JPH0767309A - 直流ブラシレスモータ及び駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 駆動用と発電用の永久磁石を異なる面で同極
数着磁し一体となし、電機子コイルの通電タイミンング
を制御する位置検出器を不要とすること。 【構成】 内面と軸方向外面に同極数着磁したロ−タを
構成する永久磁石と、ステ−タに設けた所定のコイル数
を有するモ−タ部３１と、発電コイルパタ−ンを配した
回路基板と、発電コイルの発電電圧より駆動相信号を生
成する駆動相形成回路２３と、駆動相信号を電力増幅す
る電力増幅部２７と、発電コイルの周波数より速度制御
信号を生成して電力増幅部２７に与える速度制御回路３
３とより構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の応用分野】本発明はＤＣブラシレスモ−タに
係り、特にフロッピーディスクドライブのスピンドルモ
ータに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、フロッピーディスクドライブ等の
磁気記録装置の小型化が進み、これに用いられるＤＣブ
ラシレスモ−タは、偏平、且つ安価で高精度な回転速度
制御が要求されている。

【０００３】このＤＣブラシレスモータには、ロータの
回転位置を検出し、電機子コイルの通電タイミングを決
める為のホール素子が電機子極数分必要であり、小型化
を図る上で問題になっていた。

【０００４】この複数のホール素子を廃する技術とし
て、特公平５−２７３５８号公報では、ロータ磁石の極
数の整数倍のスリットを設けたエンコーダで、回転速度
に比例した周波数パルスを得て、この周波数パルスを計
数することで電機子コイルの通電タイミングを制御する
ことが示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、エンコーダか
らの周波数パルスは、ロータ磁石の極数の整数倍である
ことから、起動時に励磁相に一定時間電流を流してロー
タの静止位置を確実に決めた後でなければ回転を開始で
きない。この静止位置がずれ、電機子コイルの通電タイ
ミング位置が変わってしまうと、出力トルクの低下を来
したりして、適切な駆動ができないという問題があっ
た。また、静止位置決めの為の時間が必要であることか
ら、設定回転速度を得るまでに時間を要してしまうと云
った問題があった。

【０００６】本発明はこの様な問題に鑑みてなされたも
のであつて、その目的とするところは、ホ−ル素子等の
位置検出素子が不要で、かつ起動時の静止位置決めを必
要としない、フロッピーデスクドライブのスピンドルモ
ータの提供とその制御装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】本発明の直流ブラシレスモ
ータは、回転軸と対向する内側面及び直行する外平面に
Ｎ，Ｓ交互に少なくとも１２極以上同時着磁した円筒状
の永久磁石を有するロータと、前記内側面に対向し巻回
した駆動コイルを前記着磁数及び駆動相数に応じた数量
設けたステータと、前記外平面に対向し印刷パターンで
形成された発電機用コイルとよりなることを特徴とす
る。

【０００８】また、上記直流ブラシレスモータの駆動装
置であって、前記発電用コイルの出力を整形する手段
と、該整形手段の出力信号より所定の相数分の駆動相信
号を形成する手段と、該駆動相形成手段の出力信号を電
力増幅して前記駆動コイルに印加する電力増幅手段と、
前記整形手段の出力信号から回転速度制御信号を得て、
前記電力増幅手段を変調する手段を有することを特徴と
する。

【０００９】

【実施例】図１は本発名の直流ブラシレスモ−タの具体
的な構成例を示すものあり、（ａ）が側断面図、（ｂ）
が上面断面図を示している。

【００１０】符号１はベ−ス基材で、軸受３がベ−ス基
材１に固着されている。この軸受３にはヨ−ク８、スペ
−サ９、磁石（永久）１０よりなるロータ７の中心軸上
に設けられたロータ軸２が挿入され、このロータ軸２を
中心にロータ７が回転自在に取り付けられている。

