JP3266559B2 - ブラシレスｄｃモータ - Google Patents

ブラシレスｄｃモータ

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JP3266559B2
JP3266559B2 JP34124297A JP34124297A JP3266559B2 JP 3266559 B2 JP3266559 B2 JP 3266559B2 JP 34124297 A JP34124297 A JP 34124297A JP 34124297 A JP34124297 A JP 34124297A JP 3266559 B2 JP3266559 B2 JP 3266559B2
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    • F16C33/107—Grooves for generating pressure
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はブラシレスＤＣモー
タに関するもので、より詳しくは流体動圧ベアリングを
用いて軸を支持する過程でロータが軸方向に遊動できな
いようにすることにより、高速回転時に振動及び騒音が
減少するブラシレスＤＣモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、事務機器に使用する小型精密モ
ータは、使用する機器の高速化、高容量化の要求に応じ
て、回転速度の高速化を必要とし、低振動、低騒音の動
特性を要求するため、使用するベアリングもボールベア
リングから動的性能に優れた流体焼結ベアリング又は流
体動圧ベアリングに変化している。
【０００３】図１は従来の流体動圧ベアリングを使用す
るモータの断面図であり、ハウジング１の上部中央にス
リーブ１ａを嵌め合わせ方式に組立しており、スリーブ
１ａの内部に軸２を回転可能な状態に備えている。そし
て、ハウジング１の上部外周縁にステータを構成するコ
ア１ｂを備え、軸２の上端にはキャップ形状のロータ３
を備える。ロータ３は内周縁にコア１ｂを取り囲む磁性
体３ａを備え、コア１ｂに巻回したコイル１ｃに電源を
印加すると、磁性体３ａで磁気力が発生し、ロータ３が
軸２を中心として回転する。
【０００４】このように構成した従来のスピンドルモー
タは、流体動圧ベアリングを用いたものであり、軸２の
外周面に動圧発生溝２ａを形成する。即ち、軸２が高速
に回転すると、スリーブ１ａとの間に充填したオイルが
動圧発生溝２ａにより圧力を発生する。従って、軸２は
半径方向に回転支持されている。また、軸２が回転する
間、ロータ３の上部に置いたディスクは、一緒に回転し
ながらディスクの情報を再生する。
【０００５】しかし、流体ベアリングを使用する場合、
軸が半径方向に回転支持する反面、軸方向には回転支持
しない。従って、軸方向ベアリングを別個に製作するべ
きであるが、この場合、半径方向と軸方向のベアリング
の加工及び組立が難しくなる。
【０００６】これを改善するため、特開平７−１１００
２８号公報及び特開昭５６−２０８２８号公報に軸方向
への遊動を抑制する技術が開示されている。これは軸方
向に弾性流体による動圧が形成されるようにワッシャ形
状の構造物を形成して軸方向に支持し得るようにした。
しかし、製作費が高くて、また量産性が悪い。特に軸方
向の動特性が非常に悪く、軸方向の振動が大きいという
欠点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の種々
の問題点に鑑みて開発したものであり、本発明の目的は
軸方向ベアリングを電磁気ベアリングで構成すること
で、ロータが回転する過程で軸方向に遊動しなくなり、
かつ軸方向の動特性が向上して、高速回転時の振動及び
騒音が減少し、製作性が向上するブラシレスＤＣモータ
を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のブラシレスＤＣモータは、コイルを巻いた
