JP2004289881A - モータおよび記録媒体駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コア、コイルおよび永久磁石を用いてロータを回転させるモータにおいて、鉄損の発生を防止すると共に薄型化を図ることができるようにする。
【解決手段】コア１５およびコイル１７を有するステータ２と、これらコア１５およびコイル１７に対向して円環状に複数の磁極を配列した永久磁石２５を有するロータ３とを備え、前記永久磁石２５の軸方向に前記ステータ２と対向する前記永久磁石２５の表面に磁性材料層２９を備えることを特徴とするモータ１を提供する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コアおよびコイルを有するステータと、コアおよびコイルに対向して円環状に複数の磁極を配列した永久磁石を有するロータとを備えたモータ、およびこのモータを備えた記録媒体駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、据え置き型のパーソナルコンピュータや携行可能なノートパソコン等の端末装置に搭載されるハードディスク装置（以下、ＨＤＤと呼ぶ。）には、ディスク状に形成された記録媒体を所定の回転速度で回転させるモータが設けられている（例えば、特許文献１参照。）。
このモータは、図１０に示すように、円環状に複数の磁極を配列した永久磁石８１を固定したロータ８３と、永久磁石８１の内周面８１ａに対向する位置にコア８５およびコイル８７を備えたステータ８９と、ステータ８９に対してロータ８３を回転自在とする軸受部９１とを備えている。永久磁石８１の軸方向の表面８１ｂには、ステータ８９を構成するベース部材９３の表面９３ａが対向して位置しており、永久磁石８１およびベース部材９３の間には隙間（以下、エアギャップと呼ぶ。）が設けられている。また、ベース部材９３は、非磁性材料であるアルミニウムにより形成されており、このベース部材９３に対してロータ８３および永久磁石８１を回転させた際に、ベース部材９３に永久磁石８１の磁束が伝達しても、うず電流や磁気ヒステリシスが発生することを防止していた。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３１８４７９５号公報（第３−４頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のモータでは、アルミニウムによりベース部材９３を形成しているが、アルミニウム等の金属材料は高価であるため、モータのコスト削減を図るために鉄等の安価な金属材料をベース部材９３に用いることが要求されている。
しかしながら、鉄等の安価な金属材料は磁性材料であるため、ベース部材９３に対してロータ８３および永久磁石８１を回転させた際には、ベース部材９３にうず電流が発生すると共に、ベース部材９３の影響を受けて永久磁石８１の磁気回路の磁気ヒステリシスが発生する。したがって、モータの動力の損失となるうず電流損や磁気ヒステリシス損からなる鉄損が生じるという問題があった。
特に、ＨＤＤに設けられるモータに対しては薄型化が要求されているため、鉄損の発生を防止することを目的として、永久磁石８１とベース部材９３とのエアギャップを大きくできないという問題があった。
【０００５】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、鉄損の発生を防止すると共に薄型化を図ることができるモータを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明のモータは、コアおよびコイルを有するステータと、これらコアおよびコイルに対向して円環状に複数の磁極を配列した永久磁石を有するロータとを備え、前記永久磁石の軸方向に前記ステータと対向する前記永久磁石の表面に磁性材料層を備えることを特徴とする。
【０００７】
