JP2009142064A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】略正弦波センサレス駆動を用いても、高精度の磁極位置の検出を実現したブラシレスモータを提供すること
【解決手段】ブラシレスモータ１０のロータマグネット２３の磁束密度波形２３１の磁極の中心に凹部２３１１を設ける。そして、ステータ３３のティース部３３１２は、中心軸Ｊ１から最外径までの距離をＲ１、中心軸Ｊ１からティース部３３１２の拡幅部３３１２ｂの内面までの距離をＤ１とすると、Ｄ１／Ｒ１の値を約０．９以下となる形状とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、センサレス駆動回路によって駆動されるモータに関する。

従来から、ブラシレスモータは、広範囲の可変速度制御および電流消費量低減のために、インバータ装置を使用したパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）駆動されている。例えば、３相のコイルを有するブラシレスモータの内部には、ロータマグネットの磁極位置を検出するためのホール素子等の位置センサが電気角１２０度毎に配置されている。ブラシレスモータは、これら位置センサによって得られる磁極位置に対応した信号に基づいてインバータ装置における各スイッチング素子を駆動することによって、略正弦波駆動を行う。

また、ブラシレスモータの低コスト化および小型化を目的として、位置センサを用いないセンサレス駆動技術が各種開発されている。このセンサレス駆動を実現する手段として、１２０度通電方式や１８０度未満の広角通電方式を用い、非通電期間に発生する誘起電圧のゼロクロス点を検出する方法がある。そのため、これらの通電方式では、磁極位置の検出のために各相に非通電期間が必要である。そのために、非通電期間の存在が原因となり、通電切り替わりのタイミングにおいて、振動およびこの振動に伴う騒音が発生していた。

そこで、近年、非通電期間を必要としない、低振動および低騒音を実現した略正弦波センサレス駆動が開発されている（このような非通電期間を必要としない略正弦波センサレス駆動の例として、例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２３０１２０号公報

ここで、略正弦波センサレス駆動では、磁極位置の検出のために非通電期間の代わりに誘起電圧に含まれる３Ｎ倍高調波成分（Ｎは正の整数）がそれぞれ重畳した電圧を使用する。そのために、低速回転によって誘起電圧が小さい場合、および、３倍高調波の含有率が極めて小さい場合においては、磁極位置の検出を精度良く行うことができない問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、なされたものであり、その目的とするところは、略正弦波センサレス駆動を用いても、高精度の磁極位置の検出を実現したブラシレスモータを提供することである。

本発明の請求項１によれば、センサレス駆動回路によって駆動されるブラシレスモータであって、中心軸を回転軸として回転する回転体と、前記回転体と同軸状に配置されたロータマグネットと、前記ロータマグネットと対向するステータと、前記ステータに巻回されたコイルとを備え、該ブラシレスモータは、前記誘起電圧の基本波に対する３倍高調波成分を含んだ信号に基づいて、駆動制御され、前記ロータマグネットが前記ステータに対して回転することによって、前記コイルに発生する誘起電圧の基本波に対する３倍高調波の含有率が、１％以上になるように設定されていることを特徴とする。

本発明の請求項２によれば、ブラシレスモータであり、中心軸と同軸状に配置されたロータマグネットを有し、該中心軸の周りを回転する回転体と、前記ロータマグネットと対向するステータおよび前記ステータのコイルに対する通電を制御することによって前記回転体の回転を制御するセンサレス駆動回路を有する固定体とを備え、前記センサレス駆動回路は、前記ロータマグネットが前記ステータに対して回転することによって前記コイルに発生する誘起電圧から前記回転体の回転位置を検出する位置検出部と、該位置検出部で得られた前記回転体の位置情報を基に通電タイミングを制御する制御部と、該制御部からの制御信号に基づいて前記コイルへの通電を切り替えるモータ駆動部と、を備え、前記位置検出部は、前記誘起電圧の基本波に対する３倍高調波成分を含んだ信号を用いて前記回転体の位置を検出し、前記誘起電圧は、基本波に対する前記３倍高調波の含有率が１％以上になるように設定されていることを特徴とする。

本発明の請求項１および請求項２に従えば、誘起電圧の基本波に対して３倍高調波の含有率が１％以上であることによって、センサレス駆動回路によってブラシレスモータを正常に回転させることができる。また本発明のブラシレスモータは、該ブラシレスモータの外部にセンサレス駆動回路を備えていてもよい。

本発明の請求項３によれば、請求項１および請求項２のいずれかに係り、前記ロータマグネットの側面の磁束密度波形は、略正弦波形状であり、前記側面の磁束密度波形の磁極の中心には、凹部が設けられることを特徴とする。

本発明の請求項３に従えば、ロータマグネットの側面の磁束密度波形の極中心に凹部が設けられることにより、誘起電圧の基本波に対して３倍高調波を多く含有することができる。したがって、センサレス駆動回路によってブラシレスモータをより正常に回転させることができる。

本発明の請求項４によれば、請求項１乃至請求項３のいずれかに係り、コイルインダクタンスの最大値に対する前記コイルインダクタンスの前記最大値と最小値との差である変化量の割合が略１０％以上であることを特徴とする。

本発明の請求項４に従えば、コイルインダクタンスの最大値に対するコイルインダクタンスの変化量が略１０％以上であることによって、誘起電圧波形の振幅を大きくすることができる。したがって、ブラシレスモータを低速回転（例えば、毎分４０回転）にて回転させても、ブラシレスモータを正常に回転させることができる。

