JP2000312448A - 電動機 - Google Patents

電動機

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JP2000312448A
JP2000312448A JP11118615A JP11861599A JP2000312448A JP 2000312448 A JP2000312448 A JP 2000312448A JP 11118615 A JP11118615 A JP 11118615A JP 11861599 A JP11861599 A JP 11861599A JP 2000312448 A JP2000312448 A JP 2000312448A
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permanent magnet
armature
pole
pole face
magnetic field
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JP11118615A
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Atsushi Ota
敦司 太田
Naoki Kawada
直樹 川和田
Tadao Iwaki
岩城  忠雄
Koji Nitori
幸司 似鳥
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2786Outer rotors
    • H02K1/2787Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/2789Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2791Surface mounted magnets; Inset magnets

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コギング現象の発生を抑制すること 【解決手段】 電動機(10)は、回転子(16)及び固定子(1
8)の一方に配置された永久磁石(12)と、前記回転子及び
前記固定子の他方に配置された電機子(14)とを含む。コ
ギング現象の発生は、永久磁石の極面が電機子の極面の
磁界領域に入るときに永久磁石及び電機子の極面の対向
する面積が漸次大きくなるように、又は、永久磁石の極
面が電機子の極面の磁界領域から出るときに永久磁石及
び電機子の極面の対向する面積が漸次小さくなるよう
に、永久磁石が着磁されていることにより抑えられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スピンドルモータ
のように永久磁石を用いる電動機に関する。
【0002】
【従来の技術】スピンドルモータの1つとして、それぞ
れが複数の極面を有する永久磁石及び電機子を両者の極
面が回転子の回転方向となる関係に配置した電動機があ
る。この種の電動機において、永久磁石は、N極及びS
極が回転子の回転方向に交互に存在するように、筒状又
はリング状の永久磁石材料を回転子の回転半径方向に着
磁することにより、形成される。
【0003】ハードディスク駆動(HDD)用スピンド
ルモータのように、大きさ、特に厚さ寸法(回転軸線方
向の寸法)を小さくすることが望まれる電動機において
は、筒状又はリング状の永久磁石を回転子にその一部材
として配置し、電機子を永久磁石の内側にあって固定子
にその一部材として配置している。
【0004】この種の電動機は、電機子に流す電流の方
向を電気的又は機械的に切り換えて電機子により発生す
る磁場の方向を周期的に切り換えることにより、ローレ
ンツ力を永久磁石又は電機子に離散的に作用させて回転
力を得ている。
【0005】
【解決しようとする課題】しかし、この種の電動機にお
いては、回転子の回転方向における永久磁石及び電機子
の各極面の縁部(すなわち、磁極部の境界)が回転軸線
と平行に直線状に伸びているため、永久磁石の極面と電
機子の極面とにより形成される磁場の空間分布が急激に
変化する構造となり、その結果回転子が円滑に回転しな
い、いわゆるコギングという現象が発生する。
【0006】それゆえに、スピンドルモータのような電
動機においては、コギング現象の発生を抑制することが
重要である。
【0007】
【解決手段、作用及び効果】本発明の電動機は、回転子
及び固定子の一方に配置された永久磁石と、前記回転子
及び前記固定子の他方に配置された電機子とを含む。前
