JPH07327351A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 位置検出素子出力のゼロクロス点での歪みが
駆動コイルへの通電切り換えを促進する向きに発生する
ようにして通電切り換えの遅延をなくし、モータ効率の
悪化をなくすことができるブラシレスモータを得る。 【構成】 駆動コイル５、駆動コイル５との磁力によっ
て回転駆動される駆動マグネット１２、駆動マグネット
１２の磁界を検出して駆動コイル５に流れる電流を切り
換える位置検出素子１１を備え、位置検出素子１１が駆
動コイル５の磁界の影響を受ける位置に配置されている
ブラシレスモータ。駆動マグネット１２が駆動用磁極９
と位置検出素子用磁極１０とを有し、これら両磁極は互
いに異極同志が境界を接している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ブラシレスモータに関
するもので、特に駆動用磁極と、ロータの回転位置に応
じて駆動コイルに流れる電流を切り換えるための位置検
出素子用磁極の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、ブラシレスモータは、ロ
ータを構成する駆動マグネットの磁極をホール素子等か
らなる位置検出素子で検出し、この検出信号に応じて駆
動コイルに流れる電流を切り換えることによりロータを
連続的に回転駆動するようになっている。以下、図７な
いし図９を参照しながら従来のブラシレスモータの例に
ついて具体的に説明する。

【０００３】図７において、モータ基板２上にはほぼ円
筒状の軸受ホルダ３が固定されており、軸受ホルダ３の
外周側にはステータコア４が嵌入され固定されている。
ステータコア４は、図８に示すように複数の突極を放射
状に有し、各突極には駆動コイル５が巻回されている。
軸受ホルダ３の内周側には上下に軸受６，６が圧入され
ている。軸受６，６は軸７のラジアル軸受を構成してい
て、軸受６，６によって軸７が回転自在に支持されてい
る。また、基板２の一部が軸７のスラスト受けを構成し
ている。軸受ホルダ３の上端から突出した軸７の上端部
にはカップ状のロータケース８が適宜の固着構造によっ
て固着されている。ロータケース８はステータコア４を
上側から覆っており、ロータケース８の周壁内周面には
円筒状の駆動マグネット１２が固着されている。

【０００４】図７、図８に示すように、駆動マグネット
１２は、厚さ方向に着磁してＮ極とＳ極を厚さ方向に並
べると共に、Ｎ極とＳ極で対をなす磁極を複数個周方向
に等間隔に、かつ、Ｎ極とＳ極とを交互に反転させて配
置してなる。基板２上には駆動マグネット１２の磁極を
検出するためのホール素子等からなる位置検出素子１１
が駆動マグネット１２の内周側下端面に対向させて配置
されている。ステータの突極及び駆動コイル５はＵ相、
Ｖ相、Ｗ相の３相構成で、駆動マグネット１２の１ピッ
チ（電気角で３６０°）に対して突極が３個（電気角で
１２０°間隔）配置されている。位置検出素子１１は各
相の駆動コイル５への通電を切り換えるために各相の駆
動コイル５に対応して３個あり、Ｕ相の位置検出素子１
１はＷ相とＵ相の突極間に、Ｖ相の位置検出素子１１は
Ｕ相とＶ相の突極間に、Ｗ相の位置検出素子１１はＶ相
とＷ相の突極間に配置されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】Ｕ、Ｖ、Ｗの各相の位
置検出素子１１は駆動マグネット１２の磁極を検出し、
その検出信号によってそれぞれが対応する相の駆動コイ
ルへの通電を切り換えることにより駆動マグネット１２
を周方向に付勢してロータを連続回転駆動する。この電
流切り換え動作を図９に示す。図９において（ａ）はＵ
相の位置検出素子１１に向かう駆動マグネット１２の発
生磁界を示し、（ｂ）はＵ相とＷ相の駆動コイル５に通
電することによってステータコア４のＵ相とＷ相の突極
に発生する磁界を示す。駆動マグネット１２が図８に示
す位置にあるタイミングでは図９（ｂ）の横軸０°の位
置にあり、実線で示すＵ相のコア突極はＳ極から無磁極
へ、また鎖線で示すＷ相のコア突極は無磁極からＳ極へ
変化する瞬間にある。

