JPH05111231A

JPH05111231A - スイング動作型ボイスコイルモータ

Info

Publication number: JPH05111231A
Application number: JP26669791A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Takeda; 茂武田; Osamu Shimoe; 治下江; Teruo Umehara; 輝雄梅原; Hiroya Suzuki; 弘也鈴木
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1991-10-16
Filing date: 1991-10-16
Publication date: 1993-04-30

Abstract

(57)【要約】【目的】長期間にわたって軸受の摩耗が少なく、位置
決め精度の高い、磁気ディスク装置磁気ヘッド位置決め
用、スイング動作型ＶＣＭを提供すること。【構成】アキシャルギャップ型コアレスモータと類似
の構成とした。偏平な枠型のボイスコイルを、スイング
動作の回転軸と直交する面上に回転軸の周りに配置し、
またコイルの各推力発生部（回転軸に対して放射方向に
延びた部分）あるいはコイルの中心が、回転軸の周りに
均等に分布するようにした。永久磁石およびヨークは、
このコイルからなる回転子を、その両面側から挟むよう
な磁気回路を構成しており、各推力発生部には、磁界印
加ための磁極面がそれぞれ対向して配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気ディスク装置にお
ける磁気ヘッド位置決め用などに用いられる、高精度の
スイング動作型ボイスコイルモータに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記の用途にはボイスコイルモー
タ、パルスモータ、あるいはブラシレスモータが用いら
れて来た。最近のように記録密度が大きくなると、パル
スモータでは精度が不十分であり、ブラシレスモータお
よびボイスコイルモータが主流となって来ている。アク
セス速度の大きい点ではボイスコイルモータが優れてい
る。（長竹氏：小形モータのＯＡ機器への応用，オート
メーション，Vol.34，１）

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ボイスコイルモータに
は、リニア動作型とスイング動作型とがあり、最近のデ
ィスク直径の小さい磁気ディスク装置用としては、おも
に後者が用いられて来ている。しかし、将来の一層の高
記録密度化を考えたとき、スイング動作型ボイスコイル
モータには改善すべき問題点のあることが分かった。す
なわち、スイング動作のためのトルク発生部が回転軸の
周りに均一に分布していないために、回転軸に回転トル
ク以外の力が加わり、軸受の摩耗を早め、位置決め精度
に問題となることが懸念されている。本発明の目的は、
回転トルクのみを発生し、軸受に加わる不要な力を極力
小さくするようにした構造の、スイング動作型ボイスコ
イルモータを提供することである。とくに、薄型のディ
スク装置に適合するように、偏平形のモータ構造で上記
目的の達成をはかったものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明においては、アキ
シャルギャップ型コアレスモータと類似の構成を採用し
た。ボイスコイルは、基本的には偏平な扇型のものと
し、これを回転軸の周りに軸と直交する平面上に配置、
固着して回転子とした。トルクのもととなる推力は、コ
イルの回転軸から放射方向に延びた部分（以下推力を発
生する部分、あるいはたんに推力発生部と呼ぶ）で生ず
るが、コイルの配置は、つぎの２つの条件すなわち
（１）推力を発生する部分が回転軸の周りに均等に配置
されるか、（２）各コイルの中心が回転軸の周りに均等
に配置されるかの、少なくとも一方を満足するようにし
た。上記回転子を両面から挟む形で永久磁石を含む磁気
回路を形成した。すなわち回転子の一つの面側に円板状
のヨークを設け、この回転子に対向する面上に永久磁石
を配置する。永久磁石の回転子に対向する面側には、回
転子の推力発生部に磁界を印加するため、この部分に対
応して、推力発生部の数に等しい数の磁極を着磁する。
回転子の他方の面側には、回転子と対向して円板状の他
のヨークを配置し、永久磁石からの磁束の帰路とする。
このような磁気回路構成によって、回転子の各推力発生
部近傍には、それぞれの推力発生部に対応した磁極面に
よって回転軸に平行な方向の磁界を印加することがで
き、各コイルに適切に電流を流すことによって、この範
囲内で回転子をスイング動作させることができる。ま
た、さらに必要によっては、磁石の放射方向の長さをコ
イルの同方向の長さより短くし、磁石の磁界がコイルの
推力発生部のみに印加されるように構成することが望ま
しい。コイルの推力発生部は、１個のコイル当り２か所
あるので、回転子全体に対しては偶数個存在する。これ
に対応して、通常磁極数は少なくとも２個、あるいはそ
れ以上の偶数となる。しかし必ずしもＮ極、Ｓ極と交互
である必要はない。

