JPH06165463A - 電磁回転機とその組立方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 組立後の検査による不良品の位相差の調整工
程、再着磁工程の工数を減じて、コストダウンを達成す
る。 【構成】 ２つ回転磁界発生手段を備え、標準範囲に属
するロータ部の組付け後に、回転位相検出信号と回転速
度検出信号との位相差を測定検査する工程と、検査結果
が所定範囲外である場合の前記組付けたロータ部を取り
外し、前記測定された位相差の標準範囲を外して予め着
磁されたロータ部に交換する工程と、取り外されたロー
タ部を再度、ロータ部の組付け工程に戻す工程とを具有
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、特に回転位置検出センサを廃止したイ
ンデックスセンサレスモータの組立方法の改良に関する
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をとる相切替え信号とする回転
位相検出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。

【０００３】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、インデックス信号を検
出するための組立精度が充分に確保できないという欠点
も持っている。

【０００４】まず図４を用いて一般的なモータの構成を
説明する。

【０００５】基板７は鉄など磁性材料などからなり、ハ
ウジング１２とステータヨーク１１を止めネジ１７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に嵌着されている。これにより、ロータヨーク４、
駆動マグネット１、回転速度検出用マグネット２（ＦＧ
マグネットと称する）、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
に回転することができる。

【０００６】ロータヨーク４の外縁部内側には駆動マグ
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事により、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６に示すように、全周を２０等分して、それぞ
れが半径方向に多極着磁されている。

【０００７】駆動マグネット１に回転磁界を作用させる
ために、図４に示すように、複数の回転磁界発生手段
（捲回駆動コイル）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１
１は回転軸５の回りに放射状に複数形成されており、駆
動コイル１０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、止めネジ１
７などの固定部材により鉄基板７上に固定されている。
さらに、鉄基板７は、図示していないネジ等の部材でＦ
ＤＤのシャーシ３に固定される。

【０００８】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。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ラジアル
ギャップモータと呼ぶ。

【０００９】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、駆動コイル
等の回転磁界発生手段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、コイルに対して
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、駆動電流の正規の転流信号が得られ、
モータは回転する。

【００１０】インデックス信号を作る過程を図５を用い
て説明する。図５にホール素子Ｕ相信号とＦＧ信号との
位相関係を示す。図中ホール素子Ｕ相信号はモータ１回
転につき１０パルス、ＦＧ信号は６０パルスとする。Ｆ
Ｇ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ヵ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。

【００１１】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（１７−１）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ＦＧ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（１７−２）はＦ
Ｇ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なタイミン
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。

【００１２】次に、図５に示したホール素子Ｕ相信号と
ＦＧ信号を作るための磁気回路を図６を用いて説明す
る。図において、ロータヨーク４の外縁部内側に円筒状
の駆動マグネット１を固着している。さらに駆動マグネ
ットの外側にＦＧマグネット２が固着されている。ロー
タヨーク４は、中心部で回転軸５を嵌着し、軸受け（図
示せず）、ハウジング（図示せず）を配設した鉄基板Ｐ
ＣＢ７（図示せず）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、ロータヨーク４およびマグネ
ット１、２は一体に回動自在に回転する。

【００１３】駆動マグネット１にはトルクを発生するた
めの半径方向に着磁が施して有り、円周方向に等分され
て２０極が形成されている。ＮＳが交互にラジアル方向
に着磁され、その着磁幅は、境界が１箇所機械角で２度
だけずらされ、１８度が１８ヵ所、１８度±２度の１６
度と２０度がそれぞれ１箇所となっている。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、これは駆動マグネット１の内側に構成され
るステータヨーク１１と回転磁界発生手段１０により発
生させられる。

【００１４】また、鉄基板ＰＣＢ（図示せず）上には回
路パターンがエッチングされ、ロータヨーク４に固着し
た駆動マグネット１より内側の適切な位置（破線で示し
てある）に回転位相検出手段であるホール素子１５を固
着し、駆動マグネット１からの磁束変化を検出してい
る。

【００１５】一方、ＦＧマグネット２には、回転速度に
比例した周波数信号を発生するための着磁が施してあ
り、周方向に１２０等分し、１２０極が着磁してある。
また、鉄基板ＰＣＢ上には発電線素１６（図４参照）が
銅箔により印刷され、ＦＧマグネット２の磁束変化を検
出し、回転速度信号を出力している。

