JPH06189515A

JPH06189515A - スピンドルモータ

Info

Publication number: JPH06189515A
Application number: JP3177456A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Nakamura; 展明中村
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1991-06-21
Filing date: 1991-06-21
Publication date: 1994-07-08

Abstract

(57)【要約】【目的】発生トルクの低減をせずにモータの振動、騒音
を低減し、磁気ヘッドアクチュエータの制御系の動作を
安定化させて、ヘッドのトラッキングエラーを防止し、
トラッキングの耐衝撃性を向上させる。【構成】ハードディスク、光ディスク等の円板状記録媒
体を駆動するブラシレス直流スピンドルモータに於い
て、円筒型回転子磁石の回転軸方向の中心面を、電機子
コアの前記回転軸方向の中心面に対して、前記回転軸方
向へ前記円筒型回転子磁石の円筒部長さの５％〜４０％
変移させて配置すると共に、前記円筒型回転子磁石に５
゜〜４０゜の傾きを持たせて斜め着磁をした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ハードディスクや光デ
ィスク等の円板状記録媒体を駆動するブラシレス直流ス
ピンドルモータに関し、特に磁気ヘッドを駆動するアク
チュエータの制御系の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスピンドルモータにてついて、図
６、図７、図８（Ａ）、図９、図１０を基に説明する。
図６は、従来のスピンドルモータの構造を示す断面図で
あり、いわゆるコミュテータレス直流モータを示してい
る。電機子巻線３が巻かれた電機子コア２は、珪素鋼板
を積層したものであって、前記電機子巻線３が巻かれる
スロットを複数有している。この電機子コア２は、ステ
ータベース１に固着されている。ロータシャフト６は、
円筒型回転子磁石５が内面に接着されたロータ４に固定
され、回転軸１５の回りを回転する。このスピンドルモ
ータには、ハードディスク装置用の磁気ディスク１０が
２枚組み込まれているので、モータ本体と区別するため
に仮想線で示してある。前記磁気ディスク１０は、ディ
スクスペーサ１２、１３とディスクホルダ１１とに挟ま
れていて、このディスクホルダ１１は、前記ロータ４に
螺子１４で固定されている。

【０００３】前記回転子磁石５は、円筒型をしていてそ
の内面は前記電機子コア２と対面しており、また前記回
転子磁石５は、円筒の円周方向に一定の強度分布をもっ
て着磁されている。複数のホール素子１６は、前記着磁
された回転子磁石５の下部内面付近に配置され、前記回
転子磁石５の回転角を検出する。前記電機子巻線３は、
複数の相の巻線からなり、前記ロータ４の回転角に応じ
て、即ち前記複数のホール素子１６の出力信号に応じ
て、このモータがトルクを発生するのに適した相の電機
子巻線に半導体スイッチを介して通電される。

【０００４】図７は、電機子コアと回転子磁石の位置関
係を示す図である。図７に於いて、前記電機子巻線３に
通電された時に発生する磁力線は、電機子コア２で収束
される。この電機子コア２に於ける前記回転子回転軸１
５方向の中心面ＳＫと、前記回転子磁石５に於ける前記
回転軸１５方向の中心面ＳＭとは、互いに他の中心面の
延長上にある。図８（Ａ）は、磁気ディスクを装着した
スピンドルモータの固有振動特性の一例を示す図であ
る。図６に示したようなモータに磁気ディスクを挿着し
た構造体の固有振動特性は、例えば図８（Ａ）に示した
如く、第１次、第２次共振点があり、それぞれの周波数
ｆ１１、ｆ１２は、４８０ＨＺ、９６０ＨＺであり、そ
れぞれのＱは、Ｑ１１、Ｑ１２であるが、ここでは、周
波数の低い第１次の共振点の方が特に問題である。

【０００５】ハードディスク装置に於いては、アクチュ
エータとは、一般にリード・ライトを行う磁気ヘッドに
結合されたサスペンションや、このサスペンションに結
合されたリンク機構や、これらの駆動・制御装置を総称
して呼ばれていて、前記磁気ヘッドの制御は、このアク
チュエータで行われる。図８（Ａ）に示すような固有振
動特性は、主に、モータに実装された２枚の磁気ディス
クの固有振動に起因しているのであるが、前記アクチュ
エータの制御系に於いては、アクチュエータの移動によ
る振動やスピンドルモータの振動等外部からの振動は、
磁気ディスクや前記スピンドルモータの軸周辺の特性等
によっては、前記固有共振周波数ｆ１１、ｆ１２近辺に
於いて振動信号を増大し、アクチュエータの制御系を大
きく乱すことがある。特に、第１次共振周波数ｆ１１
は、アクチュエータの実際の制御系に於ける開ループゲ
イン交点の周波数に近いことが多くこの傾向が顕著であ
る。また、前記共振点は、磁気ディスクの特性によって
によって概ね決まるが、前記モータのロータ及びシャフ
ト等の周辺の特性の影響をも受ける。従って前記磁気デ
ィスク上に記録された情報を正確に読み出すために、磁
気ヘッドのアクチュエータは、前記固有振動の悪影響を
極力受けないように制御しなければならない。

