JPH06113521A - 電磁回転機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コギングとトルクリップルを解消し、回転精
度の良好なインデックスセンサレスモータを得ること。 【構成】 ロータに固着されるマグネットについて、ト
ルク発生用の着磁パターンと回転磁界発生タイミング検
出用の着磁パターンを分離して形成し、インデックス信
号検出用の着磁パターンは１個所だけ特別な着磁境界部
を設け、これを検出する。

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スピンドルモータ等の電
磁回転機に関し、特にその回転位置（インデックス位
置）検出のための磁気回路の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、回転位置検出信号（インデックス
信号）をそれ専用のインデックスマグネットとホール素
子等の検出素子を用いて検出する方法から、インデック
スマグネットや検出素子を用いないで、発電線素（これ
をＦＧパターンと称する）等からのモータの回転速度検
出信号（これをＦＧ信号と称する）やホール素子等から
の回転磁界発生用タイミング検出信号（相切り替え信
号）を用いてインデックス信号を検出する方法（インデ
ックスセンサレス）に変わりつつある。インデックスセ
ンサレスの特許も数多く出され、カスタムＩＣも何個か
開発されている。

【０００３】まず図７を用いて従来装置のインデックス
信号の検出方法を説明する。ホール素子Ｕ相出力は、コ
イル等の回転磁界発生手段の磁界発生タイミングを検出
するための信号であり、ホール素子は電気角において、
コイルに対して適切な位置に複数個（２〜３個）配設す
ることにより、正規の相切り替え信号が得られ、モータ
は回転する。ブラシレスホールモータの回転する原理は
ここでは直接関係ないので、説明は省略する。ＦＧ信号
は、モータの回転速度を検出するための信号であり、Ｆ
Ｇ着磁パターンより、その磁界変化を発電線素等を用い
て検出する。モータドライブＩＣはＦＧ信号を用いてモ
ータの回転速度を検出し、定速回転させる。

【０００４】インデックス出力信号を作る過程を説明す
る。図７中ホール素子Ｕ相信号はモータ１回転につき１
０パルス、ＦＧ信号は６０パルスとする。ＦＧ信号の各
パルス間隔は等しいが、ホール素子Ｕ相信号は１カ所だ
けパルス間隔がＦＧパルス周期の半周期分だけ異なる。
即ち、１回転を３６０度とすると、パルス間隔が３６度
の波形が８個続いた後、３９度と３３度の波形がそれぞ
れ１箇所ずつ発生する。

【０００５】図７にホール素子Ｕ相信号とＦＧ信号の位
相関係を示す。ホール素子Ｕ相信号のパルス間隔が３６
度の時、ゼロクロス立ち上がりタイミングはＦＧ信号出
力の正側である。ホール素子Ｕ相信号のパルス間隔がＦ
Ｇパルス周期の半周期分だけ異なる場所では、ゼロクロ
ス立ち上がりタイミングはＦＧ信号の負側である。回転
位置検出回路（図示せず）は、ホール素子Ｕ相信号のゼ
ロクロス立ち上がりタイミングがＦＧ信号の正領域から
負領域へ移った瞬間を検知し、ゼロクロスのタイミング
で図示するようにタイミング検出信号を出力する。タイ
ミング検出信号をトリガとしてディレイ回路（図示せ
ず）が動作し、タイミング検出信号よりτだけ遅れてイ
ンデックス出力信号が出力する。

【０００６】次に図７に示したホール素子Ｕ相信号とＦ
Ｇ信号を作るための磁気回路を図８を用いて説明する。
図において、１はロータケースであり円筒状マグネット
２を固着している。ロータは図中左側、ロータの中心部
で回転軸（図示せず）を嵌着し、軸受け（図示せず）、
ハウジング（図示せず）を配設したステータ３に対し、
前記回転軸を前記軸受けに挿入配設することにより、ロ
ータ１およびマグネット２は一体に回動自在に回転す
る。

【０００７】マグネット２には２種類の着磁が施して有
り、２ａ部は回転トルクを発生するための着磁であり半
径方向に２０極、２ｂ部はＦＧ信号を発生するための着
磁であり軸方向に１２０極それぞれ着磁してある。回転
トルクを発生するためにはもう一つの磁気回路、回転磁
界が必要であるが、これはマグネット２の内側に構成さ
れるコアヨーク１４と界磁コイル（コイル１５）により
発生させられる。また、ステータ３上には回路パターン
がエッチングされ、ロータ１のマグネット２より内側の
適切な位置に回転磁界発生タイミング検出用のホール素
子Ｕ相Ｖ相を固着し、マグネットの２ａ部からの磁束変
化を検出している。また、ステータの３ａ部には発電線
素９が銅箔により印刷され、マグネットの２ｂ部の磁束
変化を検出し、ＦＧ信号を出力している。

