JPH0698516A

JPH0698516A - 電磁回転機

Info

Publication number: JPH0698516A
Application number: JP91165545A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Imai; 康章今井
Original assignee: Canon Electronics Inc
Current assignee: Canon Electronics Inc
Priority date: 1991-07-05
Filing date: 1991-07-05
Publication date: 1994-04-08

Abstract

(57)【要約】【目的】漏洩磁束に起因する諸問題点の発生を防止
し、かつ構成部品点数を減らすことで、多相ブラシレス
モータの低コスト化、小型／薄型化を実現する。【構成】多相ブラシレスモータの回転位置検出信号Ｑ
を得るために、ロータ４の駆動マグネット１の極数Ｎを
ＦＧマグネット２の極数Ｐより少なくするとともにＮ／
２とＰ／２を素数の関係に設定する。駆動マグネットの
磁界変化検出用の第１磁界検出手段１２と、この出力信
号を２値化する第１比較器と、ＦＧマグネット２の磁界
変化検出用の第２磁界検出手段７ａと、この出力信号を
２値化する第２比較器と、第１比較器の出力をクロック
入力とし、第２比較器の出力信号をデータ入力とするＤ
ラッチ回路とで構成し、Ｄラッチ回路の出力信号を回転
位置検出信号として用いることで、専用の回転位置検出
素子を省ける構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁回転機に係り、特
に、ロータの回転位置検出の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、モータの回転体の回転位置検
出装置として、回転体にマグネットを設けておき、この
マグネットと対向する位置にマグネットの磁気変化を検
出するホール素子などからなる磁気検出素子等を用い
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
て簡単に説明すると、図４（ａ）は従来の３相ブラシレ
スモータの要部破断平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ矢
視断面図であり、また、図５（ａ）は回転位置検出方法
を説明するタイミングチャート、（ｂ）はその回路図で
ある。先ず、図４（ｂ）において３相ブラシレスモータ
の概略構成を述べると、基板７は鉄など磁性材料からな
り、中心に含油ベアリング９を圧入する一方、回転位置
検出手段であるホール素子１８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を一体的に設
けており、含油ベアリング９上部に設けられるベアリン
グ８のインナーレースと含油メタルベアリング９に嵌着
されており、ロータヨーク４他の一体物を基板７に対し
て回動自在に支持されている。

【０００４】次に、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、駆動マグネット１に対し
て回転磁界を作用させることで、回転駆動を行う構成を
有している。このために駆動マグネット１は図４（ａ）
に図示のように１６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。回
転磁界を作用させる構成は、駆動コイル１０をステータ
ヨーク１１の回りに捲着する一方、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、
駆動コイル１０も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。

【０００５】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とともに閉磁気回路を形成している。さらに
また、ロータヨーク４の外周面には切り欠き部４ｈが加
工形成されており、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１７が埋設されてい
る。

【０００６】各相の駆動コイルの駆動タイミングを検出
するホール素子１２は複数分が、適切な位置にされて基
板７上に固着されている。このホール素子１２により駆
動マグネット１からの磁界変化を検出して、適切なタイ
ミングで駆動コイルの各相に電流を流して回転磁界を発
生させて、ロータ４を図４（ａ）の矢印Ａ方向に回転す
るようにしている。

【０００７】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の表面部上には不図示の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、定速回転制御を行う。

