JPH0870562A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複雑な構造上の工夫を要することなく、高い
起動信頼性が得られ、無通電コギングがあっても回転む
らがなく、高トルクが得られる新規なブラシレスモータ
を提供する。 【構成】 複数のスロットを有するステータコアの任意
のティースにそれぞれコイルを巻装して構成されたステ
ータと、このステータに対向して回転自在に設けられ周
方向に異極を交互に配列してなるロータマグネットと、
このロータマグネットの磁束を検出するセンサとを備
え、各ティースに巻装された各コイルにより１つの回路
網を形成し、この回路網を単相電源による双方向通電に
より同時に通電するようにし、各コイルへの通電によっ
て発生する磁束の増磁成分と減磁成分とのそれぞれの和
は大きさが異なるようにし、この増磁成分と減磁成分と
の大きさの差分による起磁力により、無通電コギングの
少なくとも一部を相殺するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マグネット式小型モー
タ全般に係わり、特にスピンドルモータおよび各種マイ
クロモータ等に好適なブラシレスモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＨＤＤ用スピンドルモータや
マグネット式小型モータ等のブラシレスモータにあって
は、各種の構造が採用されているが、そのほとんどは、
複数のスロットを有するステータコアの各ティースに多
相のコイルを巻装してステータを構成し、このステータ
に対向して、周方向に異極を交互に配列して構成された
円環状のロータマグネットを回転自在に設け、多相のコ
イルへの通電を選択的に切り換えることにより、コイル
電流により発生した磁極歯上の電磁極とロータマグネッ
トの磁極との電磁相互作用によりロータマグネットを備
えたロータを回転するようにしている。

【０００３】この場合、ロータマグネットの極性と磁束
の交番位置とをホール素子等のセンサまたはコイルの誘
起電圧で検出することにより、通電タイミングの切り換
えを制御する構成になっている。

【０００４】ところで、このような構成のブラシレスモ
ータにあっては、ロータとステータとの間に無通電ゴギ
ングを有し、両者の相対位置によっては起動死点を形成
することがあるばかりでなく、回転むらを大きくすると
いった欠点がある。このため、ロータの起動信頼性を高
め、回転むらを抑えるために、ステータのスロット数と
ロータマグネットの磁極数とに３相ドライブ等の特別な
関係を持たせたり、複数のセンサを用い、あるいは、ス
テータに起動用の補極を設けて死点を避ける場合もあ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来のブラシレスモータにあっては、無通電ゴギング
を避けるためにステータのスロット数とロータマグネッ
トの磁極数とに特別な関係を持たせる構造では、その組
み合わせが限定されるため、回転トルク等の性能が高い
にも拘らず無通電コギングのために実用されていない領
域（組み合わせ）が存在するといった問題がある。

【０００６】また、複数のセンサを用いたり、ステータ
に補極を設ける等の場合、複数エレメント間の平衡をと
る必要から構造が複雑となり、モータが大形になるだけ
でなく高価になる問題を有している。

【０００７】なお、従来技術においては、モータのトル
ク変動（ｄＴ／ｄｔ）を検出してこれを電流変化（ｄｉ
／ｄｔ）によって補正つまり打ち消すようにしたトルク
むら低減化駆動制御系を採用したモータもあるが、これ
を実現する回路手段は非常に高価なため、普及していな
いのが実状である。

【０００８】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題点に留意してなされたものであり、その目的とする
ところは、複雑な構造上の工夫を要することなく、高い
起動信頼性が得られ、無通電コギングがあっても回転む
らがなく、高トルクが得られる新規なブラシレスモータ
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、複数のスロットを有するステータコアの
任意のティースにそれぞれコイルを巻装して構成された
ステータと、このステータに対向して回転自在に設けら
れ周方向に異極を交互に配列してなるロータマグネット
と、このロータマグネットの磁束を検出するセンサとを
備え、各ティースに巻装された各コイルにより１つの回
路網を形成し、この回路網を単相電源による双方向通電
により同時に通電するようにし、各コイルへの通電によ
って発生する磁束の増磁成分と減磁成分とのそれぞれの
和は大きさが異なるようにし、この増磁成分と減磁成分
との大きさの差分による起磁力により、無通電コギング
の少なくとも一部を相殺するようにしたものである。

