JPH09322509A - エンコーダ付ブラシレスモータ用ロータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンコーダを構成する磁石の着磁が容易であ
り、さらにはロータ駆動用の磁石と該エンコーダ用の磁
石とを一回の着磁工程で同時に得ることができ、そして
組立てが容易でしかも少ない組立工程で製造することが
できるエンコーダ付ブラシレスモータ用ロータの提供。 【解決手段】 円板状のヨークの裏面に、外周縁に沿う
ように駆動用磁石がリング状に配置されたブラシレスモ
ータ用ロータにおいて、前記のヨークの表面であって、
前記の駆動用磁石のリングの内径より短い径の同心円上
に少なくとも一つの穴が設けられ、該穴内に磁性粉及び
バインダを含有する磁気組成物からなる磁石が充填され
たブラシレスモータ用ロータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気式エンコーダ
付ブラシレスモータに有用なロータ及びその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ブラシレスモータは、電圧変化に対する
リニアな回転特性、高速回転及び長寿命を実現できると
いう利点を有するため、フロッピーディスクドライブ
（ＦＤＤ）、ＣＤプレーヤ等の安定した回転数が要求さ
れる電気機器に使用されている。特にこれらの機器に使
用されるブラシレスモータは、サーボ技術により回転数
が目標値に制御されている。この制御システムとして
は、例えばエンコーダによりロータ（回転子）の回転数
を回転信号として検知するセンサ部と、この回転信号に
基づいてロータの回転数を目標値に設定する制御部で構
成されたものが挙げられる。前記のエンコーダの種類と
しては、検出方法の違いから光学式と磁気式がある。磁
気式エンコーダとしては、例えば、ロータの回転軸を包
囲するように配置した円筒状の或いはリング状の多極磁
石と、該多極磁石が回転することにより交番する磁気を
検出するホール素子やＭＲ素子とで構成したものが知ら
れている。この多極磁石は、例えば図６に示すように円
筒状或いはリング状の磁性材料８を一定の角速度で回転
させながら、この回転に同期させてコイル７の電流を交
番し、該磁性材料８の周面に多数のＮ極及びＳ極が交互
に連続して現れるように着磁したものである。しかし、
このような製造方法では１回の着磁処理で１つ多極磁石
しか製造できないという欠点がある。また交番する磁気
の検出解像度が高いエンコーダにするためには極の着磁
幅が微細な多極磁石を用いなければならず、このような
多極磁石を製造するためには微細なコイルに強磁界を発
生させることができる複雑な構造の着磁装置を用いなけ
ればならないという欠点がある。また多極磁石はこのよ
うな煩雑な着磁工程を必要とすることから、ロータに配
置された駆動用磁石の着磁と同時に行うことができなか
った。また多極磁石は重いバルク磁石であるため、これ
を取り付けたロータは回転エネルギの損失が大きいとい
う欠点がある。また正確に回転数を検知するものを得る
ためにはロータと多極磁石の回転軸を正確に一致させる
必要があり、組立工程が煩雑になるという欠点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、エン
コーダを構成する磁石の着磁が容易であり、さらにはロ
ータ駆動用の磁石と該エンコーダ用の磁石とを一回の着
磁工程で同時に得ることができ、そして組立てが容易で
しかも少ない組立工程で製造することができるエンコー
ダ付ブラシレスモータ用ロータ及びその製造方法を提供
することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来の磁気
式エンコーダのように、多極磁石の磁気の交番を検出す
るのではなく、エンコーダ用の磁石の単極（Ｎ極又はＳ
極）のみを利用して該磁石の磁気の有無を検出すること
により、上記課題を解決することができることを見出し
て本発明に到達した。

【０００５】即ち、本発明は、円板状のヨークの裏面
に、外周縁に沿うように駆動用磁石がリング状に配置さ
れたブラシレスモータ用ロータにおいて、前記のヨーク
の表面であって、前記の駆動用磁石のリングの内径より
短い径の同心円上に少なくとも一つの穴が設けられ、該
穴内に磁性粉及びバインダを含有する磁気組成物からな
る磁石が充填されたブラシレスモータ用ロータを提供す
る。

