JP4478537B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、３相構造のブラシレスモータにおいて、ステータ基板側に取り付けた複数個の駆動用コイルと、ロータヨークに固着されて複数極に着磁した円環状の駆動用マグネットとを僅かな隙間を隔てて互いに対向させてロータヨークを回転軸と一体に回転自在に支持し、且つ、ＦＧパルス又は１回転パルスを得るために駆動用マグネットとは異なる極数で着磁したマグネットをロータヨークに固着すると共に、このマグネットと対向して磁気センサをステータ基板に取り付けた際に、駆動用コイル及び駆動用マグネットからの各磁束の影響を受けない位置に磁気センサを取り付けたブラシレスモータに関するものである。

従来、３相構造のブラシレスモータは各種の電子機器に採用されており、例えばＶＴＲのキャプスタンモータとか、磁気ディスクドライブ用モータなどに多用されている。

この種のブラシレスモータの従来例として、始動時におけるモータの起動時間を短縮する目的で構成されたものがある（例えば、特許文献１）。
特開平８−３２２２８７号公報。

図１３は従来のブラシレスモータを示した断面図、
図１４は従来のブラシレスモータにおいて、駆動用マグネットに対して駆動用コイルとＦＧセンサの位置を示した模式図、
図１５はＦＧセンサに適用されるＭＲ素子のパターンの一例を示した図、
図１６はＦＧセンサに適用されるＭＲ素子の等価回路を示した図である。

図１３に示した従来のブラシレスモータ１００は、上記した特許文献１（特開平８−３２２２８７号公報）に開示されており、ここでは特許文献１を参照して簡略に説明する。

図１３に示した如く、従来のブラシレスモータ１００は、固定側のステータと回転側のロータとからなり、キャプスタンモータとして構成されている。

上記した固定側のステータは、ステータ基板１０１上に一対のベアリング１０２を上下に嵌着したベアリングホルダ１０３が取り付けられていると共に、ステータ基板１０１上に複数個の駆動用コイル１０４がベアリングホルダ１０３の外周側で一対のベアリング１０２内に挿通される回転軸１０６に対して略同心的な一つの円周に沿って取り付けられ、更に、一つの駆動用コイル１０４の外側で後述するＦＧ用マグネット１１０と対向してＦＧセンサ１０５が取り付けられている。

一方、回転側のロータは、ベアリングホルダ１０３に嵌着した一対のベアリング１０２内に回転軸１０６が挿通されており、この回転軸１０６の上端に固着させたブッシング１０７にカップ状のロータヨーク１０８が取り付けられて、回転軸１０６と一体にロータヨーク１０８が回転可能になっていると共に、ロータヨーク１０８の内周壁面に沿って複数極に着磁した円環状の駆動用マグネット１０９が固着され、更に、ＦＧパルス（回転速度信号）を得るためにロータヨーク１０８の外周壁面に沿って駆動用マグネット１０９とは異なる極数で多極に着磁した円環状のＦＧ用マグネット１１０が固着されて、ロータヨーク１０８と一体に駆動用マグネット１０９及びＦＧ用マグネット１１０が回転可能となっている。

そして、ステータ基板１０１上に取り付けた複数個の駆動用コイル１０４と、ロータヨーク１０８の内周壁面に沿って固着させた円環状の駆動用マグネット１０９とが上下方向に僅かな隙間を隔てて互いに対向することで、ブラシレスモータ１００の回転駆動力が得られるようになっている。

この際、ロータヨーク１０８の内周壁面に沿って固着させた円環状の駆動用マグネット１０９は、Ｎ極とＳ極とが等間隔で交互に繰り返して回転軸１０６を中心にして扇形状に例えば８極（４極対）に着磁されており、駆動用マグネット１０９中でＮ極とＳ極からなる一対の磁極は図１４に示したように電気角で示すと３６０°（＝２π［ｒａｄ］）となっている。尚、電気角とは隣接する一対の磁極（Ｎ極とＳ極）を２π［ｒａｄ］で表す方法である。

また、図１４に示したように、複数個の駆動用コイル１０４は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相からなり、これらの各相で３相結線されていると共に、隣接する駆動用コイル１０４の取り付けピッチ角度を電気角で示すと２４０°（＝４π／３［ｒａｄ］）に設定されている。

更に、ロータヨーク１０８の外周壁面に沿って固着されたＦＧ用マグネット１１０は多極に着磁されており、このＦＧ用マグネット１１０に対してＦＧセンサ１０５が対向している。ここで使用されているＦＧセンサ１０５は、一般にＭＲ素子と呼ばれているもので、外部から磁気が加わることにより抵抗値が変化する素材を、例えば、図１５に示すパターンで配置したものであり、等価的には図１６に示され、磁界の強さに応じて各抵抗値が変化するので、Ｖｃｃ−ＧＮＤ間に一定の電位差を与えると、出力Ｐ１と出力Ｐ２に外部磁界に応じた出力が得られるものである。このようにして、ＦＧ用マグネット１１０からの磁束をＦＧセンサ１０５で検出して、出力Ｐ１と出力Ｐ２の電位差を取ることにより、１回転に付き多数個のＦＧパルスが得られるようになっている。ここで、ＭＲ素子のパターンが図１５に示すように複雑になっていたり、出力Ｐ１と出力Ｐ２の電位差を取ったりしているのは、ＦＧ用マグネット１１０以外からの磁束による影響をキャンセルして出力しないようにしたり、ＦＧ着磁が局部的に異常となった場合の影響を少なくするためである。

