JPH0583919A - 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ＦＭ成分が１
ｐｐｒであるように設けられ、前記ＦＭ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ＦＭ成分が１ｐｐｒであるように設けられ、前記ＦＭ
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。

【００１０】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。

【００１１】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。しかし、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ＦＭ変調されており、このＦＧマグ
ネット２が発生するＦＭ変調された磁界からの信号を拾
って、そのＦＭ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。

【００１２】図６，図８に従って、本実施例に特徴的な
ＦＧマグネットの着磁パターンについて説明する。図６
は、ロータ側のＦＧマグネット２と駆動マグネット１の
着磁パターンを示す。駆動マグネット１の着磁パターン
は等間隔で磁化反転が形成されている。しかし、ＦＧマ
グネット２の着磁パターンは等間隔でなく、図６の右側
においては、磁化反転周期が比較的に長く、左側にいく
ほど比較的に短くなる。即ち、ＦＧマグネット２の磁化
反転周期の長さは、 漸増→最大→漸減→最小→漸増→‥‥‥ と変化しており、換言すれば、着磁ピッチが１周に１回
の割合で変化している。図８は、図６の発電線素７ａの
パターンを示す平面図である。同図に示すように、線素
７ａは２つの線素７ａａ，７ａｂからなる。２つの発電
線素７ａａ，７ａｂは回転軸に対し互いに点対称の位置
に配置されている。発電線素７ａａ，７ａｂのパターン
の各々のピッチは等しい。これらの発電線素７ａａ，７
ａｂからの出力を夫々増幅機１８ａ，１８ｂで増幅した
出力信号をＦＧ₁ ，ＦＧ₂ とする。前述したように、Ｆ
Ｇマグネット２の着磁ピッチが１周に１回の割合で変化
しており、また、発電線素７ａａ，７ａｂのパターンの
各々のピッチは等しい。さらに、発電線素７ａａ，７ａ
ｂは互いに対象な位置に置かれているので、ＦＧ₁ ，Ｆ
Ｇ₂ は、図９の（ａ），（ｂ）のような、互いに位相
（ＦＭ変調成分の位相差）が１８０度ずれた波形の信号
となる。ここで、発電線素パターンの角度を広くすると
（即ち、ピッチは変わらず、ＦＧマグネット２の着磁ピ
ッチの平均値）出力は大きくなるが、ＦＭ変調成分は小
さくなり、線素パターンのひろがり角度を狭くすると
（線素数を減らすと）、出力は小さくなるが、ＦＭ変調
成分は大きくなるという性質を有する。

【００１３】図１０は、本実施例の回転位置検出回路の
回路図である。図中、１６はＤタイプのフリップフロッ
プであり、１７は加算器である。同図において、ＦＧ１
の二値化出力であるＣＫは、第８図に示す差動増幅器１
８ａからの出力を比較回路（図示せず）を用いて二値化
したものである。ＦＧ２の二値化信号は、差動増幅器１
８ｂからの出力を二値化したものである。また、ＦＧ１
出力とＦＧ２出力は加算器１７にも入力しており、加算
機１７は、図９（ｃ）に示すように、ＦＭ変調成分がキ
ャンセルされた信号を出力する。この信号を速度制御回
路に入力する事により、ＦＭ変調成分に影響されない回
転速度信号を得る事ができ、高精度の速度制御回路を実
現できる。

【００１４】図１０において、二値化されたＦＧ₂ はフ
リップフロップ１６のデータ端子に入力する。ＦＧ₁ ，
ＦＧ₂ のパルス波形は、ＦＧマグネット２の着磁パター
ンの極数に対応して、ロータヨーク４の１回転あたり同
数発のパルス（ｐｐｒ）である。また、ＦＧ₂ もＦＧ₁
と同数のパルスを発生するが、ＦＭ変調されているた
め、それらの位相差はロータヨークの一回転に対し、一
周期の割合で変化している。

【００１５】そのために、Ｄラッチ１６は、ＦＧ₁ の立
ち上がりでラッチし、Ｄラッチ回路１６のＱ出力が回転
位置信号として得られるようにしている。即ち、図１１
のタイミングチヤートにおいて、ロータの回転に応じ
て、ＦＧ₂ がＦＧ₁ に対して遅れてくると、ラッチ１６
はセットし、進んでくるとリセットする。この反転動作
は必ず１回転に一回発生する。かくして、回転位置検出
回路からは、１回転ごとに１発の回転位置パルス（イン
デックスパルス）が発生する。

