JP2008104290A - Magnetic member, motor device, and storage device - Google Patents

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Isamu Takehara
勇 竹原
Shinji Kinoshita
伸治 木下
Hiromitsu Goto
廣光 後藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the distortion of rotating magnetic field by harmonics in a small motor. <P>SOLUTION: When outer diameter of permanent magnets used in the motor is represented as Do, the number of magnetic poles of the permanent magnets as P, the number of phases of an alternating current as M, the thickness of the permanent magnets as (t) and when the outer diameter Do of the permanent magnets is configured to satisfy an inequality of 0.07tPM<SP>2</SP>/π≤Do≤t(MP-2 π)/π(16), wherein Do is equal to or less than 20 [mm], influence by the harmonics of the rotating magnetic field can be reduced and a motor having good cogging characteristics can be obtained. The inequality of 0.07tPM<SP>2</SP>/π≤Do≤t(MP-2 π)/π(16) shows the relation of the outer diameter Do of the permanent magnets, the number of magnetic poles P, the thickness (t), and the number of phases M of the alternating current required to improve the harmonics of the motor and specifies the lower and upper limit of the outer diameter of the permanent magnets by the number of magnetic poles P, the thickness (t), and the number of phases M of the alternating current. In this embodiment, the outer diameter Do is specified as 20 [mm] or smaller, but a better effect can be obtained in a micromotor having the outer diameter Do of 15 [mm] or smaller in particular. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、磁性部材、モータ装置、及び記憶装置に関し、例えば、小型ハードディスク装置などに用いるものに関する。   The present invention relates to a magnetic member, a motor device, and a storage device, and for example, to a device used for a small hard disk device or the like.

近年、ハードディスク装置・光ディスク装置といったディスク型記憶装置の小型が急速に進展しており、ディスク外径が1インチ以下のものも急速に普及し始めている。
小型のディスク型記憶装置は、パーソナルコンピュータ、OA機器、情報家電機器といった据え置き型装置のほか、例えば、携帯型音声再生装置、デジタル式カメラ、携帯電話などの携帯装置に用いられている。
In recent years, disk-type storage devices such as hard disk devices and optical disk devices are rapidly becoming smaller, and those having an outer diameter of 1 inch or less are also rapidly spreading.
Small disk-type storage devices are used in portable devices such as portable audio players, digital cameras, and mobile phones, in addition to stationary devices such as personal computers, OA devices, and information home appliances.

ディスク型記憶装置で用いられるディスク駆動用のモータには、アウタロータ型とインナロータ型がある。
アウタロータ型のモータは、円筒形状の永久磁石の内周にステータコイルを配置し、ステータコイルが発生する回転磁界により永久磁石を回転させる。
一方、インナロータ型のモータは、永久磁石の外周にステータコイルを配置し、ステータコイルが発生する回転磁界により永久磁石を回転させる。
There are an outer rotor type and an inner rotor type as a disk driving motor used in a disk type storage device.
In the outer rotor type motor, a stator coil is disposed on the inner periphery of a cylindrical permanent magnet, and the permanent magnet is rotated by a rotating magnetic field generated by the stator coil.
On the other hand, in an inner rotor type motor, a stator coil is disposed on the outer periphery of a permanent magnet, and the permanent magnet is rotated by a rotating magnetic field generated by the stator coil.

モータの永久磁石には希土類磁石が多く用いられ、特に等方性の磁性材料であるNd−Fe−Bを用いたボンド磁石が多く使用されている。
ところが、永久磁石の小型化に伴い着磁ヘッドも小型化し、着磁のため着磁ヘッドに大電流を流すのが困難になってきた。
Rare earth magnets are often used as permanent magnets for motors, and bond magnets using Nd—Fe—B, which is an isotropic magnetic material, are often used.
However, with the downsizing of the permanent magnet, the magnetizing head is also downsized, and it has become difficult to pass a large current through the magnetizing head due to the magnetizing.

これにより、磁性材料が本来持っている磁気飽和能力に満たない磁化で着磁をせざるを得ないという問題があった。
そこで、本願出願人は次の文献で小型の磁性材料においても良好に着磁できる技術を開示した。
As a result, there is a problem that the magnetic material has to be magnetized with a magnetization that does not satisfy the magnetic saturation ability inherent in the magnetic material.
Therefore, the applicant of the present application has disclosed a technique capable of satisfactorily magnetizing even a small magnetic material in the following document.

特開2004−128101公報JP 2004-128101 A 特開2004−147378公報JP 2004-147378 A

この技術は、永久磁石の肉厚を薄くすることにより、少ない電流でも磁気飽和程度まで着磁できるようにしたものである。
より詳細には、モータを高性能に保ちながら薄くできる肉厚の範囲をモータ駆動に用いる交流電流の相数Mとの関係において明らかにした。
また、磁性材料には、薄肉の永久磁石でも減磁の少ないSm-Co系の磁性材料を用い
ることを提案した。
In this technique, the thickness of the permanent magnet is reduced so that even a small current can be magnetized to the degree of magnetic saturation.
More specifically, the range of the wall thickness where the motor can be thinned while maintaining high performance was clarified in relation to the number M of alternating current phases used for driving the motor.
In addition, it has been proposed to use an Sm—Co based magnetic material with little demagnetization even for a thin permanent magnet.

特許文献1、2で開示した技術により、小型の永久磁石を良好に着磁できるようになったが、永久磁石の小型化を押し進めるにつれて高調波による回転磁界歪の問題が新たに発生してきた。
ディスク型記憶装置などは精密機器であるため、高調波の少ないモータが求められている。
Although the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 have made it possible to satisfactorily magnetize a small permanent magnet, a problem of rotating magnetic field distortion due to harmonics has newly occurred as the permanent magnet is further reduced in size.
Since a disk-type storage device is a precision device, a motor with less harmonics is required.

そこで、本発明の目的は、小型のモータにおいて高調波を少なくすることである。   Therefore, an object of the present invention is to reduce harmonics in a small motor.

本発明は、前記目的を達成するために、モータ装置のロータに配設され、前記ロータを駆動する磁性部材であって、前記磁性部材の外径をDo、径方向の肉厚 をt、ラジアル方向に磁化された磁極の数をP、前記モータ装置を駆動する交流電流の相数をMとした場合、前記Doが20[mm]以下で、前記tが0. 07tPM2/π≦Do≦t(MP―2π)/πとなるように設定されていることを特徴とする磁性部材を提供する(第1の構成)。
また、第1の構成は、前記磁性部材は、磁化の方向が揃えられた区分が円周方向に等間隔に形成され、円筒形状を有する異方性のSm−Co系磁性材料で構成することができる(第2の構成)。
また、本発明は、全周に渡って円筒状の磁性部材が配設された回転対称体と、前記回転対称体の軸線上に配設された回転軸と、を備えたロータ部と、前記磁性 部材の内周又は外周に、前記磁性部材と対向して、相数Mの交流により励磁可能な複数のステータコイルが配設されたステータ部と、前記回転軸を前記ステータ 部に、前記回転対称体と前記ステータコイルが同心となるように回転自在に軸支する軸受部と、を具備したモータ装置であって、前記磁性部材は、ラジアル方向 に磁化され、磁極が円周方向に等間隔に形成されており、前記磁性部材の外径をDo、径方向の肉厚をt、前記磁極の数をP、前記モータを駆動する交流電流の 相数をMとした場合、前記Doが20[mm]以下で、前記tが0.07tPM2/π≦Do≦t(MP―2π)/πとなるように設定されていることを特徴とするモータ
装置を提供する(第3の構成)。
また、本発明は、第3の構成のモータ装置を用いて構成された記憶装置であり、円板形状を有する記憶媒体と、前記記憶媒体を回転駆動する第3の構成のモー タ装置と、前記モータ装置で回転駆動された前記記憶媒体から情報を読み取る情報読取手段と、を具備したことを特徴とする記憶装置を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a magnetic member that is disposed on a rotor of a motor device and drives the rotor, wherein the magnetic member has an outer diameter Do, a radial thickness t, When the number of magnetic poles magnetized in the direction is P and the number of AC current phases driving the motor device is M, the Do is 20 mm or less and the t is 0.00. Provided is a magnetic member characterized by being set to satisfy 07 tPM 2 / π ≦ Do ≦ t (MP−2π) / π (first configuration).
In the first configuration, the magnetic member is formed of an anisotropic Sm—Co based magnetic material having a cylindrical shape in which sections in which the magnetization directions are aligned are formed at equal intervals in the circumferential direction. (Second configuration).
In addition, the present invention provides a rotor unit including a rotationally symmetric body in which a cylindrical magnetic member is disposed over the entire circumference, and a rotational shaft disposed on an axis of the rotationally symmetric body, A stator portion in which a plurality of stator coils that can be excited by alternating current of M number of phases are arranged on the inner periphery or outer periphery of the magnetic member so as to face the magnetic member, and the rotating shaft serves as the stator portion. A motor device comprising a symmetric body and a bearing portion rotatably supported so that the stator coil is concentric, wherein the magnetic member is magnetized in the radial direction and the magnetic poles are equally spaced in the circumferential direction. When the outer diameter of the magnetic member is Do, the thickness in the radial direction is t, the number of the magnetic poles is P, and the number of phases of the alternating current that drives the motor is M, the Do is 20 [mm] or less, the t is 0.07tPM 2 / π ≦ Do ≦ t ( To provide a motor device according to claim which is set to be P-2π) / π (third configuration).
Further, the present invention is a storage device configured using the motor device of the third configuration, a storage medium having a disk shape, a motor device of the third configuration that rotationally drives the storage medium, An information reading means for reading information from the storage medium that is rotationally driven by the motor device is provided.