ここでは、ＦＧセンサ（ＭＲ素子）１０５の出力Ｐ１と出力Ｐ２の電位差を取って多数個のＦＧパルスを得ると共に、ブラシレスモータ１００の始動時に、ＦＧセンサ１０５に鎖交する駆動用マグネット１０９からの漏れ磁束を検出し、その検出信号を起動時に通電するコイルを決める起動信号として用いるために、図１４に示したように、ＦＧセンサ１０５は、Ｕ相コイルセンターから電気角で１５°＋１８０°×Ｎ１（但し、Ｎ１：整数）の位置、あるいは、Ｗ相コイルセンターから電気角で７５°＋１８０°×Ｎ２（但し、Ｎ２：整数）の位置に設定し、ＦＧセンサ（ＭＲ素子）１０５の出力Ｐ１と出力Ｐ２の和を取ることにより、駆動用マグネット１０９の磁極の位置を検知して、始動時においては適切な駆動用コイル１０４に通電することにより、必ず正転方向に動き出して逆起電力が得られ、ブラシレスモータ１００の起動時間を大幅に短縮できる旨が開示されている。

ところで、従来のブラシレスモータ１００では、ＦＧセンサ１０５を前記した取り付け位置に設定することで、ＦＧセンサ１０５に鎖交する駆動用マグネット１０９からの漏れ磁束を積極的に利用して、始動時の起動を改善しているものの、ＦＧセンサ１０５本来の性能を犠牲してしまうことになる。

即ち、ＦＧセンサ１０５は、本来，ＦＧ用マグネット１１０からの磁束を検出して１回転に付き多数個のＦＧパルスを得るものであるが、下記するように、駆動用マグネット１０９や駆動用コイル１０４からの漏れ磁束があると、ＦＧパルスの信号特性に悪影響を及ぼす。

ここで、ＦＧセンサ１０５として使用するＭＲ素子は、前述の通り、外部磁界の影響を受けないように工夫されてはいる。しかしながら、駆動用マグネット１０９や駆動用コイル１０４からの漏れ磁束は、ＦＧ着磁よりは周期が長いものの、ブラシレスモータ１００の回転により磁極の極性と大きさが変化し、それに加え、ＭＲ素子（ＦＧセンサ１０５）中で磁束を検出している部分は、図１５に示すように、一箇所ではなく幅を持っており、前述の外部磁界の影響をキャンセルするのは、ＭＲ素子内部で異なった位置にある部分同士である。従って、特に駆動用マグネット１０９と駆動用コイル１０４からの漏れ磁束の変化の大きい部分が、ＭＲ素子（ＦＧセンサ１０５）に対向する位置に来た場合、本来キャンセルすべきＭＲ素子のパターンに、異なった磁界が加わるため、うまくキャンセルできなく、ＭＲ素子の出力であるＦＧパルスにエラーが発生する。

このようにＦＧパルスにエラーが発生すると、ブラシレスモータ１００の回転速度制御が不安定となる問題点が生じてしまう。

そこで、小型３相構造のブラシレスモータにおいて、ステータ基板側に取り付けた複数個の駆動用コイルと、ロータヨークに固着されて複数極に着磁した円環状の駆動用マグネットとを僅かな隙間を隔てて互いに対向させてロータヨークを回転軸と一体に回転自在に支持し、且つ、ＦＧパルス又は１回転パルスを得るために駆動用マグネットとは異なる極数で着磁したマグネットをロータヨークに固着すると共に、このマグネットと対向して磁気センサをステータ基板に取り付けた際に、ＦＧパルス又は１回転パルスを磁気センサで良好に検出できるブラシレスモータが望まれている。

請求項１記載の発明は、回転軸と、
前記回転軸と一体に回転し、駆動用マグネットと回転検出用マグネットとを固着して成るロータヨークと、
前記駆動用マグネットと対向するよう配置した複数の駆動用コイルと、
前記回転検出用マグネットの磁束を検出する磁気センサとを備えたブラシレスモータであって、
前記駆動用マグネットは円環状であって等しい着磁ピッチ角度で着磁された複数の磁極を有し、
前記複数の駆動用コイルは、前記回転軸を中心として略同心状に所定の取付けピッチ角度で配置されており、
前記所定の取付けピッチ角度を、前記着磁ピッチ角度の略４／３倍にすると共に、前記磁気センサを、前記駆動用マグネットからの磁束と前記駆動用コイルからの磁束とが互いに打ち消し合う位置に配置して成ることを特徴とするブラシレスモータである。

また、請求項２記載の発明は、回転軸と、
前記回転軸と一体に回転し、駆動用マグネットと回転検出用マグネットとを固着して成るロータヨークと、
前記駆動用マグネットと対向するよう配置した複数の駆動用コイルと、
前記回転検出用マグネットの磁束を検出する磁気センサとを備えたブラシレスモータであって、
前記駆動用マグネットは円環状であって等しい着磁ピッチ角度で着磁された複数の磁極を有し、
前記複数の駆動用コイルは、その中心線が前記回転軸を通るようその回転軸を中心として略同心状に所定の取付けピッチ角度で配置されており、
前記所定の取付けピッチ角度を前記着磁ピッチ角度の略４／３倍とし、
前記複数の駆動用コイル中の一つの駆動用コイルであって、前記回転軸の回転方向に対して逆回転方向側に他の駆動用コイルが隣接配置されている前記一つの駆動用コイルの前記中心線に対して、前記磁気センサの前記回転軸を通る中心線が、前記逆回転方向に向けて前記所定の取付けピッチ角度の０．２５±０．１倍の角度範囲にあるように前記磁気センサを配置して成ることを特徴とするブラシレスモータである。

本発明に係るブラシレスモータによると、ステータ基板側に取り付けた複数個の駆動用コイルと、ロータヨークに固着されて複数極に着磁した円環状の駆動用マグネットとを僅かな隙間を隔てて互いに対向させてロータヨークを回転軸と一体に回転自在に支持し、且つ、ＦＧパルス又は１回転パルスを得るために駆動用マグネットとは異なる極数で着磁した回転検出用マグネットをロータヨークに固着すると共に、この回転検出用マグネットと対向して磁気センサをステータ基板に取り付けた際に、隣接する駆動用コイルの取り付けピッチ角度を駆動用マグネット中の一つの磁極の着磁ピッチ角度の略４／３倍に設定し、且つ、磁気センサで検出される駆動用マグネットからの磁束と駆動用コイルからの磁束とが互いに打ち消し合う位置に磁気センサを取り付けたため、磁気センサは駆動用コイル及び駆動用マグネットからの各磁束の影響を受けないために、上記した回転検出用マグネットからの磁束を確実に検出して性能の良いＦＧパルス又は１回転パルスが得られるために、ブラシレスモータの品質及び信頼性向上に寄与できる。