【００１６】また、図６に示すように、駆動マグネット
の着磁パターンが角度２度だけずれている場所では、回
転方向（矢印で図示）から見て、ＦＧマグネット２の着
磁ＮＳの境界と駆動マグネット１の境界が、機械角で２
度だけずれた関係になっている。さらに、ホール素子Ｕ
相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５に示すようなタイミングの信号が出力される。

【００１７】次に、このように構成されている従来モー
タのインデックスセンサレス化する場合の組立精度につ
いて説明する。図９（ａ）はＦＧ信号とホール素子出力
信号の立ち上がりゼロクロスタイミング↑１７との関係
を示す。タイミング１７−１は回転位置信号を出力しな
いときの位置であり、ロータ１回転について９回発生す
る。タイミング１７−２は回転位置信号を出力するとき
の位置であり、ロータ１回転について１回発生する。い
ずれも、ＦＧ信号のゼロクロス点から離れている必要が
あり、本例では機械角にて１度はなれている。

【００１８】図９（ａ）は設計値を示すが、ホール素子
出力信号の立ち上がりゼロクロスタイミング１７とＦＧ
信号１６の位相差が、設計値にたいして角度１度以上動
くと、図５で説明したように、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、ＦＧ信号のゼロクロス点
でタイミング検出信号を出力する関係が得られなくな
り、回転位置信号検出回路は誤動作する。左右いずれに
１度以上ずれても回転位置信号は出力しなくなる。従っ
て、インデックスセンサレス化に必要な組立精度は±１
度以下ということになる。

【００１９】一方、ホール素子のマウント精度や、ホー
ルチップの位置精度、不平衡電圧、その環境変化、着磁
精度等、これらインデックスセンサレス化に関連する精
度を考えると、図７に示す様に、組立精度１度に対して
２σが入るのがぎりぎりである。（σは標準偏差）すな
わち、組立工程に工夫をして少くとも２σ内に納める必
要がある。

【００２０】図８を用いて従来の組立工程を説明する。 Ｓ１）鉄基板ＰＣＢに回路部品を乗せ半田付けする。
（ＰＣＢＡｓｓｙ） Ｓ２）ＰＣＢａｓｓｙにコアユニットやハウジング等を
組み込む。 Ｓ３）次に別途組立てたロータユニット（図４参照）を
組み込む。この時の着磁の位相関係は図６と同等であ
る。 Ｓ４）回転位置信号（インデックス信号）が出力するか
しないか検査し、さらに、ＦＧ信号とホール素子出力立
ち上がりパルスの位相差が設計値に対し、所定の範囲外
のものを除く。本従来例では、１±０．７５度である。

【００２１】本実施例で、検査工程の良品の範囲を１±
０．７５度としたのは、環境変化分を考慮して、マージ
ン０．２５度を良品範囲±１度から差し引いた値であ
る。

【００２２】４）の工程を通過したものは良品となる。 Ｓ５）Ｓ４）の工程で不良品になったモータは、ロータ
ユニットをＰＣＢａｓｓｙから外し、位相差が外れた分
だけ修正された位置で、ＦＧマグネットが再着磁され
る。 Ｓ６）位相差の検査工程の後、良品と不良品が振り分け
られる。

【００２３】以上示した工程により、マウント精度、ホ
ール素子のばらつき、着磁精度に起因して、目標精度
０．７５度を上回るものについても、上記調整工程を設
定することにより直行率は１００％を達成できる。

【００２４】

【発明が解決しようとしている課題】しかし、以上説明
したような従来の組立工程では、着磁の位相差の調整工
程や再着磁工程が加わるため、工数が増大し、組立てコ
ストがアップする。

【００２５】即ち、コストダウンの目的でインデックス
センサレス化を行ったにも関らず、モータのコストが下
がらないという問題点がある。

【００２６】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、組立工程を改善することにより、コ
ストダウンを達成し、廉価なモータを提供することにあ
る。

【００２７】

【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組立
工程は、従来例の検査工程Ｓ４）において不良品となっ
たロータユニットについて、あらかじめ、駆動マグネッ
トのメイン着磁とＦＧ着磁の位相差が組立て精度のバラ
付きの標準偏差σについて±２σ程度ずれた位相関係の
磁界発生手段を保持するロータユニットを準備してお
き、そのロータユニットを交換するだけで、インデック
スセンサレス化の組立て精度を目標精度内に納め、直行
率１００％を達成しようとするものである。

