JP3543696B2 - ３相モータ及びそれを備えた磁気ディスク駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３相モータとそれを備えた磁気ディスク駆動装置に関し、特に、その３相モータの駆動磁石とコイルの配置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フロッピーディスクドライブ（以下ＦＤＤという）は小型化、薄型化が求められており、しかも記録密度の向上など高性能化も求められている。従って、ＦＤＤに使用されるスピンドルモータにも小型化、薄型化、高性能化が求められている。
【０００３】
図６はドライブの厚さが１／２インチである従来技術に係るＦＤＤに用いる、平板スピンドルモータを示す斜視図であり、金属ベースプリント基板（１２）によって形成されるステータ（３）及びステータ（３）に回転自在に取り付けられたロータ（１）によって形成されている。
【０００４】
また、図４は従来技術に係るＦＤＤに用いる、スピンドルモータの要部断面図である。更に図５は、図６に示した従来技術に係るＦＤＤに用いる、スピンドルモータからロータ（１）及び軸受を取り除いた状態を示す平面図である。
【０００５】
公知の従来技術において、３相駆動モータの場合、磁極数は４ｎ、コイル数は３ｎ（ｎは１以上の自然数）として構成され、図１８に示す表のようになる。
従来技術に係る３相駆動モータの、ｎ＝２〜４の駆動磁石の着磁図とコイルの配置図を、図１１〜１３に示す。それぞれ（Ａ）は磁石の着磁を、（Ｂ）はコイル配置を示す図である。
図５の従来例は、１６極１２コイルを示している。
【０００６】
図４および図５に示した従来例において、ステータ（３）は金属ベースプリント基板（１２）によって形成され、金属ベースプリント基板（１２）上には複数のフラットコイル（５）及び小フラットコイル（７）が環状に電気角で４／３π隔てて隣接配置されている。
【０００７】
電気角とは隣接する１組の磁極（Ｎ極とＳ極）を２πとして表す方法である。
【０００８】
このフラットコイル（５）及び小フラットコイル（７）は外周側に比べて内周側の方が狭くなっており、ロータ（１）の駆動コイルとして電流が流れるようになっている。
また、フラットコイル（５）と小フラットコイル（７）とは平面サイズが異なっており、平面サイズの大きいフラットコイル（５）が３個並ぶ毎に平面サイズの小さい小フラットコイル（７）が１個配置されている。
【０００９】
図５によれば、平面サイズの大きいフラットコイル（５）が９個、平面サイズの小さい小フラットコイル（７）が３個の合計１２個のフラットコイルが３６０°に渡って均等に隙間なく配置されている。
【００１０】
そして、フラットコイル（５）及び小フラットコイル（７）の外周には周波数発電機（以下ＦＧという）用パターン（４）が形成されており、小フラットコイル（７）とＦＧ用パターン（４）との間には、位置検出用の磁気センサー（ホール素子）（６）がそれぞれ設けられている。
【００１１】
ここで、小フラットコイル（７）の平面サイズが他のフラットコイル（５）の平面サイズよりも小さく構成されているのは、ＦＧ用パターン（４）の内側にロータ（１）の磁極位置を検出するためのホール素子（６）を配置するスペースを金属ベースプリント基板（１２）上に確保するためである。
【００１２】
ひとつの小フラットコイル（７）は、他の２個の小フラットコイル（７）とは１２０°の間隔で取り付けてある。
そして、フロッピーディスク上のデータの記録および再生を行なう磁気記録再生ヘッド（以下、磁気ヘッド）（８）は、ディスクにアクセスする際にひとつの小フラットコイル（７）上をラジアル方向に移動するように配置されている。
【００１３】
また図４において、ロータ（１）にはステータ（３）上のフラットコイル（５）および小フラットコイル（７）に対応する位置に駆動リング状磁石（２）を設けてあり、ステータ（３）上のＦＧ用パターン（４）に対応する位置にはＦＧ磁石（９）が設けてある。
そして、ステータ（３）に設けられたＦＧ用パターン（４）とロータ（１）の外周部に設けられたＦＧ磁石（９）とによって回転制御用のＦＧ信号を発生する。
【００１４】
なお、駆動リング磁石（２）は放射状に１６極に着磁されている。
そして、ロータ（１）の中央には軸（１４）が固定されており、この軸（１４）はステータ（３）上に設けられた軸受（図示せず）によって回転自在に保持されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した構成によれば、サイズの大きい（通常サイズ）フラットコイル（５）に加えて平面サイズの小さい小フラットコイル（７）を製造する必要があるため、少なくとも大小２種類のフラットコイルの製作とその組立を行う必要があるために、ステータのコストが上がるという問題があった。
【００１６】
また、平面サイズの小さい小フラットコイル（７）を使用しているので、磁気回路の磁束を十分に利用出来ずモータの効率が悪化し、トルクやトルク定数（以下Ｋｔともいう）が小さくなるという課題があった。
トルク定数とは、印加電流に対する発生トルクの比例定数である。
また、通常サイズのフラットコイル（５）と小フラットコイル（７）とが混在してステータを構成しているの、磁界強度が全周に亘って厳密に均一とはならないので、モータの回転精度を低下させる要因となっていた。
【００１７】
更に、磁気ディスクの信号を記録再生する磁気ヘッド（８）が平面サイズの小さい小フラットコイル（７）の上側に近接するため、フラットコイル（７）からの磁束が磁気ヘッド（８）に鎖交しノイズを検出してしまい、データエラーを発生することがあった。
【００１８】
更にまた図５を参照して説明すると、１６極（８極対）の駆動リング磁石（２）を使用した場合、１極のコイル幅（後述）（１０）は、理想的には磁石（２）の磁極の幅と同じ３６０°／１６＝２２．５°となる。
【００１９】
ここでコイル幅とは、所定の太さを有する両側のコイル巻線の中心線が挟む角度を意味し、そのコイルが発生させる磁束の幅に等しいので、全磁束が効率よく磁石（２）を貫通するために、磁石（２）の磁極の幅と一致することが理想的である。
【００２０】
一方、ステータに、１６極の駆動リング磁石（２）に対応する１２個のフラットコイル（５）（７）を配置すると、コイル配置幅（１１）は図１８に見るとおり、３６０°／１２＝３０°となり、図５に示すような構成となる。
コイル配置幅（１１）とは、各コイルの中心のピッチを意味する。
