JPH08251897A - ブラシレスｄｃモ−タ - Google Patents
ブラシレスｄｃモ−タInfo
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- JPH08251897A JPH08251897A JP7044645A JP4464595A JPH08251897A JP H08251897 A JPH08251897 A JP H08251897A JP 7044645 A JP7044645 A JP 7044645A JP 4464595 A JP4464595 A JP 4464595A JP H08251897 A JPH08251897 A JP H08251897A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
- H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
- H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Brushless Motors (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】位置検出素子の配置を考慮することによって、
二次的影響を受ける磁気的結合のバラツキが生じてもそ
れらの影響を受けにくい位置検出素子の配置構造を得
る。 【構成】回転子の磁極位置を検出しながら一定速度で回
転数制御を行なうＮ相（Ｎ≧２）のブラシレスＤＣモー
タにおいて、各位置検出素子３３，３４，３５の間でな
す（Ｎ−１）箇所のロータの回転中心から見た空間角を
θｉ（ｉ＝１〜Ｎ−１，０＜θｉ＜２π／Ｎ）とし、当
該モータの機械的時定数をＫＭ（Ｓｅｃ）とすれば、 （１／ｎ）＊（θｉ／２π）＜ＫＭ （ｎ（ｒｐｓ）はモータの回転数） の式を満たすように（Ｎ−１）箇所のロータの回転中心
から見た空間角をθｉ設定したことを特徴とするブラシ
レスＤＣモータである。各相の位置検出素子を空間的に
一箇所の狭い範囲内に集めて配設する。
二次的影響を受ける磁気的結合のバラツキが生じてもそ
れらの影響を受けにくい位置検出素子の配置構造を得
る。 【構成】回転子の磁極位置を検出しながら一定速度で回
転数制御を行なうＮ相（Ｎ≧２）のブラシレスＤＣモー
タにおいて、各位置検出素子３３，３４，３５の間でな
す（Ｎ−１）箇所のロータの回転中心から見た空間角を
θｉ（ｉ＝１〜Ｎ−１，０＜θｉ＜２π／Ｎ）とし、当
該モータの機械的時定数をＫＭ（Ｓｅｃ）とすれば、 （１／ｎ）＊（θｉ／２π）＜ＫＭ （ｎ（ｒｐｓ）はモータの回転数） の式を満たすように（Ｎ−１）箇所のロータの回転中心
から見た空間角をθｉ設定したことを特徴とするブラシ
レスＤＣモータである。各相の位置検出素子を空間的に
一箇所の狭い範囲内に集めて配設する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複数個の位置検出素子
を使用して、ロ−タに含まれる磁極の位置を検出するブ
ラシレスＤＣモ−タにおいて、その位置検出素子の取付
け位置を工夫することにより、トルクリップル、回転む
らなどのモ−タ特性を改善するようにしたブラシレスＤ
Ｃモ−タの構造に関する。
を使用して、ロ−タに含まれる磁極の位置を検出するブ
ラシレスＤＣモ−タにおいて、その位置検出素子の取付
け位置を工夫することにより、トルクリップル、回転む
らなどのモ−タ特性を改善するようにしたブラシレスＤ
Ｃモ−タの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】マイコンのフロッピ−ディスク駆動装置
の回転駆動源としてよく用いられるブラシレスＤＣモ−
タにおいては、ロ−タ位置即ちロ−タの磁極の位置を検
出するためにホ−ル効果を利用したホ−ルセンサを用い
ることが一般的である。このホ−ルセンサからなる位置
検出素子の役割はロ−タの磁極位置を検出し、ロ−タが
絶えず安定して回転し続けるようにする。つまり最適転
流を行なわせる為に必ず必要である。この意味において
位置検出素子の取付け位置並びにその精度はモ−タ特性
に直接影響を与えることが容易に想定される。そして、
この取付け位置については従来では原理・原則で決まる
位置に配置する程度にしか説明されていない。
の回転駆動源としてよく用いられるブラシレスＤＣモ−
タにおいては、ロ−タ位置即ちロ−タの磁極の位置を検
出するためにホ−ル効果を利用したホ−ルセンサを用い
ることが一般的である。このホ−ルセンサからなる位置
検出素子の役割はロ−タの磁極位置を検出し、ロ−タが
絶えず安定して回転し続けるようにする。つまり最適転
流を行なわせる為に必ず必要である。この意味において
位置検出素子の取付け位置並びにその精度はモ−タ特性
に直接影響を与えることが容易に想定される。そして、
この取付け位置については従来では原理・原則で決まる
位置に配置する程度にしか説明されていない。
【０００３】特に多相でかつ多極モ−タにおいては、原
理・原則で決まる位置の組合せは複数箇所存在し、その
配置の中で最適条件を見出すには多くの時間と労力を要
することになる。
理・原則で決まる位置の組合せは複数箇所存在し、その
配置の中で最適条件を見出すには多くの時間と労力を要
することになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで従来からの考え
方では、回転系であることから、フレ、芯ずれを考慮し
て、機械的バランスが保持されるような対称性を考え配
置されるのが一般的である。たとえば、３相ブラシレス
ＤＣモ−タならば極数に関係なく、図９に示すように、
空間角で１２０度等配にする。
