JP2006220650A - モータの検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータの回転体の慣性モーメントの大小によらず、モータのロータと非接触状態でモータの逆起電力を正確に測定すること。
【解決手段】 モータの検査方法であって、あらかじめ、少なくとも一つの前記モータについて、惰性回転時の経過時間と回転数の減少との間の関連を測定又は推定して、減速関数を決定する。その後、第１の工程として、個々の前記モータに対して、ある一定の回転数で回転させる次に、第２の工程として、第１の工程の直後に前記コイルリード線と電源との電気的接続を絶って、回転子を固定子に対して惰性回転させ、その間に前記コイルリード線の両端の電位差を測定する。続いて、電位差の測定値を、あらかじめ決定しておいた減速関数に基づいて補正して、ある特定回転数における電位差の値に補正する第３の検査工程を含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、モータの逆起電力を検査する方法に関するものであり、特に、モータを惰性回転させた場合に、コイルの両端部に生じる逆起電力の測定値を、一定回転時に発生する逆起電力の値に補正する方法に関するものである。

モータは、電気エネルギーと力学的な回転エネルギーとの相互変換を可能にする、現代社会において不可欠なエネルギー変換装置である。モータには、直径数ミリメートルの小型のものから、直径１メートルを越える大型のものもあり、幅広い用途で使用されている。

例えば、情報技術分野においては、ディスク状の記録媒体を回転させるために小型モータが使用されている（特許文献１）。

モータは、永久磁石と、永久磁石の磁極と対向するように巻回されたコイルと、を備えて構成される。永久磁石は、回転子又は固定子のいずれか一方を構成し、コイルは、他方を構成する。回転子は固定子に対して回転可能に支持される。コイルに通電すると誘導磁場が発生し、永久磁石の発生する磁場との磁気相互作用によって、回転子が回転運動する。

モータの特性を示す重要な指標として、トルク定数がある。永久磁石の界磁磁場は、時間や回転子の回転に対して一定として取り扱うことができ、モータが発生するトルクは、コイルに通電する電流と比例関係にあり、その比例定数がトルク定数である。また、同様に、コイルに発生する逆起電力と回転子の回転数との間にも比例関係があり、この比例定数が逆起電力定数である。トルク定数と逆起電力定数とは物理的に同じものであり、逆起電力定数を測定することによってトルク定数を知ることができる（非特許文献１）。

なお、ここで言う逆起電力とは、永久磁石の磁場によってコイルに発生する誘導起電力のことであり、コイルの両端または、それに対応する位置間の電位差を測定することによって求められ、その発生する値は、回転子と固定子の相対的回転角度位置によって周期的に変化することがわかっている。

近年、あらゆる分野において省エネ化が要求されており、モータの低消費電力化のニーズはさらに高まっている。前述の通り、トルク定数（即ち、逆起電力定数）は、モータのエネルギー変換効率を示す値でもあり、トルク定数を正確に把握できるようにするために、逆起電力を正確に測定することは非常に重要である。

逆起電力を測定する方法には、大きく分けて２つの方法がある。ひとつは、外部からの駆動装置によってモータをある所定の回転数で強制的に回転させ、モータが発生する逆起電力を測定する方法である。この方法によれば、測定される逆起電力は一定の周期・波形・振幅を示す。したがって、強制回転させる回転精度を高めれば、非常に高い精度で逆起電力を測定することができる。

しかし、この測定方法では、モータを外部から強制的に回転させるために、モータのロータまたはそれに取り付けられた回転体に、外部からの駆動装置を取り付けなければならない。その際に微細な傷や歪み、粉が生じやすく、精密機器用のモータや傷つきやすい材料で製作されたロータには、この測定方法は使用できないという欠点がある。

もうひとつの方法は、入力通電によって定常回転しているモータの入力を断ってロータを惰性回転させ、惰性回転中にモータが発生する逆起電力を測定する方法である。ロータ及びそれに取り付けられた回転体の回転中心軸回りの慣性モーメントが十分に大きい場合、その回転エネルギーの減少分は少ないので惰性回転中の回転数の低下度合いは小さく、短時間であれば、ほぼ一定の回転速度で回転する。そして、その間に測定される逆起電力は、ほぼ一定の周期・波形・振幅を示す。

しかし、この方法では、回転中心軸回りの慣性モーメントが小さい場合には、各種損失の影響比率が大きいと回転数はすぐに変化してしまうので、回転速度と回転角度位置に強く依存する逆起電力を正確に測定することはできない。極端な場合には、必要なデータを採取する前に停止してしまうので、測定自体ができないケースも発生する。つまり、この方法が利用できるためには、回転中心軸回りの慣性モーメントは十分に大きくなくてはならず、軽量・小型のモータの測定には不向きである。

