JP2004282830A - モータおよび記録媒体駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】コア、コイルおよび永久磁石を用いてロータを回転させるモータにおいて、コギングの発生を抑制すると共に、小型化を図ることができるようにする。
【解決手段】コア7およびコイル9を有するステータ2と、これらコア7およびコイル9に対向して円環状に複数の磁極を配列した永久磁石21を有するロータ3と、前記ステータ2に対して前記ロータ3を回転自在とする軸受部4とを備え、前記コア7に対向する対向面21aとは反対側に位置する前記永久磁石21の表面21bが開放されていることを特徴とするモータ1を提供する。
【選択図】 図1
【解決手段】コア7およびコイル9を有するステータ2と、これらコア7およびコイル9に対向して円環状に複数の磁極を配列した永久磁石21を有するロータ3と、前記ステータ2に対して前記ロータ3を回転自在とする軸受部4とを備え、前記コア7に対向する対向面21aとは反対側に位置する前記永久磁石21の表面21bが開放されていることを特徴とするモータ1を提供する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コアおよびコイルを有するステータと、コアおよびコイルに対向して円環状に配列された永久磁石を有するロータとを備えたモータ、およびこのモータを備えた記録媒体駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、据え置き型のパーソナルコンピュータや携行可能なノートパソコン等の端末装置に搭載されるハードディスク装置(以下、HDDと呼ぶ。)には、ディスク状に形成された記録媒体を所定の回転速度で回転させるモータが設けられている(例えば、特許文献1参照。)。
このようなモータは、図7に示すように、円環状に複数の磁極を配列した永久磁石61を固定したロータ63と、永久磁石61の外周面61aに対向する位置にコア65およびコイル67を備えたステータ69と、ステータ69に対してロータ63を回転自在とする軸受部71とを備えている。永久磁石61の内周面61bには、鉄等の磁性材料からなる環状のリターンヨーク73が取り付けられている。このリターンヨーク73は、ロータ63と一体的に形成されており、永久磁石61の内周面61b側において隣り合う磁極を磁気的に連結し、この内周面61bから磁気漏れが発生することを防ぐために形成されている。
【0003】
このロータ63に永久磁石61を取り付ける際には、リターンヨーク73の外周面73aと永久磁石61の内周面61bとが接するように、永久磁石61をリターンヨーク73に嵌め込む。すなわち、ロータ63の回転中心と永久磁石61の内周面61bの中心とが一致するようになっている。また、永久磁石61の外周面61aに対向するコア65の表面65aの中心もロータ63の回転中心に一致するように、ステータ69に固定されている。
また、図8に示すように、この永久磁石61において互いに隣り合う磁極によって形成される磁気回路Φbは、リターンヨーク73を通過し、その磁束方向が拘束されているため、永久磁石61の外周面61aおよび内周面61bにおける周方向の磁束密度分布が略矩形状となる。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−125354号公報(第7頁、第1図)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のモータにおいては、リターンヨーク73を設けているため、永久磁石61の外周面61aおよび内周面61bにおける周方向の磁束密度分布が略矩形状となり、モータの回転むらの原因となるコギングが大きくなるという問題があった。
また、近年では、携帯端末装置に対する小型化の要求に伴い、これに搭載されるHDDおよびモータの小型化も要求されているが、従来のモータにはリターンヨーク73が設けられていたため、モータの径寸法の縮小には限界があるという問題があった。
【0006】
さらに、円環状に形成される永久磁石61の外周面61aおよび内周面61bの中心が互いにずれている場合があるため、このような永久磁石61を上記従来のロータ63に取り付けた際には、永久磁石61の外周面61aの中心が回転中心に対してずれることになる。このため、永久磁石61の外周面61aとコア65の表面65aとの隙間が周方向にわたってばらつきが生じることになり、ロータ63を回転させた際に、この隙間のばらつきに基づくピュアトーンと呼ばれる騒音が発生するという問題があった。
【0007】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、コギングやピュアトーンの発生を抑制すると共に、小型化を図ることができるモータを提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明のモータは、コアおよびコイルを有するステータと、これらコアおよびコイルに対向して円環状に複数の磁極を配列した永久磁石を有するロータと、前記ステータに対して前記ロータを回転自在とする軸受部とを備え、前記コアに対向する対向面とは反対側に位置する前記永久磁石の表面が開放されていることを特徴とする。
【0009】