【０００８】このロータヨーク４が回転すると、ロータ
ヨーク４に固着されていた位置検出用マグネット１７も
一体回転するので、位置検出用ホール素子１８により位
置検出用マグネット１７の磁界変化を感知して、ロータ
ヨーク４の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。次に、図５において、位置検出信号を発生する位
置検出用ホール素子１８は、（ａ）に図示のような波形
を出力する。この波形信号を（ｂ）に示す比較器１９に
入力し、（ａ）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。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】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
があった。即ち、（１）回転位置検出用マグネット１７
は、ロータヨーク４の最外周面部位に取りつけられてお
り、さらに、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が、このモータを磁気記録再生装置
のデイ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ことから、情報の正確
な記録再生を妨害する問題点がある。（２）回転位置検
出用のホール素子やマグネットを設けるスペースが必要
であり、電磁回転機の小型化及び薄型化を妨げ、更に、
製品コストも高くなる問題点がある。したがって、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
的とすところは、漏洩磁束に起因する諸問題点の発生を
防止し、かつ構成部品点数を減らすことで、電磁回転機
の低コスト化、小型／薄型化を実現することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決し、目
的を達成するために、本発明による回転位置検出装置
は、駆動マグネットの分割される極数Ｎは、ＦＧマグネ
ットの極数Ｐより少なくされ、かつＮ／２とＰ／２は素
数の関係であって、１つの駆動タイミング検出素子の出
力の２値化信号をクロック入力とし、ＦＧ発電線素部か
らの出力の２値化信号をデータ入力とするＤラッチ回路
出力のたち上がりまたはたち下がりを１回転に１回の回
転位置検出信号とするか、または、前記Ｄラッチ出力を
データ入力とし、前記Ｄラッチのクロック入力をクロッ
ク入力とする１ビットシフトレジスタの出力と、前記Ｄ
ラッチ出力との論理積または論理和のたち上がりまたは
たち下がりを、１回転に１回の回転位置検出信号とする
手段を設けている。さらに、前記Ｄラッチのクロックの
位相は、前記Ｄラッチのデータ入力のたち上がりまたは
たち下がりに対し、前記データ入力波形の１周期を３６
０度とし、前記駆動マグネットの極数をＮとすると、概
略、３６０／Ｎ度以上離れている。

【００１１】

【作用】上記の構成により、駆動コイルの位相切り替え
タイミング検出用の検出手段と、回転速度検出用の発電
線素出力を利用して、モータの回転位置検出を行うこと
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
型化を実現することができ、更に、漏洩磁束の発生防止
をする。

【００１２】また、前記相切り替えタイミング検出出力
パルスの立ち上がりまたはたち下がりのタイミングは、
発電線素出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、相切り替えタイミング検
出用ホール素子やホールアンプ、ＦＧアンプの、オフセ
ット電圧などによる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などの誤動作も
発生しないため、簡単な回路構成で回転位置検出信号を
作れることになる。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明の好適な実施例を図面参照の
上で述べる。図１は回転位置検出装置を有したスピンド
ルモータであって、周対向モータに応用したときの平面
図と断面図である。同図において、図４に基づく従来の
装置と同様の部分には同一符号を付してその説明は省略
する。本図において、回転位置検出回路１００には上述
の発電線素７ａとホール素子１２が接続されており、回
転位置検出信号Ｑを出力する。

【００１４】また、図２は、駆動マグネット１の極数Ｎ
とＦＧマグネットの極数Ｐが、Ｐ＝Ｎ×ｎ±２（ただし
ｎは整数）の時の回転位置検出信号をつくる方法を説明
するタイミングチャートと回路図であり、さらにまた、
図３は駆動マグネット１の極数ＮとＦＧマグネットの極
数Ｐが、Ｐ＝Ｎ×（ｎ＋０．５）±２の時の回転位置検
出信号をつくる方法を説明するタイミングチャートと回
路図である。

【００１５】図１において、上述の従来例の構成との相
違部分は、位置検出用マグネット１７と位置検出用素子
１８を省いた代わりに、駆動マグネット１の極数Ｎと、
ＦＧマグネットの極数Ｐとの関係が次式のように制限さ
れていることである。

【式１】Ｐ＝Ｎ×ｎ±２または、

【式２】Ｐ＝Ｎ×（ｎ＋０．５）±２（但し、ｎは整数）即ち、Ｎ／２とＰ／２は素数の関係にある。上式の関係
に設定することにより、位置検出用マグネット１７と位
置検出用素子１８なしに、回転位置検出が後述するよう
に可能となる。

【００１６】また、位置信号検出回路の誤動作を防ぐた
めに、後述のＤラッチのクロックの位相は、Ｄラッチの
データ入力の立ち上がり、または立ち下がりに対して、
データ入力波形の１周期を３６０度とした場合に、駆動
マグネット１の極数をＮとすると、概略、３６０／Ｎ度
以上離れているように、駆動マグネット１とＦＧマグネ
ット２の着磁パターンと、駆動タイミング検出素子１２
とＦＧ発電線素部７ａの位相関係が設定されている。