【０００６】また、本発明は、リング状の平面を周に沿
う方向に偶数個に等分したそれぞれの区域内で該平面に
対して垂直な方向に発生させた磁力線であり、かつ隣合
う区域における該磁力線の方向が互いに逆向きである磁
力線と；前記の平面のリングの内径より短い径の同心円
内で該同心円が形成される面に対して垂直な方向に発生
させた磁力線とが共存する磁場中で着磁処理して、リン
グ状の駆動用磁石と磁気組成物からなる磁石を同時に形
成する工程を含むことを特徴とする前記のエンコーダ付
ブラシレスモータ用ロータの製造方法を提供する。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００８】本発明のロータは、例えば図２に示すよう
に、モータの界磁（図示しない）と円板状のヨーク２に
支持された駆動用磁石３との作用により、回転軸ｅを中
心に回転する。このとき磁気検出素子５（例えば、ホー
ル素子、ＭＲ素子、コイル等）は、ヨーク２の表面の穴
４内に充填された磁気組成物からなる磁石１（以下、エ
ンコーダ用磁石という）の磁気を検知する。そして、エ
ンコーダ用磁石１が複数の場合を例にとると、各エンコ
ーダ用磁石１の磁気を検知した磁気検出素子５は、検知
信号ｃをＣＰＵ等の演算装置６に発信する。検知信号ｃ
を受信した演算装置６は演算データｄを出力する。この
ときエンコーダ用磁石１の外側表面が例えば図２に示す
ようにＮ極で構成されている場合には、演算データｄ
は、図５に示されるような波形データとして出力するこ
とができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明のエンコーダ付ブラシレスモー
タ用ロータ及びその製造方法を図を参照しながら具体的
に説明する。エンコーダ付ブラシレスモータ用ロータ 図１は本発明のエンコーダ付ブラシレスモータ用ロータ
の一例を示す斜視図である。図２は、図１における中心
軸ｅを通る面で切断された縦断面図である。

【００１０】本発明のロータは、例えば図１、図２に示
すように、円板状のヨーク２の裏面に、外周縁に沿うよ
うに駆動用磁石３がリング状に配置されたものである。
ヨークとしては公知のものを使用することができ、ロー
タの基本構造となる円板状の部分を有していれば特に制
限はない。従って、例えば図４に示すように、周縁が円
板面に対しほぼ垂直に曲がって所謂カップ状となったも
のであってもよい。またロータの形式も制限はなくアウ
ターロータ型モータに使用するヨークであってもよい。
ヨークの材質は公知のものでよく、例えば軟質磁性材料
を好適に使用することができ、具体的には、軟磁鉄鋼板
等が挙げられる。

【００１１】駆動用磁石としては、ヨークの裏面にリン
グ状に配置できればよく、例えば小片の磁石をＮ・Ｓの
極性が交互になるようにリング状に連ねて配置してもよ
く、或いはリング状の強磁性体にＮ・Ｓの極性が交互に
なるように着磁したものでもよいが、ロータの製造が容
易になる点でリング状の強磁性体に着磁したものが好ま
しい。Ｎ極又はＳ極が交互に表れる区域が合計で６〜４
８個の範囲が好ましい。駆動用磁石の磁化方向として
は、モータにおける界磁用電磁石の配置位置によって適
宜に設計することができ、例えば図１に示すようにリン
グの回転軸ｅを垂線とする面側にＮ極及びＳ極が交互に
現れるような方向であってもよく、また図２に示すよう
にリングの周面側にＮ極及びＳ極が交互に現れるような
方向であってもよい。なお駆動用磁石とエンコーダ用磁
石とを同時に着磁する場合には回転軸ｅを垂線とする面
側にＮ極及びＳ極が交互に現れるような着磁方向が好ま
しい。駆動用磁石の材質は公知のものでよく、例えば焼
結磁石、ボンド磁石、ゴム磁石等を好適に使用すること
ができる。

