の中心とを結ぶ半径方向における所定の直線（ＳＬ）方向の角度を０°の基準として、前記ロータ（１５；１５Ａ）の回転方向（Ｒ）と逆方向に（１８０°／Ｍ）より大きく{（１８０°／Ｍ）＋（９０°／Ｍ）}より小さい角度範囲に、前記検出素子（３１：３１Ａ）を配置したことを特徴とする、単相全波式直流ブラシレスモータ（３０Ａ；３０Ｂ）が得られる。
【００４１】
上記単相全波式直流ブラシレスモータ（３０Ａ；３０Ｂ）において、前記Ｍは、例えば、６に等しくて良い。この場合、前記検出素子（３１：３１Ａ）は、前記所定の直線（ＳＬ）方向の角度を０°の基準として、前記ロータ（１５；１５Ａ）の回転方向（Ｒ）と逆方向に３０°より大きく４５°より小さい角度範囲に配置される。前記検出素子（３１；３１Ａ）は、前記所定の直線（Ｓ）方向の角度を０°の基準として、前記ロータ（１５；１５Ａ）の回転方向（Ｒ）と逆方向に実質的に３７°の角度位置に配置されることが好ましい。前記検出素子は、例えば、磁気検出素子（３１）から構成されても良いし、光学素子（３１Ａ）から構成されても良い。
【００４２】
また、本発明によれば、上記単相全波式直流ブラシレスモータを備えた遠心式ポンプ（１０）であって、前記ロータ（１５；１５Ａ）は羽根車（１５１，１５３，１３７）を備えると共に、ケーシング（２１，２５）内に収容されており、前記ステータ（１９）は前記ケーシングを介して前記マグネット（１５５；１５５Ａ）の対向面に配置されている、遠心式ポンプが得られる。
【００４３】
尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。
【発明の効果】
【００４４】
本発明では、回転軸の中心と１つの特定のコアの中心とを結ぶ半径方向における所定の直線方向の角度を０°の基準として、ロータの回転方向と逆方向に（１８０°／Ｍ）より大きく{（１８０°／Ｍ）＋（９０°／Ｍ）}より小さい角度範囲に、検出素子を配置したので、単相全波式直流ブラシレスモータの損失を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００４６】
図１０を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る単相全波式直流ブラシレスモータ３０Ａについて説明する。図示の単相全波式直流ブラシレスモータ３０Ａは、後述する遠心式ポンプに使用されるモータである。一般的に、この種の単相全波式直流ブラシレスモータにおいては、ステータはＭ（Ｍは２以上の偶数）個のコアを備え、ロータはＭ極に着磁された円環状のマグネットを備えているが、図示の単相全波式直流ブラシレスモータ３０Ａは、Ｍが６に等しい場合の例を示している。
【００４７】
図示の単相全波式直流ブラシレスモータ３０Ａは、筐体（後述する）の中心で、所定の中心軸（回転軸）Ｏ方向（図示の例では上下方向）に延在する固定軸１１を備え、この固定軸１１には軸受け１３を介してロータ１５が回転自在に取り付けられている。ロータ１５は、軸受け１３に回転自在に取り付けられた、中心軸Ｏ方向に延在する円筒部（図示せず）と、この円筒部の上端で、中心軸Ｏ方向と直交する方向（半径方向外側）に延在する円環部１５３と、この円環部１５３の下面の外周端に固定された、回転軸Ｏと同じ同心の円環状のマグネット１５５とを有する。
【００４８】
この円環状のマグネット１５５は、図２に示されるように、中心軸（回転軸）Ｏの周方向に６０°の角度間隔で６極に着磁されている。
【００４９】
固定軸１１の下端は、中心軸Ｏ方向と直交する方向（半径方向外側）へ延在する略円形平板状の基板１７に固定されている。この基板１７の主面（上面）１７ａ上に、ステータ１９が固定して取り付けられる。
【００５０】
ステータ１９は、固定軸Ｏを中心として半径方向に放射状に延びる６個のコア１９１と、これら６個のコア１９１のそれぞれに巻回したコイル１９３とを有する。６個のコア１９１は、回転軸Ｏの周方向に６０°の角度間隔で配置されている。
【００５１】