【００１１】符号５は継鉄からなるステ−タで軸受３に
固着してあり、このステータには駆動コイル６が巻回さ
れ、磁石１０の内面と対向している。磁石１０の磁極数
と駆動コイル総数との関係は、３相駆動では４対３、４
相駆動では３対２に設定する必要があり、定速回転型で
は３相駆動方式が一般的であることから、本発明の実施
例では３相駆動をとっている。

【００１２】本実施例では図１（ｂ）に示すように、点
画帯で示した磁石１０の外面幅の内側に１相当り３個、
計９個の駆動コイル６を設け、この駆動コイル６に対向
する磁石１０の内面には、具体的に図示していないが１
２極の着磁がなされている。また、符号４はベ−ス基材
１に固着した回路基板で、磁石１０の投影面上、つまり
ラジアル方向にジグザグパターンが印刷されており、こ
のパターンがロータ７の回転に応じた周波数の正弦波信
号を出力する発電コイル１１となっている。発電コイル
１１は単線パタ−ンで示したが、積層パタ−ン又は複線
パタ−ンにすることもできる。この方が発電電圧をより
大きくでき、以降に説明する零クロス増幅・整形を正確
に行うためには望ましい。又、駆動コイルに流れる電流
による磁束の乱れから発電コイル１１の発電電圧の位相
ずれを避けるには、外面磁石幅を充分とることが望まし
い。

【００１３】この発電コイル１１に対向する磁石１０の
外面には上記駆動コイル６に対する着磁数と同数の１２
極の着磁がされている。

【００１４】この同数の着磁によりロータ７の１単位角
度回転に対し１周期の正弦波出力が得られるから、以降
に説明する駆動コイル６の通電タイミングを簡単に制御
可能になるわけである。また、この着磁数を同数とする
ことで、上記駆動コイル６に対向する内面の着磁と同時
着磁が可能となり、製造上のコスト低減も図れる付加効
果を生じせしめる。以上がモータ部の基本構成である。

【００１５】次に上記説明したモータの駆動制御装置に
ついて説明する。

【００１６】図２は本発明の実施例のモータ駆動制御装
置の回路構成を示す図である。同図において、モ−タ部
３１はスター結線された３つの駆動コイル６と発電コイ
ル１１で疑似的に示している。符号２０は、整形回路
で、ロータ７の回転に応じた周波数で発電コイル１１か
ら信号線３２に出力される数ｍＶ〜数１０ｍＶ程度の正
弦波信号を零クロス増幅・整形するものであり、オペ・
アンプ２１（又はコンパレ−タ）で構成されている。こ
の整形回路２０からの信号は信号線２２に出力され、駆
動相形成回路２３に入力される。そして、駆動相形成回
路２３は位相の異なる３相の駆動信号を信号線２６に出
力する。

【００１７】上記駆動相形成回路２３は、整形回路２０
から信号線２２に出力される整形後の矩形波信号の前縁
及び後縁を検出する微分回路２４と、この微分回路２４
の出力を受けて所定時間幅の駆動信号を出力するタイマ
ー回路２５で構成されている。

【００１８】図３はこの駆動相形成回路２３の動作を説
明するためのタイミング図であって、（ａ）がロータ７
が設定速度で回転している場合の発電コイル１１から信
号線３２に出力される正弦波信号を、（ｂ）が整形回路
２０で整形され信号線２２に出力される矩形波信号を示
している。

【００１９】微分回路２４では、（ｂ）で示される矩形
波信号の前縁及び後縁を検出し、（ｃ）及び（ｅ）で示
す微分パルスを出力する。タイマ回路２５では、この微
分パルスを受けて、（ｇ）の前縁パルスでは、それと同
期して設定周期ｔの１／３の時間幅の駆動信号（ｄ）
を、また、（ｅ）の後縁パルスでは、タイマー回路２２
に内蔵された図示せぬ遅延回路によりτ時間タイマーの
起動をおくらせて、設定周期ｔの１／３の時間幅の駆動
信号（ｆ）を発生する。ここで、τは、τ＝ｔ／６ な
る値であり、また、もう１つの駆動信号（ｇ）は、駆動
信号（ｄ）及び（ｆ）から論理回路により容易に得るこ
とができる。これら（ｄ）、（ｆ）、（ｇ）の位相の異
なる駆動信号は信号線２６から電力増幅部２７に出力さ
れる。尚、前縁パルス（ｇ）あるいは後縁パルス（ｅ）
どちらか一方を基準にして、駆動信号を形成しても構わ
ないが、負荷変動による速度変動を考慮し、適切な駆動
信号を得るには、２個の微分信号の使用が望ましい。

