JP3171754B2 - モータの位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータにおける回転体
の位置検出装置に関するもので、特に駆動着磁部による
ノイズをなくすことができる位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）
用シリンダモータなどでは、１回転中の基準位置を常に
検出する必要があるため、回転位置検出装置が組み込ま
れている。図７は、このようなＶＴＲ用シリンダモータ
の例を示す。図７において、基板３７上にはコアホルダ
３８を介してステータコア３５が固定されている。ステ
ータコア３５は複数の突極を放射状に有し、各突極には
駆動コイル３６が巻回されている。ステータコア３５、
駆動コイル３６、基板３７等によってステータを構成し
ている。詳細な図示は省略されているが、ステータコア
３５と実質一体に固定シリンダ３２が固定されている。

【０００３】上記ステータコア３５を上側から覆ってカ
ップ状のロータケース２１が配置されている。ロータケ
ース２１は適宜の軸受機構によって回転自在に支持され
ている。ロータケース２１の周壁内面には円環状の駆動
マグネット２２が固着され、駆動マグネット２２の内周
面はステータコア３５の外周面である上記各突極の先端
面と適宜の間隙をおいて対向している。ロータケース２
１と実質一体に図示されない回転シリンダが固着され、
この回転シリンダの下面外周縁部と固定シリンダ３２の
上面外周縁部との間には適宜の間隙があり、回転シリン
ダの下面外周縁部に取付けられた磁気ヘッドが上記間隙
内を回転する。上記駆動マグネット２２の下端面にはシ
ールドリング２４を介して円環状のマグネット２３が固
着されている。マグネット２３には、位置信号発電機
（以下「ＰＧ」という）の一部を構成する位置検出用着
磁部（以下「ＰＧ着磁部」という）が形成されている。
上記基板３７の上にはフレキシブル回路基板３９が固定
され、フレキシブル回路基板のマグネット２３との対向
面には位置検出パターン（以下「ＰＧパターン」とい
う）２６が形成されている。

【０００４】上記マグネット２３に形成されたＰＧ着磁
部２８とＰＧパターン２６との関係を示す図８（Ａ）に
おいて、ＰＧ着磁部２８は、所定の着磁ピッチで４磁極
配列されている。一方、ＰＧパターン２６は、ＰＧ着磁
部２８のピッチと同一ピッチで配列された４つのＰＧ発
電線素を有してなる。

【０００５】駆動マグネット２２の磁極をホール素子等
で検出し、この検出信号に応じて各駆動コイル３６への
通電を切り換えることにより、駆動マグネット２２と実
質一体のロータケース２１、回転シリンダなどが回転駆
動される。駆動マグネット２２と共にマグネット２３が
回転し、ＰＧ着磁部２８の磁束がＰＧパターン２６を横
切ることにより周知のとおりＰＧパターン２６がＰＧ信
号を出力する。このＰＧ信号が１回転の基準信号とな
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したモータの
位置検出装置の４つのＰＧ発電線素による発電
信号波形をそれぞれ図８（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）に示
す。ＰＧ着磁部２８の磁極ピッチと各発電線素
のピッチとが一致しているため、各発電線素は
これらのピッチに対応した周期で波状の信号を出力す
る。これら各発電線素の発電信号を合成してな
るＰＧ出力は、図８（Ｅ）に示すとおり、中央の大きい
ピークのマイナス信号と、その両側の大きいピークのプ
ラスの信号と、さらにその両側のマイナスの信号と、さ
らにその両側の小さなピークのプラス信号からなる。Ｐ
Ｇ信号としては、大きいピークの第１番目のプラス信号
を波形整形することによって得るようになっていて、上
記両側の小さいピークのプラス信号はＰＧ信号に対して
はノイズとなる。上記の従来例では、大きいピークの第
１番目のプラス信号のピーク値をＳとしたとき、両側の
小さいピークのプラス信号のピーク値は約Ｓ／３とな
り、ＰＧ信号に対するノイズ成分が大きく、ＰＧ信号の
信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）が悪化していた。

【０００７】また、従来のモータの位置検出装置では、
ＰＧパターンのピッチと駆動着磁のピッチとの間に何ら
の関係もなかったため、ＰＧパターンの各発電線素が駆
動着磁の磁気の影響を受け、各発電線素の発電出力を合
成したＰＧ出力には、上記ノイズ成分よりもさらに大き
なノイズ成分が含まれることになり、ＰＧ信号の信号対
雑音比（Ｓ／Ｎ）がさらに悪化していた。

