JP2003264955A - 永久磁石モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】モータ自体の構造を改良することにより、工数
を増すこともトルク定数Ｋｔを低下させることもなく、
スイッチングノイズに起因する電磁音を低減した永久磁
石モータを提供する。 【解決手段】ロータ２と、ロータ２を回転可能に支持す
るブラケット３と、前記軸と同心状にロータ２に保持さ
れたマグネット６と、マグネット６と径方向に対向して
ブラケット３に固定されたステータ７と、磁性材料から
なり、マグネット６との間で磁気吸引力からなるスラス
ト力を生じるようにマグネット６に軸方向に対向してブ
ラケット３に固定されたスラストヨーク３７とを備えた
永久磁石モータにおいて、前記マグネット６とスラスト
ヨーク３７との間にｄ＝０．４ｍｍ以上のギャップが設
けられ、前記マグネット６とステータコア７１との相対
位置を、互いの磁気吸引力の中性点からｔ＝０．１ｍｍ
以上マグネット６がスラストヨーク３７から離れる方向
にずらすことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、永久磁石モータ
に属し、例えば動圧流体軸受機構を有するスピンドルモ
ータに好適に利用されうる。

【０００２】

【従来の技術】ハードディスクなどの記録装置におい
て、ディスクを駆動させるために用いられるスピンドル
モータ（以下、モータ）は、ディスクを搭載して回転す
るロータと、軸受機構を介してロータを回転可能に支持
するブラケットと、永久磁石からなりロータに設けられ
た駆動用マグネット（以下、マグネット）と、マグネッ
トに径方向に対向するようにブラケットに配置されたス
テータとを基本的に備える。

【０００３】そして、近年、記録装置の小型化、低騒音
化、高速化などの要請に対応するため、モータに上記の
軸受機構として動圧流体軸受機構が採用されている。動
圧流体軸受機構とは、軸及び軸受面のいずれかにヘリン
グボーン状溝などの動圧流体発生用の溝を形成し、それ
らの軸と軸受面との隙間に潤滑流体を保持し、ロータの
回転に伴って流体に発生する動圧でロータをブラケット
に対して非接触に支持するものである。動圧流体軸受機
構は、流体を介してロータを支持するので、回転音が比
較的小さい点で他の軸受機構よりも優れている。

【０００４】ところでハードディスクなどの記録装置に
おいては、高速で回転するディスクの上を磁気ヘッドが
微小な隙間をあけて浮上しながらトラックに追従してい
る。そのためディスクを搭載して回転するロータは、軸
受を介してこれを支持するブラケットに対して回転時に
振れたり軸方向に移動したりしてはならない。そこで、
ブラケットに対するロータの位置を安定化させるため
に、マグネットとステータコアの相対位置を互いの磁気
吸引力の中性点から軸方向にずらすことにより、軸方向
の磁気吸引力からなるスラスト力を発生させる方法が採
られる（特開平６−２２３４９４）。この場合、ずれ量
が大きいほど軸方向の磁気吸引力も増すが、それに伴っ
て機械的騒音も増す。そこで、機械的騒音が増加しない
程度にマグネットとステータコアの相対位置を軸方向に
ずらすとともに、マグネットに軸方向に対向して磁性材
料からなるスラストヨークをブラケットに配置し、この
スラストヨークとマグネットとの磁気吸引力によってス
ラスト力の不足が補われる。

【０００５】こうしてロータの回転が安定化し、機械的
な騒音も小さくなってきたことから、低騒音化に向けて
今後取り組むべき課題は、電磁音の低減、特に駆動回路
での相切り替え時にトランジスタのスイッチングノイズ
がコイル電圧に重畳されて生じる電磁音の低減である。
このような電磁音を低減する手段として、例えば従来よ
り、（１）モータの駆動用マグネットの着磁を弱くす
る、（２）モータ内で励振源となっているステータ及び
その周辺部材を接着剤や樹脂で覆う、（３）駆動回路に
おいてスイッチングをソフトスイッチング方式とする、
等の対策が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記対策
（１）の場合、モータのトルク定数Ｋｔが低下し、回転
トルクを弱めてしまう。対策（２）の場合、工数が多く
かかるわりに顕著な効果が得られない。対策（３）は、
モータ自体の改良ではないし、駆動回路が複雑になると
いう不利を伴う。それ故、この発明の課題は、モータ自
体の構造を改良することにより、工数を増すこともトル
ク定数Ｋｔを低下させることもなく、スイッチングノイ
ズに起因する電磁音を低減した永久磁石モータを提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
に、この発明の永久磁石モータは、軸または軸受面を有
するロータと、ロータの軸または軸受面と対向する軸受
面または軸を有してロータを回転可能に支持するブラケ
ットと、前記軸と同心状にロータに保持されたマグネッ
トと、マグネットと径方向に対向してブラケットに固定
されたステータと、磁性材料からなり、マグネットとの
間で磁気吸引力からなるスラスト力を生じるようにマグ
ネットに軸方向に対向してブラケットに固定されたスラ
ストヨークとを備えた永久磁石モータにおいて、前記マ
グネットとスラストヨークとの間にｄ＝０．４ｍｍ以上
のギャップが設けられていることを特徴とする。

