JP2004120932A - Motor and disk unit - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円盤状媒体を回転駆動するために用いられるモータであって、回転界磁型のモータについて、特に、電機子の構造と界磁の構造とに特徴を有するモータに関するものである。また、これらのモータを使用した円盤状媒体の回転駆動装置、例えばディスク装置に関するものである。
【0002】
なお、円盤状媒体とは中心孔を有する同心円盤状媒体を指し、例えば、旧レコード(LP、EP等)盤をはじめ、フロッピー(R)ディスク、MO、MD、PD、CD(ROM,R,RW)、DVD(ROM,R,RW,RAM)等の媒体を意味する。これらを包括する総称として、以下簡単にディスクと略称する。また、ディスクの回転駆動を目的とするものであって、ディスクがジャケットに収納されているか否かの実装状態を問わずディスクと総称する。
【0003】
【従来の技術】
ディスクを回転駆動するために用いられるモータには滑らかな回転と簡単な構造から回転界磁型のアウタロータ形式のモータが一般に用いられる。さらに、急速な加減速性能の要求により、滑らかな回転に加えて高トルクを有するモータも供給されている。例えば、新素材の磁性材料を界磁に用いて磁束密度を高めることが一般に行われる。或いは、界磁の構造に特徴を有するモータも提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
【特許文献1】
特開昭54−156106号公報(第2頁、第1図(b)及び第2図)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ディスク装置を搭載した電子機器、とりわけ、パーソナルコンピュータやAV再生装置は小型、薄型、軽量化が求められ、ディスク装置の外形を薄型にするためにもモータの厚み(ディスク回転軸方向の厚みであり、従ってモータ軸方向の厚み)を薄型にすることが求められている。当然に、滑らかな回転と加減速性能を満たす高トルクは維持されている必要がある。しかしながら、滑らかな回転と高トルクを備え、しかも薄型に形成したモータを実現することは困難であった。
【0006】
本発明は、コギングの発生を少なくし、薄型で、強いトルクを発生することのできるモータおよびこのモータを使用したディスク装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上の課題を解決するためになされたものであり、基体に固定された軸受け部材に回転盤の回転軸を軸着したモータであって、前記基体に、円筒状に形成された電機子ヨークと前記電機子ヨークの円筒周面に巻回された電機子コイルとを有する電機子を前記軸受け部材と同心円状に配置し、円筒状に形成され円筒状周面に複数の磁極を着磁した外周円筒状界磁を前記電機子の外周部に前記軸受け部材と同心円状に前記回転盤に配置し、円筒状に形成され円筒状周面に複数の磁極を着磁した内周円筒状界磁を前記電機子の内周部に前記軸受け部材と同心円状に前記回転盤に配置し、前記外周円筒状界磁の内周面に現れる磁極と前記内周円筒状界磁の外周面に現れる磁極とが互いに対向する円筒周面位置で同極となるように配置したことを特徴とするモータ、およびこのモータを用いたディスク装置である。
【0008】
以上のモータ構成にすることによって、コギングの発生が少なく、薄型で、強いトルクを発生することのできるモータおよびこのモータを使用したディスク装置を提供することかできる。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の発明は、基体に固定された軸受け部材に回転盤の回転軸を軸着したモータであって、基体に、円筒状に形成された電機子ヨークと電機子ヨークの円筒周面に巻回された電機子コイルとを有する電機子を軸受け部材と同心円状に配置し、円筒状に形成され円筒状周面に複数の磁極を着磁した外周円筒状界磁を電機子の外周部に軸受け部材と同心円状に回転盤に配置し、円筒状に形成され円筒状周面に複数の磁極を着磁した内周円筒状界磁を電機子の内周部に軸受け部材と同心円状に回転盤に配置し、外周円筒状界磁の内周面に現れる磁極と内周円筒状界磁の外周面に現れる磁極とが互いに対向する円筒周面位置で同極となるように配置したことを特徴とするモータ、およびこのモータを用いたディスク装置である。
【0010】
電機子ヨーク円筒周面に巻回された電機子コイルに電流が流されたとき、電機子コイルの円周方向の外周部と内周部に強いトルクを発生させることのできるモータで、薄型に構成することの可能なモータおよびこのモータを使用したディスク装置を提供することができる。
【0011】
特に、スラスト方向に吸引力を発生させることにより、モータのロータがモータの軸受けからの抜去することを防止したり、モータ回転時のロータの浮きを防止することができる。
【0012】
また、電機子ヨーク内にて、電機子ヨークの外周部に配置された円筒状界磁から発生する磁力と電機子ヨークの内周部に配置された円筒状界磁から発生する磁力を干渉させないことにより、電機子ヨークの円筒周面に巻回された電機子コイルを横切る磁束の流れが潤滑となり、電機子ヨーク円筒周面に巻回された電機子コイルに電流が流されたとき、電機子コイルの円周方向の外周部と内周部に強いトルクを発生させることのできる。
【0013】
さらに、電機子ヨークと電機子ヨークの外周部と内周部に配置された円筒状界磁間に発生する吸引力を低くし、かつ、電機子ヨーク円筒周面に巻回された電機子コイルを通過する電機子ヨークの外周部と内周部に配置された円筒状界磁より発生される磁束密度が高くなるように電機子ヨークの外周部、内周部に配置された円筒状界磁と電機子ヨーク間に所定の空隙を設けることにより、モータの効率を向上させることができる。
【0014】
また、電機子ヨークの外周部に配置された円筒状界磁の周方向の厚みを大きくすることにより、電機子ヨークの円筒周面に巻回された電機子コイルの外周部分を通過する磁束密度を高くすることができる。また、電機子ヨークの円筒周面に巻回された電機子コイルの位置を周方向の外側へ移動させればさせるほど、円筒周面に巻回された電機子コイルの外周部分に発生する回転力を大きくすることができる。
【0015】
また、電機子ヨークに対して、電機子ヨークの円筒周面に巻回される電機子コイルを所定の巻回される位置に対して、中央部にコイルを巻回することにより、回転力とは逆方向の力の発生を抑制することができる。
