JPH07230663A - ディスクファイル装置用スピンドルモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はディスクファイル装置用スピンドル
モータに関し、小型薄型化に適し且つ効率の高いラジア
ルギャップ型の同スピンドルモータの提供を目的として
いる。 【構成】 本発明に係るモータは、例えば、ステータ部
２２と、該ステータ部２２に対して回転軸線を中心に回
転するロータ部２４とを備え、該ロータ部２４は、周方
向に多極着磁されて磁束を実質上放射状に発生させる第
１及び第２の環状永久磁石３６，３８を有し、上記ステ
ータ部２２は、上記第１及び第２の環状永久磁石３６，
３８にそれぞれ対向する第１及び第２の頭部４０ａ，４
０ｂ並びに該第１及び第２の頭部４０ａ，４０ｂを上記
回転軸線に略平行に連結する頸部４０ｃからそれぞれな
る複数の鉄心４０と、上記頸部４０ｃに巻回された巻線
４２とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディスクファイル装置用
スピンドルモータに関する。コンピュータの外部記憶装
置に用いられるディスクファイル装置（磁気ディスク装
置、光磁気ディスク装置、光ディスク装置等）として
は、ディスクの径が３．５インチのものが主流である。
将来的には、ディスクの径を２．５インチ、さらに１．
８インチと小さくして、ディスクファイル装置を小型且
つ薄型にする傾向にある。

【０００２】ディスクのサイズが小さくなると、ディス
クの中心孔径も小さくなり（１．８インチディスクで
は、中心孔径は１２mm）、ブラシレスモータを用いたデ
ィスクファイル装置用スピンドルモータには小型化が要
求される。また、一方では、低消費電力化を可能にする
ために、ディスクファイル装置用スピンドルモータはで
きるだけ高い効率（変換率）を達成することができる構
造であることが望ましい。

【０００３】

【従来の技術】図１１及び図１２に従来のディスクファ
イル装置用スピンドルモータ１の一例を示す。２はハブ
であり、固定シャフト軸３に対して軸受４，５により支
持されている。ハブ２にはディスク６が固定してある。
７はディスク回転軸線である。

【０００４】ディスクファイル装置用スピンドルモータ
１は、ハブ２の内側であって且つ軸受４，５間の空間に
組み込まれている。８は電気子鉄心であり、固定シャフ
ト軸３に固定してある。

【０００５】９は巻線であり、その巻線軸線１０は固定
シャフト軸３に直行する方向である。１１は環状永久磁
石であり、周方向に多数着磁してあり、ハブ２の内周に
固定してある。電気子鉄心８の頭部８ａと環状永久磁石
１１とが径方向上に対向している。１２はロータヨーク
である。

【０００６】図１１及び図１２に示されるモータ１で
は、ステータ部を構成する電気子鉄心８の頭部８ａと、
巻線９とがモータ１の径方向に並んでいるため、モータ
１の径方向上に、頭部８ａを配置するための環状の頭部
配置用スペース１５と、巻線９を配置するための環状の
巻線配置用スペース１６と、さらには電気子鉄心８の基
部（ステータヨーク）８ｂを配置するための環状の基部
配置用スペース１７とが並んで必要とされている。

【０００７】このため、モータ１の径Ｄ₁ が大となって
しまい、ディスクの小型化に対応することが困難であ
り、実際、１．８インチ等の小型ディスクの回転用モー
タとした場合、図１１に示すように軸受４，５を上下方
向に設置しなければならず、そのため高さ寸法が大きく
なってディスクファイル装置の薄型化が図れないという
問題があった。

【０００８】尚、ディスクが小型化した場合に、ディス
ク回転用モータ１Ａを図１１中二点鎖線で示すように、
ディスクファイル装置のシャーシベースの下面側に配す
ることも考えられる。しかし、この場合も、ディスクフ
ァイル装置の高さ寸法が増えてしまい、ディスクファイ
ル装置の薄型化が図れない。

