JPS61139255A - ラジアルフラツクスモ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ラジアルフラックスモータに関する。

従来の技術 従来、ＦＤＤ　（フロッピーディスクドライブ）用スピ
ンドルモータ等として、同心円上に位置させてラジアル
方向に多極配列させたステータコアの各々に励磁コイル
を巻回して固定されたステータを形成し、ステータコア
の外周にＮ極とＳ極とが交互に着磁形成されたリング状
の永久磁石を回転ヨーク上に設け、この永久磁石の近傍
にホール素子等の磁気センサーを固定配置し、この磁気
センサーにより近接する永久磁石の極性を感知して回転
に寄与する励磁コイルにタイミングと方向とを選択した
電流を流すための信号を与えて回転駆動力を発生せしめ
るようにしたラジアルフラックスモータがあり、実開昭
５９−６６３７８号公報等により知られている。この際
、永久磁石のリング端面に着磁し、対向する周波数発生
コイルにより速度制御がなされるように構成されている
。このラジアルフラックスモータによれば、アキシャル
フランクスモータに比べて巻線１組立の自動化が容易で
ある、回転力の発生がラジアル方向であるので上下の振
動要素が極度に少ない、ワウフラッタも少なくし易い、
リング状の永久磁石は一つの磁石の着磁により駆動力を
司る多極永久磁石部分と速度制御を司る多極永久磁石部
分とを形成し得るので部品点数を減らすことができる等
の特長を有する。

発明が解決しようとする問題点 このようなラジアルフラックスモータにおいても未だト
ルク増大、効率アップ等の点で改良の余地がある。

しかして、本発明は、速度制御の安定性を損うことなく
、主機能である回転駆動力のパワーアップを改善し得る
ラジアルフラックスモータを得ることを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明は、上記問題点を解決するために、同心円上に位
置させてラジアル方向に多極配列させたステータコア６
の各々に励磁コイル７を巻回して固定されたステータ１
１を形成し、このステータコア６の外周にＮ極とＳ極と
が交互に着磁形成されたリング状の永久磁石１２を回転
ヨーク２上に設け、近接する永久磁石１２の極性を感知
して回転に寄与する励磁コイル７にタイミングと方向と
を選択した電流を流すための信号を与えて回転駆動力を
発生せしめる磁気センサー、例えばホール素子１４をこ
の永久磁石１２の近傍に固定配置する基本構成の下、永
久磁石１２をそのリング内周面に磁性方向がラジアル方
向に異方性を持たせて着磁形成した駆動力を司る多極永
久磁石部分１２ａと周波数発生コイル１３に対向するリ
ング端面にアキシャル方向に非異方性として着磁形成し
た速度制御を司る多極永久磁石部分１２ｂとを一体的に
形成する構成を採用するものである。

作用 永久磁石１２において駆動力を司る多極永久磁石部分１
２ａがラジアル方向に異方性を持たせて着磁形成されて
いるので、等方性の場合に比べて、モータの主機能であ
る回転駆動力の効率及びパワーアップを図ることができ
る。この際、速度制御を司る多極永久磁石部分１２ｂに
ついては、非異方性であっても周波数発生コイル１３と
の組合せにより速度制御できる程度の電圧が得られれば
よいので問題はないものである。

実施例 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

本実施例はＦＤＤ　（フロッピーディスクドライブ）用
スピンドルモータとして用いられるラジアルフラックス
モータの例であり、まず、フロッピーディスクに回転を
与えるスピンドル１がロータヨーク２にねし３により固
定されている。このスピンドル１は、ＦＤＤの筐体に固
定されたスピンドルフレーム４に対し２個の直列のボー
ルベアリング５により精密に支持されて回転自在とされ
ている。

前記スピンドルフレーム４には同心円上に位置させてラ
ジアル方向に多極、例えば２４極に配列させたステータ
コア６と、このステータコア６の各ボール６ａに巻回し
た励磁コイル７と、鉄板によるシールド板８と、回路部
品９が実装されたＰＣＣｌ３Ｆによるステータ１１が取
付けられている。

