JPH1169717A - ブラシレスdcモータ - Google Patents

ブラシレスdcモータ

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JPH1169717A
JPH1169717A JP9341242A JP34124297A JPH1169717A JP H1169717 A JPH1169717 A JP H1169717A JP 9341242 A JP9341242 A JP 9341242A JP 34124297 A JP34124297 A JP 34124297A JP H1169717 A JPH1169717 A JP H1169717A
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brushless
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータが回転する過程で軸方向に遊動するこ
となく、かつ軸方向の動特性が向上して、高速回転時の
振動騒音が減少し、製作性が向上するブラシレスDCモ
ータを提供することである。 【解決手段】 コイルを巻いたステータと、モータの回
転軸であるシャフトと、ステータと同軸上に位置し、ス
テータとの間にエアギャップを有するマグネットと、シ
リンダ形状の壁に連結し、シャフトを支持するハブと、
ハブの一端に設置する第1の磁気発生部とを備えるロー
タと、前記ステータを支持するベースと、シャフトを回
転可能に支持する流体流動空間を維持する内部壁と、ベ
アリングシステムを固定する外部壁と、ベアリングシス
テム内に設置し、第1の磁気発生部と相互作用する第2
の磁気発生部と、第1の磁気発生部と第2の磁気発生部
から発生する磁気変化を感知する感知部と、内部壁と外
部壁間に位置し、ロータの軸方向への遊動を抑制する遊
動抑制手段とを備えるベアリングシステムとベアリング
システムの感知部の信号に応じて遊動抑制手段を制御す
る制御器とから構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はブラシレスDCモー
タに関するもので、より詳しくは流体動圧ベアリングを
用いて軸を支持する過程でロータが軸方向に遊動できな
いようにすることにより、高速回転時に振動及び騒音が
減少するブラシレスDCモータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、事務機器に使用する小型精密モ
ータは、使用する機器の高速化、高容量化の要求に応じ
て、回転速度の高速化を必要とし、低振動、低騒音の動
特性を要求するため、使用するベアリングもボールベア
リングから動的性能に優れた流体焼結ベアリング又は流
体動圧ベアリングに変化している。
【0003】図1は従来の流体動圧ベアリングを使用す
るモータの断面図であり、ハウジング1の上部中央にス
リーブ1aを嵌め合わせ方式に組立しており、スリーブ
1aの内部に軸2を回転可能な状態に備えている。そし
て、ハウジング1の上部外周縁にステータを構成するコ
ア1bを備え、軸2の上端にはキャップ形状のロータ3
を備える。ロータ3は内周縁にコア1bを取り囲む磁性
体3aを備え、コア1bに巻回したコイル1cに電源を
印加すると、磁性体3aで磁気力が発生し、ロータ3が
軸2を中心として回転する。
【0004】このように構成した従来のスピンドルモー
タは、流体動圧ベアリングを用いたものであり、軸2の
外周面に動圧発生溝2aを形成する。即ち、軸2が高速
に回転すると、スリーブ1aとの間に充填したオイルが
動圧発生溝2aにより圧力を発生する。従って、軸2は
半径方向に回転支持されている。また、軸2が回転する
間、ロータ3の上部に置いたディスクは、一緒に回転し
ながらディスクの情報を再生する。
【0005】しかし、流体ベアリングを使用する場合、
軸が半径方向に回転支持する反面、軸方向には回転支持
しない。従って、軸方向ベアリングを別個に製作するべ
きであるが、この場合、半径方向と軸方向のベアリング
の加工及び組立が難しくなる。
【0006】これを改善するため、特開平7−1100
28号公報及び特開昭56−20828号公報に軸方向
への遊動を抑制する技術が開示されている。これは軸方
向に弾性流体による動圧が形成されるようにワッシャ形
状の構造物を形成して軸方向に支持し得るようにした。
しかし、製作費が高くて、また量産性が悪い。特に軸方
向の動特性が非常に悪く、軸方向の振動が大きいという
欠点がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の種々
の問題点に鑑みて開発したものであり、本発明の目的は
軸方向ベアリングを電磁気ベアリングで構成すること
で、ロータが回転する過程で軸方向に遊動しなくなり、
かつ軸方向の動特性が向上して、高速回転時の振動及び
騒音が減少し、製作性が向上するブラシレスDCモータ