【０００５】

【作用】このような構成のボイスコイルモータは、各コ
イルに適切な電流を流すことにより回転トルクのみを発
生させることができる。コイネの各推力発生部は電流に
よって回転子の円形面上で接線方向に推力を発生する
が、（１）推力発生部が回転軸の周りに均等に配置され
ている場合、推力発生部は偶数個存在するので、ある一
つの推力発生部と回転軸に対して対称な位置には必ず他
の推力発生部があり、したがってこの２つの推力発生部
で生ずる推力は、回転軸に対して大きさが等しく方向の
反対な、いわゆる偶力となる。よってこの力は回転軸に
対して純粋な回転トルクのみを与え、ラジアル方向の力
や、軸を含む面内のトルクを与えることはない。他の推
力発生部についても同様であって、結局全推力の合計し
たものは回転子に回転トルクのみを与えることになる。
また、（２）各コイルの中心が、回転軸の周りに均等に
配置されている場合も、結果的には回転子に対して回転
トルクしか与えないが、以下一例につき若干説明を加え
ておく。

【０００６】図４は、回転子に作用する力の関係を説明
する図であって、３個のコイルをもつ回転子の場合を模
式的に示している。同図（ａ）において、扇形ＡＢＣ
Ｄ、Ａ′Ｂ′Ｃ′Ｄ′，Ａ″Ｂ″Ｃ″Ｄ″は回転軸ＺＺ
の周りに、その中心線ＯＴ，Ｏ′Ｔ′およびＯ″Ｔ″が
等しい角度120度ずつ離れて均等に配置された３個のコ
イルであるとする。また図には示していないが各コイル
の推力発生部ＡＢ，ＣＤ，Ａ′Ｂ′，Ｃ′Ｄ′，Ａ″
Ｂ″およびＣ″Ｄ″には（上から見て）時計方向に、各
発生部あたりＦの推力が発生しているとする。これらの
推力は、各推力発生部ＡＢ，ＣＤ等の中点すなわちＰ，
Ｑ，Ｐ′，Ｑ′，Ｐ″およびＱ″に集中して加わり、回
転子に力を与えていると考えてよく、また各推力Ｆは回
転軸ＺＺと直交し、Ｏを通る平面内で作用している。し
たがってこの平面について、回転子に加わる力を示すと
同図（ｂ）のようになる。各コイルの扇形角度の半分、
すなわち推力発生部がコイルの中心線から離れている量
を角度α、また推力の作用する各点までの距離をγとし
た。また推力を分解して考えるための座標軸を図のごと
くＸＹとした。

【０００７】この図に示されているように推力は回転軸
（図ではＯ）を中心とし、回転子面上で120度ずつ離れ
た位置Ｐ，Ｐ′およびＰ″に働く力と、同様に120度ず
つ離れた位置Ｑ，Ｑ′およびＱ″に働く力の２群に分け
て考えてもよい。まず前の群について考えるとつぎのよ
うになる。回転軸に加わるトルク＝３×Ｆ×γ 回転軸に加わるＸ方向の力＝Ｆ×sinθ+Ｆ×sin(θ+120°)+Ｆ×sin(θ+240°) ＝Ｆ×{sinθ+sin(θ+120°)+sin(θ+240°)} ＝Ｆ×(sinθ+sinθ×cos120°+cosθ×sin120°+sinθ×cos240° +cosθ×sin240°）＝Ｆ×｛ｓｉｎθ(1+cos120°+cos240°)+cosθ(sin120°+sin240°) ＝０（θに関係なくつねに零となる）回転軸に加わるＹ方向の力＝Ｆ×cosθ+Ｆ×cos(θ+120°)+Ｆ×cos(θ+240°) ＝Ｆ×{cosθ+cos(θ+120°)+cos(θ+240°)} ＝Ｆ×(cosθ+cosθ×cos120°-sinθ×sin120°+cosθ×cos240° -sinθ×sin240°) ＝Ｆ×{cosθ(1+cos120°+cos240°)-sinθ(sin120°+sin240°) ＝０（θに関係なくつねに零となる）すなわち、Ｐ，Ｐ′およびＰ″に働く推力Ｆは、トルク
３×Ｆ×γを生ずるが、回転軸全体を動かそうとする力
にはならず、しかも回転子がどのような回転位置にあっ
ても同様であることが分かる。第２の群すなわちＱ，
Ｑ′およびＱ″に働く推力についても同様のことが言
え、したがって全推力についても、回転軸に６×Ｆ×γ
のトルクのみを与え、他の如何なる力も与えないことが
分かる。