後者の方法では、測定中に回転数が低下することは本質的に避けられない。したがって、測定中の回転数変化を適切に評価し、短時間の測定で逆起電力を高精度に求める方法を案出することが課題であった。

特開２００３−２２８９５９号公報 見城尚志 永守重信 著「新・ブラシレスモータ―システム設計の実際―」第２版 総合電子出版社 ９頁〜１０頁

本発明は、上記の従来の技術が抱える課題に鑑みてなされたものである。すなわち、モータのロータまたはそれに取り付けられた回転体に、外部からの駆動装置を取り付けることなく、かつ、入力を断つことによって惰性回転させるモータの回転数低下量の多少に係らず、逆起電力を高精度に測定する方法を提供することを目的とする。

本発明による逆起電力の検査方法は、永久磁石と、コイルリード線が巻回されたコイルとを有し、永久磁石と前記コイルとのいずれか一方が固定子を構成し、他方がその固定子に対して回転する回転子を構成するモータに適用することができる。

その検査方法は、あらかじめ、少なくとも一つのモータについて、惰性回転時の経過時間と回転数の低下量との関係を測定又は推定することによって、減速関数を決定しておく。さらに、第１の工程として、個々のモータにおいて、コイルリード線の両端を電源と電気的に接続することによって、回転子を固定子に対し、ある一定の回転数で回転させる。続いて、その工程の直後に第２の工程として、前記コイルリード線と電源との電気的接続を断ち、回転子を固定子に対して惰性回転させ、回転数が徐々に低下している間に前記コイルリード線の両端の電位差を測定する。そして、第３の検査工程として、先に決定した減速関数に基づいて電位差の測定値を補正し、ある特定回転数での一定回転保持状態における逆起電力の値を求めるという方法である。

この検査方法では、回転数低下量の多少を問わず、あらゆるモータの逆起電力を安定且つ正確に測定することができる。なお、第２の工程において、第２の工程における測定と第３の工程における補正とを同時に行ってもよい。

一つの望ましい方法として、コイルを基準としたモータロータの相対回転角度位置をθ、基準時からの経過時間をt、惰性回転中に回転数を低下させる回転抵抗は回転角速度に1次比例するものとし、その比例定数をλとおいて減速関数を設定する。このとき、モータロータの惰性回転中の運動方程式は数１で示される。

で示される。

数１は、理論解析的な手法でも、数値的な解析手法でも容易に解ける。この解は、解を決定づけるパラメータが少なく、精度良く、且つ容易にパラメータを定めることができる。

たとえば、逆起電力の測定値と経過時間の測定値から、モータ固有の減速関数のパラメータを求めることができる。さらに、この値を用いることによって、モータロータが測定時の回転角速度で一定回転している状態で、測定時の回転角度位置に至った時に発生する逆起電力を補正計算により求めることができる。

本発明の方法では、１回転程度の正常な回転状態でのデータが採取できれば良いので、非常に短時間に測定が完了する。従って、小径ディスクを回転させるハードディスク用スピンドルモータは、回転中心軸回りの慣性モーメントが小さく、短時間で停止してしまうために精度の良い測定が困難であったが、本発明の方法を適用することで、高精度に逆起電力を計測することが可能となる。さらに、検査治具の装着工数を含めて検査工程・時間を短縮できるので、生産性を大幅に向上することができる。

また、別な望ましい方法として、スピンドルモータの回転子の回転位置を経時的に測定可能な装置を装着使用できる場合には、その回転位置測定装置の出力信号を用いて数１からモータ固有の減速関数のパラメータを求めても良い。

なお、減速関数が内包する、各モータ固有のパラメータについて、複数のモータの実測値を元にしてパラメータの値をあらかじめ定め、前記測定された電位差を補正してもよい。

また、あらかじめパラメータの範囲を定めておいて、測定時に、そのパラメータの範囲内に入るか否かの判定をすることにより、検査を行ってもよい。

加えて、測定された電位差（逆起電力）の複数の極大値及び／又は極小値あるいは実効値から、それぞれ最小自乗法を用いて演算し、前記減速関数のパラメータλを求めてもよい。

本発明の方法のうち、特に請求項２乃至７に記載された方法は、回転の抵抗が回転角速度と比例する場合に、特に精度よい値を得ることができる。その範囲を知るためには、例えばシミュレーションなどによって、モータの風損・鉄損・軸損などの、種々の損失を概算してみることによって得ることができる。特に軸損が主な損失の原因となる場合には、回転の抵抗と回転角速度とは１次の比例関係にあるとみなすことができる。また、回転角速度が、モータ固有のある一定の回転角速度以下の場合には、回転の抵抗が一定であるとみなすことができ、十分に高い精度で補正を行うことができる。

