(57)【要約】【課題】回転方向位置・回転速度を検出する手段を備えたモータの検出精度を向上しつつ小型化する。【解決手段】ハウジング（２）と、その内周面に固定された駆動コイルを備えた環状のステータ（４）と、ステータの軸方向端部付近に配置され、駆動コイルへの通電を制御する駆動回路が形成された回路基板（７）と、ステータ（４）と径方向に対向して配置されたロータマグネット（５）とロータマグネット（５）の中心に位置し、ハウジング（２）に対して回転自在に支持された回転軸（３）と、回転軸を中心とする円筒部（６ａ）を備え、ロータマグネット（５）の内周面に装着されたロータヨーク（６）とを備えたブラシレスモータに、ロータヨーク（６）の円筒部（６ａ）の内部に配置され回転軸（３）と一体に回転する回転部（８ａ）と、回路基板（７）に実装され回転部（８ａ）の回転を検出する検出部（８ｂ、８ｃ）とからなる光学式の回転検出装置を備える。【選択図】  図１
2005229698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状周壁を有するハウジングと、
該ハウジングの前記円筒状周壁の内周面に固定され駆動コイルを備えた環状のステータと、
前記ハウジングの前記円筒状周壁の径方向中心に配置され、
前記ハウジングと軸受を介して回転自在に支持された回転軸と、
該回転軸を中心とする円筒部を有し前記回転軸と一体に回転する略中空円筒状のロータヨークと、
該ロータヨークの外周面に装着され、前記ステータと径方向に対向するロータマグネットと、
前記回転軸、前記ロータヨーク及び前記ロータマグネットから構成されるロータと、
前記ステータの一つの軸方向端部付近に配置され前記駆動コイルへの通電を制御する駆動回路が形成された回路基板と、
前記ロータの回転方向位置及び／又は回転速度を検出する光学式の回転検出装置とを備え、
該回転検出装置は、
前記ロータヨークの前記円筒部の内部に収容され前記回転軸と一体に回転する回転部と、
前記回路基板に実装され前記回転部の回転方向位置及び／又は回転速度を検出する検出部とからなることを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】
前記回転検出装置の前記検出部は、赤外線〜可視光の範囲に含まれる光を発する発光素子と、前記光を受光し電気信号に変換する受光素子とからなり、
前記回転検出装置の前記回転部は、前記発光素子から発生した前記光を反射する反射部と、前記光を反射しないスリット部とが設けられた略円板形であることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ。
【請求項３】
前記ステータの軸方向端部のうち、少なくとも回路基板側の端部にはインシュレータが形成され、
該インシュレータは絶縁性を有し、
該インシュレータによって回路基板が位置決めされていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のブラシレスモータ。
【請求項４】
前記ロータヨークには前記円筒部の一端に蓋部が一体に形成されており、
前記ロータヨークの該蓋部の回転中心に前記回転軸が挿通され、
ローターヨークに対して相対的に固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のブラシレスモータ。
【請求項５】
前記ハウジングは、
その前記円筒状周壁の一端に端板部を一体に形成した有蓋円筒状のハウジング本体と、
該円筒状周壁の他端側の開口部に取り付けられたカバー板とにより構成され、
前記ロータヨークはその蓋部が前記端版部に近接する配置で取り付けられている事を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のブラシレスモータ。
【請求項６】
前記ステータの軸方向端部付近に配置される前記回路基板は、
前記カバー板側の端部の前記ハウジング内に配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のブラシレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転検出装置を有するブラシレスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の中には、モータによって動力を得るものが多くある。近年、電子機器の小型化や高性能化に伴って、その機器に使用されるモータには、高い回転精度が要求されている。特にモーターにかかる負荷が頻繁に変動するような装置に使用される場合には、その負荷によるモーターの回転速度の変化を検出して、検出された速度変化に基づいて回転速度を制御し、できるだけ早く定常回転速度に戻すことが求められる。
