JP2009207283A - 永久磁石モータ及びそれを用いた情報装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、HDD(ハードディスクドライブ)等の情報装置に使用される永久磁石モータにおいて、着磁バラツキがある状態においてコギングトルクの低減する永久磁石モータを提供することを目的とする。
【解決手段】着磁バラツキである永久磁石10のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の大きさに応じて、理想的ティースヘッド面15ghの永久磁石との対向する面に周方向端部になるほど半径方向厚みが厚くなるバラツキ緩和領域部Bを形成することにより、ティースの先端部におけるティースヘッド面の永久磁石10と対向する、ティースヘッド面の周方向における中央隙間と両端隙間の比率を最適値に設定することにより、コギングトルクの基本成分と着磁バラツキにより発生する低周波成分をそれぞれバランスよく低減することができ、逆起電圧の低下を抑えてトータルのコギングトルクの大きさを低減することが可能となる。
【選択図】図5
【解決手段】着磁バラツキである永久磁石10のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の大きさに応じて、理想的ティースヘッド面15ghの永久磁石との対向する面に周方向端部になるほど半径方向厚みが厚くなるバラツキ緩和領域部Bを形成することにより、ティースの先端部におけるティースヘッド面の永久磁石10と対向する、ティースヘッド面の周方向における中央隙間と両端隙間の比率を最適値に設定することにより、コギングトルクの基本成分と着磁バラツキにより発生する低周波成分をそれぞれバランスよく低減することができ、逆起電圧の低下を抑えてトータルのコギングトルクの大きさを低減することが可能となる。
【選択図】図5
Description
本発明は情報装置などに用いられる永久磁石モータに関するものであり、特に、コギングトルクを低減し、回転ムラ、振動、騒音の少ない永久磁石モータを提供するものである。
永久磁石モータでは、巻線を施すスロットが存在するためコギングトルクが発生し、振動や騒音の発生源となっている。例えば、永久磁石が装着されたロータと、複数のスロットを有するステータで構成されるモータにおいては、該ロータと該ステータとの相対回転時にロータの磁極から発生する磁束は、ロータの磁極がステータのスロット開口部を横切るたびに周期的に変化して、ロータとステータ間のギャップの磁束分布を変化させている。したがって、このコギングトルクの周期及び大きさは、ステータのスロット数とロータの磁極数に依存しており、回転角度に対する波形はスロット開口部やロータの磁極の形状や寸法によって大きく変化する。
このコギングトルク対策として、様々な方法が提案されており、例えば特許文献1に開示されているものとしては、ティースヘッドの永久磁石と対向する側の面の形状を、周方向の中央部については回転子の回転中心を中心とする円弧状に形成し、その周方向中央部から周方向の両端部に向かうに従って滑らかに永久磁石から遠ざかる形状とし、逆起電圧とコギングトルクの関係より、ティースヘッドと永久磁石との空隙長を、周方向の中央に対する両端の比率を最適化したものである。
また、特許文献2では永久磁石モータに用いられる永久磁石の、N 極とS 極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差、および、累積絶対誤差を小さくすることによりコギングトルクを低減することが開示されている。
特開2005−33941号公報
特開2004−289940号公報
ところが、永久磁石モータにおいてコギングトルクを低減するため、ティースの先端部におけるティースヘッドの永久磁石と対向する側の面形状をティースヘッドと永久磁石との空隙長が、周方向の中央より両端を次第に大きくしていくと、コギングトルクの基本成分(1回転あたりティース数と永久磁石の極数の最小公倍数のトルク脈動)は小さくなっていくが、コギングトルクの基本成分が一定以下になると、永久磁石の着磁バラツキの影響により発生する低周波成分(1回転あたりティース数のトルク脈動)の影響が大きくなり、コギングトルクの波形に重畳し、コギングトルク低減の妨げとなっている。また、低周波成分の大きさは着磁バラツキによっても影響を受ける。
特許文献1では対向する永久磁石の着磁バラツキを考慮しない理想的な条件で、コギングトルクを低減できる最適なティースヘッド面形状の開示であり、一方、特許文献2では、コギングトルクを低減するために着磁バラツキである永久磁石の、N 極とS 極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差、および、累積絶対誤差を小さくすることは出来るが、着磁バラツキがあるときの最適なティースヘッド面形状を得ることはできない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータ製造過程において無くすことができない着磁バラツキがある状態においてコギングトルクを低減できる永久磁石モータを提供することにある。
