JP2009207283A - 永久磁石モータ及びそれを用いた情報装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）等の情報装置に使用される永久磁石モータにおいて、着磁バラツキがある状態においてコギングトルクの低減する永久磁石モータを提供することを目的とする。
【解決手段】着磁バラツキである永久磁石１０のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の大きさに応じて、理想的ティースヘッド面１５ｇｈの永久磁石との対向する面に周方向端部になるほど半径方向厚みが厚くなるバラツキ緩和領域部Ｂを形成することにより、ティースの先端部におけるティースヘッド面の永久磁石１０と対向する、ティースヘッド面の周方向における中央隙間と両端隙間の比率を最適値に設定することにより、コギングトルクの基本成分と着磁バラツキにより発生する低周波成分をそれぞれバランスよく低減することができ、逆起電圧の低下を抑えてトータルのコギングトルクの大きさを低減することが可能となる。
【選択図】図５

Description

本発明は情報装置などに用いられる永久磁石モータに関するものであり、特に、コギングトルクを低減し、回転ムラ、振動、騒音の少ない永久磁石モータを提供するものである。

永久磁石モータでは、巻線を施すスロットが存在するためコギングトルクが発生し、振動や騒音の発生源となっている。例えば、永久磁石が装着されたロータと、複数のスロットを有するステータで構成されるモータにおいては、該ロータと該ステータとの相対回転時にロータの磁極から発生する磁束は、ロータの磁極がステータのスロット開口部を横切るたびに周期的に変化して、ロータとステータ間のギャップの磁束分布を変化させている。したがって、このコギングトルクの周期及び大きさは、ステータのスロット数とロータの磁極数に依存しており、回転角度に対する波形はスロット開口部やロータの磁極の形状や寸法によって大きく変化する。

このコギングトルク対策として、様々な方法が提案されており、例えば特許文献１に開示されているものとしては、ティースヘッドの永久磁石と対向する側の面の形状を、周方向の中央部については回転子の回転中心を中心とする円弧状に形成し、その周方向中央部から周方向の両端部に向かうに従って滑らかに永久磁石から遠ざかる形状とし、逆起電圧とコギングトルクの関係より、ティースヘッドと永久磁石との空隙長を、周方向の中央に対する両端の比率を最適化したものである。

また、特許文献２では永久磁石モータに用いられる永久磁石の、Ｎ 極とＳ 極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差、および、累積絶対誤差を小さくすることによりコギングトルクを低減することが開示されている。
特開２００５−３３９４１号公報 特開２００４−２８９９４０号公報

ところが、永久磁石モータにおいてコギングトルクを低減するため、ティースの先端部におけるティースヘッドの永久磁石と対向する側の面形状をティースヘッドと永久磁石との空隙長が、周方向の中央より両端を次第に大きくしていくと、コギングトルクの基本成分（１回転あたりティース数と永久磁石の極数の最小公倍数のトルク脈動）は小さくなっていくが、コギングトルクの基本成分が一定以下になると、永久磁石の着磁バラツキの影響により発生する低周波成分（１回転あたりティース数のトルク脈動）の影響が大きくなり、コギングトルクの波形に重畳し、コギングトルク低減の妨げとなっている。また、低周波成分の大きさは着磁バラツキによっても影響を受ける。

特許文献１では対向する永久磁石の着磁バラツキを考慮しない理想的な条件で、コギングトルクを低減できる最適なティースヘッド面形状の開示であり、一方、特許文献２では、コギングトルクを低減するために着磁バラツキである永久磁石の、Ｎ 極とＳ 極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差、および、累積絶対誤差を小さくすることは出来るが、着磁バラツキがあるときの最適なティースヘッド面形状を得ることはできない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータ製造過程において無くすことができない着磁バラツキがある状態においてコギングトルクを低減できる永久磁石モータを提供することにある。

本発明の永久磁石形モータは、ステータに対し相対的に回転するロータと、ロータに固定され、半径方向で複数極に着磁された円筒状の永久磁石と、ステータに固定され永久磁石との間で磁気回路を形成するステータコアと、ステータコアは永久磁石と半径方向に対向する複数の理想的ティースヘッド面を有し、理想的ティースヘッド面の周方向端部の永久磁石との半径方向隙間Ｇ２と、理想的ティースヘッド面の周方向中央部の永久磁石との半径方向隙間Ｇ１との比Ｇ２／Ｇ１は２．５であり、ティースヘッド面には永久磁石の着磁バラツキに応じ、理想的ティースヘッド面の周方向端部になるほど半径方向厚みが厚くなるバラツキ緩和領域部を形成している。

