JP4111196B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

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Description

本発明は、主としてCD−ROM(R/RW)やDVD±(R/RW)等の情報を記録及び再生する装置にディスク駆動用として使用されるブラシレスモータ(以下モータと略す)に関するものであり、特にモータのステータ構造に関するものである。
CD−ROM(R/RW)やDVD±(R/RW)等の情報を記録及び再生するディスクを回転駆動するモータでは広範囲な回転数範囲で制御性および信頼性に優れたブラシレスモータが使用されている(例えば特許文献1参照)。
上記従来のブラシレスモータの構成を図5に示す。図5において、31は回転伝達を行うシャフトである。32はロータフレームであり、円周方向に多極着磁されたリング状のロータマグネット33がロータフレーム32の内周に圧入又は接着固定されている。
そして、ロータフレーム32の中央部にはバーリング加工が施されシャフト31が直接圧入される。このようにして、シャフト31、ロータフレーム32、そして、ロータマグネット33からロータ組立体(回転子)34が構成されている。
ブラケット35は磁性材からなる材料でプレス工法によって形成され、ほぼ中央部に段階的な突状のバーリング加工部35aをもっている。このバーリング加工部35aは軸受を収容する軸受ハウジングの機能として働く。そして、ブラケット35は軸受ハウジングを構成するバーリング加工部35aと、モータ取付のための取付ベース部35bとが一体的に構成されている。ブラケット35のバーリング加工部35aの内側にはシャフト31を回転自在に支持する、軸受(含油メタル)36が圧入固定される。
一方、ブラケット35のバーリング加工部35aの外側には、複数の突極を備えるステータコア37に樹脂の絶縁体を介してステータコイル38が巻装されたステータ巻線組立体39が圧入固定される。
さらに、モータを駆動及び制御するための回路の少なくとも一部を実装した回路基板41(プリント基板)が、取付ベース部35bに両面テープ(図示せず)によって接着固定されている。ステータコア巻線組立体39のステータコイル38の巻端は回路基板41の上に配線されて、ステータ組立体42を構成している。
ステータ組立体42のステータコア37の内周側には、軸受(含油メタル)36の油の飛散防止および回収のためメタルホルダー43が圧入にて取り付けられて固定されている。
ロータ組立体34のスラスト方向への抜けを防止する抜け止め44がシャフト31の他端に圧入されている。底板45はロータ組立体34のスラスト方向の荷重を支持するものであり、耐摩耗性の樹脂板46を介してブラケット35のバーリング加工部35aの入り口に圧入固定されている。
近年CD−ROM(R/RW)やDVD±(R/RW)等の機器の激烈な高速化に伴い、ディスクを回転駆動するブラシレスモータの回転数も10,000rpmを越える領域に達している。そのためステータコイルに誘起される逆起電圧が電源電圧より低くなければならないという直流モータの制約により、モータの単位回転数当たりの発電電圧である
発電定数を小さくする必要があり、従ってモータの単位供給電流当たりの発生トルクであるトルク定数も小さくなる。さらに、ディスクを高速回転するためディスクのアンバランス、軸受損失、モータの磁気回路の鉄損、ステータコイルの銅損等の損失が増大するためモータの消費電流が大きくなるという傾向が顕著になっている。
従って、上記各種損失を低減するためブラシレスモータの各構成要素の低損失化のみならず、その組み合わせの誤差によるバラツキを少なくすることが極めて重要である。
ブラシレスモータはロータマグネットの磁極を検出するホール素子とステータコアとのロータ回転方向の位置関係により整流タイミングが決定されるが、この整流タイミングの誤差が生じると上記のトルク定数が減少し、モータの消費電流が増大する要因となる。
ところで、このホール素子は一般的には回路基板に実装されている(例えば特許文献2参照)。
