(57)【要約】【課題】回転子の並進運動を制御すると共に回転軸と直交する方向への回転運動を抑えて回転精度を向上させることが可能なベアリングレスモータを提供する。【解決手段】べアリングレスモータであって、少なくとも回転子１の重心位置Ｇと回転子磁極２の磁気的中心Ｍが回転子軸４と直交する同一Ｘ−Ｙ平面Ｐ上に配置されている。【選択図】図１
2008211913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の固定子歯に巻き付けられる電動機巻線と該電動機巻線と対になって巻き付けられ回転軸を介して対向する位置の固定子歯に直列に巻き付けられる磁気支持巻線を有する固定子と、
電動機巻線への励磁によりトルクを発生する回転子磁極を有する回転子と、
回転子の回転軸と直交するＸ−Ｙ平面上に配置され当該回転子のＸ−Ｙ方向への変位を検出する変位検出手段と、
回転子の回転位置を検出して電動機巻線への励磁を切り換えることにより回転子を回転させるモータ制御部と、
変位検出手段により検出された回転子の変位に応じて磁気支持巻線へ励磁して回転子のＸ−Ｙ方向への並進運動を制御する支持制御部を備えたベアリングレスモータであって、
少なくとも回転子の重心位置と回転子磁極の磁気的中心が回転軸と直交する同一Ｘ−Ｙ平面上に配置されているベアリングレスモータ。
【請求項２】
回転子の重心位置と回転子磁極の磁気的中心に加えて変位検出手段の測定中心を回転軸と直交する同一Ｘ−Ｙ平面上に配置されている請求項１記載のベアリングレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子歯に電動機巻線に加えて磁気支持巻線が巻き付けられ、回転子の変位に応じて磁気支持巻線を励磁して回転軸と直交方向の回転子の並進運動を制御するベアリングレスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディスクドライブ装置、ポリゴンスキャナー装置などの駆動源の一例としてＤＣブラシレスモータが用いられている。例えばアウターロータ型のモータの構成について説明すると、回転子は回転子軸を中心に回転する回転子ヨークに永久磁石が設けられている。回転子軸は、固定子を支持するハウジングに軸受（オイル含浸、ベアリング、磁気軸受など）を介して回転可能に支持されている。近年、モータの小型化、高回転化、長寿命化、メンテナンスフリーなどの要求があり、ベアリングレスモータも提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００１−１６８８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ベアリングレスモータにおいては、例えば図６において、回転子５１との距離を検出することにより回転子５１の図２のＸ−Ｙ方向への変位を検出するギャップセンサ５３が設けられている。図示しないモータ制御部は、回転子５１の回転角度を検出して駆動巻線への励磁を切り換えることにより回転子５１を回転させ、またギャップセンサ５３により検出された回転子５１の変位に応じて制御巻線へ励磁して回転子５１の図２におけるＸ−Ｙ方向への並進運動を制御するようになっている。
【０００４】
上記ベアリングレスモータにおいて、回転子５１の並進運動を制御するべく磁気支持制御巻線を励磁すると回転子軸５２と直交する軸まわりの回転運動が発生する。このとき、回転子の重心Ｇ、永久磁石５４及び固定子コア５５の磁気的中心Ｍが軸方向（高さ方向）にずれていると回転子５１の上記回転運動が大きくなる。このため、回転子５１が傾いて回転精度や位置検出精度を低下させるおそれがある。更に、並進運動を制御するためのエネルギーが回転運動に変換されるため、エネルギーロスも発生する。また、ギャップセンサ５３の測定中心Ｎが軸方向（高さ方向）に異なる位置に配置されていると、回転子５１の傾きを変位として検出するため位置検出精度が低下する。
従来のベアリングレスモータは高速回転化、長寿命化、メンテナンスフリーの点でメリットがあるが、一方でセンサ部や支持力発生部を追加することによる大型化やコストUP等の課題がある。例えば、回転子軸５２と直交向きの回転運動が発生すると、その運動が使用上問題となる用途ではその運動を検知する検知手段と、その運動を抑えるような働きをする回転運動抑制力発生手段を追加する必要が生じる。これは回転子を安定して支持する力を発生する手段と回転子の位置を検知する検知手段が2個必要と言うことになり、さらに大型化、コストUPとなる。
【０００５】