【０００６】ここで、位置検出素子１１に向かうＵ相、
Ｗ相のコア突極磁界を考えると、Ｕ相のコア突極がＳ極
のとき図８ではＵ相のコア突極は駆動マグネット１２の
Ｎ極のそばにあるので、Ｕ相のコア突極の磁界は駆動マ
グネット１２のＮ極に吸収されＵ相の位置検出素子１１
に向かうＵ相のコア突極の磁界は少ない。しかし、Ｗ相
のコア突極はこのときＳ極のそばにあるため、それ自身
がＳ極になるとその磁界は行き場を失い、一部がＵ相の
位置検出素子１１に向かう。駆動マグネット１２が図８
に示す矢印の向きに回転していくと、Ｓ極になっている
Ｗ相のコア突極には駆動マグネット１２のＮ極が近づい
てくるため、Ｕ相の位置検出素子１１に向かうＳ極の磁
界は次第に減少する。そして、駆動マグネット１２が６
０°回転した時点で、それまで無磁極だったＵ相コア突
極が駆動コイルへの通電によってＮ極になる。このとき
はまだ駆動マグネット１２のＮ極がＵ相コア突極のそば
にあるので、Ｕ相コア突極のＮ磁界の一部はＵ相位置検
出素子１１に向かう。図９（ｃ）はこの様子を示してお
り、実線はＵ相位置検出素子１１に向かうＵ相コア突極
磁界を、鎖線はＵ相位置検出素子１１に向かうＷ相コア
突極磁界を示す。従って、Ｕ相位置検出素子１１に向か
うコア突極磁界は図９（ｃ）に示すＵ相コア突極磁界と
Ｗ相コア突極磁界を合成したものとなり、図９（ｄ）に
示す波形になる。

【０００７】Ｕ相の位置検出素子１１が実際に検出する
磁界、すなわち、Ｕ相の位置検出素子１１に向かう実際
の磁界は、Ｕ相の位置検出素子１１に向かう駆動マグネ
ット１２の発生磁界とＵ，Ｗ相コア突極の磁界とをあわ
せたもので、図９の（ａ）と（ｄ）を合成した（ｅ）に
実線で示すような歪んだ波形になり、Ｕ相位置検出素子
１１の出力も（ｅ）に示すような波形になる。ここで、
仮りに駆動コイル５への通電電流が０とすれば、位置検
出素子１１へ向かう磁界は駆動マグネット１２の磁界の
みとなり、図９（ｅ）に破線で示すような歪みのない波
形となるが、駆動コイル５への通電電流が大きくなるに
従って図９（ｅ）に実線で示す波形の歪みも大きくな
る。

【０００８】Ｕ相の位置検出素子１１は図９（ｅ）に実
線で示す波形のゼロクロス点で駆動コイル５への通電を
切り換える。図９（ｅ）において横軸０°のタイミング
に着目すると、Ｕ相位置検出素子１１の出力がゼロにな
った瞬間にＷ相コア突極がＳ極になるが、上に述べたよ
うなＳ極の磁界の影響で位置検出素子１１の出力はマイ
ナス側に引き戻される。これによりＷ相コア突極のＳ極
は消滅し、Ｕ相位置検出素子１１の出力は再びゼロに向
かう。このようにして発振状態がしばらく続き、そのあ
とＷ相コア突極がＳ極に切り換えられた状態に安定す
る。この動作の模様を図９（ｆ）（ｇ）に示す。このよ
うに、位置検出素子出力のゼロクロス点で駆動コイル５
への通電が微小時間ごとに切り換えられて発振状態にな
る結果、大きな通電切り換えの遅延が発生し、モータの
効率を悪化させる。このような現象はＵ相に限らず他の
相にも同様に発生する。