本発明によると、小型のモータにおいて高調波を低減することができる。   According to the present invention, harmonics can be reduced in a small motor.

(1)実施の形態の概要
モータに使用する永久磁石の外径をDo、永久磁石の磁極数をP、交流の相数をM、永久磁石の肉厚をtとすると、20[mm]以下のDoにおいて、永久磁 石の外径Doを次の式(16)の範囲とすると回転磁界の高調波による影響を低減することができ良好なモータが得られる。
(1) Outline of Embodiment If the outer diameter of the permanent magnet used in the motor is Do, the number of magnetic poles of the permanent magnet is P, the number of alternating phases is M, and the thickness of the permanent magnet is t, the thickness is 20 mm or less. If the outer diameter Do of the permanent magnet is within the range of the following equation (16), the influence of the harmonics of the rotating magnetic field can be reduced, and a good motor can be obtained.

0.07tPM2/π≦Do≦t(MP―2π)/π・・・(16) 0.07 tPM 2 / π ≦ Do ≦ t (MP−2π) / π (16)

式(16)は、モータの高調波による影響を低減するために求められる永久磁石の外径Do、磁極数P、肉厚t、及び交流の相数Mとの関係を示しており、永久磁石の外径Doの下限と上限を磁極数P、肉厚t、及び交流の相数Mで規定している。   Equation (16) shows the relationship between the outer diameter Do, the number of magnetic poles P, the wall thickness t, and the number of AC phases M required to reduce the influence of the harmonics of the motor. The lower limit and upper limit of the outer diameter Do are defined by the number P of magnetic poles, the thickness t, and the number M of alternating phases.

本実施の形態では、アウタロータ型のモータを主として説明するが、式(16)はインナロータ型のモータについても適用することができる。
また、本実施の形態では、外径Doを20[mm]以下とするが、特に外径Doが15[mm]以下の超小型のモータでより効果を発揮することができる。
In the present embodiment, an outer rotor type motor will be mainly described. However, Equation (16) can also be applied to an inner rotor type motor.
Further, in the present embodiment, the outer diameter Do is set to 20 [mm] or less, but the effect can be exhibited more particularly in an ultra-small motor having an outer diameter Do of 15 [mm] or less.

(2)実施形態の詳細
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本実施の形態に係るモータの一実施形態を示す軸線方向断面図である。
モータ30は、アウタロータ型の小型モータであり、例えばハードディスク装置や光磁気ディスク装置などに使用される。モータ30は、3相交流によって駆動されるDCブラシレスモータであり、外径が最大25[mm]程度であり、厚さが最大5[mm]程度の小型モータである。
(2) Details of Embodiments Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is an axial sectional view showing an embodiment of a motor according to the present embodiment.
The motor 30 is an outer rotor type small motor, and is used, for example, in a hard disk device or a magneto-optical disk device. The motor 30 is a DC brushless motor driven by three-phase alternating current, and is a small motor having an outer diameter of about 25 [mm] at maximum and a thickness of about 5 [mm].

モータ30は、回転運動を行うロータ部1と、動圧軸受部5によってこれを支持するステータ部2から構成されている。
ロータ部1は、段部8を有した凸型の円板部材であるロータ7(回転対称対)と、ロータ7の中心軸上に形成された回転軸(シャフト)6とを備えている。なお、段部8はハードディスク装置において記憶ディスクを装着する部分である。
The motor 30 includes a rotor portion 1 that performs a rotational motion and a stator portion 2 that supports the rotor portion 1 with a hydrodynamic bearing portion 5.
The rotor portion 1 includes a rotor 7 (rotationally symmetric pair) that is a convex disk member having a stepped portion 8, and a rotating shaft (shaft) 6 formed on the central axis of the rotor 7. The step portion 8 is a portion where a storage disk is mounted in the hard disk device.

段部8の外周には、円筒部材であるロータフレーム21が形成されており、ロータフレーム21の内周面には、円筒形状に形成された永久磁石3がロータフレーム21と同心に接着されている。
永久磁石3の内周面は、ステータ部2に形成されたステータコイル4と間隙を隔てて対面している。永久磁石3は、ロータ7を駆動する磁性部材を構成している。
A rotor frame 21, which is a cylindrical member, is formed on the outer periphery of the stepped portion 8, and a permanent magnet 3 formed in a cylindrical shape is bonded to the rotor frame 21 concentrically on the inner peripheral surface of the rotor frame 21. Yes.
The inner peripheral surface of the permanent magnet 3 faces the stator coil 4 formed in the stator portion 2 with a gap therebetween. The permanent magnet 3 constitutes a magnetic member that drives the rotor 7.

一方、回転軸6の軸線方向中央部付近には、回転軸6を中心線とする円板状の動圧発生板10が設けられている。図示しないが、動圧発生板10の表裏面には動圧を発生するための動圧発生溝が形成されており、ロータ7の回転時にスラスト方向の動圧力を発生する   On the other hand, a disc-shaped dynamic pressure generating plate 10 having the rotation shaft 6 as the center line is provided in the vicinity of the central portion in the axial direction of the rotation shaft 6. Although not shown, dynamic pressure generating grooves for generating dynamic pressure are formed on the front and back surfaces of the dynamic pressure generating plate 10 to generate thrust dynamic pressure when the rotor 7 rotates.

更に、動圧発生板10の回転軸6と対向する側には、動圧発生板10の中心線上に動圧発生軸19が形成されている。
動圧発生軸19の外周面には、軸線方向に対して互いに異なる方向へ傾いた2段の斜線状の溝14、15から構成された動圧発生溝が形成されており、ロータ7の回転時にラジアル方向の動圧力を発生する。
Further, a dynamic pressure generating shaft 19 is formed on the center line of the dynamic pressure generating plate 10 on the side of the dynamic pressure generating plate 10 facing the rotating shaft 6.
On the outer peripheral surface of the dynamic pressure generating shaft 19, dynamic pressure generating grooves composed of two stages of oblique grooves 14 and 15 inclined in different directions with respect to the axial direction are formed. Sometimes generates radial dynamic pressure.

