JPS6230461Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はブラシレスモータにおける回転位置検
出機構と回転速度検出機構に関するもので、きわ
めて簡単な構成で回転位置検出機構と回転速度検
出機構を備えたブラシレスモータを提供しようと
するものである。

従来より、回転軸に連結されたロータマグネツ
トの回転位置を検出して前記ロータマグネツトに
対向して配置された複数個のステータコイルに順
次通電、あるいは通電方向を変化させて前記ロー
タマグネツトの回転を持続させる形式のブラシレ
スモータにおいては、前記ロータマグネツトの回
転位置を検出する位置検出器にはホール素子など
の磁気感応素子を用いたものが最も一般的であつ
た。

位置検出器にホール素子が最も多く用いられて
いる理由としては、ロータマグネツトに対向させ
て複数個のホール素子を配置するだけで位置検出
器が構成出来るため、ブラシレスモータとしての
構造がシンプルになり、大型機から小型機まで構
造設計の自由度が大きいこと、最も多く用いられ
ている４端子のホール素子は正負両方向の出力が
取り出せるために駆動回路の構成が簡単になるこ
となどがあげられる。

その他の位置検出器としては発光素子と受光素
子と反射板あるいは透過板を組み合わせたものや
ロータマグネツトの回転位置によつてコイルのリ
アクタンスが変化するのを利用するものが提案あ
るいは実用化されているが、いずれもホール素子
を用いる方法に比べて構造が複雑になつたり、駆
動回路の構成が複雑になると云う欠点があつた。

ところで、この種のブラシレスモータは一般に
回転速度を一定に保つために速度制御されること
が多く（例えばレコードプレヤーやテープレコー
ダなど）、ロータマグネツトの回転速度を何らか
の方法で検出する非要がある。

回転速度の検出器としては制御精度が向上する
などの理由でいわゆる周波数発電機、つまり回転
速度の変化を周波数の変化として取り出すものが
最も多く用いられている。

周波数発電機の実際例としては、多極着磁され
た検出マグネツト（ロータマグネツトと一体に回
転する）に発電コイルを対向させたもの、発光素
子と受光素子の間を多数の縞を有する透過板を回
転させるものなどがあるが、いずれにしても先に
述べた回転位置検出器とは別に回転速度検出器を
設けなければならず、この種のブラシレスモータ
の構造がかなり複雑になると云う問題があつた。

本考案はロータフレーム上に光の反射によつて
回転位置を検出するための識別トラツクを設け、
さらに回転速度の検出のための識別トラツクをも
同じ箇所に設け、回転位置検出用の識別トラツク
からの反射光を検出して位置検出信号とし、回転
速度検出用の識別トラツクからの反射光を検出し
て速度検出信号とするべく構成して、きわめて簡
単な構造のブラシレスモータを実現するものであ
る。

第１図は本考案の一実施例におけるレコードプ
レヤー用のダイレクトドライブブラシレスモータ
の構造の一例を示したもので、同図において回転
軸１にはロータボス２が嵌入され、前記ロータボ
ス２の第１の外径部２ａにはロータフレーム３の
内径部３ａが嵌入されてからかしめ固定され、前
記ロータフレーム３にはロータマグネツト４が固
着され（接着などの方法による）、さらに、前記
ロータボス２の第２の外径部２ｂには前記ロータ
クレーム３に黒色のシート状円板５をはさむ形で
３種類の回転識別トラツクを有するステンレス製
の回転識別板６の内径部が嵌入されてからかしめ
固定されている。

一方、ステータフレーム７の中央部の円形穴７
ａには、前記回転軸１を支承するための軸受８が
嵌入されてからかしめ固定され、さらに前記軸受
８の底部にはプラスチツク製のスラスト受け部９
がねじ止めされて、前記ロータマグネツト４と前
記ステータフレーム７のギヤツプを調節出来るよ
うになつている。

また、前記ステータフレーム７上には回転磁界
を発生するためのステータコイル１０ａと１０ｂ
が前記回転軸１をはさんで対角の位置に固着され
ている。

さらに、前記ステータコイル１０ａおよび１０
ｂの上部には共通基板（プリント基板）１１が取
り付けられ、前記共通基板１１には発光ダイオー
ド１２、フオトトランジスタ１３および１４、ま
た前記発光ダイオード１２の後方にはフオトトラ
ンジスタ１５が取り付けられている。

第２図はこれら内部の構造をよりわかり易くす
るために示した内部構造図で、第２図ａは第１図
のロータ部分を下方から観た切り込み図であり、
第２図ｂは第１図のステータ部分を上方から観た
切り込み図である。

