JP2782044B2 - スピンドルモータ - Google Patents
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- JP2782044B2 JP2782044B2 JP6335815A JP33581594A JP2782044B2 JP 2782044 B2 JP2782044 B2 JP 2782044B2 JP 6335815 A JP6335815 A JP 6335815A JP 33581594 A JP33581594 A JP 33581594A JP 2782044 B2 JP2782044 B2 JP 2782044B2
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- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
- H02K1/16—Stator cores with slots for windings
- H02K1/165—Shape, form or location of the slots
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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- H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
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- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
- H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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- Power Engineering (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Windings For Motors And Generators (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スピンドルモータに係
り、例えば、１万ｒｐｍ以上の回転を行う高速型のスピ
ンドルモータに関する。
り、例えば、１万ｒｐｍ以上の回転を行う高速型のスピ
ンドルモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、１万ｒｐｍ以上の高速回転を行う
スピンドルモータの開発が盛んに行われている。高速の
スピンドルモータとしては、磁気的ポテンシャルが高い
ため、例えば、ＤＣブラシレスモータ等のように回転子
に永久磁石を備えたタイプのものが使用される。永久磁
石を備えたモータでは、回転子の回転速度の上昇と共に
永久磁石による誘起電圧が上昇するため、一般に固定子
におけるコイルの巻数を少なくして、誘起電圧定数を小
さくすることで、高速回転化を図っている。但し、巻数
を減らすことによる高速回転化には限界があるため、従
来では、固定子と回転子との間の空隙を広げて、この空
隙における磁束密度を下げることで、より高い回転数を
得るようにしていた。
スピンドルモータの開発が盛んに行われている。高速の
スピンドルモータとしては、磁気的ポテンシャルが高い
ため、例えば、ＤＣブラシレスモータ等のように回転子
に永久磁石を備えたタイプのものが使用される。永久磁
石を備えたモータでは、回転子の回転速度の上昇と共に
永久磁石による誘起電圧が上昇するため、一般に固定子
におけるコイルの巻数を少なくして、誘起電圧定数を小
さくすることで、高速回転化を図っている。但し、巻数
を減らすことによる高速回転化には限界があるため、従
来では、固定子と回転子との間の空隙を広げて、この空
隙における磁束密度を下げることで、より高い回転数を
得るようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、固定子と回転
子との間の空隙を広げると、この空隙を介して行われる
磁気的な相互作用が弱くなるため、発生するトルクが減
少していた。すなわち、従来では、高速回転化と高トル
ク化を共に向上させることができなかった。従って、回
転の立上りが悪く、定格回転数になるまで時間がかかっ
ていた。また、磁気的損失が大きいため、駆動効率が悪
かった。一方、回転子に永久磁石を有さないタイプのモ
ータ、例えば、インダクションモータやリラクタンスモ
ータ等でも高速回転化は可能であるが、永久磁石を持た
ない分始動時の高トルク化が難しく、同様に高トルク化
と高速回転化を両立させることができなかった。
子との間の空隙を広げると、この空隙を介して行われる
磁気的な相互作用が弱くなるため、発生するトルクが減
少していた。すなわち、従来では、高速回転化と高トル
ク化を共に向上させることができなかった。従って、回
転の立上りが悪く、定格回転数になるまで時間がかかっ
ていた。また、磁気的損失が大きいため、駆動効率が悪
かった。一方、回転子に永久磁石を有さないタイプのモ
ータ、例えば、インダクションモータやリラクタンスモ
ータ等でも高速回転化は可能であるが、永久磁石を持た
ない分始動時の高トルク化が難しく、同様に高トルク化
と高速回転化を両立させることができなかった。
【０００４】そこで、本発明は、高トルクで高速回転を
行うことができるスピンドルモータを提供することを目
的とする。
行うことができるスピンドルモータを提供することを目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、永久磁石が取り付けられた回転子と、この回転子の