本発明の請求項５によれば、請求項１乃至請求項４のいずれかに係り、前記ステータは、中心軸Ｊ１を中心とした径方向に沿って伸びる、前記周方向に離間した複数のティース部を備え、前記ティース部には、前記ロータマグネットと対向する拡幅部が設けられ、前記拡幅部は、前記ティース部の前記周方向の幅より大きい前記周方向の幅を有した対向面と、前記対向面と前記径方向の反対側に設けられ、前記ティース部の側面と連続する内面と、を有し、前記対向面の前記ロータマグネットと最も近づく位置と前記中心軸とを結んだ距離Ｒ１と前記内面と前記中心軸とを結んだ距離Ｄ１との比であるＤ１／Ｒ１の値が、略０．９２以下であることを特徴とする。

本発明の請求項５に従えば、Ｄ１／Ｒ１の値が略０．９２以下であることによって、コイルインダクタンスの変化をロータマグネットの磁極の磁束密度の変化に応じて変化させることができる。したがって、センサレス駆動回路によってブラシレスモータをより正常に回転させることができる。

本発明の請求項６によれば、請求項５に係り、前記ティース部は、前記拡幅部より前記径方向に伸びる基部を有し、前記基部の前記周方向の幅の大きさは、前記径方向に沿って変化しており、前記基部の前記周方向の幅の最大値Ｗｍａｘと前記ティース部の前記周方向の幅の最小値Ｗｍｉｎとの比であるＷｍｉｎ／Ｗｍａｘの値が、略０．７以上であることを特徴とする。

本発明の請求項６に従えば、Ｗｍｉｎ／Ｗｍａｘの値が略０．７以上であることによって、コイルインダクタンスの変化をロータマグネットの磁極の磁束密度の変化に応じて変化させることができる。したがって、センサレス駆動回路によってブラシレスモータをより正常に回転させることができる。

本発明の請求項７によれば、請求項１乃至請求項６のいずれかに係り、前記センサレス駆動回路は、前記固定体を構成する回路基板上に構成されることを特徴とする。

本発明の請求項７に従えば、センサレス駆動回路が、ブラシレスモータの固定体の回路基板上に構成されることによって、ブラシレスモータ以外にセンサレス駆動回路のための回路基板を備える必要がないために、ブラシレスモータを搭載する機器を小型化することができる。

本発明の請求項８によれば、請求項１乃至請求項７のいずれかに係り、前記回転体には、中心に開口穴を有する略円盤状のディスクを載置する載置部と、前記ディスクを着脱可能とするチャッキング装置と、を備えることを特徴とする。

本発明の請求項８に従えば、ディスクをブラシレスモータによって直接回転させたとしても、正常に回転する信頼性の高いブラシレスモータを提供することができる。

本発明の請求項９によれば、請求項８に記載のブラシレスモータを搭載した、ディスクを駆動するディスク駆動装置であって、前記ディスクに発光および受光を行う光ピックアップ機構と、前記光ピックアップ機構を径方向に移動可能とする移動機構とを備えることを特徴とする。

本発明の請求項９に従えば、低振動および低騒音を達成しつつも、記録再生エラーを防ぐ信頼性の高いディスク駆動装置を提供することができる。

本発明によれば、略正弦波センサレス駆動を用いても、高精度の磁極位置の検出を実現したブラシレスモータを提供することができる。

＜ブラシレスモータの全体構造＞
本発明のブラシレスモータの実施の一形態について図１および図２を参照して説明する。図１は、本発明のブラシレスモータの実施の一形態を軸方向に切った模式断面図である。また図２は、図１のブラシレスモータを上側より見た平面図である。

図１を参照して、ブラシレスモータ１０は、所定の中心軸Ｊ１の周囲を回転するロータマグネット２３を有する回転部２０とロータマグネット２３と径方向に対向する面を有するステータ３３を有する固定部３０とから構成される。ブラシレスモータ１０は、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスクを中心軸Ｊ１を中心に回転させる３相駆動のスピンドルモータである。

まず回転部２０について説明する。

回転部２０は、中心軸Ｊ１と同軸に配置されるシャフト２１と、シャフト２１に固定されるロータホルダ２２と、ロータホルダ２２に固定されるロータマグネット２３と、ロータホルダ２２の上側に配置されたチャッキング装置２４と、を備える。

ロータホルダ２２は、シャフト２１の外周面に固定される略円筒形状のシャフト固定部２２１と、シャフト固定部２２１の軸方向下側より径方向に延びる平面である蓋部２２２と、蓋部２２２の外周縁より軸方向下側に延びる円筒部２２３と、から構成される。そして円筒部２２３の内周面に略円筒形状のロータマグネット２３が固定される。ここで本実施の形態のブラシレスモータ１０のロータマグネット２３の磁極数は１６である。またロータマグネット２３は、ネオジウム磁石（Nｄ−Ｆｅ−Ｂ）である。

ロータホルダ２２の蓋部２２２における径方向外側には、軸方向上側に屈曲した、蓋部２２２と略平行な平面である載置部２２４が形成される。そして載置部２２４における径方向外側には、円環状のラバーである載置面２２４１が設けられる。

ロータホルダ２２のシャフト固定部２２１の外周面には、チャッキング装置２４が固定される。このチャッキング装置２４は、ディスク（不図示）の中心開口部と接触するセンターケース２４１と、センターケース２４１に収容されるコイルバネ２４２（本実施例では、３個。図２参照）と、コイルバネ２４２によって径方向外側に付勢されるチャック爪２４３（本実施例では、３個。図２参照）と、から構成される。このチャック爪２４３は、ディスクの中心開口部の上縁に接触することによって、ディスクを保持する。またセンターケース２４１には、調芯爪２４１１（本実施例では、３個。図２参照）が一体に設けられる。そしてこの調芯爪２４１１がディスクの中心開口部に接触することによって、中心開口部の中心と中心軸Ｊ１とが一致するように調整する。