この発明に係るモータによれば、永久磁石において互いに隣り合う磁極によって形成される磁気回路が開放された空間を通過し、この磁束方向が拘束されないため、永久磁石の対向面、および対向面とは反対側に位置する表面における周方向の磁束密度分布が滑らかになり、モータの回転むらの原因となるコギングを減少させることができる。
また、従来のモータのように、永久磁石の磁束方向を拘束する環状のリターンヨークを設けないため、ロータの径寸法を縮小してモータの小型化を図ることができる。
【0010】
また、モータにおいて、前記永久磁石が、前記ロータの軸方向の表面のみに固定されていることを特徴とする。
この発明に係るモータによれば、永久磁石をロータに固定する際には、永久磁石をロータ表面の任意の位置に配置できるため、コアとの対向面の中心がロータの回転中心に一致するように固定することができる。このため、永久磁石の対向面および表面の中心が互いにずれていても、周方向にわたるコアと永久磁石との隙間を一定に保持する位置に永久磁石を固定できる。
【0011】
また、本発明に係るモータは、前記永久磁石の内径寸法が0mmより大きく9mm以下であることを特徴とする。
この発明に係るモータにおいて、永久磁石の内径寸法を9mm以下としたのは、永久磁石の内周面に現れる磁極同士の距離が短くなり、内周面側の磁極から出る磁束が、殆ど漏れることなく内周面側の別の磁極に引き込まれるためである。
【0012】
また、本発明に係る記録媒体駆動装置は、前記モータを備え、前記ロータが、薄板状の記録媒体を固定する固定部を備えることを特徴とする。
この発明に係る記録媒体駆動装置によれば、モータの回転むらが抑制されるため、モータにより記録媒体を回転させた際にはロータが安定して回転することになる。したがって、モータに取り付けられた記録媒体に記録を書き込む際、もしくは、記録媒体から記録を読み出す際の不具合を防止することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1から図6はこの発明に係る一実施形態を示す図である。この実施の形態に係るモータは、薄板の円盤状に形成された磁気記録媒体等のディスク型記録媒体を回転させる記録媒体駆動装置に適用したものである。図1に示すように、このモータ1は、ステータ2と、ステータ2に対して中心軸線A1回りに回転するロータ3と、ステータ2に対してロータ3を回転自在に支持する軸受部4とを備えている。
【0014】
軸受部4は、ロータ3に固定された軸体25と、この軸体25を挿入する軸体挿入穴27aを有し、有底略円筒状に形成されたスリーブ(ステータ用部材)27と、軸体25と軸体挿入穴27aとの隙間に充填されたオイル等の液体29とを備えており、所謂液体動圧軸受を構成している。
すなわち、軸体25の外面やスリーブ27の内面には、液体29を集めるための動圧発生溝31が形成されており、この動圧発生溝31は、軸体25を中心軸線A1回りに回転させた際に、液体29を集めて動圧を発生させる。そして、この動圧が軸受の役割を果たし、スリーブ27により軸体25を回転可能に支持するようになっている。
なお、スリーブ27は、ステータ2の一部を構成しており、非磁性材料であるオーステナイト系ステンレスから構成されている。
【0015】
ステータ2は、浅底の略円筒状に形成されたベース部材(ステータ用部材)5と、ベース部材5の内周面5aに固定された複数のコア7と、各コア7に巻き付けられた導線からなるコイル9とを備えている。ベース部材5は、非磁性材料であるオーステナイト系ステンレスにより形成されている。また、ベース部材5の底壁部6の中央部には、中心軸線A1を中心とした穴6bが形成されており、この穴6bに軸受部4のスリーブ27が固定されるようになっている。
各コア7は、半径方向内方に突出しており、図2に示すように、コイル9を巻回するための界磁鉄心11と、界磁鉄心11の半径方向内方側に位置する先端部に形成された磁極片13とを備えている。磁極片13は、界磁鉄心11よりも周方向に幅広く形成されており、後述する永久磁石21との隙間における磁束密度分布を所要の形に近づける役割を果たしている。コイル9は、図示しない電源と電気的に接続されており、コア7およびコイル9により交番磁界が形成できるようになっている。
【0016】
図1に示すように、ロータ3は、有底略円筒状に形成されており、非磁性材料であるアルミニウムにより形成されている。ロータ3の底壁部15の中央部には、中心軸線A1を中心とした貫通孔15aが形成されており、軸受部4の軸体25に固定されている。ロータ3の底壁部15の周縁から突出する円筒壁部17の先端部には、円環状に形成された中心軸線A1方向の表面17aが形成されている。このロータ3は、この表面17aがベース部材5の底壁部6の内面6aに対向するように配置されている。また、この円筒壁部17の表面17aには、円環状に形成された永久磁石21が接着剤等により固定されている。
【0017】
永久磁石21は、図1,2に示すように、円環状に複数の磁極を配列し、これら各磁極の磁束方向が概ね永久磁石21の径方向と一致する所謂ラジアル異方性のネオジウム磁石である。この永久磁石21は、ロータ3に固定された状態において、その外周面(対向面)21aとコア7の内周面13aとの間に一定の隙間を有するように位置している。すなわち、この永久磁石21は、その外周面21aの中心がロータ3の回転中心およびコア7の内周面13aの中心となる中心軸線A1に一致するように、ロータ3の表面17aに固定されている。
【0018】
