JPH11108058A - 電磁気制御ベアリングの製造方法及びこれを用いたブラシレスｄｃモータ - Google Patents

電磁気制御ベアリングの製造方法及びこれを用いたブラシレスｄｃモータ

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JPH11108058A JP9347903A JP34790397A JPH11108058A JP H11108058 A JPH11108058 A JP H11108058A JP 9347903 A JP9347903 A JP 9347903A JP 34790397 A JP34790397 A JP 34790397A JP H11108058 A JPH11108058 A JP H11108058A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シャフトとベアリング間の間隔が一定速度以
上で所望方向に偏心されるよう、ベアリングの外周面に
電磁気力発生手段を設置した電磁気制御ベアリングの製
造方法及びこれを用いるブラシレスＤＣモータを提供す
る。 【解決手段】 ベアリング１１ａの外径と同一内径を有
し、少なくとも一側に入口を有するジグ３０ａを用意
し、ジグ３０ａの入口を通じて、ジグ３０ａの内部に電
磁気力発生手段の電磁石２０を同軸上に配置し、各電磁
気力発生手段の内部にベアリング部１１ａを設置し、ジ
グ３０ａとベアリング部１１ａとの間に樹脂を投入して
硬化させ、電磁気力発生手段とベアリング部１１ａを相
互固定し、ベアリング部１１ａの内径を加工した後、相
互結合された電磁気力発生手段とベアリング部１１ａを
ジグ３０ａから分離して、電磁気制御ベアリングを完成
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電磁気ベアリングの
製造方法及びこれを用いるブラシレスＤＣモータに関す
るもので、より詳しくはベアリングの外周面に電磁石を
用いる電磁気力発生手段が熱硬化性樹脂により固定設置
することにより、シャフトとベアリング間の間隔が一定
速度以上で所望方向に偏心されるので、シャフトが高速
に回転する時、オイルホワール現象が減少し、かつ低振
動及び低騒音の動特性が向上する電磁気制御ベアリング
の製造方法及びこれを用いるブラシレスＤＣモータに関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、スピンドルモータに使用される
流体動圧ベアリングはシャフトとこれを回転可能に支持
するベアリング間に動圧発生用オイルが充填される。図
１は従来のスピンドルモータの断面図で、ベース１の上
部中央にベアリング１ａが嵌め合わせ方式に組立され、
ベアリング１ａの内部にシャフト２が回転可能な状態に
備えられる。そして、ベース１の上部外周縁にステータ
を構成するステータ１ｂが備えられ、シャフト２の上端
にはキャップ形態のロータ３が備えられる。ロータ３は
内周縁にステータ１ｂを取り囲むマグネット３ａが備え
られ、ステータ１ｂに巻回されたコイル１ｃに電源が印
加されると、マグネット３ａで磁気力が発生し、ロータ
３がシャフト２を中心として回転する。
【０００３】このように構成された従来のスピンドルモ
ータは、シャフト２が高速に回転すると、ベアリング１
ａとの間に充填されたオイルで圧力が発生される。従っ
て、シャフト２が回転半径方向に回転支持され、かつシ
ャフト２が回転する間、ロータ３の上部に置かれたディ
スクが一緒に回転しながらディスクの情報を再生する。
【０００４】しかしながら、流体動圧ベアリングの場
合、オイルホワール（Oil whirl）という不安定現象が
低速で発生する欠点がある。オイルホワール現象はベア
リング１ａとシャフト２間のベアリング偏心率が一定速
度以上で段々減少しながら開始される。これは、速度の
増加に従うゾンマーフェルト数（Sommerfeld number）
の減少により偏心率が段々小さくなるためである。この
ような現象はシャフト２に従って回転するオイルが一定
速度分布を有するため発生し、一般にシャフト２の外周
面に動圧発生用溝がない真円形の流体動圧ベアリングで
