JPH04359660A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はブラシレスモータ、中で
も主に直径より軸方向の寸法が小さい偏平な外形で回転
子は円板状のロータマグネットで、空隙磁束が回転軸方
向に貫通するアキシャルフラックス形、またはアキシャ
ルギャップ形と呼ばれるブラシレスモータに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年ブラシレスモータはビデオテープレ
コーダー（ＶＴＲ）やオーディオテープのテープ送り用
キャプスタンモータやフロッピーディスクやコンパクト
ディスクのディスクドライブ用のスピンドルモータ等に
非常に多く用いられている。

【０００３】以下に従来のブラシレスモータについて説
明する。図６（ａ），（ｂ）は従来のブラシレスモータ
であり、図６（ａ）は断面図、図６（ｂ）は上面図であ
る。リング状の永久磁石１は８極着磁されて鉄製のロー
タヨーク２に取付けられている。ロータヨーク２は軸受
け７にて保持された回転軸３に取付けられてロータ磁石
１と共に回転軸３を中心に回転する構造になっている。 中心軸３を支える軸受けの固定側には鉄板のステータヨ
ーク６の上に絶縁プリント基板からなるステータ基板５
が貼付けられ、その上には空心コイル４が６個、ロータ
磁石１に対向する位置に円周状に設置されている。空心
コイル４はステータ基板５上の配線パターンに電気的に
接続され、さらにモータ駆動回路に接続している。そし
てロータ磁石１のＮ極Ｓ極の位置を検出するために、ホ
ール素子９が６個の空心コイル４のうち、３個の空心コ
イル４のほぼ中央のステータ基板５上に設置され、ロー
タ磁石１と面対向している。これらの３個のホール素子
９はステータ基板５上の配線パターンを介してモータ駆
動回路に続いている。

【０００４】以上のように構成されたブラシレスモータ
について、以下その動作について説明する。ホール素子
９は磁力を受けると電圧を発生するものであり、磁力が
Ｎ極のものかＳ極のものかによりその発生する電圧は正
負に反転し、また磁力の強さに比例して発生電圧が大き
くなる。このホール素子９を図５に示す位置にロータ磁
石１に面対向させて配置すると、ロータ磁石１の磁極か
ら出る磁束１６をホール素子９が受けて電圧を発生させ
る。ホール素子９は３個あり、図６に示す３つの位置に
配置されているので、それぞれの位置において対向する
磁極が異なり、それぞれのホール素子における発生電圧
の正負，大きさが異なる。これらの電圧をモータ駆動回
路に伝え、モータ駆動回路内で演算処理をすることによ
り、ロータ磁石１の磁極の位置を検知し、その位置に応
じて空心コイル４に適宜正又は負の電流を流す。すると
、空心コイル４の磁束がロータ磁石１に引力または反発
力を与え、ロータヨーク２を回転させる。このロータヨ
ーク２の回転に応じてホール素子９の発生電圧は順次変
化するので、その変化が駆動回路に伝えられ、駆動回路
ではホール素子９よりの発生電圧の変化に応じて、順次
空心コイル４に流す電流を切り替え、回転を継続させる
ことができるものである。この構成のブラシレスモータ
は、磁束１６が図６に示すように回転軸３と同じ方向に
貫通するので、アキシャルフラックス形と呼ばれている
。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の構成ではホール素子を使用していることに起因した
欠点を有していた。

【０００６】即ちホール素子９はインジウムアンチモン
等からなり、高温になると不安定な材料を使用している
ため、耐熱性に欠け、モータ自身の耐熱性に制限を与え
ている。

【０００７】また、ホール素子９は感磁部が平面であり
平面を貫く方向の磁界にしか感じないため、磁極の位置
，方向を検出する能力が小さく、前記従来例にある様に
３個という多数の素子を必要としている。

【０００８】そして、一般に駆動電圧５Ｖで使用するこ
とが多いが、その際の感応磁界は約４×１０４Ａ／ｍ程
度必要であり、ホール素子９は図５の様にロータ磁石１
と面対向させる位置に必ず取り付けないと感応しない。 従ってホール素子９は厚みの分だけステータ基板５から
ロータ側に突き出ることになり、空心コイル４はシート
コイル等により非常に薄形になっているのだが、全体と
して偏平薄型化が図れないという問題点があった。