【００１０】この場合、各ティースに巻装された各コイ
ルの極性を、増磁性と減磁性との数を異なるようにする
のが実施し易い。また、各ティースに巻装された各コイ
ルを、増磁性と減磁性とで巻数を異ならせるのも好まし
い。さらに、各ティースに巻装された各コイルを、増磁
性と減磁性とを並列接続してこの巻線の線径を異ならせ
るのもよい。

【００１１】また、コイルへの通電方向を、ステータコ
アの磁気余効時間より長い休止期間を含まないで通電方
向を逆転させると、磁束密度の変化幅を高めることがで
きるため、このような逆励時により行うのがよく、その
結果、起動時やロック時、再起動に際して高トルクを得
ることができる。

【００１２】

【作用】従来のブラシレスモータによれば、ステータコ
アの各ティースに巻回されたコイルは選択的に励磁さ
れ、各コイルの通電によって発生する磁束の増磁成分と
減磁成分の大きさは相等しくなるように設計されてお
り、したがって無通電コギングが通電により打ち消され
ることは起こらない。

【００１３】これに対して、前述した本発明のブラシレ
スモータによれば、ステータコアの各ティースに巻回さ
れたコイルを励磁すると、この時、各コイルへの通電に
よって発生する磁束の増磁成分と減磁成分とのそれぞれ
の大きさの和が異なっているため、この増磁成分と減磁
成分との大きさの差分による起磁力により、無通電コギ
ングの少なくとも一部を相殺し得る。つまり、無通電の
コギングの総和を磁束の増磁成分と減磁成分との大きさ
の差分による起磁力により減殺でき、したがって、ロー
タマグネットに滑らかな回転力が発生し、ロータが円
滑、低振動の状態で回転する。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例につき、図面を参照して説明
する。まず、第１の実施例につき、図１〜図４を用いて
説明する。図２は、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体を回転駆
動するマイクロモータに適用した場合を示す。なお、こ
の分野のスピンドルモータに対しては、トラッキング及
びフォーカスエラーの観点から、これまで単相励磁は使
用できないとされていた。

【００１５】図２において、駆動装置に固定される珪素
鋼板等よりなる基板１０には取付孔１２が形成され、こ
の取付孔１２に円筒状のスリーブ１４が、その軸心を基
板１０に対し直交させてかつ下方に突出した状態で固定
され、スリーブ１４の内側に一対の含油軸受１６，１８
を介してシャフト２０が回転自在に支持されている。シ
ャフト２０の上下端部はそれぞれスリーブ１４より上下
に導出している。

【００１６】スリーブ１４の下半部の外周には、ステー
タコア２２にコイル２４を巻回して構成されたステータ
２６が固定され、シャフト２０の下端部に、ステータ２
６の外周を囲繞して配設されたカップ状のロータホルダ
２８がかしめ等により固定され、このロータホルダ２８
の円筒壁の内周面に円環状のロータマグネット３０が固
定されている。ロータマグネット３０はステータ２６の
外周面に対し若干の空隙を介して対向している。このロ
ータホルダ２８とロータマグネット３０とによりロータ
３２が構成されている。

【００１７】シャフト２０の上端部には、基板１０の上
側に位置するターンテーブル３４が圧入固定され、これ
に図外のＣＤ（記録媒体）が載置される。基板１０の下
面のロータマグネット３０に対応する位置には、１個の
ホール素子よりなるセンサ３６が配設され、ロータマグ
ネット３０の磁束を検出する。

【００１８】図３は、前記マイクロモータにおけるステ
ータ２６とロータ３２との関係を示したものである。な
お、コイル２４は省略してある。

【００１９】ステータ２６のステータコア２２は１方向
性珪素鋼板からなる６スロット構成であり、６個のティ
ース（、、、、、）３８が円周方向に等間
隔に配列されている。ステータコア２２の磁化方向つま
り磁化容易軸の方向は、任意の１つのティース（）３
８の突出方向に対して偏角θ（約１０度）を有する。こ
の偏角θは、ステータコア２２のスロット数に基づく電
気角の関係から角度の倍増効果を有する。

【００２０】ステータコア２２の各ティース（、、
、、、）３８にはそれぞれコイル（、、
、、、）２４が巻回されているが、これらコイ
ル（、、、、、）２４は、図１に示すよう
に、３つのコイル（、、）２４の直列回路と３つ
のコイル（、、）２４の直列回路とを並列接続し
て１つの回路網４０を構成している。この場合、各コイ
ル（、、、、、）２４はそれぞれ同一巻き
数に設定されているが、２つのコイル（、）と他の
コイル（、、、）２４とは巻方向が異なり、従
って増磁性のコイル数と減磁性のコイル数とが異なるよ
うになっている。なお、図１において、Ｒ１，Ｒ２（Ｒ
１＝Ｒ２）はコイルの直流抵抗を示す。