【０００８】詳細は省略するが、着磁部２ａ、２ｂの位
相関係、ホール素子Ｕ相４と発電線素の周方向の位置関
係を調整することにより、図７に示すようなタイミング
の信号が出力される。

【０００９】ロータの１ａ部の上方には抜止め金具５を
構成し、ロータが軸受けから脱落するのを防いでいる。

【００１０】図９はロータユニットの平面図であり、マ
グネット２の着磁パターンを説明するための図である。
回転軸６はロータケース１の中央部に嵌着されている。

【００１１】図９−ｂはマグネットの２ａ部の着磁パタ
ーンを示す。２０ポールであり、ＮＳが交互に半径方向
に着磁され、その着磁幅は、境界が１箇所機械角で３度
だけずらされ、１８度が１８カ所、１５度と２１度がそ
れぞれ１箇所となっている。

【００１２】図９−ａはマグネットの２ｂ部のＦＧ着磁
パターンを示す。１２０等分割され、軸方向に交互にＮ
Ｓ着磁されている。２ｂ部との着磁パターンの位置関係
は図中に寸法で示してある。

【００１３】図１０はステータ３上に印刷される銅箔パ
ターンのアートワーク図である。３ｂ部の位置で、回転
軸６がベアリング（図示せず）とハウジング（図示せ
ず）を介して回動自在に支持される。９は発電線素パタ
ーンであり、図８において３ａ部の位置に対応し、２ｂ
部の着磁パターンと対向してその磁束変化を検出し、回
転速度信号を発生する。１０、１１はそれぞれ回転磁界
発生のための相切り替えタイミングを検出するためのＵ
相Ｖ相ホール素子端子の半田付けパターンである。Ｗ相
ホール素子信号はＵ相とＶ相のホール素子信号から合成
される。

【００１４】Ｗ＝−Ｕ−Ｖ １２はモータドライブＩＣの半田付けパターンである。
１３はそれぞれＵＶＷ相のコイル出力パターンであり、
ホール素子信号より駆動制御された電流が流れ、コアヨ
ーク１４が励磁されロータユニットは回転する。

【００１５】以上説明した構成では、インデックスセン
サレスである従来装置は、マグネット、特にトルク発生
と回転磁界発生タイミング検出に寄与する着磁パターン
２ａ部を１カ所ずらすため、コギングトルクを増大さ
せ、また、相切り替えタイミングもずれるため、トルク
リップルを悪化させる可能性がある。以下にこれを説明
する。

【００１６】図１１−ａに、ラジアルギャップモータ
（１５スロット、２０ポール）において、１カ所だけ着
磁を３度ずらしたときのコギングトルクの測定データを
示す。コギングトルクは３０ｇｆｃｍｐｐある。図１１
−ｂは図１１−ａで使用したモータのロータだけを等ピ
ッチの物に換えてコギングトルクを測定したもので、コ
ギングトルクは１０ｇｆｃｍｐｐしかないことが解る。

【００１７】図１２は相切り替えタイミングがずれたと
きのトルクリップルへの影響を説明するための図であ
る。図１２−ａはタイミングがずれていないときの発生
トルクであり、上段は合成トルク、下段は各相毎の発生
トルクを示している。下段の図は、各相に一定電流を流
しロータを回転させたときに発生するトルクを示してお
り、太線が、相切り替えをした結果、発生トルクに寄与
する部分を示している。下半分は実際には電流も逆に流
れるため、正のトルクとなる。図から判るように、合成
トルクのトルクリップルは１０％ｐｐ程度である。

【００１８】図１２−ｂは相切り替えタイミングを電気
角で３０度（２０ポールのモータにて着磁パターンを３
度ずらしたことに対応する。）１カ所だけずらしたとき
のそれぞれ、合成トルク、各相のトルク、ホール素子信
号（相切り替えタイミングを決定する。）を示す。従来
装置は２センサのため、Ｗ相ホール信号はＵ相とＶ相の
ホール素子信号を合成して作る。

【００１９】Ｗ＝−Ｕ−Ｖ １２０度通電であれば、合成トルクは図中上段に示すよ
うに、１回転に１箇所トルクリップルが５０％ｐｐに達
する箇所がある。しかし、従来装置は１８０度通電のた
め、実際のトルクリップルは破線のようになると予想さ
れる。トルクリップルは若干悪化する事が判る。

【００２０】従来のモータでは、相切り替えタイミング
とトルク発生用の着磁パターンを共用するため、タイミ
ングがあっているときでも１箇所だけ常に、駆動電流と
着磁パターンの関係が一致しない場所が出てくる。しか
し、その合成トルクへの寄与は１／１５コアヨークであ
り、トルクリップルにはほとんど影響しないものと考え
られる。