【００２１】
図５に示す如く、このように配置すると隣接するフラットコイル同士が接触してしまうため、実際のコイル幅は理想値よりも小さな値となりモータの効率が理想値よりも低下してしまう課題があった。
更に図５において、磁気センサー（６）用の引き出しパターン（図示せず）を設ける必要があるので、ＦＧ用パターン（４）を全周に渡って設けることが出来ずＦＧ信号が中断する回転領域があるので、精密な回転制御が困難である、という課題があった。
【００２２】
一方、隣合うフラットコイルが異極の磁界を発生する場合はこの磁束の一部が直接打消し合い磁束の利用効率が悪く発生トルクが低下することが従来知られている。
このため隣合うフラットコイルが同極性の磁界を発生するように構成して、駆動コイルの磁束が有効に駆動磁極と作用を生じるようにしてトルク性能を向上させる技術が従来知られていた。
特にＦＤＤなど装置を小型化するためにロータとステータを薄くし、かつ必要なトルク性能を得るためには、隣合うフラットコイルが同極性の磁界を発生するようにしてトルク性能を向上させる構成が必要である。
【００２３】
しかし上記のように構成すると、フラットコイルの生成する磁界強度がより大きくなることから駆動コイルの磁束がロータ外に漏れて磁気ヘッドに影響する割合が増加し、フロッピーディスクに記録されたデータのリード・ライトに支障をきたす、という不具合があった。
【００２４】
またモータの外径は大きい方が駆動磁極の磁束量と駆動コイルの巻線が増加し、大きなトルクが発生しモータの効率が良好になることが知られている。
【００２５】
このためロータの外径を磁気ヘッドの移動範囲付近まで拡大することが有効である。
しかしこの場合、前述したロータ外に漏れる磁束が磁気ヘッドに影響を与える事になる。特に装置を薄型に使用とすると磁気ヘッドと駆動コイルとのスラスト方向の距離が小さくなるのでこの影響が顕著となり、データのリード・ライトに支障をきたすことになる。
この問題を回避するために、磁気ヘッドと駆動コイルとのスラスト方向の距離を大きくして構成すると、装置の薄型化を進める上での障害となってしまう。
【００２６】
本発明は上記の状況に鑑みてなされたもので、３相モータ及びそれを備えた磁気ディスク駆動装置に関し、ステータを構成するフラットコイル（５）の大きさを統一することで装置のコストダウンを可能にし、かつ効率を向上し、さらにフラットコイル（５）のコイル幅（１０）をロータを構成するリング状磁石の磁極幅に近づけることによって効率を向上し、精密な回転制御を可能とした３相モータを提供し、また、フラットコイル（５）が生成する磁界が磁気ヘッドに与える影響を低減する、３相モータを備えた磁気ディスク駆動装置を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、請求項１に係る発明は、ステータを形成する基板の軸周部上に電気角で（５／３）πずつ隔てて配置された３ｍ（ｍは２以上の自然数）個のフラットコイルと、ロータに設けられ前記フラットコイルに対向するリング状磁石であって、等しいピッチ角度で４ｎ（ｎは３以上の自然数）極着磁された駆動磁石と、を有する３相モータにおいて、
前記フラットコイルの巻線の平面形状を略台形形状にすると共に前記略台形形状の短辺部を前記軸側に配置し、前記略台形形状の一対の側部の中心線が挟む角度と前記駆動磁石の前記ピッチ角度とを等しくして成ることを特徴とする３相モータであり、
請求項２に係る発明は、前記円周状に配置した３ｍ個のフラットコイルの間に設けた最大の間隙部に一つの磁気センサーを配置したことを特徴とする請求項１記載の３相モータであり、
請求項３に係る発明は、磁気ディスクを回転駆動するモータと、前記磁気ディスクへの信号記録又は前記磁気ディスクからの信号再生をするための磁気ヘッドと、を備えた磁気ディスク駆動装置であって、
前記モータを請求項１または請求項２に記載の３相モータにして成ることを特徴とする磁気ディスク駆動装置であり、
請求項４に係る発明は、前記磁気ヘッドの移動動作位置を前記最大の間隙部に一致させて成ることを特徴とする請求項３記載の磁気ディスク駆動装置である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る一実施の形態として、スピンドルモータを含むＦＤＤについて図１乃至３、図７乃至１０、図１４乃至１７、図１９乃至２０を参照して説明する。
なお従来例と同じ構成部材については同一の符号を付し説明を一部省略する。
【００２９】
図１７は、本実施の形態のＦＤＤの内部構造を示す分解斜視図で、スピンドルモータ（１５）と磁気ヘッド（８）の位置関係を示す。
【００３０】
図１７において、磁気ヘッド（８）はスピンドルモータ（１５）の軸（１４）に向かって直角に移動し磁気ディスク（図示せず）に信号を記録し又はディスクの信号を再生する。
【００３１】
次に図１を用いて本実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータの構造を説明する。
図１は本発明に係るＦＤＤに用いるスピンドルモータからロータ（１）及び軸受を取り除いた状態を示す平面図である。
【００３２】
なお、本実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータの回転駆動方式は３相、１６極、９コイル、１センサーの駆動方式である。
【００３３】
図１において、ステータ（３）は鉄系の金属ベースプリント基板（１２）をステータヨークとして、その内周部に４８パルスのＦＧ用パターン（４）を形成しており、フラットコイル（５）がＦＧ用パターン（４）を囲むように９個隣接配列されている。
【００３４】
次に図３を用いて本実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータの説明を続ける。
図３は、本実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータの断面図である。
【００３５】
図３において、ロータ（１）には、フラットコイル（５）と対向する位置に駆動リング磁石（２）が、ＦＧ用パターン（４）と対向する位置にＦＧマグネット（９）が夫々配置されている。
【００３６】
図１に戻って、夫々のフラットコイル（５）は、外周側に比べて内周側の方が小さく形成されており、そのコイル幅は２２．５°である。
