JPS60180468A - ポジシヨン制御用軸方向空隙型コアレスブラシレスモ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は応答性に優れたポジション制御用軸方向空隙型
コアレスブラシレス七−夕に関する。

最近、簡単欠構成で８−夕の１回転当りの複数箇所で、
ロータを停止させることができるようにしたポジション
制御の可能なｅ−夕が請求められるに至っている。

従来、この種のモータとしてはパルスｅ−夕が用いられ
ているが、種々の事情から直流モータを要求されるに至
っていζ「″しかしながら、従来の直流モータを用いて
、ポジション制御を行なうにハ、高価なエンコーダ等を
用いなければならず、結果として高価で大型になる欠ζ
があった。

また直流〔−夕でブラシ有む一夕では、寿命が短かいた
め、使用頻度の多い装置には不同きである。

本発明は上記事情に籏いてなされたもので、低速から高
速まで回転でき、コアレスで応答性が良く、起動トルク
が大きくて効率良好で、また機械的振動が少なく長寿命
で、簡単な構成にして安価で小型のポジション制御用軸
方同空隙型コアレスグラシレスｅ−夕を提供することを
目的になされたものである。

かかる本発明の目的は、Ｎ、Ｓの磁極を交互にの位置指
定用磁極を有するマグネットロータと。

上記駆動用磁極と面対向して配設された２以上の空心型
の電機子コイル群からなるステータ電機子と、上記駆動
用磁極のＮ、Ｓの磁極を検出するための駆動用位置検知
素子と、上記位置指定用磁極と対向して設けられた２個
の位置指定用磁極検出って達成される。

以下１図面を参照しつつ本発明の詳細な説明する。

まず、第１図乃至第３図を参照して本発明の第１実施例
を説明Ｔる。

第１図は本発明のコイル両面配置形のボジンヨンＩＩ　
Ｉ用軸方同空隙型コアレスグラシレスｅ−タの縦断面図
で、第２図は第１図の主要部の分解斜視図である。

１はコイル両１面配置形のポジション制御用軸方１向空
隙型コアレスブラシレスそ一タ、２はアルミ又はしんら
ゆう等の非磁性体で形成されたケーシングで、その内部
は中空をなしＣいる。６は回転軸で、軸受４，５により
て上記ケーシング２の略々中心部に回動自在に軸支され
ている。６，７はそれぞれケーシング２の上下内面部に
固設された円環状のステータヨークで、該ステータヨー
ク６゜７によりて通電制御回路用電気部品１０の収納部
８．９を本体２の上下に形成している。１１゜１２はそ
れぞれステータヨーク６の上面、ステータヨーク７の下
面に固設された円環状のプリント基板で、プリント基板
１１．１２それぞれには通電制御回路用電気部品１０が
配設されている。

１３Ｃ１よ回転軸３に固設されたアルミニウム等ノ非磁
性体、からなるロータ板、１４はロータ板１３の、下面
に固設されたマグネットロータで、このマグ１４Ａを有
する円環状のものとなっている。駆動用磁極１４Ａの外
周部には、Ｎ、Ｓの磁極を１８０度の磁極幅で有する２
極の位置指定用磁極１４Ｂを形成している。位置指定用
磁極１４Ｂは、駆動用磁極１４Ａと一体的に着磁形成し
ても良いが。

この実施例ではフェライトで形成された駆動用磁極１４
Ａの外周に２他に着磁した帯状のゴム磁石（又はプラス
チック磁石でも良い）を巻装固着して位置指定用磁極１
４Ｂを形成してマグネットロータ１４を形成している。

尚、駆動用磁ｔＭ１４Ａの外周に位置指定用磁極１４Ｂ
を形成するのに当って１弱い磁束の位置指定用磁極１４
Ｂが強い磁束の駆動用磁ｔｔ１４Ａの影響があるときに
は、駆動用磁極１４Ａの外周に磁性体リングを装若し。

該磁性体リングの外周に位置指定用磁極１４Ｂを形成す
ると良い　１５．１６はそれぞれ内面に６個の空心型の
電機子コイル１７を等間隔に配設した円環状のプリント
基板である。電機子コイル１７群を配設したプリント基
板１５．１６をそれぞれステータヨーク６．７の内面に
固設することで、上記駆動用磁極１４Ａと面対向するス
テータ電機子を形成している。電機子コイル１７を、そ
れぞれのプリント基板１５．１６に６個ずつ配設したの
は、大きな起動トルクの３相のブランレスｅ−夕を形成
するためである。電機子コイル１７は１発生トルクに寄
与する半径方向の導体部１７ａの開角が駆動用磁極１４
Ａの磁極幅と等しい幅。