また、本発明は、永久磁石を回転子とし、コイルを固定子とする直流ブラシレスモータに適用することができる。直流ブラシレスモータは、通電のために、各コイルの端子が駆動回路に接続されている。ブラシレスモータは、惰性回転による逆起電力測定時にブラシの摺動による損失の影響を考慮する必要がない。そのため、逆起電力の補正が容易である。ブラシレスモータの測定を行なう場合、第２の工程時に、コイルには２相または３相のそれぞれ異なる位相の逆起電力が発生する。整流回路によって、それら各コイルで発生した逆起電力の値を比較し、絶対値が最大の値を整流波形として出力させる。この整流波形を逆起電力の測定値とするとよい。

また、ハードディスクや光ディスクなどを回転させるスピンドルモータは、高い回転精度を要求されるゆえに、本発明が適用されることが望ましい。特に直径２．５インチ以下のディスク状媒体を２００００回転毎分以下で回転させるようなモータの場合には、慣性モーメントが小さく、回転数が低下する時間が短い。そのため、本発明の検査方法を用いることが望ましい。

なお、回転抵抗が回転角速度の２乗や３乗に比例するような場合には、数１の右辺は回転角速度の２乗や３乗の項を含む複雑な形になるが、回転角速度及び回転角加速度を算出して2次以上の摂動を考慮することで減速関数を求めても良い。

本発明のモータの逆起電力の測定方法を用いることにより、回転体の慣性モーメントの大小によらず、回転数が低下してしまう場合であっても、モータの回転体と非接触状態で、高い精度で逆起電力の測定を行うことができる。

さらに、測定条件を整えれば非常に短時間の測定で、十分正確な測定を行うことができ、検査工程を短縮することができる。特に、この検査工程が、製造ライン上で生産されたモータ全数に対してなされる場合には、生産性を向上させることができる。

本発明の実施形態について、図を用いて説明する。なお、本発明の実施形態の説明において、上下左右等の方向をあらわす語句を用いる場合があるが、特別な記載がない限り図中の方向を示しているに過ぎず、実施に際しての方向を限定するものではない。

（第１の実施形態）
本発明の検査方法の第１の実施形態として、ハードディスク用のスピンドルモータの検査方法について説明する。図１は、本実施形態におけるハードディスク用のスピンドルモータである。

（１−１ スピンドルモータの構成）
スピンドルモータ１は、直流ブラシレスモータであり、複数の磁極歯３ａを有するステータ３を備える。その磁極歯３ａにはコイル３ｂが巻回され、コイル３ｂの両端はコイル３ｂへの通電を制御する駆動回路に接続される。ステータ３は、スピンドルモータ１のベース２に固定されている。ステータ３の磁極歯３ａと径方向に対向する位置には、環状のロータマグネット４が取り付けられる。ロータマグネット４は複数の磁極が着磁された永久磁石であり、界磁磁場を発生させている。ロータマグネット４は回転体であるロータハブ５に取り付けられ、軸受によってステータ３に対して回転自在に支持される。軸受には、流体動圧軸受が用いられる。

（１−２ モータのエネルギー損失）
このスピンドルモータ１は、直径２．５インチのハードディスクを回転させるスピンドルモータ１であり、ロータハブ５にはディスク載置面５ａが形成されている。このスピンドルモータ１の主なエネルギー損失は、軸損、鉄損、風損である。

軸損とは、軸受部分の摩擦によって生じるエネルギー損失である。風損は、ロータマグネット４及びロータマグネット４と一体に回転するロータが回転する際に、周りの空気を巻き込んで回転することによって生じるエネルギー損失である。鉄損は、ステータ３の磁極歯３ａを構成する鉄心を磁化する際に、誘導起電力が発生したり、磁化の抵抗が発生したりすることによって生じる損失である。

図２は、本実施形態に用いるスピンドルモータ１の回転数と電流値（電源電圧を一定としているので、単位時間当たりの消費電力を示す）との関係を示すグラフであり、その電流値のそれぞれが、前述の損失のうちどれに該当するのかを判別できるように記載されている。なお、このグラフは、スピンドルモータ１に記録ディスクを載置した条件で解析したものである。そのため、モータ単体で検査する場合に比べて、鉄損と軸損は同等の値であるが、風損は大きくなっている。

本実施形態において、磁極歯３ａに用いられる鉄心は、磁化されやすくかつ鉄損が少ないように、珪素鋼板が用いられている。そのため、磁化に伴って生じる損失は、他の二つの損失と比べて十分に小さい。なお、モータの種類によっては、この鉄損がかならずしも小さくない場合もあり、その場合には、鉄損の影響も考慮に入れた補正を行う必要がある。