また、この永久磁石21の外周面21aおよび内周面(開放表面)21bは開放されているため、図3に示すように、互いに隣り合う磁極によって形成される磁気回路Φaが開放された空間を通過し、外周面21aおよび内周面21bを通過する永久磁石21の磁束方向が拘束されない。したがって、永久磁石21の外周面21aおよび内周面21bにおける周方向の磁束密度分布が、互いに隣り合う磁極にわたって滑らかな所謂サインカーブ状となる。
なお、永久磁石21を製造する際に、図4に示すように、各磁極内部における磁束方向が扇型となるように着磁した場合には、永久磁石21の外周面21aおよび内周面21bにおける周方向の磁束密度分布をより確実に滑らかなサインカーブ状とすることができる。
ここで、扇型の磁束方向を形成するためには、例えば図5に示すように、着磁される前の永久磁石21の外周面21a側に着磁用ヨーク51を配置し、この着磁用ヨーク51の各コア52に巻回された着磁用コイル53に電流を流す。この際には、内周面24b側に磁性材料からなる着磁用のバックヨークを配していないため、着磁用ヨーク51のコア52に出入りし、永久磁石21を通過する磁束Φcの分布が滑らかに形成される。
【0019】
このように構成された永久磁石21において、永久磁石21の外周面21bから出る磁束によって発生するステータコイルからの逆記電力V1を測定した実験結果のグラフを図6に示す。なお、このグラフにおいて、横軸は永久磁石21の内径寸法を示しており、縦軸は、リターンヨークがある場合における逆起電力V0に対する逆起電力V1の割合を示している。なお、リターンヨークがある場合の逆起電力V0は、従来のモータのように、永久磁石21の内周面21b全体に磁性材料からなるリターンヨークを固定した場合の値を示している。
【0020】
この結果によれば、永久磁石21の内径寸法と逆起電力V1とは反比例の関係にあり、永久磁石21の内径寸法が小さい程、逆起電力V1が大きくなる。特に、内径寸法が9mm以下である場合には、逆起電力V0に対する逆起電力V1の割合が90%以上となるため、リターンヨークがある場合と比較しても、モータ1に使用する永久磁石21としての遜色が無くなる。なお、この傾向は、円環状に配列される磁極の数に関係ない。ただし、円環状に配列される磁極の数が多い程、逆起電力V1が大きくなるため、磁極の数をより多く形成することが好ましい。
【0021】
以上のことから、永久磁石21の内径を小さく、特に永久磁石の内径寸法を9mm以下とした場合や、配列する磁極の数を増やした場合には、永久磁石21の内周面21b側に現れる磁極同士の距離が短くなることが考えられる。そして、内周面21b側の磁極から出る磁束が、殆ど漏れることなく内周面21b側の別の磁極、特に、隣り合う別の磁極に引き込まれ、永久磁石21の内周面21bからの磁気漏れが殆どなくなると考えられる。
【0022】
また、図1に示すように、ロータ3の底壁部15の周縁には、ディスク型記録媒体40を支持するための段部(固定部)15bが形成されている。この段部15bにディスク型記録媒体40の中央に形成された中央孔40aを嵌め込むことにより、ディスク型記録媒体40が、ロータ3および軸体と共に中心軸線A1回りに回転することができるようになっている。
この段部15dを有するロータ3を備えたモータ25により記録媒体駆動装置50が構成されることになる。
【0023】
以上のように構成された記録媒体駆動装置50において、ディスク型記録媒体40を回転させる際には、コア7およびコイル9において交番磁界を発生させ、この交番磁界を永久磁石21に作用させてロータ3を回転させる。この際には、永久磁石21が、ベース部材5およびスリーブ27に近接した状態で回転するが、ベース部材5およびスリーブ27がオーステナイト系ステンレスにより形成されているため、ベース部材5およびスリーブ27にうず電流が発生したり、これらベース部材5およびスリーブ27の影響を受けてモータ1の動力に利用する磁気回路に磁気ヒステリシスが発生しない。
【0024】
上記のように、流体動圧軸受装置1によれば、永久磁石21の外周面21aおよび内周面21bにおける周方向の磁束密度分布が、滑らかなサインカーブ状に形成されるため、モータ1の回転むらの原因となるコギングを減少させることができる。したがって、モータ1の回転制御を容易に行うことができる。
また、製造される永久磁石21の外周面21aおよび内周面21bの中心が互いにずれていても、永久磁石21の外周面21とコア7の内周面13aとの隙間が周方向にわたって一定となるように、ロータ3の表面17aに固定できるため、この隙間の周方向にわたるばらつきに基づくピュアトーンの発生を抑えることができる。
【0025】
さらに、ベース部材5やスリーブ27に基づくうず電流損、磁気ヒステリシス損からなる鉄損が発生しないため、モータ1を回転させるための電力をモータ1の回転に有効に活用できる。
また、円環状に形成される永久磁石21の内径寸法を0mmよりも大きく、9mm以下とした場合には、従来のモータのように、永久磁石21の磁束方向を拘束するリターンヨークを設けなくても、永久磁石21の内周面21bからの磁気漏れが殆どなくなるため、モータ1の回転に要する消費電力の抑制を図ることができると共に、リターンヨークを無くしてロータ3や永久磁石21の径寸法を縮小し、モータ1の小型化を図ることができる。
【0026】