【０００３】
そのためにはまず、ある瞬間でのロータのステータに対する回転方向の位置及び回転数（回転速度）を高い精度で検出する必要がある。
【０００４】
ロータのステータに対する位置及び回転速度を検出する手段は従来からいくつか存在している。
【０００５】
例えば、特許文献１に開示されているように、ロータと一体に回転する複数の磁極を有するマグネットを備え、それに対向して配置されたコイルに誘導される電流または端点の電圧を計測して位置の検出をするものがある。この場合、この検出手段はロータマグネットの内部に配置することができ、小型化することが可能である。しかしながら、駆動用とは別に位置検出のためのコイルを必要とするため部品点数を増加させることとなる。
【０００６】
また、ブラシレスモータにおいてホール素子もしくはホールＩＣを用いてロータマグネットの位置を検出し、通電の制御を行なうことは一般的である。例として特許文献２にはロータマグネットの内周にホールＩＣを配置してロータの位置を検出するものが開示されている。これならば小型化が可能であり且つ、一般的なブラシレスモータに備えられているホール素子を有効に使うことができる。
【０００７】
しかしながらこれらの回転するマグネットを用いる方法では、着磁の極数に限界があり、１回転当たりのパルス数を増やすことができない。また、モータの駆動に用いられるロータマグネットを位置検出に用いる場合、回転トルクを得るためには着磁の極数を増やしてしまうと、必要とするトルクが得られなくなってしまう。
【０００８】
そのため、とりわけ高い回転精度が必要とされる場合には、光学式の位置・速度検出装置を用いることが一般的である。
【０００９】
例として特許文献３に開示されたものがある。特許文献３のモータは、回転軸にスリット付き円板を装着して、スリット付き円板の表面から入射させた光を裏面側に取りつけた受光手段で読み取っている。このスリット付き円板を用いた光学式回転検出器は、スリット付き円板に刻まれたスリットの本数を増やすことで検出の精度を高めることができる。
【００１０】
しかしながら、従来はこの回転式検出装置をモータの内部に配置することは困難であった。なぜなら、広く用いられているブラシモータでは、回転体を構成するコイルの中心に鉄心があるため、検出手段はモータ部の軸方向外方に配置しなくてはならない。また、発光素子と受光素子がスリットの表裏にあるために、検出装置を軸方向に小型化することが難しかった。
【００１１】
【特許文献１】実開昭６０−１５１２６７号公報
【特許文献２】特開２００３−３１９６３１号公報
【特許文献３】特開平３−７８４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は回転方向位置・回転速度を検出する検出手段を備えたモータの検出精度の向上と小形化である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１の発明である請求項１に記載されたブラシレスモータは、
円筒状周壁を有するハウジングと、その円筒状周壁の内周面に固定され駆動コイルを備えた環状のステータとを備えている。さらに、このブラシレスモータは、円筒状周壁の径方向中心に配置されハウジングと軸受を介して回転自在に支持された回転軸と、その回転軸を中心とする円筒部を有し回転軸と一体に回転する略中空円筒状のロータヨークと、そのロータヨークの外周面に装着され、ステータと径方向に対向するロータマグネットとを備えており、これら回転軸、ロータヨーク及びロータマグネットはロータを構成している。このブラシレスモータは、ステータの一つの軸方向端部付近に配置され駆動コイルへの通電を制御する駆動回路が形成された回路基板と、前記ロータの回転方向位置及び／又は回転速度を検出する光学式回転検出装置とを備えている。その回転検出装置はロータヨークの円筒部の内部に収容されており、その回転検出装置は回転軸と一体に回転する回転部と、回路基板に実装され回転部の回転方向位置及び／又は回転速度を検出する検出部とから構成されている。
