JPH0646555A

JPH0646555A - スイング動作型ボイスコイルモータ

Info

Publication number: JPH0646555A
Application number: JP28598091A
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: 1991-10-31
Filing date: 1991-10-31
Publication date: 1994-02-18

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】ラジア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
作の回転軸の周りに円筒面状の配置し、またコイルの各
推力発生部（回転軸の方向に沿って延びた部分）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、この円筒状に配置されたコイルからなる回
転子を、その内部および外部から挟むように磁気回路を
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。またコイルの推
力発生部以外の部分は、磁極と対向しない構成としてい
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、搭載ディス
ク枚数の多い磁気ディスク装置に適合するように、円筒
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、ラジ
ア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、個々には基本的には偏平な枠型の
ものとし、これを、一つの円筒面上にその中心軸、すな
わち回転軸の周りに配置した。コイルは、モールドイ
ン、その他の方法によりカップ状に成形され、回転軸に
固着されてモータの回転子となる。トルクのもととなる
推力は、コイルの回転軸方向に延びた部分（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、回転面上へのコイルの配置は、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。上記回転子を内側および外側から挟む形で
永久磁石を含む磁気回路を構成した。たとえば回転子の
内側（回転軸側）に円筒状の内側ヨークと、これに接し
て円筒状の永久磁石を置く。磁石の外側面、すなわち回
転子と対向する面には、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。回転子の外側には、回転子と対
向して円筒状の外側ヨークをおき、永久磁石からの磁束
を帰路とする。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、外向き、あるいは内向きの磁界
を印加することができ、各コイルに適切に電流を流すこ
とにより、この範囲内で回転子をスイング動作させるこ
とが可能となる。なお永久磁石を回転子の内側におかず
外側においても、同様な動作をさせることが可能であっ
て、何れを選択してもよい。また、さらに必要によって
は、磁石の軸方向の長さをコイルの推力発生部の長さよ
りも短くし、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
よって回転子の円筒面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。図６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。同図において、枠形ＡＢＣＤ、Ａ′Ｂ′
Ｃ′Ｄ′およびＡ″Ｂ″Ｃ″Ｄ″は回転軸ＺＺの周り
に、その中心線ＳＴ，Ｓ′Ｔ′およびＳ″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と考えよ
い。したがってこの平面について、回転子に加わる力を
示すと図７のようになる。各コイルの推力発生部が、そ
の中心線から離れている量を角度α、また回転子半径を
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。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。以上は、図６および図７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、軸方
向に力を発生する。この力は、同じコイルの他の部分で
発生する力と相殺されることもあるが、コイルおよび磁
気回路の設計如何によっては相殺されず、回転軸に軸方
向の力を加える可能性がある。またかりに相殺されたと
しても、コイルには部分的に振動を生ずるような力が発
生するので好ましくない。磁石の回転軸方向の長さを短
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各問題点は完全に解決される。

