JPH099598A - 電動機及び電動機の駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ホール素子の厚さに影響されることなくより
薄型化が可能な電動機及びその駆動制御装置を提供す
る。 【構成】 電動機１００は、円周方向に交互に極性が異
なるｎ個（ｎ＝２ｍ；ｍは自然数）の着磁領域を有し、
回転軸６の中心軸に垂直な仮想平面上に配置した磁石２
と、仮想平面に平行な平面上に配置され磁石に回転駆動
力を与えるための複数のコイルを有するコイル部３と、
を備えた電動機であって、磁石２の回転半径外の位置で
あって磁石の回転時に極性の変化を検知可能な位置に配
置され、回転位置検出信号Ｓを出力する回転位置検出手
段７を備える。また、駆動制御装置は、回転位置検出信
号Ｓが入力され、回転位置検出信号Ｓに基づいて、コイ
ル部３に供給すべき電流方向を制御する電流制御手段１
０を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動機及び電動機の駆
動制御装置に係り、特に家庭用電化製品や情報およびＯ
Ａ機器たとえばＣＤ（Compact Disk）プレーヤ、ＤＡＴ
（Digital Audio Tape）プレーヤ、ラジオカセットプレ
ーヤ、ＣＤ−ＲＯＭ（Compct Disk-Read Only Memory）
プレーヤ、ＦＤＤ（Flexible Disk Drive）装置、カメ
ラ等に使われるＤＣブラシレスモータ及びその駆動制御
装置に関する。

【０００２】電動機（以下、モータという。）は、様々
な分野において使用されており、各分野において望まれ
る機能に基づき、巻線及びマグネットの種類並びに駆動
方式が選択されている。

【０００３】モータの種類としては、例えば、扇風機や
水道ポンプや洗濯機などには交流モータ（ほとんどが誘
導モータである。）が使用され、ＦＤＤ装置、ＣＤ−Ｒ
ＯＭプレーヤ、ＶＴＲ（Video Tape Recorder）あるい
はファクシミリなどにはＤＣモータ（ほとんどがブラシ
レスＤＣモータである。）が使用され、アンテナ駆動や
ワイパーの駆動などにはステッピングモータが使用され
ている。

【０００４】ところで、最近のＯＡ（Office Automatio
n）機器などには、ＤＣモータが使用されている。

【０００５】使用される主な理由としては、 １．広い回転速度範囲で、動作が安定している。

【０００６】２．応答が高速である。 ３．小型で高出力である。

【０００７】４．マイコンによる制御を行う場合の信頼
性が高い。が挙げられる。

【０００８】特にＤＣモータは、オーディオ用ＣＤプレ
ーヤをはじめとする、ＬＤ（Laservision Disk）プレー
ヤ、ＣＤ−ＲＯＭプレーヤ、追記型光ディスクドライブ
装置、書換え可能な光磁気ディスクドライブ装置などの
光ディスクプレーヤ／レコーダに多く使用されている。

【０００９】より具体的には、光ディスクを回転させる
ためのスピンドルモータ、光ピックピップを移動させる
フィードモータ、光ディスクの取り出しに使われるロー
ディングモータなどとして使用されている。

【００１０】さらに、他の分野においても、様々な方面
への応用と高性能化への開発が活発に行われている。

【００１１】

【従来の技術】最近では、ポータブルタイプのヘッドホ
ンステレオプレーヤ、ＣＤディスクプレーヤ、ＣＤ−Ｒ
ＯＭプレーヤなどが多く製品化されており、使用される
機構部品に要求されるのは、薄型、小型であり、かつ、
低消費電力であることである。

【００１２】そのため、各機構部品に搭載されるＤＣモ
ータに対しても同様に薄型・小型・低消費電力がもとめ
られている。

【００１３】ここで、ＤＣモータについて詳細に説明す
る。ＤＣモータは、大別すると、ＤＣブラシ付モータと
ＤＣブラシレスモータとがある。

【００１４】さらに、ＤＣブラシレスモータは、マグネ
ットとコイルの配置によって２種類に分けられている。

【００１５】第１のＤＣブラシレスモータは、回転軸に
対してマグネットとコイルがわずかな隙間をもって同心
円方向（ラジアル方向）に配置しているラジアルギャッ
プモータである。