【００１４】
また、第２の発明である請求項２において、
第１の発明のブラシレスモータは、その回転検出装置の検出部が赤外線〜可視光の範囲に含まれる光を発生する発光素子と、それら光を受光して電気信号に変換する受光素子とからなり、その回転部はそれら光を反射する反射部と、その光を反射しないスリット部とを有する円板状としている。
【００１５】
また、第３の発明である請求項３において、
第１または第２の発明のブラシレスモータは、
ステータは、その軸方向端部のうち少なくとも回路基板側の端部に、絶縁性を有するインシュレータが形成されており、そのインシュレータによって回路基板とステータとが位置決めされている。
【００１６】
また、第４の発明である請求項４において、
第１乃至第３の発明のブラシレスモータは、
ロータヨークにはその円筒部の一端に蓋部が一体に形成されており、そのロータヨークの蓋部の回転中心に回転軸が挿通され、回転軸がロータヨークに対して相対的に固定されている。
【００１７】
また、第５の発明である請求項５において、
第１乃至第４の発明のブラシレスモータは、
ハウジングが、その円筒状周壁の一端に端板部を一体に形成された有蓋円筒状のハウジング本体と、円筒状周壁部の他端開口部に取り付けられたカバー板とによって構成され、ロータヨークの蓋部が端板部に近接して取りつけられている。
【００１８】
第6の発明である請求項６において、
第１乃至第５の発明のブラシレスモータは、
回路基板がステータの軸方向端部付近でハウジングのカバー側端部に配置される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のブラシレスモータは上記の発明の通りの構造を有するので、以下のような作用・効果を奏する。
【００２０】
すなわち、第１の発明において、
このモータはブラシレスモータである。ブラシレスモータは通電を電気回路によって制御しており、ブラシ付きモータのようにブラシとコミュテータが摺動して電気的接触を図ることはない。したがって摺動部が発生する電気ノイズが回転検出装置および制御回路に影響を及ぼすことがなく、検出の精度が低下することを防ぐことができる。また、ロータが巻線ではなくマグネットであることから、モータの中心部に鉄心を配置する必要がない。したがって、ロータマグネットの内周面に接触固定されたロータヨークの円筒部の内部には円柱状の空間が形成される。またブラシレスモータは巻線をモータのハウジングの円筒周壁部の内周面に配置されているので、内周にあるときよりも径方向の厚みを薄くすることができ、円柱状の空間を径方向にさらに広げることができる。その空間には、モータの位置及び回転速度を測定する検出手段の回転部を配置する事ができるので、回転検出装置を有するモータの小型化が可能になる。またブラシレスモータは駆動用の回路基板をステータ及びロータマグネットの一端に有しており、検出器の検出部をその回路基板上に配置することが容易である。
【００２１】
第２の発明において、
その回転検出装置が赤外線〜可視光の範囲に含まれる光を利用するものであるため、検出が容易である。またそれらの光の反射を利用するため、発光素子と受光素子を同じ回路基板上に配置することができる。したがって発光素子に対する受光素子の位置が容易に固定され、回転検出装置を備えたモータを小型化することができるうえ、容易に生産できる。
【００２２】
また、反射板に設けられたスリットの数によって１回転当たりのパルス数を容易に変化させることができ、モータの規定回転数が低い場合には予めスリット数が多い反射板を用いることにより高精度のパルス信号発信を維持することができる。
【００２３】
また、ロータマグネットの磁極をホール素子・ホールＩＣなどによって検出する回転検出装置と比べて、１回転当たりのパルス数を多くすることが可能であり、より精度の高い回転位置及び回転速度の検出が可能である。また、出力されるパルス信号のジッタ精度も磁気を利用するものに比べて光学式のものの方が明瞭であり、精度が高い。
【００２４】
第３の発明において、ステータに固定されたインシュレータによって回路基板の位置が決められる。このことにより回路基板上に配置された回転検出装置の検出部が回転部に対して精度よく位置決めされ、回転検出の精度を確保することが可能になる。