ステータ部2はステータフレーム16、ベース17、アッパープレート18、ステータコイル4などから構成されている。
ベース17は、動圧軸受部5によってロータ部1を保持する部材であって、内部に、動圧発生軸19を収納する収納孔26と、動圧発生板10を収納する収納孔27が形成されている。
The stator portion 2 is composed of a stator frame 16, a base 17, an upper plate 18, a stator coil 4, and the like.
The base 17 is a member that holds the rotor portion 1 by the dynamic pressure bearing portion 5. A storage hole 26 for storing the dynamic pressure generating shaft 19 and a storage hole 27 for storing the dynamic pressure generating plate 10 are formed therein. Has been.

収納孔27の開口端側には、回転軸6を遊挿するための貫通孔が形成されたアッパープレート18が取り付けられている。
アッパープレート18とベース17によりベース17の内部に空洞部分が形成され、この空洞部分に動圧発生板10、動圧発生軸19と共に動圧発生用のオイル11が収納されている。
An upper plate 18 having a through hole for loosely inserting the rotary shaft 6 is attached to the opening end side of the storage hole 27.
A hollow portion is formed inside the base 17 by the upper plate 18 and the base 17, and the oil 11 for generating dynamic pressure is stored in the hollow portion together with the dynamic pressure generating plate 10 and the dynamic pressure generating shaft 19.

ベース17の外周部分はスリーブ22と呼ばれ、複数のステータコイル4が等間隔で同心円上に配設されている。
ベース17の底部には、ステータフレーム16が形成されている。ステータフレーム16は、モータ30をハードディス装置などに固定するためのネジ穴などが形成されている。
An outer peripheral portion of the base 17 is called a sleeve 22, and a plurality of stator coils 4 are arranged concentrically at equal intervals.
A stator frame 16 is formed on the bottom of the base 17. The stator frame 16 is formed with screw holes for fixing the motor 30 to a hard disk device or the like.

以上のようにして構成されたモータ30は次のようにして動作する。
ステータコイル4に3相交流電流を供給すると、永久磁石3の内周側に回転磁界が発生する。
永久磁石3がこの回転磁界に吸引・反発されてロータ部1にトルクが生じ、ロータ7が回転する。
ロータ7が回転すると、動圧軸受部5によって動圧が発生し、ロータ部1が動圧軸受部5によって保持される。
The motor 30 configured as described above operates as follows.
When a three-phase alternating current is supplied to the stator coil 4, a rotating magnetic field is generated on the inner peripheral side of the permanent magnet 3.
The permanent magnet 3 is attracted and repelled by this rotating magnetic field, and torque is generated in the rotor portion 1, so that the rotor 7 rotates.
When the rotor 7 rotates, dynamic pressure is generated by the dynamic pressure bearing portion 5, and the rotor portion 1 is held by the dynamic pressure bearing portion 5.

以上、モータ30は、動圧軸受部5によってロータ部1を保持したが、これに限定するものではなく、例えば、ボールベアリングによって支持してもよい。
また、モータ30をインナロータ型に構成する場合は、ロータフレーム21の外周に永久磁石3を配置し、その更に外周に間隙を隔ててステータコイル4を配置する。インナロータ型のモータの構成については後述する。
As mentioned above, although the motor 30 hold | maintained the rotor part 1 with the dynamic pressure bearing part 5, it is not limited to this, For example, you may support by a ball bearing.
When the motor 30 is configured as an inner rotor type, the permanent magnet 3 is disposed on the outer periphery of the rotor frame 21, and the stator coil 4 is disposed on the outer periphery with a gap therebetween. The configuration of the inner rotor type motor will be described later.

図2(a)は、モータ30の断面A−A(図1)の概略を示した図である。
モータ30は、極数12、スロット数9を有し、3相交流に対応したDCブラシレスモータである。
スリーブ22の周囲には、放射状に突起した9個のステータコア39が等間隔に形成されている。ステータコア39は、略T字型の断面を有しており、間隙44を隔てて他のステータコア39と隣接している。
図示しないが、ステータコア39の周囲にはそれぞれ励磁用の巻線が巻かれており、これによってステータコイル4が形成される。
FIG. 2A is a diagram showing an outline of a cross section AA (FIG. 1) of the motor 30.
The motor 30 is a DC brushless motor having 12 poles and 9 slots and corresponding to three-phase alternating current.
Around the sleeve 22, nine stator cores 39 projecting radially are formed at equal intervals. The stator core 39 has a substantially T-shaped cross section and is adjacent to another stator core 39 with a gap 44 therebetween.
Although not shown, excitation windings are wound around the stator core 39, whereby the stator coil 4 is formed.

永久磁石3は、円周方向に磁気的な区分によって12等分されている。各区分はラジアル方向、即ち、内周面から外周面へ、あるいは外周面から内周面に磁化 されている。内周側面から外周面へ磁化されている場合は、内周面にN極が形成され、外周面にS極が形成されている。このようにして永久磁石3は12極の永 久磁石を構成している。   The permanent magnet 3 is divided into 12 equal parts in the circumferential direction by magnetic division. Each section is magnetized in the radial direction, that is, from the inner peripheral surface to the outer peripheral surface or from the outer peripheral surface to the inner peripheral surface. When magnetized from the inner peripheral side surface to the outer peripheral surface, the N pole is formed on the inner peripheral surface and the S pole is formed on the outer peripheral surface. In this way, the permanent magnet 3 constitutes a 12-pole permanent magnet.

図に示したN、Sの文字は、各区分において永久磁石3の内周面に現れている磁極を示している。
このようにして、永久磁石3の内周面には、円周方向に沿ってN極とS極が交互に形成されている。
The letters N and S shown in the figure indicate magnetic poles appearing on the inner peripheral surface of the permanent magnet 3 in each section.
In this way, N poles and S poles are alternately formed on the inner peripheral surface of the permanent magnet 3 along the circumferential direction.

また、インナロータ型モータの場合の永久磁石とステータコアの配置を図2(b)に示した。
図に示したように、インナロータ型の場合、ロータフレーム21に永久磁石3が取り付けられており、永久磁石3の外周には、所定の間隔を隔ててステータコア39が配置されている。ステータコア39は、間隙44を隔てて等間隔に配置される。
FIG. 2B shows the arrangement of the permanent magnet and the stator core in the case of the inner rotor type motor.
As shown in the figure, in the case of the inner rotor type, the permanent magnet 3 is attached to the rotor frame 21, and the stator core 39 is disposed on the outer periphery of the permanent magnet 3 with a predetermined interval. The stator cores 39 are arranged at equal intervals with a gap 44 therebetween.

図3は、永久磁石3の外形及び磁極を示した図である。図3(a)は、永久磁石3を回転軸方向(図1の矢線28)から見た図であり、図3(b)は、永久磁石3を矢線28に垂直な方向から見た図である。   FIG. 3 is a view showing the outer shape and magnetic poles of the permanent magnet 3. 3A is a view of the permanent magnet 3 viewed from the direction of the rotation axis (arrow line 28 in FIG. 1), and FIG. 3B is a view of the permanent magnet 3 viewed from the direction perpendicular to the arrow line 28. FIG.

図3(a)に示したように、永久磁石3は、磁極ピッチがLm[mm]、図3(b)に示したように、外径がDo[mm](≦20[mm]、好ましくは ≦15[mm])、内径がDi、肉厚がt[mm]である。このため、Di+2t=Doの関係がある。ただし、磁極ピッチLmは、1磁極の外周長さとする。   As shown in FIG. 3A, the permanent magnet 3 has a magnetic pole pitch of Lm [mm], and as shown in FIG. 3B, the outer diameter is Do [mm] (≦ 20 [mm], preferably ≦ 15 [mm]), the inner diameter is Di, and the wall thickness is t [mm]. For this reason, there is a relationship of Di + 2t = Do. However, the magnetic pole pitch Lm is the outer peripheral length of one magnetic pole.