また、スピンドルモータ１のロータハブ５に載置された直径２．５インチの記録ディスクは、風損を発生させる凹凸が少ないので、およそ２００００ｒｐｍまでは、軸損によるエネルギー損失の方が大きい。なお、記録ディスクを載置しない状態のスピンドルモータ１は、さらに風損が小さい。そのため、軸損がエネルギー損失に占める割合は大きい。

軸受には流体動圧軸受が用いられている。軸損はモータの損失の大部分を占めている。また、軸損は回転数に比例して増大する。

全体で見ると、およそ２００００ｒｐｍまでは、回転数に比例してエネルギー損失は増大し、それ以上の回転数においては風損による影響が大きく作用して、エネルギー損失はより急激に大きくなっていく。逆に、本実施形態において２００００ｒｐｍ以下の回転数が低い領域では、風損や鉄損による損失は十分小さい。したがって、回転抵抗と回転数とは、実質的に比例しているとみなすことができる。

以上の検討結果から、減速関数を回転角速度に1次比例する関数と設定する。

（１−３ 逆起電力の測定）
逆起電力の測定には、被測定物であるスピンドルモータ１と、その端子間電位差を経時的に測定可能な装置（たとえばデジタルオシロスコープ、電圧計など）を用いる。測定時間と端子間電位差の関係がデジタル又はアナログのデータとして出力できる装置であれば、さらに好都合である。微小な時間刻み毎に測定した電位差のデータを計算機で解析処理し、必要な諸数値を求める。なお、手計算で求めても、計算機を用いて求めても同様の解が得られることはいうまでもない。

まず、第１の工程として、被測定物であるスピンドルモータ１のコイル３ｂへの通電を制御する駆動回路をONにし、コイル３ｂを電源と電気的に接続することによって、回転子を固定子に対し、ある一定の回転数で回転させる。

続いてその工程の直後に、第２の工程として、コイル３ｂへの通電を制御する駆動回路をOＦＦにし、コイル３ｂと電源の電気的接続を絶ち、回転子を固定子に対して惰性回転させ、回転数が徐々に低下している間に、スピンドルモータ１のコイル３ｂの両端の電位差を、定めた微小時間刻み毎に測定する。本実施の形態ではサンプリングレートを５００００Ｈｚに設定しているので、例えば回転数が６０００ｒｐｍで一定ならば、１回転当たり５００点のデータを採取する勘定になる。

図４ａは、その計測の結果を表している。この計測時間をT_m、コイル３ｂの両端に発生する電位差をV_mとして表す。

本実施の形態において、計測されたモータは３相直流ブラシレスモータであり、ロータマグネットの極数は８極である。駆動回路は３つの通電状態（相）を備える。それら３相は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相と呼ばれており、それら３つの相の隣り合う３組の２つの相間にスター（Ｙ字）形またはΔ形にコイルが結線される。図４ａにおいて、点線で示されているのが、二相間（U-VまたはV-WまたはW-V）の端子間電圧（以下、二相間の電位差という）である。本実施の形態では、U-V、V-W、W-Vの３つの端子間電圧を同時に測定することで精度の向上を図っているが、測定箇所を１つの端子間電圧のみに絞っても良い。通常の運転時には、これら各相は駆動回路によって制御され、各相には正弦波または矩形波状の電源電圧が印加される。また実線で示された起電力V_mは、整流波形とよばれ、３つの二相間電位差のそれぞれの絶対値の最大値をプロットしたものである。本実施例の説明において、V_mとは、この整流波形を示すものとする。なお、この整流波形は、電圧波形を整流するための波形変換回路を通して得ることができる。この電位差V_mは、モータ１回転の間に３相×８極＝２４個のピークを呈して時間変動する。その値は、時間が経過するにつれてロータの回転速度が低下するので０に漸近していく、周期性を伴った指数関数的な振る舞いをする。また、同図中に示すように、逆起電力の実効値V_m(RMS)は、脈動のない指数関数的な振る舞いをする。

次に、第３の検査工程として、先に決定した減速関数に基づいて電位差の測定値を補正し、ある特定回転数での一定回転状態における逆起電力の値を求める。

図２で示されるように、スピンドルモータ１の損失トルクは回転数にほぼ比例しているので、回転体の回転角をθ、経過時間をtと定義し、減速関数は回転角速度dθ/dtに1次比例する関数（比例係数をk）として、先に設定した。そこで、回転中心軸回りの慣性モーメントIに回転角加速度d²θ/dt²を乗じて表わされる回転子の回転慣性と、回転角速度dθ/dtに比例する損失トルクとによる回転運動を考えると、モータロータの惰性回転中の運動方程式は、数１となる。