を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のブラシレスDCモータは、コイルを巻いた
ステータと、前記モータの回転軸として定義されるシャ
フトと、前記ステータと同軸上に位置し、ステータを取
り囲むシリンダ形状の壁と、前記シリンダ形状の壁内部
に付着し、ステータとの間にエアギャップを有するマグ
ネットと、前記シリンダ形状の壁に連結し、シャフトを
支持するハブと、前記ハブの一端に設置している第1の
磁気発生部とから構成するロータと、前記ステータを支
持するベースと、前記シャフトが内部で回転可能な流体
流動空間を維持し、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
定する外部壁と、前記ロータに隣接したところに位置
し、ベアリングシステム内に設置し、前記第1の磁気発
生部と相互作用する第2の磁気発生部と、前記第1の磁
気発生部と第2の磁気発生部から発生する磁気の変化を
感知する感知部と、前記内部壁と外部壁間に位置し、電
磁気力を形成して前記ロータの軸方向への遊動を抑制す
る遊動抑制手段と、前記内部壁と外部壁とを連結する上
下端壁とから構成し、前記ベースと前記シャフトを回転
可能に連結するベアリングシステムと、前記ベアリング
システムの感知部の信号に応じて前記遊動抑制手段を制
御する制御器とから構成する。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施例を
添付図面に従って詳細に説明する。
【0010】図2は本発明の第1の実施例によるモータ
の断面図であり、図3は本発明の第1の実施例の遊動抑
制手段の斜視図である。上部中央に円筒の管形状に立設
した支持部10aを有するベース10を備え、支持部1
0aの内部にはベアリングシステムを構成するベアリン
グ11を結合する。また、ベース10の支持部10aの
外周縁にはコイル15を巻いたステータ14を備える。
【0011】ベアリング11は、シャフト12が回転可
能なように挿入して支持されるように、内部壁とこの内
部壁を取り囲み、支持部10aの内周面に嵌め合わせ式
に組立てる外部壁と、内部壁と外部壁の上下端を連結す
る上下端壁とから構成する。また、ベアリング11の内
部壁とシャフト12間にオイルを充填する。シャフト1
2は外周面に動圧発生溝13を形成し、回転する間に動
圧発生溝13によりオイルに動圧が発生して回転半径方
向に支持する。
【0012】また、シャフト12の上端にハブ16を嵌
め合わせ式に結合し、ハブ16の外周縁にロータ17を
ハブ16とともに回転するように備える。ロータ17は
下部を開放し、ステータ14を取り囲むシリンダ形状の
壁で構成し、壁の内部にはマグネット18を設ける。コ
イル15に電源を印加すると、マグネット18で磁気力
が発生して、ロータ17がシャフト12とともに高速に
回転する。
【0013】そして、ベアリング11の内部壁と外部壁
間には、ロータ17が軸方向に遊動することができない
ようにする遊動抑制手段19を備える。遊動抑制手段1
9はシャフト12が高速に回転する過程でロータ17が
遠心力により上方に遊動することができないようにする
もので、電磁石の原理を用いる。遊動抑制手段19はベ
アリング11の外部壁に形成した溝21に電磁石コイル
20を巻くことにより構成する。電磁石コイル20はベ
アリング11の上側を電磁石に作ることによって、ロー
タ17がベアリング11側に引かれるので、ロータ17
の浮きを抑制する。
【0014】また、ベアリング11の上端外周面にはロ
ータ17の遊動量を感知する感知部22を備える。感知
部22はロータ17の変位量を感知し、基準値以上であ
るときに電磁石20が作動するようにする。このような
感知部22としては誘導コイル23を用い、誘導コイル
23の変位感知量を増幅させるため、ハブ16の底面と
ベアリング11の上端にそれぞれ第1,第2の磁気発生
部26を備える。これらの磁気発生部26の距離差によ
り磁気力が変化すると、感知部22の誘導コイル23が
これを微細に感知することができる。また、誘導コイル
23の誘導電流変化量を増幅器24で増幅してから制御
器25に送り、この制御器25により遊動抑制手段19
を制御する。
【0015】このように構成した本発明は、ベアリング
システムを構成するベアリング11の内部壁と外部壁間
に遊動抑制手段19を備える。遊動抑制手段19は、ロ
ータ17が回転する過程で遠心力により軸方向に浮かな
いようにするものであり、電磁石の原理を用いる。すな
わち、遊動抑制手段19を構成する電磁石コイル20を
ベアリング11に形成した溝21に一定量巻く。そし
て、ロータ17の浮きによる遊動量を感知部22により
感知した後、遊動抑制手段19が作動する。感知部22
はベアリング11の上端外周面に巻回した誘導コイル2
3で構成するものであり、オペアンプを使用するアナロ
グPID制御器あるいはLEAD/PHASE LAG
補償器等を使用する。従って、ロータ17の変位量によ
