JPH03277158A - 偏平型ブラシレスモータ - 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」 この発明は、ヘッドホンステレオに適用して好適な偏平
型ブラシレスモータに関する。

「従来の技術」 従来、提案されている偏平型ブラシレスモータの一例を
第７図〜第１１図に示す。

第７図において、１はプリント基板、２はモータの回転
軸、３ａ〜３ｆ（第８図）はそれぞれ渦巻状偏平型駆動
コイルであり、回転軸２を中心として環状に６０°の角
間隔をもってプリント基板１上に装着配置される。回転
軸２を挟んで対向する一対のコイル同志（３ａと３ｄ、
３ｂと３ｅ、３ｃと３ｆ）は第１０図に示すように互い
に直列に接続され、更にこれら３つの直列コイル（３ｘ
。

３ｙ、３ｚとする）がスター結線される。

４は回転子てあり、回転軸２に取り付けられた回転板５
とその下面に取り付けられた磁石装置６とから構成され
ている。なお、磁石装置６は第９図に示すように、回転
軸の回転方向に間して８個に分割された複数の磁石６ａ
〜６ｈから構成されている。

７ａ〜７Ｃはそれぞれホール素子であり、駆動コイル３
ａ〜３ｆ内においてプリント基板１上に装着されている
。回転子４０回転に伴って上記各ホール素子７８〜７Ｃ
から信号を得、これらが信号処理されてタイミング信号
が形成され、これにより上記各駆動コイル３ａ〜３ｆに
対する駆動電流の切換が行なわれ、磁石装置６すなわち
回転子４０回転が継続される。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、上記した偏平型ブラシレスモータにおいては
、ＦＣ出力形成用としてホール素子７８〜７Ｃを使用す
るため、−船釣にはこれら素子の高さが０．　６ｍｍ程
度あり、駆動コイル３ａ〜３ｆの線径よりも大きく、よ
ってモータ全体の偏平化を阻害する一因となっている。

また、複数のホール素子を使用するため、これら素子自
体の費用と更にこれら素子をプリント基板１に装着する
手数等により、モータ全体としてコストアップになると
いう問題点があった。

更に、ホール素子７ａ〜７ｃの装着（取付）位置の変化
や、ホール素子の感度のバラツキ等により、これらから
得られる信号のタイミングに峡差を生じ、モータの回転
にワウ、フラッタを生じる等の問題点があった。

そこで、このような問題点を解決するために、ホール素
子を省略し、その代わりにプリント基板の背面（駆動コ
イルの配置面とは反対面）に、駆動コイルと対向させて
センサコイルを配置すれば、回転子すなわち磁石装置の
回転に基づいてこのセンサコイルから誘起電圧が得られ
るので、これをタイミング信号および制御信号の形成の
ための源信号として使用することが考えられる。

ところが、各センサコイルが各駆動コイルと極めて接近
し、かつ互いに向き合った状態で配置される関係上、モ
ータの回転時、センサコイルから上記誘起電圧（第１１
図Ａ、　　Ｂ、　　Ｃで示すＳ　ａ。

Ｓｂ、Ｓｃ）の他に各駆動コイルへの駆動電流（第１Ｉ
図り、　　Ｅ、　　Ｆで示すＰｕ、Ｐｖ、Ｐｗ）の順次
の切換時点て大きなノイズ（Ｎで示す）が誘起され、こ
のノイズがその後のタイミング信号及び制御信号の形成
に悪影響を及ぼし、誤動作の原因となる問題点があった
。

「ｉ！題を解決するための手段」 上述の課題を解決するため、この発明においては、プリ
ント基板上において、複数の偏平型渦巻状駆動コイルが
環状に配置され、この駆動コイルに対応して環状の磁石
装置が回転自在に設置され、駆動コイルに順次駆動電流
が切り換えられて供給されることにより、磁石装置を取
り付けた回転子が回転するように構成された偏平型ブラ
シレスモータにおいて、 プリント基板の駆動コイル装着面とは反対面においてプ
リント配線されてなるセンサコイルと、このセン獣コイ
ルからの信号が入力され、駆動コイルに対する駆動電流
の切り換えをなすタイミング信号を形成する手段とを有
し、 センサコイルは、駆動コイルに対して９０″の電気角を
もフて配置されてなることを特徴とするものである。

