JP4342380B2 - 偏平モータ - Google Patents

Description

本発明は、偏平モータに係り、特に、回転軸と直交する平面上に駆動用マグネットと駆動用コイルとを対向配置させた、いわゆるアキシャルギャップ型の偏平モータに関する。

フレキシブルディスクドライブ（ＦＤＤ）用のスピンドルモータには、回転軸と概ね直交する平面上に駆動用マグネットと駆動用コイルとを対向するように配置させて薄型化したいわゆるアキシャルギャップ型の偏平モータを好適に用いることができる。この偏平モータの従来例を図８に示す。

図８において、バックヨーク１０１上にはシャフト１０５を回転自由に支持する軸受１０６が固定され、この回転軸を中心にしてコイル１０２が同心状に複数配置されている。
シャフト１０５には、ロータヨーク１０４が固定されており、ロータヨーク１０４の内面にはコイル１０２と間隙Ｇを有して対向するようにマグネット１０３が固定されている。
この構成においてコイル１０２へ通電することによって、シャフト１０５，ロータヨーク１０４及びマグネット１０３からなるロータは、バックヨーク１０１に対して回転する。

この従来の偏平モータの他の例として、本願出願人が出願した特許文献１や特許文献２に記載されたものがある。
実開平６−１１１６３号公報 特開２００４−４０８４０号公報

ところで、近年、市場からの情報機器の小型化要求は一段と強く、ＦＤＤに搭載されるモータに対しても、その要求が及んでいる。特に、薄型化については顕著である。
上述した偏平モータをより薄型化する方法の１つとして、コイルとマグネットとの間の間隙Ｇを可能な限り小さくすることが追求されている。

モータを薄型化しつつ動作効率上げるためには、マグネットの材料として、強い磁力を発揮するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ（ネオジウム−鉄−ボロン）系等の希土類マグネットが用いられる。
そのため、図９に示すように、バックヨーク１０１がマグネット１０３に吸引され、そのマグネット１０３側に向かって変形する。
従って、コイル１０２とマグネット１０３との間隙Ｇは、バックヨーク１０１の外周側で狭くなり、場合によっては当図のように間隙がなくなり両者が接触してしまうという状態が発生していた。

これを解決するために、本願出願人は、上述した特許文献１において、バックヨークを回転中心から遠ざかるに従ってマグネットから離れるように椀状に変形させた偏平モータを提案する一方、特許文献２において、バックヨークの軸受取り付け部とその外周側のコイル取り付け部との境界に屈曲部を設け、コイル取り付け部をマグネットから離れる方向に傾斜させる形状にした偏平モータを提案している。
これらの偏平モータによれば、間隙をより小さくすることができ、モータの薄型化が効果的に可能となる。

しかしながら、バックヨークに、モータを駆動させるための電子部品が半田付けされていたり、また、それらの電子部品の電気的接続のために銅箔パターンが印刷により形成しなければならない場合があり、これらの場合に、予め変形させた非平面のバックヨークに電子部品を半田付けしたり銅箔パターンを印刷したりするのは、極めて難しく、生産性の向上に限界があった。

また、平面状のバックヨークに電子部品を半田付けしたり銅箔パターンを印刷した後にこれを変形させると、この変形によって加えられる力によって、電子部品や銅箔パターンが破損し、高い信頼性が得られない可能性があった。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、生産性向上が可能で、高い信頼性が得られ、更なる薄型化が可能な偏平モータを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本願発明は手段として次の構成を有する。
即ち、請求項１に係る発明は、平面上に複数の駆動コイル（２）を配置したステータヨーク（１）を有するステータ（５１）と、前記駆動コイル（２）に対向するように環状のマグネット（３，３Ａ〜３Ｄ）を配置したロータヨーク（４，４Ｂ，４Ｄ）を有し前記ステータ（５１）に対して回転するロータ（５２）と、を備え、前記マグネット（３，３Ａ〜３Ｄ）の前記駆動コイル（２）と対向する面（３ａ，３Ａａ〜３Ｄａ）に、回転中心から遠ざかるに従って前記駆動コイル（２）から離れる間隙拡大部（３Ａａ２，３Ｃａ２）を設けて成ることを特徴とする偏平モータ（５５）である。

本発明によれば、生産性に優れ、信頼性が高く、より薄型にできるという効果を奏する。

本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図７を用いて説明する。
図１は、本発明の偏平モータの実施例を示す断面図であり、
図２は、本発明の偏平モータの実施例を説明する断面図であり、
図３は、本発明の偏平モータの第１の変形例を説明する要部断面図であり、
図４は、本発明の偏平モータの第２の変形例を説明する要部断面図であり、
図５は、本発明の偏平モータの第３の変形例を説明する要部断面図であり、
図６は、本発明の偏平モータの第４の変形例を説明する要部断面図であり、
図７は、本発明の偏平モータの実施例における外観を示す斜視図である。

