JPH0775270A

JPH0775270A - 電磁回転機用の回転磁界発生ユニット

Info

Publication number: JPH0775270A
Application number: JP21956193A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Imai; 康章今井
Original assignee: Canon Electronics Inc
Current assignee: Canon Electronics Inc
Priority date: 1993-09-03
Filing date: 1993-09-03
Publication date: 1995-03-17

Abstract

(57)【要約】【目的】コイルの巻線の巻き数が多く、かつ、コイル
抵抗値が小さい回転磁界発生ユニットを提供する。【構成】コイル１２の片端または両端が、他の部分よ
り巻線の巻き数が多くなるように、コイル両端において
ノズル３を半径方向に移動させるのを停止した状態で巻
線を巻き、かつ、コイルの外形形状は、隣接する突極に
巻線治具を用いてコイルの巻線を巻き付ける際に、巻線
治具の突極に対する半径方向の往復運動の妨げとならな
い範囲に限定している。また、好ましい態様において
は、巻線層はコアの各突極の半径方向にわたる全巻線可
能範囲に対して巻かれている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転軸に対し半径方向
に延びる複数の突極付きコアと、供給される電流により
回転磁界を発生させるために、各突極にそれぞれ巻かれ
たコイルとからなる回転磁界発生ユニットに関し、特
に、情報記録再生機器等に利用されるスピンドルモータ
等のステータとなる回転磁界発生ユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、３．５”フロッピーディスクドラ
イブ等の情報記録再生装置の小型薄型化が進み、スピン
ドルモータの小型薄型化が主要な要素技術となってい
る。スピンドルモータを小型薄型化すると、スペースの
制限から、起動トルクや定格回転時の最大負荷トルクが
低下し、ヘッドとメディアが吸着してモータが回らなく
なったり、負荷トルクが大きくなったとき、回転精度が
悪化し、リードライトエラーが多発する可能性がある。
そこで、起動トルクや最大負荷トルクを落とさないで、
いかに小型薄型のスピンドルモータを設計するかが重要
な課題となる。

【０００３】図４（ａ）および図４（ｂ）に従来のこの
種のモータの回転磁界発生ユニットのコイル（以下、単
にコイルと称する）およびその巻線方法を示す。図４
（ａ），（ｂ）は一角法で作図しており、図４（ｂ）
は、図４（ａ）においてモータの積層コア２を破線Ｂ−
Ｂで切断し、矢印Ｃ方向から見た部分断面図であり、突
極２０２にコイル６が装着された様子を示しており、切
断面は斜線で示されている。取付穴５は、積層コア２を
モータ基台（不図示）等に固定するための穴である。図
４（ａ）は、図４（ｂ）を矢印Ａ方向から見た積層コア
２の部分平面図で、コア１を３枚積層して絶縁処理した
積層コア２の突極２０１に、フォーマー１３を用いて線
材４を巻き付けているところを示している。図４（ａ）
では、巻線治具としてフォーマー１３を使用している
が、ノズルであっても同様である。

【０００４】フォーマー１３は線材４をフォーマー１３
の先端部３０１でガイドしながら矢印Ｄで示される積層
コア２の半径方向に沿って往復運動を繰り返す。線材４
はフォーマー１３にガイドされながら突極２０１の回り
を回転することにより、突極２０１の巻線部に巻き付け
られる。図４（ａ）においては、フォーマー１３はわか
りやすいように、その中心軸を通って切断されて表示さ
れている。また、突極２０２においては、すでに線材巻
き付けが完了していることが示されており、突極２０３
においては線材がまだ巻かれていないことをが示されて
いる。

【０００５】次に、巻線についてさらに詳しく説明す
る。図４（ａ），（ｂ）に示す例では、線形０．２１ｍ
ｍの銅線が、第１層１４ターン、第２層１３ターン、第
３層１４ターン、第４層１３ターン、計５４ターン巻か
れている。積層コア２の突極数は１５でありコイルの相
数は３相であるから、１相あたり５４×５＝２７０ター
ンである。コイル抵抗値は１相あたり約１．９Ωにな
る。この巻き数２７０ターンは目標のトルク特性を達成
するために最適化されたものである、４層ほぼ同じ数に
設定してあるため、突極２０１の最大巻線可能数２３タ
ーンに対して少なく設定されている。また、薄型モータ
であるため、層数も４層に制限されている。線材４を巻
き付ける場所を外周側にしているのは、図４（ａ）から
分かるように、フォーマー１３の先端が突極２０２に巻
かれたコイル６に突き当たり、それ以上内側に巻けない
からである。このことは、ノズル等、別の巻線治具を用
いた場合であっても同様である。