主に発生する。従って、高速での低振動、低騒音の動特
性が低下する等の欠点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は従来の諸般問
題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的はシャフト
とベアリング間の間隔が一定速度以上で所望方向に偏心
されるよう、ベアリングの外周面に電磁石を用いる電磁
気力発生手段を設置することにより、オイルの圧力発生
率が増加し、高速での動特性が向上する電磁気制御ベア
リングの製造方法及びこれを用いるブラシレスＤＣモー
タを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の電磁気制御ベアリングの製造方法は、シャ
フトとベアリングの内径間の流体に一定動圧を発生させ
るため、シャフトに引力を作用させる一つ以上の電磁気
力発生手段を有する電磁気制御ベアリングの製造方法に
おいて、目的とするベアリングの外径と同一内径を有
し、少なくとも一側に入口を有するジグを用意する段階
と、前記ジグの内部に前記電磁気力発生手段を前記ジグ
の入口を通じて同軸上に配置する段階と、前記各電磁気
力発生手段の内部にジグの入口を通じてベアリング部を
設置する段階と、前記ジグの入口を通じて前記ジグと前
記ベアリング部間に樹脂を投入する段階と、前記ジグと
ベアリング部間の樹脂を硬化させて電磁気力発生手段と
ベアリング部を相互固定させる段階と、前記ベアリング
部の内径を加工して、前記シャフトとの間に流体流動空
間が維持されるようにする段階と、相互結合された電磁
気力発生手段とベアリング部を前記ジグから分離して電
磁気制御ベアリングを完成する段階とからなる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施例を
添付図面に基づいて詳細に説明する。
【０００８】電磁気制御ベアリング１１は次のように構
成される。シャフトが内部で回転できるように流体流動
空間を維持し、前記シャフト１２を取り囲んで支持する
内部壁と、内部壁を取り囲み、前記ベアリング１１を固
定させ得る外部壁と、内部壁と外部壁を連結する上下端
壁と、内部壁と外部壁間に位置し、シャフト１２と内部
壁間の流体に一定動圧を発生させるため、シャフト１２
の回転半径方向に引力が作用するようにする一つ以上の
電磁気力発生手段１９と、内部壁と外部壁間に充填さ
れ、電磁気力発生手段１９が固定されるようにする熱硬
化性樹脂３１とから構成される。ここで、内部壁は内径
が加工されシャフトとの間に流体流動空間を有するベア
リング１１ａで構成され、外部壁は熱硬化性樹脂３１が
硬化する過程で膨張する時、変形を防止するための強化
ジグ３０が使用される。又、熱硬化樹脂としては好まし
くはポリコートが用いられる。
【０００９】電磁気力発生手段１９はシャフト１２が一
定速度以上回転する時に発生するオイルホワール現象を
抑制するもので、シャフト１２を所望方向に引いて偏心
率が増加するようにする。電磁気力発生手段１９は電磁
気力を発生させる電磁石２０がベアリング部１１ａの外
周面に放射状に多数備えられる。これら電磁石２０は長
方形に構成され、かつ各電磁石２０はシャフト１２に向
かう前方に両側に分かれた一対の電磁気力発生部２１が
備えられる。そして、各電磁気力発生部２１にはコイル
２２が巻取されており、これらコイル２２はシャフト１
２の回転速度によって電源が印加される。
【００１０】シャフト１２が高速に回転する過程で偏心
量が減少する時に電源が各コイル２２に選択的に印加さ
れ、これと同時に電磁気力発生部２１で電磁気力が発生
してシャフト１２を電磁石２０側に引く。そして、電磁
気力発生部２１ごとに誘導電流を発生させる感知コイル
２３が備えられる。感知コイル２３はシャフト１２と電
磁石２０間の距離差によって誘導電流を発生させ、誘導
電流の変化量によってコイル２２に電源が印加される。
このような誘導電流は増幅器２５で増幅されてから制御
器２４に入力され、制御器２４は当該電磁石２０とシャ
フト１２との距離差によって各電磁石２０に電源を印加
させる。より詳しく説明すると、制御器２４から送られ