【０００８】本発明は、上に述べたような従来技術の問
題点を解消するためになされたもので、ＰＧ着磁部のピ
ッチ及びＰＧパターンのピッチを駆動着磁部との関係で
一定に規定することにより、ＰＧ出力の信号対雑音比を
向上させることができるモータの位置検出装置を提供す
ることを目的とする。

【０００９】 上記目的を達成するために本発明は、回
転体と一体に回転する円環状の駆動マグネットに周方向
にＮ極とＳ極が交互に着磁されてなる駆動着磁部と、駆
動マグネットの端面の一部に形成されたＰＧ着磁部と、
このＰＧ着磁部と対向する位置に配置されたＰＧパター
ンとを備え、１回転中の基準位置を検出するモータの位
置検出装置において、駆動着磁部の一対のＮ極とＳ極を
１ピッチとしたとき、ＰＧ着磁部を１／２ピッチで着磁
しかつＰＧパターンのピッチと一致させ、位置検出用着
磁部端と駆動着磁部のＮ極とＳ極の境界とを一致させ
た。ＰＧ着磁部は、一対のＮ極とＳ極のみとし、このＮ
極とＳ極の境界を駆動着磁部のＮ極とＳ極の境界と一致
させると共に、ＰＧ着磁部の極性と駆動着磁部の極性と
を逆極としてもよい。駆動マグネットの端面に一対のＰ
Ｇ着磁部のみを形成してもよい。

【００１０】

【作用】ＰＧパターンを駆動着磁部及びＰＧ着磁部の磁
束が横切ることによりＰＧパターンの各発電線素が駆動
着磁部及びＰＧ着磁部の磁束に対応した信号を発電す
る。ＰＧパターンの各発電線素に発生する信号は合成さ
れ、合成された信号のうち最初に立ち上がる信号を位置
信号として用いるが、駆動着磁部の一対のＮ極とＳ極を
１ピッチとしたとき、ＰＧ着磁部は１／２ピッチで着磁
されかつＰＧパターンのピッチと一致しているため、Ｐ
Ｇパターンの各発電線素の発電信号を合成してなる位置
信号からは駆動着磁部に対応した信号が相殺され、駆動
着磁部の影響を受けない位置信号を得ることができる。
この位置信号の最初の立上り信号は大きく立上り、信号
対雑音比の良好な信号となる。また、ＰＧ着磁部を一対
のＮ極とＳ極のみとし、その境界を駆動着磁部のＮ極と
Ｓ極の境界と一致させ、ＰＧ着磁部の極性と駆動着磁部
の極性とを逆極とした場合も、最初の立上り信号が大き
く、信号対雑音比の良好な位置信号を得ることができ
る。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明にかかるモ
ータの位置検出装置の実施例について説明する。まず、
本発明にかかる位置検出装置を有するモータの全体の構
成を概略的に説明する。図２において、基板１７上には
コアホルダ１８を介してステータコア１５が固定されて
いる。ステータコア１５は複数の突極を放射状に有し、
各突極には駆動コイル１６が巻回されている。ステータ
コア１５、駆動コイル１６、基板１７等によってステー
タを構成している。図示されていないが、コアホルダ１
８の内周側には適宜の軸受を介して軸が回転自在に支持
され、この軸にはカップ状のロータケース１が固着され
ている。ロータケース１はステータコア１５を上側から
覆っている。ロータケース１の周壁内面には円環状の駆
動マグネット２が固着され、駆動マグネット２の内周面
はステータコア１５の外周面である上記各突極の先端面
と適宜の間隙をおいて対向している。駆動マグネット２
の下端面にはＰＧ着磁部４が形成されている。ＰＧ着磁
部４は駆動マグネット２に直接形成してもよいし、別に
形成したＰＧ着磁部４を駆動マグネット２に固着しても
よい。上記基板１７の上にはフレキシブル回路基板１９
が固定され、フレキシブル回路基板１９のＰＧ着磁部４
との対向面にはＰＧパターンが形成されている。

