JPH04222449A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はビデオテープレコーダや
オーディオカセットテープレコーダやビデオディスクプ
レーヤ等の映像，音響機器に用いられるモータに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、安価で高性能のフェライトマグネ
ットの普及、小型で高性能のホール素子や集積回路，パ
ワー素子の進歩等によって、ビデオテープレコーダやデ
ジタルオーディオカセットテープレコーダ等のＡＶ機器
、更にはレーザビームプリンタ等のＯＡ機器にブラシレ
スモータが使用され、その応用範囲は拡大の一途にある
。通常ブラシレスモータは１相につき１つの位置検出素
子と１つの電機子通電制御回路が必要であり、一般的に
は２相又は３相の半波駆動方式又は全波駆動方式が主に
使用されている。図１０に従来のモータの縦断面図、図
１１に従来のモータのＹ方向矢視図を示す。図１０にお
いて軸方向に複数極に着磁された回転子磁石１は磁性材
料より成るバックヨーク２に接着等の手段により固着さ
れている。又磁性材料から成り印刷配線基板３を含んで
成る固定子４には固定子巻線５を同心円上に配列して、
接着等により固着されている。又回転子磁石１の位置を
検出するためのホールＩＣ等から成る複数個、例えば３
個の回転子位置検出素子６も、印刷配線基板３に取付け
られている。又バックヨーク２にはその内周部に設けた
ボス部２ａにモータ軸７が圧入されており、そのモータ
軸７と回転子磁石１とバックヨーク２とでモータの回転
子８を形成しており、モータ軸７はハウジング１８に設
けられた焼結含油合金等より成る滑り軸受９により回転
自在に支持されている。ここで回転子磁石１と印刷配線
基板３との間で発生するスラスト吸引力の保持は、モー
タ軸７の先端に設けられた球凸部７ａとポリイミド樹脂
等から成るスラスト受け１０との圧接摺動によって行わ
れる。又モータの回転子８の移送を検出するために、回
転子８の外周部８ａ（図示せず）には、単極着磁された
ＰＧマグネット１１が一体的に保持されており、ＰＧマ
グネット１１と対向する位置に発電コイル，ホール素子
，磁気抵抗効果素子等から成る位相検出素子１２が設け
られている。

【０００３】今ここで回転子位置検出素子６は、回転子
磁石１の磁極を検知することによって回転子磁石１の回
転位置を検知するので、この出力信号に従って固定子巻
線５の夫々の相に電流を切換えて通電すると、固定子巻
線５が発生する磁力の作用により回転子８は回転を開始
する。更にモータの回転により位相検出素子１２の位置
をＰＧマグネット１１が通過する毎に位相検出素子１２
はパルスを発生するので、回転数の検出並びに回転ヘッ
ドを用いた磁気記録再生装置の回転ヘッド部のモータに
本モータを採用した場合、回転ヘッドとモータの回転位
置との同期をとることによって、テープ上に記録し、又
はテープ上の信号を再生することが可能となる。

【０００４】従来３相駆動方式においては、通常少なく
とも３個が必要な位置検出素子の数を削減しようとする
試みが数多く行われている。その代表的な技術が米国特
許第３，５５７，０５３号（以下文献１と略す）に示さ
れている。この文献１には、３相半波駆動方式のブラシ
レスモータにおいて、回転子上に光反射率の異なる第１
，第２，第３の構成要素を有する識別帯を設け、この識
別帯に光線を照射し反射光を受光素子で検出することに
よって、受光素子の出力レベルの３段階の変化として回
転子の回転位置の変化を出力している。又他の試みとし
て回転子上にＮ極区間，中間極であるゼロ着磁区間，Ｓ
極区間を構成する位置検出用マグネットを設け、この位
置検出用マグネットの磁束の変化をホール素子等の磁電
変換素子で検出することによって、磁電変換素子の出力
レベルの３段階の変化として回転子の回転位置の変化を
出力するものもある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のよ
うな構成のモータにおいては、以下のような欠点があっ
た。 （イ）ホール素子の数が多くなるためにコストアップに
なる。 （ロ）回転精度を向上させるためにはホール素子の取付
精度が要求され、モータを製作する上でコストアップに
つながる（特に３個のホール素子が必要な場合は顕著に
なる）。 （ハ）モータの回転数と回転位相を検出するためには、
マグネットが夫々に必要となる。もしくは回転子磁石の
一部に位置検出用の別の着磁が必要となり、コストアッ
プになると共に、回転子磁石の一部に位置検出用の別の
着磁を施した場合、モータ特性に影響を与える。 （ニ）文献１に示す方法では、光反射率の異なる３つの
識別帯と、この識別帯に光線を照射する発光素子、及び
反射光を受光する受光素子を設けなければならないため
、構成要素が増加し複雑となる。又発光素子，受光素子
は現在のところ磁電変換素子等を使用した位置検出素子
と比較すると高価であるため、位置検出素子を削減した
メリットはない。 （ホ）位置検出用マグネットに中間極であるゼロ着磁を
行うことは非常に困難であり、着磁を行ったとしてもそ
の部分は非常に磁界が不安定で経年変化を起こし易い。

