JP5762728B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

この発明はブラシレスモータに関し、特にロータの回転速度のムラを低減することができるブラシレスモータに関する。

ホール素子でホール素子上を通過するロータの磁石の磁極を検出することにより、ロータの回転位置を検出するブラシレスモータが存在する。このブラシレスモータでは、以下のような制御が行われる。複数極に着磁された環状の磁石を備えるロータの回転に伴い、ホール素子上の磁束量が変化する。磁束量の変化に伴った信号が、ホール素子からブラシレスモータの駆動回路に伝達される。伝達された信号に応じて、駆動回路は、ロータの回転位置に応じた電圧をステータコイルに供給する。このようにして、ステータコイルに供給される電圧の印加タイミングが制御され、ロータが回転する。

上述のようなブラシレスモータは、例えば複写機やプリンタ等の感光体ドラムを駆動させるメインモータとして用いられている。複写機やプリンタは、従来は１ドラム転写ドラム方式を採用するものが多かった。この１ドラム転写ドラム方式では、感光体ドラムの径と転写ドラムの径とが整数倍の関係とされていた。これにより、感光体ドラム上で画像伸縮が起こっていたとしても、各色の転写時に、各色の画像伸縮のタイミングを合わせることができた。したがって、各色の色ずれが起こりにくいという利点があった。

しかしながら、高速化の要請から、複写機やプリンタにおいて４色の画像形成ユニットを一直線上に配置させた所謂４ドラムタンデム方式が採用されるようになってきた。４ドラムタンデム方式は、１ドラム転写ドラム方式と比較して、４倍の高速化が可能である。４ドラムタンデム方式を採用するに当たり、各色のずれをなくすために、感光体ドラムの回転速度ができる限り均一に維持される必要がある。このため、速度検出手段を備えることにより、回転速度をできる限り均一に維持するメインモータが開発されている。その一例として、下記特許文献１や特許文献２に記載されるブラシレスモータがある。

下記特許文献１には、マグネット（磁石）がロータフレームの端面から突出したブラシレスモータが開示されている。このブラシレスモータは、マグネットのロータフレームから突出した部分（突出部）に速度検出着磁が施され、この部分が速度検出着磁部として機能する。プリント基板上の速度検出着磁部に対向する位置に、速度検出センサが配置されている。これにより、速度検出着磁部に対する主極着磁部の影響が低減される。このため、安定した速度検出信号が得られる。

下記特許文献２には、駆動用マグネット（磁石）にロータホルダの下端面より突出する突出部が設けられたブラシレスモータが開示されている。この突出部の外周面に、位置検出用マグネット（磁石）が圧入により固定されている。この位置検出用マグネットの下端面に、ＦＧ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）パルス（速度検出用パルス）発生用の着磁がなされる。このため、ＦＧパルス発生用の着磁がなされる部分と駆動用マグネットとの距離が遠くなる。したがって、ＦＧパルスの読み取り精度が向上する。

特開平１１−１８３９３号公報 特開２００６−３１４１６５号公報

以上のようにして、特許文献１に開示されるブラシレスモータでは、速度検出着磁部に対する主極着磁部の影響が低減される。しかしながら、ホール素子等の磁極センサでロータの磁石の主極着磁部の磁極を検出する場合には、磁極センサが速度検出着磁部による磁極の影響を受けるという問題が生じる。より具体的には、磁極センサが主極着磁部からの磁束と速度検出着磁部からの磁束との両方を感知するために、磁極センサがロータの回転位置を誤って検出する。これにより、ステータコイルに供給される電圧の印加タイミングがずれ、ロータの回転速度にムラが生じる。

また、特許文献２に開示されるブラシレスモータでは、位置検出用マグネットの下端面に、ＦＧパルス発生用の着磁がなされている。このため、位置検出センサに対して、ＦＧパルス発生用の着磁が影響を及ぼすという問題が生じる。これにより、特許文献１に開示されるブラシレスモータと同様に、ステータコイルに供給される電圧の印加タイミングがずれ、ロータの回転速度にムラが生じるという問題がある。

本発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、ロータの回転速度のムラが低減可能なブラシレスモータを提供することを目的としている。

上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、ブラシレスモータは、基板と、基板に対して相対的に回転可能に配置され、複数極に着磁された環状の第１着磁部、および第１着磁部の基板側端面に複数極に着磁された環状の第２着磁部を備えるロータと、基板に設けられ、第１着磁部の磁極の影響を受けてロータの回転位置を検出するホール素子と、基板に設けられ、第２着磁部の磁極の影響を受けてロータの回転速度を検出するＦＧパターンとを備える。ホール素子が第１着磁部および第２着磁部の磁極の影響を受けて出力するホール出力電圧は、ヒステリシスコンパレータにより所定のヒステリシス電圧幅を持たせて矩形波に波形整形され、ロータの回転速度のムラが低減される程度に、ホール出力電圧の振幅とヒステリシス電圧幅との関係で、第２着磁部の着磁開始位置が、第１着磁部の着磁開始位置から所定角度ずれて設定されている。
この発明の他の局面に従うと、ブラシレスモータは、基板と、基板に対して相対的に回転可能に配置され、複数極に着磁された環状の第１着磁部、および第１着磁部の基板側端面に複数極に着磁された環状の第２着磁部を備えるロータと、基板に設けられ、第１着磁部の磁極の影響を受けてロータの回転位置を検出するホール素子と、基板に設けられ、第２着磁部の磁極の影響を受けてロータの回転速度を検出するＦＧパターンとを備える。ロータの回転速度のムラが低減される程度に、第２着磁部の着磁開始位置が、第１着磁部の着磁開始位置から、ロータの回転方向に第２着磁部の電気角（１８０°−φ）±５°、または（３６０°−φ）±５°だけずれており、
φ＝（ｍ／ｎ）×θ
θ＝ａｒｃｓｉｎ（Ｖ _ＨＩＳ ／Ｖ _ＨＥ ）
（ただし、ｎは第１着磁部の極数、ｍは第２着磁部の極数、Ｖ _ＨＥ はホール出力電圧の振幅、Ｖ _ＨＩＳ はヒステリシス電圧幅とする。）
の関係式が成立する。