図4(a)は、極数が12、スロット数が9の場合の永久磁石3とステータコア39の幾何学的な関係を示した図である。永久磁石3は円形状を有し、ステータコア39は円弧状に配置されているが、図を簡略化するためにこれらを直線状に記した。
また、図4(a)はインナロータ型の配置を示しているが、このままアウタロータ型の永久磁石とステータコアの配置に適用することができる。
FIG. 4A is a diagram showing a geometrical relationship between the permanent magnet 3 and the stator core 39 when the number of poles is 12 and the number of slots is 9. FIG. The permanent magnet 3 has a circular shape, and the stator core 39 is arranged in an arc shape, but these are shown in a straight line in order to simplify the drawing.
FIG. 4A shows an inner rotor type arrangement, but the arrangement can be applied to an arrangement of an outer rotor type permanent magnet and a stator core as it is.

ステータコア39は、ラジアル方向に張り出したポール46と、ポール46の先端から円周方向に張り出した突極歯47から構成されている。そして、隣接する突極歯47の間には間隙44が形成されている。図示しないがスロット45には巻き線が巻いてあり、ステータコア39と巻き線によりステータコイル4が形成される。   The stator core 39 includes a pole 46 projecting in the radial direction and salient pole teeth 47 projecting in the circumferential direction from the tip of the pole 46. A gap 44 is formed between adjacent salient pole teeth 47. Although not shown, a winding is wound around the slot 45, and the stator coil 4 is formed by the stator core 39 and the winding.

このように構成されたステータコア39と永久磁石3において、高調波が低減される条件を考える。
ステータコイル4に電力を供給すると、回転磁界にn次倍の高調波が重畳されて波形が乱れ、これが回転不安定の原因の1つとなっている。
Consider conditions under which harmonics are reduced in the stator core 39 and the permanent magnet 3 thus configured.
When electric power is supplied to the stator coil 4, n-order harmonics are superimposed on the rotating magnetic field to disturb the waveform, which is one of the causes of rotational instability.

高調波の発生は主に間隙44に形成される磁界に起因すると考えられているが、間隙44と高調波が発生するメカニズムとの関係はまだ十分に解明されていない。
間隙44を0とすると高調波を大幅に改善することができるが、間隙44を0にするとモータ30の性能が低下するほか、ステータコア39に巻き線が巻きにくいという問題がある。
Although the generation of harmonics is considered to be mainly caused by the magnetic field formed in the gap 44, the relationship between the gap 44 and the mechanism for generating the harmonics has not yet been fully elucidated.
When the gap 44 is set to 0, harmonics can be significantly improved. However, when the gap 44 is set to 0, there are problems that the performance of the motor 30 is deteriorated and that the winding is difficult to wind around the stator core 39.

そこで、本実施の形態では、このような実情に鑑み、高調波の低減を実現することのできる条件を、間隙44の間隔、永久磁石3の外寸、及び交流の相数の関係として明らかにする。   Therefore, in the present embodiment, in view of such a situation, the conditions under which harmonics can be reduced are clarified as the relationship between the gap 44 interval, the outer dimension of the permanent magnet 3, and the number of AC phases. To do.

まず、ステータのスロット数をS、交流の相数をM、磁石の磁極数をP、nを整数とすると、次の式(1)、(2)が成り立つ。   First, when the number of slots in the stator is S, the number of alternating phases is M, the number of magnetic poles in the magnet is P, and n is an integer, the following equations (1) and (2) hold.

S=nM・・・(1)
P=n(M±1)・・・(2)
S = nM (1)
P = n (M ± 1) (2)

式(2)で+符号は、極数が12、スロット数が9など、極数がスロット数よりも大きい場合に適用し、−符号は極数が6、スロット数が9、あるいは、極数が8、スロット数が12など、極数がスロット数よりも小さい場合に適用する。   In the formula (2), the + sign is applied when the number of poles is larger than the number of slots such as 12 poles and 9 slots, and the-sign is 6 poles and the number of slots is 9 or the number of poles. Is applied when the number of poles is smaller than the number of slots, such as 8 and the number of slots of 12.

例えば、n=3で3相の場合、S=3×3=9スロットとなる。また、式(2)で+符号を採用する場合はP=3(3+1)=12極となり、−符号を採用する場合はP=3(3−1)=6極となる。
モータを構成することができる極数とスロット数の組み合わせは後ほど示す。
For example, in the case of n = 3 and three phases, S = 3 × 3 = 9 slots. Further, when the + sign is adopted in the expression (2), P = 3 (3 + 1) = 12 poles, and when the − sign is adopted, P = 3 (3-1) = 6 poles.
The combination of the number of poles and the number of slots that can constitute the motor will be described later.

一般に用いられているモータは極数が12、スロット数が9であるため、以下では式(2)が+符号の場合を用いて説明する。また、後述するように−符号を用いても同様の議論が成り立つ。   Since a commonly used motor has 12 poles and 9 slots, the following description is based on the case where the expression (2) is a plus sign. In addition, as will be described later, the same argument holds even when-signs are used.

本願発明者は、極数がスロット数より大きい場合は、突極歯47の長さLaと磁極ピッチLmがほぼ等しいときに高調波が低減されることを見いだした。
即ち、Lm=πDo/Pと、La=πDo/S−δが、ほぼ等しい場合(Lm=La)、高調波による影響が小さくなる。
The inventor has found that when the number of poles is larger than the number of slots, the harmonics are reduced when the length La of the salient pole teeth 47 and the magnetic pole pitch Lm are substantially equal.
That is, when Lm = πDo / P and La = πDo / S−δ are substantially equal (Lm = La), the influence of harmonics is reduced.

このように、突極歯47の長さLaと磁極ピッチLmが等しいと見なした場合、突極歯間隙δは、突極歯47が占有する突極ピッチ長から磁極の長さを減算したものであるから、突極歯間隙δは次の式(3)で表される。   Thus, when it is assumed that the length La of the salient pole teeth 47 is equal to the magnetic pole pitch Lm, the salient pole tooth gap δ is obtained by subtracting the length of the magnetic pole from the salient pole pitch length occupied by the salient pole teeth 47. Therefore, the salient pole tooth gap δ is expressed by the following equation (3).

δ=πDo/S−πDo/P=πDo/MP・・・(3)   δ = πDo / S−πDo / P = πDo / MP (3)

なお、図4(b)は、極数が6でスロット数が9の場合の永久磁石3とステータコア39の幾何学的な関係を示した図であり、式(2)で−符号を採用した場合に該当する。
この場合、Lm=La+2δ=Ls−δ+2δ=Ls+δとなるからδ=Lm−Ls=πDo(1/P−1/S)=πDo(1/P−(M−1)/MP)=πDo/MPとなり、やはり式(3)が得られる。
そのため、式(3)は、式(2)において+符号、−符号の何れを採用する場合にも成り立つ式である。
FIG. 4B is a diagram showing a geometrical relationship between the permanent magnet 3 and the stator core 39 when the number of poles is 6 and the number of slots is 9, and a minus sign is adopted in the expression (2). This is the case.
In this case, since Lm = La + 2δ = Ls−δ + 2δ = Ls + δ, δ = Lm−Ls = πDo (1 / P−1 / S) = πDo (1 / P− (M−1) / MP) = πDo / MP Thus, formula (3) is also obtained.
Therefore, the expression (3) is an expression that holds even when either the + sign or the − sign is adopted in the expression (2).

一般的に高調波成分は突極歯47の間隙44に発生する。n次の高調波成分を低減する手段としては、磁極ピッチLmの1/nだけLs幅を広くするか、または狭くすることにより高調波が改善できることは知られているが、本願発明者により永久磁石3の肉厚tを2δt/Doだけ減らした厚みt(1−2δ/Do)より突極歯間隔δを小さくすることにより、大幅に改善できることを見いだした。   In general, harmonic components are generated in the gap 44 of the salient pole teeth 47. As means for reducing the n-th order harmonic component, it is known that the harmonic can be improved by widening or narrowing the Ls width by 1 / n of the magnetic pole pitch Lm. It has been found that the salient pole tooth interval δ is made smaller than the thickness t (1-2δ / Do) obtained by reducing the thickness t of the magnet 3 by 2δt / Do, so that it can be significantly improved.