る制御信号に応じて当該電磁石２０のコイル２２に電源
が印加され、電磁気力発生部２１で電磁気力が発生して
シャフト１２を所望方向に引く。例えば、シャフト１２
が回転する過程でどの一方向に引かれて偏心された状態
で回転されるようにすることができる。そして、シャフ
ト１２が各電磁石２０側に連続的に偏心される状態、つ
まりベアリング１１の内部でスクロールの状態に空転さ
れるようにして、オイル１３の圧縮性が増加するように
することができる。
【００１１】本発明の電磁気制御ベアリングが備えられ
たモータは次のように構成される。
【００１２】ベアリング１１を構成するベアリング部１
１ａと電磁石２０が内装された強化ジグ３０はモータを
構成するベース１０に挿入されて組立される。強化ジグ
３０をベース１０の内部に組立する方法としては、嵌め
合わせ方法と、強化ジグ３０をベース１０の内部に挿入
した後、外周面をネジで同時に締結して組立する方法と
がある。又、ベース１０の外周にはコイル１５が巻取さ
れたステータ１４が備えられる。そして、ベアリング１
１の内部にシャフト１２が回転可能に挿入され、シャフ
ト１２とベアリング間に動圧を発生させるオイル１３が
充填される。
【００１３】又、シャフト１２の上端にはハブ１６が嵌
め合わせ方式に結合され、この外周にはロータ１７が一
緒に回転されるように備えられる。ロータ１７はステー
タ１７と同軸上に位置し、ステータを取り囲むシリンダ
形態の壁と、シリンダ形態の壁の内部に付着され、ステ
ータ１４との間に空隙を有するマグネット１８と、マグ
ネットを回転可能にシャフト１２に支持するハブ１６と
から構成される。従って、コイル１５に電源が印加され
ると、マグネット１８で磁気力が発生し、ロータ１７が
シャフト１２とともに高速に回転される。
【００１４】このように構成された本発明は、ベアリン
グ１１の内部にシャフト１２を所望方向に強制偏心させ
る電磁気力発生手段１９が備えられる。電磁気力発生手
段１９はシャフト１２が高速に回転する過程で偏心量が
減少してオイル１３の動圧が減少しないようにするもの
で、オイルホワール現象を抑制する。このような電磁気
力発生手段１９はベアリング１１の内部に放射状に備え
られた多数の電磁石２０で構成され、これら各電磁石２
０にはシャフト１２に向かう前方に一対の電磁気力発生
部２１が備えられる。これら電磁気力発生部２１に巻取
されたコイル２２に電源が印加されると電磁気力が発生
する。そして、各電磁気力発生部２１には誘導電流を発
生する感知コイル２３が備えられる。感知コイル２３は
シャフト１２と各電磁石２０との距離差が発生する時に
誘導電流を発生させ、誘導電流は増幅器２５を介して制
御器２４に送られ、誘導電流量によって電磁気力が調節
される。
【００１５】シャフト１２の制御過程を説明すると次の
ようである。シャフト１２が高速に回転すると偏心量が
減少する現象が発生する。この際に、多数の電磁石２０
に備えられた感知コイル２３でシャフト１２との距離差
又は回転速度によって誘導電流が発生し、これは増幅器
２５で増幅されてから制御器２４に出力される。そし
て、制御器２４は距離差が発生する当該コイル２２に電
源を印加するための信号をマイコンに送る。従って、電
源が当該コイル２２に印加され、当該電磁気力発生部２
１で電磁気力が発生してシャフト１２を所望方向に引
く。従って、シャフト１２がベアリング１１に対して強
制的に偏心されてオイル１３の動圧が増加しオイルホワ
ール現象が減少することにより、高速回転時の動特性が
向上される。又、各電磁石２０に印加される電源によっ
てシャフト１２が連続的に偏心されてスクロールの状態
に回転することによりオイル１３の圧力が増加する。
【００１６】本発明の流体動圧ベアリング装置の製造方
法は次のようである。
【００１７】図３は本発明のベアリングの分解斜視図で
あり、図４及び図５は本発明のベアリングの製造過程を
示す断面図であり、図６は本発明のベアリング製造過程
を示す流れ図である。目的とするベアリング１１の外径
と同一内径を有し、少なくとも一側に入口を有するジグ
３０を用意する段階（１００）と、ジグ３０の内部に少
なくとも一側に入口を有し、ベアリングの外径と同一外
