JP2699655B2 - ブラシレスモータとその磁気センサ設置方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

技術分野 本発明は、積層した鋼板からなるロータヨークの内部
に界磁用永久磁石を挿入したロータを有し、このロータ
の端面に対向して磁気センサを配設したブラシレスモー
タに関する。 背景技術 従来、積層した鋼板からなるロータヨークの内部に複
数の界磁用永久磁石を挿入したロータと、このロータの
磁石部の外周面と僅かな隙間を隔てて対向する磁極部を
有するステータとを組合せたブラシレスモータが知られ
ている。 この種のブラシレスモータは、ロータの回転位置を検
出するため、ロータ端面にロータの回転位置を特定する
ための被検出用磁石片を貼着し、この被検出用磁石片の
回転軌道の近傍に磁気センサを設け、この磁気センサに
よって被検出用磁石片の磁気を検知してロータの回転位
置を検出するようにしたものが提案されている。 図37は上記被検出用磁石片を有するブラシレスモータ
の縦断面を示している。ブラシレスモータ51はボルト52
によって締結された一対のハウジング部材53,54を有
し、このハウジング部材53,54はボールベアリング55,56
によって回転軸57を回転自在に支承している。回転軸57
にはロータ58が固定され、回転軸57の一端はハウジング
部材53の端面から突出して、ロータ58の回転力を外部に
伝達できるように構成されている。ロータ58の周囲には
ステータ59が配設され、このステータ59はハウジング部
材53,54によって挟持されている。 ロータ58は多数の鋼板を積層したロータヨーク50と、
ロータヨーク50の内部に挿入された複数の界磁用永久磁
石61とによって構成されている。ステータ59は鋼板を積
層したステータヨーク62と、このステータヨーク62に巻
着されたステータコイル63とによって構成されている。
ステータヨーク62の内周両側の一部はステータの磁極部
59aを構成し、このステータ磁極部59aはロータ58の磁極
部58aの外周面と僅かな距離を隔てて対向している。 ロータ58の端面58bには被検出用磁石片64が貼着され
ている。この被検出用磁石片64の回転軌道の近傍のハウ
ジング部材53上には、複数の磁気センサ65が配置された
磁気センサ基板66が固定されている。 上記構成により、ブラシレスモータ51のロータ58の回
転に伴って被検出用磁石片64も回転し、360゜回転する
ごとに磁気センサ65に接近する。磁気センサ65は被検出
用磁石片64の磁気を検知してロータ58の回転位置を検出
する。しかし、このブラシレスモータ51では、界磁用永
久磁石61とステータ磁極部59aの間に大きな距離がある
ため、回転中に磁束がステータ磁極部59aとの相互作用
によって回転方向に引き寄せられ、ロータ58の外側空間
の磁束密度ピーク点の位置と実際のロータ58の回転位置
とが一致しないことが知られている。 図38はブラシレスモータ51のロータ端面58b外側の空
間の磁束密度の推移と、被検出用磁石片64によって検出
されたロータ58の回転位置とのずれを示している。図38
の横軸は時間の経過を、縦軸は電気信号の強さを示して
いる。曲線L1はロータ端面58bの外側空間の磁束密度の
推移を示し、同図の折れ線L2は被検出用磁石片64によっ
て検出されたロータ58の回転位置を示している。この図
から明らかなように、ロータヨーク内に界磁用永久磁石
を有し、界磁用永久磁石とステータ磁極部との間に比較
的大きな距離が存在するブラシレスモータでは、回転中
に磁束がステータ磁極部によって回転方向に引き寄せら
れ、磁束密度（曲線L1）は実際のロータの回転位置（折
れ線L2）より進んだ波形となって、ロータ58の周囲の空
間の磁束密度のピーク点は実際のロータ58の回転位置よ
り回転方向に進んでいる。すなわち、実際のロータの回
転位置（折れ線L2）に対し磁束密度（曲線L1）が進んで
いない状態を一点鎖線で示しているが、実線で示した磁
束密度（曲線L1）は、一点鎖線で示した磁束密度（曲線
L1）よりも電気信号の０点の位置において時間差Ｔだけ
進んでいる。この時間差Ｔは、ロータの回転角に換算で
き、この回転角は磁束のずれと等しい。更に、この磁束
のずれ（以下、進み角という）はモータに入力される電
流の大きさにほぼ比例して大きくなることが知られてい
る。 また、ロータ58の外側空間の磁束密度ピーク点の位置
と実際のロータ58の回転位置とが一致しないことに関
し、ホールICを用いて、回転数1200rpmを固定，トルク
を変化させたとき、それぞれのトルクでの最高効率時の
被検出用磁石から得られるホールICの信号とロータ外側
の磁束密度のピークのずれは、以下のとおりとなる。 この表から明らかなように、ロータ58の周囲の空間の
磁束密度のピーク点は実際のロータ58の回転位置より進
んでいる。更にこの進み角は、モータのトルクにほぼ比
例し、最高効率を得るためのホールICの取付けの誤差
は、低負荷では、レンジ20゜（±10゜）であるが、トル
クが大きくなるほど公差が小さくなって取付けにくくな
るものである。 図39は三相四極のブラシレスモータの磁気センサ基板
である。本例の場合、磁気センサはホールICを使用し
た。ホールIC65は、ホール効果を利用し磁界の向きを検
出する機能とアンプ機能を組合せて１つのICにしたもの
で、ホールICの上にＮ極を近づけると出力が約（5V）、
Ｓ極だと出力が０（Ｖ）となる。ゆえに電気角の一周期
はＮ（5V）,S（0V）となるが、機械角の一周期はN,S,N,
Sとなるため、電気角：機械角＝2:1の関係になることが
知られている。（以下電気角の場合は「電気角」と表示
し、機械角は表示しない。） 通常、三相四極のブラシレスモータでは、ホールIC65
が周方向に60゜間隔で同一径の円周上（本例では中心軸
から距離Ｒが23mm、以下、単に「R23」と表示する。）
に３個必要なので、これらを磁気センサ基板66に60゜間
隔で半田付けしている。更に磁気センサ基板66にはハウ
ジング部材に固定するための取付孔67が２箇所設置さ
れ、取付孔67の周りの円周部68にはパターン69が設けら
れていない。ホールIC65を駆動し又は外部に信号を出力
するための接続部としてランド70が設置され、ランド70
の中央に通し穴71が形成されている。この通し穴71に
は、磁気センサ基板66の裏よりリード線72が挿入され、
ランド70において半田付けされる。磁気センサ基板66の
大きさは、外周73はコイル63より内側に位置し、内周74
はハウジングのベアリング外周より外側に位置し、回転
方向の角度は、３個のホールICの配置角度の120゜に取
付孔67の大きさの分が付加された形状になるため、磁気
センサ基板の形状が大きいわりにはパターンが密接して
形成されている。 上記従来のブラシレスモータは、被検出用磁石片によ
ってロータの回転位置のみを検出するので、モータ電流
やモータトルクによって異なる磁束の進み角を検出でき
ず、従って、検出信号に基づいてステータの磁極部を励
磁すると、最も回転力を生じるステータ磁極部を励磁す
ることができないため、モータ効率が低下するという問
題があった。 これに対して、磁束の進み角を想定して被検出用磁石
片或いは磁気センサを予め一方向にずらして設置するこ
とが考えられるが、この方法ではロータを両方向に回転
させる必要がある両方向回転用ブラシレスモータに対応
することができない。 一方、上記磁気センサを用いてロータヨークの回転位
置を検出する方法に対し、ロータの回転によってステー
タ側に生じる逆起電力によってロータの回転位置を検出
