JPS6218961A

JPS6218961A - ブラシレスｄｃモ−タ

Info

Publication number: JPS6218961A
Application number: JP15737985A
Authority: JP
Inventors: Masanao Okuda; 正直奥田; Tadashi Yoshino; 正吉野; Yuzuru Suzuki; 譲鈴木; Tomihiko Atsumi; 渥美　富彦
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 1985-07-17
Filing date: 1985-07-17
Publication date: 1987-01-27

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】［産業上の利用分野］本発明は、磁気センサによってロータの回転位置を検出
し、その位置信号に応じてステータ側コイルに駆動電流
を供給してロータを回転させるブラシレスＤＣモータに
関し、更に詳しくは、ロータ磁石の一方の周面にステー
タ掻が対向し他方の周面に磁気センサが対峙する構造の
位置検出機構を備えたブラシレスＤＣモータに関する。

［従来の技術］ブラシレスＤＣモータを駆動するためには、何らかの手
段によりロータの回転位置（位相）を検出し、その位置
情報に応じて所定のステータ側コイルに所定方向の電流
を供給し、ステータ極とロータ極との磁気的吸引・反発
力を利用してトルクを発生させる。ロータの位置検出に
は、通常ロータ磁石と、その磁極を検出するホール素子
等の磁気センサが用いられる。

偏平型モータの代表例の一つはアキシャルフランクス型
ブラシレスＤＣモータである。このモータは、厚み方向
に着磁された４〜１２極程度のロータ磁石がロータヨー
クに貼設されて回転するロータと、同心巻きしたコイル
をロータの着磁極数よりも少なく、２又は３の整数倍の
数だけ回転軸と同心の円周上に並設したステータとを組
み合わせた構造である。ロータ磁石とステータ側のコイ
ルとは丁度対向するように配設される。

この種のモータの場合、ロータ回転位置を検出するホー
ル素子はコイルの近傍（例えばコイルの中心）に取り付
けられる。ロータが回転すると、ロータ磁石の磁界がホ
ール素子で電圧信号に変換され、それによってロータの
回転位置が卆食出される。

し発明が解決しようとする問題点〕従来のアキシャルフランクス型モータのロータとステー
タとを展開して部分的に描いたのが第５図である。前記
のようにロータ１０はロータ磁石１２とロータヨーク１
４とからなり、ロータ磁石１２は厚み方向に多極着磁が
施されている。これに対してステータ１６は基板１８上
に取り付けたコイル２０と、その中心に貼設されたホー
ル素子２２を存する。ロータ磁石１２からの磁束はホー
ル素子２２を貫通するため、該ホール素子２２で発生す
る電圧によってロータ１０の回転位置を検出することが
できる。

ところが従来技術では、ホール素子２２に作用する磁束
はロータ磁石１２からの磁束の他にコイル２０によって
発生する磁束も加わる。更に詳しく述べると、第５図Ａ
に示すようにコイル２０に通電していない場合には、ロ
ータ磁石１２から生じる磁束ａの大部分は基板面に対し
てほぼ垂直である。ところがホール素子２２に作用する
磁束はロータ磁石１２からの磁束のみではない。コイル
２０に通電した際にも磁束が生じる。それを第５図Ｂに
示す、コイル２０の右半分の電流の向きが黒丸印で示さ
れているように紙面裏側から表側方向に、左半分がＸ印
で示されているように紙面表側から裏側方向であるとす
ると、矢印で表すような磁束すが生じる。

但し、ここではロータ磁石の磁束は無視して描いている
。その結果ロータ磁石による磁束ａとコイルへの通電に
よる磁束すとが合成されて、第５図Ｃに示すように合成
磁束Ｃは基板面に対して傾く。

つまりこれがトルク発生の原理であって、合成磁束Ｃの
傾きは時々刻々変化している。従ってホール素子２２の
受感部に入る磁束Ｃはロータ磁石１２からの磁束ａのみ
ならず、コイル２０から生じる磁束すの影響も受けてい
る。合成磁束Ｃの傾きは、ロータの回転位置によって変
化するばかりでなく、速度制御を行うためにコイルへの
通電電流を変化することによっても変わるため、それら
によって位置検出精度が低下し励磁相切り換えのタイミ
ングが最適点からずれて効率が低下するし、励磁相切り
換え時にノイズが発生する等の欠点もある。

本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点を解消し
、ロータの回転速度や回転位置、あるいは駆動電流の大
小等に関わらず正確にロータの位置を検出でき、それに
よって最適タイミングで励磁相の切り換えを行うことが
できるようなブラシレスＤＣモータを提供することにあ
る。

