JPH06165462A

JPH06165462A - 電磁回転機

Info

Publication number: JPH06165462A
Application number: JP31240492A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Imai; 康章今井
Original assignee: Canon Electronics Inc
Current assignee: Canon Electronics Inc
Priority date: 1992-11-20
Filing date: 1992-11-20
Publication date: 1994-06-10

Abstract

(57)【要約】【目的】回転精度の良好な、回転位相検出手段を減ら
した廉価なインデックスセンサレスの電磁回転機を提供
する。【構成】Ｕ相ホール素子ランドパターン２８とＶ相ホ
ール素子ランドパターン２９が、機械角（θ）で１１
９．２５度、電気角（Φ）で（１１９．２５−３６＊
３）×１０＝１１２．５度位相差がある。

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（ＦＤＤ）等に使われるスピンドルモ
ータ等の電磁回転機に関し、特にその回転精度の改良に
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廃止し、発電線素（これをＦ
Ｇ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。また、モータをコストダ
ウンするために、回転位相検出素子であるホール素子の
数も減らしている。上記構成にすると、モータの小型薄
型化、コストダウンには効果があるが、逆に、回転精度
が悪化するという欠点も持っている。

【０００３】まず、図１１を用いて従来の一般的な電磁
回転機の構成を説明する。

【０００４】図１１は従来のラジアルギャップモータの
構成の一例を示した部分断面図である。基板７は鉄磁性
材料などからなり、ハウジング１２とコア１１を止めネ
ジ３５等により基板７に固定している。ハウジング１２
には含油ベアリング８を圧入する。回転軸５はフランジ
６を介してロータヨーク４を一体に設けられており、さ
らに、下面はスラスト受け９を介して基板７で受け、含
油ベアリング８に嵌着されており、ロータヨーク４、駆
動マグネット１、ＦＧマグネット２、チャッキングマグ
ネット１３、チャッキングコロ１４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を回転駆動させる。このために駆動マグネット１
は、図示しないが、２０極に半径方向に多極着磁される
とともに、ロータヨーク４の外縁部内側に固着されてい
る。

【０００６】回転磁界を作用させるために、複数の回転
磁界発生手段（捲線コイル）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は回転軸５の回りに放射状に複数形成されて
おり、捲線コイル１０もステータヨーク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１
１は、止めネジ３５などの固定部材により基板７上に固
定されている。さらに、基板７は、図示していないネジ
等の部材でＦＤＤのシャーシ３に固定される。

【０００７】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とともに閉磁気
回路を形成している。なお、駆動マグネット１が、ステ
ータヨーク１１の半径方向にこのステータヨーク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
ラジアルギャップモータと呼ぶ。

【０００８】回転位相検出手段であるホール素子１５
は、駆動マグネット１からの磁界を検出し、回転磁界発
生手段である捲線コイル１０の磁界発生タイミングを決
定する。ホール素子１５は電気角において、捲線コイル
１０に対して適切な位置に複数個（３相モータの場合２
〜３個）配設することにより、正規の駆動で駆動電流転
流信号が得られ、モータは回転する。

【０００９】ホール素子１５の配設位置の従来例を図１
２を用いて説明する。

【００１０】図１２は従来のモータの基板７上にエッチ
ングされた銅箔パターンを示す図である。ＦＧコイル１
６は、ＦＧマグネット２と対向した位置にあり、回転速
度に比例した周波数信号を発生する。周波数信号は駆動
回路２１に入力し、モータは定速度回転する。Ｕ相コイ
ル半田付けランド１７、Ｖ相コイル半田付けランド１
８、Ｗ相コイル半田付けランド１９は、それぞれ捲線コ
イル１０に駆動電流を供給する半田付けランドであり、
そのタイミングは、Ｕ、Ｖ相ホール素子ランドに配設さ
れたホール素子１５からの信号をもとに、駆動回路２１
によりコントロールされ、モータは所定方向に回転す
る。

