JP2002058208A

JP2002058208A - ブラシレスモータ

Info

Publication number: JP2002058208A
Application number: JP2000244628A
Authority: JP
Inventors: Yukiharu Shimizu; 幸春清水; Shohei Kawai; 昭平河合
Original assignee: Namiki Precision Jewel Co Ltd
Current assignee: Namiki Precision Jewel Co Ltd
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2002-02-22

Abstract

(57)【要約】【目的】ロータの位置を高精度に検知できると共に、
モータの全体構成を小径化及び小形化することができる
ブラシレスモータと、モータとエンコーダとを別体に形
成したものを組み付け、回転軸同士で連結することによ
り、他機種のモータに対してエンコーダが共有化できる
ようにすること。【構成】本発明のブラシレスモータは、モータ本体に
対して、回転軸２４をもち、周縁部に複数の凹、凸部が
形成された円板２０と、一方の軸受ハウジングにおける
円板の対向する部位に貫通固定され、円板の凹、凸部に
光を照射すると共に前記周縁部で反射された光を受光す
る、先端に球面を形成した光ファイバー２１とを備えた
エンコーダ２２とが組み付けられ、回転軸同士で連結す
るように構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロータの位置を検知す
る装置をモータ本体と組み付けたブラシレスモータの構
造に関する。

【０００２】

【従来の技術】ブラシレスモータにおいては、従来よ
り、ロータの永久磁石の磁極の境界をステータ側に設け
たホール素子により検知するように構成しており、前記
ホール素子からの検知信号に基づいてロータの位置を検
知すると共にステータコイルを切替通電制御してロータ
を回転駆動するように構成されていた。

【０００３】しかし、上記構成では、ホール素子により
永久磁石の極数分の検知信号しか得ることができない構
成であり、駆動用の永久磁石の極数は通常それほど大き
い数値ではないので、ロータの位置やロータの回転数等
を高精度に（高分解能で）検知することができなかっ
た。これに対して、駆動用の永久磁石の極数を多くする
ように構成すれば、ロータの位置を高精度に検知できる
が、駆動用の永久磁石は高磁束密度で着磁する必要があ
り、高磁束密度で多極着磁することは非常に困難である
から、実際には駆動用の永久磁石の極数を多くすること
はできない。特に、モータ本体の構成を小形化する場合
には、駆動用の永久磁石も小形にする必要があり、この
場合は、駆動用の永久磁石を多極着磁することは更に困
難である。また、モータ本体内に、ホール素子を配設す
るスペースを確保しなければならないので、この点から
も、小形化することが困難であった。

【０００４】また、高分解能の回転検出装置としてエン
コーダをモータ本体内に内蔵する構成がある。この構成
の一例として、上面及び側面として図２(１)に示すよう
な構成がある。この構成では、ロータ１の外周部に周方
向に等間隔に多極着磁すると共に、固定側の基板２に磁
気抵抗素子３をロータ１の外周部と対向するように配設
している。上記構成によれば、磁気抵抗素子３によりロ
ータ１の外周部の多極着磁部を検知するから、ロータ１
の位置を高精度に検知可能である。

【０００５】一方、上記磁気抵抗素子３の代わりに光セ
ンサを用いた回転検出装置（エンコーダ）の従来構成と
して、実公平６−４３８６０号公報及び登録実用新案第
３００４８３９号に開示された構成がある。上記実公平
６−４３８６０号公報に開示された装置は、図２(２)に
示すように、回転円板４の下面の周縁部に複数の凹部を
形成すると共に、固定側の基板５の上面に反射形光セン
サ６を回転円板４の凹，凸部と対向するように配設して
いる。この構成では、反射形光センサ６の発光素子から
光を凹，凸部へ向けて発光させると共に、そこで反射し
た光を受光素子で受光するように構成されている。ここ
で、凹部で反射する光と凹部以外の平坦部分で反射する
光の強さが異なるから、受光素子から出力される受光信
号に基づいて回転円板４の回転数ひいては回転位置を検
知することができる。

【０００６】また、登録実用新案第３００４８３９号に
開示された構成は、図２(３)に示すように、回転円板７
の下面の周縁部に複数の突片を形成すると共に、固定側
の基板８の上面に透過形光センサ９を、その発光素子と
受光素子との間に上記突片を通過可能にするように配設
した構成である。この構成では、発光素子と受光素子と
の間を突片が通過しているときは、発光素子からの光が
突片により遮光され、突片が通過していないときは、発
光素子からの光を受光素子で受光するように構成されて
いるから、受光素子から出力される受光信号に基づいて
回転円板７の回転数ひいては回転位置を検知することが
できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
２(１)の従来構成では、磁気抵抗素子３をロータ１の外
周側に配置する構成であるので、モータの外径寸法を小
さく（小径化）することが困難であり、ひいてはモータ
全体の小形化が困難であるという欠点があった。特に、
ロータ１の径寸法を小さくすると、ロータ１の外周部に
多極着磁することが困難になるから、位置検知の分解能
が低くなってしまう。従って、この構成では、モータ全
体の構成を小径化及び小形化することが困難であった。