そして、隣接したフラットコイル（５）は夫々近接してコイル配置幅が３７．５°となるように配置されているが、一ヶ所だけホール素子（６）を配置するための間隙（フラットコイル（５）が配置されていない領域）が設けられ、センサー配置部（２０）としてある。
【００３７】
また、フラットコイル（５）に対向してにロータ（１）に設けられた駆動リング磁石（２）は放射状に１６極で着磁されており、夫々３６０°／１６＝２２．５°の間隔を有する構成となっている。
【００３８】
そして、センサー配置部（最大間隙部）（２０）に向かい合うようにして、磁気ヘッド（８）の移動エリアが配置されている。
【００３９】
なお、フラットコイル（５）には断面が長方形の平角線を使用している。図７〜１０を用いて、以下にフラットコイル（５）の構成について説明する。
図７は本実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータのフラットコイル（５）の斜視図である。
【００４０】
図７に示す如く、フラットコイル（５）は、平角線の巻き始め電極（２１）と外周の巻き終わり電極（２２）とを有している。
図８は図７に示したフラットコイル（５）の断面斜視図である。
【００４１】
図１０は図７に示したフラットコイル（５）に用いた平角線の断面構造図で、平角線を構成する銅線（１６）は断面が長方形であり、その周囲に絶縁層（１７）と接着層（１８）とを有している。
【００４２】
図９は図１０に示した平角線とは異なる構成の片面絶縁線の断面図であり、銅線（１６）と片面だけの絶縁層（１７）と片面だけの接着層（１８）からなっている。
【００４３】
図１０に示した平角線で巻いたフラットコイル（５）は、従来の円形断面を有する被服線と比較して、より小さい容積に同じ巻数を巻けるので、効率の高いモータを構成できる効果がある。
さらに図９に示す片面絶縁線で巻いたフラットコイル（５）は、さらに小さい容積で同じ巻数を巻けるので、より効率の高いモータを構成出来る効果がある。
【００４４】
再び図１に戻って、本実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータの説明を続ける。
図１において、隣接したフラットコイル（５）は電気角で（５／３）πの間隔で配置されており、機械角では（３６０°／１６）×（５／３）＝３７．５°隔てて配置されている。
【００４５】
そして、ホール素子（６）を配置するためのセンサー配置部（最大間隙部）（２０）を設けた第１のフラットコイル（５ａ）と第９のフラットコイル（５ｉ）との間隔だけは（８／３）π（機械角で６０°）の間隔でフラットコイル（５）が配置されている。
【００４６】
【００４７】
機械角とは図１等に示す如く、二つのコイルの中心が幾何学的に挟む角度である。
【００４８】
従来技術に係る３相駆動モータの場合、その磁極数は４ｎ、コイル数は３ｎ（ｎは自然数）で構成されることは先に説明した通りである。
【００４９】
本実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータでは、その磁極数は４ｎ（ｎは３以上の自然数、図１に示す例では、１６極）、コイル数は３ｍ（ｍは２以上の自然数、同じく、９コイル）として構成している。
【００５０】
図１に示した構成の、コイル配置と駆動磁石の磁極の関係（１６極、９コイル）を図１５に示してある。磁極の配置が図１５（Ａ）、コイルの配置が図１５（Ｂ）である。
【００５１】
更に他の構成例として、図１４に１２極６コイル、同じく図１６に２０極９コイルの配置を示してある。
以下に、図１４、図１９、図２０を用いて、１２極６コイルとして構成した場合の、フラットコイル（５）に加わる駆動電流とフラットコイル（５）が発生する磁界の向きとの関係を説明する。
図１４に示すフラットコイル（５）の配置図において、便宜上フラットコイル（５）に番号を付してある。
また、図１４に示したフラットコイル（５）は３相Ｙ結線で接続されており、その結線図を図１９に示す。
更にそれらのフラットコイル（５）に印加される駆動電流のタイミングチャートを図２０に示す。図２０では印加電流として典型的なステップ波形で示してある。
図１４と図２０とからわかるように、図１４の如くフラットコイル（５）を配置することで、任意の２相に通電した状態で隣り合うフラットコイル（５）は同極性の磁界を発生するよう構成されているので、逆方向の磁界同士が打ち消しあうことも無い。
【００５２】
更に図１において、本実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータのＦＧ用パターン（４）の説明を行なう。
【００５３】
図１に示すように、ＦＧ用パターン（４）をフラットコイル（５）の内周側に形成したので、磁気センサー（６）の引き出し線によってＦＧ用パターン（４）が妨害されることなく、ＦＧ用パターン（４）を駆動コイル内周部に全周に渡って途切れることなく形成することが可能となり、モータの回転制御精度が向上するという効果を奏する。
【００５４】
ＦＧ磁極（９）は本実施の形態では９６極に着磁されているので、ＦＧ用パターン（４）もまた機械角で、３６０°／９６＝３．７５°で構成されている。
【００５５】
この時、ＦＧパターン引き出し線（２３）の影響を打ち消すための打消しパターン（１９）が、ＦＧ用パターン引出し線（２３）を基準に、駆動磁石の電気角で（２ｍ＋１）π（但しｍは０、１、２、・・、実施例はｍ＝０）の角度に、幅２２．５°の機械角で配置されているのでＦＧ信号への駆動磁石の影響が打消される。
【００５６】
図２は図１に示した構成とはまた異なる構成とした例であり、図１と同一の１６極９コイルであるが、ＦＧ用パターン（４）をコイル（５）の外周に配置した構成としている。
【００５７】
本実施の形態に係るＦＤＤは、以上に説明した構成のスピンドルモータを用いており、そのスピンドルモータは環状に配置したフラットコイル（５）の間に一ヶ所の最大間隙部（２０）を設け、ここに磁気センサー（８）を配置しているので、従来技術に見られたように、小径の小フラットコイル（７）を別途製作して配置する必要がなくなり、フラットコイルの種類が減ることから組み立て工数及び製造コストを少なくすることができる。
更に、同じ形状のフラットコイル（５）でステータが構成されることから、全周にわたって発生磁界が均一となり、回転精度が向上する効果がある。
【００５８】