すなわら４５度の開角の扇枠状のものに形成されている
。１８．・・・、２３は、それぞれプリント基板１１．
ステータヨーク６、プリント基板１５゜１６、ステータ
ヨーク７、プリント基板１２に形成された透孔である。

プリント基板１５に配設された電機子コイル１７群の端
子は、透孔２０゜１９及び１８を通してプリント基板１
１の図示しないプリント配電パターンに半田付されてい
る。

プリント基板１６に配設された６個の電機子コイル１７
群のうら３個の電機子コイル１７の枠内空胴部のプリン
ト基板１６位置には、駆動用磁極１４ＡのＮ又はＳ極の
磁極を検出することで、上記電機子コイル１７群にいず
れの方向の電流を通電するかを検出する駆動用位置検知
素子２４を配設している。該駆動用位置検知素子２４と
しては、ホール素子、ホールＩＣ，磁気抵抗（ＭＦ２）
素子等の磁電変換素子が１史用される。駆動用位置検知
素子２４の端子は、プリント基板１６に形成された図示
しないプリント配電パターンに半田付けによって接続さ
れている。該プリント配電パターンに半田付けによって
接続された図示しない電線及びプリント基板１６に配設
された電機子コイル１７群の端子は、透孔２１，２２及
び２６を通してプリント基板１２に形成した図示しない
ブリ、ント配電パターンｆこ半田付けして接続している
。尚１、、ｔｒｌ電制御回路用電気部品１０の端子は、
プリント基板１１．１２に形感した図示しないプリント
配電パターンに半田付けして接続している。また位置検
知索子２４の出力は、Ｊ：、段の電機子コイル１７群に
も出力するように図示しない配線によって上段のプリン
ト基板１１の図示しないプリント配電パターンに結線し
ている。尚、下段の電機子コイル１７群からなるステー
タ電機子は、駆動用磁極１４Ａと直接面対向しているが
、上段の電機子コイル１７群からなるステータ電機子は
ロータ板１６と面対向している。このようにしても、ロ
ータ板１６は非磁性体からなるため、駆動用磁極１４Ａ
の磁束がロータ板１３を通りて上段の電機子コイル１７
群にも作用する。従つて、大きなトルクを得るためにコ
イル両面配置形のグラシレスｅ−夕１としても、駆動用
磁極１４Ａは１個で足りるので、安価に当該ブラシレス
モータ１を量企てきる。またマグネットロータ１４は、
ロータ板１６を介して回転軸３と一体化しているので、
マグネットロータ１４のダイナミックバランスを取りや
すく％量産に適し、しかもマグネットロータ１４の破損
を招きにくいので、長寿命化の期待できるポジション制
御用軸方向空隙型コアレスブラシレスｅ−夕１が得られ
る。また上段と下段とに電機子コイル１７群を振り分け
て配設したコイル両面配置形のグラシレスｅ−夕１とス
ルと、電機子コイル１７群を重畳させないで配設できる
ので。

磁気空隙を狭くでき、強い磁束が得られ、この結果、大
きな回転トルクが得られて効率の良いブラシレス〔−夕
１が得られる。また上段と下段の電機子コイル１７群を
重畳配置させる必要がないので１組立が容易で、安価に
グラシレスｅ−夕１を形成できる。２５−１．２５−２
は位置指定用磁極１４ＢのＮ極、　５ｆｆｌの磁極を検
出するために。

位置指定用磁極１４Ｂと対向するケーシング２の内面位
置ｌこ配設された位置指定用磁極検出素子である。該位
置指定用磁極検出素子２５−１．２５−２としては、ホ
ール素子、ホールＩＣ，磁気抵抗（ＭＲ）素子等の磁電
変換素子が使用される。

２個の位置指定用磁極検出素子２５−１と２５−２とは
、互いに電気角で９０度位相をずらせた位置に配設して
いる。

本発明の第１実施例としてのポジション制御用軸方向空
隙型コアレスブラシレス〔−夕１は、上記のように構成
されているため、２個の位置指定用磁極検出素子２５−
１．２５−２の出方波形図は第３図に示す通りになる。

第３図はポジション制御における位置指定用磁極検出素
子２５−１．２５−２の出力波形図で。

第３図（ａｌは位置指定用磁極検出素子２５−１によっ
て得られるＡ相位置出力信号波形図、第３図（ｂｌは位
置指定用磁極検出素子２５−２によって得られるＢ相位
置出力信号波形図である。