【００２１】以上をまとめると、着磁パターンをずらし
たことにより、コギングとトルクリップルが悪化し、モ
ータの回転精度を悪化させるという問題点が発生する。

【００２２】

【発明が解決しようとしている課題】以上説明したよう
に、従来のように駆動トルクを発生するための着磁パタ
ーンが等ピッチでなく一カ所だけ着磁パターンをずらし
た場所があるため、コギングが増大し、更に、着磁パタ
ーンをずらした場所をホール素子が検出したときは、回
転磁界発生タイミングがずれるため（図７では遅くな
る）その場所で発生トルクが小さくなり、トルクリップ
ルが大きくなる。

【００２３】即ち、モータの回転精度が悪化し、ＦＤＤ
等の情報記録再生エラーを発生しやすくなるという問題
点がある。

【００２４】そこで、本発明は上記の問題点に鑑みてな
されたものであり、回転精度の良好な、廉価なインデッ
クスセンサレスモータを提供する。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決し、
目的を達成するために、本発明による電磁回転機の磁気
回路は、トルク発生用の磁気回路、回転磁界発生タイミ
ング検出用の磁気回路、ＦＧ信号発生用の磁気回路を分
離している。即ち、上述した問題点のうち、コギングの
増加と、回転磁界発生タイミングがずれていないときの
トルクリップルの増加を解消しようとするものである。

【００２６】

【作用】ロータに固着されるマグネットについて、回転
トルク発生用の着磁パターン、回転磁界発生タイミング
検出用の着磁パターン及び回転速度検出用の着磁パター
ンをそれぞれ分離して形成し、インデックス信号検出用
の着磁パターンは１個所だけ特別な着磁境界部を設け、
これを検出する。

【００２７】

【実施例】図１乃至図３を用いて本発明の第１実施例を
説明する。図１はモータの横断面の一部であり従来例の
図８に対応する。図１にも界磁コイル１５とスロット１
４を図示してある。コイル１５に電流が流れるとコアヨ
ーク１４が励磁され、マグネットの２ａ部と相互作用し
てトルクを発生する。

【００２８】従来例と異なるのは、ホール素子４の位置
とマグネット２の２ａ部の着磁パターンである。ホール
素子４はマグネット２の外側、ロータ１の１ａ部の下に
位置している。１ａ部は磁気シールドの役目も果たし、
マグネット２やコイル１５からの磁気ヘッドへの漏れ磁
束を防ぐ。マグネットの２ａ部の着磁方向は半径方向で
あるが、マグネット２の内周面２ａ−１と外周面２ａ−
２とで１箇所だけ着磁パターンが異なっている。図２を
用いて着磁パターンを説明する。

【００２９】図２−ａはマグネットの２ｂ部の着磁パタ
ーンを示す。ＦＧ着磁パターンは従来例と変わらない。
図２−ｂにマグネットの２ａ部の着磁パターンを示す。
図から判るように、マグネットの内側は２０等分され交
互にＮＳ着磁されているが、外側では１カ所機械角で３
度着磁パターンがずれている。従って、マグネットの２
０１部で着磁境界部が半径方向に添って斜めになってい
る。他は半径方向に平行である。２ｂ部のＦＧ着磁パタ
ーンと２ａ部の着磁パターンとの位置関係は図中に示し
てある。

【００３０】図３は本発明の第１の実施例であるモータ
のステータ３上に印刷される銅パターンのアートワーク
図である。従来例では図１０に対応する。図１０と異な
るところは、Ｕ相とＶ相ホール素子端子の半田付けパタ
ーン１０、１１が発電線素パターン９の外側に位置する
ことである。これは図１におけるホール素子４の位置に
対応する。

【００３１】上記の構成にすると、スロット１４とマグ
ネット２の内周面２ａ−１部の相互作用として発生する
コギングトルクは、着磁パターンが等ピッチで着磁され
ているため、その大きさは図１１−ｂに示す大きさにな
り、従来例と比較して約３分の１に減少する。一方ホー
ル素子Ｕ相４の検出する磁界はマグネットの外周面２ａ
−２部であり、ロータ１回転に１箇所着磁パターンがず
れているため、図７で議論したように、ロータ１回転に
１回のインデックス信号が出力する。即ち、モータの回
転精度を悪化させることなしにインデックスセンサレス
化を実現できる。他の実施例 本発明の第２の実施例を図４、図５を用いて説明する。
第１の実施例と異なることはマグネット２の形状であ
り、図示するようにつば部２ｃを形成し、そこにホール
素子信号用の着磁パターン２ｃ部を軸方向に着磁してい
ることである。これはロータケースの１ａ部の下に充分
スペースがあるときに最適であり、２ａ部の着磁と磁気
回路的に独立しているため、更にコギングトルクの改善
が期待できる。また、マグネットの２ｃ部はマグネット
２と別部品で構成してもよい。