なお、ロータ3や永久磁石21の径寸法を縮小せずに、ロータ3および永久磁石21の内周面21bに対向するスリーブ27の円筒壁部の肉厚寸法を大きくした場合には、軸受部4の強度を向上させることができ、モータ1の信頼性向上を図ることができる。
また、従来のモータのように、リターンヨークを含むロータ3を鉄等の磁性材料から構成する必要が無く、比較的軽量な非磁性材料であるアルミニウムから構成できるため、ロータ3の回転に要する消費電力を小さくすることができる。また、アルミニウムは被削性にも優れるためロータ3の加工が容易となる。
【0027】
また、このモータ1を、ディスク型記録媒体40を回転させる記録媒体駆動装置50に適用した場合には、モータ1の回転むらが抑制され、ディスク型記録媒体40が安定して回転することになるため、ディスク型記録媒体40に記録を書き込む際、もしくは、ディスク型記録媒体40から記録を読み出す際の不具合を防止することができる。
【0028】
なお、上記の実施形態においては、ベース部材5およびスリーブ27をオーステナイト系ステンレスにより形成するとしたが、これに限らず、少なくとも非磁性材料から形成すればよい。したがって、ベース部材5およびスリーブ27を、アルミニウム等の非磁性の金属材料や、ポリカーボネート(PC)、アクリロニトリル・ブダジエン・スチレン(ABS)樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のエンジニアリングプラスチックから形成してもよい。
【0029】
また、コア7およびコイル9は、円環状の永久磁石21の外周面21aに対向して配されるとしたが、これに限ることはなく、少なくともこれら永久磁石21、コア7およびコイル9によりロータ3を回転させるように構成されていればよい。したがって、コア7およびコイル9は、永久磁石21の内周面21b側に対向する位置に配されるとしてもよい。この構成の場合には、永久磁石21をロータ3の内周面側に固定し、この内周面に対向するベース部材5やスリーブ27の外周面側にコア7およびコイル9を固定すればよい。
【0030】
また、軸受部4は、所謂液体動圧軸受から構成されるとしたが、これに限ることはなく、少なくともステータ2に対してロータ3を回転自在とする構成であればよい。したがって、軸受部4を、例えばボールベアリングから構成するとしてもよい。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【0031】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コギングを減少させることができるため、モータの回転制御を容易に行うことができると共に、従来のモータのように円環状のリターンヨークを設けないため、モータの小型化を図ることができる。また、コアと永久磁石との隙間を一定に保持するように、永久磁石をロータに固定できるため、この隙間の周方向にわたるばらつきに基づくピュアトーンの発生を抑えることができる。
【0032】
さらに、永久磁石の開放表面に対向するステータ用部材を非磁性材料から構成することにより、ステータ用部材に基づく鉄損が無くなるため、モータを回転させるための電力をモータの回転に有効に利用できる。
また、円環状に形成される永久磁石の内径寸法を0mmよりも大きく9mm以下とした場合には、永久磁石の内周面からの磁気漏れが無くなるため、モータの回転に要する消費電力を減らすことができる。
【0033】
さらに、このモータを記録媒体駆動装置に設けた場合には、ロータを安定して回転させることができるため、記録媒体に記録を書き込む際、もしくは、記録媒体から記録を読み出す際の不具合を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態に係るモータを示す断面図である。
【図2】図1のモータにおいて、コア、コイルおよび永久磁石の位置関係を示す概略平面図である。
【図3】図1のモータにおいて、永久磁石に形成される磁気回路および永久磁石の外周面および外周面における磁束密度分布を示す図である。
【図4】図1のモータにおいて、永久磁石の各磁極内部における磁束方向を示す図である。
【図5】図1のモータにおいて、永久磁石の着磁方法を示す図である。
【図6】図1のモータにおいて、永久磁石の内径寸法と戻り磁束との関係を示すグラフである。
【図7】従来のモータの一例を示す断面図である。
【図8】図7のモータにおいて、永久磁石に形成される磁気回路および永久磁石の外周面および外周面における磁束密度分布を示す図である。
【符号の説明】
1 モータ
2 ステータ
3 ロータ
4 軸受部
5 ベース部材(ステータ用部材)
7 コア
9 コイル
15b 段部(固定部)
17a 表面
21 永久磁石
21a 外周面(対向面)
21b 内周面(開放表面)
27 スリーブ(ステータ用部材)
40 ディスク型記録媒体
50 記録媒体駆動装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、コアおよびコイルを有するステータと、コアおよびコイルに対向して円環状に配列された永久磁石を有するロータとを備えたモータ、およびこのモータを備えた記録媒体駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、据え置き型のパーソナルコンピュータや携行可能なノートパソコン等の端末装置に搭載されるハードディスク装置(以下、HDDと呼ぶ。)には、ディスク状に形成された記録媒体を所定の回転速度で回転させるモータが設けられている(例えば、特許文献1参照。)。