図6にホール素子50が(回路)基板51に実装された例を示す。(回路)基板51には軸受を保持するハウジング52が固定されており、このハウジング52には鉄心(ステータコア)53が取り付けられている。従って、ホール素子50と鉄心(ステータコア)53とのロータ回転方向の位置関係は、ホール素子50の(回路)基板51への実装位置、そして(回路)基板51のハウジング52への取り付け位置、さらに鉄心(ステータコア)53のハウジング52への取り付け位置により決定されることになる。
上記の図5に示す第1の従来のブラシレスモータにおいては、回路基板41はブラケット35に取り付けられており、ステータコア37はブラケット35に一体に形成されたハウジングに相当するバーリング加工部35aに取り付けられている。図5にはホール素子は図示されてはいないが、回路基板41に実装されたホール素子とステータコア37とのロータ回転方向の位置関係は、ホール素子の回路基板41への実装位置、そして回路基板41のブラケット35への取り付け位置、さらにステータコア37のバーリング加工部35aへの取り付け位置により決定されることになる。
特開2002−262540号公報(第4−6頁、図1) 特開平8−172763号公報(第2頁、図4)
しかしながら、上記従来の構成では、回路基板とステータコアとのロータ回転方向の位置関係は位置決めのために突起等を設けることにより精度の向上が可能であるが、ホール素子の回路基板への実装は半田付けによるので、位置精度良く実装することには限界がある。このため、ブラシレスモータを10,000rpmを越える回転数で駆動する場合には、モータの消費電流が大きくなり、そのバラツキも拡大するという課題があった。
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、CD−ROM(R/RW)やDVD±(R/RW)等の情報を記録及び再生する装置にディスク駆動用として使用されるブラシレスモータにおいて、高速運転時の消費電流およびそのバラツキの増大という課題を解決し、安定した高速回転性能を備えるモータを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明は、シャフトとこのシャフトを中央に固定したロータフレームとこのロータフレームの内周に固定され円周方向に多極着磁を施されたリング状のロータマグネットとからなるロータ組立体と、前記シャフトを軸支する軸受とこの軸受を保持する軸受ハウジング部とこの軸受ハウジング部を中央に固定するブラケットと前記ロータマグネットと対向する複数の突極を備え、前記軸受ハウジング部の外側に配置されるステ−タコアとこのステータコアの各突極に絶縁体を介して巻装されたステータコイルと前記ロータマグネットの磁極を検出するホール素子が実装され、前記ステータコイルの端末が電気的に接続される回路基板とからなるステータ組立体とにより構成されるブラシレスモータに於いて、前記ステータコアの中央に穴が形成され、この穴の内径寸法と同一もしくはやや小さい外径寸法を有する円筒部とこの円筒部の軸方向の一方の端部より内径側に延設された端面部と他方の端部より前記ステータコアの軸方向の一方の端面を覆うように軸と直角方向に延設された複数の翼部とを有する絶縁性の樹脂からなるメタルホルダーを備え、前記ステータコアの中央の穴に前記メタルホルダーの円筒部の外周面の一部が固定され、前記メタルホルダーの翼部および前記ステータコアの軸方向の他方の端面に前記メタルホルダーの翼部とは別に配設された絶縁体を介して銅線を巻装してステータコイル組立体が形成され、前記メタルホルダーの円筒部の内周面を前記ブラケットに固定された前記軸受ハウジング部の外周面に固定され、前記回路基板は前記ブラケットに固定され、前記ステータコアの複数の突極の隣接する二つの突極の間であって突極の先端部に対応する位置に、前記ブラケットと回路基板に前記ブラケットの回路基板を固定する側の面と逆の面側から前記回路基板を貫通する穴を形成することにより、この穴に前記ブラケットの外側から位置調整治具を挿入して前記ステータコアの突極の先端部に当接させて、前記回路基板上に実装されたホール素子に対して、ブラシレスモータの回転方向に正または逆方向に前記ステータコアを回動可能に構成するとともに、前記ブラケット及び回路基板の穴は、前記ロ−タマグネットの内径に前記位置調整治具の先端が接触しない位置に配置形成することにより、ブラシレスモータを組立た状態で負荷を与えて回転動作させながら、前記回路基板上に実装されたホール素子と前記ステータコアの相対位置をモータの負荷電流が最小値となるように調整可能としたことを特徴とするブラシレスモータである。