方では、回転系であることから、フレ、芯ずれを考慮し
て、機械的バランスが保持されるような対称性を考え配
置されるのが一般的である。たとえば、３相ブラシレス
ＤＣモ−タならば極数に関係なく、図９に示すように、
空間角で１２０度等配にする。
【０００５】しかしながら、小型／偏平化、磁石の磁気
特性のバラツキが大きい、位置検出素子のアナログ出力
電圧は系の全部または一部を電気的に処理してモ−タの
コイルを駆動するドライブ方式が一般的である現在で
は、各相の位置検出素子の出力電圧をできるだけ揃える
必要がある。
特性のバラツキが大きい、位置検出素子のアナログ出力
電圧は系の全部または一部を電気的に処理してモ−タの
コイルを駆動するドライブ方式が一般的である現在で
は、各相の位置検出素子の出力電圧をできるだけ揃える
必要がある。
【０００６】このような配慮が欠けると、転流毎にコイ
ル駆動波形に転流タイミングずれ、振幅ずれを生じ、ロ
−タの回転角度位置によってトルクがバラツキ、回転む
らも増大することになる。本発明はこのような従来の欠
点を改善しようとうるものであり、その目的は、位置検
出素子の配置を考慮することによって、コストを掛けず
に回転体固有の回転振れ偏芯の問題、さらにこれらの要
因から二次的影響を受ける磁気的結合のバラツキが生じ
てもそれらの影響を受けにくい位置検出素子の配置構造
を得ようとするものである。
ル駆動波形に転流タイミングずれ、振幅ずれを生じ、ロ
−タの回転角度位置によってトルクがバラツキ、回転む
らも増大することになる。本発明はこのような従来の欠
点を改善しようとうるものであり、その目的は、位置検
出素子の配置を考慮することによって、コストを掛けず
に回転体固有の回転振れ偏芯の問題、さらにこれらの要
因から二次的影響を受ける磁気的結合のバラツキが生じ
てもそれらの影響を受けにくい位置検出素子の配置構造
を得ようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明によれば、位置検出素子により検出した信号
により回転子の磁極位置を検出しながら一定速度で回転
数制御を行なうＮ相（Ｎ≧２）のブラシレスＤＣモ−タ
において、上記各位置検出素子の間でなす（Ｎ−１）箇
所のロ−タの回転中心から見た空間角をθｉ（ｉ＝１〜
Ｎ−１でかつ０＜θｉ≦π側とする）とし、当該モ−タ
の機械的時定数をＫM （Ｓｅｃ）とすれば、 （１／
ｎ）＊（θｉ／２π）＜ＫM （ただし、ｎはモ−タの回
転数、ｉ＝１〜Ｎ−１）の式を満たすように（Ｎ−１）
箇所のロ−タの回転中心から見た空間角をθｉに設定し
たことを特徴とするブラシレスＤＣモ−タが提供され
る。また、上記位置検出素子は等間隔に配設されてお
り、また上記位置検出素子は固定子磁極間のスロット内
に配置されている。そしてこの位置検出素子は、ホ−ル
素子であるとよい。
め、本発明によれば、位置検出素子により検出した信号
により回転子の磁極位置を検出しながら一定速度で回転
数制御を行なうＮ相（Ｎ≧２）のブラシレスＤＣモ−タ
において、上記各位置検出素子の間でなす（Ｎ−１）箇
所のロ−タの回転中心から見た空間角をθｉ（ｉ＝１〜
Ｎ−１でかつ０＜θｉ≦π側とする）とし、当該モ−タ
の機械的時定数をＫM （Ｓｅｃ）とすれば、 （１／
ｎ）＊（θｉ／２π）＜ＫM （ただし、ｎはモ−タの回
転数、ｉ＝１〜Ｎ−１）の式を満たすように（Ｎ−１）
箇所のロ−タの回転中心から見た空間角をθｉに設定し
たことを特徴とするブラシレスＤＣモ−タが提供され
る。また、上記位置検出素子は等間隔に配設されてお
り、また上記位置検出素子は固定子磁極間のスロット内
に配置されている。そしてこの位置検出素子は、ホ−ル
素子であるとよい。
【０００８】
【作用】上記のように各相の位置検出素子を空間的に一
箇所の狭い範囲内に集めて配設することにより、機械的
なフレ芯ずれによって生ずる磁気的アンバランスの減少
そして結果として磁気的アンバランスによる位置検出素
子の出力電圧の変動量が小さくなる。
箇所の狭い範囲内に集めて配設することにより、機械的
なフレ芯ずれによって生ずる磁気的アンバランスの減少
そして結果として磁気的アンバランスによる位置検出素
子の出力電圧の変動量が小さくなる。
【０００９】
【実施例】本発明の一実施例について図面を用いて詳細
に説明する。図１はプリント配線板１にロ−タを回転自
在に設けた状態を示す断面図である。図１において、１
はフロッピ−ディスク駆動装置を構成する基板であり、
鉄などの強磁性体からなっている。該基板１には円孔２
が穿たれ、この円孔２内には軸受基体３が嵌め込まれ、
ねじ４により基板１に固定されている。軸受基体３には
２個のボ−ルベアリング５、６が固着されている。７は
回転子を構成するとともにフロッピ−ディスクを回転す
る回転円板であり薄い円形の皿状を呈している。回転円
板７の外周８の内側にはリング状の永久磁石からなる回
転磁極９が固定されている。また外周８の下部には、回
転円板７の回転速度を検出する速度検出用永久磁石１０
が固定されている。前記永久磁石からなる回転磁極９は
希土類製であって、図２に示すようにリング状を呈して
いる。この回転磁極９の外側には、軟鉄製でやはりリン
グ状に形成された磁気シ−ルド板３０が嵌め込まれてい
る。回転磁極９には、着磁により複数個の永久磁石が形
成されている。これ等永久磁石は回転磁極９の直径方向
に着磁されており、これ等の磁極方向は相隣なる同士反
転している。なお回転磁極９を含む回転円板７組立体は
ロ−タを構成する。
に説明する。図１はプリント配線板１にロ−タを回転自
在に設けた状態を示す断面図である。図１において、１
はフロッピ−ディスク駆動装置を構成する基板であり、
鉄などの強磁性体からなっている。該基板１には円孔２
が穿たれ、この円孔２内には軸受基体３が嵌め込まれ、