【００２１】一方、ロータマグネット３０は、８ポール
構成であり、周方向にＮ極とＳ極とが交互に配列されて
８個の磁極を形成している。なお、８ポールの他４ポー
ル（図示せず）も使用でき、８ポールと同等以上に良好
なモータ特性を得ることができる。前記センサ３６は、
基板１０の下面においてステータコア２２の任意の隣合
う２つのティース（、）３８間中央の径方向外側に
ロータマグネット３０に向かい合って配置されている。

【００２２】図４は、モータ制御回路４２の概略構成を
示したものである。このモータ制御回路４２は、直流電
源４４に接続され回路網４０に直流電流を供給する電源
制御部４６と、回路網４０に接続されたスイッチング素
子、例えばトランジスタＴ１〜Ｔ４をスイッチング制御
する励磁電流制御部４８とを有している。

【００２３】この電源制御部４６は、ＣＤの再生時に得
られるＣＬＶ信号により回路網４０に供給する電流を制
御し、ロータ３２の回転速度を制御する。また、励磁電
流制御部４８は、各コイル２４を実質的に休止期間を含
まずステータコア２２の磁化が残留する間に通電方向が
逆転する双方向通電により同時に駆動し、かつ、通電に
よって形成されるステータコア２２の各電磁極がロータ
マグネット３０の対向磁極に対して総合的に回転力を生
じるようセンサ３６の検出信号を用いてコイル２４を励
磁する。

【００２４】このように構成されたマイクロモータにあ
っては、モータ制御回路４２によりステータ２６の各コ
イル２４による回路網４０を駆動すると、ステータコア
２２が方向性を有することによりモータ内の磁束のパス
が変位することによってセンサ電圧を得て、モータは死
点なく起動する。起動後は該ステータ２６の各ティース
３８は、コイル（、）２４とコイル（、、、
）２４との巻方向に応じて磁化されるため、発生する
磁化力の差分に従って回転力が生じ、例え無通電コギン
グを有していてもロータ３２が速やかに加速する。

【００２５】ロータ３２が起動すると、センサ３６によ
りロータマグネット３０の回転位置つまり磁極の境目が
検出され、この検出信号により直接あるいは信号を遅延
した上で回路網４０への通電方向を切り換えることによ
り各ティース３８にロータマグネット３０の対向磁極に
対し総合的に逆極性になる電磁極が形成され、ロータ３
２に連続して回転力を与えることが可能となる。

【００２６】特に、この実施例の場合、ロータ３２の無
通電の停止時には、ロータマグネット３０の各磁極がス
テータコア２２の先端の各ティップに対向しているが、
起動時、コイル２４への通電によりステータコア２２を
磁化すると、各ティップにおける磁化中心がティップの
中心から偏角θだけずれるため、ロータマグネット３０
の各磁極の中心と各ティップ４０磁化中心とがずれ、ロ
ータマグネット３０にこれらのずれ角度に基づく回転力
が作用し、ロータ３２が速やかに起動する。

【００２７】また、従来のブラシレスモータでは、主に
３相バイポーラが用いられているが、この場合、ある時
間において６スロットとすれば内４スロットが通電され
るのみで２スロットは停止していた。従って、ロータ１
回転について起磁力は４個のティースから発生する。こ
れに対して本発明では、１回転当たり６個のティースか
ら起磁力が発生するから、そのトルク出力の割合にし
て、急速な加減速を実現できる。

【００２８】図５及び図６は、１２ポール９スロットの
場合を示した第２の実施例である。ステータ５０のステ
ータコア５２は９スロット構成であり、９個のティース
（、、、、、、、、）５４が周方向
等間隔つまり４０度間隔で配列されている。この各ティ
ース（、、、、、、、、）５４には
それぞれコイル（、、、、、、、、
）５６が巻回されているが、これらコイル（、、
、、、、、、）５６は、図６に示すよう
に、４つのコイル（、、、、）５６及び１つの
コイル（）を２等分した時の一方のコイル（’）５
６の直列回路と、４つのコイル（、、、）５６
及び１つのコイル（）を２等分した時の他方のコイル
（’’）５６の直列回路とを並列接続して１つの回路
網５８を構成している。