するセンサレス・ブラシレスモータが知られている。 このセンサレス・ブラシレスモータによれば、ロータ
周囲の磁束密度が最も高い位置を検知することができる
こととなるが、ステータ側に生じる逆起電力を検知する
ため、電気回路が複雑化する問題があった。 発明の開示 そこで、本発明の目的は、多数の鋼板を積層したロー
タヨークの内部に複数枚の界磁用永久磁石を挿入したロ
ータを有するブラシレスモータにおいて、簡単な構造に
より、モータ電流によって異なる磁束の進み角に対して
も磁束密度のピーク点が検知でき、高いモータ効率を有
するブラシレスモータを提供することである（第１群の
ブラシレスモータ）。 本発明の他の目的は、この種のブラシレスモータにお
いて、簡単な構造により、モータトルクによって異なる
進み角に対しても磁束密度のピーク点が検知でき、高い
モータ効率を有するブラシレスモータと、磁気センサ基
板の小型化及び固定方法の改善によりコスト削減をした
ブラシレスモータを提供することである（第２群のブラ
シレスモータ）。 本発明の更なる目的は、この種のブラシレスモータに
おいて、簡単な構造により、いずれの方向に回転すると
きも、ロータ周囲の磁束密度のピーク点を検知でき、高
いモータ効率を有する両方向回転用ブラシレスモータを
提供することである（第３群のブラシレスモータ）。 本発明の他の目的は、これらのブラシレスモータに実
施して性能向上を図り得る若干の装置を提供することで
ある。 本発明における第１群のブラシレスモータは、ステー
タと、前記ステータの内側に回転自在に支承されたロー
タとを有し、前記ロータは多数の鋼板を積層したロータ
ヨークを有し、前記ロータヨークは外方に突出する偶数
の磁極部を有し、各磁極部或いは一つ置きの磁極部に界
磁用の界磁用永久磁石が挿着されているブラシレスモー
タにおいて、ロータの端面の外側に漏れた磁束を検知す
る磁気センサを有し、前記磁気センサは前記ロータ端面
から所定の距離に位置し、前記所定距離は磁気センサが
ロータ端面外側に漏れた磁束を直接検知できる距離以下
であって、且つ、ロータ端面近傍の不規則な磁束によっ
て検出信号にノイズが発生する距離以上の距離範囲内に
設定されていることを特徴とするものである。 従って、上記本発明によるブラシレスモータは、磁気
センサがロータ端面から所定距離の位置に設けられ、こ
の磁気センサによってロータモータを介してロータ端面
外側に漏れた磁束を直接検知するので、回転中にロータ
の磁束がステータとの相互作用によって回転方向に引き
寄せられたときでも、ロータ周囲の磁束密度のピーク点
の位置を検知することができる。これにより、ロータ周
囲の磁束密度のピーク点の位置に対応して最適なステー
タの磁極部を励磁することができ、磁束の進み角に拘ら
ず高いモータ効率のブラシレスモータを得ることができ
る。 更に、上記本発明のブラシレスモータは、磁気センサ
がロータの界磁用永久磁石からの磁束を直接検知でき、
且つ、ロータ端面近傍の不規則な磁束による影響が少な
い距離範囲内に設けられているので、ロータの回転位置
を示す電気信号のノイズが大幅に軽減され、従来のブラ
シレスモータに必要であった被検出用磁石片を省略して
簡単な構造のブラシレスモータを得ることができる。 なお、本明細書において、磁気センサは、コイルを含
む意味で用いられている。従って、前記第１群の発明の
みならず、以下に示すもの全てにおいて磁気センサの概
念にはコイルが含められているものである。 本発明における第２群のブラシレスモータは、ステー
タと、前記ステータの内側に回転自在に支承されたロー
タとを有し、前記ロータは多数の鋼板を積層したロータ
ヨークを有し、前記ロータヨークは外方に突出する偶数
の磁極部を有し、各磁極部或いは一つ置きの磁極部に界
磁用の界磁用永久磁石が挿着されているブラシレスモー
タにおいて、ロータの端面の外側に漏れた磁束を検知す
る磁気センサを有し、前記磁気センサの回転軸中心から
半径方向の距離は、前記界磁用磁石の外側で且つロータ
の外側端より内側の範囲内を走査するように設定されて
いることと、更に、磁気センサ基板においては、複数の
磁気センサが異なった径の円周上に配置し、各磁気セン
サの円周上のピッチ間隔とステータ巻線の相のピッチ間
隔を異ならしめて配置したことを特徴とするものであ
る。 また、本発明における第２群のブラシレスモータは、
ステータと、前記ステータの内側に回転自在に支承され
たロータとを有し、前記ロータは多数の鋼板を積層した
ロータヨークを有し、前記ロータヨークは外方に突出す
る偶数の磁極部を有し、各磁極部或いは一つ置きの磁極
部に界磁用の界磁用永久磁石が挿着され、前記ロータの
端面の外側に漏れた磁束を検知する複数の磁気センサを
有しているブラシレスモータにおいて、前記複数の磁気
センサを異なった径の円周上に配置してロータ検出位置
を進めるとともに、磁気センサの回転角度を調節して前
記進み角を遅らせ、磁気センサ間の幅を狭くするように
した磁気センサの設置方法を特徴とするものである。 従って、上記本発明によるブラシレスモータは、ロー
タの端面から所定の距離の位置に磁気センサを配置し、
この磁気センサによってロータ端面外側に漏れた界磁用
永久磁石の磁束を直接検知するようにしているので、回
転中にロータの磁束がステータ磁極部との相互作用によ
って回転方向に引き寄せられたとき、或いはこの進み角
がモータ電流（モータトルク）によって変動するとき
に、常にロータの外部空間の磁束密度のピーク点の位置
を検知してステータの最適な磁極部を励磁し、モータ効
率の向上を図ることができる。更に磁気センサの回転方
向の取付け誤差に対する最高効率の変化が少なく、また
負荷に関係なく進み角が同じであるため、どの負荷でセ
ットしてもよい。 また、本発明の磁気センサの設置方法は、軸からの磁
気センサの距離を変えることにより、進み角も変わって
磁気センサ間の角度が狭くでき、その結果、磁気センサ
基板の大きさが小さくなりコストが安くなる。 本発明における第３群のブラシレスモータは、ステー
タと、前記ステータの内側に回転自在に支承されたロー
タを有し、前記ロータは多数の鋼板を積層したロータヨ
ークを有し、このロータヨークは外方に突出する偶数の
磁極部を有し、各磁極部或いは一つ置きの磁極部に界磁
用の界磁用永久磁石が挿着されているブラシレスモータ
において、前記ロータの端面にロータの回転位置を特定
する被検出用磁石片を取付けると共に、この被検出用磁
石片の回転軌道の近傍に、一方向まわりに回転する時の
ロータの回転位置を検出する一方向用磁気センサと、他
方向まわりに回転する時のロータの回転位置を検出する
他方向用磁気センサとを設け、前記一方向用磁気センサ
と他方向用磁気センサはロータの所望の位置を検出する
ようにロータの回転方向に対して逆の方向にそれぞれ磁
束の進み角とほぼ等しい所定の角度をずらして配置され
ている両方向回転用ブラシレスモータである。 従って、上記本発明による両方向回転用ブラシレスモ
ータは、ロータの回転位置を特定する被検出用磁石片
と、一方向まわりに回転する時のロータの回転位置を検
出する磁気センサと、他方向まわりのロータの回転位置
を検出する磁気センサとを有し、これらの磁気センサは
ロータの回転方向に対して逆の方向に磁束の進み角とほ
ぼ等しい所定の角度がずらされて固定されているので、
ロータの回転中に磁気センサは実際のロータの回転位置
より磁束の進み角進んだロータ回転位置を出力する。こ
の出力されたロータの回転位置はロータ外側空間の磁束
密度のピーク点と一致しているので、この出力に基づい
てステータの磁極部を励磁することによって、最も効率
よくロータを回転駆動することができる。 図面の簡単な説明