この発明に係るモータによれば、永久磁石の各磁極の表面に出入りする磁束の方向が磁性材料層によって拘束されるため、この磁束がステータに到達することがない。したがって、ステータが鉄等の磁性材料から形成されていても、永久磁石がステータに近接した状態でステータに対して相対的に回転する際に、モータの動力の損失となるうず電流損や磁気ヒステリシス損からなる鉄損が発生しない。また、永久磁石をステータの表面に近接して配置できるため、モータの薄型化を図ることができる。
【０００８】
また、モータにおいて、前記磁性材料層が、磁性材料からなる板状部材であることを特徴とする。
また、前記磁性材料層が、磁性材料からなる板状部材であることを特徴とする。
これらの発明に係るモータによれば、永久磁石の表面に板状部材を固定したり、永久磁石の表面にメッキを施してメッキ層を形成することにより、永久磁石の表面に出入りする磁束がステータに到達することを確実に防止できる。
また、磁性材料層としてメッキ層を形成する場合には、その厚さを容易に薄く形成できるため、ロータの軽量化を図り、ロータを回転させるために要する消費電力を削減できる。
【０００９】
また、本発明に係るモータは、前記磁性材料層の先端が、前記永久磁石の周面から、前記ステータのコアに向けて突出していることを特徴とする。
この発明に係るモータによれば、コアに対向する周面側に位置する永久磁石の表面に出入りする磁束が、コアに向けて突出する磁性材料層の先端を通るように拘束されるため、ステータの周面に出入りする磁束だけではなく、永久磁石の表面に出入りする磁束もモータの動力として利用できる。
【００１０】
また、本発明に係る記録媒体駆動装置は、前記モータを備え、前記ロータに薄板状の記録媒体を固定する固定部が設けられていることを特徴とする。
この発明に係る記録媒体駆動装置によれば、モータを回転させる際に鉄損が発生しないため、記録媒体に記録を書き込む際、もしくは、記録媒体から記録を読み出す際に、記録媒体を回転させる消費電力の削減を図ることができる。また、モータの薄型化を図ることにより、記録媒体駆動装置の薄型化を図ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１および図２はこの発明に係る一実施形態を示す図である。この実施の形態に係るモータは、薄板の円盤状に形成された磁気記録媒体等のディスク型記録媒体を回転させる記録媒体駆動装置に適用したものである。図１に示すように、このモータ１は、ステータ２と、ステータ２に対して中心軸線Ａ１回りに回転するロータ３と、ステータ２に対してロータ３を回転自在に支持する軸受部４とを備えている。
【００１２】
軸受部４は、ロータ３に固定された軸体５と、この軸体５を挿入する軸体挿入穴７ａを有し、有底略円筒状に形成されたスリーブ７と、軸体５と軸体挿入穴７ａとの隙間に充填されたオイル等の液体９とを備えており、所謂液体動圧軸受を構成している。
すなわち、軸体５の外面やスリーブ７の内面には、液体９を集めるための動圧発生溝１１が形成されており、この動圧発生溝１１は、軸体５を中心軸線Ａ１回りに回転させた際に、液体９を集めて動圧を発生させる。そして、この動圧が軸受の役割を果たし、スリーブ７により軸体５を回転可能に支持するようになっている。
なお、スリーブ７は、ステータ２の一部を構成しており、オーステナイト系ステンレスやアルミニウム等の非磁性材料から構成されている。
【００１３】
ステータ２は、浅底の略円筒状に形成されたベース部材（ステータ用部材）１３と、ベース部材１３の内周面１３ａに固定された複数のコア１５と、各コア１５に巻き付けられた導線からなるコイル１７とを備えている。ベース部材１３は、磁性材料である鉄により形成されている。また、ベース部材１３の底壁部１４の中央部には、中心軸線Ａ１を中心とした穴１４ａが形成されており、この穴１４ａに軸受部４のスリーブ７が固定されるようになっている。
各コア１５は、複数のケイ素鋼板を中心軸線Ａ１方向に積層したものであり、ベース部材１３の内周面１３ａから半径方向内方に突出している。コイル１７は、図示しない電源と電気的に接続されており、コア１５およびコイル１７により交番磁界が形成できるようになっている。
【００１４】