【００１７】ちなみに、上述の従来例においては、駆動
マグネット１とＦＧマグネット２の着磁パターンの位置
関係や、駆動タイミング検出素子１２とＦＧ発電線素部
７ａとの位置関係は任意であった。次に、Ｐ＝Ｎ×ｎ±
２である時の回転位置検出回路について図２を用いて説
明すると、本図において、Ｐ＝１３０、Ｎ＝１６、ｎ＝
８に設定されている。また、ホール入力２値化信号ＣＫ
は、図２（ｂ）に示す駆動タイミング検出素子のホール
素子１２の出力ＣＫを図５（ｂ）に示した比較器１９と
類似した比較回路（図示せず）を用いて２値化して得ら
れたものである。一方、ＦＧ入力２値化信号Ｄは、図１
（ｂ）に示したＦＧ発電線素部７ａからの出力を同様に
２値化して得られたものである。

【００１８】図２（ａ）に図示のようにホール入力２値
化信号ＣＫは、駆動マグネット１の極数Ｎに応じてロー
タヨーク４の１回転当たり８発分のパルス（ｐｐｒ、パ
ルスパーレボリユーシヨン）を発生する。また、ＦＧ入
力２値化信号Ｄは、ＦＧマグネット２に応じて６５発分
を発生する。さらにまた、前述したように、Ｄラッチ１
３の誤動作を防ぐために、時間Ｔ１において、ホール入
力２値化信号とＦＧ入力２値化信号の位相差は約２２．
５度に設定されている。

【００１９】そして、図２（ｂ）に示すように、ホール
入力２値化信号ＣＫはＤラッチ１３のクロック入力に、
またＦＧ２値化信号Ｄは、データ入力に接続されてい
る。ホール入力２値化信号の立ち上がりでラッチするよ
うにされており、Ｄラッチ１３のＱ出力を得るようにし
て回転位置信号が得られるようにしている。図２（ａ）
と図２（ｂ）を用いて回転位置信号Ｑが作られる過程を
説明する。図２（ｃ）において、データ入力とクロック
の位相関係を示す。クロックに添付されている数字Ｔ
Ｘ、はＴ１から数えられたクロックの順番である。クロ
ックが１発入るにつれて、クロックのデータ入力に対す
る位相は４５度づつ増加していく。したがって、Ｄラッ
チのＱ出力は、クロック入力のＴ５発目とＴ９発目で反
転し、図２（ａ）の下段に示すような、１回転ごとに１
発のパルスが発生する。

【００２０】また、クロックを作るための駆動タイミン
グ検出素子１２にホール素子を使用した場合は、ホール
素子の持つオフセット電圧により、ホール入力２値化信
号のデューティ比が変化し、クロックのタイミングが変
化し、ラッチミスの原因になることがある。また、図示
していないが、ホールアンプやＦＧアンプのオフセット
電圧も誤動作の原因になる。

【００２１】これを防ぐため、Ｄラッチのクロックの位
相は、前記Ｄラッチのデータ入力の立ち上がりまたは立
ち下がりに対し、データ入力波形の１周期を３６０度と
し、駆動マグネットの極数をＮとすると、概略、３６０
／Ｎ度以上離れているように、駆動マグネット１とＦＧ
マグネット２の着磁パターン、駆動タイミング検出素子
１２とＦＧ発電線素部７ａの位相関係が設定されてい
る。

【００２２】図１に示す実施例に於いては、駆動マグネ
ット１の極の境界線１０１、１０２、他は、駆動マグネ
ットの極数をＮ、ＦＧマグネットのＮ極Ｓ極１対を３６
０度とすると、ＦＧマグネットの境界線２０１、２０
２、…の最も近い境界線に対し、概略、３６０／Ｎ度以
上離れるように着磁パターンを設定し、駆動タイミング
検出素子１２は図（ａ）破線の位置、また、鉄基板７の
ＦＧ発電線素部を構成するロータ半径方向に平行な線分
は、図１（ａ）ＦＧマグネット２着磁パターンの境界線
と一致している。