【図１】 本発明のブラシレスモータの一実施例を示した縦断面
図。

【図２】 本発明のブラシレスモータのロータの正面を示した
図。

【図３】 本発明のブラシレスモータのロータ端面外側の磁束を
示した斜視図。

【図４】 磁気センサとロータ端面の間の距離Ｄを変化させて磁
気のアナログ波形を比較して示したグラフ。

【図５】 ロータ端面に非磁性板を貼着した本発明のブラシレス
モータの縦断面図。

【図６】 非磁性板を有するブラシレスモータと非磁性板を有し
ないブラシレスモータの磁気アナログ波形を比較して示
したグラフ。

【図７】 本発明のブラシレスモータのロータを示した正面図。

【図８】 本発明の三相四極のブラシレスモータの磁気センサ基
板図。

【図９】 ホールICの軸中心からの距離と進み角との関係を表し
たグラフ。

【図１０】 ホールICの軸中心からの距離と最高効率を得るための
ホールICの移動角度との関係を表したグラフ。

【図１１】 本発明のホールICとロータ端面との側面図。

【図１２】 本発明の他の実施例のホールICとロータ端面との側面
図。

【図１３】 本発明の他の実施例のブラシレスモータのロータ正面
を示した図。

【図１４】 本発明のブラシレスモータの他の実施例を示した縦断
面図。

【図１５】 図14のＡ−Ａ′断面図。

【図１６】 ホールICのラジアル位置と効率との関係を測定した結
果を示す図。

【図１７】 ホールICがR23mmの位置における性能を示す図。

【図１８】 ホールICがR21mmの位置における性能を示す図。

【図１９】 磁気センサ基板を示す図。

【図２０】 電子回路のブロック図。

【図２１】 磁気センサ基板とステータの一部を示す図。

【図２２】 ブラシレスモータとこれを固定する固定部材を示す断
面図。

【図２３】 磁気センサ基板を示す図。

【図２４】 磁気センサ基板の断面を示す図。

【図２５】 シート状のコイルを用いた磁気センサ基板を示す図。

【図２６】 トロイダル巻線を施した磁気センサ基板を示す図。

【図２７】 モータの回転制御を示すフローチャート。

【図２８】 磁気センサとロータの一部を示す図。

【図２９】 磁気センサ16とロータ端面8b間の距離と、進み角との
関係を示す図

【図３０】 磁気センサの位置変化と、回転数及びトルクとの関係
を示す図。

【図３１】 ホール電圧と磁束密度との関係を示す図。

【図３２】 磁束密度と温度との関係を示す図。

【図３３】 ロータ回転時の磁気センサの出力電圧波形を示す図。

【図３４】 ロータ端面を示す図。

【図３５】 ロータを示す斜視図。

【図３６】 ファンを内蔵したブラシレスモータを示す縦断面図。

【図３７】 従来のブラシレスモータを示した縦断面図。

【図３８】 従来のブラシレスモータの磁束密度の推移と検出され
たロータの回転位置の差異を示したグラフ。

【図３９】 従来の三相四極のブラシレスモータの磁気センサ基板
図。 発明を実施するための最良の形態 以下に本発明の第１実施例を図面に基づいて説明す
る。 図１は本実施例によるブラシレスモータの縦断面を示
している。ブラシレスモータ１はボルト２によって締結
された一対のハウジング部材3,4を有し、このハウジン
グ部材3,4はボールベアリング5,6によって回転軸７を回
転自在に支承している。回転軸７にはロータ８が固定さ
れ、回転軸７の一端はハウジング部材３の端面から突出
してロータ８の回転力を外部に伝達できるように構成さ
れている。ロータ８の周囲にはステータ９が配設され、
このステータ９はハウジング部材3,4によって挟持され
ている。 ロータ８は多数の鋼板を積層したロータヨーク10と、
ロータヨーク10の内部に挿入された複数の界磁用永久磁
石11とによって構成されている。ステータ９は鋼板を積
層したステータヨーク12と、このステータヨーク12に巻
着されたステータコイル13とによって構成されている。
ステータヨーク12の内側の一部はステータ９の磁極部9a
を構成し、このステータ９の磁極部9aはロータ８の磁極
部8aの外周面と僅かな距離を隔てて対向している。ステ
ータコイル13はリード線14aによって外部の電源に接続
されている。 ロータ８の端面8bと対向するハウジング部材３の一部
には、ホール素子やホールIC等の磁気センサ16が取付け
られている。磁気センサ16とロータ端面8bとは所定の距
離Ｄの隙間を隔てて対向している。符号14bは磁気セン
サ16が検出した磁気の電気信号を外部に送る電気信号用
リード線を示している。 図２は、ロータ８の端面部を示している。ロータ８は
90゜の角度をなして半径方向外方に突出した４つのロー
タ磁極部8aと、各ロータ磁極部8aに挿入された界磁用永
久磁石11とによって構成されている。ロータ８の中心部
には回転軸７が挿着され、回転軸７とロータ８はキー7a
によって一体に回転するように構成されている。符号18
はロータヨーク10を構成する鋼板を一体にかしめるカシ
メ部を示している。 各界磁用永久磁石11は、Ｎ極とＳ極とが交互に外側と
なるようにロータ磁極部8aの基部に挿着されている。界
磁用永久磁石11の磁束は、ロータ磁極部8aの先端部分に
案内されて各ロータ磁極部8aの外周面から出入してい
る。このことにより、ロータ８の界磁用永久磁石11は周
方向に交互にＮ極とＳ極の磁性を帯びている。 図中の仮想線A,A′はロータ８の回転によって磁気セ
ンサ16が相対的に移動する軌道を示している。一方、図
中の仮想線B,B′及びその間の斜線を付して示した領域
αはロータ８の外周部に存在する磁束の不安定域を示し
ている。この磁束不安定域α内の磁束はステータ９が発
生する回転磁界の影響によって磁束が常に不安定に変化
する。図に示すように、磁気センサ16の相対的な移動軌
道Ａ、Ａ′は、界磁用永久磁石11より外側にあって、且
つ、磁束不安定域αの内側にあるように設定されてい
る。 また、図２に示すように、ロータ８はロータ磁極部8a
の間に溝Ｍを有し、溝Ｍの底辺M0は磁気センサ16の相対
的な回転軌道A,A′とほぼ整合している。磁気センサ16
の移動の軌道A,A′はロータ磁極部8aの基端交点近傍を
通り、このロータ磁極部8aの基端交点近傍には次に説明
する不規則な磁束が存在しており、検出された電気信号
のノイズの発生原因となることがある。 図３は磁極部8aの交点近傍の不規則な磁束と磁気セン
サの位置との関係を示している。 ロータ８の外周の空間では、符号W0で示すように、Ｎ
極のロータ磁極部8aの先端面から出て隣り合うＳ極のロ
ータ磁極部8aの先端面に到達する磁束が存在する。一
方、ロータの端面では、符号W1に示すように、界磁用永
久磁石11のＮ極からＳ極へ連続する磁束が存在する。ま
た、隣り合うロータ磁極部8aの間では、Ｎ極のロータ磁
極部8aの先端部の端面から出て隣り合うＳ極のロータ磁
極部8aの先端部端面に到達する磁束W2が存在する。この
磁束W2は図３に示すように、ロータ端面8bから離開した
後、一度ロータ端面8bに接近して、再び離開する不規則
な経路を通って隣接するＳ極のロータ磁極部8aの先端部
に到達する。この不規則な磁束W2は、ロータ端面8bに近
い磁束ほど不規則の度合いが大きく、ロータ端面8bから
離開した磁束W3は放物線のような滑らかな形状を有して
いる。 本実施例の磁気センサ16は、上記不規則な磁束W2と交
叉しない程度にロータ端面8bより離開し、且つ、上記滑
らかな形状の磁束W3と交叉する程度にロータ端面8bに接
近した位置に設けられている。 この場合、上記不規則な磁束W2と放物線状の磁束W3の
間隔は、ロータ８の溝Ｍの底辺M0の位置において最も大
きくなり、この溝の底辺M0が磁気センサ16の相対的な回
転軌道A,A′とほぼ整合していることにより、磁気セン
サ16がノイズのない検出信号を検出するのに最も都合が
よい。 次に、上記構造に基づく本実施例の作用について説明
する。 本実施例の磁気センサ16は界磁用永久磁石11間の不規
則な磁束W2の外側にあり、且つ、滑らかな形状の磁束W3
と交叉するので、磁束の不規則な部分の影響によるノイ
ズを生じることなく、ロータ８周囲の磁束密度のピーク
点の位置を検出することができる。 図４は磁気センサ16とロータ端面8bとの距離Ｄを変え
た時の磁気センサ16の検出した磁気のアナログ信号を比
較して示している。図４の（ａ），（ｂ），（ｃ），
（ｄ）はそれぞれ距離Ｄが2mm,3mm,4mm,4.9mmのブラシ
レスモータに対応し、横軸は時間の経過を示している。
図４の（ａ）の点a0,a1で示すような不規則な凹凸部は
上記界磁用永久磁石11間の不規則な磁束W2の影響を示し
ている。この磁気のアナログ信号の不規則な凹凸部は、
デジタル信号に変換されるときに電気信号のノイズとな
る。このノイズが大きい場合には、ステータ磁極部9aを
適当に励磁することができず、ロータ８をスムーズに回
転駆動することができない。 図４（ａ）ないし図４（ｄ）を比較して明らかなよう
に、距離Ｄが大きくなるに従って磁気のアナログ信号の
不規則な凹凸部が減少し、距離Ｄを約4mm以上とした場
合に検出が可能であり、図４（ｄ）に示すように距離Ｄ
を約4.9mmとしたとき、磁気センサ16による磁気のアナ
ログ信号は滑らかなサインカーブを描き、ノイズが少な
いデジタル信号に変換される。 また、ロータ８の磁束W0,W1,W2,W3は、ロータ８が図
３に示す方向Ｒに回転するとき、ステータ磁極部9aとの
相互作用によって同図に示す方向Ｒ′に引き寄せられ