記永久磁石は、該永久磁石の極面が前記電機子の極面の
磁界領域に入るときに前記永久磁石及び前記電機子の極
面の対向する面積が漸次大きくなるように、又は、前記
永久磁石の極面が前記電機子の極面の磁界領域から出る
ときに前記永久磁石及び前記電機子の極面の対向する面
積が漸次小さくなるように着磁されている。
【0008】本発明者らの種々の研究の結果、コギング
現象の発生は、永久磁石の極面が電機子の極面の極面の
磁界領域に出入りするときに、永久磁石及び電機子によ
り形成される磁場分布が急激に変化することに起因する
ことが判明した。
【0009】したがって、永久磁石の極面が電機子の極
面の磁界領域に入るときに永久磁石及び電機子の極面の
対向する面積が漸次大きくなると、永久磁石及び電機子
により形成される磁場分布の変化率が小さくなるから、
コギング現象が発生しにくい。また、永久磁石の極面が
電機子の極面の磁界領域から出るときに永久磁石及び電
機子の極面の対向する面積が漸次小さくなると、永久磁
石及び電機子により形成される磁場分布の変化率が小さ
くなるから、コギング現象が発生しにくい。それゆえ
に、本発明によれば、コギング現象の発生が抑制され
る。
【0010】前記永久磁石は極面を内周面に有する短い
円筒状の形状を有し、前記電機子は前記永久磁石の内側
に配置することができる。このようにすれば、HDD用
スピンドルモータのように、電動機の大きさ、特に厚さ
寸法(回転軸線方向の寸法)を小さくすることができ
る。
【0011】永久磁石は、その極面が前記電機子の極面
の磁界領域に入るときに永久磁石の極面が前記電機子の
極面の磁界領域から出るときに前記永久磁石及び前記電
機子の極面の対向する面積がそれぞれ漸次大きくなるよ
うに及び漸次小さくなるように着磁されていてもよい。
【0012】しかし、永久磁石は、その極面が前記電機
子の極面の磁界領域から出るときに前記永久磁石及び前
記電機子の極面の対向する面積が漸次小さくなるように
着磁されていてもよい。また、永久磁石は、その極面が
前記電機子の極面の極面の磁界領域に入るときに前記永
久磁石及び前記電機子の極面の対向する面積の変化率が
漸次大きくなるように着磁されていてもよい。
【0013】
【発明の実施の形態】図1を参照するに、電動機10
は、短い円筒状又はリング状の永久磁石12と、この永
久磁石12の内側に配置された電機子14とを用いたス
ピンドルモータである。電機子14は固定子16に配置
されている。永久磁石12は、回転子18に配置されて
おり、また回転軸線20の周りに回転される。
【0014】図2及び図3に示すように、永久磁石12
は、回転子18の回転半径方向に磁化された複数の磁極
部22,24を回転軸線20の周りに有する。回転子1
8の回転方向に隣り合う磁極部22,24は、逆方向に
磁化されている。各磁極部22,24の内面は、永久磁
石12の極面として作用する。
【0015】永久磁石12の着磁は、回転軸線20に対
し捻ったスキュー着磁であるが、回転子18の回転方向
に隣り合う磁極部22,24の境界25が回転軸線20
の方向における極面のほぼ磁気的中心26を中心に逆と
なる斜めS字状に伸びる斜めS字のスキュー着磁であ
る。
【0016】図示の例では、隣り合う磁極部22,24
の境界25は、曲線部25aと、曲線部25aに続く曲
線部25bと、曲線部25bに続く曲線部25cとを有
する。曲線部25bの曲率半径は、曲線部25aから漸
次大きくなり、次いで曲線部25cに向けて漸次小さく
なる。曲線部25cは、曲線部25aと対称的である。
曲線部25bの曲率半径が逆転する位置は、磁気的中心
26である。
【0017】電機子14は、珪素鋼板のような薄い金属
板からなる複数のコア部材を積層したコア28と、コア
28の各磁極部に巻かれた励磁コイル30とを有する。
コア28の各磁極部の外周面は、電機子14の極面とし
て作用する。電機子14の極面は、展開した状態におい
てほぼ長方形の形状を有する。
【0018】固定子16は、皿状の形をしており、また
取付ベースとして作用する。固定子16は、中央にボス
部32をまた外周部にフランジ部34をそれぞれ有して
おり、フランジ部34において筐体のような適宜な部材
にねじ止めされる。ボス部32は、上方に開放する空間
を有する。電機子14は、ボス部32の外周に相対的回
転不能に組み付けられている。
【0019】回転子18も、皿状の形をしている。回転
子18は、ボス部32に受け入れられたシャフト36を
中央部に有しており、また上向きの段部38を外周部に
有している。永久磁石12は、外周部内側に相対的回転
不能に装着されている。
【0020】シャフト36には、リング40が相対的回