【００１２】本発明のロータは、ヨークの表面に少なく
とも１つ、好ましくは複数のエンコーダ用磁石が配置さ
れている。エンコーダ用磁石の配置位置は、前記の駆動
用磁石のリングの内径より短い径の同心円上である必要
がある。なお駆動用磁石とエンコーダ用磁石がヨークを
介して重なる場合には、一般的にフェライト磁石を使用
しているエンコーダ用磁石の磁気がフェライト磁石より
も保磁力の大きい駆動用磁石の磁気に干渉されるため、
正確なロータの回転数が検出できなくなる。またエンコ
ーダ用磁石が複数の場合は、各磁石を円上に等間隔に配
置するのが好ましい。そのときのエンコーダ用磁石の具
体的な数は、ヨークの大きさに応じて適宜に設計でき、
解像度の点で可能な限り多くすることが好ましいが、通
常、エンコーダ用磁石を配置する円に沿った長さ（ｃ
ｍ）当たり１〜１００個程度でよい。エンコーダ用磁石
は図１、図２に示すように、ヨーク２に設けた穴４内に
充填されている。穴はヨークを打ち抜いた貫通孔であっ
てもよいが、穴内における駆動用磁石の保持性を勘案す
ると、図１及び図２に示すような底を有する穴が好まし
い。穴の開口部の形状は、特に制限はなく、例えば多角
形、円、楕円、線状等が挙げられる。また開口部の形状
が例えば楕円、線状等のような一方向に長い穴は、ヨー
クの遠心方向と穴の長さ方向を一致させて配置するのが
好ましい。本発明のロータは、このようなヨークの穴に
磁性粉及びバインダを含有する磁気組成物からなるエン
コーダ用磁石が充填されたものである。エンコーダ用磁
石の磁化方向は、特に制限はなく、一つのエンコーダ用
磁石に着目して具体的に説明すると、磁化方向と穴を設
けたヨーク面とのなす角度が０〜３６０度未満となるよ
うな角度から適当な角度を選択することができるが、磁
気の検出容易性及び着磁の容易性を勘案すると、磁化方
向がヨーク面に対して垂直な方向になるような角度（前
記の角度が９０度又は２７０度）に設定するのが好まし
い。磁化方向がヨーク面に対して垂直な方向であるエン
コーダ用磁石は、Ｎ極又はＳ極のいずれか一方のみが外
側表面に現れており、具体的には、例えば図２に示すよ
うに表面にＮ極のみが現れ、穴の底側にはＳ極が現れ
る。別の例では逆に表面にＳ極のみが現れ、この場合穴
の底側にはＮ極が現れる。ロータの製造方法 本発明のロータの製造方法としては、例えば、前記の
ヨークの所定箇所にエンコーダ用磁石を充填する穴を設
け、該穴に磁性粉及びバインダを含有する磁気組成物を
充填し、充填した磁気組成物を固化する工程、固化した
磁気組成物に着磁する工程、及び駆動用磁石をヨークの
所定箇所に配置する工程を含む方法；前記のヨークの
所定箇所にエンコーダ用磁石を充填する穴を設け、該穴
に磁性粉及びバインダを含有する磁気組成物を充填し、
充填した磁気組成物を固化する工程、後に駆動用磁石と
なる強磁性体を所定箇所にリング状に配置する工程、後
述する磁場中で着磁処理して、リング状の駆動用磁石と
エンコーダ用磁石を同時に形成する工程を含む方法等が
挙げられる。

【００１３】(i)磁気組成物の調製 前記の磁性粉としては、例えば、ＳｍＣｏ₅ 系磁性粉、
Ｓｍ₂ Ｃｏ₁₇系磁性粉、ＳｍＦｅＮ系磁性粉、ＮｄＦｅ
Ｂ系磁性粉、フェライト系磁性粉、アルニコ系磁性粉等
が挙げられる。

