CN102386689B - 主轴电机以及配置有该主轴电机的存储盘片驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供7mm厚2.5型存储盘片驱动装置用主轴电机以及配置有该主轴电机的存储盘片驱动装置，主轴电机具有基底部、定子、转子毂、转子磁体和轴承机构。定子被配置在基底部的上侧。转子毂包括被配置在定子上侧的盖部以及从盖部的外缘向下侧延伸的侧壁部。转子磁体被配置在定子的径向外侧，且被配置在转子毂的侧壁部的内周面。所述轴承机构将所述转子毂和所述转子磁体支撑成可相对于所述基底部和所述定子旋转。在轴向上，所述转子磁体的高度为2mm以上且在3mm以下，所述定子的定子铁芯的高度为所述转子磁体的高度的50%以上且在75%以下，在所述定子和所述转子磁体之间产生的转矩的转矩常数为3mNm/A以上且在5mNm/A以下。

Description

主轴电机以及配置有该主轴电机的存储盘片驱动装置

技术领域

本发明涉及存储盘片驱动装置用的主轴电机以及配置有该主轴电机的存储盘片驱动装置。

背景技术

以往的硬盘驱动装置等盘片驱动装置搭载有主轴电机（以下简称为“电机”）。在日本国特开2004-135467号公报所公开的外转子型电机中，转子组包括杯状的旋转毂体和驱动磁体。定子组包括定子铁芯和卷绕在定子铁芯上的驱动线圈。驱动磁体被固定在旋转毂体的环状立壁部的内周面，与定子铁芯的外周面相对。在电机驱动的时候，在驱动磁体和驱动线圈之间产生磁力的作用。在日本国特开2008-97803号公报中，也公开了永磁铁被配置成与电磁铁的外周侧相对的电机。

然而，近年来，要求盘片驱动装置的薄型化，被搭载于盘片驱动装置中的电机也被要求进一步的薄型化。但是，如果仅仅通过使以往的电机结构变薄，则作为盘片驱动装置用电机，不能获得足够的特性。

发明内容

本发明的目的在于：在薄型的电机中，当电机旋转时，产生足够的转矩，并且抑制振动和噪音。

本发明的例示性的7mm厚2.5型存储盘片驱动装置用主轴电机具有基底部、定子、转子毂、转子磁体和轴承机构。所述定子被配置在所述基底部的上侧。所述转子毂包括被配置在所述定子上侧的盖部以及从所述盖部的外缘向下侧延伸的侧壁部。所述转子磁体被配置在所述定子的径向外侧，且被配置在所述转子毂的所述侧壁部的内周面上。所述轴承机构将所述转子毂和所述转子磁体支撑成可相对于所述基底部和所述定子旋转。在轴向上，所述转子磁体的高度为2mm以上且在3mm以下，所述定子的定子铁芯的高度为所述转子磁体的高度的50%以上且在75%以下，在所述定子和所述转子磁体之间产生的转矩的转矩常数为3mNm/A以上且在5mNm/A以下。

本发明还提供一种7mm厚2.5型存储盘片驱动装置，其具有：使盘片旋转的上述的主轴电机；存取部，其对所述盘片进行信息的读取和写入中的至少一种操作；夹持器，其与所述转子毂一起夹持所述盘片；以及外壳，在其内部配置有所述盘片、所述主轴电机、所述存取部和所述夹持器。

本发明还提供另一种7mm厚2.5型存储盘片驱动装置，其具有：使盘片旋转的上述的主轴电机，其中，所述定子的线圈的导线直径为0.10mm以上且在0.14mm以下，所述线圈的匝数为40以上且在70以下；存取部，其对所述盘片进行信息的读取和写入中的至少一种操作；夹持器，其与所述转子毂一起夹持所述盘片；以及外壳，在其内部配置有所述盘片、所述主轴电机、所述存取部和所述夹持器。