本発明の永久磁石モータによれば、着磁バラツキである永久磁石のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の大きさに応じて、理想的ティースヘッド面の永久磁石との対向する面に周方向端部になるほど半径方向厚みが厚くなるバラツキ緩和領域部を形成することにより、ティースの先端部におけるティースヘッド面の永久磁石と対向する、ティースヘッド面の周方向における中央隙間と両端隙間の比率を最適値に設定することにより、コギングトルクの基本成分と着磁バラツキにより発生する低周波成分をそれぞれバランスよく低減することができ、逆起電圧の低下を抑えてトータルのコギングトルクの大きさを低減することが可能となる。

以下に、本発明に係る永久磁石モータと、それを用いた情報装置の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における永久磁石モータ１が搭載されたＨＤＤ（情報装置）２を示すものである。

［ＨＤＤ２全体の構成］
本実施形態に係るＨＤＤ２は、図１に示すように、複数の記録再生ヘッド３ａを含むヘッド部３と、永久磁石モータ１とを内部に搭載している。そして、それぞれの記録再生ヘッド３ａによってディスク（記録媒体）４に対する情報の書き込み、あるいは既に書き込まれた情報の再生を行う。

ヘッド部３は、複数の記録再生ヘッド３ａを搭載しており、ディスク４の表裏面に近接するように配置される。

ディスク４は、ＨＤＤ２に取り付けられる直径が、例えば、０．８５インチ、１．０インチ、１．８インチ、２．５インチ、または３．５インチ等の円板状の記録媒体であり、本実施形態においてはディスク４の直径が２．５インチとして具体的説明を行う。

ベース５は、例えば、アルミ系合金の鋳造品を加工して形成されており、表裏面は電着塗装を施して形成されて、永久磁石モータ１の静止側の部分を構成するとともに、ＨＤＤ２の密閉筐体の一部を構成している。

さらに、ベース５は、その中心部分付近に、軸受部６のスリーブ７を接着固定している。

また、軸受部６の回転側には筒状部付き部材であるロータハブ８が取付けられている。

ロータハブ８は、磁性を有するフェライト系ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４３０）によって略逆カップ状に形成されている。そして、軸受部６のシャフト９に接着や圧入などによって固定されてシャフト９と一体となって回転する。

また、ロータハブ８は、シャフト９に嵌合される中央孔８ａと、永久磁石１０が取り付けられる円筒状垂下壁である永久磁石保持部８ｂと、円板状のディスク４が載置される円形段状のディスク載置面８ｃとを有しており、ディスク４が挿入される円筒状垂下壁外径はおよそΦ２０ｍｍ前後である。

例えば、複数のディスク４とスペーサ１１は、略円盤状のディスククランプ１２とディスク載置面８ｃの間に挟まれている。そして、ディスククランプ１２の中央部に設けたネジ止め用孔を介してネジ１３をシャフト９に設けたネジ部９ｂに締め付けることでディスク４をクランプ１２によって押圧固定している。なお、ディスククランプ１２の固定面１２ａがシャフト９の位置規制面９ｃと当接した状態で、ディスク４に対して所定の押圧力が加わるようにしている。

そして、ベース５の表面上には、永久磁石保持部８ｂに固定された永久磁石１０と軸線方向に対向して、永久磁石１０を吸引する薄板リング状の磁性板１４が取り付けられている。

また、永久磁石モータ１は、ディスク４を回転駆動するための回転駆動源となる装置であって、永久磁石１０、ステータコア１５、ステータコイル１６および軸受部６等を備えている。

軸受部６は、例えば、流体軸受装置よりなり、永久磁石モータ１における中央部付近に配置されて、流体を介してシャフト９を回転可能にスリーブ７で保持している。

［永久磁石モータ１を構成する各部材の説明］
永久磁石１０は、例えば、外径がΦ１８．０〜１９．０ｍｍ、内径がΦ１６．５〜１７．５ｍｍ、高さが３．０〜５．０ｍｍで、隣接する磁極がＮ極、Ｓ極と交互に配置された、円環状の部材であって、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系樹脂永久磁石等によって形成されている。

そして、永久磁石１０は、ステータコア１５と径方向に一定の隙間を介して、ロータハブ８の永久磁石保持部８ｂに対して装着され、例えば、接着などによって固着されている。

ステータコア１５は、円周方向に沿ってほぼ等角度間隔で配置された複数の突極部を有しており、この突極部に対してそれぞれステータコイル１６が巻回される。

そして、ステータコア１５は、ステータコイル１６に電流を流すことで発生する磁場によって、永久磁石１０に対して、回転力を付与する。

図２は永久磁石１０とステータコア１５の平面断面図である。ステータコア１５は、例えば、０．１５〜０．３５ｍｍ厚のケイ素鋼板を打ち抜いたリング状のものを多数枚積層して構成されたもので総厚さ１．８〜２．８ｍｍであり、これの中央部にはベース５（図示せず）に装着するための円形の孔１５ａが形成され、外周部には、例えば、９個のティース１５ｂが周方向に設けられており、隣り合うティース１５ｂの先端部におけるティースヘッド面１５ｃの間隙幅は０．５ｍｍから１．５ｍｍである。