「作　用」 この構成において、モータ自体としては、周知のように
プリント基板】上に複数の偏平型渦巻状駆動コイル３ａ
〜３ｆが８着され、これに回転体としての磁石装置６が
対向して配設された構成が採用される。

プリント基板１の駆動コイル装着面とは反対面には、セ
ンサコイル１０ａ〜１０ｆがプリント配線により設けら
れる。

また、このセンサコイルｌｏａ〜１０ｆは駆動コイル３
ａ〜３ｆに対して、９０°の電気角をもって配置される
。

センサコイル１０ａ〜１０ｆからの出力信号が、駆動コ
イル３ａ〜３ｆに対する駆動電流の切り換えをなすタイ
ミング信号を形成する形成手段９に人力され、ここにお
いてタイミング信号を得、これにより駆動コイル３ａ〜
３ｆに対する駆動電流の切り換え制御を行なっている。

また、センサコイル１０ａ〜１０ｆは駆動コイル３８〜
３ｆに対して９０＠の電気角を保持され、これによって
センサコイル１０ａ〜１０ｆに読上されるノイズが逓減
される。

さらに、従来のホール素子を省略して偏平化することが
可能となる。

「実　施　例」 続いて、この発明に係る偏平型ブラシレスモータの一例
について、第１図〜第６図を参照して詳細に説明する。

この発明における偏平型ブラシレスモータは、上記した
従来のモータとほぼ同様な構成であり、従ってプリント
基板１上に駆動コイル３ａ〜３ｆか配置され、これら駆
動コイル３ａ〜３ｆに対して磁石装置６が対向される。

しかし従来のホール素子は使用されない。２はモータの
回転軸、４は回転子である。

駆動コイル３ａ〜３ｆの接続間係も従来と同様に、相対
する一対のものが互いに直列に接続され、さらにスター
結線される。これら直列コイルを３ｘ、３ｙ、３ｚとす
る。

プリント基板１の駆動コイル３ａ〜３ｆの装着面とは反
対面に、センサコイル１０ａ〜１０ｆが配置される。こ
れらセンサコイル１０ａ〜１０ｆは他の電気回路を構成
する通常のプリント配線と同時に、プリント手段により
渦巻状に極めて薄く形成される。

また、第２図からも明らかなように、これらセンサコイ
ル１０ａ〜１０ｆは駆動コイル３ａ〜３ｆに対して９０
°の電気角をもって配置される。

このように電気角に選ばれた理由についでは後述する。

さらに、第２図および第３図で示すように各センサコイ
ル１０ａ〜１０ｆは、回転軸２を挟んで相対向するもの
同志（１０ａと１０ｄ、１０ｂと１０ｅ、１０ｃと１０
ｆ）が互いに直列に接続され、更にこれら３つの直列コ
イル（１０ｘ、　　１０ｙ、１ｏｚとする）がスター接
続されてその接続点が直流型１１１１の正極端子に接続
される。この直流電源１１の負極は接地される。

なお、センサコイル１０ａ〜１０ｆのうち、互いに１２
０°の角間隔をもったコイル、例えばコイル１０ａ、　
　１０ｃ、１０ｅの３つだけを使用し、他を省略できる
が、上記のように６つのコイルの使用により、感度が向
上する。

回転子４が回転すると、各磁石６ａ〜６ｆがら生しる磁
力線が各センサコイル１０ａ〜１０ｆを横切るので、各
直列センサコイル１０ｘ、１０ｙ。

１０ｚからは第５図Ａ、　　Ｂ、　　Ｃに示すほぼ正弦
波状の信号Ｓａ、ＳｂおよびＳｃが得られる。

これらの信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃは、第３図に示すタイミ
ング信号形成手段９に入力される。この手段９は波形整
形回路１２、タイミング信号発生回路１３、三相タイミ
ング切換回路１４から構成される。