【００１４】本発明の製造方法に用いるバインダとして
は、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を用いることができ
る。熱可塑性樹脂としては、例えば、天然ゴム；ポリイ
ソブチレン、ポリイソプレン、イソプレン−イソブチレ
ンゴム（ブチルゴム）、スチレン−ブタジエンゴム、ス
チレン−ブタジエン−スチレンゴム(SBS) 、スチレン−
イソプレン−スチレンゴム(SIS) 、スチレン−エチレン
−ブチレン−スチレン(SEBS)、エチレン−プロピレンタ
ーポリマー(EPT又はEPDM) 等の合成ゴム；ポリ（メタ）
アクリル酸のアルキルエステル等のアクリル系樹脂のよ
うなガラス転移温度の低いポリマー；ポリ塩化ビニル(P
VC) 、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA) 、その他の
熱可塑性樹脂などが挙げられる。またバインダの動的剪
断弾性率（以下、Ｇ’値という）を下げるために前記の
熱可塑性樹脂と共にＣ５、Ｃ９系等の合成樹脂；ロジン
エステル、テルペン樹脂、テルペンフェノール樹脂等の
天然樹脂をベースとした粘着付与樹脂；ジブチルフタレ
ート(DBP) 、ジ−２−エチル−ヘキシルフタレート(DO
P) 、流動パラフィン、トリブチルホスフェート、トリ
−２−エチルヘキシルホスフェート等の液状可塑剤など
を使用してもよい。これらのＧ’値低下剤は、ポリ塩化
ビニル(PVC) 、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA) を
用いる場合により効果的である。熱硬化性樹脂として
は、液状のものが好ましいが、粉末にして磁性粉と混合
する場合には特に制限はなく、例えばフェノール樹脂、
メラミン樹脂、ユリア樹脂、ポリエステル樹脂、エポキ
シ樹脂等が挙げられる。これらは硬化剤と共に使用する
ことができる。また公知の紫外線、電子線等の電離放射
線硬化性熱可塑性樹脂をバインダとして用いてもよい。

【００１５】磁性粉とバインダの配合比は、バインダ１
重量部に対して磁性粉が４重量部以上、好ましくは６重
量部以上である。

【００１６】磁気組成物には、硬化後の耐候性及び耐熱
性を向上させるために、さらに公知の酸化防止剤、老化
防止剤を添加することもできる。

【００１７】磁気組成物は、前記の磁性粉、バインダ等
の成分を、場合によっては有機溶媒とともに混合して調
製する。混合方法としては、特に制限はないが、例えば
有機溶媒を用いる場合にはボールミルを、また有機溶媒
を用いない場合はミキシングロールやバンバリーミキサ
ーを用いる方法が挙げられる。

【００１８】(ii)磁気組成物の穴への充填及び固化 磁気組成物の充填方法としては、特に制限はなく、例え
ば穴に磁気組成物をナイフコータ等を用いて充填すれば
よい。充填した磁気組成物の固化は、通常８０〜１６０
℃で１０秒間〜５分間程度加熱して行えばよい。 (iii) 着磁処理 本発明のロータにおいては、エンコーダ用磁石と駆動用
磁石とはそれぞれ別に着磁することも、同時に着磁する
こともできる。

【００１９】前記のの方法は、エンコーダ用磁石と駆
動用磁石とをそれぞれ別に着磁する方法である。この場
合、穴内の磁気組成物に着磁する前にヨークに駆動用磁
石（着磁後のもの）を配置した後に、磁場中で磁気組成
物に着磁してもよいが、予め磁気組成物に着磁してエン
コーダ用磁石とした後、駆動用磁石（着磁後のもの）を
所定位置に配置するのが好ましい。このの方法におけ
る着磁処理は公知の方法でよく、前述のエンコーダ用磁
石及び駆動用磁石を前述の磁化方向のものにすることが
できる方法であれば特に制限はない。

【００２０】前記のの方法、即ち、本発明の製造方法
はエンコーダ用磁石と駆動用磁石を１回の着磁処理で同
時に形成する方法である。前記の「後に駆動用磁石とな
る強磁性体」とは、着磁処理をしていない以外は駆動用
磁石と同一のものである。の方法では、固化した磁気
組成物を穴内に有するヨークの所定箇所に、前記の強磁
性体を配置した後、このヨークを次のような磁場中に配
置して着磁処理を行う。

【００２１】この磁場は、配置するヨークの回転軸ｅと
平行な方向で、かつ正逆２方向の磁力線が共存するもの
である。具体的に説明すると、例えば図３に示すよう
に、リング状の平面を周に沿う方向に偶数個に等分した
それぞれの区域（図３中、破線で表す）９内で該平面に
対して垂直な方向（図３の紙面に対して垂直な方向）に
発生させた磁力線であり、かつ隣合う区域における該磁
力線の方向が互いに逆向きである磁力線（以下、これを
磁力線Ｉという）、及び前記の平面のリングの内径より
短い径の同心円（図３中、一点鎖線で表す）内で該同心
円が形成される面に対して垂直な方向（図３の紙面に対
して垂直な方向）に発生させた磁力線（以下、磁力線II
という）とが共存する。