本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、回転子の並進運動を制御すると共に回転軸と直交する方向への回転運動を抑えて回転精度を向上させることが可能なベアリングレスモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
複数の固定子歯に巻き付けられる電動機巻線と該電動機巻線と対になって巻き付けられ回転軸を介して対向する位置の固定子歯に直列に巻き付けられる磁気支持巻線を有する固定子と、電動機巻線への励磁によりトルクを発生する回転子磁極を有する回転子と、回転軸と直交するＸ−Ｙ平面上に配置され当該回転子のＸ−Ｙ方向への変位を検出する変位検出手段と、回転子の回転位置を検出して電動機巻線への励磁を切り換えることにより回転子を回転させるモータ制御部と、変位検出手段により検出された回転子の変位に応じて磁気支持巻線へ励磁して回転子のＸ−Ｙ方向への並進運動を制御する支持制御部を備えたベアリングレスモータであって、少なくとも回転子の重心位置と回転子磁極の磁気的中心が回転軸と直交する同一Ｘ−Ｙ平面上に配置されていることを特徴とする。
また、回転子の重心位置と回転子磁極の磁気的中心に加えて変位検出手段の測定中心を回転軸と直交する同一Ｘ−Ｙ平面上に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上述したベアリングレスモータを用いれば、回転子の重心位置と回転子磁極の磁気的中心が回転軸と直交する同一Ｘ−Ｙ平面上に配置されているため、磁気支持巻線へ励磁して回転子のＸ−Ｙ方向への並進運動を制御する際に回転子に重心付近を中心とした回転子の回転軸と直角方向まわりの回転運動を発生しない。よって、回転子の回転軸と直交する方向への回転運動を抑えながら回転子の並進運動を制御し、高精度の回転運動を得ることができる。
また、回転子の重心位置と回転子磁極の磁気的中心に加えて変位検出手段の測定中心を回転軸と直交する同一Ｘ−Ｙ平面上に配置すると、回転子の回転精度や位置検出精度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明に係るベアリングレスモータの最良の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本実施の形態ではアウターロータ型のＤＣブラシレスモータを例示して説明するが、インナーロータ型のモータについても適用可能である。
【０００９】
ベアリングレスモータＭの概略構成について図１乃至図４を参照して説明する。図１において、回転子１の構成について説明すると、回転子磁極としては、例えば８極に着磁された永久磁石２がカップ状の回転子ヨーク３の内周面に設けられている。回転子ヨーク３は回転子軸（シャフト）４と一体に連結されて回転可能に支持される。
【００１０】
図１において、固定子２０の構成について説明すると、固定子コア５は、シャーシ６に設けられた筒状のハウジング部７の外周に固定されている。ハウジング部７には、シャフト４が挿入されて回転子１が支持されている。シャーシ６には、回転子１の回転位置を検出する回転角度センサ１５（図４参照）や、図２において回転子１を平面視してＸ−Ｙ方向への変位を検出するギャップセンサ（変位検出手段）１７が設けられている。これらのうちギャップセンサ１７はＸ軸上及びＹ軸上に設けられている。但し、回転角度センサ１５は必ずしもX軸上又はY軸上に設ける必要は無い。
【００１１】
図３において、固定子コア５には例えば積層コアが用いられる。複数の固定子歯８は回転方向に３０°で突設された歯頭部（８ａ１、８ａ２、８ｂ１、８ｂ２、８ｃ１、８ｃ２）を有する。固定子コア５には固定子歯８が放射状に１２スロット分形成されている。固定子歯８の外周側にはＵ相（Ｕ１〜Ｕ４）、Ｖ相（Ｖ１〜Ｖ４）、Ｗ相（Ｗ１〜Ｗ４）に相当する三相の電動機巻線９が巻き付けられている。また、固定子歯８の内周側には電動機巻線９と対になって磁気支持巻線１０（１０ａ１、１０ａ２（ａ相）、１０ｂ１，１０ｂ２（ｂ相）、１０ｃ１、１０ｃ２（ｃ相））が巻き付けられている。磁気支持巻線１０は、シャフト４を介して対向する位置にある固定子歯８に直列に巻き付けられている。
【００１２】
次に、モータ制御部の構成について図４のブロック図を参照して説明する。制御部１１（ＣＰＵ，ＤＳＰ（Digital Signal Processor）など）には、モータ制御部１２と支持制御部１３が設けられている。モータ制御部１２は、電動機電流駆動回路１４を通じて電動機巻線９のうちいずれか２相（例えばｉＶ及びｉＷ）へ励磁して回転子１にトルクを発生させて回転駆動する。電動機巻線９への通電切り替えは回転角度センサ１５の回転子磁極の検出信号に基づいて行なわれる。