このようなモータは、図7に示すように、円環状に複数の磁極を配列した永久磁石61を固定したロータ63と、永久磁石61の外周面61aに対向する位置にコア65およびコイル67を備えたステータ69と、ステータ69に対してロータ63を回転自在とする軸受部71とを備えている。永久磁石61の内周面61bには、鉄等の磁性材料からなる環状のリターンヨーク73が取り付けられている。このリターンヨーク73は、ロータ63と一体的に形成されており、永久磁石61の内周面61b側において隣り合う磁極を磁気的に連結し、この内周面61bから磁気漏れが発生することを防ぐために形成されている。
【0003】
このロータ63に永久磁石61を取り付ける際には、リターンヨーク73の外周面73aと永久磁石61の内周面61bとが接するように、永久磁石61をリターンヨーク73に嵌め込む。すなわち、ロータ63の回転中心と永久磁石61の内周面61bの中心とが一致するようになっている。また、永久磁石61の外周面61aに対向するコア65の表面65aの中心もロータ63の回転中心に一致するように、ステータ69に固定されている。
また、図8に示すように、この永久磁石61において互いに隣り合う磁極によって形成される磁気回路Φbは、リターンヨーク73を通過し、その磁束方向が拘束されているため、永久磁石61の外周面61aおよび内周面61bにおける周方向の磁束密度分布が略矩形状となる。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−125354号公報(第7頁、第1図)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のモータにおいては、リターンヨーク73を設けているため、永久磁石61の外周面61aおよび内周面61bにおける周方向の磁束密度分布が略矩形状となり、モータの回転むらの原因となるコギングが大きくなるという問題があった。
また、近年では、携帯端末装置に対する小型化の要求に伴い、これに搭載されるHDDおよびモータの小型化も要求されているが、従来のモータにはリターンヨーク73が設けられていたため、モータの径寸法の縮小には限界があるという問題があった。
【0006】
さらに、円環状に形成される永久磁石61の外周面61aおよび内周面61bの中心が互いにずれている場合があるため、このような永久磁石61を上記従来のロータ63に取り付けた際には、永久磁石61の外周面61aの中心が回転中心に対してずれることになる。このため、永久磁石61の外周面61aとコア65の表面65aとの隙間が周方向にわたってばらつきが生じることになり、ロータ63を回転させた際に、この隙間のばらつきに基づくピュアトーンと呼ばれる騒音が発生するという問題があった。
【0007】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、コギングやピュアトーンの発生を抑制すると共に、小型化を図ることができるモータを提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明のモータは、コアおよびコイルを有するステータと、これらコアおよびコイルに対向して円環状に複数の磁極を配列した永久磁石を有するロータと、前記ステータに対して前記ロータを回転自在とする軸受部とを備え、前記コアに対向する対向面とは反対側に位置する前記永久磁石の表面が開放されていることを特徴とする。
【0009】
この発明に係るモータによれば、永久磁石において互いに隣り合う磁極によって形成される磁気回路が開放された空間を通過し、この磁束方向が拘束されないため、永久磁石の対向面、および対向面とは反対側に位置する表面における周方向の磁束密度分布が滑らかになり、モータの回転むらの原因となるコギングを減少させることができる。
また、従来のモータのように、永久磁石の磁束方向を拘束する環状のリターンヨークを設けないため、ロータの径寸法を縮小してモータの小型化を図ることができる。
【0010】
また、モータにおいて、前記永久磁石が、前記ロータの軸方向の表面のみに固定されていることを特徴とする。
この発明に係るモータによれば、永久磁石をロータに固定する際には、永久磁石をロータ表面の任意の位置に配置できるため、コアとの対向面の中心がロータの回転中心に一致するように固定することができる。このため、永久磁石の対向面および表面の中心が互いにずれていても、周方向にわたるコアと永久磁石との隙間を一定に保持する位置に永久磁石を固定できる。
【0011】
また、本発明に係るモータは、前記永久磁石の内径寸法が0mmより大きく9mm以下であることを特徴とする。
この発明に係るモータにおいて、永久磁石の内径寸法を9mm以下としたのは、永久磁石の内周面に現れる磁極同士の距離が短くなり、内周面側の磁極から出る磁束が、殆ど漏れることなく内周面側の別の磁極に引き込まれるためである。
【0012】
また、本発明に係る記録媒体駆動装置は、前記モータを備え、前記ロータが、薄板状の記録媒体を固定する固定部を備えることを特徴とする。