位置指定用磁極検出素子２５−１と２５−２とは、上記
したようにこ周方向に電気角で９０度位相をずらせて配
設しているため１位置指定用磁極検出素子２５−１と２
５−２とによって得られる出力波形２６−１．２．６−
２は、電気角で９０度位相がずれている。マグネットロ
ータ１４の１回転当りにおいて１位置指定用磁極検出素
子２５−１は、２個のデッド・ポイント（位置指定用磁
極１４ＢのＮ極とＳ極の境界部）を検出するので。

１８０度の間隔で２箇所に零へ２７１．２７−３の信号
を得ることができる。同様−に位置指定用磁極検出素子
２５−２によっても、マグネットロータ１４の１回転当
りにおいて２箇所に零点２７−２，２７−４を得ること
ができる。ここにお０て１位置指定用磁極検出素子２５
−１と２５−２と！ま９０度位相がずれているので、零
点２７−１゜２７−３それぞれから９０度位相がずれた
位置においてｚａ２７−６．２７−４の信号を得ること
ができる。

すなわら、マグネットロータ１４　（位置指定用磁極１
４Ｂ）の１回転当りにおいて、位置指定用磁極検出素子
２５−１及び２５−２によって、等間隔に４箇所にポジ
ション制御用停止位置指定用零α２７−１．・・・、２
７−４が得られる。

従って、上記零ζ２７−１．・・・、２７−４の信号を
基に、適宜な通電制御回路を用いてこの通電制御回路を
借成するｅ−夕駆動回路の上記電機子コイル群・＼の通
電を制御してやれば、上記４つの零点２７　１　’＊・
・・、２７−４のいずれか任意の位置でマグネットロー
タ１４を停止できる。また指定された零点２７−１．・
・・、２７−４位置を選択して、順次当該ｅ−夕１を停
止したり、正逆回転させることができる。

上記のことを第４図及び第５図を用いて、更に詳しく説
明する。

第４図は４ポジション停止制御回路２９のブロック図、
第５図（ａ）〜（ｄ）それぞれは、４ポジシヨン停止制
御用のＡ相、Ｂ相　Ａ／相　Ｂｔ相の出力波形図である
。

第４図及び第５図を参照して、１は４ポジション制御用
軸方回空隙型コアレスグラシレスｅ−夕で、２６−　ｉ
Ｊ第５図（ａ）参照）、２６−２（第５図（ｂ）参照）
は、それぞれブラシレスビー夕１の位置指定用磁ｈ　１
４　Ｂと位置指定用磁極検出素子２５−１と２５−２と
により形成される４ポジシヨン停止制御用のＡ相、Ｂ相
位置出力信号波形である。Ａ相、Ｂ相位置出力信号波形
２６−１゜２６−２の立上り波形の零点２７−１．２７
−２位置でグラシレスｅ−夕１が停止するようにしてい
る。第３図で示した零点２７−３．２７−４位置におい
てもブラシレスモータ１が停止するようにスルタめ、第
５図（ａ）、（ｂ）ノ波形２６−１．２６−２の零点２
７−１．２７−．２と電気角で１８０度位相がずれた位
置にも零慨を形成可る必要がある。位置出力回路２８は
、第５図（ａ）、　（ｂ）で示すＡ相位置出力信号波形
２６−１．Ｂ相位置出力信号波形２６−２を１８０度反
転して、第５図ｆｃｌで示すＡ′相位置出力信号波形２
６−６及び第５図ｆｄｌで示すＢ′相位置出力信号波形
２６−４をつくる回路である。このようにＡ′相位置出
力信号波形２６−３、Ｂ′相位置出力信号波形２６−４
をつくり、この波形の立ら下り波形の零点２７−３．２
７−４位置でも〔−夕１が停止するようにすることで。

ｅ−夕１の・１回転当りにおいて、４箇所の停止仁を得
ている。いま４ポジション停止制御回路２９の図示しな
い電源が投入されていると、位置検出回路２８１Ｃよっ
て、第５図（ａ　ｌ〜ｆｄ　１．＋７．、）　Ａ相、Ｂ
相。

Ａ′相　１３／相の４種類の出力信号が得られ、この信
号をアナログスイッチ６０の入力信号とされる。

６１はポジション選択スイッチで、ポジション選択スイ
ッチ６１により、任意の停止ポジションを選択すると、
論理回路３２によってゲート回路６６を介してアナログ
スイッチ６０の出力信号が。