外周部に配設された固定子鉄芯と、この固定子鉄芯のリ
ターンヨーク部より径方向の幅が小さいスロットと、こ
のスロットに導線が収容された低巻数のコイルとをスピ
ンドルモータに具備させて前記目的を達成する。請求項
２記載の発明では、請求項１記載のスピンドルモータに
おいて、前記導線の線径が、前記回転子の外径の１／２
０以上であることで前記目的を達成する。請求項３記載
の発明では、請求項１記載のスピンドルモータにおい
て、前記コイルの巻数が、２ターン以下であることで前
記目的を達成する。
は、永久磁石が取り付けられた回転子と、この回転子の
外周部に配設された固定子鉄芯と、この固定子鉄芯のリ
ターンヨーク部より径方向の幅が小さいスロットと、こ
のスロットに導線が収容された低巻数のコイルとをスピ
ンドルモータに具備させて前記目的を達成する。請求項
２記載の発明では、請求項１記載のスピンドルモータに
おいて、前記導線の線径が、前記回転子の外径の１／２
０以上であることで前記目的を達成する。請求項３記載
の発明では、請求項１記載のスピンドルモータにおい
て、前記コイルの巻数が、２ターン以下であることで前
記目的を達成する。
【０００６】請求項４記載の発明では、請求項１記載の
スピンドルモータにおいて、前記スロットが、前記永久
磁石の１つの磁極に対して多スロット構造を有すること
で前記目的を達成する。請求項５記載の発明では、請求
項１記載のスピンドルモータにおいて、前記永久磁石
が、２つの磁極を有することで前記目的を達成する。請
求項６記載の発明では、請求項１記載のスピンドルモー
タにおいて、前記スロットが、前記回転子側で非解放に
形成された閉スロット構造を有することで前記目的を達
成する。請求項７記載の発明では、請求項１記載のスピ
ンドルモータにおいて、前記コイルにおける導線の断面
形状及び寸法が、前記スロットの形状及び寸法とほぼ一
致していることで前記目的を達成する。
スピンドルモータにおいて、前記スロットが、前記永久
磁石の１つの磁極に対して多スロット構造を有すること
で前記目的を達成する。請求項５記載の発明では、請求
項１記載のスピンドルモータにおいて、前記永久磁石
が、２つの磁極を有することで前記目的を達成する。請
求項６記載の発明では、請求項１記載のスピンドルモー
タにおいて、前記スロットが、前記回転子側で非解放に
形成された閉スロット構造を有することで前記目的を達
成する。請求項７記載の発明では、請求項１記載のスピ
ンドルモータにおいて、前記コイルにおける導線の断面
形状及び寸法が、前記スロットの形状及び寸法とほぼ一
致していることで前記目的を達成する。
【０００７】
【作用】本発明のスピンドルモータでは、スロットの径
方向の幅が、固定子鉄芯のリターンヨーク部より小さい
ので、固定子鉄芯内の磁束が回転子に近い部分で周回
し、短い磁気回路を形成する。
方向の幅が、固定子鉄芯のリターンヨーク部より小さい
ので、固定子鉄芯内の磁束が回転子に近い部分で周回
し、短い磁気回路を形成する。
【０００８】
【実施例】以下、本発明のスピンドルモータにおける各
実施例を図１ないし図５を参照して詳細に説明する。図
１は、第１の実施例によるスピンドルモータを表したも
のである。この図に示すように、本実施例のスピンドル
モータ１０は、モータハウジング１２と、このモータハ
ウジング１２の一端及び他端に取り付けられた軸受１４
ａ、１４ｂと、これら軸受１４ａ、１４ｂによって回転
自在に支持された回転子１６と、この回転子１６を包囲
すると共にモータハウジング１２に固定された固定子１
８とを備えている。
実施例を図１ないし図５を参照して詳細に説明する。図
１は、第１の実施例によるスピンドルモータを表したも
のである。この図に示すように、本実施例のスピンドル
モータ１０は、モータハウジング１２と、このモータハ
ウジング１２の一端及び他端に取り付けられた軸受１４
ａ、１４ｂと、これら軸受１４ａ、１４ｂによって回転
自在に支持された回転子１６と、この回転子１６を包囲
すると共にモータハウジング１２に固定された固定子１
８とを備えている。
【０００９】回転子１６は、段付きの円柱形状を有する
回転シャフト２０と、この回転シャフト２０における大
径部２０ａの外周面に取り付けられた円筒形状の永久磁
石２２とで主に構成されている。永久磁石２２は、固定
子１８に対する界磁磁束を形成する磁石であり、本実施
例では、２極のものを使用している。一方、固定子１８
は、円板状の薄い鋼板を積層することで構成された固定
子鉄芯２４と、この固定子鉄芯２４に巻かれたコイル２
６とを有している。本実施例ではコイル２６の巻数は２
ターンである。
回転シャフト２０と、この回転シャフト２０における大
径部２０ａの外周面に取り付けられた円筒形状の永久磁
石２２とで主に構成されている。永久磁石２２は、固定
子１８に対する界磁磁束を形成する磁石であり、本実施
例では、２極のものを使用している。一方、固定子１８
は、円板状の薄い鋼板を積層することで構成された固定
子鉄芯２４と、この固定子鉄芯２４に巻かれたコイル２
６とを有している。本実施例ではコイル２６の巻数は２
ターンである。
【００１０】図２は、図１における〔Ｐ〕−〔Ｐ〕線方
向の断面を表したものである。この図に示すように、固
定子鉄芯２４の内側には、矩形状の切り欠きであるスロ
ット３０が複数形成されており、これらにはコイル２６
の各導線２６ａが２本づつ収容されている。導線２６ａ
の直径は、スロット３０の幅Ｅとほぼ等しく、深さＤの
約１／２である。また、内側に位置する導線２６ａと永
久磁石２２の外周面との空隙は、固定子鉄芯２４の歯先
２４ａと永久磁石２２の空隙とほぼ等しくなっている。
すなわち、本実施例では、導線２６ａが極めて永久磁石
２２に近接した位置に配置されている。
向の断面を表したものである。この図に示すように、固
定子鉄芯２４の内側には、矩形状の切り欠きであるスロ