以下に本発明に係るブラシレスモータの一実施例を図１乃至図１２を参照して、実施例１，実施例２の順に詳細に説明する。

図１は本発明に係る実施例１のブラシレスモータの全体構成を説明するために、軸中心の一方側を断面して示した半断面図、
図２は本発明に係る実施例１のブラシレスモータにおいて、フレキシブルプリント配線基板側を示した平面図、
図３は本発明に係る実施例１のブラシレスモータにおいて、駆動用マグネットの着磁状態を示した平面図、
図４は本発明に係る実施例１のブラシレスモータにおいて、駆動用コイルと駆動用マグネットとの関係を模式的に示した図、
図５は本発明に係る実施例１のブラシレスモータにおいて、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相からなる駆動用コイルの３相スター結線を示した図、
図６は本発明に係る実施例１のブラシレスモータにおいて、（ａ）はＭＲ素子とＦＧ用マグネットの着磁状態とを示した斜視図であり、（ｂ）はＦＧパルスを示した波形図、
図７は本発明に係る実施例１のブラシレスモータにおいて、ＦＧパルス検出用のＭＲ素子の取り付け角度を説明するための図、
図８は本発明に係る実施例１のブラシレスモータにおいて、ＭＲ素子の取り付け位置によるエンコーダーエラーの実測データを示した図である。

図１に示した如く、本発明に係る実施例１のブラシレスモータ１０は、固定側のステータと回転側のロータとからなり、例えばＶＴＲで用いられるキャプスタンモータとして構成されている。

上記した固定側のステータは、鉄系軟磁性体からなる平板状のモータベース１１の上面上に、一対のベアリング１２を上下に嵌着したベアリングホルダ１３が垂直に取り付けられている。

また、モータベース１１の下面に貼着したフレキシブルプリント配線基板１４には、図２に示した如く、複数個（例えば６個）の駆動用コイル１５がベアリングホルダ１３に嵌着した一対のベアリング１２内に挿通される回転軸１８に対して略同心的な一つの円周に沿って取り付けられ、更に、一つの駆動用コイル１５の外側で後述するＦＧ用マグネット２２と対向してＦＧパルス検出用の磁気センサとしてＭＲ素子１６が１個取り付けられており、このＦＧパルス検出用のＭＲ素子１６は、先に従来技術で図１５及び図１６を用いて説明したと略同様な構造に形成されている。また、駆動用コイル１５が配置されていないコイル間の隙間に、コイル切替え用のホール素子１７が３個取り付けられている。この際、モータベース１１とこの下面に貼着したフレキシブルプリント配線基板１４とでステータ基板が構成されている。

図１に戻り、回転側のロータは、ベアリングホルダ１３に嵌着した一対のベアリング１２内に回転軸１８が挿通されており、この回転軸１８の下端に固着させたブッシング１９にカップ状のロータヨーク２０が取り付けられて、回転軸１８と一体にロータヨーク２０が回転可能になっていると共に、ロータヨーク２０の内周壁面に沿って複数極｛例えば１０極（５極対）｝に着磁した円環状の駆動用マグネット２１が固着され、更に、ＦＧパルス（回転速度信号）を得るためにロータヨーク２０の外周壁面に沿って駆動用マグネット２１とは異なる極数で多極｛例えば２９４極（１４７極対）｝に着磁した円環状のＦＧ用マグネット２２が固着されて、ロータヨーク２０と一体に駆動用マグネット２１及びＦＧ用マグネット２２が回転可能となっている。この際、上記したＦＧ用マグネット２２は回転検出用マグネットとして機能している。

また、回転軸１８の上部には、上方のベアリング１２からのオイルが下方に伝わらないようにオイル止め２３が嵌め込まれている。

そして、フレキシブルプリント配線基板１４に取り付けた６個の駆動用コイル１５と、ロータヨーク２０の内周壁面に沿って固着させた円環状の駆動用マグネット２１とが上下方向に僅かな隙間を隔てて互いに対向することで、ブラシレスモータ１０の回転駆動力が得られるようになっている。

ここで、図３に示した如く、ロータヨーク２０の内周壁面に沿って固着させた円環状の駆動用マグネット２１は、Ｎ極とＳ極とが等間隔で交互に繰り返して回転軸１８を中心にして扇形状に例えば１０極（５極対）に着磁されており、図４に示した如く、駆動用マグネット２１中の一つの磁極（Ｎ極又はＳ極）の着磁ピッチ角度をＰｍ［ｒａｄ］とする。この際、駆動用マグネット２１の一つの磁極（Ｎ極又はＳ極）の着磁ピッチ角度を幾何学的な機械角で示すと３６０°／１０＝３６°となり、一方、駆動用マグネット２１の一つの磁極（Ｎ極又はＳ極）の着磁ピッチ角度を電気角で示すと１８０°（＝π［ｒａｄ］）となる。尚、前述したと同様に、電気角とは隣接する一対の磁極（Ｎ極とＳ極）を２π［ｒａｄ］で表す方法である。