ティース１５ｂには、それぞれステータコイル１６（図示せず）が巻装されており、ティース１５ｂの先端部におけるティースヘッド面１５ｃは、ステータコイル１６から径方向外側へ突出している。そして、ステータコア１５と各ステータコイル１６により、固定子が構成されている。

これに対して、回転子は、図１に示すように、軸受６に回転自在に支承されたシャフト９と、このシャフト９の上端部に固着されたロータハブ８と、このロータハブ８の永久磁石保持部８ｂの内周面に設けられた円筒状をなす永久磁石１０とから構成されていて、この永久磁石１０の内周面は周方向にN極とＳ極が交互に切り替わるように、例えば、１２極に着磁されており、この永久磁石１０が、図２に示す、ステータコア１５ におけるティース１５ｂのティースヘッド面１５ｃに対してエアギャップ（空隙）を介して径方向から対向するように配置されている。

次に、図３は永久磁石１０を着磁するための着磁装置の断面図であり着磁ヨーク１７は、半径方向外方側に向かって放射状に突出するように設けられた複数個の各突極部に着磁コイル１８がそれぞれ巻回されており、着磁ヨーク１７の外周に当接するように永久磁石１０が配置され、更に永久磁石１０の外側には磁性材料からなる着磁リング１９が配置されており、この着磁リング１９を配置することにより、永久磁石１０を強く着磁することができるが、着磁リング１９を用いない場合もある。着磁コイル１８に接続されている着磁電源（図示せず）からの大電流が通電されることにより、着磁コイル１８の周りに磁界が発生し、永久磁石１０の着磁ヨーク１７の突極部と当接する部分に磁極が現れ永久磁石１０は周方向にＮ極とＳ極に交互に着磁される。ここで、着磁バラツキが発生する原因としては、大きく分けて着磁ヨーク１７の製作バラツキと着磁工程でのバラツキが考えられ、前者は着磁ヨーク１７の寸法精度や着磁コイル１８の位置精度などが影響する。例えば、着磁ヨーク１７の複数の突極部間の角度誤差が着磁ヨーク１７の製作時にでたり、また、通常手作業で行われる着磁コイル１８の巻線作業時にコイル位置精度にバラツキを持ったりすることが考えられる。一方、後者は着磁ヨーク１７と永久磁石１０間に挿入のための隙間を持たせているため、着磁ヨーク１７と永久磁石１０の同軸度ズレなどが影響する。

ここで、図４を参照して本明細書で定義する永久磁石１０のＮ極とＳ極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差について説明する。例えば、任意の表面磁束密度の切り替わり位置を基準位置（ａ０位置）として、測定される永久磁石１０の表面磁束密度の次の切り替わり位置（ａ１位置）とのなす角度（φ１） と、対応する理想的表面磁束の切り替わり位置とのなす角度３６０°／Ｎ（Ｎは永久磁石１０の磁極数）との差（ｄ１）で表される。同様に、ｄ２（図示せず）は、切り替わり位置（ａ１位置）から次の切り替わり位置（ａ２位置） までの角度（φ２）と３６０°／Ｎとの差で定義される。以下同様にして、ｄＮ＝φＮ−３６０°／Ｎ とされる。

具体的には、サンプルの表面にガウスメータのプローブ部（ホール素子）を接触させた状態で、サンプルを回転軸中心に回転させ、得られた測定結果を回転角度に対して記録する。測定結果から表面磁束が零となる回転角度を判定し、それを基準位置として、その角度と次の切り替わり角度との差を計算して得ることができる。

また、図２に示すように、ティース１５ｂのティースヘッド面１５ｃにおける永久磁石１０と対向する側の面の形状は、中央部１５ｄが、回転子の回転中心Ｏ１を中心とする半径がｒ１の円弧状に形成されており、半径ｒ１は永久磁石１０と中央部１５ｄが半径方向隙間０．２〜０．３５ｍｍの隙間を有するようにしており、ステータコア１５の外径はΦ１６．２〜１７．３ｍｍである。従って、図５に示す、ティースヘッド面１５ｃの中央部１５ｄと永久磁石１０との間のエアギャップ長Ｇ１は、周方向においてそれぞれのティースヘッド面で同じである。

