JPS6339450A - ブラシレスモ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈発明の分野〉 本発明はブラシレスモータの位置検出又は回転検出に関
し、特に、前記各検出を磁気抵抗素子（以下ＭＲ素子と
称する）で行なうことに関する。

〈従来技術〉 （従来の技術の説明） 従来、速度検出手段としては、磁気誘動によるコイル発
電式や光学式によるものがある。磁気抵抗素子によるも
のとしては、通常第７図のように構成される。２．　４
．　７．　８はロータを構成し、ロータの外周部分に信
号マクネット２．が取り付けられ信号マグネットは外周
部に多極着磁され、ＭＲ素素子−所定の位置に固定され
る。ＭＲ素素子−より信号マグネットからの信号磁界を
検出し、回転速度を検出する。

（従来技術の問題点） このような単一点検出ては、信号波長が短（なるに伴い
、機械精度（軸振れ、外周面振れ等）の影響が顕著に検
出レベルの変動を生む。又、短波長化により信号磁界の
強さも小さくなり、従ってＭＲ素子からの出力も小さく
なる。近年のモータの小型化に伴うロータイナーシャの
低減、及び低速化に対応するためにＦＧ周波数を高くす
る必要がある。そのためには上記例では、外周の着磁数
を多くすることになる。すなわち短波長化することにな
る。ところが、短波長化にも限度があり、又、機械精度
も誤差を小さく抑えることには限りがある。

したがって上述した検出レベル変動、測定誤差を生じる
。

回転位置検出手段としては、第７図のメインマグネット
４の漏れ磁束をホール素子により拾い磁極の極性を判別
し、モータのコイル５へ流す電流の切り換えを行ってい
る。このホール素子による切り換えが最も一般的である
が、メインマグネット４からの漏れ磁束を拾うために例
えば、ステータヨーク６に穴、もしくは切り欠きを設け
て、そこにホール素子を配置する。ところがこの穴、又
は切り欠きがモータのトルク変動を生ずる原因となり、
コギンク成分になる。又、機械精度が要求され、ホール
素子配置の位置の誤差がコイル５へ流す電流の切り換え
誤差になりトルク変動を生じ、メインマクネツｌ−４の
対向面に穴、及び切り欠きを設けることは、モータの回
転ムラを悪化させる原因になり、好ましくない。そこで
、ヨーク６にホール素子用の穴も切り欠きも設けず、ホ
ール素子をマクネットとステータヨーク６の間に配置す
るとき、小径、偏平モータの場合、問題になるのは素子
の大きさ、厚みである。又、第７図に示ずモータは３相
全波駆動であるが、３相コイルの切り換えを行うには通
常ホール素子を３個必要とする。この場合ホール素子か
らの配線が計８本となり、配線基板上スペースを取る。

〈本発明の課題〉 本発明は位置信号検出のための手段として磁気抵抗素子
をローターマグネットに対して対向する平面基盤上に薄
膜形成することにより前述従来の問題点を解決する。

更に本発明はブラシレスモーフの駆動制御として必要な
位置信号検出とともに、ローターの回転速度検出も前記
位置信号検出用ＭＲ素子と同一平面」−に薄膜形成する
ことを可能としたブラシレスモーフを提供する。

く課題達成のための手段〉 本発明は前記課題達成のために、ローターマグネットと
対向する平面基盤又はヨーク上に出力軸の中心を径中心
とした内径Ｒａと外径Ｒｂの同心円で囲まれた放射線上
に長さＲｂ−Ｒａで所定幅寸法のＭＲ素子を固定し、該
ＭＲ素子のよ・下端を隣り合うＭＲ素子と導線で直列に
接続してジグザグ状の円弧パターンを形成し、該ジグサ
グ状円弧パターンの両端をローターマグネット位置信号
取出端子に導くように構成する。

更に回転速度検出用ＭＲ素子を上記位置信号検出用ＭＲ
素子の内径又は外径位置に薄膜形成し、該ＭＲ素子の両
端を出力端子に継ぐようにし信号検出を行なうようにす
る。

〈実施例の説明〉 第１図は本発明のモータの断面図。第２図はＭＲ素子を
固定した平板の平面図。第３図はＭＲ素子のジグザグパ
ターンの部分拡大図を示す。

図において、１０はモータを示し、１２は磁性体材料か
らなるヨークで円板状を成す。１４はＭＲＲ子保持用基
盤を示し第３図に図示するＭＲ素素子科料蒸着等により
固着している。１６は界磁コイルを示し、該コイルＩ６
は絶縁基板上に固着した銅泊を渦巻コイル状にエツチン
グ成形したコイル等を用いる。前記ヨーク１２・ＭＲＲ
子保持用基盤１４・昇磁コイル１６は絶縁剤を介して一
体的に固定されてモータのステーターを形成する。１８
は第４図に図示する如くに着磁したマグネット（Ｍｇ）
で、該マクネットには出力軸２０を垂直に嵌合する。２
２はローターヨークを示す。出力軸２０・マグネット１
８・ローターヨーク２２てモータのロータを形成し、前
記ステータ一部分と出力軸２０は不図示の軸受部材によ
って回転嵌合している。

