JPH087822Y2 - 偏平型ブラシレスモータ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この考案は、ヘッドホンステレオに適用して好適な偏
平型ブラシレスモータに関する。

「従来の技術」 従来、提案されている偏平型ブラシレスモータの一例
を第10図〜第13図に示す。

第10図において、１はプリント基板、２はモータの回
転軸、3a〜3f（第11図）はそれぞれ渦巻状偏平型駆動コ
イルであり、回転軸２を中心として環状に60°の角間隔
をもってプリント基板１上に装着配置される。回転軸２
を挟んで対向する一対のコイル同志（3aと3d、3bと3e、
3cと3f）は第13図に示すように互いに直列に接続され、
更にこれら３つの直列コイル（3x,3y,3zとする）がスタ
ー結線される。

４は回転子であり、回転軸２に取り付けられた回転板
５とその下面に取り付けられた磁石装置６とから構成さ
れている。なお、磁石装置６は第12図に示すように、回
転軸の回転方向に関して８個に分割された複数の磁石6a
〜6hから構成されている。

7a〜7cはそれぞれホール素子であり、駆動コイル3a〜
3f内においてプリント基板１上に装着されている。回転
子４の回転に伴って上記各ホール素子7a〜7cからパルス
を得、これらをタイミング信号として上記各駆動コイル
3x,3y,3zに対する電流の切り換えなすことにより、回転
子４の回転を継続させるようにしている。

「考案が解決しようとする課題」 ところで、上記した偏平型ブラシレスモータにおいて
は、駆動トルクをかせぐためには、駆動コイルにはほぼ
矩形波状の駆動信号が供給されるが、駆動信号が矩形波
であるためには、これにより電磁音等のノイズが生じや
すい問題点があった。

また、ホール素子7a〜7cを使用することにより、モー
タ全体の偏平化を阻害する一因となり、これら素子自体
の費用と更にこれら素子をプリント基板１に装着する手
数等により、モータ全体としてコストアップになるとい
う問題点もあった。

そこで、この考案では、このような問題点を簡単に解
決した偏平型ブラシレスモータを提案したものである。

「課題を解決するための手段」 上述の課題を解決するため、この考案においては、プ
リント基板上において、複数の偏平型渦巻状駆動コイル
が環状に配置され、この駆動コイルに対応して環状の磁
石装置が回転自在に設置され、駆動コイルに順次駆動電
流が切り換えられて供給されることにより、磁石装置を
取り付けた回転子が回転するように構成された偏平型ブ
ラシレスモータにおいて、 プリント基板の駆動コイル装着面とは反対面におい
て、各駆動コイルに対応してプリント配線されてなるセ
ンサコイルと、 このセンサコイルからの信号が入力され、波形整形さ
れた信号が出力される波形整形回路と、 この波形整形回路からの信号から、駆動コイルに対す
る駆動電流の切り換えをなすタイミング信号を発生する
タイミング信号発生回路とを有し、 センサコイルは、これから得られる出力信号の立ち上
がり及び立ち下がり部分が滑らかとなるパターン形状に
選定され、 モータの起動時では、波形整形回路からの信号をもっ
てタイミング信号が形成され、起動後は、センサコイル
からの信号をもってタイミング信号が形成され、 このタイミング信号により駆動コイルへの駆動電流が
切り換えられて回転が継続されるように構成されたこと
を特徴とするものである。

「作用」 この構成において、モータ自体としては、周知のよう
にプリント基板１上に複数の偏平型渦巻状駆動コイル3a
〜3fが装着され、これに回転体としての磁石装置６が対
向して配設された構成が採用される。

プリント基板１の駆動コイル装着面とは反対面には、
センサコイル10a〜10fが配置される。このセンサコイル
10a〜10fは駆動コイル3a〜3fと対向した位置において、
プリント配線により設けられる。

センサコイル10a〜10fの出力信号が波形整形回路12に
入力され、この回路12からの波形整形された出力信号が
タイミング信号発生回路13に入力され、ここにおいてタ
イミング信号を得、これにより駆動コイル3a〜3fに対す
る駆動電流の切換制御を行なっている。

また、センサコイル10a〜10fの配線パターンの幅が広
く形成され、これによってセンサコイル10a〜10fから発
生する電圧波形の立ち上がり部分および立ち下がり部分
が滑らかにされ、モータ回転起動後は、この電圧（信
号）により駆動コイル電流が制御され、これにより磁石
装置６すなわち回転子４の回転が継続され、騒音の発生
が逓減される。