【００２８】従来例と比較して、調整工程を廃止でき
る。また、外されたロータユニットは再利用できるた
め、着磁工程の工数が増えることもない。更に、ＦＧマ
グネットを廃止して、駆動マグネットの下端面にＦＧ着
磁をすることにより、大幅なコストダウンが達成でき
る。

【００２９】

【作用】駆動マグネットへのメイン着磁とＦＧ着磁との
位相差が規格内と規格外の２種類のロータユニットを予
め作製しておき、規格内のものを組付けた後での検査結
果が規定外の場合は、組付けたロータユニットを取り外
し、規格外のロータユニットを組付けると共に、取り外
したロータユニットは再び組付けのために用いる。

【００３０】

【実施例】本実施例を図１乃至図３を用いて説明する。
図１は本実施例の組立工程を示すフローチャートであ
る。ロータユニット組み込み／検査工程（Ｓ３〜Ｓ４）
までは従来例と同じである。着磁工程は異なる。また、
検査工程で不良品となったユニットについての工程が簡
略化されている。

【００３１】図２、図３に示すように、本実施例のモー
タ構成では、ＦＧマグネットが廃止され、駆動マグネッ
ト１の下端面にＦＧ着磁１９が為されている。ＦＧマグ
ネットが廃止された後は、駆動マグネットの着磁部２０
が１ヶ所ずれていることによる回転精度の悪化を防ぐた
めに、イナーシャリング１８が固着されている。

【００３２】図１を用いて本発明の実施例である組立工
程を説明する。 Ｓ１）鉄基板ＰＣＢに回路部品を乗せ半田付けする。
（ＰＣＢＡｓｓｙ） Ｓ２）ＰＣＢａｓｓｙにコアユニットやハウジング等を
組み込む。 Ｓ３）次に別途組立てたロータユニット（図４参照）を
組み込む。この工程で使用されるマグネットの着磁の位
相関係は図６と同等である。 Ｓ４）回転位置信号（インデックス信号）が出力するか
しないか出力信号を検査し、さらに、ＦＧ信号とホール
素子出力立ち上がりパルスの位相差が設計値にたいし、
所定の範囲外のものを除く。本実施例では、１±０．７
５度である。

【００３３】４）の工程を通過したものは良品となる。
ここからの、不良品となったモータの修正工程が本発明
の特徴であり、従来例と異なる。また、ロータユニット
に固着されるマグネットの着磁工程及び検査工程での不
良品に対する取扱いも従来例と異なる。まず、着磁工程
について説明する。 Ｉ）着磁工程 図９に示すＦＧ信号とホール素子出力信号の立ち上がり
ゼロクロス点の位相差のばらつく程度は予想できる。ま
た、量産開始後のデータの蓄積によりバラ付きの標準偏
差σが求まる。本実施例は標準偏差σは図７より０．４
０〜０．５７度であると予想できる。およそ１．５σが
検査規格１±０．７５度にはいるから、着磁するマグネ
ットの位相は、ＦＧ着磁とメイン着磁の位相差が、図３
に示す駆動マグネットの展開図（ａ），（ｂ），（ｃ）
に示す様に、２．０，０．７５，３．２５度のものをそ
れぞれ、８０，１０，１０％の割合であらかじめ駆動マ
グネット１に着磁しておく。着磁ヨークは、１台だけ作
りその位置決め機構を変えても、それぞれ専用に３台作
ってもよい。 II）次に、検査工程で不良品となったユニットについて
の工程 ロータユニットを交換する。位相差が１．７５度以上に
なったものは、即ち、図９（ｂ）において、不良範囲に
ホール素子の立ち上がりがある場合は、−１．２５度位
相をずらしたマグネット、即ち、図３（ｂ）のマグネッ
トを保持するロータユニットと交換する。

【００３４】図９（ｂ）から予想できるように、不良品
であったモータはロータユニットを交換することによっ
てそのＦＧ信号とホール素子出力信号の関係が図９
（ａ）の様になり、回転位置検出信号（インデックス信
号）は出力する。

【００３５】位相差が０．２５度以下になったユニット
については、同様の議論により、１．２５度位相をずら
したマグネット、即ち、図３（ｃ）の位相関係を有する
マグネットを保持するロータユニットと交換する。