好ましくは、ホール素子が第１着磁部の磁極の影響を受けて出力するホール出力電圧の実効値ＲＭＳ_ＨＥと、ホール素子が第２着磁部の磁極の影響を受けて出力するホール出力電圧の実効値ＲＭＳ_ＦＧとの関係が、
２０・ｌｏｇ_１０（ＲＭＳ_ＦＧ／ＲＭＳ_ＨＥ）≦−３０［ｄＢ］
となるように設定される。

好ましくは、ホール素子が出力するホール出力電圧は、ヒステリシスコンパレータにより所定のヒステリシス電圧幅を持たせて矩形波に波形整形され、所定角度のずれは、ホール出力電圧の振幅とヒステリシス電圧幅とに関係する。

好ましくは、第２着磁部の着磁開始位置は、第１着磁部の着磁開始位置から、ロータの回転方向に第２着磁部の電気角（１８０°−φ）±５°、または（３６０°−φ）±５°だけずれており、
φ＝（ｍ／ｎ）×θ
θ＝ａｒｃｓｉｎ（Ｖ_ＨＩＳ／Ｖ_ＨＥ）
（ただし、ｎは第１着磁部の極数、ｍは第２着磁部の極数、Ｖ_ＨＥはホール出力電圧の振幅、Ｖ_ＨＩＳはヒステリシス電圧幅とする。）
の関係式が成立する。

この発明の他の局面に従うと、ブラシレスモータは、基板と、基板に対して相対的に回転可能に配置され、複数極に着磁された環状の第１着磁部、および第１着磁部の基板側端面に複数極に着磁された環状の第２着磁部を備えるロータと、基板に設けられ、第１着磁部の磁極の影響を受けてロータの回転位置を検出するホール素子と、基板に設けられ、第２着磁部の磁極の影響を受けてロータの回転速度を検出するＦＧパターンとを備える。このブラシレスモータは、ロータの回転速度のムラが低減される程度に、第２着磁部の着磁開始位置が、第１着磁部の着磁開始位置から所定角度ずれている。

好ましくは、ホール素子が出力するホール出力電圧は、ヒステリシスコンパレータにより所定のヒステリシス電圧幅を持たせて矩形波に波形整形され、所定角度のずれは、ホール出力電圧の振幅とヒステリシス電圧幅とに関係する。

好ましくは、第２着磁部の着磁開始位置が、第１着磁部の着磁開始位置から、ロータの回転方向に第２着磁部の電気角（１８０°−φ）±５°、または（３６０°−φ）±５°だけずれており、
φ＝（ｍ／ｎ）×θ
θ＝ａｒｃｓｉｎ（Ｖ_ＨＩＳ／Ｖ_ＨＥ）
（ただし、ｎは第１着磁部の極数、ｍは第２着磁部の極数、Ｖ_ＨＥはホール出力電圧の振幅、Ｖ_ＨＩＳはヒステリシス電圧幅とする。）
の関係式が成立する。

好ましくは、第１着磁部と第２着磁部とは、単一の環状の磁石で構成される。

これらの発明によると、ロータの回転速度のムラが低減可能なブラシレスモータを提供することが可能となる。

本発明の一実施の形態におけるブラシレスモータを示す断面図である。 本発明の一実施の形態におけるブラシレスモータの一部を構成する環状の磁石を示す斜視図である。 第１の実施の形態におけるＨＥジッタとＦＧ位相との関係を示すグラフである。 第１の実施の形態におけるブラシレスモータのＨＥジッタとＷ５ジッタとの関係を示すグラフである。 第２の実施の形態における第１着磁部と第２着磁部との位置関係を示す模式図である。 第３の実施の形態におけるＨＥジッタとＦＧ位相との関係を示すグラフである。 第４の実施の形態におけるＨＥジッタとＦＧ位相との関係を示すグラフである。

［第１の実施の形態］
図１は、本実施の形態のブラシレスモータ１を示す断面図であり、図２は、図１における環状の磁石１２を示す斜視図である。また、図３は、ＨＥジッタとＦＧ位相との関係を示すグラフであり、図４は、ＨＥジッタとＷ５ジッタとの関係を示すグラフである。なお、図２のＳ１は第１着磁部１２ａの着磁開始位置、Ｓ２は第２着磁部１２ｂの着磁開始位置、αはＳ１とＳ２とのずれ（機械角）を示している。

本実施の形態では、ブラシレスモータ１は、複写機やプリンタ等の画像形成装置の感光体ドラムを駆動させるメインモータとして用いられている。勿論、ブラシレスモータ１の用途はこれに限られるものではない。また、ブラシレスモータ１は、直流ブラシレスモータであり、一方向にのみ回転可能である。したがって、逆方向には回転しない。

図１及び図２を参照して、ブラシレスモータ１は、基板４０と、ロータ１０と、ロータ１０の一部を構成するシャフト１３を支持する軸受３１と、軸受３１を保持するとともに基板４０に固定される軸受ハウジング３２と、軸受ハウジング３２を介して基板４０に固定されるステータ２０とを備える。

ステータ２０は、中央から径方向外側へ放射状に延びるように形成される複数のティース部２１ａを有するステータコア２１と、ティース部２１ａの周囲に巻回されたステータコイル２２とを備える。ロータ１０は、ステータ２０及び基板４０に対して相対的に回転可能に配置される。また、ロータ１０は、ステータ２０の外周に配置される環状の磁石１２と、軸受３１により回転可能に支持されるシャフト１３と、環状の磁石１２とシャフト１３とを接続するロータフレーム１１とを備える。

図１に示すように、環状の磁石１２の基板４０側の端面は、ロータフレーム１１の基板４０側の端面と略同じ位置にある。すなわち、環状の磁石１２の基板４０側の端面は、ロータフレーム１１の基板４０側の端面から基板４０側に突出していない。また、図２に示すように、環状の磁石１２は、複数極に着磁された環状の第１着磁部１２ａと、第１着磁部１２ａの基板４０側端面に複数極に着磁された環状の第２着磁部１２ｂとを備える。なお、第１着磁部１２ａと第２着磁部１２ｂとは、別体の磁石で構成されず、単一の環状の磁石１２で構成される。これにより、別体の磁石で構成する場合と比較して、低コストで磁石１２を製造することができる。