また、磁気ヘッド（８）の移動エリアを、フラットコイル（５）の最大の間隙に配置したので、フラットコイル（５）から発生する漏れ磁束の磁気ヘッド（８）に対する影響が低減され、ＦＤＤがデータエラーを発生する頻度が減少する効果がある。
【００５９】
なお、磁気ヘッド（８）の移動エリアを配置したフラットコイル（５）の間隙は図１に示す構成では両端のフラットコイル（５ａ）（５ｉ）が挟む角度が６０°となる。
【００６０】
更に、上記に説明したように、隣り合うフラットコイル（５）を電気角（５／３）πをなす間隔で配置したので、フラットコイル（５）は任意の２相に通電された状態で隣合うフラットコイル（５）が同極性の磁界を発生するように構成され、従来技術のモータにおいて説明したような磁束の打ち消し合いによる効率の低下から、モータのトルクが低下する現象が回避される。
すなわち同程度のトルクを発生させるに要する印加電流が従来より小さな値で十分なので、漏れ磁束も低減され、上記のようにフラットコイル（５）の最大の間隙（２０）に磁気ヘッド（８）を配置したことと合わせて、磁気ヘッド（８）への漏れ磁束の影響によるデータエラーを低減できる効果がある。
【００６１】
更に、小フラットコイル（７）を用いる必要が無いことから、すべてのフラットコイル（５）の巻線を外周部に設けることが出来るので、モータの効率が向上し、起動トルク及びトルク定数が向上するという効果がある。
【００６２】
更に、磁極数は４ｎ（ｎは３以上の自然数）、コイル数は３ｍ（ｍは２以上の自然数）として構成したのでフラットコイル（５）の大きさを十分に大きくすることが出来、ステータのコイル幅をロータの磁極幅に近づけることができるので、モータの効率が向上し、起動トルク及びトルク定数が向上するという効果がある。
【００６３】
上記に説明した、本実施の形態の構成において、磁気センサー（６）がない、ノーセンサー駆動のモータとした構成においても、上記に説明した本発明の効果が同様に得られるものである。
【００６４】
【発明の効果】
本願発明によれば、３相モータにおいて、フラットコイルの大きさを大きくできるのでモータの効率が向上し、起動トルクおよびトルク定数が向上する効果を奏するとともに、小径のコイルを使用しないので、組立て工数が少なく、かつ回転精度が向上する効果を奏する。また、３相モータを備えた磁気ディスク装置においては、データエラーが低減し、モータの回転制御精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータの上面図である。
【図２】本発明の一実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータの他の構成例における上面図である。
【図３】本発明の一実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータの断面図である。
【図４】従来技術に係るＦＤＤ用スピンドルモータの断面図である。
【図５】従来技術に係るＦＤＤ用スピンドルモータの上面図である。
【図６】従来技術に係るＦＤＤ用スピンドルモータの斜視図である。
【図７】本発明の一実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータに用いるフラットコイルの斜視図である。
【図８】本発明の一実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータに用いるフラットコイルの断面斜視図である。
【図９】本発明の一実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータに用いるフラットコイルを構成する片面絶縁線の断面斜視図である。
【図１０】本発明の一実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータに用いるフラットコイルを構成する平角線の断面斜視図である。
【図１１】従来技術に係るＦＤＤ用スピンドルモータの磁極及びコイルの配置図である。
【図１２】従来技術に係るＦＤＤ用スピンドルモータの磁極及びコイルの配置図である。
【図１３】従来技術に係るＦＤＤ用スピンドルモータの磁極及びコイルの配置図である。
【図１４】本発明の一実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータの磁極及びコイルの配置図である。
【図１５】本発明の一実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータの磁極及びコイルの配置図である。
【図１６】本発明の一実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータの磁極及びコイルの配置図である。
【図１７】本発明の一実施の形態のＦＤＤの分解斜視図である。
【図１８】従来技術に係るＦＤＤ用スピンドルモータの磁極とコイルの数を示す表である。
【図１９】本発明の一実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータにおいて、１２極６コイルとした構成のフラットコイルの結線図である。
【図２０】本発明の一実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータにおいて、１２極６コイルとした構成のフラットコイルに加わる駆動電流のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ ロータ
２ リング状駆動磁石
３ ステータ
４ ＦＧ用パターン
５ フラットコイル
５ａ フラットコイル
５ｉ フラットコイル
６ ホール素子（磁気センサー）
７ 小フラットコイル
８ 磁気ヘッド
９ ＦＧ用磁石
１４ 軸
１５ スピンドルモータ
１６ 銅線
１７ 絶縁層
１８ 接着層
１９ 打消しパターン
２０ センサー配置部（最大間隙部）
２１ 巻き始め電極
２２ 巻き終わり電極
２３ ＦＧパターン引き出し線
【発明の属する技術分野】
本発明は、３相モータとそれを備えた磁気ディスク駆動装置に関し、特に、その３相モータの駆動磁石とコイルの配置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フロッピーディスクドライブ（以下ＦＤＤという）は小型化、薄型化が求められており、しかも記録密度の向上など高性能化も求められている。従って、ＦＤＤに使用されるスピンドルモータにも小型化、薄型化、高性能化が求められている。
【０００３】