次に固定部３０について説明する。

固定部３０は、シャフト２１を径方向に回転自在に支持する内周面を有する略円筒形状のスリーブ３１と、スリーブ３１の外周面を保持する内周面を有するハウジング３２と、ハウジング３２に固定されるステータ３３と、ハウジング３２に固定され、ステータ３３より軸方向下側に配置される取付板３４と、取付板３４の上面に固定される回路基板３５と、ハウジング３２に固定され、ハウジング３２の内周面の軸方向下側を覆う円盤状のプレート３６と、プレート３６の上面に配置されるスラスト板３７と、を備える。ここで、スリーブ３１とスラスト板３７とによって軸受部を構成する。

ハウジング３２は、ステータ３３を固定する基部３２１と、基部３２１より軸方向上側に延びる略円筒形状の円筒部３２２と、から構成される。ハウジング３２の内周面は、基部３２１の内周面および円筒部３２２の内周面から構成される。

ステータ３３は、基部３２１の上側に形成された第１外周段部３２１１に固定される。そして、取付板３４は、基部３２１の下側に形成された第２外周段部３２１２に固定される。またプレート３６は、基部３２１の下側に形成された内周段部３２１３に固定される。

ハウジング３２の円筒部３２２の軸方向上側には、径方向外側に向かい突出する係止部３２２１が円筒部３２２と一体に形成される。係止部３２２１の外周面は、軸方向下側に向かい径方向外側に傾斜する傾斜面を有する。またロータホルダ２２の蓋部２２２の下面には、抜止部材２５が固定される。この係止部３２２１と抜止部材２５とにより、回転部２０が軸方向上側に移動することを規制する役割を果たす。

ステータ３３は、薄板状の磁性板を軸方向に複数積層したステータコア３３１と、ステータコア３３１に導電線を巻回することによって形成した複数のコイル３３２と、から構成される。ステータコア３３１の外周面は、ロータマグネット２３の内周面と径方向に対向して配置される。これら複数のコイル３３２を総称して、巻線という。巻線はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相からなり、Ｙ結線にて結線される。ここで、複数のコイル３３２において、Ｕ相を構成するコイル３３２群をＬｕ、Ｖ相を構成するコイル３３２群をＬｖ、Ｗ相を構成するコイル３３２群をＬｗと規定する（図３参照）。

ステータ３３のコイル３３２に電流を通流することによって、ステータ３３は磁場を発生させる。そして、ロータマグネット２３とステータ３３とは回転磁界を形成することによって、中心軸Ｊ１を中心とする回転トルクが発生し、回転部２０が回転する。

また、取付板３４における回転体２０より径方向外側には、ディスク（不図示）の裏面であるラベル面に形成されるパターン形成部４１の情報を光学的に読み取る位置検出機構３８（図２参照）が取り付けられる。そして、ディスクのラベル面に文字や絵を描画する際には、位置検出機構３８が出す情報に基づいて、回転体２０を低速度（例えば、毎分４０回転）に回転制御する。またここで、位置検出機構３８は例えば、フォトセンサである。

＜略正弦波センサレス駆動回路の構造＞
次に、略正弦波センサレス駆動回路の全体構造について図３を用いて説明する。図３は、本発明のブラシレスモータを駆動する略正弦波センサレス駆動回路の全体構造を示した、回路図である。ここで、略正弦波センサレス駆動回路は、特許請求の範囲のセンサレス回路に対応する。

略正弦波センサレス駆動回路４は、回路基板３５上に構成される。したがって、ブラシレスモータ１０と略正弦波センサレス駆動回路４とが別体とならないことにより、ブラシレスモータ１０以外に、略正弦波センサレス駆動回路４のための回路基板を必要としない。したがってブラシレスモータ１０を搭載する機器（例えば、ディスク駆動装置）の小型化を図ることができる。

図３を参照して、略正弦波センサレス駆動回路４は、モータ駆動部４１と、磁極位置検出部４２と、制御部４３と、を備える。

モータ駆動部４１は、電源４４とＧＮＤとの間に配置される。そしてモータ駆動部４１は、ブリッジ接続された６個のトランジスタ４１１〜４１６（本実施の形態では、電界効果トランジスタ）から構成される。そして、各トランジスタ４１１〜４１６には、それぞれダイオード４１１ａ〜４１６ａが逆並列接続される。また、トランジスタ４１１、４１２、４１３は、トランジスタ４１４、４１５、４１６とそれぞれ直列接続される。ここで、トランジスタ４１１、４１２、４１３は、モータ駆動部４１の上側アームを構成し、トランジスタ４１４、４１５、４１６は、モータ駆動部４１の下側アームを構成する。

磁極位置検出部４２は、サンプルホールド回路４２１と、ローパスフィルタ４２２と、比較器４２３と、基準電圧Ｖｒを有する直流電源と、を備える。サンプルホールド回路４２１には、スイッチ４２１１と、コンデンサ４２１２と、を備える。

制御部４３は、指令電圧生成部４３１と、駆動信号生成部４３２と、指令部４３３と、誤差増幅部４３４と、三角波発生部４３５と、電流検出部４３６と、サンプルホールド信号生成部４３７と、を備える。