ここで、λは回転中心軸回りの慣性モーメントIと比例係数kとの比を示す（λ=k/I）。

境界条件を、t=0のときに、θ=0且つ、dθ/dt=ω₀として、この微分方程式の解を求めると、数２となる。

図３ａは回転角速度dθ/dtと経過時間tとの関係を示したものであり、回転角速度が時間とともに低下する様子を示している。また、図３ｂは、回転体の回転角θと経過時間tとの関係を示したものであり、極限値ω₀/λに向かって収束する様子を示している。

次に、これらの関係式を用いることによって、計測時間T_mに計測された逆起電力V_mから、回転角速度がω₁で一定回転している場合に発生する補正逆起電力V_cを計算によって求める。

回転角速度dθ/dtと逆起電力V_mは、トルク定数K_tを比例定数として比例関係にある。ここで、トルク定数はθの関数であるが、回転角速度dθ/dtには依存しないものとする。

まず、逆起電力V_mは、回転角速度dθ/dtに数２の結果を代入することで、数３と表すことができる。

同様に、回転角速度がω₁で一定回転している場合の補正逆起電力V_cは、数４と表すことができる。

同一の回転角度θにおけるトルク定数K_tは等しいので、数３と数４とを連立させてK_tを消去し、V_cをV_mとT_mの関数として表すと、数５となる。

また、一定回転角速度ω₁で回転して計測回転角度θに至る時間である補正時間T_cは、数２との関係から数６が得られる。

これによって、数７を得る。

図4ｂは、補正逆記電力V_cと、補正時間T_cとの関係をグラフにしたものである。V_cは、回転子が一定の回転角速度ω₁で回転しているとした場合の補正整流波形を示している。なお、この整流波形の二乗平均の平方根V_c(RMS)は、実効値と呼ばれ、K_t0・ω₁で一定となる。ここでω₁は、任意に選択した定数としているので、トルク定数（＝逆起電力定数）K_t0は、V_cの実効値V_c(RMS)を計算することによって正確に求めることができる。

さらに、λについては、測定された逆起電力V_mのピーク値を測定時間T_m毎にプロットし、数３の関係から、統計的データ処理法としてよく知られている最小二乗近似を用いて求めることができる。λは、逆起電力の実効値V_m(RMS)あるいは、電位差V_mのピーク間隔時間から算出する測定回転角速度と測定時間T_mとの関係から最小二乗近似を用いて求めることもできる。また、ω₀については、モータの１回転の測定時間Tを数２に代入することによって、数８から求めることができる。

すなわち、一定の回転角速度ω₁で回転しているとした場合の補正逆起電力V_c及び補正時間T_cは、惰性回転状態での測定値である時間T_mと逆起電力V_mから求めることが可能である。

なお、以上に示した第３の工程における補正計算は、第２の工程におけるデータ採取と並行して同時に行っても良い。

（１−４ 測定データの利用）
本実施形態によって得られた一定回転速度運転条件に補正された逆起電力は、逆起電力定数K_tの実効値を求めるために用いることができる。数４は、まさにその関係を表しており、補正逆起電力の実効値を演算することによって、逆起電力定数を正確に求めることができる。逆起電力定数K_t0は、モータのトルク定数と実質的に同一の物理量である。これを正確に求めることによってモータの特性を知ることができる。

また、二相間電位差のそれぞれの波形をフーリエ級数展開して、全高調波歪み率（ＴＨＤ）や混変調波歪み率（ＩＭＤ）などの測定に用いることもできる。

また、複数のモータ特性を測定することによってあらかじめパラメータの範囲を定めておき、測定時にそのパラメータの範囲内に入るか否かの判定をすることにより、検査モータの特性良否判定に利用してもよい。

（１−５ 本実施の形態における効果）
本発明の上記の実施形態によれば、時間T_mとそのときの逆起電力V_mさえ測定すれば、回転角速度をω₁で一定としたときの逆起電力V_cを求めることができる。すなわち、必要な設備が少なくて済むので安上がりである上に、測定する項目数が少なくて済み、誤差の重畳を回避できるので、より正確な測定値を得ることができる。

なお、内部パラメータの一つであるλの値を決定するためには、逆起電力の測定値V_mのピークが６点以上あれば、実用上問題ない程度の精度を得ることができる。つまり、例えば８極のマグネットの磁極を備えたモータであれば１／４回転、４極の磁極を備えたモータでも１／２回転すればよい。また、他のパラメータであるω₀の値を決定するに当たっては、モータが１回転あるいは半回転するのに必要な時間をかければ、十分な精度を得ることができる。