【００１６】回転位置検出回路について図１０を用いて
説明すると、ＦＧ１出力二値化信号ＣＫは、図８に示す
差動増幅器１８ａからの出力を比較回路（図示せず）を
用いて二値化したものである。ＦＧ２出力二値化信号
は、差動増幅器１８ｂからの出力を二値化したものであ
る。また、ＦＧ１出力とＦＧ２出力は加算器１７にも入
力しており、図９に示すように、ＦＭ変調成分がキャン
セルされた信号（下段）を出力する。この信号を速度制
御回路に入力する事により、ＦＭ変調成分に影響されな
い回転速度信号を得る事ができ、高精度の速度制御回路
を実現できる。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。

【００１７】次に図１２，図１３を用いて着磁法につい
て説明する。図１２において、着磁ヨークの幅は全周に
亙って一定である。しかし、着磁コイルのピッチが疎か
ら密さらに疎へと変化している。即ち、コイルのピッチ
は最大ピッチと最小ピッチ部分が対象位置に置かれてい
る。かくして、図１３のような着磁強度分布が得られ
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。

【００１８】図８，図１０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、ＦＭ変調した事による速度制御への
悪影響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、加算器１７の出力が更
に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。

【００１９】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
１４において、線素７０２ａ，７０２ｂは速度制御用で
ある。また、加算器１７を用いずにＦＧ₁ 出力を直接回
転速度信号として使えるために回路の簡略化になる。

【００２０】図１５に、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
の他の変形例を示す。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。同図では、ＦＧ１が全周積分になっているためん、
その出力はＦＭ変調されない。ＦＧ２がＦＭ変調してい
るため、その位相差は半分になるが、回転位置検出信号
は、その位相差から検出できる。また、加算器１７を用
いずにＦＧ１出力を、直接回転速度信号として使えるた
め、回路の簡略化になる。

【００２１】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ＦＭ変調
されているために、そのＦＭ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。

【００２２】また、Ｄラッチ回路１６のクロックの立ち
上がりまたはたち下がりのタイミングは、データ入力パ
ルスの立ち上がりタイミングまたはたち下がりタイミン
グに対し、その位相ができるだけ離れているように設定
しているため、ＦＧ着磁パターンのずれや着磁強度のば
らつき、ＦＧアンプのオフセット電圧等によるＤラッチ
回路のクロックタイミングとデータ入力とのズレによる
ラッチミス等の誤動作も発生しないため、簡単な回路構
成で回転位置検出信号を作る事ができる。

【００２３】

【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ＦＭ変調されており、そ
のＦＭ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】 実施例の発電線素のパターンを示す図。

【図９】 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１０】 実施例の回転位置信号生成回路の回路図。

【図１１】 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１２】 実施例のＦＧマグネットの着磁方法を説明
する図。

【図１３】 実施例のＦＧマグネットの着磁強度分布を
示すグラフ。

【図１４】 変形例に係る３つの線素の位置関係を説明
する図。

【図１５】 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 (7)

【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ＦＭ変調成分が１ｐｐｒであるように
   設けられ、前記ＦＭ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マグネットの磁化反転ピッチは、一周の間に、
   漸増しそして漸減するパターンであり、前記発電線素
   は、ピッチが等しい２つの発電線素からなり、その各々
   の発電線素は対称位置に置かれている。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の電磁回転機は、第１の
   発電線素から発生する第１のパルスと第２の発電線素か
   ら発生する第２のパルスの位相差を比較する位相比較回
   路と、前記位相比較回路の出力信号を二値化する二値化
   回路とを具備する。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の電磁回転機において、
   前記位相比較回路は前記第１のパルス，第２のパルスを
   クロック及びデータとして入力する。
6. 【請求項６】 請求項２に記載の電磁回転機は、多極着
   磁されたマグネットと、該ＦＧマグネットの着磁面に対
   向した位置に配設される発電線素とで構成され、 前記ＦＧマグネットの着磁パターンのピッチは、１周に
   １周期の割合で変調され、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状の一部分に少なくと
   も２カ所以上に等ピッチで配設され、該発電線素部の位
   置関係は、該ＦＧマグネットの回転中心に対して点対称
   の位置である。
7. 【請求項７】 請求項６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
   る円周上を１周して配設される第１の発電線素と、前記
   ＦＧマグネットの着磁面に対向する円周上に一部分に配
   設される第２の発電線素とで構成される。