JPS61214754A - リラクタンストルク型モ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ディスク装置のへラドアクチュエータ等に用
いるリンクタンストルク型モータに関するものである。

パーソナルコンピュータが事務機器として多くの職場、
家庭に普及して来たのに伴ない、その外部記憶装置とし
て、フロッピーディスク装置、・・−ドディスク装置、
光デイスク装置が一大市場を形成している。。

千わらの外部紀憶装賃の中でも、アクセスタイムが矧ぐ
、かつ、大容量であるハードディスク装置は徐々に需便
が増大してきている。

−・−ドディスク装置は主として、スピンドルモータ、
磁気ディスク、磁気ヘッド、ヘンドアクチュエータ、デ
ィスクエンクロージャ、呼吸フィルタ、位置制？ｎ回路
、回転数制御回路、記録再生回路より構成されている。

この中でヘンドアクチュエータは、磁気ヘッドを高精度
、高速で位置決めする為に欠かせない機構である。

従来の技術 ハードディスク用の一＼ソドアクチュエータは、現在、
ボイスフィルモータタイプとステッピングモータタイプ
がある。

ボイスコイルモータタイプで構成したアクチュエ〜りを
第１０図に示す。以下図面を参照しながら、上述したボ
イスコイルモータタイプの７クチユエータの一例につい
て説明する。７はヨーク、８はヨークに装着されたマグ
ネット、９はコイルである）１０はアームでコイルボビ
ンと直結され、その／Ａ、ｊＷには磁気へ、ドを増り付
ける１、１１は／ヤフト、１２はヨーク／ヤント等を取
り付ける・・ウジフグである。

以、Ｌの様に構成されたヘラドアクチユニ〜りについて
、以下その動作について説明する。

ヨーク７とマグネット８で構成された磁気回路は、ギャ
ップに靜磁界をつくる。その中に摺動可能なコイル９を
入れて通電すると、フレミングの左手側によって推力が
発生する。この方式は作り易く、コギングのないことか
ら、精密なＩ１１御が行ない易いことが利点としてあげ
られるが、反面、所望の駆動力を得る為には、体積が大
きくなり、消費電力も大きいという欠点がある。

次にステッピングモータタイプで構成したアクチュエー
タを第１１図に示す。以下図面と参照しながら、ステッ
ピングモータタイプのアクチュエータの一例について説
明する。１３は磁気ヘッド、１４はアームの回転軸とな
るシャフト、１６はアーム、１６はプーリー、１７はス
テッピングモータでろる。

プーリー１６の周囲にはメタルバンドが巻キ付けてあり
、そのメタルバンドはアーム１６とプーリー１６で固定
しである。そして、ステッピングモ〜り１７０回転に伴
ない、アーム１６が動く様になっている。

ステッピングモータタイプは開ループ制御で駆動できる
ため、制御回路は簡単になることを、モータの体積当り
の駆動力はボイスコイルモータタイプより大きくするこ
とができる利点があるが、反面、ステップ角の微細化に
は限度があり、精密な位置制御には向かない。

発明が解決しようとする問題点 以上述べた様に、ボイスコイルモータには体積゛大、消
費電力大とｂう欠点があり、ステッピングモ〜りにｒｉ
微小位置制御が困難であるという欠点力；あり、高精度
の位ｌｉｔ決め性と高トルク性を備えた７クテユエータ
が得られて贋なかった。

氷見ＢＡＦｉ上記問題点に鑑み、微小位置制御性と高ト
ルク性を備えたアクチュエータを提供するものＴムスー 問題点を解決するための手段 上りピ問題点を解決するためには、トルクの発生原理は
ステッピングモータのりンクタ／ストルクに基づき、内
部に位置検出器を備え、全体として閉ループサーボ回路
を構成するモータが必要である。このとき、モータは位
置制御をしやすくするためにコギングを抑え込まなけれ
ばならない。このため１本発明のアクチュエータは、外
周に一定の角度ピッチで複数の凹凸の磁極歯を具備する
磁性体よりなる回転子コアと、該回転子コアとわずかな
仝隙を維持して対向すると共に前記磁極歯と同角度ピッ
チの複数の磁極ｍを具備する複数の磁極歯群を有する磁
性体よりなる固定子コアと、該固定子コアに装着された
マグネットと、該固定子コアに巻装された複数個の多相
のコイルと、＠配回転子コアと固定子コアとの空隙を一
定に維持し、前記回転コアを回転自在に支持する軸受装
置から構成され、前記固定子コアの磁極歯群は、ピッチ
して形成された回転子コアの磁臣歯に対してＮを整数と
してそれぞれ０士ＮＬ　、−土ＮＬ、＝Ｌ±ＮＬだけ−
７″ｈた磁極歯を有し、それぞｈ固定子コアから内周側
に突出した第１．第２．第３の磁極歯群と、ＬＬ　　　
　Ｌ２ 一十一±ＮＬ−＋−Ｌ±ＳＬ　だけずれた磁極歯を有２
３’２３ し、それぞれ固定子コアから内周側に突出した第４、第
５．第６の磁極歯群を備え、第１．第２゜第３の突出し
た磁極歯群を支える第１の固定子コアと、第４．第５．
第６の突出したＦｉＢ極歯群を支える第２の固定子コア
とは、橋絡部で連結したものである１゜ 作用 本発明は、トルク発生はステッピングモータと同様のり
ラクタノス変化に基づくものであり、比較的小さい消費
電力で所望のトルクを発生するこ々ができるものであり
、またコギングが小さいことから微小な位置決めに適す
るものである。