【０００８】以上は、図４の３個のコイルの場合に関す
る結果であるが、一般の場合も同様な結果が得られる。
すなわち、本発明のようなコイル配置によれば、純粋な
回転トルクのみを発生させることができる。各コイル
の、推力発生部位外の部分は、回転トルクの発生には寄
与しないが、この部分に磁界が印加されると、放射方向
に力を発生する。この力は、同じコイルの他の部分で発
生する力によって相殺されるが、コイルの部分的な振動
を与えるような力となる。磁石の放射方向の長さを短く
し、磁石の磁界がコイルの推力発生部のみに印加される
ようにすれば、上記の問題点は生じない。

【０００９】

【実施例】以下本発明の実施例について説明する。図１
は、本発明の第１の実施例に用いる構成部品を示す図で
あって、１はヨーク、２は２個のコイル、３は他のヨー
ク、４はリング状の磁石である。磁石は４極に、Ｎ極、
Ｓ極交互着磁されており、磁極面を41,42,43および44で
示す。これら磁極面のそれぞれに対向して、コイルの推
力発生部21,22,23および24が位置するように、コイル
は、図では省略したが、非磁性基板に固着あるいはモー
ルドイン等の方法で位置決めされ、回転軸に取りつけら
れて回転子を形成する。さらに軸受によって支承され
る。コイルの両側には、ヨーク１、ヨーク３に取りつけ
られた永久磁石４が僅かの間隙を隔てて対向し、固定子
となる。このようにして組み立てられたモータにおい
て、コイルに図１の矢印の方向に電流を流すと、コイル
の各推力発生部には何れも（上から見て）時計方向に推
力を発生する。本実施例においては、各推力発生部は回
転軸の周りに90度ずつ離れて配置されているので、推力
発生部21および23に発生する推力、および推力発生部22
および24に発生する推力は、それぞれ互いに偶力とな
り、回転軸にトルクを与えるが、軸にラジアル方向の力
を与えることはなく、また回転軸にこれを含む面内のト
ルクを与えることもない。

【００１０】ところで各コイルの、円周方向に延びた部
分201〜204は、回転方向の推力は発生しないが、もし磁
石４による磁界中におかれた場合には、放射方向の力を
発生する。コイルに矢印方向の電流が流れる場合、たと
えば円周方向に延びた部分201では、磁極41の磁界を受
ける部分では内向きの、また磁極42の磁界を受ける部分
では外向きの力を発生する。他の円周方向に延びた部分
でも同様のことが生ずる。部分203についていえば、磁
極43の磁界を受ける部分では内向きの、また磁極44の磁
界を受ける部分では外向きの力を発生する。磁極41の力
を受けることにより生ずる、部分201の内向きの力と、
磁極43の力を受けることによって生ずる、部分203の内
向きの力は、回転軸を挟んで大きさが等しく方向が反対
であるため相殺され、軸に対する力を与えることにはな
らない。他の部分についても同様であって力の合計値は
相殺され、回転子全体についても零となる。しかしこの
ような力の発生は、コイルに不要な振動を発生させるお
それがあり好ましくはない。コイル電流の方向を図１に
示した矢印と反対にすると、回転子は反時計方向に回転
トルクを受ける。したがってコイル電流の大きさ、方向
を適切に制御して印加することにより、本ボイスコイル
モータは所定のスイング動作を行う。図２は、本発明の
第２の実施例に用いる構成部品を示す図である。第１の
実施例の場合と異なる点は、３個のコイルを、中心を12
0度ずつ離して、回転軸の周りに配置したこと、磁石４
をリング形の一体のものでなく、６個の扇形のものを用
いたことである。各磁極41〜46は、各コイルの推力発生
部21〜26に対向している。また、コイルの円周方向に延
びた部分には磁界が印加されないように扇形磁石の寸法
を設定し、配置している。他の構成、動作については、
第１の実施例と同様であるので省略する。図３は、本発
明の第３の実施例に用いる構成部品を示す図である。１
個のコイルを、その中心点を回転軸に一致させ、合計４
個の磁極面をもつ２個の磁石と組み合わせた構成のもの
である。コイルの推力発生部21および22は、それぞれ磁
極41および44、磁極42および43と対向している。コイル
の推力を発生しない部分205および206は、磁極面から外
れているように構成、配置されている。他の構成、動作
については、第１の実施例と同様であるので省略する。
本実施例のごとき構成は、１個の枠形コイルで、基本的
な扇形コイル２個分と同じ機能を果たしているため構成
が簡単であり、またヨーク、磁石もそれぞれ基本的には
円形であり、また円周上に配置されるものであるが、動
作上不要な部分を欠落させて矩形形状としているため製
造の容易な特徴を有する。しかし動作の面では、若干の
問題点を残している。すなわち、推力発生部21および22
が回転軸に対して完全に放射状に置かれていないため、
各部に発生する推力は偶力とはなるが（したがって回転
軸に対しては回転トルクしか与えないが）、コイルを部
分的に放射方向に引っ張り、あるいは圧縮する力の成分
を有し、不要な振動の原因となる。これは好ましくはな
いが、モータに対する要求仕様から見て実用上支障がな
ければ、十分採用に値するものである。

