JP2017112733A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】外部から到来する静電気による誤動作を防止可能なブラシレスモータを提供する。
【解決手段】ブラシレスモータ１は、回転軸３２を中心とする円周方向に沿って極方向が交互に反転するように配置された磁石を有し、回転軸３２を回転中心として回動可能に筐体（１１、１６）に取り付けられるロータ１５と、ロータ１５の磁石と対向するように、ロータ１５の回転軸３２を中心とする円周方向に沿って配置される複数のコイルを有し、各コイルに流れる電流により各コイルで生じる磁界とロータ１５の磁石により生じる磁界との相互作用によりロータ１５を回転させるステータ１４と、ロータ１５の回転角を検知する少なくとも一つの回転角センサ（１７−１〜１７−３）と、各回転角センサ（１７−１〜１７−３）よりもロータ１５の回転軸３２から離れた位置に設けられ、かつ、接地された導体により形成される保護部４１とを有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、ブラシレスモータに関する。

回胴遊技機または弾球遊技機などの遊技機には、遊技者の興趣を高めるために、遊技者の視覚、聴覚または感覚に訴える演出を行うための工夫が凝らされている。特に、遊技者の視覚に訴える演出を行うために、遊技機には、可動体、例えば、可動役物が設けられることがある。特に、遊技者の興趣を高めるために、大型の可動役物が遊技機に搭載されることもある。このような可動役物を駆動するためには、高いトルクを持つモータが必要とされる。そこで、比較的小型でも大きなトルクを発生できる直流モータがそのような可動役物を駆動するために使用することが検討されている（例えば、特許文献１を参照）。

また、直流モータにおいて、整流子を用いる代わりに、センサなどによりロータ（回転子とも呼ばれる）の回転角を検知して、ステータ（固定子とも呼ばれる）のコイルに流れる電流の向きを切り替える、ブラシレスモータが知られている（例えば、特許文献２及び３を参照）。例えば、特許文献１〜３に開示されたブラシレスモータでは、回転子の回転角を検知するセンサとして、ホール素子が利用されている。

特開２００４−１６６３４９号公報 特開昭６１−１１２５６３号公報 特開２００８−１５１７７４号公報

遊技機にブラシレスモータが利用される場合、ブラシレスモータの周囲において、静電気放電が生じることがある。例えば、遊技者が導電性の物体に接触することで静電気放電が生じることがある。また、遊技機の中でも、弾球遊技機においては、遊技球と遊技球、遊技球と釘、あるいは、遊技球と役物が衝突を繰り返しながら、遊技球が遊技台の上方から下方へ流れ落ちるような構造となっているため、それらの衝突の際の摩擦によって極めて大きな静電気が発生することが知られている。このような静電気放電がブラシレスモータに達すると、ロータの回転角を検知するセンサが誤動作し、その結果として、ブラシレスモータ及びブラシレスモータにより駆動される可動役物が異常な動作をしてしまうおそれがあった。

また、DVD,HDDなどの記憶装置でのスピンドルモータまたは空冷用のファンモータなどに応用されるブラシレスモータにおいては、ロータの回転角を検知する回転角センサを使用しない所謂センサレスタイプが専ら使用されている。これらの用途では始動時に大きなトルクが必要とされない。そのため、ブラシレスモータは、始動時には、同期運転で徐々に回転速度を増していき、非通電コイルに相応の誘起電圧が生じた時点で、この誘起電圧から磁極位置を検出し、通電切換えを行う。一方、遊技機に用いられる、ブラシレスモータ、特に、静摩擦を伴う役物の駆動に用いられるブラシレスモータでは、大きな始動トルクが必要とされるため、回転角センサの使用は不可避である。

そこで、本発明は、外部から到来する静電気による誤動作を防止可能なブラシレスモータを提供することを目的とする。

本発明の一つの形態として、ブラシレスモータが提供される。このブラシレスモータは、筐体と、ロータであって、回転軸と、その回転軸を中心とする円周方向に沿って極方向が交互に反転するように配置された磁石とを有し、回転軸を回転中心として回動可能に筐体に取り付けられるロータと、ロータの磁石と対向するように、ロータの回転軸を中心とする円周方向に沿って配置される複数のコイルを有し、複数のコイルに流れる電流によりその複数のコイルで生じる磁界とロータの磁石により生じる磁界との相互作用によりロータを回転させるステータと、ロータの回転角を検知する少なくとも一つの回転角センサと、少なくとも一つの回転角センサのそれぞれよりもロータの回転軸から離れた位置に設けられ、かつ、接地された導体により形成される保護部とを有する。