【００１１】ホール素子１５の配設角度について説明す
る。図１２からわかるように、Ｕ相とＶ相のホール素子
１５は機械角θで１２０度の位置に固定されている。駆
動マグネット１の着磁極数Ｐが２０極であるから、電気
角Φに換算すると、Φ＝〔θ−｛３６０／（Ｐ／２）｝
＊ｎ〕＊〔３６０／｛３６０／（Ｐ／２）｝〕＝（１２
０−３６＊３）＊１０＝１２０度である。ただし、ｎは
（７２０／Ｐ）＊（ｎ＋１）≧θ≧（７２０／Ｐ）＊ｎ
を満足する整数である。ここで、Ｗ相のホール素子出力
は、ベクトル計算Ｗ＝−Ｕ−Ｖを行うことにより得る。
すなわち、回転位相検出手段を減らしている。

【００１２】図１３はホール素子１５の出力と捲線コイ
ル１０の駆動電圧および駆動電流との関係を示す図であ
る。図１３（ａ）はそれぞれの相のホール素子出力波形
を示すタイミングチャートであり、サイン波で示してあ
る。図１３（ｂ）は捲線コイル１０の駆動電圧波形を示
すタイミングチャート、図１３（ｃ）は捲線コイル１０
の駆動電流波形を示すタイミングチャートである。図１
３に示すように、各相はそれぞれ、電気角で１２０度ず
つ離間することにより、トルクリップルの少ない良好な
トルク出力が得られるはずである。

【００１３】ところが、回転位相検出手段を減らした２
センサ方式のように、Ｗ相を他の２相の信号から合成す
る場合、さらに、スイッチングノイズをなくすためにリ
ニア電流駆動方式等を採用すると、図１３で説明したタ
イミングでは良好な出力トルクが得られない場合があ
る。

【００１４】図１４は図１１，図１２に示す従来のモー
タのトルクリップルの測定値のグラフ、図１５はこの従
来のモータの回転精度（ＩＳＶ）の測定値のグラフであ
る。従来例のモータとしては、インデックスセンサレス
（駆動マグネット１の着磁パターンを１ヶ所ずらしてあ
る）２センサモータのホール素子間の電気角を１２０度
に設定し、ホール素子出力の３次高調波成分を無くし、
サイン波に設定して試作したものを使用した。横軸が回
転角、縦軸がそれぞれトルク（ｇｆｃｍ）と目標回転数
（ｒｐｍ）である。図示しないが、これは、インデック
スセンサ付き３センサモータと比較すると、トルクリッ
プル、回転精度とも２倍近く悪化している。

【００１５】以上をまとめると、インデックスセンサレ
ス化し、２センサ方式を用いたモータにおいて、ホール
素子間の電気角を１２０度に設定し、ホール素子出力の
３次高調波成分もサイン波に設定すると、モータの回転
精度が悪化するという問題点が発生した。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の電磁回
転機ように、回転位相検出手段（ホール素子）間の電気
角を１２０度に設定し、回転位相検出手段の出力もサイ
ン波に設定すると、転流タイミングがずれたり、転流タ
イミングでの駆動電流が減少するため、トルクリップル
が大きくなる。すなわち、電磁回転機の回転精度が悪化
し、これをＦＤＤ等に用いた場合、情報記録再生エラー
等のエラーを発生しやすくなるという問題点がある。

【００１７】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、回転位相検出手
段を減らした廉価なインデックスセンサレスの電磁回転
機を提供することを目的とする。

【００１８】

【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、本発明の電磁回転機は、ロータ
と、ステータと、該ステータに設けられたｎ（ｎ≧３）
相の回転磁界発生手段と、前記ロータに固着され、該ロ
ータと一体に回転軸を中心に回転する磁界発生手段と、
該磁界発生手段の磁界を検出するｍ（ｍ≦ｎ）個の回転
位相検出手段とを有する電磁回転機において、前記回転
位相検出手段は、隣接する少なくとも１対の回転位置検
出手段の電気角Φ（度）が、（３６０／ｎ）＊０．９
（度）≦Φ≦（３６０／ｎ）＊０．９６（度）の関係を
満足するように配設されることを特徴とする。前記磁界
発生手段は、前記回転位相検出手段の感じる磁界の３次
高調波成分が、その基本波に対し、６±３％であるよう
に着磁されていることが望ましい。