図６はドライブの厚さが１／２インチである従来技術に係るＦＤＤに用いる、平板スピンドルモータを示す斜視図であり、金属ベースプリント基板（１２）によって形成されるステータ（３）及びステータ（３）に回転自在に取り付けられたロータ（１）によって形成されている。
【０００４】
また、図４は従来技術に係るＦＤＤに用いる、スピンドルモータの要部断面図である。更に図５は、図６に示した従来技術に係るＦＤＤに用いる、スピンドルモータからロータ（１）及び軸受を取り除いた状態を示す平面図である。
【０００５】
公知の従来技術において、３相駆動モータの場合、磁極数は４ｎ、コイル数は３ｎ（ｎは１以上の自然数）として構成され、図１８に示す表のようになる。
従来技術に係る３相駆動モータの、ｎ＝２〜４の駆動磁石の着磁図とコイルの配置図を、図１１〜１３に示す。それぞれ（Ａ）は磁石の着磁を、（Ｂ）はコイル配置を示す図である。
図５の従来例は、１６極１２コイルを示している。
【０００６】
図４および図５に示した従来例において、ステータ（３）は金属ベースプリント基板（１２）によって形成され、金属ベースプリント基板（１２）上には複数のフラットコイル（５）及び小フラットコイル（７）が環状に電気角で４／３π隔てて隣接配置されている。
【０００７】
電気角とは隣接する１組の磁極（Ｎ極とＳ極）を２πとして表す方法である。
【０００８】
このフラットコイル（５）及び小フラットコイル（７）は外周側に比べて内周側の方が狭くなっており、ロータ（１）の駆動コイルとして電流が流れるようになっている。
また、フラットコイル（５）と小フラットコイル（７）とは平面サイズが異なっており、平面サイズの大きいフラットコイル（５）が３個並ぶ毎に平面サイズの小さい小フラットコイル（７）が１個配置されている。
【０００９】
図５によれば、平面サイズの大きいフラットコイル（５）が９個、平面サイズの小さい小フラットコイル（７）が３個の合計１２個のフラットコイルが３６０°に渡って均等に隙間なく配置されている。
【００１０】
そして、フラットコイル（５）及び小フラットコイル（７）の外周には周波数発電機（以下ＦＧという）用パターン（４）が形成されており、小フラットコイル（７）とＦＧ用パターン（４）との間には、位置検出用の磁気センサー（ホール素子）（６）がそれぞれ設けられている。
【００１１】
ここで、小フラットコイル（７）の平面サイズが他のフラットコイル（５）の平面サイズよりも小さく構成されているのは、ＦＧ用パターン（４）の内側にロータ（１）の磁極位置を検出するためのホール素子（６）を配置するスペースを金属ベースプリント基板（１２）上に確保するためである。
【００１２】
ひとつの小フラットコイル（７）は、他の２個の小フラットコイル（７）とは１２０°の間隔で取り付けてある。
そして、フロッピーディスク上のデータの記録および再生を行なう磁気記録再生ヘッド（以下、磁気ヘッド）（８）は、ディスクにアクセスする際にひとつの小フラットコイル（７）上をラジアル方向に移動するように配置されている。
【００１３】
また図４において、ロータ（１）にはステータ（３）上のフラットコイル（５）および小フラットコイル（７）に対応する位置に駆動リング状磁石（２）を設けてあり、ステータ（３）上のＦＧ用パターン（４）に対応する位置にはＦＧ磁石（９）が設けてある。
そして、ステータ（３）に設けられたＦＧ用パターン（４）とロータ（１）の外周部に設けられたＦＧ磁石（９）とによって回転制御用のＦＧ信号を発生する。
【００１４】
なお、駆動リング磁石（２）は放射状に１６極に着磁されている。
そして、ロータ（１）の中央には軸（１４）が固定されており、この軸（１４）はステータ（３）上に設けられた軸受（図示せず）によって回転自在に保持されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した構成によれば、サイズの大きい（通常サイズ）フラットコイル（５）に加えて平面サイズの小さい小フラットコイル（７）を製造する必要があるため、少なくとも大小２種類のフラットコイルの製作とその組立を行う必要があるために、ステータのコストが上がるという問題があった。
【００１６】
また、平面サイズの小さい小フラットコイル（７）を使用しているので、磁気回路の磁束を十分に利用出来ずモータの効率が悪化し、トルクやトルク定数（以下Ｋｔともいう）が小さくなるという課題があった。
トルク定数とは、印加電流に対する発生トルクの比例定数である。
また、通常サイズのフラットコイル（５）と小フラットコイル（７）とが混在してステータを構成しているの、磁界強度が全周に亘って厳密に均一とはならないので、モータの回転精度を低下させる要因となっていた。
【００１７】
更に、磁気ディスクの信号を記録再生する磁気ヘッド（８）が平面サイズの小さい小フラットコイル（７）の上側に近接するため、フラットコイル（７）からの磁束が磁気ヘッド（８）に鎖交しノイズを検出してしまい、データエラーを発生することがあった。
【００１８】
更にまた図５を参照して説明すると、１６極（８極対）の駆動リング磁石（２）を使用した場合、１極のコイル幅（後述）（１０）は、理想的には磁石（２）の磁極の幅と同じ３６０°／１６＝２２．５°となる。
【００１９】
ここでコイル幅とは、所定の太さを有する両側のコイル巻線の中心線が挟む角度を意味し、そのコイルが発生させる磁束の幅に等しいので、全磁束が効率よく磁石（２）を貫通するために、磁石（２）の磁極の幅と一致することが理想的である。
【００２０】
一方、ステータに、１６極の駆動リング磁石（２）に対応する１２個のフラットコイル（５）（７）を配置すると、コイル配置幅（１１）は図１８に見るとおり、３６０°／１２＝３０°となり、図５に示すような構成となる。
コイル配置幅（１１）とは、各コイルの中心のピッチを意味する。
【００２１】
図５に示す如く、このように配置すると隣接するフラットコイル同士が接触してしまうため、実際のコイル幅は理想値よりも小さな値となりモータの効率が理想値よりも低下してしまう課題があった。
更に図５において、磁気センサー（６）用の引き出しパターン（図示せず）を設ける必要があるので、ＦＧ用パターン（４）を全周に渡って設けることが出来ずＦＧ信号が中断する回転領域があるので、精密な回転制御が困難である、という課題があった。
【００２２】
一方、隣合うフラットコイルが異極の磁界を発生する場合はこの磁束の一部が直接打消し合い磁束の利用効率が悪く発生トルクが低下することが従来知られている。
