JPH0767306A - 電磁回転機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電磁回転機において、コギングトルクを低減
させる。 【構成】 マグネットの多極着磁されたそれぞれの円周
方向の着磁幅Ｗｐと突極のマグネットに対する面の円周
方向の幅Ｗｓが概略Ｗｓ／Ｗｐ＝０．７７±０．２５の
関係を満足する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばフロッピーディ
スクドライブ装置等に使われるモータ等の突極コアを持
つラジアルギャップタイプの電磁回転機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、フロッピーディスクドライブ
装置等に使われるモータとして、半径方向に多極着磁さ
れたマグネットを固着した、回転軸に対し回転自在なロ
ータと、前記マグネットの内周面または外周面に対し、
半径方向にエアギャップを保ちながら離間し、回転軸に
対し回転対称に配置された複数の突極からなるステータ
とで構成されるラジアルギャップタイプのモータが知ら
れている。

【０００３】図４は、従来の３相ブラシレスモータの要
部破断平面図、図５は図４のＸ−Ｘ線の断面図である。
このような従来のブラシレスモータでは４つの磁気回
路、すなわち、回転駆動力を発生するための磁気回路、
回転速度信号を発生するための磁気回路、回転位置信号
を発生するための磁気回路、回転磁界を発生するための
励磁タイミングを発生するための磁気回路が形成されて
いる。

【０００４】まず、図５において３相ブラシレスモータ
の概略構成を述べる。基板７は鉄等磁性材料等からな
り、中心に含油ベアリング９が圧入される一方、外周端
部に回転位置検出手段であるホール素子１４が配設され
ている。回転軸５は軸固定部材６を介してロータヨーク
４と一体に設けられており、さらに、含油ベアリング９
上部に設けられたベアリング８の内輪と含油ベアリング
９に嵌着されており、ロータヨーク４、駆動マグネット
１、ＦＧマグネット２、位置検出用マグネット１３等の
一体物が基板７に対して自在に回転する。

【０００５】ロータヨーク４の外縁部には駆動マグネッ
ト１（図４）が固定されており、周知のように、駆動マ
グネット１に回転磁界を作用させることによりロータヨ
ーク４を回転駆動させる。このために駆動マグネット１
は、図４に示すように、２０極に半径方向に多極着磁さ
れると共に、ロータヨーク４の外縁部内側に固着されて
いる。

【０００６】回転磁界を作用させるために、複数の駆動
コイル１０がステータヨーク１１の回りに捲着されて設
けられ、その一方、このステータヨーク１１は回転軸５
の回りに放射状に複数形成されており、駆動コイル１０
もステータヨーク１１上において周方向に複数分設けら
れている。このステータヨーク１１は、図示するように
１５個の突極から構成されており、不図示のネジ等の固
定部材により鉄基板７上に固定されている。

【０００７】以上の構成において、ステータヨーク１１
は、駆動マグネット１、ロータヨーク４、駆動マグネッ
トヨーク３と共に閉磁気回路を形成している。なお、駆
動マグネット１が、ステータヨーク１１の半径方向にこ
のステータヨーク１１から離間して設けられているタイ
プのブラシレスモータを周対向型モータまたはラジアル
ギャップモータと呼ぶ。

【０００８】ロータヨーク４の外周面には切り欠き部４
ｈが加工形成されており、この切り欠き部４ｈに回転位
置検出手段である位置検出用マグネット１３が埋設され
ている。このマグネット１３によってもう１つの磁気回
路が構成されている。

【０００９】さらに、各相のコイル１０の励磁タイミン
グを検出するための３個のホール素子１２ａ，１２ｂ，
１２ｃが基板７上に適切な位置に固着されている。駆動
マグネット１からの磁界はこれらのホール素子１２ａ，
１２ｂ，１２ｃを通るので、これらのホール素子１２
ａ，１２ｂ，１２ｃにより駆動マグネット１から磁界変
化が検出され、ステータヨーク１１のコイル１０が発生
させるべき磁界の、回転する駆動マグネット１の磁界に
対する位相差が検出され、適切なタイミングで駆動コイ
ルの各相に電流が流されて回転磁界が発生させられる。
この回転磁界はロータ４を図４の矢印方向Ａに回転させ
る。

【００１０】一方、速度検出用マグネット１がロータヨ
ーク４の最外周縁部に固着されており、全部で１２０極
分が着磁されている。この検出用マグネット２と対向す
る鉄基板７の表面部には１２０本の発電線素７ａが銅パ
ターン等によりエッチング形成されている。

【００１１】以上の構成により、ロータヨーク４が回転
起動されると、発電線素７ａよりロータヨーク４の回転
速度に応じた周波数の正弦波が発生するので、不図示の
コントロール回路により定速回転制御を行う。