本発明の永久磁石形モータは、ステータに対し相対的に回転するロータと、ロータに固定され、半径方向で複数極に着磁された円筒状の永久磁石と、ステータに固定され永久磁石との間で磁気回路を形成するステータコアと、ステータコアは永久磁石と半径方向に対向する複数の理想的ティースヘッド面を有し、理想的ティースヘッド面の周方向端部の永久磁石との半径方向隙間G2と、理想的ティースヘッド面の周方向中央部の永久磁石との半径方向隙間G1との比G2/G1は2.5であり、ティースヘッド面には永久磁石の着磁バラツキに応じ、理想的ティースヘッド面の周方向端部になるほど半径方向厚みが厚くなるバラツキ緩和領域部を形成している。
本発明の永久磁石モータによれば、着磁バラツキである永久磁石のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の大きさに応じて、理想的ティースヘッド面の永久磁石との対向する面に周方向端部になるほど半径方向厚みが厚くなるバラツキ緩和領域部を形成することにより、ティースの先端部におけるティースヘッド面の永久磁石と対向する、ティースヘッド面の周方向における中央隙間と両端隙間の比率を最適値に設定することにより、コギングトルクの基本成分と着磁バラツキにより発生する低周波成分をそれぞれバランスよく低減することができ、逆起電圧の低下を抑えてトータルのコギングトルクの大きさを低減することが可能となる。
以下に、本発明に係る永久磁石モータと、それを用いた情報装置の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における永久磁石モータ1が搭載されたHDD(情報装置)2を示すものである。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における永久磁石モータ1が搭載されたHDD(情報装置)2を示すものである。
[HDD2全体の構成]
本実施形態に係るHDD2は、図1に示すように、複数の記録再生ヘッド3aを含むヘッド部3と、永久磁石モータ1とを内部に搭載している。そして、それぞれの記録再生ヘッド3aによってディスク(記録媒体)4に対する情報の書き込み、あるいは既に書き込まれた情報の再生を行う。
本実施形態に係るHDD2は、図1に示すように、複数の記録再生ヘッド3aを含むヘッド部3と、永久磁石モータ1とを内部に搭載している。そして、それぞれの記録再生ヘッド3aによってディスク(記録媒体)4に対する情報の書き込み、あるいは既に書き込まれた情報の再生を行う。
ヘッド部3は、複数の記録再生ヘッド3aを搭載しており、ディスク4の表裏面に近接するように配置される。
ディスク4は、HDD2に取り付けられる直径が、例えば、0.85インチ、1.0インチ、1.8インチ、2.5インチ、または3.5インチ等の円板状の記録媒体であり、本実施形態においてはディスク4の直径が2.5インチとして具体的説明を行う。
ベース5は、例えば、アルミ系合金の鋳造品を加工して形成されており、表裏面は電着塗装を施して形成されて、永久磁石モータ1の静止側の部分を構成するとともに、HDD2の密閉筐体の一部を構成している。
さらに、ベース5は、その中心部分付近に、軸受部6のスリーブ7を接着固定している。
また、軸受部6の回転側には筒状部付き部材であるロータハブ8が取付けられている。
ロータハブ8は、磁性を有するフェライト系ステンレス鋼(例えば、SUS430)によって略逆カップ状に形成されている。そして、軸受部6のシャフト9に接着や圧入などによって固定されてシャフト9と一体となって回転する。
また、ロータハブ8は、シャフト9に嵌合される中央孔8aと、永久磁石10が取り付けられる円筒状垂下壁である永久磁石保持部8bと、円板状のディスク4が載置される円形段状のディスク載置面8cとを有しており、ディスク4が挿入される円筒状垂下壁外径はおよそΦ20mm前後である。
例えば、複数のディスク4とスペーサ11は、略円盤状のディスククランプ12とディスク載置面8cの間に挟まれている。そして、ディスククランプ12の中央部に設けたネジ止め用孔を介してネジ13をシャフト9に設けたネジ部9bに締め付けることでディスク4をクランプ12によって押圧固定している。なお、ディスククランプ12の固定面12aがシャフト9の位置規制面9cと当接した状態で、ディスク4に対して所定の押圧力が加わるようにしている。
そして、ベース5の表面上には、永久磁石保持部8bに固定された永久磁石10と軸線方向に対向して、永久磁石10を吸引する薄板リング状の磁性板14が取り付けられている。
また、永久磁石モータ1は、ディスク4を回転駆動するための回転駆動源となる装置であって、永久磁石10、ステータコア15、ステータコイル16および軸受部6等を備えている。