一方、図４に示した如く、フレキシブルプリント配線基板１４に取り付けた６個の駆動用コイル１５は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相からなる３相を組みとして、この組みが図２に示したように２組繰り返し配置されている。そして、隣接する駆動用コイル１５の取り付けピッチ角度Ｐｃ［ｒａｄ］を例えば各コイルの中心間で図示すると、Ｐｃ［ｒａｄ］＝略（４／３）×Ｐｍ［ｒａｄ］に設定されており、これを言い換えると、隣接する駆動用コイル１５の取り付けピッチ角度は駆動用マグネット２１の一つの磁極（Ｎ極又はＳ極）の着磁ピッチ角度Ｐｍ［ｒａｄ］の略４／３倍となっているので、駆動用マグネット２１の２極対に対して駆動用コイル１５が３個配置されることになる。従って、駆動用コイル１５の取り付けピッチ角度を機械角で示すと４８°となり、電気角で示すと２４０°（＝４π／３）となる。

この際、図５に示したように、６個の駆動用コイル１５は、２個のＵ相同士と、２個のＶ相同士と、２個のＷ相同士とをそれぞれ直列に結線した上で、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相が３相スター結線されている。

次に、図６（ａ）に示した如く、ロータヨーク２０の外周壁面に沿って固着したＦＧ用マグネット２２は、Ｎ極とＳ極とが交互に繰り返して多極に着磁されており、この実施例１では例えば２９４極（１４７極対）に着磁されている。そして、ＦＧ用マグネット２２からの磁束をフレキシブルプリント配線基板１４に取り付けたＭＲ素子１６で検出することで、図６（ｂ）に示したように１回転に付き多数個のＦＧパルスが得られる。

また、駆動用コイル１５が配置されていないコイル間の隙間に取り付けられた３個のホール素子１７（図２）は、駆動用マグネット２１からの磁束を検出して、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の駆動用コイル１５への電流切替えを行っている。

ここで、実施例１の要部となるＦＧパルス検出用のＭＲ素子（磁気センサ）１６の取り付け角度について図７を用いて説明する。

まず、図７−１．は、ロータヨーク２０の内周壁面に沿って駆動用マグネット２１を固着させたロータ側を通常時の回転方向として図中左方向に角速度ω［ｒａｄ／ｓｅｃ］で回転させた時に、駆動用マグネット２１に対向してステータ側のフレキシブルプリント配線基板１４に取り付けたＵ相，Ｖ相，Ｗ相からなる３相の駆動用コイル１５がある状態であり、且つ、ロータヨーク２０の外周壁面に沿って固着させたＦＧ用マグネット２２（図１）と対向したＭＲ素子１６を仮に駆動用マグネット２１と複数の駆動用コイル１５との間に図示して３者の関係を示している。

より具体的には、３相の駆動用コイル１５がある状態とは、複数個（例えば６個）の駆動用コイル１５のうちで、ロータの回転方向に対して後ろ側に駆動用コイル１５を隣接していない駆動用コイル１５を除いて(図２中で３個のホール素子１７の右側に位置する駆動用コイル１５を除いて)一つの駆動用コイル１５を選定した際、回転軸１８（図１）の中心と一つの駆動用コイル１５の中心とを結ぶ仮想線上に駆動用マグネット２１中のＳ極とＮ極との境界を仮に一致させて、この仮想線上をＭＲ素子１６への取り付け基準線として仮に設定すると共に、前述したと同様に，駆動用マグネット２１の一つの磁極（Ｎ極又はＳ極）の着磁ピッチ角度をＰｍ［ｒａｄ］、隣接する駆動用コイル１５の取り付けピッチ角度をＰｃ［ｒａｄ］＝（４／３）×Ｐｍ［ｒａｄ］とそれぞれ設定した場合に、ＦＧパルス検出用のＭＲ素子１６の中心に対する取り付け角度を上記した取り付け基準線を起点としてロータの回転方向に対して反対方向に例えばＰｃ／４［ｒａｄ］＝Ｐｍ／３［ｒａｄ］の間隔ずつ仮にずらして、起点となるａ位置，ｂ位置，ｃ位置，ｄ位置，ｅ位置にそれぞれ配置した場合を示している。

この際、一つの駆動用コイル１５としてここではＵ相の駆動用コイル１５を選定した場合について以下説明するが、これに限ることなく、ロータの回転方向に対して後ろ側に駆動用コイル１５を隣接していない駆動用コイル１５(図２中で３個のホール素子１７の右側に位置する駆動用コイル１５)を除けば、一つの駆動用コイル１５はＶ相又はＷ相であっても良いものである。これを言い換えると、複数の駆動用コイル１５のうちで一つの駆動用コイルは、回転軸１８の回転方向に対して逆回転方向側に他の駆動用コイルが隣接配置されていれば良いものである。

即ち、一つの駆動用コイル１５として例えばＵ相の駆動用コイル１５の中心からＭＲ素子１６の中心までの取り付け角度を可変する場合に、ＭＲ素子１６の中心をＵ相の駆動用コイル１５の中心と一致させた起点上のａ位置、この起点位置ａから右にＰｃ／４［ｒａｄ］＝Ｐｍ／３［ｒａｄ］だけ隔てたｂ位置、このｂ位置から右にＰｃ／４［ｒａｄ］＝Ｐｍ／３［ｒａｄ］だけ隔てたｃ位置、このｃ位置から右にＰｃ／４［ｒａｄ］＝Ｐｍ／３［ｒａｄ］だけ隔てたｄ位置、このｄ位置から右にＰｃ／４［ｒａｄ］＝Ｐｍ／３［ｒａｄ］だけ隔てたｅ位置にそれぞれ仮に設定して、各位置に取り付けたＭＲ素子１６が受ける駆動用マグネット２１からの磁束及び駆動用コイル１５からの磁束をシミュレーションした。

この際、ｅ位置はＶ相の駆動用コイル１５の中心と一致するので、このｅ位置は起点上のａ位置と等価の特性となるため、以下の説明ではｅ位置についての説明を省略する。

そして、図７−２．に示したように、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相からなる駆動用コイル１５を矩形波で３相両方向１２０°通電した。

ここで、図７−３．から図７−６．までは、ＭＲ素子１６の各取り付けピッチ角度（各取り付け位置）によりＭＲ素子１６で検出される駆動用コイル１５及び駆動用マグネット２１からの各磁束をシミュレーションにより図示しており、ここではＭＲ素子１６が本来検出するＦＧ用マグネット２２（図１）からのＦＧパルス（回転速度信号）の図示を省略している。