ット３０が複数形成されており、これらにはコイル２６
の各導線２６ａが２本づつ収容されている。導線２６ａ
の直径は、スロット３０の幅Ｅとほぼ等しく、深さＤの
約１／２である。また、内側に位置する導線２６ａと永
久磁石２２の外周面との空隙は、固定子鉄芯２４の歯先
２４ａと永久磁石２２の空隙とほぼ等しくなっている。
すなわち、本実施例では、導線２６ａが極めて永久磁石
２２に近接した位置に配置されている。
【００１１】本実施例では、スロット３０の径方向の
幅、すなわち深さＤが小さいため、固定子鉄芯２４にお
ける外側部分に、磁路としてのリターンヨーク部２４ｂ
が大きく残されている。例えば、リターンヨーク部２４
ｂの幅Ｗとスロット３０の深さＤの関係は約４対１程度
である。また、リターンヨーク部２４ｂの幅Ｗは、各ス
ロット３０間に位置する歯先２４ａの幅Ｔの４倍以上で
あり、図２の例では、Ｗ≒１０Ｔの関係にある。また、
固定子鉄芯２４の外径は、例えば４０ｍｍ〜５５ｍｍで
ある。一方、本実施例では、回転子１６の直径（永久磁
石２２の外径）が、例えば、約１０ｍｍ程度の小径であ
り、これに対し導線２６ａの線径は約１ｍｍ程度であ
る。すなわち、導線２６ａは、回転子１６の直径に比較
して大径であり、大電流が通電可能となっている。
幅、すなわち深さＤが小さいため、固定子鉄芯２４にお
ける外側部分に、磁路としてのリターンヨーク部２４ｂ
が大きく残されている。例えば、リターンヨーク部２４
ｂの幅Ｗとスロット３０の深さＤの関係は約４対１程度
である。また、リターンヨーク部２４ｂの幅Ｗは、各ス
ロット３０間に位置する歯先２４ａの幅Ｔの４倍以上で
あり、図２の例では、Ｗ≒１０Ｔの関係にある。また、
固定子鉄芯２４の外径は、例えば４０ｍｍ〜５５ｍｍで
ある。一方、本実施例では、回転子１６の直径（永久磁
石２２の外径）が、例えば、約１０ｍｍ程度の小径であ
り、これに対し導線２６ａの線径は約１ｍｍ程度であ
る。すなわち、導線２６ａは、回転子１６の直径に比較
して大径であり、大電流が通電可能となっている。
【００１２】各導線２６ａは、図２にＡ１〜Ａ３、Ｂ１
〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３、及びＡ１′〜Ａ３′、Ｂ１′〜Ｂ
３′、Ｃ１′〜Ｃ３′で示すように、それぞれＡ相、Ｂ
相、Ｃ相のコイルを構成している。各相の結線順序は、
例えばＡ相では、Ａ１→Ａ１′→Ａ２→Ａ２′→Ａ３→
Ａ３′となっており、各相同士の結線は、Δ結線、ある
いはＹ結線となっている。これら各相の導線２６ａに
は、図示しない駆動回路によって３相交流が供給される
ようになっており、これにより固定子１８側で回転磁界
が発生するようになっている。なお、図２においては、
駆動中のある瞬間における電流の方向が示されており、
各導線２６ａにおける「・」は紙面から手前に、「×」
は紙面から奥に向かう方向を表している。
〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３、及びＡ１′〜Ａ３′、Ｂ１′〜Ｂ
３′、Ｃ１′〜Ｃ３′で示すように、それぞれＡ相、Ｂ
相、Ｃ相のコイルを構成している。各相の結線順序は、
例えばＡ相では、Ａ１→Ａ１′→Ａ２→Ａ２′→Ａ３→
Ａ３′となっており、各相同士の結線は、Δ結線、ある
いはＹ結線となっている。これら各相の導線２６ａに
は、図示しない駆動回路によって３相交流が供給される
ようになっており、これにより固定子１８側で回転磁界
が発生するようになっている。なお、図２においては、
駆動中のある瞬間における電流の方向が示されており、
各導線２６ａにおける「・」は紙面から手前に、「×」
は紙面から奥に向かう方向を表している。
【００１３】次に、このように構成された実施例の動作
について説明する。本実施例のスピンドルモータ１０で
は、各相の導線２６ａが通電されることで、永久磁石２
２による磁界との相互作用によって永久磁石２２にトル
クが発生し、回転子１６が回転する。図３は、駆動時に
形成される磁界を表したものである。永久磁石２２の磁
極と導線２６ａに流れる電流とが図３に示す位置関係に
あるとき、永久磁石２２及び固定子鉄芯２４には、図３
に矢印で示すような磁束が形成される。すなわち、導線
２６ａが回転子１６側に近接して配置されているため、
固定子鉄芯２４においては、回転子１６に近い部分で磁
束が周回し、短い磁気回路となる。このときのリターン
ヨーク部２４ｂにおける磁束密度は、その幅Ｗが歯先２
４ａの幅Ｔの４倍以上であるため、各スロット３０間の
ポール部２４ｃにおける磁束密度とほぼ同じになる。
について説明する。本実施例のスピンドルモータ１０で
は、各相の導線２６ａが通電されることで、永久磁石２
２による磁界との相互作用によって永久磁石２２にトル
クが発生し、回転子１６が回転する。図３は、駆動時に
形成される磁界を表したものである。永久磁石２２の磁
極と導線２６ａに流れる電流とが図３に示す位置関係に
あるとき、永久磁石２２及び固定子鉄芯２４には、図３
に矢印で示すような磁束が形成される。すなわち、導線
２６ａが回転子１６側に近接して配置されているため、
固定子鉄芯２４においては、回転子１６に近い部分で磁
束が周回し、短い磁気回路となる。このときのリターン
ヨーク部２４ｂにおける磁束密度は、その幅Ｗが歯先２
４ａの幅Ｔの４倍以上であるため、各スロット３０間の
ポール部２４ｃにおける磁束密度とほぼ同じになる。
【００１４】以上説明したように、本実施例では、コイ
ル２６の巻数を低巻数である２ターンとし、各導線２６
ａの線径を大電流が通電可能な大径、すなわち、直径１
０ｍｍ程度の回転子１６に対して１ｍｍの線径としたた
め、誘起電圧定数が小さく、高速回転が可能である。ま
た、本実施例では、駆動時に形成される磁気回路が短い
ので、回路中で総和した磁気抵抗が小さく、磁気的な損
失が少ない。このため、回転子１６と固定子鉄芯２４と