請求項1記載の発明によれば、モータを組立てた状態で負荷を与えて回転動作させながら、回路基板上に実装されたホール素子とステータコアの相対位置を、ステータコアの隣接する二つの突極の間であって突極の先端部に対応する位置に形成したブラケットおよびプリント基板を貫通する穴を介してモータ外部から治具を挿入してステータコアの突極の先端部に当接させ、ホール素子に対してステータコアがモータの回転方向に正または逆方向に回動させるトルクを治具により与えてモータの負荷電流が最小値となるように調整す
ることが可能となる。治具を挿入する穴をステータコアの突極の先端部に対応しロ−タマグネットの内径に位置調整治具の先端が接触しない位置に形成したので、モータを組立てた状態で負荷を与えて回転動作させながらホール素子とステータコアの相対位置を調整可能となり、ステータコアの先端部より内径側に穴を形成した場合と比べて調整に必要なトルクが小さく、調整量のコントロールが容易であるため精度良く調整できる。これにより、ホール素子の回路基板への実装位置精度のバラツキによる整流タイミングの誤差を吸収することができる。さらに回路基板とステータコア間のロータ回転方向の位置精度誤差が小さくできない場合でも、同時に吸収できるので高速運転時の消費電流およびそのバラツキの増大という課題を解決し、安定した高速回転性能を備えるモータを提供するという有利な効果が得られる。
また、ステータコアは樹脂からなるメタルホルダーの円筒部の内周面をブラケットの軸受ハウジング部の外周面に圧入により固定するので、ステータコアを直接ブラケットの軸受ハウジング部の外周面に圧入する従来のモータの構成と比べて、モータの回転方向に正または逆方向にステータコアを回動させることにより行うモータ組立て後の調整が容易となるという有利な効果が得られる。
また、請求項2記載の発明によれば、請求項1の効果に加えて、回路基板をブラケットに固定する構成と共用することができるので、構造の簡素化と組立工数の削減が図れるという有利な効果が得られる。
さらに、請求項記載の発明によれば、メタルホルダーの円筒部内周面に複数の突部を形成し、軸受ハウジング部の外周面とメタルホルダーの円筒部内周面の接触面を突部に限定することにより、メタルホルダーの円筒部の軸受ハウジング部への圧入力を適宜調整可能となるので、容易に圧入することができる。そして、調整に必要なトルクをさらに小さくできるので、ステータコアの突極の先端部付近までステータコイルが巻装されている場合に、調整用の治具がステータコイルと接触してもステータコイルに損傷を与えること無く調整できる。加えて、メタルホルダーの円筒部内周面と軸受ハウジング部の外周面との間に空間が形成されるので、この空間に接着剤を充填し、位置調整完了後に硬化させることにより、メタルホルダーと軸受ハウジング部の固定強度を大きくすることができる。
これにより、モータ回転動作状態で、ホール素子とステータコアの相対位置をモータの負荷電流が最小値となるように調整することがさらに容易となり、調整後も安定した性能を維持できるという有利な効果が得られる。
以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
(実施の形態1)
図1から図4aに本発明の実施の形態1を示す。図1は本発明の実施の形態1によるモータの構造を示す断面図である。図1において1は回転伝達を行うシャフトである。2はロータフレームであり、円周方向に多極着磁されたリング状のロ−タマグネット3がロータフレーム2の内周に圧入又は接着固定されている。そして、ロータフレーム2の中央部にはバ−リング加工が施されシャフト1が直接圧入される。このようにして、ロータ組立体10はシャフト1、ロータフレーム2、そして、ロ−タマグネット3から構成されている。
ブラケット4は磁性材からなる材料でプレス工法によって形成され、ほぼ中央部に段階的な突状の軸受ハウジング部4aをもっている。そして、ブラケット4は軸受ハウジング部4aと、モ−タ取付のための取付ベ−ス部4bとが一体的に構成されている。