ステータと、前記モータの回転軸として定義されるシャ
フトと、前記ステータと同軸上に位置し、ステータを取
り囲むシリンダ形状の壁と、前記シリンダ形状の壁内部
に付着し、ステータとの間にエアギャップを有するマグ
ネットと、前記シリンダ形状の壁に連結し、シャフトを
支持するハブと、前記ハブの一端に設置している第１の
磁気発生部とから構成するロータと、前記ステータを支
持するベースと、前記シャフトが内部で回転可能な流体
流動空間を維持し、シャフトを取り囲んで支持する内部
壁と、前記内部壁を取り囲み、ベアリングシステムを固
定する外部壁と、前記ロータに隣接したところに位置
し、ベアリングシステム内に設置し、前記第１の磁気発
生部と相互作用する第２の磁気発生部と、前記第１の磁
気発生部と第２の磁気発生部とから発生する磁気力の変
化によりロータの遊動量を感知する感知部と、前記内部
壁と外部壁間に位置し、電磁気力を形成して前記ロータ
の軸方向への遊動を抑制する遊動抑制手段と、前記内部
壁と外部壁とを連結する上下端壁とから構成し、前記ベ
ースと前記シャフトを回転可能に連結するベアリングシ
ステムと、前記ベアリングシステムの感知部の信号に応
じて前記遊動抑制手段を制御する制御器とから構成す
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施例を
添付図面に従って詳細に説明する。
【００１０】図２は本発明の第１の実施例によるモータ
の断面図であり、図３は本発明の第１の実施例の遊動抑
制手段の斜視図である。上部中央に円筒の管形状に立設
した支持部１０ａを有するベース１０を備え、支持部１
０ａの内部にはベアリングシステムを構成するベアリン
グ１１を結合する。また、ベース１０の支持部１０ａの
外周縁にはコイル１５を巻いたステータ１４を備える。
【００１１】ベアリング１１は、シャフト１２が回転可
能なように挿入して支持されるように、内部壁とこの内
部壁を取り囲み、支持部１０ａの内周面に嵌め合わせ式
に組立てる外部壁と、内部壁と外部壁の上下端を連結す
る上下端壁とから構成する。また、ベアリング１１の内
部壁とシャフト１２間にオイルを充填する。シャフト１
２は外周面に動圧発生溝１３を形成し、回転する間に動
圧発生溝１３によりオイルに動圧が発生して回転半径方
向に支持する。
【００１２】また、シャフト１２の上端にハブ１６を嵌
め合わせ式に結合し、ハブ１６の外周縁にロータ１７を
ハブ１６とともに回転するように備える。ロータ１７は
下部を開放し、ステータ１４を取り囲むシリンダ形状の
壁で構成し、壁の内部にはマグネット１８を設ける。コ
イル１５に電源を印加すると、マグネット１８で磁気力
が発生して、ロータ１７がシャフト１２とともに高速に
回転する。
【００１３】そして、ベアリング１１の内部壁と外部壁
間には、ロータ１７が軸方向に遊動することができない
ようにする遊動抑制手段１９を備える。遊動抑制手段１
９はシャフト１２が高速に回転する過程でロータ１７が
遠心力により上方に遊動することができないようにする
もので、電磁石の原理を用いる。遊動抑制手段１９はベ
アリング１１の外部壁に形成した溝２１に電磁石コイル
２０を巻くことにより構成する。電磁石コイル２０はベ
アリング１１の上側を電磁石化することによって、ロー
タ１７がベアリング１１側に引かれるので、ロータ１７
の浮きを抑制する。
【００１４】また、ベアリング１１の上端外周面にはロ
ータ１７の遊動量を感知する感知部２２を備える。感知
部２２はロータ１７の変位量を感知し、基準値以上であ
るときに電磁石２０が作動するようにする。このような
感知部２２としては誘導コイル２３を用い、誘導コイル
２３の変位感知量を増幅させるため、ハブ１６の底面と
ベアリング１１の上端にそれぞれ第１，第２の磁気発生
部２６を備える。これらの磁気発生部２６の距離差によ
り磁気力が変化すると、感知部２２の誘導コイル２３が
これを微細に感知することができる。また、誘導コイル