【００１１】

【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば、回
転子に対して純粋なトルクのみを与え、他の有害な力が
加わらないようにしたボイスコイルモータを構成するこ
とができ、軸受の摩耗を減少させて、ヘッド位置決めの
高精度化をはかることが可能となる。あわせて、コイル
の円周方向に延びた部分に不必要な力を生じさせず、有
害な振動の発生を防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に用いる構成部品を示す
図。

【図２】本発明の第２の実施例に用いる構成部品を示す
図。

【図３】本発明の第３の実施例を用いる構成部品を示す
図。

【図４】回転子に作用する力の関係を説明する図。

【符号の説明】

１ヨーク２コイル３ヨーク４永久磁石 21 コイルの推力を発生する部分 22 コイルの推力を発生する部分 23 コイルの推力を発生する部分 24 コイルの推力を発生する部分 25 コイルの推力を発生する部分 26 コイルの推力を発生する部分 41 磁極面 42 磁極面 43 磁極面 44 磁極面 45 磁極面 46 磁極面

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年１０月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図４】回転子に作用する力の関係を説明する図。

【図５】回転子の各構成部分に作用する力の関係を示す
図。

【符号の説明】１ヨーク２コイル３ヨーク４永久磁石 21 コイルの推力を発生する部分 22 コイルの推力を発生する部分 23 コイルの推力を発生する部分 24 コイルの推力を発生する部分 25 コイルの推力を発生する部分 26 コイルの推力を発生する部分 41 磁極面 42 磁極面 43 磁極面 44 磁極面 45 磁極面 46 磁極面

フロントページの続き (72)発明者鈴木弘也埼玉県熊谷市三ケ尻5200番地日立金属株式会社磁性材料研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヨークの一面にこれに接して、偶数個の
磁極をもつ永久磁石が円周上に配置されており、この磁
に対向して磁極数と等しい数の推力発生部を有する枠形
コイルが配置されコイル電流によりスイング動作ができ
るような回転子を形成しており、コイルの他の側には磁
気回路の帰路となるもう１個のヨークを備えたスイング
動作型ボイスコイルモータにおいて、永久磁石の磁極
と、回転子のコイルの推力発生部とは、回転軸の周りに
等しい角度ずつ離れて均等に配置されていることを特徴
とする、スイング動作型ボイスコイルモータ。
【請求項２】２個のヨーク、永久磁石、コイルを含む
回転子が、請求項１と同様に構成されたスイング動作型
ボイスコイルモータにおいて、回転子のコイルは、その
中心が回転軸の周りに等しい角度ずつ離れて均等に配置
されており、永久磁石の磁極は、各コイルの推力発生部
に対向するように配置されていることを特徴とする、ス
イング動作型ボイスコイルモータ。
【請求項３】永久磁石の、回転軸に対し放射方向に沿
った長さをコイルの同方向長さより短くし、コイルの推
力発生部のみに永久磁石による磁界が加えられるように
したことを特徴とする、請求項１および請求項２のスイ
ング動作型ボイスコイルモータ。
【請求項４】２個のヨーク、永久磁石および回転子
は、スイング動作を行わせるのに必要のない部分を欠落
していることを特徴とする、請求項１、請求項２および
請求項３のスイング動作型ボイスコイルモータ。