【０００９】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、高温耐熱性を有し、素子数が少なくて済み、また、
偏平薄型化の可能なブラシレスモータを提供するもので
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、平板状の基板の上に複数のコイルを設け
たステータと、このステータのコイルと面対向し、かつ
同じ回転軸を中心として回転可能であるとともに多極着
磁を施した永久磁石からなるロータとを有し、ステータ
の基板上においてロータの磁極と対向する部分の外側に
磁気抵抗の異方性効果を有する強磁性体の電気抵抗膜を
２個備えた電気抵抗素子を１個〜３個配置し、かつこの
電気抵抗膜は、膜面がステータの基板と略平行で前記回
転軸と前記電気抵抗素子とを結んだ直線に対して前記電
気抵抗膜の異方性配向方向が３０°〜６０°傾くように
配置することにより構成され、さらに前記回転軸と前記
電気抵抗膜を結んだ直線に対して略垂直に前記電気抵抗
膜にバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加手段と、
前記電気抵抗膜の抵抗値変化に応じてステータのコイル
に順次電流を流していく駆動回路とを備えたものである
。

【００１１】

【作用】本発明の構成によれば、ホール素子のかわりに
強磁性体の電気抵抗膜を使用しており、材料としてニッ
ケル鉄合金等の高温でも安定な物質を用いるために耐熱
性が従来より上がる。また、強磁性体の電気抵抗膜を二
個特定の位置に設けてバイアス磁界を印加して用いてい
るために、ロータ磁極の回転方向等も一ヶ所で検知でき
るようになり、磁界検知用の素子の数を３個から１また
は２個に減らすこともできる。そして、強磁性体の電気
抵抗膜は感応磁界が約４×１０３Ａ／ｍ程度であり、ホ
ール素子よりも１桁感度が良いため、ロータ磁石と面対
向させる位置に取り付ける必要がなく、離して取り付け
ても感応するので、ステータとロータ磁石はより近づけ
ることができ、モータ全体を偏平薄型化することもでき
る。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の一実施例のブラシレスモータ
について、図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は
本発明の一実施例におけるブラシレスモータの断面図、
図１（ｂ）は同上面図である。リング状の永久磁石１は
８極着磁即ちＮ極４極とＳ極４極が交互に着磁されてい
て、鉄製のリング状のロータヨーク２に取り付けられて
いる。ロータヨーク２は軸受け７にて保持された回転軸
３に取り付けられてロータ磁石１と共に回転軸３を中心
に回転する構造になっている。中心軸３を支える軸受け
の固定側には鉄板のステータヨーク６上に絶縁プリント
基板からなるステータ基板５が貼付けられ、その上には
空心コイル４が６個、ロータ磁石１に対向する位置に円
周状に設置されている。空心コイル４はステータ基板５
上の配線パターンに電気的に接続され、さらにモータ駆
動回路に続いている。そしてロータ磁石１のＮ極Ｓ極の
位置を検出するために強磁性体の電気抵抗膜素子８がス
テータ基板５上のロータ磁石１の外側でロータ磁石１に
近い場所に３ヶ所設置されている。

【００１３】次に図２（ａ），（ｂ）を用いてこの強磁
性体の電気抵抗膜素子８の構造及び動作を詳細に述べる
。図２（ａ）は強磁性体の電気抵抗膜素子８付近のステ
ータとロータの断面図、図２（ｂ）は同上面図である。 表面をグレーズ処理したセラミック基板１４の上にニッ
ケル鉄合金膜の強磁性体からなる電気抵抗膜１１，２１
が形成されその両端の電極部１２，１３，２２，２３に
よってステータ基板５に電気的に接続されている。 この電極部１２，１３，２２，２３とステータ基板５上
の配線との接合を確実に固定するために半田１５が施さ
れている。ステータ基板５上の配線パターンは外部のモ
ータ駆動回路につながっている。電気抵抗膜１１，２１
の膜面はステータ５，６の平面と略平行である。そして
膜が図の様に細長い格好での形状異方性が施してあるの
で、電気抵抗膜１１，２１の磁気異方性の方向は、電気
抵抗膜１１においては直線Ｄの方向、また電気抵抗膜２
１においては直線Ｅの方向である。モータの回転中心と
電気抵抗膜素子を結んだ直線を図において直線Ｃで表す
と、直線ＣとＤの角度θ１は３０°、また直線ＣとＥの
角度θ２はθ１と逆向きに３０°をなしている。さらに
このセラミック基板１４の上にはバリウムフェライトの
粉体を含有した塗料を固着し着磁した磁石膜１８が設置
され、直線Ｃ方向とは垂直の矢印１９の方向に磁束を発
生させており、電気抵抗膜１１，１２にバイアス磁界を
与えている。