【０００８】上記のギャップによりスイッチングノイズ
に起因する電磁音が著しく低減されることが実験によっ
て確かめられた。この発明において、上記ギャップの上
限は特に限定していない。ギャップを広くすることによ
って払われる犠牲の一つは、スラスト力の低下である
が、これについては、前記マグネットとステータコアと
の相対位置を、互いの磁気吸引力の中性点からｔ＝０．
１ｍｍ以上マグネットがスラストヨークから離れる方向
にずらすことにより、マグネットとステータ間の軸方向
磁気吸引力を利用してスラスト力の不足が補われる。

【０００９】マグネットとステータとの磁気吸引力の中
性点がスラスト方向に一致しているモータの場合、モー
タ回転時に両者間にスラスト方向の磁気力が作用しない
ため振動、騒音を低減することができる。勿論モータ効
率も良好となる。一方、スラスト方向に磁気吸引力を付
与するために、この発明のようにマグネットに対向して
スラストヨークをブラケット側に配置する場合、マグネ
ットとスラストヨークとの間のギャップを小さくすれば
するほど大きな磁気吸引力が得られるが、マグネットの
本来ステータに作用すべき磁束がより多くスラストヨー
クに逃げることになり、マグネットの機械的中心とマグ
ネットのステータに作用する磁束の磁気中性点とのずれ
量が大きくなり、モータ回転時にスラスト方向の磁気力
が作用して振動、騒音を招く結果となる。

【００１０】本発明は、このような事象に鑑み、所望の
磁気吸引力を得る場合に、振動、騒音（スイッチングノ
イズによる振動、騒音）がより小さくなるｄやｔが存在
することをつきとめ、これに基づいて構成された永久磁
石モータを得るようにしたものである。尚、上記ｔを定
めるときの磁気吸引力の中性点についてはスラストヨー
クを取り外した状態で定まるものとする。この中性点
は、ステータ及びマグネットが軸方向に対称形状をなす
ときは、それらの上下二等分線に一致する。

【００１１】このような観点から、前記マグネットとス
テータコアとの相対位置のずれ量ｔと前記ギャップｄと
の好ましい比ｔ／ｄは０．２５以上０．９以下である。
また、この発明の好ましい別の構成は、前記マグネット
とステータ及びスラストヨークの両者との間に作用する
磁気吸引力の合計が５０ｇｆ以上９０ｇｆ以下のもので
ある。上記のようにマグネットとステータ間の軸方向磁
気吸引力とマグネットとスラストヨーク間の磁気吸引力
は互いに相補って所定のスラスト力を生じることから、
個別の磁気吸引力よりもそれら磁気吸引力の合計が大切
だからである。磁気吸引力の合計が５０ｇｆに満たない
とロータの回転を安定化させることが困難となるし、他
方９０ｇｆを超えると電磁音を低減するために上記ｔ及
びｄの両方を著しく大きくしなければならず、小型化に
反する。

【００１２】この発明のモータの軸受機構については、
前記ロータ及びブラケットの少なくとも一方の軸または
軸受面に動圧流体発生用溝が形成され、互いに対向する
軸と軸受面との間に潤滑流体が保持されている動圧流体
軸受機構が好ましい。元々比較的機械的騒音が小さいの
で、電磁音低減効果が顕著となるからである。

