JPH0583917A - 電磁回転機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 漏洩磁束に起因する諸問題点の発生すること
のない、また、構成部品点数が減らされた低コストで、
小型／薄型の電磁回転機を提案する。 【構成】 回転速度信号を生成するための、ロータ側と
ステータ側に設けられた互いに電磁結合する第１の電磁
結合素子（２）と第２の電磁結合素子（７ａ）とを具備
する電磁回転機であって、第１，第２の電磁結合素子
は、一方の電磁結合素子が発生する磁界が他方の電磁結
合素子に及ぼすところの磁界強度の変化のＡＭ成分が１
ｐｐｒであるように設けられ、前記ＡＭ成分の信号に基
づいて回転位置検出信号を生成することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばフロッピーディ
スクドライブ装置等に使われるモータ等の電磁回転機に
関し、特にその回転位置（インデックス位置）の検出の
改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、モータの回転位置検出装置と
して、モータの回転体の所定位置にマグネットを設け、
更にステータ側のこのマグネットと対向する固定的な位
置に、そのマグネットの磁気変化を検出するホール素子
等からなる磁気検出素子を用いてパルス信号を得て、回
転位相を検出する回転位置検出装置が知られている。

【０００３】図面を参照の上で従来のモータ構成につい
て説明する。図１は、従来の３相ブラシレスモータの要
部の破断平面図であり、図２は図１のＸ−Ｘ矢視の断面
図である。このような従来のブラシレスモータでは４つ
の磁気回路、即ち、回転駆動力を発生させるための磁気
回路、ＦＧ信号を発生させるための磁気回路、回転位置
信号を発生するための磁気回路、回転磁界を発生させる
ための励磁タイミングを検出するための磁気回路が形成
されている。先ず、図２において３相ブラシレスモータ
の概略構成を述べる。基板７は鉄など磁性材料などから
なり、その中心部分に含油ベアリング９を圧入する一
方、外周端部に回転位置検出手段であるホール素子１４
を配設している。回転軸５は、軸固定部材６を介してロ
ータヨーク４と一体に設けられており、さらに、含油ベ
アリング９上部に設けられたベアリング８のインナーレ
ースと含油ベアリング９に嵌着されており、これにより
ロータヨーク４，駆動マグネット１，ＦＧマグネット
２，位置検出用マグネット１３等の一体物が基板７に対
して自在に回転する。ロータヨーク４の外縁部には駆動
マグネット１（図１）が固定されており、周知のよう
に、駆動マグネット１に対して回転磁界を作用させるこ
とによりロータヨーク４を回転駆動を行わせる。このた
めに駆動マグネット１は、図１に示すように、半径方向
に１６極に多極着磁されると共に、ロータヨーク４の外
縁部内側に固着されている。回転磁界を作用させるため
に、複数の駆動コイル１０がステータヨーク１１の回り
に捲着されて設けられ、その一方、このステータヨーク
１１が回転軸５の回りに放射状に複数形成されており、
駆動コイルもヨーク１１上において周方向に複数分設け
られている。このステータヨーク１１は、図示していな
いネジなどの固定部材により鉄基板７上に固定されてい
る。以上の構成において、ステータヨーク１１は、駆動
マグネット１、ロータヨーク４、駆動マグネットヨーク
３と共に閉じた磁気回路を形成している。尚、駆動マグ
ネット１が、ステータヨーク１１の半径方向にこのヨー
ク１１から離間して設けられているタイプのブラシレス
モータを周対向型モータと呼ぶ。ロータヨーク４の外周
面には切り欠き部４ｈが加工成形されており、この切り
欠き部４ｈに回転位相検出手段である位置検出用マグネ
ット１３が埋設されている。このマグネット１３によっ
ても１つの磁気回路が構成されている。更に、各相のコ
イル１０の励磁タイミングを検出するための複数のホー
ル素子１２ａ，１２ｂ，１２ｃが基板７上の適切な位置
に固着されている。駆動マグネット１からの磁界はこれ
らのホール素子１２ａ，１２ｂ，１２ｃを通るので、こ
れらの素子１２ａ，１２ｂ，１２ｃによりマグネット１
からの磁界変化が検出されて、ステータ１１のコイル１
０が発生させるべき磁界の、回転する駆動マグネット１
の磁界に対する位相差が検出され、適切なタイミングで
駆動コイルの各相に電流が流されて回転磁界が発生させ
られる。この回転磁界はロータ４を図１の矢印方向Ａに
回転させる。一方、ＦＧマグネット２は、ロータヨーク
４の最外周縁部に固着されており、全部で１２０極分が
着磁されている。このＦＧマグネット２と対向する鉄基
板７の表面部には、図３のようなパターンの１２０本の
発電線素７ａが銅パターンなどによりエッチング形成さ
れている。以上の構成により、ロータヨーク４が回転起
動されると、発電線素７ａよりロータヨーク４の回転速
度に応じた周波数の正弦波が発生するので、不図示のコ
ントロール回路により、定速回転制御が行われる。この
ロータヨーク４が回転すると、前記ロータヨーク４に固
着されていたマグネット１３も一体回転するので、イン
デックス位置検出用ホール素子１４によりマグネット１
３の磁界変化を感知して、ロータヨーク４が１回転に対
して、１発のパルス状のいわゆる位置検出信号を発生す
るようにしている。このパルス信号により回転体の回転
位相等を検出できるようにしている。

