JP2912412B2 - 面対向型モータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はモータに関し、特に平面的に配設されたステ
ータコイルと円板状のロータマグネットが平行に対向す
る面対向型モータに関するものである。

［従来の技術］ フロッピーディスクドライブ装置のディスク駆動モー
タ等としてDCブラシレスモータで薄型に構成できる面対
向型のモータが用いられている。このモータの従来の構
成ではロータマグネットは第８図あるいは第９図のよう
な着磁パターンで着磁されている。

両図に示すようにロータマグネット１は中心に円形の
開口部1cを有する円板状に形成されており、第８図の例
では全周を所定角度で偶数等分（この場合８等分）した
領域のそれぞれが磁極として交互に異なる極性で着磁さ
れている。面対向型モータの一般的な構成ではロータマ
グネットは回転速度を検出するための周波数発電機（以
下FGという）を構成するFG用マグネットを兼ねるが、第
８図のパターンではFG専用の磁極を設けておらず、８磁
極のそれぞれの境界をFG用として用いる。

このような第８図のパターンでは磁極数が少ないので
FGの出力を高く取れない。これはFG出力がFG用コイル線
上での単位時間あたりの磁束変化数と、FG用コイル線上
での磁束のマグネット径方向の寸法に比例し、磁極数が
少ないと前記磁束変化数が少なくなるからである。この
ようにしてFG出力が低いとモータの回転速度制御に関し
て不利である。このため第８図のパターンはモータのロ
ータの重量が大きく回転安定性に有利な場合、及び回転
むらの数値があまり良くなくても良いモータの場合に用
いられる。

一方、第９図のロータマグネット１の着磁パターンは
一般的なものであり、同マグネット１の内周部1bに本来
の駆動用の主磁極が第８図と同様に着磁され、その上に
外周部1aにFG用の磁極（以下FG磁極という）が着磁され
ている。FG磁極はロータマグネット１の周方向に沿って
内周部1bの主磁極の１磁極に対して複数の極が着磁され
ている。又、一部の着磁パターンを拡大して示すよう
に、内周部1bの主磁極どうしの境界線がFG磁極の境界線
に一致する配置となっている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで面対向型モータにおいて従来のフェライトか
らなり最大エネルギー積が10MGOe程度以下のロータマグ
ネットでは第８図あるいは第９図のような着磁パターン
でも充分なトルクが得られ、FG出力も高いものが得られ
た。

しかし最近になって面対向型モータで更に小型化、薄
型化を図るためロータマグネットにNd−Fe−Ｂ系合金か
らなる希土類磁石（最大ネルギー積が20MGOe以上）を使
う必要がでてきた。この場合ロータマグネットは小型
化、薄型化のため慣性力が小さくなり、第８図のパター
ンは使えない。

一方、希土類磁石の場合エネルギー積が高いので着磁
を行なうためのコイル線が太くなるため、第９図のよう
な多数の細かいFG磁極のパターンの着磁が困難になると
いう問題がでてきた。その理由を以下に説明する。

上記モータのロータマグネットがフェタイト磁石の場
合、着磁のためのコイル線に流す電流は約4000A以下で
ある。FG磁極の１磁極を着磁するコイル線の巻数を増す
ことにより、この電流値を下げることができるが、FG磁
極の場合は磁極が小さいのでコイル線は１ターンしか巻
けないのが現状である。ここで上記コイル線の銅線が耐
えることのできる電流値は約8000A/mm2であり、フェラ
イト磁石の場合コイル線の径は0.8mmで良い。但しこの
コイル線に絶縁処理をすると径は1.2mmとなる。

一方、Nd−Fe−Ｂ系合金磁石の場合、着磁のための電
流は8000Aで、1Tの磁化力が必要であり、着磁のための
コイル線の径は1.1mmであり、絶縁処理すると1.5mmの径
のスペースが必要である。