軸受部6は、例えば、流体軸受装置よりなり、永久磁石モータ1における中央部付近に配置されて、流体を介してシャフト9を回転可能にスリーブ7で保持している。
[永久磁石モータ1を構成する各部材の説明]
永久磁石10は、例えば、外径がΦ18.0〜19.0mm、内径がΦ16.5〜17.5mm、高さが3.0〜5.0mmで、隣接する磁極がN極、S極と交互に配置された、円環状の部材であって、Nd−Fe−B系樹脂永久磁石等によって形成されている。
永久磁石10は、例えば、外径がΦ18.0〜19.0mm、内径がΦ16.5〜17.5mm、高さが3.0〜5.0mmで、隣接する磁極がN極、S極と交互に配置された、円環状の部材であって、Nd−Fe−B系樹脂永久磁石等によって形成されている。
そして、永久磁石10は、ステータコア15と径方向に一定の隙間を介して、ロータハブ8の永久磁石保持部8bに対して装着され、例えば、接着などによって固着されている。
ステータコア15は、円周方向に沿ってほぼ等角度間隔で配置された複数の突極部を有しており、この突極部に対してそれぞれステータコイル16が巻回される。
そして、ステータコア15は、ステータコイル16に電流を流すことで発生する磁場によって、永久磁石10に対して、回転力を付与する。
図2は永久磁石10とステータコア15の平面断面図である。ステータコア15は、例えば、0.15〜0.35mm厚のケイ素鋼板を打ち抜いたリング状のものを多数枚積層して構成されたもので総厚さ1.8〜2.8mmであり、これの中央部にはベース5(図示せず)に装着するための円形の孔15aが形成され、外周部には、例えば、9個のティース15bが周方向に設けられており、隣り合うティース15bの先端部におけるティースヘッド面15cの間隙幅は0.5mmから1.5mmである。
ティース15bには、それぞれステータコイル16(図示せず)が巻装されており、ティース15bの先端部におけるティースヘッド面15cは、ステータコイル16から径方向外側へ突出している。そして、ステータコア15と各ステータコイル16により、固定子が構成されている。
これに対して、回転子は、図1に示すように、軸受6に回転自在に支承されたシャフト9と、このシャフト9の上端部に固着されたロータハブ8と、このロータハブ8の永久磁石保持部8bの内周面に設けられた円筒状をなす永久磁石10とから構成されていて、この永久磁石10の内周面は周方向にN極とS極が交互に切り替わるように、例えば、12極に着磁されており、この永久磁石10が、図2に示す、ステータコア15 におけるティース15bのティースヘッド面15cに対してエアギャップ(空隙)を介して径方向から対向するように配置されている。
次に、図3は永久磁石10を着磁するための着磁装置の断面図であり着磁ヨーク17は、半径方向外方側に向かって放射状に突出するように設けられた複数個の各突極部に着磁コイル18がそれぞれ巻回されており、着磁ヨーク17の外周に当接するように永久磁石10が配置され、更に永久磁石10の外側には磁性材料からなる着磁リング19が配置されており、この着磁リング19を配置することにより、永久磁石10を強く着磁することができるが、着磁リング19を用いない場合もある。着磁コイル18に接続されている着磁電源(図示せず)からの大電流が通電されることにより、着磁コイル18の周りに磁界が発生し、永久磁石10の着磁ヨーク17の突極部と当接する部分に磁極が現れ永久磁石10は周方向にN極とS極に交互に着磁される。ここで、着磁バラツキが発生する原因としては、大きく分けて着磁ヨーク17の製作バラツキと着磁工程でのバラツキが考えられ、前者は着磁ヨーク17の寸法精度や着磁コイル18の位置精度などが影響する。例えば、着磁ヨーク17の複数の突極部間の角度誤差が着磁ヨーク17の製作時にでたり、また、通常手作業で行われる着磁コイル18の巻線作業時にコイル位置精度にバラツキを持ったりすることが考えられる。一方、後者は着磁ヨーク17と永久磁石10間に挿入のための隙間を持たせているため、着磁ヨーク17と永久磁石10の同軸度ズレなどが影響する。
ここで、図4を参照して本明細書で定義する永久磁石10のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差について説明する。例えば、任意の表面磁束密度の切り替わり位置を基準位置(a0位置)として、測定される永久磁石10の表面磁束密度の次の切り替わり位置(a1位置)とのなす角度(φ1) と、対応する理想的表面磁束の切り替わり位置とのなす角度360°/N(Nは永久磁石10の磁極数)との差(d1)で表される。同様に、d2(図示せず)は、切り替わり位置(a1位置)から次の切り替わり位置(a2位置) までの角度(φ2)と360°/Nとの差で定義される。以下同様にして、dN=φN−360°/N とされる。