る。この磁束W0,W1,W2,W3の進み角はモータ電流或いは
トルクに関係し、モータ電流が大きくなるほど進み角が
大きいことが知られている。本実施例では磁気センサ16
によってロータ端面8bの外側空間の磁束密度を直接検知
するので、磁束密度のピーク点の位置を検知することが
できる。このことにより、磁束密度のピーク点に対応し
て最も回転力の生じる最適なステータ磁極部9aを励磁す
ることができ、モータ効率を向上させることができる。 本実施例において、磁気センサとしてホール素子を用
い、距離Ｄ＝4.9mm,回転数1200rpm,トルク0.24kgmの条
件でブラシレスモータを運転すると、被検出用磁石片を
有する従来のブラシレスモータに比べて約10％のモータ
効率の向上があった。 また本実施例において、磁気センサとしてホールICを
用いることもできる。ホールICは、ホール効果を利用し
磁界の向きを検出する機能とアンプ機能を１つのICにし
たもので、ホールICの上にＮ極を近づけると出力が約５
（Ｖ）、Ｓ極だと出力が０（Ｖ）となり、電気ノイズに
強い検出素子である。磁気センサとしてホールICを用い
る場合、ホールICのヒステリシス特性により、ホール素
子と比較して距離Ｄをより小さく設定してモータ効率の
向上を図ることができる。磁気センサとしてホールICを
用いて、回転数1200rpm,トルク0.24kgmの条件で距離Ｄ
を変えたときのブラシレスモータのモータ効率を以下に
示す。 以上から、Ｄが2.3mm以上より検出が可能であり、そ
して、2.3〜3.4mmのときモータ効率が安定していて最適
であることがわかった。なお、2.3mm未満ではノイズが
出て検出不可能であった。 これに対して同一条件で被検出用磁石片を有するブラ
シレスモータを運転するとき、モータ電流7.40A、モー
タ効率63.2％を得た。すなわち、ホールICを用いた本実
施例ブラシレスモータ１によれば、最大約17％のモータ
効率の向上を得ることができた。 また、ロータ端面に非磁性板を取付けることによって
も磁気ノイズを軽減することができる。 図５はロータ端面に非磁性板を取付けたブラシレスモ
ータの縦断面を示している。図１と同一の部分について
は同一の符号を付して説明を省略する。本実施例のブラ
シレスモータ１のロータ端面8bにはステンレスからなる
非磁性板8cが貼着されている。非磁性板8cをロータ端面
8bに貼着することにより、ロータ端面8b外側に漏れる磁
束の一部がうず電流に変換され、このため、非磁性板8c
の外側に出る磁束は全体として平滑な経路を有してい
る。磁束の経路が平滑化されることにより、磁気センサ
16で検知される磁気のアナログ波形が平滑化され、ノイ
ズが少ないデジタル信号に変換することができる。 図６は非磁性板8cを有するブラシレスモータと非磁性
板を有しないブラシレスモータのそれぞれの磁気センサ
で検知されるアナログ波形を比較したグラフである。 図６（ａ）は非磁性板を有しないブラシレスモータの
磁気のアナログ波形を示し、図６（ｂ）は非磁性板をロ
ータ端面に貼着したブラシレスモータの磁気のアナログ
波形を示している。図６の横軸は一目盛り5msの時間軸
を示しており、３つの曲線はそれぞれモータのＵ相、Ｖ
相、Ｗ相のアナログ波形と対応している。図６（ａ）の
部分Ｎは不規則な磁束による影響を示しており、この不
規則なアナログ波形Ｎはデジタル信号に変換するときに
ノイズとなる。これに対して、図６（ｂ）は上記の不規
則な磁束が非磁性板8cによってうず電流に変換され、比
較的平滑なアナログ波形になり、ノイズの少ないデジタ
ル信号が得られる。 なお、上記実施例では、非磁性板8cはロータ端面8bに
貼着されているが、非磁性板8cは磁気センサ16とロータ
端面8bとの間に設けられていれば良く、たとえば、磁気
センサ16の表面に非磁性板8cを取付けるようにしても良
い。更に、非磁性板8cにアルミナ材を添加することによ
り、磁石の熱を外部へ伝達しやすくなり、これにより磁
石の熱減磁の防止に資することになる。 また、上記説明では各ロータ磁極部8aの基部に界磁用
永久磁石11が挿着されたロータについて説明したが、本
発明はこれに限られることなく、一つ置きのロータ磁極
部に界磁用永久磁石が挿着され、界磁用永久磁石同士の
反発によって周方向に交互にＮ極とＳ極と磁極部を有す
るようにしたロータについても同様であることは明らか
である。 以上の照明から明らかなように、本発明の第１群のブ
ラシレスモータによれば、ロータの端面から所定の距離
の位置に磁気センサを配設し、この磁気センサによって
ロータ端面外側に漏れた界磁用永久磁石の磁束を直接検
知するようにしているので、回転中にロータの磁束がス
テータの磁極部との相互作用によって回転方向に引き寄
せられたとき、或いはこの磁束の進み角がモータ電流に
よって変動するときに、常にロータの外部空間の磁束密
度のピーク点の位置を検知してステータの最適な磁極部
を励磁し、モータ効率の向上を図ることができる。ま
た、同様の作用によって、両方向に回転するブラシレス
モータで一の磁気センサによって最適なステータ磁極部
を励磁することができる。 また、本発明のブラシレスモータによれば、磁気セン
サをロータの界磁用永久磁石間の不規則な磁束の外側
に、且つ、滑らかな形状の磁束と交叉する位置に配置し
ていることにより、不規則な磁束の影響によるノイズを
軽減でき、従来必要であった被検出用磁石片を省略して
構造簡単なブラシレスモータを得ることができる。 次に、本発明の第２群のブラシレスモータについて説
明する。 この第２群のブラシレスモータは、前掲の図１に示し
たものと基本的な構造は同じであり、従って共通する構
成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。前
記第１群のブラシレスモータにおいてはロータ端面と磁
気センサとの間隔について考察したのに対し、この第２
群のブラシレスモータでは主として磁気センサのラジア
ル方向における位置関係を考察している。 図７は、この発明のロータ８の端面8bを示している。
ロータ８は、90゜の角度をなして半径方向に突出したロ
ータ磁極部8aと、このロータ磁極部8aに挿入された界磁
用永久磁石11とを備えて構成されている。界磁用永久磁
石11は、その軸方向の長さはロータ８の長さと同等又は
それよりも短く、磁石端面は少なくとも磁気センサ側の
ロータ端面8bよりも内側に位置している。磁石端面がロ
ータ端面から突出していると、磁気センサに漏れ磁束が
取れないばかりでなく、ロータ端面8bと磁気センサとの
間隔も維持できない。更に、ロータ端面8bとステータ端
面9bとの長さの関係は、同等もしくはロータ端面8bが長
い方が、漏れ磁束が助長されて取れやすくなるので、好
ましいことが判明している。ロータ８の中心部には回転
軸７が挿入され、回転軸７とロータ８は焼きばめ等によ
って一体に固定されている。 界磁用永久磁石11は、内外側がＮ極とＳ極交互になる
ようにロータ磁極部8aの基部に挿着されている。界磁用
永久磁石11の磁束はロータ磁極部8aの先端部分に案内さ
れて各ロータ磁極部8aの外周面から出入りしている。こ
の構成により、ロータ８の磁極部8aは周方向に交互にＮ
極とＳ極の磁性を帯びている。図中の仮想線Ａ−Ｂ間
（本例では、中心軸からの距離Ｒが21mmからR23mmま
で）の領域は、ロータ８の回転によって磁気センサ16
（この例ではホールIC）の上辺19aがこの範囲に入ると
ロータ端面から漏れ磁束が採れ、モータ駆動ができる範
囲を示している。この仮想線Ｂは、モータの大きさに拘
らず概略、界磁用磁石11の外側とロータ８の外側端との
中間部位を半径とする円周上に位置している。 一方図中の仮想線Ｂ−Ｃ間（本例では、中心軸からの
距離R23mmからR26mmまで）の領域は、ロータ８の外周部
に存在する漏れ磁束の不安定領域を示している。この不
安定領域内の漏れ磁束はステータ９が発生する回転磁界
の影響によって漏れ磁束が常に不安定に変化し、回転は
するが、低回転、低トルクの運転領域におけるモータ効
率は、軌道Ａ−Ｂ間より約４％悪い結果が出ている。更
に仮想線Ａ−Ｄ間（本例では、中心軸からの距離R8mmか
らR21mmまで）の領域は、ロータ８の内周部に存在する
不安定領域を示している。この不安定領域内の漏れ磁束
においては、各界磁用永久磁石間の磁束は漏れにくく、
更に溝M0でステータ９が発生する磁界に引っ張られ、磁
束の切り換わり箇所が不安定となるため、モータの回転
ができない。 図中、仮想線Ｅは、磁気センサ（ホールIC）16の下辺
19bが仮想線Ｅより外側にある場合に当該磁気センサが
正常に駆動できる磁界線を示している。また、カシメ部
18が仮想線Ｅと仮想線Ｄとの間にある場合は、ロータ端
面の漏れ磁束を正常に採ることができるが、カシメ部18
が仮想線Ｅより外側にある場合は、カシメ部の凹凸によ
りロータ端面の漏れ磁束が不安定になり、特に磁束の切
り換わり箇所が不安定になるので、磁気センサの信号を
採ることができない。 図中に示すように、磁気センサ（ホールIC）16の上辺
19aを、ロータ８の領域Ａ−Ｂ間にセットすることによ
り、また、カシメ部18を仮想線Ｅより内部にセットする
ことにより、安定した漏れ磁束が得られ、安定した効率
と回転を得ることが可能となる。 なお、前記の実施例では、磁気センサ16がロータ端面
から漏れ磁束が採れて、モータ駆動ができる範囲とし
て、図７中の仮想線Ａ−Ｂ間を上げ、このＡ−Ｂ間は中