り誘導コイル23で誘導電流が発生し、この誘導電流を
増幅器24と制御器25に印加し、遊動抑制手段19を
最終的に制御する。
【0016】遊動抑制手段19は、制御器25からの制
御信号に応じて電磁石コイル20に電源を印加する。電
磁石コイル20に電源を印加すると、ベアリング11が
電磁石に変化することによりシャフト12及びロータ1
7に連結したハブ16の下端が引き下げられ、結果的に
ロータ17が全体的に下降して軸方向への遊動を抑制す
る。従って、高速回転時の振動及び騒音が減少する。
【0017】図4は、本発明の第2の実施例によるモー
タの断面図であり、本発明の第1の実施例とほぼ同じ構
成であるが、感知部22と第1,第2の磁気発生部26
がない。本発明の第2の実施例では、シャフト12が回
転する間、遊動抑制手段19に電源を印加し、シャフト
12とロータ18を一定力で引く。そして、シャフト1
2の回転が停止すると、遊動抑制手段19に印加する電
源を遮断してロータ17を引かなくなる。
【0018】図5は、本発明の第3の実施例によるモー
タの断面図であり、本発明の第1の実施例と同一の構成
要素には同一の符号を使用して説明する。ベアリング1
1にはロータ17が軸方向に遊動することがないように
する遊動抑制手段19を備える。遊動抑制手段19は、
シャフト12が高速に回転する過程でロータ17が遠心
力により上方に遊動することがないようにするものであ
り、電磁石の原理を用いる。遊動抑制手段19はベアリ
ング11の上下側に形成した溝21,21aに上部電磁
石コイル20と下部電磁石コイル20aを巻いた構成で
ある。
【0019】上部電磁石コイル20は、ロータ17が遠
心力により軸方向に上方に移動する時に作動するもので
あり、ベアリング11の上部を電磁石に形成してロータ
17を引き下げる。また、下部電磁石コイル20aは上
部電磁石コイル20で発生した磁束方向と反対方向の磁
束を発生して、ベアリング11の上部で発生する上部電
磁石コイル20の力を調節する。従って、軸方向に発生
するロータ17の変位量を磁気力により能動的に制御す
る。
【0020】このように構成した本発明の第3の実施例
による遊動抑制手段19は、ロータ17が回転する過程
で遠心力により軸方向に浮かないようにするものであ
り、電磁石の原理を用いる。すなわち、遊動抑制手段1
9を構成する上部電磁石コイル20をベアリング11に
形成した溝21に一定量巻きつける。そして、ロータ1
7の浮きによる遊動量を感知部22により感知する。感
知部22はベアリング11の上端外周面に巻いた誘導コ
イル23により構成するものであり、ロータ17の変位
量により誘導コイル23で誘導電流が発生する。そし
て、誘導電流を増幅器24と制御器25に印加し、誘導
抑制手段19を最終的に制御する。
【0021】制御器25からの制御信号に応じて上部電
磁石コイル20に電源を印加する。上部電磁石コイル2
0に電源を印加するとベアリング11の上部が電磁石に
変化することにより、ロータ17に連結したハブ16の
下端を引き下げ、結果的にロータ17が全体的に下降し
て遊動を抑制する。そして、上部電磁石コイル20の電
磁気力を下部電磁石コイル20aにより制御する。すな
わち、上部電磁石コイル20によりベアリング11の上
部で発生する電磁気力が過度に発生する場合、これを制
御するため下部電磁石コイル20aに電源を印加する。
この際に、下部電磁石コイル20aは上部電磁石コイル
20の磁束の反対方向に電磁気力を発生することによ
り、シャフトを能動的に制御してロータ17の無理な引
っぱり現象を排除する。従って、高速回転時の振動及び
騒音を減少する。
【0022】図6は、本発明の第4の実施例によるモー
タの断面図であり、第3の実施例と同一構成要素には同
一の符号を使用する。ロータ17を構成するハブ16の
下端外周面に磁気を発生する第1磁気発生部26を備
え、ベース10を構成する支持部10aの上端外周面に
も第1磁気発生部26と相互作用する第2の磁気発生部
26を備える。そして、第1,第2の磁気発生部26か
ら発生する磁気変化を感知する感知部22を支持部10
aの上端外周面に備える。
【0023】図7は、本発明の第5の実施例によるモー
タの断面図であり、第3の実施例と同一構成要素に同一
の符号を使用する。ベアリングシステムを構成するベア
リング11の上端に第1の磁気発生部26を備え、ロー
タ17を構成するハブ16の底面にも第1の磁気発生部
26と相互作用する第2の磁気発生部26を備える。そ
して、ハブ16の外周面には第1,第2の磁気発生部2
6の磁気変化を感知して制御器25をコントロールする
感知部22を備える。
【0024】図8は、本発明の第6の実施例によるモー
タの断面図であり、第3の実施例と同一構成要素には同
一の符号を使用する。ベース10を構成する支持部10
aの上端に第1の磁気発生部26を備え、ロータ17を
構成するハブ16の外周面にも第1の磁気発生部26と
