JPH01308153A - ブラシレスモータ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ブラシレスモータに関し、詳しくは、パーソ
ナルコンピュータやツー１〜プロセツサ用のプリンタ等
、オフィスオートメーション（ＯＡ）機器に用いるに好
適なブラシレスモータに関する。

（従来の技術） 一般のブラシレスモータにおいては、通常の場合、通電
制御を行うためのロータの磁極の位置検出に例えはポー
ル素子を用いており、ロータの速度検出に光学式または
磁気式エンコーダを用いている。

〔発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来のブラシレスモータにお
いては、次のような問題点かある。

（１）ステータ磁極とポール素子との位置合わせが必要
である。

（２）ポール素子によって通電の切換を行うようにする
と、ポール素子とステータの位置とか一義的に決まって
しまうので、モータの通電方法か固定されてしまう。例
えは、所謂１８０°通電制御を行う場合と９０°通電制
御を行う場合とてはステータの磁極に対してポール素子
の位置か電気的に４５°異なってくるので、１つのモー
タて２通りの通電制御を行うにはホール素子の数を２倍
にして、それぞれの通電制御に適した位置に配置しなり
ねばならない。

木発明の目的は、上述した従来の問題点を解決し、組立
が容易であり、通電方式の切換えが容易で、負荷状況に
応した回転制御の可能なブラシレスモータを提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

かかる目的を達成するために、木発明は周面に所定のピ
ッチで磁極が形成されたロータと、櫛歯状に所定のピッ
チて形成された磁極部をそれぞれに有し、磁極部の各々
における磁極かロータの磁極に対し、互いに％ピッチず
つずれるようにしてロータ軸方向に結合された第１ステ
ータおよび第２ステータと、第１ステータおよび第２ス
テータのそれぞれに設けられた励磁用コイルと、ロータ
軸に同軸に固定され、ロータの磁極数の整数倍の被検出
部を有するエンコーダと、第１ステータおよび第２ステ
ータの側に固定され、ロータの回転に伴いエンコーダの
被検出部を介して出力される検出信号の数を計数する計
数手段と、別数手段からの計数値に基づいてステータの
励磁コイルへの通電切換えを行う手段とを具備したこと
を特徴とするものである。

〔作　用〕

木発明によれば、ロータ軸に同軸に固定されたエンコー
ダから、ロータの回転に伴いロータニ設けられた磁極数
の整数倍の被検出部を介して検出信号か得られるのて、
その検出信号を別数手段によって計数しながら、その計
数値が所定値となったときにステータコイルへの通電切
換えを実施することができ、その通電方式の選択が可能
なことによって部品点数か少なくてずの、かつ速度や負
荷に応じて通電の切換えか可能なブラシレスモータを提
供することかできる。

〔実施例〕

以下に、図面に基づいて木発明の実施例を詳細かつ具体
的に説明する。

第１図〜第３図は木発明の一実施例を示す。ここで、＋
０１は磁気エンコーダ内蔵の木発明にかかるブラシレス
モータである。１０２および１０３は磁性体により中空
の環状に形成した上部ステータおよび下部ステータてあ
り、これらの上下部ステータ１０２　と１０３　とは互
いに上下に重ね合せて結合され、固定子１０４を構成し
ている。なお、これらの上下部ステータ１０２および１
０３にはそれぞれの内周部の周方向に交互にＮ、Ｓ極を
形成するためにくし刃型にした磁極片（ステータ１０２
ては１０５八。

１０５Ｂで例示、ステータ１０３では１０６八、１０６
Ｂで例示）が微小間隔をおいて交互に多数設けられてお
リ、またその内部の中空部にはボビン１０７　に導線１
０８を多数回巻回して構成したコイル１０９および＋１
０がそれぞれ固定しである。