径を有する少なくとも一つ以上のベアリング強化ジグ３
０ａをジグ３０内に配置する段階（１１０）と、強化ジ
グ３０ａの内部に各電磁気力発生手段１９をジグ３０の
入口を通じて同軸上に配置する段階（１２０）と、各電
磁気力発生手段１９の内部にジグ３０の入口を通じてベ
アリング部１１ａを設置する段階（１３０）とを有す
る。
【００１８】ここで、ジグ３０は八角形のパイプ形態に
構成され、相互対応する内側の各辺に電磁気力発生手段
１９が配置される。この過程で各電磁気力発生手段１９
が相互対向することになる。そして、これら電磁気力発
生手段１９の電磁気力発生部２１の先端面はベアリング
部１１ａの外周面と接するよう円弧形に構成される。
【００１９】次いで、ジグ３０の入口を通じて強化ジグ
３０ａと前記ベアリング部１１ａ間に樹脂を投入する段
階（１４０）と、強化ジグ３０ａとベアリング部１１ａ
間の樹脂を硬化させて強化ジグ３０ａ、電磁気力発生手
段１９及びベアリング部１１ａを相互固定させる段階
（１５０）と、ベアリング部１１ａの内径を加工して、
シャフト１２との間に流体流動空間が維持されるように
する段階（１６０）と、強化ジグ３０ａと電磁気力発生
手段１９を有するベアリング部１１ａをジグ３０から分
離して電磁気制御ベアリングを完成する段階（１７０）
とを有する。
【００２０】図７は本発明の他の実施例のベアリング装
置の断面図で、ジグ３２が円筒形に構成されたものであ
る。ジグ３２が円筒形に構成されると、モータを構成す
るベース１０の内周面に結合させる時、ベース１０が円
筒形であるので組立性が向上される。本発明の他の実施
例のベアリング装置は、円筒形のジグ３２の内周面に四
方に多数のガイド溝３３が形成される。これらガイド溝
３３は電磁石２０の一側面に対応する形態に形成され
る。従って、電磁石２０がこれらガイド溝３３に結合さ
れると遊動しない状態に固定され、次いで各電磁石２０
間にベアリング部１１ａを挿入した後、ベアリング部１
１ａとジグ３２間に熱硬化性樹脂３１を充填する。熱硬
化性樹脂３１が硬化すると、ジグ３２の内部にベアリン
グ部１１ａと各電磁石２０が遊動しない状態に固定さ
れ、次いでベアリング部１１ａの内周面を精密加工しシ
ャフト１２を回転可能に挿入すると本発明の他の実施例
のベアリング装置が完成される。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
ベースに結合されるジグの内部に多数の電磁石とベアリ
ング部を配置した後、熱硬化性樹脂でこれらを固定する
とベアリングが完成される。このようなベアリングをベ
ースの内部に固定設置した後、ベアリングの内周面にシ
ャフトが回転可能に支持されるように構成すると、シャ
フトが回転する過程で動圧が発生してシャフトを回転可
能に支持する。そして、シャフトが回転する過程で偏心
量が減少する時、各電磁気力発生手段のコイルに電源が
印加され、シャフトが所望方向に引かれて偏心量が増加
する。従って、動圧が増加して、高速回転時の低騒音、
低振動の動特性が向上され、ベアリングを簡単に構成し
得る等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のモータのベアリング装置を示す断面図
である。
【図２】 本発明によるモータの断面図である。
【図３】 本発明の電磁気制御ベアリングの分解斜視図
である。
【図４】 本発明の電磁気制御ベアリングの製造過程を
示す断面図である。
【図５】 本発明の電磁気制御ベアリングの製造過程を
示す断面図である。
【図６】 本発明の電磁気制御ベアリングの製造過程を
示す流れ図である。
【図７】 本発明の他の実施例による電磁気制御ベアリ
ングの断面図である。
【符号の説明】
１１ 電磁気制御ベアリング １１ａ ベアリング部 １２ シャフト １３ オイル １４ ステータ １５ コイル １６ ハブ １７ ロータ １８ マグネット １９ 電磁気力発生手段 ２０ 電磁石 ２１ 電磁気力発生部 ２２ コイル ２３ 感知コイル ２４ 制御器 ２５ 増幅器 ３０ ジグ ３０ａ 強化ジグ ３１ 熱硬化性樹脂

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シャフトとベアリングの内径間の流体に
