JP2004328918A

JP2004328918A - トロイダルモータ

Info

Publication number: JP2004328918A
Application number: JP2003121700A
Authority: JP
Inventors: Yoshikatsu Kamakura; 吉克鎌倉; Ryusuke Takaishi; 竜介高石; Kaoru Masuko; 薫益子
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2004-11-18

Abstract

【課題】はんだ付け箇所を低減して工数を削減し、巻線を容易に行うこと。
【解決手段】トロイダルリング（３１）は円周上で３分割されている。三相コイル（３２）を構成するＵ相コイル（３２Ｕ）、Ｖ相コイル（３２Ｖ）およびＷ相コイル（３２Ｗ）の各々は、隣接するコイル部分（Ｕ１〜Ｕ６，Ｖ１〜Ｖ６，Ｗ１〜Ｗ６）同士が所定の間隔（ｋ）を空けて連結されたものである。トロイダルリング（３１）は、第１乃至第３の分割鉄心（３３１〜３３３）と、第１乃至第３の分割鉄心の上面側をそれぞれ覆う第１乃至第３の上側分割インシュレータ（３４１〜３４３）と、第１乃至第３の分割鉄心の下面側をそれぞれ覆う第１乃至第３の下側分割インシュレータ（３５１〜３５３）とを備える。第１乃至第３の上側分割インシュレータは、三相コイルのコイル数と同数の突起（３４ａ）を持つ。
【選択図】図８

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トロイダルモータに関し、特に、光ディスクドライブ等に使用され、それに挿入された光ディスクを回転駆動するためのスピンドルモータ等として使用されるトロイダルモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクドライブでは、それに挿入された光ディスクを回転駆動するためのスピンドルモータを備えている。この種のスピンドルモータとしては、一般に、ブラシレスモータが使用されている。
【０００３】
以下、図１を参照して、一般的なブラシレスモータについて説明する。尚、図示のブラシレスモータは、特許文献１に開示されているものである。
【０００４】
図１に於いて、スピンドルモータ１はフレーム２上に設けられている。フレーム２の上面には回路基板３が配設されると共に、中央に軸受ハウジング４が立設されている。軸受ハウジング４に軸受５が嵌着されている。
【０００５】
スピンドルモータ１はロータヨーク６を備えている。このロータヨーク６は、図１に示されるように、浅い逆凹字形に形成され、中央部に円筒状のボス６ａが立設されている。このロータヨーク６の外周内側面には円環状のロータマグネット７が嵌着されている。このロータマグネット７は、Ｓ極およびＮ極が交互かつ等間隔に着磁された永久磁石である。ロータマグネット７の内側には放射状に複数個のコア８が配設されている。これらコア８の各々にはコイル９が巻回されている。コイル９は回路基板３上に形成されている。
【０００６】
このような構成において、コイル９に駆動電流を流すと、その周りに磁界が生じる。この発生した磁界がロータマグネット７に作用することによりスピンドルモータ１が回転駆動する。これにより、ボス部６ａに固着されたディスクホルダ２０およびこのディスクホルダ２０に嵌合される光ディスク（図示せず）が時計廻りに回転することになる。
【０００７】
軸受５にはスピンドルモータ１の回転軸１０が回転自在に軸着されている。この回転軸１０をロータヨーク６に突設したボス部６ａの孔部６ｂに嵌合して、ロータヨーク６と回転軸１０とが一体的に回転できるように構成されている。
【０００８】
ロータヨーク６のボス部６ａの外周面にはディスクホルダ２０の中心部に開穿された嵌合孔２１が嵌合される。この嵌合孔２１を形成する円筒状の孔壁部２１ａが下方へ突設されてロータヨーク６のボス部６ａに嵌合孔２１が嵌着できるように構成されている。
【０００９】
尚、本発明は、ディスクホルダ２０自体については関係しないので、その詳細な説明については省略するが、その詳細を知りたい方は、特許文献１を参照されたい。
【００１０】