【0016】
加えて、電機子ヨークの上面方向より、電機子ヨークの外周部、内周部に配置された円筒状界磁より磁束を入れることにより、電機子ヨークの上面位置に巻回される電機子コイルに電量が流された際に、電機子ヨークに巻回された電機子コイルの外周部と内周部によって発生された回転力と同方向の回転力が発生し、回転力を大きくすることができる。
【0017】
特に、電機子ヨークの上面方向より、電機子ヨークの外周部、内周部に配置された円筒状界磁より磁束を入れることにより、電機子ヨークの上面位置に巻回される電機子コイルに電量が流された際に、電機子ヨークに巻回された電機子コイルの外周部と内周部によって発生された回転力と同方向の回転力が発生し、回転力を大きくすることができる。
【0018】
また、本発明の第2の発明は、基体に固定された軸受け部材に回転盤の回転軸を軸着したモータであって、基体に、円筒状に形成された電機子ヨークと電機子ヨークの円筒周面に巻回された電機子コイルとを有する電機子を軸受け部材と同心円状に配置し、円筒状に形成され円筒状周面に複数の磁極を着磁した外周円筒状界磁を電機子の外周部に軸受け部材と同心円状に回転盤に配置し、円筒状に形成され円筒状周面に複数の磁極を着磁した内周円筒状界磁を電機子の内周部に軸受け部材と同心円状に回転盤に配置し、外周円筒状界磁の内周面に現れる磁極と内周円筒状界磁の外周面に現れる磁極とが互いに対向する円筒周面位置で同極となるように配置し、電機子ヨークは積層コアで形成された複数の分割片で構成され、相互に組み合わせて形成されたことを特徴とするモータ、およびこのモータを用いたディスク装置である。
【0019】
本発明によれば、電機子ヨークを分割することにより、コイルの巻回を容易にすることができる。
【0020】
特に、分割された電機子ヨークを両端部の凹凸が一致するように組み合わせることにより、電機子ヨーク内に流れる磁束の低減を防止することができる。
【0021】
さらに電機子コイルを予め空芯コイルに形成しておくことにより、巻線作業を部品として管理することができる。あるいはまた、分割片に予め電機子コイルを巻回しておくことにより、分割片とコイルとを一体の部品として管理することができる。
【0022】
以下、本発明の実施の形態について、図に基づいて説明する。本発明の特徴を効果的に活用することのできるモータの種類として、ディスク駆動用のスピンドルモータを例にして本発明を以下に説明する。なお、説明に用いた例は本発明をスピンドルモータの用途に限定的に解釈するものではない事は言うまでもない。
【0023】
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態におけるモータの斜視図である。図1において、1はモータの回転軸である。2は回転軸1のための軸受けである。3は磁性材料のバックヨークであって、回転軸1に対し同心円状に配置し、4はバックヨーク3に巻回されたコイルである。5はヨーク、6はバックヨーク3の外周部に配置された外周マグネットであって、外周マグネット6がヨーク5に密着吸引することにより外周マグネット6を保持するとともに、ラジアル方向の平面はターンテーブル13の機能を有する。11はバックヨーク3の内周部に配置された内周マグネット、12は内周マグネットに密着するように取りつけられた内周ヨークである。
【0024】
なお、ターンテーブル13上に設けたチャッキングユニット15とチャッキングボール16は従来の技術で説明したものと同様であるから、同一名称と符号を付して説明の重複を省略する。
【0025】
外周マグネット6、内周マグネット11は円筒状に構成され、円筒周面の円周方向にN/S交互に複数極を着磁している。外周マグネット6とコイル4が巻かれたバックヨーク3とは互いに所定の間隙を保って回転軸1に対して同心円状に配置される。8はモータベースであって、軸受け2やバックヨーク3を固定している。
【0026】
次に、本発明の特徴である電機子(ステータ)部分について詳細に説明する。
図2は図1の要部平面図である。図2において、電機子部分は、バックヨーク3とコイル4とで構成される。先ず、バックヨーク3は高透磁率の強磁性体を磁性材料によって円柱形状に形成される。加工性と入手の容易な磁性材料であって、材質は炭素鋼、電磁鋼、珪素鋼を一般的に使用する。このバックヨーク3には交流状の磁束が流れるので、渦電流損失を軽減する目的で薄板状に形成した強磁性体を積層して使用しても良い。また、バックヨーク材質として量産時の経済性を考慮し、成形加工が容易に出来る焼結材料を使用することも可能である。この場合、フェライト系焼結材などが好適に用いられる。
【0027】
次に、本発明の第1の特徴であるバックヨーク3へのコイル4の巻き線方法について説明する。図3は図1のコイル巻き線方法を説明する図である。ここでは、説明の便宜上、18個のコイル4、12極の外周マグネット6、内周マグネット11により構成されるモータについて説明を行う。図3において、バックヨーク3に対して、18個のコイル4は、全て同一のA方向に巻回して、巻線工程の簡易化を図る(全てのコイルに対して、A方向と逆向きに巻くことも可能である。)。今、コイル4は最小の構成単位であるから、後の説明を容易にするために単位コイル41と略称する。
【0028】
そして、図4は図1の全コイルの結線図である。図4において、単位コイル41を直列接続した3並列回路に編成される。すなわち3相の電機子コイルとなる。各直列接続の巻き終わり端子は全て接続してCOM端子とし(図中C表示)、全回路の共通電源(例えば、0V)に接続する。各直列接続の巻き始め端子はそれぞれ3相の各相(図中、U、V、Wの各相に表示)電源に接続する。なお、図4に示した上記回路構成は基本構成を説明するために例示したものであって、本発明を上記内容に限定するものではなく、例えば、直列接続する単位コイル41の数は1回路でも良いし4回路以上であっても良い。また、並列回路数も3相に限らず、6相であっても良い。
【0029】
次に、界磁部について説明する。図5は図1のマグネット配置図である。外周マグネット6は強磁性体を円筒状に形成する。バックヨーク3と対向する円筒状周面部は外径寸法精度や真円度を高精度に精密加工される。従って、円筒状周面部は平滑で連続した周面に形成される。この外周マグネット6の円筒状周面部は、円周方向にN・S・N・S・・・と順に複数極が着磁されており、ヨーク5はその外周マグネット6の外周面に固定保持されている。このヨーク5は、外周マグネット6とバックヨーク3のギャップ磁束密度を増加させるためのヨークとして機能する。