【０００４】位置検出信号を発生する位置検出用ホール
素子１４は、図４に示すような波形を出力する。この波
形信号を図５に示す比較器１５に入力し、図４の下段に
示すような位置検出信号を得るようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
述の従来の回転位置検出方法によると、以下のような問
題点がある。即ち、 （１）回転位置検出用のマグネット１３は、ロータヨー
ク４の最外周面に取り付けられており、さらに、このマ
グネットが形成する磁気回路が開いているために、磁束
が漏洩磁束として漏洩する。このために、このモータを
磁気記録／再生装置のディスク回転用に用いる場合に
は、漏洩磁束が磁気記録再生用の磁気ヘッドに侵入する
事から、情報の正確な記録再生を妨害することがある。

【０００６】（２）回転位置検出用のホール素子１４や
マグネット１３を設けるスペースが必要であり、これが
多相ブラシレスモータの小型化および薄型化を妨げ、更
に、製品コストも高くなるという問題点がある。

【０００７】そこで、本発明は上述の問題点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、漏洩磁束
に起因する諸問題点の発生することのない、また、構成
部品点数が減らされた低コストで、小型／薄型の電磁回
転機を提案する。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を達成
するための本発明に係る電磁回転機は、回転速度信号を
生成するための、ロータ側とステータ側に設けられた互
いに電磁結合する第１の電磁結合素子と第２の電磁結合
素子とを具備する電磁回転機であって、前記第１，第２
の電磁結合素子は、一方の電磁結合素子が発生する磁界
が他方の電磁結合素子に及ぼすところの磁界強度の変化
のＡＭ成分が１ｐｐｒであるように設けられ、前記ＡＭ
成分の信号に基づいて回転位置検出信号を生成すること
を特徴とする。

【０００９】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら、本発明を、
回転位置検出装置を有したスピンドルモータであって周
対向型のスピンドルモータに適用した実施例を説明す
る。 装置の構成 図６，図７は夫々、実施例の周対向モータのロータ及び
ステータ部分の平面図と断面図である。図６，図７で、
従来例の図１，図２と同じ参照番号を有する部分は同じ
コンポーネントを意味する。

【００１０】即ち、外見上は、図６，図７のモータは、
ステータ１１の形状が若干変更されているだけで大きな
変更はない。ステータ１１の形状の変更は本発明とは本
質的な関連はない。図６，図７を見ても分るように、図
１，図２の従来のモータに比して、位置検出用マグネッ
ト１３（図２），同じくホール素子１４等が不要となっ
ている。このために、図１，図２の従来例と図６，図７
の実施例との大きさを比較すれば明らかになるように、
実施例のモータはかなり小型化されている。これは、後
述するように、ＦＧマグネット２の着磁パターンが一回
転ー周期でＡＭ変調されており、このＦＧマグネット２
が発生するＡＭ変調された磁界からの信号を拾って、そ
のＡＭ成分からインデックス信号を生成するというもの
である。 動作 即ち、図６，図７において、ＦＧマグネット２が発生す
る磁界がロータ４が回転することによる変化は発電線素
７ａにより検出される。発電線素７ａの出力は図３の増
幅器により増幅され、図９の回転位置検出回路に送られ
る。