したがって、たとえば定常回転を６０００ｒｐｍとするモータであれば、通電停止直後に１回転に要する時間はわずか１００分の１秒で、測定時間のマージンを取ったとしても０．１秒程度であり、計測工程は非常に短時間で済む。

例えば本実施形態の小型のハードディスク回転用のスピンドルモータ１などにおいては、ディスクを載せない状態では１秒足らずで減速して停止してしまうので、従来の方法では精度の良い測定はできなかったが、本発明の方法によれば、十分な時間的余裕をもって正確に計測を行うことができる。

また、本発明の検査方法を製造ラインで生産される多数のモータの逆起電力測定に適用する場合においても、本発明では外部からの強制回転装置や、回転中心軸回りの慣性モーメントが大きい測定用ディスクなどを格別に都度装着する必要はないので、回転体を傷つけたり汚したりすることがなく、しかも測定に必要な工数や計測時間を大幅に低減できるので、生産性を向上させることが可能となる。

（第２の実施形態）
本発明の検査方法の第２の実施形態として、第１の実施形態と同様のスピンドルモータ１に対する他の検査方法について説明する。

（２−１ スピンドルモータ及びそのエネルギー損失）
本実施形態におけるスピンドルモータ１の構成は、第１の実施形態と同様である。また、そのエネルギー損失の特性も同様である。したがって、第１の実施形態と同様の検討結果から、減速関数を回転角速度に1次比例する関数と設定する。

（２−２ 逆起電力及び回転位置の測定）
本実施形態の逆起電力の測定には、第１の実施形態と同様に、被測定物であるスピンドルモータ１と、その端子間電位差を経時的に測定可能な装置（例えばデジタルオイロスコープ、電圧計など）を用いるが、これに加えて、スピンドルモータ１の回転子の回転位置を経時的に測定可能な装置（例えば、ホールＩＣ、ＦＧセンサ、磁気式又は光学式のエンコーダなど）の出力する信号などを用いる。この回転子の回転位置測定装置は、モータ内部に組み込まれていてもよいし、測定装置として外部に非接触で設けられていても良い。また、それらのデータはデジタル信号処理され、データとして出力されるとなおよい。微小な時間刻み毎に測定したデータを計算機で解析処理し、必要な諸数値を求める。なお、手計算で求めても、計算機を用いて求めても同様の解を得られることはいうまでもない。

まず、第１の工程として、被測定物であるスピンドルモータ１のコイル３ｂへの通電を制御する駆動回路をONにし、コイル３ｂを電源と電気的に接続することによって、回転子を固定子に対し、ある一定の回転数で回転させる。

続いて、その工程の直後に、第２の工程として、コイル３ｂへの通電を制御する駆動回路をOＦＦにし、コイル３ｂと電源の電気的接続を絶ち、回転子を固定子に対して惰性回転させ、回転数が徐々に低下している間に、定めた微小時間刻み毎のスピンドルモータ１の角度位置を回転位置測定装置で計測する。また、信号を２系統にすることによって、これと同時に、スピンドルモータ１のコイル３ｂの両端の電位差を定めた微小時間刻み毎に測定する。本実施の形態ではサンプリングレートを５００００Ｈｚに設定しているので、例えば回転数が６０００ｒｐｍで一定ならば、１回転当たり５００点のデータを採取する勘定になる。

次に、第３の検査工程として、先に決定した減速関数に基づいて電位差の測定値を補正し、ある特定回転数での一定回転状態における逆起電力の値を求める。

第１の実施形態で示したように、スピンドルモータ１の損失トルクは、回転数にほぼ比例しているので、減速関数は回転角速度dθ/dtに1次比例する関数（比例係数をk）として、先に設定した。そこで、回転中心軸回りの慣性モーメントIに回転角加速度d²θ/dt²を乗じて表わされる回転子の回転慣性と、回転角速度dθ/dtに比例する損失トルクとによる回転運動を考えると、モータロータの惰性回転中の運動方程式は、前記の数１になる。

ここで、λは回転中心軸回りの慣性モーメントIと比例係数kとの比を示す（λ=k/I）。

境界条件を、t=0のときに、θ=0且つ、dθ/dt=ω₀として、この微分方程式の解を求めると、前記の数２になる。

この式に、回転位置測定装置で計測した時間tと角度θの多数のデータを入力し、統計的データ処理方法である最小自乗法によってω₀及びλを求める。

引き続いて、第１の実施形態の説明に記載した数５に、計測時間T_mに計測された逆起電力V_m及び、上述のω₀及びλを入力することにより、回転角速度がω₁で一定回転している場合に発生する補正逆起電力V_cを計算することができる。