【０００９】図１３は従来のスピンドルモータの別の例
であるアキシャルギャップ型フラットモータ７０を示す
図である。７１はステータヨーク、７２はステータコイ
ル、７３はロータヨーク、７４はロータ磁石である。

【００１０】このモータ７０では、限られた許容空間で
は、コイルのトルク発生に関与する半径方向距離が取れ
ないため、十分な効率が得られない。また、空心コイル
を用いる所謂コアレス型であるため、コア（鉄心）を有
するモータに比べて空隙磁束密度を上げにくく、効率を
高くしにくい。

【００１１】また、アキシャルギャップ型モータの場
合、アキシャル方向に磁気吸引力が働くため、軸受寿命
を低下させ、またアキシャル方向に振動が生じやすく、
ディスクの面ぶれを誘発してしまう。

【００１２】これに対して、ラジアルギャップ型の例え
ば図１１のモータでは、磁気的吸引力が径方向に発生し
て互いに打ち消し合うため、軸受の負荷とはならず、寿
命及びディスク回転の安定化の点で好ましい。従って、
ディスクファイル装置用スピンドルモータとしては、ラ
ジアルギャップ型のものであって且つ小型薄型化に適し
ていることが要求されている。

【００１３】このような点に鑑み、我々は先にラジアル
ギャップ／フラットコイル型のモータを提案した（特願
平４−２２０３７９号）。この改良されたスピンドルモ
ータの例を図１４及び図１５に示す。

【００１４】図１４及び図１５に示されるスピンドルモ
ータは、図１１及び図１２に示される構成と対比して、
鉄心軸線がディスクの回転軸線と平行な鉄心８を、その
頭部が環状永久磁石１１に対向するように設け、鉄心８
の周囲に巻線９を巻回している点で特徴付けられる。こ
の改良されたスピンドルモータは、ラジアルギャップ型
であり、且つ小型薄型化が可能である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ラジアルギ
ャップ型のモータの効率を高めるためには、コイル（巻
線）の専有率を向上させることが要求される。そのた
め、フラットコイルをほぼ整列巻きしてステータヨーク
としてのベース上に並べ、その中心に電気子鉄心を配置
する構造を採用するか、或いは、コイル毎に分離したコ
アにコイルを巻き付けることにより整列巻きを可能に
し、その後にベース上に接着する方法を採用している。

【００１６】いずれにしても、複数のコア（電気子鉄
心）をステータヨークに取り付けなければならないの
で、コアとステータヨーク間の平面度の不良、傾き、表
面粗さ、接着層等による僅かな隙間が磁気抵抗の増大を
招き、効率を低下させる要因となっている。

【００１７】よって、本発明の目的は、小型薄型化に適
し且つ効率の高いラジアルギャップ型のディスクファイ
ル装置用スピンドルモータを提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明によると、ステー
タ部と、該ステータ部に対して回転軸線を中心に回転す
るロータ部とを備え、該ロータ部は、周方向に多極着磁
されて磁束を実質上放射状に発生させる第１及び第２の
環状永久磁石を有し、上記ステータ部は、上記第１及び
第２の環状永久磁石にそれぞれ対向する第１及び第２の
頭部並びに該第１及び第２の頭部を上記回転軸線に略平
行に連結する頸部からそれぞれなる複数の鉄心と、上記
頸部に巻回された巻線とを有するディスクファイル装置
用スピンドルモータ（第１の構成）が提供される。

【００１９】本発明の他の側面によると、ステータ部
と、該ステータ部に対して回転軸線を中心に回転するロ
ータ部とを備え、該ロータ部は、周方向に多極着磁され
て磁束を実質上放射状に発生させる異径の第１及び第２
の環状永久磁石を有し、該第１及び第２の環状永久磁石
は同心円上に配置され、上記ステータ部は、上記第１及
び第２の環状永久磁石に挟まれて位置する頭部及び該頭
部から上記回転軸線と平行に延在する頸部からそれぞれ
なる複数の鉄心と、該複数の鉄心を上記頸部にて磁気的
に結合するベースヨークと、上記頸部に巻回された巻線
とを有するディスクファイル装置用スピンドルモータ
（第２の構成）が提供される。