第２図ａからもわかるように円環状のロータマ
グネツト４の端面にはＮ極とＳ極交互に８極着磁
され、識別板６は回転軸１に対して同心円状の３
種類の回転識別トラツク６ａ，６ｂ，６ｃを有し
ている（これらのトラツクの孔部はフオトエツチ
ング加工されている）。

このうち互いに隣接したトラツク６ａ，６ｂが
回転位置の検出のための第１チヤンネルと第２チ
ヤンネルの識別トラツクであり、トラツク６ｃが
回転速度のための識別トラツクである。

これらの識別トラツクはいずれも光反射（図に
おいて白い部分で、これはステンレス製円板の素
地である。）と光吸収（図において黒い部分で、
これは黒色のシート状円板の素地である。）の縞
を有しているが、この縞は例えばロータフレーム
上に印刷などの手段によつて光吸収部をコーテイ
ングし、ロータフレーム素地を光反射部とするこ
とによつても形成することが出来るし、その場合
は部品点数が少なくなつて、モータの構成がより
シンプルになる。

なお、第２図ａにおいて識別トラツクの第１チ
ヤンネル６ａと第２チヤンネル６ｂ、さらには第
２チヤンネル６ｂと第３チヤンネル６ｃの間の光
反射部どうしの境界、あるいは光吸収部どうしの
境界が取り除かれている（すなわち、６ａと６ｂ
の光吸収部がつながつている）のは、これら識別
トラツクに対向して取り付けられる共通基板１１
の上に配置される発光ダイオード１２、フオトト
ランジスタ１３，１４，１５などに位置ずれが生
じた場合でも、それらの影響を出来る限り抑制す
るために各トラツクの径方向の幅を最大限広くす
るためであり、さらに識別板６の内径部がロータ
ボスの外径部に嵌入されているのは、前記識別板
６の取り付けにおいて識別トラツクが回転軸１に
対して偏心し、検出エラーもしくは検出むらが生
じるのを防止するためである。

さて、ステータコイルの配置は第２図ｂのよう
になつており、ステータコイル１０ａと１０ｄが
回転軸１を中心に機械角で67.5゜（電気角で３
π／２）だけ異ならせて配設され、さらに前記ス
テータコイル１０ａに対向して（回転軸１をはさ
んで）ステータコイル１０ｂ（図示せず）が配設
され、前記ステータコイル１０ｄに対向してステ
ータコイル１０ｃ（図示せず）が配設されてい
る。

ステータコイル１０ａ，１０ｄはプラスチツク
製のコイルボビン１６，１７に巻回されている
が、前記コイルボビン１６，１７の突起部１６
ａ，１７ａには共通基板１１がはめ込まれ、溶着
かしめによつて固定されている。

また、前記コイルボビン１６の下方の突起部１
６ｂ，１６ｃ（第１図）はステータフレーム７の
穴部にはめ込まれ、溶着かしめによつて固定され
ている。

なお、前記共通基板１１の上には第２図ｂに示
すような位置関係で発光ダイオード１２、回転位
置検出用フオトトランジスタ１３，１５、回転速
度検出用フオトトランジスタ１４が取り付けられ
ている。

さて、第１図および第２図に示すような構造を
有するモータでは第１のステータコイル１０ａ，
１０ｂと第２のステータコイル１０ｃ，１０ｄは
それぞれ電気角でπ／２の奇数倍だけ異ならせて
配置されているので、例えば第１のステータコイ
ルに順方向電流を流してロータマグネツトの回転
角θに対する発生トルクＴが第３図ａの実線ａの
如くなつたとすると、逆方向電流を流したときに
は破線ａの如くなり、第２のステータコイルに順
方向電流を流したときのロータマグネツトの回転
角θに対する発生トルクＴは第３図ｂの実線ｂの
如くなり、逆方向電流を流したときには破線ｂの
如くなる。

ところで、回転識別板６の取り付け位置を適当
に調節することによつて（この取り付け位置はス
テータコイルの位置と発光ダイオードおよびフオ
トトランジスタの位置、さらにはロータマグネツ
トの磁極の位置によつて決定される。）フオトト
ランジスタ１３，１５はそれぞれ発光ダイオード
１２からの光が識別トラツク６ａ，６ｂ上で反射
した反射光を検知するから、その出力信号は第３
図ｃ，ｄに示す如くなる。