この発明に係る記録媒体駆動装置によれば、モータの回転むらが抑制されるため、モータにより記録媒体を回転させた際にはロータが安定して回転することになる。したがって、モータに取り付けられた記録媒体に記録を書き込む際、もしくは、記録媒体から記録を読み出す際の不具合を防止することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1から図6はこの発明に係る一実施形態を示す図である。この実施の形態に係るモータは、薄板の円盤状に形成された磁気記録媒体等のディスク型記録媒体を回転させる記録媒体駆動装置に適用したものである。図1に示すように、このモータ1は、ステータ2と、ステータ2に対して中心軸線A1回りに回転するロータ3と、ステータ2に対してロータ3を回転自在に支持する軸受部4とを備えている。
【0014】
軸受部4は、ロータ3に固定された軸体25と、この軸体25を挿入する軸体挿入穴27aを有し、有底略円筒状に形成されたスリーブ(ステータ用部材)27と、軸体25と軸体挿入穴27aとの隙間に充填されたオイル等の液体29とを備えており、所謂液体動圧軸受を構成している。
すなわち、軸体25の外面やスリーブ27の内面には、液体29を集めるための動圧発生溝31が形成されており、この動圧発生溝31は、軸体25を中心軸線A1回りに回転させた際に、液体29を集めて動圧を発生させる。そして、この動圧が軸受の役割を果たし、スリーブ27により軸体25を回転可能に支持するようになっている。
なお、スリーブ27は、ステータ2の一部を構成しており、非磁性材料であるオーステナイト系ステンレスから構成されている。
【0015】
ステータ2は、浅底の略円筒状に形成されたベース部材(ステータ用部材)5と、ベース部材5の内周面5aに固定された複数のコア7と、各コア7に巻き付けられた導線からなるコイル9とを備えている。ベース部材5は、非磁性材料であるオーステナイト系ステンレスにより形成されている。また、ベース部材5の底壁部6の中央部には、中心軸線A1を中心とした穴6bが形成されており、この穴6bに軸受部4のスリーブ27が固定されるようになっている。
各コア7は、半径方向内方に突出しており、図2に示すように、コイル9を巻回するための界磁鉄心11と、界磁鉄心11の半径方向内方側に位置する先端部に形成された磁極片13とを備えている。磁極片13は、界磁鉄心11よりも周方向に幅広く形成されており、後述する永久磁石21との隙間における磁束密度分布を所要の形に近づける役割を果たしている。コイル9は、図示しない電源と電気的に接続されており、コア7およびコイル9により交番磁界が形成できるようになっている。
【0016】
図1に示すように、ロータ3は、有底略円筒状に形成されており、非磁性材料であるアルミニウムにより形成されている。ロータ3の底壁部15の中央部には、中心軸線A1を中心とした貫通孔15aが形成されており、軸受部4の軸体25に固定されている。ロータ3の底壁部15の周縁から突出する円筒壁部17の先端部には、円環状に形成された中心軸線A1方向の表面17aが形成されている。このロータ3は、この表面17aがベース部材5の底壁部6の内面6aに対向するように配置されている。また、この円筒壁部17の表面17aには、円環状に形成された永久磁石21が接着剤等により固定されている。
【0017】
永久磁石21は、図1,2に示すように、円環状に複数の磁極を配列し、これら各磁極の磁束方向が概ね永久磁石21の径方向と一致する所謂ラジアル異方性のネオジウム磁石である。この永久磁石21は、ロータ3に固定された状態において、その外周面(対向面)21aとコア7の内周面13aとの間に一定の隙間を有するように位置している。すなわち、この永久磁石21は、その外周面21aの中心がロータ3の回転中心およびコア7の内周面13aの中心となる中心軸線A1に一致するように、ロータ3の表面17aに固定されている。
【0018】
また、この永久磁石21の外周面21aおよび内周面(開放表面)21bは開放されているため、図3に示すように、互いに隣り合う磁極によって形成される磁気回路Φaが開放された空間を通過し、外周面21aおよび内周面21bを通過する永久磁石21の磁束方向が拘束されない。したがって、永久磁石21の外周面21aおよび内周面21bにおける周方向の磁束密度分布が、互いに隣り合う磁極にわたって滑らかな所謂サインカーブ状となる。
なお、永久磁石21を製造する際に、図4に示すように、各磁極内部における磁束方向が扇型となるように着磁した場合には、永久磁石21の外周面21aおよび内周面21bにおける周方向の磁束密度分布をより確実に滑らかなサインカーブ状とすることができる。
ここで、扇型の磁束方向を形成するためには、例えば図5に示すように、着磁される前の永久磁石21の外周面21a側に着磁用ヨーク51を配置し、この着磁用ヨーク51の各コア52に巻回された着磁用コイル53に電流を流す。この際には、内周面24b側に磁性材料からなる着磁用のバックヨークを配していないため、着磁用ヨーク51のコア52に出入りし、永久磁石21を通過する磁束Φcの分布が滑らかに形成される。
【0019】
このように構成された永久磁石21において、永久磁石21の外周面21bから出る磁束によって発生するステータコイルからの逆記電力V1を測定した実験結果のグラフを図6に示す。なお、このグラフにおいて、横軸は永久磁石21の内径寸法を示しており、縦軸は、リターンヨークがある場合における逆起電力V0に対する逆起電力V1の割合を示している。なお、リターンヨークがある場合の逆起電力V0は、従来のモータのように、永久磁石21の内周面21b全体に磁性材料からなるリターンヨークを固定した場合の値を示している。