ねじ４により基板１に固定されている。軸受基体３には
２個のボ−ルベアリング５、６が固着されている。７は
回転子を構成するとともにフロッピ−ディスクを回転す
る回転円板であり薄い円形の皿状を呈している。回転円
板７の外周８の内側にはリング状の永久磁石からなる回
転磁極９が固定されている。また外周８の下部には、回
転円板７の回転速度を検出する速度検出用永久磁石１０
が固定されている。前記永久磁石からなる回転磁極９は
希土類製であって、図２に示すようにリング状を呈して
いる。この回転磁極９の外側には、軟鉄製でやはりリン
グ状に形成された磁気シ−ルド板３０が嵌め込まれてい
る。回転磁極９には、着磁により複数個の永久磁石が形
成されている。これ等永久磁石は回転磁極９の直径方向
に着磁されており、これ等の磁極方向は相隣なる同士反
転している。なお回転磁極９を含む回転円板７組立体は
ロ−タを構成する。
【００１０】回転円板７の中心部には真ちゅう製の回転
軸取付板１１が固定されており、該回転軸取付板１１の
中心には、回転軸１２が固着されている。回転軸１２は
ボ−ルベアリング５、６に回転自在に取付けられてい
る。回転円板７には穴１３が明けられており、図３に示
すように、該穴１３からドライブピン１４が突出してい
る。該ドライブピン１４は、図４にも示すように、回転
円板７の裏面にその一端を固定されているばね板１５の
他方端に固定されている。ばね板１５は取付基部１６と
これに続くア−ム部１７とその先端にＵ字型をしたドラ
イブピン取付部１８とを有し、該ドライブピン取付部１
８にドライブピン１４がかしめ付けられている。取付基
部１５は回転円板７の裏面にリベット１９により固定さ
れている。図１において、２１は固定子磁極、２２は固
定子捲線、２３は合成樹脂製の固定子枠である。回転円
板７の表面には回転軸１２を中心として吸引磁石２４が
貼り付けられており、この吸引磁石２４は回転駆動され
るフロッピ−ディスクの中央に設けられた軟鉄板を吸引
して、これを回転円板７に固定させるためのものであ
る。図１において２５は軸受基体３の表面に明けられた
凹みに嵌め込まれた端子である。図には示されてはいな
いが、固定子捲線２２から引出された導線は固定子枠２
３の中を貫通し、端子２５に巻き付けられ、この端子２
５は基板１の表面に形成されたプリント配線と接続され
ている。３０は漏洩磁束を減少させるための磁気シ−ル
ド板であり、３１はヨ−ク板である。
軸取付板１１が固定されており、該回転軸取付板１１の
中心には、回転軸１２が固着されている。回転軸１２は
ボ−ルベアリング５、６に回転自在に取付けられてい
る。回転円板７には穴１３が明けられており、図３に示
すように、該穴１３からドライブピン１４が突出してい
る。該ドライブピン１４は、図４にも示すように、回転
円板７の裏面にその一端を固定されているばね板１５の
他方端に固定されている。ばね板１５は取付基部１６と
これに続くア−ム部１７とその先端にＵ字型をしたドラ
イブピン取付部１８とを有し、該ドライブピン取付部１
８にドライブピン１４がかしめ付けられている。取付基
部１５は回転円板７の裏面にリベット１９により固定さ
れている。図１において、２１は固定子磁極、２２は固
定子捲線、２３は合成樹脂製の固定子枠である。回転円
板７の表面には回転軸１２を中心として吸引磁石２４が
貼り付けられており、この吸引磁石２４は回転駆動され
るフロッピ−ディスクの中央に設けられた軟鉄板を吸引
して、これを回転円板７に固定させるためのものであ
る。図１において２５は軸受基体３の表面に明けられた
凹みに嵌め込まれた端子である。図には示されてはいな
いが、固定子捲線２２から引出された導線は固定子枠２
３の中を貫通し、端子２５に巻き付けられ、この端子２
５は基板１の表面に形成されたプリント配線と接続され
ている。３０は漏洩磁束を減少させるための磁気シ−ル
ド板であり、３１はヨ−ク板である。
【００１１】図５は、フロッピ−ディスク駆動装置のロ
−タを外した状態を示す平面図である。図には明瞭に示
されてはいないが、プリント配線板を構成する基板１は
軟鉄板の上に絶縁膜を貼着し、その上に電気回路が形成
されている。３２は該基板１上に設けられた３相ブラシ
レスＤＣモ−タを駆動するための駆動ＩＣであり、速度
サ−ボコントロ−ラも内蔵されている。
−タを外した状態を示す平面図である。図には明瞭に示
されてはいないが、プリント配線板を構成する基板１は
軟鉄板の上に絶縁膜を貼着し、その上に電気回路が形成
されている。３２は該基板１上に設けられた３相ブラシ
レスＤＣモ−タを駆動するための駆動ＩＣであり、速度
サ−ボコントロ−ラも内蔵されている。
【００１２】３３、３４、３５はロ−タ一の磁極の回転
位置を検出する位置検出素子としてのホ−ル素子であ
る。この実施例は、扁平型の３相ブラシレスＤＣモ−タ
であるから、３個のホ−ル素子が必要である。一般的に
は相数に相当する数だけ必要である。なお、本発明の実
施例に係るモ−タの回転原理については自明であるので
ここでは省略する。
位置を検出する位置検出素子としてのホ−ル素子であ
る。この実施例は、扁平型の３相ブラシレスＤＣモ−タ
であるから、３個のホ−ル素子が必要である。一般的に
は相数に相当する数だけ必要である。なお、本発明の実
施例に係るモ−タの回転原理については自明であるので
ここでは省略する。
【００１３】本発明の特徴は先に説明した３ケのホ−ル
素子３３、３４、３５の固定磁極２１間にあるスロット
３６内に配設する配設構造であり、３ケのホ−ル素子が
隣接するスロット３６内に配置している所である。
素子３３、３４、３５の固定磁極２１間にあるスロット
３６内に配設する配設構造であり、３ケのホ−ル素子が
隣接するスロット３６内に配置している所である。
【００１４】これらホ−ル素子の配置に当っての絶対条