【００１２】ロータヨーク４が回転すると、ロータヨー
ク４に固着されていた位置検出用マグネット１３も一体
回転するので、位置検出用ホール素子１４により位置検
出用マグネット１３の磁界変化に感知して、ロータヨー
ク４が１回転に対して１発のパルス状のいわゆる位置検
出信号を発生するようにしている。このパルス信号によ
り、回転体の回転位置等を検出できるようにしている。

【００１３】以上説明したように、上記モータは４種類
の磁気回路を備えており、ロータヨーク４が、駆動マグ
ネット１、速度検出用マグネット２、位置検出用マグネ
ット１３と共に回転すると、ステータヨーク１１の突極
１５と駆動マグネット１との磁気的相互作用によりコギ
ングトルクが、また駆動コイル１０及び突極１５が発生
する回転磁界と駆動マグネット１との相互作用によりト
ルクリップルが発生し、モータの回転精度に影響を与え
る。

【００１４】コギングトルクは駆動マグネット１の円周
方向の着磁幅Ｗｐ（以下着磁幅Ｗｐと称する）と突極１
５の駆動マグネット１に対向する面の円周方向の幅Ｗｓ
（以下突極幅Ｗｓと称する）の関係に大きく依存する
（図２参照）。図４に示す従来例では、Ｗｓ／Ｗｐ＝
１．００６であり、そのときのコギングトルクの実測値
を図６（ｂ）に、回転精度の実測値を図６（ａ）に示
す。ロータ１回転について２０回のコギングトルクが発
生し（図６（ｂ））、回転精度の変化においてもコギン
グトルクの成分が現われていることがわかる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のモータ
は、コギングトルクがモータの回転精度に影響し、フロ
ッピーディスクドライブ等の情報の正確な記録再生を妨
害し、エラーが発生することがある。

【００１６】そこで、本発明は上述の問題点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、コギング
トルクが低減されたラジアルギャップタイプの電磁回転
機を提供しようとするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の電磁回転機は、半径方向に多極着磁され
たマグネットを固着した、回転軸に対し回転自在なロー
タと、前記マグネットの内周面または外周面に対し、半
径方向にエアギャップを保ちながら離間し、回転軸に対
し回転対称に配置された複数の突極から構成されるステ
ータとからなる電磁回転機において、前記マグネットの
多極着磁されたそれぞれの着磁幅Ｗｐと前記突極のマグ
ネットに対向する面の幅Ｗｓが概略Ｗｓ／Ｗｐ＝０．７
７±０．２５の関係を満足することを特徴とする。

【００１８】

【作用】本発明によれば、コギングトルクを低減するこ
とにより回転精度が向上するので、フロッピーディスク
ドライブ等の情報記録再生装置のスピンドルモータとし
て最適である。さらに、回転精度の確保するためのロー
タのイナーシャも小さくできるので、小型薄型化を実現
できる。

【００１９】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら、本発明を、
ラジアルギャップタイプのスピンドルモータに適用した
実施例を説明する。

【００２０】コギングトルクトＷｓ／Ｗｐの関係 図１は、図３に示す実験モデルに示すように、１０極の
駆動マグネット１と単極の突極１５について、その着磁
幅Ｗｐと突極幅Ｗｓの比Ｗｓ／Ｗｐとコギングトルクの
関係を実測してまとめたグラフである。横軸が着磁幅Ｗ
ｐと突極幅Ｗｓの比Ｗｓ／Ｗｐ、縦軸がコギングトルク
の大きさ（ｇｆｃｍｐｐ）である。実験に用いたモデル
は図３に示す通りであり、マグネット１の材質はＮｄ−
Ｆｅ−Ｂプラスチック磁石である。

【００２１】図１からわかるように、コギングトルクは
Ｗｓ／Ｗｐが０．７７付近で極小値を取り、８ｇｆｃｍ
ｐｐ程度である。図３において、駆動マグネット１を電
気角にて３６０°回転させたときのコギングトルクの波
形を図２（ｂ）に示す。横軸が電気角、縦軸がコギング
トルクを示す。

【００２２】Ｗｓ／Ｗｐが大きくなるとコギングトルク
は急激に増加する。突極幅Ｗｓ／着磁幅Ｗｐは、１．１
程度が限界であり、これ以上大きくすると突極１５に捲
線を巻くことが困難になるが、従来例にて説明したモー
タは、Ｗｓ／Ｗｐ＝１．００６であるから捲線は可能で
ある。このときの単極突極のコギングトルクは４１ｇｆ
ｃｍｐｐと大きい。図２（ａ）にこれを示す。極小値と
比較して約５倍大きい。