【００１２】次に、上記駆動マグネット２及びＰＧ着磁
部の具体的な構成を説明する。図１において、ロータケ
ース１の周壁内面にはリング状の駆動マグネット２が固
着されている。駆動マグネット２には複数の磁極が周方
向に等間隔にかつ極性を交互に反転してなる駆動着磁部
２ａが形成されている。駆動着磁部２ａは半径方向に着
磁してある。駆動マグネット２の軸方向端面にはまた位
置検出用着磁部（ＰＧ着磁部）４が形成されている。図
４（Ａ）に示すように、駆動着磁部２ａの一対のＮ極と
Ｓ極を１ピッチとしたとき、上記ＰＧ着磁部４は１／２
ピッチで着磁されている。ＰＧ着磁部４はＮ極とＳ極が
交互に配列された４つの磁極からなり、駆動着磁部２ａ
の隣接する２磁極に対応してＰＧ着磁部４の上記４つの
磁極が配置されている。ＰＧ着磁部４の着磁方向は駆動
着磁部２ａの着磁方向に直交する中心軸線方向である。

【００１３】図４（Ａ）において符号６は上記フレキシ
ブル回路基板１９に形成された位置検出パターン（ＰＧ
パターン）を示している。ＰＧパターン６は４本の発電
線素を有してなる。各発電線素はモー
タの回転中心に対して放射状に配列され、隣合う発電線
素の内端と外端が交互に導線で直列につながれ、その両
端からＰＧ信号が出力される。各発電線素の配
列ピッチはＰＧ着磁部４の配列ピッチと同じで、駆動着
磁部２ａのピッチの１／２である。

【００１４】以上説明した実施例のＰＧ信号出力動作を
説明する。図２に示す駆動コイル１６に通電し、また、
駆動マグネット２の回転位置に対応して駆動コイル１６
への通電を切り換えることにより、駆動マグネット２
と、ステータコア１５の突極との間に発生する磁力で駆
動マグネット２が付勢され、駆動マグネット２、ロータ
ケース１、ＦＧマグネット３、ＰＧマグネット４等でな
るロータが回転する。ロータが回転すると、ＰＧパター
ン６の各発電線素を駆動着磁部２ａとＰＧ着磁
部４の磁束が横切り、それぞれの磁束に対応した信号を
各発電線素が発電するが、各発電線素
が発電する上記駆動着磁部２ａに対応する信号は互いに
打ち消され、ＰＧ信号は駆動着磁部２ａの影響は受けな
い。その理由を図３に示す。

【００１５】図３（Ａ）は駆動着磁部２ａの磁極の境界
が発電線素の位置を通過するときを示しており、発
電線素で発電されるが、これらの発電信号は逆向き
で相互に打ち消しあう。図３（Ｂ）は駆動マグネット２
が図３（Ａ）の位置から少し進んで駆動着磁部２ａの磁
極の境界が発電線素の位置を通過するときを示す。
このとき発電線素で発電される信号は逆向きで相互
に打ち消しあう。図３（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）は各発
電線素の発電信号を時間軸上で表したもので、
ＰＧパターン６の出力はこれら発電信号を合成したもの
である。これら発電信号は相互に打ち消され、ＰＧパタ
ーン６からは駆動着磁部２ａによる信号は出力されな
い。

【００１６】これに対して、ＰＧパターン６の各発電線
素をＰＧ着磁部４の磁束が横切るときはＰＧパ
ターン６からＰＧ信号が出力される。このＰＧ信号出力
動作を図４に示す。図４（Ａ）に示すようにＰＧ着磁部
４の磁極ピッチとＰＧパターン６の各発電線素
のピッチとが一致しているため、各発電線素を
ＰＧ着磁部４の磁束が横切ることにより、各発電線素
はそれぞれ図４（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）に示す
ように各発電線素のピッチに対応した周期で波
状の信号を出力する。そして、各発電線素の発
電信号波形は３６０°ずつ位相がずれて立ち上がりと立
下りが同期しており、これらの発電信号を合成してなる
ＰＧパターン６の出力は、図４（Ｆ）に示すように、中
央の大きいピークのマイナス信号と、その両側の大きい
ピークのプラスの信号と、さらにその両側のマイナスの
信号と、さらにその両側の小さなピークのプラス信号か
らなる。