【0030】
同様に内周マグネット11は強磁性体を円筒状に形成され、バックヨーク3と対向する円筒状周面部は外径寸法精度や真円度を高精度に精密加工される。従って、円筒状周面部は平滑で連続した周面に形成される。この内周マグネット11の円筒状周面部は、円周方向にN・S・N・S・・・と順に複数極が着磁されており、内周ヨーク12はその内周マグネット11の内周面に固定保持されている。この内周ヨーク12は、外周マグネット6とバックヨーク3のギャップ磁束密度を増加させるためのヨークとして機能する。
【0031】
図5に示すように、12極の外周マグネット6、内周マグネット11はそれぞれ同極が向き合うようにヨーク5に取りつけられる。その結果、図6に示すように外周マグネット6は、バックヨーク3を通過して、外周マグネット6の隣の異極に戻る磁気回路を形成する。図6は図1のマグネットから発する磁束を説明する図である。また、同様に内周マグネット11は、バックヨーク3を通過して、内周マグネット11の隣の異極に戻る磁気回路を形成する。
【0032】
このとき、バックヨーク3において、外周マグネット6から発せられた磁束と内周マグネット11から発せられた磁束がバックヨーク3内での磁束の干渉を防止しなければならない。そこで、図7は図6の要部拡大図であって、図7に示すように、ヨーク厚みt1は、十分な磁束密度を確保し、渦電流損失を防止し、かつコイル4の抵抗損失を少なくするように設定される。前2者を満たすにはt1を厚くすることが必要であり、後者を満たすにはtを薄くする必要がある。本発明を応用したディスク装置のスピンドルモータにおいては、ヨーク厚みt1を、1.2≧t1≧2.0(mm)に設定することにより、好適な低損失性能を有するモータを得ることができた。
【0033】
次に、界磁部である外周マグネット6、内周マグネット11とバックヨーク3の高さ関係について説明する。図8は図1の要部断面図、図9は図8の部分拡大図である。図8において、外周マグネット6、内周マグネット11の上面の高さについて、モータベース8を基準として、バックヨーク3の高さの位置よりも高い位置に設ける。これにより、図9に示すように、外周マグネット6、内周マグネット11とバックヨーク3に下方向成分を含む吸引力が発生される。よって、外周マグネット6、内周マグネット11間に発生した吸引力により、ヨーク5が回転している際に発生される浮力により、ヨーク5が軸受2より、モータの回転軸1の抜止めとなるものである。従って、抜止め機構を省略することができ、コストダウンと、ロータユニットの軽量化を図ることができる。
【0034】
次に、モータの回転を制御するために、回転状態(回転中の磁束の変化や回転数など)をセンシングする手段が必要である。そのためのセンシング手段として、例えばホール素子などの磁気センサー7を数箇所取り付け、モータの回転状態をセンシングしてフィードバック制御する。図10は、磁気センサーを用いたモータの斜視図である。7はセンシング手段たる磁気センサーであって、界磁部である内周マグネット11とモータベース8下部の隙間に磁気センサー7を配置した状態を表す。
【0035】
内周マグネット11からの漏れ磁束を利用して磁気センサー7によって界磁の変動を検出する。この検出結果により単位コイル41の駆動電流を制御する。内周マグネット11とモータベース8下部の隙間に磁気センサー7を配置したので、磁気ギャップを広げたり、磁気ギャップ長に長短の変化を付けたりする必要が無くなる。従って、界磁部と単位コイル41とのエアギャップを精度良く、かつ狭い範囲内に維持することができる。
【0036】
次に、外周マグネット6、内周マグネット11と単位コイル41の巻かれたバックヨーク3の配置について説明する。図11はマグネットとバックヨーク間の吸引力を説明する図である。外周マグネット6、内周マグネット11とバックヨーク3間には外周マグネット6、内周マグネット11による吸引力が発生する。
外周マグネット6とバックヨーク3間、または内周マグネット11とバックヨーク3間の距離を近接させると、外周マグネット6、内周マグネット11とバックヨーク3間の吸引力にうち勝つために、モータを回転させるためのより大きなトルクを発生させなければならない。
【0037】
また、逆に外周マグネット6とバックヨーク3間の吸引力を減少させるために、外周マグネット6とバックヨーク3間、または内周マグネット11とバックヨーク3間の距離を大きくするとコイル4を横切る磁束が減少し、発生するトルクも減少する。よって、外周マグネット6とバックヨーク3との間隔(ギャップ長g)は、外周マグネット6とバックヨーク3間、または内周マグネット11とバックヨーク3間に働く吸引力を最小とし、かつコイル4を横切る磁束数を可能な限り大きくし、トルクの発生を最大とする最適な位置関係とする。
【0038】
再び図7において、gはギャップ長をあらわす。バックヨーク3と外周マグネット6とを冒頭に説明した材質としたとき、1.0≧g≧1.5(mm)において、必要な高トルクかつ低コギング性能を有するモータを得ることができた。
【0039】
次に、図7における外周マグネット6の周方向厚みt2について説明する。ヨーク5外径形状が決定されている場合、外周マグネット6の外径形状も決定されてしまう。モータの回転力を大きくしたい場合、外周マグネット6の周方向の厚みt2を大きくし、外周マグネット6から発生される磁束を大きくすることが望まれる。しかし、外周マグネット6の周方向の厚みt2を大きくすることにより、バックヨーク3に巻回されたコイル4の位置が内周方向となり、回転トルクが小さくなる。
【0040】
よって、回転トルクの発生が最大となるように外周マグネット6の周方向の厚みt2を確保するとともに、バックヨーク3に巻回されたコイル4の位置を外周方向にすることが必要である。本発明を応用したディスク装置のスピンドルモータにおいては、ヨーク厚みt2を、1.5≧t2≧2.0(mm)に設定することにより、好適な回転トルクの発生を有するモータを得ることができた。
【0041】