【０００６】図９は、アクチュエータの制御特性の一例
を示す図である。即ち、ハードディスク装置に於ける磁
気ヘッドのアクチュエータの制御回路の開ループ特性を
示したものである。図９に示したゲイン交点に於ける周
波数ｆｇ付近では、一般的に、位相遅れ量が大きく、こ
の制御回路を閉ループにした時の閉ループ制御特性に於
いては、このｆｇ付近で利得（ゲイン）がピークを持つ
場合が多く、この周波数ｆｇ付近の信号成分をもつ外乱
信号が制御ループ内に印加されると、制御特性に極めて
悪い影響を及ぼす。

【０００７】上記したような磁気ヘッドのアクチュエー
タの制御に際し、ヘッドのスライダの移動等により発生
した振動は、前記アクチュエータの制御系に外乱信号を
印加したのと同等の結果となって、制御特性に悪影響を
及ぼす。特に前記固有振動の共振周波数ｆ１１が、前記
アクチュエータの制御系に於ける開ループゲイン交点の
周波数ｆｇ付近にある場合には、制御系の特性を大きく
乱し、前記ヘッドがトラッキングエラーを起こしたり、
このトラッキングの耐衝撃性が極めて悪化したりして、
前記磁気ディスク上の情報を正確に読み出すことが不可
能となる。このように従来のスピンドルモータに於いて
は、磁気ディスクを装着した場合の固有振動周波数が、
アクチュエータの制御系の開ループゲイン交点付近に発
生し易く、アクチュエータの動作特性に悪影響を及ぼし
ていた。

【０００８】図１０は、回転子磁石の着磁状態を示す図
である。前記回転子磁石５は、円筒型永久磁石で円筒の
円周方向に一定の強度分布波形を持って、着磁されてい
る。この磁束密度の円周方向の分布波形は、正弦波状で
ある。この回転子磁石５の着磁状態は、一周で８極に着
磁されているが、この円筒型磁石を垂直に立てた姿勢に
於ける縦方向の着磁状態は、Ｎ極とＳ極の境界は垂直で
ある。即ち着磁は、斜めでなく垂直に行われている。

【０００９】前記のような垂直着磁の場合には、前記電
機子巻線３と回転子磁石５とで発生するモータの回転ト
ルクは、一定ではなく、モータの回転速度と前記固定子
巻線３の相数と前記回転子磁石５の極数で決まる周期を
もって、いわゆるコギングと呼ばれるトルクむらを生じ
る。このトルクの不斉一は、振動、騒音等の原因となり
好ましくない。また、このコギングの周波数ｆｋと、図
８（Ａ）について述べた固有振動周波数ｆ１１或いは図
９について述べた開ループゲイン交点の周波数ｆｇとが
近い周波数であると、前記アクチュエータの制御ループ
に印加された前記コギングによる外乱振動信号が増幅さ
れて、制御系全体が大きく乱される問題があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、モータの発
生トルクの低減をせずに振動、騒音を低減し、磁気ディ
スクを実装した時に発生するモータの固有振動（共振）
のＱを低下させ、共振周波数を変化せしめて、磁気ヘッ
ドアクチュエータの制御系の動作を安定化させて、ヘッ
ドのトラッキングエラーを防止し、トラッキングの耐衝
撃性を向上させたスピンドルモータを提供する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】ハードディスク、光ディ
スク等の円板状記録媒体を駆動するブラシレス直流スピ
ンドルモータに於いて、円筒型回転子磁石の回転軸方向
の中心面を、電機子コアの前記回転軸方向の中心面に対
して、前記回転軸方向へ前記円筒型回転子磁石の円筒部
長さの５％〜４０％変移させて配置すると共に、前記円
筒型回転子磁石に５°〜４０°の傾きを持たせて着磁す
るようにした。

【００１２】

【実施例】本発明のスピンドルモータについて、図１乃
至図５、及び図８（Ｂ）を基に説明する。図１は、本発
明のスピンドルモータの構造を示す断面図であり、いわ
ゆるコミュテータレス直流モータを示している。図６に
示した従来のスピンドルモータと対応する要素には、同
一の符号を付してある。電機子巻線３ａが巻かれた電機
子コア２ａは、珪素鋼板を積層したものであって、前記
電機子巻線３ａが巻かれるスロットを複数有している。
この電機子コア２ａは、ステータベース１に固定されて
いる。

