JP2005278291A

JP2005278291A - モータ及び情報記録再生装置

Info

Publication number: JP2005278291A
Application number: JP2004087211A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kojima; 滋小島; Akira Yazaki; 彰矢崎; Norio Matsuda; 則夫松田; Hideki Kinoshita; 英樹木下; Hitoshi Yamazaki; 仁志山崎; Atsushi Togashi; 淳富樫
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2005-10-06
Also published as: US20050248231A1

Abstract

【課題】モータのサイズを変化させない状況では、効率的にモータのトルクアップを図ることが困難。
【解決手段】スピンドルモータ２０は、周方向に等間隔で配置された複数のコイル６８が設けられたステータ６０と、ステータ６０に対して回転自在に設けられたターンテーブル３０とを備えている。ターンテーブル３０には、複数のコイル６８の外径側において端面６８ａと対向する第１マグネット４０と、複数のコイル６８の内径側において端面６８ｂと対向する第２マグネット５０とが取り付けられている。
【選択図】図７

Description

本発明は、モータ及び情報記録再生装置に関する。

近年、ＣＤ(Compact Disc)やＤＶＤ(Digital Versatile Disc)等の光ディスクを再生する光ディスク記録再生装置が、情報記録再生装置の一つとして様々な分野で用いられている。この光ディスク記録再生装置は、ターンテーブル上に載置固定された光ディスクを回転させながら、光ディスクにレーザ光を照射し、その反射光を受光して光ディスクから各種情報を読み取ったり、光ディスクに情報を書き込んだりするように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

図１は、この光ディスクをターンテーブルとともに回転させるスピンドルモータ１の断面図であり、図２は、スピンドルモータ１を構成するコア部材の斜視図である。

スピンドルモータ１は、いわゆるアウターロータ型のモータであり、平板形状の基体２上に円筒状の軸受３が立設され、この軸受３の外側面にステータコア４が外嵌されている。図１及び図２に示すように、ステータコア４は、上面視円形の基部４ａの側面から一体形成された複数のコア４ｂが放射状に外径方向に向かってに突設されている。各コア４ｂの外周には、それぞれ銅線が巻回されて巻線６とされており、一つのコア４ｂと巻線６とでコイル７が構成されている。

ステータコア４の上方には、カップリングロータ８が設けられている。このカップリングロータ８は、中心に開口８ａが形成された円形の基部８ｂの外周縁部に環状側壁８ｃが立設された断面視コの字形状の部材である。開口８ａには、回転軸５が軸固定部材９を介して取り付けられており、この回転軸５が基体２に設けられた軸受３の軸受部材３ａに回転自在に取り付けられることにより、ステータコア４をほぼ覆うように取り付けられている。カップリングロータ８の上面８ｄは、光ディスクの載置面とされており、光ディスクは光ディスクの開口径にあわせて上面８ｄに設けられる図示せぬ取り付け部にはめ込まれてカップリングロータ８の上面８ａに載置される。すなわち、カップリングロータ８は、光ディスク記録再生装置のターンテーブルを構成している。

また、カップリングロータ８の環状側壁８ｃの内周面上には、ロータマグネット９がコイル７の軸方向に対向するように固着されている。コイル７とロータマグネット９との間の磁気相互作用により、カップリングロータ８が回転軸５を軸として回転し、カップリングロータ８の上面に載置された光ディスクを回転させる。
特開２００３−５８１９２（図１）

光ディスク記録再生装置においては、記録速度を増加させるために光ディスクの回転速度の高速化が図られてきている。スピンドルモータを高速で安定回転させるためには、モータの回転トルクを向上させる必要があるが、回転トルクを向上させるためにコイルを構成する巻線の巻回数を増やしてしまうと、コイルの全体の太さが太くなるためスピンドルモータの厚さが増大して大型化してしまい、薄型の光ディスク記録再生装置には不向きである。また、スピンドルモータのコイルに流す電流量を大きくしてトルクアップを図るという方法も考えられるが、一般に、モータトルクは電流値に対してある領域で飽和してしまい、ある程度以上電流を流してもほとんどモータトルクは向上することなく、逆にコイルにおける電力消費量及び発熱量も増大してしまう。このように、モータのサイズを変化させない状況では、効率的にモータのトルクアップを図ることは困難である。

