JPH07303393A - ブラシレスモータ及びその駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 量産時における歩留まりや作業性を向上させ
て、製品コストの低減を図ることのできるブラシレスモ
ータを提供することを目的とする。 【構成】 回転軸とこの回転軸の回りに薄型環状に設け
られＮ極及びＳ極の相が複数相磁化されたマグネットと
を有する回転子と、前記回転軸の軸受け及び前記マグネ
ットの形状に合わせて前記軸受けの回りに環状に配置さ
れた複数の偏平コイル３とを有する固定子とを備えたブ
ラシレスモータであって、前記複数の偏平コイル３は同
一形状であり、各相ごとに隣接して複数配置されかつ各
相の偏平コイル群と他の相の偏平コイル群とは所定間隔
離れて配置されていることを特徴とする構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は偏平コイルを用いたブラ
シレスモータ及びそのモータを駆動するモータ駆動回路
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ノートパソコン等の情報機器のフロッピ
ーディスク・ドライブ装置や光ディスク装置等の情報機
器装置に使用するモータは、当該装置の小型軽量化を図
るために円盤型のブラシレスモータが使用されている。

【０００３】従来のブラシレスモータは、回転軸の周囲
に環状のマグネットを有する円盤型の回転子であるロー
タと、ロータの回転軸を受ける軸受及び駆動コイルを有
する固定部であるステータとを備え、駆動コイルにスイ
ッチング素子から励磁電流を供給して磁界を発生させ、
この駆動コイルに近接する上記マグネットとの磁気作用
によりロータを回転駆動する構成となっている。

【０００４】ステータの構造としては、鉄板に絶縁層を
介して固着されたプリント基板を備え、このプリント基
板上に上記スイッチング素子やその他の電子部品を実装
しているものが多い。

【０００５】また、一般的にこのようなブラシレスモー
タは、複数相の構造であり複数のコイルが設けられてい
る。さらに、小型化を図るために、従来のブラシレスモ
ータにおいては、各コイルを平板形状の偏平コイルと
し、これら複数の偏平コイルをロータのマグネットに近
接して対応するように、上記プリント基板上に環状に配
置して接着剤等で固着していた。

【０００６】図６は、フロッピーディスク・ドライバ装
置のスピンドルモータに使われる面対向（アキシャルギ
ャップ）型の、従来のブラシレスモータの断面図であ
る。図６において、ステータ側は、鉄板１、鉄板１に絶
縁層を介して固着されたプリント基板２、駆動コイル３
を備え、鉄板１には軸受１ａが設けられている。また、
ロータ側は、回転軸（シャフト）１ｂを中心に、円盤状
のロータケース５及びこのロータケース５に固着された
環状のマグネット６を備えている。

【０００７】図７は、３相ブラシレスモータの偏平コイ
ルをプリント基板上に配置したときの外観斜視図であ
る。図７に示すように、プリント基板２上に２種類の形
状の偏平コイル３が環状に配置されている。さらに、４
個おきに小さな形状の偏平コイルが３個配置され、ロー
タのマグネット６の形状に合わせて環状に配置されてい
る。

【０００８】一般にブラシレスモータは、励磁切替を行
うために何らかの方法で回転子位置を検出する必要があ
る。その検出方法として、回転子の界磁磁束によりＮ極
又はＳ極をホール素子などの極性検出手段で検出する方
法がある。上記３個の小さな形状の偏平コイルはこのホ
ール素子を配置するために設けたものである。

【０００９】図８は３つのホール素子を配置した場合の
ブラシレスモータの平面図である。この図に示すよう
に、小さな偏平コイルのそれぞれの近傍にホール素子４
ａ、４ｂ及び４ｃが配置されている。

【００１０】図９は３相のブラシレスモータの励磁切替
を行うため概略回路を示す図である。図９において、１
０はブラシレスモータを駆動制御する制御回路部であ
り、３０ａ、３０ｂ及び３０ｃは、各相の複数の偏平コ
イル３を相ごとに単一のコイルとして示すものである。
マグネット６はＮ極及びＳ極に磁化されているので、ホ
ール素子４ａ、４ｂ及び４ｃで回転するマグネット６の
極性の位置を検出することにより、制御回路部１０は、
コイル３０ａ、３０ｂ及び３０ｃに流す励磁電流を切り
替えてモータの駆動制御を行う。