まず、図７−３．に示したように、ＭＲ素子１６を起点位置ａに設置した場合には、Ｕ相の駆動用コイル１５の中心からＭＲ素子１６の中心までの取り付け角度は０［ｒａｄ］となり、この起点位置ａでＭＲ素子１６は、３相のうちでＵ相の駆動用コイル１５からの磁束のみと、駆動用マグネット２１からの磁束とを検出する。

次に、図７−４．（ｂ）に示したように、ＭＲ素子１６をｂ位置に設置した場合には、Ｕ相の駆動用コイル１５の中心からＭＲ素子１６の中心までの取り付け角度はＰｃ／４［ｒａｄ］となり、このｂ位置でＭＲ素子１６は、３相のうちでＵ相の駆動用コイル１５からの大きな磁束と、Ｕ相に対して位相が異なるＶ相の駆動用コイル１５からの僅かな磁束と、駆動用マグネット２１からの磁束とを検出する。この際、図７−４．（ｂ’）に示したように、Ｕ相からの磁束とＶ相からの磁束とを加算することで、ＭＲ素子１６は（Ｕ相＋Ｖ相）の両コイルからの磁束を受けることになり、この（Ｕ相＋Ｖ相）の両コイルからの磁束は駆動用マグネット２１からの磁束に対して逆位相になるので、両者は互いに打ち消し合うことになり、ＭＲ素子１６が検出する駆動用コイル１５及び駆動用マグネット２１からの各磁束の合計が非常に小さくなっている。そして、後述するように、ＭＲ素子１６をｂ位置に設置した場合には、ＭＲ素子１６で駆動用コイル１５及び駆動用マグネット２１からの各磁束を検出しないために、ＭＲ素子１６はＦＧ用マグネット２２（図１）からの磁束を確実に検出できるので、性能の良いＦＧパルスを得ることができる。

次に、図７−５．（ｃ）に示したように、ＭＲ素子１６をｃ位置に設置した場合には、Ｕ相の駆動用コイル１５の中心からＭＲ素子１６の中心までの取り付け角度はＰｃ／２［ｒａｄ］となり、このｂ位置でＭＲ素子１６は、３相のうちでＵ相の駆動用コイル１５及びＶ相の駆動用コイル１５から大きさが同じで位相の異なる各磁束と、駆動用マグネット２１からの磁束とを検出する。この際、図７−５．（ｃ’）に示したように、Ｕ相からの磁束とＶ相からの磁束とを加算することで、ＭＲ素子１６は（Ｕ相＋Ｖ相）の両コイルからの磁束を受けることになり、ここではＭＲ素子１６が検出する駆動用コイル１５及び駆動用マグネット２１からの各磁束は上記した図７−４．（ｂ’）の場合よりも増加してしまう。

次に、図７−６．（ｄ）に示したように、ＭＲ素子１６をｄ位置に設置した場合には、Ｕ相の駆動用コイル１５の中心からＭＲ素子１６の中心までの取り付け角度は３×Ｐｃ／４［ｒａｄ］となり、このｄ位置でＭＲ素子１６は、３相のうちでＵ相の駆動用コイル１５からの僅かな磁束と、Ｕ相に対して位相が異なるＶ相の駆動用コイル１５からの大きな磁束と、駆動用マグネット２１からの磁束とを検出する。この際、図７−６．（ｄ’）に示したように、Ｕ相からの磁束とＶ相からの磁束とを加算することで、ＭＲ素子１６は（Ｕ相＋Ｖ相）の両コイルからの磁束を受けることになり、この（Ｕ相＋Ｖ相）の両コイルからの磁束は駆動用コイル１５からの磁束に対して同位相になるので、両者は加算し合うことになり、ＭＲ素子１６が検出する駆動用コイル１５及び駆動用マグネット２１からの各磁束の合計が非常に大きくなっている。

上記のシミュレーション結果をより精度上げて確かめるために、回転速度センサであるＭＲ素子（磁気センサ）１６の検出エラーを示すエンコーダーエラーの関係を実測すると、図８に示す通りとなり、エンコーダーエラーの値は、一つの駆動用コイル１５の中心からＭＲ素子１６の中心までの取り付け角度（×Ｐｃ［ｒａｄ］）に対してＭＲ素子１６の位置が駆動用コイル１５の取り付けピッチ角度Ｐｃ［ｒａｄ］の０．２５倍（＝Ｐｃ／４［ｒａｄ］）である時が最も少ないことがわかる。但し、０．２５倍で鋭いピークを持つものではなく、０．２５±０．１倍の範囲内ではエンコーダーエラーの値で０．０２［％］程度の差しかなく、ほぼ同等の効果を有する。

また、本発明に係る実施例１のブラシレスモータ１０では、エンコーダーエラーは０．３５［％］以下が要求されているため、実使用においては、ＭＲ素子１６の位置が駆動用コイル１５の取り付けピッチ角度Ｐｃ［ｒａｄ］の０．２５±０．１倍の範囲内であれば良いものである。

即ち、先に示した図２において、隣接する駆動用コイル１５の取り付けピッチ角度Ｐｃ［ｒａｄ］を駆動用マグネット２１中の一つの磁極の着磁ピッチ角度の略４／３倍に設定すると共に、複数の駆動用コイル１５中の一つの駆動用コイルであって、回転軸１８の回転方向に対して逆回転方向側に他の駆動用コイルが隣接配置されている一つの駆動用コイルの回転軸１８を通る中心線に対して、ＦＧパルス検出用のＭＲ素子（磁気センサ）１６の回転軸１８を通る中心線が、前記逆回転方向に向けて前記取付けピッチ角度Ｐｃ［ｒａｄ］の０．２５±０．１倍の角度範囲にあるようにＭＲ素子（磁気センサ）１６を配置している。