先ず、上記信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃは、波形整形回路１２
に入力され、第５図り、　　Ｅ、　　Ｆに示す波形整形
された矩形波信号Ｋａ、Ｋｂ、Ｋｃが得られる。これら
の各矩形波信号Ｋａ、Ｋｂ、Ｋｃは、信号Ｓａ、Ｓｂ、
Ｓｃのそれぞれの正の半サイクルの期間に対応する。

矩形波信号Ｋａ、Ｋｂ、Ｋｃは次段のタイミング信号発
生回路１３に入力される。

タイミング信号発生回路Ｉ３内では、第５図Ｇ。

Ｈ，Ｉに示す反転信号ｋａ、　　ｋｂ、　　ｋｃ　（矩
形波信号Ｋａ、Ｋｂ、Ｋｃの位相反転されたもの）が形
成され、更に信号Ｋａとｋｂ、Ｋｂとｋｃ、ＫＣとｋａ
とのそれぞれの論理積が計算され、第５図Ｊ、　　Ｋ、
　　Ｌに示すタイミング信号ＰＩＪ、ＰＶ。

Ｐｗが形成される。これら各タイミング信号Ｐｕ。

Ｐｖ、ＰｗはそれぞれＴ／３＝１２０’の位相角を有し
、順次に出力される。

タイミング信号発生回路１３からのタイミング信号Ｐｕ
、Ｐｖ、Ｐｗは次段の三相タイミング切換回路１４に入
力される。

この三相タイミング切換回路１４内では更にタイミング
信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗの位相反転された反転信号Ｑｕ、
Ｑｖ、Ｑｗが得られるが、これらの反転信号は図示しな
い。

三相タイミング切換回路１４から得られるタイミング信
号Ｐｕ、　　Ｐｖ、　　Ｐｗ、　　反転信号ＱＵ、Ｑｖ
、Ｑｗは次段のブリドライバ回路１５に入力されて増幅
され、次段のトランジスタ群１６および１７のベースに
それぞれ供給される。すなわち、１ｚ号Ｐｕはトランジ
スタ１６ｕ、Ｐｖは１６ｖ、Ｐｗは１６ｗ５　Ｑｕは１
７ｕ、Ｑｖは１７ｖ、ＱＷは１７ｗに供給される。また
、タイミング信号Ｐｕと反転信号Ｑｕとが同時に、Ｐｖ
とＱｖとが同時に、ＰｗとＱｗとが同時に出力される。

トランジスタ１６群はＮＰＮ、トランジスタ１７群はＰ
ＮＰ形式のものが使用され、トランジスタ１７群のエミ
ッタは直流電源端子１８に接続され、トランジスタ１６
群のエミッタは抵抗器１９を通じて接地され、トランジ
スタ１６ｗと１７ｕとのコレクタがコイル３ｘに、　１
６ｕと１７ｖとのコレクタがコイル３ｙに、　１６ｖと
１７ｗとのコレクタがコイル３ｚにそれぞれ接続されて
いる。

いま、タイミング信号Ｐｕと反転信号Ｑｕとが出力され
ると、トランジスタ１６ｕと１７ｕとがオンし、これら
を通じて電源端子１８からコイル３ｘ−３ｙに電流（Ｕ
相電流）が流れる。信号ＰＶとＱｖとの出力によりトラ
ンジスタ１６ｖと１７ｖとがオンし、コイル３ｙ−３ｚ
に電流（Ｖ相電流）が流れる。信号ＰｗとＱｗとの出力
によりトランジスタ１６ｗと１７ｗとがオンし、コイル
３ｚ−３ｘに電流（Ｗ相電流）が流れる。これらの各電
流は互いに１２０”の位相差を有し、これらによって回
転子４が回転される。回転子４０回転により、既に説明
したごとく各直列センサコイル１０ｘ、Ｊｏｙ、１０ｚ
から起電圧を生じ、上述した動作により回転子４が連続
回転される。

上述した構成において、センサコイルｌＯａ〜１０ｆの
駆動コイル３ａ〜３ｆに対する電気角（位相）間係は、
駆動コイル電流の切換タイミングに合った関係位置に選
ばれねばならない。その電気角はＯ’、３０°、６０’
、９０’である。