とにかく、ボス部６ａの外周側面には、ディスクホルダ２０の中心部に開穿した嵌合孔２１が嵌合され、ディスクホルダ２０を回転軸１０の回転に同調して一体的に回転できるように構成されている。
【００１１】
前述したように、複数個のコア８は周方向に等間隔に形成されており、ティースまたはコアスロットとも呼ばれる。
【００１２】
ところで、上記のブラシレスモータは、隣り合うコアスロット８とコアスロット８との間の空間部が、コアスロット８に比べてロータマグネット（永久磁石）７の対向部位の磁極（以下、「ロータの磁極」という。）の磁気抵抗を大きくする。このため、ロータの磁極がコアスロット８とコアスロット８との間の空間部に対向するときと、ロータの磁極がコアスロット８に対向するときとでは、ロータの回転トルクに差を生じる。ロータ回転中に生ずるこのようなトルク変動は、この技術分野において「コギング」と呼ばれている。そして、コギングによるトルク変動の大きさはコギングトルクと呼ばれる。
【００１３】
コギングトルクが大きい場合、ブラシレスモータの回転速度の変動を生じ、回転の円滑さが損なわれ、高性能化が図れないことになる。
【００１４】
コギングトルクを軽減するために、コアスロットを無くしたトロイダルモータが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２では、ステータの構成を、トロイダルコアに対してコイルをトロイダル巻線として形成している。そして、トロイダルコアは複数の分割コアからなり、ステータは分割コアを接合することによって構成している。
【００１５】
【特許文献１】
特開２００２−２８８９１０号公報
【００１６】
【特許文献２】
特開２００２−１９９６３５号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献２に開示されているトロイダルモータでは、トロイダルリングにトロイダル巻線を施す際、手巻きにより各コイル部分に分割したコアカバーに巻線を施し、それらに分割したコアを通すことによって行っている。
【００１８】
このような従来の巻線方法では、工数がかかり過ぎてしまう。また、巻線の端子をはんだ付けするには、各極毎に、巻き始めと巻き終わりをはんだ付けしなければならない。例えば、図２に示されるように、１８コイルの場合、３６箇所ではんだ付けをしなければならない。
【００１９】
それ故に本発明の課題は、はんだ付け箇所を低減して工数を削減することができるトロイダルモータを提供することにある。
【００２０】
本発明の他の課題は、巻線を容易に行えるトロイダルモータを提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、トロイダルリング（３１）に対してトロイダル巻線が施された少なくとも３Ｍ（Ｍは２以上の整数）個のコイル部分から成る三相コイル（３２）を含むステータと、このステータと対向して回転可能に配置され、回転軸の外周にＳ極およびＮ極が交互かつ等間隔に着磁された永久磁石を含むロータと、から構成されたトロイダルモータにおいて、トロイダルリング（３１）は円周上でＮ（Ｎは３以上の整数）分割されており、三相コイル（３２）を構成するＵ相コイル（３２Ｕ）、Ｖ相コイル（３２Ｖ）およびＷ相コイル（３２Ｗ）の各々は、隣接するコイル部分（Ｕ１〜Ｕ６，Ｖ１〜Ｖ６，Ｗ１〜Ｗ６）同士が所定の間隔（ｋ）を空けて連結されたものであることを特徴とするトロイダルモータが得られる。
【００２２】
上記トロイダルモータにおいて、トロイダルリング（３１）は、例えば、第１乃至第Ｎの分割鉄心（３３１〜３３３）と、第１乃至第Ｎの分割鉄心の上面側をそれぞれ覆う第１乃至第Ｎの上側分割インシュレータ（３４１〜３４３）と、第１乃至第Ｎの分割鉄心の下面側をそれぞれ覆う第１乃至第Ｎの下側分割インシュレータ（３５１〜３５３）とを備える。また、第１乃至第Ｎの上側分割インシュレータは、三相コイルのコイル数と同数の突起（３４ａ）を持つことが好ましい。
【００２３】
上記トロイダルモータは、ロータがステータの外側に配置されたアウターロータ型トロイダルモータであって良いし、ロータがステータの内側に配置されたインナーロータ型トロイダルモータであっても良い。
【００２４】