【００２３】一方、図６（ｂ）に示すコギングトルクの
測定値は１５ｇｆｃｍｐｐ程度である。これは、モータ
のステータヨーク１１が突極１５が１５個分で構成され
るため、単極突極のコギングトルクが合成された結果、
コギングトルクがお互いに加算しあった結果、小さくな
ったと考えられる。

【００２４】本発明は、この合成コギングトルクをさら
に小さくしたモータを提供しようとするものである。

【００２５】一方、０．７７より小さくなると、Ｗｓ／
Ｗｐが０．２５付近でコギングトルクは極大値を取る
が、それより小さくなると減少している。これは、突極
１５の幅が狭くなり、磁束を有効に集められなくなるた
めであると推測できる。

【００２６】Ｗｓ／Ｗｐの最適値 したがって、突極幅Ｗｓと着磁幅Ｗｐの比Ｗｓ／Ｗｐが
０．７７±０．２５付近が、コギングトルクが小さく、
かつトルク発生のための磁束も充分に集められる範囲で
あることがわかる。

【００２７】単極突極のとき８ｇｆｃｍｐｐであるか
ら、例えば、ステータヨーク１１の突極数Ｓが１５、駆
動マグネット１の極数Ｐが２０、すなわち、４Ｓ＝３Ｐ
の関係を満たすとき、すなわち、突極数とマグネットの
極数が従来例と同じモータを構成した場合、その合成コ
ギングトルクは３ｇｆｃｍｐｐ程度になり、従来例の約
５分の１大きくなると予想される。また、回転精度も向
上する。または、イナーシャを小さくしても回転精度は
悪化しないから、ロータを小型薄型化することが可能で
ある。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、マグネ
ットの多極着磁されたそれぞれの着磁幅Ｗｐと前記突極
のマグネットに対向する面の幅Ｗｓが概略Ｗｓ／Ｗｐ＝
０．７７±０．２５の関係を満足するようにすることに
より、コギングトルクが低減され、さらにマグネットの
多極着磁の数Ｐと突極の数Ｓが３Ｐ＝４Ｓを満足するよ
うに構成することにより、コギングトルクがさらに低減
され、回転精度が良好なスピンドルモータを提供でき、
また、イナーシャを小さくしても回転精度は悪化しない
ため、ロータを小型薄型化することが可能となる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による、単極突極のコギングト
ルクと突極幅Ｗｓ／着磁幅Ｗｐの関係を示すグラフであ
る。

【図２】（ａ）は図１における従来例（Ｗｓ／Ｗｐ＝
１．００６）のロータ（または突極）の回転角とコギン
グトルクの大きさを説明するグラフ、（ｂ）は図１にお
ける本発明（Ｗｓ／Ｗｐ＝０．７７）ロータ（または突
極）の回転角とコギングトルクの大きさを説明するグラ
フである。

【図３】本発明による、コギングトルクの実験に用いた
モデルである。

【図４】従来技術による３相ブラシレスモータの構造を
説明する平面図である。

【図５】図４のモータの部分断面図である。

【図６】（ａ）従来技術による３相ブラシレスモータの
回転精度の測定データ、（ｂ）従来技術による３相ブラ
シレスモータのコギングトルクの測定データである。

【符号の説明】

１ 駆動マグネット ２ ＦＧマグネット ３ 駆動マグネットヨーク ４ ロータヨーク ４ｈ 切り欠き部 ５ 回転軸 ６ 軸固定部材 ７ 基板 ７ａ 発電線素 ８ ベアリング ９ 含油ベアリング １０ 駆動コイル １１ ステータヨーク １２ａ，１２ｂ，１２ｃ ホール素子 １３ 位置検出用マグネット １４ ホール素子 １５ 突極 Ｗｓ 突極の駆動マグネット１との対向面の周方向の
幅 Ｗｐ 駆動マグネット１の１極分の周方向幅

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半径方向に多極着磁されたマグネットを
   固着した、回転軸に対し回転自在なロータと、前記マグ
   ネットの内周面または外周面に対し、半径方向にエアギ
   ャップを保ちながら離間し、回転軸に対し回転対称に配
   置された複数の突極から構成されるステータとからなる
   電磁回転機において、 前記マグネットの多極着磁されたそれぞれの円周方向の
   着磁幅Ｗｐと前記突極のマグネットに対向する面の円周
   方向の幅Ｗｓが概略Ｗｓ／Ｗｐ＝０．７７±０．２５の
   関係を満足することを特徴とする電磁回転機。
2. 【請求項２】 前記マグネットの多極着磁の数Ｐと前記
   突極の数Ｓが３Ｐ＝４Ｓの関係を満足する請求項１記載
   の電磁回転機。