の空隙における磁束密度が高く、高いトルクを発生させ
ることができる。特に、回転子の径が小さい小型モータ
では、永久磁石の磁気的ポテンシャルが低いため高トル
ク化が難しいが、本実施例では磁気的損失が少ない分、
小径のモータでも高いトルクを得ることができる。ま
た、小型モータでは、回転子のイナーシャが小さいた
め、本実施例のように１０ｍｍ程度の小径の回転子１６
を回転させる場合には、小さいイナーシャと高トルク化
とが相まって極めて優れた加速性能が得られ、従来に比
べ始動時間を大幅に短縮することができる。
ル２６の巻数を低巻数である２ターンとし、各導線２６
ａの線径を大電流が通電可能な大径、すなわち、直径１
０ｍｍ程度の回転子１６に対して１ｍｍの線径としたた
め、誘起電圧定数が小さく、高速回転が可能である。ま
た、本実施例では、駆動時に形成される磁気回路が短い
ので、回路中で総和した磁気抵抗が小さく、磁気的な損
失が少ない。このため、回転子１６と固定子鉄芯２４と
の空隙における磁束密度が高く、高いトルクを発生させ
ることができる。特に、回転子の径が小さい小型モータ
では、永久磁石の磁気的ポテンシャルが低いため高トル
ク化が難しいが、本実施例では磁気的損失が少ない分、
小径のモータでも高いトルクを得ることができる。ま
た、小型モータでは、回転子のイナーシャが小さいた
め、本実施例のように１０ｍｍ程度の小径の回転子１６
を回転させる場合には、小さいイナーシャと高トルク化
とが相まって極めて優れた加速性能が得られ、従来に比
べ始動時間を大幅に短縮することができる。
【００１５】従って、小径で高速回転が必要とされる用
途に本実施例のスピンドルモータは好適である。例え
ば、歯科治療において歯の切削用に使用される回転器具
では、８万、１０万、１５万、あるいは３０万ｒｐｍ以
上の超高速回転を必要とし、かつ、径を小さくする必要
があるが、本実施例のスピンドルモータ１０では、この
ような用途にも対応することができる。また、レーザプ
リンタ等においてポリゴンミラーの駆動用に本実施例の
スピンドルモータ１０を使用すれば、１万ｒｐｍ以上の
回転数に短時間で到達することができるので、印字を迅
速に開始することができる。
途に本実施例のスピンドルモータは好適である。例え
ば、歯科治療において歯の切削用に使用される回転器具
では、８万、１０万、１５万、あるいは３０万ｒｐｍ以
上の超高速回転を必要とし、かつ、径を小さくする必要
があるが、本実施例のスピンドルモータ１０では、この
ような用途にも対応することができる。また、レーザプ
リンタ等においてポリゴンミラーの駆動用に本実施例の
スピンドルモータ１０を使用すれば、１万ｒｐｍ以上の
回転数に短時間で到達することができるので、印字を迅
速に開始することができる。
【００１６】また、本実施例では、固定子鉄芯２４にお
けるリターンヨーク部２４ｂの幅Ｗが歯先２４ａの幅Ｔ
に比して広いため（Ｗ≧４Ｔ）、リターンヨーク部２４
ｂでの磁束密度が低く、スロット３０間に位置するポー
ル部２４ｃとリターンヨーク部２４ｂとで磁束密度が均
一となる。このため、高速回転時に顕著となるヒステリ
シス損や渦電流損等の鉄損が小さく、コイル２６の発熱
が少ない効率的な駆動を行うことができる。例えば、数
万ｒｐｍ以上の高速回転を行う場合には、８０パーセン
ト以上の高効率を得ることができる。
けるリターンヨーク部２４ｂの幅Ｗが歯先２４ａの幅Ｔ
に比して広いため（Ｗ≧４Ｔ）、リターンヨーク部２４
ｂでの磁束密度が低く、スロット３０間に位置するポー
ル部２４ｃとリターンヨーク部２４ｂとで磁束密度が均
一となる。このため、高速回転時に顕著となるヒステリ
シス損や渦電流損等の鉄損が小さく、コイル２６の発熱
が少ない効率的な駆動を行うことができる。例えば、数
万ｒｐｍ以上の高速回転を行う場合には、８０パーセン
ト以上の高効率を得ることができる。
【００１７】なお、リターンヨーク部２４ｂの幅Ｗと歯
先２４ａの幅Ｔとは、前記実施例以外の比率でもよく、
例えば、８対１や６対１、あるいは１０対１以上、２０
対１以上でもよい。但し、固定子鉄芯２４の磁束密度を
均一にするために、幅Ｗの値は、１つの磁極に対する歯
先２４ａの数Ｋと幅Ｔの積を２で割った値より大きくす
る（Ｗ≧ＫＴ／２）。例えば、前記実施例では、１つの
磁極に対して８つの歯先２４ａがあったため、Ｗ＝８Ｔ
／２＝４Ｔであるから、リターンヨーク部２４ｂの幅Ｗ
を歯先２４ａの幅Ｔの４倍以上にすれば、リターンヨー
ク部２４ｂにおける磁束密度がポール部２４ｃより高く
なることがない。また、幅Ｔの値は、次式から求めるこ
とが望ましい。すなわち、相数をＭ、コイルピッチを
Ｑ、極数をＰとすると、相数Ｍが３以上の奇数の場合Ｔ
＝（ＭＱ−１）／Ｐの式から、相数Ｍが２以上の偶数で
ある場合Ｔ＝２（ＭＱ−１）／Ｐの式から幅Ｔを決定す
る。
先２４ａの幅Ｔとは、前記実施例以外の比率でもよく、
例えば、８対１や６対１、あるいは１０対１以上、２０
対１以上でもよい。但し、固定子鉄芯２４の磁束密度を
均一にするために、幅Ｗの値は、１つの磁極に対する歯
先２４ａの数Ｋと幅Ｔの積を２で割った値より大きくす
る（Ｗ≧ＫＴ／２）。例えば、前記実施例では、１つの
磁極に対して８つの歯先２４ａがあったため、Ｗ＝８Ｔ
／２＝４Ｔであるから、リターンヨーク部２４ｂの幅Ｗ
を歯先２４ａの幅Ｔの４倍以上にすれば、リターンヨー
ク部２４ｂにおける磁束密度がポール部２４ｃより高く
なることがない。また、幅Ｔの値は、次式から求めるこ
とが望ましい。すなわち、相数をＭ、コイルピッチを
Ｑ、極数をＰとすると、相数Ｍが３以上の奇数の場合Ｔ
＝（ＭＱ−１）／Ｐの式から、相数Ｍが２以上の偶数で
ある場合Ｔ＝２（ＭＱ−１）／Ｐの式から幅Ｔを決定す
る。
【００１８】更に、本実施例では、永久磁石２２の磁極
が最少極数である２極であるため、４極以上の多極型の
永久磁石に比べて固定子鉄芯２４に対する磁気的変動が