具体的には、サンプルの表面にガウスメータのプローブ部(ホール素子)を接触させた状態で、サンプルを回転軸中心に回転させ、得られた測定結果を回転角度に対して記録する。測定結果から表面磁束が零となる回転角度を判定し、それを基準位置として、その角度と次の切り替わり角度との差を計算して得ることができる。
また、図2に示すように、ティース15bのティースヘッド面15cにおける永久磁石10と対向する側の面の形状は、中央部15dが、回転子の回転中心O1を中心とする半径がr1の円弧状に形成されており、半径r1は永久磁石10と中央部15dが半径方向隙間0.2〜0.35mmの隙間を有するようにしており、ステータコア15の外径はΦ16.2〜17.3mmである。従って、図5に示す、ティースヘッド面15cの中央部15dと永久磁石10との間のエアギャップ長G1は、周方向においてそれぞれのティースヘッド面で同じである。
そして、ティースヘッド面15cには中央部15dで厚さ0、両端部で厚さT2となるように端部に行くほど半径方向厚さが次第に厚くなる磁性材料からなるバラツキ緩和領域部Bが形成されており、バラツキ緩和領域Bは、ステータコア15と一体または別部材からなり、バラツキ緩和領域部Bの永久磁石10と対向する面の反対面側の左端部15gおよび右端部15hと永久磁石10までの距離はG0となる。ここで、左端部15gから右端部15hにつながるティースヘッド面は理想的ティースヘッド面15ghであり、ギャップ長G1と距離G0の比は2.5になるように設定されている。
また、バラツキ緩和領域部Bの永久磁石10側の面の中央部15dの両側に連なる端部15e、15fにおける面の形状は、中央部15dを成す円弧の端点に対して永久磁石10との隙間が両端部15e、15fの夫々の端に向かうに従って次第に大きくなるように形成している。尚、本実施例では図5に示すように直線としているがこれに限定されるものではなく永久磁石の隙間が大きくなる曲線であってもよい。
図6及び図7は永久磁石10の極数を12極、ステータコア15のティース15bの数を9とした永久磁石モータをモータ無通電時外部から回転させたときに発生するコギングトルクの実測値を示している。図6はコギングトルクの基本成分の波形(回転あたりティース15bの数と永久磁石10の極数の最小公倍数のトルク脈動であり、本実施の形態のモータの場合は1回転に36回のトルク脈動)が見られるのに対し、図7は基本成分に低周波成分の波形(1回転あたりティース数のトルク脈動であり、1回転に9回のトルク脈動)が重畳している。ステータコア形状の最適化により、コギングトルクの低減を進めていくと最初は図6のような波形で徐々にコギングトルクが小さくなっていくが、途中から次第に図7で示すようなコギングトルク波形が現れる比率が大きくなり、コギングトルク低減の妨げとなっている。
ここで、図6と図7で示すコギングトルク波形は永久磁石単体を入れ替えた実験で永久磁石側についてきていることが解っており、永久磁石の不均一な着磁である着磁バラツキが原因の一つであると考えられる。
そこで、従来のコギングトルクの基本成分を対象としたステータコア形状の最適化対策では着磁バラツキにより発生する低周波成分(9次成分)を含めたコギングトルクの低減はできない。
図8には図9に示すティースヘッド面形状において、着磁バラツキである永久磁石10のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が0.7度、0.5度および0.2度になるように永久磁石10の12極それぞれに着磁バラツキを与え、エアギャップ長G1,G2の比ξを変えたときに発生するそれぞれのコギングトルク解析を行い、各コギングトルク波形の解析結果を周波数分析して基本成分である36次と低周波成分である9次の変化を示している。ここで、コギングトルクの36次成分は着磁バラツキの影響はなく、エアギャップ長の比ξを大きくしていくほどつまり、ティースヘッド端部ギャップであるG2を大きくしていくほど小さくなり、エアギャップ長の比ξ=2.5付近でサチレーションしている。これは、ティースヘッド端部ギャップG2を大きくすることにより、回転側である永久磁石の極が回転してティースヘッド端部に来たとき、磁束の変化が滑らかになるためであると考えられる。一方、9次成分については着磁バラツキである永久磁石10のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差が大きいほど大きく、また、同じ着磁バラツキにおいてはエアギャップ長の比ξを大きくしていくほど、36次とは逆に大きくなっている。この現象の原因は明確にはなっていないが、エアギャップ長の比ξを小さくする、すなわち、同心円形状に近いときは永久磁石10のN極およびS極が着磁バラツキによりずれたときでも変化量が小さいが、逆にエアギャップ長の比ξを大きくする、すなわち、ティースヘッド端部ギャップG2を大きくしていくと、永久磁石10のN極およびS極が着磁バラツキによりずれたときに、それぞれの極の位置でギャップが異なるため、バラツキによるトルク変化が発生しやすいためであると推測する。