基板１７の上面１７ａ上には、ロータ１５の回転位置を検出する検出素子としての磁気検出素子３１が、後述するように、配置されている。また、基板１７の上面１７ａ上には、駆動素子３２も配置されている。駆動素子３２には、磁気検出素子３１からの検出信号が送出される。この検出信号に応答して、駆動素子３２は、コイル１９３に印加する電圧（に流す励磁電流の方向）を切り替え、これによって、ロータ１５を所定の回転方向に回転させる。
【００５２】
また、ロータ１５の円環部１５３の上面には、中心軸Ｏを中心として、半径方向へ放射状に延在する４枚の羽根１５７が固定されている。これら４枚の羽根１５７と上記円環部１５３と上記円筒部とによって、羽根車が構成されている。換言すれば、ロータ１５は、羽根車とマグネット１５５とによって構成される。
【００５３】
図１１を参照して、回転軸Ｏの中心と６個のコア１９１の中の１つの特定のコア１９１−１の中心とを結ぶ半径方向における所定の直線ＳＬ方向の角度を０°の基準として、ロータ１５の回転方向Ｒと逆方向に３０°より大きく４５°より小さい角度範囲に、上記磁気検出素子３１が配置されている。
【００５４】
図１１に示す例では、磁気検出素子３１は、所定の直線ＳＬ方向の角度を０°の基準として、ロータ１５の回転方向Ｒと逆方向に実質的に３７°の角度位置に配置されている。
【００５５】
前述したように、従来の単相全波式直流ブラシレスモータ３０では、図１に示されるように、磁気検出素子３１を隣接する二本のコア１９１−１、１９１−２の中央位置（図１では、垂直方向より反時計回りに３０°の角度位置）に配置していた。その為、コイル１９３への印加電圧の切り替えに対して、ステータ１９のコア１９１の磁極の切り替わりタイミングが遅れ、約８％の損失が発生していた。
【００５６】
これに対して、本実施の形態に係る単相全波式直流ブラシレスモータ３０Ａでは、図１１に示されるように、磁気検出素子３１を隣接する二本のコア１９１−１、１９１−２の中央位置から磁極の境界の検出タイミングが早まる方向の位置（図１１では、垂直方向より反時計回りに３７°の角度位置）に配置している。すなわち、切り替わりの遅れを見越して、コイル１９３への印加電圧を早めに切り替えるようにしている。
【００５７】
図１１に示すように、磁気検出素子３１の配置角度を、従来の場合よりもロータ１５の回転方向Ｒと逆方向に７°ずらした結果、コイル１９３の印加電圧の切り替えの、マグネット１５５の回転角度が、図１２に示されるように、２３°、８３°、１４３°、２０３°、・・・のようになる。
【００５８】
これに対して、コイル１９３を流れる励磁電流ｉ[Ａ]を計算すると、図１３に示されるように、図８に示した従来例の特性を７°左にずらした形となる。したがって、マグネット１５５の回転角度が８３°の時点から、励磁電流が徐々に切り替わり始め、９０°の時点では励磁電流が０［Ａ］になり、９０°以降で励磁電流の向きが切り替わる。その結果、ステータ１９のコア１９１の磁極も、マグネット１５５の回転角度が９０°以降で切り替わる。
【００５９】
従来の単相全波式直流ブラシレスモータ３０では、その発生トルクが図９に示されるような特性を持つに対して、本実施の形態に係る単相全波式直流ブラシレスモータ３０Ａでは、その発生トルクは図１４に示されるような特性を持つ。
【００６０】
図９と図１４とを比較して明らかなように、従来の単相全波式直流ブラシレスモータ３０の発生トルクは負になる角度範囲があるのに対して、本実施の形態に係る単相全波式直流ブラシレスモータ３０Ａでは負になる発生トルクは存在しない。その結果、損失が低減される。
【００６１】
図１５に図１４のマグネット１５５の９０°〜１５０°の角度範囲付近を拡大して示す。図１５において、第１の斜線部ＯＬ１は、本実施の形態に係る単相全波式直流ブラシレスモータ３０Ａの発生トルクが従来の単相全波式直流ブラシレスモータ３０の発生トルクを上回っている部分である。これは、上述したように、コイル１９３への印加電圧を切り替えるタイミングを従来よりも７°だけ早めた為、コイル１９３の励磁電流の立ち上がりも早まるからである。結果として発生トルクが早く立ち上がるので、本実施の形態に係る単相全波式直流ブラシレスモータ３０Ａの発生トルクが大きくなる。これにより、従来の単相全波式直流ブラシレスモータ３０と比較して、本実施の形態に係る単相全波式直流ブラシレスモータ３０Ａの仕事量が２４％増加する。