【００２５】
第４の発明において、ロータヨークは、その一端部に蓋部が設けられ、蓋部の中心部に回転軸が挿通されることによって、ローターヨークは回転軸に対して相対的に固定されている。このことにより、回転軸とロータヨークとの係合長を確保しつつ、ロータヨークの円筒部の内部に形成される空間を軸方向に広げることが可能になる。その結果、回転検出装置の回転部をロータヨークの内部に配置することが可能になりモータ全体が小型化される。
【００２６】
第５の発明において、ハウジングはその円筒状周壁の一端に端板部が一体に形成され、他端にはカバー板が取りつけられている。その端板部とローターヨークの蓋部とは近接するように配置されている。これにより、ロータヨークの円筒部が一端を開口することになるため、その開口する端部を有効に用いることができる。
【００２７】
また、このブラシレスモータの軸受として玉軸受を用いるとすると、ハウジングの端板には玉軸受の外輪が固定されている。ローターヨークの蓋部の中心部には回転軸が挿通されており、玉軸受の内輪に予圧を負荷するためにローターヨークの蓋部と玉軸受の内輪との間にバネなどの弾性体を介在させる。ハウジングの端板部とローターヨークの蓋部とが近接して配置されることにより、玉軸受にかかる予圧が一定となってロータの回転が安定になる。回転を安定させることにより回転精度が上がるため、回転検出装置による検出の精度も向上することができる。
【００２８】
第６の発明において、回路基板はハウジングのカバー板が取りつけられる側の端部付近に配置される。このことによって、ハウジングの内部にステータ、ロータを取りつけた後で回路基板を取りつけ、回路基板上に巻線の端部を接続して結線し、カバー板を取りつける作り方が可能になる。これにより生産性及び生産作業時の効率が向上する。また、回路基板からこのブラシレスモータが搭載される機器に接続されるリード線を引き出す際にも、カバー側に回路基板を配置した方が外部にリード線を引き出しやすく、リード線の断線を防ぎ作業性を向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明における最良の実施の形態について図を参照しながら説明する。
【００３０】
図１は本発明を実施したブラシレスモータの断面図である。
【００３１】
（１）ブラシレスモータの構成
本発明の通りの構成を有する第１の実施形態のブラシレスモータ１は、
円筒状周壁２ａとその一端に端板部２ｂとを有するハウジング２と、そのハウジング２の他端に固定されるカバー板２ｃと、そのハウジング２の内周面に固定されたステータ４と、ハウジング２の円筒状周壁２ａの中心に位置しハウジング２に軸受１１ａ、１１ｂを介して回転自在に支持された回転軸３と、回転軸３を中心とした円筒状で外周面がステータ４の極歯と対向するように配置されたロータマグネット５と、ロータマグネット５の内周面に接触して配置される円筒部６ａを有するロータヨーク６と、ステータ４及びロータマグネット５の軸方向端部且つカバー板２ｃ付近のハウジング２内にはブラシレスモータ１の駆動を制御する駆動回路が形成された回路基板７とを備えている。
【００３２】
回転軸３には円板状の反射鏡８ａが取りつけられている。その反射鏡８ａには光を反射する反射部８ａ１と、光を反射しないスリット部８ａ２とが周方向に交互に設けられている。また、回路基板７上には反射鏡８ａに向けて赤外線を発する発光素子８ｂと、発光素子８ｂが発生して反射鏡８ａによって反射してきた光を受け取るとパルス信号を発生する受光素子８ｃとが実装されている。
【００３３】
またロータマグネット５から回転軸３と平行な方向に延長した仮想線上の回路基板７上にはホールセンサ１０が実装され、ロータマグネット５の磁極の回転方向位置を検出する。
【００３４】
ステータ４の軸方向端部には絶縁性を有するインシュレータ９が取りつけられており、そのインシュレータ９に回路基板７が固定されている。このインシュレータ９はステータ４とステータ４の周囲との間の絶縁をはかるだけでなく、回路基板７をステータ４に位置決めする効果もある。
【００３５】
（２）回転検出装置
本発明のブラシレスモータ１は、その回転速度を検出する回転検出装置８を備えている。この回転検出装置８は反射鏡８ａ、発光素子８ｂ、受光素子８ｃと回路基板７上に配置された制御ＩＣ１２とから構成されている。
【００３６】