次に、図12はコイルの巻回角度を説明する図であって、バックヨーク3に巻回されたコイル4の巻回角度を説明する。θは単位コイル41はバックヨーク3の前周囲に占める角度を表す。前述のように、バックヨーク3の円筒部分にコイル4を整列巻きされる。ここで、本実施の形態では、18個の単位コイル41が巻回されているため、1個の単位コイル41に対して20度の巻回が可能であるが、20度の範囲でバックヨーク3に対して単位コイル41を巻回すると、外周マグネット6、内周マグネット11と単位コイル41の任意の位置関係において、部分的に逆の回転力を発生することがある。本発明を応用したディスク装置のスピンドルモータにおいては、巻回角度θを、12≧θ(°)で全く逆回転力の発生しない、もしくは θを12(°)に近づけることにより、逆回転力の発生を抑制したモータを得ることができた。
【0042】
続いて、本発明のモータの回転動作について説明する。図6に示したように、外周マグネット6、内周マグネット11から発生した磁束は、バックヨーク3に巻回されたコイル4を直行するようにバックヨーク3内に侵入するような磁気回路が形成されている。そこに、コイル4に電流が流れると、コイル4にはフレミング(Fleming)の左手の法則による電磁力が働く。すなわち、図13は回転力の発生を説明する図であって、外周マグネット6、内周マグネット11からバックヨーク3に向かって通る(ラジアル方向)磁束に対し、コイル4の銅線を流れる電流のアキシャル方向(モータ軸と同じ向き)成分が上記磁束を横切るから、コイル4の法線方向つまり回転方向に電磁力の向きを生ずる。
【0043】
実際の電機子部は固定側にあるので、反作用によって界磁部つまり外周マグネット6、内周マグネット11とヨーク5が回転する。従って、回転界磁型となる。磁気センサー7の信号を用いてコイル4と内周マグネット11との位置関係に基づいて、コイル4に通電する電流の向きとタイミングとを順番に制御することにより回転する力が順番に発生し、モータが回転し続ける。
【0044】
さらに、図14は回転力の発生を説明する図、図15は図14の構造を有するモータの断面図、および図16は図15の磁束を説明する図である。このとき、図5に示すように12極の外周マグネット6、内周マグネット11はそれぞれ同極が向き合うようにヨーク5に取りつけられる。図14、図15に示すように、外周マグネット6、内周マグネット11が向き合わされた極と同じ磁力の方向となるように、上部配置マグネット17を付加することにより、バックヨーク3に巻回されたコイル4の上面部のコイルにも回転力が発生し、さらに高トルクのモータとすることができる。
【0045】
また、上部配置マグネット17を用いない場合においても、図16に示すようにバックヨーク3の高さを小さくすることにより、外周マグネット6、内周マグネット11から、バックヨーク3に巻回されたコイル4の上面部へと磁束を通すことにより、コイル4の上面部を利用し、高トルクのモータとすることができる。
【0046】
次に、コイル4の巻線加工について説明する。まず、図17は分割バックヨークにコイルを直巻きする場合の組み立て説明図である。例えば、図17(a)に示すように、コイル4の巻き線加工を容易にするために、リング状のバックヨーク3の全周を複数に分割する。
【0047】
全周を周方向に3分割し、分割されたバックヨーク3に対して、バックヨーク3に樹脂などの材料で設けられたコイルを分割する突起などのガイドに従い、コイル4を巻きつける。コイル4を巻きつけた複数のバックヨーク3を溶接などの手段により、接合し、リング状のバックヨーク3とする。つまり、図17(b)に示すように、バックヨーク3を送りながら、コイル4を回転させ、巻きつけることができる。
【0048】
コイル4が巻回りされ、一体化接合されたコイルの巻回されたバックヨークは、図17(c)に示すように単位コイル41のコイル両端部を保持するバックヨーク取りつけベース18に取り付けられ、ネジなどの締結手段により、モータベース8に固定される。
【0049】
さらに、図18はモータの配線接続を説明する図である。図18に示すようにモータベース8の上面部に取り付けられているFPCなどの配線部材に単位コイル41のコイル両端部を接続する。
【0050】
あるいはまた、図19はバックヨークに単位コイルを結線する場合の組み立て説明図である。図19(a)において、予め単位コイル41を巻回形成しておき、分割されたバックヨーク3へコイル4を装着することもできる。このとき、単位コイル41を予めボビン巻きしておくと、さらに取り扱いが容易となる。
【0051】
バックヨーク3へコイル4装着後、図19(b)に示すように単位コイル41を所定の角度に振り分け、コイル両端部を保持するバックヨーク取りつけベース18に取り付け、ネジなどの締結手段により、モータベース8に固定される。
【0052】
さらに、図20はモータの配線接続を説明する図である。図20に示すようにモータベース8の上面部に取り付けられているFPCなどの配線部材に単位コイル41のコイル両端部を接続する。以上により、巻き線工程を容易にすることができる。
【0053】
次に、前述のようにコイル4の巻き線加工を容易にするために、リング状のバックヨーク3の全周を複数に分割した場合、外周マグネット6、内周マグネット11、バックヨーク3によって形成された磁気回路がバックヨーク3の分断により、磁束が弱くなり、モータ性能の劣化を発生させる。図21はヨーク板の積層法を説明する図である。そこで、図21に示すように分割されたバックヨーク3を両端部が交互に凹凸するよう鉄板が積層し、隣り合う分割されたバックヨーク3の両端部の凹凸が一致するように組み合わせ、輪状に組み立てることにより、磁気回路の劣化を防止することができ、分割されていないバックヨーク3での磁気回路と同等性能を有する回路を形成することができる。
【0054】
さらに、図22は温度特性の評価を表す図である。図22において、標準となる12cmのディスクをモータに装着して回転させた時の、モータ消費電流を表したものである。比較するモータは従来の突極型電機子を持つアウターロータモータである。もちろんモータ駆動用のドライブ装置は同一条件とする。図に示すように、本発明の構造のモータは0℃から70℃の範囲でほとんど一定の消費電流(240mA)であって変化を示さない。他方、従来のモータは360(mA)から(411mA)まで14.2%もの増加を示した。
【0055】