上記により、ＦＧパルス検出用のＭＲ素子（磁気センサ）１６は、駆動用コイル１５及び駆動用マグネット２１からの各磁束の影響を受けないために、ＦＧ用マグネット２２からの磁束を確実に検出して性能の良いＦＧパルスが得られるために、ＦＧパルスエラーが発生することが全くなくなり、これによりブラシレスモータ１０の回転速度制御が安定となり、ブラシレスモータ１０の品質及び信頼性向上に寄与できる。

次に、本発明に係る実施例１のブラシレスモータ１０を一部変形させた変形例について図９及び図１０を用いて簡略に説明する。

図９は本発明に係る実施例１のブラシレスモータを一部変形させた変形例のブラシレスモータの全体構成を説明するために、軸中心の一方側を断面して示した半断面図、
図１０は実施例１を一部変形させた変形例のブラシレスモータにおいて、（ａ）は１回転パルス検出用のホール素子と１回転パルス発生用マグネットとを示した斜視図であり、（ｂ）は１回転パルスを示した波形図である。

ここでは説明の便宜上、先に実施例１で示した構成部材と同一の構成部材に対して同一の符号を付して図示し、且つ、実施例１と異なる構成部材に対して新たな符号を付して、実施例１に対して異なる点についてのみ説明する。

図９及び図１０（ａ）に示した如く、実施例１を一部変形させた変形例のブラシレスモータ１０’では、先に説明した実施例１のブラシレスモータ１０に対してカップ状のロータヨーク２０の外周壁面に、多極に着磁したＦＧ用マグネット２２（図１）に代えて１回転パルス発生用マグネット２５が幅狭く固着されている点が異なっている。この際、１回転パルス発生用マグネット２５は、ロータヨーク２０の内周壁面に沿って固着した円環状の駆動用マグネット２１の極数｛例えば１０極（５極対）｝とは異なる極数で表裏にＮ極，Ｓ極が単極対に着磁されており、回転検出用マグネットとして機能している。

そして、ロータヨーク２０の外周壁面に固着した１回転パルス発生用マグネット２５に対向して、フレキシブルプリント配線基板１４上に磁気センサとして１回転パルス検出用のホール素子２６が１個取り付けられているので、ロータヨーク２０が１回転するごとにホール素子２６により図１０（ｂ）に示したような１回転パルスが得られる。

この際、先に実施例１で図２を用いて説明した場合と同じ技術的思想により、隣接する駆動用コイル１５の取り付けピッチ角度Ｐｃ［ｒａｄ］を駆動用マグネット２１中の一つの磁極の着磁ピッチ角度の略４／３倍に設定すると共に、複数の駆動用コイル１５中の一つの駆動用コイルであって、回転軸１８の回転方向に対して逆回転方向側に他の駆動用コイルが隣接配置されている一つの駆動用コイルの回転軸１８を通る中心線に対して、１回転パルス検出用のホール素子（磁気センサ）２６の回転軸１８を通る中心線が、前記逆回転方向に向けて前記取付けピッチ角度Ｐｃ［ｒａｄ］の０．２５±０．１倍の角度範囲にあるようにホール素子（磁気センサ）２６を配置している。

これにより、実施例１を一部変形させた変形例のブラシレスモータ１０’においても、１回転パルス検出用のホール素子（磁気センサ）２６は、駆動用コイル１５及び駆動用マグネット２１からの各磁束の影響を受けないために、１回転パルス発生用マグネット２５からの磁束を確実に検出して性能の良い１回転パルスが得られる。

図１１は本発明に係る実施例２のブラシレスモータの全体構成を説明するための断面図である。

図１１に示した如く、本発明に係る実施例２のブラシレスモータ３０は、固定側のステータと回転側のロータとからなり、例えば磁気ディスクドライブ用モータとして構成されている。

上記した固定側のステータは、基台となるステータ基板３１の上面上にオイルレス軸受け３２を嵌着したベアリングホルダ３３が垂直に取り付けられ、且つ、ベアリングホルダ３３の外周に沿って複数個（例えば６個）の駆動用コイル３４が等間隔(例えば６０°の間隔)で取り付けられている。この際、複数個（例えば６個）の駆動用コイル３４は、オイルレス軸受け３２内に挿通される回転軸３７に対して略同心的な一つの円周に沿ってステータ基板３１側に取り付けられることになる。

また、ステータ基板３１上には、一つの駆動用コイル３４の外側で後述するＦＧ用マグネット４３に対向してＦＧパルス検出用の磁気センサとしてＭＲ素子３５が１個取り付けられていると共に、駆動用コイル３４同士の間にコイル切替え用のホール素子３６が１個ずつ３箇所に取り付けられているものの、ここでは図示の都合上、ホール素子３６は１個のみ図示している。

一方、ロータ側では、ベアリングホルダ３３に嵌着されたオイルレス軸受け３２内に回転軸３７が挿通されており、この回転軸３７の上端側にターンテーブル３８が圧入され、回転軸３７と一体にターンテーブル３８が回転可能となっている。この際、ターンテーブル３８は、回転軸３７が圧入され且つ磁気ディスクＤを搭載するために円板状に形成したフランジ部３８ａと、磁気ディスクＤの中心孔Ｄａが嵌合するためにフランジ部３８ａの上方でこのフランジ部３８ａより小径に形成された軸部３８ｂとで一体的に構成されている。

また、回転軸３７の下端側は、ステータ基板３１の裏面にネジ３９を介して取り付けたカップ状のホルダー部材４０に支持されている。

また、ターンテーブル３８のフランジ部３８ａの下面には、円筒形状のロータヨーク４１がターンテーブル３８と同心で一体的に取り付けられていると共に、ロータヨーク４１の内周壁面に沿って複数極｛例えば８極（４極対）｝に着磁した円環状の駆動用マグネット４２が固着され、更に、ＦＧパルスを得るためにロータヨーク４１の外周壁面に沿って駆動用マグネット４１とは異なる極数で多極｛例えば２９４極（１４７極対）｝に着磁した円環状のＦＧ用マグネット４３が固着されて、ロータヨーク４１と一体に駆動用マグネット４２及びＦＧ用マグネット４３が回転可能となっている。この際、ＦＧ用マグネット４３は回転検出用マグネットとして機能している。