【０００９】本発明は、このような従来技術の問題点を
解消するためになされたもので、位置検出素子出力のゼ
ロクロス点での歪みが駆動コイルへの通電切り換えを促
進する向きに発生するようにして、通電切り換えの遅延
をなくし、モータ効率の悪化をなくすことができるブラ
シレスモータを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、駆動コイルと、この駆動コイルとの磁力
によって回転駆動される駆動マグネットと、この駆動マ
グネットの磁界を検出して駆動コイルに流れる電流を切
り換える位置検出素子とを備え、位置検出素子が駆動コ
イルの磁界の影響を受ける位置に配置されているブラシ
レスモータにおいて、駆動マグネットに、駆動用磁極と
位置検出素子用磁極とを設け、これら両磁極は互いに異
極同志の境界が接するようにした。位置検出素子用磁極
は、駆動用磁極よりも位置検出素子寄りに形成するとよ
い。位置検出素子は、常に駆動用磁極とは逆極の磁界を
検出するようにしてもよい。位置検出素子用磁極は、駆
動マグネットの端面に形成してもよい。

【００１１】

【作用】位置検出素子は駆動マグネットの駆動用磁極と
は逆極性の位置検出素子用磁極を検出するため、位置検
出素子出力を反転させて駆動コイルへの通電切り換え信
号とする。位置検出素子は、駆動コイルへの通電によっ
て発生するコア突極の磁界の影響を受けてその出力波形
が歪むが、この歪みは駆動コイルへの通電を積極的に切
り換える方向への歪みとなるため、通電切り換えの遅延
はなくなる。

【００１２】

【実施例】以下、図１ないし図６を参照しながら本発明
にかかるブラシレスモータの実施例について説明する。
なお、前述の従来例と共通の構成部分には共通の符号を
用いる。図１、図２において、モータ基板２上にはほぼ
円筒状の軸受ホルダ３が固定されており、軸受ホルダ３
の外周側にはステータコア４が嵌入され固定されてい
る。ステータコア４は、複数の突極を放射状に有し、各
突極には駆動コイル５が巻回されている。軸受ホルダ３
の内周側には上下に軸受６，６が圧入されている。軸受
６，６は軸７のラジアル軸受を構成していて、軸受６，
６によって軸７が回転自在に支持されている。また、基
板２の一部が軸７のスラスト受けを構成している。軸受
ホルダ３の上端から突出した軸７の上端部にはカップ状
のロータケース８が適宜の固着構造によって固着されて
いる。ロータケース８はステータコア４を上側から覆っ
ており、ロータケース８の周壁内周面には円筒状の駆動
マグネット１２が固着されている。

【００１３】駆動マグネット１２は、駆動用磁極９と位
置検出素子用磁極１０からなる。駆動用磁極９はその内
周面がステータコア４の外周面と対向し、ステータコア
４の各突極との磁力で回転トルクを発生させるためのも
ので、厚さ方向に着磁されてＮ極とＳ極が厚さ方向に並
ぶと共に、Ｎ極とＳ極で対をなす磁極が複数個周方向に
等間隔に、かつ、Ｎ極とＳ極が交互に反転されて配置さ
れている。位置検出素子用磁極１０は駆動用磁極９の下
端に駆動用磁極９の磁極と逆極性に一体に形成されてい
る。すなわち、駆動用磁極９と同様に、厚さ方向に着磁
されてＮ極とＳ極が厚さ方向に並ぶと共に、Ｓ極とＮ極
で対をなす磁極が複数個周方向に等間隔に、かつ、Ｓ極
とＮ極が交互に反転されて配置されているが、駆動用磁
極９の磁極とは逆極性になっていて、駆動用磁極９と位
置検出素子用磁極１０の互いに異極同志が境界を接して
いる。

【００１４】基板２上には位置検出素子用磁極１０の磁
極を検出するためのホール素子等からなる位置検出素子
１１が位置検出素子用磁極１０の内周側下端面に対向さ
せて配置されている。従って、位置検出素子用磁極１０
は駆動用磁極９よりも位置検出素子１１寄りに形成され
ている。位置検出素子１１は常に駆動用磁極９とは逆極
の磁界を検出することになる。図示されてはいないが、
この実施例も前記従来例と同様に、ステータの突極及び
駆動コイル５は３相構成で、駆動用磁極９及び位置検出
素子用磁極１０の１ピッチ（電気角で３６０°）に対し
て突極が３個（電気角で１２０°間隔）配置されている
ものとする。また、位置検出素子１１は各相の駆動コイ
ル５への通電を切り換えるために各相の駆動コイル５に
対応して３個、所定の突極間に配置されている。