少ない。従って、同様に高速回転時における鉄損を効果
的に低減させることができる。また、本実施例では、ス
ロット３０が１８箇所設けられており、１つの磁極に対
して多スロット構造となっているので、回転がスムーズ
であり、トルクリップルの少ない低振動の回転を行うこ
とができる。
が最少極数である２極であるため、４極以上の多極型の
永久磁石に比べて固定子鉄芯２４に対する磁気的変動が
少ない。従って、同様に高速回転時における鉄損を効果
的に低減させることができる。また、本実施例では、ス
ロット３０が１８箇所設けられており、１つの磁極に対
して多スロット構造となっているので、回転がスムーズ
であり、トルクリップルの少ない低振動の回転を行うこ
とができる。
【００１９】次に、第２の実施例について説明する。な
お、第１の実施例と同様の構成については同一の符号を
付し、その詳細な説明は適宜省略することとする。図４
は、第２の実施例によるスピンドルモータ４０の断面を
表したものである。本実施例では、固定子鉄芯４４に形
成されたスロット５０が円形の穴であり、回転子１６側
で開放されていない閉スロット構造を有している。すな
わち、固定子鉄芯４４の各歯先が互いにつながってい
る。各スロット５０には、コイルの導線５６がそれぞれ
１本づつ収容されており、その直径は、導線５６の直径
とほぼ等しい。なお、導線５６の直径は、第１の実施例
の導線２６ａよりも大きく、例えば、２ｍｍ以上であ
る。
お、第１の実施例と同様の構成については同一の符号を
付し、その詳細な説明は適宜省略することとする。図４
は、第２の実施例によるスピンドルモータ４０の断面を
表したものである。本実施例では、固定子鉄芯４４に形
成されたスロット５０が円形の穴であり、回転子１６側
で開放されていない閉スロット構造を有している。すな
わち、固定子鉄芯４４の各歯先が互いにつながってい
る。各スロット５０には、コイルの導線５６がそれぞれ
１本づつ収容されており、その直径は、導線５６の直径
とほぼ等しい。なお、導線５６の直径は、第１の実施例
の導線２６ａよりも大きく、例えば、２ｍｍ以上であ
る。
【００２０】各スロット５０間に位置するポール部４４
ｃの幅Ｔ′は、第１の実施例と同様にリターンヨーク部
４４ｂの幅Ｗ′の１／４以下であり、図４の例では、
Ｔ′≦１／２０Ｗ′である。また、本実施例では、スロ
ット５０が回転子１６側に寄って形成されているので、
固定子鉄芯４４の外周部にリターンヨーク部４４ｂが大
きく残されている。スロット５０の直径Ｒとリターンヨ
ーク部４４ｂの幅Ｗ′との関係は、例えば、約１対４程
度である。各導線５６は、第１の実施例と同様に結線さ
れたＡ相、Ｂ相、Ｃ相の３相コイルを構成しており、図
示しない駆動回路によって３相交流が供給されるように
なっている。
ｃの幅Ｔ′は、第１の実施例と同様にリターンヨーク部
４４ｂの幅Ｗ′の１／４以下であり、図４の例では、
Ｔ′≦１／２０Ｗ′である。また、本実施例では、スロ
ット５０が回転子１６側に寄って形成されているので、
固定子鉄芯４４の外周部にリターンヨーク部４４ｂが大
きく残されている。スロット５０の直径Ｒとリターンヨ
ーク部４４ｂの幅Ｗ′との関係は、例えば、約１対４程
度である。各導線５６は、第１の実施例と同様に結線さ
れたＡ相、Ｂ相、Ｃ相の３相コイルを構成しており、図
示しない駆動回路によって３相交流が供給されるように
なっている。
【００２１】駆動時には、第１の実施例と同様に回転子
１６側に近接した位置で、短い磁気回路が形成されるた
め（図３参照）、磁気的な損失が少なく高いトルクを発
生させることができる。また、本実施例では、スロット
５０が閉スロット構造であるため、固定子鉄芯４４にお
ける歯先同士がつながった部分で、例えば、矢印Ｘで示
すように磁路を形成される。このため、固定子鉄芯４４
の歯先部分で磁束密度が過度に上昇することがなく、磁
束密度の上昇による鉄損が防止できるので、鉄損が顕著
となる高速回転域において極めて高効率な駆動を行うこ
とができる。
１６側に近接した位置で、短い磁気回路が形成されるた
め（図３参照）、磁気的な損失が少なく高いトルクを発
生させることができる。また、本実施例では、スロット
５０が閉スロット構造であるため、固定子鉄芯４４にお
ける歯先同士がつながった部分で、例えば、矢印Ｘで示
すように磁路を形成される。このため、固定子鉄芯４４
の歯先部分で磁束密度が過度に上昇することがなく、磁
束密度の上昇による鉄損が防止できるので、鉄損が顕著
となる高速回転域において極めて高効率な駆動を行うこ
とができる。
【００２２】また、本実施例では、スロット５０と導線
５６とが密着しており、両者の間に空隙がないため、第
１の実施例より更に磁気的損失の少ない磁気回路が形成
され、固定子鉄芯４４と回転子１６との空隙における磁
束密度がより一層高くなる。従って、第１の実施例より
も高トルクを得ることができる。更に、本実施例では、
コイルの巻数が少なく（１ターン）、各導線５６の径が
第１の実施例における導線２６ａの２倍以上あるので、
より大きな電流が通電可能であり、第１の実施例より高
速な回転が可能である。他の構成、動作、及び効果等
は、第１の実施例と同様である。
５６とが密着しており、両者の間に空隙がないため、第
１の実施例より更に磁気的損失の少ない磁気回路が形成
され、固定子鉄芯４４と回転子１６との空隙における磁
束密度がより一層高くなる。従って、第１の実施例より
も高トルクを得ることができる。更に、本実施例では、
コイルの巻数が少なく（１ターン）、各導線５６の径が
第１の実施例における導線２６ａの２倍以上あるので、
より大きな電流が通電可能であり、第１の実施例より高
速な回転が可能である。他の構成、動作、及び効果等
は、第１の実施例と同様である。
【００２３】なお、固定子鉄芯４４の内穴４４ａを削
り、図５に示すように、削られた導線５６の断面５６ａ
を永久磁石２２に対して露出させてもよい。この場合、