このため隣合うフラットコイルが同極性の磁界を発生するように構成して、駆動コイルの磁束が有効に駆動磁極と作用を生じるようにしてトルク性能を向上させる技術が従来知られていた。
特にＦＤＤなど装置を小型化するためにロータとステータを薄くし、かつ必要なトルク性能を得るためには、隣合うフラットコイルが同極性の磁界を発生するようにしてトルク性能を向上させる構成が必要である。
【００２３】
しかし上記のように構成すると、フラットコイルの生成する磁界強度がより大きくなることから駆動コイルの磁束がロータ外に漏れて磁気ヘッドに影響する割合が増加し、フロッピーディスクに記録されたデータのリード・ライトに支障をきたす、という不具合があった。
【００２４】
またモータの外径は大きい方が駆動磁極の磁束量と駆動コイルの巻線が増加し、大きなトルクが発生しモータの効率が良好になることが知られている。
【００２５】
このためロータの外径を磁気ヘッドの移動範囲付近まで拡大することが有効である。
しかしこの場合、前述したロータ外に漏れる磁束が磁気ヘッドに影響を与える事になる。特に装置を薄型に使用とすると磁気ヘッドと駆動コイルとのスラスト方向の距離が小さくなるのでこの影響が顕著となり、データのリード・ライトに支障をきたすことになる。
この問題を回避するために、磁気ヘッドと駆動コイルとのスラスト方向の距離を大きくして構成すると、装置の薄型化を進める上での障害となってしまう。
【００２６】
本発明は上記の状況に鑑みてなされたもので、３相モータ及びそれを備えた磁気ディスク駆動装置に関し、ステータを構成するフラットコイル（５）の大きさを統一することで装置のコストダウンを可能にし、かつ効率を向上し、さらにフラットコイル（５）のコイル幅（１０）をロータを構成するリング状磁石の磁極幅に近づけることによって効率を向上し、精密な回転制御を可能とした３相モータを提供し、また、フラットコイル（５）が生成する磁界が磁気ヘッドに与える影響を低減する、３相モータを備えた磁気ディスク駆動装置を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、請求項１に係る発明は、ステータを形成する基板の軸周部上に電気角で（５／３）πずつ隔てて配置された３ｍ（ｍは２以上の自然数）個のフラットコイルと、ロータに設けられ前記フラットコイルに対向するリング状磁石であって、等しいピッチ角度で４ｎ（ｎは３以上の自然数）極着磁された駆動磁石と、を有する３相モータにおいて、
前記フラットコイルの巻線の平面形状を略台形形状にすると共に前記略台形形状の短辺部を前記軸側に配置し、前記略台形形状の一対の側部の中心線が挟む角度と前記駆動磁石の前記ピッチ角度とを等しくして成ることを特徴とする３相モータであり、
請求項２に係る発明は、前記円周状に配置した３ｍ個のフラットコイルの間に設けた最大の間隙部に一つの磁気センサーを配置したことを特徴とする請求項１記載の３相モータであり、
請求項３に係る発明は、磁気ディスクを回転駆動するモータと、前記磁気ディスクへの信号記録又は前記磁気ディスクからの信号再生をするための磁気ヘッドと、を備えた磁気ディスク駆動装置であって、
前記モータを請求項１または請求項２に記載の３相モータにして成ることを特徴とする磁気ディスク駆動装置であり、
請求項４に係る発明は、前記磁気ヘッドの移動動作位置を前記最大の間隙部に一致させて成ることを特徴とする請求項３記載の磁気ディスク駆動装置である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る一実施の形態として、スピンドルモータを含むＦＤＤについて図１乃至３、図７乃至１０、図１４乃至１７、図１９乃至２０を参照して説明する。
なお従来例と同じ構成部材については同一の符号を付し説明を一部省略する。
【００２９】
図１７は、本実施の形態のＦＤＤの内部構造を示す分解斜視図で、スピンドルモータ（１５）と磁気ヘッド（８）の位置関係を示す。
【００３０】
図１７において、磁気ヘッド（８）はスピンドルモータ（１５）の軸（１４）に向かって直角に移動し磁気ディスク（図示せず）に信号を記録し又はディスクの信号を再生する。
【００３１】
次に図１を用いて本実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータの構造を説明する。
図１は本発明に係るＦＤＤに用いるスピンドルモータからロータ（１）及び軸受を取り除いた状態を示す平面図である。
【００３２】
なお、本実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータの回転駆動方式は３相、１６極、９コイル、１センサーの駆動方式である。
【００３３】
図１において、ステータ（３）は鉄系の金属ベースプリント基板（１２）をステータヨークとして、その内周部に４８パルスのＦＧ用パターン（４）を形成しており、フラットコイル（５）がＦＧ用パターン（４）を囲むように９個隣接配列されている。
【００３４】
次に図３を用いて本実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータの説明を続ける。
図３は、本実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータの断面図である。
【００３５】
図３において、ロータ（１）には、フラットコイル（５）と対向する位置に駆動リング磁石（２）が、ＦＧ用パターン（４）と対向する位置にＦＧマグネット（９）が夫々配置されている。
【００３６】
図１に戻って、夫々のフラットコイル（５）は、外周側に比べて内周側の方が小さく形成されており、そのコイル幅は２２．５°である。
そして、隣接したフラットコイル（５）は夫々近接してコイル配置幅が３７．５°となるように配置されているが、一ヶ所だけホール素子（６）を配置するための間隙（フラットコイル（５）が配置されていない領域）が設けられ、センサー配置部（２０）としてある。
【００３７】
また、フラットコイル（５）に対向してにロータ（１）に設けられた駆動リング磁石（２）は放射状に１６極で着磁されており、夫々３６０°／１６＝２２．５°の間隔を有する構成となっている。
【００３８】
そして、センサー配置部（最大間隙部）（２０）に向かい合うようにして、磁気ヘッド（８）の移動エリアが配置されている。
【００３９】
なお、フラットコイル（５）には断面が長方形の平角線を使用している。図７〜１０を用いて、以下にフラットコイル（５）の構成について説明する。