【００１１】図１０はブラシレスモータを駆動するモー
タ駆動回路の従来例を示す回路図である。

【００１２】この図において、駆動制御回路１０は、図
示せぬコントロール部からのモータ起動指令又はモータ
停止指令（ＳＴＡＲＴ／ＳＴＯＰ）により、ブラシレス
モータを駆動又は停止させる。この場合、ホール素子４
からの検出に応じて、直列接続のトランジスタ１１ａ、
１１ｂ及び１１ｃに磁界切替のための駆動信号（パルス
電圧）を与える。これらトランジスタ１１ａ、１１ｂ及
び１１ｃには直流電圧Ｖccが供給されているので、駆動
信号によりスイッチングを行ってコイル３０ａ、３０ｂ
及び３０ｃに励磁電流を供給する。この場合、トランジ
スタ１１ａ、１１ｂ及び１１ｃはオンとなると飽和す
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
のブラシレスモータにおいては、ホール素子を配置する
場合に、ホール素子を配置するため形状の異なる偏平コ
イルを必要とし、量産時における歩留まりや作業性の低
下により、製品コストが高くなるという問題があった。

【００１４】さらに、偏平コイルの薄型化を図るあまり
コイルの巻数すなわちインダクタンスが小さくなり、モ
ータのトルクが低下するという問題があった。

【００１５】また、図１０に示すように、モータ印加電
圧は電源電圧Ｖccからトランジスタ飽和電圧を差し引い
た値となる。一方、モータの起動トルクは起動電流とコ
イル巻数との積であり、起動電流はコイル抵抗を一定と
するとモータ印加電圧に比例するので、トランジスタの
飽和電圧を無視すると、モータの起動トルクは電源電圧
Ｖccに比例する。したがって電源電圧Ｖccに余裕がある
場合には問題ないが、低電圧化がすすむにつれて起動電
流すなわち起動トルクが不足し、特に、フロッピーディ
スク・ドライブ装置に使用するモータの場合、磁気ヘッ
ドがフロッピーディスクに接触しているので、従来のモ
ータ駆動回路の方式ではその静止摩擦力に打ち勝って起
動することが困難になっている。しかし、単にコイル抵
抗を小さくするのみでは拘束電流も増大してしまうとい
う問題がある。また、コイルの巻数を増やすことも占有
体積の増加を伴うため限界がある。

【００１６】第１、第２及び第３の発明は上記従来の問
題を解決するものであり、第１の発明は、量産時におけ
る歩留まりや作業性を向上させて、製品コストの低減を
図ることのできるブラシレスモータを提供することを目
的とする。

【００１７】また、第２の発明は、モータのトルクを低
下させることなく偏平コイルの薄型化を図ることのでき
るブラシレスモータを提供することを目的とする。

【００１８】また、第３の発明は、モータの起動トルク
を低下させることなく、電源電圧の低電圧化を図ること
のできるモータ駆動回路を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、回転軸とこの回転軸の回りに薄型環
状に設けられＮ極及びＳ極の相が複数相磁化されたマグ
ネットとを有する回転子と、前記回転軸の軸受け及び前
記マグネットの形状に合わせて前記軸受けの回りに環状
に配置された複数の偏平コイルとを有する固定子とを備
えたブラシレスモータであって、前記複数の偏平コイル
は同一形状であり、各相ごとに隣接して複数配置されか
つ各相の偏平コイル群と他の相の偏平コイル群とは所定
間隔離れて配置されていることを特徴とする。

【００２０】第２の発明は、回転軸とこの回転軸の回り
に薄型環状に設けられＮ極及びＳ極の相が複数相磁化さ
れたマグネットとを有する回転子と、プリント基板に前
記回転軸の軸受け及び前記マグネットの形状に合わせて
前記軸受けの回りに環状に配置された複数の偏平コイル
とを有する固定子とを備えたブラシレスモータであっ
て、前記プリント基板は、各偏平コイルが配置された位
置に、導箔で形成されたコイルパターンを有することを
特徴とする。