−〇 実６例 以Ｆ本発明の一実施例のアクチュエータについて、図面
を参照しながら説明する。第４図に原理図を示す。この
図は本発明のモータを直線状に展開したものである。

ステータコアは磁極歯群Ａ、Ｂ、Ｃを有するコア１と磁
極歯群Ａ、Ｂ、Ｃを有するコア２から成る。

磁極歯群Ａ、Ｂ、Ｃはロータ磁極歯に対してそれぞれ０
°、１２０°、２４０°位相がずれており、磁極歯群Ａ
、Ｂ、Ｃはそれぞれ１８００．３００’、４２０’位相
がずれている。記号Ａ、Ｂ、ＣＶｉ、Ａ、Ｂ、ＣＫ対し
てそれぞれ位相が１８ｏ０ずれていることを示す。

このとき、それぞれの磁極歯群のパーミアンス変化は、
歯形状を工夫することによシ正弦波として扱うことがで
き、 ＰＡ　＝Ｐｏ＋γ房θ Ｐ　Ｂ　＝　Ｐ（）　＋　１　ａｌｌＳｔσ−１２０’
）Ｐ　Ｃ＝　Ｐ　□　＋　ｒ　（Ｙｅｓ　（θ−２４０
°）ｐ、Ｎ＝ｐ〇−γ匪θ Ｐ　Ｂ　＝Ｐ　□　−１ｃｏｓ　（θ−１２０°）ｐＢ
　＝　Ｐｃ）−γ邸（θ−２４０′ンＰＯ＝　”ｍａｗ
　”　Ｐｍ１ｔ＋　”／　２Ｔ＝　”ｒｎａｘ　−Ｐｔ
ｔｔｉｘ　）／２θ　＝　２　ｙｒ　ｘ　／　Ｌ Ｐｍａ！二ｍ対向時パーミアンス Ｐヨ　：ｍ非対向時パーミアンス Ｌ　　：磁５５．出ピッチ Ｘ　　＝ギャップ周方向の距離 と表わさ九る２゜ 又、マグネットによってできる磁路は、閉磁路を形成し
、マグネット１→固定子コア１→可動子′コア→固定子
コア２→マグネ９．ト２→ヨーク→マグネット１である
。このとき、マグネットのつくる総磁束は歯を上記の様
な関係に選ぶと、一定値をとる。それぞれのコアに通る
磁束は、φｌイＡ：（１桓γ／ＰＱ）吋θ）φＭφＭＢ
＝ｌ　１　＋（γ／Ｐ　ｏ）ａｙ；（ｅ−１２０’　　
ン　）φ）、【φＭＣ”　（’　”　（ｒ／Ｐ□）ｃｗ
（θ−２４０°月φＭφＭ、ｉ＝＋　　１−（γ／Ｐ’
　　　）邸θ　）　φＭφＭｇ＝　ｔ　１−　（ｒ／Ｐ
□）ｃｏｓｃθ−１２００月φＭφｙ、（２＝　［１−
（Ｐ／ＰＯ）ｔｍｃθ−２４０’月φＭ３φＭ＝マグネ
ットのつくる平均磁束 次に各磁極歯群に巻回したコイルに通電する電流分法の
様に選ぶ。