このような着磁用コイル線のために必要なスペースに
よって細かいFG磁極のパターンの着磁が困難になる。そ
してマグネットの径が約40mm以下になるとFG磁極の数を
従来のフェライトの磁石に比べて減らさざるを得なくな
ってしまう。

そこでFG磁極の数を多くせずに高いFG出力を得る方法
としてFG磁極の径方向の寸法を大きくすることが考えら
れる。しかしそうすると第９図の内周部1bを主磁極の径
方向の寸法が小さくなり、このためモータのトルクが減
少するという問題が生ずる。

そこで本発明の課題は、この種の面対向型モータにお
いてトルクを低下させずに高いFG出力が得られるように
することである。

［課題を解決するための手段］ 上記の課題を解決するため本発明の面対向型モータに
よれば、円板状のロータマグネットを有し、外マグネッ
トの内周部は全長を所定角度で等分した領域のそれぞれ
が１磁極として着磁されており、該マグネットの外周部
は周波数発電機用として周方向に沿って前記内周部の１
磁極に複数の磁極が対向するように着磁されており、前
記内周部の１磁極に対向する外周部の複数磁極全体の磁
化の平均レベルが前記内周部の１磁極と同極性側にずれ
ており、さらに、前記内周部の１磁極に対向する外周部
の磁極数は奇数であり、かつ前記内周部の磁極どうしの
境界の延長線上に外周部の磁極がまたがるように配置さ
れた構成を採用した。

［作 用］ このような構成によれば、ロータマグネットの周波数
発電機用として着磁された外周部もモータ駆動時にトル
ク発生に寄与する。従って高い周波数発電機出力を得る
ために前記外周部の径方向の寸法を大きくした場合に、
内周部の径方向の寸法が小さくなることによるトルクの
低下を埋め合わせることができる。また、外周部の周波
数発電機用の磁極どうしの間隔寸法を均一とし、その磁
極の周方向の寸法を均一にできる。そして、モータ回転
時に周波数発電機用コイルに対して周波数発電機用の磁
極による磁束変化が全体として均一に行なわれ、周波数
発電機出力を向上できる。

［実施例］ 以下、図を参照して本発明の実施例の詳細に説明す
る。

第１図は本発明の実施例による面対向型のDCブラシレ
スモータの全体構造を示している。同図に示すようにモ
ータのハウジング６に嵌合されたベアリング５と滑り軸
受７により出力回転軸であるシャフト８が回転可能に軸
受されている。シャフト８の図中上端にロータヨーク４
が固着されており、同ヨーク４の下面にロータマグネッ
ト（以下マグネットと略す）１が固着されている。

マグネット１の下方にはプリント基板２が設けられて
いる。プリント基板２のマグネット１に対向する図中上
面には第２図に示すようにFG用のコイル10が設けられて
おり、マグネット１と対向している。このコイル10とマ
グネット１の後述する外周部によりFGが構成される。

更にプリント基板２の下面に駆動コイル９が固着さ
れ、プリント基板２を介しマグネット１と対向してい
る。また駆動コイル９の下にステータヨーク３が設けら
れ、ハウジング６に固定され、ロータヨーク４と平行に
対向している。

このような構成の下に駆動コイル９が通電され、その
励磁相が切り換えられることにより、駆動コイル９とマ
グネット１間に作用する磁力によってマグネット１が回
転し、それとともにロータヨーク４が回転し、シャフト
８が回転するようになっている。

ところで本実施例のモータのマグネット１はNd−Ｆ−
Ｂ系合金からなるものとし、着磁状態が従来と異なって
いる。以下にその点を第３図、第４図により説明する。

第３図はマグネット１の着磁パターンを示している。
マグネット１は中央に円形の開口部1cを有する円板状に
形成されており、内周部1bは全周を所定角度で偶数等分
（この場合８等分）した領域のそれぞれが駆動のための
主磁極としてそれぞれ交互に異なる磁極で着磁されてい
る。