従って、モータ製作過程でどうしても発生する着磁バラツキがある状態で基本成分36次と低周波成分9次を含めた状態でのコギングトルク低減するためには、着磁バラツキが無いときのコギングトルクが一番小さくなるエアギャップ長G1,G2の比ξから、着磁バラツキの大きさに応じて、ティースヘッドの永久磁石との対向面にバラツキ緩和領域を設けることにより可能であると考えられる。
図10はN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が0.7度のときのコギングトルクの36次成分と9次成分および実際のコギングトルクの振幅である36次と9次の和をエアギャップ長の比ξを変えたときの変化を示しており、着磁バラツキが無い場合には9次成分は発生しないので、エアギャップ長の比ξ=2.5のときに一番コギングトルクは小さくなり理想的ティースヘッド面15ghとなるが、着磁バラツキがある場合はエアギャップ長の比ξに略比例して9次成分が大きくなってしまい、36次と9次の和はエアギャップ長の比ξ=1.5のときに一番小さくなっている。したがって、この場合、着磁バラツキとしてN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が0.7度においては、エアギャップ長の比ξ=1.0分をバラツキ緩和領域として、着磁バラツキなしに対し持つことにより、コギングトルクを効果的に低減することができる。
また、図11はN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が0.5度のときのコギングトルクの36次成分と9次成分および実際のコギングトルクの振幅である36次と9次の和をエアギャップ長の比ξを変えたときの変化を示しており、着磁バラツキが無い場合には9次成分は発生しないので、エアギャップ長の比ξ=2.5のときに一番コギングトルクは小さくなり理想的ティースヘッド面15ghとなるが、着磁バラツキがある場合はエアギャップ長の比ξに略比例して9次成分が大きくなってしまい、36次と9次の和はエアギャップ長の比ξ=2.0のときに一番小さくなっている。したがって、この場合、着磁バラツキとしてN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が0.5度においては、エアギャップ長の比ξ=0.5分をバラツキ緩和領域として、着磁バラツキなしに対し持つことにより、コギングトルクを効果的に低減することができる。
なお、図12に示すようにN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が0.2度のように小さくになると、エアギャップ長の比ξ=2.5のとき、コギングトルクは一番小さくなり、理想的ティースヘッド面15ghとほぼ同じ状態となる。
以上のように本実施例によれば、着磁バラツキである永久磁石10のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が略0.7度である場合、ステータコア15を構成するティースヘッド面15cの永久磁石10と対向する側の面形状を、周方向の中央部15dが回転子の回転中心を中心とする円弧状で且つ永久磁石10との隙間が両端部15e、15fの夫々の端に向かうに従って次第に大きくなるように形成し、前記ティースヘッド面にはティースヘッド面の周方向端部になるほど半径方向厚みが厚くなるバラツキ緩和領域部Bを形成し、ティースヘッド面の周方向の中央部は前記永久磁石との半径方向隙間G1を有し、ティースヘッド面に形成されたバラツキ緩和領域の周方向端部は半径方向厚みT2を有し、前記厚みT2を前記隙間G1と同じになるように設定した。
また、着磁バラツキである永久磁石10のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が略0.5度である場合、ステータコア15を構成するティースヘッド面15cの永久磁石10と対向する側の面形状を、周方向の中央部15dが回転子の回転中心を中心とする円弧状で且つ永久磁石10との隙間が両端部15e、15fの夫々の端に向かうに従って次第に大きくなるように形成し、前記ティースヘッド面にはティースヘッド面の周方向端部になるほど半径方向厚みが厚くなるバラツキ緩和領域部Bを形成し、ティースヘッド面の周方向の中央部は前記永久磁石との半径方向隙間G1を有し、ティースヘッド面に形成されたバラツキ緩和領域の周方向端部は半径方向厚みT2を有し、前記厚みT2を前記隙間G1の0.5倍の厚さになるように設定した。
従って、規定の着磁バラツキがある状態でも永久磁石モータ1の回転時に発生するコギングトルク, トルクリップルを極力小さくすることができ、モータの効率低下を極力防止した上で、振動や騒音の発生を抑制することが可能となる。
(実施の形態2)
図9をもちいて本発明の第2実施例について説明を行うが、本実施例におけるモータの基本的な構成は上記した第1実施例とほぼ同じであるため、主として第1実施例と相違する点について説明する。
