JPH0757079B2 - スピンドルモータ - Google Patents

スピンドルモータ

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JPH0757079B2
JPH0757079B2 JP2054580A JP5458090A JPH0757079B2 JP H0757079 B2 JPH0757079 B2 JP H0757079B2 JP 2054580 A JP2054580 A JP 2054580A JP 5458090 A JP5458090 A JP 5458090A JP H0757079 B2 JPH0757079 B2 JP H0757079B2
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bearing
fixed
rotating
radial
magnet
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陽一 金光
大介 紺野
良雄 佐藤
祐司 白尾
日出男 壺井
俊一 相吉沢
一志 笠原
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はOA機器の各部の駆動用等に用いられるスピンド
ルモータに関し、特に高剛性で長寿命のスピンドルモー
タに関するものである。
〔従来技術〕
近年、ハードディスク装置の高容量化及び低消費電力化
に伴い、その駆動用スピンドルモータに対してもそれに
適した高性能のもの、例えば高剛性で且つ寿命の長いも
のが要望されている。
従来この種のスピンドルモータの軸受はボールベアリン
グを用いた軸受が一般的であった。しかしながら、ボー
ルベアリングは基本的にグリース潤滑を必要とするこ
と、回転精度の向上や長寿命化の点で難点があり、これ
らの難点を解決するためボールベアリングに代えて動圧
流体軸受けの適用が提案されている。
第3図は本出願前に本出願人が特許出願した(特願平1
−92161号)動圧軸受を使用したスピンドルモータの断
面図である。図示するように、このスピンドルモータは
モータ固定部31とモータ回転部38とからなる構造であ
る。
モータ固定部31は中央に支持軸33を立設した取付台32に
スラスト軸受パット34を固定し、該支持軸33に同心円状
のラジアル軸受35を固定し、その上部に駆動用モータ36
のステータ37を固定した構造である。
また、モータ回転部38はシリンダ状の部材の内部に前記
ステータ37に対向する駆動用モータ36のロータ40を固定
し、更に下部には前記ラジアル軸受35と前記スラスト軸
受パット34に対向面を有する断面L字状の軸受部材39を
固定した構造である。
ラジアル軸受35とこれに対向する軸受部材39の面で第4
図に示すようなヘリングボーン溝動圧ラジアル軸受を構
成し、ラジアル軸受35の外周面の軸受部材39との対向す
る部分にはヘリングボーン状の動圧を発生する溝C1が形
成されている。
スラスト軸受パット34の上面とこれに対向する軸受部材
39の面で、スパイラル溝動圧スラスト軸受41を構成し、
スラスト軸受パット34の上面の軸受部材39との対向する
部分には第5図に示すスパイラルの動圧が発生する溝C2
が形成されている。駆動用モータ36が駆動すると、モー
タ回転部38が回転し、スラスト軸受パット34の上面と軸
受部材39の下面ま間で空気動圧が発生し、ラジアル軸受
35の外周面とこれと対向する受部材39の内周面との間に
空気動圧が発生する。このため軸受部材39は固体接触す
ることなく、回転するのでスムーズに回転できる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来構成のスピンドルモータにおいては、スパイラ
ルグループ動圧スラスト軸受、ヘリングボーン溝動圧ラ
ジアル軸受は共に、運転中の流体層の厚さはミクロンオ
ーダーの微小なものであるので、製作に当っては軸受面
の加工には高い精度が要求される。ここで、スパイラル
グループ動圧軸受の方は平面形状なので、加工は比較的
容易である。しかしながら、ヘリングボーン軸受の方は
円筒形状をしているので、精度良く正確に加工するには
非常に手間がかかり、コストが高くなるのを避けること
ができないという問題がある。とくに円筒形状の内面の
正確な加工は大変な困難を伴うという問題があった。
また、スパイラルグループ動圧スラスト軸受では、スラ