２３の誘導電流変化量を増幅器２４で増幅してから制御
器２５に送り、この制御器２５により遊動抑制手段１９
を制御する。
【００１５】このように構成した本発明は、ベアリング
システムを構成するベアリング１１の内部壁と外部壁間
に遊動抑制手段１９を備える。遊動抑制手段１９は、ロ
ータ１７が回転する過程で遠心力により軸方向に浮かな
いようにするものであり、電磁石の原理を用いる。すな
わち、遊動抑制手段１９を構成する電磁石コイル２０を
ベアリング１１に形成した溝２１に一定量巻く。そし
て、ロータ１７の浮きによる遊動量を感知部２２により
感知した後、遊動抑制手段１９が作動する。感知部２２
はベアリング１１の上端外周面に巻回した誘導コイル２
３で構成するものであり、オペアンプを使用するアナロ
グＰＩＤ制御器あるいはＬＥＡＤ／ＰＨＡＳＥ ＬＡＧ
補償器等を使用する。従って、ロータ１７の変位量によ
り誘導コイル２３で誘導電流が発生し、この誘導電流を
増幅器２４と制御器２５に印加し、遊動抑制手段１９を
最終的に制御する。
【００１６】遊動抑制手段１９は、制御器２５からの制
御信号に応じて電磁石コイル２０に電源を印加する。電
磁石コイル２０に電源を印加すると、ベアリング１１が
電磁石に変化することによりシャフト１２及びロータ１
７に連結したハブ１６の下端が引き下げられ、結果的に
ロータ１７が全体的に下降して軸方向への遊動を抑制す
る。従って、高速回転時の振動及び騒音が減少する。
【００１７】図４は、本発明の第２の実施例によるモー
タの断面図であり、本発明の第１の実施例とほぼ同じ構
成であるが、感知部２２と第１，第２の磁気発生部２６
がない。本発明の第２の実施例では、シャフト１２が回
転する間、遊動抑制手段１９に電源を印加し、シャフト
１２とロータ１８を一定力で引く。そして、シャフト１
２の回転が停止すると、遊動抑制手段１９に印加する電
源を遮断してロータ１７を引かなくなる。
【００１８】図５は、本発明の第３の実施例によるモー
タの断面図であり、本発明の第１の実施例と同一の構成
要素には同一の符号を使用して説明する。ベアリング１
１にはロータ１７が軸方向に遊動することがないように
する遊動抑制手段１９を備える。遊動抑制手段１９は、
シャフト１２が高速に回転する過程でロータ１７が遠心
力により上方に遊動することがないようにするものであ
り、電磁石の原理を用いる。遊動抑制手段１９はベアリ
ング１１の上下側に形成した溝２１，２１ａに上部電磁
石コイル２０と下部電磁石コイル２０ａを巻いた構成で
ある。
【００１９】上部電磁石コイル２０は、ロータ１７が遠
心力により軸方向に上方に移動する時に作動するもので
あり、ベアリング１１の上部を電磁石に形成してロータ
１７を引き下げる。また、下部電磁石コイル２０ａは上
部電磁石コイル２０で発生した磁束方向と反対方向の磁
束を発生して、ベアリング１１の上部で発生する上部電
磁石コイル２０の力を調節する。従って、軸方向に発生
するロータ１７の変位量を磁気力により能動的に制御す
る。
【００２０】このように構成した本発明の第３の実施例
による遊動抑制手段１９は、ロータ１７が回転する過程
で遠心力により軸方向に浮かないようにするものであ
り、電磁石の原理を用いる。すなわち、遊動抑制手段１
９を構成する上部電磁石コイル２０をベアリング１１に
形成した溝２１に一定量巻きつける。そして、ロータ１
７の浮きによる遊動量を感知部２２により感知する。感
知部２２はベアリング１１の上端外周面に巻いた誘導コ
イル２３により構成するものであり、ロータ１７の変位
量により誘導コイル２３で誘導電流が発生する。そし
て、誘導電流を増幅器２４と制御器２５に印加し、誘導
抑制手段１９を最終的に制御する。
【００２１】制御器２５からの制御信号に応じて上部電
磁石コイル２０に電源を印加する。上部電磁石コイル２
０に電源を印加するとベアリング１１の上部が電磁石に
変化することにより、ロータ１７に連結したハブ１６の
下端を引き下げ、結果的にロータ１７が全体的に下降し
て遊動を抑制する。そして、上部電磁石コイル２０の電