ロータ３は、有底略円筒状に形成されており、その底壁部１９の中央部には、中心軸線Ａ１を中心とした貫通孔１９ａが形成されている。ロータ３は、この貫通孔１９ａに軸受部４の軸体５を嵌め込むことにより軸体５に固定されることになる。ロータ３の底壁部１９の周縁から中心軸線Ａ１方向に突出する円筒壁部２１の先端部には、円環状に形成された中心軸線Ａ１方向に面する表面２１ａが形成されている。このロータ３は、この表面２１ａがベース部材１３の底壁部１４の内面１４ｂに対向するように配置されている。この円筒壁部２１の表面２１ａには、円環状に形成されたロータ磁石部２３が接着剤等により固定されている。
【００１５】
ロータ磁石部２３は、ベース部材１３の内面１４ａとの間に微小なエアギャップを有するように配されており、このエアギャップの大きさは、０．１５〜０．３ｍｍとなっている。このロータ磁石部２３は、図２に示すように、永久磁石２５と、中心軸線Ａ１方向に面する永久磁石２５の表面２５ａおよび裏面（表面）２５ｂに、それぞれ接着剤により固定された板状部材（磁性材料層）２７，２９とを備えている。
永久磁石２５は、円環状に複数の磁極を配列し、これら各磁極の磁束方向が概ね永久磁石２５の径方向と一致する所謂ラジアル異方性のネオジウム磁石となっている。この永久磁石２５は、ロータ３に固定された状態において、その外周面２５ｃとコア１５の内周面１５ａとの間に一定の隙間を有するように位置している。
板状部材２７，２９は、磁性材料である純鉄からなり、円環状の薄板に形成したものである。これら板状部材２７，２９の外径寸法は永久磁石２５よりも大きく形成されており、板状部材２７，２９の半径方向外方側の周縁部が、永久磁石２５の外周面２５ｃからコア１５に向けて突出している。
【００１６】
ロータ磁石部２３は、以上のように構成されているため、永久磁石２５の各磁極の表面２５ａおよび裏面２５ｂに出入りする磁束Φａ，Φｃの方向が、板状部材２７，２９により拘束されている。特に、永久磁石２５の裏面２５ｂに出入りする磁束Φａ，Φｃは、ベース部材１３の内面１４ｂに対向する板状部材２９からベース部材１３に到達することがない。
なお、コア１５およびコイル１７において交番磁界が発生した場合には、永久磁石２５の表面２５ａおよび裏面２５ｂのうち、半径方向外方側の周縁に出入りする磁束Φｃが、永久磁石２５の外周面２５ｃから突出する板状部材２７，２９の先端部に出入りするように、その方向が板状部材２７，２９により拘束されることになる。
【００１７】
また、ロータ３の底壁部１９の周縁には、ディスク型記録媒体３０を支持するための段部（固定部）１９ｂが形成されている。この段部１９ｂにディスク型記録媒体３０の中央に形成された中央孔３０ａを嵌め込むことにより、ディスク型記録媒体３０が、ロータ３および軸体５と共に中心軸線Ａ１回りに回転できるようになっている。
この段部１９ｂを有するロータ３を備えたモータ１によりＨＤＤ等の記録媒体駆動装置４０が構成されることになる。
【００１８】
以上のように構成された記録媒体駆動装置５０において、ディスク型記録媒体４０を回転させる場合には、コア７およびコイル９において交番磁界を発生させ、この交番磁界を永久磁石２１に作用させてロータ３を回転させる。この際には、交番磁界が永久磁石２５の外周面２５ｃに出入りする磁束Φｂ、および永久磁石２５の表面２５ａおよび裏面２５ｂのうち、半径方向外方側の周縁に出入りする磁束Φｃに作用する。
また、この際には、永久磁石２５の裏面２５ｂに出入りする磁束Φａ，Φｃが、鉄から形成されるベース部材１３に到達しないため、モータの動力の損失となるうず電流損や磁気ヒステリシス損からなる鉄損が発生しない。
【００１９】
上記のように、モータ１によれば、ステータ２を構成するベース部材１３に対向する永久磁石２５の裏面２５ｂに純鉄からなる板状部材２９を固定することにより、鉄損の発生を防止してモータ１を回転させるための電力をモータ１の回転に有効に活用できる。また、永久磁石２５をベース部材１３に近接して配置できるため、モータ１の薄型化を図ることができる。