そして、ティースヘッド面１５ｃには中央部１５ｄで厚さ０、両端部で厚さＴ２となるように端部に行くほど半径方向厚さが次第に厚くなる磁性材料からなるバラツキ緩和領域部Ｂが形成されており、バラツキ緩和領域Ｂは、ステータコア１５と一体または別部材からなり、バラツキ緩和領域部Ｂの永久磁石１０と対向する面の反対面側の左端部１５ｇおよび右端部１５ｈと永久磁石１０までの距離はＧ０となる。ここで、左端部１５ｇから右端部１５ｈにつながるティースヘッド面は理想的ティースヘッド面１５ｇｈであり、ギャップ長Ｇ１と距離Ｇ０の比は２．５になるように設定されている。

また、バラツキ緩和領域部Ｂの永久磁石１０側の面の中央部１５ｄの両側に連なる端部１５ｅ、１５ｆにおける面の形状は、中央部１５ｄを成す円弧の端点に対して永久磁石１０との隙間が両端部１５ｅ、１５ｆの夫々の端に向かうに従って次第に大きくなるように形成している。尚、本実施例では図５に示すように直線としているがこれに限定されるものではなく永久磁石の隙間が大きくなる曲線であってもよい。

図６及び図７は永久磁石１０の極数を１２極、ステータコア１５のティース１５ｂの数を９とした永久磁石モータをモータ無通電時外部から回転させたときに発生するコギングトルクの実測値を示している。図６はコギングトルクの基本成分の波形（回転あたりティース１５ｂの数と永久磁石１０の極数の最小公倍数のトルク脈動であり、本実施の形態のモータの場合は１回転に３６回のトルク脈動）が見られるのに対し、図７は基本成分に低周波成分の波形（１回転あたりティース数のトルク脈動であり、１回転に９回のトルク脈動）が重畳している。ステータコア形状の最適化により、コギングトルクの低減を進めていくと最初は図６のような波形で徐々にコギングトルクが小さくなっていくが、途中から次第に図７で示すようなコギングトルク波形が現れる比率が大きくなり、コギングトルク低減の妨げとなっている。

ここで、図６と図７で示すコギングトルク波形は永久磁石単体を入れ替えた実験で永久磁石側についてきていることが解っており、永久磁石の不均一な着磁である着磁バラツキが原因の一つであると考えられる。

そこで、従来のコギングトルクの基本成分を対象としたステータコア形状の最適化対策では着磁バラツキにより発生する低周波成分（９次成分）を含めたコギングトルクの低減はできない。

図８には図９に示すティースヘッド面形状において、着磁バラツキである永久磁石１０のＮ極とＳ極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が０．７度、０．５度および０．２度になるように永久磁石１０の１２極それぞれに着磁バラツキを与え、エアギャップ長Ｇ１，Ｇ２の比ξを変えたときに発生するそれぞれのコギングトルク解析を行い、各コギングトルク波形の解析結果を周波数分析して基本成分である３６次と低周波成分である９次の変化を示している。ここで、コギングトルクの３６次成分は着磁バラツキの影響はなく、エアギャップ長の比ξを大きくしていくほどつまり、ティースヘッド端部ギャップであるＧ２を大きくしていくほど小さくなり、エアギャップ長の比ξ＝２．５付近でサチレーションしている。これは、ティースヘッド端部ギャップＧ２を大きくすることにより、回転側である永久磁石の極が回転してティースヘッド端部に来たとき、磁束の変化が滑らかになるためであると考えられる。一方、９次成分については着磁バラツキである永久磁石１０のＮ極とＳ極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差が大きいほど大きく、また、同じ着磁バラツキにおいてはエアギャップ長の比ξを大きくしていくほど、３６次とは逆に大きくなっている。この現象の原因は明確にはなっていないが、エアギャップ長の比ξを小さくする、すなわち、同心円形状に近いときは永久磁石１０のＮ極およびＳ極が着磁バラツキによりずれたときでも変化量が小さいが、逆にエアギャップ長の比ξを大きくする、すなわち、ティースヘッド端部ギャップＧ２を大きくしていくと、永久磁石１０のＮ極およびＳ極が着磁バラツキによりずれたときに、それぞれの極の位置でギャップが異なるため、バラツキによるトルク変化が発生しやすいためであると推測する。

従って、モータ製作過程でどうしても発生する着磁バラツキがある状態で基本成分３６次と低周波成分９次を含めた状態でのコギングトルク低減するためには、着磁バラツキが無いときのコギングトルクが一番小さくなるエアギャップ長Ｇ１，Ｇ２の比ξから、着磁バラツキの大きさに応じて、ティースヘッドの永久磁石との対向面にバラツキ緩和領域を設けることにより可能であると考えられる。