【００６２】
一方、第２の斜線部ＯＬ２は、本実施の形態に係る単相全波式直流ブラシレスモータ３０Ａの発生トルクが従来の単相全波式直流ブラシレスモータ３０の発生トルクを下回っている部分である。これは、コイル１９３への印加電圧の切り替えを従来よりも７°だけ早めた為、コイル１９３の印加電圧が早く逆転し、コイル１９３を流れる励磁電流がそれに伴って早いタイミングで減少するからである。その結果、本来コイル１９３に流れていたはずの励磁電流が流れなくなり、発生トルクの減少が起こっている。これにより、従来の単相全波式直流ブラシレスモータ３０と比較して、本実施の形態に係る単相全波式直流ブラシレスモータ３０Ａの仕事量が９％減少する。
【００６３】
結果として、差し引き１５％だけ、本実施の形態に係る単相全波式直流ブラシレスモータ３０Ａの仕事量を増加させることができる。
【００６４】
上述した実施の形態では、磁気検出素子３１の配置角度を、従来例の配置角度位置から反時計回りに７°だけずらした場合を例に挙げて説明した。
【００６５】
図１６に、磁気検出素子３１の配置角度を、従来例の配置角度位置から反時計回りに０°〜１５°の範囲で変化させた時の単相全波式直流ブラシレスモータ３０Ａの仕事量の増加率を示す。すなわち、図１６は、従来の単相全波式直流ブラシレスモータ３０における磁気検出素子３１の配置角度を０°の基準とした場合に、その仕事量の増加率を０％として示している。図１６において、縦軸は増加率[％]を示し、横軸は従来の磁気検出素子３１の配置角度（０°）からのずれ角度[度]を示している。
【００６６】
図１６に示されるように、ずれ角度が０°から大きくなるに従って仕事量の増加率が増加し、７°をピークとして、それ以降の角度では、仕事量の増加率が減少し、およそ１６°で仕事量の増加率が０％となり、従来の単相全波式直流ブラシレスモータ３０と等しくなる。すなわち、磁気検出位置３１の配置角度を、従来例のときよりも反時計方向に１６°以上ずらすと、従来の単相全波式直流ブラシレスモータ３０よりも仕事量が減少することが分かる。
【００６７】
従って、実際上、磁気検出素子３１の配置角度のずれ角度は、実質的には１５°が限界であるといえる。したがって、磁気検出素子３１のずれ角度（移動量）は、０°より大きく１５°より小さい角度範囲であれば良く、７°が最適であることが分かる。
【００６８】
換言すれば、Ｍが６の場合、図１１に示されるように、磁気検出素子３１は、所定の直線ＳＬ方向の角度を０°の基準として、ロータ１５の回転方向Ｒと逆方向に３０°より大きく４５°より小さい角度範囲に配置されれば良い。一般化すれば、回転軸Ｏの中心とＭ個のコア１９１の中の１つの特定のコア１９１−１の中心とを結ぶ所定の直線ＳＬ方向の角度を０°の基準として、ロータ１５の回転方向Ｒと逆方向に（１８０°／Ｍ）より大きく｛（１８０°／Ｍ）＋（９０°／Ｍ）｝より小さい角度範囲に、磁気検出素子３１を配置すれば良い。
【００６９】
上述した実施の形態では、検出素子として磁気検出素子３１を使用した例について述べているが、検出素子は、磁気検出素子３１に限定されず、後述するような、光学素子（フォトセンサ）等の他の素子（センサ）を使用しても良い。
【００７０】
図１７を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る単相全波式直流ブラシレスモータ３０Ｂについて説明する。図示の単相全波式直流ブラシレスモータ３０Ｂは、検出素子として磁気検出素子３１の代わりに光学素子（フォトセンサ）３１Ａを用いると共に、ロータが後述するように変更されている点を除いて、図１０に示した単相全波式直流ブラシレスモータ３０Ａと同様の構成を有する。従って、ロータに１５Ａの参照符号を付している。図１０に示されたものと同様の機能を有するものには、同一の参照符号を付し、以下では異なる点について詳細に説明する。
【００７１】
図１０に示す単相全波式直流ブラシレスモータ３０Ａにおいては、ロータ１５のマグネット１５５のＮ極・Ｓ極の境界を検出するために磁気検出素子３１を用いている。これに対して、図１７に示す単相全波式直流ブラシレスモータ３０Ｂでは、磁気検出素子３１の代わりに光学素子（フォトセンサ）３１Ａを用いている。図示の光学素子（フォトセンサ）３１Ａはフォトインタラプタである。