このような優れた温度特性は、本発明の構造を有するモータが、従来のモータよりも遙かに小さなギャップ長を有し、しかもモータのロータ全周囲にわたって一定であるから、モータの磁気回路を形成するパーミアンスが温度による変化を起こさない(換言すればモータの磁気回路に温度の影響を受ける要素が含まれない)ためである。
【0056】
このような優れた温度特性を有するから本発明の構造を有するモータをディスク装置に使用すると、低温時にディスク装置(例えばラップトップ型コンピュータ)のバッテリ容量が低下したとしても安定した長時間の動作が確保される。あるいはまた、ディスク装置に使用が長時間におよび内部の温度が上昇しても安定した長時間の動作が確保されることになる。
【0057】
以上のように構成された本発明のモータは、大きなトルクを生ずることができる。これは、構造上からマグネットとバックヨークとの隙間を狭くすることができ、ギャップ磁束密度を高く確保することができるからである。また同様に構造上、ロータ(界磁部)の最外周付近でモータを回転させる電磁力が発生するからモーメント(半径)が大きく取れるため、モータトルクを大きくすることができる。さらにまた、コイルに構成するで、多数コイルにすることが可能である。また、円筒状マグネットが外周に配置しており、着磁する極数も増加できるから、トルク定数の向上が図れ、モータトルクを大きくすることができる。従って、負荷が同程度ならば、より低消費電力なモータを実現することができる。
【0058】
さらに、本発明の構成によるモータは、コイルをバックヨークに機械的に固定しているから剛体とする事が出来るので、コイルの振動がほとんどなくなる。さらに、バックヨークに発生する磁束を直接コイルに作用させるから、モータに発生するトルクを増加させると同時に、速やかな加減速動作をすることができる。このような特徴を有するモータをディスク装置に使用すればアクセスタイムの短縮と消費電電力の削減をすることができ、ディスク装置の厚みを薄型に構成することができる。
【0059】
なお、説明に用いた例は本発明をスピンドルモータの用途に限定的に解釈するものではない。例えば、本発明の構成によるモータの回転界磁と電機子とを回転軸の方向に延長することが可能であり、そうすることによって、モータ径は小さくとも高トルク小慣性で低消費電力のモータを実現することも可能である。
【0060】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、低消費電力で効率が高く、温度変化に対して消費電流の変化の少ないモータで、しかも薄型に構成することが可能なモータを提供することができる。
【0061】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、対消費電力の効率が高く、温度変化に対して消費電流の変化の少ないモータで、薄型に構成することができ、しかも、コギングの発生を少なくし、強いトルクを発生することのできるモータおよびディスク装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態におけるモータの斜視図
【図2】図1の要部平面図
【図3】図1のコイル巻き線方法を説明する図
【図4】図1の全コイルの結線図
【図5】図1のマグネット配置図
【図6】図1のマグネットから発する磁束を説明する図
【図7】図6の要部拡大図
【図8】図1の要部断面図
【図9】図8の部分拡大図
【図10】磁気センサーを用いたモータの斜視図
【図11】マグネットとバックヨーク間の吸引力を説明する図
【図12】コイルの巻回角度を説明する図
【図13】回転力の発生を説明する図
【図14】回転力の発生を説明する図
【図15】図14の構造を有するモータの断面図
【図16】図15の磁束を説明する図
【図17】分割バックヨークにコイルを直巻きする場合の組み立て説明図
【図18】モータの配線接続を説明する図
【図19】バックヨークに単位コイルを結線する場合の組み立て説明図
【図20】モータの配線接続を説明する図
【図21】ヨーク板の積層法を説明する図
【図22】温度特性の評価を表す図
【符号の説明】
1 回転軸
2、21、22 軸受け
3 バックヨーク
4、46、47 コイル
5、51 ヨーク
6、61、62 外周マグネット
7 磁気センサー
8 モータベース
9 コイルフック
10 ポール
11 内周マグネット
12 内周ヨーク
13、34 ターンテーブル
15 チャッキングユニット
16 チャッキングボール
17 上部配置マグネット
18 バックヨーク取りつけベース
41 単位コイル[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor used for rotationally driving a disk-shaped medium, and more particularly to a rotating field type motor, and more particularly, to a motor characterized by an armature structure and a field structure. The present invention also relates to a disk-shaped medium rotation drive device using these motors, for example, a disk device.
[0002]
The disc-shaped medium refers to a concentric disc-shaped medium having a center hole, and includes, for example, old record (LP, EP, etc.) discs, floppy (R) discs, MO, MD, PD, CD (ROM, R, RW), DVD (ROM, R, RW, RAM) and the like. As a general term including these, it is simply abbreviated as a disk hereinafter. In addition, the disk is intended to rotate the disk, and is generically referred to as a disk regardless of whether the disk is housed in a jacket or not.