相互作用する第2磁気発生部26を備える。そして、ハ
ブ16の外周面には第1,第2の磁気発生部26の磁気
変化を感知する感知部22を備える。
【0025】前述した本発明の第4,第5,第6の実施
例は本発明の第3の実施例と同様の作用をするので、そ
の説明を省略する。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
ベアリングの外周面にロータの軸方向への遊動を抑制す
る遊動抑制手段を備える。遊動抑制手段は電磁石の原理
を用いたもので、ベアリングが電磁石に変化してロータ
を下方に引き下げる。そして、感知手段を構成する誘導
コイルの誘導電流変化によってロータの遊動量を感知し
て、感知手段の感知量によって遊動抑制手段を制御す
る。従って、高速回転時のロータの振動及び騒音が減少
するので、動特性が向上する等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来のモータの断面図である。
【図2】 本発明の第1の実施例によるモータの断面図
である。
【図3】 本発明の第1の実施例の遊動抑制手段の斜視
図である。
【図4】 本発明の第2の実施例によるモータの断面図
である。
【図5】 本発明の第3の実施例によるモータの断面図
である。
【図6】 本発明の第4の実施例によるモータの断面図
である。
【図7】 本発明の第5の実施例によるモータの断面図
である。
【図8】 本発明の第6の実施例によるモータの断面図
である。
【符号の説明】 10 ベース 10a 支持部 11 ベアリング 12 シャフト 13 動圧発生溝 14 ステータ 15 コイル 16 ハブ 17 ロータ 18 マグネット 19 遊動抑制手段 20,20a 電磁石コイル 21 溝 22 感知部 23 誘導コイル 24 増幅器 25 制御器 26 磁気発生部

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ブラシレスDCモータにおいて、 コイルを巻いたステータと、 前記モータの回転軸として定義されるシャフトと、 前記ステータと同軸上に位置し、ステータを取り囲むシ
    リンダ形状の壁と、前記シリンダ形状の壁内部に付着
    し、ステータとの間にエアギャップを有するマグネット
    と、前記シリンダ形状の壁に連結し、シャフトを支持す
    るハブと、前記ハブの一端に設置している第1の磁気発
    生部とから構成するロータと、 前記ステータを支持するベースと、 前記シャフトが内部で回転可能な流体流動空間を維持
    し、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する外部壁
    と、前記ロータに隣接したところに位置し、ベアリング
    システム内に設置し、前記第1の磁気発生部と相互作用
    する第2の磁気発生部と、前記第1の磁気発生部と第2
    の磁気発生部から発生する磁気の変化を感知する感知部
    と、前記内部壁と外部壁間に位置し、電磁気力を形成し
    て前記ロータの軸方向への遊動を抑制する遊動抑制手段
    と、前記内部壁と外部壁とを連結する上下端壁とから構
    成し、前記ベースと前記シャフトとを回転可能に連結す
    るベアリングシステムと、 前記ベアリングシステムの感知部の信号に応じて前記遊
    動抑制手段を制御する制御器とから構成することを特徴
    とするブラシレスDCモータ。
  2. 【請求項2】 前記遊動抑制手段を軸方向に2以上設け
    たことを特徴とする請求項1記載のブラシレスDCモー
    タ。
  3. 【請求項3】 前記制御器と感知部間に増幅器を設けた
    ことを特徴とする請求項1記載のブラシレスDCモー
    タ。
  4. 【請求項4】 前記遊動抑制手段を軸方向に2以上設け
    たことを特徴とする請求項3記載のブラシレスDCモー
    タ。
  5. 【請求項5】 ブラシレスDCモータにおいて、 コイルを巻いたステータと、 前記モータの回転軸として定義されるシャフトと、 前記ステータと同軸上に位置し、ステータを取り囲むシ
    リンダ形状の壁と、前記シリンダ形状の壁内部に付着
    し、ステータとの間にエアギャップを有するマグネット
    と、前記シリンダ形状の壁に連結し、シャフトを支持す
    るハブと、前記ハブの一端に設置している第1の磁気発
    生部とから構成するロータと、 前記ステータを支持する支持部と、前記ロータに隣接し
    たところに位置し、前記第1の磁気発生部と相互作用す
    る第2の磁気発生部と、前記第1の磁気発生部と第2の
    磁気発生部から発生する磁気の変化を感知する感知部と
    から構成するベースと、 前記シャフトが内部で回転可能な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する外部
    壁と、前記内部壁と外部壁間に位置し、電磁気力を形成