この発明の構成では、上記各電気角のうち９０°を選ん
でいるので、駆動コイル３ａ〜３ｆの駆動電流の切換時
にセンサコイル１０　ａ　−１Ｏｆ　ニ誘起されるノイ
ズＮが大幅に逓減される。

これは駆動コイル３８〜３ｆの駆動電流がオフしたとき
に生じるノイズＮ誘起用磁束のほぼ半分ずつが、センサ
コイル１０ａ〜１０ｆの一半部と他事部とて逆方向に作
用し、これによりノイズＮ誘起用磁束によるセンサコイ
ル１０ａ〜１０ｆの誘起電圧が相殺されるからである。

第６図に、駆動コイルへの駆動電流周波数を横軸に目盛
り、センサコイル誘起電圧を縦軸に目盛って両者の関係
を図示する。なお、駆動コイル３ａ〜３ｆへの駆動電流
値は、２００ｍＡの一定値で正弦波を使用した。また、
図中直線ａ　、ｂ　＋　　ｃはそれぞれ、センサコイル
１０ａ〜１０ｆの駆動コイル３ａ〜３ｆに対する電気角
０’、３０゜９０″に選定した場合を示している。

この第６図からも明らかなように、上記電気角を９０°
に選定したときは、駆動コイル３ａ〜３ｆからの誘導を
最も受けにくいことが判る。よってこの発明では、セン
サコイル１０ａ〜１０ｆの駆動コイル３ａ〜３ｆに対す
る電気角が９０＠に選定される。

波形整形回路１２からの信号Ｋａ、　　Ｋｂ、　　Ｋｃ
はそれぞれ速度積出回＃ｉ２０に供給される。本実施例
では、この速度検出回路２０として、周波数発電機（Ｆ
Ｇ）を用いている。

このＦＧ２０内においては、矩形波信号ＫａとＫｂ、Ｋ
ｂとＫｃ、ＫｃとＫａとのそれぞれの論理積が計算され
て第５図Ｍ、　　Ｎ、　　Ｏに示すパルスＰ１．　　Ｐ
２．　　Ｐ３が形成され、更にこれらパルスＰ！。

Ｐ２．Ｐ３の論理和が計算されて第５図Ｐに示す信号Ｐ
Ｏが得られる。この信号ＰＯの周波数（パルスの繰り返
し周波数および振幅）は回転子４の回転速度に対応する
。

この信号ＰＯが次段の速度制御回路２１に供給される。

この回路２１は第４図に示すように構成され、信号ＰＯ
はＦ／Ｖ変換回路２２て周波数・電圧変換されて積分回
路２３に供給され、これよりパルス間隔に対応したレベ
ルの直流電圧■０が得られ、この電圧と電源２５の基準
電圧Ｖｅとが比較器２４に供給され、比較出力すなわち
回転速度制御信号Ｖｃが得られる。この基準電圧Ｖｅは
回転子４の基準回転速度状態で積分回路２３から得られ
る電圧ＶＯと等しく選ばれる。

回転速度制御信号Ｖｃはブリトライバ回路１５に供給さ
れ、ここにおいて信号Ｖｃに基づきタイミング信号Ｐｕ
、Ｐｖ、Ｐｗの時間幅が制御されることにより、上記し
たＵ相、■相、Ｗ相の電流の直流角が制御され、回転子
４０回転速度が制御される。

なお、回転速度制御のためには、上記パルスＰ１、　Ｐ
２．　　Ｐ３のうちの何れか一つを使用してもよいが、
これらの論理和値ＰＯを使用することて、リップルのよ
り少ない信号Ｖｃを得ることが可能となり、より高精度
の回転制御が行なわれる。

波形整形回路１２からの矩形波信号Ｋａ、Ｋｂ。

Ｋｃが回転方向検出回路２６に入力され、モータの回転
方向が検出される。すなわち、第５図に示す矩形波信号
Ｋａのオン期間に対して次にオンする信号がＫｂてあれ
ば正回転、Ｋｃてあれば逆回転と判断される。