本実施の形態においては、第１着磁部１２ａは、１０極（５パルス）で構成される。また、第２着磁部１２ｂは、９０極（４５パルス）で構成される。

ブラシレスモータ１は、基板４０のロータ１０が配置される側の反対の面（図１におけるＢ面）に設けられるホール素子４１と、基板４０のロータ１０が配置される側の面（図１におけるＡ面）に設けられるＦＧパターン４２とを備える。

ＦＧパターン４２は、複数の発電線素が直列に接続された櫛歯状コイルパターンである。ＦＧパターン４２は、基板４０上の第２着磁部１２ｂと対向する位置に環状に形成される。ＦＧパターン４２は、ロータ１０の回転に伴う第２着磁部１２ｂの回転により、第２着磁部１２ｂの磁束量の変化（磁極）の影響を受けることにより、ロータ１０の回転速度に対応する周波数の誘起電圧を発生する。これにより、ＦＧパターン４２は、ロータ１０の回転速度を検出する。

本実施の形態においては、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のステータコイル２２を備えた３相のブラシレスモータ１となっている。ホール素子４１は基板４０上に等間隔に３個設けられる。これらのホール素子４１は、基板４０上の第１着磁部１２ａと対向する位置の反対の面（図１におけるＢ面）に設けられる。これは、ＦＧパターン４２と同じ側の面にホール素子４１が配置されると、ホール素子４１とＦＧパターン４２との配置的な干渉が生じてしまうためである。ホール素子４１は、第１着磁部１２ａの磁極の影響を受けることにより、第１着磁部１２ａの磁極に対応する周波数のホール出力電圧を出力する。これにより、ホール素子４１は、ロータ１０の回転位置を検出する。

本発明においては、第１着磁部１２ａと第２着磁部１２ｂとの関係を工夫することにより、ホール素子４１が第２着磁部１２ｂの影響を受けることによるロータ１０の回転位置の誤認識を防止している。この第１着磁部１２ａと第２着磁部１２ｂとの関係について、説明する。

本実施の形態においては、ホール素子４１が第２着磁部１２ｂより受ける磁束量が、ホール素子４１が第１着磁部１２ａから受ける磁束量と比べて低減されるように、第１着磁部１２ａと第２着磁部１２ｂとの着磁量が設定されている。これにより、ホール素子４１が第２着磁部１２ｂから受ける磁束による影響を低減することができ、ロータ１０の回転位置の誤検出が防止される。このため、ロータ１０の回転速度のムラが低減される。したがって、ブラシレスモータ１が複写機やプリンタ等の感光体ドラムを駆動させるメインモータとして用いられた場合に、感光体ドラムの回転速度が、各色のずれが問題ない程度にまで均一に維持される。

好ましくは、ホール素子４１が第１着磁部１２ａの磁極の影響を受けて出力するホール出力電圧の実効値ＲＭＳ_ＨＥと、ホール素子４１が第２着磁部１２ｂの磁極の影響を受けて出力するホール出力電圧の実効値ＲＭＳ_ＦＧとの関係が、
２０・ｌｏｇ_１０（ＲＭＳ_ＦＧ／ＲＭＳ_ＨＥ）≦−３０［ｄＢ］
となるように設定される。これにより、ホール素子４１が出力するホール出力電圧の揺らぎ（以下、「ＨＥジッタ」という。）が６％以下にまで低減される。これに伴い、第１着磁部１２ａの磁極数を１０極とした場合の回転数変動（以下、「Ｗ５ジッタ」という。）も、０．１％以下にまで低減される。このため、ロータ１０の回転速度のムラが低減される。

この理由を以下に説明する。図３を参照して、このグラフの横軸は、第２着磁部１２ｂの着磁開始位置Ｓ２の第１着磁部１２ａの着磁開始位置Ｓ１に対するずれを第２着磁部１２ｂの電気角における位相で示している。この横軸は、第２着磁部１２ｂにおける１パルス（一対のＮ極とＳ極）を３６０°として示すものである。また、縦軸は、ＨＥジッタを示している。このグラフでは、２０・ｌｏｇ_１０（ＲＭＳ_ＦＧ／ＲＭＳ_ＨＥ）が、−３４ｄＢ、−３２ｄＢ、−３０ｄＢ、−２８ｄＢ、−２６ｄＢとなる場合が示されている。

図３から、２０・ｌｏｇ_１０（ＲＭＳ_ＦＧ／ＲＭＳ_ＨＥ）が、−３４ｄＢ、−３２ｄＢ、−３０ｄＢとなる場合には、第２着磁部１２ｂの着磁開始位置Ｓ２の第１着磁部１２ａの着磁開始位置Ｓ１に対するずれがいずれの値のときも、ＨＥジッタが６％を下回っていることがわかる。これに対し、２０・ｌｏｇ_１０（ＲＭＳ_ＦＧ／ＲＭＳ_ＨＥ）が、−２８ｄＢとなる場合には、第２着磁部１２ｂの着磁開始位置Ｓ２の第１着磁部１２ａの着磁開始位置Ｓ１に対するずれが第２着磁部１２ｂの電気角で０°〜約２０°、約１００°〜約２００°、約２８０°〜３６０°のときにのみ、ＨＥジッタが６％以下となっていることがわかる。また、２０・ｌｏｇ_１０（ＲＭＳ_ＦＧ／ＲＭＳ_ＨＥ）が、−２６ｄＢとなる場合には、第２着磁部１２ｂの着磁開始位置Ｓ２の第１着磁部１２ａの着磁開始位置Ｓ１に対するずれが第２着磁部１２ｂの電気角で０°〜約５°、約１１５°〜約１８５°、約２９５°〜３６０°のときにのみ、ＨＥジッタが６％以下となっていることがわかる。また、図３においては、約１５０°及び約３３０°のときに、２０・ｌｏｇ_１０（ＲＭＳ_ＦＧ／ＲＭＳ_ＨＥ）が、−３４ｄＢ、−３２ｄＢ、−３０ｄＢ、−２８ｄＢ、−２６ｄＢのすべてにおいて、ＨＥジッタが略０となっている。