さらに、ステータ２を構成するベース部材１３が磁性体である鉄等の安価な金属材料により形成されているため、モータ１の製造コスト削減を図ることができる。
また、板状部材２７，２９の先端を永久磁石２５の外周面２５ｃからステータ２のコア１５に向けて突出させることにより、永久磁石２５の表面２５ａおよび裏面２５ｂのうち、半径方向外方側の周縁に出入りする磁束Φｃもモータ１の駆動力として利用できるため、モータ１を回転させるために要する消費電力を削減できる。
【００２０】
また、このモータ１を記録媒体駆動装置４０に設けた場合には、ディスク型記録媒体３０に記録を書き込む際、もしくは、ディスク型記録媒体３０から記録を読み出す際に、ディスク型記録媒体３０を回転させる消費電力の削減を図ることができると共に、記録媒体駆動装置４０の薄型化を図ることができる。
また、安価な金属材料によりモータ１を構成できるため、記録媒体駆動装置４０の製造コスト削減を図ることができる。
【００２１】
また、このモータ１が、ディスク型記録媒体３０を回転させる記録媒体駆動装置４０に適用される場合には、モータを効率よく回転させることができるため、ディスク型記録媒体３０に記録を書き込む際、もしくは、ディスク型記録媒体３０から記録を読み出す際に、ディスク型記録媒体３０を回転させるための消費電力を削減できる。また、安価な金属材料によりモータ１を構成できるため、記録媒体駆動装置４０の製造コスト削減を図ることができる。
【００２２】
なお、上記の実施形態においては、板状部材２７，２９を永久磁石２５の外周面２５ｂから半径方向外方に突出させるとしたが、この突出した板状部材２７，２９の先端部をコア１５の内周面１５ａに向けて折り曲げるとしてもよい。この構成の場合には、板状部材２７，２９の先端部に出入りする磁束Φｃをコア１５の内周面１５ａに向けて集中させることができるため、モータ１をさらに効率よく回転させることができる。
また、板状部材２７，２９を永久磁石２５の表面２５ａおよび裏面２５ｂに固定するとしたが、これら板状部材２７，２９に加えて、円筒状に形成された純鉄の円筒部材を永久磁石２５の内周面に固定するとしても構わない。この構成の場合には、円筒部材により永久磁石２５の内周面２５ｄに出入りする磁束方向が拘束されるため、この磁束がスリーブ７に到達しない。したがって、スリーブ７を鉄等の磁性材料により形成してもよく、モータ１の製造コストをさらに削減できる。
【００２３】
さらに、例えば、図３に示すように、前述の板状部材２７，２９および円筒部材５３を一体的に形成して断面コ字状の囲繞部材５１を構成するとしてもよい。
そして、この囲繞部材５１は、例えば、図４（ａ）に示すように、薄肉の円筒部材５５により構成されるとしてもよい。すなわち、この円筒部材５５の軸方向両端を周方向にわたって複数の端部片５７に切り分け、図４（ｂ）に示すように、これら端部片５７を半径方向外方側に折り曲げて囲繞部材５１を構成する。したがって、これら複数の端部片５７が板状部材２７，２９に相当する部分を構成し、円筒部材５５の中途部が、永久磁石２５の内周面２５ｄに固定される円筒部材５３に相当する部分を構成することになる。
この円筒部材５５により囲繞部材５１を構成する場合には、端部片５７により永久磁石２５を挟み込むことができるため、接着剤等を使用せずに囲繞部材５１を永久磁石２５に固定することができる。また、円板状に形成した純鉄に貫通孔を形成して板状部材２７，２９を構成する場合と比較して、材料の無駄をなくすことができる。
【００２４】
また、永久磁石２５の内周面２５ｄに円筒部材５３を固定することに限らず、例えば、図５に示すように、ロータ３に一体的に形成されたリターンヨーク５９を永久磁石２５の内周面２５ｄに固定するとしてもよい。ただし、この構成の場合には、ロータ３を磁性材料により形成する必要がある。
【００２５】
また、コア１５およびコイル１７は、円環状の永久磁石２５の外周面２５ｃに対向して配されるとしたが、これに限ることはなく、少なくともこれら永久磁石２５、コア１５およびコイル１７によりロータ３を回転させるように構成されていればよい。したがって、コア１５およびコイル１７を、図６に示すように、スリーブ７の外周面に固定し、これらコア１５およびコイル１７の半径方向外方側に対向するようにロータ磁石部２６をロータ３に固定するとしてもよい。