スト荷重が大きくなり流体層厚さが小さくなれば、軸受
剛性は飛躍的に高まり安定した運転を継続できる。しか
しながら、ヘリングボーン溝動圧ラジアル軸受では、ラ
ジアル荷重が大きくなり偏心率が大きく、即ち流体層厚
さが小さくなっても、それに応じて軸受剛性が飛躍的に
高まることはない。従って、精度の高い加工が困難であ
ることとあいまって、ラジアル荷重が大きくなると固体
接触を起こすこともあり、必ずしも安定した運転ができ
なかった。
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので上記問題点を
除去し、高速回転時の回転安定性を高め、ひいては高剛
性で長寿命のスピンドルモータを提供することを目的と
する。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するため本発明は、固定部と軸を中心と
して回転する回転部を有し、該回転部に回転力を与える
駆動用モータのステータが固定部に固定されると共にロ
ータが回転部に固定され、更に回転部が軸方向の荷重を
支えるスラスト軸受及び半径方向の荷重を支えるラジア
ル軸受を介して固定部に回転自在に支持されるスピンド
ルモータにおいて、ラジアル軸受は固定部に固定した固
定側磁石と、該固定側磁石に対向して回転部に固定した
回転側磁石とを具備するラジアル磁気軸受であり、スラ
スト軸受は固定部に固定されたスラスト軸受パットと、
回転側に固定されたスラスト軸受カラーを有し、該スラ
スト軸受パットとスラスト軸受カラーは互いに対向し且
つ軸方向に対して直交する平面の動圧発生面を有し、該
動圧発生面のいずれか一方に動圧発生用のスパイラル溝
を形成したスパイラルグループ軸受であり、ラジアル磁
気軸受は固定側磁石と回転側磁石の磁気的中心をずらし
て配置し、該固定側磁石と回転側磁石との間に発生する
磁気吸引力又は磁気反発力により、軸方向にスラスト力
を発生させ、スパイラルグループ軸受に予荷重を与える
ことを特徴とする。
また、ラジアル磁気軸受の固定側磁石を電磁石で構成
し、回転側磁石を永久磁石で構成したことを特徴とす
る。
また、ラジアル磁気軸受の固定側磁石と回転側磁石のい
ずれも永久磁石で構成したことを特徴とする。
また、固定側の永久磁石と回転側の永久磁石として、軸
方向に着磁したリング状永久磁石を用い、該リング状永
久磁石を同心円上に対向して配置し、同極間に発生する
磁気反発力によりラジアル方向の負荷能力を発生させる
ことを特徴とする。
〔作用〕
スピンドルモータに上記構成を採用することにより、ラ
ジアル方向荷重及びラジアル方向位置は磁気軸受で保持
され、固体接触することなく円滑な回転が確保される。
また、ラジアル軸受及びスラスト軸受の両軸受を動圧軸
受で構成する場合は、ラジアル軸受とスラスト軸受の直
角度に高精度が要求されるが、本発明ではラジアル軸受
に磁気軸受を採用するので、ヘリングボーン軸受のよう
にミクロンオーダの精度は必要なく、0.1ミリオーダの
比較的低い精度で済むから直角度の精度も低くて済む。
また、ラジアル磁気軸受を構成する回転側磁石とこれに
対向した固定側磁石の磁気中心をずらすことにより、軸
方向のスラスト力を発生させ、スパイラルグループ軸受
の予荷重とするので、該スパイラルグループ軸受の動圧
を発生する流体層を圧迫し、軸受の剛性を高め安定した
運転ができる。また、予荷重により、動圧スラスト軸受
を押し付けるので、スピンドルモータを横姿勢でも使用
することができる。
また、軸方向はスパイラルグループ軸受で保持され、固
体接触することなく円滑に運転されると同時に、該スパ
イラルグループ軸受は荷重が大きくなると流体層の厚さ
が小さくなり剛性が飛躍的に高まり安定した運転ができ
る。
ラジアル磁気軸受の静止側の磁石に電磁石を用いた場合
は、制御装置を備えた吸引型磁気軸受とすることがで
き、軸受剛性を調節できるから安定した起動と高速運転
ができる。また反発型磁気軸受とした場合でも軸受剛性
を調節できるので安定した起動と高速運転ができる。
また、ラジアル磁気軸受の固定側磁石と回転側磁石の双
方を永久磁石とした場合は電磁石と異なり、軸受での電
力損失がなく、電磁石の制御装置も不要となるから、簡
単な構成となり安定した運転ができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は本発明に係るスピンドルモータの構造を示す断
