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    公开号:WO1986003629A1
    申请号:PCT/JP1985/000680
    申请日:1985-12-10
    公开日:1986-06-09
    发明作者:Hiroaki Tamae；Yoshihiro Ashizaki
    申请人:Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.；
    IPC主号:H02K29-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 発明の名称
    [0003] ブラ シ レスモータ
    [0004] 技術分野
    [0005] 本発明は、 ハー ドデ ィ スク装置のへ ッ ドアク チユエ一夕等、
    [0006] O A機器に用いられる リ ラ ク タ ンス トルク型ブラ シ レスモータ に関する ものである 。
    [0007] 背景技術
    [0008] パーソナルコ ン ピュータが普及したこ とに伴い、 その外部記 憶装置と し！：·フ ロ ッ ピーデ ィ スク装置、 ハー ドディ スク装置、 光デ ィ スク装置の普及もめざま' しいものがある 。 これらの装置 の中でも 、 アクセスタ イムが短 く 大容量であるハー ドディ ス ク 装置の需要が増大 している 。
    [0009] ハー ドデ ィ スク装置は、 ス ピン ドルモータ 、 ディ スク 、 へ ッ ドア ク チユエ一夕 、 磁気へ ッ ド、 デ ィ スクェン ク ロージ ャ 、 呼 吸フ ィ ルタ 、 位置制御回路、 記録再生回路よ り構成されている。 この中で、 へ ッ ドアク チユエ一夕は磁気へッ ドを高精度、 高速 で位置決めするための重要な機構である 。
    [0010] 従来ハー ドデ ィ スクのァク チユエ一夕 と してはボイ スコイル モータ とステ ツ ビングモータが主に 用 されている 。
    [0011] しか し、 ボイ スコイルモータを用いた方式は、 コギングがな いこ とから精確な位置制御をかけやすい利点はあるが、 その反 面、 所望の駆動力を得るためには体積が大き く な り 、 消費電力 も大きいという 欠点がある 。
    [0012] 一方、 ステッ ピングモータを使用 した方式は、 ステ ッ ピング モータが開ループで駆動するため駆動回路が簡単にな り 、 また 駆動力の体積効率がボイ スコイルモータよ り よいという 利点が あるが、 精密な位置制御には適さないという 欠点がある 。
    [0013] さ らにステ ツ ビングモータは、 外部パルスによ ってコイルの通 電モー ドを変化させる こ とによ り 、 次 々 と磁気的安定状態を換 えて回転子を外部パルスの周期に応 じた回転数で回転させる こ とができ るが、 脱調現象がある という 欠点をもっている 。
    [0014] この脱調現象とは、 コイル通電モー ドの切 り 換えを早 く して いった場合、 回転子が磁気的安定点に達しないか、 も し く は振 動的な安定状態への過渡状態にあつたときに次の 電モ一 ドに なって しまい、 回転子が外部ブロ ッ クによ る ス ピ一 ドに追従で きな く なる状態である 。
    [0015] この問題を解決する為、 ステッ ピングモータの閉ループ駆動 が行われている 。 これはステ ッ ピングモータの外部に光学式や 磁気式の位置検出器をとり つけ、 この検出器の出力によ り コィ ル通電を制御する方法であ り 、 高速まで脱調な く 回転させる こ とができる 。
    [0016] しか し、 以上のよ う な外部に位置検出器を取り 付ける方法で は、 モータ部とは別に独立 した位置検出器を取り 付けるため形 状が大き く な り 、 また位置検出器を構成する磁気 ドラムの着磁 ムラによ る.信号が変化 しやす く 、 ま た検出器取付けの際、 回転 子との位置合わせがやっかいである という 欠点がある 。
    [0017] 以上のよ う に〇 A機器、 特にハ 一 ドディ スク装置に用いられ ているボイ スコイ ルモータには、 体積大、 消費電力大という欠 点があ り 、 広 く 〇 A機器に用いられているステ ツ ビングモータ には微小位置決め性が得に く く 、 脱調現象が起こ る という 欠点 があった。 またステ ッ ピングモータに位置検出器を取り 付けた 場合には形状が大き く な り 、 検出器取り 付けがやっかいである という 欠点があった。