ブラケット4の軸受ハウジング部4aには軸受(含油メタル)5が圧入固定され、この軸受(含油メタル)5によりシャフト1が回転自在に支承されている。
一方、ステータコア8は珪素鋼板を積層して形成され、図3に示すように複数の突極8aを有する。このステータコア8の中央には穴8bが形成されている。13は絶縁性の樹脂からなるメタルホルダーで、図4aにその斜視図を示す。ステータコア8の穴8bの内径寸法と同一もしくはやや小さい外径寸法を有する円筒部13aとこの円筒部13aの軸方向の一方の端部より内径側に延設された端面部13bと他方の端部よりステータコア8の各突極8aの軸方向の一方の端面を各々覆うように軸と直角方向に延設された複数の翼部13cとにより構成されている。図3に示すように、ステータコア8の中央の穴8bにメタルホルダー13の円筒部13aを端面部13b側から挿入し、メタルホルダー13の翼部13cをステータコア8の各突極8aの軸方向の一方の端面に合わせて当接させ、円筒部13aの外周面の一部をステータコア8の穴8bの内周面に圧入、接着等により固定する。そして、ステータコア8の各突極8aのメタルホルダー13の翼部13cで覆われる側とは反対側の端面を覆うように絶縁部材14が翼部13cとは別に配設され、翼部13cおよび絶縁部材14を介してステータコア8にステ−タコイル6(図示せず)が巻装され、ステ−タ巻線組立体15が形成されている。
また、ロータマグネット3の磁極を検出する位置検出素子であるホール素子20およびモ−タを駆動及び制御するための回路の少なくとも一部がプリント基板7に実装されている。
図2a、図2b、および図2cに示すように、ブラケット4の取付ベ−ス部4bの、ステータコア8の複数の突極8aの隣接する二つの突極の間であって突極8aの先端部に対応する位置にはバーリング加工部4cが形成されている。さらに、プリント基板7には、ブラケット4の取付ベ−ス部4bのバーリング加工部4cに対応する位置にバーリング加工部4cが挿通可能な穴部7aが形成されている。
プリント基板7の穴部7aをブラケット4の取付ベ−ス部4bのバーリング加工部4cに挿入した後、プリント基板7の取付ベ−ス部4bとは反対側の表面に突き出したバーリング加工部4cを外周側に加締めることによりプリント基板7をブラケット4に固定する。
この構成により、プリント基板7をブラケット4に固定するのと併せて、ステータコア8の複数の突極8aの隣接する二つの突極8aの間であって突極8aの先端部に対応する位置に、ブラケット4およびプリント基板7(回路基板)を貫通する穴が形成される。
そして、上記の様に組み立てられたステータ巻線組立体15を、図3に示すようにメタルホルダー13の円筒部13aの内周面を軸受(含油メタル)5に挿入しながらブラケット4の軸受ハウジング部4aの外周面に圧入により固定する。
ステ−タ巻線組立体15のステ−タコイル6の巻線端は、プリント基板7の上に配線されて、ステ−タ組立体9が構成される。
次にロータ10のシャフト1をステータ組立体9の軸受(含油メタル)5に、軸受ハウジング部4a側から挿通し、シャフト1のロータフレーム2を圧入した側と反対側の先端より磁性材からなるリング状のスラストリング16を所定位置に圧入等により固定する。そして、ブラケット4の軸受ハウジング部4aの内周に、軸受ハウジング部4aの突き出し方向とは逆の方向から磁性材から成るカップ形状のスラストカップ17を圧入等により所定位置に固定する。スラストカップ17の底面には、予めシャフト1の先端と当接する位置に耐摩耗性に優れたスラスト受18が配設され、そしてスラストリング16と対向する位置にはリング形状のスラスト吸引マグネット19が予め配設されており、スラスト吸引マグネット19と磁性材からなるスラストリング16との間で作用する磁気吸引力によりロータ10のスラスト方向変位を安定化させている。