【０００６】本願の請求項１の発明はこのような従来の
問題点に鑑みてなされたものであって、モータの回転位
相を検出するためのＰＧ用の磁束発生をモータの回転数
を検出する周波数発生機を構成する部品を使用すること
によって、新たなマグネット又は回転子磁石の一部にＰ
Ｇ用の別着磁を施す必要がないようにすることを技術的
課題とする。又本願の請求項２の発明は、唯一の位置検
出素子で３相電動機の相切換えのための回転子位置信号
を発生すると共に、回転子位置信号発生手段と同一部品
によりモータの回転数を検出する周波数発生機を構成し
たことを技術的課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明は
複数極に着磁された円環状又は円板状の第１の永久磁石
を有する回転子と、回転子の第１の永久磁石に対向して
配置される固定子巻線を有する固定子と、回転子と一体
的に回転し、所定極数に着磁された円環状又は円板状に
形成され所定位置の着磁部分に切欠き部を設けた第２の
永久磁石と、第２の永久磁石の回転磁束を検知する磁気
検知手段と、を具備することを特徴とするものである。 又本願の請求項２の発明はＰ極に着磁した円環状又は円
板状の第１の永久磁石を有する回転子と、回転子の第１
の永久磁石に対向して配置される固定子巻線を有する固
定子と、回転子と一体的に回転し、その一部に第１の永
久磁石と同位相、同極数の着磁を施した円環状又は円板
状の形状を有し、第２の永久磁石の磁極間の境界部にＰ
／２個の切欠き部を７２０／Ｐ度ピッチで配置した第２
の永久磁石と、第２の永久磁石の回転磁束を検知する磁
気検知手段と、を具備することを特徴とするものである
。

【０００８】

【作用】このような特徴を有する本願の請求項１の発明
によれば、第２の永久磁石の着磁部分に切欠き部が設け
られているため、磁気検知手段によってその回転磁束を
検知することによって回転速度を検知することができ、
又切欠き部分を検出することによって回転位相を検出す
ることができる。これらの信号に応じてモータの固定子
に駆動電流を与えてモータを回転することができる。又
本願の請求項２の発明によれば、第２の永久磁石にＰ／
２個の切欠き部を設けると共に　７２０／Ｐ度ピッチで
切欠き部を配置することにより、１箇所に設けた位置検
出手段によって回転位相を検出し回転子の位置信号を発
生させ、又モータの回転数を検出できるようにしている
。