本発明が解決すべき課題としては、モータのサイズを変化させない状況では、効率的にモータのトルクアップを図ることが困難である等が一例としてあげられる。

本発明の請求項１に係るモータは、複数のコイルが設けられたステータと、前記ステータに対して回転自在に設けられたロータと、前記ロータに取り付けられ、前記複数のコイルの一端と対向する第１マグネットと、前記ロータに取り付けられ、前記複数のコイルの他端と対向する第２マグネットと、を備えたことを特徴とする。

以下、図面を参照しながら、本発明にかかるモータ及び情報記録再生装置の実施の形態について詳細に説明する。以下の説明では、情報再生記録再生装置として光ディスク記録再生装置を例に挙げ、光ディスク記録再生装置内に設けられるディスク回転用のスピンドルモータを例示して説明を行う。

図４は、本実施形態の光ディスク記録再生装置の読取再生機構の要部を示す平面図であり、図５はスピンドルモータの分解斜視図であり、図６はスピンドルモータの横断面図であり、図７は、スピンドルモータの縦断面図であり、図８は、ステータコアの平面図である。
本実施形態の光ディスク記録再生装置１０は、図４に示すように、第１シャーシ１１と、第２シャーシ１２と、キャリッジ１３と、対物レンズ１４と、モータ１５と、ターンテーブル３０を備えている

第１シャーシ１１及び第２シャーシ１２は、例えば金属板の打ち抜きプレス加工等により成型された上面視概ね長方形状の基体である。第１シャーシ１１と第２シャーシ１２は、図示せぬヒンジ機構を介して接続されており、第１シャーシ１１と第２シャーシ１２との間に光ディスクが挿入可能に構成されている。

第２シャーシ１２の表面側１２ａには光ディスクＤを回転させるためのターンテーブル３０を備えたスピンドルモータ２０が取り付けられている。光ディスクＤはこのターンテーブル３０上に載置され、図示せぬチャックによりターンテーブル３０上に保持された状態でスピンドルモータ２０の回転に伴い回転する。

一方、第２シャーシ１２の裏面側には、キャリッジ１４が取り付けられている。キャリッジ１４は、その内部にレーザ光源（不図示）及び対物レンズ１４等からなる光ピックアップが設けられている。レーザ光源から出力されたレーザ光はキャリッジ１３の略中央部に設けられた対物レンズ１４から出力され、第２シャーシ１２に設けられた開口１２ｂを介して光ディスクの情報記録面に向かって照射される。光ディスク記録再生装置１０は、このレーザ光により光ディスクからの情報の読み取り、または光ディスクへの情報を書き込みを行う。

モータ１５は、キャリッジ１３を光ディスクの径方向にそって摺動させるための駆動源である。対物レンズ１４は、キャリッジ１３の摺動にともない、光ディスクの径方向に沿って摺動する。これにより対物レンズ１４から光ディスクの全域にわたってレーザ光を照射することが可能である。

次に、本実施形態のスピンドルモータ２０について説明する。
スピンドルモータ２０は、図５及び図６に示すように、ターンテーブル３０と、第１マグネット４０と、第２マグネット５０と、ステータ６０と、軸受７０とから構成されている。

ターンテーブル３０は、中心に開口３２が形成された円形の基部３１の外周縁部に環状側壁３３が立設された断面視コの字形状の部材であり、ステッピングモータ２０のロータとして機能する。基部３１に形成された開口３２には、回転軸３５が軸固定部材３４を介して取り付けられている。基部３１の上面３１ａは、光ディスクの載置面とされており、光ディスクは光ディスクの開口径にあわせて上面３１ａに固着された取り付け部材３６にはめ込まれて上面３１ａに載置される。