【００１３】
また、支持制御部１３は、ギャップセンサ１７の回転子１の変位検出信号により図示しない減算器、補償回路を通じて演算された演算結果と、回転角度センサ１５の回転子磁極の検出信号に基づいて、磁気支持巻線１０へ通電するＸ軸方向及びＹ軸方向の電流指令値を演算する。そして、支持制御部１３は磁気支持巻線電流駆動回路１６へ電流指令値を送り、磁気支持巻線電流駆動回路１６は電動機巻線９のうち通電していないいずれかの１相又は２相（ａ相、ｂ相、ｃ相）の磁気支持巻線１０へ通電して回転子１の並進運動を制御するようになっている。
【００１４】
例えば、図５は、回転子１の回転角度φ（図３参照）が２２．５°の場合を示す。このときＵ相は励磁されず電動機巻線９に流れる電流値が零になる。この状態で、Ｕ相の電動機巻線９と対になっている磁気支持巻線１０ａ１に図示方向の電流ａ１を流すと、永久磁石２の磁束（太い矢印）に加えて支持磁束（細い矢印）が発生する。このとき、一方の歯頭部８ａ１と永久磁石２とのギャップ１８では磁束密度が減少し、他方の歯頭部８ａ１と永久磁石２とのギャップ１９では磁束密度が増加する。この結果、回転子１にはＸ軸方向に並進力Ｆｘが発生する。尚、Ｕ相の電動機巻線９は励磁されないので、永久磁石２と固定子歯８に発生する磁束に影響を及ぼさない。このようにギャップセンサ１７で検出される回転子１の変位に応じて磁気支持巻線１０への通電により回転子１の並進運動を制御して磁気浮上させながらモータの駆動を行うことができる。
【００１５】
また、図１において、回転子１の重心位置Ｇと永久磁石２の磁気支持における力の作用点を示す磁極の磁気的中心Ｍがシャフト４と直交する同一Ｘ−Ｙ平面Ｐ上に配置されている。また、シャーシ６に設けられたギャップセンサ１７の測定中心Ｎも同一Ｘ−Ｙ平面Ｐ上に配置されている。
【００１６】
したがって、磁気支持巻線１０へ励磁して回転子１のＸ−Ｙ方向への並進運動を制御する際に回転子１にはシャフト４と直交する軸まわりの回転が発生しない。よって、回転子１の並進運動を制御しても回転子１のシャフト４と直交する方向への回転運動が発生しないため回転精度を向上させることができる。
また、回転子１の重心位置Ｇと永久磁石２の磁気的中心に加えてギャップセンサ１７の測定中心を同一Ｘ−Ｙ平面Ｐ上に配置されていると、回転子１の回転精度や位置検出精度を向上することができる。
【００１７】
また、上記実施例では、８極１２スロットのモータについて説明したが、これに限るものではない。例えば相数をｎ（自然数）とした時、４ｎ個のスロットを有するベアリングレスモータに適用出来る。さらに、２Ｐスロット（Pは自然数）、P極の2相モータについても適用することが可能である。また、回転子に永久磁石を有さない誘導型やリラクタンス型のベアリングレスモータについても適用可能である。
また、上記実施例では回転子ヨーク３の回転軸としてシャフト４を設けているが、シャフト４がないモータについても適用可能である。
【００１８】
以上のような構成により回転子の並進運動を制御することによるモータの回転軸と直交する軸まわりの回転運動を原理的に無くすことが可能となり、前記回転運動を抑制する手段は不要とすることが出来る。その上、ベアリングレスモータを小型化でき、かつコストも低く抑えることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ベアリングレスモータの垂直断面図である。
【図２】ベアリングレスモータの平面図である。
【図３】ベアリングレスモータの水平断面図である。
【図４】モータの制御系を示すブロック構成図である。
【図５】磁気支持力の発生原理の一例を示す説明図である。
【図６】従来のベアリングレスモータの不具合を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  回転子
２  永久磁石
３  回転子ヨーク
４  シャフト
５  固定子コア
６  シャーシ
７  ハウジング部
８  固定子歯
９  電動機巻線
１０  磁気支持巻線
１１  制御部
１２  モータ制御部
１３  支持制御部
１４  電動機電流駆動回路
１５  回転角度センサ
１６  磁気支持巻線電流駆動回路
１７  ギャップセンサ
１８、１９  ギャップ
２０  固定子
【図１】
2008211913.tif 000003
【図２】
2008211913.tif 000004
【図４】
2008211913.tif 000005
【図６】
2008211913.tif 000006
【図３】
2008211913.tif 000007
【図５】
2008211913.tif 000008