ここで、約１５０°及び約３３０°のときに、２０・ｌｏｇ_１０（ＲＭＳ_ＦＧ／ＲＭＳ_ＨＥ）が、−３４ｄＢ、−３２ｄＢ、−３０ｄＢ、−２８ｄＢ、−２６ｄＢのすべてにおいて、ＨＥジッタが略０となっている理由を以下に説明する。

本実施の形態においては、ホール出力電圧がヒステリシスコンパレータにより所定のヒステリシス電圧幅を持たせて矩形波に波形整形される。この波形整形の際に、ホール出力電圧の波形と矩形波との間で位相ずれθが起こる。この位相ずれθは、以下により計算される。なお、本実施の形態においては、ホール出力電圧の振幅Ｖ_ＨＥが１２５［ｍＶ_{（０−ｐ）}］であり、ヒステリシス電圧幅Ｖ_ＨＩＳが７．５［ｍＶ_{（０−ｐ）}］である。

θ＝ａｒｃｓｉｎ（Ｖ_ＨＩＳ／Ｖ_ＨＥ）＝ａｒｃｓｉｎ（７．５／１２５）≒０．０６
この位相ずれθを第２着磁部１２ｂの電気角における位相ずれφに換算する。すなわち、位相ずれθに対し、第２着磁部１２ｂの極数ｍと第１着磁部１２ａの極数ｎとの比を乗算する。

φ＝θ×ｍ／ｎ＝０．０６×９０／１０＝０．５４［ｒａｄ］≒３０［°］
以上から、第２着磁部１２ｂの着磁開始位置Ｓ２が、第１着磁部１２ａの着磁開始位置Ｓ１から、ロータ１０の回転方向に第２着磁部１２ｂの電気角で、約１５０°（＝１８０°−φ）、または約３３０°（３６０°−φ）のずれのときに、ホール素子４１が第１着磁部１２ａの磁極の影響を受けて出力するホール出力電圧の実効値ＲＭＳ_ＨＥと、ホール素子４１が第２着磁部１２ｂの磁極の影響を受けて出力するホール出力電圧の実効値ＲＭＳ_ＦＧとの関係がいずれの関係であってもＨＥジッタが略０となる。換言すると、第２着磁部１２ｂの着磁開始位置Ｓ２が、第１着磁部１２ａの着磁開始位置Ｓ１から、ロータ１０の回転方向に機械角で、約３．３３°（＝（１８０°−φ）／３６０×３６０／ｍ×２）、または約７．３３°（＝（３６０°−φ）／３６０×３６０／ｍ×２）のずれのときに、ホール素子４１が第１着磁部１２ａの磁極の影響を受けて出力するホール出力電圧の実効値ＲＭＳ_ＨＥと、ホール素子４１が第２着磁部１２ｂの磁極の影響を受けて出力するホール出力電圧の実効値ＲＭＳ_ＦＧとの関係がいずれの関係であってもＨＥジッタが略０となる。

次に、ＨＥジッタの計算方法を以下に説明する。

６０°間隔に配置された３つのホール素子４１ｕ，４１ｖ，４１ｗが、それぞれ出力するホール出力電圧の信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗは、下記式で表される。

Ｈｕ＝Ａ・ｓｉｎωｔ＋Ｂ・ｓｉｎ（９ωｔ＋α）
Ｈｖ＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ−２π／３）＋Ｂ・ｓｉｎ（９ωｔ＋α）
Ｈｗ＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ−π／３）＋Ｂ・ｓｉｎ（９ωｔ＋α）
なお、Ａは、ホール素子１２が第１着磁部１２ａから受ける磁束量の大きさの最大値であり、Ｂは、ホール素子１２が第２着磁部１２ｂから受ける磁束量の大きさの最大値である。また、ω［ｒａｄ／ｓ］はロータ１０の角速度、ｔ［ｓ］は時間、α［ｒａｄ］は第１着磁部１２ａの着磁開始位置Ｓ１と第２着磁部１２ｂの着磁開始位置Ｓ２との間のずれ（機械角）（図２参照）である。なお、着磁開始位置とは、Ｎ極とＳ極との境界であり、Ｎ極またはＳ極の始点を意味する。また、第１着磁部１２ａの極数が１０極、第２着磁部１２ｂの極数が９０極とした場合を考えているため、第２着磁部１２ｂの周期は、第１着磁部１２ａの周期の９倍として計算されている。

上述のＨｕ、Ｈｖ、Ｈｗを合成した信号をＸとすると、ＨＥジッタ［％_{（ｐ−ｐ）}］は下記式で表される。

ＨＥジッタ＝（Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎ）×１００／Ｘａｖｅ
なお、ＸｍａｘはＸの最大周期、ＸｍｉｎはＸの最小周期、ＸａｖｅはＸの平均周期である。

また、ブラシレスモータ１に生じるトルクリップルＴｒの計算方法は以下のとおりである。

上述のＨＥジッタは、ブラシレスモータ１が駆動する際に、ブラシレスモータ１のπ／６回転毎に生じるトルクリップルに対して、影響を与える。このＨＥジッタの影響を受けたトルクリップルＴｒ［％_{（ｐ−ｐ）}］は下記式で表される。

Ｔｒ＝［ｃｏｓ（π／６）−ｃｏｓ｛（ＨＥジッタ×１２０／１００＋３０）×π／１８０｝］×１００
また、Ｗ５ジッタの計算方法は以下のとおりである。

上述のトルクリップルＴｒが生じた場合には、第１着磁部１２ａの極数が１０極であることから、ブラシレスモータ１の１回転中に５回の周波数の回転数変動が起こる。この回転数変動Ｗ５ジッタ［％_{（０−ｐ）}］は下記式で表される。