【０００６】図５は、図４で示されるように作成した回
転磁界発生ユニットを用いた場合のモータのトルク−回
転数特性（Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１１）と、トルク−
電流特性（Ｓ７）の計算結果を示す。トルク−回転数特
性において、Ｓ８とＳ９は回転数制御を行わないとき
の、Ｓ１０とＳ１１は、それぞれ、３００、３６０ｒｐ
ｍで回転数制御を行ったときを示す。また、Ｓ８は２相
励駆動、Ｓ９は３相励駆動を行ったときの特性である。

【０００７】図示するように、モータの内部負荷トルク
を７ｇｆｃｍとして、起動トルクは１１０ｇｆｃｍ，最
大負荷トルクは、３００ｒｐｍで７５ｇｆｃｍ，３６０
ｒｐｍで７０ｇｆｃｍである。これは、目標特性（起動
トルク１００ｇｆｃｍ以上、最大負荷トルク７０ｇｆｃ
ｍ）を充分には満足しない値である。また、定格負荷ト
ルク４０ｇｆｃｍでのモータの消費電力は０．７３１ｗ
である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】先ず、モータ特性の考
え方について、次に従来例の問題点について述べる。モ
ータのトルク定数Ｋｔ、最大駆動電流をＩｓとすると、
起動トルクＴｓは、下記の式（１）で示される。

【０００９】Ｔｓ＝Ｋｔ×Ｉｓ・・・（１）トルク定数は駆動コイル（コイル６）の巻き数に比例
し、最大駆動電流は駆動コイルの抵抗値Ｒに反比例す
る。従って、起動トルクを大きくするには、コイルの巻
き数が多く、かつ、コイル抵抗値が小さくなるような巻
き方を実現すればよい。一方、最大負荷トルクは、無負
荷回転数ω０（ω０＝Ｖｉｎ／Ｋｔ、ここでＶｉｎは電
源電圧値）と起動トルクを結んだ直線上の定格回転数で
のトルクの値であるから、トルク定数Ｋｔを大きくして
いくと、ある場所で極大値を取るはずである。

【００１０】上記従来例では、起動トルクは目標値に対
し約１０ｇｆｃｍ程度大きくなっているが、最大負荷ト
ルクは、目標値と同じ値である。図４（ａ），（ｂ）に
示した従来例では、巻き数を多くしてトルク定数Ｋｔを
上げると、コイル抵抗Ｒが大きくなり、起動トルクＴｓ
は小さくなる。また、トルク定数は大きくなり、無負荷
回線数は小さくなるため、最大負荷トルクも小さくな
る。また、巻き数を少なくしてトルク定数を下げると、
最大駆動電流が増えるため起動トルクは大きくなり、無
負荷回転数も大きくなるため、最大負荷トルクも大きく
なる。しかし、定格負荷での駆動電流も増加するため、
消費電力が増加するという問題が発生する。また、モー
タ駆動ＩＣでの熱損失も増加するため、熱設計を充分に
考慮する必要があり、コストが割高になることがある。

【００１１】また、従来例よりさらに小型薄型化設計を
する場合、線設計だけでは目標特性を達成することは不
可能であり、駆動マグネットやコア等を再設計する必要
があり、多大な開発投資を生じさせ、マグネット材料の
変更等により、モータ自体のコストも上がってしまうと
いう欠点がある。

【００１２】本発明は上記問題点に鑑み、コイルに対す
る巻線の巻き数が多く、かつ、コイル抵抗値が小さくな
るようにコイルを巻いた回転磁界発生ユニットを提供す
ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の回転磁界発生ユニットは、中心軸が電磁回
転機の回転中心軸と同軸となる円に最外縁が沿うように
配置された複数の突極を含む突極付きコアと、供給され
る電流により回転磁界を発生させるために、各突極にそ
れぞれ巻かれたコイルとからなる電磁回転機用の回転磁
界発生ユニットであって、各突極に巻かれたコイルの両
端のうち少なくとも一方は、他の部分より多くの巻数を
有するように巻かれている。

【００１４】前記コイルの他の部分より多く巻かれてい
る部分は、乱雑巻とされ、前記突極の全巻線可能範囲に
渡って巻かれているのが好ましい。また、前記コイル
は、両端のうち他の部分より多く巻かれた部分を除い
て、偶数層に巻かれているも好ましい。