以上の構成により、モータを組立た状態で負荷を与えて回転動作させながら、プリント基板7上に実装されたホール素子20とステータコア8の相対位置をモータの負荷電流が最小値となるように調整することが可能となる。具体的には、図2bおよび図2cに示すようにブラケット4の取付ベ−ス部4bのバーリング加工部4cの内側に形成される穴を介してブラケット4の外側から位置調整治具21を挿入し、ステータコア8の突極8aの先端部に位置調整治具21を当接させて、ブラケット4に固定されたプリント基板7上に実装されたホール素子20に対して、図2bに実線または破線矢印で示すようにモータの回転方向に正または逆方向にステータコア8をわずかに回動させることで上記の調整を行うことができる。モータを回転動作させながら調整を行うために、バーリング加工部4cおよびバーリング加工部4cが挿入されるプリント基板7の穴部7aはロ−タマグネット3の内径に位置調整治具21の先端当接部が接触しない位置に配置形成されている。そして、ステータコア8は樹脂からなるメタルホルダー13の円筒部13aの内周面をブラケット4の軸受ハウジング部4aの外周面に圧入により固定するので、従来のモータの様にステータコアを直接ブラケットの軸受ハウジング部の外周面に圧入する金属材料同士の圧入構造と比べて、モータ組立て後における上記方法による調整が容易となる。
従って、高速運転時の消費電流およびそのバラツキの増大という課題を解決し、安定した高速回転性能を備える優れたモータを安価に提供することができる。
(実施の形態2)
図4bに本発明の実施の形態2を示す。図4bは本発明の実施の形態2によるモータのメタルホルダーの斜視図である。図4bにおいて、メタルホルダー13の円筒部13aの内周面に図1に示す軸受ハウジング部4aの外周面の外径寸法と同一もしくはやや小さい包絡面を有する複数のリブ13dを軸方向に形成し、軸受ハウジング部4aの外周面とメタルホルダー13の円筒部13a内周面の接触面をリブ13d(突部)に限定する構成とした点が上記実施の形態1と異なる。この構成により、軸受ハウジング部4aの外周面とメタルホルダー13の円筒部13aの内周面の接触面をリブ13d(突部)に限定することにより、メタルホルダー13の円筒部13aの軸受ハウジング部4aへの圧入力を適宜調整可能となるので、容易に圧入することができる。そして、調整に必要なトルクをさらに小さくできるので、ステータコア8の突極8aの先端部付近までステータコイル6が巻装されている場合に、調整用の治具21がステータコイル6と接触してもステータコイル
6に損傷を与えること無く調整できる。加えて、メタルホルダー13の円筒部13a内周面と軸受ハウジング部4aの外周面との間に空間が形成されるので、この空間に予め接着剤を充填し、位置調整完了後に硬化させることにより、メタルホルダー13と軸受ハウジング部4aの固定強度を大きくすることができる。これにより、モータ回転動作状態で、ホール素子とステータコアの相対位置をモータの負荷電流が最小値となるように調整することがさらに容易となり、調整後も安定した性能を維持できるという有利な効果が得られる。
なお、以上の実施の形態の説明では、ブラケット4の取付ベ−ス部4bにバーリング加工部4cを形成し、プリント基板7をブラケット4に固定するのと併せて、ブラケット4およびプリント基板7(回路基板)を貫通する穴が形成されるように構成した例で説明したが、ステータコア8の複数の突極8aの隣接する二つの突極8aの間であって突極8aの先端部に対応する位置に、ブラケット4およびプリント基板7(回路基板)を貫通する穴が形成される構成で有れば、ブラケットのバーリング加工部に換えて穴を形成し、上記第1の従来の技術と同様に接着等によって固定される構成であっても同様に実施可能である。また、軸受ハウジング部4cをブラケット4と一体に形成した例で説明したが、ブラケットと軸受ハウジング部を別体で形成して組み立てる構成であっても同様に実施可能である。
本発明の軸受構成を備えるブラシレスモ−タは、CD−ROM(R/RW)やDVD±(R/RW)等の情報を記録及び再生する装置にディスク駆動用として使用されるブラシレスモータとして有用である。
本発明の実施の形態1によるモータの構造を示す断面図 (a)本発明の実施の形態1によるモータのステータ組立体の平面図、(b)本発明の実施の形態1によるモータの要部拡大平面図、(c)本発明の実施の形態1によるモータの要部拡大断面図 本発明の実施の形態1によるモータのステータ組立説明図 (a)本発明の実施の形態1によるメタルホルダーの斜視図、(b)本発明の実施の形態2によるメタルホルダーの斜視図 第1の従来のモータの構造を示す断面図 第2の従来のモータの構造を示す断面図