ターンテーブル３０の環状側壁３３の内周面上には、環状の第１マグネット４０が接着等により固定されている。また、ターンテーブル３０の基体３１の下面３１ｂには、第１マグネット４０から所定距離離れて第２マグネット５０が固定されている。第２マグネット５０の外径寸法は、第１マグネット４０の内径寸法よりも短く、第２マグネット５０は、第１マグネット４０の内径側に位置するように中心軸３５を軸として第１マグネット４０と同軸に取り付けられている。

第２シャーシ１２上には、円筒状の軸受７０が立設されている。この軸受７０は、円筒状の軸受保持部材７１と、軸受保持部材７１の内面側に介装された円筒状の軸受部材７２とを備えている。ターンテーブル３０の回転軸３５は、この軸受部材７２の挿通穴７２ａ内に挿入され、軸受部材７２の内面を支持面として回転自在に保持されている。

また、第２シャーシ１２には、円環形状のステータ固定部８０が設けられており、このステータ固定部８０上にステータ６０が固着されている。
ステータ６０は、図７に示すように、ステータコア基部６１と巻線６５とを備えている。ステータコア基部６１は、環状の部材であり、ステータコア基部６１の下面がステータ固定部８０に固定されている。このステータコア基部６１の外径方向及び内径方向には、一対のコア凸部６２，６３が環状のステータコア基部６１の周方向に等間隔で複数対設けられている。すなわち、各コア凸部６２，６３は、ステータコア基部６１の環状中心から放射状に内径側及び外径側にそれぞれ突出して一体形成されている。各コア凸部６２，６３には巻線６５が径方向に略垂直な方向に巻回されており、各対のコア凸部６２，６３及びこのコア凸部６２，６３に巻回された巻線６５によってそれぞれコイル６８が構成されている。

また、ターンテーブル３０の回転軸３５は、ターンテーブル３０がステータ６０をほぼ覆うように軸受部材７２の挿通穴７２ａによって回転自在に軸支されている。そして、ターンテーブル３０が軸受部材７２に取り付けられた状態において、このコイル６８の外径側にはマグネット４０がコイル６８から所定距離離間して配置されており、そしてコイル６８の内径側にはマグネット５０がコイル６８から所定距離離間して配置されている。これらのマグネット４０，５０には、コイル６８の数と一致した数の着磁パターンがＮ極及びＳ極の向きを隣接する着磁パターン同士で交互に変化させて各マグネット４０，５０の内周面及び外周面に形成されている。

コイル６８に電流が流されると、図９に示すように、コイル６８の外径側端面６８ａから出力される（または端面６８ａに入力する）磁力線Ｍ３がターンテーブル３０に取り付けられた第１マグネット４０と磁気相互作用することによりモータ回転トルクが発生するとともに、コイル６８の内径側端面６８ｂに入力する（または端面６８ａから出力される）磁力線Ｍ４がターンテーブル３０に取り付けられた第２マグネット５０と磁気相互作用することによりモータ回転トルクが発生する。すなわち、本実施形態のスピンドルモータ２０においては、コイル６８の外径側端面６８ａ及び内径側端面６８ｂが対向配置された第１マグネット４０及び第２マグネットと磁力線の無駄なく相互作用することにより、モータ回転トルクを向上させるように構成されている。

なお、スピンドルモータ２０において、第２マグネット５０を設けずコイル６８の外径側端面６８ａと第１マグネット４０のみによる相互作用により生じさせる場合よりも、コイル６８の外径側端面６８ａと内径側端面６８ｂがそれぞれ第１マグネット４０及び第２マグネット５０と相互作用した場合に効率がアップする条件は、以下の式（１）によって与えられる。

Ｇ: 内径側にマグネットがない従来のモータからのトルク向上率
r₁：第１マグネット４０の外側半径
r₂：第１マグネット４０の内側半径
r₃：ステータコア６０（コア凸部６２）の外側半径
r₄：ステータコア６０（コア凸部６３）の内側半径
r₅：第２マグネット５０の外側半径
r₆：第２マグネット５０の内側半径