【００７２】
その際に、ロータ１５を後述するようなロータ１５Ａに変更している。ロータ１５Ａは、マグネットの構造（形状）が相違している点を除いて、図１０に示すロータ１５と同様の構成を有する。従って、マグネットに１５５Ａの参照符号を付してある。マグネット１５５Ａは、図１７に示されるように、光学素子３１Ａにおける光線（透過光）が通過する位置に、切り欠き１５５ａを持つ。
【００７３】
このような構造によれば、光学素子３１Ａは透過光の有無を検出信号として駆動素子３２へ送出する。この検出信号に応答して、駆動素子３２は、ステータ１９のコイル１９３への印加電圧を切り替え、それによってステータ１９のコア１９１の磁極を切り替えることができる。
【００７４】
尚、図１０における磁気検出素子３１の場合と同様に、光学素子３１Ａは、所定の直線ＳＬ方向の角度を０°の基準として、ロータ１５Ａの回転方向Ｒと逆方向に３０°より大きく４５°より小さい角度範囲に配置されている。
【００７５】
図１７に示す実施の形態では、光学素子３１Ａとして透過型のものを使用しているが、反射型のものを使用しても良い。この場合、ロータのマグネットには、切り欠きの代わりに反射板を設ける。このような構造では、光学素子は反射光の有無を検出信号として駆動素子３２へ送出する。この検出信号に応答して、駆動素子３２は、ステータ１９のコイル１９３への印加電圧を切り替え、それによってコア１９１の磁極を切り替えることができる。
【００７６】
以下、図１８及び図１９を参照して、図１０に示した単相全波式直流ブラシレスモータ３０Ａをモータとして採用した遠心式ポンプ１０について説明する。
【００７７】
図示の遠心式ポンプ１０は、筐体（後述する）の中心で、所定の中心軸Ｏ方向（図示の例では上下方向）に延在する固定軸１１を備え、この固定軸１１には軸受け１３を介してロータ１５が回転自在に取り付けられている。ロータ１５は、軸受け１３に回転自在に取り付けられた、中心軸Ｏ方向に延在する円筒部１５１と、この円筒部１５１の上端で、中心軸Ｏ方向と直交する方向（半径方向外側）に延在する円環部１５３と、この円環部１５３の下面の外周端に固定された、固定軸１１と同心の円環状のマグネット１５５とを有する。前述しように、このマグネット１５５は周方向に着磁されている。
【００７８】
固定軸１１の下端は、後述する下ケースの支持部を介して、中心軸Ｏ方向と直交する方向（半径方向外側）へ延在する略円形平板状の基板１７に固定されている。この基板１７の主面（上面）１７ａ上に、単相全波式直流ブラシレスモータ３０Ａのステータ１９が固定して取り付けられている。ステータ１９は、固定軸１１を中心として放射状に延びる６個のコア１９１と、これら６個のコア１９１のそれぞれに巻回したコイル１９３と有する。
【００７９】
ステータ１９とロータ１５との間に下ケース２１が配置されている。詳述すると、下ケース２１は、固定軸１１の下端部を固定して支持する略円柱状の下支持部２１１と、ロータ１５の円筒部１５１の下面と所定の空間を空けて対向するように、下支持部２１１の上端部側から半径方向外側へ延在する第１の円環部２１２と、ロータ１５の円筒部１５１の外周面と所定の空間を空けて対向するように、第１の円環部２１２の外周端から上方へ延在する第１の円筒部２１３と、ロータ１５の円板部１５３の下面と所定の空間を空けて対向するように、第１の円筒部２１３の上端から半径方向外側へ延在する第２の円環部２１４と、ロータ１５の永久磁石１５５の内周面と所定の空間を空けて対向するように、第２の円環部２１４の外周端から下方へ延在する第２の円筒部２１５と、ロータ１５のマグネット１５５の下面と所定の空間を空けて対向するように、第２の円筒部２１５の外周下端から半径方向外側へ延在する第３の円環部２１６と、ロータ１５のマグネット１５５の外周面と所定の空間を空けて対向するように、第３の円環部２１６の外周端から上方へ延在する第３の円筒部２１７と、この第３の円筒部２１７の上周端から半径方向外側へ延在する延在する第４の円環部２１８とを有する。
【００８０】
