JPH08214526A - 回転位置検出装置付きモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コギングが少なくなりワウ、フラッタを低減
することができる。 【構成】 円周方向にＮ極とＳ極とが交番する界磁磁界
を有するマグネットを備えた回転自在のロータと、前記
マグネットと対向する電機子コイル及び前記界磁磁界の
磁束密度に応じた検出電圧を出力する磁電変換素子とを
備えたステータと、前記界磁磁極の一の磁極の磁束密度
を他の磁極より低くしたマーク磁極と、前記マーク磁極
の磁束密度に対応した前記検出電圧に応じて前記ロータ
の回転位置基準信号を出力する弁別回路とを備えた回転
位置検出装置付きモータにおいて、前記界磁磁極に前記
マーク磁極の磁束密度と他の界磁磁極の磁束密度との中
間の磁束密度を有する補正磁極を備えた回転位置検出装
置付きモータ。

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ＦＤＤのディス
クの回転基準タイミングを示す所謂インデックス信号
や、ＶＴＲの回転ヘッドを備えたシリンダの回転の回転
基準タイミングを示す所謂ＰＧ信号等の回転基準信号を
出力する回転位置検出装置付きモータに係り、マーク磁
極の影響によるコギングトルクを軽減した回転位置検出
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は特開平２−１０５６９号及び
特願平５−２９７４１５号等において界磁磁界の一極に
ピークの磁束密度が他の磁極の磁束密度よりも低くした
マーク磁極を設け、このマーク磁気磁極に対応した検出
電圧に応じてロータの回転基準位置信号を出力する弁別
回路を備えた回転位置検出装置付きモータに関する技術
を提案した。これらの技術によれば、ホール素子のよう
な磁電変換素子の感度のバラツキや温度特性による検出
電圧に拘ることなく回転基準位置信号の弁別動作が安定
するなどの効果を奏するものである。

【０００３】図８は有鉄芯ラジアルギャップ型ホールブ
ラシレスモータにおける従来の回転位置検出装置付きモ
ータの概略構造を示す分解斜視図である。

【０００４】ロータ１は１６極の駆動用の界磁磁極を形
成したマグネット３をロータヨーク２内に保持し、フレ
キシブル磁気ディスク（図示せず）を回転駆動するセン
ターハブ、ロータ軸（共に図示せず）と一体回転する。
この駆動用マグネット３には界磁磁界中の任意の一極
（例えばＮ極）の一部（磁力の最も強い部分）に着磁を
しないか、または着磁を弱めた部分４ａを設けることに
より、この磁極の磁束密度を他の磁極の磁束密度よりも
低くなるようにしてマーク磁極３Ａとして構成してい
る。

【０００５】この最も磁力の強い部分とは図示のよう
に、この一つの磁極３Ａの外周寄りの略中央部分であ
る。

【０００６】一方、ステータベース９上には上記界磁磁
極と対向して設けられたステータ鉄芯５の１２個のティ
ースに３相の駆動コイル７ａ，７ｂ，７ｃがそれぞれ巻
回され、それぞれ電気角で１２０度の角度で配置された
３個の界磁磁極検出用のホール素子６ａ，６ｂ，６ｃが
配置され、かつ中央に上記ロータ軸を回転自在に支持す
る軸受８が配置され、ステータ部を構成している。この
ロータ軸を軸受８に軸支することによりダイレクトドラ
イブ型スピンドルモータを構成している。

【０００７】そして、ロータ１はマグネットの界磁磁
界、駆動コイル、ホール素子、図示せぬブラシレスモー
タ駆動回路の相互作用による公知のブラシレルモータの
回転原理により回転駆動される。また、駆動マグネット
３の界磁磁極の一極中に設けたマーク磁極３Ａがホール
素子と対向した場合の出力電圧の振幅は、他の磁極の６
５％になるように着磁等の調整を施し、他の磁極の出力
振幅との差を弁別回路にて弁別して回転基準位置信号を
出力するように構成している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】それぞれの界磁磁極は
ステータ鉄芯との吸引力を生じており、これが所謂コギ
ングトルクとなる。しかし、それぞれの磁極の磁束密度
とそれぞれのテース形状が全周に亘って均一であれば全
周で生じるコギングトルクは位相が異なるため、概ね打
ち消され全体としては小さくなる。しかし、上記したよ
うな界磁磁極の一極にピークの磁束密度が他の磁極のそ
れよりも低くした部分を有するマーク磁極３Ａが設けら
れると全周均一の条件が崩れることになり、打消しが不
完全となった分ロータの一回転当りステータのテース数
に相当するサイクルで繰り返す大きな変動となる。