磁気力を下部電磁石コイル２０ａにより制御する。すな
わち、上部電磁石コイル２０によりベアリング１１の上
部で発生する電磁気力が過度に発生する場合、これを制
御するため下部電磁石コイル２０ａに電源を印加する。
この際に、下部電磁石コイル２０ａは上部電磁石コイル
２０の磁束の反対方向に電磁気力を発生することによ
り、シャフトを能動的に制御してロータ１７の無理な引
っぱり現象を排除する。従って、高速回転時の振動及び
騒音を減少する。
【００２２】図６は、本発明の第４の実施例によるモー
タの断面図であり、第３の実施例と同一構成要素には同
一の符号を使用する。ロータ１７を構成するハブ１６の
下端外周面に磁気を発生する第１磁気発生部２６を備
え、ベース１０を構成する支持部１０ａの上端外周面に
も第１磁気発生部２６と相互作用する第２の磁気発生部
２６を備える。そして、第１，第２の磁気発生部２６か
ら発生する磁気変化を感知する感知部２２を支持部１０
ａの上端外周面に備える。
【００２３】図７は、本発明の第５の実施例によるモー
タの断面図であり、第３の実施例と同一構成要素に同一
の符号を使用する。ベアリングシステムを構成するベア
リング１１の上端に第１の磁気発生部２６を備え、ロー
タ１７を構成するハブ１６の底面にも第１の磁気発生部
２６と相互作用する第２の磁気発生部２６を備える。そ
して、ハブ１６の外周面には第１，第２の磁気発生部２
６の磁気変化を感知して制御器２５をコントロールする
感知部２２を備える。
【００２４】図８は、本発明の第６の実施例によるモー
タの断面図であり、第３の実施例と同一構成要素には同
一の符号を使用する。ベース１０を構成する支持部１０
ａの上端に第１の磁気発生部２６を備え、ロータ１７を
構成するハブ１６の外周面にも第１の磁気発生部２６と
相互作用する第２磁気発生部２６を備える。そして、ハ
ブ１６の外周面には第１，第２の磁気発生部２６の磁気
変化を感知する感知部２２を備える。
【００２５】前述した本発明の第４，第５，第６の実施
例は本発明の第３の実施例と同様の作用をするので、そ
の説明を省略する。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
ベアリングの外周面にロータの軸方向への遊動を抑制す
る遊動抑制手段を備える。遊動抑制手段は電磁石の原理
を用いたもので、ベアリングが電磁石に変化してロータ
を下方に引き下げる。そして、感知手段を構成する誘導
コイルの誘導電流変化によってロータの遊動量を感知し
て、感知手段の感知量によって遊動抑制手段を制御す
る。従って、高速回転時のロータの振動及び騒音が減少
するので、動特性が向上する等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のモータの断面図である。
【図２】 本発明の第１の実施例によるモータの断面図
である。
【図３】 本発明の第１の実施例の遊動抑制手段の斜視
図である。
【図４】 本発明の第２の実施例によるモータの断面図
である。
【図５】 本発明の第３の実施例によるモータの断面図
である。
【図６】 本発明の第４の実施例によるモータの断面図
である。
【図７】 本発明の第５の実施例によるモータの断面図
である。
【図８】 本発明の第６の実施例によるモータの断面図
である。
【符号の説明】
１０ ベース １０ａ 支持部 １１ ベアリング １２ シャフト １３ 動圧発生溝 １４ ステータ １５ コイル １６ ハブ １７ ロータ １８ マグネット １９ 遊動抑制手段 ２０，２０ａ 電磁石コイル ２１ 溝 ２２ 感知部 ２３ 誘導コイル ２４ 増幅器 ２５ 制御器 ２６ 磁気発生部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02K 7/09 F16C 17/02 H02K 5/16 H02K 5/24 H02K 29/00