【００２１】第３の発明は、供給される所定電圧の直流
電圧をモータに印加して当該モータを回転駆動するモー
タ駆動回路であって、前記直流電圧を昇圧して昇圧電圧
を生成する昇圧手段と、モータの起動時の一定時間前記
直流電圧に代えて前記昇圧電圧をモータに印加する電圧
切替手段とを備えたことを特徴とする。

【００２２】

【作用】第１の発明によれば、複数の偏平コイルが全て
同一形状であるので、量産時における歩留まりや作業性
が向上し、製品のコストダウンを図ることができる。

【００２３】第２の発明によれば、プリント基板にコイ
ルパターンを形成することにより、偏平コイルとこのコ
イルパターンとで等価的にコイル巻数を増加させること
ができ、トルク力を増加させる効果がある。

【００２４】第３の発明によれば、モータの起動時に、
供給される直流電圧よりも大きな電圧を生成してモータ
に印加するので、定常状態よりも大きな起動トルクを得
ることができ、迅速かつスムーズにモータを起動するこ
とができる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照して
説明する。

【００２６】図１は第１の発明によるブラシレスモータ
の実施例のステータの構成を示す外観斜視図である。こ
の図において、プリント基板２上に複数の同一形状の偏
平コイル３が環状に配置されている。このモータは３相
であり、各相ごとに３つの偏平コイルが隣接して配置さ
れ、かつ、各相の偏平コイル群と他の相の偏平コイル群
とは偏平コイル一つ分に相当する間隔離れて配置されて
いる。

【００２７】図２は極性検出手段であるホール素子を相
の数と同数設けた場合のステータの平面図である。この
場合のホール素子４ａ、４ｂ及び４ｃの配置位置は、従
来の配置位置と同じである。ただ、従来配置していた小
さい形状の偏平コイルを取ったことにより、コイルの巻
数すなわちインダクタンスは若干減少したものの、コイ
ル抵抗も減少したため起動電流は増加した。その結果実
測した起動トルクの値の低下が見られなかった。

【００２８】すなわち、この第１の発明の構成のブラシ
レスモータによれば、複数の偏平コイルが全て同一形状
であるので、量産時における歩留まりや作業性が向上
し、製品のコストダウンを図ることができる。

【００２９】なお、この実施例においては、各相の偏平
コイルの数を３個としたが、４個又はそれ以上であって
も、同様の効果があることはもちろんである。

【００３０】図３は第２の発明によるブラシレスモータ
の実施例のステータの構成を示す外観斜視図である。こ
の図において、複数の偏平コイル３は同一形状の１２個
の偏平コイル３ａないし３ｉが、各相（この場合は３
相）ごとに３個の偏平コイル群として配置されている。
さらに、各偏平コイル３ａないし３ｉの配置された位置
に合わせて、プリント基板２に導箔で形成されたコイル
パターン７ａないし７ｉが設けられている。さらに、こ
れらコイルパターン７ａないし７ｉの両端にはハンダ付
けができる端子部８ａ−８ａ´、８ｂ−８ｂ´、…が設
けられ、対応する偏平コイル３ａないし３ｉと並列に接
続できる構成となっている。

【００３１】かかる構成により、各相におけるコイルの
巻数を等価的に増加することができので、起動トルクを
大きくする効果が得られる。

【００３２】図４は第３の発明によるモータ駆動回路の
実施例の構成を示す回路図である。この図において、図
１０に示す従来例の回路と同じ構成のものは同一の符号
で示しその説明は省略する。

【００３３】図４において、駆動制御回路１２は、図示
せぬコントローラからのモータ起動指令又はモータ停止
指令（ＳＴＡＲＴ／ＳＴＯＰ）、及び、ホール素子４か
らの極性検出信号に応じて、トランジスタ１１ａ、１１
ｂ及び１１ｃに励磁電流を供給する。昇圧回路１３は、
電源電圧Ｖccの電圧値を昇圧して高い直流電圧（以下、
「昇圧電圧」という）を生成する。単安定発振回路１４
は、コントローラからのモータ起動指令又はモータ停止
指令により一定時間幅Ｔs のパルス信号を送出する信号
生成手段である。トランジスタ１５は、単安定発振回路
１４から出力されるパルス信号によりオンとなり、コレ
クタに印加されている昇圧回路１３からの昇圧電圧を、
エミッタからトランジスタ１１ａ、１１ｂ及び１１ｃに
供給する。