電流検出部４３６は、モータ駆動部４１を流れる電流の大きさを検出する。そして、電流検出部４３６の検出結果である電流検出信号ＣＳを誤差増幅部４３４に出力する。指令部４３３は、ブラシレスモータ１０に与えるトルクを指定するトルク指令信号ＥＣを生成する。誤差増幅部４３４は、トルク指令信号ＥＣから求められる目標の電流値と電流検出信号ＣＳとの誤差を増幅する。そして誤差増幅部４３４は、その誤差結果を示す誤差増幅信号Ｖａを指令電圧生成部４３１およびサンプルホールド信号生成部４３７にそれぞれ出力する。

サンプルホールド信号生成部４３７は、誤差増幅信号Ｖａと三角波発生部４３５から生成される三角波信号Ｖｔｒｉとを入力とし、モータ駆動部４１の下側アームであるトランジスタ４１４〜４１６が全てオンとなるタイミングを示すタイミングパルスであるサンプルホールド信号ＳＨ１を磁極検出部４２に出力する。

磁極検出部４２は、サンプルホールド信号ＳＨ１の信号レベルに応じてブラシレスモータ１０の中性点電圧Ｖｃをサンプルホールドする。これにより、磁極検出部４２は、ロータマグネット２３の磁極位置、すなわち、各相に発生する誘起電圧の位相を検出する。そして磁極検出部４２は、その検出結果を示す位置検出信号ＦＧを指令電圧生成部４３１に出力する。

磁極検出部４２のスイッチ４２１１は、サンプルホールド信号ＳＨ１の信号レベル（Ｈレベル、Ｌレベル）に応じて開閉動作を行う。サンプルホールド信号ＳＨ１の信号レベルがＨレベルの場合、スイッチ４２１１が閉じて短絡状態となる。これにより、ブラシレスモータ１０の中性点電圧Ｖｃをコンデンサ４２１２によって検出する（サンプル動作）。次に、サンプルホールド信号ＳＨ１がＬレベルの場合、スイッチ４２１１が開いてオープン状態となる。これにより、コンデンサ４２１２はサンプルした電圧を保持する（ホールド動作）。上記のように、サンプルホールド回路４２１は、サンプルホールド信号ＳＨ１の信号レベルに応じてブラシレスモータ１０の中性点電圧Ｖｃのサンプルホールド動作を行うことによって、サンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１を出力する。このサンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１は、ローパスフィルタ４２２に入力される。そしてローパスフィルタ４２２は、サンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１に含まれる段差を除去することによって、サンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１を滑らかにする。さらにローパスフィルタ４２２は、段差を除去された信号ＶｃＳＨ２を比較器４２３に出力する。比較器４２３の一方の入力端子には、信号ＶｃＳＨ２が入力され、他方の入力端子には、電源の基準電圧Ｖｒが入力される。そして比較器４２３によって、パルス信号である位置検出信号ＦＧが生成される。

指令電圧生成部４３１は、磁極検出部４２からの位置検出信号ＦＧおよび誤差増幅信号Ｖａに基づいた正弦波状の３相指令電圧ｓｉｎＵ、ｓｉｎＶ、ｓｉｎＷをそれぞれ生成する。この３相指令電圧ｓｉｎＵ、ｓｉｎＶ、ｓｉｎＷは、位相差がそれぞれ１２０度の１８０度通電波形である。そして指令電圧生成部４３１は３相指令電圧を駆動信号生成部４３２に出力する。駆動信号生成部４３２は、３相指令電圧を用いてモータ駆動部４１のトランジスタ４１１〜４１６に駆動信号を出力する。

また磁極検出部４２のサンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１は、各相のトランジスタ４１４〜４１６が全てオンとなるために、誘起電圧に含まれる３Ｎ倍高調波成分（Ｎは正の整数）をそれぞれ重畳した電圧となる。またサンプルホール出力信号ＶｃＳＨ１は、６倍高調波成分、９倍高調波成分等が３倍高調波成分と比較して極めて小さいために、３倍高調波成分による電圧となる。したがって、サンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１の振幅Ｎａは、誘起電圧の基本波振幅Ａと３倍高調波成分の含有率Ｃとの積、すなわち、Ｎａ＝Ａ×Ｃの関係によって示される。このサンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１の振幅が大きい場合、高精度に磁極位置の検出を行うことができる。

また本発明のブラシレスモータに略正弦波センサレス駆動回路４を用いることによって、略正弦波センサレス駆動回路４では、非通電期間が存在しないために、非通電期間に発生する振動およびこの振動に起因する騒音をなくした、低振動および低騒音のブラシレスモータを提供することができる。

＜ブラシレスモータの構造の詳細＞
次に本発明のブラシレスモータ１０の誘起電圧に３倍高調波の含有率を向上させる構造およびコイルインダクタンスの変化を向上させる構造について図４乃至図８を用いて説明する。図４は、本発明のブラシレスモータ１０のロータマグネット２３の磁束密度波形を示したグラフである。図５は、第１比較例のロータマグネットの磁束密度波形である。また、図６は、ブラシレスモータ１０のステータ３３を示した、上側より見た模式平面図であり、図７は、ステータ３３のステータコアの一部を拡大した拡大図である。図８は、本実施の形態のステータ３３と第２の比較例のブラシレスモータのステータとのコイルインダクタンス波形を示したグラフである。図５の第１の比較例のブラシレスモータでは、ロータマグネットの着磁方法のみを変更している。そして図８における第２の比較例のブラシレスモータでは、ステータのティース部の形状のみを変更している。