【００１１】図８の（ａ）には、この発電線素７ａの出
力信号が示されている。図８の（ａ）の信号は、パター
ン２が１２０回の磁化反転を施されているために、１回
転当り６０個のパルス（６０ｐｐｒ）を発生する。そし
て、この６０個のパルスは１ｐｐｒの正弦波で変調され
ているので、（ａ）のような波形が得られる。

【００１２】図９は、回転位置検出回路の構成を示す回
路図である。ＦＧ発生手段としての線素７ａにより検出
されたＡＭ変調信号は、半波整流器１０６に入力し、こ
こで半波整流される。この半波整流信号はピークホール
ド回路１０７に入力し、このため、回路１０７からは図
８（ｃ）のような包絡線信号（アナログ信号）が得られ
る。一方、ＡＭ変調されている発電線素出力は二値化回
路１０５により二値化され、その信号は図８の（ｂ）の
ようなパルス状のクロック信号となる。このクロック信
号は不図示の速度制御回路，サンプルホールド回路１０
８，１ビツト遅延回路１０９に入力される。

【００１３】１ビット遅延回路１０９は、ピークホール
ド回路１０７からのアナログ信号を、二値化回路１０５
からの最初のクロックでサンプルホールドし、次のクロ
ックでそのサンプルホールドしたデータをＱより出力す
るものである。前記ピークホールド回路１０７の出力は
０次サンプルホールド回路１０８のデータ入力に入力
し、０次サンプルホールド回路１０８の出力は１ビット
遅延回路１０９のデータ入力に入力する。その後、アナ
ログデータ１ビット遅延回路１０９Ｑ出力と０次サンプ
ルホールド回路１０８のＱ出力は減算器１１０に入力さ
れるので、減算器１１０では、１クロック分だけタイミ
ングの異なるデータ同志が比較される。減算器出力は２
値化回路１１１に入力し、その出力として、図８の
（ｅ）示すような回転位置検出信号が得られる。かくし
て、位置検出素子がなくとも、位置検出信号を生成する
ことができる。着磁法 図１０は、ＦＧマグネット２の着磁強度が１周に一回変
化するように着磁した事を説明する着磁強度分布のグラ
フである。

【００１４】ところで、ＦＧ発生手段としてＦＧマグネ
ット２と発電線素７ａの組み合わせを使ったとき、線素
７ａが全周に亙って設けられると、線素７ａの出力は、
ＦＧマグネット２の全周の亙った積分となり、このため
に、ＡＭ成分はキヤンセルされてしまう。何故なら正弦
波の１周期の積分は“０”であるからである。そこで、
発電線素７ａはＦＧマグネット２の全周に対して、図１
１に示すように、一部（４５度の扇形範囲）だけに配設
している。そして、駆動マグネット１からの影響を受け
ないように、駆動マグネット１の着磁角度の２Ｎ倍の角
度で、発電線素を構成している。

【００１５】図１２は、ＦＧマグネット２の図１０に示
した如き着磁強度分布を得るための着磁方法を示す。図
１２において、着磁ヨークの幅は、一周する間に太くな
りまた細くなる（直径ｂ＞直径ａ）。ヨークの全周に亙
って磁束は変わらないから、直径が細いヨーク部分での
磁界は強くなり、その部分のＦＧマグネットは強く磁化
される。かくして、図１０のような強度分布が得られ
る。変形例 上記実施例は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形
が可能である。