【００２２】磁力線Ｉは、前記の磁性体に着磁して駆動
用磁石を形成するための磁場を構成する。従って、磁力
線Ｉは、図３に示すように隣合う区域９に存在する磁力
線の方向が平行かつ互いに逆向きでなければならない。
具体的には、例えば図３に示すように、一の区域内に存
在する磁力線の方向は図３の紙面の裏から表に向かう方
向（図３中、Ａで示す記号で示す）であり、該区域に隣
接する区域に存在する磁力線の方向は紙面の表から裏に
向かう方向（図３中、Ｂで示す記号で示す）である。こ
のような磁場中に前記の磁性体を配置することにより、
図１に示すような駆動用磁石３を得ることができる。

【００２３】磁力線IIは、穴に充填した磁気組成物に着
磁してエンコーダ用磁石を形成するための磁場を構成す
る。磁力線IIは、図３の紙面に対して垂直な方向であれ
ば、正逆いずれの方向でもよく、例えば図３に示すもの
では紙面の裏から表に向かう方向の磁力線からなる磁場
中では、エンコーダ用磁石の表面に全てＮ極が現れたも
のを得ることができる。また逆に紙面の表から裏に向か
う方向の磁力線では、表面にＳ極が現れたものを得るこ
とができる。

【００２４】このような磁場を構成するには、発生させ
たい磁力線の方向毎にコイルを配置すればよい。具体的
に説明すると、例えば図３に示すような磁場において、
Ａで示す磁力線を発生させるには図３の紙面において、
左回りのコイルを配置すればよく、Ｂで示す磁力線は、
逆に右回りのコイルを配置すればよい。

【００２５】

【発明の効果】本発明のエンコーダ付ブラシレスモータ
用ロータは、エンコーダ用磁石の着磁パターンを極めて
微細にすることができるので、回転速度の検出解像度が
優れたエンコーダ付モータを得ることができる。またエ
ンコーダ用磁石の着磁が容易であり、簡単な方法でロー
タを得ることができる。また、エンコーダの構成部品と
して多極磁石のような別部材をロータに組み込む必要が
ないので、モータの組立工程が少なくなると共に生産コ
ストも低減できる。そして、本発明のロータの製造方法
は、駆動用磁石と該エンコーダ用磁石とを一回の着磁工
程で同時に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のロータを例示する斜視図である。

【図２】 本発明のロータの回転数の検知方法を例示す
る概念図である。

【図３】 本発明のロータの製造方法における着磁処理
に使用する磁場を例示する概念図である。

【図４】 本発明のロータに使用するヨークを例示する
断面図である。

【図５】 本発明のロータを用いて得た磁気の波形図で
ある。

【図６】 多極磁石の着磁方法を示す概念図である。

【符号の説明】

１・・・磁気組成物からなるエンコーダ用磁石 ２・・・ヨーク ３・・・駆動用磁石 ４・・・穴

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円板状のヨークの裏面に、外周縁に沿う
   ように駆動用磁石がリング状に配置されたブラシレスモ
   ータ用ロータにおいて、 前記のヨークの表面であって、前記の駆動用磁石のリン
   グの内径より短い径の同心円上に少なくとも一つの穴が
   設けられ、該穴内に磁性粉及びバインダを含有する磁気
   組成物からなる磁石が充填されたことを特徴とするエン
   コーダ付ブラシレスモータ用ロータ。
2. 【請求項２】 リング状の平面を周に沿う方向に偶数個
   に等分したそれぞれの区域内で該平面に対して垂直な方
   向に発生させた磁力線であり、かつ隣合う区域における
   該磁力線の方向が互いに逆向きである磁力線と；前記の
   平面のリングの内径より短い径の同心円内で該同心円が
   形成される面に対して垂直な方向に発生させた磁力線と
   が共存する磁場中で着磁処理して、リング状の駆動用磁
   石と磁気組成物からなる磁石を同時に形成する工程を含
   むことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ付ブラ
   シレスモータ用ロータの製造方法。