心軸からの距離Ｒが21mmからR23mmまでの領域であると
して、「21mm」「23mm」という具体的な数値を示した。
上述したことは、このＡ−Ｂ間が上記数値に限定される
ことを意味するのではない。すなわち、モータ駆動の可
能な範囲としてのＡ−Ｂ間は、種々の実験の結果、ロー
タ８の外径（約R26mm）及び界磁用永久磁石11との相対
的な位置関係で把握されるものであって、中心軸から界
磁用永久磁石11への垂直線を想定した場合、線Ａは、界
磁用永久磁石11のほぼ外側面の位置、そして、線Ｂは、
同想定垂直線における線Ａとロータ外側端とのほぼ中央
の位置、をそれぞれ示すものであることが判明してい
る。これらの位置は、モータ形状が大小それぞれのもの
であっても、一般的に妥当する普遍的な位置なのであ
る。 そして、ホールICを前記位置（R23mm）にセットし
て、回転数を1200rpmに固定し、トルク変化させたと
き、それぞれのトルクにおける最高効率のときの、ロー
タ端面から得られるホールICの信号と、ロータ外側の磁
束密度のピークとのずれを以下に示す。 前記表において、例えばトルクが0.05Kgmのとき、最
高効率たる90％を得るには、ホールICの信号とロータ外
側の磁束密度のピークとのずれを、10゜±15゜（電気
角）とすることが必要であり、同様に、トルクが0.10Kg
mのとき、最高効率たる87％を得るには、ホールICの信
号とロータ外側の磁束密度のピークとのずれを、10゜±
15゜（電気角）とすることが必要（以下、同じ）である
ことを示している。 前記表から明らかなように、ロータ端面から直接漏れ
磁束を検知することにより、磁気センサ基板の位置を低
負荷点（例えば前記の0.05Kgm）でセットすれば、それ
ぞれの負荷において最高の効率が得られ、更にホールIC
の回転方向の取付誤差に対する最高効率の変化が少な
く、また負荷に関係なくずれ量が同じであるため、どの
負荷においてセットしてもよい。 つまりロータ８が回転するときに、ステータ磁極部と
の相互作用よってロータ磁極部の磁束が引き寄せられ
る。この進み角はモータ電流或いはトルクに関係し、モ
ータ電流が大きいほど（トルクが大きいほど）進み角が
大きいものであり、そしてホールICはロータ端面8bの外
側空間の磁束を直接検知するので、磁束密度のピーク点
に対応して最も回転力を生じる最適なステータ磁極部9a
を励磁することができ、従ってモータ効率を向上させる
ことができる。 ８図は本発明の三相四極のブラシレスモータの磁気セ
ンサ基板15を示す図で、本実施例の場合、磁気センサに
はホールICを使用した。 ロータ回転方向を時計回転方向として、周方向に52゜
間隔でホールIC16a（本例ではホールICの上端が中心軸
からR23mm），ホールIC16b（本例では中心軸からR22m
m），ホールIC16c（本例では中心軸からR21mm）を、３
個異なった中心軸からの距離で、且つ、ロータ回転方向
に次第にホールICの位置が内側にセットされ、それぞれ
半田付けにより固定されている。更に、磁気センサ基板
15をステータに固定するためのシャフト取付孔21が２箇
所、磁気センサ基板外側に設置されている。取付孔21の
回りはランド24が施され、ランド24の銅箔は厚く構成さ
れ、シャフトを挿入した後ハンダ付け又は樹脂固定する
ことにより、機械的強度を十分保てるように構成されて
いる。更にホールICを駆動するため又は外部に信号を出
力するための接続部として、Ｃ型形状のランド20が設置
され、リード線14bが磁気センサ基板の上下及び横から
簡単に挿入でき、しかも半田付けができるように、ラン
ド20の面積を一部広く採っている。リード線14bはフラ
ットケーブルで、線の絶縁体が一体になっているので、
ランド20のようにＣ型形状のものに対して極めて挿入し
やすいものである。 磁気センサ基板15の大きさは、その外周25がステータ
コイル13より内側に位置し、また、内周23の位置は任意
に設けることができる。すなわち、磁気センサ基板の固
定が外周にてなされるので、当該内周23を基準にしてハ
ウジング部材に固定する必要がなくなり、その分、回転
軸７の外径の位置まで基板を広めることが可能となり、
その結果、より簡単にパターン22を製作することがで
き、そしてパターン間の絶縁性距離を十分保つことがで
き、またランド20の外側にパターンを引く必要がなくな
り、従って、ランド20をＣ形のようにオープン型にする
ことができるようになった。更に、回転方向の角度は、
後に詳述するようにホールICのピッチ間の大きさですむ
ため、磁気センサ基板15の形状が非常にコンパクトにな
り、その製作費も安価となる。 図９は、ホールIC16を軸中心より外側に移動し、軸中
心からR21mmの位置を基準にしたときの進み角の変化量
を示している。図10は、軸中心からR21mmを基準にし
て、ホールICを外側に移動させたときの最高効率を得る
ためのホールICの回転方向の移動角度を表している。 図８乃至図10において、ロータ回転方向の角度を
（＋）とし、反ロータ回転方向の角度を（−）とする
と、図９より、R21mmからR23mmまでホールICを外側に単
に移動させると、ステータに近い磁束であって且つ引き
寄せられる漏れ磁束を拾うため、ロータ検出位置は比例
的進み側となる。しかしR23mmを過ぎると、磁極部の形
状が限られることより、次第に進み量が少なくなる傾向
がある。またR21mmからR26mmにホールICを外側に移動さ
せると、進み角が進み過ぎることにより、進み角の最高
効率の位置がずれ、モータ効率が低下する。しかし図10
に示されるように、それぞれの位置において、ホールIC
を（−）側に移動させると最高効率が得られ、それぞれ
の得られた最高効率の差はほとんどないことが実験で得
られた。またホールICを軸中心からR20.5mm以下及びR2
6.5mm以上は、モータが回転しないため、図に斜線を引
いている。 ホールIC16c（軸中心よりR21）を基準として、ホール
IC16b（軸中心よりR22）の位置は、通常角度60゜である
が、図９に示されるように、位置が軸中心より1mm外側
にあることより電気角15゜進みとなるが、他方、図10に
示されるように、ホールICの回転角度を動かすことによ
り同一の最高効率が得られ、60゜−８゜＝52゜がホール
IC16cとホールIC16b間の角度となる。同様にホールIC16
bとホールIC16a間の角度（52゜）も得られ、その結果、
従来のものよりホールIC間の幅を16゜狭くすることが可
能となり、従って、磁気センサ基板15を小型にすること
ができるようになった。 図11はホールICとロータ端面の側面図を表している。
ロータ８の外周の空間において磁極部8aから漏れた磁束
を検知するため、磁気センサ基板15に設けた磁気センサ
（ホールIC）16をロータ端面8b側に向け、ロータ８と磁
気センサ基板15との間隔の調整には段付きシャフト28を
使って行う。すなわち、シャフト28の一端部28aはＱ方
向より磁気センサ基板の取付孔21に挿入し、そしてラン
ド側15aにてハンダ付けをする。もう一端は28bはステー
タ磁極部（図に表れていない）にて圧入固定される。ロ
ータ端面とホールICの間隔調整はシャフト28の寸法L1に
よって調整される。本実施例においては、ロータ端面と
ホールICとの軸方向の距離が2.3mm未満ではロータ端面
から漏れる磁束が多いため、正常に駆動させることがで
きない。従って、寸法L1を2.3mm以上に設定している。 また、磁束に関し、界磁用永久磁石の厚みと、ロータ
端面・ホールIC間との距離は比例関係にあることが実験
でわかった。つまり界磁用永久磁石が厚くなればなるほ
ど、界磁用永久磁石の漏れ磁束が多くなり、それに伴い
ホールICの位置は、ロータ端面からの距離を離してもセ
ンシングが可能である。更にリード線14bは、磁気セン
サ基板15の上側面Ｐよりランド20に挿入され、ハンダ付
け又は樹脂にて固着される。 図12は、ホールICとロータ端面の他の実施例を示す側
面図で、この例では、磁気センサ基板15及び磁気センサ
（ホールIC）16を、前例の場合とは逆の向きに設けてい
る。なお、ロータ８と磁気センサ基板15との間隔合せ
は、段付きシャフト28の寸法L2により調整され、この場
合ホールICの取付け間隔は寸法L2そのものとなる。更に
シャフトの端部28aの挿入方向とハンダ付けの方向が逆
のため、つまりランド15aが前記端面8bとは反対の方向
に向いているため、該ランド15aに行うハンダ付けが容
易化され得る。 また、リード線14bはランド20の面積の広い部分にそ
のままハンダ付けされ、ハンダ面及びホールIC等の部品
がすべてランド側15aに位置するため、製作しやすい。
また、反ランド側15bには、基板のノイズとロータ端面
の漏れ磁束のノイズが交錯しないように、シールドシー
ト29を貼っている。そのため、ホールICでノイズのない
磁束を十分に検出することができる。このように、シー
ルドシート29を反ランド側につけることにより、安定し
た信号を外部へ出力できると同時に、シールドシート29
を設けない通常の場合のロータ端面・センサ基板間の距
離に対し、約30％もロータ端面の近くで磁束を測定する
ことが可能となった。 図13は、ロータ端面の他の実施例を示している。 ロータ30は90゜の角度をなして半径方向に突出したロ
ータ磁極部30bとロータ磁極部30aに挿入された界磁用永
久磁石31とによって構成されている。ロータ30の中心部