Ａ（肌Ｂ相ｇ　Ａ’相　Ｂ／相のいずれかであるかを決
定し、該決定した出力信号を制御信号アンプ６４で増幅
して適宜な駆動用位置検知素子２４に入力する。このこ
とにより、適宜な駆動用位置検知素子２４の出力が駆動
回路６５に供給されると、該駆動回路６５によってブラ
シレスを一夕１内の適宜な電機子コイル１７に適宜方向
の電流を供給してやると、適宜方向の回転トルクが発生
し、グラシレスｅ−夕１は回転し、指定された位置（零
へ２７−１．・・・、又は２７−４まで回転したら、そ
の位置で停止する。６６はタイマー回路で、ポジション
選択スイッチ６１によって任意の停止ポジションを選択
すると、論理回路６２からの、出力信号はゲート回路６
６を介してタイマー回路３６及び６７に出力される。タ
イマー回路６６は、この例ではポジション選択スイッチ
６１によって任意の停止ポジションを選択すると、該選
択後１秒経過後にグラシレスｅ−夕１の通電を断ったた
めの回路である。タイマー回路６６は、グプシレスｅ−
夕１かポジション選択スイッチ６１を選択後、１秒以内
にモータ１が任意のポジションで停止したときには、ゲ
ート回路６３からアナログスイッチ６０への出力がない
ようにして当該ブラシレスモータ１へ通電しないように
する。ブラシレス〔−夕１が過負荷等の理由で、ポジシ
ョンＭ択スイッチ６１を選択した後に、グラシレスｅ−
夕１が選択された任意のポジションで、１秒以内に停止
しなかっ１こ場合は、ｅ−夕１の過負荷等により異なる
電流値信号を出力する電流検出抵抗６８による電流値信
号をアンプ６９によって増幅されゲート回路４０を介し
て上記タイマー回路６７に入力される信号と、ゲート回
路６６からの信号とによって作動されくタイマー回路６
７は、ポジション選択スイッチ６１により注意のポジシ
ョンを選択後５秒経過後、ゲート回路６６から出力信号
が出ないようにしてグランレスｅ−夕１・〜の通電を断
つようにしている。即ち、タイマー回路３６１こより゛
Ｃ指定された時間内にブラシレスビータ１が任意のポジ
ションで停止した場合には、当該ダラシレスε−夕１へ
の通電をその後に断つが、１秒経過後もグラシレスｅ−
夕１が任意のポジションで停止しなかった場合には、許
容範囲として当初より５秒間を認め（尚、５秒間以内に
当該ブラシレス七−夕１が任意のポジションに停止しな
かった場合には、当該グラシンスｅ−夕１の４ポジシヨ
ゲ ン停止制御回路２９自体が性能を満たさないダ。

または故障しているものであるため、これらについては
適用外とする）、該５秒経過後にグラシレスｅ−夕１が
任意のポジションに確実に停止しているものと判断し、
タイマー回路６７によって上ｇ乙 蓚５秒経過後、当該グラシレスｅ−夕１の電機子コイル
１７への通電を切るようにすることで、電源の余分な消
費を防いでいる。ゲート回路４０はタイマー回路３６が
作動しているとき、あるいはタイマー回路６６が、上記
１秒以内にブラシレスｅ−夕が任意のポジションで停止
した場合には。

タイマー回路３７を作動しないようにしている。

上記のようにして、ブラシレス〔−タ１ハ、１回転当り
において、任意のポジションに極メて迅速に移動及び停
止できる。特に、任意のボジションニ極めて迅速に移動
及び停止できるのは、４ポジシヨンｆｆ１（Ｊ御用軸方
同空隙型コアレスグラシレスｅ−夕１が、コアレスタイ
プの直流６−タであり、従来の有鉄芯型コアレス〔−夕
に比較して応答性が良く、また従来のパルスｅ−夕を用
いたものは、応答性が悪く、高速回転できず、効率が悪
く、また低速から高速まで自由に変更するのにやっかい
で、更にまた高速回転させるようにすると脱調現象を生
ずる欠点があるほか、機械的振動か大きいという欠点が
あるか１本発明のものにおいては。

コアレスの直流ｅ−夕となっているため、そのよ゛　う
な欠へかない。

第６図及び第７図は本発明第２実施例としてのコイル片
面配置形のポジション制御用コアレスブラシレス〔−夕
１′を示すもので、上記第１実施例と共通する箇所の説
明は省略する。

このコイル片面配置形のポジション制御用軸方同空隙型
コアレスズランレスｅ−夕１宥ま、上記グラシレスｅ−
夕１と異なり、プリント基板１１゜ステータヨーク６及
び電機子コイル１７群を配設したプリント基板１５を省
略した形状のものとなっている。従って、ロータ板１６
の代わりに磁性体でできたロータ板１３′を用いている
。またステータヨーク７の表面は絶縁シールを施こし、
直接電機子コイル１７群を配設し、電機子コイル１７群
の上面には、下面に駆動用位置検知素子２４を電機子コ
イル１７の枠内空胴部と対向する位置に配設したプリン
ト基板１６を電機子コイル１７群からなるステータ電拭
子の上面に固着することで、当該ステータ電機子を保護
するようにしている。