実施例の偏平モータ５５の外観を図７に示し、その詳細を図１，図２を用いて以下に説明する。
この偏平モータ５５は、ステータヨークであるバックヨーク１と、これに固定された軸受６及びコイル２とを有するステータ５１と、シャフト５，これに固定されたロータヨーク４及びロータヨーク４に固定されたマグネット３を有するロータ５２とを備えている。

バックヨーク１は、平板状であり、珪素鋼鈑等の軟質磁性材料からなる。
そのほぼ中央にはシャフト５を軸支する軸受６が固定されている。
バックヨーク１の一面には、銅箔の回路パターン１ａが形成され、その回路パターン１ａの表面は絶縁処理されている。
回路パターン１ａ上には、軸受６の軸を中心とした同心状に複数のコイル２が配置されている。

軸受６に軸支されるシャフト５には、略円盤状のロータヨーク４が固定されている。このロータヨーク４は、亜鉛メッキ鋼鈑をプレス成形することにより形成される。
ロータヨーク４の内側面には、コイル２と所定の間隙Ｇ（Ｇ１〜Ｇ２）を有して対向するように平たい環状のマグネット３が固着されている。この間隙Ｇについては、詳細を後述する。マグネット３は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ（ネオジウム−鉄−ボロン）系希土類硬質磁性材料で形成される。
この構成で、コイル２に所定の方法で電流が付与されることで、ロータ５２はステータ５１に対して回転する。

次に、マグネット３とコイル２との間隙Ｇ（Ｇ１〜Ｇ２）について詳述する。
実施例におけるマグネット３は、図１に示すように、断面が台形形状になっている。
具体的には、軸方向の厚さにおいて外周側の厚さの方が内周側の厚さより薄く、コイル２と対向する対向面３ａが外周側に向かうに従ってコイル２から離れる方向に傾斜した形状の台形断面とされている。このマグネット３の内周側及び外周側におけるコイル２との間隙Ｇは、Ｇ１及びＧ２である。
そして、このマグネット３の外周側の厚さと内周側の厚さとの差（以下、厚み差と称する）を図１ではΔｇとして示している。

このため、モータを組み立てた状態で、図２に示すように、マグネット３の強い吸引力により、ロータヨーク４とバックヨーク１とは互いに近づく方向に変形するものの、マグネット３の対向面３ａが傾斜して厚み差Δｇ（図１参照）を有していることにより、最も変形量の多い外周側でも僅かな隙間ｇ１を残してマグネット３（またはロータヨーク４）と、コイル２とが接触してしまうことがない。

この厚み差Δｇは、マグネットの磁力や各部位の寸法等、モータの仕様毎に最適となるように設定することができるが、一例として示せば、マグネット３の外径φ３９．５ｍｍに対して概して０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度となるものである。

本発明は、マグネットの磁気吸引がないとした状態において、マグネットのコイルと対向する面に、マグネットとコイルとの間隔が外周に向かって広くなる間隙拡大部を設けたものであればよい。この間隙拡大部は、傾斜面であってもよく、その傾斜面が階段状になっていてもよく、また、コイルと平行に対向する面が階段状になって間隙が拡大する部分であってもよい。また、コイルと平行に対向する部分が一部分ある傾斜面でもよい。傾斜面は平面でも曲面でもよい。
以下、変形例のいくつかを説明するが、上述の実施例や以下の変形例に限るものではなく、要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。

第１の変形例を図３に示す。
この例は、マグネット３Ａの対向面３Ａａが、磁気吸引がないとした場合に、コイルと一定の間隙を有する内周部３Ａａ１と、コイル２から離れる方向に傾斜する傾斜部３Ａａ２とを有するものである。

従って、この内周部３Ａａ１は、コイル２のマグネット３Ａと対向する対向面２ａが軸ＣＬと直交する面で形成されていれば、それと平行な面となる。
この形状のマグネット３Ａは、マグネット単体で保管する場合に安定して重ねられ、また、内周部３Ａａ１と傾斜部３Ａａ２との境界線３Ａｃが明瞭に形成されるので、表裏の判別が容易となるものである。

内周部３Ａａ１を形成したことで、内周部が無いマグネット３を用いた場合より、間隙は広くせざるを得ずトルク定数が若干低下するものの、トルクに寄与するのはマグネットの内周側よりも外周側であるから、顕著なトルク低下とはならない。
実用上は、以下の（式１）の範囲で設定すればマグネット３と同等のトルク性能が発揮されるので望ましい。
即ち、境界線３Ａｃの半径ｒ２は、マグネット３Ａの内径ｒ１と外径ｒ３に対して、
ｒ２≦ｒ１＋０．７×（ｒ３−ｒ１）…（式１）
の範囲に設定するのが望ましい。

第２の変形例を図４に示す。
この例は、マグネット３Ｂの対向面３Ｂａと、その反対側の面３Ｂｂとを傾斜面とした例である。
従って、ロータヨーク４Ｂも面３Ｂｂに合わせて外周側をコイル２側に近づく形状に形成してあり、外周部でのモータ全体の厚さを薄くしたい場合に好適である。
この形状のマグネット３Ｂは、対向面３Ｂａとその反対側の面３Ｂｂの傾斜量Δｇ１（図４参照）を同じにした場合、取り付けにおいて表裏の方向判別が不要となり作業が極めて容易となる。