次に第２図及び第３図のＭＲ素子の説明を行なう。

プリント配線板等の基盤１４の平面に絶縁処理を施こし
、第３図示のようにＭＲＲ子材料を蒸着固定する。

１４Ａ・１４．Ｂ・１４Ｄは出力軸の中心Ｏを中心に１
２０゜の角度に振り分けらられており、該１４Ａ・１４
Ｂ・１４ｒ）の各ＭＲ素子は位置検出用素子を形成する
。

各ＭＲ素子１４Ａ・１４Ｂ・１４Ｄは第３図に示すよう
に形成する。

即ち、各ＭＲ素子は径中心Ｏを出力軸の軸芯とした内径
側半径Ｒａと外径側半径Ｒｂとした同心円弧を描き、内
径円弧部のピッチをＤｌ、外径円弧部のピッチをＤ２と
した間隔にして各ＭＲ素子１４ａ、・１４ａ２・・・・
・・を蒸着又はスパッタリング等の薄膜成形技術によっ
て前記基盤上に固定する。各ＭＲ素子は内径側及び外径
側をそれぞれ導線２４Ａ・２４Ｂで直列に結ぶ。

他のＭＲ素子１４Ｂ及び１４Ｄも前述１４Ａと同様に形
成する。１４Ｐは円形基盤１４より突出した信号取出端
子部を示し、上記端子部１４Ｐには信号取出し用の端子
Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅを設ける。端子Ａは基盤上の最外側
の導体部２６と継り、導体部２６の他端は前述ＭＲ素子
１４Ａの内径側又は外径側の一部と接続する。ＭＲ素子
１４Ａの他端側は導線２８と接続し、該導線２８は接地
端子Ｅと継る。ＭＲ素子１４Ｂの一端は取出端子Ｂと接
続し、ＭＲ素子１４Ｂの他端は導線２８及び接地端子Ｅ
と継る。ＭＲ素子１４Ｄの一端１４Ｄ、は導線２８と接
続し、ＭＲ素子１４Ｄの他端は取出用端子りと継る。

以上の結線により各ＭＲ素子１４Ａ・１４Ｂ・１４Ｄは
それぞれ取出端子Ａ−Ｂ−Ｄと接地端子Ｅ間に接続され
る。３０は回転数検出用パターンを示し、該パターン２
８は前述位置検出用ＭＲ素子と同様に形成する。即ち、
径中心Ｏを中心として内径側半径ＲＣ１外径側半径ＲＤ
とし半径Ｒｃ−ＲＤの同心円で囲まれた部分に円Ｏの中
心からの放射線上に長さくＲＤ−Ｒｃ）て幅一定のパタ
ーンで各ＭＲ素子を固定し各ＭＲ素子の上端及び下端を
導線で直列に結ぶ。回転数検出用ＭＲ素子の一端は取出
用端子Ｃに接続し、他端は接地用端子Ｅに接続する。

ＭＲパターンの直列に接続された各々の素子の各抵抗を
ＭＲｋとここで呼ぶことにする。ｋは始点にある素子か
ら終点にある素子まで順に１．　２．　３゜・・・・・
とする。すなわち、始点から終点まで素子がβ個直列に
つながっているとき、順にＭＲ，、ＭＲ２゜−・・・・
ＭＲｋ、　　ＭＲ、ｆｌ’とそれぞれの素子の抵抗値を
表わす。

第４図は本実施例のメインマグネット４のＭＲパターン
と対向する面を表わす図で、８極に着磁されＮ極、Ｓ極
が交互に配列される。マグネットの内径及び外径の中心
点Ｏは同じてあり、またＭＲパターンの中心点Ｏに一致
しているものとする。又、着磁数は８極に限定するもの
でない。

ＭＲ素子の比抵抗値をρとし、磁界Ｈによる変化率を１
００γ％とする。いま、メインマグネットからの信号磁
界Ｈを Ｈ（θ）＝Ｈ（、ｓｉｎθ （θはメインマグネットの電気角、Ｈｏは定数）・・・
（１）と表わしたとき、ρをθの関数として、ρ（θ）
　−Ｐ、）−７Ｐｏ”　Ｈ，２＊　５ｉｎ２θ　　　・
−（２）（’、’Ｈ，，Ｐｏは定数） で定義する。（２）を変形する。