図１０はＮ極とＳ極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が０．７度のときのコギングトルクの３６次成分と９次成分および実際のコギングトルクの振幅である３６次と９次の和をエアギャップ長の比ξを変えたときの変化を示しており、着磁バラツキが無い場合には９次成分は発生しないので、エアギャップ長の比ξ＝２．５のときに一番コギングトルクは小さくなり理想的ティースヘッド面１５ｇｈとなるが、着磁バラツキがある場合はエアギャップ長の比ξに略比例して９次成分が大きくなってしまい、３６次と９次の和はエアギャップ長の比ξ＝１．５のときに一番小さくなっている。したがって、この場合、着磁バラツキとしてN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が０．７度においては、エアギャップ長の比ξ＝１．０分をバラツキ緩和領域として、着磁バラツキなしに対し持つことにより、コギングトルクを効果的に低減することができる。

また、図１１はＮ極とＳ極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が０．５度のときのコギングトルクの３６次成分と９次成分および実際のコギングトルクの振幅である３６次と９次の和をエアギャップ長の比ξを変えたときの変化を示しており、着磁バラツキが無い場合には９次成分は発生しないので、エアギャップ長の比ξ＝２．５のときに一番コギングトルクは小さくなり理想的ティースヘッド面１５ｇｈとなるが、着磁バラツキがある場合はエアギャップ長の比ξに略比例して９次成分が大きくなってしまい、３６次と９次の和はエアギャップ長の比ξ＝２．０のときに一番小さくなっている。したがって、この場合、着磁バラツキとしてN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が０．５度においては、エアギャップ長の比ξ＝０．５分をバラツキ緩和領域として、着磁バラツキなしに対し持つことにより、コギングトルクを効果的に低減することができる。

なお、図１２に示すようにＮ極とＳ極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が０．２度のように小さくになると、エアギャップ長の比ξ＝２．５のとき、コギングトルクは一番小さくなり、理想的ティースヘッド面１５ｇｈとほぼ同じ状態となる。

以上のように本実施例によれば、着磁バラツキである永久磁石１０のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が略０．７度である場合、ステータコア１５を構成するティースヘッド面１５ｃの永久磁石１０と対向する側の面形状を、周方向の中央部１５ｄが回転子の回転中心を中心とする円弧状で且つ永久磁石１０との隙間が両端部１５ｅ、１５ｆの夫々の端に向かうに従って次第に大きくなるように形成し、前記ティースヘッド面にはティースヘッド面の周方向端部になるほど半径方向厚みが厚くなるバラツキ緩和領域部Ｂを形成し、ティースヘッド面の周方向の中央部は前記永久磁石との半径方向隙間Ｇ１を有し、ティースヘッド面に形成されたバラツキ緩和領域の周方向端部は半径方向厚みT２を有し、前記厚みＴ２を前記隙間Ｇ１と同じになるように設定した。

また、着磁バラツキである永久磁石１０のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が略０．５度である場合、ステータコア１５を構成するティースヘッド面１５ｃの永久磁石１０と対向する側の面形状を、周方向の中央部１５ｄが回転子の回転中心を中心とする円弧状で且つ永久磁石１０との隙間が両端部１５ｅ、１５ｆの夫々の端に向かうに従って次第に大きくなるように形成し、前記ティースヘッド面にはティースヘッド面の周方向端部になるほど半径方向厚みが厚くなるバラツキ緩和領域部Ｂを形成し、ティースヘッド面の周方向の中央部は前記永久磁石との半径方向隙間Ｇ１を有し、ティースヘッド面に形成されたバラツキ緩和領域の周方向端部は半径方向厚みT２を有し、前記厚みＴ２を前記隙間Ｇ１の０．５倍の厚さになるように設定した。

従って、規定の着磁バラツキがある状態でも永久磁石モータ１の回転時に発生するコギングトルク， トルクリップルを極力小さくすることができ、モータの効率低下を極力防止した上で、振動や騒音の発生を抑制することが可能となる。

（実施の形態２）
図９をもちいて本発明の第２実施例について説明を行うが、本実施例におけるモータの基本的な構成は上記した第１実施例とほぼ同じであるため、主として第１実施例と相違する点について説明する。

第２実施例においては永久磁石１０のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が０．６度以上である。

この場合、ティースヘッド面１５ｃにおける永久磁石１０と対向する側の面形状は、中央部１５ｄから両端部１５ｅ、１５ｆ に夫々向かうに従って滑らかに永久磁石１０から遠ざかる形状となっており、ティースヘッド面１５ｃと永久磁石１０との間のエアギャップ長は、両端部１５ｅ、１５ｆの夫々の端に向かうに従って次第に大きくなる。そして、左端部１５ｅと右端部１５ｆでは永久磁石１０に対する最大のエアギャップ長Ｇ２となる。ここで、エアギャップ長Ｇ１，Ｇ２の比ξは１．５となるように設定している。

