JP2952516B2 - モータ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、回転の向きを検知するための手段を備えた
モータ装置に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ モータの種類によっては、ステータに対するロータの
位置関係などによって逆回転方向に始動する可能性があ
るものがある。その１例として、ブラシレススピンドル
モータの一層の小型化の要請に応えるために、ロータマ
グネットの位置検出をセンサを格別に設けずステータコ
イルの逆起電力を利用して行う、所謂センサレス方式の
ブラシレススピンドルモータものを挙げることができ
る。

ところが、逆回転方向に始動したのでは当然に不都合
が生ずるので、逆回転を迅速に検知することにより、速
やかにそれを停止させたり正回転に反転させる必要があ
る。上記例のようなセンサレス方式のブラシレススピン
ドルモータをハードディスクドライブに用いた場合に
は、少しの逆回転によりハードディスク装置の読み／書
きヘッドを破損させるおそれがあるので、逆回転の迅速
な検知が特に要求される。

従来は、例えば磁気的エンコーダ等を用いて回転方向
が判別されていたが、このような従来手段では、判別す
るまでに要する回転角度が比較的大きいため、逆回転等
による不都合を必ずしも効果的には防止し得なかった。

本発明は、従来技術に存した上記のような問題点に鑑
み行われたものであって、その目的とするところは、小
さい回転角の間に迅速且つ容易に回転の向きを検知する
ことができ、逆回転等による不都合を効果的に防止し得
るモータ装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明のモータ装置は、
モータの回転部に、ポールピースと、そのポールピース
を介して磁性流体を磁気的に保持する磁場を形成するた
めの起磁力手段とを有し、モータの固定部に、前記ポー
ルピースに対し環状間隙を隔てて対向する強磁性材料製
のシール用環状部を有し、前記ポールピースとシール用
環状部との間に磁性流体が磁気的に保持されてなる磁性
流体シールを備えると共に、前記固定部に、前記起磁力
手段に起因する磁場が及ぶ導電部分を有するモータ装置
であって、前記回転部の回転時に前記起磁力手段に起因
する磁場が前記固定部に対し回転することにより前記導
電部分に生ずる起電力によってその導電部分の一定区間
に生ずる電位差の極性を検出するための検出用導電路を
有するものとしている。

［作用］ モータが何れかの向きに回転すると、磁性流体シール
の起磁力手段に起因する磁場が固定部に対し回転し、そ
の固定部における導電部分にに鎖交する磁束の変化をも
たらすので、回転開始によって直ちに導電部分に起電力
が生ずる。その起電力によって導電部分の一定区間に生
ずる電位差の極性は、回転の向きに対応するので、検出
用同電路を利用することにより直ちにその極性を検出し
て回転の向きを知ることができる。

［実施例］ 本発明の実施例を、第１図乃至第４図を参照しつつ説
明する。第１図乃至第４図は、何れも本発明の実施例と
してのハードディスク駆動用ブラシレススピンドルモー
タ装置を模式的に示すものであって、これらのモータ装
置においては、一層の小型化の要請に応えるために、セ
ンサを格別に設けずステータコイルの逆起電力を利用し
てロータマグネットの位置検出を行う、所謂センサレス
方式を採用している。

第１図は、本発明の１実施例たるハードディスク駆動
用ブラシレススピンドルモータ装置の要部半断面図、第
２図は更にその要部についての拡大断面図である。

10は、軸線方向に貫通孔11を有する強磁性導電材料製
の固定軸、12及び14は強磁性材料製の玉軸受である。各
玉軸受12及び14の内輪は固定軸10に固定されている。上
玉軸受12の外輪はロータハブ16の内周面に固定されてお
り、下玉軸受14の外輪とロータハブ16との間には、ブッ
シュ18が固定されている。

20は、固定軸10に固定されたステータコア、22は、そ
のステータコア20に捲回されたステータコイルである。
また24は、ロータハブ16の内周壁に固定されたロータマ
グネットであって、径方向ギャップを隔有してステータ
コア20に相対している。