図２は、回転検出装置の反射鏡８ａの平面図である。ブラシレスモータ１が回転をはじめると発光素子８ｂは可視光よりも波長の長い赤外線を発する。赤外線は可視光に比べて散乱されにくく、なおかつ光のエネルギーが可視光に比べて少なくて済むので消費電力を下げることも可能なので、高い精度が要求される回転検出装置に適している。発光素子８ｂが発した赤外線は回転軸３と一体に回転する反射鏡８ａに入射する。反射鏡８ａには発光素子８ｂから入射した赤外線を所定角度で反射する反射部８ａ１と、入射した赤外線を吸収もしくは透過するスリット部８ａ２とが周方向に交互に設けられている。反射鏡８ａの反射部８ａ１で反射された赤外線は受光素子８ｃに入射する。受光素子８ｃがある一定の強度以上の赤外線を感じると、受光素子８ｃにエミッタ電流が発生し、受光信号が発信される。その受光信号を受けた制御ＩＣ１２は、パルス信号を一つ発信する。一つのパルス信号が発信されてから次のパルス信号が発信されるまでの時間は、反射鏡８ａの隣り合う二つのスリット８ａ２間の角度を反射鏡８ａ及びそれと一体に回転するロータ全体が回転する時間に相当する。つまり、あらかじめ定められた角度間隔で配置された隣り合うスリット８ａ２間の角度を一つのパルス信号が発信されてから次のパルス信号が発信されるまでの時間で割ると、それら２つのパルス信号が発信される間の平均の単位時間当たり回転数（回転速度）を計算することができる。スリット８ａ２の間隔が異なる反射鏡８ａを用いることで一回転当たりのパルス数を容易に変更することができる。例えば低回転での回転精度が要求される場合には、一周当たりのスリット８ａ２の数が多い反射鏡８ａを用いて１回転当たりのパルス数を増やすとよい。一周当たりのスリット８ａ２の数が多いほど高精度の回転検出を行なうことができるが、スリット８ａ２の加工精度などの問題から、一周あたりおよそ２０〜１００本のスリット８ａ２を有する反射鏡８ａが用途に応じて用いられている。
【００３７】
回転検出装置８が発信したパルス信号はこのブラシレスモータ１が使用される機器に回転速度情報として入力され、例えばブラシレスモータ１に掛かっている負荷を測定するために用いることができる。またブラシレスモータ１の規定回転速度との差を検出してブラシレスモータ１の通電を制御するためにも用いることができる。
【００３８】
なお、複数の円周上に角度間隔の刻みが異なるスリット８ａ２を配置し、その円周の数と同数の検出部を備えておくと、ロータの回転速度だけでなくステータに対するロータの回転方向の絶対的な位置も検出することができるので、ロータの回転方向の位置の情報が必要とされる場合や、ブラシレスモータ１への起動時の通電を制御する場合などに用いることができる。
【００３９】
（３）モータの回転
ブラシレスモータ１のステータ４に通電すると、回路基板７上のホールセンサ１０がロータマグネット５の位置を検出し、所定の間隔で起動電流が流される。通電と同時に発光素子８ｂの発光をはじめる。
【００４０】
単位時間当たりの回転数（以下、単に回転数と呼ぶ）と定常状態の回転数もしくは期待される回転数との差を比較して、現在の回転数が高すぎる場合には電流値を下げたり位相を遅らせるなどの減速制御をし、回転数が低すぎるときには電流値を上げたり位相を進めるなどの加速制御を行なう。
【００４１】
また、その時々の回転数、ロータの回転方向の位置などの信号はこのモータが組み込まれた機器に伝えられ、機器内のモータの制御や機器に搭載された他の装置の制御に用いられる。
【００４２】
（他の実施形態）
以上の実施例は、本発明の実施の形態の一つであり、したがって本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明を実施したモータの断面図
【図２】本発明の回転検出装置を構成する反射鏡の平面図
【符号の説明】
【００４４】
１・・・ブラシレスモータ
２・・・ハウジング
２ａ・・円筒状周壁
２ｂ・・端板部
２ｃ・・カバー板
３・・・回転軸
４・・・ステータ
５・・・ロータマグネット
６・・・ロータヨーク
６ａ・・円筒部
６ｂ・・蓋部
７・・・回路基板
８・・・回転検出装置
８ａ・・反射鏡
８ｂ・・発光素子
８ｃ・・受光素子
９・・・インシュレータ
１０・・・ホールセンサ
１１・・・軸受
１２・・・制御ＩＣ
【図１】
2005229698.tif 000003
【図２】
2005229698.tif 000004