このブラシレスモータは、筐体内に収容され、かつ、少なくとも一つの回転角センサが取り付けられる基板をさらに有することが好ましい。この場合において、保護部は、基板上のパターンとして形成されることが好ましい。

あるいは、このブラシレスモータにおいて、保護部は、筐体に設けられることが好ましい。

本発明に係るブラシレスモータは、外部から到来する静電気による誤動作を防止することができるという効果を奏する。

本発明の一つの実施形態に係るブラシレスモータの概略斜視図である。 ブラシレスモータの部品展開斜視図である。 （ａ）は、ブラシレスモータの透過斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の矢印ＡＡ’で示される線におけるブラシレスモータの概略断面図である。 各ホールＩＣからの出力電圧と、ステータの各コイルに印加される電流の関係の一例を示す真理値表である。 回路基板の概略平面図である。

以下、本発明の一つの実施形態によるブラシレスモータを、図を参照しつつ説明する。このブラシレスモータは、ロータの回転角を検知するセンサよりも、ロータの回転軸から離れた位置に、導電体により形成され、接地される、静電気からの保護用のガードパターンが設けられる。これにより、このブラシレスモータは、外部から到来する静電気を、ガードパターンによってアース電極へ逃がして、静電気によりセンサが誤動作することを防止する。

図１は、本発明の一つの実施形態に係るブラシレスモータ１の概略斜視図である。図２は、ブラシレスモータ１の部品展開斜視図である。また図３（ａ）は、ブラシレスモータ１の透過斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の矢印ＡＡ’で示される線におけるブラシレスモータ１の概略断面図である。図１〜図３（ｂ）に示されるように、ブラシレスモータ１は、ベースプレート１１と、回路基板１２と、軸受け部１３と、ステータ１４と、ロータ１５と、カバーケース１６と、３個のホールＩＣ１７−１〜１７−３と、コネクタ１８とを有する。

本実施形態によるブラシレスモータ１は、直流モータであり、ホールＩＣ１７−１〜１７−３により検知されたロータ１５の回転角に応じて、ステータ１４が有する各コイルに印加される電流の向きが駆動回路（図示せず）により制御される。なお、本発明によるブラシレスモータは、ロータの回転角を検知する回転角センサを有するものであれば、直流モータ以外のブラシレスモータであってもよい。以下では、説明の便宜上、ブラシレスモータ１において、ベースプレート１１が設けられる側を下側とし、カバーケース１６が設けられる側を上側とする。なお、実際にブラシレスモータ１を他の機器、例えば、遊技機に取り付ける場合には、ブラシレスモータ１のどの面が上側を向くようにブラシレスモータ１は配置されてもよい。

ベースプレート１１は、カバーケース１６とともに、ブラシレスモータ１の筐体を形成する。そしてベースプレート１１とカバーケース１６とにより形成される空間内に、ブラシレスモータ１の他の各部が収容される。本実施形態では、ベースプレート１１は、例えば、樹脂により形成され、ブラシレスモータ１の各部を支持する。そのために、ベースプレート１１は、平板状の部材として形成され、その略中心に、軸受け部１３及びロータ１５の回転軸３２を取り付けるための円形状の孔１１ａが設けられる。またベースプレート１１の外周に沿って、カバーケース１６及びコネクタ１８を固定するための複数の外壁１１ｂが形成される。

回路基板１２は、ベースプレート１１の上に配置され、ホールＩＣ１７−１〜１７−３を支持する。また、回路基板１２には、ステータ１４が有する各コイルに電流を印加するために、ステータ１４の各コイル２１−１〜２１−９とブラシレスモータ１の外部に設けられる駆動回路（図示せず）とを電気的に接続可能なように、ステータ１４の各コイル２１−１〜２１−９の巻線とコネクタ１８とを接続するための配線パターンが設けられる。さらに、回路基板１２には、ホールＩＣ１７−１〜１７−３と、駆動回路とを電気的に接続可能なように、ホールＩＣ１７−１〜１７−３のそれぞれとコネクタ１８とを接続するための配線パターンが設けられる。さらにまた、回路基板１２には、外部からの静電気放電からホールＩＣ１７−１〜１７−３を保護するためのガードパターンが形成される。さらに、回路基板１２には、ベースプレート１１に取り付けられた状態で、孔１１ａと重なる位置に、軸受け部１３が貫通する孔１２ａが形成される。なお、回路基板１２の詳細については後述する。