【００１３】

【発明の実施の形態】この発明のモータの実施形態を図
面とともに説明する。図１はハードディスク駆動用の３
相モータの軸方向断面図である。モータ１は、記録ディ
スクＤを搭載して回転するローター２及びこのロータを
回転可能に支持するブラケット３を備えている。ロータ
ー２は、回転軸４及びその一方の端に固定された円盤状
のハブ５からなり、ハブ５の周縁には回転軸４と同方向
すなわち図面の下方に延びる壁が形成され、その壁の内
側に回転軸４と同心状且つ複数の磁極に分割されたマグ
ネット６が取り付けられている。

【００１４】ブラケット３は、回転軸４と同心円状の貫
通孔が形成されたブラケット本体３１と、そのブラケッ
ト本体３１と回転軸４との間に嵌合された円筒状の支持
部材３２と、支持部材３２の開口端面に固定されて回転
軸４のハブ５側と反対側の端面と対向する円盤状のカバ
ー３３とからなる。ブラケット本体３１には貫通孔の周
縁にハブ５に向かって延びる円筒状の壁が形成され、そ
の壁の外周面にマグネット６と径方向に対向するように
複数のステータ７が形成されている。各ステータ７は上
記壁の外周面より突出したステータコア７１の周囲にス
テータコイル７２が巻かれたもので、そのコイルが図略
のリードと結線されていて外部より通電可能にされてい
る。更にブラケット本体３１には、磁性材料からなるス
ラストヨーク３７がマグネット６の下端面と所定のギャ
ップｄをもって軸方向に対向するように固定されてい
る。スラストヨーク３７は、回転軸４と同心リング状を
なす。

【００１５】回転軸４の自由端には環状の切り欠きが形
成され、この切り欠きに回転軸４の外周面よりも径方向
外方に突出するリング４１が固定されるとともに、この
リング４１に対向する支持部材３２の内周面には環状の
凹部４２が形成されており、リング４１と凹部４２とが
嵌合することで回転軸４の抜け止めがなされている。

【００１６】そして、支持部材３２の内周面はラジアル
軸受面３４となり、このラジアル軸受面３４とこれに対
向する回転軸４の外周面との間に潤滑流体８が保持され
ている。また、支持部材３２のハブ５側端面はスラスト
軸受面３５となり、このスラスト軸受面３５とこれに対
向する支持部材３２の上面との間に潤滑流体８が保持さ
れている。そして、ラジアル軸受面３４側の潤滑流体と
スラスト軸受面３５側の潤滑流体とは連続している。こ
れらの軸受面３４，３５又はこれらと対向するローター
側の面には軸方向に非対称なヘリングボーン形状の動圧
発生用溝９及びスパイラル状の動圧発生用溝１０が各々
形成されている。図１ではこれら動圧発生溝９，１０は
便宜上、破線で象徴的に示してある。これらの動圧発生
用溝によって回転時にはラジアル軸受面３４と回転軸４
の外周面との間に保持された潤滑流体がポンピングされ
て潤滑流体にラジアル荷重支持圧が発生する。またスラ
スト軸受面３５とハブ５の下面との間に保持された潤滑
流体にスラスト荷重支持圧が発生する。その結果、ロー
ター２がブラケット３に対して非接触状態を保ってい
る。

【００１７】ステータコイルに給電すると、コイルに流
れる電流によってステータ７が磁界を形成し、マグネッ
ト６との間で磁気吸引力や反発力を生じてロータ２を回
転させる。マグネット６はスラストヨーク３７との間で
も磁気吸引力を生じ、これが前記スラスト荷重支持圧と
バランスするスラスト力となってロータ２が軸方向に移
動することなく安定して回転する。そして、マグネット
６とスラストヨークとの間のギャップｄは０．４ｍｍ以
上に設定されており、これによりスイッチングノイズに
起因する電磁音が低減されている。ギャップｄを０．４
ｍｍ以上にすることにより、スラスト力が低下し、ロー
タ２の回転が不安定になる場合は、マグネット６とステ
ータコア７１との相対位置を、互いの磁気吸引力の中性
点からｔ＝０．１ｍｍ以上マグネットがスラストヨーク
から離れる方向にずらすことにより、マグネットとステ
ータ間の軸方向磁気吸引力を利用してスラスト力の不足
が補われる。

【００１８】上記実施形態は、この発明の構成をハード
ディスク駆動用の動圧流体軸受モータに適用したもので
あるが、これに限定されず、例えば、CD-R/RW/ROM/RAM
用モータやファンモータ等のように含油スリーブ軸受を
用いた永久磁石モータ全般にも適用可能である。