Ｗ５ジッタ＝（Ｔ／１０００）×（Ｔｒ／１００／２）×１００／（２×π×Ｎ×５／６０）／（Ｎ×２×π／６０）／Ｊ
なお、Ｔ［Ｎ／ｍ］はブラシレスモータ１にかかる負荷トルクであり、Ｎは回転数であり、Ｊ［ｋｇ・ｍ２］はブラシレスモータ１にかかるイナーシャである。

上述の計算式から、Ｗ５ジッタを低減するためには、トルクリップルＴｒを低減する必要があることがわかる。そして、トルクリップルＴｒを低減するためには、ＨＥジッタを低減する必要があることがわかる。

図４は、上述のトルクリップルＴｒの計算式における条件でのＨＥジッタとＷ５ジッタとの関係を示すグラフである。このグラフからもわかるように、ＨＥジッタとＷ５ジッタとは、略比例関係にある。したがって、ＨＥジッタが小さければ小さい程、Ｗ５ジッタも小さくなる。また、ＨＥジッタが６％のときに、Ｗ５ジッタが０．０７％となっている。つまり、ＨＥジッタが６％以下であれば、Ｗ５ジッタが０．１％以下であることがわかる。

以上から、ホール素子４１が第１着磁部１２ａの磁極の影響を受けて出力するホール出力電圧の実効値ＲＭＳ_ＨＥと、ホール素子４１が第２着磁部１２ｂの磁極の影響を受けて出力するホール出力電圧の実効値ＲＭＳ_ＦＧとの関係が、
２０・ｌｏｇ_１０（ＲＭＳ_ＦＧ／ＲＭＳ_ＨＥ）≦−３０［ｄＢ］
となるように設定された場合には、ＨＥジッタが６％を下回ることから、Ｗ５ジッタが０．０７％を下回る。これにより、ロータ１０の回転速度のムラが低減される。

また、ロータ１０の回転速度のムラが低減される程度に、第２着磁部１２ｂの着磁開始位置Ｓ２が、第１着磁部１２ａの着磁開始位置Ｓ１から所定角度ずれている場合には、ＨＥジッタがより低減される。これに伴い、Ｗ５ジッタもより低減される。このように、第２着磁部１２ｂの着磁開始位置Ｓ２が、第１着磁部１２ａの着磁開始位置Ｓ１から所定角度ずれていることで、ロータ１０の回転速度のムラがさらに低減される。ここで、着磁工程での位置合わせの困難性から、この所定角度のずれが設定角度から微妙にずれてしまうことがある。しかし、このようにずれた場合でも、特に設定角度から±５°（電気角）の範囲内であれば、ホール素子４１が第２着磁部１２ｂから受ける磁束量が、ホール素子４１が第１着磁部１２ａから受ける磁束量と比べて低減されているために、ロータ１０の回転速度のムラは低減される。

また、好ましくは、所定角度のずれは、ホール出力電圧の振幅とヒステリシス電圧幅とに関係して設定される。このような所定角度のずれとすることで、ホール出力電圧のヒステリシスコンパレータによる位相ずれを原因とするＨＥジッタが抑制される。これに伴い、Ｗ５ジッタも抑制される。したがって、ロータ１０の回転速度のムラがより低減される。また、好ましくは、第２着磁部の着磁開始位置が、前記第１着磁部の着磁開始位置から、前記ロータの回転方向に前記第２着磁部の電気角で約１５０°（＝１８０°−φ）、または約３３０°（＝３６０°−φ）だけずれるようにブラシレスモータ１が構成される。このとき、ＨＥジッタが略０となる。これに伴い、Ｗ５ジッタも略０となる。したがって、ロータ１０の回転速度のムラがより一層低減される。

［第２の実施の形態］
図５は、第２の実施の形態における第１着磁部１２ａと第２着磁部１２ｂとの位置関係を示す模式図である。図５（ａ）は、第１着磁部１２ａの着磁開始位置の始点がＮ極であり、第２着磁部１２ｂの着磁開始位置の始点がＮ極である場合であって、その位相ずれが電気角で１８０°−φである場合、図５（ｂ）は、第１着磁部１２ａの着磁開始位置の始点がＮ極であり、第２着磁部１２ｂの着磁開始位置の始点がＮ極である場合であって、その位相ずれが電気角で３６０°−φである場合、図５（ｃ）は、第１着磁部１２ａの着磁開始位置の始点がＳ極であり、第２着磁部１２ｂの着磁開始位置の始点がＳ極である場合であって、その位相ずれが電気角で１８０°−φである場合、図５（ｄ）は、第１着磁部１２ａの着磁開始位置の始点がＳ極であり、第２着磁部１２ｂの着磁開始位置の始点がＳ極である場合であって、その位相ずれが電気角で３６０°−φである場合、を示している。以下、第２の実施の形態におけるブラシレスモータ１が第１の実施の形態におけるブラシレスモータ１と異なる点について説明する。第２の実施の形態におけるブラシレスモータ１の基本的な構成は、第１の実施の形態におけるそれと同じであるためここでの説明を繰り返さない。

第２の実施の形態における第２着磁部１２ｂの着磁開始位置Ｓ２は、第１着磁部１２ａの着磁開始位置Ｓ１から所定角度ずれている。これは、ロータ１０の回転速度のムラを低減させることを狙ったものである。このため、本実施の形態のブラシレスモータ１が複写機やプリンタ等の感光体ドラムを駆動させるメインモータとして用いられた場合に、感光体ドラムの回転速度が、各色のずれが問題ない程度にまで均一に維持される。なお、第２の実施の形態においては、ホール素子４１が第１着磁部１２ａの磁極の影響を受けて出力するホール出力電圧の実効値ＲＭＳ_ＨＥと、ホール素子４１が第２着磁部１２ｂの磁極の影響を受けて出力するホール出力電圧の実効値ＲＭＳ_ＦＧとの関係が、
２０・ｌｏｇ_１０（ＲＭＳ_ＦＧ／ＲＭＳ_ＨＥ）≦−３０［ｄＢ］
となる場合に限られない。