    [0018] 本発明は上記問題点に鑑み、 小型化に適 し、 かつ組み立てが 容易で微小位置制御性と高 トルク性を備えたブラ シ レスモータ を提供する ものである 。
    [0019] 発明の開示
    [0020] 上記問題点を解決するため本発明のブラ シ レスモータは、
    [0021] (a)—定の角度ピ ッ チで複数の凹凸の磁極歯と具備する磁性性よ り なる回転子コアと 、
    [0022] (b)回転子コアとわずかな空隙を保って対向する と共に、 回転子 磁極歯と同角度ピ ッ チの複数の磁極歯群を有する磁性体よ り な る固定子コアと 、
    [0023] ( C!固定子コアまたは回転子コアに装着された永久磁石と 、
    [0024] 固定子コアに装着された複数個の多相のコイ ル と 、
    [0025] (e)固定子コアと面転子コア間の空隙を保持 し、 回転子を回転自 在に支持する軸受装置と 、
    [0026] (f)固定子周上も し く は周上付近に配置され、 回転子磁極齒を検 出 して互いに位相の異なる多相の電気信号を出力する非接触セ ンサを備えた ものである 。
    [0027] 以上の構成によ り 、 本発明のブラ シ レスモータの ト ルクは、 ステ ツ ビングモータ と同様に、 リ ラ ク 夕 ンス変化に基づいて発 生 し.、 比較的小電力で大きな ト ルクを発生でき る 。 またコギン グが小さ いこ とから微小位置決めに も適 してお り 、 さ らに回転 子の磁搔齒位置を検出 して電流を切 り 換える こ とによ り 、 トル ク リ ップルのない滑らかな動きが得られる ものである 。
    [0028] 図面の簡単な説明
    [0029] 第 1 図は本発明ブラ シ レスモータ'の原理図、 第 2 図、 第 3 図 は本発明ブラ シ レスモータの第 1 の実施例の断面図、 第 4 図は 第 1 の実施例の E転子コアの構成を示す図、 第 5 図は第 1 の実 施例の固定子コアの平面図、 第 6 図 （ a ) 〜 （ d ) は第 1 の実 施例における永久磁石の配置構成を示す図、 第 7 図は第 1 の実 施例の非接触セ ンサの配置を示す図、 第 8図 （ a ) , ( b ) は 本発明の第 2の実施例にかかるブラ シ レスモータの主要部の構 成を示す縦断面図および平面図、 第 9 図 （ a ) , ( b ) は第 2 の実施例に使用 している非接触セ ンサの説明図お .よび等価 11路 図、 第 1 0 図はセ ンサの出力波形図 、 第 1 ： L 図 （ a ) 〜 （ d ) および第 1 2 図 （ a ) , ( b ) は第 2の実施例のセンサ取り 付 け方法を示す図、 第 1 3 図は本発明のブラ シ レスモータの第 3 の実施例の断面図、 第 1 4 図はその横断面図、 第 1 5 図 （ a ) 〜 （ c ) は第 3 の実施例の磁石配置を示す図である 。
    [0030] 発明を実施するための最良の形態
    [0031] 以下、 本発明の第 1 の実施例のブラ シ レスモータについて図 面を参照 しながら説明する 。
    [0032] 第 1 図に原理図を示す。 この図は本発明のモータを直線状に 展開 したものである 。 固定子コア 1 は磁 1歯群 A . B , Cを有 する コア 2 a と 、 磁搔歯群— ， B . Cを有する コア 2 b から成 つ ている 。 3 は固定子コア 2 a と 2 b との間に介在させた永久 磁石、 4：は固定子コア 1 の磁極歯群に巻装 したコイル、 5 は一 定の角度ピ ッ チで複数の凹凸の磁極歯を有する 回転子コアであ る o なお、 固定子コア 1の磁極歯群 A ， B , Cは回転子コア 4 の磁極歯 （ ピ ッ チ L ) と同 じ ピ ッ チで、 かつ 0 ピ ッ チ、 L / 3 ピ ッ チ、 — L / 3 ピ ッ チの位相差をもつ。 磁極歯群、 ~Κ , Β ， C も同様に L ./ 2 ピ ッ チ、 L Z 2 ÷ L / 3 ピ ッ チ、 L Z 2 — L
    [0033] / 3 ピ ッ チの位相差をもつ。 このとき 、 それぞれの磁極歯群の
    [0034] 、。