【００１６】第２のＤＣブラシレスモータは、回転軸と
垂直にマグネットが取り付けられており、当該マグネッ
トの回転軸に垂直な面に平行にコイルがわずかな隙間を
もって配置されている面対向モータ（あるいはスラスト
ギャップモータ）と呼ばれるものである。

【００１７】製品として考えると、モータの厚みが約７
ｍｍ以上のものであると上記の２種類のモータどちらで
も構成可能である。

【００１８】しかしながら、そのモータの厚みが約７ｍ
ｍ以下の超薄型のモータ構成が必要となった場合は、ラ
ジアルギャップモータはコアのＬ長がある程度必要とい
うことにより、面対向モータしか構成出来ない。

【００１９】ここで、薄型のヘッドホーンステレオプレ
ーヤで代表的に使われている従来の超薄型ＤＣブラシレ
ス面対向モータの構成について図５を参照して説明す
る。

【００２０】ＤＣブラシレスモータ３００は、磁束を一
定方向に集中して発生させるための金属板で形成され回
転ヨーク１１と、４極若しくは８極等のように偶数極設
けられ、円周方向に沿って交互に極性（Ｎ／Ｓ）が反転
するように着磁されたマグネット１２と、基板（厚さ約
１ｍｍ）に数十ミクロンの幅の銅泊を精密にプリントし
たハイブリッドタイプ（ＨＰコイルとかＦＰコイルと呼
ばれる）のコイル基板１３と、金属板で形成され、回転
ヨーク１と対向する固定ヨーク１４と、コイル基板３及
び固定ヨーク４を固定するためのベース部材５と、ステ
ンレス鋼などの材質で形成され、回転ヨーク１１および
マグネット１２に圧入あるいは接着されることにより固
定された回転軸１６と、マグネット１２に起因する磁場
を検知することによりホール効果より電流が発生するこ
とにより回転位置検出信号を出力するホール素子１７
と、光ディスクを載置するためのターンテーブル１８、
とを備えて構成されている。

【００２１】この場合において、コイル基板３を用いた
理由は、一般的な巻線を用いたコイルでは厚みが普通３
〜６ｍｍ程度となるので、モータの厚みを薄く構成させ
るためである。

【００２２】ここで、上記従来のＤＣブラシレスモータ
の動作について説明する。ホール素子１７がマグネット
１２の極性（Ｎ／Ｓ）の切替わりに基づいて回転検位置
検出信号を図示しない外部の駆動制御回路に出力する。

【００２３】この場合において、ホール素子１７は、整
流子として機能し、コイル基板１３上に形成されたプリ
ントコイルに次々に電流を流す。

【００２４】これにより、コイル基板１３に発生した磁
場は、回転ヨーク１１、マグネット１２及び固定ヨーク
１４に回転力に変換され、回転軸１６及びターンテーブ
ル１８は回転することとなる。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来のＤＣブラシレスモータでは、コイル基板１３上にホ
ール素子７が配置されており、このホール素子１７の厚
さは薄いタイプのものでも０．６ｍｍ程度あるため、モ
ータの薄型化の妨げとなってしまうという問題点があっ
た。

【００２６】そこで、本発明の目的は、ホール素子の厚
さに影響されることなくより薄型化が可能な電動機及び
その駆動制御装置を提供することにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、円周方向に交互に極性が異
なるｎ個（ｎ＝２ｍ；ｍは自然数）の着磁領域を有し、
回転軸の中心軸に垂直な仮想平面上に配置した磁石と、
前記仮想平面に平行な平面上に配置され前記磁石に回転
駆動力を与えるための複数のコイルを有するコイル部
と、を備えた電動機であって、前記磁石の回転半径外の
位置であって前記磁石の回転時に前記極性の変化を検知
可能な位置に配置され、回転位置検出信号を出力する回
転位置検出手段を備えて構成する。