なお、この構成の場合には、板状部材２７，２９の内径寸法が永久磁石２５よりも小さく形成されており、板状部材２７，２９の半径方向内方側の周縁部が、永久磁石２５の内周面２５ｄからコア１５に向けて突出する。
【００２６】
モータ１を上述のように構成した場合には、永久磁石２５の表面２５ａおよび裏面２５ｂに固定する２つの板状部材２７，２９を一体的に形成しても構わない。すなわち、例えば、図７（ａ）に示すように、永久磁石２５の軸方向長さと同じ寸法を有する板状の連結部材６３の両端部に２つの板状部材２７，２９の外周縁部を連結した眼鏡型部材６１を構成してもよい。この眼鏡型部材６１を永久磁石２５に固定する際には、図７（ｂ）に示すように、連結部材６３を永久磁石２５の外周面２５ｃに当接させると共に、板状部材２７，２９の表面を永久磁石２５の表面２５ａおよび裏面２５ｂに当接させるように、眼鏡型部材６１を折り曲げる。
【００２７】
また、図６に示すように、永久磁石２５がコア１５およびコイル１７の半径方向外方側に位置している場合には、板状部材２７，２９に加えて、永久磁石２５の外周面２５ｃにも磁性材料からなる円筒部材を設けてもよい。さらに、これら板状部材２７，２９および円筒部材を一体的に形成して断面コ字状の囲繞部材を構成してもよい。そして、この囲繞部材は、例えば、図８（ａ）に示すように、帯状に形成された帯状部６７と、帯状部６７の幅方向両端部から突出する複数の突出片６９とから構成される板状の囲繞用板材６５から構成するとしてもよい。なお、この囲繞用板材６５は、帯状部６７の長さ寸法が、外周面２５ｃの周方向長さに等しく、かつ、帯状部６７の幅寸法が、外周面２５ｃの軸方向長さに等しくなるように形成されている。
【００２８】
この囲繞用板材６５を永久磁石２５に固定する際には、図８（ｂ）に示すように、帯状部６７の長さ方向の両端部６７ａ，６７ｂを互いに突き合わせて囲繞用板材６５を円筒状に形成し、各突出片６９を半径方向内方側に折り曲げて断面コ字状の囲繞部材７１を構成する。したがって、これら複数の突出片６９が板状部材２７，２９に相当する部分を構成し、帯状部６７が永久磁石２５の外周面２５ｃに固定される部分を構成することになる。
これら眼鏡型部材６１や囲繞部材６５を使用する場合には、前述した囲繞部材５１と同様にして、板状部材２７，２９により永久磁石２５を挟み込むことができるため、接着剤等を使用することなく、板状部材２７，２９を永久磁石２５に容易に固定できる。
【００２９】
さらに、板状部材２７，２９を純鉄により形成するとしたが、これに限ることはなく、少なくとも永久磁石２５の磁束の方向を拘束する磁性材料により形成されていればよい。したがって、例えば、板状部材２７，２９をケイ素鋼板や冷間圧延材料（ＳＰＣ、ＳＰＣＤ）により形成するとしてもよい。
また、永久磁石２５の表面２５ａおよび裏面２５ｂに板状部材２７，２９を固定するとしたが、これに限ることはなく、例えば、磁性材料のメッキを施してメッキ層を形成するとしてもよい。この場合には、メッキ層の厚さを容易に薄く形成できるため、ロータ３の軽量化を図り、ロータ３を回転させるために要する消費電力を削減できる。
【００３０】
また、永久磁石２５の表面２５ａおよび裏面２５ｂに板状部材２７，２９やメッキ層を設けるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも永久磁石２５の裏面２５ｂに出入りする磁束Φａがベース部材１３に到達することを防止できればよい。したがって、例えば、図９に示すように、永久磁石２５の裏面２５ｂのみに板状部材２９やメッキ層を設けるとしてもよい。
また、永久磁石２５の裏面２５ｂに設けられる板状部材２９やメッキ層の厚さは、永久磁石２５とベース部材１３とのエアギャップを小さくしてモータ１を薄く構成できるように０．３ｍｍ以下とすることが好ましく、永久磁石２５の裏面２５ｂに出入りする磁束Φａがベース部材１３に到達しないように０．０５ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００３１】