26は、固定軸10に固定された回路基板である。

30、32、34及び36は、それぞれポールピースであっ
て、強磁性材料製の環状平板にて構成されている。38及
び40は、起磁力手段としての環状の永久磁石体であっ
て、軸線方向に着磁されている。この実施例では、永久
磁石体38および40は、何れも玉軸受12及び14に近い側が
Ｓ極、遠い側がＮ極である。永久磁石体38及び40の内径
は、ポールピース30、32、34及び36の内径よりもやや小
さい。永久磁石体38及び40は、それぞれ２個のポールピ
ース30及び32並びに34及び36の間に同軸状に挟まれた状
態で横断面Ｌ字状の環状ホルダー42及び44に内嵌固定さ
れ、玉軸受の外部側、すなわち上玉軸受12の上側及び下
玉軸受14の下側にそれぞれ配装されている。そしてその
環状ホルダー42及び44はそれぞれロータハブ16およびブ
ッシュ18、すなわちモータの回転部に固定されている。

ポールピース30及び32並びに34及び36に径方向の環状
間隙を隔てて対向する固定軸10がシール用環状部46を構
成しており、各ポールピース30及び32並びに34及び36の
内周面部と固定軸10の外周面との間には、それぞれ磁性
流体48が磁気的に保持され、磁性流体シール50及び52を
構成している。

磁性流体48の材料としては、マグネタイト・コロイド
粒子磁性流体、MnZnフェライト粒子磁性流体等の公知の
ものを適宜選択することができる。

ポールピース32と強磁性材料製の上玉軸受12との距離
は、磁性流体シールとして実質上使用し得ないような悪
影響を及ぼさない程度に離れていて、而もポールピース
30及び32のそれぞれを介して導電部分たる固定軸10に形
成する磁場を実質上不均衡なものとする程度に近接して
いる。ポールピース34と下玉軸受14との距離についても
同様である。なおこのような磁場の不均衡は、近時にお
けるモータ小型化の要請に応えた場合には、ほとんど必
然的に生ずるものである。

54及び56は検出用導電路であって、それぞれの一端
を、固定軸10の内周面のうち両磁性流体シール50及び52
を内側にはさむ２点58及び60に電気的に接続されてお
り、それらの他端は、当該２点58及び60の間（一定区
間）の電位差の極性を検出する手段の１例である比較器
62の両入力部に入力されている。なお、電位差の極性を
検出する対象となる一定区間は、２点間に限らない。３
点以上からなる一定区間について電位差の極性を検出す
るものとすることも可能である。また検出対象となる一
定区間は点によって区切られることを必要とするもので
はない。例えば環状の検出用電極を利用して検出を行う
ことが適切な場合もあり得る。

このスピンドルモータを使用する場合、ロータハブ16
の外周に複数枚或は１枚のハードディスクを外嵌固定
し、ディスク室内に密封した状態でそれを運転してロー
タハブ16を回転させ、ハードディスクを駆動する。

その始動の際、スピンドルモータが何れかの向きに回
転を開始すると、永久磁石体38及び40に起因しポールピ
ース30及び32並びに34及び36を介して固定軸10（導電部
分）に及ぶ磁場がその固定軸10に対し回転し、固定軸10
すなわち導電部分に鎖交する磁束の変化をもたらすの
で、回転開始とほぼ同時に直ちに固定軸10に起電力が生
ずる。

第１図及び第２図における上方から見て半時計回りに
スピンドルモータが回転する場合、ポールピース30及び
36（何れもＮ極）に相対する固定軸10の部分には上向き
の起電力が生じ、ポールピース32及び34（何れもＳ極）
に相対する固定軸10の部分には下向きの起電力が生ず
る。これらの起電力は、検出用導電路の各一端が電気的
に接続されている２点58及び60の間で一部相殺される
が、この実施例では強磁性材料製の上玉軸受12及び下玉
軸受14の影響によりポールピース30及び36を介して固定
軸10に及び磁場の方が強いので、固定軸10の内周面のう
ち両磁性流体シール50及び52の内側にはさむ２点58及び
60間の電位差を検出用導電路54及び56を利用して検出す
る場合、結局上下の磁性流体シール50及び52のそれぞれ
において上下相殺された結果の上向きの起電力が直列し
たものによる電位差を検出することとなる。回転が逆で
あれば検出される電位差の極性は当然逆になる。従って
スピンドルモータの回転の向きを、回転開始とほぼ同時
に迅速に検知することが可能である。