／：１（０）”Ｐｏ　［（１−７Ｈ１”／２）＋（７Ｈ
１”／２）　ＣＯ３２θ）＝　Ｐｌ　＋　Ｐ２　ｃｏｓ
２θ　　　　　　　　・・・（３）（°ｐ、−ｐ。（１
７Ｈ１”／２）、Ｐ２＝ＰＯγＨ１”／２）ここてＭＲ
素子を各々！間隔で並べたとき、（３）よりθの関数と
して ＭＲｋ（θ）＝Ｒ，＋Ｒ２ｃｏｓ２　　ｉｏ＋（ｋ−１
）Ａ＋　　−（４）（’−’Ｒ１，Ｒ２は定数） と表わせる。

ＭＲパターン３０について説明する。

パターン３０は全周にわたっている。メインマグネット
の着磁数を２Ｎとする。いま、０≦θくπて間隔ｌでｍ
個、ＭＲ素子を直列に接続する。この区間の総抵抗Ｍ　
Ｒ［ｏ、　ｙｒコ（θ）は（４）よりＭＲ［ｏπ］（θ
）＝ΣｉＲ、十Ｒ２ｃｏｓ２　（θ＋（ｋ−１）　ｆ）
］ｋ＝１ ・・・・・（５） （ただしｍ！≠ｎπ　（ｎ＝０．１．２・・・・・・）
）と表わせる。区間［０，２Ｎπ）にわたり繰り返され
るものとすれば、 と表わせる。

以」−より、ＭＲパターンの直列に接続された始点と終
点の間の抵抗値は、周期関数となり、この変化を調べる
ことにより回転位置検出できる。

ＭＲパターン１４　Ａ　、　　１４　Ｂ　、　　１．４
　Ｄについて説明する。

ＭＲパターンは（２ｎ＋］）個直列に接続され１４Ａ。

１４Ｂ、］、４Ｄの各パターンの（ｎ＋１）番目のＭＲ
素子は互いに（−＋ｍπ）だけメインマグネット（ｍ＝
ｏ、Ｉ、２・） の電気角で位相がずれている。又、各パターンの各素子
は互いにメインマクネットの電気角でｄの等間隔て直列
に接続する。したがって各パターンの総抵抗ＭＲａＥｌ
は ＭＲａｌｌ（θ）＝（２ｎ＋１）Ｒ＋＋Ｒ２ｃｏｓ２θ
＋Ｒ２Σｃｏｓ２　（θ＋（ｋ−１）ｄ）ｋ＝１ ・・・・・・（７） 以」−より１４Ａ、］４Ｂ、＋４Ｄのパターンは得られ
る波形の電気角て％πずれた信号波形となり（第５図参
照）メインマクネットの回転位置検出のための信号を得
られ、モータのコイル相の切り換えの信号に利用できる
。

第６図は本発明の他の実施例である。パターンの考え方
は全く同じて、特に回転速度検出用のパターンを使って
高い周波数の信号が必要である場合メインマクネットと
は別に出力軸２０にマグネット３２を固定し必要に応じ
た多極着磁をしてやり、回転速度検出用の信号を得るも
のである。

３４は出力軸２０に固定した基盤、３６は基盤３４−ヒ
に蒸着固定した回転速度検出用パターンを示す。

（６）以−に説明したように、パターンは単一の素子で
なくある範囲にわたり配列される積分型であるため、こ
れにより得られる信号はマグネットの着磁ムラや偏心、
外乱の影響を受けにくい高精度な信号を得ることがてき
る。特に本発明はヨーク又は平板上にＭＲ素子を蒸着等
により薄膜形成することができるのてモータの偏平化、
小径化が実現でき、部品点数の削減にもつながりコスト
ダウンの可能性をもつ。

又、位置検出信号は３相で出力されるためモータの正転
・逆転の判別ができる。

なお、本実施例ではＭＲパターンの基盤はマグネットと
面対向の構成であったが、原理的には周対向のものであ
ってもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明の一実施例を示し、第１図は
本発明に係るＭＲ素子を組み込んだモータ断面図。 第２図は基盤１４．　、Ｊ：に配したＭＲ素子のパター
ン平面図。 第３図は第２図のＭＲ素子１４Ａ、　　］、４Ｂ、　　
１４Ｄ及び３０の部分拡大図。 第４図はマグネット１４の着磁方向を示す図。 第７図は従来技術の構成のモータ断面図。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ローターマグネットと昇磁コイルを出力軸に対し
   て略垂直方向に向けて対向配置したブラシレスモータに
   おいて、 前記ローターマグネットと対向するヨーク又は基盤上に
   磁気抵抗素子からなる回転数検出用パターンを薄膜形成
   したことを特徴とするブラシレスモータ。
2. （２）前記磁気抵抗素子は前記出力軸の中心を径中心と
   して内径Ｒａ、外径Ｒｂとした同心円で囲まれた放射線
   上の長さＲｂ−Ｒａとし、該磁気抵抗素子の内径側及び
   外径側の端部をそれぞれ内径Ｒａ及び外径Ｒｂの導線で
   接続したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
   載のブラシレスモータ。