図７は本実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータのフラットコイル（５）の斜視図である。
【００４０】
図７に示す如く、フラットコイル（５）は、平角線の巻き始め電極（２１）と外周の巻き終わり電極（２２）とを有している。
図８は図７に示したフラットコイル（５）の断面斜視図である。
【００４１】
図１０は図７に示したフラットコイル（５）に用いた平角線の断面構造図で、平角線を構成する銅線（１６）は断面が長方形であり、その周囲に絶縁層（１７）と接着層（１８）とを有している。
【００４２】
図９は図１０に示した平角線とは異なる構成の片面絶縁線の断面図であり、銅線（１６）と片面だけの絶縁層（１７）と片面だけの接着層（１８）からなっている。
【００４３】
図１０に示した平角線で巻いたフラットコイル（５）は、従来の円形断面を有する被服線と比較して、より小さい容積に同じ巻数を巻けるので、効率の高いモータを構成できる効果がある。
さらに図９に示す片面絶縁線で巻いたフラットコイル（５）は、さらに小さい容積で同じ巻数を巻けるので、より効率の高いモータを構成出来る効果がある。
【００４４】
再び図１に戻って、本実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータの説明を続ける。
図１において、隣接したフラットコイル（５）は電気角で（５／３）πの間隔で配置されており、機械角では（３６０°／１６）×（５／３）＝３７．５°隔てて配置されている。
【００４５】
そして、ホール素子（６）を配置するためのセンサー配置部（最大間隙部）（２０）を設けた第１のフラットコイル（５ａ）と第９のフラットコイル（５ｉ）との間隔だけは（８／３）π（機械角で６０°）の間隔でフラットコイル（５）が配置されている。
【００４６】
【００４７】
機械角とは図１等に示す如く、二つのコイルの中心が幾何学的に挟む角度である。
【００４８】
従来技術に係る３相駆動モータの場合、その磁極数は４ｎ、コイル数は３ｎ（ｎは自然数）で構成されることは先に説明した通りである。
【００４９】
本実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータでは、その磁極数は４ｎ（ｎは３以上の自然数、図１に示す例では、１６極）、コイル数は３ｍ（ｍは２以上の自然数、同じく、９コイル）として構成している。
【００５０】
図１に示した構成の、コイル配置と駆動磁石の磁極の関係（１６極、９コイル）を図１５に示してある。磁極の配置が図１５（Ａ）、コイルの配置が図１５（Ｂ）である。
【００５１】
更に他の構成例として、図１４に１２極６コイル、同じく図１６に２０極９コイルの配置を示してある。
以下に、図１４、図１９、図２０を用いて、１２極６コイルとして構成した場合の、フラットコイル（５）に加わる駆動電流とフラットコイル（５）が発生する磁界の向きとの関係を説明する。
図１４に示すフラットコイル（５）の配置図において、便宜上フラットコイル（５）に番号を付してある。
また、図１４に示したフラットコイル（５）は３相Ｙ結線で接続されており、その結線図を図１９に示す。
更にそれらのフラットコイル（５）に印加される駆動電流のタイミングチャートを図２０に示す。図２０では印加電流として典型的なステップ波形で示してある。
図１４と図２０とからわかるように、図１４の如くフラットコイル（５）を配置することで、任意の２相に通電した状態で隣り合うフラットコイル（５）は同極性の磁界を発生するよう構成されているので、逆方向の磁界同士が打ち消しあうことも無い。
【００５２】
更に図１において、本実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータのＦＧ用パターン（４）の説明を行なう。
【００５３】
図１に示すように、ＦＧ用パターン（４）をフラットコイル（５）の内周側に形成したので、磁気センサー（６）の引き出し線によってＦＧ用パターン（４）が妨害されることなく、ＦＧ用パターン（４）を駆動コイル内周部に全周に渡って途切れることなく形成することが可能となり、モータの回転制御精度が向上するという効果を奏する。
【００５４】
ＦＧ磁極（９）は本実施の形態では９６極に着磁されているので、ＦＧ用パターン（４）もまた機械角で、３６０°／９６＝３．７５°で構成されている。
【００５５】
この時、ＦＧパターン引き出し線（２３）の影響を打ち消すための打消しパターン（１９）が、ＦＧ用パターン引出し線（２３）を基準に、駆動磁石の電気角で（２ｍ＋１）π（但しｍは０、１、２、・・、実施例はｍ＝０）の角度に、幅２２．５°の機械角で配置されているのでＦＧ信号への駆動磁石の影響が打消される。
【００５６】
図２は図１に示した構成とはまた異なる構成とした例であり、図１と同一の１６極９コイルであるが、ＦＧ用パターン（４）をコイル（５）の外周に配置した構成としている。
【００５７】
本実施の形態に係るＦＤＤは、以上に説明した構成のスピンドルモータを用いており、そのスピンドルモータは環状に配置したフラットコイル（５）の間に一ヶ所の最大間隙部（２０）を設け、ここに磁気センサー（８）を配置しているので、従来技術に見られたように、小径の小フラットコイル（７）を別途製作して配置する必要がなくなり、フラットコイルの種類が減ることから組み立て工数及び製造コストを少なくすることができる。
更に、同じ形状のフラットコイル（５）でステータが構成されることから、全周にわたって発生磁界が均一となり、回転精度が向上する効果がある。
【００５８】
また、磁気ヘッド（８）の移動エリアを、フラットコイル（５）の最大の間隙に配置したので、フラットコイル（５）から発生する漏れ磁束の磁気ヘッド（８）に対する影響が低減され、ＦＤＤがデータエラーを発生する頻度が減少する効果がある。
【００５９】
なお、磁気ヘッド（８）の移動エリアを配置したフラットコイル（５）の間隙は図１に示す構成では両端のフラットコイル（５ａ）（５ｉ）が挟む角度が６０°となる。
【００６０】
更に、上記に説明したように、隣り合うフラットコイル（５）を電気角（５／３）πをなす間隔で配置したので、フラットコイル（５）は任意の２相に通電された状態で隣合うフラットコイル（５）が同極性の磁界を発生するように構成され、従来技術のモータにおいて説明したような磁束の打ち消し合いによる効率の低下から、モータのトルクが低下する現象が回避される。
