JPH0583918A

JPH0583918A - 電磁回転機

Info

Publication number: JPH0583918A
Application number: JP3236036A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Imai; 康章今井
Original assignee: Canon Electronics Inc
Current assignee: Canon Electronics Inc
Priority date: 1991-09-17
Filing date: 1991-09-17
Publication date: 1993-04-02

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オフセット成
分が１ｐｐｒであるように設けられ、前記オフセット成
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。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】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１
３によっても１つの磁気回路が構成されている。

【０００７】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，１
２ｃ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，１
２ｂ，１２ｃを通るので、これらの素子１２ａ，１２
ｂ，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１０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。

【０００８】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。

【０００９】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１３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。
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。

【００１０】

【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。

【００１１】（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。

【００１２】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。

【００１３】

【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
のオフセット成分が１ｐｐｒであるように設けられ、前
記オフセット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。

【００１４】

【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。この実施例のスピンドルモータの回転位置検出装置
は、ＦＧ信号がベースラインに対してオフセットしたも
のとして発生するように、ＦＧマグネットが着磁されて
いる。このオフセットの量はモータ１回転に付いて１周
期で変化するので、１回転に１周期のオフセット変化成
分を抽出し二値化する事により回転位置信号を検出する
ものである。このオフセットを利用してモータの回転位
置検出を行う事ができるので、回転位置検出用マグネッ
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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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り発生する
変化は、マグネット２に対向した位置に設けられた発電
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。

【００１８】図８はＦＧマグネット２に着磁された着磁
強度パターンを示す。図９は図８のパターンで着磁され
たＦＧマグネット２からの磁界の変化を検出するための
発電線素７ａのパターンを示す平面図である。

【００１９】図１０の（ａ）には、この発電線素７ａの
出力信号が示されている。図１０の（ａ）の信号は、マ
グネット２のパターンが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。さらに、マグネット２は後述の着磁方法に
よりオフセットされて着磁されているので、この６０個
のパルスは（ａ）のような波形となる。発電線素の６０
個のパルスが正弦波で近似され、オフセット量も正弦波
で近似されるならば、（ａ）の発電線素出力は、Ａ・Sin(1/6θ＋δ₁)＋Ｂ・Cos(1/360θ＋δ₂) ‥‥‥（１）で表わされる。ここで、Ａ，Ｂは定数、θはモータ回転
角、δ₁ ，δ₂ は固定の位相量である。従って、（１）
式の第１項がＦＧパルス項で、第２項がオフセット量と
なる。このオフセット量はモータの１回転（＝３６０
度）で一周期となる。

【００２０】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。

【００２１】図１１はＦＧパルス検出回路及び回転位置
検出回路の構成を示す。増幅された発電線素信号はＨＰ
Ｆ（ハイパスフィルタ）１００によりその高周波成分
（第１項）が取り出され、更に二値化回路（コンパレー
タ）１０２により二値化される。ＨＰＦ１００の出力を
二値化したもの（コンパレータ１０２の出力）の波形を
図１０の（ｂ）に示す。この二値化パルスがＦＧパルス
として不図示の速度制御回路に送られる。一方、同発電
線素信号はＬＰＦ（ローパスフィルタ）１０１にも送ら
れ、そこで低周波成分（第２項）が抽出される。この低
周波成分の波形を図１０の（ｃ）に示す。その低周波成
分は二値化回路（コンパレータ）１０３により二値化さ
れ、その二値化信号（図１０（ｄ））が回転位置信号と
される。

【００２２】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９
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。

【００２３】図１２は、ＦＧマグネット２の図８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。コイ
ルが着磁ヨークに同一ピッチで巻かれており、このコイ
ルに電流Ｉを流すと図８に示すような磁界が得られ、こ
の磁界がマグネット２を着磁させる。図１３は図１２の
着磁ヨークの構成を示す。図１３に示すように、着磁ヨ
ークは、Ｎ極を磁化するためのヨーク部分とＳ極を磁化
するためのヨーク部分とでその半径方向の長さが異な
る。Ｎ極を磁化するためのヨーク部分の直径をａ、Ｓ極
を磁化するためのヨーク部分の直径をｂとすると、その
直径のヨーク全周に亙る変化は図１４のようになる。図
８と図１４とを比較すると、図１４の９０度と２７０度
の位置で幅は等しくなり、０度と３６０度の位置で、Ｎ
に強く磁化されるようにｂの幅がａの幅よりも短くな
る。

【００２４】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。

【００２５】図３，図１１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、着磁をオフセットした事による速度
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。

【００２６】これを防ぐために、図１５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
１７に、線素７０２ａ，７０２ｂ及びそれらの合成信号
に波形を示す。図１５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。

【００２７】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７０５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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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の強度変化が１ｐｐｒ
のオフセット変調されているために、そのオフセット変
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１
３，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。

【００３１】

【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でオフセット変調されてお
り、そのオフセット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ＦＧマグネットの着磁強度分布を示
すグラフ。

【図９】実施例の線素７ａのパターンを示す図。

【図１０】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１１】実施例の回転位置信号生成回路の回路図。

【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】着磁ヨークの構造を示す図。

【図１４】着磁ヨークの幅の変化を示すグラフ。

【図１５】変形例に係るモータの線素のパターンを示
す図。

【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。

【図１７】図１５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。

【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

【特許請求の範囲】

【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
磁界強度の変化のオフセット成分が１ｐｐｒであるよう
に設けられ、前記オフセット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。
【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。
【請求項３】請求項２に記載の電磁回転機において、
オフセット成分をローパスフィルターで抽出する。
【請求項４】請求項２に記載の電磁回転機において、
前記ＦＧマグネットの着磁強度は一定にされ、該着磁パ
ターンのオフセット強度が１周に１回の周期で変化し、前記発電線素は、前記ＦＧマグネットの着磁面と対向す
る円周の一部分に配設される。
【請求項５】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。
【請求項６】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。