【００１４】この構成の強磁性体の電気抵抗膜１１は直
線Ｄの方向に磁気的に配向している時に最大抵抗値を示
し、直線Ｄと垂直方向に配向した時に最大抵抗値より約
５％減少した最小抵抗値を示すものであるが、バイアス
磁石１８により強制的に矢印１９の方向に配向している
ので、ロータ磁石１からの磁束の影響が無い場合は、最
大抵抗値の約３％減の抵抗値を示す。これにロータ磁石
１のＮ極が近づくとロータ磁石１からの主磁束１６は図
２（ａ）の矢印のようにステータヨーク６に向かって垂
直に生じるが、周辺部分においては矢印１７のように回
転軸から放射する方向に生じるものであり、強制的に配
向する磁界の方向は矢印１９方向のバイアス磁界ベクト
ルと矢印１７方向のロータよりの磁界ベクトルとの合成
ベクトルとして表され、図２（ｂ）において矢印１９よ
りも反時計方向に回転したものとなり、電気抵抗膜１１
の抵抗値は減少する。同様に電気抵抗膜２１においても
ロータ磁石１のＮ極が近づくと配向する磁界の方向の回
転が起きるが、異方性配向方向が１１とは逆向きである
ので、電気抵抗膜２１の抵抗値は増大する。

【００１５】次にロータ磁石１のＳ極が近づくと矢印１
７の方向が全く逆向きになるためにベクトルの回転方向
が時計方向となり、電気抵抗膜１１の抵抗値が増大し、
電気抵抗膜２１の抵抗値は減少する。

【００１６】このような抵抗値の増大，減少によりＮ極
が接近したかＳ極が接近したかを検知できるので、これ
らの抵抗値を駆動回路にて検知し、その抵抗値に応じて
駆動回路中のトランジスタを切り替えることにより、ス
テータコイルに順次電流を流していきモータの回転を継
続させるものである。

【００１７】更に実施例のブラシレスモータにおいての
特徴は、ロータの回転に伴う電気抵抗膜１１，２１の抵
抗値の変化のプロファイルである。図５（ａ）は図１，
図２のブラシレスモータを反時計方向に定速回転させた
時の電気抵抗膜１１，２１の抵抗値の変化を表したもの
であり、それぞれ実線と破線の曲線で表している。縦軸
に抵抗値、横軸に時間をとっている。実線の波形は立ち
上がりが緩く、立ち下がりが急であり、破線の波形は立
ち上がりが急で立ち下がりが緩くなっている。また波形
の山及び谷のピークはロータ磁石１のＮ極の中心、Ｓ極
の中心が電気抵抗膜に近接した瞬間とは若干ずれている
。図５（ｂ）は図１，図２のブラシレスモータを時計方
向に回転させた時の電気抵抗膜１１，２１の変化を表し
たものである。波形の立ち上がり，立ち下がりの緩急が
反時計方向回転とは逆になっている。この波形の緩急を
検知することにより、モータの回転方向をも知ることが
できる。

【００１８】時計方向と反時計方向の回転に対して波形
のプロファイルが異なる理由はバイアス磁石１８が時計
方向と同じ矢印１９の方向にバイアス磁界を加えている
ことによるものである。このプロファイルの波形の調整
は、図２（ｂ）に示される角度θ１，θ２を各々３０°
〜６０°の範囲で変化させることにより設定できる。角
度の範囲が上記以外であると、Ｎ極とＳ極との出力的区
別がつきにくく、また出力が小さくなることや誤出力す
ることなどの不具合が大きくなる。