【００１５】図３（ａ）（ｂ）は駆動マグネット１２の
発生磁界を示しており、（ａ）はＵ相位置検出素子１１
に向かう位置検出素子用磁極１０の磁界、（ｂ）はステ
ータコアに向かう駆動用磁極９の磁界を示している。図
３（ａ）（ｂ）からもわかるように、位置検出素子１１
は駆動用磁極９とは逆極性の位置検出素子用磁極１０の
磁束を検出するため、ロータを前記従来例と同じ向きに
回転させるためには位置検出素子１１のバイアス入力か
または出力をプラス・マイナス逆にして、図３（ｃ）に
示すようにＳ極の磁界に対しプラスの位置検出素子出力
が出るようにする。こうすれば、Ｕ，Ｗ相コア突極の発
生磁界は、前記従来例における図９（ｂ）に示す磁界と
同等になり、Ｕ相位置検出素子１１に向かうＵ，Ｗ相コ
ア突極の合成磁界は図９（ｄ）に示す磁界と同等にな
る。この合成磁界の影響を受けた位置検出素子１１は、
今度は図３（ｃ）に実線で示すようにＳ磁界によってプ
ラス側に引き上げられ、逆にＮ磁界によってはマイナス
側に引き下げられる。

【００１６】図３（ｃ）の横軸０°のタイミングを拡大
したものが図３（ｄ）である。図３（ｄ）に示すよう
に、位置検出素子出力がゼロになった瞬間にＷ相コア突
極がＳ極になり、位置検出素子１１の出力をプラス側に
引き上げる。これはＷ相駆動コイル５への通電を促進さ
せる方向であり、図３（ｅ）に示されているように、図
９（ｅ）（ｆ）（ｇ）について説明したような発振は起
きない。従って、従来例にみられるような通電切り換え
の遅延はほとんどなく、モータ効率の低下もない。この
ような作用効果はＵ相以外の他の相についても同様に認
められる。

【００１７】このように、本発明は、駆動マグネットが
駆動用磁極と位置検出用磁極とを有し、これら両磁極は
互いに異極同志が境界を接することを特徴とするもので
あるが、両磁極の異極同志が境界を接する態様は適宜変
形可能である。図４はその変形例の一つで、駆動マグネ
ット１２は、駆動用磁極９ａのうちステータコア４に対
向する面とは反対側すなわち外周側に位置する磁極の下
端部を内周側に位置する磁極の下端部まで拡大させ、こ
の拡大部分を位置検出素子用磁極１０ａとし、この位置
検出素子用磁極１０ａに位置検出素子１１を対向させた
ものである。従って、位置検出素子用磁極１０ａは、駆
動用磁極９ａよりも位置検出素子１１寄りに形成されて
いることになる。上記位置検出素子用磁極１０ａはコア
突極に対向する駆動用磁極９ａとは逆極性になってい
て、双方の異極同志が境界を接している。位置検出素子
用磁極１０ａを位置検出素子１１で検出して駆動コイル
５への通電切り換え信号とすることにより、前記実施例
と同様の作用効果を奏するブラシレスモータを得ること
ができる。また、この実施例では駆動マグネット１２の
端面に位置検出素子用磁極１０ａを形成しているため、
位置検出素子用磁極１０ａを別部材として用意する必要
がないという利点がある。