件は電気角で１２０°の位相をもたせることで、例えば
図９に示す従来例では、ホ−ル素子３３の位置のみを考
えても、４ケ所あることがわかる。すなわち、固定子巻
線５Ｈ、及びその角度を空間的に９０°シフトした固定
子巻線５Ｋ、固定子巻線５Ｂ、固定子巻線５Ｅの４つで
ある。しかし本発明ではホ−ル素子３３を、固定子巻線
２２Ｈと２２Ｉの間と決め、残る２つのホ−ル素子３
４、３５が相並ぶように空間的に最も近接させて（図５
では３つのホ−ル素子３３、３４、３５の空間角が最小
となる配設方法である）いることである。結果として３
つのホ−ル素子３３、３４、３５は９０°の中心角の範
囲に収まっている。
件は電気角で１２０°の位相をもたせることで、例えば
図９に示す従来例では、ホ−ル素子３３の位置のみを考
えても、４ケ所あることがわかる。すなわち、固定子巻
線５Ｈ、及びその角度を空間的に９０°シフトした固定
子巻線５Ｋ、固定子巻線５Ｂ、固定子巻線５Ｅの４つで
ある。しかし本発明ではホ−ル素子３３を、固定子巻線
２２Ｈと２２Ｉの間と決め、残る２つのホ−ル素子３
４、３５が相並ぶように空間的に最も近接させて（図５
では３つのホ−ル素子３３、３４、３５の空間角が最小
となる配設方法である）いることである。結果として３
つのホ−ル素子３３、３４、３５は９０°の中心角の範
囲に収まっている。
【００１５】図６は別の実施例を示す。上記第１の実施
例と同一部分には同一符号を付し、それらの説明を省略
する。なお、この実施例に係るモ−タの構成はラジアル
方向に３２極着磁したロ−タマグネット（この部分は図
示せず）の２４スロットの３相コア付ラジアルギャップ
型ＤＣブラシレスモ−タである。この実施例では３つの
ホ−ル素子３３、３４、３５を、空間的には隣接する状
態ではないけれども、実施例１と同様に、３つのホ−ル
素子３３、３４、３５は、固定子巻線２２ａ，２２ｂの
間、固定子巻線２２ｃ，２２ｄの間、固定子巻線２２
ｅ、２２ｆの間に配置されていて、上記第１の実施例の
ように隣る固定子巻線の間にホ−ル素子が配置されてお
らず、１つ置きのスロット３６内に収まって入るが、こ
れら３つのホ−ル素子３３、３４、３５は結果的に９０
°の中心角の範囲内におさまっていることである。
例と同一部分には同一符号を付し、それらの説明を省略
する。なお、この実施例に係るモ−タの構成はラジアル
方向に３２極着磁したロ−タマグネット（この部分は図
示せず）の２４スロットの３相コア付ラジアルギャップ
型ＤＣブラシレスモ−タである。この実施例では３つの
ホ−ル素子３３、３４、３５を、空間的には隣接する状
態ではないけれども、実施例１と同様に、３つのホ−ル
素子３３、３４、３５は、固定子巻線２２ａ，２２ｂの
間、固定子巻線２２ｃ，２２ｄの間、固定子巻線２２
ｅ、２２ｆの間に配置されていて、上記第１の実施例の
ように隣る固定子巻線の間にホ−ル素子が配置されてお
らず、１つ置きのスロット３６内に収まって入るが、こ
れら３つのホ−ル素子３３、３４、３５は結果的に９０
°の中心角の範囲内におさまっていることである。
【００１６】このように各相のホ−ル素子を空間的に一
箇所（実施例１、２では９０°の中心角の中に３つのホ
−ル素子がおさまっている）に集めて配設することによ
り機械的なフレ芯ずれによって生ずる磁気的アンバラン
スの減少そして結果として磁気的アンバランスによるホ
−ル出力電圧の変動量が小さくなるからである。別の表
現をすれば空間的に離して配置した場合と比較して本発
明の場合の方が各相のホ−ル出力電圧の振幅がより揃う
ことになると言うことである。
箇所（実施例１、２では９０°の中心角の中に３つのホ
−ル素子がおさまっている）に集めて配設することによ
り機械的なフレ芯ずれによって生ずる磁気的アンバラン
スの減少そして結果として磁気的アンバランスによるホ
−ル出力電圧の変動量が小さくなるからである。別の表
現をすれば空間的に離して配置した場合と比較して本発
明の場合の方が各相のホ−ル出力電圧の振幅がより揃う
ことになると言うことである。
【００１７】何故ならばロ−タの機械的フレ、偏芯は１
回転に１回エアギャップが狭〜広（逆に広〜狭）くなる
性質があるからである。従ってこのことから空間的に１
８０°反対側の場所においてはホ−ル素子出力電圧のバ
ラツキという観点から見ると最悪であることが容易に推
測される。
回転に１回エアギャップが狭〜広（逆に広〜狭）くなる
性質があるからである。従ってこのことから空間的に１
８０°反対側の場所においてはホ−ル素子出力電圧のバ
ラツキという観点から見ると最悪であることが容易に推
測される。
【００１８】実施例２のモ−タにおいて、一方この各相
のホ−ル素子出力電圧差（振幅値の差）によるモ−タ特
性の影響を起動トルクの点から実験し、結果を図７に示
す。実験では、わかりやすくする為３つのホ−ル素子の
うち２つのホ−ル出力電圧が等しくなるように調整し、
残りの１ケのホ−ル出力電圧を調整し、それらの比で表
わしたものである。図７より１相を他の２相と比較して
大きくした場合と小さくした場合で起動トルクのボトム
（最小点）が悪化する状況は異なるがいずれも１相のホ
−ル出力が他の２相に対して変化すると起動トルクのボ
トムは著じるしく低下することがわかる。この結果は後
でも述べる制御性に対しても悪い影響を与えることは当
然である。なお、この実験ではロ−タのラジアル振れは
１００μｍｐｐＭＡＸで実力的にも５０〜６０μｍｐｐ
であり、設計上の平均エアギャップ１５０μｍとすると
４０％にも達しホ−ル出力電圧に大きな影響与える量と
なることは明白である。
のホ−ル素子出力電圧差（振幅値の差）によるモ−タ特
性の影響を起動トルクの点から実験し、結果を図７に示
す。実験では、わかりやすくする為３つのホ−ル素子の
うち２つのホ−ル出力電圧が等しくなるように調整し、