【０００９】

【実施例】次に請求項１の発明を具体化した第１実施例
について図面を参照しながら説明する。図１は第１実施
例におけるモータの縦断面図、図２は第１実施例におけ
るモータのＹ方向矢視図、図３は第１実施例における周
波数発生器の出力波形図、図４は第１実施例における位
相検出器の出力波形図であり、前述した従来例と同一部
分は同一符号を付す。さて図１において、第１の永久磁
石１は軸方向に複数極に着磁された回転子磁石であり、
磁性材料より成るバックヨーク２に接着等により固着さ
れている。又磁性材料から成り印刷配線基板３を含む固
定子４には、固定子巻線５が同心円上に配列され、接着
等により固着されている。ホールＩＣ等から成る複数個
の回転位置検出素子６も印刷配線基板３に取付けられて
いる。位置検出素子６は第１の永久磁石１の位置を検出
するためのものであって、例えば図１の永久磁石１の着
磁極数が８極である場合、固定子巻線５は６コイルとな
り、位置検出素子６の数は駆動方式が３相全波駆動であ
れば３個必要となる。バックヨーク２の内周部に設けた
ボス部２ａにはモータ軸７が圧入され、ハウジング１８
に設けられた焼結含油合金等より成る滑り軸受９により
モータ軸７は回転自在に支持されている。モータ軸７と
第１の永久磁石１とバックヨーク２とはモータの回転子
８を形成している。ここで回転子磁石１と印刷配線基板
３との間で発生するスラスト吸引力の保持は、モータ軸
７の先端に設けられた球凸部７ａとポリイミド樹脂等か
ら成るスラスト受け１０との圧接摺動によって行われる
。又モータの回転子８の回転位相並びに回転数を検出す
るために、回転子８の外周部には円環状のＦＧマグネッ
トである第２の永久磁石１３が接着又は成形等の手段に
より一体的に保持されている。その第２の永久磁石１３
の外周部１３ａは等間隔に所定極数着磁されている。 そして第２の永久磁石１３の外周部１３ａと対向する印
刷配線基板３上の位置に、図２に示すようにホール素子
や磁気抵抗効果素子等の周波数発生器１４が設けられて
いる。又第２の永久磁石１３の一部に１箇所切欠き部１
３ｂが設けられており、その切欠き部１３ｂと対向する
位置にホール素子，磁気抵抗効果素子等の位相検出器１
５が設けられている。ここで図１に示すように切欠き部
１３ｂは図２の永久磁石１３の軸方向の下部に設けられ
ているために、周波数発生器１４と位相検出器１５の検
出面の高さは異なる。

【００１０】次にホール素子等から成る回転子位置検出
素子６の動作原理について簡単に説明する。ホール素子
は４本の端子を有しており、ホール素子にバイアス電流
を供給する２本の端子と、回転子位置検出素子の出力電
圧を出力する２本の端子から構成される。ここで単位面
積当たりの磁束によるホール出力電圧は、次の（１）　
式で表すことができる。 ＥＨ　＝｛ＫＨ　／ｄ｝・ｉＨ　・Ｂ・　ｃｏｓθ＋Ｖ
０　──（１）　ＥＨ　：ホール出力電圧 ＫＨ　：ホール素子の積密度 Ｂ　　：磁束密度 ｉＨ　：ホール素子バイアス電流 Ｖ０　：ホール素子不平衡電圧 ｄ　　：ホール素子の厚さ θ　　：磁束の入射角 （１）　式からホール出力電圧はホール素子を通過する
磁束とバイアス電流に比例することがわかる。又磁束の
方向が変わると、（１）　式のホール出力電圧ＥＨ　は
逆極性となり磁極の切り替わりを検出することができる
。従って回転子位置検出素子６は、回転子磁石１の磁数
を検知することによって回転子磁石１の回転位置を検出
するので、この出力信号に従って固定子巻線５の夫々の
相に電流を切換えて通電すると、固定子巻線５が発生す
る磁力の作用により回転子８は回転を開始する。更に回
転子８の回転により第２の永久磁石１３が回転し、外周
部１３ａに着磁されている磁極位置１３が変化すると、
磁気抵抗効果素子等から成る周波数発生器１４のセンサ
部と直角の方向に磁界が加わり、センサ部の抵抗値が変
化する。即ちセンサ部に外部より磁界Ｈｓ　を印加する
と、抵抗変化率は図３に示すような山形の特性を示す。 即ち外部磁界Ｈｓ　の正と負で対称形を成している。こ
のために信号磁界Ｈが周波数発生器１４に印加されても
、抵抗変化率は信号磁界Ｈの両波整流されたような変化
をする。このようにして得られた出力波形により、図示
しない制御回路内にある計数部により回転子８の回転速
度が検出される。従って制御回路によりモータの回転子
８の回転速度の制御が可能となる。又同様の原理で位相
検出器１５によっても同様の出力信号が得られるが、回
転子８の回転により第２の永久磁石１３に設けられた切
欠き部１３ｂが位相検出器１５を通過すると、図４に示
すように破線で示すように出力信号が低下する。即ちモ
ータが１回転する度に出力信号が低下することになり、
この低下を検出することにより回転子８の回転位相が検
出される。従って回転ヘッドを用いた磁気記録再生装置
において、回転ヘッド部のモータに本モータを採用した
場合、回転ヘッドとモータの回転位置との同期をとるこ
とができる。 よってテープ上に記録又はテープ上に記録されている信
号を再生することが可能となる。