永久磁石２２と導線５６との空隙長をより小さくするこ
とができるので、この空隙における磁束密度を前記実施
例よりも大きくすることができる。従って、空隙の磁気
応力が固定子鉄芯４４の歯先４４ｄと導線５６とに均一
に作用し、より一層の高トルクと高効率の駆動が可能と
なる。以上の各実施例では、スピンドルモータ１０、４
０が、３相交流によって駆動されるモータであったが、
２相、あるいは４相以上の交流電流により駆動されるタ
イプのものでもよい。また、永久磁石２２は２極以外に
４極以上の磁極を有していてもよい。更に、スロット３
０、５０の数も、例えば、６個や９個程度でもよく、ま
た１８個以上でもよい。但し、スロット数Ｓは相数を
Ｍ、極数をＰ、コイルピッチをＱとすると、Ｓ＝Ｍ×Ｐ
×Ｑの関係から求める。
り、図５に示すように、削られた導線５６の断面５６ａ
を永久磁石２２に対して露出させてもよい。この場合、
永久磁石２２と導線５６との空隙長をより小さくするこ
とができるので、この空隙における磁束密度を前記実施
例よりも大きくすることができる。従って、空隙の磁気
応力が固定子鉄芯４４の歯先４４ｄと導線５６とに均一
に作用し、より一層の高トルクと高効率の駆動が可能と
なる。以上の各実施例では、スピンドルモータ１０、４
０が、３相交流によって駆動されるモータであったが、
２相、あるいは４相以上の交流電流により駆動されるタ
イプのものでもよい。また、永久磁石２２は２極以外に
４極以上の磁極を有していてもよい。更に、スロット３
０、５０の数も、例えば、６個や９個程度でもよく、ま
た１８個以上でもよい。但し、スロット数Ｓは相数を
Ｍ、極数をＰ、コイルピッチをＱとすると、Ｓ＝Ｍ×Ｐ
×Ｑの関係から求める。
【００２４】また、以上の各実施例では、スロット３０
の深さＤやスロット５０における直径Ｒが、リターンヨ
ーク部２４ｂの幅Ｗやリターンヨーク部４４ｂのＷ′の
約１／４であったが、これより大きくてもよく、例えば
１／３や１／２程度でもよい。また、固定子鉄芯の外径
を同じにした場合、駆動時に形成される磁気回路の長さ
はスロットの径方向における幅に比例するので、スロッ
ト３０の深さＤやスロット５０の直径Ｒをより小さくし
て、前記各実施例よりも短い磁気回路が形成されるよう
にしてもよい。例えば、深さＤや直径Ｒを幅ＷやＷ′の
１／６、１／８、あるいは１／１０以下にしてもよい。
これにより、磁気抵抗が一層小さくなり、磁気抵抗の低
減に起因した前記の各種効果がより顕著なものとなる。
更に、以上の各実施例では、コイルに大電流を通電する
ため、導線２６ａ、５６の線径が、回転子１６における
外径のそれぞれ約１／１０と１／５であったが、これら
は他の比率であってもよい。例えば、１／４以上であっ
てもよく、また、１／１５や１／２０程度でも十分に高
速回転化に寄与することができる。
の深さＤやスロット５０における直径Ｒが、リターンヨ
ーク部２４ｂの幅Ｗやリターンヨーク部４４ｂのＷ′の
約１／４であったが、これより大きくてもよく、例えば
１／３や１／２程度でもよい。また、固定子鉄芯の外径
を同じにした場合、駆動時に形成される磁気回路の長さ
はスロットの径方向における幅に比例するので、スロッ
ト３０の深さＤやスロット５０の直径Ｒをより小さくし
て、前記各実施例よりも短い磁気回路が形成されるよう
にしてもよい。例えば、深さＤや直径Ｒを幅ＷやＷ′の
１／６、１／８、あるいは１／１０以下にしてもよい。
これにより、磁気抵抗が一層小さくなり、磁気抵抗の低
減に起因した前記の各種効果がより顕著なものとなる。
更に、以上の各実施例では、コイルに大電流を通電する
ため、導線２６ａ、５６の線径が、回転子１６における
外径のそれぞれ約１／１０と１／５であったが、これら
は他の比率であってもよい。例えば、１／４以上であっ
てもよく、また、１／１５や１／２０程度でも十分に高
速回転化に寄与することができる。
【００２５】
【発明の効果】本発明のスピンドルモータによれば、高
トルクで高速回転を行うことができる。
トルクで高速回転を行うことができる。
【図１】本発明の第１の実施例によるスピンドルモータ
の断面図である。
の断面図である。
【図２】図１におけるＰ−Ｐ線方向断面図である。
【図３】駆動時に形成される磁気回路を示した同断面図
である。
である。
【図４】第２の実施例によるスピンドルモータの鉄芯形
状を示した図である。
状を示した図である。
【図５】同鉄芯の変形例を示した図である。
１０、４０ スピンドルモータ １２ モータハウジング １４ａ、１４ｂ 軸受 １６ 回転子 １８ 固定子 ２０ 回転シャフト ２２ 永久磁石 ２４、４４ 固定子鉄芯 ２４ｂ、４４ｂ リターンヨーク部 ２６ コイル ２６ａ、５６ 導線 ３０、５０ スロット
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−233511（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−161325（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02K 21/14 H02K 1/16 H02K 3/04
Claims (5)
- 【請求項１】 2つの磁極を有する永久磁石が取り付け
られた回転子と、 この回転子の外周部に配設された固定子鉄芯と、 この固定子鉄芯のリターンヨーク部より径方向の幅が小
さいスロットと、このスロットに導線が収容されたコイルとを具備し、前
記導線の線径は、前記回転子の外径の１／２０以上であ
ることを特徴とするスピンドルモータ。 - 【請求項２】 前記コイルの巻数は、２ターン以下であ
ることを特徴とする請求項１記載のスピンドルモータ。 - 【請求項３】 前記スロットは、前記永久磁石の１つの
磁極に対して多スロット構造を有することを特徴とする