【０００６】

【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、
また図２は図１の部品を用いて組み立てたボイスコイル
モータの組立後の各構成品の位置関係を示す断面図で
ある。まず図１において、１は内側ヨーク、４は内側ヨ
ーク１に外接して取りつけられた永久磁石である。磁石
はその外側側面に、Ｎ極、Ｓ極が交互に現れるように多
極着磁されている。各磁極を41,42,43,44で示す。ま
た、２は２個のコイルであって、それぞれ、磁極41,42,
43,44に対向して推力を発生する部分21,22あるいは23,2
4を備えている。25〜28はコイルの円周方向に延びた部
分であって、推力発生には寄与しない。この２個のコイ
ルは、図示していないがモールドによりカップ状に成形
され、回転軸に固着されて回転子となる。３は外側ヨー
クである。内側ヨーク１、永久磁石４、および外側ヨー
ク３は、同軸に取りつけられて固定子となり、その空隙
部に回転子を軸受で回転可能となるように支承する。図
２はこのように組み立てられたものの相対位置を示す断
面図である。１は内側ヨーク、３は外側ヨークで、組立
のための構造部品を兼ねさせたため、図１に示したもの
より若干大きい形状となっている。６は回転軸、７は２
個の軸受、また斜線を施した部分５はコイル２をモール
ドインした回転子である。各コイルの推力発生部、永久
磁石の各磁極の相対位置は図１に示した関係が保たれて
いる。以下、組立品の動作を図１を用いて説明する。図
１において、各コイル２に矢印方向の電流を流すと、推
力を発生する部分21は磁極41に対向して外向きの磁界中
に、また部分22は磁極42に対向して内向きの磁界中にお
かれているから、ともに回転子を（上側から見て）時計
方向に回転させるような推力を生ずる。また、推力を発
生する部分23,24についても同様である。部分21および2
3に発生する推力、および部分22および24に発生する推
力は回転軸に対して偶力となるので、これらは回転方向
のトルクとはなるが回転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でのトルクを
与えることもない。ところで、各コイルの、円周方向に
延びた部分25〜28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、回転軸方向
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25は、磁極41の磁界
を受ける部分では下向きの、また磁極42の磁界を受ける
部分では上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26についていえ
ば、磁極41の磁界を受ける部分では上向きの、また磁極
42の磁界を受ける部分では下向きの力を発生する。磁極
41は磁界を受けることで生ずる、部分25の下向きの力
と、部分26の上向きの力とは、磁界の強さが同一であれ
ば、方向が反対で大きさが等しい。また磁極42の磁界を
受けることで生ずる、部分25の上向きの力と、部分26の
下向きの力とは、やはり方向が反対で大きさが等しい。
したがって１つのコイルに加わる軸方向の力の合計値は
相殺されて零となり、回転子全体として零となることに
なる。しかし、各コイルが受ける磁界の強さ、円周方向
に延びる部分のコイルの形状などが、コイルの各端部に
ついて同一でなければ、回転軸方向の力が相殺されず残
ることになる。また、上述したような複雑な力の発生
は、コイルに不要な振動をひきおこす原因となるので好
ましくない。本実施例では、この点を考慮して各コイル
の円周方向に延びた部分25〜28が、磁石４の各磁極面と
重ならないようにした。これにより、回転軸方向の力の
発生は防止され、回転子は純粋な回転トルクのみが加え
られる。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
イング動作を行うことができる。図３は、本発明の第２
の実施例に用いる部品を示す図である。図において、１
は内側ヨーク、２はカップ状回転子のうちコイル部分の
みを示す。コイル２は対称な形をした２組の部分から構
成されている。すなわち、推力を発生する部分21および
24（部分24は、部分21の陰におかれるため図には示して
いない）、円周方向に延びた部分25、および端面部201
からなる１組の部分と、推力を発生する部分22および2
3、円周方向に延びた部分26、および端面部202からなる
他の１組の部分から構成される。また３は外側ヨーク、
４は２個のアークセグメント状永久磁石であって外側ヨ
ーク３の内側に接着されている。41および42は、磁石の
磁極面であって、それぞれ内面側にＮ極、Ｓ極が現れて
いる。なおコイル２は、メッキ、リソグラフィ等の手法
を用いて、図のごとき形状のものを形成することもでき
るし、また図４に示すようなコイル巻心を用いて、巻線
を形成した後、含浸、モールドイン等の方法でカップ状
回転子に成形することもできる。図４において、８は巻
心本体、81および82はコイルの内側寸法を規定する作用
をもつブロックで、巻線終了後、コイルを巻心から取り
外す際には、予め巻心本体８から外側に分離できるよう
になっている。９は巻心に巻かれたコイルの一部を示
し、90はコイルの巻初め部分、91は１ターン巻いた後の
導線部分であって、このようにして逐次巻線を行う。こ
のようにして作られた回転子を用い、図３のような相対
位置を保って、コアレスモータと類似の構造に組み立て
られたものの動作はつぎのとおりである。いまこの２組
のコイルに矢印の方向に電流を流すと、推力を発生する
部分21および22は永久磁石４のうち、磁極41による内向
きの磁界中におかれているから、回転軸の周りに回転子
を（上側から見て）時計方向に回転させるような推力を
生ずる。また、推力を発生する部分23および24は、磁極
42による外向きの磁界中におかれているから、やはり回
転子を時計方向に回転させるような推力を生じる。これ
ら２つの推力は回転軸に対して偶力であって、回転子を
回転軸の周りに回転させるトルクとなるが、他の有害な
方向の力は発生しない。コイルの円周方向に延びた部分
25および26、端面部201および202は、永久磁石４からの
磁界を受けないように、永久磁石の回転軸方向の長さを
短く設定しているので、これらの部分からの有害な力の
発生はない。コイル電流の方向を逆転した場合は、回転
子は反時計方向に回転トルクを受ける。コイル電流の大
きさ、方向を適切に制御して印加すれば、本ボイスコイ
ルモータは所定のスイング動作を行うことができる。図
５は、本発明の第３の実施例を示す組立断面図である。
図において、上側はＫ−Ｋ′平面で本モータを切断した
ときの横断面図、下側はＨ−Ｈ′平面で本モータを切断
したときの縦断面図である。回転子を除きハッチングは
省略してある。１は内側ヨーク、３は外側ヨーク、４は
外側ヨークに接して取りつけられた２個のアークセグメ
ント磁石であって、それぞれ41,42および43,44のごとく
２極に着磁されている。５は回転子、21,22,23および24
は回転子にモールドインされたコイルの、推力発生部で
ある。６は回転軸、７は軸受であって、回転軸および回
転子は、軸受により支承され回転可能になっている。10
0はリングブロックである。今コイルの推力発生部21お
よび23に上向き、22および24に下向きの電流を流すと、
各部とも回転子を時計方向に回転させるような推力を発
生する。推力発生部21および23に発生する力は１対の偶
力、また22および24に発生する力は他の１対の偶力であ
り、この４個所の推力発生部による力は純粋な回転トル
クとなる。また、永久磁石４の回転軸方向の長さは、コ
イルの軸方向の長さより短く、コイルの推力発生部のみ
が磁石の磁界を受けるよう構成してあるので、コイルに
は他の不要な力が発生しないことは、他の実施例の場合
と同様である。コイル電流の方向を逆転すれば、回転子
は反時計方向にトルクを発生し、スイング動作をさせる
ことが可能である。本実施例のごとき構成は、外側ヨー
クおよび磁石を、（円筒状であるが）２分割している点
が構造上の特徴であって、磁気回路として不要な部分を
欠落させ、重量、寸法の減少をはかっている。