図１３から図１６にはエアギャップ長Ｇ１，Ｇ２の比ξ＝１．０、ξ＝１．５、ξ＝２．０およびξ＝２．５のとき、永久磁石１０のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差が０．７度になるように永久磁石１０の１２極それぞれに複数パターンの着磁バラツキを与えた状態でそれぞれコギングトルク解析を行い、各コギングトルク波形の解析結果を周波数分析して基本成分である３６次と低周波成分である９次の分布を示している。エアギャップ長Ｇ１，Ｇ２の比ξを大きくし、ティースヘッド面１５ｃの両端部１５ｅ、１５ｆが永久磁石１０から離れていくほど発生する基本成分である３６次が小さくなっているが、逆に、低周波成分である９次は平均値およびバラツキともに大きくなっていることが解る。

低周波数成分を含めたコギングトルクを小さくするためには、エアギャップ長Ｇ１，Ｇ２の比の設定において基本成分である３６次及び低周波成分である９次の合計で小さくなるところを求める必要がある。そこで、エアギャップ長Ｇ１，Ｇ２の比ξ=１．０、ξ＝１．５、ξ＝２．０およびξ＝２．５において、永久磁石１０のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が０．７度になるように永久磁石１０の１２極それぞれに複数パターンの着磁バラツキを与えた状態でそれぞれコギングトルク解析を行い、低周波成分を含めたコギングトルクの平均値及び最小・最大値を図１７に示す。

その結果、エアギャップ長Ｇ１，Ｇ２の比ξが１．５近傍となる場合に、コギングトルクが最小値を示すことが判った。

以上のように本実施例によれば、着磁バラツキである永久磁石１０のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が略０．７度である場合、ステータコア１５を構成するティースヘッド面１５ｃの永久磁石１０と対向する側の面形状を、周方向の中央部１５ｄが回転子の回転中心を中心とする円弧状で且つ永久磁石１０との隙間が両端部１５ｅ、１５ｆの夫々の端に向かうに従って次第に大きくなるように形成し、ティースヘッド面１５ｃと永久磁石１０とのエアギャップ長を、周方向の中央Ｇ１に対する両端Ｇ２の比率が１．５近傍となるように設定した。従って、規定の着磁バラツキがある状態でも永久磁石モータ１の回転時に発生するコギングトルク， トルクリップルを極力小さくすることができ、モータの効率低下を極力防止した上で、振動や騒音の発生を抑制することが可能となる。

そして、ティースヘッド面１５ｃの両端部１５ｅ、１５ｆを、中央部１５ｄに連なる接平面を成すように形成することで、中央部１５ｄから両端部１５ｅ、１５ｆにかけての空隙長の変化がより緩やかになり、空隙長を調整するのにより有利となる。

（ 第３実施例）
図１８をもちいて本発明の第３実施例について説明を行うが、本実施例におけるモータの基本的な構成は上記した第１実施例とほぼ同じであるため、主として第２実施例と相違する点について説明する。

第３実施例においては永久磁石１０のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が０．２度である。本実施例においては着磁バラツキが小さいため、着磁バラツキにより発生する低周波成分である９次の影響が小さいため、図１８に示すようにエアギャップ長Ｇ１，Ｇ２の比ξを大きくし、ティースヘッド面１５ｃの両端部１５ｅ、１５ｆが永久磁石１０から離れていくほど発生するコギングトルクを小さくすることができている。

その結果、比Ｇ２／Ｇ１が２．５近傍となる場合に、コギングトルクは最小値を示すことが判った。

以上のように本実施例によれば、着磁バラツキである永久磁石のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が略０．２度である場合、ステータコア２を構成するティースヘッド面１５ｃの永久磁石１０と対向する側の面形状を、周方向の中央部１５ｄが回転子の回転中心を中心とする円弧状で且つ永久磁石１０との隙間が両端部１５ｅ、１５ｆの夫々の端に向かうに従って次第に大きくなるように形成し、ティースヘッド面１５ｃと永久磁石１０とのエアギャップ長を、周方向の中央Ｇ１に対する両端Ｇ２の比率が２．５近傍となるように設定した。従って、規定の着磁バラツキがある状態でも永久磁石モータ１の回転時に発生するコギングトルク， トルクリップルを極力小さくすることができ、モータの効率低下を極力防止した上で、振動や騒音の発生を抑制することが可能となる。
（ 第４実施例）
図１９をもちいて本発明の第４実施例について説明を行うが、本実施例におけるモータの基本的な構成は上記した第２実施例および第３実施例とほぼ同じであるため、主として第２実施例および第３実施例と相違する点について説明する。