【００２９】この場合、各コイル（、、、、
、、、、）５６はそれぞれ同一巻き数に設定
されているが、４つのコイル（、、、）５６と
５つのコイル（、、、、）５６とは巻方向が
異なり、従って増磁性のコイル数と減磁性のコイル数と
が異なるようになっている。なお、図６において、Ｒ１
１，Ｒ１２（Ｒ１１＝Ｒ１２）はコイルの直流抵抗を示
す。

【００３０】一方、ステータ５０に対向するように回転
自在に設けられたロータ６０は、ロータホルダの周壁の
内周面に環状のロータマグネット６２を取り付けて構成
されている。ロータマグネット６２は、１２ポール構成
であり、Ｎ極、Ｓ極が交互に周方向等間隔に配列されて
いる。なお、１２ポールの他６ポール（図示せず）も使
用でき、１２ポールと同等以上に良好なモータ特性を得
ることができる。このロータマグネット６２に対向して
ホール素子等のセンサ６４が配設されている。

【００３１】このように構成されたマイクロモータにあ
っては、第１の実施例の場合と同様に、モータ制御回路
により各コイル５６による回路網５８を駆動すると、ス
テータコア５２の各ティース５４は、コイル（、、
、）５６とコイル（、、、、）５６との
巻方向に応じて磁化され、この差分に従って回転力が生
じ、無通電コギングを有していてもロータ６０が速やか
に回転を開始する。本実施例においては、スロット数が
多いため、特に方向性ステータとの組み合わせにおいて
無通電コギングが減少する。また、回転中は極数に比例
して高いトルクが得られる。

【００３２】そして、ロータ６０が回転し始めると、セ
ンサ６４によりロータマグネット６２の回転位置つまり
磁極の位置が検出され、この検出信号により回路網５８
への通電方向を切り換えることにより、ロータ６０に連
続して回転力を与えることが可能となり、これ以降ロー
タ６０の回転が継続される。

【００３３】次に、本発明の第３〜第５の実施例を、図
７〜図９を用いて説明する。なお、これらの実施例は、
第１の実施例の場合と同様に、６スロット構成のステー
タを用いた場合を示す。

【００３４】まず、第３の実施例を示した図７におい
て、ステータの各ティースに巻回された６つのコイル
（、、、、、）７０は、直列接続されて１
つの回路網７２を構成しているが、３つのコイル（、
、）７０と３つのコイル（、、）７０とは、
巻数が異なると共に巻方向が異なり、各コイル７０への
通電によって発生する磁束の増磁成分と減磁成分とのそ
れぞれの大きさの和が異なっている。

【００３５】また、第４の実施例を示した図８におい
て、ステータの各ティースに巻回された６つのコイル
（、、、、、）８０は、並列接続されて１
つの回路網８２を構成しており、各コイル（、、
、、、）８０は巻数が等しく設定されている
が、２つのコイル（、）８０と４つのコイル（、
、、）７０とは巻方向が異なっており、増磁性と
減磁性との数が異なっている。

【００３６】さらに、第５の実施例を示した図９におい
て、ステータの各ティースに巻回された６つのコイル
（、、、、、）９０は、全て同一巻数に設
定されており、かつ、３つのコイル（、、）９０
と３つのコイル（、、）９０とが互いに巻方向が
逆になっているが、コイル（、）９０が並列接続さ
れてコイル（）９０に直列接続されると共に、コイル
（、）９０が並列接続されてコイル（）９０に直
列接続され、これらの直列回路が並列接続され、いわゆ
る直並列回路を構成している。

【００３７】従って、コイル（、）９０にはモータ
制御回路からの駆動電流の２分１が、コイル（、、
、）９０にはモータ制御回路からの駆動電流の４分
１がそれぞれ供給され、結果として各コイル９０への通
電によって発生する磁束の増磁成分と減磁成分とのそれ
ぞれの大きさの和が異なっている。

【００３８】このように各コイルを直並列接続すること
により、同様なモータ構造で各種電源電圧に対応するこ
とが可能になる。また、各ティースコイルの端子電圧の
変更により異なる回転数にも対応させることができる。

【００３９】以上、本発明による各種のブラシレスモー
タの実施例について説明したが、本発明はこれら実施例
に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱するこ
とのない範囲で種々の変更ないし修正が可能であること
は言うまでもない。