[0003]
[Prior art]
As the motor used to drive the disk in rotation, a rotating field type outer rotor type motor is generally used because of its smooth rotation and simple structure. Further, in response to demand for rapid acceleration / deceleration performance, motors having high torque in addition to smooth rotation are also supplied. For example, it is common practice to use a new magnetic material as a field to increase the magnetic flux density. Alternatively, a motor having a feature in a field structure has been proposed (for example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-54-156106 (
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Electronic devices equipped with a disk device, particularly personal computers and AV playback devices, are required to be small, thin, and lightweight. In order to make the disk device thin, the thickness of the motor (the thickness in the direction of the disk rotation axis) is required. Therefore, it is required to reduce the thickness in the axial direction of the motor. Naturally, it is necessary to maintain high torque that satisfies smooth rotation and acceleration / deceleration performance. However, it has been difficult to realize a thin motor having smooth rotation and high torque.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a thin motor capable of generating strong torque by reducing the occurrence of cogging, and a disk device using the motor.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in order to solve the above problems, and is a motor in which a rotating shaft of a rotating disk is axially mounted on a bearing member fixed to a base, wherein the base has an electric motor formed in a cylindrical shape. An armature having an armature yoke and an armature coil wound around a cylindrical peripheral surface of the armature yoke is arranged concentrically with the bearing member, and is formed in a cylindrical shape and a plurality of magnetic poles are attached to the cylindrical peripheral surface. A magnetized outer peripheral cylindrical field is arranged on the rotating disk concentrically with the bearing member on the outer peripheral portion of the armature, and is formed in a cylindrical shape and a plurality of magnetic poles are magnetized on a cylindrical peripheral surface. A field is arranged on the rotating disk concentrically with the bearing member on the inner peripheral portion of the armature, and the magnetic poles appearing on the inner peripheral surface of the outer cylindrical field and the outer peripheral surface of the inner cylindrical field are formed on the rotating disk. Arranged so that the magnetic poles appearing are the same at the position of the cylindrical surface facing each other Motor, characterized, and a disk apparatus using this motor.
[0008]
With the above-described motor configuration, it is possible to provide a thin motor that generates less cogging, is thin, and can generate a strong torque, and a disk device using the motor.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
According to a first aspect of the present invention, there is provided a motor in which a rotating shaft of a turntable is axially mounted on a bearing member fixed to a base, wherein the base comprises an armature yoke formed in a cylindrical shape and a cylindrical periphery of the armature yoke. An armature having an armature coil wound on the surface is arranged concentrically with the bearing member, and an outer peripheral cylindrical field formed by forming a cylindrical shape and magnetizing a plurality of magnetic poles on the cylindrical peripheral surface is used as the armature. An inner peripheral cylindrical field, which is arranged on the rotating disk concentrically with the bearing member on the outer peripheral portion and is formed in a cylindrical shape and magnetizes a plurality of magnetic poles on the cylindrical peripheral surface, is concentric with the bearing member on the inner peripheral portion of the armature. And arranged so that the magnetic poles appearing on the inner peripheral surface of the outer cylindrical field and the magnetic poles appearing on the outer peripheral surface of the inner cylindrical field have the same pole at the positions of the cylindrical peripheral surfaces facing each other. And a disk device using the motor.
[0010]
A motor that can generate strong torque on the outer and inner circumferential portions of the armature coil in the circumferential direction when current flows through the armature coil wound around the armature yoke cylindrical surface. A motor that can be configured and a disk device using the motor can be provided.
[0011]
In particular, by generating a suction force in the thrust direction, it is possible to prevent the rotor of the motor from being pulled out of the bearing of the motor, and to prevent the rotor from floating during rotation of the motor.
[0012]
Also, in the armature yoke, the magnetic force generated from the cylindrical field arranged on the outer periphery of the armature yoke does not interfere with the magnetic force generated from the cylindrical field arranged on the inner periphery of the armature yoke. By this, the flow of magnetic flux crossing the armature coil wound around the cylindrical surface of the armature yoke becomes lubricated, and when current flows through the armature coil wound around the armature yoke cylindrical surface, the A strong torque can be generated in the outer peripheral portion and the inner peripheral portion in the circumferential direction of the child coil.
[0013]
Further, the attraction force generated between the armature yoke and the cylindrical field disposed on the outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the armature yoke is reduced, and the armature coil wound around the armature yoke cylindrical peripheral surface. The cylindrical field disposed on the outer and inner peripheral portions of the armature yoke so that the magnetic flux density generated by the cylindrical field disposed on the outer and inner peripheral portions of the armature yoke passing therethrough increases. By providing a predetermined gap between the armature and the armature yoke, the efficiency of the motor can be improved.
[0014]
Also, by increasing the circumferential thickness of the cylindrical field disposed on the outer peripheral portion of the armature yoke, the magnetic flux density passing through the outer peripheral portion of the armature coil wound on the cylindrical peripheral surface of the armature yoke is increased. Can be higher. Further, the more the position of the armature coil wound on the cylindrical peripheral surface of the armature yoke is moved outward in the circumferential direction, the more the rotation generated on the outer peripheral portion of the armature coil wound on the cylindrical peripheral surface Power can be increased.
[0015]
In addition, the armature coil is wound around the cylindrical peripheral surface of the armature yoke with respect to the armature yoke. Can suppress the generation of a force in the reverse direction.
[0016]
In addition, the armature coil wound around the upper surface of the armature yoke by applying a magnetic flux from the cylindrical field disposed on the outer and inner peripheral portions of the armature yoke from the upper surface direction of the armature yoke. When an electric current is applied to the armature coil, a rotational force is generated in the same direction as the rotational force generated by the outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the armature coil wound on the armature yoke. it can.
[0017]
In particular, from the upper surface direction of the armature yoke, the magnetic flux is applied from the cylindrical field arranged on the outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the armature yoke, so that the armature coil wound on the upper surface position of the armature yoke is formed. When the electric current flows, a rotational force is generated in the same direction as the rotational force generated by the outer and inner peripheral portions of the armature coil wound on the armature yoke, and the rotational force can be increased. .
[0018]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a motor in which a rotating shaft of a rotating disk is axially mounted on a bearing member fixed to a base, wherein the base has an armature yoke formed in a cylindrical shape and an armature yoke. An armature having an armature coil wound around a cylindrical peripheral surface is arranged concentrically with a bearing member, and an outer peripheral cylindrical field formed by forming a cylindrical shape and magnetizing a plurality of magnetic poles on the cylindrical peripheral surface. An inner peripheral cylindrical field is disposed on the rotating disk concentrically with the bearing member on the outer peripheral portion of the armature, and is formed in a cylindrical shape and a plurality of magnetic poles are magnetized on the cylindrical peripheral surface. And concentrically arranged on the turntable so that the magnetic poles appearing on the inner peripheral surface of the outer cylindrical field and the magnetic poles appearing on the outer peripheral surface of the inner cylindrical field become the same pole at the position of the opposing cylindrical surface. The armature yoke is composed of a plurality of divided pieces formed of a laminated core, Motor, characterized in that it is formed, and a disk apparatus using this motor.