【００１９】

【作用】すなわち本発明は、回転位相検出手段間の位相
差Φ（度）を１ヶ所以上、電気角にて、ｎ相電磁回転機
の場合、（３６０／ｎ）＊０．９（度）≦Φ≦（３６０
／ｎ）＊０．９６（度）の関係、例えば３相モータでは
１１０〜１１５度の間に設定することにより、駆動電流
の転流タイミングでの、電流リニア駆動に起因するトル
クリップルの増加と、３相ブラシレスモータにおいて
は、２センサ方式に起因する転流タイミングのずれによ
るトルクリップルの増加を解消しようとするものであ
る。このように構成された本発明においては、回転位相
検出手段の感じる磁束変化の３次高調波成分を６±３％
に設定したものが、回転精度の極小値を取る。

【００２０】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２１】まず、本発明の実施例を説明する前に、３
次高調波成分および回転位相検出手段（図１１のホール
素子１５）の電気角のトルクリップルへの影響について
説明する。

【００２２】図２（ａ）は駆動電流切替えタイミング時
のホール素子出力を示すタイミングチャート、図２
（ｂ）は駆動電流切替えタイミング時の出力電流を示す
タイミングチャート、図２（ｃ）は駆動電流切替えタイ
ミング時の合成出力トルクを示すタイミングチャートで
ある。実線がホール素子出力の３次高調波成分が０％の
ときの関係、破線が６±３％のときの関係を示す。図２
（ａ），（ｂ）に示すように、電流リニア駆動の場合、
電流切替え時の出力トランジスタのベース電流の変化
は、ほぼホール素子出力波形の傾きと比例している。図
２（ｂ）からわかるように、３次高調波成分が多くなっ
たほうが切替え時の駆動電流が多くなる。一方、同じ電
流を流しても、転流タイミングの場所では、トルク発生
に寄与する磁束密度が小さくなっているから、つまり、
磁極の中心からはずれた位置にコアが位置するから、発
生トルクも小さくなる。したがって、図２（ｃ）に示す
ように、ある程度３次高調波成分が多いほうが、合成出
力トルクの減少も押さえられることがわかる。ただし、
３次高調波成分をさらに多くすると、貫通電流が多くな
り発生トルクは減るため、１０％以下が望ましい。

【００２３】図３はホール素子１５の感じる磁束変化の
３次高調波成分を変えたときの回転精度の変化を示すグ
ラフである。ホール素子１５の位相差は１１２度と１２
０度、振幅差は１．２である。駆動マグネット１は図５
に示した３種類を用いた。図３からわかるように、回転
精度は３次高調波成分がほぼ６〜７％付近で極小値を取
り、３次高調波成分が大きくなっても小さくなっても、
回転精度は悪化する。具体的には、３次高調波成分が６
±３％の範囲で、回転精度は３％ｐｐ以下である。

【００２４】ホール素子１５の感じる磁束の３次高調波
成分を変えるためには、駆動マグネット１の着磁パター
ンを変える必要がある。図４を用いて、駆動マグネット
１の着磁パターンの３次高調波成分を変える方法を説明
する。

【００２５】図４は、駆動マグネット１に、異なる３次
高調波成分を持つ着磁パターンを着磁する方法を説明す
るための、着磁ヨークの模式的な平面図である。内側着
磁ヨーク２４と外側着磁ヨーク２５の間に、駆動マグネ
ット１が挿入されている。着磁ヨークにはそれぞれ、着
磁パターンの境界に対応する位置にスリット２４０１〜
２４２０，２５０１〜２５２０が刻まれ、そのスリット
２４０１〜２４２０，２５０１〜２５２０の、内側着磁
ヨーク２４では内周側、外側着磁ヨーク２５では外周側
に、ヨークを励磁するための導線２６，２７を通す穴が
開けられ、導線２６，２７が一筆書で倦回させられてい
る。

【００２６】内側着磁ヨーク２４と外側着磁ヨーク２５
を同時に励磁すると、図１１に示すホール素子１５は、
約１０％の３次高調波成分を感じる。内側着磁ヨーク２
４のみ励磁すると約７％、ヨークの先端形状を図示する
ように２４ａに示す破線にして内側着磁ヨーク２４のみ
励磁するとさらに少なくなる。また、ヨークの幅を２４
ｂ破線に示すように狭くしても同様の効果が得られ、３
次高調波成分は約３％程度になる。