【００１５】

【作用】本発明の電磁回転機用の回転磁界発生ユニット
のコイルは、片端または両端が、他の部分より巻き数が
多くなるように、巻線治具の半径方向の移動を停止した
状態で巻線が巻かれ、かつ、コイルの外形形状は、隣接
する突極に巻線治具を用いてコイルの巻線を巻き付ける
際に、巻線治具の突極に対する半径方向の往復運動の妨
げとならない範囲に限定して形成されている。また、好
ましい態様においては、巻線層はコアの各突極の半径方
向にわたる全巻線可能範囲に対して巻かれている。この
ような巻線の構成をとるため、本発明の回転磁界発生ユ
ニットを用いれば、トルク定数が大きく、かつ、コイル
抵抗値が小さいモータ、つまり、起動トルクと最大負荷
トルクが大きく、且つ、消費電力の少ない小型薄型化に
最適なモータを実現できる。

【００１６】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の回転磁界発生ユニットの一
実施例における完成したコイルおよびコイル作成のため
の巻線を行なっているところを示す図、図２（ａ）〜図
２（ｄ）は、図１の実施例におけるコイルの巻線方法を
説明するための工程図であって、それぞれは図１で示さ
れる積層コア２を破線ＯＢＢ’に沿って矢印Ｃ方向から
見た部分断面図、図３は、図１で示された実施例の回転
磁界発生ユニットを用いたモータの回転数−トルク特性
と電流−トルク特性の計算結果を示すグラフである。な
お、従来例と同じ番号で示される部品は同等であり、説
明は省略してある。本実施例において従来例と異なるの
は、コイル１２だけである。つまり、線材４の突極への
巻き方が相違している。

【００１７】図１において、ノズル３は不図示の突極を
き終えた後、突極２０１に対して巻線を開始しようとし
ている。図１において、ノズル３は半径方向に往復運動
をし、積層コア２は突極２０１の軸対象線００’を軸に
矢印Ｄ方向に回転させられることにより線材４が突極２
０１に巻かれコイルを形成する。

【００１８】図２（ａ）は第１層目の整列巻が完了した
ところであり、ノズル３は図２（ａ）中矢印で示すよう
に左から右に移動している。巻線の巻数は２３ターンで
ある。次に、ノズル３は静止したままで積層コア２が４
回転し、突極２０１右端に線材４を４ターン巻き付け
る。このときの巻き付け状態は乱雑巻き状態である。図
２（ｂ）において、ノズル３を静止させたまま巻き付け
た巻線は塗りつぶして示されている。

【００１９】図２（ｃ）は第２層目の整列巻きが完了し
たところであり、ノズル３は図中矢印で示したように右
から左に移動している。巻線の巻数はは２３ターンであ
る。最後に、ノズル３は静止したままで積層コア２が４
回転し突極２０１の左端に線材４を４ターン巻き付け
る。このときの巻き付け状態は乱雑巻き状態である。図
２（ｄ）に、ノズル３を静止させたまま巻き付けた巻線
を塗りつぶして示してある。突極２０１の巻線を完了し
たとき、ノズル３は内周側にあるため、次に線材の巻付
けを行なう突極に線材４を渡すことが容易となる。

【００２０】コイルを形成する巻線層の最も厚い場所で
４層になるが、これは、薄型化モータであるため、高さ
方向の制限があり、４層しか巻けないためである。図示
するように、線形０．２１ｍｍの銅線が、第１層２３タ
ーン、突極右端４ターン、第２層２３ターン、突極左端
４ターン、計５４ターンが巻かれている。すなわち、総
巻き数も従来と同じに設定されている。積層コア２の突
極数は１５でありコイルの相数は３相であるから、１相
当たり５４×５＝２２０ターンである。このき数２２０
ターンは目標のトルク特性を達成するために最適化され
たものである。突極右端と左端のノズルを静止させたま
ま巻いた巻線部分は、総巻き数を調整するためである。

【００２１】図２（ｄ）からわかるように、突極２０１
の外周側が４層、内周側が３層分の厚さであるため、ノ
ズル３の先端が突極２０２（図１：巻線済みの突極）の
コイルに突き当たることなく内周側まではいれるため、
第１層と第２層は突極２０１の最大巻線可能数２３ター
ンと同じに設定できている。コイルの抵抗値は１相あた
り約１．８Ωになり、従来例と比較して約０．１Ω小さ
くなる。本実施例では、巻線治具としてノズルを使用し
ているが、従来例で説明したようなフォーマー等、他の
巻線治具であってもよい。