図9をもちいて本発明の第2実施例について説明を行うが、本実施例におけるモータの基本的な構成は上記した第1実施例とほぼ同じであるため、主として第1実施例と相違する点について説明する。
第2実施例においては永久磁石10のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が0.6度以上である。
この場合、ティースヘッド面15cにおける永久磁石10と対向する側の面形状は、中央部15dから両端部15e、15f に夫々向かうに従って滑らかに永久磁石10から遠ざかる形状となっており、ティースヘッド面15cと永久磁石10との間のエアギャップ長は、両端部15e、15fの夫々の端に向かうに従って次第に大きくなる。そして、左端部15eと右端部15fでは永久磁石10に対する最大のエアギャップ長G2となる。ここで、エアギャップ長G1,G2の比ξは1.5となるように設定している。
図13から図16にはエアギャップ長G1,G2の比ξ=1.0、ξ=1.5、ξ=2.0およびξ=2.5のとき、永久磁石10のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差が0.7度になるように永久磁石10の12極それぞれに複数パターンの着磁バラツキを与えた状態でそれぞれコギングトルク解析を行い、各コギングトルク波形の解析結果を周波数分析して基本成分である36次と低周波成分である9次の分布を示している。エアギャップ長G1,G2の比ξを大きくし、ティースヘッド面15cの両端部15e、15fが永久磁石10から離れていくほど発生する基本成分である36次が小さくなっているが、逆に、低周波成分である9次は平均値およびバラツキともに大きくなっていることが解る。
低周波数成分を含めたコギングトルクを小さくするためには、エアギャップ長G1,G2の比の設定において基本成分である36次及び低周波成分である9次の合計で小さくなるところを求める必要がある。そこで、エアギャップ長G1,G2の比ξ=1.0、ξ=1.5、ξ=2.0およびξ=2.5において、永久磁石10のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が0.7度になるように永久磁石10の12極それぞれに複数パターンの着磁バラツキを与えた状態でそれぞれコギングトルク解析を行い、低周波成分を含めたコギングトルクの平均値及び最小・最大値を図17に示す。
その結果、エアギャップ長G1,G2の比ξが1.5近傍となる場合に、コギングトルクが最小値を示すことが判った。
以上のように本実施例によれば、着磁バラツキである永久磁石10のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が略0.7度である場合、ステータコア15を構成するティースヘッド面15cの永久磁石10と対向する側の面形状を、周方向の中央部15dが回転子の回転中心を中心とする円弧状で且つ永久磁石10との隙間が両端部15e、15fの夫々の端に向かうに従って次第に大きくなるように形成し、ティースヘッド面15cと永久磁石10とのエアギャップ長を、周方向の中央G1に対する両端G2の比率が1.5近傍となるように設定した。従って、規定の着磁バラツキがある状態でも永久磁石モータ1の回転時に発生するコギングトルク, トルクリップルを極力小さくすることができ、モータの効率低下を極力防止した上で、振動や騒音の発生を抑制することが可能となる。
そして、ティースヘッド面15cの両端部15e、15fを、中央部15dに連なる接平面を成すように形成することで、中央部15dから両端部15e、15fにかけての空隙長の変化がより緩やかになり、空隙長を調整するのにより有利となる。
( 第3実施例)
図18をもちいて本発明の第3実施例について説明を行うが、本実施例におけるモータの基本的な構成は上記した第1実施例とほぼ同じであるため、主として第2実施例と相違する点について説明する。
図18をもちいて本発明の第3実施例について説明を行うが、本実施例におけるモータの基本的な構成は上記した第1実施例とほぼ同じであるため、主として第2実施例と相違する点について説明する。
第3実施例においては永久磁石10のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が0.2度である。本実施例においては着磁バラツキが小さいため、着磁バラツキにより発生する低周波成分である9次の影響が小さいため、図18に示すようにエアギャップ長G1,G2の比ξを大きくし、ティースヘッド面15cの両端部15e、15fが永久磁石10から離れていくほど発生するコギングトルクを小さくすることができている。
その結果、比G2/G1が2.5近傍となる場合に、コギングトルクは最小値を示すことが判った。