好ましくは、所定角度のずれは、ホール出力電圧の振幅とヒステリシス電圧幅とに関係して設定される。このような所定角度のずれとすることで、ホール出力電圧のヒステリシスコンパレータによる位相ずれを原因とするＨＥジッタが抑制される。これに伴い、Ｗ５ジッタも抑制される。したがって、ロータ１０の回転速度のムラがより低減される。また、好ましくは、図５に示すように、第２着磁部１２ｂの着磁開始位置Ｓ２が、第１着磁部１２ａの着磁開始位置Ｓ１から、ロータ１０の回転方向Ｃに第２着磁部１２ｂの電気角で、約１５０°（＝１８０°−φ）、または約３３０°（＝３６０°−φ）だけずれるようにブラシレスモータ１が構成される。換言すると、第２着磁部１２ｂの着磁開始位置Ｓ２が、第１着磁部１２ａの着磁開始位置Ｓ１から、ロータ１０の回転方向Ｃに機械角で、約３．３３°（＝（１８０°−φ）／３６０×３６０／ｍ×２）、または約７．３３°（＝（３６０°−φ）／３６０×３６０／ｍ×２）だけずれるようにブラシレスモータ１が構成される。これにより、上記で説明したとおり、ホール素子４１が出力するホール出力電圧の実効値ＲＭＳ_ＨＥと、ＦＧパターン４２に発生する誘起電圧の実効値ＲＭＳ_ＦＧとの関係がいずれの関係であってもＨＥジッタが略０となる（図３参照）。これに伴い、Ｗ５ジッタも概０となる。したがって、ロータ１０の回転速度のムラがより一層低減される。

［第３の実施の形態］
図６は、第３の実施の形態におけるＨＥジッタとＦＧ位相との関係を示すグラフであり、図３に対応する図である。以下、第３の実施の形態におけるブラシレスモータ１が第１の実施の形態におけるブラシレスモータ１と異なる点について説明する。第３の実施の形態におけるブラシレスモータ１の基本的な構成は、第１の実施の形態におけるそれと同じであるためここでの説明を繰り返さない。

図６におけるブラシレスモータ１の第２着磁部１２ｂは、３０極（１５パルス）で構成される。

図６を参照して、２０・ｌｏｇ_１０（ＲＭＳ_ＦＧ／ＲＭＳ_ＨＥ）が、−３４ｄＢ、−３２ｄＢ、−３０ｄＢとなる場合には、第２着磁部１２ｂの着磁開始位置Ｓ２の第１着磁部１２ａの着磁開始位置Ｓ１に対するずれがいずれの値のときも、ＨＥジッタが６％を下回っていることがわかる。これに対し、２０・ｌｏｇ_１０（ＲＭＳ_ＦＧ／ＲＭＳ_ＨＥ）が、−２８ｄＢとなる場合には、第２着磁部１２ｂの着磁開始位置Ｓ２の第１着磁部１２ａの着磁開始位置Ｓ１に対するずれが第２着磁部１２ｂの電気角で０°〜約４０°、約１２０°〜約２２０°、約３００°〜３６０°のときにのみ、ＨＥジッタが６％以下となっていることがわかる。また、２０・ｌｏｇ_１０（ＲＭＳ_ＦＧ／ＲＭＳ_ＨＥ）が、−２６ｄＢとなる場合には、第２着磁部１２ｂの着磁開始位置Ｓ２の第１着磁部１２ａの着磁開始位置Ｓ１に対するずれ量が第２着磁部１２ｂの電気角で０°〜約２５°、約１３０°〜約２１０°、約３１０°〜３６０°のときにのみ、ＨＥジッタが６％以下となっていることがわかる。また、図６においては、約１７０°（＝１８０°−φ）及び約３５０°（＝３６０°−φ）のときに、２０・ｌｏｇ_１０（ＲＭＳ_ＦＧ／ＲＭＳ_ＨＥ）が、−３４ｄＢ、−３２ｄＢ、−３０ｄＢ、−２８ｄＢ、−２６ｄＢのすべてにおいて、ＨＥジッタが略０となっている。

このようなブラシレスモータ１は、上述の第１の実施の形態のブラシレスモータ１のように、ホール素子４１が第２着磁部１２ｂより受ける磁束量が、ホール素子４１が第１着磁部１２ａから受ける磁束量と比べて低減されるように、第１着磁部１２ａと第２着磁部１２ｂとの着磁量が設定されている。これにより、ホール素子４１が第２着磁部１２ｂから受ける磁束による影響を低減することができ、ロータ１０の回転位置の誤検出が防止される。このため、ロータ１０の回転速度のムラが低減される。したがって、ブラシレスモータ１が複写機やプリンタ等の感光体ドラムを駆動させるメインモータとして用いられた場合に、感光体ドラムの回転速度が、各色のずれが問題ない程度にまで均一に維持される。

好ましくは、ホール素子４１が第１着磁部１２ａの磁極の影響を受けて出力するホール出力電圧の実効値ＲＭＳ_ＨＥと、ホール素子４１が第２着磁部１２ｂの磁極の影響を受けて出力するホール出力電圧の実効値ＲＭＳ_ＦＧとの関係が、
２０・ｌｏｇ_１０（ＲＭＳ_ＦＧ／ＲＭＳ_ＨＥ）≦−３０［ｄＢ］
となるように設定される。これにより、ＨＥジッタが６％以下にまで低減される。これに伴い、Ｗ５ジッタも、０．１％以下にまで低減される。このため、ロータ１０の回転速度のムラが低減される。

［第４の実施の形態］
図７は、第４の実施の形態におけるＨＥジッタとＦＧ位相との関係を示すグラフであり、図３に対応する図である。以下、第４の実施の形態におけるブラシレスモータ１が第１の実施の形態におけるブラシレスモータ１と異なる点について説明する。第４の実施の形態におけるブラシレスモータ１の基本的な構成は、第１の実施の形態におけるそれと同じであるためここでの説明を繰り返さない。