【００３４】また、ダイオード１６は、アノードに印加
されている電源電圧Ｖccをカソードからトランジスタ１
１ａ、１１ｂ及び１１ｃに供給する。このダイオード１
６のカソードはトランジスタ１５のエミッタと接続され
ている。したがって、トランジスタ１５がオンとなりエ
ミッタが電源電圧Ｖcc（アノード）よりも高い電圧とな
ると、ダイオード１６はオフとなる。すなわち、トラン
ジスタ１５はベースに与えられるパルス信号に応じて、
モータ印加電圧を切り替える電圧切替手段である。

【００３５】昇圧回路１３の内部構成は以下のようにな
っている。一定の周波数及びデューティ比の発振信号を
生成する無安定発振回路１７、この発振信号によりスイ
ッチングを行い直流電圧を交流電圧に変換するスイッチ
ング手段としてのトランジスタ１８、スイッチングされ
た交流電圧を整流するダイオード１９、整流された電圧
を蓄積するコンデンサ２０、交流電圧により誘起電圧を
発生する誘起コイル２１で構成されている。すなわち、
この昇圧回路１３は、無安定発振回路１７の発振信号の
デューティ比に応じた昇圧電圧を生成するスイッチング
レギュレータ回路を構成する。

【００３６】次に、図４の構成のモータ駆動回路の動作
について説明する。図示せぬコントローラからモータ起
動指令（ＳＴＡＲＴ）が駆動制御回路１２及び単安定発
振回路１４に与えられると、単安定発振回路１４から時
間幅Ｔs のパルス信号がトランジスタ１５のベースに与
えられる。図５はトランジスタ１５のエミッタから出力
される電圧、すなわちモータ印加電圧の波形を示す図で
ある。この図５に示すように、パルス信号によりトラン
ジスタ１５がオンとなると、コンデンサ２０に蓄積され
ている昇圧電圧がトランジスタ１１ａ、１１ｂ及び１１
ｃに印加され、同時に、駆動制御回路１２から駆動信号
がトランジスタ１１ａ、１１ｂ及び１１ｃの各ベースに
与えられる。そしてコンデンサ２０が放電するので、そ
の端子電圧すなわちモータ印加電圧は指数関数的に減少
する。時間Ｔs 経過後、パルス信号がオフとなるとトラ
ンジスタ１５もオフとなるので、ダイオード１６がオン
となって電源電圧Ｖccがモータ印加電圧となる。したが
って、モータ起動時においては、電源電圧よりも高い電
圧がモータ印加電圧として供給される。

【００３７】このように第３の発明によれば、モータの
起動時に、供給される直流電圧よりも大きな電圧を生成
してモータに印加するので、定常状態よりも大きな起動
トルクを得ることができ、迅速かつスムーズにモータを
起動することができる。

【００３８】

【発明の効果】上記実施例から明らかなように、第１の
発明は、ブラシレスモータの固定子に同一形状の複数の
偏平コイルを各相ごとに隣接して複数配置し、かつ、各
相の偏平コイル群と他の相の偏平コイル群とは所定間隔
離れて配置することにより、量産時における歩留まりや
作業性が向上し、製品のコストダウンを図ることができ
る。

【００３９】第２の発明は、プリント基板上に複数の偏
平コイルを有する固定子とを備えたブラシレスモータ
に、そのプリント基板の各偏平コイルが配置された位置
に、導箔で形成されたコイルパターンを形成することに
より、偏平コイルとこのコイルパターンとで等価的にコ
イル巻数を増加させることができ、トルク力を増加させ
る効果がある。

【００４０】第３の発明は、モータを駆動するモータ駆
動回路に、直流電圧を昇圧して昇圧電圧を生成する昇圧
手段と、モータの起動時の一定時間前記直流電圧に代え
て前記昇圧電圧をモータに印加する電圧切替手段とを備
えたことにより、モータの起動時に、供給される直流電
圧よりも大きな電圧を生成してモータに印加するので、
定常状態よりも大きな起動トルクを得ることができ、迅
速かつスムーズにモータを起動することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明によるブラシレスモータの実施例の
ステータの構成を示す外観斜視図である。