尚、上記括弧内の参照符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図３を参照して、本発明の一実施の形態に係るトロイダルモータのステータについて説明する。図示のトロイダルモータは、光ディスクドライブに使用され、それに挿入された光ディスクを回転駆動するためのスピンドルモータとして使用されるものである。また、図示のトロイダルモータは、図１に示されたブラシレスモータとは、ステータ（ステータアセンブリ）の構成が相違する点を除いて、実質的に同一の構成を有し、作用効果を奏する。したがって、図３ではトロイダルモータのステータ３０のみを図示している。
【００２７】
図示のステータ３０は、トロイダルリング３１と、このトロイダルリング３１に対してトロイダル巻線が施された１８個のコイルから成る三相コイル３２を含む。トロイダルリング３１は、後述するように、円周上で３分割されている。
【００２８】
図４（ａ）に示されるように、三相コイル３２は、Ｕ相コイル３２Ｕ、Ｖ相コイル３２Ｖ、およびＷ相コイル３２Ｗから構成される。Ｕ相コイル３２Ｕは第１乃至第６のコイル部分Ｕ１〜Ｕ６から構成され、Ｖ相コイル３２Ｖは第１乃至第６のコイル部分Ｖ１〜Ｖ６から構成され、Ｗ相コイル３２Ｗは第１乃至第６のコイル部分Ｗ１〜Ｗ６から構成されている。図４（ｂ）はＵ相コイル３２Ｕ、Ｖ相コイル３２Ｖ、およびＷ相コイル３２Ｗの各々を示す平面図である。
【００２９】
Ｕ相コイル３２Ｕは、隣接するコイル部分Ｕ１〜Ｕ６同士が所定の間隔ｋを空けて連結されたものである。同様に、Ｖ相コイル３２Ｖは、隣接するコイル部分Ｖ１〜Ｖ６同士が所定の間隔ｋを空けて連結されたものである。Ｗ相コイル３２Ｗは、隣接するコイル部分Ｗ１〜Ｗ６同士が所定の間隔ｋを空けて連結されたものである。Ｕ相コイル３２Ｕは巻き始め端子Ｕｓと巻き終わり端子Ｕｅとを持つ。Ｖ相コイル３２Ｖは巻き始め端子Ｖｓと巻き終わり端子Ｖｅとを持つ。Ｗ相コイル３２Ｗは巻き始め端子Ｗｓと巻き終わり端子Ｗｅとを持つ。
【００３０】
図５に示されるように、三相コイル３２を構成する各コイルは、自己融着線を巻回して構成されたものであって、内寸法Ｈ×Ｌ、幅Ｗで巻数Ｎの空芯コイルである。
【００３１】
トロイダルリング３１は、図６（ａ）に示されるような第１乃至第３の分割鉄心（コア）３３１、３３２、および３３３と、図７（ａ）に示されるような第１乃至第３の上側分割インシュレータ（コアカバー）３４１、３４２、および３４３と、図７（ｂ）に示されるような第１乃至第３の下側分割インシュレータ（コアカバー）３５１、３５２、および３５３とを有する。第１乃至第３の分割鉄心３３１〜３３３は同一の構成（形状）を持つ。すなわち、第１乃至第３の分割鉄心３３１〜３３３の各々は、図６（ａ）に示されるように、１２０°の円弧の形状をしている。第１乃至第３の分割鉄心３３１〜３３３の各々は、図６（ｂ）に示されるように、薄い鉄板を積層したものである。第１乃至第３の上側分割インシュレータ３４１〜３４３は同一の構成（形状）を持つ。すなわち、第１乃至第３の上側分割インシュレータ３４１〜３４３の各々は、図７（ａ）に示されるように、１２０°の円弧の形状をしている。第１乃至第３の下側分割インシュレータ３５１〜３５３は同一の構造（形状）を持つ。すなわち、第１乃至第３の下側分割インシュレータ３５１〜３５３の各々も、１２０°の円弧の形状をしている。
【００３２】
第１乃至第３の上側分割インシュレータ３４１〜３４３は、それぞれ、第１乃至第３の分割鉄心３３１〜３３３の上面側を覆うためものである。第１乃至第３の下側分割インシュレータ３５１〜３５３は第１乃至第３の分割鉄心３３１〜３３３の下面側を覆うためのものである。
【００３３】
図７（ａ）に示されるように、第１乃至第３の上側分割インシュレータ３４１〜３４３は、三相コイル３２のコイル数と同数である１８個の突起４３ａを持つ。図７（ｂ）に示されるように、第１乃至第３の上側分割インシュレータ３４１〜３４３の突起４３ａを含めた高さＳは、三相コイル３２の高さＨ（図５（ｃ）参照）の半分より僅かに短い。
【００３４】
図６（ａ）に示されるように、第１乃至第３の分割鉄心３３１〜３３３の各々は、一端に凸部３３ａを、他端に凹部３３ｂを持つ。
【００３５】
次に、図８を参照して、図３に図示されたトロイダルモータのステータ３０を組み立てる工程について説明する。