ｘＡ＝ｒ。Ｓｌ【１θ Ｉ　Ｂ　＝　Ｉ　（）ｓｌｎ　（θ−１２０’）Ｉ　Ｃ
＝　Ｉ　□　ｓｉｎ　（θ−２４０°）Ｉ　Ａ　＝　−
１（）ｓｉｎθ Ｉ　Ｂ　＝＝　’−Ｉ　Ｑ　Ｓｉｎ　（θ−１２０°）
■ご＝−工０ＳＩ１１（θ−２４０３）この電流によっ
て各磁極歯群を通る磁束は、φＣＡ”−ＮＰＡ”Ａ φＣＢ＝−ＮＰＢＫＢ φＣＣ”−ＮＰＣ”Ｃ φｃＡ＝−ＮＰＸＩＸ φＣ百＝−ＮＰｇ１ｇ φＣご＝−Ｆ４ＰごＩご Ｎニー磁極歯群当りのコイル巻数 と表わされる。

各磁極歯群の磁束はφＭ　１　（ｚ　＝Ａ　、　Ｂ　、
　Ｃ）とφ、１Ｃｉ＝Ａ、Ｂ、Ｃ）の和となり、 φＡ＝ＰＡ（φＭ／Ｐ　□　−Ｎ　Ｉ　ｐ、　）＜６　
Ｂ　＝　Ｐ　Ｂ　（φＭ／ＰＯ−Ｎ　Ｉ　Ｂ　）φＣ＝
ＰＣ（φＭ　／　Ｐ　□　−Ｎ　Ｉ　Ｃ）φ人＝ＰＸ（
φ、／ＰｏＪＪＩλり φＢ＝”ＦＡ　（φＭ　／　Ｐ□　−Ｎ　Ｉ　Ｍ　）φ
ご＝Ｐご（φＭ／Ｐ０−Ｎｌご） で表わされる。

一般に、リラクタンストルク型モータの推力は、Ｆ−１
φ２　（ｄＲ１／　ｄ　ｘ　） ｉ　　＝Ａ、Ｂ、Ｃ，Ａ、Ｂ、Ｃ Ｒｉ：各磁極歯群の磁気抵抗 で表わされる。

各磁極ｍ＃の磁気抵抗は、 ＲＡ＝Ｒｏ−γ曵θ ＲＢ”　Ｒｏ　−ｒ　ＣＯＳ　（θ−１２０’）Ｒｃ＝
　Ｒ□　−Ｔ　ｌ−１）Ｓ　（θ−２４０’）Ｒ，、＝
Ｒｏ＋γ曵θ Ｒ且；Ｒ○→　γ−−’ｈ；　（θ　−１２０’）Ｒｃ
＝Ｆｌｏ＋７＋’ｏｓｆθ−２４０’　）ＲＯ”　’　
Ｒｒｎａｘ　”　Ｒｍｒｎ　）／　２γ　”　（Ｒｍ＆
Ｘ　−”ｆｎｌＲ’　／２θ　；２πｘ　／　Ｌ Ｒ：歯非対向時磁気抵抗 ａＩ Ｒエ　：ｍ対向時磁気抵抗 と表わされる。

全推力は、 ｍ＝　ｒ　／　ＰＯ Ｂ工：マグネノト動作点 Ｓ工：マグネソト断面積 となり、理論的にコギング、トルクリップルのないモー
タを得ることができる。

なお、マグネットの位置は第５図の様にしても同じであ
ることは、言うまでもない。

実際にこのモータを製造する場合、様々な製造誤差から
、コギング、トルクリップルが発生する。

我々の目的はこの理論にモータの特性を近づけ、バラツ
キの少ないモータをつくることである。

製造誤差には次の様なものがある。

■　歯形状の選定と工作誤差 ■　ギヤノブの選定と組立誤差 ■　各磁極歯群の位相ずれ ■　可動子磁極歯と固定子磁極歯の平行度この中で、モ
ータのバラツキの主たる原因となるものに、位相ずれか
ある。

コア１の３つの磁極歯群Ａ、Ｂ、Ｃと、コア２の３つの
磁極歯＃Ａ　、　Ｂ　、　Ｃとは磁気的に分離される必
要があることは、先の原理図から明白である。コア１内
の磁極歯Ａ、Ｂ、Ｃは、コアの製作工程である程度バラ
ツキは管理できる。Ｉ＋ｌＪえばコア１を打抜き板を積
層して作るとすれば、打ち抜き金型の管理を徹底すれば
よい。ところが、コア１とコア２の位相関係（位置関係
）は組立工程によるバラツキが大きくでてくる。

この問題を解決する為に第６図、第７図に示す様に、コ
ア１とコア２を橋絡部３によって連結する。

橋絡部３はコア１やコア２の断面積に比して小さく設言
しする。このことによりコア１からコア２への漏れ磁束
は主磁束に比して無視できる様になり、コア１とコア２
の位相合わせを必要とすることがなくなる。第６図、第
７図の原理図を基本としたム１定子コアの構造を第１図
、第２図に示す、、さらＶこ可動子コアの構造と第３図
に示す。