    [0035] ミ ア ンス変化は歯形状を工夫する こ とによ り 正弦波と して 扱う こ とができ 、 次式のよ う に表現でき る 。
    [0036] P A = = P o + P * c o s O
    [0037] P A ： = P 0 - P · c 0 s 0
    [0038] P B -- = P 0 + P. · - c o s ( 0 - 1 2 0 ° )
    [0039] P B = = P o - P - c o s ( 0— 1 2 0 ° 、
    [0040] P C -- = P o + P - c o s ( 0 - 2-4 0 3 )
    [0041] P c - - = P o P c o s ( 0 - 2 4 0 ° )
    [0042] P a x ÷'P m n
    [0043] P 0
    [0044] 2
    [0045] P M a x - P m i n
    [0046] P
    [0047] 9
    [0048] P m a x ： 歯対向時パー ミ ア ンス
    [0049] P M i m ： 歯非対向時バー ミ ア ンス
    [0050] X
    [0051] 0 = 2 %
    [0052] L
    [0053] 又、 永久磁石のつ く る磁束は
    [0054] P
    [0055] Φ m A = 1 ^ c o s 1 Φ m
    [0056] P 0 P
    [0057] Φ ms = I 1 +· c o s ( 0 - 1 2 0 ° ) Φ m
    [0058] P o
    [0059] p p p p p p P
    [0060] Φ m c= 1 1 +· - ί l Λ A cc c o s ( 0 - 2 4 0 ° ) Φ m
    [0061] P o
    [0062] P 一 A BIB c c
    [0063] Φ m A = ) 1 一 c o s 0 f Φ m
    [0064] P o
    [0065] P
    [0066] Φ mB = I 1 - c o s ( 0 - 1 2 0 ° Φ m
    [0067] P o
    [0068] P
    [0069] Φ m c= i 1 - o s ( 0 - 2 4 0 ° ) Φ m
    [0070] P o
    [0071] 3 0 m ： 永久磁石のつ く る平均磁束
    [0072] 次にコイル電流を次のよ う に流す。
    [0073] I A = I o · s i n 0
    [0074] I = — I o · s i n O
    [0075] Ι Β = Ι Ο · s i n ( 0 - 1 2 0
    [0076] Ι Β = - Ι Ο · s i n ( 0 - 1 2 0 °
    [0077] I c = I o - s i n ( 0 - 2 4 0 a )
    [0078] I c = — I o ' s i n ( 〇 一 2 4 0 °
    [0079] これによ り コ イ ルのつ く る磁束は、
    [0080] Φ C A = 一
    [0081] Φ C A = 一
    [0082] Φ C B = 一
    [0083] Φ C B = - N
    [0084] Φ C C = 一 N
    [0085] Φ CC = 一 N
    [0086] N ： —磁極歯群のコイ ル巻数 Φ
    [0087] 一
    [0088] 各相の磁束は Φ ιηと の和となり 、
    [0089] p
    [0090] A
    [0091] Φ m
    [0092] Φ A = P A ( N I )
    [0093] P o
    [0094] Φ m
    [0095] N · I A )
    [0096] P 0
    [0097] Φ m
    [0098] φ B = P B ( N I B c )
    [0099] P o
    [0100] Φ m
    [0101] Φ B = P B ( - - I s )
    [0102] P 0
    [0103] Φ m
    [0104] Φ c = P c ( I c )
    [0105] P 0
    [0106] Φ m
    [0107] φ c = p c ( N