【００３６】
先ず、第１の上側分割インシュレータ３４１と第１の上側分割インシュレータ３５１とを、Ｕ相コイル３２Ｕの第１のコイル部分Ｕ１、Ｖ相コイル３２Ｖの第１のコイル部分Ｖ１、Ｗ相コイル３２Ｗの第１のコイル部分Ｗ１、Ｕ相コイル３２Ｕの第２のコイル部分Ｕ２、Ｖ相コイル３２Ｖの第２のコイル部分Ｖ２、およびＷ相コイル３２Ｗの第２のコイル部分Ｗ２を通す。そして、第１の上側分割インシュレータ３４１と第１の上側分割インシュレータ３５１との間に第１の分割鉄心３３１を通す。この際、第１の上側分割インシュレータ３４１の突起３４ａを利用して、コイル部分Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１、Ｕ２、Ｖ２、およびＷ２の間隔を整える。
【００３７】
同様に、第２の上側分割インシュレータ３４２と第２の上側分割インシュレータ３５２とを、Ｕ相コイル３２Ｕの第３のコイル部分Ｕ３、Ｖ相コイル３２Ｖの第３のコイル部分Ｖ３、Ｗ相コイル３２Ｗの第３のコイル部分Ｗ３、Ｕ相コイル３２Ｕの第４のコイル部分Ｕ４、Ｖ相コイル３２Ｖの第４のコイル部分Ｖ４、およびＷ相コイル３２Ｗの第２のコイル部分Ｗ４を通す。そして、第２の上側分割インシュレータ３４２と第２の上側分割インシュレータ３５２との間に第２の分割鉄心３３２を通す。この際、第２の上側分割インシュレータ３４２の突起３４ａを利用して、コイル部分Ｕ３、Ｖ３、Ｗ３、Ｕ４、Ｖ４、およびＷ４の間隔を整える。
【００３８】
第３の上側分割インシュレータ３４３と第３の上側分割インシュレータ３５３とを、Ｕ相コイル３２Ｕの第５のコイル部分Ｕ５、Ｖ相コイル３２Ｖの第５のコイル部分Ｖ５、Ｗ相コイル３２Ｗの第５のコイル部分Ｗ５、Ｕ相コイル３２Ｕの第６のコイル部分Ｕ６、Ｖ相コイル３２Ｖの第６のコイル部分Ｖ６、およびＷ相コイル３２Ｗの第６のコイル部分Ｗ６を通す。そして、第３の上側分割インシュレータ３４３と第３の上側分割インシュレータ３５３との間に第３の分割鉄心３３３を通す。この際、第３の上側分割インシュレータ３４３の突起３４ａを利用して、コイル部分Ｕ５、Ｖ５、Ｗ５、Ｕ６、Ｖ６、およびＷ６の間隔を整える。
【００３９】
最後に、第１の分割鉄心３３１の凸部３３ａと第２の分割鉄心３３２の凹部３３ｂとを、第２の分割鉄心３３２の凸部３３ａと第３の分割鉄心３３３の凹部３３ｂとを、および第３の分割鉄心３３３の凸部３３ａと第１の分割鉄心３３１の凹部３３ｂとを、それぞれ、噛み合わせることにより、図３に図示されるような、トロイダルモータのステータ３０を組み立てる（製造する）ことが出来る。ここで、図示しない回路基板に対する三相コイル３２のはんだ付け箇所は、Ｕ相コイル３２Ｕの巻き始め端子Ｕｓおよび巻き終わり端子Ｕｅ、Ｖ相コイル３２Ｖの巻き始め端子Ｖｓおよび巻き終わり端子Ｖｅ、およびＷ相コイル３２Ｗの巻き始め端子Ｗｓおよび巻き終わり端子Ｗｅの６箇所で済む。
【００４０】
このように、本発明では、Ｕ相コイル３２Ｕ、Ｖ相コイル３２Ｖ、およびＷ相コイル３２Ｗの各相毎に巻線を行うため、はんだ付け箇所を低減することができ、工数を削減することができる。また、Ｕ相コイル３２Ｕ、Ｖ相コイル３２Ｖ、およびＷ相コイル３２Ｗの各々を空芯コイルで巻線を行って製造し、その後、それらに分割コアカバー（３４１，３５１，３４２，３５３，３４３，３５３）および分割コア（３３１，３３２，３３３）を通すことにより、トロイダルリング３１に対する三相コイル３２の巻線を容易に行うことができる。
【００４１】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更・変形が可能なのは勿論である。例えば、上記実施の形態では、ロータがステータに対して外側にあるアウターロータ型のトロイダルモータを例に挙げて説明しているが、ロータがステータに対して内側にあるインナーロータ型のトロイダルモータにも同様に適用可能なのは勿論である。また、上述した実施例では、トロイダルリングを３分割したものを例に挙げて説明しているが、３以上のＮ分割したものでも良い。さらに、上述した実施の形態では、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、およびＷ相コイルの各々が６個のコイル部分からものを例に挙げて説明しているが、２個以上のＭ個のコイル部分から成るものにも同様に適用される。