【００１８】図５に示す実施例は、駆動マグネット１２
の駆動用磁極９ｂを横断面で見たときの磁極の境界線が
対角線に沿って存在し、かつ、この延長線がステータコ
ア４と位置検出素子１１との間を通るように、従って、
駆動用磁極９ｂの下面に外周側の磁極が現われ、駆動用
磁極９ｂの上面に内周側の磁極が現われるように着磁
し、駆動用磁極９ｂの下面に現われている磁極を位置検
出素子用磁極１０ｂとしてこれに位置検出素子１１を対
向配置したものである。従って、位置検出素子用磁極１
０ｂは、駆動用磁極９ｂよりも位置検出素子１１寄りに
形成されていることになる。位置検出素子１１は駆動マ
グネット１２の内周よりもマグネット１２の幅方向中央
部に対向させて配置されている。この実施例でも、位置
検出素子用磁極１０ｂはコア突極に対向する駆動用磁極
９ｂとは逆極性となり、位置検出素子用磁極１０ｂを位
置検出素子１１で検出して駆動コイル５への通電切り換
え信号とすることにより、前記実施例と同様の作用効果
を奏するブラシレスモータを得ることができる。

【００１９】これまで説明してきた各実施例は周対向コ
ア付き型モータの例であったが、本発明は、面対向型モ
ータにも適用できるし、コアレス型モータにも適用でき
る。図６に示す実施例は、面対向型コアレス型モータに
本発明を適用した例を示す。図６において、扁平なカッ
プ状のロータケース８の周壁の内周側には、駆動用磁極
９ｃと位置検出素子用磁極１０ｃからなる駆動マグネッ
ト１２が固着されている。位置検出素子用磁極１０ｃは
駆動用磁極９ｃの外周側に形成されている。駆動用磁極
９ｃには基板２上に固定されたコアレスの扁平な駆動コ
イル５ｃが対向し、位置検出素子用磁極１０ｃには基板
２上に固定されたホール素子等からなる位置検出素子１
１が対向している。

【００２０】上記駆動用磁極９ｃは、厚さ方向すなわち
回転軸方向に着磁されてＮ極とＳ極が軸方向に並ぶと共
に、Ｎ極とＳ極で対をなす磁極が複数個周方向に等間隔
に、かつ、Ｎ極とＳ極が交互に反転されて配置されてい
る。位置検出素子用磁極１０ｃは駆動用磁極９ｃの外周
側に駆動用磁極９ｃの磁極と逆極性に一体に形成されて
いる。すなわち、位置検出素子用磁極１０ｃは、駆動用
磁極９ｃと同様に軸方向に着磁されてＮ極とＳ極が軸方
向に並ぶと共に、Ｓ極とＮ極で対をなす磁極が複数個周
方向に等間隔に、かつ、Ｓ極とＮ極が交互に反転されて
配置されているが、駆動用磁極９の磁極とは逆極性にな
っている。

【００２１】上記実施例にかかる面対向コアレス型モー
タの駆動原理は前記実施例にかかる周対向コア付き型モ
ータの駆動原理と同じであり、前記実施例にかかる周対
向コア付き型モータと同様に、駆動コイルへの通電切り
換え時の発振がなく、通電切り換えの遅延が防止されて
モータ効率の悪化を防止することができる。なお、図６
に示すような面対向型の場合、位置検出素子出力の歪み
はそれほど大きくはないが、歪む傾向は認められるた
め、各駆動用磁極９ｃにこれと逆極性の位置検出素子用
磁極１０ｃを形成することによって所期の効果を得るこ
とができる。位置検出素子用磁極１０ｃの形態は、図
４、図５に示した変形例と同様の形態に変形しても差し
支えない。

【００２２】なお、特公平１−５４９４９号公報には、
位置検出素子が駆動コイルに流れる駆動電流の影響を受
けて位置検出素子出力の位相がずれたり出力が低下した
りすることを防止するために、位置検出素子を、駆動コ
イルが発生する磁束による影響を受けない場所に配置す
るという思想のブラシレスモータが開示されている。し
かし、本発明は、位置検出素子が駆動コイルの磁界の影
響を受ける位置に配置されていても、位置検出素子出力
のゼロクロス点での歪みが駆動コイルへの通電切り換え
を促進する向きに発生するようにして、通電切り換えの
遅延をなくし、モータ効率の悪化をなくすことができる
ブラシレスモータを提供することを目的とするものであ
って、上記公報記載の発明とは目的が異なるし、本発明
は、駆動マグネットが駆動用磁極を有すると共に各駆動
用磁極にはこれと逆極性の位置検出素子用磁極が形成さ
れているという上記公報記載の発明とは異なった独特の
構成を有している。