【０００８】一方、図２(２)及び(３)に示す構成では、
一対の発光素子と受光素子とからなる光センサ６、９を
軸方向に配設するスペースをモータ本体内に確保しなけ
ればならないので、やはりモータ全体の構成を小形化す
ることが困難であるという欠点があった。

【０００９】また、ブラシレスモータのステータコイル
を上述したエンコーダから出力される検知信号に基づい
て通電制御する場合、ロータの原点位置を検知するため
のＺ（ゼロ）相信号を必要とすることが一般的である。
しかし、エンコーダからＺ相信号を出力させようとする
と、それだけエンコーダの構成が複雑になるため、エン
コーダを内蔵させたブラシレスモータを小形化する場
合、その小形化を妨げる大きな要因となっていた。この
ため、ステータコイルを通電制御するに際して、Ｚ相信
号を使用せずに通電制御可能であると共に、ロータを高
精度に回転駆動することが可能な制御方法が強く求めら
れている。

【００１０】さらに、モータ本体内にエンコーダを内装
し、軸受ハウジング１３に貫通固定した光ファイバー１
１より、円板１２に光を照射、受光した構成が特開平８
−２３７９２７号で提案された（図３参照）。しかしな
がらこの構造では、単に光ファイバーが挿入されている
だけであり、エンコーダの分解能は光ファイバーの径に
より制約を受けるために、モータ外径が小さくなるほど
分解能を高められないという欠点があった。また円板が
モータ内部に組み込まれているため、多機種のモータに
対して、エンコーダの共用化ができず、ユーザーニーズ
に応じてエンコーダの有、無の対応が難しかった。

【００１１】そこで、本発明の目的は、ロータの位置を
高精度に検知できると共に、モータの全体構成を小径化
及び小形化することができるブラシレスモータを提供す
るにある。また、モータとエンコーダとを別体に形成し
たものを組み付け、回転軸同士で連結することにより、
他機種のモータに対してエンコーダが共有化できるよう
にすることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のブラシレスモー
タは、円筒状のモータケースの内周面に取付けられたス
テータコイルと、このステータコイルの内側に回転可能
に設けられ前記ステータコイルと空隙を介して対向する
永久磁石を有するロータと、このロータの回転軸を回転
可能に支承する軸受を支持するものであって前記モータ
ケースの両端部に取付けられた軸受ハウジングを備えた
モータ部分と、別体の回転軸をもち、側面の周縁部に複
数の凹、凸部が形成された円板と、前記円板の周縁部に
光を照射すると共に前記周縁部で反射された光を受光す
る、先端に球面を形成した光ファイバーを取り付けたエ
ンコーダを備えたものである。

【００１３】また円筒状のモータケースの内周面に取付
けられたステータコイルと、このステータコイルの内側
に回転可能に設けられ、前記ステータコイルと空隙を介
して対向する永久磁石を有するロータと、このロータの
回転軸を回転可能に支承する軸受を支持するものであっ
て前記モータケースの両端部に取付けられた軸受ハウジ
ングを備えたモータ部分の回転軸を延長し、その端部に
おいて周縁部に複数の凹、凸部が形成された円板を取り
付け、前記円板の凹、凸部に光を照射すると共に前記周
縁部で反射された光を受光する、先端に球面を形成した
光ファイバーを取り付けたエンコーダを備えたものであ
る。

【００１４】上記構成の場合、前記円板に凹、凸部を形
成する代わりに貫通孔またはスリットを形成するように
構成しても良い。そして、請求項記載のブラシレスモー
タを回転駆動するように構成することにより、前記ロー
タが回転し始めた後、前記光ファイバーにより受光した
反射光の受光レベルに基づいて前記ロータの回転に応じ
たパルス信号を生成し、このパルス信号に基づいて前記
ステータコイルを切替通電することにより前記ロータを
回転駆動するように構成される。