[0019]
According to the present invention, the winding of the coil can be facilitated by dividing the armature yoke.
[0020]
In particular, by combining the divided armature yokes such that the protrusions and recesses at both ends thereof coincide with each other, it is possible to prevent a reduction in magnetic flux flowing in the armature yoke.
[0021]
Further, by forming the armature coil in advance into the air-core coil, the winding operation can be managed as a component. Alternatively, by winding an armature coil around the split piece in advance, the split piece and the coil can be managed as an integral part.
[0022]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention will be described below by taking a spindle motor for driving a disk as an example of a type of motor that can effectively utilize the features of the present invention. Needless to say, the examples used in the description do not limit the present invention to applications of the spindle motor.
[0023]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view of a motor according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1,
[0024]
Since the chucking
[0025]
The outer
[0026]
Next, the armature (stator) portion, which is a feature of the present invention, will be described in detail.
FIG. 2 is a plan view of a main part of FIG. In FIG. 2, the armature portion includes a
[0027]
Next, a method of winding the
[0028]
FIG. 4 is a connection diagram of all the coils of FIG. In FIG. 4, the
[0029]
Next, the field portion will be described. FIG. 5 is a magnet layout diagram of FIG. The outer
[0030]
Similarly, the inner
[0031]
As shown in FIG. 5, the 12-pole
[0032]
At this time, in the
[0033]
Next, the height relationship between the
[0034]
Next, in order to control the rotation of the motor, a means for sensing the rotation state (change in the magnetic flux during rotation, the number of rotations, etc.) is required. As a sensing means therefor, for example,
[0035]
Using the magnetic flux leaking from the inner
[0036]
Next, the arrangement of the
When the distance between the
[0037]
Conversely, if the distance between the
[0038]
In FIG. 7 again, g represents the gap length. When the
[0039]
Next, the circumferential thickness t2 of the
[0040]
Therefore, it is necessary to secure the circumferential thickness t2 of the
[0041]
Next, FIG. 12 is a diagram illustrating the winding angle of the coil, and the winding angle of the
[0042]
Subsequently, the rotation operation of the motor of the present invention will be described. As shown in FIG. 6, a magnetic circuit is formed in which the magnetic flux generated from the
[0043]
Since the actual armature part is on the fixed side, the field part, that is, the
[0044]
Further, FIG. 14 is a diagram for explaining generation of rotational force, FIG. 15 is a sectional view of a motor having the structure of FIG. 14, and FIG. 16 is a diagram for explaining magnetic flux in FIG. At this time, as shown in FIG. 5, the 12-pole
[0045]
Further, even when the
[0046]
Next, the winding process of the
[0047]
The entire circumference is divided into three in the circumferential direction, and the
[0048]
The wound back yoke around which the
[0049]
FIG. 18 is a diagram for explaining wiring connection of the motor. As shown in FIG. 18, both ends of the
[0050]
Alternatively, FIG. 19 is an explanatory view for assembling when a unit coil is connected to the back yoke. In FIG. 19A, the
[0051]
After attaching the
[0052]
FIG. 20 is a diagram for explaining wiring connection of the motor. As shown in FIG. 20, both ends of the
[0053]
Next, as described above, when the entire circumference of the ring-shaped back
[0054]
FIG. 22 is a diagram illustrating evaluation of temperature characteristics. FIG. 22 shows the motor current consumption when a standard 12 cm disc is mounted on the motor and rotated. The motor to be compared is an outer rotor motor having a conventional salient pole type armature. Of course, the drive device for driving the motor has the same conditions. As shown in the figure, the motor having the structure of the present invention has almost constant current consumption (240 mA) in the range of 0 ° C. to 70 ° C. and shows no change. On the other hand, the conventional motor showed an increase of 14.2% from 360 (mA) to (411 mA).
[0055]
Such an excellent temperature characteristic is that the motor having the structure of the present invention has a much smaller gap length than the conventional motor and is constant over the entire circumference of the motor rotor. This is because the permeance to be formed does not change due to temperature (in other words, the magnetic circuit of the motor does not include an element affected by temperature).
[0056]
Since a motor having the structure of the present invention is used in a disk drive because of having such excellent temperature characteristics, stable long-term operation can be performed even when the battery capacity of the disk drive (for example, a laptop computer) decreases at low temperatures. Secured. Alternatively, stable long-term operation is ensured even when the disk device is used for a long time and the internal temperature rises.
[0057]
The motor of the present invention configured as described above can generate a large torque. This is because the gap between the magnet and the back yoke can be narrowed from the structural point of view, and a high gap magnetic flux density can be secured. Further, similarly, due to the structure, an electromagnetic force for rotating the motor is generated near the outermost periphery of the rotor (field portion), so that a large moment (radius) can be obtained, so that the motor torque can be increased. Furthermore, it is possible to form a large number of coils by configuring the coil. In addition, since the cylindrical magnet is arranged on the outer periphery and the number of magnetized poles can be increased, the torque constant can be improved and the motor torque can be increased. Therefore, if the loads are the same, a motor with lower power consumption can be realized.
[0058]
Further, in the motor according to the configuration of the present invention, since the coil is mechanically fixed to the back yoke, it can be made to be a rigid body, so that the coil is hardly vibrated. Further, since the magnetic flux generated in the back yoke acts directly on the coil, it is possible to increase the torque generated in the motor and at the same time to perform a quick acceleration / deceleration operation. If a motor having such features is used in a disk drive, access time and power consumption can be reduced, and the thickness of the disk drive can be reduced.
[0059]
The examples used in the description do not limit the present invention to the use of the spindle motor. For example, the rotation field and the armature of the motor according to the configuration of the present invention can be extended in the direction of the rotation axis, so that the motor having a small motor diameter, high torque, small inertia and low power consumption can be obtained. It is also possible to realize.
[0060]
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a motor that has a low power consumption, a high efficiency, a small change in current consumption with respect to a temperature change, and that can be configured to be thin. Can be.