残りの１ケのホ−ル出力電圧を調整し、それらの比で表
わしたものである。図７より１相を他の２相と比較して
大きくした場合と小さくした場合で起動トルクのボトム
（最小点）が悪化する状況は異なるがいずれも１相のホ
−ル出力が他の２相に対して変化すると起動トルクのボ
トムは著じるしく低下することがわかる。この結果は後
でも述べる制御性に対しても悪い影響を与えることは当
然である。なお、この実験ではロ−タのラジアル振れは
１００μｍｐｐＭＡＸで実力的にも５０〜６０μｍｐｐ
であり、設計上の平均エアギャップ１５０μｍとすると
４０％にも達しホ−ル出力電圧に大きな影響与える量と
なることは明白である。
【００１９】また、本発明の各実施例の如き偏平タイプ
のモ−タでかつ別構成のチャッキングマグネットの吸着
力でメディアを駆動するいわゆるＦＤＤ（フロッピ−デ
ィスクドライブ）のダイレクトスピンドルモ−タにおい
ては、負荷側からの影響例えばヘッドの配置、メディア
の違い（種類）、温・湿度により、負荷トルクが著じる
しく異なる。また読み書きヘッドがメディアに接触した
摩擦負荷の変動も加わる。このような負荷の変動でモ−
タのロ−タ面が振れるいわゆる面ブレ現象が発生する
が、このような場合でも本発明は効果があることが容易
に分かる。
のモ−タでかつ別構成のチャッキングマグネットの吸着
力でメディアを駆動するいわゆるＦＤＤ（フロッピ−デ
ィスクドライブ）のダイレクトスピンドルモ−タにおい
ては、負荷側からの影響例えばヘッドの配置、メディア
の違い（種類）、温・湿度により、負荷トルクが著じる
しく異なる。また読み書きヘッドがメディアに接触した
摩擦負荷の変動も加わる。このような負荷の変動でモ−
タのロ−タ面が振れるいわゆる面ブレ現象が発生する
が、このような場合でも本発明は効果があることが容易
に分かる。
【００２０】一方制御性という観点から言及すれば、図
５に示す実施例のモ−タ（回転磁極９の極数１６極、固
定子磁極１２ケ）を３００ｒｐｍで回転数コントロ−ル
する用途を考えれば、その回転周期Ｔは、 Ｔ＝６０／３００＝０．２（ｓｅｃ）＝２００（ｍｓｅ
ｃ） となる。従って上記磁気的アンバランスの影響は２００
ｍｓｅｃに１回づつ生じることになる。この時問題とな
るのはホ−ル素子の空間的配置（角度）によって各ホ−
ル素子がその影響を受ける時間が異なることである。例
えば従来例の如く空間的に１２０°等配すれば、その時
間間隔は、 ２００×１２０／３６０≒６６．７（ｍｓｅｃ） となる。一方、第１の実施例の如く、ホ−ルの配置を空
間的に３０°に配置すれば、その時間間隔は、 ２００×３０／３６０≒１６．７（ｍｓｅｃ） となり、１２０°等配時の１／４の時間に縮められるこ
とが重要なポイントである。
５に示す実施例のモ−タ（回転磁極９の極数１６極、固
定子磁極１２ケ）を３００ｒｐｍで回転数コントロ−ル
する用途を考えれば、その回転周期Ｔは、 Ｔ＝６０／３００＝０．２（ｓｅｃ）＝２００（ｍｓｅ
ｃ） となる。従って上記磁気的アンバランスの影響は２００
ｍｓｅｃに１回づつ生じることになる。この時問題とな
るのはホ−ル素子の空間的配置（角度）によって各ホ−
ル素子がその影響を受ける時間が異なることである。例
えば従来例の如く空間的に１２０°等配すれば、その時
間間隔は、 ２００×１２０／３６０≒６６．７（ｍｓｅｃ） となる。一方、第１の実施例の如く、ホ−ルの配置を空
間的に３０°に配置すれば、その時間間隔は、 ２００×３０／３６０≒１６．７（ｍｓｅｃ） となり、１２０°等配時の１／４の時間に縮められるこ
とが重要なポイントである。
【００２１】すなわち、本発明によれば、回転に伴う磁
気的アンバランスがそのロ−タ一検出用ホ−ル素子から
みて結果として高周波側へシフトしたのと同一の効果が
ある（第１の実施例では１２０°等配した時の４倍に高
周波側にシフトしたものと言える）。この高周波化の効
果はモ−タの機械的時定数との関係で判断する必要があ
るがいずれにしても高周波化はモ−タのイナ−シャ効果
により、制御的に削除しやすくなることは確かである。
具体的には機械的時定数とのかねあいで以下の通りであ
る。
気的アンバランスがそのロ−タ一検出用ホ−ル素子から
みて結果として高周波側へシフトしたのと同一の効果が
ある（第１の実施例では１２０°等配した時の４倍に高
周波側にシフトしたものと言える）。この高周波化の効
果はモ−タの機械的時定数との関係で判断する必要があ
るがいずれにしても高周波化はモ−タのイナ−シャ効果
により、制御的に削除しやすくなることは確かである。
具体的には機械的時定数とのかねあいで以下の通りであ
る。
【００２２】モ−タの機械的時定数とは以下の通りであ
る。モ−タに一定電圧を印加した時に、その回転数は図
８の如く時間に対して指数関数的に上昇して、ある一定
回転数Ｎに到達する。その際、モ−タ回転数が０から一
定回転数Ｎの６３．２％［厳密には（ｅ−１）／ｅ×１
００（％）に到達するまでの時間。但しｅは自然対数の
底である。］に達するまでの時間を意味し、これはモ−
タの回転応答の速さを表すことになる。つまり機械的時
定数が小さければ回転数応答は速く、高速に制御するこ
とができるのである。一方逆にこれが大きければ回転数
応答は遅くゆっくりと制御せざるを得ない。
る。モ−タに一定電圧を印加した時に、その回転数は図
８の如く時間に対して指数関数的に上昇して、ある一定
回転数Ｎに到達する。その際、モ−タ回転数が０から一
定回転数Ｎの６３．２％［厳密には（ｅ−１）／ｅ×１
００（％）に到達するまでの時間。但しｅは自然対数の
底である。］に達するまでの時間を意味し、これはモ−
タの回転応答の速さを表すことになる。つまり機械的時
定数が小さければ回転数応答は速く、高速に制御するこ
とができるのである。一方逆にこれが大きければ回転数
