JP2008104290A - Magnetic member, motor device, and storage device - Google Patents
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Abstract
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.
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
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
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
The
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
The inner peripheral surface of the
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
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
On the outer peripheral surface of the dynamic
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
The
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
A hollow portion is formed inside the
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
A
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
When a three-phase alternating current is supplied to the
The
When the rotor 7 rotates, dynamic pressure is generated by the dynamic
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
When the
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
The
Around the
Although not shown, excitation windings are wound around the
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
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
In this way, N poles and S poles are alternately formed on the inner peripheral surface of the
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
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
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
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
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
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
When electric power is supplied to the
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
When the
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
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
In this case, since Lm = La + 2δ = Ls−δ + 2δ = Ls + δ, δ = Lm−Ls = πDo (1 /
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
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
The effect of the magnetic field in the
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.
P0=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
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
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
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
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
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
In the example of the rightmost figure, the
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
Among these, FIG. 13A shows a perspective view of the
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
Although not shown, the
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
There are six
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
The
There are 12
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
The
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
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
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
The
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,
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
The outer peripheral surface of the
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
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
On the outer peripheral surface of the dynamic
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
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
The
And the
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
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
When a three-phase alternating current is supplied to the
The
When the rotor 7 rotates, dynamic pressure is generated by the dynamic
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
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.
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
Claims (4)
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.
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:
Priority Applications (1)
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