「実施例」 続いて、この考案に係る偏平型ブラシレスモータの一
例について、第１図〜第９図を参照して詳細に説明す
る。

この考案における偏平型ブラシレスモータは、上記し
た従来のモータとほぼ同様な構成であり、従ってプリン
ト基板１上に駆動コイル3a〜3fが配置され、これら駆動
コイル3a〜3fに対して磁石装置６が対向される。しかし
従来のホール素子は使用されない。２はモータの回転
軸、４は回転子である。

駆動コイル3a〜3fの接続関係も従来と同様に、相対す
る一対のものが互いに直列に接続され、さらにスター結
線される。これら直列コイルを3x,3y,31zとする。

プリント基板１の駆動コイル3a〜3fの装着面とは反対
面に、センサコイル10a〜10fが配置される。これらセン
サコイル10a〜10fは駆動コイル3a〜3fと対向する位置に
選定され、しかも他の電気回路を構成する通常のプリン
ト配線と同時に、プリント手段により渦巻状に極めて薄
く形成される。

これら各センサコイル10a〜10fは駆動コイル3a〜3fに
対し、電気角にして０°に選ばれるが、必要に応じて30
°,60°,90°の電気角が選定される。

そして第２図および第３図に示すように、これら各セ
ンサコイル10a〜10fは、回転軸２を挟んで相対向するも
の同志（10aと10d、10bと10e、10cと10f）が互いに直列
に接続され、更にこれら３つの直列コイル（10x,10y,10
zとする）がスター接続されて、その接続点が直流電源1
1の正極端子に接続される。この直流電源11の負極は接
地される。

なお、センサコイル10a〜10fのうち、互いに120°の
角間隔をもったコイル、例えばコイル10a,10c,10eの３
つだけを使用し、他を省略できるが、上記のように６つ
のコイルの使用により、感度が向上する。

回転子４が回転すると、各磁石6a〜6hから生じる磁力
線が各センサコイル10a〜10fを横切るので、各直列セン
サコイル10x,10y,10zから第５図A,B,Cに示すほぼ正弦波
状の信号Sa,SbおよびScが得られる。

これらの信号Sa,Sb,Scは、第３図に示すタイミング信
号形成手段９に入力される。

この手段９は波形整形回路12、タイミング信号発生回
路13、三相タイミング切換回路14から構成される。

先ず、上記信号Sa,Sb,Scは波形整形回路12に入力さ
れ、第５図D,E,Fに示す波形整形された矩形波信号Ka,K
b,Kcが得られる。これらの各矩形波信号Ka,Kb,Kcは、信
号Sa,Sb,Scのそれぞれの正の半サイクルの期間に対応す
る。

矩形波信号Ka,Kb,Kcは次段のタイミング信号発生回路
13に入力される。

タイミング信号発生回路13内では、第５図G,H,Iに示
す反転信号ka,kb,kc（矩形波信号Ka,Kb,Kcの位相反転さ
れたもの）が形成され、更に信号KaとKb、KbとKc、Kcと
Kaとのそれぞれの論理積が計算され、第５図J,K,Lに示
すタイミング信号Pu,Pv,Pwが形成される。これら各タイ
ミング信号Pu,Pv,PwはそれぞれT/3＝120°の位相角を有
し、順次に出力される。

タイミング信号発生回路13からのタイミング信号Pu,P
v,Pwは次段の三相タイミング切換回路14に入力される。

この三相タイミング切換回路14内では更にタイミング
信号Pu,Pv,Pwの位相反転された反転信号Qu,Qv,Qwか得ら
れるが、これらの反転信号は図示しない。

三相タイミング切換回路14から得られるタイミング信
号Pu,Pv,Pw、反転信号Qu,Qv,Qwは次段のプリドライバ回
路15に入力されて増幅され、次段のトランジスタ群16お
よび17のベースにそれぞれ供給される。すなわち、信号
Puはトランジスタ16u,Pvは16v、Pwは16w、Quは17u、Qv
は17v、Qwは17wに供給される。また、タイミング信号Pu
と反転信号Quとが同時に、PvとQvとが同時に、PwとQwと
が同時に出力される。

トランジスタ16群はNPN、トランジスタ17群はPNP形式
のものが使用され、トランジスタ17群のエミッタは直流
電源端子18に接続され、トランジスタ16群のエミッタは
抵抗器19を通じて接地され、トランジスタ16wと17uとの
コレクタがコイル3xに、16uと17vとのコレクタがコイル
3yに、16vと17wとのコレクタがコイル3zにそれぞれ接続
されている。