【００１６】図１０のような強度分布は他の手法によっ
ても得ることができる。図１２の手法は、マグネット２
の着磁分布強度そのものを制御していた。しかしなが
ら、結局は線素７ａに及ぼされる磁界強度が図１０のよ
うであればいいのであるから、図１３のような手法を提
案する。図１３では、ＦＧマグネット２の着磁強度その
ものは１周につき同じだが、マグネットの厚さを変化さ
せることにより、発電線素７ａとＦＧマグネット２との
間の距離を変化させるようにしている。同図において、
距離ａ＞距離ｂである。これにより、線素７ａ上の磁界
分布は図１０のようなパターンになる。

【００１７】図３，図９に示すように、上記実施例で
は、発電線素７ａからの出力は速度制御用にも回転位置
検出用にも使われている。ここで、発電線素の他の構成
例を２つ提案する。これらの変形例は、速度制御用の発
電線素と回転位置検出用の発電線素とを互いに分離独立
させることにより、ＡＭ変調した事による速度制御への
悪影響、また発電線素を全周設けない事による速度制御
への悪影響を取り除こうというものである。即ち、図
６，図７において、ＦＧマグネット２と発電線素７ａの
同軸度がずれると、出力がＦＭ変調され、二値化したと
きのパルス幅がずれるため、回転精度が悪化するからで
ある。

【００１８】これを防ぐために、図１４に示すように、
ロータの回転軸に対し点対称の位置に速度制御用に２つ
の発電線素７０２ａ，７０２ｂを配置し、これらの線素
からの出力を合成することにより、その中に含まれるＦ
Ｍ変調成分をキヤンセルして回転精度の悪化を防ぐ。図
１５に、線素７０２ａ，７０２ｂ及びそれらの合成信号
に波形を示す。図１４のような配置にすると、回転軸に
対し点対称の位置で回転速度信号を検出することにな
り、図示するように、ＦＭ変調成分は位相がちょうど逆
になる。そこで、７０２ａと７０２ｂを加算する事によ
り、軸ずれ等で、パルス幅が変化しない回転速度信号を
得ることができる。

【００１９】図１６は、ＦＧマグネット２と発電線素の
同軸度がずれて二値化パルス幅がずれることを防ぐため
の他の変形例である。同図において、速度制御用の線素
７０４は全周に亙って形成されている。そして、その一
部の区間に回転位置検出用の線素６０５が形成されてい
る。このような配置によっても上記の問題は回避でき
る。

【００２０】発電線素を速度制御用と位置検出用を共通
化するか別にするかは、モータ内部におけるスペースフ
アクタを考慮して決めるべきである。

【００２１】さらに他の変形例を説明する。

【００２２】図８において、ピークホールド回路１０７
はローパスフィルタに置き換えても同等の効果が得られ
る。また、クロックは発電線素７ａの出力の２値化信号
に限る必要はなく、例えば、３相ブラシレスモータにお
いては、駆動コイルの駆動タイミングを検出するホール
素子等の出力の２値化信号を用いても同等の効果が得ら
れる。また、モータの回転に同期している外部クロック
であっても良い。

【００２３】更に、上記実施例は、本発明を回転位置検
出装置を有したスピンドルモータであって周対向型のス
ピンドルモータに適用したものであったが、本発明はそ
れに限定されず、面対向型のモータ、さらにまた回転位
置検出装置を有した一般的な電磁回転機に適用が可能で
ある。

【００２４】以上説明した実施例及び変形例では、速度
制御信号発生のための（ＦＧ用の）のマグネットがその
信号を出力する線素に及ぼす磁界が１ｐｐｒのＡＭ変調
されているために、そのＡＭ変調成分から１回転に１つ
の位置検出信号を生成することができ、そのために、従
来の位置検出用マグネット１３，同じくホール素子１４
等が不要となっている。このために、実施例のモータは
かなり小型化されている。また、インデックス用のマグ
ネットが不要となったために、漏洩磁束の問題もなくな
った。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電磁
回転機は、回転速度検出用の２つの電磁結合素子間に形
成される磁界強度が１ｐｐｒでＡＭ変調されており、そ
のＡＭ変調成分から回転位置信号を生成することができ
る。このために、従来のインデックス専用の回転マグネ
ットや回転位置検出用素子を省けるので、電磁回転機自
体の小型および薄型化を実現する事ができ、更に、漏洩
磁束の発生防止をする。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来技術に係る３相ブラシレスモータＦＧ着
磁方法を説明するためのロータの平面図。