    [0108] P o
    [0109] 一方、 磁気抵^の変化は次の ct う に表す とができ る p A = R O - r c o s O
    [0110] P = R O ^ r c o s O
    [0111] R B = R 0 - r c o s ( 〇 一 1 2 0 ° 〉
    [0112] RB = R o - r c o s ( 〇 一 1 2 0 ° )
    [0113] R c = R o - r c u s ( 0 — 2 4 0 ° )
    [0114] R c = R o - r c u s ( 〇 — 2 4 0 ° )
    [0115] R m a x ÷ R m i n
    [0116] R o =
    [0117] 'ス
    [0118] R m a x — R m i n
    [0119] R =
    [0120] 9
    [0121] R m a x ： 歯非対向時磁気抵抗 R m i n ： 歯対向時磁気抵抗
    [0122] 各相の発生力は
    [0123] 1 d R i
    [0124] F =—— Φ
    [0125] d X
    [0126] ( ϊ = A , B , C ， A . B" , C )
    [0127] で与え られるので、 全発生力は
    [0128] 1
    [0129] F = 2 F i = 2 /て · N ， I o · B m · S m m
    [0130] L
    [0131] P
    [0132] (但 し、 m = , B m ： 7l 久磁石動作点磁束密度、 S m ： 永
    [0133] P o - 久磁石断面積 ) となっ て、 電流を正弦波状に流 し、 かつパー ミ ア ン ス変化が正弦波状である場合には、 コギングゃ、 リ ップル のない発生力が得られる こ とがわかる 。
    [0134] コギングや 卜 ル ク リ ップルが小さ いという こ とは 、 位置決め 性を害する外乱が小さ く なつ て、 モータの位置決め精度が向上 する とい、う こ とにつながる 。
    [0135] 第 2図は本実施例の断面図 、 第 3 図は位置検出器の取り 付け を示す断面図である 。 外周に同一角度 ピ ッ チで歯を形成 してい る 回転子コア 5 は、 シ ャ フ ト 6 に圧入され、 軸受装置 7 を介 し て、 ケース 8 , 9 内に装備される 。 一方、 固定子コア 1 にはコ ィ ル 4：が巻回され、 永久磁石 3 が取り 付けられ、 ヨーク 1 0を 介 してケー ス 8 に固定される 。 さ らに非接触センサ 1 1 が回転 子コア 5の外周に微小の間隔を置いて配置されケース 8 に固定 される 。 この非接触センサ 1 1 は回転子コア 5 の歯の凹凸を磁 気的も し く は光学的手段によ って検出 し 、 これを電気信号に変 え、 それぞれのコ イルの通電指令となる信号と している 。
    [0136] 第 4 図に回転子コア 5の形状、 第 5 図に固定子コア 1 の概略 形状を示す。 回転子コア 5 は外周に等ピ ッ チの磁極歯が全周に わたって設けられ、 固定子コア 1 は回転子コア 5の磁極歯に対 して、 それぞれ位相の異なる 6つの磁極歯群を基本単位と して いる 。 もちろん同一固定子內に複数の基本単位の磁極歯群を配 w. してもよい。
    [0137] 第 6 図に固定子コア 1 への永久磁石 3 の取り 付け図を示す。 ( a ) のよ う に軸方向に配 した固定子コア 1 と ヨーク 8の間に 永久磁石 3 を取り 付ける方法、 （ b ) のよ うに径方向に配 レた 固定子コア 1 とヨーク 8 との間に永久磁石 3を取り付ける方法、 ( c ) のよ う に ί圣方向に分割 した固定子コア 1 の間に永 '久磁石 3 を取り 付ける方法、 さ らに （ d ) のよ う に軸方向に 2分割 し た固定子コア 1.の間に永久磁石 3 を取り 付ける方法等がある 。
    [0138] 非接触セ ンサ 1 1 は第 7 図のよ う に固定子コア 1 の磁極歯群 の間に配置されている 。
    [0139] 次に本発明ブラ シ レスモータの第 2の実施例について説明す る 。