通过下面对本发明的优选实施方式进行的详细说明，参照附图，可以更加清楚地理解本发明的上述及其它特点、要素、步骤、特征和优点。

根据本发明，在薄型的电机中，能够产生足够的转矩并且抑制振动和噪音。

附图说明

图1是示出盘片驱动装置的图。

图2是主轴电机的剖面图。

图3是定子的俯视图。

图4是放大示出主轴电机的一部分的图。

图5是示出THD与铁芯-磁体高度比的关系的图。

图6是示出SPL和THD之间的关系的图。

标号说明

1盘片驱动装置；4轴承机构；11盘片；12主轴电机；13存取部；14外壳；21基底部；22定子；31转子毂；32转子磁体；151夹持器；212（基底部的）上表面；221定子铁芯；221a磁性钢板；222线圈；223导线；311盖部；311a（盖部的）下表面；312侧壁部；312a（侧壁部的）内周面；H1定子铁芯的高度；H2转子磁体的高度；H3转子毂的盖部和底板之间的距离。

具体实施方式

在本说明书中，将电机中心轴方向上的图1的上侧简称为“上侧”，将下侧简称为“下侧”。另外，上下方向并不是表示盘片驱动装置在使用时的方向。再者，将与中心轴平行的方向称为“轴向”，将以中心轴为中心的径向简称为“径向”，将以中心轴为中心的周向简称为“周向”。

图1是包含本发明的一个例示性实施方式的主轴电机（以下简称为“电机”）的盘片驱动装置1的剖面图。盘片驱动装置1搭载2.5英寸的盘片。而且，盘片驱动装置1的轴向厚度为7mm。以下，盘片驱动装置1是指“7mm厚的2.5型硬盘驱动装置”。盘片驱动装置1包括盘片11、电机12、存取部13、外壳14和夹持器151。电机12使盘片11旋转。存取部13对盘片11进行信息的读取和写入中的至少一种操作。

外壳14包括杯状的第一外壳部件141和平板状的第二外壳部件142。在第一外壳部件141的内部，配置有盘片11、电机12、存取部13和夹持器151。第二外壳部件142被配置在第一外壳部件141的上部。

盘片11被夹持器151和电机12夹持。存取部13包括读写头131、臂132和读写头移动机构133。读写头131接近盘片11、进行信息的读取和写入中的至少一种操作。臂132支撑读写头131。读写头移动机构133移动臂132，由此，读写头131相对于盘片11移动。读写头131在盘片11的必要位置进行存取。

图2是电机12的剖面图。电机12是外转子型的。电机12包括作为固定组合体的静止部2、作为旋转组合体的旋转部3、和轴承机构4。静止部2包括大致平板状的底板21、定子22、绝缘套管23、磁性部件24和布线基板25。图1的第一外壳部件141包括底板21。定子22被配置在底板21的上侧。定子22包括定子铁芯221和线圈222。定子铁芯221的径向内侧的部位被固定在包含底板21的圆筒部的保持架211上。磁性部件24包括以中心轴J1为中心的圆环部。利用粘接剂将磁性部件24固定在底板21的上表面212上。线圈222的导线223被配置在绝缘套管23内。而且，导线223与绝缘套管23一起被配置在底板21的贯通孔中。导线223的端部与布线基板25连接。

旋转部3包括转子毂31和转子磁体32。转子毂31包括盖部311、侧壁部312、毂筒部313和盘片放置部314。盖部311被配置在定子22的上侧。毂筒部313包括以中心轴J1为中心的圆筒部。毂筒部313在轴承机构4的外侧从盖部311的下表面311a向下侧延伸。侧壁部312从盖部311的外缘向下方延伸。盘片放置部314从侧壁部312向径向外侧延伸。图1的盘片11被放置在盘片放置部314上。

转子磁体32被固定在侧壁部312的内周面312a上，且配置于定子22的径向外侧。将钕磁铁（Nd-Fe-B BOND MAGNET）利用于转子磁体32。磁性部件24被固定在底板21的上表面212上，且配置于转子磁体32的下侧。在转子磁体32和磁性部件24之间产生磁吸引力。

在电机12驱动时，在定子22和转子磁体32之间产生转矩。转矩常数优选为3mNm/A以上、5mNm/A以下。

轴承机构4包括轴部41、套筒42、套筒外壳43、止推板44、轴承盖部45和润滑剂46。轴部41从盖部311的径向内侧的部位向下侧延伸。轴部41和转子毂31是连成一体的部件。在轴部41的上部设置有内螺纹部411。在盖部311的中央，通过将图1所示的外螺纹螺丝152拧入内螺纹部411中，来将夹持器151固定在电机12上。