なお、第２図の場合と異なり永久磁石体の極性が図面
における上からＮ、S;N、Ｓの順になっている場合は、
検出用導電路54及び56を利用して検出しようとすると上
下の磁性流体シールによる起電力が相殺されてしまう。
従ってこのような場合は、上下何れかの磁性流体シール
のみをはさむ区間の電位差の極性を検出する必要があ
る。

検出用導電路54及び56を利用して検出される電位差の
極性は、比較器62等を利用することにより容易に検知す
ることができる。その比較器62等による検知信号を利用
すれば、速やかにスピンドルモータを停止させたり正回
転に反転させることができ、それによってハードディス
ク装置の読み／書きヘッドの破損を効果的に防止するこ
とができる。

第３図は、本発明の別の実施例たるハードディスク駆
動用ブラシレススピンドルモータの要部拡大断面図であ
る。

この実施例においては、固定軸70は強磁性材料製では
ないが、その外周部のうちポールピース30及び32に径方
向の環状間隙を隔てて対向する部分に、強磁性導電材料
製のスリーブ部材72（シール用環状部46）が設けられて
おり、ポールピース30及び32の内周面部とスリーブ部材
72の外周面との間には、それぞれ磁性流体48が磁気的に
保持され、磁性流体シール74を構成している。そして検
出用導電路76及び78の各一端が、磁性流体シール74を内
側にはさむ位置にそれぞれ電気的に接続されている。80
は、固定軸70の内外を貫通する挿通孔であって、一方の
検出用導電路78が挿通されている。38は永久磁石体、86
は、固定軸70の貫通孔である。

この実施例においても、強磁性材料製の上玉軸受12の
影響により、ポールピース30を介してスリーブ部材72に
及ぶ磁場の方が強いので、磁性流体シール74をはさむ２
点82及び84間の電位差を検出用導電路76及び78を利用し
て検出する場合、ポールピース30を介してスリーブ部材
72に及ぶ磁場による起電力が上向きであるならば、ポー
ルピース32により下向き起電力と相殺された結果の上向
き起電力によって生ずる電位差を検出することとなる。

なお、この実施例のようにスリーブ部材のようなもの
を利用する場合、固定軸を導電材料製とし、而もそれを
強磁性導電材料製のスリーブ部材と電気的に接続した状
態として固定軸に検出用導電路を接続し、以て電位差検
出に備えることも可能である。また固定軸を導電材料製
とし、スリーブ部材を強磁性導電材料製として固定軸と
スリーブ部材を絶縁状態とした場合や、固定軸を導電材
料製とし、スリーブ部材を非導電性強磁性材料製とした
場合でも、永久磁石に起因する磁場が固定軸に十分に及
んでいるならば、固定軸の適宜位置に検出用導電路を接
続することにより回転による電位差検出が可能である。

また、第１図乃至第３図に示した実施例では強磁性材
料製の玉軸受の影響によってモータの固定部の磁場にア
ンバランスが生じているが、玉軸受によってこのような
アンバランスが生じない場合でも、別の強磁性材料を用
いたり、磁性流体を一方のポールピースにのみ磁気的に
保持させることによって適宜同様のアンバランスを生じ
させることが可能である。

第４図は、本発明の更に別の実施例たるハードディス
ク駆動用ブラシレススピンドルモータの要部拡大断面図
である。

この実施例では、挿通孔90は両ポールピース30及び32
の中間部に対応する位置に設けられており、挿通孔90に
は、一方の検出用導電路92が挿通され、検出用導電路92
の一端は、ポールピース30及び32の中間部に対応する点
94において強磁性導電材料製のスリーブ部材72（シール
用環状部46）に電気的に接続されている。また他方の検
出用導電路96の一端は、点94との間にポールピース30を
はさむ点98においてスリーブ部材72に電気的に接続され
ている。これら以外の符番は、何れも第３図におけるも
のと同意義である。