軸受け部１３は、円筒状に形成され、軸方向がベースプレート１１に対して略直交となるように、ベースプレート１１の孔１１ａ及び回路基板１２の孔１２ａを貫通してベースプレート１１に取り付けられる。そして軸受け部１３は、その内周側にて、ロータ１５の回転軸３２を、ロータ１５が回動可能なように支持する。そのために、軸受け部１３は、その内周側に１個以上のボールベアリングを有する。

ステータ１４は、円筒状に形成され、回路基板１２の上に、ロータ１５の回転軸３２及び軸受け部１３の周りに、かつ、ロータ１５が有する永久磁石３３と対向するように配置される。そしてステータ１４は、ロータ１５が有する永久磁石３３と相互作用してロータ１５を回転させるための磁界を発生させる９個のコイル２１−１〜２１−９を有する。本実施形態では、各コイルのうち、コイル２１−１、２１−４、２１−７は、Ｕ相用のコイルであり、コイル２１−２、２１−５、２１−８は、Ｖ相用のコイルであり、コイル２１−３、２１−６、２１−９は、Ｗ相用のコイルである。すなわち、各コイル２１−１〜２１−９は、ロータ１５の回転軸３２を中心とする円周に沿って、上側から見て時計回りにＵ相用のコイル、Ｖ相用のコイル、Ｗ相のコイルの順で配置される。なお、ステータ１４が有するコイルの数は、９個でなくてもよい。ステータ１４は、例えば、各相について、１個または２個のコイルを有していてもよい。

各コイルの巻線は、回路基板１２に設けられた配線パターン及びコネクタ１８を介して駆動回路と電気的に接続され、駆動回路から印加される電流の向きに応じた磁界を発生させる。

ロータ１５は、円盤状の部材とその部材の外周に沿って下側へ向けて円筒状に形成される外壁部材とを有する支持部材３１と、支持部材３１の円盤状の部材の中心に取り付けられる円柱状の回転軸３２と、外壁部材の内周に沿って配置される円筒状の永久磁石３３とを有する。そしてロータ１５は、回転軸３２が軸受け部１３を貫通し、永久磁石３３の内側に、ステータ１４が位置するとともに永久磁石３３とステータ１４の各コイル２１−１〜２１−９とが対向するように取り付けられる。そしてロータ１５は、ステータ１４の各コイル２１−１〜２１−９が生じる磁界と永久磁石３３が生じる磁界との相互作用によって、回転軸３２を回転中心として回転する。

永久磁石３３は、例えば、希土類ボンド磁石である。永久磁石３３は、例えば、接着により、支持部材３１の外壁の内周に沿って取り付けられ、回転軸３２を中心とする円周方向に沿って極方向が交互に反転するように着磁される。本実施形態では、永久磁石３３は回転軸３２を中心とする円周方向に沿って１２分割され、Ｓ極が下側、すなわち、Ｓ極が回路基板１２側となる部分とＮ極が下側となる部分とが交互に設けられる。すなわち、永久磁石３３の極方向は、円周方向及び回転軸３２を中心とする放射方向に対して直交する方向に向けられる。なお、ロータ１５が有する永久磁石３３の分割数は１２個よりも少なくても、あるいは多くてもよい。あるいは、ロータ１５は、支持部材３１の外壁の内周に沿って、すなわち、回転軸３２を中心とする円周方向に沿って配置された複数の永久磁石を有してもよい。この場合には、Ｓ極が下側を向く永久磁石とＮ極が下側を向く永久磁石とが、支持部材３１の外壁の内周に沿って交互に取り付けられる。なお、永久磁石３３は、他の方法によって支持部材３１に取り付けられてもよい。これにより、ロータ１５は、ステータ１４の各コイル２１−１〜２１−９が発生する磁界に応じて回転する。

カバーケース１６は、例えば、樹脂により形成され、ベースプレート１１とともに筐体を形成し、ブラシレスモータ１の他の各部を収容する。そのために、カバーケース１６は、略円筒状に形成される側壁１６ａと、ロータ１５の上側に位置する天板１６ｂとを有する。そして側壁１６ａの一部には、コネクタ１８を収容するための突起部１６ｃが形成され、突起部１６ｃの一部に、コネクタ１８を露出させる孔１６ｄが形成される。

ホールＩＣ１７−１〜１７−３は、ロータ１５の永久磁石３３が発生する磁界の変化を検知することで、ロータ１５の回転角を検出する回転角センサの一例である。本実施形態では、ホールＩＣ１７−１は、Ｕ相用であり、ホールＩＣ１７−２は、Ｖ相用であり、ホールＩＣ１７−３は、Ｗ相用である。そしてホールＩＣ１７−１〜１７−３は、ロータ１５の回転軸３２を中心とした円弧に沿って、上側から見て反時計回りに、３０°ずつの間隔で、ロータ１５の永久磁石３３と鉛直方向に沿って対向するように、回路基板１２上に取り付けられる。