【００１５】

【作用】上記手段によれば、一方の軸受ハウジングに貫
通固定した先端に球面を形成した光ファイバーによっ
て、回転軸における永久磁石と一方の軸受ハウジングと
の間の部分に取付けられた円板の周縁部（複数の凹、凸
部）に光を照射すると共に前記円板の周縁部（凹、凸
部）で反射された光を受光する構成とした。この構成で
は、光ファイバーで受光した光を外部の受光素子で検知
するようにすれば、この受光素子の受光信号に基づいて
円板ひいてはロータの位置を高精度に検知することが可
能となる。そして光ファイバーを一方の軸受ハウジング
に貫通固定するだけであり、ホール素子や光センサを配
設する必要がなくなると共に、光ファイバーは細い径の
ものを容易に使用することが可能であるから、モータ全
体の構成を容易に小径化及び小形化することができる。
この場合、円板に凹、凸部を形成する代わりに貫通孔ま
たはスリットを形成するように構成しても、同様な作用
効果を得ることができる。

【００１６】光ファイバーの先端は、球面加工すること
によりレンズ効果をもたせ、円板への照射光のスポット
半径を小さくすることが出来るので、反射凹、凸部の幅
・間隔を小さくできるので、エンコーダとしての分解能
が大幅に向上する。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を超小形の円筒形ブラシレスモ
ータのエンコーダに適用した一実施例について図面を参
照しながら説明する。エンコーダとその発光−受光光学
系の概略全体構成を示す図１においては、モータ本体に
対して、回転軸２４をもち、周縁部に複数の凹、凸部が
形成された円板２０と、前記円板の凹、凸部に光を照射
すると共に前記周縁部で反射された光を受光する、先端
に球面を形成した光ファイバー２１を取り付けたエンコ
ーダが構成されている。

【００１８】光ファイバーからの発光−受光光学系２５
においては、ＬＥＤ光源１７からの光が半透明ミラー１
８を通して透過した後、凸レンズ２６にて光ファイバー
２１内に集光され、反射してきた光は半透明ミラー１
８，反射ミラー１９にて反射後、受光素子２３にて測光
するような構成となっている。

【００１９】次にエンコーダは回転軸２４に円板２０が
取付けられている。この円板２０の周縁部には、図１
(２)に示すように、複数の凹部が等間隔に形成されてい
る。そして、上記円板２０の周縁凹部に対向するエンコ
ーダ２２部位には、貫通孔が形成されている。更に、図
１（１）のエンコーダ２２の貫通孔Ａ内には、先端に球
面を形成した光ファイバー２１の一端部が貫通固定され
ている。この光ファイバー２１は、図４（１）に示すよ
うに先端に同一径からなる円柱型の石英ガラス３１を融
着し、その後先端部を下方に向け、その先端部から順次
加熱することにより石英ガラス自体を溶融して、その表
面張力により球形３４に形成されることを利用して、球
形加工したものを用いている(図４（２)参照）。

【００２０】そしてその他端部側に設けられた発光素子
から発光された光を導いて、上記円板２０の周縁部に照
射するように構成されている。更に、上記光ファイバー
２１は、上記円板２０の周縁部で反射された光をその一
端部により受光すると共に、この受光した光を他端部側
へ導いて前記他端部側に設けられた受光素子へ受光させ
るようなエンコーダが構成されている。

【００２１】図１に示すように円板２０、光ファイバー
２１、発光素子１７及び受光素子２３からなるエンコー
ダ２２が構成され、このエンコーダ２２の主要部分であ
る円板２０と光ファイバー２１の一端部とがモータ部分
に組み付けられ、それぞれの回転軸同士が連結する構成
となっている。尚、上記した構成のブラシレスモータ
は、その外径寸法が約２〜３ｍｍ程度、軸方向の長さ寸
法が約５ｍｍ程度に構成され、エンコーダとしての分解
能は、１００パルス／１回転が得られた。

【００２２】このような構成の本実施例によれば、光フ
ァイバー２１によって、回転軸２４における円板２０の
周縁凹部に光を照射すると共に、前記円板２０の周縁凹
部で反射された光を受光する構成とした。そして、上記
実施例では、光ファイバー２１により受光した光を外部
の受光素子２３で検知する構成としたので、この受光素
子の受光信号に基づいて円板２０ひいてはモータ自体の
回転数（回転速度）ひいては回転位置を高精度に検知す
ることができる。尚、円板２０の周縁凹部は、凹凸等の
スリット効果のパターンが繰り返されるものであれば、
逆に、周縁を凸部形状としても同一であることはいうま
でもない。

【００２３】また上記実施例の場合、図５に示すように
エンコーダ部３６をモータ本体３５と別個に配設するこ
とにより、多機種のモータに対してエンコーダが共有化
でき、光ファイバー２１は細い径のものを容易に使用す
ることが可能であるから、モータ全体の構成を容易に小
径化及び小形化することができる。

【００２４】更に、上記実施例では、エンコーダ２２の
検知信号の分解能を変更したい場合には、凹部の配設個
数を変えた円板を交換して取付けるだけで済むから、変
更が容易である。尚、上記実施例では、円板２０に凹部
を形成したが、これに代えて、円板２０に凸部を形成す
るように構成してもほぼ同様な作用効果を得ることがで
きる。