【００１３】前記電機子コア２ａは前記ステータベース
１に固着され、ロータシャフト６は、回転子磁石５ａが
内面に接着されたロータ４ａに固定され、回転軸１５の
回りを回転する。ハードディスク装置用の磁気ディスク
１０は２枚組み込まれており、モータ本体と区別するた
めに仮想線で示してあるが、ディスクスペーサ１２ａ、
１３ａとディスクホルダ１１とに挟まれていて、このデ
ィスクホルダ１１は、前記ロータ４ａに螺子１４で固定
されている。

【００１４】前記回転子磁石５ａは、円筒型をしていて
その内面は前記電機子コア２ａと対面しており、また前
記回転子磁石５ａの円筒の円周方向には、正弦波状の強
度分布をもって、８極に着磁されている。複数のホール
素子１６ａは、前記着磁された回転子磁石５ａの下部内
面付近に配置され、前記回転子磁石５ａの回転角を検出
する。前記電機子巻線３ａは、複数の相の巻線からな
り、前記ロータ４ａの回転角に応じて、即ち前記複数の
ホール素子１６の出力信号に応じて、このモータがトル
クを発生するのに適した相の電機子巻線に通電される。

【００１５】図２は、電機子コアと回転子磁石の位置関
係を示す図である。図２に於いて、例えば電機子コア２
ａの積み厚と、回転子磁石５ａの円筒部長さは、それぞ
れ１４．２ｍｍ、１６，４ｍｍである。前記電機子巻線
３ａに通電された時に発生する磁力線は、電機子コア２
ａで収束される。この電機子コア２ａに於ける前記回転
子回転軸１５方向の中心面ＳＫと、前記回転子磁石５ａ
に於ける前記回転軸１５ａ方向の中心面ＳＭとは、この
２面の垂直方向の距離をｄだけずらして配置してある。
図８（Ｂ）は、磁気ディスクを装着したスピンドルモー
タの固有振動特性の一例を示す図である。図１に示した
ようなモータに磁気ディスクを挿着した構造体の固有振
動特性は、例えば図８（Ｂ）に示した如く、第１次、第
２次共振点があり、それぞれの周波数ｆ１、ｆ２は、６
８０、１３６０ＨＺであり、それぞれのＱは、Ｑ１、Ｑ
２であるが、ここでは、周波数の低い第１次の共振点の
方が特に重要である。図８（Ｂ）に示した共振周波数ｆ
１は、図８（Ａ）に示した従来のモータの共振周波数ｆ
１１より高くなっていて、またそのＱは図８（Ａ）に示
した従来モータの値より小さくなっている。

【００１６】図３は、電機子コアと回転子磁石の位置関
係と固有振動特性の関係を示す図である。図３の横軸
は、前記電機子コア２ａに於ける前記回転子回転軸１５
方向の中心面ＳＫと、前記回転子磁石５ａに於ける前記
回転軸１５方向の中心面ＳＭとを、この２面の垂直方向
の距離ｄ（ｍｍ）だけ離して配置した事を表しており、
縦軸は、前記磁気ディスクを装着したスピンドルモータ
の第１次共振の共振周波数ｆ１と、Ｑ即ちＱ１を表して
いる。図３から、前記ｄ＝０の時、前記共振周波数ｆ
１は最小になり、前記Ｑ１が最大になっている。前記ｄ
を、例えば＋の方へ６ｍｍずらした場合には、即ち円筒
型回転子磁石５ａの円筒長１６．４ｍｍの約４０％だけ
前記回転子磁石５ａの前記中心面ＳＭを、前記電機子コ
ア２ａの前記中心面ＳＫより上方（ステータヨーク１と
反対の側）へ設定した場合には、前記共振周波数ｆ１、
前記Ｑ１の変化がかなり顕著に見られる。

【００１７】図４は、回転子磁石の着磁状態を示す図で
ある。前記回転子磁石５ａは、前記したように円筒型磁
石で円筒の円周方向に正弦波状の磁束密度の分布をもっ
て８極に着磁されている。この円筒型磁石を垂直に立て
た姿勢に於ける縦方向の着磁状態は、Ｎ極とＳ極の境界
が垂直でなく斜めに形成されている。即ち着磁は、垂線
に対し角度θ（以下、スキュー角と表す）をもって着磁
してある。

【００１８】前記のようなスキュー角を持った斜め着磁
の場合には、前記電機子巻線３ａと前記回転子磁石５ａ
とで発生するモータの回転トルクは、一定ではなく、モ
ータの回転速度と前記固定子巻線３ａの相数と前記回転
子磁石５ａの極数で決まる周期をもって、いわゆるコギ
ングと呼ばれるトルクむらを生じるが、前記スキュー角
θを調整することによって、このコギングを大幅に軽減
する事ができる。