すなわち同程度のトルクを発生させるに要する印加電流が従来より小さな値で十分なので、漏れ磁束も低減され、上記のようにフラットコイル（５）の最大の間隙（２０）に磁気ヘッド（８）を配置したことと合わせて、磁気ヘッド（８）への漏れ磁束の影響によるデータエラーを低減できる効果がある。
【００６１】
更に、小フラットコイル（７）を用いる必要が無いことから、すべてのフラットコイル（５）の巻線を外周部に設けることが出来るので、モータの効率が向上し、起動トルク及びトルク定数が向上するという効果がある。
【００６２】
更に、磁極数は４ｎ（ｎは３以上の自然数）、コイル数は３ｍ（ｍは２以上の自然数）として構成したのでフラットコイル（５）の大きさを十分に大きくすることが出来、ステータのコイル幅をロータの磁極幅に近づけることができるので、モータの効率が向上し、起動トルク及びトルク定数が向上するという効果がある。
【００６３】
上記に説明した、本実施の形態の構成において、磁気センサー（６）がない、ノーセンサー駆動のモータとした構成においても、上記に説明した本発明の効果が同様に得られるものである。
【００６４】
【発明の効果】
本願発明によれば、３相モータにおいて、フラットコイルの大きさを大きくできるのでモータの効率が向上し、起動トルクおよびトルク定数が向上する効果を奏するとともに、小径のコイルを使用しないので、組立て工数が少なく、かつ回転精度が向上する効果を奏する。また、３相モータを備えた磁気ディスク装置においては、データエラーが低減し、モータの回転制御精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータの上面図である。
【図２】本発明の一実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータの他の構成例における上面図である。
【図３】本発明の一実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータの断面図である。
【図４】従来技術に係るＦＤＤ用スピンドルモータの断面図である。
【図５】従来技術に係るＦＤＤ用スピンドルモータの上面図である。
【図６】従来技術に係るＦＤＤ用スピンドルモータの斜視図である。
【図７】本発明の一実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータに用いるフラットコイルの斜視図である。
【図８】本発明の一実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータに用いるフラットコイルの断面斜視図である。
【図９】本発明の一実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータに用いるフラットコイルを構成する片面絶縁線の断面斜視図である。
【図１０】本発明の一実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータに用いるフラットコイルを構成する平角線の断面斜視図である。
【図１１】従来技術に係るＦＤＤ用スピンドルモータの磁極及びコイルの配置図である。
【図１２】従来技術に係るＦＤＤ用スピンドルモータの磁極及びコイルの配置図である。
【図１３】従来技術に係るＦＤＤ用スピンドルモータの磁極及びコイルの配置図である。
【図１４】本発明の一実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータの磁極及びコイルの配置図である。
【図１５】本発明の一実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータの磁極及びコイルの配置図である。
【図１６】本発明の一実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータの磁極及びコイルの配置図である。
【図１７】本発明の一実施の形態のＦＤＤの分解斜視図である。
【図１８】従来技術に係るＦＤＤ用スピンドルモータの磁極とコイルの数を示す表である。
【図１９】本発明の一実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータにおいて、１２極６コイルとした構成のフラットコイルの結線図である。
【図２０】本発明の一実施の形態のＦＤＤに用いるスピンドルモータにおいて、１２極６コイルとした構成のフラットコイルに加わる駆動電流のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ ロータ
２ リング状駆動磁石
３ ステータ
４ ＦＧ用パターン
５ フラットコイル
５ａ フラットコイル
５ｉ フラットコイル
６ ホール素子（磁気センサー）
７ 小フラットコイル
８ 磁気ヘッド
９ ＦＧ用磁石
１４ 軸
１５ スピンドルモータ
１６ 銅線
１７ 絶縁層
１８ 接着層
１９ 打消しパターン
２０ センサー配置部（最大間隙部）
２１ 巻き始め電極
２２ 巻き終わり電極
２３ ＦＧパターン引き出し線
Claims (4)
- ステータを形成する基板の軸周部上に電気角で（５／３）πずつ隔てて配置された３ｍ（ｍは２以上の自然数）個のフラットコイルと、
ロータに設けられ前記フラットコイルに対向するリング状磁石であって、等しいピッチ角度で４ｎ（ｎは３以上の自然数）極着磁された駆動磁石と、を有する３相モータにおいて、
前記フラットコイルの巻線の平面形状を略台形形状にすると共に前記略台形形状の短辺部を前記軸側に配置し、前記略台形形状の一対の側部の中心線が挟む角度と前記駆動磁石の前記ピッチ角度とを等しくして成ることを特徴とする３相モータ。 - 前記円周状に配置した３ｍ個のフラットコイルの間に設けた最大の間隙部に一つの磁気センサーを配置したことを特徴とする請求項１記載の３相モータ。
- 磁気ディスクを回転駆動するモータと、
前記磁気ディスクへの信号記録又は前記磁気ディスクからの信号再生をするための磁気ヘッドと、を備えた磁気ディスク駆動装置であって、
前記モータを請求項１または請求項２に記載の３相モータにして成ることを特徴とする磁気ディスク駆動装置。 - 前記磁気ヘッドの移動動作位置を前記最大の間隙部に一致させて成ることを特徴とする請求項３記載の磁気ディスク駆動装置。
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