請求項１記載のスピンドルモータ。 - 【請求項４】 前記スロットは、前記回転子側が非解放
に形成された閉スロット構造を有することを特徴とする
請求項１記載のスピンドルモータ。 - 【請求項５】 前記コイルにおける導線の断面形状及び
寸法は、前記スロットの形状及び寸法とほぼ一致してい
ることを特徴とする請求項１記載のスピンドルモータ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6335815A JP2782044B2 (ja) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | スピンドルモータ |
| US08/575,144 US5804896A (en) | 1994-12-21 | 1995-12-19 | High speed spindle motor and apparatus equipped with high speed spindle motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6335815A JP2782044B2 (ja) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | スピンドルモータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08182281A JPH08182281A (ja) | 1996-07-12 |
| JP2782044B2 true JP2782044B2 (ja) | 1998-07-30 |
Family
ID=18292729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6335815A Expired - Fee Related JP2782044B2 (ja) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | スピンドルモータ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP2782044B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09285088A (ja) * | 1996-04-12 | 1997-10-31 | Hitachi Ltd | 永久磁石回転電機及びそれを用いた電動車両 |
| JPH11215748A (ja) * | 1998-01-23 | 1999-08-06 | Toshiba Corp | 永久磁石形回転電機 |
| US6329733B1 (en) * | 1998-06-09 | 2001-12-11 | Hamilton Sundstrand Corporation | Radial magnetic bearing |
| JP2001119907A (ja) * | 1999-10-20 | 2001-04-27 | Asmo Co Ltd | リラクタンス型電動機 |
| WO2001045237A1 (en) * | 1999-12-14 | 2001-06-21 | Delphi Technologies, Inc. | Brushless motor with reduced rotor inertia |
| JP3788178B2 (ja) * | 2000-03-15 | 2006-06-21 | 日本精工株式会社 | 高速回転スピンドル装置 |
| JP3593038B2 (ja) | 2001-01-16 | 2004-11-24 | 三菱電機株式会社 | 車両用交流発電機 |
| JP2003092863A (ja) * | 2001-09-20 | 2003-03-28 | Nissan Motor Co Ltd | 永久磁石埋込同期モータ |
| DE10252316A1 (de) * | 2002-11-11 | 2004-06-09 | Minebea Co., Ltd. | Statorkörper für einen Innenläufer-Gleichstrommotor |
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| DE102004042768A1 (de) * | 2004-09-03 | 2006-03-09 | Ina - Drives & Mechatronics Gmbh & Co. Ohg | Hochpoliger, linearer oder rotativer Synchron-Direktantriebsmotor |
| DE102006016249A1 (de) * | 2006-03-31 | 2007-10-04 | Robert Bosch Gmbh | Stator für eine Elektromaschine und Verfahren zur Herstellung |
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| US7939984B2 (en) * | 2007-10-30 | 2011-05-10 | Woodward Hrt, Inc. | Lamination having tapered tooth geometry which is suitable for use in electric motor |
| CN101868901B (zh) * | 2007-10-30 | 2014-03-26 | 伍德沃德Hrt公司 | 适于在电动马达中使用的具有锥形齿几何形状的叠片 |
| US8388851B2 (en) | 2008-01-08 | 2013-03-05 | Micron Technology, Inc. | Capacitor forming methods |