【００２２】図３は、図１、図２で示された回転磁界発
生ユニットを用いて作成したモータにおけるトルク−回
転数特性（Ｆ１４、Ｆ１５、Ｆ１６、Ｆ１７）と、トル
ク−電流特性（Ｆ１３）の計算結果を示す。トルク−回
軽数特性において、Ｆ１４とＦ１５は回転数制御を行わ
ないときの、Ｆ１６とＦ１７は、それぞれ、３００、３
６０ｒｐｍで回転数制御を行ったときの特性を示す。ま
た、Ｆ１４は２相励磁駆動、Ｆ１５は３相励磁駆動を行
ったときの特性である。

【００２３】図示するように、モータの内部負荷トルク
を７ｇｆｃｍとして、起動トルクは１１３ｇｆｃｍ，最
大負荷トルクは、３００ｒｐｍで７８ｇｆｃｍ、３６０
ｒｐｍで７３ｇｆｃｍである。これは、目標特性（起動
トルク１００ｇｆｃｍ以上、最大負荷トルク７０ｇｆｃ
ｍ）に対して、ほぼ適切な設計値である。従来例と比較
して約３ｆｇｃｍだけトルクが稼げる。また、定格負荷
トルク４０ｇｆｃｍでのモータの消費電力の設計値は
０．７３２ｗで従来例と同じであり、増加することはな
い。

【００２４】さらに、他の実施例について説明する。図
１、図２に示す実施例では、巻線の巻き数を第１層と第
２層は２３ターン、コイル両端の乱雑巻き（図２
（ｂ）、図２（ｄ））は、各４ターンとしたが、コイル
抵抗値の増加を少なくして総巻き数を稼ぐ巻線方法が本
発明の目的であるから、その範囲内で巻き数の変更が可
能である。

【００２５】上記実施例では、線径は０．２１ｍｍ、層
数は４層としたが、モータの巻スペースの許す範囲でこ
れらのパラメータを変えて最適形状とすることも可能で
ある。例えば、コアの突極形状等によっては、内周側に
３層巻くと隣接する突極の巻線時にノズル３が内周側ま
ではいらなくて第１層または第２層が内周に巻けないよ
うな場合、内周側の乱雑巻き（図２（ｄ））を巻かない
ようにする巻き方、例えば、外側のみ、乱雑巻を８ター
ンにすることも可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、コイルの
両端のうち少なくとも一方に、他の部分より巻き数の多
い乱雑巻きを施すことにより、トルク定数が大きく、か
つ、コイル抵抗値が小さいモータ、つまり、起動トルク
と最大負荷トルクが大きく、且つ、消費電力が少ない小
型薄型化に最適なモータを実現可能にさせる回転磁界発
生ユニットを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転磁界発生ユニットの一実施例にお
ける完成したコイルおよびコイル作成のための巻線を行
なっているところを示す図である。

【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、図１の実
施例におけるコイルの巻線方法を説明するための工程図
である。

【図３】図１で示された実施例の回転磁界発生ユニット
を用いたモータの回転数−トルク特性と電流−トルク特
性の計算結果を示すグラフである。

【図４】（ａ）は、従来の回転磁界発生ユニットにおけ
る完成したコイルおよびコイル作成のための巻線を行な
っているところを示す図である。（ｂ）は、（ａ）の回
転磁界発生ユニットを破線Ｂ−Ｂで切断し、矢印Ｃ方向
から見た部分断面図である。

【図５】図４で示された従来の回転磁界発生ユニットを
用いたモータの回転数−トルク特性と電流−トルク特性
の計算結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１コア２積層コア３ノズル４線材１２コイル２０１、２０２、２０３突極Ｆ１３トルク−電流特性Ｆ１４〜Ｆ１７トルク−回転数特性

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心軸が電磁回転機の回転中心軸と同軸
となる円に最外縁が沿うように配置された複数の突極を
含む突極付きコアと、供給される電流により回転磁界を
発生させるために、各突極にそれぞれ巻かれたコイルと
からなる電磁回転機用の回転磁界発生ユニットであっ
て、各突極に巻かれたコイルの両端のうち少なくとも一
方は、他の部分より多くの巻数を有するように巻かれて
いる回転磁界発生ユニット。
【請求項２】前記コイルの他の部分より多く巻かれて
いる部分は、乱雑巻とされている請求項１記載の回転磁
界発生用ユニット。
【請求項３】前記コイルは、前記突極の全巻線可能範
囲に渡って巻かれている請求項１または２記載の回転磁
界発生用ユニット。
【請求項４】前記コイルは、両端のうち他の部分より
多く巻かれた部分を除いて、偶数層に巻かれている請求
項１ないし３のいずれか１項記載の回転磁界発生用ユニ
ット。