この回転方向検出回路２６からの信号が次段の正／逆転
切換パルス発生回路２７に入力され、手動操作によるパ
ルスの切り換えにより、三相タイミング切換回路１４に
おいて、タイミング信号発生回路１３から入力されるタ
イミング信号の出力順を切り換え、よって回転子４の回
転方向を変更するようにしている。

直列センサコイル１０ｘ、１０ｙ、１０ｚからの信号Ｓ
ａ、Ｓｂ、Ｓｃは更に回転停止検出回路２８に入力され
、これらの信号の有無が検出される。もしこれらの信号
がない場合は、次段の起動発振回路２９が動作され、こ
れから疑似タイミング信号が発生してこの信号によりモ
ータが起動され、直列センサコイル１０ｘ、１０ｙ、１
０ｚから誘起電圧が得られて、モータの回転が継続され
るようにされている。信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃの到来によ
って、起動発振回路２９の動作は停止される。

上述のことくしてモータの起動が行なわれ、その後その
回転制御が継続してなされる。

「発明の効果」 以上のように、この発明は、プリント基板の駆動コイル
装着面とは反対面に、各駆動コイルに対応してセンサコ
イルがプリント配線されており、回転子の回転に伴って
生じるセンサコイルからの信号に基づいて、タイミング
信号を得、これにより駆動コイルに対する駆動電流の切
り換えをなしてモータの回転を継続させるようにしてい
る。

従って、従来使用されていたホール素子を省略できるの
で、モータ全体を薄型化できる効果がある。なお、プリ
ント配線コイルは、他の配線と同一面に同一の厚みをも
って薄く形成されるので、その厚みは問題ない。

そして、この発明では各センサコイルを各駆動コイルに
対し・で、９０°の電気角をもって配置したので、駆動
コイルに供給する駆動電流の切り換え時におけるセンサ
コイルへのノイズの発生跣導を大幅に抑圧することがで
き、センサコイルからの信号をその後のタイミング信号
および回転制御信号の源信号として容易に使用できる効
果がある。

また、センサコイルをプリント手段により配線するので
、他の配線と同時に設置でき、このセンサコイルの設置
のために特に手数を必要とせず、製造コストを低下させ
ることができる効果がある。

さらに、センサコイルはプリント配線するので、その配
置位置の精度を極めて向上させることができ、モータの
回転に際してワウ、フラッタが生しるのを回避できる効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る偏平型ブラシレスモータの一例
を示す路線的断面図、第２図は第１図のＩＴ−ｎ線上の
断面図、第３図は駆動回路のブロック図、第４図は第３
図の一部のブロック図、第５図はこの発明によるモータ
の動作を説明するための波形図、第６図は駆動コイル電
流に対するセンサコイル誘起電圧の関係を示す線図、第
７図は従来の偏平型ブラシレスモータの一例を示す路線
的断面図、第８図はその■−■線上の断面図、第９図は
磁石装置の斜視図、第１０図は駆動コイルの接続状態を
説明する回路図、第１１図は駆動コイルミ流に基づいて
センサコイルから得られる信号にノイズが畳重された状
態を示す波形図である。 １　・ ３ａ〜３ｆ争 ４　・ ６　φ ９　・ １０　ａ〜　１０　ｆ　拳 ・プリント基板 ・駆動コイル ・回転子 ・磁石装置 ・タイミング信号形成手段 争センサコイル 第 ５ 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）プリント基板上において、複数の偏平型渦巻状駆
   動コイルが環状に配置され、この駆動コイルに対応して
   環状の磁石装置が回転自在に設置され、上記駆動コイル
   に順次駆動電流が切り換えられて供給されることにより
   、上記磁石装置を取り付けた回転子が回転するように構
   成された偏平型ブラシレスモータにおいて、 プリント基板の駆動コイル装着面とは反対面においてプ
   リント配線されてなるセンサコイルと、このセンサコイ
   ルからの信号が入力され、上記駆動コイルに対する駆動
   電流の切り換えをなすタイミング信号を形成する手段と
   を有し、 上記センサコイルは、上記駆動コイルに対して９０゜の
   電気角をもって配置されてなることを特徴とする偏平型
   ブラシレスモータ。