［問題点を解決するための手段］上記のような目的を達成できる本発明は、径方向に多極
着磁したリング状のロータ磁石を回転自在に軸支したロ
ータと、多数の磁極片が円周状に配列した２個のヨーク
をトロイダルコイルを介して対設し各ロータの磁極片同
士が互いに食い違い合ってロータ磁石の周面と対向する
ステータとを組み合わせた基本構造を前提としている。

そして、そのようなモータにおいてロータ磁石は磁束が
径方向に貫通するように着磁したものを用い、円周状に
配列された多数の磁極片に対向するロータ磁石面とは反
対側の周面に対峙して磁気センサを設け、それらによっ
てロータ回転位置を検出するように構成したブラシレス
ＤＣモータである。

磁気センサとしては、ホール素子が好適である。

［作用］ロータはステータ極、つまりトロイダルコイルへの通電
によって磁極片に生じる磁極と、それと対向するロータ
磁石の一方の周面の磁極との磁気的な吸引・反発力に基
因するトルクによって所定の方向に回転する。その回転
位置はロータ磁石のステータヨークとは反対側の周面に
対峙して設けられた磁気センサで検出される。

ロータ磁石とステータａ−りとの間の空隙での磁束の方
向はロータの回転やコイルへの通電電流等によって時々
刻々変化するが、それと反対側のロータ磁石面近傍での
磁束は常に径方向であるため、ロータ位置の検出を正確
に行うことが可能である。

［実施例］第１図は本発明にかかるブラシレスＤＣモータの一実施
例を示す説明図であり、ラジアルフラックス型の一例で
ある。ステータは、円周面内で軸方向に突出するように
多数配列した磁極片３０を有する一対のヨーク３１．３
２が間にトロイダルコイル３４を挟んで前記磁極片同士
が互いに食い違い合うように結合してなる固定子ユニッ
ト３６を２組、電気位相角を９０度ずらせて組み合わせ
、基Ｆｉ３８上に取り付けたも　　　′のである。それ
に対してロータは、多極着磁を施したロータ磁石４２を
カップ状ロータヨーク４０内でカップ周壁とは間隔を介
して取り付けるとともに、ロータヨーク４０の周縁部に
厚み方向に多極着磁を施したリング磁石４４を貼設した
構造をなし、ネジ４６によって回転軸４８に固着した構
造である０回転軸４８は２個の軸受５０によって支承さ
れ、該軸受５ｏは基板３８に固定されている軸受保持部
材５２に取り付けられる。また前記基板３８にはリング
磁石４４と対向する位置に交番電圧発生コイル５４や電
子回路用のプリントパターン（図示せず）が形成され、
駆動用ＩＣ５６やホール素子５８等が実装される。

ここで本発明の特徴は、ロータ磁石として磁束が径方向
に貫通するように着磁されたものを用い、ロータ磁石の
一方の周面にステータ極が対向し、他方の周面にホール
素子等の磁気センサが対峙した構成を有する点である。

この実施例では第２図Ａに明瞭に示されているように、
ロータ磁石の内周側に対向してＴ１１８ｉ片３０が円周
状に位置する如く固定子ユニット３６が組み込まれ、ロ
ータ磁石４２の外周面に対峙し、それとカップ状ロータ
ヨーク４０の内周壁との間の空隙部にホール素子５８が
設けられている。

また他の実施例としては、第２図Ｂに示すようにロータ
磁石４２の背面（外側面）に「バックヨーク」と呼ばれ
る磁性円環６０を付設してもよい。このような磁性円環
６ｏを取り付けることによってモーフトルクを一層向上
させることができる。その他の構成は第２図Ａと同様で
あるから、対応する部分には同一符号を付し、それらに
ついての記載は省略する。

モータの基本的動作原理は従来のものと同様である。ロ
ータの位置をホール素子５８によって検出し、その位置
信号を増幅して所定のタイミングでコイル３４に電流を
供給して固定子ヨークの磁極片３０で磁極を発生させ、
ロータ磁石４２の内周側の磁極との反発・吸引力を利用
してトルクを生じさせ回転させる。