【０００７】

【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】第１の実施例における、組立後の各構成部品の
位置関係を示す断面図。

【図３】本発明の第２の実施例に用いる構成部品を示す
図。

【図４】第２の実施例に用いられているコイルを巻くた
めの、巻心の外観図。

【図５】本発明の第３の実施例を示す、組立断面図。

【図６】回転子に作用する力の関係を説明する図。

【図７】回転子に作用する力の関係を説明する図。

【符号の説明】

１内側ヨーク２コイル３外側ヨーク４磁石５回転子６回転軸７軸受８巻心本体９巻線 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 41 磁極面 42 磁極面 43 磁極面 44 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】円筒状の外側ヨーク、これと対向して同
軸に配置された円筒状の内側ヨークを有し、どちらか一
方のヨークの対向面側にはこのヨークに接して永久磁石
が円筒面状に配置され、かつ、この永久磁石は他方のヨ
ークとの対向空隙部内に、外向き方向および内向き方向
の磁界を発生するために偶数極に着磁された磁極面を有
しており、上記の外側ヨーク、内側ヨークおよび永久磁
石は固定子を形成し、また永久磁石と他方のヨークとの
空隙部には、磁石の磁極に対向して推力発生部が位置す
るよう枠型コイルが円筒面上に配置されて、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】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、請求項１のスイ
ング動作型ボイスコイルモータ。
【請求項３】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、請求項１のスイン
グ動作型ボイスコイルモータ。
【請求項４】永久磁石の、回転軸方向に沿った長さ
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。
【請求項５】内側ヨーク、外側ヨークおよび永久磁石
は、スイング動作を行わせるのに必要のない円筒状部分
を欠落していることを特徴とする、請求項２、請求項３
および請求項４のスイング動作型ボイスコイルモータ。