在夹持方式中，除了已经叙述的方式（以下，称为“中央夹持方式”）之外，还有被称为毂夹持方式的方式。在毂夹持方式中，在转子毂的盖部的上表面设置有多个内螺纹部，通过将外螺纹螺丝拧入内螺纹部中，来将夹持器固定在电机上。在毂夹持方式中，因为外螺纹螺丝被固定在盖部上，所以需要使盖部的高度下降从夹持器的上表面露出的外螺纹螺丝的高度的量。另外，由于将外螺纹螺丝拧入毂内，因此需要使毂的厚度比中央夹持方式的毂厚。所以，在7mm厚类型那样的薄型电机中，在确保盖部的下表面和底板的上表面之间的空间方面，中央夹持方式是有效的。

轴部41被配置在套筒42的内侧。套筒外壳43被配置在毂筒部313的内侧。套筒42被固定在套筒外壳43的内周面上。止推板44被固定在轴部41的下部。轴承盖部45被固定在套筒外壳43的下端，封闭套筒外壳43的下侧的开口。

电机12包括径向间隙471、第一推力间隙472、第二推力间隙473。径向间隙471是套筒42的内周面和轴部41的外周面之间的间隙。第一推力间隙472是套筒42的下表面和止推板44的上表面之间的间隙。第二推力间隙473是套筒42的上表面以及套筒外壳43的上表面与盖部311的下表面311a之间的间隙。润滑剂46被连续地填充在径向间隙471、第一推力间隙472和第二推力间隙473中。而且，润滑剂46也被连续地填充在间隙474以及密封间隙475中，所述间隙474是止推板44的下表面和轴承盖部45的上表面之间的间隙，所述密封间隙475是毂筒部313的内周面和套筒外壳43的外周面的上部之间的间隙。

套筒42的内周面包括径向动压槽组。套筒42的上表面和下表面包括止推动压槽组。在径向间隙471中，由径向动压槽组构成径向动压轴承部481。在第一推力间隙472中，由止推动压槽组构成第一止推动压轴承部482。在第二推力间隙473中，由止推动压槽组构成第二止推动压轴承部483。在电机12驱动时，通过径向动压轴承部481、第一止推动压轴承部482和第二止推动压轴承部483，来将旋转部3支撑成不接触静止部2。由此，转子毂31和转子磁体32相对于底板21和定子22相对旋转。

图3是定子22的俯视图。定子22包括定子铁芯221和多个线圈222。定子铁芯221包括圆筒状的中央部51和多个齿部52。齿部52为T字状，从中央部51的外周向径向外侧延伸，并且在外侧的端部向周向两侧延伸。通过将导线223卷绕在各齿部52上，构成线圈222。

线圈222被配置在盖部311的下表面311a和底板21的上表面212之间。盖部311的下表面311a和底板21的上表面212之间的距离H3为3.2mm。

关于7mm厚类型的盘片驱动装置，即使将搭载于9.5mm厚类型的盘片驱动装置中的电机按7mm厚类型来直接进行薄型化，也不能获得足够的转矩常数。例如，在只是单纯地将搭载于9.5mm厚类型中的电机的高度降低约26%的情况下，转矩常数减小了一半。因此，在7mm厚类型的盘片驱动装置1的电机12中，即使是比9.5mm厚类型的盘片驱动装置更受限制的空间，也需要设计成既能产生足够的转矩又可抑制振动和噪音。也就是说，为了在受限制的空间中产生足够的转矩，需要设计成：使转矩常数为3mNm/A以上且在5mNm/A以下，而且抑制振动和噪音。

导线223的直径为0.10mm以上且在0.14mm以下。更优选导线223的直径为0.115mm以上且在0.130mm以下。各线圈222的匝数为40以上且在70以下。各线圈222的电阻值为3.3Ω以上且在5Ω以下。然而，在9.5mm厚类型的盘片驱动装置中所利用的导线的直径一般为0.15mm以上且在0.2mm以下。线圈的匝数为40以上且在60以下。线圈的电阻值为1.3Ω以上且在4.1Ω以下。在电机12中，与9.5mm厚类型的盘片驱动装置的电机相比，在受限制的空间中，既可抑制线圈电阻值的增大又能获得足够的匝数。因此，在受到限制的空间中，当电机旋转时，可产生足够的转矩，并且可抑制振动和噪音。