| EP2128961A1 (de) | 2008-05-29 | 2009-12-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Stator für eine elektrische Maschine |
| WO2010013444A1 (ja) * | 2008-07-28 | 2010-02-04 | 株式会社日立製作所 | 永久磁石同期電動機 |
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| US7741750B1 (en) | 2008-12-29 | 2010-06-22 | Tesla Motors, Inc. | Induction motor with improved torque density |
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| NZ630743A (en) * | 2014-01-17 | 2016-05-27 | Resmed Motor Technologies Inc | Switched reluctance motor |
| DE102015201731A1 (de) * | 2014-11-13 | 2016-05-19 | Robert Bosch Gmbh | Elektrische Maschine |
| FR3036870B1 (fr) * | 2015-05-28 | 2020-05-01 | IFP Energies Nouvelles | Machine electrique tournante avec un stator a encoches fermees et plus particulierement machine electrique synchrone a reluctance variable assistee d'aimants permanents. |
| JP6382476B1 (ja) | 2017-02-24 | 2018-08-29 | 三菱電機株式会社 | 電動機 |
| FR3066657B1 (fr) | 2017-05-16 | 2019-06-14 | IFP Energies Nouvelles | Machine electrique comprenant un arbre de rotor molete et procede de fabrication d'une telle machine |
| JP6685975B2 (ja) * | 2017-08-10 | 2020-04-22 | ミネベアミツミ株式会社 | ステータ構造およびブラシレスモータ |
| CN110798042B (zh) * | 2019-12-11 | 2021-03-12 | 山东理工大学 | 电动汽车用减小电枢反应畸变的电机 |
| USD966799S1 (en) | 2020-09-04 | 2022-10-18 | Rich Products Corporation | Whipped product dispenser |
| CN114301194B (zh) * | 2021-02-26 | 2024-05-17 | 华为数字能源技术有限公司 | 定子、定子的制作方法、电机和电动汽车 |
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|---|---|---|---|---|
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| US3652889A (en) * | 1971-01-18 | 1972-03-28 | Gen Electric | Laminated dynamoelectric machine core and method of stacking |
| JPS5320515A (en) * | 1976-08-09 | 1978-02-24 | Hitachi Ltd | Rotor of permanent magnet synchronous motor |
| JPS5543953A (en) * | 1978-09-20 | 1980-03-28 | Rhythm Watch Co Ltd | Miniature motor for watch |
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| US5319844A (en) * | 1985-12-23 | 1994-06-14 | Unique Mobility, Inc. | Method of making an electromagnetic transducer |
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| JPH06233511A (ja) * | 1993-02-01 | 1994-08-19 | Yaskawa Electric Corp | 永久磁石形同期電動機とその界磁制御方法 |
-
1994
- 1994-12-21 JP JP6335815A patent/JP2782044B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-12-19 US US08/575,144 patent/US5804896A/en not_active Expired - Lifetime
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| US5804896A (en) | 1998-09-08 |
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