[0061]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, a motor having high efficiency with respect to power consumption and a small change in current consumption with respect to a temperature change can be configured to be thin, and furthermore, occurrence of cogging can be reduced. It is possible to provide a motor and a disk device that can generate a large torque while reducing the number of motors.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a main part of FIG. 1;
FIG. 3 is a view for explaining the coil winding method of FIG. 1;
FIG. 4 is a connection diagram of all coils of FIG. 1;
FIG. 5 is a magnet layout diagram of FIG. 1;
FIG. 6 is a view for explaining magnetic flux emitted from the magnet of FIG. 1;
FIG. 7 is an enlarged view of a main part of FIG. 6;
FIG. 8 is a sectional view of a main part of FIG. 1;
9 is a partially enlarged view of FIG. 8;
FIG. 10 is a perspective view of a motor using a magnetic sensor.
FIG. 11 is a view for explaining an attractive force between a magnet and a back yoke.
FIG. 12 is a diagram illustrating a winding angle of a coil.
FIG. 13 is a diagram illustrating generation of a rotational force.
FIG. 14 is a diagram illustrating generation of a rotational force.
FIG. 15 is a sectional view of a motor having the structure of FIG. 14;
16 is a view for explaining the magnetic flux in FIG.
FIG. 17 is an explanatory view of assembling when a coil is directly wound around a divided back yoke.
FIG. 18 is a diagram illustrating wiring connection of a motor.
FIG. 19 is an explanatory view of an assembly in a case where a unit coil is connected to a back yoke.
FIG. 20 is a diagram illustrating wiring connection of a motor.
FIG. 21 is a diagram illustrating a method of laminating yoke plates.
FIG. 22 is a diagram showing evaluation of temperature characteristics.
[Explanation of symbols]
1 Rotary axis
2,21,22 bearing
3 Back yoke
4, 46, 47 coils
5, 51 yoke
6, 61, 62 Peripheral magnet
7 Magnetic sensor
8 Motor base
9 Coil hook
10 poles
11 Inner circumference magnet
12 Inner circumference yoke
13, 34 turntable
15 Chucking unit
16 Chucking Ball
17 Upper magnet
18 Back yoke mounting base
41 unit coil
Claims (13)
前記基体に、円筒状に形成された電機子ヨークと前記電機子ヨークの円筒周面に巻回された電機子コイルとを有する電機子を前記軸受け部材と同心円状に配置し、
円筒状に形成され円筒状周面に複数の磁極を着磁した外周円筒状界磁を前記電機子の外周部に前記軸受け部材と同心円状に前記回転盤に配置し、
円筒状に形成され円筒状周面に複数の磁極を着磁した内周円筒状界磁を前記電機子の内周部に前記軸受け部材と同心円状に前記回転盤に配置し、
前記外周円筒状界磁の内周面に現れる磁極と前記内周円筒状界磁の外周面に現れる磁極とが互いに対向する円筒周面位置で同極となるように配置したことを特徴とするモータ。A motor in which a rotating shaft of a rotating disk is mounted on a bearing member fixed to a base,
On the base, an armature having an armature yoke formed in a cylindrical shape and an armature coil wound on a cylindrical peripheral surface of the armature yoke is arranged concentrically with the bearing member,
An outer peripheral cylindrical field formed in a cylindrical shape and magnetized with a plurality of magnetic poles on a cylindrical peripheral surface is arranged on the rotating disk concentrically with the bearing member on the outer peripheral portion of the armature,
An inner peripheral cylindrical field formed in a cylindrical shape and magnetized with a plurality of magnetic poles on a cylindrical peripheral surface is arranged on the turntable concentrically with the bearing member on an inner peripheral portion of the armature,
The magnetic poles appearing on the inner peripheral surface of the outer peripheral cylindrical field and the magnetic poles appearing on the outer peripheral surface of the inner peripheral cylindrical field are arranged so as to have the same polarity at the positions of the cylindrical peripheral surfaces facing each other. motor.
前記基体に、円筒状に形成された電機子ヨークと前記電機子ヨークの円筒周面に巻回された電機子コイルとを有する電機子を前記軸受け部材と同心円状に配置し、
円筒状に形成され円筒状周面に複数の磁極を着磁した外周円筒状界磁を前記電機子の外周部に前記軸受け部材と同心円状に前記回転盤に配置し、
円筒状に形成され円筒状周面に複数の磁極を着磁した内周円筒状界磁を前記電機子の内周部に前記軸受け部材と同心円状に前記回転盤に配置し、
前記外周円筒状界磁の内周面に現れる磁極と前記内周円筒状界磁の外周面に現れる磁極とが互いに対向する円筒周面位置で同極となるように配置し、
前記電機子ヨークは積層コアで形成された複数の分割片で構成され、相互に組み合わせて形成されたことを特徴とするモータ。A motor in which a rotating shaft of a rotating disk is mounted on a bearing member fixed to a base,
On the base, an armature having an armature yoke formed in a cylindrical shape and an armature coil wound on a cylindrical peripheral surface of the armature yoke is arranged concentrically with the bearing member,
An outer peripheral cylindrical field formed in a cylindrical shape and magnetized with a plurality of magnetic poles on a cylindrical peripheral surface is arranged on the rotating disk concentrically with the bearing member on the outer peripheral portion of the armature,
An inner peripheral cylindrical field formed in a cylindrical shape and magnetized with a plurality of magnetic poles on a cylindrical peripheral surface is arranged on the turntable concentrically with the bearing member on an inner peripheral portion of the armature,
The magnetic poles appearing on the inner peripheral surface of the outer peripheral cylindrical field and the magnetic poles appearing on the outer peripheral surface of the inner peripheral cylindrical field are arranged so as to have the same pole at the position of the cylindrical peripheral surface facing each other,
The motor according to claim 1, wherein the armature yoke is composed of a plurality of divided pieces formed of a laminated core, and is formed in combination with each other.
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Country | Link |
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- 2002-09-27 JP JP2002283155A patent/JP2004120932A/en not_active Withdrawn
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