したがつて、例えばフオトトランジスタ１３の
出力P₁が高電圧のときには第１のステータコイル
に順方向電流を流し、低電圧のときには逆方向電
流を流すように第１の駆動回路を構成し、フオト
トランジスタ１５の出力P₂が高電圧のときには第
２のステータコイルに順方向電流を流し、低電圧
のときには逆方向電流を流すように第２の駆動回
路を構成することによつて、ロータマグネツトは
一定方向に回転するようになる。

なお、第３図において回転角θの数値は機械角
を示し、カツコ内が電気角を示している。

第４図はこのような駆動回路と、ロータマグネ
ツトの回転速度を一定に保つための速度制御系を
備えたブラシレスモータの電子回路の主要部を示
した回路結線図であり、回転位置および回転速度
検出器１００を構成する発光ダイオード１２、フ
オトトランジスタ１３，１４，１５はそれぞれ抵
抗１８，１９，２０，２１を通して給電され、前
記フオトトランジスタ１３の出力はトランジスタ
２２，２３，２４，２５，２６、抵抗２７，２
８，２９，３０、コンデンサ３１，３２，３３に
よつて構成された第１の駆動回路１０１に印加さ
れ、前記フオトトランジスタ１５の出力は同様の
構成の第２の駆動回路１０２に印加されている。

前記第１の駆動回路１０１，１０２の出力端子
間にはそれぞれ、第１のステータコイル１０ａ，
１０ｂ、第２のステータコイル１０ｃ，１０ｄが
直列に接続されている。

一方、速度検出用フオトトランジスタ１４の出
力は抵抗３４、コンデンサ３５、コンパレータ３
６によつて構成された高域増幅器に印加され、前
記コンパレータ３６の出力はワンシヨツトマルチ
バイブレータ３７に印加されて、前記ワンシヨツ
トマルチバイブレータ３７の出力は抵抗３８とコ
ンデンサ３９によつて構成された積分回路を経
て、一方の入力端子に基準電圧源４０が印加され
たコンパレータ４１に印加され、前記コンパレー
タ４１の出力は抵抗４２を介してパワーコントロ
ール用トランジスタ４３のベースに印加されてい
る。

前記フオトトランジスタ１４からパワートラン
ジスタ４３までの回路構成は、ロータマグネツト
の回転速度を周波数の高低で検出し、検出した周
波数をワンシヨツトマルチバイブレータ３７と積
分回路によつて電圧に変換し、変換された電圧と
基準電圧を比較してロータマグネツトの回転速度
を一定に保つための速度制御系を形成している。

なお、第４図において端子１０３はプラス側給
電端子である。

さて、第４図において、フオトトランジスタ１
３に反射光が入射しない場合には前記フオトトラ
ンジスタ１３のコレクタは高電圧になり、トラン
ジスタ２２，２３のベース・エミツタ間に電流が
流れる。

このため第１の駆動回路１０１を構成するトラ
ンジスタのうち、トランジスタ２２，２３，２６
がオン状態になり、トランジスタ２４，２５はオ
フ状態になつてステータコイル１０ａ，１０ｂに
順方向電流が流れる。（一般に、コイルに流れる
電流の方向で、どちらが順方向か逆方向かの区別
はないが、ここではステータコイルへの通電方向
の反転のもようをわかり易くするために、仮に、
トランジスタ２６のコレクタからトランジスタ２
３のコレクタへ流れる電流の方向を順方向とす
る。） フオトトランジスタ１３のコレクタが低電圧に
なると、トランジスタ２２，２３はオフ状態にな
り、同時にトランジスタ２６もオフ状態になり、
トランジスタ２４，２５がオン状態になつて、そ
の結果、ステータコイル１０ａ，１０ｂには逆方
向電流が流れる。

これらの動作はフオトトランジスタ１５の出力
信号によつて動作する第２の駆動回路１０２、第
２のステータコイル１０ｃ，１０ｄについても全
く同様である。

すなわち、第４図の構成において、フオトトラ
ンジスタ１３，１５の出力が高電圧のときに第１
のステータコイル１０ａ，１０ｂ、第２のステー
タコイル１０ｃ，１０ｄにそれぞれ順方向電流が
流れ、フオトトランジスタ１３，１５の出力が低
電圧のときには第１のステータコイル１０ａ，１
０ｂ、第２のステータコイル１０ｃ，１０ｄにそ
れぞれ逆方向電流が流れるのでロータマグネツト
は一定方向に回転を続ける。

以上の説明から明らかなように本考案のブラシ
レスモータは、光反射および吸収を利用してロー
タマグネツトの回転位置と回転速度の検出を同一
平面上に配置された、すなわち、共通基板上に取
り付けられた受光素子によつて行なつているた
め、従来のように別個に周波数発電機を設ける場
合に比べると構造がきわめてシンプルになり、ま
た、モータの組立時間も短縮出来ると云う利点が
ある。