图4是图2的转子磁体32附近区域的放大图。定子铁芯221是磁性钢板221a的层叠体。一片磁性钢板221a的厚度为0.2mm。在本实施方式中，磁性钢板221a的数量为7。在轴向上，定子铁芯221的高度H1为1.4mm。

另外，在轴向上，转子磁体32的高度H2为2.3mm。定子铁芯221的高度H1相对于转子磁体32的高度H2的比例（以下，称为“铁芯-磁体高度比”）为61%。如已经叙述的那样，转子毂31的盖部311的下表面311a和底板21的上表面212之间的距离H3为3.2mm。

图5示出铁芯-磁体高度比和THD（total harmonic distortion:总谐波失真）之间的关系。在图5中，纵轴表示THD。横轴表示铁芯-磁体高度比。将产生于定子22的感应电压的波形变换为多个频率成分，THD表示所包含的作为波形失真的高频成分占全部频率成分的比例。另外，图6是示出SPL（sound pressure level:声压级）和THD之间的关系的图。在图6中，纵轴表示SPL，横轴表示THD。SPL是表现声压的大小的量，单位采用分贝（dB）。另外，关于图6的SPL，是在将盘片搭载于电机上且第二外壳部件安装在第一外壳部件上的状态下，测量SPL。

关于在暗噪音约为30dB的环境下的、纯音（正弦波音）的最小可听值，年轻人群体平均约为10dB，老年人群体平均约为20dB。暗噪音约为30dB的环境例如是非常安静的室内等。如图6所示，在7mm厚类型的电机中，如果THD超过4%，则SPL因磁激振力而超过10dB。如果SPL超过10dB，则产生在电机特性上成为问题的大振动和噪音。如图5所示，在7mm厚类型的电机中，通过将铁芯-磁体高度比设为50%以下，来将THD抑制在4%以下。如已经叙述的那样，根据电机12的铁芯-磁体高度比为61%这一情况，可知THD不足4%。

感应电压波形的失真被认为是因下述情况而产生的，所述情况为：在定子22和转子磁体32之间产生的磁通密度比定子铁芯221中的饱和磁通密度高。但是，在电机12中，通过确保定子铁芯221的高度，来抑制定子铁芯221中的磁通饱和。由此，可以将THD抑制得足够低，能够抑制振动和噪音。另外，在本实施方式中，优选定子铁芯221中的磁通密度为1.3T以下。

在上面，对电机12的结构进行了说明，但是，在电机12中，可以将THD设为不足4%。其结果是，防止了转矩特性变差，可以抑制电机12驱动时的振动和噪音。另外，通过将转矩常数设为3mNm/A以上且在5mNm/A以下，既能抑制电流量又能高效地产生转矩。

在电机12中，转子磁体32的高度并不限于2.3mm,优选为2mm以上且在3mm以下。为了产生足够的转矩，需要将转子磁体32的高度设为2mm以上。另外，在7mm厚类型的盘片驱动装置1的电机12中，可使用的高度的上限为3mm。

此外，在7mm厚类型那样的薄型电机中，在转子毂和底板的厚度薄且转子毂和底板的刚性小的情况下，产生因这些因素而造成的振动和噪音。因此，在7mm厚类型的电机中，在受限制的空间内，必须既要确保转子毂和底板的厚度为一定值以上又要确保规定的用于设置线圈的空间。为了确保规定的用于设置线圈的空间，优选铁芯-磁体高度比为75%以下。

在上面，为了既要将THD设为不足4%又要确保用于设置线圈222的空间，优选铁芯-磁体高度比为50%以上且在75%以下。

而且，更优选：定子铁芯221的高度为7mm厚类型的盘片驱动装置1的高度的16%以上且在24%以下，即为1.1mm以上且在1.7mm以下。由此，既能充分确保线圈222的空间又能抑制磁通的饱和。

在电机12中，也可以使盖部311的下表面311a和底板21的上表面212之间的距离在3.0mm以上且在4.0mm以下的范围变更。在电机12中，即使是这样的小的空间，也能够既充分地产生转矩又能够抑制振动和噪音。