には回転軸32が挿入され、回転軸32とロータ30は焼きば
め等によって一体に嵌合されている。 各界磁用永久磁石31はＮ極（叉はＳ極）が回転軸側に
なるように１個おきの磁極部30aの基部に挿着されてい
る。界磁用永久磁石31の磁束はロータ磁極部30aの先端
部分に案内されて各ロータ磁極部30bの外周面から出入
りしている。このことにより、ロータ30は周方向に交互
にＮ極とＳ極の磁性を帯びている。図中の仮想線Ｂ−Ｃ
間（本例では、中心軸からの距離R23mmからR26mmまで）
はロータ30の回転によってホールIC32の上辺33がこの範
囲に入ると磁束の切り換わり箇所が安定になりモータ駆
動ができる範囲を示している。 更に仮想線Ｂ−Ｄ間（本例では、中心軸からの距離R8
mmからR23mmまで）領域は、ロータ30不安定領域を示し
ている。この領域は界磁用永久磁石のある磁極部とない
磁極部の磁束の動きが異なり、磁束の切り換わり箇所が
不安定になりモータ駆動ができない。 なお、上述した説明では、ロータ端面から漏れた磁束
から磁気センサ信号を採るように説明したが、本発明は
これに限られることなく、ロータにエネルギー積（BHMA
X25MGOe）が高い希土類磁石を挿入し、ロータ端面部に
おいて少なくとも１箇所磁気飽和させて、ロータ外側で
故意に磁束を漏らせば、磁気センサに流れる磁気量は増
加することとなるため、磁気センサの特性のバラツキが
あっても良好に検出することができる。とりわけ、磁気
飽和箇所が、極の切り換わる位置の付近に存することに
より、不安定になりやすい箇所において安定した検知を
なすことが可能とある。更に、軸方向の磁気センサとロ
ータ端面との距離を広くすることにより、モータの信頼
性が向上し、また、組立が容易化されることは言うまで
もない。 以上の説明から明らかなように、本発明の第２群のブ
ラシレスモータによれば、ロータ端面から所定の距離の
位置に磁気センサを配置し、この磁気センサによってロ
ータ端面外側に漏れた界磁用永久磁石の磁束を直接検知
するようにしているので、回転中にロータの磁束がステ
ータ磁極部との相互作用によって回転方向に引き寄せら
れたとき、或いはこの進み角がモータ電流（モータトル
ク）によって移動するときに、常にロータの外部空間の
磁束密度のピーク点の位置を検知してステータの最適な
磁極部を励磁し、モータ効率の向上を図ることができ
る。更にホールICの回転方向の取付け誤差に対する最高
効率の変化が少なく、また負荷に関係なく進み角が同じ
のため、どの負荷でセットしてもよい。 また、本発明の磁気センサ基板は、センサ基板を固定
するための取付孔を外周に配置することにより、センサ
基板の内周を回転軸まで広めることが可能となり、より
簡単にパターン配線ができるとともに、パターンの絶縁
距離も十分にとれて、リード線との接続ランドの形状が
変更でき、その結果リード線の挿入及び接続が簡単にな
った。また、ホールICの軸からの距離を変えることによ
り、進み角も変わってホールIC間の角度を狭くすること
ができ、その結果、磁気センサ基板の大きさが小さくな
り、コストの低廉化を図ることができるようになった。 次に、本発明の第３群のブラシレスモータについて説
明する。 この第３群のブラシレスモータは、図14に示すよう
に、前掲の図１に示したものと基本的な構造は同じであ
り、従って共通する構成要素には同一の符号を付してそ
の説明を省略する。 図14において、ロータ８の端面8bにはロータ８の回転
位置を特定するための被検出用磁石片17が貼着されてい
る。この被検出用磁石片17の回転軌道の近傍のハウジン
グ部材３の内端面には、時計回りに回転する時のロータ
８の回転位置を検出するCW磁気センサ16（16X）と、反
時計回りに回転する時のロータ８の回転位置を検出する
CCW磁気センサ（16Y）とが取付けられている。 図15は、図14に示す矢印Ａ−Ａ′方向のロータ８の正
面を示している。ロータ８は鋼板を積層したロータヨー
ク10と界磁用永久磁石11とからなり、ロータヨーク10は
外周部に90゜の角度をなして半径方向外方に突出した４
つの部分を有している。このロータヨーク10の突出した
４つの部分は、基部に外側が交互にＮ極とＳ極となるよ
うに挿入された界磁用永久磁石11を有し、それぞれロー
タ磁極部8aを構成している。図中符号18は鋼板を一体に
かしめるカシメ部を示している。 ロータ磁極部8aのうちの一つの端面中央には、被検出
用磁石片17が貼着されている。この被検出用磁石片17
は、ロータ８が図15に示す時計方向CW或いは反時計方向
CCWに回転するとき、回転軌道Ｒに沿って移動する。図
示しないハウジング部材３の端面には、仮想線で示すCW
磁気センサ16XとCCW磁気センサ16Yが貼着されている。C
W磁気センサ16XとCCW磁気センサ16Yは、図に示すよう
に、回転軌道Ｒの近傍に設置され、CW磁気センサ16XはC
CW方向に角度α０ずらされて固定され、CCW磁気センサ1
6YはCCW方向に角度α１ずらされて固定されている。 CW磁気センサ16XとCCW磁気センサ16Yの位置をそれぞ
れP1,P2、ロータ磁極部8aの中心位置をP0,P3とすると、
ロータ８が時計回りに回転するときは、図示しない制御
回路によってCW磁気センサ16Xの信号のみを受信し、CW
磁気センサ16Xが位置P1で磁束を検知したときに、位置P
0に対応するステータ磁極部9aを励磁するように制御す
る。逆にロータ８が反時計回りに回転するときは、上記
制御回路により、CCW磁気センサ16Yの信号のみを受信
し、CCW磁気センサ16Yが位置P2で磁束を検知したとき
に、位置P0に対応するステータ磁極部9aを励磁するよう
制御する。 次に角度α０とα１の大きさについて前記図38を用い
て説明する。前述のように、図38はブラシレスモータの
ロータ端面の外側の空間の磁束密度の推移と、被検出用
磁石片によって検出されたロータの回転位置とのずれを
示しており、そして、時間差Ｔは、ロータの回転角に換
算でき、この回転角は磁束の進み角と等しいものであ
る。 そこで、この実施例は、上記CW磁気センサ16XとCCW磁
気センサ16Yのずれ角度α０とα１を、この磁束密度の
進み角とほぼ等しくなるように設定したものである。 以上の構成により、本実施例のブラシレスモータ１で
は、ロータ８が図15に示す時計回りCWに回転する場合、
被検出用磁石片17が位置P1到達したときにCW磁気センサ
16Xが被検出用磁石片17の磁束を検出し、前述の制御回
路によって位置P0に対応するステータ磁極部9aを励磁す
る。このとき、ロータ８の外側空間の磁束密度のピーク
点は位置P0にあるので、ロータ８も最も効率よく回転駆
動させられることとなり、その結果、モータ効率を向上
させることができる。 反応にロータ８が反時計回りに回転する場合は、CCW
磁気センサ16Yによって位置P2に到達した被検出用磁石
片17の磁束を検出し、位置P3に対応するステータ磁極部
9aを励磁し、同様にモータ効率の向上を図ることができ
る。 なお、本実施例のブラシレスモータ１において、ロー
タ８が図15に示す時計回りCWに回転する場合、CCW磁気
センサ16Yを用いることができる。すなわち、前述のよ
うに、CCW磁気センサ16Yは、反時計回りCCWに回転する
場合にCCW方向に角度α１ずらされて固定されているの
で、これを時計回りにCWに回転するか観点から見ると、
CCW磁気センサ16Yは遅れ角になっている。従って、CWに
回転する場合、CCW磁気センサ16Yを遅れ角用として用い
ることができることとなる。また、逆に、CCWに回転す
る場合も、CW磁気センサ16Xを遅れ角用として用いるこ
とができる。 また、搬送用機器等において、作業時に低速且つ高ト
ルクで繰出し、収納時に素早く高速且つ低トルクで反転
する必要がある両方向回転用ブラシレスモータが使用さ
れる。このような両方向回転用ブラシレスモータは、そ
れぞれの回転方向の磁束密度の進み角が異なるので、一
つの被検出用磁石片と、作業時のロータの回転位置を検
出する作業用磁気センサ及び、収納時のロータの回転位
置を検出する巻取用磁気センサとを設け、作業時の高ト
ルクのときに、ロータの回転方向に対して逆方向に磁束
の進み角と等しい角度をずらして作業用の磁気センサを
固定し、収納時の低トルクのときのロータの回転方向
（作業時とは反対の回転方向）に対して逆方向に大きな
角度をずらして収納用の磁気センサを固定する。作業用
・収納用磁気センサのそれぞれのトルクでの磁束の進み
角を一致させることにより、回転速度とトルクが異な
り、且つそれぞれの回転方向において高効率を発揮する
両方向回転用ブラシレスモータを得ることができる。 以上の説明から明らかなように、本発明の第３群のブ
ラシレスモータによれば、ロータの回転位置を特定する
被検出用磁石片と、時計まわりに回転する時のロータ回
転位置を検出するCW磁気センサと、反時計回りのロータ
回転位置を検出するCCW磁気センサとを有し、CW磁気セ
ンサとCCW磁気センサはロータの回転方向に対して逆の
方向にそれぞれ所定の角度ずらして配置されているの
で、ロータが時計回りと反時計回りのいずれかの方向に
回転するときも、実際のロータの回転位置より磁束の進
み角に等しい角度の進んだステータ磁極部を励磁するこ
とができる。これにより、最も効率よくロータを回転駆
動することができ、モータ効率の高い両方向回転用ブラ
シレスモータを得ることができる。 次に、本発明の前記第２群のブラシレスモータを用い