【００４０】例えば、各コイルにより直並列回路を構成
する場合の直列コイル数あるいは並列コイル数を違え
て、各コイルへの通電によって発生する磁束の増磁成分
と減磁成分とのそれぞれの大きさの和を異ならせるよう
にしてもよい。

【００４１】あるいは、各コイルの線径を異ならせて各
コイルへの通電によって発生する磁束の増磁成分と減磁
成分とのそれぞれの大きさの和を異ならせるようにして
もよい。または、各ティースの方向性に応じてそのアン
ペアターンを変更し、発生する起磁力の大きさを変更し
てもよい。

【００４２】なお、前記実施例では、アウターロータ型
のブラシレスモータの場合を示したが、インナーロータ
型ブラシレスモータにおいても同様に適用できることは
明かである。

【００４３】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、次に記載する効果を奏する。各ティースに
巻装され１つの回路網を形成すると共に単相電源による
双方向通電により同時に励磁される各コイルを、通電に
よって発生する磁束の増磁成分と減磁成分とのそれぞれ
の大きさの和を異ならせることにより、この増磁成分と
減磁成分との大きさの差分による起磁力をもって、無通
電コギングの少なくとも一部を相殺することができ、無
通電コギングがあっても高い起動信頼性が得られると共
に、回転むらが少なく、高トルクが得られる新規なブラ
シレスモータを提供できるものである。

【００４４】その上、無通電コギングを避けるためにス
テータのスロット数とロータマグネットの磁極数とに特
別な関係を持たせたり、複数のセンサを用いたり、ある
いはステータに補極を設ける等の複雑な構造上の工夫を
要することがなく、簡単小型で安価なブラシレスモータ
を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明のブラシレスモータの第１の実施
例を示す各コイルによる回路網の結線図である。

【図２】図１のブラシレスモータの全体構成を示す切断
正面図である。

【図３】図１のブラシレスモータの要部を示すステータ
とロータとの平面図である。

【図４】図１のコイル駆動回路を示す回路図である。

【図５】本発明の第２の実施例の要部を示すステータと
ロータとの平面図である。

【図６】図５の各コイルによる回路網の結線図である。

【図７】本発明の第３の実施例を示す各コイルによる回
路網の結線図である。

【図８】本発明の第４の実施例を示す各コイルによる回
路網の結線図である。

【図９】本発明の第４の実施例を示す各コイルによる回
路網の結線図である。

【符号の説明】

２２、５２ ステータコア ２４、５６、７０、８０、９０ コイル ２６、５０ ステータ ３０、６２ ロータマグネット ３６、６４ センサ ４０、５８、７２、８２、９２ 回路網

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のスロットを有するステータコアの
   任意のティースにそれぞれコイルを巻装して構成された
   ステータと、該ステータに対向して回転自在に設けられ
   周方向に異極を交互に配列してなるロータマグネット
   と、該ロータマグネットの磁束を検出するセンサとを備
   えたブラシレスモータであって、 前記各ティースに巻装された前記各コイルは１つの回路
   網を形成し、該回路網が単相電源による双方向通電によ
   り同時に通電され、 前記各コイルへの通電によって発生する磁束の増磁成分
   と減磁成分とのそれぞれの和は大きさが異なっており、 この増磁成分と減磁成分との大きさの差分による起磁力
   により、無通電コギングの少なくとも一部が相殺される
   ことを特徴とするブラシレスモータ。
2. 【請求項２】 前記各ティースに巻装された前記各コイ
   ルの極性は、増磁性と減磁性との数が異なっている請求
   項１記載のブラシレスモータ。
3. 【請求項３】 前記各ティースに巻装された前記各コイ
   ルは、増磁性と減磁性とで巻数が異なっている請求項１
   記載のブラシレスモータ。
4. 【請求項４】 前記各ティースに巻装された前記各コイ
   ルは、増磁性と減磁性とが直列もしくは並列接続され、
   この増磁性の巻線と減磁性の巻線との線径が異なってい
   るコイルを含むことを特徴とする請求項１記載のブラシ
   レスモータ。
5. 【請求項５】 前記ステータコアもしくは前記ロータマ
   グネットは、その磁化に関して方向性を有することを特
   徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。
6. 【請求項６】 前記コイルへの励磁電流は、前記ステー
   タコアの磁気余効時間に比較して十分長い休止期間を含
   まないで通電方向が逆転する逆励時により行われる請求
   項１記載のブラシレスモータ。