また、本発明によるトロイダルモータは、光ディスクドライブのスピンドルモータとしてだけ使用されるものでなく、他の用途にも使用可能なのは勿論である。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、およびＷ相コイルの各相毎に巻線を行うため、はんだ付け箇所を低減することができ、工数を削減することができる。また、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、およびＷ相コイルの各々を空芯コイルで巻線を行って製造し、その後、それらに分割コアカバーおよび分割コアを通すことにより、トロイダルリングに対する三相コイルの巻線を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のブラシレスモータ（スピンドルモータ）の構成を示す断面図である。
【図２】従来のトロイダルモータ（スピンドルモータ）のステータの構成を示す横断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るトロイダルモータ（スピンドルモータ）のステータの構成を示す横断面図である。
【図４】図３に示すトロイダルモータのステータに使用されるＵ相コイル、Ｖ相コイル、およびＷ相コイルを示す図で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は平面図である。
【図５】図４に示した各相コイルのコイル部分を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は横断面図、（ｃ）は鉄心およびインシュレータに巻回した状態を示す縦断面図である。
【図６】図３に示したトロイダルモータのステータのトロイダルコアを構成する分割鉄心（コア）を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図７】図３に示したトロイダルモータのステータのトロイダルコアを構成する分割インシュレータ（コアカバー）を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図８】図３に図示したトロイダルモータのステータの組み立て工程を説明するための横断面図である。
【符号の説明】
３０トロイダルモータのステータ
３１トロイダルリング
３２三相コイル
３２ＵＵ相コイル
３２ＶＶ相コイル
３２ＷＷ相コイル
３３１〜３３３分割鉄心（コア）
３４１〜３４３上側分割インシュレータ（コアカバー）
３４ａ突起
３５１〜３５３下側分割インシュレータ

Claims

トロイダルリングに対してトロイダル巻線が施された少なくとも３Ｍ（Ｍは２以上の整数）個のコイル部分から成る三相コイルを含むステータと、該ステータと対向して回転可能に配置され、回転軸の外周にＳ極およびＮ極が交互かつ等間隔に着磁された永久磁石を含むロータと、から構成されたトロイダルモータにおいて、
前記トロイダルリングは円周上でＮ（Ｎは３以上の整数）分割されており、前記三相コイルを構成するＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの各々は、隣接するコイル部分同士が所定の間隔を空けて連結されたものであることを特徴とするトロイダルモータ。
前記トロイダルリングは、第１乃至第Ｎの分割鉄心と、前記第１乃至前記第Ｎの分割鉄心の上面側をそれぞれ覆う第１乃至第Ｎの上側分割インシュレータと、前記第１乃至前記第Ｎの分割鉄心の下面側をそれぞれ覆う第１乃至第Ｎの下側分割インシュレータとを有する、請求項１に記載のトロイダルモータ。
前記第１乃至第Ｎの上側分割インシュレータは、前記三相コイルのコイル数と同数の突起を持つ、請求項２に記載のトロイダルモータ。
前記トロイダルモータは、前記ロータが前記ステータの外側に配置されたアウターロータ型トロイダルモータである、請求項１に記載のトロイダルモータ。
前記トロイダルモータは、前記ロータが前記ステータの内側に配置されたインナーロータ型トロイダルモータである、請求項１に記載のトロイダルモータ。