以上のように本実施例によれば、着磁バラツキである永久磁石のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が略0.2度である場合、ステータコア2を構成するティースヘッド面15cの永久磁石10と対向する側の面形状を、周方向の中央部15dが回転子の回転中心を中心とする円弧状で且つ永久磁石10との隙間が両端部15e、15fの夫々の端に向かうに従って次第に大きくなるように形成し、ティースヘッド面15cと永久磁石10とのエアギャップ長を、周方向の中央G1に対する両端G2の比率が2.5近傍となるように設定した。従って、規定の着磁バラツキがある状態でも永久磁石モータ1の回転時に発生するコギングトルク, トルクリップルを極力小さくすることができ、モータの効率低下を極力防止した上で、振動や騒音の発生を抑制することが可能となる。
( 第4実施例)
図19をもちいて本発明の第4実施例について説明を行うが、本実施例におけるモータの基本的な構成は上記した第2実施例および第3実施例とほぼ同じであるため、主として第2実施例および第3実施例と相違する点について説明する。
( 第4実施例)
図19をもちいて本発明の第4実施例について説明を行うが、本実施例におけるモータの基本的な構成は上記した第2実施例および第3実施例とほぼ同じであるため、主として第2実施例および第3実施例と相違する点について説明する。
第4実施例においては永久磁石10のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が0.5度である。本実施例においては図11に示すようにエアギャップ長G1,G2の比ξを大きくし、ティースヘッド面15cの両端部15e、15fが永久磁石10から離れていくほど発生するコギングトルクを小さくすることができている。
その結果、比G2/G1が2.0近傍となる場合に、コギングトルクは最小値を示すことが判った。
以上のように本実施例によれば、着磁バラツキである永久磁石のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が略0.5度である場合、ステータコア15を構成するティースヘッド面15cの永久磁石10と対向する側の面形状を、周方向の中央部15dが回転子の回転中心を中心とする円弧状で且つ永久磁石10との隙間が両端部15e、15fの夫々の端に向かうに従って次第に大きくなるように形成し、ティースヘッド面15cと永久磁石10とのエアギャップ長を、周方向の中央G1に対する両端G2の比率が2.0近傍となるように設定した。従って、規定の着磁バラツキがある状態でも永久磁石モータ1の回転時に発生するコギングトルク, トルクリップルを極力小さくすることができ、モータの効率低下を極力防止した上で、振動や騒音の発生を抑制することが可能となる。
なお、本実施例では永久磁石10の極数を12極、ティースの数を9としたが、これに限定するものではない。例えば、永久磁石の極数を8極としティース数を12としても、永久磁石の極数を6極としてティースの数を9としても良い。
本発明に係る永久磁石モータと、それを用いた情報装置は、コギングやトルクリップルを小さく出来、振動や騒音を低減できるので、ハードディスクドライブ装置等に代表される情報装置に有用である。
1 永久磁石モータ
10 永久磁石
15 ステータコア
15b ティース
15c ティースヘッド
15d 中央部
15e、15f 端部
15gf 理想的ティースヘッド面
B バラツキ緩和領域部
G1、G2 エアーギャップ長
10 永久磁石
15 ステータコア
15b ティース
15c ティースヘッド
15d 中央部
15e、15f 端部
15gf 理想的ティースヘッド面
B バラツキ緩和領域部
G1、G2 エアーギャップ長
Claims (9)
- ステータに対し相対的に回転するロータと、
前記ロータに固定され、半径方向で複数極に着磁された円筒状の永久磁石と、
前記ステータに固定され前記永久磁石との間で磁気回路を形成するステータコアと、
前記ステータコアは前記永久磁石と半径方向に対向する複数の理想的ティースヘッド面を有し、
前記理想的ティースヘッド面の周方向端部の前記永久磁石との半径方向隙間G2と、前記理想的ティースヘッド面の周方向中央部の前記永久磁石との半径方向隙間G1との比G2/G1は2.5であり、
ティースヘッド面には前記永久磁石の着磁バラツキに応じ、前記理想的ティースヘッド面の周方向端部になるほど半径方向厚みが厚くなるバラツキ緩和領域部を形成した永久磁石モータ。 - 前記ティースヘッド面に形成されたバラツキ緩和領域の周方向端部は半径方向厚みT2を有し、
前記厚みT2が前記隙間G1以下である、請求項1記載の永久磁石モータ。 - 永久磁石のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値は0.6度以上であり、
前記厚みT2が前記隙間G1の0.5〜1.0倍である、請求項1および2記載の永久磁石モータ。 - 永久磁石のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値は0.4〜0.6度であり、