すなわち、本実施形態によれば、上述の式（１）を満たすように第１マグネット４０と第２マグネット５０とをコイル６８に対して配置してやることにより、従来のモータに比べてモータ回転トルクを向上させることが可能である。

以上、説明したように、本実施形態のスピンドルモータ２０は、複数のコイル６８が設けられたステータ６０と、ステータ６０に対して回転自在に設けられたロータであるターンテーブル３０と、ターンテーブル３０に取り付けられ、複数のコイル６８の端面６８ａと対向する第１マグネット４０と、ターンテーブル３０に取り付けられ、複数のコイル６８の端面６８ｂと対向する第２マグネット５０とを備えている。具体的には、ステータ６０に設けられた複数のコイル６８は、ステータ６０の周方向に等間隔で配置されており、第１マグネット４０は、ステータ６０の外径側において複数のコイル６８と対向する環状部材であり、第２マグネット５０は、ステータ６０の内径側において複数のコイル６８と対向する環状部材である。

本実施形態のスピンドルモータ２０によれば、複数のコイル６８の外径側の端面６８ａと第１マグネット４０が相互作用してモータ回転トルクを発生させ、そして複数のコイル６８の内径側の端面６８ｂと第２マグネット５０が相互作用してモータ回転トルクを発生させる。すなわち、本実施形態のスピンドルモータ２０は、第２マグネット５０をコイル６８の内径側に設けることにより、コイルの６８の外径側と内径側の磁力線の双方を有効利用してモータ回転トルクを発生させることが可能となる。

したがって、内径側にマグネットが存在しない従来のモータに比べて、簡易な構成でかつコイル６８に流す電流値を増大させることなく、モータ回転トルクを向上させることが可能となる。また、マグネット５０を配置するに当たっては、スピンドルモータ２０の径方向厚みはほとんど変化しないため、スピンドルモータ２０のサイズは、ほぼ従来のモータと同等のサイズに構成することが可能である。したがって、サイズを犠牲にすることなくモータトルクの大きいスピンドルモータを用いて、良好な回転特性を備えた光ディスク記録再生装置を提供することが可能となる。

なお、本実施形態では、複数のコイルが同一円周上に環状に配置されたモータの内径側及び外径側のそれぞれにマグネットを配置した構成について説明を行ったが、これに限られることはない。

例えば、図１０は、本実施形態のスピンドルモータ２０の変形例を示す横断面図である。
図１０に示すスピンドルモータ１００では、それぞれ径の異なる環状マグネット１０１，１０２，１０３がそれぞれ同軸でロータ１０５に取り付けられている。マグネット１０１とマグネット１０２の間には、複数のコイル１１１が同一円周上に等間隔で配置された第１ステータ１１０が配置されており、そしてマグネット１０２とマグネット１０３の間には、複数のコイル１２１が同一円周上に等間隔で配置された第２ステータ１２０が配置されている。

このスピンドルモータ１００の場合には、第１ステータ１１０の各コイルの内径側端面１１１ａとマグネット１０１の外径面間で磁気相互作用が生じてモータトルクを発生させるとともに、外径側端面１１１ｂとマグネット１０２の内径面間で磁気相互作用が生じてモータトルクを発生させる。加えて、第２ステータ１２０の各コイルの内径側端面１２１ａとマグネット１０２の外径面間で磁気相互作用が生じてモータトルクを発生させるとともに、外径側端面１２１ｂとマグネット１０３の内径面間で磁気相互作用が生じてモータトルクを発生させる。

このように、スピンドルモータ１００に、径の異なる環状マグネット１０１，１０２，１０３が複数設けられたロータ１０５と、これら複数の環状マグネット１０１，１０２．１０３の間にそれぞれ配置された複数のコイル１１１，１２１がそれぞれ設けられた第１ステータ１１０及び第２ステータ１２０とを設けることにより、各コイル端面から出力される磁力線を最大限有効利用して、モータ回転トルクを生じさせることが可能となる。