【０００９】図９は従来の回転位置検出装置付きモータ
のコギングトルクを示すもので有り、図１０はこのモー
タを３００ｒｐｍで回転するフレキシブルディスクドラ
イブのスピンドルモータに展開した場合の回転ムラ（Ｗ
／Ｆ）を周波数分析したもので、上記したコギングトル
クによる回転ムラ成分である６０Ｈｚ成分（３００ｒｐ
ｍ×１２サイクル÷６０）が０．２３％と大きい様子を
示している。このようにコギングトルクはモータの回転
に回転ムラを生じ、情報の安定した記録または再生に支
障をきたす原因となり、ひいては機器の信頼性が低下す
る可能性が有った。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
てなされたものであり、円周方向にＮ極とＳ極とが交番
する界磁磁界を有するマグネットを備えた回転自在のロ
ータと、前記マグネットと対向する電機子コイル及び前
記界磁磁界の磁束密度に応じた検出電圧を出力する磁電
変換素子とを備えたステータと、前記界磁磁極の一の磁
極の磁束密度を他の磁極より低くしたマーク磁極と、前
記マーク磁極の磁束密度に対応した前記検出電圧に応じ
て前記ロータの回転位置基準信号を出力する弁別回路と
を備えた回転位置検出装置付きモータにおいて、前記界
磁磁極に前記マーク磁極の磁束密度と他の界磁磁極の磁
束密度との中間の磁束密度を有する補正磁極を備えたこ
とを特徴とする回転位置検出装置付きモータ提供するも
のである。

【００１１】

【実施例】以下に本発明に係る回転位置検出装置付きモ
ータの好適な一実施例を図１乃至図７を参照して詳細に
説明する。

【００１２】図１は本発明の回転位置検出装置付きモー
タの一実施例の概略構造を示す分解斜視図、図２は本発
明装置を駆動するブロック図、、図３は図２の回路の動
作を示すタイミングチャート、図４は図２のブロック図
の内容を示す回路図である。なお、図１において上記し
た従来例と同一の部分には同一の符号を付してある。

【００１３】図１に示すモータの分解斜視図にて説明す
ると、ロータ１は１６極の駆動用の界磁磁極を形成した
マグネット３をロータヨーク２内に保持し、フレキシブ
ル磁気ディスク（図示せず）を回転駆動するセンターハ
ブ、ロータ軸（共に図示せず）と一体回転する。この駆
動用マグネット３には界磁磁界中の任意の一極（例えば
Ｎ極）の一部（磁力の最も強い部分）に着磁をしない
か、または着磁を弱めた部分４ａを設けることにより、
この磁極の磁束密度が他の磁極の磁束密度よりも低くな
るようにしてマーク磁極３Ａとして構成している。この
最も磁力の強い部分とは図示のように、この一つの磁極
３Ａの外周寄りの略中央部分である。

【００１４】そして、ロータ１の矢印で示す回転方向に
おいて上記マーク磁極３Ａの次の同極３Ｂ（Ｎ極）に、
上記マークを磁極４ａが付された磁極３Ａの強度をマー
クの無い磁極（Ｓ極）との強度（磁束密度）の中間の強
度（磁束密度）となるように着磁操作した部分４ｂを有
する補正磁極３Ｂが配設されている。この着磁操作した
部分４ｂもまた外周寄りの略中央部分としてある。

【００１５】上記マーク磁極となる磁極３Ａはホール素
子と対向した場合の出力振幅は、補正磁極となる磁極３
Ｂを除いた磁極強度の６５％となるようにし、また補正
磁極となる磁極３Ｂがホール素子と対向した場合の出力
振幅は他の磁極のそれの８５％になるように着磁などの
調整が施してある。

【００１６】ここで、図２〜図４に示すようにホール素
子６ａ、６ｂ、６ｃからブラシレスモータ駆動回路１０
に供給された信号に応じて３相の電機子コイル７ａ〜７
ｃに順次駆動電流を流すことによりロータ１は矢印方向
に回転する。

【００１７】ロータ１の回転に伴いホール素子（ＨＧ）
６ａ，６ｂ，６ｃからは図３のａ，ｂ，ｃのような位相
が１２０度ずつずれた正弦波状の電圧が出力される。こ
の波形は駆動マグネット３の一回転に付き一回マーク磁
極３Ａが各ホール素子と対向した場合の振幅の小さな波
形と、補正磁極３Ｂが各ホール素子と対向した場合の中
間の振幅の波形とを含んでいる。図中、点線で示す部分
はマーク磁極３Ａや補正磁極３Ｂに磁極操作をしていな
い場合の通常の波形である。