    一定動圧を発生させるため、シャフトに引力を作用させ
    る一つ以上の電磁気力発生手段を有する電磁気制御ベア
    リングの製造方法において、 １）目的とするベアリングの外径と同一内径を有し、少
    なくとも一側に入口を有するジグを用意する段階と、 ２）前記ジグの内部に前記電磁気力発生手段を前記ジグ
    の入口を通じて同軸上に配置する段階と、 ３）前記各電磁気力発生手段の内部にジグの入口を通じ
    てベアリング部を設置する段階と、 ４）前記ジグの入口を通じて前記ジグと前記ベアリング
    部間に樹脂を投入する段階と、 ５）前記ジグとベアリング部間の樹脂を硬化させて電磁
    気力発生手段とベアリング部を相互固定させる段階と、 ６）前記ベアリング部の内径を加工して、前記シャフト
    との間に流体流動空間が維持されるようにする段階と、 ７）相互結合された電磁気力発生手段とベアリング部を
    前記ジグから分離して電磁気制御ベアリングを完成する
    段階とからなることを特徴とする電磁気制御ベアリング
    の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記樹脂の結合力強化のため、外周面に
    凹凸が形成されたベアリング部を前記電磁気力発生手段
    の内部に設置することを特徴とする請求項１記載の電磁
    気制御ベアリングの製造方法。
  3. 【請求項３】 シャフトとベアリングの内径間の流体に
    一定動圧を発生させるため、シャフトに引力を作用させ
    る一つ以上の電磁気力発生手段を有する電磁気制御ベア
    リングの製造方法において、 １）目的とするベアリングの外径と同一内径を有し、少
    なくとも一側に入口を有するジグを用意する段階と、 ２）前記ジグの内部に少なくとも一側に入口を有し、ベ
    アリングの外径と同一外径を有する少なくとも一つ以上
    のベアリング強化ジグを前記ジグ内に配置する段階と、 ３）前記強化ジグの内部に前記各電磁気力発生手段を前
    記ジグの入口を通じて同軸上に配置する段階と、 ４）前記各電磁気力発生手段の内部にジグの入口を通じ
    てベアリング部を設置する段階と、 ５）前記ジグの入口を通じて前記強化ジグと前記ベアリ
    ング部間に樹脂を投入する段階と、 ６）前記強化ジグとベアリング部間の樹脂を硬化させて
    強化ジグと電磁気力発生手段とベアリング部を相互固定
    させる段階と、 ７）前記ベアリング部の内径を加工して、前記シャフト
    との間に流体流動空間が維持されるようにする段階と、 ８）前記強化ジグと電磁気力発生手段を有するベアリン
    グ部を前記ジグから分離して電磁気制御ベアリングを完
    成する段階とからなることを特徴とする電磁気制御ベア
    リングの製造方法。
  4. 【請求項４】 前記樹脂の結合力強化のため、外周面に
    凹凸が形成されたベアリング部と、内周面に凹凸が形成
    された前記強化ジグを前記ジグの内部に設置することを
    特徴とする請求項３記載の電磁気制御ベアリングの製造
    方法。
  5. 【請求項５】 ブラシレスＤＣモータにおいて、 コイルが巻取されたステータと；前記ステータを上部に
    固定させるベースと；前記モータの回転軸であるシャフ
    トと；前記ステータと同軸上に位置し、前記ステータを
    取り囲むシリンダ形態の壁と、前記シリンダ形態の壁の
    内部に付着され、前記ステータとの間に空隙を有するマ
    グネットと、前記マグネットを回転可能に前記シャフト
    に支持するハブとからなるロータと；前記シャフトが内
    部で回転可能であるよう流体流動空間を維持し、前記シ
    ャフトを取り囲んで支持する内部壁と、前記内部壁を取
    り囲み、ベアリングシステムを固定させ得る外部壁と、
    前記内部壁と外部壁を連結する上下端壁と、内部壁と外
    部壁間に位置し、前記シャフトと内部壁間の流体に一定
    動圧を発生させるため、前記シャフトの回転半径方向に
    引力が作用するようにする一つ以上の電磁気力発生手段