転不能に取り付けられている。リング40は、ほぼ矩形
の断面形状を有しており、またボス部32とボス部32
の上部に配置されたリング状の補助部材42とにより形
成された環状の凹所44に受け入れられている。補助部
材42は、ボス部32に相対的回転不能に組み付けられ
ている。
【0021】回転軸線20の方向における凹所44の両
内面(上下面)とリング40の対応する両面(上下面)
と間はスラスト動圧軸受領域46,48とされており、
凹所44の奥底面(内周面)とリング40の外周面との
間はラジアル動圧軸受領域50とされている。それらの
動圧軸受領域46,48,50には、潤滑油のような液
体が充填されている。
【0022】回転軸線20の方向における凹所44の両
内面又はリング40の対応する両面には、図4に示すよ
うなスラスト動圧溝52が形成されている。また、凹所
44の奥底面又はリング40の外周面には、図5に示す
ようなラジアル動圧溝54が形成されている。
【0023】使用時、複数のハードディスク56が回転
子18の上向き段部38に重ねて配置される。所定周波
数の駆動電流が電機子14の励磁コイル30に所定の位
相で供給されると、電機子14により形成される回転磁
場と永久磁石12からの磁場との相互作用により、回転
子18が回転される。
【0024】回転子18の回転方向が図3における矢印
56方向であるとすると、電動機10においては、永久
磁石12の極面が電機子14の極面の磁界領域に入ると
き、永久磁石12及び電機子14の極面の対向する面積
は漸次大きくなる。これにより、永久磁石12及び電機
子14により形成される磁場分布の変化率が小さくなる
から、コギング現象が発生しにくい。
【0025】同様に、永久磁石12の極面が電機子14
の極面の磁界領域から出るとき、永久磁石12及び電機
子14の極面の対向する面積が漸次小さくなる。これに
より、永久磁石及び電機子により形成される磁場分布の
変化率が小さくなるから、コギング現象が発生しにく
い。
【0026】それゆえに、電動機10によれば、部品の
形状を変更することなく及び新たな部品を用いることな
く、永久磁石の着磁パターンを変更するだけで、回転軸
線方向に振動ノイズの発生を抑制することができ、した
がって安価なコギング現象が発生しにくい電動機、特に
スピンドルモータを提供可能である。
【0027】なお、永久磁石12の着磁は、各極面が3
つの曲線部25a,25b,25cからなる境界25を
有する着磁とする代わりに、永久磁石12の極面が電機
子14の極面の磁界領域に入るときに永久磁石12及び
電機子14の極面の対向する面積が漸次大きくなると共
に、永久磁石12の極面が電機子14の極面の磁界領域
から出るときに永久磁石12及び電機子14の極面の対
向する面積が漸次小さくなるような着磁であれば、極面
の形状が他の形状となる他の着磁であってもよい。
【0028】図6に実施例においては、永久磁石12の
各極面の境界60は、曲線部60aと、曲線部60aに
続く直線部60bと、直線部60bに続きかつ曲線部6
0aと逆の曲線部60cとを有する境界60を有する。
【0029】図7に示す実施例においては、永久磁石1
2の各極面の境界62は、回転軸線20に対する捻り角
度を大きくした直線部62aと、直線部62aに続きか
つ回転軸線に対する捻り角度を小さくした直線部62b
と、直線部62bに続きかつ回転軸線に対する捻り角度
を大きくした直線部62cとを有する。
【0030】上記の実施例においては、いずれも、永久
磁石12は、永久磁石12の極面が電機子14の極面の
磁界領域に入るとき及び電機子14の極面の磁界領域か
ら出るときに、永久磁石12及び電機子14の極面の対
向する面積がそれぞれ漸次大きくなる及び漸次小さくな
るように着磁されている。
【0031】しかし、永久磁石12の着磁は、永久磁石
12の極面が電機子14の極面の磁界領域から出るとき
に永久磁石12及び電機子14の極面の対向する面積が
漸次小さくなる着磁であってもよい。また、永久磁石1
2の極面が電機子14の極面の磁界領域に入るときに永
久磁石12及び電機子14の極面の対向する面積が漸次
大きくなる着磁であってもよい。そのような着磁とすれ
ば、永久磁石12の極面が電機子14の極面の磁界領域
に入るとき又は電機子14の極面の磁界領域から出ると
きに、永久磁石12及び電機子14の極面の対向する面
積がそれぞれ漸次大きくなる又は漸次小さくなるよう
に、永久磁石12が着磁されるから、永久磁石12の極
面が電機子14の極面の磁界領域に入るとき又は電機子
14の極面の磁界領域から出るときのコギング現象の発
生が抑制される。