【００１８】各ホール素子（ＨＧ）６ａ，６ｂ，６ｃの
出力はブラシレスモータ駆動回路９に供給され、またホ
ール素子６ｃの出力ｃは図２に示す増幅回路１１にも供
給され、ここで適宜増幅されて図３のｄに示す波形とな
る。即ち、図４において直列に接続されたホール素子６
ａ〜６ｃはバイアスされており、ホール素子６ｃの出力
ｃがトランジスタＱ1 〜Ｑ10、抵抗Ｒ3 〜Ｒ5 、ダイオ
ードＤ4 等で構成される増幅回路１１によって適宜増幅
され、ＮＰＮトランジスタＱ10のエミッタより出力さ
れ、この出力ｄは図２に示すように電圧比較回路１４の
反転入力端子、ピークホールド回路１２、整形回路１５
にそれぞれ供給される。

【００１９】このピークホールド回路１２は入力電圧の
最大値を検出保持し、図３のｅに示す波形の出力を基準
電圧発生回路１３に供給する。即ち、ピークホールド回
路１２は図４においてトランジスタＱ11〜Ｑ17、コンデ
ンサＣ1 などで構成され、ＮＰＮトランジスタＱ17のエ
ミッタに出力される。基準電圧発生回路１３は入力電圧
を７５％に分圧して電圧比較回路１４の非反転入力端子
（Ｑ18）に基準電圧Ｖｔとして供給する。この基準電圧
Ｖｔのレベルは図３のｄに示すように、ホール素子がマ
ーク磁極３Ａと対向した場合のピーク値と、補正磁極３
Ｂに対向した場合のピーク値の中間であるから、この電
圧比較回路１４の出力は図３のｆに示すように、ホール
素子６ｃがマーク磁極４以外の補正磁極３Ｂのピークと
対向した場合に「Ｌ」に、他の場合は「Ｈ」になってお
り、この出力ｆを図２に示すように弁別回路１５に供給
する。即ち、図４ではＲ6 ，7 が基準電圧発生回路１３
を、Ｑ18〜Ｑ22などが電圧比較回路１４を構成してい
る。

【００２０】図２の整形回路１５は入力信号を更に増幅
し矩形波に整形して、図３のｇに示すような信号を弁別
回路１６に供給する。図４においてＱ23〜Ｑ27が整形回
路１５を構成している。図４に示すような弁別回路は電
圧比較回路１４の出力ｆの「Ｌ」論理によってセットさ
れ、整形回路１５の出力ｇの「Ｌ」論理によってリセッ
トされるＲＳフリップフロップ（ＲＳ−ＦＦ）のＱ出力
をクロック入力端子に整形回路１５の出力信号ｇを供給
され、この信号の立ち下がりエッジでトリガされるＤフ
リップフロップとで構成される。この結果、ＲＳフリッ
プフロップのＱ出力端子には図３のｈ、Ｄフリップフロ
ップのＱ出力端子には回転基準位置信号所謂インデック
ス信号ｉが出力される。

【００２１】このように補正磁極３Ｂのピークの磁束密
度はマーク磁極３Ａのピークの磁束密度との中間である
から回転基準位置信号の検出動作には影響はない。

【００２２】次に補正磁極３Ｂとコギングトルクとの関
係について説明する。図５ｊはマーク磁極３Ａによるコ
ギングトルクであり、駆動マグネット３の回転に伴い一
回転当たり１２サイクルのトルク変動を生じる。図５ｋ
は補正磁極３Ｂによるコギングトルクであり、駆動マグ
ネット３の回転に伴いコギングトルクｊとは位相が異な
るがやはり１２サイクルのトルク変動を生じる。これら
の位相差Ｄｐはマーク磁極３Ａと補正磁極３Ｂとの位相
差Ｍと駆動磁極数Ｔとにより式（１）で与えられる。

【００２３】 Ｄｐ＝２×Ｔ×Ｍ／Ｐ （１） それぞれのコギングトルクが打ち消し合うためにはコギ
ングトルクｊとコギングトルクｋの基本波が実質的にπ
の位相差を有することが好ましく、式（１）からＤｐが
Ｎ（但しＮは１，３，５…などの奇数）×πとなる条件
を求めると式（２）となる。