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ブラシレスＤＣモータにおいて、 コイルを巻いたステータと、 前記モータの回転軸として定義されるシャフトと、 前記ステータと同軸上に位置し、ステータを取り囲むシ
    リンダ形状の壁と、前記シリンダ形状の壁内部に付着
    し、ステータとの間にエアギャップを有するマグネット
    と、前記シリンダ形状の壁に連結し、シャフトを支持す
    るハブと、前記ハブの一端に設置している第１の磁気発
    生部とから構成するロータと、 前記ステータを支持するベースと、 前記シャフトが内部で回転可能な流体流動空間を維持
    し、シャフトを取り囲んで支持する内部壁と、前記内部
    壁を取り囲み、ベアリングシステムを固定する外部壁
    と、前記ロータに隣接したところに位置し、ベアリング
    システム内に設置し、前記第１の磁気発生部と相互作用
    する第２の磁気発生部と、前記第１の磁気発生部と第２
    の磁気発生部とから発生する磁気力の変化によりロータ
    の遊動量を感知する感知部と、前記内部壁と外部壁間に
    位置し、電磁気力を形成して前記ロータの軸方向への遊
    動を抑制する遊動抑制手段と、前記内部壁と外部壁とを
    連結する上下端壁とから構成し、前記ベースと前記シャ
    フトとを回転可能に連結するベアリングシステムと、 前記ベアリングシステムの感知部の信号に応じて前記遊
    動抑制手段を制御する制御器とから構成することを特徴
    とするブラシレスＤＣモータ。
  2. 【請求項２】 前記遊動抑制手段を軸方向に２以上設け
    たことを特徴とする請求項１記載のブラシレスＤＣモー
    タ。
  3. 【請求項３】 前記制御器と感知部間に増幅器を設けた
    ことを特徴とする請求項１記載のブラシレスＤＣモー
    タ。
  4. 【請求項４】 前記遊動抑制手段を軸方向に２以上設け
    たことを特徴とする請求項３記載のブラシレスＤＣモー
    タ。
  5. 【請求項５】 ブラシレスＤＣモータにおいて、 コイルを巻いたステータと、 前記モータの回転軸として定義されるシャフトと、 前記ステータと同軸上に位置し、ステータを取り囲むシ
    リンダ形状の壁と、前記シリンダ形状の壁内部に付着
    し、ステータとの間にエアギャップを有するマグネット
    と、前記シリンダ形状の壁に連結し、シャフトを支持す
    るハブと、前記ハブの一端に設置している第１の磁気発
    生部とから構成するロータと、 前記ステータを支持する支持部と、前記ロータに隣接し
    たところに位置し、前記第１の磁気発生部と相互作用す
    る第２の磁気発生部と、前記第１の磁気発生部と第２の
    磁気発生部とから発生する磁気力の変化によりロータの
    遊動量を感知する感知部とから構成するベースと、 前記シャフトが内部で回転可能な流体流動空間を維持
    し、前記シャフトを取り囲んで支持する内部壁と、前記
    内部壁を取り囲み、ベアリングシステムを固定する外部
    壁と、前記内部壁と外部壁間に位置し、電磁気力を形成
    して前記ロータの軸方向への遊動を抑制する遊動抑制手
    段と、前記内部壁と外部壁とを連結する上下端壁とから
    構成し、前記ベースと前記シャフトとを回転可能に連結
    するベアリングシステムと、 前記感知部の信号に応じて前記遊動抑制手段を制御する
    制御器とから構成することを特徴とするブラシレスＤＣ
    モータ。
  6. 【請求項６】 前記遊動抑制手段を軸方向に２以上設け
    たことを特徴とする請求項５記載のブラシレスＤＣモー
    タ。
  7. 【請求項７】 前記制御器と感知部間に増幅器を設けた
    ことを特徴とする請求項５記載のブラシレスＤＣモー
    タ。
  8. 【請求項８】 前記遊動抑制手段を軸方向に２以上設け
    たことを特徴とする請求項７記載のブラシレスＤＣモー
    タ。