【００２５】図６は、本発明の他の実施例の縦断断面図
であり、円筒状のモータケースの内周面に取付けられた
ステータコイル１５と、このステータコイル１５の内側
に回転可能に設けられ、前記ステータコイル１５と空隙
を介して対向する永久磁石１４を有するロータと、この
ロータ部回転軸１６を回転可能に支承する軸受を支持す
るものであって、前記モータケースの両端部に取付けら
れた軸受を備えたモータ３５の回転軸１６を延長し、そ
の端部において周縁部に複数の凹、凸部が形成された円
板２０を取り付け、前記円板の凹、凸部に光を照射する
と共に前記周縁部で反射された光を受光する、先端に球
面を形成した光ファイバー２１を取り付けたエンコーダ
部３６を備えたものである。

【００２６】尚、上記各実施例や各応用例においては、
ラジアルギャップ形のインナーロータタイプのブラシレ
スモータに適用したが、これに限られるものではなく、
アキシャルギャップ形やアウターロータタイプ等のブラ
シレスモータに適用しても良いことは勿論である。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、別体のエンコーダ２２枠に貫
通固定した先端に球面を形成した光ファイバーによっ
て、円板の周縁部（複数の凹、凸部）に光を照射すると
共に前記円板の周縁部（凹、凸部）で反射された光を受
光する構成としたので、ロータの位置を高精度に検知で
きると共に、分解能を向上させることができ、モータ全
体の構成を小径化及び小形化することができるという優
れた効果を奏する。この場合、円板に凹、凸部を形成す
る代わりに貫通孔またはスリット、または、印刷パター
ンをエッチングで形成するように構成しても、ほぼ同様
な作用効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブラシレスモータの概
略図。

【図２】従来のエンコーダの構造を示す実施態様各種の
概略図。

【図３】従来のエンコーダ付きブラシレスモータの構造
を示す図面。

【図４】本発明におけるエンコーダ用の先球光ファイバ
ーを示す断面図。

【図５】本発明のエンコーダ付きモータを示す概略図。

【図６】本発明の他の実施例を示すブラシレスモータの
縦断側面図。

【符号の説明】

１１光ファイバー１２エンコーダ用円板１３軸受ハウジング１４永久磁石ロータ１５ステータコイル１６回転軸１７ＬＥＤ光源１８半透明ミラー１９反射ミラー２０エンコーダ用円板２１光ファイバー２２エンコーダ２３受光素子２４回転軸２５発光−受光光学系２６凸レンズ３１石英ガラス３２ファイバーコア３３被覆３４球レンズ部３５モータ本体３６エンコーダ部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状のモータケースの内周面に取付け
られたステータコイルと、このステータコイルの内側に
回転可能に設けられ、前記ステータコイルと空隙を介し
て対向する永久磁石を有するロータと、このロータの回
転軸を回転可能に支承する軸受を支持するものであって
前記モータケースの両端部に取付けられた軸受ハウジン
グを備えたモータ部分と、別体の回転軸をもち、周縁部
に複数の凹、凸部が形成された円板と、前記円板の凹、
凸部に光を照射すると共に前記周縁部で反射された光を
受光する、先端に球面を形成した光ファイバーを取り付
けたエンコーダを備えたことを特徴とするブラシレスモ
ータ。
【請求項２】円筒状のモータケースの内周面に取付け
られたステータコイルと、このステータコイルの内側に
回転可能に設けられ、前記ステータコイルと空隙を介し
て対向する永久磁石を有するロータと、このロータの回
転軸を回転可能に支承する軸受を支持するものであって
前記モータケースの両端部に取付けられた軸受ハウジン
グを備えたモータ部分の回転軸を延長し、その端部にお
いて周縁部に複数の凹、凸部が形成された円板を取り付
け、前記円板の凹、凸部に光を照射すると共に前記周縁
部で反射された光を受光する、先端に球面を形成した光
ファイバーを取り付けたエンコーダを備えたことを特徴
とするブラシレスモータ。
【請求項３】前記円板に凹、凸部を形成する代わり
に、貫通孔またはスリットを形成するように構成したこ
とを特徴とする請求項１または２記載のブラシレスモー
タ。
【請求項４】前記光ファイバーにより受光した反射光
の受光レベルに基づいて前記ロータの回転数を表す回転
数信号と前記ロータの位置を表す位置信号を生成すると
共に、これら回転数信号と位置信号とから前記ステータ
コイルを通電制御するためのモータ駆動信号を生成する
信号生成手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３の
いずれかに記載のブラシレスモータ。