なお、上記説明では、情報記録再生装置として光ディスク記録再生装置を例に挙げて説明を行ったが、これに限られることはなく、スピンドルモータを使用して記録媒体に記録又は再生を行う各種記録再生装置に適用してもよい。

なお、上記説明では、電気を回転力に変換するモータとして説明を行ったが、これに限られず、外力によりロータを回転させて各コイルに発生する起電力を取り出す発電機に上記構成を適用してもよい。発電機として利用する場合には、本実施形態の構成によれば発電効率が向上すると考えられるため好適に適用することが可能である。

図６に示すスピンドルモータ２０にたいして、以下のような設計値を想定してトルクを計算し、内径側にマグネットがない従来のモータからのトルク向上率Ｇ（式（１））を計算した。

第１マグネット４０の外側半径r₁：１４ｍｍ
第１マグネット４０の内側半径r₂：１３ｍｍ
ステータコア６０（コア凸部６２）の外側半径r₃：１２．５ｍｍ
ステータコア６０（コア凸部６３）の内側半径r₄：６．２５ｍｍ
第２マグネット５０の外側半径r₃：５．７５ｍｍ
第２マグネット５０の内側半径ｒ₆：４．７５ｍｍ

この条件を、式（１）に代入すると、Ｇ＝1.15となる。すなわち、内径側及び外径側にマグネットを設けると、内径側にマグネットがない従来のモータに比べて、約１５％トルクがアップすることが確認された。

従来のスピンドルモータの断面図である。従来のスピンドルモータを構成するコア部材の斜視図である。磁力線とマグネットの関係を示す図である。本発明にかかる光ディスク記録再生装置の読取再生機構の要部を示す平面図である。本発明にかかるスピンドルモータの分解斜視図である。本発明にかかるスピンドルモータの横断面図である。本発明にかかるスピンドルモータの縦断面図である。本発明にかかるステータコアの平面図である。本発明にかかる磁力線とマグネットの関係を示す図である。本発明にかかるスピンドルモータの変形例を示す図である。

符号の説明

１０情報記録再生装置
１１第１シャーシ
１２第２シャーシ
１３キャリッジ
１４対物レンズ
２０ステッピングモータ
３０ターンテーブル
４０第１マグネット
５０第２マグネット
６０ステータ
６８コイル
７０軸受
８０軸受固定部

Claims

複数のコイルが設けられたステータと、
前記ステータに対して回転自在に設けられたロータと、
前記ロータに取り付けられ、前記複数のコイルの一端と対向する第１マグネットと、
前記ロータに取り付けられ、前記複数のコイルの他端と対向する第２マグネットと、を備えたことを特徴とするモータ。
前記ステータに設けられた前記複数のコイルは、前記ステータの周方向に等間隔で配置されており、
前記第１マグネットは、前記ステータの外径側において前記複数のコイルと対向する環状部材であり、
前記第２マグネットは、前記ステータの内径側において前記複数のコイルと対向する環状部材であることを特徴とする請求項１記載のモータ。
前記第１マグネットと第２マグネットは、以下の関係を満たすように前記複数のコイルに対して配置されていることを特徴とする請求項１または２記載のモータ。

r₁：第１マグネット４０の外側半径
r₂：第１マグネット４０の内側半径
r₃：ステータコア６０（コア凸部６２）の外側半径
r₄：ステータコア６０（コア凸部６３）の内側半径
r₅：第２マグネット５０の外側半径
r₆：第２マグネット５０の内側半径
径の異なる環状マグネットが複数設けられたロータと、
前記複数の環状マグネットの間にそれぞれ配置された複数のコイルを備えたステータと、を備えたことを特徴とするモータ。
請求項１〜３の何れか１項に記載のモータを備えた光ディスク記録再生装置。
請求項１〜３の何れか１項に記載のモータを備えた情報記録再生装置。
径の異なる環状マグネットが複数設けられたロータと、
前記複数の環状マグネットの間にそれぞれ配置された複数のコイルを備えたステータと、を備えたことを特徴とする発電機。