    [0140] 第 8 図は第 2の実施例の主要部品の構成を示す図である 。 第 8 図において、 2 1 は第 1 の回転子コア、 2 2 は第 1 の回転子 コア 2 1 と軸方向の間嗝を置いて配された第 2の回転子コア、 2 3 は第 1 の回 ¾子コア 2 1 と第 2の回転子コア 2 2 との間に 介在さ せた永タ、磁石で、 これらは シ ャ フ 卜 2 4に固定されてい る 。 2 5 は固定子コア 、 2 6 は固定子コア 2 5 に巻装 したコ ィ ル、 2 7 は第 1 の回転子コア 2 1 に対 し若干の間隔を置いて対 向させた磁気式の非接触センサ、 2 8はセンサ保持台 、 2 9 は 固定子コア 2 5に設けた突起部で、 センサ保持台 2 8を位置決 め支持 している 。
    [0141] 第 8 図には磁極歯を表 していないが、 回転子コア 2 1 . 2 2の 外周上には、 固定子コア 2 5の磁極歯群 A , B , C , A . B , に対する磁極歯が形成されている 。
    [0142] 面転子コア 2 1 と E転子コア 2 2 は永久磁石 2 3 をはさみ互い に磁極歯ピ ッ チの 1 2 ピ ッ チだけずれて配置されている 。 永久磁石 2 3 によ る磁束の流れは実線矢印の通り である 。 次に 固定子コア 2 5 磁極歯群 A , B , Cは Θ転子磁極歯に対 して 互いに 1 / 3 ピ ッ チずれてお り 、 Aに対 し Bは 1 / 3 ピ ッチ-、 Bに対 し Cは 1 / 3 ピ ッ チずれている 。
    [0143] ま た固定子コア 2 5 にはコイ ル 2 6が巻かれてお り 、 コ イル 2 6 に流れる電流によ り 発生する コ イ ル磁束は、 永久磁石 2 3 によ る磁束を打ち消 した り 強めた り して ト ル クを発生する 。 本実施例のモータは 3相モータであるから 、 非接触センサ 2 7 の出力 も 3 相と している 。 第 9 図にセンサ構造を示す。 ガラス 基板 2 7 a に蒸着された磁気抵抗素子 2 7 b はそれに加わる磁 界の強弱によ ってその抵抗値が変化する特性をもっ ている 。 1 相分のみについていえぱ、 2つの磁気抵抗素子をそれぞれ磁極 齒 ピ ッ チの 1 / 2 ピ ッ チ離 して配置する 。 それを第 9 図 （ a ) のよ う に結線すれぱ （ b ) に示す等価回路となり 、 出力波形は 第 1 0 図に示すよ う になる 。 回転子コア 2 1 , 2 2は永久磁石 2 3 をはさんでいるので、 それがセンサ 2 7 のバイ アス用磁界 とな り 、 回転子コアの外周には HI転子コアの磁極歯によ って強 弱がつけられた磁界が存在する 。 これをセンサ 2 7 が検知 して 出力信号と して略正弦波の電気信号が得られる 。
    [0144] 尚、 センサ 2 7 の取り 付け位置は固定子磁極歯と一定の位置 関係がある 。 従っ て第 1 1 図に示すよ う に、 センサ 2 7又はセ ンサ保持台 2 8を位置決めするために固定子コア 2 5から突起 部 2 9を出すか、 又は第 1 2図に示すよ う に切り 欠き部 3 0を 設けておこなっている 。
    [0145] 次に本発明のブラ シ レスモータの第 3 の実施例について説明 する 。
    [0146] ' 第 1 3 図は本実施例の横断面図 、 .第 1 4 図は第 1 3 図の A — A ' 断面図である 。 内周に一定の角度ビ ッ キで歯を形成 してい る 回転子コア 3 1 は外フ レーム 3 2 と と もに シ ャ フ ト 3 3 にと り つけ られ、 固定子コア 3 4：を支持する 内フ レーム 3 5にと り つけられた軸受装置 3 6 によ り 回転自在に支持される 。 一方、 固定子コア 3 4にはコイル 3 7が巻回されており 、 永久磁石 3 8 と ヨー ク 3 9が取り 付けられて、 軸受装置 3 6 とと もに内フ レ —厶 3 5 に固定される 。 さ らに非接触セ ンサ 4 0が固定子コア 3 4の外周上に配置され、 内フ レーム 3 5に取り 付け られる 。 この非接触センサ 4 0は第 1 、 第 2 の実施例と同様に回転子磁 極歯の凹凸を検出する ものである 。
    [0147] センサ 4 0 の出力信号によ り 、 各相コイ ルに通電指令を与える ので常に最適相のコイルが選択されて通電され効率のよいモー 夕が得 られる 。