図４を参照して、図４中のグラフの縦軸は磁束密度の大きさ（Ｔｅｓｌａ）を示し、横軸は、中心軸Ｊ１を中心とした回転角度（度）を示す。

ロータマグネット２３の磁束密度波形２３１は、略正弦波の波形にて形成される（図４中の実線の波形）。すなわち、ロータマグネットは、正弦波着磁される。そして、磁束密度波形２３１の振幅の最大値付近および最小値付近がそれぞれロータマグネット２３の磁極中心となる。そして、磁束密度波形２３１がゼロとなる付近が、磁極の境界部となる。磁束密度波形２３１の振幅の最大値付近および最小値付近には、それぞれゼロに向かい凹む凹部２３１１が設けられる。また、図４中の破線の波形は、３倍高調波の磁束密度波形２３２を示す。

本発明のロータマグネットを着磁する着磁器には、ロータマグネットの内周面と対向する着磁部のロータマグネットの磁極の中心に対応する位置に凹部を設けられる。したがって、着磁器の着磁部は、複数の円弧形状の外周面が周方向に離間して配置されることによって環状を形成される。そして、着磁部の外周面は、ロータマグネットの内周面と径方向に間隙を介して対向するように配置される。着磁部に凹部が設けられることによって、ロータマグネットの着磁の際に凹部のみ、着磁部の他の部位とロータマグネットの内周面との径方向の間隙の大きさが異なるために、着磁する磁束密度が変化する。これにより、ロータマグネット２３の磁束密度波形２３１は、凹部２３１１を有する形状にすることができる。

図５を参照して、図５中のグラフの縦軸は磁束密度の大きさ（Ｔｅｓｌａ）を示し、横軸は、中心軸Ｊ１を中心とした回転角度（度）を示す。

第１の比較例のブラシレスモータのロータマグネットの磁束密度波形２３１ａは、正弦波の波形にて形成される（図５中の実線の波形）。すなわち、ロータマグネットは、正弦波着磁される。また、本実施の形態のブラシレスモータ１０のロータマグネット２３の磁束密度波形のような凹部２３１１は形成されない。また、図５中の破線の波形は、３倍高調波の磁束密度波形２３２ａを示す。

また、図４および図５を参照して、本実施の形態のブラシレスモータ１０の３倍高調波の磁束密度波形２３２の振幅は、第１の比較例のブラシレスモータの３倍高調波の磁束密度波形２３２ａの振幅と比較して、大きいことが分かる。結果として、第１の比較例のブラシレスモータの誘起電圧の基本波に対する３倍高調波の含有率は、約０．４３％であるのに対し、本実施の形態のブラシレスモータ１０の誘起電圧の基本波に対する３倍高調波の含有率は、約１．３６％に向上した。

ここで、本発明のブラシレスモータは、ロータホルダの外径が約２６ｍｍ〜約３０ｍｍの範囲内に適用される（本実施の形態のロータホルダ２２の外径は約２６ｍｍである）。また回転速度は、毎分約４０回転〜毎分約７０００回転の範囲内にて使用される。またコイルを形成する導電線は、ステータの１つのティース部に巻きつけるターン数は、約２０〜１００ターンである（本実施の形態では、約６０ターン）。これら導電線は、各ティース部に同数のターン数にて巻きつけられる。またロータマグネットの磁束密度の最大値は約０．２Ｔｅｓｌａである。

これらの条件下において、ブラシレスモータを正常に駆動させるためには、誘起電圧の基本波に対する３倍高調波の含有率を約１％以上とする必要があることを見出した。すなわち、誘起電圧の基本波に対する３倍高調波の含有率が約１％より低い場合、ブラシレスモータが指定した回転速度に達しない、もしくは、ブラシレスモータの起動時に回転速度が一旦落ち込んでしまう（すなわち、ブラシレスモータが円滑に起動しない）等の駆動異常が発生してしまう問題がある。しかし、本発明は誘起電圧の基本波に対する３倍高調波の含有率を約１％以上とすることによって、上記問題の発生を防ぐことができる。したがって、信頼性の高いブラシレスモータを提供することができる。

図６を参照して、ステータ３３のステータコア３３１は、中心軸Ｊ１を中心とした円環状のコアバック部３３１１と、コアバック部３３１１から径方向外側に伸びる複数のティース部３３１２（本実施の形態では１２個設けられる）と、から構成される。各ティース部３３１２には、導電線が複数回巻きつけられることによって、各コイル３３２が形成される。本実施の形態では、Ｕ相のコイル、Ｖ相のコイル、Ｗ相のコイルがそれぞれ４個設けられる。またコアバック部３３１１とティース部３３１２とは一体に形成される。

図７を参照して、ティース部３３１２には、導電線が巻きつけられる基部３３１２ａと、基部３３１２ａより径方向外側に設けられる拡幅部３３１２ｂと、から構成される。拡幅部３３１２ｂの周方向の幅は、基部３３１２ａの周方向の幅よりも大きく形成される。

また基部３３１２ａの周方向の幅は、径方向外側に向かい幅が広がるように形成される。拡幅部３３１２ｂは、基部３３１２ａの周方向の中央における伸びる方向に対して略垂直な平面を構成する内面と、ロータマグネット２３（図１参照）の内周面と径方向に対向する外周面と、から構成される。拡幅部３３１２ｂの径方向の幅は、拡幅部３３１２ｂの周方向の中央から両端に向かい小さくなるように形成される。

ここで、ティース部３３１２の中心軸Ｊ１からの最外径を径Ｒ１、中心軸Ｊ１から拡幅部３３１２ｂの内面までの距離をＤ１、基部３３１２ａの周方向の幅の最大値をＷｍａｘ、および基部３３１２ａの周方向の幅の最小値をＷｍｉｎと規定する。