【００１９】

【実施例】上記実施形態のモータの構成を、ディスク直
径２．５インチのディスク装置のモータであって、マグ
ネット６の極数が１２、モータ１の全高さが９．５ｍｍ
であるものに適用し、ギャップｄ及び位置ずれ量ｔを種
々変更して試作した。そして、ステータコイルに給電し
て電磁音を測定した。測定結果を図２に示す。図２は、
縦軸に位置ずれ量ｔ、横軸にギャップｄをとって打点し
たグラフであり、ｔはマグネット６がスラストヨーク３
７から離れる方向をプラスとしている。そして、グラフ
中の各円の大きさがスイッチングノイズ１次に起因する
電磁音の大きさを表す。曲線はマグネットとステータ及
びスラストヨーク間の全磁気吸引力の等圧線であり、下
から５０ｇｆ、６０ｇｆ、７０ｇｆ、８０ｇｆ及び９０
ｇｆの曲線を表す。

【００２０】図２に見られるように、磁気吸引力の大き
さにかかわらず、ｄ＝０．４ｍｍ以上、ｔ＝０．１ｍｍ
以上とすることで、電磁音が著しく低減され、その値
は、ｄ＜０．４ｍｍの場合の電磁音の値を平均１とする
と、平均０．５４であった。ちなみにスイッチングノイ
ズ２次では、この比が１：０．１６、スイッチングノイ
ズ３次では１：０．３４であった。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、この発明の永久磁石モー
タは、機械的騒音はもとより電磁音も小さいので、記録
装置などの使用者は快適な環境で電子データやプログラ
ムの読み出しや書き込みをすることができる。また、こ
の発明の永久磁石モータは、騒音低減のために複雑な製
造工程や部品の組み合わせを必要としないので、量産性
に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態のモータを示す軸方向断面図であ
る。

【図２】 ギャップｄ及び位置ずれ量ｔと電磁音の大き
さとの関係を測定したグラフである。

【符号の説明】

１ モータ ２ ロータ ３ ブラケット ４ 回転軸 ５ ハブ ６ マグネット ７ ステータ ８ 潤滑流体 ９、１０ 動圧発生用溝 ３７ スラストヨーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5D109 BA01 BA14 BA17 BA19 BA30 BB18 BB23 5H002 AA01 AB06 AE08 5H605 AA05 BB05 BB19 CC02 EB06 5H607 AA04 BB01 BB07 BB17 CC01 DD01 DD13 DD19 GG01 GG09 GG12 KK03 KK10 5H615 BB01 BB07 BB14 PP01 PP07 TT04

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸または軸受面を有するロータと、ロータ
   の軸または軸受面と対向する軸受面または軸を有してロ
   ータを回転可能に支持するブラケットと、前記軸と同心
   状にロータに保持されたマグネットと、マグネットと径
   方向に対向してブラケットに固定されたステータと、磁
   性材料からなり、マグネットとの間で磁気吸引力からな
   るスラスト力を生じるようにマグネットに軸方向に対向
   してブラケットに固定されたスラストヨークとを備えた
   永久磁石モータにおいて、 前記マグネットとスラストヨークとの間に０．４ｍｍ以
   上のギャップが設けられていることを特徴とする永久磁
   石モータ。
2. 【請求項２】前記マグネットとステータコアとの相対位
   置が、互いの磁気吸引力の中性点から０．１ｍｍ以上マ
   グネットがスラストヨークから離れる方向にずらされて
   いる請求項１に記載の永久磁石モータ。
3. 【請求項３】前記マグネットとステータコアとの相対位
   置のずれ量ｔと前記ギャップｄとの比ｔ／ｄが０．２５
   以上０．９以下である請求項１または２に記載の永久磁
   石モータ。
4. 【請求項４】前記マグネットとステータ及びスラストヨ
   ークの両者との間に作用する磁気吸引力の合計が５０ｇ
   ｆ以上９０ｇｆ以下である請求項１ないし３のいずれか
   に記載の永久磁石モータ。
5. 【請求項５】前記ロータ及びブラケットの少なくとも一
   方の軸または軸受面に動圧流体発生用溝が形成され、互
   いに対向する軸と軸受面との間に潤滑流体が保持されて
   いる請求項１ないし４のいずれかに記載の永久磁石モー
   タ。