【００１９】図３には本発明の他の実施例における強磁
性体の電気抵抗膜素子の部分のみの上面図を示す。電極
１３に正の定電圧を、電極２３にアース電圧を与え、強
磁性体の電気抵抗膜１１Ａ，１１Ｂとはいずれも出力信
号用電極１２に接続されている。強磁性体の電気抵抗膜
２１Ａ，２１Ｂについても同様にそれぞれ電極１３，２
３及び出力信号用電極２２に接続されている。モータの
回転中心と電気抵抗膜素子を結んだ直線Ｃに対して電気
抵抗膜１１Ａ，１１Ｂ，２１Ａ，２１Ｂの４素子共に約
３０°配向方向が傾いている。電気抵抗膜１１Ａ，２１
Ｂは同方向への傾きであり、電気抵抗膜１１Ｂ，２１Ａ
とは前記の２素子とは逆方向への傾きである。なお、バ
イアス磁石１８によりバイアス磁界１９が与えられてい
ることは第１の実施例と同様である。この構成において
は２個の電気抵抗膜１１Ａ，１１Ｂとで一対の素子とな
っており、抵抗値がほぼ逆の変化をするので、電気抵抗
膜１１Ａの抵抗値が低く電気抵抗膜１１Ｂの抵抗値が高
い時は電極１２の電圧は高く、逆に電気抵抗膜１１Ａの
抵抗値が高く電気抵抗膜１１Ｂの抵抗値が低い時は電極
１２の電圧は低くなる。この電圧を信号出力として取り
出すことができる。この上記構成のみでも磁界検知はで
きるが、接続関係が電気抵抗膜１１Ａ，１１Ｂのものと
全く逆になっている電気抵抗膜２１Ａ，２１Ｂからなる
電気抵抗素子については、電極２２の出力信号電圧は電
極１２からのものと全く逆位相のものとなるので、この
電極１２，２２よりの出力電圧の差の正負は、従来のホ
ール素子における出力端子間の信号出力の正負と同様に
モータ駆動回路で扱えるという長所を有している。

【００２０】図４は他の実施例を示したものであり、強
磁性体の電気抵抗膜素子８はロータ磁石１の内側に位置
している。そしてこれもロータ磁石の対向する部分の外
側であり近傍である箇所に電気抵抗膜素子８が配置され
ている。強磁性体の電気抵抗膜素子８は磁界に対する感
度が、前述の様に従来のホール素子よりも１０倍程度良
いので、取り付ける位置に大きな自由度がある。

【００２１】なお強磁性体の電気抵抗膜材料としては前
記実施例の様なニッケルと鉄の合金の他に、ニッケルと
コバルトの合金や鉄とクロムの薄膜積層抵抗などを使用
しても効果は同じである。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、高温耐熱
性が良く、偏平薄型化ができて、しかも磁気検知素子の
数の少ないブラシレスモータが実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施例におけるブラシレス
モータの断面図 （ｂ）は同上面図

【図２】（ａ）は図１（ａ）の電気抵抗膜の近くの拡大
断面図 （ｂ）は同拡大上面図

【図３】本発明の他の実施例におけるブラシレスモータ
の電気抵抗膜素子の上面図

【図４】本発明の他の実施例におけるブラシレスモータ
の上面図

【図５】（ａ）は本発明の一実施例による電気抵抗膜の
出力特性波形図 （ｂ）は同波形図

【図６】（ａ）は従来例のブラシレスモータの断面図（
ｂ）は同上面図

【符号の説明】

１　　ロータ磁石 ２　　ロータヨーク ３　　中心軸 ４　　ステータコイル ５　　ステータ基板 ６　　ステータヨーク ８　　電気抵抗膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平板状の基板の上に複数のコイルを設けた
   ステータと、このステータのコイルと面対向しかつ同じ
   回転軸を中心として回転可能であるとともに多極着磁を
   施した永久磁石からなるロータとを有し、ステータの基
   板上においてロータの磁極と対向する部分の外側に、磁
   気抵抗の異方性効果を有する強磁性体の電気抵抗膜を２
   個備えた電気抵抗素子を１個〜３個配置し、かつこの電
   気抵抗膜は、膜面がステータの基板と略平行で前記回転
   軸と前記電気抵抗素子とを結んだ直線に対して前記電気
   抵抗膜の異方性配向方向が３０°〜６０°傾くように配
   置することにより構成され、さらに前記回転軸と前記電
   気抵抗膜を結んだ直線に対して略垂直に前記電気抵抗膜
   にバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加手段と、前
   記電気抵抗膜の抵抗値変化に応じてステータのコイルに
   順次電流を流していく駆動回路とを備えたブラシレスモ
   ータ。