【図２】 図１のモータの部分断面図。

【図３】 図１モータのＦＧ信号検出用の線素パターン
を示す図。

【図４】 従来技術におけるインデックス検出用のマグ
ネットと検出素子による発生信号のタイミングチヤー
ト。

【図５】 従来技術に係るインデックス検出回路の回路
図。

【図６】 本発明の実施例に係るモータのロータ部の平
面図であって、併せて着磁パターンを説明する図。

【図７】 図６のモータの断面図。

【図８】 実施例の回転位置信号生成回路における各種
信号の波形を示す図。

【図９】 実施例の回転位置信号生成回路の回路図。

【図１０】 実施例のＦＧマグネットの着磁強度分布を
示すグラフ。

【図１１】 実施例の線素７ａのパターンを示す図。

【図１２】 実施例のＦＧマグネットの着磁方法を説明
する図。

【図１３】 変形例に係るモータにおけるＦＧマグネッ
トと基板との位置関係を説明する図。

【図１４】 他の変形例における２つの線素の位置関係
を説明する図。

【図１５】 図１４の変形例におけるＦＭ変調成分のキ
ヤンセルの原理を説明する図。

【図１６】 更に他の変形例における２つの線素の位置
関係を説明する図。

【符号の説明】

１…駆動マグネット、２…ＦＧマグネット、４…ロータ
ヨーク、７，７ａ，７０２ａ，７０２ｂ，７０４，７０
５…発電線素部、

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転速度信号を生成するための、ロータ
   側とステータ側に設けられた互いに電磁結合する第１の
   電磁結合素子と第２の電磁結合素子とを具備する電磁回
   転機であって、 前記第１，第２の電磁結合素子は、一方の電磁結合素子
   が発生する磁界が他方の電磁結合素子に及ぼすところの
   磁界強度の変化のＡＭ成分が１ｐｐｒであるように設け
   られ、前記ＡＭ成分の信号に基づいて回転位置検出信号
   を生成することを特徴とする電磁回転機。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電磁回転機において、
   前記第１の電磁結合素子はロータ側に設けられたところ
   の多極着磁されたＦＧマグネットであり、第２の結合素
   子は、このＦＧマグネットに対向した位置に設けられた
   発電線素である。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の電磁回転機において、
   前記ＦＧマグネットの着磁強度がＡＭ変調されている。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の電磁回転機において、
   前記ＦＧマグネットの両端面である２平面は平行でな
   い。
5. 【請求項５】 請求項２に記載の電磁回転機は、前記発
   電線素からの出力を半波整流する半波整流回路と、 前記半波整流回路からの出力パルスのピークを検出する
   ピークホールド回路と、 前記ピークホールド回路の出力をデータ入力とするサン
   プルホールド回路と、 前記サンプルホールド回路の出力をデータ入力とする１
   ビットのデータ遅延回路と、 前記データ遅延回路の出力と前記サンプルホールド回路
   の出力を２入力とする減算回路と、 前記減算回路からの出力を二値化する比較器とで構成し
   た回転位置信号検出回路を具備する。として用いる事を
   特徴とする特許請求範囲 第１項記載の電磁回転機。
6. 【請求項６】 請求項２に記載の電磁回転機において、
   前記ＦＧマグネットはリング状であり、前記発電線素
   は、前記ＦＧマグネットと対向する円周の一部分に配設
   される。
7. 【請求項７】 請求項２に記載の電磁回転機において、
   前記発電線素は、 前記ＦＧマグネットの回転中心に対して点対称に該ＦＧ
   マグネットの着磁面に対向する円周の一部分に配設され
   る第１の発電線素と、 前記ＦＧマグネットと対向する円周の一部分に配設され
   る第２の発電線素とで構成される。
8. 【請求項８】 請求項２に記載の電磁回転機において、
   前記発電線素は、 前記ＦＧマグネットの着磁面に対向する円周１周して配
   設される第１の発電線素と、 前記ＦＧマグネットと対向する円周の一部分に配設され
   る第２の発電線素とで構成される。