    [0148] 第 1 4 図の断面図に示すよ う に、 固定子コア 3 4は、 回転子 コア 3 1 の磁極歯に対 して位相の異なる 6つの磁極歯群を基本 単位と して有 している 。 もちろん同一固定子コア内に複数の基 本単位の磁極歯群を配置 してもよい。 本実施例では二つの基本 単位の磁極歯群からなる 。
    [0149] 第 1 5 図に永久磁石 3 8の配置を示す。 第 1 5 図 （ a ) は本 実施例で採用 している配置方法で、 二つの永久磁石 3 8をョー ク 3 9でつないで磁気回路を構成している 。 他に第 1 5図 （ b ) に示す如く 径方向に分割した固定子コア 3 4の間に永久磁石 3 8 を配置する方法や、 第 1 5 図 （ c ) に示す如 く 軸方向に 2分割 した固定子コア 3 4：の間に永久磁石 3 8を配置する方法などが のる 。
    [0150] 尚、 以上説明 した第 1 、 第 2 、 第 3 の実施例では 3相モータ の例を示 したが、 2相モータや他の多相のモータと してもよ.い。 産業上の利用可能性
    [0151] 以上のよ う に本発明によれば、 発生 トル クが大き く 、 トルク リ ッ プル &びコギングの小さ なブラ シレスモータを提供する も のである 。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1 . 一定の角度ピ ッ チで複数の凹凸の磁極歯を具備する磁性体 の面転子コアと 、 この回転子コアとわずかな空隙を保って対向 する と共に前記 0転子磁極歯と同角度ピ ッ チの複数の磁極歯を 具備する複数の磁極歯群を有する磁性体よ り なる固定子コアと、 前記固定子コアまたは回転子コアに装着された永久磁石と 、 前 記固定子コアに装着された複数個の多相のコイルと 、 前記回転 子コアと園定子コアとの空隙を一定に保持 し回転子を回転自在 に支持する軸受装置と 、 回転子磁極歯を検出 し互いに位相の異 なる多相の電気信号を出力する非接触センサとを備えたブラ シ レ スモータ 。 -
    2 . 請求の範囲第 1 項において、 面転子コアは、 外周に一定の 角度ピ ッ チで複数の凹.凸の磁極歯を具備する磁性体よ り なり 、 永久磁石は固定子コアに装着され、 非接触センサは固定子内周 上ま たは内周付近に配置されたブラ シ レスモータ 。
    3 . 請求の範囲第 1 項において、 回転子は、 外周に一定の角度 ピ ッ チで複数の凹凸の磁極歯を具備する磁性体か らなる第 1 の 回転子コアと 、 第 1 の回転子コアと同一の磁極歯を有 し、 第 1 のコアに対 して磁極歯を磁極歯 ピ ッ チの 1 Z 2 ピ ッ チずら して 配置される磁性体よ り なる第 2 の回転子コアと 、 前記 2つの回 ¾子コアに挟まれ、 軸方向に看磁された永久磁石を備え、 非接 触センサは、 固定子コアの内周ま たは内周付近に配置され、 か つ前記回転子コアの第 1 のコア及び第 2 のコアの少な く と も一 方の回転子コア外周に近接 して配置されたブラ シ レスモータ 。
    4 . 請求の範囲第 1 項において、 回転子コアは内周に一定の角 度 ピ ッ チで複数の凹凸の磁極歯を具備する磁性体よ り な り 、 永 久磁石は固定子コアに装着され、 非接触センサは固定子コアの 外周上または外周付近に配置されたブラ シレスモータ 。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    法律状态:
    1986-06-19| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE GB US |
    1987-03-12| RET| De translation (de og part 6b)|Ref document number: 3590633 Country of ref document: DE Date of ref document: 19870312 |
    1987-03-12| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 3590633 Country of ref document: DE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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