【００２３】以上のように設定することで、図２（ａ）
に示すような、ホール入力２値化信号とＦＧ入力２値化
信号が発生して、Ｄラッチ１３のデータ入力のエッジと
クロックの位相差ができるだけ離れるように設定できる
ため、誤動作を防ぐことができる。次に、第２実施例を
図３に基づいて説明する、本図において、Ｐ＝Ｎ×（ｎ
＋０．５）±２である時の回転位置検出回路について説
明する。Ｐ＝１２２、Ｎ＝１６、ｎ＝７である。ホール
入力２値化信号とＦＧ入力２値化信号は、図２の時と同
様である。

【００２４】ホール入力２値化信号はロータヨーク１回
転で８発のパルスを発生する。ＦＧ入力２値化信号は６
１発である。前述したように、時間Ｔ１に於いて、ホー
ル入力２値化信号とＦＧ入力２値化信号の位相差は約２
２．５度に設定されている。また図３（ｂ）に示すよう
に、ホール入力２値化信号はＤラッチのクロック入力と
１ビットシフトレジスタ１４のクロック入力に、ＦＧ２
値化信号はデータ入力に接続されている。ホール入力２
値化信号の立ち上がりでラッチするものとする。Ｄラッ
チ１３Ｑ出力は１ビットシフトレジスタ１４のデータ入
力とＡＮＤ１５に入力し、ＡＮＤ１５は、Ｄラッチ１３
Ｑ出力と１ビットシフトレジスタ１４Ｑ出力の論理積を
とり、回転位置信号を作っている。コンデンサ１６は、
ＤラッチＱ出力と１ビットシフトレジスタＱの出力のタ
イミングずれのため発生するグリッジ（髭）を除去する
ためのものである。

【００２５】図３（ａ）と図３（ｂ）を用いて回転位置
信号が作られる過程を説明する。図３（ｃ）に於いて、
データ入力とクロックの位相関係を示す。クロックに添
付されている数字はＴ１から数えたクロックの順番であ
る。クロックが１発入るにつれて、クロックのデータ入
力に対する位相は２２５度づつ増加していく。したがっ
て、ＡＮＤ１５の出力は、図３（ａ）下段に示すよう
な、１回転に１発のパルスが発生し、回転位置信号とな
る。

【００２６】ここで、図３（ｂ）中の論理積は論理和で
もよく、パルスの発生する位置は異なるが、図３（ａ）
下段に示すのと類似の回転位置信号が発生する。また図
１においては、駆動マグネットとＦＧマグネットは２部
品にて構成されているが、駆動マグネット１の鉄基板７
に対向している面にＦＧパターンを着磁する等して、１
部品で構成する事も可能である。

【００２７】以上説明したように、本発明によれば、駆
動マグネットの分割される極数Ｎは、ＦＧマグネットの
極数Ｐより少なく、Ｎ／２とＰ／２は、素数の関係にす
ることで、１つの駆動タイミング検出素子の出力の２値
化信号をクロック入力とし、ＦＧ発電線素部からの出力
の２値化信号をデータ入力とするＤラッチ回路出力の立
ち上がりまたは立ち下がりを１回転に１回の回転位置検
出信号とするか、または、前記Ｄラッチ出力をデータ入
力とし、前記Ｄラッチのクロック入力をクロック入力と
する１ビットシフトレジスタの出力と、前記Ｄラッチ出
力との論理積または論理和の立ち上がりまたは立ち下が
りを、１回転に１回の回転位置検出信号とする手段を設
ける事により、回転位置検出用マグネットと回転位置検
出用素子を設ける必要がなくなり、装置システム自体の
小型および薄型化を実現する事ができ、更に、従来の装
置のような記録再生エラーを生じる事がなくなる。