また、外周部1aは全周を内周部1bより小さな所定角度
（この場合1/4の角度）で等分した領域のそれぞれがFG
を構成するFG磁極として交互に異なる極性で着磁されて
いる。FG磁極の磁極数は第９図の従来例より少なく、FG
磁極のマグネット径方向の寸法は第９図の従来例より大
きくなっている。ここでは外周部1aのFG磁極の数は内周
部1bの主磁極の４倍の32極となっている。又、主磁極ど
うしの境界の延長線上にそれぞれFG磁極が丁度中央でま
たがるような配置となっており、この境界の延長線上に
またがるFG磁極を含めて主磁極の１つに対してここでは
５極のFG磁極が対向するパターンとなっている。

そして本実施例のマグネット１では内周部1bの１主磁
極に対向する外周部1aの5FG磁極ごとに磁化の平均レベ
ルが前記１主磁極と同極性側にずれているものとする。
即ちＮ極の１主磁極に対向する5FG磁極の磁化の平均レ
ベルはＮ極側にずれ、Ｓ極の１主磁極に対向する5FG磁
極の磁化の平均レベルはＳ極側にずれているものとす
る。この様子を第４図に示してある。

第４図は外周部1aの各部における磁化の極性と強さを
示しており、縦軸は磁化の極性と強さを示す磁束密度Ｂ
で、横軸は回転角である。具体的には外周部1aに対して
ホール素子を対向させ、マグネット１を回転させて、磁
束密度Ｂを測定した結果を示している。第４図のカーブ
のピークないし谷底が各FG磁極の中心である。第４図に
示された範囲の回転角の1/3ごとに、連続するFG磁極の
磁化の平均レベルがＮ極又はＳ極にずれており、前記1/
3の回転角が１主磁極の中心角である。

このような本実施例の磁化の様子に対して第９図の従
来例の外周部1aの磁化の様子を第５図に示してある。第
５図に示すように従来のマグネットでは、第４図のよう
な磁化の平均レベルのずれがなく、各FG磁極の磁化の強
さは均一である。

ここで本実施例のマグネット１の着磁方向を説明して
おく。まずマグネット１全体に第８図のパターンで主磁
極の着磁を行なう。次に外周部1aにFG磁極の着磁を第３
図のパターンで行なう。この時に着磁のための磁化の出
力を主磁極の着磁時の約50〜80％程度にして着磁を行な
う。この着磁の前に外周部1aにも主磁極が着磁されてい
るため、その影響により外周部1aに第４図で説明した磁
化の平均レベルのずれが生じる。

以上のような本実施例のマグネット１の磁化の仕方に
よれば、上述したFG磁極の磁化の平均レベルのずれによ
りモータ駆動時に外周部1aもトルク発生に寄与する。従
って、少ないFG磁極の磁極数で十分なFG出力を得るため
にFG磁極のマグネット径方向の寸法を大きくして主磁極
の径方向の寸法を小さくしても、それによるトルクの減
少をある程度埋め合わせることができる。即ちFG磁極数
が比較的少なくてもトルクを低下させずに高いFG出力が
得られ、モータの小型化、薄型化に対応できる。

ところで第２図に示したFG用コイル10は巻数を１ター
ンとして示してあるが、２ターンあるいは３ターンとい
うように複数ターン巻回しても良く、複数ターンにする
ことによってFG出力を更に向上できる。このようにFG用
コイル10を複数ターンにした場合に特に第３図の着磁パ
ターンが有効になる。それを第６図及び第７図により説
明する。

第６図は本実施例のマグネット１の着磁パターンの詳
細を示し、第７図は第９図の従来例の着磁パターンの詳
細を示している。第６図、第７図においてFG磁極どうし
の間隔寸法ａ、ｂのスペースは着磁のためのコイル線に
対応して発生する。