ホールＩＣ１７−１は、例えば、ホールＩＣ１７−１の上側から下側へ向かう磁界を検知すると、すなわち、永久磁石３３のＮ極側が下側（ホールＩＣ１７−１側）へ向く部分がホールＩＣ１７−１に近接すると、相対的に高い電圧を出力し、逆に、ホールＩＣの下側から上側へ向かう磁界を検知すると、すなわち、永久磁石３３のＳ極側が下側へ向く部分がホールＩＣ１７−１に近接すると、相対的に低い電圧を出力する。ホールＩＣ１７−２、１７−３も同様である。したがって、各ホールＩＣ１７−１〜１７−３からの出力電圧の変化により、ロータ１５の回転角が検知される。
各ホールＩＣ１７−１〜１７−３から出力された電圧は、回路基板１２上の配線パターン及びコネクタ１８を介して駆動回路へ出力される。

図４は、ロータ１５を上側から見て時計回りに回転させる場合における、各ホールＩＣ１７−１〜１７−３からの出力電圧と、ステータ１４の各コイル２１−１〜２１−９に印加される電流の関係の一例を示す真理値表である。図４に示された真理値表４００において、HallU、HallV、HallWは、それぞれ、ホールＩＣ１７−１、１７−２、１７−３の出力電圧を表す。'+'は、相対的に高い出力電圧であることを表し、'-'は、相対的に低い出力電圧であることを表す。またOUTU、OUTV、OUTWは、それぞれ、Ｕ相用のコイル、Ｖ相用のコイル、Ｗ相用のコイルに印加される電流の向きを表す。'H'は、コイル内にロータ１５の永久磁石３３から離れる方向の磁界が発生する向きの電流がそのコイルに印加されることを表す。また'L'は、コイル内にロータ１５の永久磁石３３へ向かう方向の磁界が発生する向きの電流がそのコイルに印加されることを表す。そして'Z'は、電流が印加されないことを表す。なお、括弧内に示された電流の向きは、ロータ１５を上側から見て反時計回りに回転させる場合の各コイル２１−１〜２１−９に印加される電流の向きを表す。

例えば、ホールＩＣ１７−１及びホールＩＣ１７−３の出力電圧が相対的に高く、ホールＩＣ１７−２の出力電圧が相対的に低い場合、Ｕ相用の各コイルに、ロータ１５の永久磁石３３から離れる方向の磁界が発生する向きの電流が印加され、Ｖ相用の各コイルに、ロータ１５の永久磁石３３へ向かう方向の磁界が発生する向きの電流が印加される。そしてＷ相用のコイルには電流は印加されない。駆動回路は、真理値表４００に従って、各コイル２１−１〜２１−９に印加する電流を制御することで、ロータ１５を回転させることができる。

コネクタ１８は、各ホールＩＣ１７−１〜１７−３及びステータ１４の各コイル２１−１〜２１−９をブラシレスモータ１の外部に設けられた駆動回路と接続するためのインターフェースである。そしてコネクタ１８は、各ホールＩＣ１７−１〜１７−３からの出力電圧を駆動回路へ出力する。またコネクタ１８は、駆動回路から印加される電流を、各コイル２１−１〜２１−９へ流す。

以下、回路基板１２の詳細について説明する。
図５は、回路基板１２の概略平面図である。なお、簡単化のために、図５において、ガードパターン以外の配線パターンの図示は省略されている。図５に示されるように、回路基板１２には、ロータ１５の回転軸３２が貫通する孔１２ａから各ホールＩＣ１７−１〜１７−３までの距離よりも、孔１２ａから離れた位置に、ガードパターン４１が設けられている。ガードパターン４１は、保護部の一例であり、導体により形成される。本実施形態では、回路基板１２上にガードパターン４１が二つ設けられており、それぞれ、コネクタ１８の中心と孔１２ａの中心を結ぶ線に対して略線対称に配置されている。そのため、その二つのガードパターン４１とコネクタ１８とで、各ホールＩＣ１７−１〜１７−３は囲まれるように配置されている。なお、静電気が到来する方向が予め想定される場合には、ガードパターン４１は、その方向にのみ設けられてもよい。例えば、図５において、左側からのみ静電気が到来することが想定される場合、各ホールＩＣ１７−１〜１７−３よりも左側にのみ、ガードパターン４１が設けられてもよい。