【図２】極性検出手段であるホール素子を相の数と同数
設けた場合のステータの平面図である。

【図３】第２の発明によるブラシレスモータの実施例の
ステータの構成を示す外観斜視図である。

【図４】第３の発明によるモータ駆動回路の実施例の構
成を示す回路図である。

【図５】図４の実施例におけるモータ印加電圧の波形を
示す図である。

【図６】フロッピーディスク・ドライバ装置に使われる
面対向型の従来のブラシレスモータの断面図である。

【図７】３相ブラシレスモータの偏平コイルをプリント
基板上に配置したときの外観斜視図である。

【図８】３つのホール素子を配置した場合のブラシレス
モータの平面図である。

【図９】３相のブラシレスモータの励磁切替を行うため
概略回路を示す図である。

【図１０】ブラシレスモータを駆動するモータ駆動回路
の従来例を示す回路図である。

【符号の説明】

２ プリント基板 ３ 偏平コイル ４ａ，４ｂ，４ｃ ホール素子（極性検出手段） ７ａ〜７ｉ コイルパターン １２ 駆動制御回路 １３ 昇圧回路（昇圧手段） １４ 単安定発振回路 １５ トランジスタ（電圧切替手段） １６ ダイオード

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸とこの回転軸の回りに薄型環状に
   設けられＮ極及びＳ極の相が複数相磁化されたマグネッ
   トとを有する回転子と、前記回転軸の軸受け及び前記マ
   グネットの形状に合わせて前記軸受けの回りに環状に配
   置された複数の偏平コイルとを有する固定子とを備えた
   ブラシレスモータであって、 前記複数の偏平コイルは同一形状であり、各相ごとに隣
   接して複数配置されかつ各相の偏平コイル群と他の相の
   偏平コイル群とは所定間隔離れて配置されていることを
   特徴とするブラシレスモータ。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記偏平コイルが存
   在しない所定間隔の位置には前記マグネットの相のＮ極
   又はＳ極の極性を検出する極性検出手段を設けたことを
   特徴とするブラシレスモータ。
3. 【請求項３】 回転軸とこの回転軸の回りに薄型環状に
   設けられＮ極及びＳ極の相が複数相磁化されたマグネッ
   トとを有する回転子と、プリント基板に前記回転軸の軸
   受け及び前記マグネットの形状に合わせて前記軸受けの
   回りに環状に配置された複数の偏平コイルとを有する固
   定子とを備えたブラシレスモータであって、 前記プリント基板は、各偏平コイルが配置された位置
   に、導箔で形成されたコイルパターンを有することを特
   徴とするブラシレスモータ。
4. 【請求項４】 請求項３において、各偏平コイル及びこ
   れに対応するコイルパターンを並列接続してコイルを形
   成することを特徴とするブラシレスモータ。
5. 【請求項５】 供給される所定電圧の直流電圧をモータ
   に印加して当該モータを回転駆動するモータ駆動回路で
   あって、 前記直流電圧を昇圧して昇圧電圧を生成する昇圧手段
   と、モータの起動時の一定時間前記直流電圧に代えて前
   記昇圧電圧をモータに印加する電圧切替手段とを備えた
   ことを特徴とするモータ駆動回路。
6. 【請求項６】 請求項５において、モータの起動指令に
   応じて所定時間幅のパルス信号を生成する信号生成手段
   を備え、前記電圧切替手段は、前記パルス信号を受けた
   ときは前記直流電圧に代えて前記昇圧電圧をモータに印
   加することを特徴とするモータ駆動回路。
7. 【請求項７】 請求項５において、前記昇圧手段は、直
   流電圧を受けて発振信号を送出する無安定発振回路と、
   前記発振信号に応じて前記直流電圧をスイッチングして
   交流電圧に変換するスイッチング素子と、当該交流電圧
   により誘起電圧を発生する誘起コイルと、を有すること
   を特徴とするモータ駆動回路。