この実施例の検出用導電路92及び96を利用すれば、一
方のポールピース30（この場合はＮ極）を介してスリー
ブ72に及ぶ磁場により生ずる起電力に起因する２点94及
び98間の電位差の極性を検出することができる。従って
この場合は、両ポールピース30及び32を介してモータの
固定部に及ぶ磁場が均衡していても差し支えない。

第５図は、本発明の更にまた別の実施例たるハードデ
ィスク駆動用ブラシレススピンドルモータの要部拡大断
面図である。

この実施例では、軸線方向に貫通孔100を有する強磁
性導電材料製の固定軸102の内周面のうち、磁性流体シ
ール104をはさむ２点106及び108並びにポールピース30
と32との中間部に位置する点110に、それぞれ検出用導
電路112、114及び116の一端が電気的に接続されてい
る。

固定軸102に対しポールピース30、32及び永久磁石体3
8が回転した場合、点110に対する点106及び点108の電位
は通常の場合同極性になるが、点110と点106の間の電位
差及び点110と点108の間の電位差がそれぞれどの程度で
あるのか明らかでない場合がある。

そのような場合は、点110と、点106及び点108との間
を、電位差の極性を検出する一定区間とすることが好ま
しい。第５図にはその検出例が示されている。すなわち
この例では、検出用導電路112と114の間に可変抵抗器11
8を介在させ、点106の電位と点108の電位との間を可変
抵抗器118により適切に選択して導電路120に取り出した
電位と、検出用導電路116に取り出した点110の電位との
電位差の極性を比較器62により検知するようにしてい
る。

なお、以上の実施例では固定軸が採用されているが、
勿論、軸が回転するものであってもよい。またポールピ
ースとシール用環状部との間の環状間隙は、軸方向であ
っても差し支えない。

［発明の効果］ 本発明のモータ装置では、モータの回転によって導電
部分の２点間に回転の向きに対応した極性の電位差が直
ちに生じ、検出用導電路を利用してその極性を容易に検
出することができるので、小さい回転角の間に迅速に回
転の向きを検知することができ、逆回転等による不都合
を効果的に防止し得る。而も回転方向判別のために格別
のセンサ等を設けず、磁性流体シールを巧みに利用する
ものであるから、コスト及びスペースの節約にも効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は、何れも本発明の実施例としてのハ
ードディスク駆動用ブラシレススピンドルモータ装置を
模式的に示すものであって、そのうち第１図は、本発明
の１実施例たるハードディスク駆動用ブラシレススピン
ドルモータ装置の要部半断面図、第２図は更にその要部
についての拡大断面図、第３図は、本発明の別の実施例
たるハードディスク駆動用ブラシレススピンドルモータ
の要部拡大断面図、第４図は、本発明の更に別の実施例
たるハードディスク駆動用ブラシレススピンドルモータ
の要部拡大断面図、第５図は、本発明の更にまた別の実
施例たるハードディスク駆動用ブラシレススピンドルモ
ータの要部拡大断面図である。 図面中、10、70及び102は固定軸、30、32、34及び36は
ポールピース、38及び40は永久磁石体、48は磁性流体、
54及び56、76及び78、92及び96並びに112、114及び116
は検出用導電路、72はスリーブ部である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−173969（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−105908（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−89551（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−101951（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−10777（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02K 11/00 H02K 21/22 H02K 5/15

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モータの回転部に、ポールピースと、その
   ポールピースを介して磁性流体を磁気的に保持する磁場
   を形成するための起磁力手段とを有し、モータの固定部
   に、前記ポールピースに対し環状間隙を隔てて対向する
   強磁性材料製のシール用環状部を有し、前記ポールピー
   スとシール用環状部との間に磁性流体が磁気的に保持さ
   れてなる磁性流体シールを備えると共に、前記固定部
   に、前記起磁力手段に起因する磁場が及ぶ導電部分を有
   するモータ装置であって、前記回転部の回転時に前記起
   磁力手段が起因する磁場が前記固定部に対し回転するこ
   とにより前記導電部分に生ずる起電力によってその導電
   部分の一定区間に生ずる電位差の極性を検出するための
   検出用導電路を有することを特徴とするモータ装置。