また、永久磁石3と突極歯47の間に形成される空隙のラジアル方向の距離、即ち空隙長をLgとすると、本願発明者は、3相(M=3)の場合は、突極歯間隔δを空隙長Lgの3倍とすると高調波発生防止に適していることを見いだした。
間隙44における磁界の作用や突極歯間隔δと高調波の関係は理論的に解明されておらず不明な点が多いが、本願発明者は、空隙長の倍数が相数と一致することから、突極歯間隙δが空隙長Lgの相数M倍となると高調波による影響を抑制できるものと考えている。
In addition, assuming that the radial distance of the gap formed between the permanent magnet 3 and the salient pole teeth 47, that is, the gap length is Lg, the inventors of the present application have a salient pole tooth in the case of three phases (M = 3). It has been found that if the interval δ is three times the gap length Lg, it is suitable for preventing the generation of harmonics.
The effect of the magnetic field in the gap 44 and the relationship between the salient pole tooth spacing δ and the harmonics are not theoretically elucidated, and there are many unclear points. However, the inventor of the present application recognizes that the multiple of the gap length matches the phase number. If the salient pole tooth gap δ becomes M times the number of phases of the gap length Lg, it is considered that the influence of harmonics can be suppressed.

また、突極歯間隙δを小さくしていくとモータの出力が低下するので、空隙長Lgの相数M倍が突極歯間隙δの下限であると考えられる。
以上から相数M、空隙長Lg、突極歯間隙δ、磁石の肉厚tの間には次の式(4)が成り立つ。
Further, since the motor output decreases as the salient pole tooth gap δ is reduced, it is considered that the number M of phases of the gap length Lg is the lower limit of the salient pole tooth gap δ.
From the above, the following equation (4) is established among the number of phases M, the gap length Lg, the salient pole tooth gap δ, and the magnet thickness t.

MLg≦πDo/MP≦t(1―2δ/Do)・・・(4)   MLg ≦ πDo / MP ≦ t (1-2δ / Do) (4)

式(4)の突極歯間隙δに(3)を代入して整理すると次の式(5)に示すように、永久磁石の外形Doの上限、及び加減が得られる。   By substituting (3) for the salient pole tooth gap δ of equation (4), the upper limit of the outer shape Do of the permanent magnet and the addition / subtraction are obtained as shown in the following equation (5).

PLgM2/π≦Do≦t(MP―2π)/π・・・(5) PLgM 2 / π ≦ Do ≦ t (MP−2π) / π (5)

次に、式(5)の左辺の空隙長Lgを肉厚tで表すことを考える。これによって外径Doの範囲が肉厚tと相数Mによって規定される。
磁気回路の記事力をF、有効磁束をΦ0、有効パーミアンスをP0とすると次の式(6)が成り立つ。
Next, consider that the gap length Lg on the left side of the equation (5) is represented by the wall thickness t. As a result, the range of the outer diameter Do is defined by the wall thickness t and the phase number M.
When the article power of the magnetic circuit is F, the effective magnetic flux is Φ 0 , and the effective permeance is P 0 , the following equation (6) is established.

F=Φ0/P0・・・(6) F = Φ 0 / P 0 (6)

空隙の有効磁束密度をBg、空隙の有効面積をSgとすると次の式(7)が成り立つ。   When the effective magnetic flux density of the air gap is Bg and the effective area of the air gap is Sg, the following equation (7) is established.

Φ0=BgSg・・・(7) Φ 0 = BgSg (7)

空隙透磁率をμ0とすると次の式(8)が成り立つ。 When the air permeability is μ 0 , the following equation (8) is established.

0=μ0Sg/Lg・・・(8) P 0 = μ 0 Sg / Lg (8)

式(6)〜式(8)により次の式(9)が得られる。ここで、単位はC.G.S.単位系を用いてμ0=1とした。 The following equation (9) is obtained from the equations (6) to (8). Here, the unit is C.I. G. S. Μ 0 = 1 using the unit system.

F=BgLg/μ0=BgLg・・・(10) F = BgLg / μ 0 = BgLg (10)

空隙の起磁力と磁石の起磁力はほぼ等しいので式(10)は、次のようにおくことができる。ここで、Hgは空隙での磁界、rは起磁力損失係数(レラクタンス係数)、Hdは動作点での磁界である。   Since the magnetomotive force of the air gap is substantially equal to the magnetomotive force of the magnet, equation (10) can be expressed as follows. Here, Hg is a magnetic field in the air gap, r is a magnetomotive force loss coefficient (reluctance coefficient), and Hd is a magnetic field at the operating point.

F=BgLg=rHgLg=tHd・・・(11)   F = BgLg = rHgLg = tHd (11)

式(11)により次の式(12)が得られる。   The following equation (12) is obtained from the equation (11).

Hd/Hg=rLg/t・・・(12)   Hd / Hg = rLg / t (12)

本願発明者によると、Hd/Hgは0.1〜0.2程度の値(0.15程度が中央値)が適当であることが見いだされている。この値を式(12)に適用すると次の式(13)が得られる。   According to the inventor of the present application, it has been found that a value of about 0.1 to 0.2 (about 0.15 is a median value) is appropriate for Hd / Hg. When this value is applied to the equation (12), the following equation (13) is obtained.

0.1≦rLg/t≦0.2・・・(13)   0.1 ≦ rLg / t ≦ 0.2 (13)

これを空隙長Lgについて解くと次の式(14)が得られる。   When this is solved for the gap length Lg, the following equation (14) is obtained.

0.1t/r≦Lg≦0.2t/r・・・(14)   0.1 t / r ≦ Lg ≦ 0.2 t / r (14)

また、一般に、rは1.1〜1.5程度の値であることが知られており、これを式(14)に適用すると次の式(15)が得られる。なお、Lgの下限はr=1.1とし、上限はr=1.5としたものである。なお、小数点第3位以下は四捨五入した。   In general, r is known to have a value of about 1.1 to 1.5, and when this is applied to the equation (14), the following equation (15) is obtained. The lower limit of Lg is r = 1.1, and the upper limit is r = 1.5. The numbers after the third decimal place are rounded off.

0.07t≦Lg≦0.18t・・・(15)   0.07t ≦ Lg ≦ 0.18t (15)

このように、空隙長Lgの下限値は0.07tであるので、これを式(5)の左辺に代入すると次の式(16)が得られる。   Thus, since the lower limit value of the gap length Lg is 0.07 t, the following expression (16) is obtained by substituting this into the left side of expression (5).

0.07tPM2/π≦Do≦t(MP―2π)/π・・・(16) 0.07 tPM 2 / π ≦ Do ≦ t (MP−2π) / π (16)

このようにして磁石の外径Doの下限と上限を肉厚tと交流の相数Mで規定することができる。
そして、式(16)を満たすように外径Do、肉厚t、及び相数Mを選択すると、コギングの少ないモータ30を得ることができる。
In this way, the lower limit and the upper limit of the outer diameter Do of the magnet can be defined by the wall thickness t and the number of alternating phases M.
When the outer diameter Do, the wall thickness t, and the number of phases M are selected so as to satisfy Expression (16), the motor 30 with less cogging can be obtained.

図5は、モータ30に使用可能な交流の相数、永久磁石の極数、ステータのスロット数の例を示した一覧表である。
現在最も用いられているのは、交流の相数が3相、永久磁石が12極、ステータのスロット数が9のものであるが、この一覧表に示したように、各種の相数、極数、スロット数の組み合わせが可能である。
例えば、5相の交流に対しては、極数4、6、8・・・などが採用でき、極数が4、6の場合はスロット数が5となる。
FIG. 5 is a list showing an example of the number of AC phases, the number of permanent magnet poles, and the number of stator slots that can be used in the motor 30.
Currently, the most widely used are AC phases with 3 phases, permanent magnets with 12 poles and stator slots with 9 slots. As shown in this table, there are various phases and poles. Combinations of numbers and slots are possible.
For example, for a five-phase alternating current, the number of poles 4, 6, 8,... Can be adopted, and when the number of poles is 4, 6, the number of slots is 5.