いま、タイミング信号Puと反転信号Quとが出力される
と、トランジスタ16uと17uとがオンし、これらを通じて
電源端子18からコイル3x−3yに電流（Ｕ相電流）が流れ
る。信号PvとQvとの出力によりトランジスタ16vと17vと
がオンし、コイル3y−3zに電流（Ｖ相電流）が流れる。
信号PwとQwとの出力によりトランジスタ16wと17wとがオ
ンし、コイル3z−3xに電流（Ｗ相電流）が流れる。これ
らの各電流は互いに120°の位相差を有し、これらによ
って回転子４が回転される。回転子４の回転により、既
に説明したごとく各直列センサコイル10x,10y,10zから
起電圧を生じ、上述した動作により回転子４が連続回転
される。

上記した構成において、この考案では更に、第６図に
示すように、各センサコイル10a〜10fの巻幅がＤよりも
Ｄ′のごとく広く選ばれる。

この理由を説明すると、いまコイルの巻幅がＤのと
き、すなわち第７図Ａの場合は、コイルパターンの外側
のコイルａと内側のコイルｂとが近いため、両コイル部
分に誘起される電流は第８図Ａの曲線ａとｂとが示すよ
うに時間的に接近し、従ってコイル全体から得られる電
流も曲線ｃに示すように全体として急峻となる。

コイルの巻幅がＤ′のようにＤより大のとき、すなわ
ち第７図Ｂの場合は、コイルパターンの外側のコイルａ
と内側のコイルｂとが遠いため、両コイル部分に誘起さ
れる電流は第８図Ｂの曲線ａとｂとで示すように時間的
に離れ、従ってコイル全体から得られる電流も曲線ｃに
示すように、全体として滑らかとなる。

第９図Ａにこの考案によって直列センサコイル10x,10
y,10zから誘起される立ち上がりおよび立ち下がりの滑
らかな電圧（信号Sa,Sb,Sc）波形が示される。

この考案において、コイルの巻幅がＤ′のごとく選ば
れた理由は、このような立ち上がりおよび立ち下がりの
滑らかな信号Sa,Sb,Scが駆動電流の切換信号とされるた
めである。

モータの起動時は、比較的大きなトルクが必要である
から、このときはタイミング信号形成手段９から得られ
る矩形波状のタイミング信号（Pu,Pv,Pw）が駆動電流の
切換信号として使用され、ハードスイッチング動作が行
なわれる。起動後は大きなトルクは必要ないので、直列
センサコイル10x,10y,10zから誘起された信号Sa,Sb,Sc
が駆動電流の切換信号とされてソフトスイッチング動作
が行なわれる。

これにより、モータの回転時において駆動電流により
生じていた電磁音を抑圧できる。

第３図において示す30は、この切り換えのためのソフ
トスイッチング回路であり、モータの起動時はオフして
おり、起動後、回転が充分に立ち上がった時点でオンし
て上記タイミング信号Pu,Pv,Pwと交代して三相タイミン
グ切換回路14およびプリドライバ回路15を通じてトラン
ジスタ16,17に供給される。

なお、上記ハードスイッチングからソフトスイッチン
グへの切り換えは、モータの回転がほぼ正常になったこ
とが検出される速度制御回路21からの制御信号をもって
行い得る。この速度制御回路21は後述される。

波形整形回路12からの信号Ka,Kb,Kcはそれぞれ速度検
出回路20に供給される。

本実施例では、この速度検出回路20として、周波数発
電機（FG）を用いている。

このFG20内においては、矩形波信号KaとKb、KbとKc、
KcとKaとのそれぞれの論理積が計算されて第５図M,N,O
に示すパルスP1,P2,P3が形成され、更にこれらパルスP
1,P2,P3の論理和が計算されて第５図Ｐに示す信号P0が
得られる。この信号P0の周波数（パルスの繰り返し周波
数および振幅）は回転子４の回転速度に対応する。この
信号P0が次段の速度制御回路21に供給される。この回路
21は第４図に示すように構成され、信号P0はF/V変換回
路22で周波数・電圧変換されて積分回路23に供給され、
これよりパルス間隔に対応したレベルの直流電圧V0が得
られ、この電圧と電源25の基準電圧Veとが比較器24に供
給され、比較出力すなわち回転速度制御信号Vcが得られ
る。この基準電圧Veは回転子４の基準回転速度状態で積
分回路23から得られる電圧V0と等しく選ばれる。

回転速度制御信号Vcはプリドラスバ回路15に供給さ
れ、ここにおいて信号Vcに基づき、タイミング信号Pu,P
v,Pwの時間幅が制御されることにより、上記したＵ相、
Ｖ相、Ｗ相の電流の流通角が制御され、回転４の回転速
度が制御される。

