JPH05207721A

JPH05207721A - Ｄｃブラシレスモータ

Info

Publication number: JPH05207721A
Application number: JP3136150A
Authority: JP
Inventors: Zen Sadai; 禪定井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-06-07
Filing date: 1991-06-07
Publication date: 1993-08-13

Abstract

(57)【要約】【目的】映像音響機器等に使用されるＤＣブラシレス
モータにおいて、高耐熱で安価且つ配線の容易なものを
提供することを目的とする。【構成】ステータの上にホール素子の替わりに磁気抵
抗の異方性効果を持つ強磁性体の電気抵抗膜１１Ａ，１
１Ｂを接続して取付け、異方性方向をそれぞれ直線Ｄ，
Ｅの方向にロータの磁極分極線Ｃと３０°〜６０°の角
度をもたせ、直線Ｃと同方向にバイアス磁界１９を与
え、ロータの位置変化による電気抵抗膜１１Ａ，１１Ｂ
の抵抗値変化を出力として取り出し、それに応じて駆動
回路より電流を切り替えてモータを回転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＤＣ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（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４（ａ），（ｂ）は従来のブラシレスモータ
であり、図４（ａ）は断面図、図４（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に取付けられてロータ磁
石１とともに回転軸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には電流入力端子二本と、出力端子二本の計四本の
配線１０が接続され、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、以下に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４に示す位置９にロー
タ磁石１に面対向させて配置し、２つの入力端子間に電
流を流すと、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、２つの出力端子間に電圧を発生さ
せる。ホール素子９は３個あり、図４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に適宜正または負の電流を流す。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。

【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】すなわちホール素子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は入力用２本と出力用２
本の４本の配線が必要であり、一つのモータに３素子用
いられることが多いので、合計１２本の配線が必要とな
り、引きまわしが繁雑になり、設計的障害となってい
た。

【０００８】更に、ホール素子９はその製造方法におい
てトランジスタ素子と同じような半導体作成工程を通
り、ダイボンディング，ワイヤーボンディク，樹脂パッ
ケージモールドと多くの工程を経るため、安価になりに
くい。

【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、配線数が少なくて済み、また、
安価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て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、前記ステータにおいてロータの
磁極と対向する部分に、磁気抵抗の異法性効果を有する
強磁性体の電気抵抗膜を２個または４個備えた電気抵抗
素子を、電気抵抗膜の膜面がロータの磁極と対向するよ
うに設置し、その各々の電気抵抗膜の異方性配向方向を
対向するロータの磁極分極線に対し約３０°〜６０°と
なるように設置し、前記電気抵抗膜に対向するロータの
磁極の分極線と同方向のバイアス磁界を印加する手段を
備え、前記電気抵抗膜に定電圧を加え、接続点よりの電
圧出力に応じてステータのコイルに順次電流を流してい
く駆動回路とを具備するものである。

【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
従来よりも上がる。また強磁性体の電気抵抗膜を２個組
み合わせたものについては、入力端子配線２本と出力端
子配線１本の合計３本の配線で動作させることができる
ので、従来のホール素子のような４本の配線が不必要と
なり、引きまわしが簡便になる。さらに４個を組み合わ
せたものについては配線は入力２本と出力２本で済み、
従来のホール素子の場合と同じであり、ホール素子の場
合と殆ど同様の駆動回路にて駆動できる。その上、強磁
性体の電気抵抗膜は製造工法がホール素子より簡単で安
価であるので、モータ自体を安価にすることができるも
のである。

【００１２】

【実施例】（実施例１）以下本発明の一実施例のＤＣ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），（ｂ）は本発明の一実施例におけるＤ
Ｃブラシレスモータの位置センサを示し、図１（ａ）は
強磁性体の電気抵抗膜付近の側面図、図１（ｂ）は強磁
性体の電気抵抗膜の上面図である。ＤＣブラシレスモー
タの全体構造は従来例で説明した図５と同じであり、電
気抵抗膜からなる素子の位置は図５におけるホール素子
９の位置と同じである。図１において、永久磁石を用い
たロータ磁石１はロータヨーク２に取付けられており、
また５はステータ基板でありステータヨーク６に取付け
られている。そのステータ基板５の上に強磁性体の電気
抵抗膜が形成されている。電気抵抗膜からなるチップ状
の素子の形で実装されており、セラミック基板１４の上
にニッケル鉄合金薄膜からなる電気抵抗膜１１Ａ及び１
１Ｂが蒸着等の工法により形成され、その幅が約１０μ
ｍの細長い線状パターンとなっている。その線の向き
は、電気抵抗膜１１Ａについては一点鎖線で示した直線
Ｄの方向に、１１ＢについてはＥの方向に延びている。
強磁性体の電気抵抗膜は幅を細くするとその長さ方向に
異方性配向するので、このＤ及びＥの方向がその異方性
配向方向となる。また図１（ａ），（ｂ）の一点鎖線で
示した直線Ｃはロータ磁石１のＮとＳの磁極の境界線即
ち分極ラインである。そして直線Ｄの方向は直線Ｃとθ
₁の角度、直線Ｅ方向は直線Ｃとθ₂の角度をなしてお
り、θ₁＝３０°かつθ₂＝３０°となっている。電気抵
抗膜１１Ａ及び１１Ｂはそれぞれ電極１０Ａ，１０Ｂ，
１０Ｃに接続されており、ステータ基板５の上の配線パ
ターンに半田付１５にて接続されている。電極１０Ａは
Ｖccレベルの電圧を印加され、１０ＢはＧＮＤレベルの
電圧であり、電流は１０Ａ−１１Ａ−１０Ｃ−１１Ｂ−
１０Ｂと通過する構造となっている。また、その表面の
一部には、バイアス磁石１８が取付れられ直線Ｃと平行
な、図１（ｂ）に示す太矢印方向に電気抵抗膜に常にバ
イアス磁界１９を加えている。