図７におけるブラシレスモータ１の第２着磁部１２ｂは、１５０極（７５パルス）で構成される。

図７を参照して、２０・ｌｏｇ_１０（ＲＭＳ_ＦＧ／ＲＭＳ_ＨＥ）が、−３４ｄＢ、−３２ｄＢ、−３０ｄＢとなる場合には、第２着磁部１２ｂの着磁開始位置Ｓ２の第１着磁部１２ａの着磁開始位置Ｓ１に対するずれがいずれの値のときも、ＨＥジッタが６％を下回っていることがわかる。これに対し、２０・ｌｏｇ_１０（ＲＭＳ_ＦＧ／ＲＭＳ_ＨＥ）が、−２８ｄＢとなる場合には、第２着磁部１２ｂの着磁開始位置Ｓ２の第１着磁部１２ａの着磁開始位置Ｓ１に対するずれが第２着磁部１２ｂの電気角で０°〜約５°、約７５°〜約１８５°、約２５５°〜３６０°のときにのみ、ＨＥジッタが６％以下となっていることがわかる。また、２０・ｌｏｇ_１０（ＲＭＳ_ＦＧ／ＲＭＳ_ＨＥ）が、−２６ｄＢとなる場合には、第２着磁部１２ｂの着磁開始位置Ｓ２の第１着磁部１２ａの着磁開始位置Ｓ１に対するずれが第２着磁部１２ｂの電気角で約１００°〜約１６０°、約２８０°〜３４０°のときにのみ、ＨＥジッタが６％以下となっていることがわかる。また、図７においては、約１３０°（＝１８０°−φ）及び約３１０°（＝３６０°−φ）のときに、２０・ｌｏｇ_１０（ＲＭＳ_ＦＧ／ＲＭＳ_ＨＥ）が、−３４ｄＢ、−３２ｄＢ、−３０ｄＢ、−２８ｄＢ、−２６ｄＢのすべてにおいて、ＨＥジッタが略０となっている。

このようなブラシレスモータ１は、上述の第１の実施の形態のブラシレスモータ１のように、ホール素子４１が第２着磁部１２ｂより受ける磁束量が、ホール素子４１が第１着磁部１２ａから受ける磁束量と比べて低減されるように、第１着磁部１２ａと第２着磁部１２ｂとの着磁量が設定されている。これにより、ホール素子４１が第２着磁部１２ｂから受ける磁束による影響を低減することができ、ロータ１０の回転位置の誤検出が防止される。このため、ロータ１０の回転速度のムラが低減される。したがって、ブラシレスモータ１が複写機やプリンタ等の感光体ドラムを駆動させるメインモータとして用いられた場合に、感光体ドラムの回転速度が、各色のずれが問題ない程度にまで均一に維持される。

好ましくは、ホール素子４１が第１着磁部１２ａの磁極の影響を受けて出力するホール出力電圧の実効値ＲＭＳ_ＨＥと、ホール素子４１が第２着磁部１２ｂの磁極の影響を受けて出力するホール出力電圧の実効値ＲＭＳ_ＦＧとの関係が、
２０・ｌｏｇ_１０（ＲＭＳ_ＦＧ／ＲＭＳ_ＨＥ）≦−３０［ｄＢ］
となるように設定される。これにより、ＨＥジッタが６％以下にまで低減される。これに伴い、Ｗ５ジッタも、０．１％以下にまで低減される。このため、ロータ１０の回転速度のムラが低減される。

［その他］
上述の各実施の形態において、第１着磁部１２ａが１０極であり、第２着磁部１２ｂが９０極、３０極、または１５０極の例を挙げたが、第２着磁部１２ｂの極数が第１着磁部１２ａの極数の３の自然数倍となれば、その他の極数の組み合わせであってもロータ１０の回転速度のムラの低減が可能である。

上述の各実施の形態において、第１着磁部１２ａおよび第２着磁部１２ｂの着磁は、磁石１２がロータフレーム１１に取り付けられた後に行われることが好ましい。これにより、第１着磁部１２ａの着磁開始位置Ｓ１と第２着磁部１２ｂの着磁開始位置Ｓ２との位置を高精度に合わせることができる。

上述の各実施の形態において、第１着磁部１２ａと第２着磁部１２ｂとは、単一の環状の磁石１２で構成されていたが、第１着磁部１２ａと第２着磁部１２ｂとが別体で構成されていてもよい。ただし、低コストでの製造が可能である点で、第１着磁部１２ａと第２着磁部１２ｂとは、単一の環状の磁石１２で構成される方が好ましい。

上述の各実施の形態において、環状の磁石１２の基板４０側の端面は、ロータフレーム１１の基板４０側の端面と略同じ位置にある構成であったが、環状の磁石１２の基板４０側の端面がロータフレーム１１の基板４０側の端面から突出した位置にある構成であっても、上述の各実施の形態のように、第１着磁部１２ａと第２着磁部１２ｂとの関係が適切あれば、ロータ１０の回転速度のムラの低減が可能である。

上述の各実施の形態において、ホール素子４１が図１におけるＢ面に設けられていたが、ホール素子４１が図１におけるＡ面に設けられていてもよい。ただし、ホール素子４１とＦＧパターン４２との配置的な干渉が生じないため、ホール素子４１が図１におけるＢ面に設けられていることが好ましい。

上述の第２の実施の形態においては、第２着磁部１２ｂの着磁開始位置Ｓ２が、第１着磁部１２ａの着磁開始位置Ｓ１から、第２着磁部１２ｂの電気角で、約１５０°、または約３３０°のずれとなっているが、本発明はこれに限定されるものではない。第２着磁部１２ｂの着磁開始位置Ｓ２が、第１着磁部１２ａの着磁開始位置Ｓ１から、第２着磁部１２ｂの電気角で、１８０°−φ、または３６０°−φのずれとなる構成であれば、ロータ１０の回転速度のムラの低減が可能である（ただし、θ＝ａｒｃｓｉｎ（Ｖ_ＨＩＳ／Ｖ_ＨＥ）、φ＝θ×ｍ／ｎ）。なお、ホール出力電圧の振幅Ｖ_ＨＥも１２５［ｍＶ_{（０−ｐ）}］に限定されず、ヒステリシス電圧幅Ｖ_ＨＩＳも７．５［ｍＶ_{（０−ｐ）}］に限定されない。着磁工程で第１着磁部１２ａの着磁開始位置Ｓ１と第２着磁部１２ｂの着磁開始位置Ｓ２との位置を高精度に合わせることが困難であることから、第２着磁部１２ｂの着磁開始位置Ｓ２と、第１着磁部１２ａの着磁開始位置Ｓ１とのずれは、第２着磁部１２ｂの電気角で、（１８０°−φ）±５°、または（３６０°−φ）±５°の範囲を含むものとする。図３、図６、および図７でも示されるように、この範囲内であれば、ＨＥジッタは６％を大幅に下回る値である。このため、ロータ１０の回転速度のムラの低減が可能である。