て、前記第３群のブラシレスモータのような両回転を行
う場合について説明する。 前述したとおり、通常は一方向の回転に磁気センサ３
個必要とするので、両方向に回転するブラシレスモータ
には磁気センサが６個用いられる。本発明者等は、図16
に示すように、ホールICの位置を21mm、23mm、24.5mm、
26mmとし、１セット３個で時計まわり（CW）及び反時計
まわり（CCW）における同一効率の位置（進み角０゜）
で定格効率、最大負荷、最大回転数を求めてみた。この
図16から明らかなように、R24.5mm、R26mmではホールIC
でセンシングすることができなかった。そして、R23mm
の場合は、更に図17に示すように、CW及びCCWに同電圧
をかけると、モータ効率は異なるものの回転変動が全域
において少なく、裸特性（最高回転数）は同一となる。
また、同様に、R21mmの場合は、更に図18に示すよう
に、CW及びCCWに同電圧をかけると、裸特性は異なるも
ののモータ効率と高負荷時の回転数が同一となる。 図17及び図18において、50％、70％及び100％は、デ
ューティ（duty）で、回転数とトルクの関係を示し、丸
印は回路電流とトルクの関係を示し、ともに実線はCC
W、点線はCWの場合である。 なお、ホールICをR23mmにセットして、回転数を1200r
mpに固定し、トルクを変化させたとき、それぞれのトル
クにおける最高効率のときの、ロータ端面から得られる
ホールICの信号と、ロータ外側の磁束密度のピークとの
ずれを以下に示す。 前記表から明らかなように、R23mmにセットすること
により、ホールICの回転方向の取付誤差に対する最高効
率の変化が少なく、また負荷に関係なくずれ量が同じで
あるため、どの負荷においてセットしてもよい。 上述した実施例は、磁気センサのセット位置を任意に
選択することにより、同一構造でありながら、使用目的
に適した性能を有するモータを得ることができることを
示している。すなわち、正転反転の両回転に同一最大回
転、同一トルクを必要とする場合は、磁気センサを、例
えば前記R23mmにセットすることとなる。また、洗濯機
に用いられるモータのように、洗濯モードの場合、回転
数:1200rmp、トルク:0.24kgmで両回転、脱水モードの場
合、回転数:2000rpm、トルク:0.05kgmで片回転、といっ
た性能が要求されるときは、磁気センサを例えば前記R2
1mmにセットするものである。ここで、ホールICの半径
方向の位置を変更した例を挙げて説明したが、各々のＲ
位置において、進み角を調整しても同様の効果が得られ
ることは言うまでもない。 前記実施例から解ることは、磁気センサの位置を複数
異ならしめた状態で、回転方向がCW、CCWが予め多くの
データを集めいておいて、これらの中から前述の洗濯機
用モータのように、所望回転の実施態様に適合するパタ
ーンを洗濯することが好ましいということである。な
お、前記の表において、ホールICと磁束密度のピークの
ずれが、前記第２群のブラシレスモータの箇所で示した
表と相違するのは、こちらの表の場合は、正転反転の両
回転に適した条件を模索した結果によるものである。 次に、上述した本発明の１乃至３群のブラシレスモー
タに実施してモータ性能の向上を図り得る装置を説明す
る。 図19は磁気センサ基板を示す図で、この実施例は、磁
気センサ基板15にセンサ駆動電源を設置したものであ
る。すなわち、磁気センサ基板15に発電コイル34を設け
るとともに、この発電コイル34を電子回路35に接続し、
この電子回路35と電源36、そして磁気センサ16とを接続
する。この磁気センサ基板15において、ロータからの漏
れ磁束により発電コイル34に交流電圧が流れ、図20に示
すように、整流回路により全波整流又は半波整流され、
昇圧回路により昇圧され、制御回路を経て電源に蓄えら
れる。ここで、制御回路としては１個又は複数のダイオ
ードを用い、また、昇圧回路は必要により設けられるも
ので、昇圧コイルを用いて構成される。このように磁気
センサ基板15を構成した場合は、ロータの漏れ磁束を有
効利用することができ、従来用いられていた外部電源、
従ってこれに伴う外部配線を不要にすることができ、発
電性能が大きくて、しかも磁気センサと電源を含めたコ
ンパクト形状に形成することができるものである。 更に、図21に示すように、発電コイル34を、ステータ
９の歯部に補助コイルを巻いて形成することもできる。
なお、発電コイル34は、好ましくは、小型化、薄型化に
適したシート状コイルを用い、電源36には、充放電が可
能な大容量コンデンサや二次電池を用いる。このように
することにより、大容量の発電を可能とするばかりでな
く、電子回路電源を経由してモータの外に引き出し、外
部のアクチュエータを制御するための電源として用いる
ことも可能である。 また、前述したロータの漏れ磁束を有効利用して、外
部のアクチュエータを制御するための電源として用いる
他の態様として図22に示すものがある。これは、ブラシ
レスモータ１を固定する取付板40に、該ブラシレスモー
タ１のハウジング部材３の方向に突出する部位41を設
け、この部位41の先端に前記発電コイル34を取付け、こ
の発電コイル34よりリード線14にて制御回路42、電池43
へ接続する。他方、ハウジング部材３には、前記発電コ
イル34に照応する箇所に孔3aを形成し、この孔3aに前記
部位41を挿通して、前記発電コイル34をロータ端面8bに
近接させて設置するものである。図22中、44は回転軸７
を挿通するための孔である。なお、前記取付板40と当接
するハウジング部材３とは反対側のハウジング部材４の
外側に、例えばシート状コイルの発電コイル34を設ける
ようにしてもよい。このようにして、発電コイル34をモ
ータ内外の適宜の箇所に設置し、これにより得られた電
源を磁気センサやモータ外部の駆動電源として用いるこ
とができるものである。なお、これらのロータ漏れ磁束
を利用して逆起電力を発生させるものは、ロータが惰性
で回転している場合も利用することができるものであ
る。 図23及び図24は磁気センサ基板の他の実施例を示す図
で、この例では、磁気センサ基板15に空洞部15cを形成
し、この空洞部15cに磁気センサ16を組込ませて、磁気
センサ基板15の表裏全体を、例えばアルミナ材等の熱伝
導性の良好な材質をを含ませた非電導性の樹脂37でモー
ルドしたものである。このように構成した場合は、磁気
センサ基板15に空洞部15cが形成されているので、磁気
センサ16の位置決めが容易化され、また、放熱性の樹脂
37でモールドされているので、磁気センサの放熱が良好
になされる。なお、従来において、磁気センサ基板上に
磁気センサが装着され、従って磁気センサ基板はとりわ
け磁気センサにより凹凸状となっていて、これに樹脂モ
ールドすることは困難であったが、この実施例によれ
ば、空洞部15cが形成されてこれに磁気センサ16が組込
まれるので、位置決め効果を備えるとともに基板面に凹
凸がなくなり、従って樹脂モールドを行うことが容易化
され、更に上述したように、この樹脂モールドにより放
熱効果を得ることが可能となるものである。 図25及び図26は、磁気センサにコイル38を用いたもの
で、図25はシート状のコイル、図26はトロイダル巻線を
施したコイルである。この例では、ロータからの漏れ磁
束がコイル38を横切ると逆起電力が生じるので、この逆
起電力を位置検出信号として利用するものである。 上述のように、逆起電力を利用して位置検出を行う場
合、ロータの静止している始動時は逆起電力が発生して
いないので位置検出をすることができない。そこで、図
27に示す制御を行うとよい。すなわち、図27のフローチ
ャートにおいて、まず最初に、一定時間あるパターンの
駆動信号により電流リミッタの制限値の電流で励磁す
る。これにより、ロータはこの励磁パターンに対応した
位置に移動し、位置が確定する。次いで、電流を流した
状態で転流信号を与えて出力パターンを切り換えると、
モータが回転し、これによりコイルに逆起電力が発生す
るので、コイルによる位置検出を行うこととなる。この
ようなコイルを用いた場合は、ホール素子、ホールICの
ような磁気センサが不要となり、これに代わるコイルは
銅線のため安価に製作することができ、また、従来の磁
気センサに比べて、端子が少なくてすみ、耐熱性があ
り、製造上ラフな公差ですむという利点がある。 図28は、磁気センサ16をロータ端面8bに対し、移動可
能に設けたものである。すなわち、ハウジング部材3,4
の内部適宜箇所に円筒体45を設置し、この円筒体45内に
非磁性体の作動杆46を軸方向に移動可能に設け、この作
動杆46のロータ側に磁気センサ16を固定し、該作動杆46
の反対側には磁石47を固定する。この磁石47に対向し
て、ハウジング部材の外側にはフィルムコイル48を設け
てこれに電気的導通を図っている。従って、フィルムコ
イル48に電流を流して励磁し、図示を省略した制御装置
によりフィルムコイル48の磁性を転換することにより、
前記磁石47の吸着と反発を行わしめ、作動杆46従って磁
気センサ16を軸方向に動かすことによりロータ端面8bと
の距離を調整し、これによりモータの回転領域を変化さ
せるものである。図29は、このようにして磁気センサ16
を移動させたとき、磁気センサ16とロータ端面8b間の距
離と、進み角との関係を示す図で、磁気センサ16がロー
タ端面8bから離れていくと、進み角は図中のａ点から比