【００３６】また、外されたロータユニットは、図１に
破線で示してあるように、ロータユニット組み込み工程
に戻され再利用される。

【００３７】従来例と検査工程で不良品となったユニッ
トについての組立工数を比較すると、従来の組立工数
は、 （ロータ交換＋ＦＧ着磁位相調整＋ＦＧマグネット着磁
＋検査）×０．２ であるが、本発明の組立工数は、 （ロータ交換＋検査）×０．２ であるから、本発明の組立工数は従来の組立工数よりも
少くなり、ＦＧマグネットの廃止も合わせると、大幅な
コストダウンが達成できる。また、直行率も１００％に
なる。

【００３８】

【他の実施例】本発明は従来例と同様に検査工程を２段
階に設定したが、組立精度自体が本実施例より良い場合
は、どちらか一方を廃止してもよい。また、検査規格も
本実施例では１±０．７５度に設定したが、着磁パター
ンをずらす角度や、モータの駆動マグネットの極数やＦ
Ｇパルスの数によっても、必要な組立精度は変わるた
め、その標準偏差σの値に合わせて設定できる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による電磁
回転機の組立工程は、従来例の検査工程Ｓ４）において
不良品となったロータユニットについて、あらかじめ、
駆動マグネットのメイン着磁とＦＧ着磁の位相差が組立
て精度のバラ付きの標準偏差σについて±２σ程度ずれ
た位相関係の磁界発生手段を保持するロータユニットを
準備しておき、そのロータユニットを交換するだけで、
インデックスセンサレス化の組立て精度を目標精度内に
納め、直行率１００％を達成する。

【００４０】従来例と比較して、調整工程を廃止でき
る。また、外されたロータユニットは再利用できるた
め、着磁工程の工数が増えることもない。更に、ＦＧマ
グネットを廃止して、駆動マグネットの下端面にＦＧ着
磁をすることにより、大幅なコストダウンが達成でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したモータの組立工程を示すフロ
ーチャート。

【図２】本発明を適用したロータユニットの平面図。

【図３】（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明を適用した駆
動マグネットの３様の着磁パターンをそれぞれ示す展開
図。

【図４】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。

【図５】回転位置検出信号の検出原理を説明するタイミ
ングチャート。

【図６】従来例であるロータユニットの平面図。

【図７】現状の組立て精度を説明する表。

【図８】従来の組立て工程を示すフローチャート。

【図９】ＦＧ信号とホール出力信号の位相差と組立て精
度との関係を説明するタイミングチャート。

【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 ５ 回転軸 １０ 回転磁界発生手段（駆動コイル） １１ ステータヨーク １５ 回転位相検出手段（ホール素子） １６ 発電線素（ＦＧパターン） １８ イナーシャリング １９ ＦＧ着磁部 ２０ 駆動マグネット着磁部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータ、ステータおよび回転磁界発生手
   段とからな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
   転する円筒状マグネットを具備し、該円筒状マグネット
   の半径方向に着磁パターンを有する第１の磁界発生手段
   と、前記円筒状マグネットの端面に軸方向に着磁パター
   ンを有する第２の磁界発生手段とから成るロータ部、 前記第１の磁界発生手段の磁界を検出して回転位相検出
   信号を出力する回転位相検出手段と、前記第２の磁界発
   生手段の磁界を検出して回転速度検出信号を出力する回
   転速度検出手段とを有するステータ部、 前記回転位置検出信号と回転速度検出信号との位相差か
   ら、前記ロータの１回転につき１発の回転位置検出信号
   を出力する信号処理手段から成る電磁回転機。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電磁回転機の組立てにお
   いて、 前記回転位置検出信号を出力するための位相差が標準範
   囲に着磁された前記第１及び第２の磁界発生手段を保持
   するロータ部からなる電磁回転機を組立てる工程と、 組立てられた電磁回転機の回転位相検出信号と回転速度
   検出信号との位相差が所定範囲内にあるか否かを測定検
   査する工程と、 検査結果が所定範囲外である前記電磁回転機のロータ部
   は、前記位相差の標準範囲を外して予め着磁された回転
   磁界発生手段を保持するロータ部と交換する工程と、 交換されたロータ部が前記組立て工程において再使用さ
   れる循環工程とを含むことを特徴とする電磁回転機の組
   立て方法。