応答は遅くゆっくりと制御せざるを得ない。
【００２３】つまり見方を変えれば機械的時定数より速
くモ−タをコントロ−ルすることができないということ
である。よって制御上の外乱はこの機械的時定数より短
かい時間の現象（高周波とする）とすることが原則であ
る。本発明の実施例は、大別して大・小２種類ありその
機械的時定数は小型では２５〜４０ｍｓｅｃと大型では
１４０〜１６０ｍｓｅｃである。その結果大型タイプの
場合第１の実施例では先のホ−ル出力でみた時間差は１
６．７ｍｓｅｃで機械的時定数＞＞ホ−ル出力でみた時
間差（１４０〜１６０ｍｓｅｃ＞＞１６．７ｍｓｅｃ）
となり制御的に見て回転に伴う磁気的アンバランスの効
果は完全に取り除くことができると考えられる。一方小
型の場合においても機械的時定数＞ホ−ル出力でみた時
間差（２５〜４０ｍｓｅｃ＞１６．７ｍｓｅｃ）となり
１２０°等配を仮定した従来例の場合と比較すればその
改善が期待できる。何故ならば従来例では機械的時定数
＜ホ−ル出力でみた時間差（２５〜４０ｍｓｅｃ＜６
７．７）ｍｓｅｃであるからである。
くモ−タをコントロ−ルすることができないということ
である。よって制御上の外乱はこの機械的時定数より短
かい時間の現象（高周波とする）とすることが原則であ
る。本発明の実施例は、大別して大・小２種類ありその
機械的時定数は小型では２５〜４０ｍｓｅｃと大型では
１４０〜１６０ｍｓｅｃである。その結果大型タイプの
場合第１の実施例では先のホ−ル出力でみた時間差は１
６．７ｍｓｅｃで機械的時定数＞＞ホ−ル出力でみた時
間差（１４０〜１６０ｍｓｅｃ＞＞１６．７ｍｓｅｃ）
となり制御的に見て回転に伴う磁気的アンバランスの効
果は完全に取り除くことができると考えられる。一方小
型の場合においても機械的時定数＞ホ−ル出力でみた時
間差（２５〜４０ｍｓｅｃ＞１６．７ｍｓｅｃ）となり
１２０°等配を仮定した従来例の場合と比較すればその
改善が期待できる。何故ならば従来例では機械的時定数
＜ホ−ル出力でみた時間差（２５〜４０ｍｓｅｃ＜６
７．７）ｍｓｅｃであるからである。
【００２４】以上、本発明を上述の実施例によって説明
したが、たとえば、位置検出素子をピックアップコイル
型のものを使用するなど、本発明の主旨の範囲内で種々
の変形や応用が可能であり、これらの変形や応用を本発
明の範囲から排除するものではない。
したが、たとえば、位置検出素子をピックアップコイル
型のものを使用するなど、本発明の主旨の範囲内で種々
の変形や応用が可能であり、これらの変形や応用を本発
明の範囲から排除するものではない。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、 １）コストｕｐすることなくモ−タ特性（起動トルク／
回転ムラ）が改善する。 ２）ロ−タ（マグネット）の回転に伴う磁気的アンバラ
ンスの影響を受けにくくなり、制御性が向上する。 ３）位置検出素子を一ケ所に集中するので、位置検出素
子への配線がしやすく、かつ各相のつなぎ込みによる配
線が均一化する。 ４）位置検出素子が一ケ所に集中するので、その位置ず
れ（角度方向及び半径方向とも）のチェックがしやす
い。 ５）同一回転性能を引き出す場合に、磁気的アンバラン
スを伴う回転フレ精度をラクにすることができる。
回転ムラ）が改善する。 ２）ロ−タ（マグネット）の回転に伴う磁気的アンバラ
ンスの影響を受けにくくなり、制御性が向上する。 ３）位置検出素子を一ケ所に集中するので、位置検出素
子への配線がしやすく、かつ各相のつなぎ込みによる配
線が均一化する。 ４）位置検出素子が一ケ所に集中するので、その位置ず
れ（角度方向及び半径方向とも）のチェックがしやす
い。 ５）同一回転性能を引き出す場合に、磁気的アンバラン
スを伴う回転フレ精度をラクにすることができる。
【図１】本発明の一実施例の断面図である。
【図２】本発明の一実施例の回転磁極と磁気シ−ルド板
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施例の回転子の表面を示す斜視図
である。
である。
【図４】本発明の一実施例の回転子の裏面の詳細を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図５】本発明の一実施例の固定子を構成する基板を示
す正面図である。
す正面図である。
【図６】本発明の他の実施例の固定子を構成する基板を
示す正面図である。
示す正面図である。
【図７】本発明の実施例の実験結果を示す特性図であ
る。
る。
【図８】モ−タの時定数を説明するための特性図であ
る。
る。
【図９】従来例の固定子を構成する基板を示す正面図で
ある。
ある。
１・・・・・基板 ２・・・・・円孔 ３・・・・・軸受基体 ４・・・・・ねじ ５、６・・・ボ−ルベアリング ７・・・・・回転円板 ８・・・・・外周 ９・・・・・回転磁極 １０・・・・・位置検出用永久磁石 １１・・・・・回転軸取付板 １２・・・・・回転軸 １３・・・・・穴 １４・・・・・ドライブピン １５・・・・・ばね板 １６・・・・・取付基部 １７・・・・・ア−ム部 １８・・・・・ドライブピン取付部 １９・・・・・リベット ２１・・・・・固定子磁極 ２２・・・・・固定子捲線 ２３・・・・・固定子枠 ２４・・・・・吸引磁石 ２５・・・・・端子 ３０・・・・・磁気シ−ルド板 ３１・・・・・ヨ−ク部 ３２・・・・・駆動用ＩＣ ３３・・・・・ホ−ル素子 ３４・・・・・ホ−ル素子 ３５・・・・・ホ−ル素子 ３６・・・・・スロット
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年４月５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】このような配慮が欠けると、転流毎にコイ