【0032】図8に示す実施例においては、永久磁石1
2の着磁は、永久磁石12の各極面の境界64を、回転
軸線20に対する漸次大きくなる捻り角度とすることに
より、永久磁石12の極面が電機子14の極面の磁界領
域から出るときに永久磁石12及び電機子14の極面の
対向する面積が漸次小さくしている。
【0033】上記実施例において、液体動圧軸受を用い
る代わりに、空気のような気体動圧軸受、ボール軸受、
ロール軸受等、他の軸受を用いてもよい。また、永久磁
石を回転子に配置し、電機子を固定子に配置する代わり
に、永久磁石を固定子に配置し、電機子を回転子に配置
してもよい。
【0034】本発明は、上記実施例に限定されない。例
えば、動圧溝として上記実施例以外の各種の溝を用いて
もよいし、流体動圧軸受領域を上記実施例以外の他の箇
所にも形成してもよい。それゆえに、本発明は、その趣
旨を逸脱しない限り、種々変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電動機の一実施例を示す断面図
【図2】図1に示す電動機で用いる永久磁石の一実施例
を示す斜視図
【図3】永久磁石の着磁状態の第1の実施例を説明する
ために一部を展開して示す図
【図4】スラスト動圧溝の一実施例を示す図
【図5】ラジアル動圧溝の一実施例の一部を示す展開図
【図6】永久磁石の着磁状態の第2の実施例を説明する
ために一部を展開して示す図
【図7】永久磁石の着磁状態の第3の実施例を説明する
ために一部を展開して示す図
【図8】永久磁石の着磁状態の第4の実施例を説明する
ために一部を展開して示す図
【符号の説明】
10 電動機(スピンドルモータ) 12 永久磁石 14 電機子 16 固定子 18 回転子 20 回転軸線 22,24 永久磁石の磁極部 25,60,62,64 永久磁石の極面の境界 26 回転軸線方向における永久磁石の磁気的中心 36 シャフト 40 リング 42 補助部材 44 凹所 46,48 スラスト動圧軸受領域 50 ラジアル動圧軸受領域 52,54 動圧溝 56 ハードディスク
フロントページの続き (72)発明者 岩城 忠雄 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 似鳥 幸司 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 Fターム(参考) 5H621 AA02 BB07 GA01 GA04 GA12 HH05 JK03 JK08 JK15 JK19 5H622 AA02 CA01 CA05 CA10 CB05 PP05 PP17 PP19 QB01 QB03

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転子及び固定子の一方に配置された永
    久磁石と、前記回転子及び前記固定子の他方に配置され
    た電機子とを含み、前記永久磁石は、該永久磁石の極面
    が前記電機子の極面の磁界領域に入るときに前記永久磁
    石及び前記電機子の極面の対向する面積が漸次大きくな
    るように、又は、前記永久磁石の極面が前記電機子の極
    面の磁界領域から出るときに前記永久磁石及び前記電機
    子の極面の対向する面積が漸次小さくなるように着磁さ
    れている、電動機。
  2. 【請求項2】 前記永久磁石は前記極面を内周面に有す
    る短い円筒状の形状を有し、前記電機子は前記永久磁石
    の内側に配置されている、請求項1に記載の電動機。
  3. 【請求項3】 前記永久磁石は、該永久磁石の極面が前
    記電機子の極面の極面の磁界領域に入るとき及び前記電
    機子の極面の磁界領域から出るときに前記永久磁石及び
    前記電機子の極面の対向する面積がそれぞれ漸次大きく
    なるように及び漸次小さくなるように着磁されている、
    請求項1又は2に記載の電動機。
  4. 【請求項4】 前記永久磁石は、該永久磁石の極面が前
    記電機子の極面の磁界領域から出るときに前記永久磁石
    及び前記電機子の極面の対向する面積が漸次小さくなる
    ように着磁されている、請求項1又は2に記載の電動
    機。
  5. 【請求項5】 前記永久磁石は、該永久磁石の極面が前
    記電機子の極面の極面の磁界領域に入るときに前記永久
    磁石及び前記電機子の極面の対向する面積が漸次大きく
    なるように着磁されている、請求項1又は2に記載の電
    動機。
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