【００１１】このように本実施例では、複数極に着磁さ
れた円環状又は円板状の第１の永久磁石を有した回転子
と、その回転子に対向配置した固定子巻線を含めて成る
固定子と、回転子と一体的に回転し所定極数に着磁され
た円環状又は円板状の第２の永久磁石とから成り、この
第２の永久磁石に切欠き部を設けることによって、非常
に簡単な構成でありながら部品点数を増加することなく
モータの回転位相と回転速度を検出することができる。 尚本実施例ではブラシレスの面対向モータにおいて説明
を行ったが、本発明はモータの形式に左右されるもので
はない。

【００１２】次に本願の請求項２の発明を具体化した第
２の実施例について図面を参照しながら説明する。図５
は第２実施例におけるモータの縦断面図で、図６は第２
実施例におけるモータのＹ方向矢視図、図７はその三相
出力の出力波形図である。本実施例においても前述した
第１実施例と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を
省略する。本実施例において第１の永久磁石１は軸方向
にＰ極（本実施例ではＰ＝８）に着磁された回転子磁石
であり、磁性材料より成るバックヨーク２に接着等によ
り固着されている。又磁性材料から成り印刷配線基板３
を含む固定子４には固定子巻線５が同心円上に配列され
、接着等により固着されている。又バックヨーク２には
その内周部に設けたボス部２ａにモータ軸７が圧入され
、モータ軸７はハウジング１８に設けられた焼結含油合
金等より成る滑り軸受９により回転自在に支持されてい
る。モータ軸７と第１の永久磁石１とバックヨーク２と
はモータの回転子８を形成している。

【００１３】ここで回転子磁石１と印刷配線基板３との
間で発生するスラスト吸引力の保持は、モータ軸７の先
端に設けられた球凸部７ａとポリイミド樹脂等から成る
スラスト受け１０との圧接摺動によって行われることは
前述した第１実施例と同様である。又図５，図６に示す
ようにモータの永久磁石１の位置を検出するために回転
子８の外周部８ａには第１の永久磁石１と同位相，同極
相の着磁を施した円環状の第２の永久磁石２１が接着又
は成形等により一体的に保持されている。そして第２の
永久磁石２１の外周部又は軸方向の端面部にその磁極間
の境界部にＰ／２個の切欠き部２１ｂが　７２０／Ｐ度
ピッチで且つその大きさが電気角で略　１２０度、即ち
機械角で略　２４０／Ｐ度分を切欠いている。即ち第２
の永久磁石２１は図６に示すようにＮ極の非切欠き部２
１ｃ、Ｎ極又はＳ極に着磁された切欠き部１３ｂ及びＳ
極に着磁された非切欠き部２１ｄとから成り立っている
。又第２の永久磁石２１の切欠き部２１ｂが設けられて
いる面と対向する位置に回転子位置検出素子２２、例え
ばホール素子が印刷配線基板３上に設けられている。こ
こでホール素子の出力電圧が正極側に出力されるように
一定のバイアス電流を流しているものとする。そして回
転子位置検出素子２２と対向する位置に第２の永久磁石
２１のＮ極に着磁された非切欠き部２１ｃが位置する場
合には、正極側に最大のホール出力電圧が発生する。そ
して切欠き部２１ｂが位置する場合には回転子位置検出
素子２２に磁束が通過しないようになるので、中間電位
のホール出力電圧が発生する。又Ｓ極に着磁された非切
欠き部２１ｄが位置するときには負極側に最大のホール
電圧が発生する。図７は回転子位置検出素子２２が図６
のＮ極の非切欠き部と対向する位置にあり、回転子８が
固定子４の方向から見て反時計方向（左回り）に回転し
ているときのホール出力電圧を示す波形図である。前述
したようにホール出力電圧は回転子位置検出素子２２が
Ｎ極の非切欠き部２１ｃに対応するとき、正極側の最大
値が得られ、切欠き部２１ｂでは中間電位、２１ｄでは
負極側の最大値を発生する。このように回転子８と一体
に回転子、その一部に第１の永久磁石１と同位相と同極
数の着磁を施した円環状又は円板状の第２の永久磁石を
設け、その磁極間の境界部Ｐ／２個の切欠き部を　７２
０／Ｐ度のピッチで配置したことによって、１つの回転
子位置検出素子２２を用いて第１の永久磁石の電気角　
３６０°に対して３種類の回転子位置信号を発生するこ
とができる。従ってこの出力信号に従い固定子巻線の夫
々の相に電流を切換えて通電することにより、固定子巻
線が発生する磁力の作用によって回転子８を回転させる
ことができる。こうすればモータ性能を落とすことなく
１つの回転子位置検出素子２２を用いて回転子位置信号
を発生することが可能となる。