【0020】
この結果によれば、永久磁石21の内径寸法と逆起電力V1とは反比例の関係にあり、永久磁石21の内径寸法が小さい程、逆起電力V1が大きくなる。特に、内径寸法が9mm以下である場合には、逆起電力V0に対する逆起電力V1の割合が90%以上となるため、リターンヨークがある場合と比較しても、モータ1に使用する永久磁石21としての遜色が無くなる。なお、この傾向は、円環状に配列される磁極の数に関係ない。ただし、円環状に配列される磁極の数が多い程、逆起電力V1が大きくなるため、磁極の数をより多く形成することが好ましい。
【0021】
以上のことから、永久磁石21の内径を小さく、特に永久磁石の内径寸法を9mm以下とした場合や、配列する磁極の数を増やした場合には、永久磁石21の内周面21b側に現れる磁極同士の距離が短くなることが考えられる。そして、内周面21b側の磁極から出る磁束が、殆ど漏れることなく内周面21b側の別の磁極、特に、隣り合う別の磁極に引き込まれ、永久磁石21の内周面21bからの磁気漏れが殆どなくなると考えられる。
【0022】
また、図1に示すように、ロータ3の底壁部15の周縁には、ディスク型記録媒体40を支持するための段部(固定部)15bが形成されている。この段部15bにディスク型記録媒体40の中央に形成された中央孔40aを嵌め込むことにより、ディスク型記録媒体40が、ロータ3および軸体と共に中心軸線A1回りに回転することができるようになっている。
この段部15dを有するロータ3を備えたモータ25により記録媒体駆動装置50が構成されることになる。
【0023】
以上のように構成された記録媒体駆動装置50において、ディスク型記録媒体40を回転させる際には、コア7およびコイル9において交番磁界を発生させ、この交番磁界を永久磁石21に作用させてロータ3を回転させる。この際には、永久磁石21が、ベース部材5およびスリーブ27に近接した状態で回転するが、ベース部材5およびスリーブ27がオーステナイト系ステンレスにより形成されているため、ベース部材5およびスリーブ27にうず電流が発生したり、これらベース部材5およびスリーブ27の影響を受けてモータ1の動力に利用する磁気回路に磁気ヒステリシスが発生しない。
【0024】
上記のように、流体動圧軸受装置1によれば、永久磁石21の外周面21aおよび内周面21bにおける周方向の磁束密度分布が、滑らかなサインカーブ状に形成されるため、モータ1の回転むらの原因となるコギングを減少させることができる。したがって、モータ1の回転制御を容易に行うことができる。
また、製造される永久磁石21の外周面21aおよび内周面21bの中心が互いにずれていても、永久磁石21の外周面21とコア7の内周面13aとの隙間が周方向にわたって一定となるように、ロータ3の表面17aに固定できるため、この隙間の周方向にわたるばらつきに基づくピュアトーンの発生を抑えることができる。
【0025】
さらに、ベース部材5やスリーブ27に基づくうず電流損、磁気ヒステリシス損からなる鉄損が発生しないため、モータ1を回転させるための電力をモータ1の回転に有効に活用できる。
また、円環状に形成される永久磁石21の内径寸法を0mmよりも大きく、9mm以下とした場合には、従来のモータのように、永久磁石21の磁束方向を拘束するリターンヨークを設けなくても、永久磁石21の内周面21bからの磁気漏れが殆どなくなるため、モータ1の回転に要する消費電力の抑制を図ることができると共に、リターンヨークを無くしてロータ3や永久磁石21の径寸法を縮小し、モータ1の小型化を図ることができる。
【0026】
なお、ロータ3や永久磁石21の径寸法を縮小せずに、ロータ3および永久磁石21の内周面21bに対向するスリーブ27の円筒壁部の肉厚寸法を大きくした場合には、軸受部4の強度を向上させることができ、モータ1の信頼性向上を図ることができる。
また、従来のモータのように、リターンヨークを含むロータ3を鉄等の磁性材料から構成する必要が無く、比較的軽量な非磁性材料であるアルミニウムから構成できるため、ロータ3の回転に要する消費電力を小さくすることができる。また、アルミニウムは被削性にも優れるためロータ3の加工が容易となる。
【0027】
また、このモータ1を、ディスク型記録媒体40を回転させる記録媒体駆動装置50に適用した場合には、モータ1の回転むらが抑制され、ディスク型記録媒体40が安定して回転することになるため、ディスク型記録媒体40に記録を書き込む際、もしくは、ディスク型記録媒体40から記録を読み出す際の不具合を防止することができる。
【0028】
なお、上記の実施形態においては、ベース部材5およびスリーブ27をオーステナイト系ステンレスにより形成するとしたが、これに限らず、少なくとも非磁性材料から形成すればよい。したがって、ベース部材5およびスリーブ27を、アルミニウム等の非磁性の金属材料や、ポリカーボネート(PC)、アクリロニトリル・ブダジエン・スチレン(ABS)樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のエンジニアリングプラスチックから形成してもよい。
【0029】
また、コア7およびコイル9は、円環状の永久磁石21の外周面21aに対向して配されるとしたが、これに限ることはなく、少なくともこれら永久磁石21、コア7およびコイル9によりロータ3を回転させるように構成されていればよい。したがって、コア7およびコイル9は、永久磁石21の内周面21b側に対向する位置に配されるとしてもよい。この構成の場合には、永久磁石21をロータ3の内周面側に固定し、この内周面に対向するベース部材5やスリーブ27の外周面側にコア7およびコイル9を固定すればよい。