第４実施例においては永久磁石１０のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が0.５度である。本実施例においては図１１に示すようにエアギャップ長Ｇ１，Ｇ２の比ξを大きくし、ティースヘッド面１５ｃの両端部１５ｅ、１５ｆが永久磁石１０から離れていくほど発生するコギングトルクを小さくすることができている。

その結果、比Ｇ２／Ｇ１が２．０近傍となる場合に、コギングトルクは最小値を示すことが判った。

以上のように本実施例によれば、着磁バラツキである永久磁石のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が略０．５度である場合、ステータコア１５を構成するティースヘッド面１５ｃの永久磁石１０と対向する側の面形状を、周方向の中央部１５ｄが回転子の回転中心を中心とする円弧状で且つ永久磁石１０との隙間が両端部１５ｅ、１５ｆの夫々の端に向かうに従って次第に大きくなるように形成し、ティースヘッド面１５ｃと永久磁石１０とのエアギャップ長を、周方向の中央Ｇ１に対する両端Ｇ２の比率が２．０近傍となるように設定した。従って、規定の着磁バラツキがある状態でも永久磁石モータ１の回転時に発生するコギングトルク， トルクリップルを極力小さくすることができ、モータの効率低下を極力防止した上で、振動や騒音の発生を抑制することが可能となる。

なお、本実施例では永久磁石１０の極数を１２極、ティースの数を９としたが、これに限定するものではない。例えば、永久磁石の極数を８極としティース数を１２としても、永久磁石の極数を６極としてティースの数を９としても良い。

本発明に係る永久磁石モータと、それを用いた情報装置は、コギングやトルクリップルを小さく出来、振動や騒音を低減できるので、ハードディスクドライブ装置等に代表される情報装置に有用である。

本発明の実施の形態１におけるスピンドルモータの断面図 本発明の実施の形態１におけるステータコアと永久磁石の断面図 本発明の実施の形態１における着磁装置断面図 本発明の実施の形態１におけるＮ極とＳ極の切り替わり位置の誤差を説明する図 本発明の実施の形態１におけるティースヘッドと永久磁石との部分拡大図 本発明の実施の形態１における基本成分が現れている永久磁石モータのコギングトルク測定波形図 本発明の実施の形態１における基本成分に低周波成分の重畳が現れている永久磁石モータのコギングトルク測定波形図 本発明の実施の形態１における各永久磁石のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差とエアギャップ長比Ｇ ２ ／ Ｇ １におけるコギングトルクの３６次と９次成分の大きさの変化を説明する図 本発明の実施の形態２におけるティースヘッドと永久磁石との部分拡大図 本発明の実施の形態１における永久磁石のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が略０．７度である場合のエアギャップ長比Ｇ ２ ／ Ｇ １を変えたときのコギングトルクの９次、３６次および和の大きさよりバラツキ緩和領域部を説明する図 本発明の実施の形態１における永久磁石のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が略０．５度である場合のエアギャップ長比Ｇ ２ ／ Ｇ １を変えたときのコギングトルクの９次、３６次および和の大きさよりバラツキ緩和領域部を説明する図 本発明の実施の形態１における永久磁石のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値が略０．２度である場合のエアギャップ長比Ｇ ２ ／ Ｇ １を変えたときのコギングトルクの９次、３６次および和の大きさよりバラツキ緩和領域部を説明する図 本発明の実施の形態２におけるエアギャップ長比Ｇ ２ ／ Ｇ １を１．０にしたときのコギングトルク各成分の大きさを説明する図 本発明の実施の形態２におけるエアギャップ長比Ｇ ２ ／ Ｇ １を１．５にしたときのコギングトルク各成分の大きさを説明する図 本発明の実施の形態２におけるエアギャップ長比Ｇ ２ ／ Ｇ １を２．０にしたときのコギングトルク各成分の大きさを説明する図 本発明の実施の形態２におけるエアギャップ長比Ｇ ２ ／ Ｇ １を２．５にしたときのコギングトルク各成分の大きさを説明する図 本発明の実施の形態２におけるエアギャップ長比Ｇ ２ ／ Ｇ １ と、永久磁石モータの回転時に発生するコギングトルクの大きさを示す図第２の実施例におけるエアギャップ長比Ｇ ２ ／ Ｇ １ と、永久磁石モータの回転時に発生するコギングトルクの大きさを示す図 第３の実施例におけるエアギャップ長比Ｇ ２ ／ Ｇ １ と、永久磁石モータの回転時に発生するコギングトルクの大きさを示す図 第４の実施例におけるエアギャップ長比Ｇ ２ ／ Ｇ １ と、永久磁石モータの回転時に発生するコギングトルクの大きさを示す図