【００２８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記回転位置検出手段の少なくとも前記磁
石の外周部側の外形形状は、磁石の外周部の回転軌跡に
沿った円弧形状を有しているように構成する。

【００２９】請求項３記載の発明は、円周方向に交互に
極性が異なるｎ個（ｎ＝２ｍ；ｍは自然数）の着磁領域
を有し、回転軸の中心軸に垂直な仮想平面上に配置した
磁石と、前記仮想平面に平行な平面上に配置され前記磁
石に回転駆動力を与えるための複数のコイルを有するコ
イル部と、を備えた電動機であって、前記磁石は、略ド
ーナツ形状を有し、外周部分の厚さが内周部分の厚さよ
り薄くなっており、前記外周部分の厚さと前記内周部分
の厚さとが等しいと仮定した場合の前記磁石の形状と、
前記磁石の実際の形状と、の差に起因する空隙に前記磁
石の回転時における前記極性の変化を検知して回転位置
検出信号を出力する回転位置検出手段を備えて構成す
る。

【００３０】請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求
項３の電動機を駆動する電動機の駆動制御装置におい
て、前記回転位置検出信号が入力され、前記回転位置検
出信号に基づいて、前記コイル部に供給すべき電流方向
を制御する電流制御手段を備えて構成する。

【００３１】

【作用】請求項１記載の発明によれば、回転位置検出手
段は、磁石の回転半径外の位置に配置され、磁石の回転
時に極性の変化を検知して回転位置検出信号を出力する
ように構成されているので、電動機の厚さを増加させる
ことなく回転位置検出信号を出力することができる。

【００３２】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明の作用に加えて、回転位置検出手段の少なくと
も磁石の外周部側の外形形状は、磁石の外周部の回転軌
跡に沿った円弧形状を有しているので、回転位置検出手
段を磁石に近接して配置することができ、検出感度を向
上させることができる。

【００３３】請求項３記載の発明によれば、磁石は、略
ドーナツ形状を有し、外周部分の厚さが内周部分の厚さ
より薄くなっており、外周部分の厚さと内周部分の厚さ
とが等しいと仮定した場合の磁石の形状と、磁石の実際
の形状と、の差に起因する空隙に回転位置検出手段を備
えているので、電動機の厚さを増加させることなく回転
位置検出信号を出力することができる。

【００３４】請求項４記載の発明によれば、電流制御手
段は、回転位置検出信号が入力され、回転位置検出信号
に基づいて、コイル部に供給すべき電流方向を制御する
ので、確実に回転制御を行うことができる。

【００３５】

【実施例】次に図面を参照して本発明の好適な実施例を
説明する。

【００３６】（第１実施例）図１に第１実施例のＤＣブ
ラシレスモータの断面図を示す。

【００３７】ＤＣブラシレスモータ１００は、金属板で
形成され、磁束を一定方向に集中して発生させるための
回転ヨーク１と、４極若しくは８極等のように偶数極設
けられ、円周方向に沿って交互に極性（Ｎ／Ｓ）が反転
するように着磁されたマグネット２と、基板（厚さ約１
ｍｍ）に数十ミクロンの幅の銅泊を精密にプリントした
ハイブリッドタイプのコイル基板３と、金属板で形成さ
れ、回転ヨーク１と対向する固定ヨーク４と、コイル基
板３及び固定ヨーク４を固定するためのベース部材５
と、ステンレス鋼などの材質で形成され、回転ヨーク１
およびマグネット２に圧入あるいは接着されることによ
り固定された回転軸６と、マグネット２の回転半径外の
位置に設けられ、マグネット２に起因する磁場の変化を
検知しホール効果により回転位置検出信号Ｓを出力する
ホール素子７と、光ディスクを載置するためのターンテ
ーブル８、とを備えて構成されている。