そして、ステータ基板３１側に取り付けた６個の駆動用コイル３４と、ロータヨーク４１の内周壁面に沿って固着させた円環状の駆動用マグネット４２とが径方向に僅かな隙間を隔てて互いに対向することで、ブラシレスモータ３０の回転駆動力が得られるようになっている。

この実施例２では、ステータ基板３１側に取り付けた６個の駆動用コイル３４が平板状に設けられていなく、且つ、６個の駆動用コイル３４が全て等間隔に配置されている点と、駆動用マグネット４２の着磁極数とが実施例１と異なっているものの、先に実施例１で図２を用いて説明した技術的思想をそのまま採用している。これに伴って、複数の駆動用コイル３４のうちで一つの駆動用コイルは、回転軸３７の回転方向に対して逆回転方向側に他の駆動用コイルが必ず隣接配置されているものである。

そして、隣接する駆動用コイル３４の取り付けピッチ角度Ｐｃ［ｒａｄ］を駆動用マグネット４２中の一つの磁極の着磁ピッチ角度の略４／３倍に設定すると共に、複数の駆動用コイル３４中の一つの駆動用コイルであって、回転軸３７の回転方向に対して逆回転方向側に他の駆動用コイルが隣接配置されている一つの駆動用コイルの回転軸３７を通る中心線に対して、ＦＧパルス検出用のＭＲ素子（磁気センサ）３５の回転軸３７を通る中心線が、前記逆回転方向に向けて前記取付けピッチ角度Ｐｃ［ｒａｄ］の０．２５±０．１倍の角度範囲にあるようにＭＲ素子（磁気センサ）３５を配置しているので、ＭＲ素子（磁気センサ）３５は駆動用コイル３４及び駆動用マグネット４２からの各磁束の影響を受けないために、ＦＧ用マグネット４３からの磁束を確実に検出して性能の良いＦＧパルスが得られる。

次に、本発明に係る実施例２のブラシレスモータ３０を一部変形させた変形例について図１２を用いて簡略に説明する。

図１２は本発明に係る実施例２のブラシレスモータを一部変形させた変形例のブラシレスモータの全体構成を説明するための断面図である。

ここでは説明の便宜上、先に実施例２で示した構成部材と同一の構成部材に対して同一の符号を付して図示し、且つ、実施例２と異なる構成部材に対して新たな符号を付して、実施例２に対して異なる点についてのみ説明する。

図１２に示した如く、実施例２を一部変形させた変形例のブラシレスモータ３０’では、先に説明した実施例２のブラシレスモータ３０に対して円筒形状のロータヨーク４１の外周壁面に、多極に着磁したＦＧ用マグネット４３（図１１）に代えて１回転パルス発生用マグネット４５が幅狭く固着されている点が異なっている。この際、１回転パルス発生用マグネット４５は、ロータヨーク４１の内周壁面に沿って固着した円環状の駆動用マグネット４２の極数｛例えば８極（４極対）｝とは異なる極数で表裏にＮ極，Ｓ極が単極対に着磁されており、回転検出用マグネットとして機能している。

そして、ロータヨーク４１の外周壁面に固着した１回転パルス発生用マグネット４５に対向して、ステータ基板３１上に磁気センサとして１回転パルス検出用のコイル素子４６が１個取り付けられているので、ロータヨーク４１が１回転するごとにコイル素子４６により１回転パルスが得られる。

この際、先に実施例２で説明した場合と同じ技術的思想により、隣接する駆動用コイル３４の取り付けピッチ角度Ｐｃ［ｒａｄ］を駆動用マグネット４２中の一つの磁極の着磁ピッチ角度の略４／３倍に設定すると共に、複数の駆動用コイル３４中の一つの駆動用コイルであって、回転軸３７の回転方向に対して逆回転方向側に他の駆動用コイルが隣接配置されている一つの駆動用コイルの回転軸３７を通る中心線に対して、１回転パルス検出用のコイル素子（磁気センサ）４６の回転軸３７を通る中心線が、前記逆回転方向に向けて前記取付けピッチ角度Ｐｃ［ｒａｄ］の０．２５±０．１倍の角度範囲にあるようにコイル素子（磁気センサ）４６を配置しているので、１回転パルス検出用のコイル素子（磁気センサ）４６は駆動用コイル３４及び駆動用マグネット４２からの各磁束の影響を受けないために、１回転パルス発生用マグネット４５からの磁束を確実に検出して性能の良い１回転パルスが得られる。

以上詳述した本発明に係る実施例１，２のブラシレスモータ１０，３０及び実施例１，２を一部変形させた変形例のブラシレスモータ１０’，３０’では、３相両方向１２０°通電とした場合であるが、各駆動用コイルへの通電タイミングの中心が変わらない限り、通電角の大小、例えば１８０°通電の場合でも良く、また、各駆動用コイルへの駆動を矩形波駆動から台形波駆動や正弦波駆動に変えた場合においても、各駆動用コイルからの磁束変化を示す波形の形状は変化するものの、その位相は変わらないため、同一の効果を示すものである。

また、駆動用マグネットの着磁極数を１０極（５極対）、駆動用コイルのコイル数を６個、もしくは、駆動用マグネットの着磁極数を８極（４極対）、駆動用コイルのコイル数を６個として説明したが、図７を用いた説明でわかる通り、複数の駆動用コイルが駆動用マグネットの着磁ピッチ角度の略４／３倍の取り付けピッチ角度で取り付けられているブラシレスモータであれば、実施例１，２の技術的思想が適用できるものである。