【００１４】次に請求項２の発明を具体化した第３実施
例について図面を参照しつつ説明する。図８は第３実施
例におけるモータの縦断面図、図９は本実施例のＹ方向
矢視図である。本図において前述した第２実施例と同一
部分については同一の番号を付して詳細な説明を省略す
る。さて本実施例では、第２の永久磁石２１は切欠き部
２１ｂと異なる位置の外周部２１ａに等間隔に所定極数
着磁されており、その第２の永久磁石２１の外周部２１
ａと対向する位置にホール素子や磁気抵抗降下素子等の
周波数発生器１４を印刷配線基板上に設けている。回転
子位置検出素子２２は第２の永久磁石２１の磁極を検知
することによって第１の永久磁石１の回転位置を検出す
るので、この出力信号に従って固定子巻線の夫々の相に
電流を切換えて通電することによって固定子巻線５が発
生する磁力の作用により回転子８は回転を開始する。そ
して回転子８の回転により第２の永久磁石２１が回転し
、その外周部に着磁されている磁極１が変化することに
より周波数発生器１４のセンサ部と直角の方向に磁界が
加わり、センサ出力が得ることができる。従って制御回
路によりモータの回転子８の回転速度が制御可能となる
。

【００１５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本願の請求項
１の発明によれば、比較的簡単な構成で部品点数を増加
することなくモータの回転位相と回転数とを検出するこ
とができるという効果が得られる。又本願の請求項２の
発明では、比較的簡単な構成で部品点数を増加すること
なく、又唯一の位置検出素子で三相モータの相切換えの
ための回転子位置信号を発生することができるという効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例におけるモータの縦断面図である。

【図２】第１実施例におけるモータのＹ方向矢視図であ
る。

【図３】第１実施例における周波数発生器の出力波形図
である。

【図４】その位相検出器の出力波形図である。

【図５】第２実施例におけるモータの縦断面図である。

【図６】第２実施例におけるモータのＹ方向矢視図であ
る。

【図７】その三相出力の出力波形図である。

【図８】第３実施例におけるモータの縦断面図である。

【図９】第３実施例におけるＹ方向矢視図である。

【図１０】従来のモータの縦断面図である。

【図１１】従来のモータのＹ方向矢視図である。

【符号の説明】

１　　第１の永久磁石 ４　　固定子 ５　　固定子巻線 ６，２２　　回転子位置検出素子 ８　　回転子 １３，２１　　第２の永久磁石 １４　　周波数発生器 １５　　位相検出器 ２１ｂ　　切欠き部 ２１ｃ，２１ｄ　　非切欠き部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　複数極に着磁された円環状又は円板状
   の第１の永久磁石を有する回転子と、前記回転子の第１
   の永久磁石に対向して配置される固定子巻線を有する固
   定子と、前記回転子と一体的に回転し、所定極数に着磁
   された円環状又は円板状に形成され所定位置の着磁部分
   に切欠き部を設けた第２の永久磁石と、前記第２の永久
   磁石の回転磁束を検知する磁気検知手段と、を具備する
   ことを特徴とするモータ。
2. 【請求項２】　　Ｐ極に着磁した円環状又は円板状の第
   １の永久磁石を有する回転子と、前記回転子の第１の永
   久磁石に対向して配置される固定子巻線を有する固定子
   と、前記回転子と一体的に回転し、その一部に前記第１
   の永久磁石と同位相、同極数の着磁を施した円環状又は
   円板状の形状を有し、前記第２の永久磁石の磁極間の境
   界部にＰ／２個の切欠き部を　７２０／Ｐ度ピッチで配
   置した第２の永久磁石と、前記第２の永久磁石の回転磁
   束を検知する磁気検知手段と、を具備することを特徴と
   するモータ。