ティース部３３１２の形状は、Ｄ１をＲ１にて除した値、すなわちＤ１／Ｒ１の値が、０．８５〜０．９２の範囲内を満たす。そしてティース部３３１２の形状は、ＷｍｉｎをＷｍａｘにて除した値、すなわち、Ｗｍｉｎ／Ｗｍａｘの値が、０．７〜０．８の範囲内を満たす。

また、第２の比較例のステータのティース部の形状は、Ｄ１／Ｒ１の値が、０．９３〜１（だたし、Ｄ１／Ｒ１の値は、１を含まない）の範囲内およびＷｍｉｎ／Ｗｍａｘの値が、０．６〜０．７の範囲内を満たす。

図８を参照して、図８中の縦軸は、コイルインダクタンスの大きさ（μＨ）を示し、横軸は、ロータマグネット２３の回転角度（度）を示す。

本実施の形態のブラシレスモータ１０のコイルインダクタンス波形２３３（図８中の実線の波形）は、略正弦波の波形にて形成される。そしてコイルインダクタンス波形２３３の上側の突部の頂点２３３１付近は、ロータマグネット２３の磁極の境界部を示す。そして、コイルインダクタンス波形２３３の下側の突部の頂点２３３２付近は、ロータマグネット２３の磁極の中心を示す。コイルインダクタンス波形２３３では、ロータマグネット２３の磁極の中心から周方向に隣り合う磁極の中心までの波形、すなわち、コイルインダクタンス波形２３３の隣り合う最小値Ｔｂの間の波形が、おおよそ滑らかな逆Ｕ字形状に形成される。ここで、コイルインダクタンス波形２３３の最大値Ｔａは、ロータマグネット２３の１回転分（機械角３６０度）において、コイルインダクタンス波形２３３の最大値と規定する。そして、コイルインダクタンス波形２３３の最小値Ｔｂは、ロータマグネット２３の１回転分（機械角３６０度）において、コイルインダクタンス波形２３３の最小値と規定する。コイルインダクタンス波形２３３は、逆Ｕ字形状であるために、最大値Ｔａと最小値Ｔｂとの差Ｔａ−Ｔｂの値を大きくすることができる。このＴａ−Ｔｂの値、すなわち、コイルインダクタンス波形の変化（振幅）は、誘起電圧の波形の変化（振幅）と略比例する。したがって、コイルインダクタンス波形の変化（振幅）を大きくすることによって、誘起電圧の波形の変化（振幅）を大きくすることができるために、３倍高調波の振幅を大きくすることができる。

また、第２の比較例のブラシレスモータのコイルインダクタンス波形２３３ａ（図８中の破線の波形）は、略正弦波の波形には形成されない。ロータマグネットの磁極の境界部において、コイルインダクタンス波形２３３ａに凹部２３３ａ１が設けられてしまう。したがって、凹部２３３ａ１が設けられることによって、ロータマグネットの磁極の境界部に最大値が形成されない。その上、コイルインダクタンス波形２３３ａは、ロータマグネットの一つの磁極において、２つの最大値を有してしまう。したがって、ロータマグネットの一つの磁極において、コイルインダクタンス波形２３３ａにより、２回磁極の境界部を有するとして検出されてしまう可能性がある。

また、図８に示すように、凹部２３３ａ１が設けられることによって、コイルインダクタンス波形２３３ａの最大値Ｔｃおよび最小値Ｔｄとの差であるＴｃ−Ｔｄの値が、本発明のブラシレスモータ１０のコイルインダクタンス波形２３３と比較して、大幅に小さくなっていることが分かる。ここで、コイルインダクタンス波形２３３ａの最大値Ｔｃは、ロータマグネットの１回転分（機械角３６０度）におけるコイルインダクタンス波形２３３ａの最大値である。そして、最小値Ｔｄは、ロータマグネットの１回転分（機械角３６０度）におけるコイルインダクタンス波形２３３ａの最小値である。これにより、第２の比較例のブラシレスモータの誘起電圧の振幅が小さくなってしまう。その結果、ブラシレスモータを正常に駆動できない問題が発生してしまう。すなわち、ティース部の形状が、Ｄ１／Ｒ１の値を約０．９より大きい場合、コイルインダクタンス波形２３３ａが凹部２３３ａ１を有してしまうために、ブラシレスモータを正常に駆動できない問題が発生してしまう。さらにＷｍｉｎ／Ｗｍａｘの値が、０．７より大きい場合、コイルインダクタンス波形２３３ａの凹部２３３ａ１の形成の傾向がさらに強まってしまう。これにより、さらにブラシレスモータが正常に駆動できない問題が発生してしまう。

ここで、ブラシレスモータをより正常に駆動させるためには、コイルインダクタンス波形の最大値と最小値との差を最大値で除した値を百分率にて示した値、すなわち、コイルインダクタンス波形の変化率が約１０％以上必要であることを見出した。これにより、ブラシレスモータの誘起電圧の振幅を大きくすることができるために、誘起電圧に含まれる３倍高調波の振幅をも大きくすることができる。

これら本発明のロータマグネット２３の磁束密度波形２３１およびコイルインダクタンス波形２３３によって、ブラシレスモータ１０の誘起電圧の振幅を大きくしつつ、誘起電圧の３倍高調波の含有率を向上させることができるために、サンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１（図３参照）の振幅を大きくすることができる。したがって、略正弦波センサレス駆動回路４の磁極位置検出部４２（図３参照）は、ロータマグネット２３の磁極位置を高精度に検出することができる。その結果、広角通電方式のセンサレス駆動回路と比較して低振動および低騒音の略正弦波センサレス駆動回路を用いつつも、ブラシレスモータを正常に駆動させることができる（すなわち、ブラシレスモータの駆動異常を防ぐことができる）。