なお、回転速度制御のためには、上記パルスP1,P2,P3
のうちの何れか一つを使用してもよいが、これらの論理
和値P0を使用することで、リップルのより少ない信号Vc
を得ることが可能となる。

波形整形回路12からの矩形波信号Ka,Kb,Kcが回転方向
検出回路26に入力され、モータの回転方向が検出され
る。すなわち第５図に示すように、矩形波信号Kaのオン
期間に対して次にオンする信号がKbであれば正回転、信
号Kaのオン期間に対して次にオンする信号がKcであれば
逆回転と判断される。

この回転方向検出回路26からの信号が次段の正／逆転
切換パルス発生回路27に入力され、手動操作によるパル
スの切り換えにより、三相タイミング切換回路14におい
て、タイミング信号発生回路13から入力されるタイミン
グ信号の出力順を切り換え、よって回転子４の回転方向
を変更するようにしている。

直列センサコイル10x,10y,10zからの信号Sa,Sb,Scは
更に回転停止検出回路28に入力され、これらの信号の有
無が検出される。もしこれらの信号がない場合は、次段
の起動発振回路29を動作させ、これから疑似タイミング
信号を発生させてこの信号によりモータを起動させ、直
列センサコイル10x,10y,10zから誘起電圧を生じさせ
て、モータの回転が継続されるようになされている。信
号Sa,Sb,Scの到来によって起動発振回路29の動作は停止
される。

上述のごとくしてモータの起動が行なわれ、その後そ
の回転制御が継続してなされる。

「考案の効果」 以上のように、この考案は、プリント基板の駆動コイ
ル装着面とは反対面に、各駆動コイルに対応してセンサ
コイルがプリント配線されており、しかもコイルの幅が
広く選ばれている。従って回転子の回転に伴ってセンサ
コイルから立ち上がりおよび立ち下がりが滑らかな信号
が得られ、これにより駆動コイルに対する駆動電流の切
り換えをしているので、いわゆる駆動信号のソフトスイ
ッチングが行なわれ、これにより従来の電磁音の発生を
大幅に抑圧することができる。

また、ホール素子を省略できるので、モータ全体を薄
型化でき、センサコイルをプリント手段により配線する
ので、他の配線と同時に設置でき、製造コストを低下さ
せることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案に係る偏平型ブラシレスモータの一例
を示す略線的断面図、第２図は第１図のII−II線上の断
面図、第３図は駆動回路のブロック図、第４図は第３図
の一部のブロック図、第５図はこの考案によるモータの
動作を説明するための波形図、第６図はセンサコイルの
平面図、第７図は第６図のVII−VII線上の断面図、第８
図は第７図で得られる信号の説明のための波形図、第９
図はこの考案によりセンサコイルから得られる信号およ
びその波形整形された信号の波形図、第10図は従来の偏
平型ブラシレスモータの一例を示す略線的断面図、第11
図はそのXI−XI線上の断面図、第12図は磁石装置の斜視
図、第13図は駆動コイルの接続状態を説明する回路図で
ある。 １……プリント基板 3a〜3f……駆動コイル ４……回転子 ６……磁石装置 10a〜10f……センサコイル 12……波形整形回路 13……タイミング信号発生回路 20……速度検出回路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】プリント基板上において、複数の偏平型渦
   巻状駆動コイルが環状に配置され、この駆動コイルに対
   応して環状の磁石装置が回転自在に設置され、上記駆動
   コイルに順次駆動電流が切り換えられて供給されること
   により、上記磁石装置を取り付けた回転子が回転するよ
   うに構成された偏平型ブラシレスモータにおいて、 プリント基板の駆動コイル装着面とは反対面において、
   各駆動コイルに対応してプリント配線されてなるセンサ
   コイルと、 このセンサコイルからの信号が入力され、波形整形され
   た信号が出力される波形整形回路と、 この波形整形回路からの信号から、上記駆動コイルに対
   する駆動電流の切り換えをなすタイミング信号を発生す
   るタイミング信号発生回路とを有し、 上記センサコイルは、これから得られる出力信号の立ち
   上がり及び立ち下がり部分が滑らかとなるパターン形状
   に選定され、 モータの起動時では、上記波形整形回路からの信号をも
   ってタイミング信号が形成され、起動後は、上記センサ
   コイルからの信号をもって上記タイミング信号が形成さ
   れ、 このタイミング信号により上記駆動コイルへの駆動電流
   が切り換えられて回転が継続されるように構成されたこ
   とを特徴とする偏平型ブラシレスモータ。