【００３８】ここで、ＤＣブラシレスモータの動作につ
いて説明する。ホール素子７がマグネット２の極性（Ｎ
／Ｓ）の切替わりに基づいて回転検位置検出信号Ｓを駆
動制御回路１０に出力する。

【００３９】この場合において、ホール素子７は、整流
子として機能し、駆動制御回路１０は、コイル基板３上
に形成されたプリントコイルに次々に電流を流す。

【００４０】これにより、コイル基板３に発生した磁場
は、回転ヨーク１、マグネット２及び固定ヨーク４に回
転力に変換され、回転軸６及びターンテーブル８は回転
することとなる。

【００４１】本第１実施例によれば、ＤＣブラシレスモ
ータの厚さ方向のサイズがホール素子７をマグネット２
の回転半径外のマグネット２の近傍に配置しているの
で、ＤＣブラシレスモータの厚さにホール素子７の厚さ
が影響することはなくなり、その分ＤＣブラシレスモー
タの厚さを低減することができる。

【００４２】より具体的には、約０．６ｍｍの薄型化を
達成することができる。さらに、回転側ヨーク１と固定
側ヨーク４との距離（ギャップ長Ｌ）を短くすることが
でき、そのギャップ間磁束密度はギャップ長Ｌの２乗で
比例して増加するので約３０％程度トルクが増大し、低
消費電力化が図れることとなる。

【００４３】ところで、ホール素子７は磁気の極性（Ｎ
／Ｓ）を検知するチップ電子部品であり、実際はモール
ド成形品としてパッケージ化されている。

【００４４】ホール素子７は、マグネットの磁気力に比
例して起電圧を発生するので、例えば、図２（一つのホ
ール素子内蔵）若しくは図３（３個のホール素子内蔵）
に示すようにマグネットと近接しているパッケージの少
なくとも一部をＲ形状（円弧形状）にすることよりマグ
ネット２と接近でき、より検出感度を向上させることが
できる。

【００４５】（第２実施例）次に本発明の第２実施例に
ついて図面を参照して説明する。

【００４６】図４に第２実施例におけるＤＣブラシレス
モータの断面図を示す。図２において、図１の第１実施
例と同一若しくは同様の部分には同一の符号を付し、そ
の詳細な説明を省略する。

【００４７】ここでは、本第２実施例におけるＤＣブラ
シレスモータ２００のマグネット２Ａとホール素子７Ａ
の配置について説明する。

【００４８】本第２実施例おいて、マグネット２Ａは、
ほぼドーナツ形状を有するとともに、外周部分の厚さＴ
Oが内周部分の厚さＴIより薄くなっており（外周部分と
内周部分で段差がある）外周部分の厚さＴOと内周部分
の厚さＴIとが等しいと仮定した場合のマグネット２Ａ
の形状と、マグネット２Ａの実際の形状と、の差に起因
する空隙、すなわち、マグネット２Ａの段差の部分に対
応するコイル基板３上にホール素子７Ａを配置してい
る。

【００４９】この結果、ＤＣブラシレスモータの厚さ方
向のサイズが従来のＤＣブラシレスモータの厚さ方向の
サイズより約０．８ｍｍ薄くなっている。

【００５０】さらに、回転側ヨーク１と固定側ヨーク４
との距離（ギャップ長Ｌ）を短くすることができ、その
ギャップ間磁束密度はギャップ長Ｌの２乗で比例して増
加するので約３０％程度トルクが増大し、低消費電力化
が図れることとなる。

【００５１】従って、トルクを低下させることなく、モ
ータの薄型化を達成することが可能となる。

【００５２】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、回転位置
検出手段は、磁石の回転半径外の位置に配置され、磁石
の回転時に極性の変化を検知して回転位置検出信号を出
力するように構成されているので、電動機の厚さを増加
させることなく回転位置検出信号を出力することがで
き、電動機の薄型化を図ることができる。さらに実際の
ＤＣブラシレスモータにおいては、回転位置検出手段の
物理的な大きさに起因する回転ヨーク及び固定ヨークの
ギャップ長の増加が原理的に発生せず、より高トルク、
低消費電力のＤＣブラシレスモータを構成することが可
能となる。