【００２０】

【作用】本発明の第１の構成によると、特定構成の鉄心
を用い、その第１及び第２の頭部をそれぞれ第１及び第
２の環状永久磁石に対向させているので、各鉄心で独立
したメイン磁路が形成されるようになり、ステータヨー
クが不要になると共に、前述の目的が達成される。

【００２１】また、本発明の第２の構成によると、同心
円上に配置される異径の第１及び第２の環状永久磁石の
間に鉄心の頭部を介在させているので、効率的な磁路の
形成が可能になり、前述の目的が達成される。

【００２２】

【実施例】以下本発明の実施例を詳細に説明する。図１
は本発明の第１実施例を示すディスクファイル装置用ス
ピンドルモータの断面図である。このスピンドルモータ
は、ステータ部２２と、ステータ部２２に対して回転す
るロータ部２４とを備えている。

【００２３】ステータ部２２は、このスピンドルモータ
が適用されるディスクファイル装置のエンクロージャの
一部をなすベース２６と、ベース２６に固定された固定
シャフト２８とを含む。

【００２４】ロータ部２４は、固定シャフト２８にベア
リング３０，３２を介して回転可能に設けられたハブ３
４と、ハブ３４の内面に設けられた一対の環状永久磁石
３６，３８とを有している。尚、ハブ３４の外面には図
示しないディスクが搭載される。

【００２５】ロータ部２４は固定シャフト２８の幾何学
的中心軸を回転軸線ＲＡとしてこれを中心に回転し、環
状永久磁石３６，３８は回転軸線ＲＡを中心に回転軸線
ＲＡの方向に並んで配置される。

【００２６】環状永久磁石３６，３８は後述するように
周方向に多極（一般には８極或いは１２極）に着磁され
ており、その磁化方向は半径方向、即ち回転軸線ＲＡに
直行する方向である。また、環状永久磁石３６，３８の
磁極は、回転軸線ＲＡを含む断面、例えば図１の断面図
における断面において互いに逆であり、そうするために
永久磁石３６，３８の着磁を例えば８極の場合には約４
５°ずらしてある。

【００２７】この実施例では、環状永久磁石３６，３８
がハブ３４の内面に密着するようにし、且つハブ３４を
鉄等の軟磁性材料から形成して、これによりヨークを省
略しているが、非磁性ハブと環状ヨークを組み合わせて
も良い。

【００２８】４０はベース２６に固定された鉄心（電気
子鉄心）を表しており、この鉄心４０は環状永久磁石３
６，３８に対向するように周方向に複数（例えば６個或
いは９個）配置されている。

【００２９】鉄心４０は、図２の（Ａ）にも示されるよ
うに、環状永久磁石３６，３８にそれぞれ対向する頭部
４０ａ，４０ｂと、これら一対の頭部４０ａ，４０ｂを
磁気的に結合する頸部４０ｃとからなる。頸部４０ｃに
は、図２の（Ｂ）に示されるような巻線（電気子巻線）
４２が巻回される。尚、図２の（Ｃ）は鉄心４０に巻線
４２を巻回した状態を示している。

【００３０】鉄心の頸部４０ｃにおける磁束の方向は回
転軸線ＲＡに対して平行であるので、巻線４２の巻き方
向はディスクに対して水平であり、この関係は図１３に
示すようなアキシャルギャップ型のフラットコイルの配
置に一致する。

【００３１】一般のスロットモータの場合、コイルをス
ロットに直線巻くため、整列巻きが困難で、スロット内
の占積率（空間体積に対する有効導体部体積の比率）を
高くすることができないが、この実施例では各鉄心が分
離されているため、コイルを鉄心に独立に巻くことが可
能になり、占積率を向上させるのが容易である。