【００１７】既に説明したように、ＰＧ信号としては、
大きいピークの第１番目のプラス信号を波形整形するこ
とによって得るようになっていて、上記両側の小さいピ
ークのプラス信号はＰＧ信号に対してはノイズとなる。
上記実施例では、大きいピークの第１番目のプラス信号
のピーク値をＳとしたとき、両側の小さいピークのプラ
ス信号のピーク値は０．２〜０．３Ｓ程度になる。しか
しながら、駆動着磁部２ａの一対のＮ極とＳ極を１ピッ
チとしたとき、ＰＧ着磁部４は１／２ピッチで着磁しか
つＰＧパターン６のピッチと一致させるというように、
駆動着磁部２ａと、ＰＧ着磁部４と、ＰＧパターンとの
関係を一定の関係に設定したため、上記両側の小さいピ
ークのプラス信号のピーク値が駆動着磁部２ａの影響で
大きくなることはなく、従来のモータの位置検出装置に
比較して、信号対雑音比の良好なＰＧ出力を得ることが
でき、これを波形整形して得られる位置信号は精度の高
いものになる。

【００１８】次に、本発明装置の別の実施例について説
明する。図５に示す例は、ＰＧ着磁部６０を、一対のＮ
極とＳ極のみとした例である。この例でも駆動着磁部の
一対のＮ極とＳ極を１ピッチとしたとき、ＰＧ着磁部６
０は１／２ピッチで着磁されかつＰＧパターン６の各発
電線素のピッチと一致している。そして、ＰＧ
着磁部６０の両側には無着磁部６１，６１が設けられて
いる。

【００１９】図５（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）は、モータ
のロータを構成する駆動マグネット２が回転したときの
上記ＰＧパターン６の各発電線素の出力を示
す。ＰＧ着磁部６０は一対のＮ極とＳ極のみからなるた
め各発電線素は波状の信号を１周期分発電す
る。これらの信号波形の位相は３６０°ずつずれて立ち
上がりと立下りが同期していいるため、これらの発電信
号を合成してなるＰＧパターン６の出力は、図５（Ｆ）
に示すように、両端の小さいピークのマイナス信号とこ
れに続く大きいピークの二つのプラス信号と中央の大き
いピークの一つのマイナス信号からなる。従って、この
実施例によれば、第１番目のプラスの信号に対し、両側
の信号はマイナスの信号となってノイズ成分とはなら
ず、信号対雑音比がより良好で、精度の高い位置信号を
得ることができる。なお、この実施例の場合も、ＰＧパ
ターン６の各発電線素に現われる駆動着磁部２
ａに対応した信号は互いにキャンセルされ、ＰＧ出力は
駆動着磁部２ａの影響を受けない。

【００２０】上記図５の実施例はＰＧ着磁部を一対のＮ
極とＳ極のみとし、かつ、その両側に全く着磁のない部
分がある例であったが、一対のＮ極とＳ極のみからなる
ＰＧ着磁部の両側に着磁部があっても、それが弱い着磁
部であれば信号対雑音比の良好なＰＧ信号を得ることが
できる。その例を図６に示す。図６（Ａ）において、一
対のＮ極とＳ極のみからなるＰＧ着磁部６２の両側に
は、例えば駆動着磁の影響を受けて弱い着磁部６３，６
３がある。この例でも駆動着磁部２ａの一対のＮ極とＳ
極を１ピッチとしたとき、ＰＧ着磁部６２は１／２ピッ
チで着磁されかつＰＧパターン６の各発電線素
のピッチと一致している。また、ＰＧ着磁部６２の一対
のＮ極とＳ極の境界は駆動着磁部２ａのＮ極とＳ極の境
界と一致し、さらに、ＰＧ着磁部６２の極性と駆動着磁
部２ａの極性とが逆極になっている。

【００２１】上記実施例において、ロータを構成する駆
動マグネット２が回転したときのＰＧパターン６の各発
電線素の発電波形を図６（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）
（Ｅ）に示す。ＰＧ着磁６２の両側に同一ピッチの弱い
着磁部６３，６３があるため、各発電線素の発
電波形は前後の小さいピークのプラスとマイナスの信号
とその間の大きいピークのプラスとマイナスの信号から
なり、また、位相が３６０°ずつずれて立ち上がりと立
下りが同期している。各発電線素の発電波形を
合成してなるＰＧパターン６の出力信号は、図６（Ｆ）
に示すように、両側の小さいピークのプラス信号と、こ
れに続く中間的なピークの二つのマイナス信号と、これ
に続く大きいピークの二つのプラス信号とこれに続く大
きいピークの一つのマイナス信号とからなる。上記両側
の小さいピークのプラス信号は、上記弱い着磁部６３，
６３が存在することによって生ずる。ＰＧ信号として
は、大きいピークの第１番目のプラス信号を波形整形す
ることによって得る。従って、上記両側のごく小さいピ
ークのプラス信号はＰＧ信号に対してはノイズとなる。
しかし、大きいピークの第１番目のプラス信号のピーク
値をＳとしたとき、両側の小さいピークのプラス信号の
ピーク値は０．０３Ｓ程度というようにごく小さな信号
で無視できる程度であり、良好な信号対雑音比が得られ
る。