次に磁性材料について説明する。
本実施の形態では、永久磁石3の小型化に伴い、肉厚tが薄くなっているが、従来から用いられているNd−Fe−B系ボンド永久磁石で肉厚を薄くすると減磁しやすくなるという問題がある。
本実施の形態では、Sm-Co系の磁性材料を用いることにより、これらの問題を解決
した。
Next, the magnetic material will be described.
In the present embodiment, the thickness t is reduced with the downsizing of the permanent magnet 3. However, if the thickness is reduced with a conventional Nd—Fe—B bond permanent magnet, demagnetization tends to occur. There is a problem of becoming.
In this embodiment, these problems are solved by using an Sm—Co based magnetic material.

Sm-Co系永久磁石は、磁気モーメントのピンニング機構により、磁気モーメントが
固定されているため、ピンニング機構がないNd-Fe-B系永久磁石に比べて、機械加工減磁、高温減磁が小さいことが知られている。
サマリウム(Sm)は高価な材料であるが、永久磁石3は、内径も小さく、肉厚も薄いため、サマリウムの使用量が少なくて済み、低価格で永久磁石3を製造することができる。
Since the magnetic moment is fixed by the pinning mechanism of the magnetic moment, the Sm—Co permanent magnet has smaller machining demagnetization and high temperature demagnetization than the Nd—Fe—B permanent magnet without the pinning mechanism. It is known.
Although samarium (Sm) is an expensive material, since the permanent magnet 3 has a small inner diameter and a small wall thickness, the amount of samarium used is small, and the permanent magnet 3 can be manufactured at a low price.

なお、Sm-Co系の磁性材料には、異方性のものと、Nd-Fe-B系の磁性材料と同
様な等方性のものとが存在し、異方性のものの方が等方性のものよりも優れている。
There are anisotropic Sm—Co magnetic materials and anisotropic materials similar to Nd—Fe—B magnetic materials, and anisotropic materials are isotropic. It is better than the sexual one.

図6(a)は、等方性の磁性材料を用いた永久磁石の製造方法を説明するための図である。
左端の図に示したように、等方性の磁性材料は原料の段階で磁気モーメントの方向がランダムになっている。
そして、これを円筒形状に成形した後熱処理を行い、その後、機械加工で外寸を整えて着磁する。
着磁により、ランダムであった磁気モーメントの方向が磁極の方向に揃えられる。
FIG. 6A is a diagram for explaining a method of manufacturing a permanent magnet using an isotropic magnetic material.
As shown in the leftmost figure, the direction of the magnetic moment of the isotropic magnetic material is random at the raw material stage.
And after shape | molding this to a cylindrical shape, it heat-processes, and after that, it adjusts an outer dimension by machining and magnetizes.
Magnetization aligns the direction of the random magnetic moment with the direction of the magnetic pole.

図6(b)は、異方性の磁性材料を用いた永久磁石の製造方法を説明するための図である。
左端の図に示したように、異方性の磁性材料は原材料の段階で磁気モーメントの方向が揃った領域(組織)が集まって構成されている。
なお、図中では磁気モーメントが揃った領域を3つ模式的に表し、他の領域は省略している。
FIG. 6B is a diagram for explaining a method of manufacturing a permanent magnet using an anisotropic magnetic material.
As shown in the leftmost figure, an anisotropic magnetic material is formed by collecting regions (structures) in which the directions of magnetic moments are aligned at the raw material stage.
In the figure, three regions where magnetic moments are aligned are schematically shown, and other regions are omitted.

これを円筒形状に成形した後磁場配向を行い、磁性材料をラジアル方向に磁化させる。
ここで、磁場配向とは、素材を予め一方向に着磁し、磁気モーメントの方向を揃える処理を言う。磁場配向を行った後に着磁すると強力な磁界が得られることが知られている。
After this is formed into a cylindrical shape, magnetic field orientation is performed to magnetize the magnetic material in the radial direction.
Here, magnetic field orientation refers to a process of previously magnetizing a material in one direction and aligning the direction of the magnetic moment. It is known that a strong magnetic field can be obtained by magnetization after magnetic field orientation.

次に、磁場配向により形成された磁極を消磁する。消磁することにより、磁性材料の磁化の方向をラジアル方向に保ったまま磁気を帯びないようにすることができる。
その後は、等方性の磁性材料と同様に、熱処理を行ってから機械加工し、そして着磁が行われる。
Next, the magnetic pole formed by the magnetic field orientation is demagnetized. By demagnetizing, it is possible to prevent magnetism while keeping the magnetization direction of the magnetic material in the radial direction.
Thereafter, similarly to the isotropic magnetic material, heat treatment is performed, and then machining is performed, and magnetization is performed.

図6(c)は、異方性の磁性材料の磁場配向と着磁による磁化の方向を模式的に示した図である。
左端の図に示したように、磁場配向前の段階では何れの方向にも磁化されていない。
FIG. 6C is a diagram schematically showing the magnetic field orientation of an anisotropic magnetic material and the direction of magnetization due to magnetization.
As shown in the leftmost diagram, the magnet is not magnetized in any direction before the magnetic field orientation.

中央の図に示したように、磁場配向を行うと磁性材料はラジアル方向に単極に磁化される。
図の例では、内周側がN極、外周側がS極に磁化されている。逆の方向に磁化してもよい。
図示しないが、これを消磁すると磁気モーメントの方向をラジアル方向に保ったまま磁化の方向がランダムになり、全体として磁気を持たなくなる。
As shown in the center figure, when magnetic field orientation is performed, the magnetic material is magnetized to a single pole in the radial direction.
In the example of the figure, the inner peripheral side is magnetized to the N pole and the outer peripheral side is magnetized to the S pole. It may be magnetized in the opposite direction.
Although not shown, if this is demagnetized, the direction of magnetization becomes random while keeping the direction of the magnetic moment in the radial direction, and as a whole no magnetism is obtained.

右端の図に示したように、着磁を行うと所定の極数の磁極が形成され、永久磁石3が得られる。
右端の図の例では、永久磁石3は、12極に着磁されており、内周側がS極、外周側がN極となるように着磁された区分と、その逆となるように着磁された区分が交互に等間隔で形成されている。
As shown in the rightmost figure, when magnetization is performed, magnetic poles having a predetermined number of poles are formed, and the permanent magnet 3 is obtained.
In the example of the rightmost figure, the permanent magnet 3 is magnetized to 12 poles, magnetized so that the inner circumference side is S pole and the outer circumference side is N pole, and vice versa. The divided sections are alternately formed at equal intervals.

図7は、モータ30を用いて構成したハードディスク装置(記憶装置)の内部構成を示した図である。
このうち、図13(a)は、内部構成90の斜視図を示しており、図13(b)はモータ30の軸線方向の断面図を示している。なお、図13(b)ではアーム82と駆動機構85は省略してある。
FIG. 7 is a diagram illustrating an internal configuration of a hard disk device (storage device) configured using the motor 30.
Among these, FIG. 13A shows a perspective view of the internal configuration 90, and FIG. 13B shows a cross-sectional view of the motor 30 in the axial direction. In FIG. 13B, the arm 82 and the drive mechanism 85 are omitted.

内部構成90は、モータ30、記憶ディスク80、アーム82、駆動機構85などから構成されている。
図示しないが、内部構成90は金属などで構成された箱状の筐体に収納されている。そして、この筐体には、モータ30や駆動機構85の駆動を制御したり、 記憶ディスク80に対する情報の読み書きを行うための電子回路が設置されており、これらはハードディスク装置を構成する。
The internal configuration 90 includes a motor 30, a storage disk 80, an arm 82, a drive mechanism 85, and the like.
Although not shown, the internal configuration 90 is housed in a box-shaped housing made of metal or the like. The casing is provided with an electronic circuit for controlling the driving of the motor 30 and the driving mechanism 85 and reading / writing information from / to the storage disk 80, and these constitute a hard disk device.