ル駆動波形に転流タイミングずれ、振幅ずれを生じ、ロ
ータの回転角度位置によってトルクがバラツキ、回転む
らも増大することになる。本発明はこのような従来の欠
点を改善しようとするものであり、その目的は、位置検
出素子の配置を考慮することによって、コストを掛けず
に回転体固有の回転振れ偏芯の問題、さらにこれらの要
因から二次的影響を受ける磁気的結合のバラツキが生じ
てもそれらの影響を受けにくい位置検出素子の配置構造
を得ようとするものである。
ル駆動波形に転流タイミングずれ、振幅ずれを生じ、ロ
ータの回転角度位置によってトルクがバラツキ、回転む
らも増大することになる。本発明はこのような従来の欠
点を改善しようとするものであり、その目的は、位置検
出素子の配置を考慮することによって、コストを掛けず
に回転体固有の回転振れ偏芯の問題、さらにこれらの要
因から二次的影響を受ける磁気的結合のバラツキが生じ
てもそれらの影響を受けにくい位置検出素子の配置構造
を得ようとするものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明によれば、位置検出素子により検出した信号
により回転子の磁極位置を検出しながら一定速度で回転
数制御を行なうＮ相（Ｎ≧２）のブラシレスＤＣモータ
において、上記各位置検出素子の間でなす（Ｎ−１）箇
所のロータの回転中心から見た空間角をθｉ（ｉ＝１〜
Ｎ−１でかつ０＜θｉ＜（２π／Ｎ）側とする）とし、
当該モータの機械的時定数をＫＭ（Ｓｅｃ）とすれば、
（１／ｎ）＊（θｉ／２π）＜ＫＭ（ただし、ｎはモー
タの回転数、ｉ＝１〜Ｎ−１）の式を満たすように（Ｎ
−１）箇所のロータの回転中心から見た空間角をθｉに
設定したことを特徴とするブラシレスＤＣモータが提供
される。また、上記位置検出素子は等間隔に配設されて
おり、また上記位置検出素子は固定子磁極間のスロット
内に配置されている。そしてこの位置検出素子は、ホー
ル素子であるとよい。
め、本発明によれば、位置検出素子により検出した信号
により回転子の磁極位置を検出しながら一定速度で回転
数制御を行なうＮ相（Ｎ≧２）のブラシレスＤＣモータ
において、上記各位置検出素子の間でなす（Ｎ−１）箇
所のロータの回転中心から見た空間角をθｉ（ｉ＝１〜
Ｎ−１でかつ０＜θｉ＜（２π／Ｎ）側とする）とし、
当該モータの機械的時定数をＫＭ（Ｓｅｃ）とすれば、
（１／ｎ）＊（θｉ／２π）＜ＫＭ（ただし、ｎはモー
タの回転数、ｉ＝１〜Ｎ−１）の式を満たすように（Ｎ
−１）箇所のロータの回転中心から見た空間角をθｉに
設定したことを特徴とするブラシレスＤＣモータが提供
される。また、上記位置検出素子は等間隔に配設されて
おり、また上記位置検出素子は固定子磁極間のスロット
内に配置されている。そしてこの位置検出素子は、ホー
ル素子であるとよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】これらホール素子の配置に当っての絶対条
件は電気角で１２０°の位相をもたせることで、例えば
図９に示す従来例では、ホール素子３５の位置のみを考
えても、４ケ所あることがわかる。すなわち、固定子巻
線５Ｈ、及びその角度を空間的に９０°シフトした固定
子巻線５Ｋ、固定子巻線５Ｂ、固定子巻線５Ｅの４つで
ある。しかし本発明ではホール素子３３を、固定子巻線
２２ｈと２２ｉの間と決め、残る２つのホール素子３
４、３５が相並ぶように空間的に最も近接させて（図５
では３つのホール素子３３、３４、３５の空間角が最小
となる配設方法である）いることである。結果として３
つのホール素子３３、３４、３５は９０゜の中心角の範
囲に収まっている。
件は電気角で１２０°の位相をもたせることで、例えば
図９に示す従来例では、ホール素子３５の位置のみを考
えても、４ケ所あることがわかる。すなわち、固定子巻
線５Ｈ、及びその角度を空間的に９０°シフトした固定
子巻線５Ｋ、固定子巻線５Ｂ、固定子巻線５Ｅの４つで
ある。しかし本発明ではホール素子３３を、固定子巻線
２２ｈと２２ｉの間と決め、残る２つのホール素子３
４、３５が相並ぶように空間的に最も近接させて（図５
では３つのホール素子３３、３４、３５の空間角が最小
となる配設方法である）いることである。結果として３
つのホール素子３３、３４、３５は９０゜の中心角の範
囲に収まっている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧野 賢一 静岡県磐田郡浅羽町浅名1743−１ ミネベ ア株式会社開発技術センタ−内 (72)発明者 大屋敷 剛敏 静岡県磐田郡浅羽町浅名1743−１ ミネベ ア株式会社開発技術センタ−内
Claims (7)
- 【請求項１】位置検出素子により検出した信号により回
転子の磁極位置を検出しながら一定速度で回転数制御を
行なうＮ相（Ｎ≧２）のブラシレスＤＣモ−タにおい
て、 上記各位置検出素子の間でなす（Ｎ−１）箇所のロ−タ
の回転中心から見た空間角をθｉ［ｒａｄ］（ｉ＝１〜
Ｎ−１でかつ０＜θｉ＜２π／Ｎ側とする）とし、当該
モ−タの機械的時定数をＫM （Ｓｅｃ）とすれば、 （１／ｎ）＊（θｉ／２π）＜ＫM （ただし、ｎ（ｒｐｓ）はモ−タの回転数、ｉ＝１〜Ｎ
−１） の式を満たすように（Ｎ−１）箇所のロ−タの回転中心
から見た空間角をθｉに設定したことを特徴とするブラ
シレスＤＣモ−タ。 - 【請求項２】一定回転数ｎ（ｒｐｓ）とモ−タの機械的
時定数ＫＭ（Ｓｅｃ）との関係が以下の条件を満たす請
求項１に記載したブラシレスＤＣモ−タ。 １／ｎ＞ＫM - 【請求項３】上記位置検出素子のＮ−１箇所のロ−タの
回転中心からみた空間角が等しく配設されていることを
特徴とする請求項１に記載のブラシレスＤＣモ−タ。 - 【請求項４】上記位置検出素子は固定子磁極間のスロッ