また、光ディスクの記録面とは反対側の面であるラベル面に絵や文字等を描画する際には、ブラシレスモータ１０を毎分約４０回転にて回転させる必要がある。この場合では、ブラシレスモータ１０の誘起電圧の振幅が通常回転（毎分数千回転）の誘起電圧の振幅と比較して小さくなる。しかしながら、本発明のロータマグネット２３の磁束密度波形２３１およびコイルインダクタンス波形２３３によって、ブラシレスモータ１０の誘起電圧の振幅を大きくしつつ、誘起電圧の３倍高調波の含有率を向上させることができるために、略正弦波センサレス駆動回路４の磁極位置検出部４２は、ロータマグネット２３の磁極位置を高精度に検出することができる。

＜ディスク駆動装置の全体構造＞
本発明のディスク駆動装置の実施例の一形態について図９を用いて説明する。図９は、本発明のディスク駆動装置の実施例の一形態を示した軸方向に切った模式断面図である。

図９を参照して、ディスク駆動装置５０は、中心に開口穴６１を有した円盤形状のディスク６０の開口穴６１に挿入されることによってディスク６０の回転中心と同軸に調芯し、ディスク６０を中心軸Ｊ１を中心に回転させるスピンドルモータ５１と、ディスク６０に光を放射およびディスク６０から反射した光を受け取る光ピックアップ機構５２と、この光ピックアップ機構５２をディスク６０の回転径方向に移動を行う移動機構５３と、これらを収容する筺体５４と、を備える。

スピンドルモータ５１および光ピックアップ機構５２は、シャーシ５５によって、保持されている。このシャーシ５５が少なくとも軸方向に移動することによって、スピンドルモータ５１のチャッキング装置にディスク６０の開口穴６１が装着される。またシャーシ５５には、開口穴が形成されており、その開口穴の内部に光ピックアップ機構５２は、配置される。

移動機構５３は、出力軸にギアを有するモータ５３１と、このモータ５３１の回転トルクを伝達される被伝達側ギア５３２と、を備える。

また筺体５４には、ディスク６０の移動と移動機構５３とを分ける薄板にて形成された境界板５４１が形成される。そして筺体５４には、ディスク６０の挿入および取り出しを行う開口穴５４２が形成されている。

ピックアップ機構５２は、光、例えば、レーザー光を放射、または、ディスク６０から反射したレーザー光を受け取る発光受光部５２１と、この発光受光５２１のディスク６０の回転径方向への移動方向とは垂直に設けられ、発光受光部５２１の移動を行う移動部５２２と、を備える。この移動部５２２は、被伝達側ギア５３２と噛み合う噛み合い部５２２ａを有する。そして発光受光部５２１には移動部５２２と噛み合うことによって径方向に移動する。

モータ５３１に取り付けられたギア部５３１ａと被伝達側ギア５３２が噛み合うことによって被伝達側ギア５３２は回転し、被伝達側ギア５３２が移動部５２２の噛み合い部５２２ａと噛み合うことによって移動部５２２が回転径方向に移動する。そしてこの移動部５２２の移動によって発光受光部５２１は回転径方向に移動する。

このディスク駆動装置５０のスピンドルモータ５１に本発明のブラシレスモータ１０を適用することによって、低振動および低騒音を達成しつつも、ブラシレスモータ１０の駆動異常を防ぐことができるために、光ディスクを正常に回転させることができる。したがって、低振動および低騒音を達成しつつも、記録再生エラーを防ぐ信頼性の高いディスク駆動装置を提供することができる。

以上、本発明のブラシレスモータおよびディスク駆動装置の実施の形態について記載したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。

本発明のブラシレスモータ１０は、ＣＤ、ＤＶＤ等の光ディスクを回転させるスピンドルモータであったが、本発明はこれに限定されることはない。例えば、事務機器、車載等に搭載されるブラシレスモータに本発明を適用してもよい。

また本発明のブラシレスモータ１０の略正弦波センサレス駆動回路４について記載したが、本発明の略正弦波センサレス駆動回路は、本実施の形態に限定されることはない。

また本発明のブラシレスモータ１０の誘起電圧に３倍高調波を含有させる構造として、ロータマグネット２３の磁束密度波形２３１の磁極中心に凹部２３１１を設けることによって実現したが、本発明はこれに限定されることはない。例えば、ステータコアのティース部を周方向に不等配とすることによって、誘起電圧に３倍高調波を含有させてもよい。

また本発明のブラシレスモータ１０の回路基板３５上に略正弦波センサレス駆動回路４が構成されたが、本発明はこの実施の形態に限定されることはない。例えば、ブラシレスモータ１０の回路基板３５とは別の回路基板に略正弦波センサレス駆動回路４が構成されてもよい。また回路基板３５と別の回路基板とによって、略正弦波センサレス駆動回路４が構成されてもよい。

また本発明のブラシレスモータ１０のチャッキング装置２４は、コイルバネ２４２およびチャック爪２４３を備えていたが、本発明はこれに限定されることはない。例えば、チャッキング装置は、コイルバネ２４２およびチャック爪２４３を備えなくとも、ディスクを調芯する調芯爪のみを有するセンターケースであってもよい。またコイルバネ２４２は、このコイルバネ２４２以外にもチャック爪２４３を径方向外側に付勢する弾性部材であればよい。またチャック爪２４３は実施の形状に限定されることはない。ディスクを保持することが可能な形状であればよい。