  9. 【請求項９】 ブラシレスＤＣモータにおいて、 コイルを巻いたステータと、 前記ステータを支持するベースと、 前記モータの回転軸として定義されるシャフトと、 前記シャフトが内部で回転可能な流体流動空間を維持
    し、シャフトを取り囲んで支持する内部壁と、前記内部
    壁を取り囲み、ベアリングシステムを固定する外部壁
    と、前記内部壁と外部壁間に位置し、電磁気力を形成し
    て前記ロータの軸方向への遊動を抑制する遊動抑制手段
    と、ベアリングの上端に位置する第１の磁気発生部と、
    前記内部壁と外部壁とを連結する上下端壁とから構成
    し、前記ベースと前記シャフトを回転可能に連結するベ
    アリングシステムと、 前記ステータと同軸上に位置し、前記ステータを取り囲
    むシリンダ形状の壁と、前記シリンダ形状の壁内部に付
    着し、ステータとの間にエアギャップを有するマグネッ
    トと、前記シリンダ形状の壁に連結し、シャフトを支持
    するハブと、前記ハブの一端に設置している第１の磁気
    発生部と、前記第１の磁気発生部に隣接したところに位
    置し、前記第１の磁気発生部と相互作用する第２の磁気
    発生部と、前記第１の磁気発生部と第２の磁気発生部と
    から発生する磁気力の変化によりロータの遊動量を感知
    する感知部とから構成するロータと、 前記感知部の信号に応じて前記遊動抑制手段を制御する
    制御器とから構成することを特徴とするブラシレスＤＣ
    モータ。
  10. 【請求項１０】 前記遊動抑制手段を軸方向に２以上設
    けたことを特徴とする請求項９記載のブラシレスＤＣモ
    ータ。
  11. 【請求項１１】 前記制御器と感知部間に増幅器を設け
    たことを特徴とする請求項９記載のブラシレスＤＣモー
    タ。
  12. 【請求項１２】 前記遊動抑制手段を軸方向に２以上設
    けたことを特徴とする請求項１１記載のブラシレスＤＣ
    モータ。
  13. 【請求項１３】 ブラシレスＤＣモータにおいて、 コイルを巻いたステータと、 前記ステータを支持し、一部に第１の磁気発生部を設置
    したベースと、 前記モータの回転軸として定義されるシャフトと、 前記シャフトが内部で回転可能な流体流動空間を維持
    し、前記シャフトを取り囲んで支持する内部壁と、前記
    内部壁を取り囲み、ベアリングシステムを固定する外部
    壁と、前記内部壁と外部壁間に位置し、電磁気力を形成
    して前記ロータの軸方向への遊動を抑制する遊動抑制手
    段と、前記内部壁と外部壁とを連結する上下端壁とから
    構成し、前記ベースと前記シャフトとを回転可能に連結
    するベアリングシステムと、 前記ステータと同軸上に位置し、前記ステータを取り囲
    むシリンダ形状の壁と、前記シリンダ形状の壁内部に付
    着し、ステータとの間にエアギャップを有するマグネッ
    トと、前記シリンダ形状の壁に連結し、シャフトを支持
    するハブと、前記第１の磁気発生部に隣接したところに
    位置し、前記第１の磁気発生部と相互作用する第２の磁
    気発生部と、前記第１の磁気発生部と第２の磁気発生部
    とから発生する磁気力の変化によりロータの遊動量を感
    知する感知部とから構成するロータと、 前記感知部の信号に応じて前記遊動抑制手段を制御する
    制御器とから構成することを特徴とするブラシレスＤＣ
    モータ。
  14. 【請求項１４】 前記遊動抑制手段を軸方向に２以上設
    けたことを特徴とする請求項１３記載のブラシレスＤＣ
    モータ。
  15. 【請求項１５】 前記制御器と感知部間に増幅器を設け
    たことを特徴とする請求項１３記載のブラシレスＤＣモ
    ータ。
  16. 【請求項１６】 前記遊動抑制手段を軸方向に２以上設
    けたことを特徴とする請求項１５記載のブラシレスＤＣ
    モータ。
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