ト内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載
のブラシレスＤＣモ−タ。 - 【請求項５】上記位置検出素子は、ホ−ル素子であるこ
とを特徴とする請求項１に記載のブラシレスＤＣモ−
タ。 - 【請求項６】上記ブラシレスＤＣモ−タは、フロッピ−
ディスク駆動用のブラシレスＤＣモ−タであることを特
徴とする請求項１に記載のブラシレスＤＣモ−タ。 - 【請求項７】上記ブラシレスＤＣモ−タは扁平型である
ことを特徴とする請求項５に記載のブラシレスＤＣモ−
タ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04464595A JP3475195B2 (ja) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | ブラシレスｄｃモ−タ |
| US08/609,943 US6320288B1 (en) | 1995-03-03 | 1996-02-29 | Brushless DC motor |
| EP96301424A EP0730336B1 (en) | 1995-03-03 | 1996-03-01 | Brushless DC motor |
| DE69625110T DE69625110T2 (de) | 1995-03-03 | 1996-03-01 | Bürstenloser Gleichstrommotor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04464595A JP3475195B2 (ja) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | ブラシレスｄｃモ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08251897A true JPH08251897A (ja) | 1996-09-27 |
| JP3475195B2 JP3475195B2 (ja) | 2003-12-08 |
Family
ID=12697187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04464595A Expired - Fee Related JP3475195B2 (ja) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | ブラシレスｄｃモ−タ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6320288B1 (ja) |
| EP (1) | EP0730336B1 (ja) |
| JP (1) | JP3475195B2 (ja) |
| DE (1) | DE69625110T2 (ja) |
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| JP2010011637A (ja) * | 2008-06-27 | 2010-01-14 | Hitachi Ltd | 永久磁石回転電機及びそれを用いたエレベータ用巻上機 |
| JP2016046855A (ja) * | 2014-08-20 | 2016-04-04 | シナノケンシ株式会社 | モータ装置及び駆動装置 |
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| GB0130149D0 (en) * | 2001-12-18 | 2002-02-06 | Johnson Electric Sa | Electric motor |
| US6819068B2 (en) * | 2002-09-20 | 2004-11-16 | Sunonwealth Electric Machine Industry Co., Ltd. | Brushless DC motor having dual hall sensor |
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| US7323835B2 (en) * | 2006-05-01 | 2008-01-29 | Delphi Technologies, Inc. | Brushless DC motor actuator having remote commutation sensing apparatus |
| JP5104179B2 (ja) * | 2007-10-09 | 2012-12-19 | パナソニック株式会社 | モータとそれを用いた電子機器 |
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| KR20130039517A (ko) * | 2011-10-12 | 2013-04-22 | 삼성전기주식회사 | 스핀들 모터 |
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| JP6304175B2 (ja) * | 2015-08-19 | 2018-04-04 | 株式会社デンソー | 電動機 |
| JP2018117429A (ja) * | 2017-01-17 | 2018-07-26 | 東京パーツ工業株式会社 | ブラシレスモータ |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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