以上述べた発明は、本願発明者が、ロータの回転速度のムラと、第１着磁部と第２着磁部との関係との間に、何らかの因果関係があることに着目したことに基づくものである。また、本願発明者は、ホール素子が第２着磁部より受ける磁束量が、ホール素子が第１着磁部から受ける磁束量と比べて、ある関係で低減されることで、ロータの回転速度のムラが低減され得ることを発見した。これにより、本発明が創出された。さらに、本願発明者は、第２着磁部の着磁開始位置が、第１着磁部の着磁開始位置から所定角度ずれていることにより、ロータの回転速度のムラが低減され得ることを発見した。これにより、本発明が創出された。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ブラシレスモータ
１０ ロータ
１１ ロータフレーム
１２ 磁石
１２ａ 第１着磁部
１２ｂ 第２着磁部
１３ シャフト
２０ ステータ
２１ ステータコア
２１ａ ティース部
２２ ステータコイル
３１ 軸受
３２ 軸受ハウジング
４０ 基板
４１ ホール素子
４２ ＦＧパターン
Ａ 基板４０のロータ１０が配置される側の面
Ｂ 基板４０のロータ１０が配置される側の反対の面
Ｃ ロータの回転方向
Ｓ１ 第１着磁部１２ａの着磁開始位置
Ｓ２ 第２着磁部１２ｂの着磁開始位置
α Ｓ１とＳ２とのずれ（機械角）
θ 位相ずれ
φ 位相ずれ
Ｖ_ＨＥ ホール出力電圧の振幅
Ｖ_ＨＩＳ ヒステリシス電圧幅

Claims (5)

1. 基板と、
   前記基板に対して相対的に回転可能に配置され、複数極に着磁された環状の第１着磁部、および前記第１着磁部の前記基板側端面に複数極に着磁された環状の第２着磁部を備えるロータと、
   前記基板に設けられ、前記第１着磁部の磁極の影響を受けて前記ロータの回転位置を検出するホール素子と、
   前記基板に設けられ、前記第２着磁部の磁極の影響を受けて前記ロータの回転速度を検出するＦＧパターンとを備え、
   前記ホール素子が前記第１着磁部および前記第２着磁部の磁極の影響を受けて出力するホール出力電圧は、ヒステリシスコンパレータにより所定のヒステリシス電圧幅を持たせて矩形波に波形整形され、
   前記ロータの回転速度のムラが低減される程度に、前記ホール出力電圧の振幅と前記ヒステリシス電圧幅との関係で、前記第２着磁部の着磁開始位置が、前記第１着磁部の着磁開始位置から所定角度ずれて設定されている、ブラシレスモータ。
2. 前記第２着磁部の着磁開始位置が、前記第１着磁部の着磁開始位置から、前記ロータの回転方向に前記第２着磁部の電気角（１８０°−φ）±５°、または（３６０°−φ）±５°だけずれており、
   φ＝（ｍ／ｎ）×θ
   θ＝ａｒｃｓｉｎ（Ｖ_ＨＩＳ／Ｖ_ＨＥ）
   （ただし、ｎは第１着磁部の極数、ｍは第２着磁部の極数、Ｖ_ＨＥはホール出力電圧の振幅、Ｖ_ＨＩＳはヒステリシス電圧幅とする。）
   の関係式が成立する、請求項１に記載のブラシレスモータ。
3. 基板と、
   前記基板に対して相対的に回転可能に配置され、複数極に着磁された環状の第１着磁部、および前記第１着磁部の前記基板側端面に複数極に着磁された環状の第２着磁部を備えるロータと、
   前記基板に設けられ、前記第１着磁部の磁極の影響を受けて前記ロータの回転位置を検出するホール素子と、
   前記基板に設けられ、前記第２着磁部の磁極の影響を受けて前記ロータの回転速度を検出するＦＧパターンとを備え、
   前記ロータの回転速度のムラが低減される程度に、前記第２着磁部の着磁開始位置が、前記第１着磁部の着磁開始位置から、前記ロータの回転方向に前記第２着磁部の電気角（１８０°−φ）±５°、または（３６０°−φ）±５°だけずれており、
   φ＝（ｍ／ｎ）×θ
   θ＝ａｒｃｓｉｎ（Ｖ _ＨＩＳ ／Ｖ _ＨＥ ）
   （ただし、ｎは第１着磁部の極数、ｍは第２着磁部の極数、Ｖ _ＨＥ はホール出力電圧の振幅、Ｖ _ＨＩＳ はヒステリシス電圧幅とする。）
   の関係式が成立する、ブラシレスモータ。
4. 前記ホール素子が前記第１着磁部の磁極の影響を受けて出力するホール出力電圧の実効値ＲＭＳ_ＨＥと、前記ホール素子が前記第２着磁部の磁極の影響を受けて出力するホール出力電圧の実効値ＲＭＳ_ＦＧとの関係が、
   ２０・ｌｏｇ_１０（ＲＭＳ_ＦＧ／ＲＭＳ_ＨＥ）≦−３０［ｄＢ］
   となるように設定される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のブラシレスモータ。
5. 前記第１着磁部と前記第２着磁部とは、単一の環状の磁石で構成される、請求項１から４のいずれか１項に記載のブラシレスモータ。

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