面図である。本実施例のスピンドルモータは、モータ固
定部1とモータ回転部2からなる所謂アウタロータ型の
スピンドルモータであり、固定部1の支持軸3が回転せ
ず、外側のシリンダ状のモータ回転部2が回転するよう
になっている。
モータ固定部1は中央に支持軸3を立設した取付台2に
スラスト軸受4のスラスト軸受パット4−1を固定し、
該支持軸3の略中央に駆動用モータ5のステータ5−1
が固定し、このステータ5−1の上部と下部にそれぞれ
ラジアル磁気軸受20,21の静止側磁石20−1,21−1が固
定された構造である。
モータ回転部2はシリンダ状の部材の内周面に駆動用モ
ータ5のステータ5−1に対向するロータ5−2を固定
し、該ロータ5−2の上部と下部にそれぞれラジアル磁
気軸受20,21の静止側磁石20−1,21−1に対向する回転
側磁石20−2,21−2が固定され、さらに下端面に前記ス
ラスト軸受パツト4−1に対向してスラスト軸受4を構
成するスラスト軸受カラー4−2が固定された構造であ
る。
スラスト軸受4はスパイラルグループ軸受であり、軸受
の負荷能力を大きくすることによって、回転時に非常に
高い剛性を発揮させることができる。スパイラルグルー
プ軸受の例を第5図に示す。なお、スパイラルグループ
軸受において、通常動圧発生用のスパイラル溝C2はスラ
スト軸受パット4−1に形成されるが、このスパイラル
溝C2をスラスト軸受カラー4−2に形成し、スラスト軸
受パット4−1の上面を平滑としてもよい。ラジアル磁
気軸受20,21は第2図にその拡大を示すように、静止側
磁石20−1,21−1と回転側磁石20−2,21−2により構成
それ、これら静止側磁石20−1,21−1及び回転側磁石20
−2,21−2は全て軸方向に着磁したリング状永久磁石で
ある。モータ回転部2の内周面に固着された回転側磁石
20−2,21−2と支持軸3に固着された静止側磁石20−1,
21−1は互いに対向し、永久磁石の同極間で発生する磁
気反発力によりラジアル方向の負荷支持力を発生する。
また、本実施例では、回転側磁石20−2,21−2が静止側
磁石20−1,21−1に対してその中心が軸方向でスラスト
軸受4側に距離dだけ寄せて配置されている。このため
回転側磁石20−2,21−2と静止側磁石20−1,21−1の永
久磁石の同極間には磁気反発力が、異極間には磁気吸引
力が発生し、モータ回転部2軸方向に押し下げる。即ち
スラスト軸受4を押し付ける力Fa,Fbを与える。この力F
a,Fbがスパイラルグループ軸受の予荷重として作用し、
軸受の剛性を高める。スパイラルグループ軸受では、軸
受の負荷能力を大きくし予荷重を大きくすることによっ
て非常に高い回転剛性を発揮させることができるもので
ある。
なお、上記実施例では、静止側磁石20−1,21−1及び回
転側磁石20−2,21−2を永久磁石で構成した例を示した
が、永久磁石に限定されるものではない。特に静止側磁
石20−1,21−1を電磁石とした場合は、ラジアル磁気軸
受の剛性を調節することができ、安定した起動を可能と
し、また高速運転が容易に実現できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、下記のような優れ
た効果が得られる。
(1)ラジアル軸受を磁気軸受としたので、軸受損失が
小さく寿命が著しく長くなる。
(2)また、ラジアル軸受を磁気軸受としたので、ヘリ
ングボーン軸受と異なり、軸受クリアランス(第2図の
C参照)を比較的大きくすることができ、加工精度も比
較的低くてよいので、加工、組立が容易でコストを下げ
ることができる。
(3)ラジアル磁気軸受は固定側磁石と回転側磁石の磁
気的中心をずらして配置し、該固定側磁石と回転側磁石
との間に発生する磁気吸引力又は磁気反発力により、軸
方向にスラスト力を発生させスラスト動圧軸受であるス
パイラルグループ軸受に予荷重を与えるので、該スパイ
ラルグループ軸受の軸受剛性が著しく高まり、円滑で安
定した運転が可能になる。
(4)また、予荷重により、スラスト動作軸受であるス
パイラルグループ軸受を押し付けるので、スピンドルモ
ータを横姿勢でも使用できる。
(5)ラジアル磁気軸受は固定側磁石を電磁石とした場
合は、該ラジアル磁気軸受の剛性を調節することがで
き、安定した起動を可能とし、且つ高速運転が容易とな
る。
(6)ラジアル磁気軸受を永久磁石で構成した場合は、