例的に進んで行く。このａ点は、実験の結果、界磁用永
久磁石11の厚みの1.5倍なる値が得られている。また、
図30において、引出し線１で示す線図は、磁石47とフィ
ルムコイル48が反発しているとき、すなわち磁石47がロ
ータ端面8bに接近しているときを示し、引出し線２で示
す線図は、磁石47とフィルムコイル48が吸着していると
き、すなわち磁石47が前記引出し線１の場合よりもロー
タ端面8bから離れているときを示している。このよう
に、磁石47のロータ端面を8bに対する位置を可変とする
ことにより、裸特性を変化させることができる。なお、
前記第１群の発明において、磁気センサ16をロータ端面
8bに対し、移動可能に設けた場合は、前記の効果のほ
か、磁気センサの設定位置すなわちロータ端面外側に漏
れた磁束を直接検知できる距離以下であって、且つ、ロ
ータ端面近傍の不規則な磁束によって検出信号にノイズ
が発生する距離以上の距離範囲内の位置、の位置決めを
容易化することができる。 ところで、前述の各実施例は、温度がほぼ一定の場合
を前提としているものであって、モータの回転中に温度
条件が極端に変化するような場合は、これに備えて温度
補償手段を用いることが期待されるものである。そし
て、温度補償を行うには、一般的には温度センサは必須
の構成要素である。そこで、本発明者等は、温度センサ
を用いないでモータ温度を検出することができる技術的
手段を提案するものである。 すなわち、図31に示すように、ホール電圧と磁束密度
との間には、一定の比例関係があり、そして、図32に示
すように、磁束密度と温度との間にも一定の関係があ
る。図33はロータ回転時の磁気センサの出力電圧波形
で、磁石の温度上昇により磁束密度が減少し、また磁束
密度が減少により磁気センサの出力電圧は降下する。そ
こで、これらの関係を利用して、つまり、この関係を予
め求めておき、制御回路内に、磁束密度・温度テーブル
を例えばROM組込みすることにより、磁気センサの出力
電圧によりモータの温度をモニタすることができるもの
である。更に、ロータ磁石の減磁量も同様に磁気センサ
の出力電圧により検出することができる。このように構
成することにより、モニタ温度を磁気センサのアナログ
出力値の変化から検出できるので、専用の温度センサが
不要となり、コストダウンを図ることが可能となる。ま
た、温度上昇や不測の現象によるロータ磁石の減磁を磁
気センサのアナログ出力値の変化から検出できるので、
磁石性能劣化を把握することができる。更に、回転中の
磁石の温度を、前述のように温度センサを用いずに直接
検出することができるものである。 次に示す実施例は、磁気センサや磁束密度が前述のよ
うに温度に影響されることに鑑み、モータ内を冷却する
ことの可能な構造を提案するものである。すなわち、図
34乃至図36に示すように、ファンを形成するものであ
る。図34及び図35は、ロータヨーク10の鋼板10aの磁極
部先端10bを斜めに折り曲げてファン形状に形成してい
る。従って、ロータの回転により鋼板10aの磁極部先端1
0bで送風して、磁気センサを冷却することとなり、これ
により周囲の温度変化の影響が少なくなり、安定した出
力電圧が得られる。図36に示すものは、ロータ端面8bと
磁気センサ16との間に、回転軸７に固定したファン39を
設置するもので、前例同様、磁気センサ及びモータを冷
却することとなり、これにより安定した出力電圧が得ら
れる。なお、このファン39は非磁性材で形成され、従っ
てロータ端面からの漏れ磁束には影響がないようになさ
れているので、ファン39を設けたからといって検出不良
になることはない。 産業上の利用可能性 この発明は、磁気センサを用いてロータの回転位置を
検出するブラシレスモータにおいて、ロータ周囲の磁束
密度のピーク点を検知でき、高いモータ効率が要求され
るブラシレスモータに最適である。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−170778（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−104453（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−58881（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−168785（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−140882（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−44584（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−82665（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−97368（ＪＰ，Ｕ) 特表 平５−505089（ＪＰ，Ａ) 国際公開92／7409（ＷＯ，Ａ１) 国際公開91／11051（ＷＯ，Ａ１)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステータとステータの内側に回転自在に支
   承されたロータとを有し、前記ロータは多数の鋼板を積
   層したロータヨークを有し、前記ロータヨークは偶数の
   磁極部を有し、各磁極部或いは一つ置きの磁極部に界磁
   用磁石が挿着されているブラシレスモータにおいて、 前記ロータの端面の外側に漏れた磁束を検知する磁気セ
   ンサを有し、前記磁気センサは前記ロータ端面から所定
   の距離に位置し、前記所定距離は磁気センサがロータ端
   面外側に漏れた磁束を直接検知できる距離以下であっ
   て、且つ、ロータ端面近傍の不規則な磁束によって検出
   信号にノイズが発生する距離以上の距離範囲内に設定さ
   れ、更に、前記ロータヨークは各ロータ磁極部間に溝を
   有し、この溝は前記磁気センサの相対的な回転軌道とほ
   ぼ整合する底辺を有していることを特徴とするブラシレ
   スモータ。
2. 【請求項２】ステータとステータの内側に回転自在に支
   承されたロータとを有し、前記ロータは多数の鋼板を積
   層したロータヨークを有し、前記ロータヨークは偶数の
   磁極部を有し、各磁極部或いは一つ置きの磁極部に界磁
   用磁石が挿着されているブラシレスモータにおいて、 前記ロータの端面の外側に漏れた磁束を検知する磁気セ
   ンサを有し、前記磁気センサは前記ロータ端面から所定
   の距離に位置し、前記所定距離は磁気センサがロータ端
   面外側に漏れた磁束を直接検知できる距離以下であっ
   て、且つ、ロータ端面近傍の不規則な磁束によって検出
   信号にノイズが発生する距離以上の距離範囲内に設定さ
   れ、更に、前記磁気センサとロータ端面の間に、ノイズ
   軽減用の非磁性板を取付けたことを特徴とするブラシレ
   スモータ。
3. 【請求項３】ステータとステータ内部に回転自在に支承
   されたロータとを有し、前記ロータは多数の鋼板を積層
   したロータヨークを有し、前記ロータヨークは偶数の磁
   極部を有し、各磁極部或いは一つ置きの磁極部に界磁用
   磁石が挿着されているブラシレスモータにおいて、 一つ磁極部の積層鋼板と、これに隣接する磁極部の積層
   鋼板との間におけるロータ端面の外側に漏れた磁束を検
   知する磁気センサを有し、 前記磁気センサは、回転軸中心より前記界磁用磁石の外
   側に至る最短距離の地点から、前記界磁用磁石の外側と
   ロータの外側端との中間部位までの範囲内を走査するよ
   うに設定されていることを特徴とするブラシレスモー
   タ。
4. 【請求項４】ステータとステータ内部に回転自在に支承
   されたロータとを有し、前記ロータは多数の鋼板を積層
   したロータヨークを有し、前記ロータヨークは偶数の磁
   極部を有し、各磁極部或いは一つ置きの磁極部に界磁用
   磁石が挿着されているブラシレスモータにおいて、 前記ロータの端面の外側に漏れた磁束を検知する複数の
   磁気センサを有し、前記複数の磁気センサを異なった径
   の円周上に配置して所定の進み角を設けるとともに、磁
   気センサの回転角度を調節して前記進み角を修正し、こ
   れら磁気センサ間の幅を狭くするようにしたことを特徴
   とするブラシレスモータの磁気センサ設置方法。
5. 【請求項５】磁気センサ基板に発電コイルを設け、ロー
   タからの漏れ磁束により前記コイルで逆起電力を得て、
   電子回路を経由して充電可能な電源に蓄えられることを
   特徴とする請求項４記載のブラシレスモータの磁気セン
   サ設置方法。
6. 【請求項６】ブラシレスモータを固定する取付板に、該
   ブラシレスモータのハウジング部材の方向に突出する部
   位を設け、この部位に発電コイルを取付け、他方、前記
   ハウジング部材には、前記発電コイルに照応する箇所に
   孔を形成し、この孔に前記突出部位を挿通して、前記発
   電コイルをロータ端面に近接させて設置する請求項４記
   載のブラシレスモータの磁気センサ設置方法。
7. 【請求項７】ハウジング部材の外側に発電コイルを設
   け、ロータからの漏れ磁束により前記コイルで逆起電力
   を得ることを特徴とする請求項４記載のブラシレスモー
   タの磁気センサ設置方法。