第１の実施形態と同一仕様のモータであるから、測定量は同様であり、補正して得られる値も同様となる。

なお、上記の方法では、第２の検査工程において回転位置と端子間電位差を同時に測定したが、別々に区分して行ってもよい。また、本検査方法を適用する前に行う減速関数の決定の根拠として、この回転位置の時間変化データを採取し利用すれば、さらに検査精度を向上させることができる。

（２−３ 測定データの利用）
この方法によって得られる逆起電力からも、第１の実施形態と同様に、モータの特性をあらわす種々の物理量を知ることができる。また、複数のモータ特性を測定することによってあらかじめパラメータの範囲を定めておき、測定時にそのパラメータの範囲内に入るか否かの判定をすることにより、良否判定に利用してもよい。

（２−４ 本実施の形態における効果）
本発明によれば、第１の実施形態同様、測定時間を短縮することができる。

なお、モータが回転位置検出のための信号出力を備えている場合には、それを用いてより正確な逆起電力の測定を行うことができる。また、減速が早い場合や減速関数が複雑な場合など、対応可能範囲が広くなる。

（他の実施形態）
本発明の実施は、上記の実施形態に限られるものではなく、本発明を逸脱することなく、種々の変更を行なうことができる。

本発明が適用されるモータは、ハードディスクドライブ用のスピンドルモータに限られるものではなく、例えば光ディスク・磁気ディスク・光磁気ディスクなどの記録ディスクを回転させるスピンドルモータにも用いることができる。さらに、汎用モータや、家庭用電化製品、車載機器、光学機器や情報機器に用いられる各種モータにも適用することができる。また、適用可能なモータも、ブラシレス直流モータに限らず、例えば交流サーボモータ、直流ブラシモータなど、永久磁石とそれに対向するコイルを備えるモータならば適用可能である。また、コイルは必ずしも鉄心に巻回されている必要はなく、コアレスモータや、アキシャルギャップモータなどにも適用することが可能である。ただし、モータの損失のうち、風損が大きく影響するファンやポンプなどに用いられるモータ（インペラ・プロペラを取り付けたもの）に適用する場合には、回転抵抗の影響が運転条件によって変わるので、あらかじめ測定確認し、適切な減速関数を準備しておく必要がある。

なお、回転抵抗が回転角速度の2乗や3乗に比例する場合には、数値計算やデータ処理が若干複雑になるものの、２次以上の摂動の効果を参酌することにより同様な思想で処理することが可能である。抵抗を含めた運動方程式が、多数のパラメータを必要とする場合もある。そのような場合には、測定データを多くとってそれら計測データからパラメータを決定するのが好ましい。場合によっては、あらかじめそれらのパラメータを、モータの設計値として平均化して用いる方が、計算上有利な場合がある。

抵抗に基づく減速関数の決定は、シミュレーションやトルクの計測、解析計算などによってある程度予測をした上で決定するとよい。なお、損失が非常に大きいために、電源ＯＦＦ後約１０回転に満たないうちに正常な回転を保持できなくなり、停止してしまうようなモータの場合には、本発明が適用できない場合もある。

また、シミュレーションなどによってあらかじめω₀及びλを定めておいて、それを元にして端子間電位を補正してもよい。また、本発明の方法によって、逆起電力以外の物理量を測定してもよい。すなわち、回転速度と回転抵抗とが相関関係を持っているモータにおいて、逆起電力又はトルクなどの測定可能な変数であれば、本発明の検査方法を適用することができる。

したがって、本発明の真の精神および範囲内に存在する変形例は、すべて特許請求の範囲に含まれるものである。

本発明の第１及び第２の実施形態の被検査対象であるハードディスク回転用のスピンドルモータを示した図である。 第１及び第２の実施形態におけるスピンドルモータの回転数とエネルギー損失との関係を示したグラフである。 回転角速度と時間との関係を示すグラフである。 回転角度と時間との関係を示すグラフである。 測定された電位差と経過時間との関係を示すグラフである。 補正された電位差と補正された経過時間との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ スピンドルモータ
２ ベース
３ ステータ
３ａ 磁極歯
３ｂ コイル
４ ロータマグネット
５ ロータハブ
５ａ ディスク載置面

Claims (12)