第３図の模式図を用いて更に詳しく説明すると次の如く
である。第３図Ａ−Ｄにおいてホール素子Ｈ，，Ｈ，の
検出極に対して磁極片Ｐ。

〜Ｐ３は第１表の真理値表に基づき磁極を発生する。

第１表（但し、時計方向への回転）第３図Ａはコイルに電流を供給する前のロータの位置で
ある。ホール素子Ｈ１はＳ極を検出し、ホール素子Ｈ２
の検出極は・無い、第１表よりＰ０＝無し、ｐ、＝ｓ、
ＰＩ　＝無し、Ｐ、−Ｎとなり、Ｐ＋　　とＮ間および
Ｐ３とＳ間で吸引力が働き、Ｐｌ　とＳ間、Ｐ３とＮ間
で反発力が働いて両者が合成されてロータを時計方向に
回転させる。第３図Ｂはそれによってロータが時計方向
に約１０度程度回転した状態であり、ボール素子Ｈ２の
検出極はＳ、ボール素子Ｈ２の検出極はＮとなる。従っ
てｐｏ　＝Ｓ、Ｐ、＝Ｓ。

Ｐ　ｚ　＝　Ｎ　、　　Ｐ　ｓ　＝　Ｎとなり、ロータ
は時計方向に回転するトルクを得る。第３図Ｃ，Ｄは第
３図Ａに対し３０度、６０度それぞれ時計方向に回転し
た状態を示す。上記のようにしてアンプＡ１．Ａｘに電
圧が印加されるとロータは回転を始め、′ｒ！！、源が
切れるまで回転し続けることになる。

このままではロータの回転数は久方電圧および負荷トル
ク等により変動する。速度制御するためには何らかの方
法で回転速度を検出し、基準回転速度と比較してその偏
差に応じて電圧制御する。そのための構成を示したのが
第４図である。モータ６ｏ内でロータが回転することに
よって交番電圧発生コイル５４と鎖交するリング磁石４
４からの磁束が変化し該コイル５４内に誘起電圧が発生
する。ロータ回転速度に比例した周波数のこの信号は増
幅器６２により増幅されて比較回路６４に入力する。比
較回路６４では入力した交番電圧信号の周波数を基準源
の周波数と比較し、誤差信号を制御回路６６に送る。制
御回路６６では上記誤差信号に応して電圧を制御し駆動
回路６日に印加する。駆動回路６８では上記制御電圧を
利用し、ホール素子５８からの位置信号のタイミングで
コイル３４に印加する電圧または流す電流を制御しモー
タの速度制御を行うのである。

本実施例ではホール素子をロータ磁石の外周面に対峙す
るように設けたので、磁極間距離が内径側より外径側の
ほうが大きくなるから受感面積の大きな安価なホール素
子を用いても精度良くロータ位置を検出できる利点があ
る。

［発明の効果］本発明は上記のように径方向に貫通着磁したロータ磁石
を用い、該ロータ磁石のステータヨークに対向する面と
は反対側の面に対峙するように磁気センサを取り付けた
がら、ステータ例の磁界による影響を受けずにロータ磁
石がらの磁束のみをピンクアンプして位置を検出できる
ため、駆動条件が変化してもコイル電流の変化による外
乱を受けることはない。

そのため位置検出の精度が高く、励磁相の切り換えの際
にノイズが生じることもないので、常に最適点で励磁相
を切り換えることができ安定した回転動作が行われ、効
率を高くできるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るブラシレスＤＣモータの一実施例
を示す説明図、第２図Ａはその要部説明図、第２図Ｂは
他の実施例を示す要部説明図、第３図Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄは
それぞれブラシレスＤＣモータの回転動作原理を示す説
明図、第４図はその駆動系統を示すブロック図、第５図
Ａ、Ｂ、Ｃは従来技術による回転位置検出機構を示す説
明図である。３０・・・磁極片、３１．３２・・・ヨーク、３４・・
・コイル、３日・・・基板、４０−　ロータヨーク、４
２・・・ロータ磁石、５８・・・ホール素子。特許出願人　　富士電気化学株式会社代　　理　　人　　　　　茂　　見　　　　　穣第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

１、径方向に多極着磁したリング状のロータ磁石を回転
自在に軸支したロータと、多数の磁極片が円周状に配列
した２個のヨークをトロイダルコイルを介して対設し各
ヨークの磁極片同士が互いに食い違い合ってロータ磁石
の周面と対向するステータを備えているモータにおいて
、前記ロータ磁石は磁束が径方向に貫通する如く着磁さ
れており、円周状に配列された多数の磁極片に対向する
面と反対側のロータ磁石面に対峙して磁気センサを設け
てロータ回転位置を検出することを特徴とするブラシレ
スＤＣモータ。