ステータ１９は、下ケース２１の第１の円筒部２１３と、第２の円環部２１４と、第２の円筒部２１５との間に形成された空間内に配置される。一方、ロータ１５のマグネット１５５は、下ケース２１の第２の円筒部２１５と、第３の円環部２１６と、第３の円筒部２１７との間に形成された空間内に配置される。したがって、ロータ１５のマグネット１５５とステータ１９とは、下ケース２１の第２の円筒部２１５を間に挟んで、互いに対向して配置される。
【００８１】
下ケース２１は、第４の円環部２１３の上面の内周縁近傍から上方へ、固定軸１１と同心に、突出する円環状突出部２１９を備えている。この円環状突出部２１９の外周壁にはリング状のシールゴム２３が配置されている。
【００８２】
ロータ１５の円環部１５３の上面には、固定軸１１を中心として、半径方向へ放射状に延在する４枚の羽根１５７が固定されている。これら４枚の羽根１５７と上記円環部１５３と上記円筒部１５１とによって、羽根車が構成されている。換言すれば、ロータ１５は、羽根車とマグネット１５５とによって構成されている。
【００８３】
ロータ１５は、上述した下ケース２１と後述する上ケース２５との間に形成される空間内に配置される。
【００８４】
上ケース２５は、固定軸１１の上端部を固定して支持する円筒状の上支持部２５１と、この上支持部２５１から所定距離だけ離れて、上支持部２５１との間で流路用の空間を形成する円筒管２５２と、上記４枚の羽根１５７を覆うように、円筒管２５２から半径方向外側へ延在するカップ状部２５３と、下ケース２１の第４の円環部２１８の上面と対向するように、カップ状部２５３の外周下端から半径方向外側へ延在する円環部２５４とを備えている。
【００８５】
上ケース２５は、水などの液体を吸い込む（流入する）ための吸込管（流入管）２５６と、液体を吐き出す（流出する）ための吐出管（流出管）２５７とを更に備える。
【００８６】
吸込管（流入管）２５６は、カップ状部２５３の上面上に中心軸Ｏ方向と直交する方向（半径方向又は水平方向）に延在して配置されており、吸込口（流入口）２５６ａを介して上ケース２５の中央部で上記円筒管２５２と連結されている。従って、液体は、吸込管２５６中を半径方向に沿って外側から内側へ流れ、吸込口２５６ａで直角に中心軸Ｏ方向に曲げられて、円筒管２５２を通り、羽根車へ導出される。
【００８７】
吐出管（流出管）２５７は、円環部２５４の上面上に中心軸Ｏ方向と直交する面（水平面）内で延在して配置されており、吐出口（流出口）２５７ａを介して上ケース２５のカップ状部２５３と外周部で連結されている。従って、回転する羽根車によって圧送された液体は、カップ状部２５３の外周部から吐出口（流出口）２５７ａを介して、吐出管２５７中を流れて水平方向に沿って吐き出される。
【００８８】
尚、円筒管２５２の上端は、円板状のキャップ２５８によって閉じられている。また、円環部２５４は、その下面側に円環状の凹部２５４ａを有する。この円環状の凹部２５４ａに、下ケース２１の円環状突出部２１９とリング状のシールゴム２３とが挿入され、下ケース２１と上ケース２５との間に挟まれた空間を密閉している。とにかく、下ケース２１と上ケース２５との組み合わせによって、遠心式ポンプ１０のケーシング（筐体）が構成されている。
【００８９】
以上、本発明について好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。例えば、上述した実施の形態の単相全波式直流ブラシレスモータは遠心式ポンプにのみ応用されるものでなく、種々の用途に応用可能なのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】従来の単相全波式直流ブラシレスモータの要部を示す平面図である。
【図２】図１の単相全波式直流ブラシレスモータのロータに用いられる、６極に着磁された円環状のマグネットを示す平面図である。
【図３】図１に示した単相全波式直流ブラシレスモータの動作を説明するための要部の平面図である。
【図４】図１に示した単相全波式直流ブラシレスモータのステータのコイルに印加される電圧と、ロータのマグネットの回転角度との関係を示す図である。
【図５】図１の単相全波式直流ブラシレスモータのロータに用いられる、２極に着磁された円環状のマグネットを示す平面図である。