１２　Ｊ３、ｒｌ裟ｉ極片１０５八と＋０５＋１．　ｌ
０６Ａ、！＝１０６８ｉ；ｔソｔＮソれ軸方向において
互いに噛合前する形態で、−」二下二段にわたって配設
固定されており、これらの磁極片１０５八、１０５Ｂ、
１０６八、１０６１１の１１畠は、マグネットロータＩ
ＩＩの周方向に形成されている不図示の磁極の幅に等し
い。また、磁極片１０５八と１０６八とは、ステータ１
０２および１０３の下面の磁性体部分をそれぞれ内周部
の上方向に延在させることにより形成され、しかも双方
間では互いに４分の１ピツチずらして形成される。一方
、磁極片１０５Ｂと１０６Ｂとは、ステータ１０２およ
び１０３の上面の磁性体部分を内周部の下方向に延在さ
せて形成され、かつその間では互いに４分の１ピツチす
れて形成される。１１２および１１３は、ステータ１０
２および１０３の４線に接続されたリード線である。

マグネットロータＩｌｌは、円筒形状をなし、回転軸１
１４　と一体に構成されており、第２図に示すように２
つの軸受１１５　と１１６とによって支持される。なお
軸受１１５の方は固定子１０４の上面に固定されたフラ
ンジ１１７　に、また軸受１１６の方は磁気エンコータ
＋１８か収納される金属製収納ケース１１９の底部にそ
れぞれ取付けられていて、これらの中重量によって、マ
グネ・ントロータＩｌｌをこれと同軸の磁気エンコータ
１１８　と共に、内側中空部内で回転自在に軸支してい
る。

なお、マグネットロータＩｌｌはプラスヂックマグネッ
［・、焼ホ吉によるマグネジＩ・のいずれであってもよ
く、適宜に選択して使用すればよい。また、マグネット
ロータＩｌｌの外周部には、上述の磁極片１０５八、ｌ
０５Ｂ、１０６八および１０６Ｂのそれぞれと対向する
にうに多極のＮＦｉ、Ｓ極が交互にラジアル配向着磁さ
ねている。

＋２０は収納ケース１１９　と固定子１０４　との間に
介装したフランジであり、このフランジ１２０より下方
にマグネジ１−ロータＩｌｌ　と同軸に設けた磁気エン
コータ１１８には、その周囲部全周にわたって、磁極部
＋２１　として微小間隔て２８８極のＮ、Ｓ極か交互に
着磁されており、その磁極部１２１の対向位置に配設し
た磁気センサ（ＭＲ素子）１２２を介して９０°電気的
位相かずれた電気信号が出力されるもので、この位相の
ずれにより回転方向が検知される。また、速度制御の方
は磁気センサ１２２からの一方の出力信号に基づいて得
られる信号か回転速度信号として利用される。

なお、この磁気センサ１２２は取付部オＡ１２３に固定
されていて、モータ組立時に調節用ねし＋２４によって
磁極部１２１　との間のギヤラフを調整することがて籾
る。

かくして、磁気センサ（ＭＲ素子）１２２からの出力信
号は、プリント基板１２５に人力され、この基板１２５
上の電気部品１２６として図示されている増幅回路、波
形整形回路をへて、出力用り−ｌ〜線１２７から不図示
の制御回路に送られる。なおこのプリント基板１２５は
、金属製収納ケース１１９の内底部に固定されていて、
金属製収納ケース１１９は第３図に示すようにステータ
１０３に溶接されたフランジ１２０の基準孔１２８Ａお
よび１２８Ｂに位置決めビン１２９Δおよび１２９Ｂを
嵌合させ、更にステータ１０３側の基準孔１３０Ａおよ
び１３０Ｂにビン＋２９八および１２９Ｂを嵌合させる
ことによって位置決めされ、フランジ１２０のバーリン
グ部分１３１八、１３１［１にねし１３２八。

１３２Ｂを用いて固定される。なお、第１図の１３３は
組立ネジ１３２Ｂ用のすき開孔を示す。

このようにして、収納ケース１１９を固定子１０４の下
部に取付りることによってＩｉｉ主気エンコーダ１１８
の磁極部１２１や磁気センサ（ＭＲ素子）１２２の表面
上にゴミやホコリが付着するのを防くことかてぎる。