本発明に係る実施例１のブラシレスモータの全体構成を説明するために、軸中心の一方側を断面して示した半断面図である。 本発明に係る実施例１のブラシレスモータにおいて、フレキシブルプリント配線基板側を示した平面図である。 本発明に係る実施例１のブラシレスモータにおいて、駆動用マグネットの着磁状態を示した平面図である。 本発明に係る実施例１のブラシレスモータにおいて、駆動用コイルと駆動用マグネットとの関係を模式的に示した図である。 本発明に係る実施例１のブラシレスモータにおいて、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相からなる駆動用コイルの３相スター結線を示した図である。 本発明に係る実施例１のブラシレスモータにおいて、（ａ）はＭＲ素子とＦＧ用マグネットの着磁状態とを示した斜視図であり、（ｂ）はＦＧパルスを示した波形図である。 本発明に係る実施例１のブラシレスモータにおいて、ＦＧパルス検出用のＭＲ素子の取り付け角度を説明するための図である。 本発明に係る実施例１のブラシレスモータにおいて、ＭＲ素子の取り付け位置によるエンコーダーエラーの実測データを示した図である。 本発明に係る実施例１のブラシレスモータを一部変形させた変形例のブラシレスモータの全体構成を説明するために、軸中心の一方側を断面して示した半断面図である。 実施例１を一部変形させた変形例のブラシレスモータにおいて、（ａ）は１回転パルス検出用のホール素子と１回転パルス発生用マグネットとを示した斜視図であり、（ｂ）は１回転パルスを示した波形図である。 本発明に係る実施例２のブラシレスモータの全体構成を説明するための断面図である。 本発明に係る実施例２のブラシレスモータを一部変形させた変形例のブラシレスモータの全体構成を説明するための断面図である。 従来のブラシレスモータを示した断面図である。 従来のブラシレスモータにおいて、駆動用マグネットに対して駆動用コイルとＦＧセンサの位置を示した模式図である。 ＦＧセンサに適用されるＭＲ素子のパターンの一例を示した図である。 ＦＧセンサに適用されるＭＲ素子の等価回路を示した図である。

符号の説明

１０…実施例１のブラシレスモータ、
１０’…実施例１を一部変形させた変形例のブラシレスモータ、
１１…モータベース、１２…一対のベアリング、１３…ベアリングホルダ、
１４…フレキシブルプリント配線基板、１５…駆動用コイル、
１６…ＦＧパルス検出用の磁気センサ（ＭＲ素子）、１７…ホール素子、
１８…回転軸、１９…ブッシング、２０…ロータヨーク、
２１…駆動用マグネット、２２…ＦＧ用マグネット、２３…オイル止め、
２５…１回転パルス発生用マグネット、
２６…１回転パルス検出用の磁気センサ（ホール素子）、
３０…実施例２のブラシレスモータ、
３０’…実施例２を一部変形させた変形例のブラシレスモータ、
３１…ステータ基板、３２…オイルレス軸受け、３３…ベアリングホルダ、
３４…駆動用コイル、
３５…ＦＧパルス検出用の磁気センサ（ＭＲ素子）、３６…ホール素子、
３７…回転軸、３８…ターンテーブル、３９…ネジ、４０…ホルダー部材、
４１…ロータヨーク、４２…駆動用マグネット、４３…ＦＧ用マグネット、
４５…１回転パルス発生用マグネット、
４６…１回転パルス検出用の磁気センサ（コイル素子）、
Ｐｃ［ｒａｄ］…駆動用コイルの取り付けピッチ角度、
Ｐｍ［ｒａｄ］…駆動用マグネット中の一つの磁極（Ｎ極又はＳ極）の着磁ピッチ角度。

Claims (3)

1. 回転軸と、
   前記回転軸と一体に回転し、駆動用マグネットと回転検出用マグネットとを固着して成るロータヨークと、
   前記駆動用マグネットと対向するよう配置した複数の駆動用コイルと、
   前記回転検出用マグネットの磁束を検出する磁気センサとを備えたブラシレスモータであって、
   前記駆動用マグネットは円環状であって等しい着磁ピッチ角度で着磁された複数の磁極を有し、
   前記複数の駆動用コイルは、前記回転軸を中心として略同心状に所定の取付けピッチ角度で配置されており、
   前記所定の取付けピッチ角度を、前記着磁ピッチ角度の略４／３倍にすると共に、前記磁気センサを、前記ロータヨークの回転中に前記駆動用マグネットからの磁束が前記複数の駆動用コイルからの磁束に対して逆位相となる位置に配置して成ることを特徴とするブラシレスモータ。
2. 前記複数の駆動用コイルは３相で通電され、
   各駆動用コイルは、通電タイミングの中心において前記駆動用マグネットの磁極の境界がその駆動用コイルの中心を通過するように通電されることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ。
3. 回転軸と、
   前記回転軸と一体に回転し、駆動用マグネットと回転検出用マグネットとを固着して成るロータヨークと、
   前記駆動用マグネットと対向するよう配置した複数の駆動用コイルと、
   前記回転検出用マグネットの磁束を検出する磁気センサとを備えたブラシレスモータであって、
   前記駆動用マグネットは円環状であって等しい着磁ピッチ角度で着磁された複数の磁極を有し、
   前記複数の駆動用コイルは、その中心線が前記回転軸を通るようその回転軸を中心として略同心状に所定の取付けピッチ角度で配置されており、
   前記所定の取付けピッチ角度を前記着磁ピッチ角度の略４／３倍とし、
   前記複数の駆動用コイル中の一つの駆動用コイルであって、前記回転軸の回転方向に対して逆回転方向側に他の駆動用コイルが隣接配置されている前記一つの駆動用コイルの前記中心線に対して、前記磁気センサの前記回転軸を通る中心線が、前記逆回転方向に向けて前記所定の取付けピッチ角度の０．２５±０．１倍の角度範囲にあるように前記磁気センサを配置して成ることを特徴とするブラシレスモータ。