本発明のブラシレスモータの実施の一形態を示した、軸方向に切った模式断面図である。 図１のブラシレスモータを上側より見た模式平面図である。 本発明のブラシレスモータの略正弦波センサレス駆動回路を示した、回路図である。 本発明のブラシレスモータのロータマグネットの磁束密度波形を示したグラフである。 第１の比較例のロータマグネットの磁束密度波形である。 本発明のブラシレスモータに搭載されたステータを示した、上側より見た模式平面図である。 図６のステータのステータコアの一部を拡大した、拡大図である。 本実施の形態のステータのコイルインダクタンス波形と第２の比較例のブラシレスモータのステータのコイルインダクタンス波形を示したグラフである。 本発明のディスク駆動装置の実施の一形態を示した、軸方向に切った模式断面図である。

符号の説明

４ 略正弦波センサレス駆動回路（センサレス駆動回路）
１０ ブラシレスモータ
２０ 回転体
２３ ロータマグネット
２３１ 磁束密度波形
２３１１ 凹部
２３３ コイルインダクタンス波形
３０ 固定体
３３ ステータ
３３１ ステータコア
３３１１ コアバック部
３３１２ ティース部
３３１２ａ 基部
３３１２ｂ 拡幅部
３３２ コイル
３５ 回路基板
４１ モータ駆動部
４２ 磁極検出部
４３ 制御部
５０ ディスク駆動装置
５２ 光ピックアップ機構
５３ 移動機構

Claims (9)

1. センサレス駆動回路によって駆動されるブラシレスモータであって、
   中心軸を回転軸として回転する回転体と、前記回転体と同軸状に配置されたロータマグネットと、前記ロータマグネットと対向するステータと、前記ステータに巻回されたコイルと、
   を備え、
   該ブラシレスモータは、前記誘起電圧の基本波に対する３倍高調波成分を含んだ信号に基づいて、駆動制御され、
   前記ロータマグネットが前記ステータに対して回転することによって、前記コイルに発生する誘起電圧の基本波に対する３倍高調波の含有率が、１％以上にな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。
2. ブラシレスモータであり、
   中心軸と同軸状に配置されたロータマグネットを有し、該中心軸の周りを回転する回転体と、
   前記ロータマグネットと対向するステータおよび前記ステータのコイルに対する通電を制御することによって前記回転体の回転を制御するセンサレス駆動回路を有する固定体と、
   を備え、
   前記センサレス駆動回路は、前記ロータマグネットが前記ステータに対して回転することによって前記コイルに発生する誘起電圧から前記回転体の回転位置を検出する位置検出部と、該位置検出部で得られた前記回転体の位置情報を基に通電タイミングを制御する制御部と、該制御部からの制御信号に基づいて前記コイルへの通電を切り替えるモータ駆動部と、を備え、
   前記位置検出部は、前記誘起電圧の基本波に対する３倍高調波成分を含んだ信号を用いて前記回転体の位置を検出し、
   前記誘起電圧は、基本波に対する前記３倍高調波の含有率が１％以上にな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。
3. 請求項１および請求項２に記載のブラシレスモータであって、
   前記ロータマグネットの側面の磁束密度波形は、略正弦波形状であり、
   前記側面の磁束密度波形の磁極の中心には、凹部が設けられること、
   を特徴とするブラシレスモータ。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のブラシレスモータであって、
   コイルインダクタンスの最大値に対する前記コイルインダクタンスの前記最大値と最小値との差である変化量の割合が略１０％以上であること、
   を特徴とするブラシレスモータ。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のブラシレスモータであって、
   前記ステータは、中心軸Ｊ１を中心とした径方向に沿って伸びる、前記周方向に離間した複数のティース部を備え、
   前記ティース部には、前記ロータマグネットと対向する拡幅部が設けられ、
   前記拡幅部は、前記ティース部の前記周方向の幅より大きい前記周方向の幅を有した対向面と、前記対向面と前記径方向の反対側に設けられ、前記ティース部の側面と連続する内面と、を有し、
   前記対向面の前記ロータマグネットと最も近づく位置と前記中心軸とを結んだ距離Ｒ１と前記内面と前記中心軸とを結んだ距離Ｄ１との比であるＤ１／Ｒ１の値が、略０．９２以下であること、
   を特徴とするブラシレスモータ。
6. 請求項５に記載のブラシレスモータであって、
   前記ティース部は、前記拡幅部より前記径方向に伸びる基部を有し、
   前記基部の前記周方向の幅の大きさは、前記径方向に沿って変化しており、
   前記基部の前記周方向の幅の最大値Ｗｍａｘと前記ティース部の前記周方向の幅の最小値Ｗｍｉｎとの比であるＷｍｉｎ／Ｗｍａｘの値が、略０．７以上であること、
   を特徴とするブラシレスモータ。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のブラシレスモータであって、
   前記センサレス駆動回路は、前記固定体を構成する回路基板上に構成されること、
   を特徴とするブラシレスモータ。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のブラシレスモータであって、
   前記回転体には、
   中心に開口穴を有する略円盤状のディスクを載置する載置部と、
   前記ディスクを着脱可能とするチャッキング装置と、
   を備えること、
   を特徴とするブラシレスモータ。
9. 請求項８に記載のブラシレスモータを搭載した、ディスクを駆動するディスク駆動装置であって、
   前記ディスクに発光および受光を行う光ピックアップ機構と、
   前記光ピックアップ機構を径方向に移動可能とする移動機構と、
   を備えること、
   を特徴とするディスク駆動装置。

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