【0030】
また、軸受部4は、所謂液体動圧軸受から構成されるとしたが、これに限ることはなく、少なくともステータ2に対してロータ3を回転自在とする構成であればよい。したがって、軸受部4を、例えばボールベアリングから構成するとしてもよい。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【0031】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コギングを減少させることができるため、モータの回転制御を容易に行うことができると共に、従来のモータのように円環状のリターンヨークを設けないため、モータの小型化を図ることができる。また、コアと永久磁石との隙間を一定に保持するように、永久磁石をロータに固定できるため、この隙間の周方向にわたるばらつきに基づくピュアトーンの発生を抑えることができる。
【0032】
さらに、永久磁石の開放表面に対向するステータ用部材を非磁性材料から構成することにより、ステータ用部材に基づく鉄損が無くなるため、モータを回転させるための電力をモータの回転に有効に利用できる。
また、円環状に形成される永久磁石の内径寸法を0mmよりも大きく9mm以下とした場合には、永久磁石の内周面からの磁気漏れが無くなるため、モータの回転に要する消費電力を減らすことができる。
【0033】
さらに、このモータを記録媒体駆動装置に設けた場合には、ロータを安定して回転させることができるため、記録媒体に記録を書き込む際、もしくは、記録媒体から記録を読み出す際の不具合を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態に係るモータを示す断面図である。
【図2】図1のモータにおいて、コア、コイルおよび永久磁石の位置関係を示す概略平面図である。
【図3】図1のモータにおいて、永久磁石に形成される磁気回路および永久磁石の外周面および外周面における磁束密度分布を示す図である。
【図4】図1のモータにおいて、永久磁石の各磁極内部における磁束方向を示す図である。
【図5】図1のモータにおいて、永久磁石の着磁方法を示す図である。
【図6】図1のモータにおいて、永久磁石の内径寸法と戻り磁束との関係を示すグラフである。
【図7】従来のモータの一例を示す断面図である。
【図8】図7のモータにおいて、永久磁石に形成される磁気回路および永久磁石の外周面および外周面における磁束密度分布を示す図である。
【符号の説明】
1 モータ
2 ステータ
3 ロータ
4 軸受部
5 ベース部材(ステータ用部材)
7 コア
9 コイル
15b 段部(固定部)
17a 表面
21 永久磁石
21a 外周面(対向面)
21b 内周面(開放表面)
27 スリーブ(ステータ用部材)
40 ディスク型記録媒体
50 記録媒体駆動装置
Claims (4)
- コアおよびコイルを有するステータと、これらコアおよびコイルに対向して円環状に複数の磁極を配列した永久磁石を有するロータと、前記ステータに対して前記ロータを回転自在とする軸受部とを備え、
前記コアに対向する対向面とは反対側に位置する前記永久磁石の表面が開放されていることを特徴とするモータ。 - 前記永久磁石が、前記ロータの軸方向の表面のみに固定されていることを特徴とする請求項1に記載のモータ。
- 前記永久磁石の内径寸法が0mmより大きく9mm以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のモータ。
- 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のモータを備え、前記ロータが、薄板状の記録媒体を固定する固定部を備えることを特徴とする記録媒体駆動装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003067989A JP2004282830A (ja) | 2003-03-13 | 2003-03-13 | モータおよび記録媒体駆動装置 |
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JP2003067989A JP2004282830A (ja) | 2003-03-13 | 2003-03-13 | モータおよび記録媒体駆動装置 |
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JP2012089199A (ja) * | 2010-10-19 | 2012-05-10 | Nippon Densan Corp | スピンドルモータ、ディスク駆動装置およびスピンドルモータの製造方法 |
JP2017097929A (ja) * | 2015-11-19 | 2017-06-01 | ミネベアミツミ株式会社 | スピンドルモータ |
-
2003
- 2003-03-13 JP JP2003067989A patent/JP2004282830A/ja active Pending
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