また、ガードパターン４１は、例えば、ビアを介して、回路基板１２の下側の面に設けられたアース電極（図示せず）と接続される。そしてアース電極は、コネクタ１８を介して接地される。すなわち、ガードパターン４１は接地される。なお、ガードパターン４１は、他の方法により接地されてもよい。

このように、ガードパターン４１は、ロータ１５の回転軸３２から見て、各ホールＩＣ１７−１〜１７−３よりも外側に位置する。そのため、ブラシレスモータ１の外部から到来する静電気は、各ホールＩＣ１７−１〜１７−３の何れかに達するよりも前に、ガードパターン４１に達し、ガードパターン４１を介してアース電極へ逃がされる。そのため、外部から到来する静電気に対して、各ホールＩＣ１７−１〜１７−３は保護される。なお、ガードパターン４１が静電気を捉え易くなるように、ガードパターン４１の表面にはレジスト層が形成されず、ガードパターン４１を形成する導体が露出していることが好ましい。

以上に説明してきたように、このブラシレスモータは、ロータの回転角を検知するセンサであるホールＩＣよりも外側に、外部から到来する静電気をアース電極へ逃がすためのガードパターンを有する。そのため、このブラシレスモータは、外部から到来する静電気に対してホールＩＣを保護することができる。

変形例によれば、回路基板にガードパターンが形成される代わりに、あるいは、ガードパターンとともに、カバーケース全体が導体で形成され、かつ、接地されてもよい。この場合、カバーケース自体が保護部となる。あるいはまた、保護部として、カバーケースの側壁の内側あるいは外側に、カバーケースの側壁に沿って一周するように、接地された導体が設けられてもよい。これにより、ブラシレスモータは、外部から到来する静電気がホールＩＣなどのセンサに達する前に、より確実にその静電気をアース電極へ逃がすことができる。

また他の変形例によれば、ロータが有する永久磁石が、ステータが有する円周上に配置された複数のコイルよりもロータの回転軸側に位置するように、ロータに永久磁石が取り付けられてもよい。

さらに他の変形例によれば、各ホールＩＣの代わりに、検知した磁界の大きさ及び向きに応じたアナログ電圧を出力するホール素子そのもの、あるいは、ロータリーエンコーダが回転角センサとして用いられてもよい。ロータリーエンコーダが回転角センサとして用いられる場合、例えば、ロータリーエンコーダは、ロータの回転軸に、その回転軸を中心とする円周方向に沿って所定の角度間隔で設けられたスリットを有する円盤と、その円盤を挟んで対向するように設けられた発光素子及び受光素子とを有する。そして受光素子は、受光素子と発光素子の間に何れかのスリットが位置する場合に発光素子からの光を受光できるので、ロータリーエンコーダは、受光素子が発光素子からの光を受光した回数により、ロータの回転角を検知できる。この場合も、保護部は、回転軸とロータリーエンコーダの受光素子よりも回転軸から離れた位置に設けられればよい。

このように、当業者は、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。

１ ブラシレスモータ
１１ ベースプレート
１２ 回路基板
１３ 軸受け部
１４ ステータ
１５ ロータ
１６ カバーケース
１７−１〜１７−３ ホールＩＣ
１８ コネクタ
２１−１〜２１−９ コイル
３１ 支持部材
３２ 回転軸
３３ 永久磁石
４１ ガードパターン

Claims (3)

1. 筐体と、
   ロータであって、回転軸と、前記回転軸を中心とする円周方向に沿って、極方向が交互に反転するように配置された磁石とを有し、前記回転軸を回転中心として回動可能に前記筐体に取り付けられるロータと、
   前記ロータの前記磁石と対向するように、前記回転軸を中心とする円周方向に沿って配置される複数のコイルを有し、前記複数のコイルに流れる電流により前記複数のコイルで生じる磁界と前記ロータの前記磁石により生じる磁界との相互作用により前記ロータを回転させるステータと、
   前記ロータの回転角を検知する少なくとも一つの回転角センサと、
   前記少なくとも一つの回転角センサのそれぞれよりも前記回転軸から離れた位置に設けられ、かつ、接地された導体により形成される保護部と、
   を有するブラシレスモータ。
2. 前記筐体内に収容され、かつ、前記少なくとも一つの回転角センサが取り付けられる基板をさらに有し、
   前記保護部は、前記基板上のパターンとして形成される、請求項１に記載のブラシレスモータ。
3. 前記保護部は、前記筐体に設けられる、請求項１に記載のブラシレスモータ。

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