【００３２】鉄心の材質としては、渦電流損を押さえる
ため固有抵抗が高く且つ磁束変化率を高くするため低周
波透磁率μが高いＰＢパーマロイやけい素鉄が用いられ
る。尚、各コイルへの配線パターンは、コイルの外周部
若しくはコイルとベースの間に設けられたＦＰＣ（フレ
キシブルプリント基板）或いはベースに直接パターニン
グされたメタルベース基板により実現される。

【００３３】図３は第１実施例及び従来例における磁気
回路を模式的に示す図である。一般のブラシレスモータ
では、ステータコアはヨーク（コアバック）により結合
されているので、模式的な磁気回路は、図３の（Ｂ）に
示されるように、ロータヨーク〜磁石〜ギャップ〜コア
〜ステータヨーク〜他のコア〜ギャップというように、
互いに隣り合うコアを磁路にしている。

【００３４】一方、図３の（Ａ）は本実施例における磁
気回路を概念的に示す図である。尚、（Ａ）では（Ｂ）
と比較するためにコア等を径方向に並べているが、実際
にはこれらは図１に示されるように軸方向に並ぶ。ま
た、図中内外径に分けて示してあるロータヨーク（Ａ）
及びロータヨーク（Ｂ）は図１に示される一体のロータ
ヨーク（ハブ３４）に相当している。また、上側磁石及
び下側磁石はそれぞれ図１の環状永久磁石３８及び３６
に相当している。また、上側コア及び下側コアはそれぞ
れ図１の鉄心の頭部４０ｂ及び４０ａに相当している。

【００３５】この実施例では、「ロータヨーク〜上側磁
石〜ギャップ〜上側コア〜下側コア〜ロータヨーク」と
いうように各コアにより独立したメイン磁路が構成され
ており、ステータヨークが不要である。尚、一部の磁束
はロータヨークで隣り合う磁路と一体になる。

【００３６】図３の（Ａ）と（Ｂ）とでは、磁石の厚み
が同じであればギャップにおける磁束密度もほぼ同じで
あるが、本実施例の場合コアを磁気飽和させるためのコ
イル電流を大きくすることができるので、起動時のトル
ク限界を高めることができる。

【００３７】図４は本発明の第２実施例を示すディスク
ファイル装置用スピンドルモータの断面図である。この
実施例は、図１の第１実施例と対比して、環状永久磁石
３６，３８を鉄心４０の内側に配置している点で特徴付
けられる。

【００３８】即ち、ハブ３４とベアリング３０，３２と
の間にスリーブヨーク４４を設け、このスリーブヨーク
４４の外周に環状永久磁石３６，３８を密着させてい
る。スリーブヨーク４４は磁性体からなり、その線熱膨
張係数は固定シャフト２８やベアリング３０，３２の材
料の線熱膨張係数とほぼ同じにすることができるので、
定位置予圧やオフトラックに対して悪影響を与えること
がない。また、この例では、ハブ３４の材質として非磁
性材料を用いることができる。

【００３９】この実施例によっても、各コアにより独立
したメイン磁路を構成することができるので、ステータ
ヨークが不要になり、小型軽量化に適し且つ効率の高い
ラジアルギャップ型のディスクファイル装置用スピンド
ルモータの提供が可能になる。

【００４０】以上の第１及び第２実施例は本発明の第１
の構成をディスクファイル装置に適用した例であるが、
本発明の第１の構成は内輪回転型のスピンドルにも適用
可能である。また、以上の実施例では、環状永久磁石と
してラジアル異方性磁石を用いているが、これに代えて
極異方性磁石を用いることでロータヨークを不要にする
ことができる。

【００４１】図５は本発明の第２の構成の実施例に相当
する第３実施例を示すディスクファイル装置用スピンド
ルモータの断面図、図６は図５に示されるスピンドルモ
ータの主要部の斜視図、図７は図５に示されるスピンド
ルモータの主要部の分解斜視図である。