【００２４】 Ｍ＝Ｎ×π×Ｐ／（２×Ｔ） （２） この式（２）にＰ＝１６、Ｔ＝１２を代入すると、＜表
１＞なる関係が得られる。

【００２５】

【表１】

【００２６】上記それぞれのＭの位置に補正磁極３Ｂを
設けることは可能であるが、Ｎ×Ｐ／（２×Ｔ）が整数
となるＮ＝３の２π及びＮ＝９の６π等の位置は製作が
容易であり、より好ましいと言える。

【００２７】図１の駆動マグネット３におけるマーク磁
極３Ａと補正磁極３Ｂとの位相差は２πであり、Ｎ＝３
の条件に合致するから、コギンクトルクｊとコギングト
ルクｋとは基本波で逆位相であり概ね打ち消し合い、図
５のｌのように約１／３に小さく、また周波数も高くな
る。

【００２８】図６は本発明を実施した回転位置検出装置
付きモータを３００ｒｐｍで回転するフレキシブルディ
スクドライブのスピンドルモータに適用した場合のモー
タの回転ムラ（Ｗ／Ｆ）を周波数分析したものであり、
前述したコギングトルクによる回転ムラ成分である６０
Ｈｚ成分（３００ｒｐｍ１２サイクル６０）が補正磁極
を備えたことにより０．０８％と約１／３に低減された
ことが示されている。補正磁極によるコギングの打消し
効果はマーク磁極と補正磁極の強度の比に依存し、その
比が大なれば打消し効果を失ない、その比が小ならば回
転位置検出の弁別動作に支障をきたすことになる。

【００２９】図７はマーク磁極３Ａの強度を１００％と
して補正磁極の強度を比で表し、この比とモータの回転
ムラ（Ｗ／Ｆ）の関係を示したもので、本例では補正磁
極３Ｂが８５に対してマーク磁極３Ａが６５でその比１
３０％であるが、図示の如く１５０％以下で良好な回転
ムラと特性を得ている。これから安定した回転位置検出
動作を得るため１１５％以上が好ましく、また良好な回
転ムラ特性を合わせて得るには、これらの比は１１５％
から１５０％程度であることが好ましい範囲である。

【００３０】なお、前述の説明で補正磁極は１箇所とし
たが打消し条件が合致すれば複数設けても良い。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述した本発明に係る回転位置検出
装置付きモータによると、マーク磁極によるコギングを
補正磁極によるコギングで打消し低減するから、モータ
のワウ・フラッタが良好で、情報記録再生装置等に使用
した場合、安定した記録再生を行ない得ると共に、機器
の信頼性が図れる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る回転位置検出装置付きモータ一の
実施例を示す概略分解斜視図である。

【図２】本発明の回転位置検出装置付きモータのブロッ
ク図である。

【図３】図２の回路の動作を示すタイミングチャートで
ある。

【図４】図２のブロック図の内容を示す回路図である。

【図５】本発明におけるコギングトルクの説明図であ
る。

【図６】本発明装置における回転ムラの周波数分析図で
ある。

【図７】本発明における補正磁極強度−回転ムラを示す
特性図である。

【図８】従来の回転位置検出装置付きモータの概略分解
斜視図である。

【図９】従来のモータのコギングトルクの説明図であ
る。

【図１０】従来の回転ムラの周波数分析図である。

【符号の説明】

１…ロータ、３…マグネット、３Ａ…マーク磁極、３Ｂ
…補正磁極、６ａ，６ｂ，６ｃ…ホール素子、７ａ、７
ｂ、７ｃ…電機子コイル。

【数１】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円周方向にＮ極とＳ極とが交番する界磁磁
   界を有するマグネットを備えた回転自在のロータと、前
   記マグネットと対向する電機子コイル及び前記界磁磁界
   の磁束密度に応じた検出電圧を出力する磁電変換素子と
   を備えたステータと、前記界磁磁極の一の磁極の磁束密
   度を他の磁極より低くしたマーク磁極と、前記マーク磁
   極の磁束密度に対応した前記検出電圧に応じて前記ロー
   タの回転位置基準信号を出力する弁別回路とを備えた回
   転位置検出装置付きモータにおいて、前記界磁磁極に前
   記マーク磁極の磁束密度と他の界磁磁極の磁束密度との
   中間の磁束密度を有する補正磁極を備えたことを特徴と
   する回転位置検出装置付きモータ。
2. 【請求項２】前記補正磁極の強度を前記マーク磁極の強
   度の１１５〜１５０％とした請求項１記載の回転位置検
   出装置付きモータ。