なお本例てはロータ１１１の磁４か数が２４極てあり、
磁気エンコーダ１１８の磁イか部１２１の磁極数はその
整数倍である２８８極である。したかってロータ＄ｉ　
１極当りのエンコーダ出力パルス数は１２パルスとなる
。従って、本実施例における、エンコータ出力の１パル
ス当りの回転角度は１２５度（３６０度／２８８パルス
）であって、ロータ１極の回転角度１５度に対して十分
に小さな値となる。すなわち、全く無調整でもエンコー
タ出力パルスとロー夕磁極との位百の誤差は最大で十０
６２５度であり、これはロータ１極に対して約４２％の
誤差になり、十分に無視できる値である。なおエンコー
ダの出力パルス数とロータ磁極数との関係は、５′１さ
れる誤差の範囲内で設定ずれはよく、ロータ１回転当り
のエンコーダの出力パルス数はロータ磁極数の整数倍て
あればよい。一般には±１２．５％の誤差てあればよく
、その場合はロータ磁極数の４倍のパルス数になる。

従って、本例の場合、マグネットロータ１１１の磁極数
が２４極であることから磁極対にして１２対となり、１
つの磁極対に対して２４パルス（２８８パルス／１２対
）となる。つまり、コイルへの通電信号はエンコーダの
出力パルスが２４パルスで１周期となり、ロータか１回
転する間に、これが１２周期くり返されることになる。

ここて、第４図および第５図を用いて、　１８０゜通電
および９０°通電の場合に発生ずる１周期分のパルス２
４パルスについて説明する。

第４図において、４０１は磁気エンコーダ＋１８からの
出力信号波形を示し、その波形の上の数字はカラン１〜
値を示す。すなわち、カウント値か０、　６．１２．１
８のときに４０２．４０３．４０４，４０５の信号か、
コイルに）１１力されるものて、これらは２相のコイル
１０９．１１０への通電信号を示し、それぞれＡ、Ｂ、
Ａ、Ｂて表わしである。そこで、その１相に注目すると
、１２パルス毎に通電方向か切換ねる。言い換えれは、
電気角にて１８０°毎に通電が切換わり、バイポーラ駆
動の２相励磁方式と同様になることか分かる。

また、第５図において、５０１は磁気エンコーダ１１８
からの出力信号波形、５０２，５０３．５０＋１，５０
５は２相のコイル１０９，１１０への通電信号を示し、
それぞれを、Ａ、Ｂ、Ａ、Ｂとすると、Ａ相てはカウン
ト値か０．　６．１２．１８のときに、またＢ相ではカ
ウント値が６．１２．１８．０のときに通電が切換わっ
ている。つまり、１相に注目すれは電気角にて９０°こ
゛とに通電か切換ねっていて、ハラポーラ駆動の１相励
磁方式と同様になる。

第６図は本発明の他の実施例を示す。ここで２０１　は
ブラシレスモータてあり、本例では回転軸１１４を軸支
する軸受の一方１１６を固定子１０Ｉｌの下端に溶着し
たフランジ＋２０に設り、その下側にＬ）１気エンコー
タ１１８を装着したものて、その他の構成については先
に述べた第１′実施例と同様である。

すなわち、本例の場合は、軸端が下に突出している形態
の従来型ＰＭステッピングモータに対して、その突出し
ている回転軸１１４の部分に磁気エンコーダ１１８を装
着し、更に、プリント基板１２５およびその他の増幅回
路等を収納した金属製収納ケース１１９を取付りること
によって、簡単にブラシレスモータ２０１を構成するこ
とかできる。