【図６】図１の単相全波式直流ブラシレスモータのロータに用いられる、４極に着磁された円環状のマグネットを示す平面図である。
【図７】図１の単相全波式直流ブラシレスモータのロータに用いられる、８極に着磁された円環状のマグネットを示す平面図である。
【図８】図１に示した単相全波式直流ブラシレスモータのステータのコイルに流れる励磁電流と、ロータのマグネットの回転角度との関係を示す図である。
【図９】図１に示した単相全波式直流ブラシレスモータの発生トルクと、ロータのマグネットの回転角度との関係を示すトルク特性図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る単相全波式直流ブラシレスモータの外観を示す分解斜視図である。
【図１１】図１に示した単相全波式直流ブラシレスモータの要部を示す平面図である。
【図１２】図１及び図１０に示した単相全波式直流ブラシレスモータのステータのコイルに印加される電圧と、ロータのマグネットの回転角度との関係を示す図である。
【図１３】図１及び図１０に示した単相全波式直流ブラシレスモータのステータのコイルに流れる励磁電流と、ロータのマグネットの回転角度との関係を示す図である。
【図１４】図１及び図１０に示した単相全波式直流ブラシレスモータの発生トルクと、ロータのマグネットの回転角度との関係を示すトルク特性図である。
【図１５】図１４のマグネットの９０°〜１５０°の角度範囲付近を拡大して示すトルク特性図である。
【図１６】磁気検出素子の配置角度を、従来例の配置角度位置から反時計回りに０°〜１５°まで変化させた時の、図１０に示す単相全波式直流ブラシレスモータの仕事量の増加率を示す図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る単相全波式直流ブラシレスモータの外観を示す分解斜視図である。
【図１８】図１０に示した単相全波式直流ブラシレスモータを備えた遠心式ポンプの外観構成を示す分解斜視図である。
【図１９】図１８の線ＸＩＸ−ＸＩＸについての分解断面図である。
【符号の説明】
【００９１】
１０    遠心式ポンプ
１１    固定軸
１３    軸受け
１５、１５Ａ    ロータ
１５１    円筒部
１５３    円環部
１５５、１５５Ａ    マグネット
１５５ａ    切り欠き
１５７    羽根
１７    基板
１９    ステータ
１９１    コア
１９１−１    特定のコア
１９３    コイル
２１    下ケース
２３    シールゴム
２５    上ケース
２５６    吸込管（流入管）
２５６ａ    吸込口（流入口）
２５７    吐出管（流出管）
２５７ａ    吐出口（流出口）
Ｏ    中心軸（回転軸）
３０Ａ、３０Ｂ    単相全波式直流ブラシレスモータ
３１    磁気検出素子
３１Ａ    光学素子（フォトセンサ）
３２    駆動素子
ＳＬ    所定の直線
Ｒ    ロータの回転方向
【図１】
2007151250.tif 000005
【図２】
2007151250.tif 000006
【図３】
2007151250.tif 000007
【図４】
2007151250.tif 000008
【図５】
2007151250.tif 000009
【図６】
2007151250.tif 000010
【図７】
2007151250.tif 000011
【図８】
2007151250.tif 000012
【図９】
2007151250.tif 000013
【図１０】
2007151250.tif 000014
【図１１】
2007151250.tif 000015
【図１２】
2007151250.tif 000016
【図１３】
2007151250.tif 000017
【図１４】
2007151250.tif 000018
【図１５】
2007151250.tif 000019
【図１６】
2007151250.tif 000020
【図１７】
2007151250.tif 000021
【図１８】
2007151250.tif 000022
【図１９】
2007151250.tif 000023