記憶ディスク80は、中心分に取り付け穴が形成された円板状の金属板であり、表裏面は情報を磁気にて記録する磁性材料で構成されている。記憶ディスク80は、円板形状を有する記憶媒体を構成している。
記憶ディスク80は、所定間隔を隔てて6枚あり、取り付け穴をモータ30の段部8(図1)に固定してある。
The storage disk 80 is a disk-shaped metal plate with a mounting hole formed in the center, and the front and back surfaces are made of a magnetic material that records information magnetically. The storage disk 80 constitutes a storage medium having a disk shape.
There are six storage disks 80 at a predetermined interval, and attachment holes are fixed to the step portion 8 (FIG. 1) of the motor 30.

アーム82は、駆動機構85により駆動されて支点を中心に記憶ディスク80の半径方向に移動し、記憶ディスク80の所定位置に位置することができる。
アーム82は、先端部分に磁気ヘッドを有しており、記憶ディスク80の所定位置にて記憶ディスク80に対して情報の読み書きを行う。アーム82は、情報読取手段を構成している。
アーム82は12個あり、それぞれ記憶ディスク80の表裏面に対応している。そのため、内部構成90は、全ての記憶ディスク80の表裏面に対して情報の読み書きを行うことができる。
The arm 82 is driven by the drive mechanism 85 to move in the radial direction of the storage disk 80 around the fulcrum, and can be positioned at a predetermined position of the storage disk 80.
The arm 82 has a magnetic head at the tip, and reads / writes information from / to the storage disk 80 at a predetermined position of the storage disk 80. The arm 82 constitutes information reading means.
There are 12 arms 82 corresponding to the front and back surfaces of the storage disk 80, respectively. Therefore, the internal configuration 90 can read and write information on the front and back surfaces of all the storage disks 80.

駆動機構85は、永久磁石と電磁石などから構成されており、電磁気力によりアーム82を支点の回りに回転移動させる。
モータ30には、先に説明した永久磁石3が使用されている。
The drive mechanism 85 includes a permanent magnet and an electromagnet, and rotates the arm 82 around a fulcrum by electromagnetic force.
The permanent magnet 3 described above is used for the motor 30.

以上、アウタロータ型のモータ30を例にとり説明したが、式(16)などの永久磁石3の外径Do、相数M、及び突極歯間隙δの関係式はインナロータ型のモータでも成立する。そこで、インナロータ型のモータの構造についても説明しておく。   The outer rotor type motor 30 has been described above as an example. However, the relational expression of the outer diameter Do, the phase number M, and the salient pole tooth gap δ of the permanent magnet 3 such as the expression (16) is also established in the inner rotor type motor. Therefore, the structure of the inner rotor type motor will also be described.

図8は、インナロータ型モータの軸線方向断面図である。
モータ30aは、インナロータ型のモータを構成しており、モータ30(図1)と対応する部材には同じ符号を付してある。
FIG. 8 is an axial sectional view of the inner rotor type motor.
The motor 30a constitutes an inner rotor type motor, and members corresponding to the motor 30 (FIG. 1) are denoted by the same reference numerals.

モータ30aは、回転運動を行うロータ部1と、動圧軸受部5によってこれを支持するステータ部2から構成されている。
ロータ部1は、段部8を有した凸型の円板部材であるロータ7と、ロータ7の中心軸上に形成された回転軸(シャフト)6とを備えている。なお、段部8はハードディスク装置において記憶ディスク80を装着する部分である。
The motor 30a is composed of a rotor portion 1 that performs a rotational motion and a stator portion 2 that supports the rotor portion 1 by a hydrodynamic bearing portion 5.
The rotor portion 1 includes a rotor 7 that is a convex disk member having a step portion 8, and a rotating shaft (shaft) 6 formed on the central axis of the rotor 7. The step portion 8 is a portion where the storage disk 80 is mounted in the hard disk device.

なお、ハードディスク装置においては、記憶ディスク80の表裏面にアーム82が設置され、アーム82の先端に形成された磁気ヘッド81によって、記憶ディスク80の両面にデータが読み書きされる。   In the hard disk device, arms 82 are installed on the front and back surfaces of the storage disk 80, and data is read and written on both surfaces of the storage disk 80 by a magnetic head 81 formed at the tip of the arm 82.

段部8の外周には、円筒部材であるロータフレーム21が形成されており、ロータフレーム21の外周面には、円筒形状に形成された永久磁石3がロータフレーム21と同心に接着されている。
永久磁石3の外周面は、ステータ部2に形成されたステータコイル4と間隙を隔てて対面している。永久磁石3は、ロータ7を駆動する磁性部材を構成している。
A rotor frame 21, which is a cylindrical member, is formed on the outer periphery of the stepped portion 8, and a cylindrical permanent magnet 3 is bonded to the outer peripheral surface of the rotor frame 21 concentrically with the rotor frame 21. .
The outer peripheral surface of the permanent magnet 3 faces the stator coil 4 formed in the stator portion 2 with a gap therebetween. The permanent magnet 3 constitutes a magnetic member that drives the rotor 7.

一方、回転軸6の軸線方向中央部付近には、回転軸6を中心線とする円板状の動圧発生板10が設けられている。図示しないが、動圧発生板10の表裏面には動圧を発生するための動圧発生溝が形成されており、ロータ7の回転時にスラスト方向の動圧力を発生する   On the other hand, a disc-shaped dynamic pressure generating plate 10 having the rotation shaft 6 as the center line is provided in the vicinity of the central portion in the axial direction of the rotation shaft 6. Although not shown, dynamic pressure generating grooves for generating dynamic pressure are formed on the front and back surfaces of the dynamic pressure generating plate 10 to generate thrust dynamic pressure when the rotor 7 rotates.

更に、動圧発生板10の回転軸6と対向する側には、動圧発生板10の中心線上に動圧発生軸19が形成されている。
動圧発生軸19の外周面には、モータ30と同様に軸線方向に対して互いに異なる方向へ傾いた2段の斜線状の溝から構成された動圧発生溝が形成されており、ロータ7の回転時にラジアル方向の動圧力を発生する。
Further, a dynamic pressure generating shaft 19 is formed on the center line of the dynamic pressure generating plate 10 on the side of the dynamic pressure generating plate 10 facing the rotating shaft 6.
On the outer peripheral surface of the dynamic pressure generating shaft 19, a dynamic pressure generating groove composed of two stages of oblique grooves inclined in different directions with respect to the axial direction is formed as in the motor 30. Generates dynamic pressure in the radial direction when rotating.

なお、図8では、回転軸6、動圧発生板10及び動圧発生軸19が一体形成されており、ロータ7の中心に形成された貫通孔に嵌合した構造となっている。   In FIG. 8, the rotating shaft 6, the dynamic pressure generating plate 10, and the dynamic pressure generating shaft 19 are integrally formed, and are configured to be fitted into a through hole formed at the center of the rotor 7.

ステータ部2はステータフレーム16、ベース17、アッパープレート18、ステータコイル4などから構成されている。
ベース17は、動圧軸受部5によってロータ部1を保持する部材であって、動圧発生板10、動圧発生軸19、及び動圧発生用のオイルを収納する空洞が形成されている。
そして、この空洞の上端部には、回転軸6を遊挿するための貫通孔が形成されたアッパープレート18が取り付けられている。
The stator portion 2 is composed of a stator frame 16, a base 17, an upper plate 18, a stator coil 4, and the like.
The base 17 is a member that holds the rotor portion 1 by the dynamic pressure bearing portion 5, and is formed with a dynamic pressure generating plate 10, a dynamic pressure generating shaft 19, and a cavity that stores dynamic pressure generating oil.
And the upper plate 18 in which the through-hole for loosely inserting the rotating shaft 6 was formed is attached to the upper end part of this cavity.

ベース17の底部には、ステータフレーム16が形成されている。ステータフレーム16は凹型に形成された円板部材であって、内周面には複数のステータコイル4が等間隔で配設されている。永久磁石3とステータコイル4は所定の空隙を隔てて対面している。   A stator frame 16 is formed at the bottom of the base 17. The stator frame 16 is a disk member formed in a concave shape, and a plurality of stator coils 4 are arranged at equal intervals on the inner peripheral surface. The permanent magnet 3 and the stator coil 4 face each other with a predetermined gap.