【００２７】図５（ａ）は内側着磁ヨーク２４と外側着
磁ヨーク２５を同時に励磁した場合の駆動マグネット１
の内周表面の磁化曲線を示すグラフ、図５（ｂ）は内側
着磁ヨーク２４のみ励磁したときの磁化曲線を示すグラ
フ、図５（ｃ）はヨークの幅を狭くして内側ヨークのみ
励磁したときの磁化曲線を示すグラフである。縦軸は磁
束密度（Ｇ）、横軸は回転角である。

【００２８】これらの着磁技術は周知であるが、本発明
は、図１１におけるホール素子１５の感じる３次高調波
成分が６±３％となるような着磁をされたマグネットを
使用するところが特徴となる。

【００２９】図６は３相モータについて２センサ方式の
モータドライバの駆動電流切替えタイミングの様子を示
す図であり、（ａ）はホール素子出力の関係を示すタイ
ミングチャート、（ｂ）はコイル駆動電流を示すタイミ
ングチャート、（ｃ）は発生トルクを示すタイミングチ
ャートである。実線はＵ相とＶ相の位相差が１２０度の
とき、破線は１１０度から１１５度のときのものであ
る。

【００３０】Ｕ相ホール素子の立ち下がり零クロスは、
Ｗ相のソーストランジスタがオフし、Ｕ相のソーストラ
ンジスタがオンするタイミングである。図６（ｂ）に示
すように、位相差が１２０度であると、２センサＩＣの
マトリクス回路の特性により、また、Ｕ相とＶ相の出力
振幅の差や、さらに、３次高調波成分の影響により、転
流タイミングの位置が、正常な転流タイミングの位置Ａ
からＢへ移動している。結果として発生トルクは、図６
（ｃ）示す点ＥＦＣＤのようになり、点Ｆでトルクリッ
プルの落ち込みが大きくなる。

【００３１】一方、位相差を１１０度から１１５度の間
に設定すると、転流タイミングは正常な位置Ａに戻り、
発生トルクは点ＥＣＤとなり、トルクリップルは改善さ
れる。

【００３２】図７はホール素子１５の位相角を変化させ
たときの回転精度（ＩＳＶ）の変化を示すグラフであ
る。測定トラックはＴＲ００（最外周），ＴＲ４０（中
間），ＴＲ７９（最内周）の３ヶ所で、駆動マグネット
１としては、３次高調波成分が７％のものを使用した。
振幅差は１．２程度である。図７からわかるように、電
気角が１１０度から１１５度の範囲で回転精度が極小値
を取る。

【００３３】参考として、２センサモータにおいてＵ相
とＶ相の振幅比に対する回転精度の依存性を図８に示
す。測定トラックは、ＴＲ００，４０，７９、位相角は
１１２度、３次成分は７％である。振幅差にはあまり依
存しないことがわかる。

【００３４】図１は本発明を適用した一実施例のモータ
ＰＣＢの回路パターン図である。従来例（図１１，図１
２）と異なるところは、Ｕ相ホール素子ランドパターン
２８とＶ相ホール素子ランドパターン２９が、機械角
（θ）で１１９．２５度、電気角（Φ）で（１１９．２
５−３６＊３）×１０＝１１２．５度位相差があること
である。加えて、インデックスセンサレス化するために
ホール素子１５（図１１）のＦＧパターンに対する位置
精度を出すため、また、出力振幅差を押さえるため、端
子のランド形状を小さくしている。駆動マグネットは図
５（ｂ）を使用している。その他の構成は従来例（図１
１，図１２）と同じである。

【００３５】図９は本実施例のモータのトルクリップル
の測定値のグラフ、図１０は本実施例のしたモータの回
転精度（ＩＳＶ）の測定値のグラフである。図９におい
ては、縦軸がトルクを、横軸が回転角を示す。図１０に
おいては、縦軸が回転速度を、横軸が回転角を示す。図
１４の従来例のトルクリップルと比較すると、約半分ま
で減少し、回転精度も図１５の従来例と比較すると、約
１３％向上している。