【００２８】さらに、前記Ｄラッチのクロックの位相
は、Ｄラッチのデータ入力の立ち上がりまたは立ち下が
りに対し、前記データ入力波形の１周期を３６０度と
し、前記駆動マグネットの極数をＮとすると、概略、３
６０／Ｎ度以上離れているように、駆動マグネット１と
ＦＧマグネット２の着磁パターン、駆動タイミング検出
素子１２とＦＧ発電線素部ａの位相関係が設定され、Ｄ
ラッチのデータ入力のエッジとクロックの位相差ができ
るだけ離れるようにし、駆動タイミング検出用ホール素
子やホールアンプやＦＧアンプのオフセット電圧等によ
るクロックの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、簡単な構成で、回転位置検出
回路を設けることができる電磁回転機を構成することが
できる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明のように本発明によれば、漏洩
磁束に起因する諸問題点の発生を防止できる。また、構
成部品点数を減らすことで、電磁回転機の低コスト化、
小型／薄型化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は第１実施例の平面図、（ｂ）は（ａ）
のＸ−Ｘ破断図である。

【図２】（ａ）は駆動マグネット１とＦＧマグネット２
で回転位置検出信号の発生の様子を説明したタイミング
チャート、（ｂ）はラツチ回路図、（ｃ）は（ａ）の説
明図である。

【図３】（ａ）は第２実施例の駆動マグネット１とＦＧ
マグネット２で回転位置検出信号の発生の様子を説明し
たタイミングチャート、（ｂ）は第２実施例の構成のラ
ツチ回路図、（ｃ）は（ａ）の説明図である。

【図４】（ａ）は従来の３相ブラシレスモータの回転位
置検出装置の平面図、（ｂ）はは（ａ）のＸ−Ｘ破断図
である。

【図５】従来の回転位置検出方法を説明するタイミング
チャート（ａ）と回路図（ｂ）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、１２駆動タイミング検出素子、１３Ｄラッチ回路、１４１ビットシフトレジスタ、１５ＡＮＤ素子、１７位置検出用マグネット、１８位置検出素子、７ａ発電線素部である。

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【手続補正書】

【提出日】平成５年７月２２日

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基台に設けられる回転磁界発生手段と、
該回転磁界発生手段により回転トルクを発生する多極着
磁された駆動マグネットと回転速度信号を発生するＦＧ
発生手段とを同心円状に外周部位に設けてなる電磁回転
機であって、前記駆動マグネットの極数Ｎを、該駆動マグネットが１
回転するとき、前記ＦＧ発生手段が発生するパルス数の
倍数Ｐより少なくするとともにＮ／２とＰ／２を素数の
関係に設定し、前記駆動マグネットの磁界変化を検出するために前記基
台に配設される磁界検出手段と、該磁界検出手段の出力信号を２値化する第１比較器と、前記ＦＧ発生手段からの出力信号を２値化する第２比較
器と、前記第１比較器の出力信号をクロック入力とし、前記第
２比較器の出力信号をデータ入力とするＤラッチとで構
成し、該Ｄラッチの出力信号を回転位置検出信号として用いる
ことを特徴とする電磁回転機。
【請求項２】前記Ｄラッチ回路のクロック入力をクロッ
ク入力とする１ビットシフトレジスタと、前記Ｄラッチ
回路からの出力信号と、前記１ビットシフトレジスタの
出力の論理積または論理和をとり、前記論理積または論
理和の出力を回転位置検出信号として用いることを特徴
とする請求項１に記載の電磁回転機。
【請求項３】前記磁界検出手段は、前記回転磁界発生
手段の各相の駆動コイルのタイミングを検出するために
配設される複数の検出手段のうちの一個であり、前記第
２比較器に入力する信号は、前記駆動マグネットの回転
速度を検出するための信号であることを特徴とする請求
項２および請求項３に記載の電磁回転機。
【請求項４】前記Ｄラッチのクロック位相は、前記Ｄ
ラッチのデータ入力のたち上がりまたはたち下がりに対
して、前記データ入力波形の１周期を３６０度とし、前
記駆動マグネットの極数をＮとするとき、概略、３６０
／Ｎ度以上離れていることを特徴とする請求項１乃至請
求項３に記載の電磁回転機。