【００２０】ところで、発電コイル１１からの正弦波信
号の出力電圧値は、ロータ７の回転速度に比例し、起動
当初の低速回転時には非常に小さい値である。そのため
整形回路２０が動作せず、駆動相形成回路２３からは駆
動信号が出力しない。そこで本実施例では、起動時にだ
け補償駆動信号を発生する起動回路２８を設け、起動時
の補償を行っている。起動回路２８は図４の(ａ)、
(ｂ)、(ｃ)に示す様に自起動周波数以下の周波数から定
速回転周波数に向かって徐々に上げて、発電コイル１１
の発電電圧が上昇して駆動相形成回路２３が動作するま
で又は定速回転する近傍まで動作して停止するもであ
る。

【００２１】この起動回路２８からの補償駆動信号と駆
動相形成回路２３からの駆動信号は電力増幅部２７に設
けたＯＲゲート２９により論理和がとられ、増幅器３０
で増幅され、駆動コイル６をバイポーラ（双方向）駆動
する。

【００２２】速度制御回路３３は、整形回路２０からロ
ータ７の回転速度に比例する周波数の矩形波信号１サイ
クル又は半サイクルの時間幅を計測して、定速回転時間
幅との誤差を求め速度制御信号とするもので、増幅器３
０に作用させる。その方式は、公知の増幅器３０の供給
電圧を変調する方式や各駆動信号の時間幅変調する方式
等で行う。本実施の装置は磁気記録装置に用いることか
ら、電磁放射の高調波成分を小さく抑える供給電圧変調
方式を採用した。尚、電磁放射の装置への影響をさほど
考慮する必要がなければ、時間幅変調方式でもよいこと
は云うまでもない。

【００２３】ここで、磁石１０の着磁数を１２とした訳
を説明する。本実施例は、フロッピディスクのスピンド
ルモ−タへの利用を考えており、このスピンドルモータ
は回転速度が６ｒｐｓと決められている。この場合発電
コイル１１の電気周波数は６×６＝３６Hz、つまり１周
期２７.７mSとなりロ−タ７の慣性との関係もあるが円
滑な速度制御ができる限界になるからである。

【００２４】次に、本発明の別の実施例を図５、図６、
図７を用いて説明する。

【００２５】図５は、共通端４０ｄで結線された３つの
発電コイル４０ａ、４０ｂ、４０ｃを所定ピッチづつず
らして設け配置した例で、軸心側を図の上方として水平
展開した図を示している。この様に配置した発電コイル
４０ａ、４０ｂ、４０ｃからは、ロータ７の回転により
図６に示す（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の発電出力が得られ
る。（ｂ）と（ｃ）の波形で零ラインが存在するのは発
電コイル４０ｂ、４０ｃのコイルパターン上への磁石１
０の投影、つまり図５に示す磁石幅が完全にコイル幅と
重ならず、発電コイル４０ｂ、４０ｃと磁束が鎖交しな
い部分が存在するからである。

【００２６】これらを零クロス増幅・整形した後の矩形
波信号が図６の（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に示す波形であ
る。（ｄ）、（ｅ）、(ｆ）の波形をＡ、Ｂ、Ｃとし、
ＢとＣの論理積をとると３相駆動信号図６の（ｇ）、
（ｈ）、（ｉ）が得られる。論理積をとるのは３相間に
オ−バラップ部が無い様にするためである。