以上のようにして構成されたモータ30aは次のようにして動作する。
ステータコイル4に3相交流電流を供給すると、永久磁石3の外周側に回転磁界が発生する。
永久磁石3がこの回転磁界に吸引されてロータ部1にトルクが生じ、ロータ7が回転する。
ロータ7が回転すると、動圧軸受部5によって動圧が発生し、ロータ部1が動圧軸受部5によって保持される。
The motor 30a configured as described above operates as follows.
When a three-phase alternating current is supplied to the stator coil 4, a rotating magnetic field is generated on the outer peripheral side of the permanent magnet 3.
The permanent magnet 3 is attracted by the rotating magnetic field, and torque is generated in the rotor portion 1 so that the rotor 7 rotates.
When the rotor 7 rotates, dynamic pressure is generated by the dynamic pressure bearing portion 5, and the rotor portion 1 is held by the dynamic pressure bearing portion 5.

モータ30aにおいて、永久磁石3の外径Do、肉厚t、極数P、及び交流の相数Mは、式(16)を満たすように構成されている。   In the motor 30a, the outer diameter Do, the wall thickness t, the number of poles P, and the number of AC phases M of the permanent magnet 3 are configured to satisfy Expression (16).

以上に説明した本実施の形態により次のような効果を得ることができる。
(1)永久磁石とステータコアが発生する高調波の影響を低減することができ、これによってコギングを低下させることができる。
(2)永久磁石とステータコアの形状が式(16)を満たすように設計することにより、高調波による回転磁界歪が少ないモータを作ることができる。
(3)モータの高調波による影響が少なくなるため、振動・ノイズ等が低減されハードディスク装置などの精密機器の信頼性を高めることができる。
(4)永久磁石をSm−Co系磁性材料で構成することにより、小型であっても減磁しにくい永久磁石を作ることができる。
The following effects can be obtained by the present embodiment described above.
(1) It is possible to reduce the influence of harmonics generated by the permanent magnet and the stator core, thereby reducing cogging.
(2) By designing the shape of the permanent magnet and the stator core so as to satisfy the formula (16), a motor with less rotating magnetic field distortion due to harmonics can be produced.
(3) Since the influence of harmonics of the motor is reduced, vibration and noise are reduced, and the reliability of precision equipment such as a hard disk device can be increased.
(4) By configuring the permanent magnet with an Sm—Co based magnetic material, it is possible to make a permanent magnet that is difficult to demagnetize even if it is small.

モータの軸線方向断面図である。It is an axial sectional view of a motor. モータのA−A断面図である。It is AA sectional drawing of a motor. 永久磁石の外形及び磁極を示した図である。It is the figure which showed the external shape and magnetic pole of a permanent magnet. 永久磁石とステータコアの関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between a permanent magnet and a stator core. 永久磁石の極数、スロット数、交流の相数の組み合わせを表した一覧表である。It is the list showing the combination of the number of poles of a permanent magnet, the number of slots, and the number of phases of alternating current. 等方性の磁性材料と異方性の磁性材料の違いを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the difference between an isotropic magnetic material and an anisotropic magnetic material. ハードディスク装置の内部構成を示した図である。It is the figure which showed the internal structure of the hard disk drive. インナロータ型のモータの構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the inner rotor type motor.

符号の説明Explanation of symbols

1 ロータ部
2 ステータ部
3 永久磁石
4 ステータコイル
5 動圧軸受部
6 回転軸
7 ロータ
8 段部
10 動圧発生板
11 オイル
14 動圧力発生溝
15 動圧力発生溝
16 ステータフレーム
17 ベース
18 アッパープレート
19 動圧発生軸
21 ロータフレーム
22 スリーブ
26 収納孔
27 収納孔
30 モータ
39 ステータコア
44 間隙
45 スロット
46 ポール
47 突極歯


































DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotor part 2 Stator part 3 Permanent magnet 4 Stator coil 5 Dynamic pressure bearing part 6 Rotating shaft 7 Rotor 8 Step part 10 Dynamic pressure generating plate 11 Oil 14 Dynamic pressure generating groove 15 Dynamic pressure generating groove 16 Stator frame 17 Base 18 Upper plate DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 Dynamic pressure generating shaft 21 Rotor frame 22 Sleeve 26 Storage hole 27 Storage hole 30 Motor 39 Stator core 44 Gap 45 Slot 46 Pole 47 Salient pole tooth


































Claims (4)

モータ装置のロータに配設され、前記ロータを駆動する磁性部材であって、
前記磁性部材の外径をDo、径方向の肉厚をt、ラジアル方向に磁化された磁極の数をP、前記モータ装置を駆動する交流電流の相数をMとした場合、前記Doが20[mm]以下で、前記tが0.07tPM2/π≦Do≦t(MP−2π)/πとなるように設定されている
ことを特徴とする磁性部材。
A magnetic member disposed on the rotor of the motor device for driving the rotor,
When the outer diameter of the magnetic member is Do, the thickness in the radial direction is t, the number of magnetic poles magnetized in the radial direction is P, and the number of AC current phases driving the motor device is M, the Do is 20 [Mm] or less, wherein the t is set to be 0.07 tPM 2 / π ≦ Do ≦ t (MP−2π) / π.
前記磁性部材は、磁化の方向が揃えられた区分が円周方向に等間隔に形成され、円筒形状を有する異方性のSm−Co系磁性材料から構成されていることを特徴とする請求項1に記載の磁性部材。   The magnetic member is formed of an anisotropic Sm-Co magnetic material having a cylindrical shape in which sections with uniform magnetization directions are formed at equal intervals in the circumferential direction. The magnetic member according to 1. 全周に渡って円筒状の磁性部材が配設された回転対称体と、前記回転対称体の軸線上に配設された回転軸と、を備えたロータ部と、
前記磁性部材の内周又は外周に、前記磁性部材と対向して、相数Mの交流により励磁可能な複数のステータコイルが配設されたステータ部と、
前記回転軸を前記ステータ部に、前記回転対称体と前記ステータコイルが同心となるように回転自在に軸支する軸受部と、
を具備したモータ装置であって、
前記磁性部材は、ラジアル方向に磁化され、磁極が円周方向に等間隔に形成されており、
前記磁性部材の外径をDo、径方向の肉厚をt、前記磁極の数をP、前記モータを駆動する交流電流の相数をMとした場合、前記Doが20[mm]以下で、前記tが0.07tPM2/π≦Do≦t(MP―2π)/πとなるように設定されていることを特徴とするモータ装置。
A rotor section comprising a rotationally symmetric body in which a cylindrical magnetic member is disposed over the entire circumference, and a rotational shaft disposed on an axis of the rotationally symmetric body;
A stator portion in which a plurality of stator coils that can be excited by alternating current of the number of phases M are arranged on the inner periphery or outer periphery of the magnetic member, facing the magnetic member;
A bearing portion that rotatably supports the rotation shaft so that the rotationally symmetric body and the stator coil are concentric with the stator portion;
A motor device comprising:
The magnetic member is magnetized in the radial direction, and the magnetic poles are formed at equal intervals in the circumferential direction,
When the outer diameter of the magnetic member is Do, the thickness in the radial direction is t, the number of the magnetic poles is P, and the number of phases of the alternating current that drives the motor is M, the Do is 20 mm or less. The motor device is characterized in that the t is set to satisfy 0.07 tPM 2 / π ≦ Do ≦ t (MP−2π) / π.
請求項3に記載のモータ装置を用いて構成された記憶装置であり、
円板形状を有する記憶媒体と、
前記記憶媒体を回転駆動する請求項3に記載のモータ装置と、
前記モータ装置で回転駆動された前記記憶媒体から情報を読み取る情報読取手段と、
を具備したことを特徴とする記憶装置。
A storage device configured using the motor device according to claim 3,
A storage medium having a disk shape;
The motor device according to claim 3, wherein the storage medium is rotationally driven.
Information reading means for reading information from the storage medium rotated by the motor device;
A storage device comprising:
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