【００３２】図５はロータユニットの平面図であり、図
５−ａはＦＧ着磁パターンであり、従来例と同じであ
る。図５−ｂはマグネットの２ａ、２ｃ部の着磁パター
ンを示す。２ａ部は等ピッチで２０ポール半径方向にＮ
Ｓ着磁されているが、２ｃ部では、１カ所だけ機械角で
３度着磁パターンがずれている。従って、マグネット２
０１部で着磁境界部がずれている。他は一致している。
２ｂ部のＦＧ着磁パターンと２ａ部の着磁パターンとの
位置関係は図中に示してある。

【００３３】図６は第３の実施例であり、第１の実施例
において、ホール素子４の上方に充分なスペースがある
場合、または、第２の実施例においてホール素子の出力
が充分大きく、マグネット２ｃ部のつばが小さくてす
み、ホール素子４の上方に充分なスペースがある場合等
に最適である。図６は第２の実施例の変形例として示し
てある。

【００３４】この第３の実施例の特徴は、ロータケース
の１ａ部にリング状のイナーシャリング１６を固着し、
ロータユニットのイナーシャを大きくして、トルク外乱
に対しモータの応答量を小さくし、回転変動成分を少な
くしようとするものである。イナーシャリングの材質
は、黄銅等の比重の比較的大きいものが最適である。第
１および第２の実施例と比較して、更に回転精度の向上
が期待できる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、トルク発生用の磁
気回路、回転磁界発生タイミング検出用の磁気回路、Ｆ
Ｇ信号発生用の磁気回路を分離し、即ち、インデックス
センサレス化を実現するために、回転磁界発生タイミン
グ検出用（ホール素子用）の着磁パターンをトルク発生
用の着磁パターンと分離して構成することにより、従来
例で説明したようなコギングの増加を解消し、良好な回
転精度を実現し、ＦＤＤのリードライト時に充分なウィ
ンドウマージンが得られるように構成したものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例であるインデックスセンサレス化
を適用したモータの部分断面図。

【図２】第１の実施例のロータユニットの平面図。

【図３】第１の実施例のステータ上のホール素子の位置
とＦＧパターンを示す回路パターン。

【図４】第２の実施例であるインデックスセンサレス化
を適用したモータの部分断面図。

【図５】第２の実施例のロータユニットの平面図。

【図６】第３の実施例であるインデックスセンサレス化
を適用したモータの部分断面図。

【図７】インデックスセンサレス回路におけるインデッ
クス信号の検出を説明するタイミングチャート。

【図８】インデックスセンサレス化を適用した従来のモ
ータの部分断面図。

【図９】従来例のロータユニットの平面図。

【図１０】従来例のステータ上のホール素子の位置とＦ
Ｇパターンを示す回路パターン。

【図１１】従来例（ａ）と実施例（ｂ）のコギングトル
クの測定値のグラフ。

【図１２】トルクリップルを説明するためのホール信
号、各相のトルク、合成トルクのタイミングチャート。

【符号の説明】 １ ロータ（ロータケース） ２ マグネット ２ａ、２ｂ、２ｃ マグネット２の着磁部 ３ ステータ ４ ホール素子 ５ ストッパー ６ 回転軸 ９ ＦＧパターン（発電線素パターン） １０、１１ ホール素子端子半田付けパターン １２ モータドライブＩＣ端子半田付けパターン １３ コイル出力端子パターン １４ コアヨーク １５ 界磁コイル（回転磁界発生手段） １６ イナーシャリング

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータとステータ、および回転磁界発生
   手段から成る電磁回転機において、前記ロータに固着さ
   れ、ロータと一体に回転軸を中心に回転する円筒形の永
   久磁石から成る磁界発生手段であって、該磁界発生手段
   は、前記回転磁界発生手段からの回転磁界と相互作用を
   して回転トルクを発生させるための磁界パターンと、回
   転速度を検出するための磁界パターンと、前記回転磁界
   発生手段の電流方向の極性及びその発生タイミングを検
   出するための磁界パターンを分離して形成されているこ
   とを特徴とする電磁回転機。
2. 【請求項２】 回転磁界発生手段の電流方向の極性及び
   その発生タイミング検出信号と回転速度検出信号とが、
   ロータ１回転に１回の回転位置信号を得るのに用いられ
   ることを特徴とする請求項１記載の電磁回転機。
3. 【請求項３】 ロータの外周部に該ロータのイナーシャ
   を大きくするためのイナーシャリングを固着したことを
   特徴とする請求項１記載の電磁回転機。