第７図および第８図は更に他の実施例をそれぞれ示す。

第７図に示すブラシレスモータ３０１は第１図〜第３図
に示した形態のモータにおいて磁気エンコーダと磁気セ
ンサどの代りにスリット円板２１８　とフォトインタラ
プタ２２２　とを設けたもので、２１９はスリット円板
２１８の取イ」具である。ま１　ま た、第８図に示すブラシレスモータ４０１は第６図に示
した形態のモータにおいて、同様にスリット円板２１８
２円板取付具２１９およびフ才Ｉ・インタラプタ２２２
を設りたものて、その他の構成は先に述べた第１および
第２の実施例と変わらｌ’Ｚい。

ただし、スリット円板２１８てのスリット数はロータ１
１１　における磁極数より多くする。すなわち、フォト
インタラプタ２２２ては、１回転当りロータ磁極数より
も多いパルス数の信号を得ることが容易であり、しかも
電気角にて９０°の位相差をもつ２つの信号を得ること
か可能となる。

（発明の効果〕 以上説明してきたように、本発明によれは、次のような
効果が得られる。すなわち、 １　ホール素子のようなロータの位置検出素子を省略で
きるので部品点数か減少する。

２　組立時に位置検出素子とステータ磁極との位置合せ
が不必要になる。また、エンコーダ磁極あるいは、スリ
ット円板のスリットとロータ磁極との間の位置合わゼか
不必要になる。

３　加速、減速、低速回転等、また負荷状況に応して最
適なようにコイルの通電切換かてきるのて、モータの性
能をフルに引き出せる。

４、ＤＣブラシレスモータでありなからスデップモータ
のように例えば１８０°通電、９０°通電、言いかえれ
ば２相通電、１相通電、１−２Ｊ目通電に通電方法を任
意に切換えて駆動することかできる。

５　センサからの出力信号をセンサの近くて増幅、波形
整形してしまうので、制御回路へのノイズの混入が低減
でき、また回路を金属製の収納ケースに格納しているこ
とでもノイズ対策上有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明ブラシレスモータの第１実施例を一部
破断して示す斜視図、 第２図は、本発明ブラシレスモータの第１実施例の断面
図、 第３図は、本発明ブラシレスモータの第１実施例の構造
を分解して示す説明図、 第４図および第５図は、カウンタ出力と各相の通電切換
信号との関係をそれぞれ示すタイミングヂャート、 第６図は、本発明ブラシレスモータの第２実施例の断面
図、 第７図は、本発明ブラシレスモータの第３実施例の断面
図、 第８図は、本発明ブラシレスモータの第４実施例の断面
図である。 １０１．２０１，３０１．４０１　・・・ブラシレスモ
ータ、１０２．１０３・・・ステータ、 １０４・・・固定子、 ＋０５八、１０５Ｂ、１０６八、１０６Ｂ　　・・・磁
極片、１０９．１１０・・・コイル、 １１１・・・マグネットロータ、 １１４・・・回転軸、 １１８・・・磁気エンコーダ、 １２１・・・磁極部、 １２２・・・磁気センサ、 １２５・・・プリント基板、 ２１８・・・スリット円板、 ２２２・・・フォ１〜インクラブタ。 本完日月の第４茨助句４川の迷ｍ面’ｙＸ第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　周面に所定のピッチで磁極が形成されたロータと
   、 櫛歯状に前記所定のピッチで形成された磁極部をそれぞ
   れに有し、該磁極部の各々における磁極が前記ロータの
   磁極に対し互いに１／４ピッチずつずれるようにしてロ
   ータ軸方向に結合された第１ステータおよび第２ステー
   タと、 該第１ステータおよび第２ステータのそれぞれに設けら
   れた励磁用コイルと、 前記ロータ軸に同軸に固定され、前記ロータの磁極数の
   整数倍の被検出部を有するエンコーダと、 前記第１ステータおよび第２ステータの側に固定され、
   前記ロータの回転に伴い前記エンコーダの被検出部を介
   して出力される検出信号の数を計数する計数手段と、 該計数手段からの計数値に基づいて前記ステータの励磁
   コイルへの通電切換えを行う手段とを具備したことを特
   徴とするブラシレスモータ。