【００１３】以上のように構成されたＤＣブラシレスモ
ータについて以下にその動作を説明する。電気抵抗膜１
１Ａと１１Ｂは全く磁界の影響がない時は等しい抵抗値
１０００Ωである。ロータ磁石１よりの磁界がなく、バ
イアス磁界１９のみの場合は、バイアス磁界１９の方向
に電気抵抗膜１１Ａ，１１Ｂはいずれも磁気的に配向
し、電流方向と配向方向が３０°傾くので、両者共９８
０Ωと抵抗値が減少する。この時電極１０Ｃにおける電
圧はＶccのちょうど１／２となる。ここで図１（ａ）の
ようにロータの磁極が左にＳ、右にＮが来た時を考えて
みると、Ｎ極からは太矢印の方向に下向きに垂直にもロ
ータ磁束１６が出ているが、ＮからＳへも太矢印方向に
ロータ磁束１７が出ている。このロータ磁束１６，１７
が電気抵抗膜１１Ａ，１１Ｂとに作用すると、電気抵抗
膜１１Ａにつていはバイアス磁束１９の方向を向いてい
た配向がロータ磁束１７により直線Ｄの方向に戻される
こととなり、抵抗値は１０００Ωとなる。また電気抵抗
膜１１Ｂについてはバイアス磁束１９の方向からロータ
１７の方向に配向が回転し、直線Ｅの方向と約６０°の
角度に配向し、その結果抵抗値は９６０Ωとなる。この
電気抵抗膜１１Ａ，１１Ｂの抵抗値のバランスの崩れに
より、電極１０Ｃの電圧Ｖcc／２よりも低くなり、Ｖcc
／２−１０mVとなる。図３の（ｂ）は横軸にロータ磁極
の回転，縦軸の電極１０Ｃの電圧出力を表したグラフで
あるが、上記の状態はサインカーブ状の曲線上の（Ａ）
の位置が表わされる。

【００１４】逆に図１（ａ）においてロータの位置が変
化し左にＮ、右にＳが来た場合は、電気抵抗膜１１Ａ，
１１Ｂにおいて上記とは全く逆の抵抗値変化が起きるた
め、電極１０ｃにおける出力電圧はＶcc／２＋１０mVと
なる。この状態は図３（ｂ）のサインカーブ状の曲線上
の（Ｂ）の位置で表わされる。

【００１５】ロータ磁石１の回転に従って、電極１０Ｃ
の出力電圧は、上記の（Ａ）と（Ｂ）との電圧間を周期
的に変動するため、図３（ｂ）のサインカーブ状の曲線
がその出力となる。即ちこの出力を検知することによ
り、ロータ磁石１の磁極位置を検知することができる。

【００１６】なお、図３（ａ）は同様にロータを回転さ
せた時のホール素子付きの従来例におけるホール素子の
出力を表したものである。これもサインカーブ状の出力
が得られている。図３の（ａ）と（ｂ）との曲線の相違
は、（ａ）では電圧の中心レベルが０Ｖであるのに対
し、（ｂ）ではＶcc／２であることと、（ｂ）は（ａ）
よりもカーブの位相が９０°ずれていることである。こ
の位相と電圧レベルを電流切替を行う、駆動回路内にお
いて補正することにより、従来例と全く同じ動作性能の
ＤＣブラシレスモータが実現できる。

【００１７】以上のように本実施例によれば、配線とし
ては従来のホール素子が一素子当り４本必要であったも
のが、一素子当り電極１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに接続す
る３本の配線で充分である簡単な配線のＤＣブラシレス
モータが実現できる。しかも使用している材料が３００
℃程度までの耐熱性のあるニッケル鉄合金であるので、
耐熱性も従来より良く、その電気抵抗のチップにおいて
は、セラミック基板の上に抵抗を形成した丈の簡単な構
造であり、安価な角板形チップ抵抗器とほぼ同様の工程
で製造できるため、従来より安価となるものである。