第１図、第２図において、橋絡部３は、２本の細い部分
によって溝底されているが、コア１とコア２の位相関係
を保ち、かつ主磁束に対して大きな漏れ磁束が発生しな
い様なものであれば、どんな形でもよいことは菖うまで
もない。又、第１因。

第２図においてＡ、Ｂ、Ｃ，Ａ、Ｂ、Ｃは図の様な配置
としたが、可動子磁極歯に対する位相関係が合っていれ
ば、配置を入れかえてもよい。

又、図中にはコイルが記入していないが、通常の場合、
各磁極歯群に挿入されることになる。

第１図、第２図、第３図に示した固定子コア。

可動子コアは、原理的なものであり、実際に製品として
ず吏用される場合は、Ａ、Ｂ　、Ｃ，Ａ、Ｂ。

Ｃで表わされる磁険歯群の集合体が複数束１−ｆＣもの
を固定子コアとすることが多い。第８図、第９図は磁極
歯群Ａ、Ｂ、Ｃ，Ａ、Ｂ、Ｃが２対集まったものの固定
子コアを表わす。この磁極歯群Ｂ２．ｉ：！２と表わす
と、可動子コアの磁極歯に対して同じ位相をもつＡ１と
Ａ２（又はＢ１とＢ２．・・　）はシャフト軸〈対して
対称に配置される。この様に配置することによりトルク
の発生が軸対称となる為、シャフト及びベアリ／グに不
用な力が加わ′　らず、機械共振点を高くすることがで
きる。

発明の効果 以Ｅの様に、本発明はリラクタンストルクをトルク発生
原理としている為、単位体積当りの電力消費が少なく、
コア１とコア２の位相合わせの必要がないことから、コ
ギングが小さく、量産的にも安定したモータを提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明のモータの固定子コアを示す斜
視図、第３図は同可動子コアの正面図、第４図、第５図
は本発明のモータの動作原理を示す説明図、第６図、第
７図は同モータの改良例の原理を示す説明図、第８図、
第９図は本発明のモータの固定子コアの他の例を示す斜
視図、第１０図は従来のボイスコイルモータ方式のアク
チュエータの構成を示す＄４ｆＪ！図、第１１図は従来
のステ７ビ／グモータ方式のアクチュエータの構成を示
す斜視図である。 １・・・・コア１．２・・・・・コア２．３・・・・橋
絡部、４・・マグネット、５・・・・・ヨーク％６・・
・・・・可動子コア（回動子コアラ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名１１
区　　　　　　　　　　′−１′″″′？−−−コア？ ３−−一楠綺部 ５−一−ヨーり ＃！　２　図 第８図 を 第　９２ 第１０図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）外周に一定の角度ピッチで複数の凹凸の磁極歯を
   有する磁性体よりなる回転子コアと、該回転子コアとわ
   ずかな空隙を維持して対向すると共に前記磁極歯と同角
   度ピッチの複数の磁極歯を具備する複数の磁極歯群を有
   する磁性体よりなる固定子コアと、該固定子コアに巻装
   された複数個の多相のコイルと、前記回転子コアと固定
   子コアとの空隙を一定に維持し、前記回転子コアを回転
   可能に支持する軸受装置と、前記固定子コアに装着され
   たマグネットとを備え、前記固定子コアの磁極歯群は、
   ピッチＬで形成された回転子コアの磁極歯に対してＮを
   整数としてそれぞれＯ±ＮＬ、Ｌ／３±ＮＬ、２／３Ｌ
   ±ＮＬだけずれた磁極歯を有する固定子コアから内周突
   出した第１、第２、第３の磁極歯群と、回転子の磁極歯
   に対してそれぞれＬ／２±ＮＬ、Ｌ／２＋Ｌ／３±ＮＬ
   Ｌ／２＋２／３Ｌ±ＮＬだけずれた磁極歯を有する固定
   子コアから内周に突出した第４、第５、第６の磁極歯群
   より構成され、第１、第２、第３の突出した磁極歯群を
   支える第１の固定子コアと、第４、第５、第６の突出し
   た磁極歯群を支える第２の固定子コアとは、橋絡部で連
   結したリラクタンストルク型モータ。
2. （２）第１の固定子コアと第２の固定子コアと橋絡部を
   一集合とする固定子コアを、複数集合して一つの固定子
   コアを構成してなる特許請求の範囲第１項記載のリラク
   タンストルク型モータ。