在定子22中，磁性钢板221a的数量可以是6。在该情况下，定子铁芯221的高度为1.2mm。转子磁体32的高度为2mm以上，而为了将铁芯-磁体高度比设为50%以上，则为2.4mm以下。由此，可以抑制电机12的振动和噪音。

磁性钢板221a的厚度也可以为0.2mm以外的厚度，例如可以为0.15mm。在该情况下，磁性钢板221a的数量优选为8或9。优选：定子铁芯221的高度为1.2mm或1.35mm，转子磁体32的高度为2mm以上且在3mm以下，并且铁芯-磁体高度比为50%以上且在75%以下。再者，也可以利用厚度为0.3mm的磁性钢板221a，在该情况下，优选磁性钢板221a的数量为4。在电机12中，利用一般的0.15mm厚、0.2mm厚和0.3mm厚的磁性钢板221a，由此能够廉价地制造定子铁芯221。如上面所述，在定子铁芯221中，也可以对应于各种厚度来利用合适数量的磁性钢板221a。

在上面，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限于上述实施方式。除了底板21之外，电机12还可以利用被安装在第一外壳部件141上的底架来作为基底部。

只要不相互矛盾，上述实施方式和各变化例中的结构就可以适当地组合。

本发明可作为盘片驱动装置用的主轴电机来使用。

Claims (8)

1.一种7mm厚2.5型存储盘片驱动装置用主轴电机，其具有：

基底部；

定子，其被配置在所述基底部的上侧；

转子毂，其包括被配置在所述定子的上侧的盖部以及从所述盖部的外缘向下侧延伸的侧壁部；

转子磁体，其被配置在所述定子的径向外侧，且被配置在所述转子毂的所述侧壁部的内周面上；以及

轴承机构，其将所述转子毂和所述转子磁体支撑成可相对于所述基底部和所述定子旋转，

在轴向上，所述转子磁体的高度为2mm以上且在3mm以下，所述定子的定子铁芯的高度为所述转子磁体的高度的50%以上且在75%以下，

在所述定子和所述转子磁体之间产生的转矩的转矩常数为3mNm/A以上且在5mNm/A以下。

2.根据权利要求1所述的存储盘片驱动装置用主轴电机，其中，

所述定子铁芯为磁性钢板的层叠体，

所述磁性钢板的数量为6或7，所述磁性钢板的厚度为0.2mm。

3.根据权利要求2所述的存储盘片驱动装置用主轴电机，其中，

所述盖部的下表面和所述基底部的上表面之间的距离为3mm以上且在4mm以下。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的存储盘片驱动装置用主轴电机，其中，

所述定子的线圈的导线直径为0.10mm以上且在0.14mm以下，所述线圈的匝数为40以上且在70以下。

5.一种7mm厚2.5型存储盘片驱动装置，其具有：

使盘片旋转的权利要求1至3中的任一项所述的主轴电机；

存取部，其对所述盘片进行信息的读取和写入中的至少一种操作；

夹持器，其与所述转子毂一起夹持所述盘片；以及

外壳，在其内部配置有所述盘片、所述主轴电机、所述存取部和所述夹持器。

6.一种7mm厚2.5型存储盘片驱动装置，其具有：

使盘片旋转的权利要求4所述的主轴电机；

存取部，其对所述盘片进行信息的读取和写入中的至少一种操作；

夹持器，其与所述转子毂一起夹持所述盘片；以及

外壳，在其内部配置有所述盘片、所述主轴电机、所述存取部和所述夹持器。

7.根据权利要求5所述的存储盘片驱动装置，其中，其包括：

外螺纹部；

轴部，其被配置在所述轴承机构上；以及

内螺纹部，其被配置在所述轴部的上部，

所述夹持器在所述盖部的中央被所述外螺纹部和所述内螺纹部夹持而被固定。

8.根据权利要求6所述的存储盘片驱动装置，其中，其包括：

外螺纹部；

轴部，其被配置在所述轴承机构上；以及

内螺纹部，其被配置在所述轴部的上部，

所述夹持器在所述盖部的中央被所述外螺纹部和所述内螺纹部夹持而被固定。

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