【００２３】また、実公平５−３７６４２号公報には、
駆動マグネットの横断面の対角線を境にしてＮ極とＳ極
を形成した例が記載されている。この着磁形態は本願の
図５に示す実施例の着磁形態と同じであるが、これは着
磁の仕方が本発明の一実施例に似ているというだけであ
り、本発明は、上記公報記載の発明とは目的、構成、効
果が全く異なっている。

【００２４】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、駆動マグ
ネットの磁界を検出して駆動コイルに流れる電流を切り
換える位置検出素子を備えたブラシレスモータにおい
て、駆動マグネットが駆動用磁極と位置検出素子用磁極
とを有し、これら両磁極は互いに異極同志が境界を接す
るようにしたため、位置検出素子が駆動コイルの磁界の
影響を受ける位置に配置されていて位置検出素子出力が
歪んでも、この歪みが駆動コイルへの通電切り換えを促
進する向きに発生して、通電切り換えの遅延がなくな
り、モータ効率の悪化をなくすことができる。

【００２５】請求項２記載の発明のように位置検出素子
用磁極を駆動用磁極よりも位置検出素子寄りに形成すれ
ば、位置検出素子が受ける駆動用磁極の影響を小さくす
ることができる。請求項３記載の発明のように位置検出
素子が常に駆動用磁極とは逆極の磁界を検出するように
することにより、位置検出素子が受ける駆動コイルの磁
界の影響を小さくしてその出力の歪みを小さくすること
ができるし、この歪みは駆動コイルへの通電切り換えを
促進する向きに作用させることができる。請求項４記載
の発明のように位置検出素子用磁極を駆動マグネットの
端面に形成すれば、位置検出素子用磁極を別部材として
用意する必要がないという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるブラシレスモータの一実施例を
示す一部断面正面図。

【図２】同上実施例中のロータの一部分を示す斜視図。

【図３】上記実施例の動作を説明するための波形図。

【図４】本発明にかかるブラシレスモータの別の実施例
を示す（ａ）は正面断面図、（ｂ）はロータ部分の斜視
図。

【図５】本発明にかかるブラシレスモータのさらに別の
実施例を示す（ａ）は正面断面図、（ｂ）はロータ部分
の斜視図。

【図６】本発明にかかるブラシレスモータのさらに別の
実施例を示す（ａ）は正面断面図、（ｂ）はロータ部分
の底面図。

【図７】従来のブラシレスモータの例を示す一部断面正
面図。

【図８】同上従来例中のステータコアと駆動マグネット
の一部分を示す平面図。

【図９】上記従来のブラシレスモータの動作を説明する
ための波形図。

【符号の説明】

５ 駆動コイル ９ 駆動用磁極 １０ 位置検出素子用磁極 １１ 位置検出素子 １２ 駆動マグネット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動コイルと、この駆動コイルとの磁力
   によって回転駆動される駆動マグネットと、この駆動マ
   グネットの磁界を検出して駆動コイルに流れる電流を切
   り換える位置検出素子とを備え、この位置検出素子が駆
   動コイルの磁界の影響を受ける位置に配置されているブ
   ラシレスモータにおいて、 駆動マグネットは、駆動用磁極と位置検出素子用磁極と
   を有し、これら両磁極は互いに異極同志が境界を接して
   いることを特徴とするブラシレスモータ。
2. 【請求項２】 位置検出素子用磁極は、駆動用磁極より
   も位置検出素子寄りに形成されている請求項１記載のブ
   ラシレスモータ。
3. 【請求項３】 位置検出素子は、常に駆動用磁極とは逆
   極の磁界を検出することを特徴とする請求項１記載のブ
   ラシレスモータ。
4. 【請求項４】 位置検出素子用磁極は、駆動マグネット
   の端面に形成されていることを特徴とする請求項１記載
   のブラシレスモータ。