    して前記ロータの軸方向への遊動を抑制する遊動抑制手
    段と、前記内部壁と外部壁とを連結する上下端壁とから
    構成し、前記ベースと前記シャフトとを回転可能に連結
    するベアリングシステムと、 前記感知部の信号に応じて前記遊動抑制手段を制御する
    制御器とから構成することを特徴とするブラシレスDC
    モータ。
  6. 【請求項6】 前記遊動抑制手段を軸方向に2以上設け
    たことを特徴とする請求項5記載のブラシレスDCモー
    タ。
  7. 【請求項7】 前記制御器と感知部間に増幅器を設けた
    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】 前記遊動抑制手段を軸方向に2以上設け
    たことを特徴とする請求項7記載のブラシレスDCモー
    タ。
  9. 【請求項9】 ブラシレスDCモータにおいて、 コイルを巻いたステータと、 前記ステータを支持するベースと、 前記モータの回転軸として定義されるシャフトと、 前記シャフトが内部で回転可能な流体流動空間を維持
    し、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する外部壁
    と、前記内部壁と外部壁間に位置し、電磁気力を形成し
    て前記ロータの軸方向への遊動を抑制する遊動抑制手段
    と、ベアリングの上端に位置する第1の磁気発生部と、
    前記内部壁と外部壁とを連結する上下端壁とから構成
    し、前記ベースと前記シャフトを回転可能に連結するベ
    アリングシステムと、 前記ステータと同軸上に位置し、前記ステータを取り囲
    むシリンダ形状の壁と、前記シリンダ形状の壁内部に付
    着し、ステータとの間にエアギャップを有するマグネッ
    トと、前記シリンダ形状の壁に連結し、シャフトを支持
    するハブと、前記ハブの一端に設置している第1の磁気
    発生部と、前記第1の磁気発生部に隣接したところに位
    置し、前記第1の磁気発生部と相互作用する第2の磁気
    発生部と、前記第1の磁気発生部と第2の磁気発生部と
    から発生する磁気の変化を感知する感知部とから構成す
    るロータと、 前記感知部の信号に応じて前記遊動抑制手段を制御する
    制御器とから構成することを特徴とするブラシレスDC
    モータ。
  10. 【請求項10】 前記遊動抑制手段を軸方向に2以上設
    けた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】 前記制御器と感知部間に増幅器を設け
    た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】 前記遊動抑制手段を軸方向に2以上設
    けたことを特徴とする請求項11記載のブラシレスDC
    モータ。
  13. 【請求項13】 ブラシレスDCモータにおいて、 コイルを巻いたステータと、 前記ステータを支持し、一部に第1の磁気発生部を設置
    したベースと、 前記モータの回転軸として定義されるシャフトと、 前記シャフトが内部で回転可能な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する外部
    壁と、前記内部壁と外部壁間に位置し、電磁気力を形成
    して前記ロータの軸方向への遊動を抑制する遊動抑制手
    段と、前記内部壁と外部壁とを連結する上下端壁とから
    構成し、前記ベースと前記シャフトとを回転可能に連結
    するベアリングシステムと、 前記ステータと同軸上に位置し、前記ステータを取り囲
    むシリンダ形状の壁と、前記シリンダ形状の壁内部に付
    着し、ステータとの間にエアギャップを有するマグネッ
    トと、前記シリンダ形状の壁に連結し、シャフトを支持
    するハブと、前記第1の磁気発生部に隣接したところに
    位置し、前記第1の磁気発生部と相互作用する第2の磁
    気発生部と、前記第1の磁気発生部と第2の磁気発生部
    から発生する磁気の変化を感知する感知部とから構成す
    るロータと、 前記感知部の信号に応じて前記遊動抑制手段を制御する
    制御器とから構成することを特徴とするブラシレスDC
    モータ。
  14. 【請求項14】 前記遊動抑制手段を軸方向に2以上設
    けたことを特徴とする請求項13記載のブラシレスDC
    モータ。
  15. 【請求項15】 前記制御器と感知部間に増幅器を設け
    たことを特徴とする請求項13記載のブラシレスDCモ
    ータ。
  16. 【請求項16】 前記遊動抑制手段を軸方向に2以上設
    けたことを特徴とする請求項15記載のブラシレスDC
    モータ。
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