【００４２】この実施例では、ロータ部２４のハブ３４
の内側に異径の一対の環状永久磁石３６′，３８′を設
けている。環状永久磁石３６′，３８′は同心円上に配
置され、これらの間には鉄心４０′の頭部が位置する。
鉄心４０′はフレキシブルプリント基板ＦＰＣを介して
ベース２６に固定される。

【００４３】鉄心４０′の頸部には巻線４２が巻回され
ている。この実施例では、ベース２６は磁性体から形成
され、このベース（ベースヨーク）２６は各鉄心４０′
をその頸部にて磁気的に結合する。

【００４４】図８は第３実施例における磁気回路を示す
図である。同図において（Ａ）は回転軸と垂直な平面に
おける磁気回路を示し、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ−Ａ
線に沿った断面における磁気回路を示す。

【００４５】この例では、内側の環状永久磁石３６′と
外側の環状永久磁石３８′の互いに対向する面における
磁極は同極である。図示された磁気回路から明らかなよ
うに、本実施例によると、ハブ３４の内面に異径の環状
永久磁石３６′，３８′を設けているので、鉄心４０′
を通る磁束を増大させることができ、トルク定数を大き
くすることができる。

【００４６】本発明の第３実施例による他の効果は次の
通りである。従来、小型薄型化した装置において、ディ
スクを複数枚可能な限り実装し或いはさらに装置を薄型
化する等の理由で、スピンドルモータのステータが設置
されているベース面近くまでディスクを実装する必要が
ある場合、モータの収容可能空間は限定されてしまう。
従来のモータ形式が採用されている場合、電気子鉄心を
曲げて形成するか或いはハブを削ることによりモータの
構成部品の収容スペースを確保することになる。

【００４７】電気子鉄心を曲げる場合、ロータ磁石の径
方向の厚みを厚くすることができるが、鉄心の曲げ部の
スペースが邪魔をして軸方向の高さが制限される。ま
た、鉄心の加工・組立の点でも困難な作業が発生する恐
れがある。

【００４８】一方、ハブを削る場合、ロータ磁石の径方
向の厚みをあまり大きくすることができず、外径側のコ
イルの上側のスペースが空洞となってしまい、モータの
収容可能空間を効率良く使用することができない。

【００４９】従来の構成では、ハブの内径側或いは外径
側のいずれか一方しかヨークとして使用することができ
なかったが、本発明の第３実施例のように、ハブの内側
の内径側及び外径側に２つの環状永久磁石を設置すれ
ば、その双方をヨークとして使用することができる。従
って、ハブの径方向の肉厚を全部ヨークとして利用する
ことができるので、電気子鉄心を通る磁束を増大させて
トルク定数を大きくすることができるのである。

【００５０】また、従来技術による場合のように電気子
鉄心を曲げることなく、またハブの内径側或いは外径側
を削る必要もなく、つまり、余分な加工をすることなく
モータ収容可能空間を効率的に利用することができるの
で、トルク定数の大きいスピンドルモータの実現が可能
になる。

【００５１】図９は本発明の第３実施例における環状永
久磁石３６′，３８′の配置例を示す図である。同図に
おいて、（Ａ）は図５乃至図８で説明した通りの環状永
久磁石３６′，３８′の互いに対応する部分の磁極が一
致している配置例である。

【００５２】この場合における磁界及びトルクの変化を
図１０の（Ａ）に示す。環状永久磁石３６′，３８′の
互いに対向する部分の磁極が一致している場合、トルク
カーブのピーク値付近が急峻でリップルが多少大きくな
り、コギングトルクが増大する可能性がある。

【００５３】そこで、このようなコギングトルクの増大
を避けたい場合には、図９の（Ｂ）に示すように、環状
永久磁石３６′の着磁位置と環状永久磁石３８′の着磁
位置とを適当な角度だけずらしてやると良い。