また、回転位置の検出信号と回転速度の検出信
号はいずれも受光素子（本考案の実施例ではフオ
トトランジスタを用いているが、Cds光導電セ
ル、あるいはフオトダイオードなど他の受光素子
を用いることも出来る）の出力信号であるので、
ステータコイルへの通電方向切換もしくはスイツ
チングによる磁気ノイズの影響を受けたり、ある
いは位置検出信号と速度検出信号の相互干渉もな
く（例えば、コイルのリアクタンス変化を利用し
た位置検出方式と発電コイルによる回転速度検出
方式を併用すると相互干渉しやすくなる）、さら
には、フオトトランジスタ、フオトダイオードな
どはいずれもシリコンウエハー上に形成出来るか
ら、速度制御系、駆動回路部なども同一のICチ
ツプ上に一緒に構成することも出来（この場合に
は構成部品点数、とりわけ回路部品点数が非常に
少なくなる）、きわめて大なる効果を奏する。

さらに、本考案のブラシレスモータでは、回転
検出のための識別板をロータフレーム上のロータ
マグネツトの内周側のステータフレームに対向し
た位置に設けているため、外来光を遮断する特別
な部材を必要としないという利点を奏する。

なお、当然のことであるが、発光ダイオード
（発光素子）、フオトトランジスタ（受光素子）の
チツプをそれぞれ適当な間隔に配置したうえ、プ
ラスチツクで一体成形し、回転検出部分を一個の
部品とすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例にかかるブラシレス
モータの半截断面図、第２図ａは同モータにおけ
るロータ部の要部の下面図、第２図ｂは同モータ
におけるステータ部の要部の平面図、第３図はブ
ラシレスモータの回転原理を説明するための信号
波形図、第４図は第１図および第２図に示したブ
ラシレスモータを定速回転させるための回転速度
制御系ならびに駆動回路の主要部を示した回路結
線図である。 １……回転軸、２……ロータボス、３……ロー
タフレーム、４……ロータマグネツト、６ａ，６
ｂ，６ｃ……識別トラツク、６……識別板、７…
…ステータフレーム、８……軸受、１０ａ，１０
ｂ，１０ｃ，１０ｄ……ステータコイル、１１…
…共通基板、１２……発光ダイオード、（発光素
子）、１３，１４，１５……フオトトランジスタ
（受光素子）。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 少なくとも一方の端面上にＮ極とＳ極が交互
   に着磁された円環状のロータマグネツトと、前
   記ロータマグネツトを回転軸に固定するため前
   記ロータマグネツトに固着されたロータフレー
   ムと、前記ロータマグネツトの着磁面に対向し
   た位置に回転磁界を発生するための複数個のス
   テータコイルが配設されるとともに、中央部に
   は前記回転軸を支承するための軸受部が設けら
   れたステータフレームと、前記ロータフレーム
   上の前記ロータマグネツトの内周側の前記ステ
   ータフレームに対向した位置に固着され、前記
   回転軸に対して同心円状であつて、光反射およ
   び吸収の縞を有する回転位置検出用の識別トラ
   ツクと回転速度検出用の識別トラツクを有する
   識別板と、径方向の直線上に少なくとも２個の
   受光素子と１個の発光素子が外周側から回転速
   度検出用の受光素子、発光素子、回転位置検出
   用の受光素子の順で同一平面上に配置され、前
   記識別トラツクに対向させて前記ステータフレ
   ーム上に固定された共通基板と、前記発光素子
   からの前記識別板での反射光に基づく前記受光
   素子の出力信号によつて前記ステータコイルの
   通電状態を変化させる駆動回路を具備してなる
   ブラシレスモータ。 (2) 同心円状に隣接させて配置された少なくとも
   ２種類の回転位置検出用の識別トラツクを有
   し、前記識別トラツクの第１チヤンネルの光反
   射部と第２チヤンネルの光反射部の境界と、第
   １チヤンネルの光吸収部と第２チヤンネルの光
   吸収部の境界を取り除いた識別板を具備してな
   る実用新案登録請求の範囲第１項記載のブラシ
   レスモータ。 (3) 回転軸に嵌入させたロータボスの第１の外径
   部に内径部を嵌入させて固定されたロータフレ
   ームと、前記ロータボスの第２の外径部に内径
   部を嵌入させて固定された識別板とを具備して
   なる実用新案登録請求の範囲第２項記載のブラ
   シレスモータ。