前記厚みT2が前記隙間G1の0.5倍以下である、請求項1および2記載の永久磁石モータ。 - ステータに対し相対的に回転するロータと、
前記ロータに固定され、半径方向で複数極に着磁された円筒状の永久磁石と、
前記ステータに固定され前記永久磁石との間で磁気回路を形成するステータコアと、
前記ステータコアは前記永久磁石と半径方向に対向する複数のティースヘッド面を有し、
前記ティースヘッド面の周方向の中央部は前記永久磁石との半径方向隙間G1を有し、
前記ティースヘッド面の周方向の端部は前記永久磁石との半径方向隙間G2を有し、
前記永久磁石のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値は0.6度以上であり、
前記隙間G2と前記隙間G1の比率G2/G1は1.25〜1.75である永久磁石モータ。 - ステータに対し相対的に回転するロータと、
前記ロータに固定され、半径方向で複数極に着磁された円筒状の永久磁石と、
前記ステータに固定され前記永久磁石との間で磁気回路を形成するステータコアと、
前記ステータコアは前記永久磁石と半径方向に対向する複数のティースヘッド面を有し、
前記ティースヘッド面の周方向の中央部は前記永久磁石との半径方向隙間G1を有し、
前記ティースヘッド面の周方向の端部は前記永久磁石との半径方向隙間G2を有し、
前記永久磁石のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値は0.4度以下であり、
前記隙間G2と前記隙間G1の比率G2/G1は2.25〜2.75である永久磁石モータ。 - ステータに対し相対的に回転するロータと、
前記ロータに固定され、半径方向で複数極に着磁された円筒状の永久磁石と、
前記ステータに固定され前記永久磁石との間で磁気回路を形成するステータコアと、
前記ステータコアは前記永久磁石と半径方向に対向する複数のティースヘッド面を有し、
前記ティースヘッド面の周方向の中央部は前記永久磁石との半径方向隙間G1を有し、
前記ティースヘッド面の周方向の端部は前記永久磁石との半径方向隙間G2を有し、
前記永久磁石のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値は0.4〜0.6度であり、
前記隙間G2と前記隙間G1の比率G2/G1は1.75〜2.25である永久磁石モータ。 - 前記永久磁石の極数は12極であり、
前記ステータコアのティース数は9である請求項1から7記載の永久磁石モータ。 - 請求項8に記載の永久磁石モータを備える情報装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008047055A JP2009207283A (ja) | 2008-02-28 | 2008-02-28 | 永久磁石モータ及びそれを用いた情報装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008047055A JP2009207283A (ja) | 2008-02-28 | 2008-02-28 | 永久磁石モータ及びそれを用いた情報装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2009207283A true JP2009207283A (ja) | 2009-09-10 |
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ID=41148991
Family Applications (1)
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JP2008047055A Pending JP2009207283A (ja) | 2008-02-28 | 2008-02-28 | 永久磁石モータ及びそれを用いた情報装置 |
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Country | Link |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20160088550A (ko) | 2015-01-16 | 2016-07-26 | 삼성전기주식회사 | 스핀들 모터 및 이를 구비하는 기록 디스크 구동장치 |
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-
2008
- 2008-02-28 JP JP2008047055A patent/JP2009207283A/ja active Pending
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