【００２７】図７は、この３個の発電コイル４０ａ、４
０ｂ、４０ｃを設けたモータ駆動制御装置の回路構成を
示す図である。

【００２８】符号５０は整形回路で、３つの発電コイル
４０ａ、４０ｂ、４０ｃを整形する３個のオペアンプ５
１より成り、図６のＡ、Ｂ、Ｃ波形を生成し、駆動相形
成回路６０に出力する。この駆動相形成回路６０は、２
個のインバ−タと３個のＡＮＤゲ−トよりなり、Ｂ、Ｃ
波形から３相の駆動信号を生成し、電力増幅部２７に出
力する。以下図２の回路と同様の動作でモ−タは安定し
た定速回転をする。尚、速度制御回路に波形Ａを用いて
いるのは、半サイクルでも正確な速度計測が得られるこ
とに依る。

【００２９】回転速度が所定以上（例えば、ハ−ドディ
スクのドライブの様に２０〜６０ｒｐｓ）の場合は、Ｂ
又はＣ波形からの１周期の速度計測でも充分な速度制御
特性が得られ、この場合コイル４０ａは必ずしも必要と
しない。

【００３０】以上が本発明の実施例であるが、細部にわ
たっては種々変形が考えられるのは無論である。尚、以
上で、系に使用する基準クロック等のクロック系を説明
しなかったが、当然クロック発生器を用いてクロック系
を使用している。また、３相の駆動信号は、本発明のハ
ードウエアによらずとも、マイクロコンピュータを使用
すれば、ソフト的にも生成可能であることは云うまでも
ない。

【００３１】

【発明の効果】以上述べた本発明の構成によれば、ロ−
タの位置検出素子を使用しなくても、駆動用と発電用の
磁石を一体となし、且つ磁極数を同数にすることにより
発電コイルの出力から、正確なロ−タ回転位置がわか
り、電機子コイルの電流切り替えタイミングを適切に制
御できる。また、駆動用と発電用の磁石が一体であるか
らコスト低減も図れる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例のモ−タの側断面図と上面断
面図。

【図２】 本発明の実施例のモータ駆動制御回路図。

【図３】 モ−タの定速回転時の動作を説明する図。

【図４】 モ−タの起動時の動作を説明する図。

【図５】 本発明のモータの別の発電コイルパタ−ンを
示す図。

【図６】 図５に示す発電コイルの出力波形と、生成す
る３相駆動信号を示す図。

【図７】 本発明の別の実施例のモータ駆動制御回路
図。

【符号の説明】

１…ベ−ス基材 ４…回路基板 ５…ステ−タ ６…駆動コイル ７…ロ−タ １０…永久磁石 １１、４０…発電コイル ２０、５０…整形回路 ２７…電力増幅部 ２３、６０…駆動相形成回路 ３１…モ−タ部 ３３…速度制御回路 ２１、５１…オペアンプ ２４…微分回路 ２５…タイマ回路 ２８…起動回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸と対向する内側面及び直行する外
   平面にＮ，Ｓ交互に少なくとも１２極以上同時着磁した
   円筒状の永久磁石を有するロータと、 前記内側面に対向し巻回した駆動コイルを前記着磁数及
   び駆動相数に応じた数量設けたステータと、 前記外平面に対向し印刷パターンで形成された発電機用
   コイルとよりなることを特徴とする直流ブラシレスモー
   タ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の直流ブラシレスモータの
   駆動装置であって、 前記発電用コイルの出力を整形する手段と、 該整形手段の出力信号より所定の相数分の駆動相信号を
   形成する手段と、 該駆動相形成手段の出力信号を電力増幅して前記駆動コ
   イルに印加する電力増幅手段と、 前記整形手段の出力信号周期から回転速度制御信号を得
   て、前記電力増幅手段を変調する手段を有することを特
   徴とする直流ブラシレスモータの駆動装置。