また、軸受部４は、所謂液体動圧軸受から構成されるとしたが、これに限ることはなく、少なくともステータ２に対してロータ３を回転自在とする構成であればよい。したがって、軸受部４を、例えばボールベアリングから構成するとしてもよい。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ステータに対向する永久磁石の表面に板状部材やメッキ層からなる磁性材料層を形成することにより、鉄損の発生を防止して、モータを回転させるための電力をモータの回転に有効に活用できる。また、永久磁石をステータの表面に近接して配置できるため、モータの薄型化を図ることができる。
さらに、メッキ層を形成したり、磁性材料層の先端を永久磁石の周面からステータのコアに向けて突出させた場合には、モータを回転させるために要する消費電力を削減できる。
【００３３】
また、このモータを記録媒体駆動装置に設けた場合には、記録媒体に記録を書き込む際、もしくは、記録媒体から記録を読み出す際に、記録媒体を回転させる消費電力の削減を図ることができると共に、記録媒体駆動装置の薄型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係るモータを示す断面図である。
【図２】図１のモータにおいて、コアに対向して位置するロータ磁石部を示す拡大断面図である。
【図３】この発明の他の実施形態に係るモータにおいて、ロータ磁石部を示す拡大断面図である。
【図４】図３のロータ磁石部において、永久磁石に固定する囲繞部材を示しており、（ａ）は、囲繞部材を構成する円筒部材を示す斜視図、（ｂ）は、永久磁石に固定する際の形状を示す斜視図である。
【図５】この発明の他の実施形態に係るモータにおいて、ロータ磁石部を示す拡大断面図である。
【図６】他の実施形態に係るモータを示す断面図である。
【図７】図６のモータにおいて、永久磁石に固定する眼鏡型部材を示しており、（ａ）は、平面図であり、（ｂ）は、永久磁石に固定する際の形状を示す斜視図である。
【図８】図６のモータにおいて、永久磁石に固定する囲繞部材を示しており、（ａ）は、囲繞部材を構成する囲繞用板材を示す平面図であり、（ｂ）は、永久磁石に固定する際の形状を示す斜視図である。
【図９】他の実施形態に係るモータにおいて、ロータ磁石部を示す拡大断面図である。
【図１０】従来のモータの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ モータ
２ ステータ
３ ロータ
５ ベース部材（ステータ用部材）
１５ コア
１７ コイル
１９ｂ 段部（固定部）
２５ 永久磁石
２５ｂ 裏面（表面）
２５ｃ 外周面
２５ｄ 内周面
２７，２９ 板状部材（磁性材料層）
３０ ディスク型記録媒体
４０ 記録媒体駆動装置

Claims (5)

1. コアおよびコイルを有するステータと、これらコアおよびコイルに対向して円環状に複数の磁極を配列した永久磁石を有するロータとを備え、
   前記永久磁石の軸方向に前記ステータと対向する前記永久磁石の表面に磁性材料層を備えることを特徴とするモータ。
2. 前記磁性材料層が、磁性材料からなる板状部材であることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記磁性材料層が、メッキ層からなることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
4. 前記磁性材料層の先端が、前記永久磁石の周面から、前記ステータのコアに向けて突出していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のモータを備え、前記ロータに薄板状の記録媒体を固定する固定部が設けられていることを特徴とする記録媒体駆動装置。

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