    と、前記内部壁と外部壁間に充填され、電磁気力発生手
    段が固定されるようにする熱硬化性樹脂とからなり、前
    記シャフトが前記ステータと同軸上で回転されるよう前
    記ベースの上部に前記ステータを貫通して設置されたベ
    アリングシステムと；前記シャフトが高速に回転する過
    程で動圧が減少する時、前記電磁気力発生手段に電流を
    供給して前記シャフトが引かれるように制御する制御器
    と；から構成されることを特徴とするブラシレスＤＣモ
    ータ。
  6. 【請求項６】 前記電磁気力発生手段は電磁気力発生部
    と、前記電磁気力発生部を巻取しているコイルとから構
    成されることを特徴とする請求項５記載のブラシレスＤ
    Ｃモータ。
  7. 【請求項７】 前記電磁気力発生手段は電磁気力発生部
    と、前記電磁気力発生部に巻取され、前記シャフトと前
    記ベアリングの内壁部間に形成された流体流動空間の大
    きさが変化すると誘導電流を発生させる感知コイルと、
    前記感知コイルに連結され、誘導電流を増幅させ、増幅
    された誘導電流量によって前記制御器が制御するように
    する増幅器と、前記電磁気力発生部に巻取され、前記制
    御器の制御信号に応じて電磁気力を発生させて前記シャ
    フトを一側に引くコイルとから構成されることを特徴と
    する請求項５記載のブラシレスＤＣモータ。
  8. 【請求項８】 前記ベアリングの内壁部は、内径が加工
    され前記シャフトとの間に流体流動空間を有するベアリ
    ング部で構成され、前記外壁部は、前記熱硬化性樹脂が
    硬化する時、膨張による変形を抑制する強化ジグで構成
    されることを特徴とする請求項５記載のブラシレスＤＣ
    モータ。
  9. 【請求項９】 前記電磁気力発生手段が前記シャフトを
    中心に半径方向に一定角度を維持し、二つ以上備えられ
    ることを特徴とする請求項５記載のブラシレスＤＣモー
    タ。
  10. 【請求項１０】 前記電磁気力発生手段は電磁気力発生
    部と、前記電磁気力発生部を巻取しているコイルとから
    構成されることを特徴とする請求項９記載のブラシレス
    ＤＣモータ。
  11. 【請求項１１】 前記電磁気力発生手段は電磁気力発生
    部と、前記電磁気力発生部に巻取され、前記シャフトと
    前記ベアリングの内壁部間に形成された流体流動空間の
    大きさが変化すると誘導電流を発生させる感知コイル
    と、前記感知コイルに連結され、誘導電流を増幅させ、
    増幅された誘導電流量によって前記制御器が制御するよ
    うにする増幅器と、前記電磁気力発生部に巻取され、前
    記制御器の制御信号に応じて電磁気力を発生させて前記
    シャフトを一側に引くコイルとから構成されることを特
    徴とする請求項９記載のブラシレスＤＣモータ。
  12. 【請求項１２】 前記電磁気力発生手段が前記シャフト
    の軸方向に二つ以上備えられることを特徴とする請求項
    ５記載のブラシレスＤＣモータ。
  13. 【請求項１３】 前記電磁気力発生手段は電磁気力発生
    部と、前記電磁気力発生部を巻取しているコイルとから
    構成されることを特徴とする請求項１２記載のブラシレ
    スＤＣモータ。
  14. 【請求項１４】 前記電磁気力発生手段は電磁気力発生
    部と、前記電磁気力発生部に巻取され、前記シャフトと
    前記ベアリングの内壁部間に形成された流体流動空間の
    大きさが変化すると誘導電流を発生させる感知コイル
    と、前記感知コイルに連結され、誘導電流を増幅させ、
    増幅された誘導電流量によって前記制御器が制御するよ
    うにする増幅器と、前記電磁気力発生部に巻取され、前
    記制御器の制御信号に応じて電磁気力を発生させて前記
    シャフトを一側に引くコイルとから構成されることを特
    徴とする請求項１２記載のブラシレスＤＣモータ。
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