【００２２】なお、本発明はＶＴＲ用シリンダモータに
限られるものではなく、位置検出信号を必要とするあら
ゆるモータ、例えばディスク駆動モータなどにも適用で
きる。

【００２３】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、駆動着磁
部の一対のＮ極とＳ極を１ピッチとしたとき、位置検出
用着磁部は１／２ピッチで着磁しかつ位置検出パターン
のピッチと一致させたため、位置検出パターンで発電さ
れる駆動着磁部による信号はキャンセルされて位置検出
出力が駆動着磁部の磁束の影響を受けず、また、位置信
号として用いられる位置検出パターン出力のプラス側の
第１信号はピークが高くなるため、信号対雑音比がきわ
めて良好で、精度の高い位置信号を得ることができる。

【００２４】請求項２記載の発明によれば、位置検出用
着磁部を、一対のＮ極とＳ極のみから構成し、このＮ極
とＳ極の境界を駆動着磁部のＮ極とＳ極の境界と一致さ
せると共に、位置検出用着磁部の極性と駆動着磁部の極
性とを逆極にしたため、各発電線素の発電信号を合成し
てなる位置検出パターンの出力は、プラス側の第１信号
のピークが高くなり、信号対雑音比がきわめて良好で、
精度の高い位置信号を得ることができる。また、位置検
出パターンの各発電線素に現われる駆動着磁部に対応し
た信号は互いにキャンセルされ、駆動着磁部の影響を受
けない位置信号を得ることができる。

【００２５】請求項２および請求項３記載の発明によれ
ば、位置検出用着磁部は一対の磁極のみを形成すればよ
く、位置検出用着磁部の構成を簡略化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置に適用可能な駆動着磁部と位置検出
用着磁部の例を示す斜視図。

【図２】同上駆動着磁部と位置検出用着磁部を有する本
発明装置の実施例を示す正面断面図。

【図３】上記実施例中の位置検出パターンによる駆動マ
グネットの影響をキャンセルする動作を示す波形図。

【図４】上記実施例中の位置検出パターンによる位置信
号出力動作を示す波形図。

【図５】本発明装置の変形例とその位置信号出力動作を
示す波形図。

【図６】本発明装置のさらに別の変形例とその位置信号
出力動作を示す波形図。

【図７】従来の位置検出装置付きモータの例を示す正面
断面図。

【図８】同上従来例の位置信号出力動作を示す波形図。

【符号の説明】

１ 回転体としてのロータケース ２ 駆動マグネット ４ 位置検出用着磁部 ６ 位置検出パターン ２ａ 駆動着磁部

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体と一体に回転する円環状の駆動マ
   グネットに周方向にＮ極とＳ極が交互に着磁されてなる
   駆動着磁部と、上記駆動マグネットの端面の一部に形成
   された位置検出用着磁部と、この位置検出用着磁部と対
   向する位置に配置された位置検出パターンとを備え、１
   回転中の基準位置を検出するモータの位置検出装置にお
   いて、 上記駆動着磁部の一対のＮ極とＳ極を１ピッチとしたと
   き、上記位置検出用着磁部は１／２ピッチで着磁されか
   つ上記位置検出パターンのピッチと一致しており、 上記位置検出用着磁部端と上記駆動着磁部のＮ極とＳ極
   の境界とが一致している ことを特徴とするモータの位置
   検出装置。
2. 【請求項２】 位置検出用着磁部は、一対のＮ極とＳ極
   のみからなり、このＮ極とＳ極の境界が駆動着磁部のＮ
   極とＳ極の境界と一致すると共に、位置検出用着磁部の
   極性と駆動着磁部の極性とが逆極である請求項１記載の
   モータの位置検出装置。
3. 【請求項３】 駆動マグネットの端面に一対の位置検出
   用着磁のみが形成されてなる請求項２記載のモータの位
   置検出装置。