【００１８】（実施例２）以下本発明の他の実施例のＤ
Ｃ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２（ａ）は本実施例におけるブラシレスモータの
強磁性体の電気抵抗膜付近の側面図、図２（ｂ）は同強
磁性体の電気抵抗自身の上面図である。ブラシレスモー
タの全体構造は従来例で説明した図５と同じである。そ
して基本的な構造は第１の実施例で説明したものと同じ
であり、強磁性体の電気抵抗膜１１Ａ，１１Ｂは同じで
あり、電極１０ＡをＶccに、１０ＢをＧＮＤに、１０Ｃ
を出力する電極の接続も同じである。第１の実施例との
相異点は、電気抵抗膜１１Ａと１１Ｂそして電極１０Ｃ
とを１８０°回転させたような配置の電気抵抗膜１２
Ａ，１２Ｂそして電極１０Ｄを接続していることにあ
る。この構成により、電流は１０Ａ−１２Ａ−１０Ｄ−
１２Ｂ−１０Ｂと通過する。ここで電気抵抗膜１１Ｂと
１２Ａとは同じ方向に異方性配向しており、また電気抵
抗膜１１Ａと１２Ｂとが同じ方向に異方性配向している
ので、電極１０Ｄから出力として得られる出力電圧レベ
ルの特性は、先に第１の実施例で説明した電極１０Ｃか
らの出力と全く逆転した位相のものとなる。この２つの
出力の差をロータの回転を横軸にとって表わしたものが
図３（ｃ）である。ここで図３（ａ），（ｂ），（ｃ）
の比較をしてみると、図３（ｃ）の曲線は２つの出力の
差であるために電圧の中心レベルが図３（ａ）と同じ０
Ｖであり、図３（ｂ）とは位相は同じであるが、出力振
幅は２倍である。即ち図３（ｃ）は従来例の図３（ａ）
に比べて、電圧レベル中心は同じで出力が大きく、位相
が９０°ずれている。ゆえに従来例のモータ駆動回路か
ら位相を９０°ずらすように論理回路を組み変えるだけ
で、この安価で高耐熱の電気抵抗膜を用いたモータに変
更することができる。また、この時の配線も入力２本と
出力２本が十字形に接続される構成は、従来のホール素
子の場合と同様で、従来例から切り替える際にステータ
基板５上の配線を変更する必要もない。

【００１９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、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、
前記ステータにおいてロータの磁極と対向する部分に、
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個または４個備えた電気抵抗素子を、電気抵抗膜の膜
面がロータの磁極と対向するように設置し、その各々の
電気抵抗膜の異方性配向方向を対向するロータの磁極分
極線に対し約３０°〜６０°となるように設置し、前記
電気抵抗膜に対向するロータの磁極の分極線と同方向の
バイアス磁界を印加する手段を備え、前記電気抵抗膜に
定電圧を加え、接続点よりの電圧出力に応じてステータ
のコイルに順次電流を流していく駆動回路とを具備する
高温耐熱性を有し、安価であり、配線数が少なくて済
み、また、従来品からの設計切替えも容易であるＤＣ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）は本発明の第１の実施例のＤＣブラシレ
スモータの位置センサ部の側面図（ｂ）は同上面図

【図２】（ａ）は本発明の第２の実施例のＤＣブラシレ
スモータの位置センサ部の側面図（ｂ）は同上面図

【図３】（ａ）は従来の位置センサの出力波形図（ｂ）は第１の実施例の位置センサの出力波形図（ｃ）は第２の実施例の位置センサの出力波形図

【図４】（ａ）は従来のＤＣブラシレスモータの側面図（ｂ）は同上面図

【符号の説明】

１ロータ磁石２ロータヨーク５ステータ基板６ステータヨーク１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ電極１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ強磁性体の電気抵抗
膜１６，１７ロータ磁束１８バイアス磁石１９バイアス磁束

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、前記ステータにおいてロータの磁
極と対向する部分に、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個または４個備えた電気抵抗素
子を、電気抵抗膜の膜面がロータの磁極と対向するよう
に設置し、その各々の電気抵抗膜の異方性配向方向をロ
ータの磁極分極線に対し約３０°〜６０°となるなるよ
うに設置し、かつ前記電気抵抗膜にロータの磁極の分極
線と同方向のバイアス磁界を印加する手段を設けるとと
もに、前記電気抵抗膜に定電圧を加え、接続点よりの電
圧出力に応じてステータのコイルに順次電流を流す駆動
回路を設けたＤＣブラシレスモータ。