1. 永久磁石と、コイルリード線が巻回されてなるコイルとを有し、該永久磁石と該コイルとのいずれか一方が固定子を構成し、他方が該固定子に対して回転する回転子を構成する、実質的に同一の構造からなる複数のモータを検査する方法であって、
   あらかじめ、少なくとも一つの前記モータについて、惰性回転時の経過時間と回転数の減少との間の関連を測定又は推定して減速関数を決定し、
   個々の該モータに対して、該コイルリード線の両端を電源と電気的に接続して、該回転子を該固定子に対してある一定の回転数で回転させる第１の工程と、
   該第１の工程の直後に、該コイルリード線と該電源との電気的接続を断って該回転子を該固定子に対して惰性回転させ、その回転中に該コイルリード線の両端の電位差を測定する第２の工程と、
   該電位差の測定値を該減速関数に基づいて補正演算することにより、所定の回転数で回転している状態で発生する電位差の値に補正する第３の検査工程を含む、モータの検査方法。
2. 請求項１に記載されたモータの検査方法であって、
   前記永久磁石は環状であり、前記コイルを基準とした前記回転子の相対回転角度位置をθ、基準時からの経過時間をtとし、
   前記惰性回転時に回転数を低下させる回転抵抗は前記モータの回転角速度に1次比例するとし、比例係数をλとして、前記減速関数を数１の右辺と定め、
   

   

   
   前記電位差の測定値を数１の解に適用することによって、所定の回転数で回転している状態で発生する電位差の値に補正すること
   を特徴としたモータの検査方法。
3. 請求項１又は２に記載されたモータの検査方法であって、
   前記補正に必要なパラメータを、前記経過時間とそのときの前記電位差の測定値によって、前記測定モータ毎に決定すること
   を特徴としたモータの検査方法。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載されたモータの検査方法であって、
   微小時間刻み毎に測定された前記電位差の複数の極大値及び／又は極小値、もしくは実効値の前記経過時間に対する変化率を、統計的データ処理手段を用いて演算処理することによって、前記減速関数のパラメータλを求めること
   を特徴としたモータの検査方法
5. 請求項１又は２に記載されたモータの検査方法であって、
   前記モータは、前記回転子と前記固定子との相対的な回転位置を検出する回転位置測定装置を具備しており、
   前記第２の検査工程において、該回転子が惰性回転している間に経過時間とそのときの回転位置を同時に測定し、
   前記第３の検査工程において、前記数１から得られる解に該経過時間と該回転位置測定値を適用し、統計的データ処理法で解析することによって、前記補正に必要なパラメータを前記測定モータ毎に決定すること
   を特徴としたモータの検査方法。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載されたモータの検査方法であって、
   前記減速関数が内包する各モータ固有のパラメータについて、複数のモータの実測値を元にしてパラメータの範囲をあらかじめ定め、
   前記測定時に、そのパラメータの範囲内に入るか否かの判定をすること
   を特徴としたモータの検査方法。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載されたモータの検査方法であって、
   回転の抵抗が回転角速度と比例関係であると推定される、ある特定の回転数の範囲においてのみ前記電位差の測定をし、測定された電位差の値を補正すること
   を特徴としたモータの検査方法。
8. 請求項１に記載されたモータの検査方法であって、
   前記モータは、前記回転子と前記固定子との相対的な回転位置を検出する回転位置測定装置を具備しており、
   前記第２の検査工程において、該回転子が惰性回転している間に経過時間とそのときの回転位置を同時に測定し、
   前記第３の検査工程において、該経過時間と該回転位置測定値から回転角速度および回転角加速度を算出し、統計的データ処理法で解析することによって前記減速関数とそれを特定するに必要なパラメータを測定モータ毎に同定すること
   を特徴としたモータの検査方法。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載されたモータの検査方法であって、
   前記第２の工程時において、前記コイルには２相または３相のそれぞれ位相の異なる逆起電力が発生し、それら各コイルで同時に発生した該逆起電力のうち絶対値が最大の値を、整流回路によって整流波形として出力させ、該整流波形を該逆起電力の測定値とすること
   を特徴とするモータの検査方法。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載されたモータの検査方法であって、
    前記検査適用モータは、
    前記固定子が、複数の磁極歯を有する鉄心と、該各磁極歯に巻回された前記コイルを備えてなり、
    前記回転子が、該磁極歯と径方向に対向し、径方向に着磁された複数の磁極を有する環状の前記永久磁石を備えてなり、
    前記コイルリード線への通電が、駆動回路によって制御された直流ブラシレスモータであること
    を特徴とした検査方法。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載されたモータの検査方法であって、
    前記検査適用モータは、
    前記回転子には、ロータハブが取り付けられ、
    前記ロータハブには、ディスク状記録媒体載置面が形成され、
    前記回転子が、前記固定子に対して流体動圧軸受を介して支持されたモータであること
    を特徴とした検査方法。
12. 請求項１１に記載されたモータの検査方法であって、
    前記検査適用モータは、
    前記ロータハブに載置されるディスク状記録媒体の直径が２．５インチ以下でありかつ、
    前記モータの定格回転数が２００００回転毎分以下のモータであること
    を特徴とした検査方法。

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