【００５３】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明の作用に加えて、回転位置検出手段の少なくと
も磁石の外周部側の外形形状は、磁石の外周部の回転軌
跡に沿った円弧形状を有しているので、回転位置検出手
段を磁石に近接して配置することができ、検出感度を向
上させることができ、高精度の制御を行える。

【００５４】請求項３記載の発明によれば、磁石は、略
ドーナツ形状を有し、外周部分の厚さが内周部分の厚さ
より薄くなっており、外周部分の厚さと内周部分の厚さ
とが等しいと仮定した場合の磁石の形状と、磁石の実際
の形状と、の差に起因する空隙に回転位置検出手段を備
えているので、電動機の厚さを増加させることなく回転
位置検出信号を出力することができるので、電動機の厚
さを増加させることなく回転位置検出信号を出力するこ
とができ、電動機の薄型化を図ることができる。さらに
実際のＤＣブラシレスモータにおいては、回転位置検出
手段の物理的な大きさに起因する回転ヨーク及び固定ヨ
ークのギャップ長の増加が原理的に発生せず、より高ト
ルク、低消費電力のＤＣブラシレスモータを構成するこ
とが可能となる。

【００５５】請求項４記載の発明によれば、電流制御手
段は、回転位置検出信号が入力され、回転位置検出信号
に基づいて、コイル部に供給すべき電流方向を制御する
ので、確実に回転制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例のＤＣブラシレスモータ（断面）と
駆動制御回路の接続説明図

【図２】ホール素子のパッケージ外観図

【図３】ホール素子のパッケージ外観図

【図４】第２実施例のＤＣブラシレスモータの断面図

【図５】従来のＤＣブラシレスモータの断面図

【符号の説明】

１ 回転ヨーク ２ マグネット ３ コイル基板 ４ 固定ヨーク ５ ベース部材 ６ 回転軸 ７ ホール素子 ８ ターンテーブル １００、２００ ＤＣブラシレスモータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円周方向に交互に極性が異なるｎ個（ｎ＝
   ２ｍ；ｍは自然数）の着磁領域を有し、回転軸の中心軸
   に垂直な仮想平面上に配置した磁石と、前記仮想平面に
   平行な平面上に配置され前記磁石に回転駆動力を与える
   ための複数のコイルを有するコイル部と、を備えた電動
   機であって、前記磁石の回転半径外の位置であって前記
   磁石の回転時に前記極性の変化を検知可能な位置に配置
   され、回転位置検出信号を出力する回転位置検出手段を
   備えたことを特徴とする電動機。
2. 【請求項２】請求項１記載の電動機において、前記回転
   位置検出手段の少なくとも前記磁石の外周部側の外形形
   状は、前記磁石の外周部の回転軌跡に沿った円弧形状を
   有していることを特徴とする電動機。
3. 【請求項３】円周方向に交互に極性が異なるｎ個（ｎ＝
   ２ｍ；ｍは自然数）の着磁領域を有し、回転軸の中心軸
   に垂直な仮想平面上に配置した磁石と、前記仮想平面に
   平行な平面上に配置され前記磁石に回転駆動力を与える
   ための複数のコイルを有するコイル部と、を備えた電動
   機であって、前記磁石は、略ドーナツ形状を有し、外周
   部分の厚さが内周部分の厚さより薄くなっており、前記
   外周部分の厚さと前記内周部分の厚さとが等しいと仮定
   した場合の前記磁石の形状と、前記磁石の実際の形状
   と、の差に起因する空隙に前記磁石の回転時における前
   記極性の変化を検知して回転位置検出信号を出力する回
   転位置検出手段を備えたことを特徴とする電動機。
4. 【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の
   電動機を駆動する電動機の駆動制御装置において、前記
   回転位置検出信号が入力され、前記回転位置検出信号に
   基づいて、前記コイル部に供給すべき電流方向を制御す
   る電流制御手段を備えたことを特徴とする電動機の駆動
   制御装置。