[发明专利]单相无刷电动机

说明书

本发明涉及一种能够以非常简单的结构自起动的单相无刷电动机，本发明适于用在例如用于计算机、开关电源等的冷却的轴流扇电动机等的使用领域中。

通常，无刷电动机由于具有转矩形状比大及控制性良好等直流电动机的特征并且可靠性较高，则在近年来被广泛使用。而且，在一般广泛使用的无刷电动机中，主要是2相和3相的。

对于单相无刷电动机，如图13(a)的部分所示那样，表示出由电枢线圈通电时的电枢线圈所得到的电磁转矩曲线1-1。其中，在图13中，横轴上为旋转角，纵轴上为转矩的大小。

对于与之对应的2相无刷电动机，由于有在电角度上相差π/2(π是电角度上的180度)角度相位的2相电枢线圈，如图13(b)的部分所示那样，表示出在该2相电枢线圈通电时分别由2相电枢线圈所得到的电磁转矩曲线1-1，1-2。

因此，如图13(e)所示那样，表示出将这两个电磁转矩曲线1-1和1-2合成时的合成转矩曲线2-1，没有转矩为零点即死点。

这样，如果在该两相无刷电动机中通电，由于无论在什么旋转位置上都没有转矩为零的点，能够自起动旋转。

而且，对于3相无刷电动机，由于有在电角度上相差π/3角度相位的3相电枢线圈，如图13(d)的部分所示那样，表示出当该3相电枢线圈通电时分别由3相电枢线圈所得到的电磁转矩曲线1-1，1-3及1-4。

因而，如图13(e)的部分所示那样，表示出将3条电磁转矩曲线1-1、1-3和1-4合成时的合成转矩曲线2-2，与2相无刷电动机相同，没有转矩为零的点即死点。

这样，如果在该3相无刷电动机中通电，则无论在什么旋转位置上都能自起动旋转。而且，象合成转矩曲线2-2所表明的那样，由于比合成转矩曲线2-1更平滑，电动机能进行平滑旋转，就能得到性能良好的电动机。对于转矩是有利的。

其中，对于无刷电动机，由于检测磁场磁体的N极、S极磁极的霍耳元件等磁传感器和使用该磁传感器来对电枢线圈的通电进行切换的电路(所谓驱动电路、电子换向电路)只对电动机的相数状态是必要的，则就有电动机的相数越多就越昂贵的缺点。

因此，在必须廉价地形成为逆风而进行冷却的目的所使用的轴流扇电动机的装置中，使用这样昂贵的相数多的无刷电动机，不是一个好办法。

为此，在必须廉价形成轴流扇电动机的装置中，最好是磁传感器用1个就行从而驱动电路用1相就足够的，能够廉价构成的单相无刷电动机。

但是，该单相无刷电动机在电枢线圈的通电切换点上，转矩为零，具有所谓的“死点”。参照图13(a)，在单相无刷电动机的情况下，由于电枢线圈为单相配置，电枢线圈通电时所得到的电磁转矩曲线1-1，在2π角度内的通电切换点上，具有两处转矩过零的死点3-1、3-2位置。在由这样的死点3-1、3-2位置而使磁场磁体停止的情况下，一但磁传感器停在对着死点的位置上，即使向该单相无刷电动机通电也不能得到旋转转矩，由于成了不能自起动旋转的电动机，就不适于实用。当磁场磁体停在死点3-1、3-2位置上时，由于磁传感器成为检测磁场磁体的N极和S极的磁极边界部的状态，就不能从磁传感器得到输出信号，就不会输出向电枢线圈通电的信号，就不会向电枢线圈通电，磁场磁体不会自起动旋转。

为此，在单相无刷电动机上，提供由电枢线圈和磁场磁体所得到的电磁转矩，并通过附加齿槽效应转矩(磁阻转矩)来消除死点位置的该电动机停止现象，就能自起动。其典型的例子为图14所示的美国专利第3,873,897号。其在圆筒型铁心构造的电动机中，这样进行突极7的表面加工：使通过并对着磁场磁体24′和径向气隙4的绕着电枢线圈9的定子铁心6的铁心突极7表面在上述径向气隙的长度上形成倾斜，因此，结构变得复杂。由于绕着电枢线圈9的铁心突极形的铁心构造，除了因结构复杂而变得昂贵之外，还具有重量重的缺点。该结构的电动机，对于适用于最近所需要的常上型计算机等小型装置中的小型电动机，由这样结构的表面形成厚度更薄的轻型轴流扇电动机是困难的。

在能够自起动的单相无刷电动机中，为了得到理想的转矩一旋转角曲线，就必须得到图15所示的合成转矩曲线2-3。5是为了得到从死点位置上脱离出的转矩的磁阻转矩曲线，由电磁转矩曲线1-1及磁阻曲线5所表明的那样，磁阻转矩最好为电磁转矩的2分之1的大小。这样的话，在旋转角的全部区域中，得到成为大致相同的旋转转矩的合成转矩曲线2-3。