制御が不要となり、軸受での電力損失もない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るスピンドルモータの構造を示す断
面図、第2図はラジアル磁気軸受部の拡大図、第3図は
従来のスピンドルモータの構造を示す断面図、第4図は
ラジアル軸受部材に形成された動圧発生溝の例を示す
図、第5図はスラスト軸受部材に形成された動圧発生溝
の例を示す図である。 図中、1……モータ固定部、2……モータ回転部、3…
…支持軸、4……スラスト軸受、5……駆動用モータ、
20,21……ラジアル磁気軸受。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 良雄 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 白尾 祐司 神奈川県藤沢市本藤沢4丁目2番1号 株 式会社荏原総合研究所内 (72)発明者 壺井 日出男 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 相吉沢 俊一 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 笠原 一志 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (56)参考文献 特開 昭62−152357(JP,A) 実開 昭63−4153(JP,U)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固定部と軸を中心として回転する回転部を
    有し、該回転部に回転力を与える駆動用モータのステー
    タが前記固定部に固定されると共にロータが前記回転部
    に固定され、更に前記回転部が軸方向の荷重を支えるス
    ラスト軸受及び半径方向の荷重を支えるラジアル軸受を
    介して固定部に回転自在に支持されるスピンドルモータ
    において、 前記ラジアル軸受は前記固定部に固定した固定側磁石
    と、該固定側磁石に対向して前記回転部に固定した回転
    側磁石とを具備するラジアル磁気軸受であり、 前記スラスト軸受は前記固定部に固定されたスラスト軸
    受パットと、回転側に固定されたスラスト軸受カラーを
    有し、該スラスト軸受パットとスラスト軸受カラーは互
    いに対向し且つ前記軸方向に対して直交する平面の動圧
    発生面を有し、該動圧発生面のいずれか一方に動圧発生
    用のスパイラル溝を形成したスパイラル溝グループ軸受
    であり、 前記ラジアル磁気軸受は固定側磁石と回転側磁石の磁気
    的中心をずらして配置し、該固定側磁石と回転側磁石と
    の間に発生する磁気吸引力又は磁気反発力により、前記
    軸方向にスラスト力を発生させ、前記スパイラルグルー
    プ軸受に予荷重を与えることを特徴とするスピンドルモ
    ータ。
  2. 【請求項2】前記ラジアル磁気軸受の固定側磁石を電磁
    石で構成し、回転側磁石を永久磁石で構成したことを特
    徴とする請求項(1)に記載のスピンドルモータ。
  3. 【請求項3】前記ラジアル磁気軸受の固定側磁石と回転
    側磁石のいずれも永久磁石で構成したことを特徴とする
    請求項(1)に記載のスピンドルモータ。
  4. 【請求項4】前記固定側の永久磁石と回転側の永久磁石
    として、軸方向に着磁したりング状永久磁石を用い、該
    リング状永久磁石を同心円上に対向して配置し、同極間
    に発生する磁気反発力によりラジアル方向の負荷能力を
    発生させることを特徴とする請求項(3)に記載のスピ
    ンドルモータ。
JP2054580A 1990-03-05 1990-03-05 スピンドルモータ Expired - Lifetime JPH0757079B2 (ja)

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JPH03256547A JPH03256547A (ja) 1991-11-15
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JPS62152357A (ja) * 1985-12-25 1987-07-07 Ebara Res Co Ltd 電動機械
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