JP2004282830A - モータおよび記録媒体駆動装置 - Google Patents

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

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

Claims (4)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。

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