尚、上記実施例においては、駆動用磁鷺として８極のも
のを用いたが、’Ｎ、Ｓの磁極を交互に有する２ｐ（ｐ
は２以上の正の整数）極のものであっても良く、また電
機子コイルは片面において６個用い３相のグラシレスｅ
−夕としたカ、コｔＬニ限るものでなく、２個又は４個
等用いて２相のグラシレスｅ−夕としても良く、その他
趨宜な相数のものとしても良いことは言うまでもない。

また駆動用位置検知素子も１相分に′っき１個用いたが
、これに限るものでなく１回路措成によっては、更に省
略しても良いことは言うまでもないっ更にまた１位置指
定用磁極として２極のものを採用しで４ポジシヨン停止
が可能にしたが、位置指定用磁極を２ｎ　（ｎは１を除
く２以りの正の整数）ｈの多極着磁としても良い。ただ
し、このように多極着磁した場合には、ブラシレスｅ−
夕の１回転当りにおいて、同相となる泣直にも当該ブラ
シレス〔−夕が停止することになることは言うまでもな
い。従って、上記した例のものが望ましいであろう。

以上から明らかなように１本発明のポジション制御用軸
方同空隙型コアレスブラシレス〔−夕は、簡単な構成で
、コアレスタイプの直流七−夕にイ、′η成できるため
、低速から高速まで自由な速度に回転制御でき、応答性
が良く、起動トルクが大きくて効率良好で、またパルス
ｅ−夕でないので機械的振動が少なく、長寿命で容易且
つ安価に量産できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第１実施例を示すコイル両面配置形のポ
ジション制御用軸方向空隙型コアレスプランレス〔−夕
の縦断面図、第２図は第１図の主要ｆｆ１Ｅの分解斜視
図、第３図は位置指定用磁極検出素子の出力波形図、第
４図は４ポジション停止制御回路のブロック図、第５図
（ａ）〜（ｄ）それぞれは４ポジシヨン制御用のＡ相、
Ｂ相、Ａ′相　Ｂ／相の出力波形図、第６図は本発明第
２実施例を示すコイル片面配置δ形のポジション制御用
軸方向空隙型コアレスプランレスｅ−夕の縦断面図、第
７図は第６図の主要部の分解斜視図である。 １・・・コイル両面配置形のポジション制御用軸方向空
隙型コアレスプランレスｅ−タ１丁・・・コイ６・・・
回転軸、４，５・・・転受、　６．７・・・ステータヨ
ーク、　８，９・・・収納部、１０・・・通電制御回路
用電気部品、　１１．１２・・・プリント基板。 １、！１．１３’・・・ロータ板、１４・・・マグネッ
トロータ、１４Ａ・・・駆動用磁極、１４Ｂ・・・位置
指定用磁極、　１５．１６・・・プリント基板、　１７
・・・電機子コイル、１７ａ・・・発生トルクに寄与す
る半径方向の専体部、１８．・・・、２３・・・透孔、
２４・・・駆動用位置検知素子、　２５−１．２５−２
・・・位置指定用磁極検出素子、　２６−１．２６−２
・・・出力波形、２７−１．・・・、２７−４・・・零
屯、２８・・・位置出力回路、２９・・・４ポジション
停止制御回路、　３［１・・・アナログスイッチ。 ６１・・・ポジション選択スイッチ、　６２・・・論理
回路、６６・・・ゲート回路、６４・・・制御用信号ア
ンプ、３５・・・駆動回路、　、１５６．３７・・・タ
イマー回路、　６８・°・電流検出抵抗、　６９・・・
アンプ、４０・・・ゲート回路。 特許出願人 Ｂ式゛塗と東海理化電機、製作所 代表音大岩　孝夫 兜１図 第３図 宵６図 第７０ Ｚ＋

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 は１以上の正の整数）極の位置指定用磁極を有するマグ
   ネットロータと、上記駆動用磁極と面対向して配設され
   た２以上の空心型の電機子コイル群からなるステータ電
   機子と、上記駆動用磁極のＮ。 Ｓの磁極を検出するための駆動用位置検知素子と、上記
   位置指定用磁極と対向して設けられた２個の位置指定用
   磁極検出素子とを有し、該２個の位置指定用磁極検出素
   子を互いに電気角で９０度位相をずらせて配設したこと
   を特徴とするポジション制御用軸方向空隙型コアレスブ
   ラシレスｅ−タ。