【００５４】一般に、トルクは磁束の変化時に発生する
ので、その変化率により決定され、従って、環状永久磁
石３６′，３８′の着磁位置をずらすことにより、図１
０の（Ｂ）に示すように、トルクカーブのピーク値付近
の変化を緩やかにすることができ、トルクリップルを小
さくしてコギングトルクを軽減することができる。

【００５５】尚、第３実施例は外輪回転型のスピンドル
モータで説明したが、本発明の第３の構成は内輪回転型
のスピンドルモータにも適用可能である。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
小型軽量化に適し且つ効率の高いラジアルギャップ型の
ディスクファイル装置用スピンドルモータの提供が可能
になるという効果が生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すディスクファイル装
置用スピンドルモータの断面図である。

【図２】図１に示される鉄心及び巻線を示す図である。

【図３】本発明の第１実施例（Ａ）及び従来例（Ｂ）に
おける磁気回路の模式図である。

【図４】本発明の第２実施例を示すディスクファイル装
置用スピンドルモータの断面図である。

【図５】本発明の第３実施例を示すディスクファイル装
置用スピンドルモータの断面図である。

【図６】図５に示されるスピンドルモータの主要部の斜
視図である。

【図７】図５に示されるスピンドルモータの主要部の分
解斜視図である。

【図８】本発明の第３実施例における磁気回路を示す図
である。

【図９】本発明の第３実施例における環状永久磁石の配
置例を示す図である。

【図１０】本発明の第３実施例における磁界及びトルク
の変化を示す図である。

【図１１】従来のスピンドルモータの一例を示す図であ
る。

【図１２】図１１のスピンドルモータの平面図である。

【図１３】従来のスピンドルモータの別の例を示す図で
ある。

【図１４】従来のスピンドルモータの改良例を示す図で
ある。

【図１５】図１４のスピンドルモータの主要部の分解斜
視図である。

【符号の説明】 ２２ ステータ部 ２４ ロータ部 ３６，３６′，３８，３８′ 環状永久磁石 ４０，４０′ 鉄心 ４２ 巻線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステータ部(22)と、該ステータ部(22)に
   対して回転軸線を中心に回転するロータ部(24)とを備
   え、 該ロータ部(24)は、周方向に多極着磁されて磁束を実質
   上放射状に発生させる第１及び第２の環状永久磁石(36,
   38) を有し、 上記ステータ部(22)は、 上記第１及び第２の環状永久磁石(36,38) にそれぞれ対
   向する第１及び第２の頭部(40a,40b) 並びに該第１及び
   第２の頭部(40a,40b) を上記回転軸線に略平行に連結す
   る頸部(40c) からそれぞれなる複数の鉄心(40)と、 上記頸部(40c) に巻回された巻線(42)とを有するディス
   クファイル装置用スピンドルモータ。
2. 【請求項２】 ステータ部(22)と、該ステータ部(22)に
   対して回転軸線を中心に回転するロータ部(24)とを備
   え、 該ロータ部(24)は、周方向に多極着磁されて磁束を実質
   上放射状に発生させる異径の第１及び第２の環状永久磁
   石 (36′, 38′) を有し、 該第１及び第２の環状永久磁石 (36′, 38′) は同心円
   上に配置され、 上記ステータ部(22)は、 上記第１及び第２の環状永久磁石 (36′, 38′) に挟ま
   れて位置する頭部及び該頭部から上記回転軸線と平行に
   延在する頸部からそれぞれなる複数の鉄心 (40′) と、 該複数の鉄心 (40′) を上記頸部にて磁気的に結合する
   ベースヨーク(46)と、 上記頸部に巻回された巻線(42)とを有するディスクファ
   イル装置用スピンドルモータ。
3. 【請求項３】 上記第１及び第２の環状永久磁石 (3
   6′, 38′) の着磁位置が周方向にずれている請求項２
   に記載のディスクファイル装置用スピンドルモータ。