第７図の従来例の場合、図示のように主磁極どうしの
境界とFG磁極どうしの境界が一致するものとすると、前
記の主磁極どうしの境界に一致するFG磁極どうしの境界
の間隔寸法ｂは他のFG磁極どうしの間隔寸法ａより大き
くなる。そして主磁極の公開に臨むFG磁極の周方向の寸
法ｃは他のFG磁極の周方向の寸法Ｄより小さくなり、FG
磁極の周方向の寸法が不均一になる。こうなる理由は不
明であるが、これは実験により確かめられている。

このような第７図の着磁パターンではモータ回転時の
FG用コイル10に対するFG磁極による磁束変化が不均一に
なり、FG出力が低下する。これはFG用コイル10を複数タ
ーンにした場合に顕著になる。

これに対して第６図の本実施例の着磁パターンによれ
ば、先述のように主磁極１磁極に対して対向するFG磁極
の数を奇数として主磁極どうしの境界の延長線上にFG磁
極が丁度中央でまたがる配置とすることにより、Ｆ磁極
どうしの間隔寸法ａが均一でFG磁極の周方向の寸法Ｄを
均一にできる。そしてモータ回転時にFG用コイル10に対
してFG磁極による磁束変化が全体として均一に行なわ
れ、FG出力を向上できる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように本発明の面対向型モー
タによれば、円板状のロータマグネットを有し、該マグ
ネットの内周部は全周を所定角度で等分した領域のそれ
ぞれが１磁極として着磁されており、該マグネットの外
周部は周波数発電機用として周方向に沿って前記内周部
の１磁極に複数の磁極が対向するように着磁されてお
り、前記内周部の１磁極に対向する外周部の複数磁極全
体の磁化の平均レベルが前記内周部の１磁極と同極性側
にずれており、さらに、前記内周部の１磁極に対向する
外周部の磁極数は奇数であり、かつ前記内周部の磁極ど
うしの境界の延長線上に外周部の磁極がまたがるように
配置された構成を採用したので、ロータマグネットの周
波数発電機用の磁極数を比較的少なくしても、モータの
トルクを低下させることなしに充分な周波数発電機の出
力を得ることができ、モータの小型化、薄型化に対応で
きる。また、周波数発電機用の磁極の間隔、周方向の寸
法を均一にできることにより、モータ回転時に周波数発
電機用コイルに対して周波数発電機用の磁極による磁束
変化が全体として均一に行なわれ、周波数発電機出力を
向上できるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による面対向型モータの全体の
構造を示す断面図、第２図は同モータのFG用コイルを設
けたプリント基板の斜視図、第３図は同モータのロータ
マグネットの着磁パターンを示す説明図、第４図は同マ
グネット外周部の回転角による磁化の極性と強さを示す
線図、第５図は従来のモータのマグネット外周部の回転
角による磁化の極性と強さを示す線図、第６図は実施例
のモータのマグネットの着磁パターンの詳細を示す説明
図、第７図は従来のマグネットの着磁パターンの詳細を
示す説明図、第８図及び第９図はそれぞれ異なる従来の
モータのマグネットの着磁パターンを示す説明図であ
る。 １……ロータマグネット、1a……外周部 1b……内周部、２……プリント基板 ３……ステータヨーク、４……ロータヨーク ５……ベアリング、６……ハウジング ７……すべり軸受け、８……シャフト ９……駆動コイル、10……FG用コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02K 29/00,21/00 H02K 1/27 502

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円板状のロータマグネットを有し、 該マグネットの内周部は全周を所定角度で等分した領域
   のそれぞれが１磁極として着磁されており、 該マグネットの外周部は周波数発電機用として周方向に
   沿って前記内周部の１磁極に複数の磁極が対向するよう
   に着磁されており、 前記内周部の１磁極に対向する外周部の複数磁極全体の
   磁化の平均レベルが前記内周部の１磁極と同極性側にず
   れており、 さらに、前記内周部の１磁極に対向する外周部の磁極数
   は奇数であり、かつ前記内周部の磁極どうしの境界の延
   長線上に外周部の磁極がまたがるように配置されたこと
   を特徴とする面対向型モータ。