【００３６】本実施例はラジアルギャップモータに適用
したが、本発明は、アキシャルギャップモータでも同様
に適用可能である。また、３相モータ以外の電磁回転機
でも、回転位相検出手段を持ち、それからの信号をもと
に、回転磁界検出手段の転流タイミングをコントロール
する電磁回転機であれば、適用可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、電流リニ
ア駆動方式や、回転位相検出手段の素子数が回転磁界発
生手段の相数より少ないような構成の、ｎ相の電磁回転
機において、回転位相検出手段間の位相差Φ（度）を電
気角にて（３６０／ｎ）＊０．９（度）≦Φ≦（３６０
／ｎ）＊０．９６（度）の関係に設定することにより、
駆動電流の転流タイミングでの、電流リニア駆動に起因
するトルクリップルの増加と、インデックスセンサレス
に起因する転流タイミングのずれによるトルクリップル
の増加を解消できる。したがって、回転位相検出手段を
減らしたインデックスセンサレスでありながら良好な回
転精度を実現し、例えば本発明をＦＤＤに適用した場
合、その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できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した一実施例のモータＰＣＢの回
路パターン図である。

【図２】（ａ）は駆動電流切替えタイミング時のホール
素子出力を示すタイミングチャート、（ｂ）は駆動電流
切替えタイミング時の出力電流を示すタイミングチャー
ト、（ｃ）は駆動電流切替えタイミング時の合成出力ト
ルクを示すタイミングチャートである。

【図３】ホール素子１５の感じる磁束変化の３次高調波
成分を変えたときの回転精度の変化を示すグラフであ
る。

【図４】駆動マグネットに異なる３次高調波成分を持つ
着磁パターンを着磁する方法を説明するための着磁ヨー
クの平面図である。

【図５】（ａ）は内側着磁ヨーク２４と外側着磁ヨーク
２５を同時に励磁した場合の駆動マグネット１の内周表
面の磁化曲線を示すグラフ、（ｂ）は内側着磁ヨーク２
４のみ励磁したときの磁化曲線を示すグラフ、（ｃ）は
ヨークの幅を狭くして内側ヨークのみ励磁したときの磁
化曲線を示すグラフである。

【図６】２センサ駆動方式において、ホール出力の位相
差と駆動電流の転流タイミングの関係を説明する図であ
り、（ａ）はホール素子出力の関係を示すタイミングチ
ャート、（ｂ）はコイル駆動電流を示すタイミングチャ
ート、（ｃ）は発生トルクを示すタイミングチャートで
ある。

【図７】ホール素子１５の位相角を変化させたときの回
転精度（ＩＳＶ）の変化を示すグラフである。

【図８】２センサモータにおいて、Ｕ相とＶ相の振幅比
に対する回転精度の依存性を示すグラフである。

【図９】本実施例のモータのトルクリップルの測定値の
グラフである。

【図１０】本実施例のモータの回転精度（ＩＳＶ）の測
定値のグラフである。

【図１１】従来のラジアルギャップモータの構成の一例
を示した部分断面図である。

【図１２】従来のモータの基板上にエッチングされた銅
箔パターンを示す図である。

【図１３】ホール素子１５の出力と捲線コイル１０の駆
動電圧および駆動電流との関係を示す図であり、（ａ）
はそれぞれの相のホール素子出力波形を示すタイミング
チャート、（ｂ）は捲線コイル１０の駆動電圧波形を示
すタイミングチャート、（ｃ）は捲線コイル１０の駆動
電流波形を示すタイミングチャートである。

【図１４】従来のモータのトルクリップルの測定値のグ
ラフである。

【図１５】従来のモータの回転精度（ＩＳＶ）の測定値
のグラフである。

【符号の説明】

１駆動マグネット２ＦＧマグネット４ロータヨーク１０捲線コイル１１ステータヨーク１５ホール素子２２，２３，２８，２９ホール素子ランドパターン２４，２５着磁ヨーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロータと、ステータと、該ステータに設
けられたｎ（ｎ≧３）相の回転磁界発生手段と、前記ロ
ータに固着され、該ロータと一体に回転軸を中心に回転
する磁界発生手段と、該磁界発生手段の磁界を検出する
ｍ（ｍ≦ｎ）個の回転位相検出手段とを有する電磁回転
機において、前記回転位相検出手段は、隣接する少なくとも１対の回
転位相検出手段の電気角Φ（度）が、（３６０／ｎ）＊
０．９（度）≦Φ≦（３６０／ｎ）＊０．９６（度）の
関係を満足するように配設されることを特徴とする電磁
回転機。
【請求項２】前記磁界発生手段は、前記回転位置検出
手段の感じる磁界の３次高調波成分が、その基本波に対
し、６±３％であるように着磁されていることを特徴と
する請求項１記載の電磁回転機。