【００１９】図５は、スキュー角度と、コギング、逆起
電圧の関係を示す図である。図５の横軸は、回転子磁石
５ａの着磁のスキュー角θを度の単位で示し、縦軸は、
このスピンドルモータを約３０００回転で回転させた時
のコギングＫＧをｇｒ−ｃｍの単位で表し、さらに電機
子巻線３ａに誘起される逆起電圧ＶＲのＰ−Ｐ値をボル
トの単位で示してある。同図から明らかなように、スキ
ュー角θが０°から４０°程度までは、逆起電圧ＶＲが
略４．８ＶＰ−Ｐで略一定であり、このことは、このス
キュー角の範囲内ではモータの発生トルクが略一定であ
ることを示している。

【００２０】また、図５でコギングＫＧに着目すると、
スキュー角を０から増やしていくと共にコギングは急激
に減少し、前記スキュー角θが０°では９ｇｒ−ｃｍあ
ったコギングが、スキュー角θが３０°以上では、略１
ｇｒ−ｃｍまで減少する。前記説明から、スキュー角が
２０°から３０°では、モータの発生トルクの減少もな
く、コギングを極めて小さくできることが分かる。図５
に示したデータは、前記回転子磁石５ａの円筒の円周方
向に、正弦波状の強度分布をもたせて着磁をした場合の
ものであるが、コギング、逆起電圧の傾向は、台形波状
の強度分布を持たせて着磁をしたモータに於いても略同
様である。ただ、台形波状の着磁をしたモータでは、ス
キュー角θが０°の時のコギングが大きいのが一般的で
ある。

【００２１】上述のように、本発明のブラシレス直流ス
ピンドルモータは、回転子磁石の着磁を斜め着磁にする
ことでモータの振動、騒音を小さく抑え、電機子コアと
回転子磁石をそれぞれの中心面の位置をずらして両者を
配置することにより、ディスク付きモータの固有振動の
特性を変えて、この固有振動が磁気ヘッドのアクチュエ
ータの制御系へ及ぼす悪影響を十分抑制できるようにし
たものである。

【００２２】

【発明の効果】ハードディスク装置、光ディスク装置等
の円板状記録媒体を駆動するブラシレス直流スピンドル
モータに於いて、電機子コアと回転子磁石のそれぞれの
中心面の位置をずらすと共に、回転子磁石に角度を有し
た斜め着磁を施すことにより、振動、騒音を低減させ、
磁気ヘッドアクチュエータの制御系特性を安定化出来る
ため、ヘッドのトラッキンエラーを防止し、トラッキン
グの耐衝撃性を向上出来た。なお、ここまでは、主とし
てハードディスクについて説明したが、本発明は、光デ
ィスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等に於いても適
用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるスピンドルモータの構造を示す断
面図である。

【図２】本発明による電機子コアと回転子磁石の位置関
係を示す図である。

【図３】電機子コアと回転子磁石の位置関係と固有振動
特性の関係を示す図である。

【図４】本発明による回転子磁石の着磁状態を示す図で
ある。

【図５】スキュー角度と、コギング、逆起電力の関係を
示す図である。

【図６】従来のスピンドルモータの構造を示す断面図で
ある。

【図７】電機子コアと回転子磁石の位置関係を示す図で
ある。

【図８（Ａ）】磁気ディスクを装着した従来例に係わる
スピンドルモータの固有振動特性の一例を示す図であ
る。

【図８（Ｂ）】磁気ディスクを装着した本発明に係わる
スピンドルモータの固有振動特性の一例を示す図であ
る。

【図９】アクチュエータの制御特性の一例を示す図であ
る。

【図１０】回転子磁石の着磁状態を示す図である。

【符号の説明】

１ステータベース２ａ電機子コア３ａ電機子巻線４ａロータ５ａ回転子磁石６ロータシャフト７ベアリングホルダ８ボールベアリング１０磁気ディスク１１ディスクホルダ１５回転軸１６ａホール素子ｆ１第１次共振の共振周波数Ｑ１第１次共振のＱＳＫ電機子コアの回転子回転軸方向の中心面ＳＭ回転子磁石の回転子回転軸方向の中心面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハードディスク、光ディスク等の円板状記
録媒体を駆動するブラシレス直流スピンドルモータに於
いて、円筒型回転子磁石の回転軸方向の中心面を、電機
子コアの前記回転軸方向の中心面に対して、前記回転軸
方向へ前記円筒型回転子磁石の円筒部長さの５％〜４０
％変移させて配置すると共に、前記円筒型回転子磁石に
５°〜４０°の傾きを持たせて着磁したことを特徴とす
るスピンドルモータ。