第３の変形例を図５に示す。
この例は、マグネット３Ｃを、第２の変形例のマグネット３Ｂに対して第１の変形例のように、内周部３Ｃａ１と傾斜部３Ｃａ２とを、対向面３Ｃａとその反対側の面３Ｃｂの両方に設けたマグネットとした例である。
この変形例も、第２の変形例と同様に、ロータヨーク４Ｃも傾斜部３Ｃｂ２に合わせて外周側をコイル２側に近づける形状に形成しているので、外周部側のモータ全体の厚さを薄くしたい場合に好適である。

第４の変形例を図６に示す。
この例は、マグネット３Ｄの厚みを一定にし、コイル２との間隙が外周側でΔｇ２だけ広がるように、ロータヨーク４Ｄをコイル２から離れる方向にΔｇ２変形させると共に、それに沿った形状にマグネット３Ｄを形成したものである。従って、マグネット３Ｄの表面形状は、円錐表面の一部となる。
この変形例は、回転中心近傍のモータの厚みを薄くしたい場合に好適である。
マグネット３Ｄを、可撓性を有する材料（例えばゴム磁石）で形成すれば、ロータヨーク４Ｄに沿って変形させて固定できるので、好ましい。

上述した実施例及び変形例は、シャフトが回転するいわゆる軸回転型の偏平モータについて説明したが、バックヨーク側にシャフトを固定し、ロータヨーク側にこのシャフトを挿通する軸受を備え、この軸受を介してロータが回転するいわゆる軸固定型の偏平モータであってもよいのは言うまでもない。

本発明の偏平モータの実施例を示す断面図である。 本発明の偏平モータの実施例を説明する断面図である。 本発明の偏平モータの第１の変形例を説明する要部断面図である。 本発明の偏平モータの第２の変形例を説明する要部断面図である。 本発明の偏平モータの第３の変形例を説明する要部断面図である。 本発明の偏平モータの第４の変形例を説明する要部断面図である。 本発明の偏平モータの実施例における外観を示す斜視図である。 従来のモータを説明する図である。 従来のモータを説明する別の図である。

符号の説明

１ バックヨーク（ステータヨーク）
１ａ 回路パターン
２ コイル
２ａ 対向面
３，３Ａ〜３Ｄ マグネット
３ａ （３Ａａ〜３Ｄａ） 対向面
３Ａａ１，３Ｃａ１ 内周部
３Ａａ２，３Ｃａ２ 傾斜部（間隙拡大部）
３Ａｃ 境界線
３Ｂｂ，３Ｃｂ （反対側の）面
（３Ａ〜３Ｄ） マグネット
４，４Ｂ，４Ｄ ロータヨーク
５ シャフト
６ 軸受
５１ ステータ
５２ ロータ
５５ 偏平モータ
Ｇ，Ｇ１，Ｇ２，ｇ１ 間隙
Δｇ 厚み差
Δｇ１，Δｇ２ 傾斜量

Claims (5)

1. 平面上に複数の駆動コイルを配置したステータヨークを有するステータと、
   前記駆動コイルに対向するように環状のマグネットを配置したロータヨークを有し前記ステータに対して回転するロータとを備え、
   前記ステータヨークの前記平面には、銅箔の回路パターンが形成され、
   前記マグネットの前記駆動コイルと対向する面に、回転中心から遠ざかるに従って前記コイルから離れる間隙拡大部を設けて成ること特徴とする偏平モータ。
2. 前記ステータヨークの前記平面には当該扁平モータを駆動させるための電子部品が半田付けされ、
   前記銅箔の回路パターンは、前記電子部品を電気的に接続するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の扁平モータ。
3. 前記マグネットは、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ（ネオジウム−鉄−ボロン）系希土類硬質磁性材料で形成されること特徴とする請求項１または２に記載の偏平モータ。
4. 平面上に複数の駆動コイルを配置したステータヨークを有するステータと、
   前記駆動コイルに対向するように環状のマグネットを配置したロータヨークを有し前記ステータに対して回転するロータとを備え、
   前記マグネットの前記駆動コイルと対向する面に、前記駆動コイルと平行に対向する内周部と、回転中心からみて前記内周部よりも外周側に、前記回転中心から遠ざかるに従って前記コイルから離れる間隙拡大部とを設けて成ること特徴とする偏平モータ。
5. 前記内周部と前記間隙拡大部との境界線の半径をｒ２、前記マグネットの内径をｒ１、前記マグネットの外径をｒ３と書くとき、
   前記境界線の半径は下記の式１の範囲に設定されることを特徴とする請求項４に記載の扁平モータ。
   ｒ２≦ｒ１＋０．７×（ｒ３−ｒ１）…（式１）

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