符号の説明

１ 永久磁石モータ
１０ 永久磁石
１５ ステータコア
１５ｂ ティース
１５ｃ ティースヘッド
１５ｄ 中央部
１５ｅ、１５ｆ 端部
１５ｇｆ 理想的ティースヘッド面
Ｂ バラツキ緩和領域部
Ｇ１、Ｇ２ エアーギャップ長

Claims (9)

1. ステータに対し相対的に回転するロータと、
   前記ロータに固定され、半径方向で複数極に着磁された円筒状の永久磁石と、
   前記ステータに固定され前記永久磁石との間で磁気回路を形成するステータコアと、
   前記ステータコアは前記永久磁石と半径方向に対向する複数の理想的ティースヘッド面を有し、
   前記理想的ティースヘッド面の周方向端部の前記永久磁石との半径方向隙間Ｇ２と、前記理想的ティースヘッド面の周方向中央部の前記永久磁石との半径方向隙間Ｇ１との比Ｇ２／Ｇ１は２．５であり、
   ティースヘッド面には前記永久磁石の着磁バラツキに応じ、前記理想的ティースヘッド面の周方向端部になるほど半径方向厚みが厚くなるバラツキ緩和領域部を形成した永久磁石モータ。
2. 前記ティースヘッド面に形成されたバラツキ緩和領域の周方向端部は半径方向厚みT２を有し、
   前記厚みＴ２が前記隙間Ｇ１以下である、請求項１記載の永久磁石モータ。
3. 永久磁石のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値は０．６度以上であり、
   前記厚みＴ２が前記隙間Ｇ１の０．５〜１．０倍である、請求項１および２記載の永久磁石モータ。
4. 永久磁石のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値は０．４〜０．６度であり、
   前記厚みＴ２が前記隙間Ｇ１の０．５倍以下である、請求項１および２記載の永久磁石モータ。
5. ステータに対し相対的に回転するロータと、
   前記ロータに固定され、半径方向で複数極に着磁された円筒状の永久磁石と、
   前記ステータに固定され前記永久磁石との間で磁気回路を形成するステータコアと、
   前記ステータコアは前記永久磁石と半径方向に対向する複数のティースヘッド面を有し、
   前記ティースヘッド面の周方向の中央部は前記永久磁石との半径方向隙間Ｇ１を有し、
   前記ティースヘッド面の周方向の端部は前記永久磁石との半径方向隙間Ｇ２を有し、
   前記永久磁石のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値は０．６度以上であり、
   前記隙間Ｇ２と前記隙間Ｇ１の比率Ｇ２／Ｇ１は１．２５〜１．７５である永久磁石モータ。
6. ステータに対し相対的に回転するロータと、
   前記ロータに固定され、半径方向で複数極に着磁された円筒状の永久磁石と、
   前記ステータに固定され前記永久磁石との間で磁気回路を形成するステータコアと、
   前記ステータコアは前記永久磁石と半径方向に対向する複数のティースヘッド面を有し、
   前記ティースヘッド面の周方向の中央部は前記永久磁石との半径方向隙間Ｇ１を有し、
   前記ティースヘッド面の周方向の端部は前記永久磁石との半径方向隙間Ｇ２を有し、
   前記永久磁石のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値は０．４度以下であり、
   前記隙間Ｇ２と前記隙間Ｇ１の比率Ｇ２/Ｇ１は２．２５〜２．７５である永久磁石モータ。
7. ステータに対し相対的に回転するロータと、
   前記ロータに固定され、半径方向で複数極に着磁された円筒状の永久磁石と、
   前記ステータに固定され前記永久磁石との間で磁気回路を形成するステータコアと、
   前記ステータコアは前記永久磁石と半径方向に対向する複数のティースヘッド面を有し、
   前記ティースヘッド面の周方向の中央部は前記永久磁石との半径方向隙間Ｇ１を有し、
   前記ティースヘッド面の周方向の端部は前記永久磁石との半径方向隙間Ｇ２を有し、
   前記永久磁石のN極とS極の切り替わり位置の設定角度位置からの誤差の最大値は０．４〜０．６度であり、
   前記隙間Ｇ２と前記隙間Ｇ１の比率Ｇ２/Ｇ１は１．７５〜２．２５である永久磁石モータ。
8. 前記永久磁石の極数は１２極であり、
   前記ステータコアのティース数は９である請求項１から７記載の永久磁石モータ。
9. 請求項８に記載の永久磁石モータを備える情報装置。
   
   

Images