符号の説明
1、31 シャフト(出力軸)
2、32 ロータフレーム
3、33 ロータマグネット
4、35 ブラケット
4a、52 軸受ハウジング部(ハウジング)
4b、35b 取り付けベース部
4c、35a バーリング加工部
5、36 軸受(含油メタル)
6、38 ステ−タコイル
7、41、51 回路基板(プリント基板)
7a 穴部
8、37、53 ステータコア(鉄心)
8a 突極
8b ステータコアの中央の穴
9、42 ステ−タ組立体
10、34 ロータ組立体
13、43 メタルホルダー(カバー)
13a メタルホルダー(カバー)の円筒部
13b メタルホルダー(カバー)の端面部
13c メタルホルダーの翼部
13d リブ
14 絶縁部材
15、39 ステータ巻線組立体
16、44 スラストリング(抜け止め)
17、45 スラストカップ(底板)
18、46 スラスト受(樹脂板)
19 スラスト吸引マグネット
20、50 ホール素子
21 位置調整治具

Claims (3)

  1. シャフトとこのシャフトを中央に固定したロータフレームとこのロータフレームの内周に固定され円周方向に多極着磁を施されたリング状のロータマグネットとからなるロータ組立体と、前記シャフトを軸支する軸受とこの軸受を保持する軸受ハウジング部とこの軸受ハウジング部を中央に固定するブラケットと前記ロータマグネットと対向する複数の突極を備え、前記軸受ハウジング部の外側に配置されるステ−タコアとこのステータコアの各突極に絶縁体を介して巻装されたステータコイルと前記ロータマグネットの磁極を検出するホール素子が実装され、前記ステータコイルの端末が電気的に接続される回路基板とからなるステータ組立体とにより構成されるブラシレスモータに於いて、前記ステータコアの中央に穴が形成され、この穴の内径寸法と同一もしくはやや小さい外径寸法を有する円筒部とこの円筒部の軸方向の一方の端部より内径側に延設された端面部と他方の端部より前記ステータコアの軸方向の一方の端面を覆うように軸と直角方向に延設された複数の翼部とを有する絶縁性の樹脂からなるメタルホルダーを備え、前記ステータコアの中央の穴に前記メタルホルダーの円筒部の外周面の一部が固定され、前記メタルホルダーの翼部および前記ステータコアの軸方向の他方の端面に前記メタルホルダーの翼部とは別に配設された絶縁体を介して銅線を巻装してステータコイル組立体が形成され、前記メタルホルダーの円筒部の内周面を前記ブラケットに固定された前記軸受ハウジング部の外周面に固定され、前記回路基板は前記ブラケットに固定され、前記ステータコアの複数の突極の隣接する二つの突極の間であって突極の先端部に対応する位置に、前記ブラケットと回路基板に前記ブラケットの回路基板を固定する側の面と逆の面側から前記回路基板を貫通する穴を形成することにより、この穴に前記ブラケットの外側から位置調整治具を挿入して前記ステータコアの突極の先端部に当接させて、前記回路基板上に実装されたホール素子に対して、ブラシレスモータの回転方向に正または逆方向に前記ステータコアを回動可能に構成するとともに、前記ブラケット及び回路基板の穴は、前記ロ−タマグネットの内径に前記位置調整治具の先端が接触しない位置に配置形成することにより、ブラシレスモータを組立た状態で負荷を与えて回転動作させながら、前記回路基板上に実装されたホール素子と前記ステータコアの相対位置をモータの負荷電流が最小値となるように調整可能としたことを特徴とするブラシレスモータ。
  2. 回路基板のステータコアの複数の突極の隣接する二つの突極の間であって突極の先端部に対応する位置に穴を形成し、この穴に嵌挿される円筒形状のバーリング部をブラケットに形成し、このバーリング部を外周側に加締めて前記回路基板をブラケット
    に固定した請求項1記載のブラシレスモータ。
  3. メタルホルダーの円筒部内周面に、軸受ハウジング部の外周面の外径寸法と同一もしくはやや小さい包絡面を有する複数の突部を軸方向形成し、軸受ハウジング部の外周面とメタルホルダーの円筒部内周面の接触面を前記突部に限定する構成を備える請求項1に記載のブラシレスモータ。
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