そして、前記ロータヨーク２には前記ステータコア６の
外周に位置させてリング状の永久磁石１２が設けられて
いる。この永久磁石１２はその円周方向に例えばＮ極と
Ｓ極とが１２極ずつ、計２４極が等間隔で交互に着磁形
成されている。又、前記シールド板８の永久磁石１２対
向面にはパルス波形状の周波数発生コイル（ＦＧコイル
）１８が設けられている。更に、前記永久磁石１２のリ
ング内側に位置させて磁気センサーとしてのホール素子
１４が設けられている。このホール素子［４は前記入チ
ータコアロに当たることのないように前記シールド板８
とＰＣＣｌ３Ｆに形成した８ａ。

１０ａを貫通して正確に位置決めされ、かつ、前記永久
磁石１２に接近されて出力の大きい位置とされている。

そして、リード線１４ａによりＰＣ板１０上に配線接続
されている。

これが基本構成であり、ホール素子１４が永久磁石１２
の極性（Ｎ又はＳ極）１位置を検出し。

前記励磁コイル７に流す電流の方向とタイミングとを制
御し、前記ステータコア６の先端ボール６ａをＮ又はＳ
極に磁化する。これにより、ステータコア６と永久磁石
１２とが互いに吸引１反発を操り返してロータヨーク２
が一方向に回転することになる。

しかして１本実施例では、永久磁石１２の構成に特長を
持たせたものである。即ち、この永久磁石１２はリング
内周面の駆動力を司る多極永久磁石部分１２ａと前記Ｆ
Ｇコイル１３に対向するリング端面の速度制御を司る多
極永久磁石部分１２ｂとを有するが、駆動力を司る多極
永久磁石部分Ｌ２ａについてはラジアル方向（矢印Ａ方
向）に一方性を持たせた磁性方向とし、他方の速度制御
を司る多極永久磁石部分１２ｂについてはそのアキシャ
ル方向に非異方性（矢印Ｂ方向）（従って、等方性）と
したものである。

このような構成によれば、モータの回転力Ｆは、ステー
タ１１の励磁コイル７に流れる電流を工、導体の有効長
をＬ、磁界の磁束密度をＢとすると、これらの積、即ち
、Ｆ＝Ｂ　Ｉ　Ｌにより決まる。ここで、上述のように
永久磁石１２につき駆動力を司る多極永久磁石部分１２
ａについてはラジアル方向（矢印Ａ方向）に異方性を持
たせた磁性方向として磁石が強くされているので、モー
タの本来の目的である回転力のパワーアップを図ること
ができ、効率のよいモータとなる。これは、磁石を考え
た場合１等方性に対し異方性によればエネルギー積ＢＨ
Ｍ＾Ｘが約３倍強いとされているからである。このよう
な異方性を持たせる点についてみると、プラスチックス
磁石のない従来は焼結フェライトや稀土類磁石によるた
めリング状の永久磁石のラジアル方向に異方性を持たせ
るのは製造上極めて困難であったが、プラスチックス磁
石の出現により極めて容易に異方性を持たせることがで
きるものである。

一方、非異方性とされた他方の速度制御を司る多極永久
磁石部分１２ｂについてはその磁力が弱くなるが、この
多極永久磁石部分１２ｂはＦＧコイル１３との組合せで
速度制御できる程度の制御電圧が得られればよいのでこ
のように非異方性であっても問題はない。又、たとえ非
異方性により磁束密度Ｂが非常に弱くても、速度制御信
号を増幅する、シールド板８を鉄製としてこれにＦＧコ
イル１３を設けて空隙が小さくなるように工夫する、多
極永久磁石部分１２ｂとＦＧコイル１３とをなるへく近
づける等により補うことで、安定した速度制御を行なう
ことができる。

従って、本実施例によれば、速度制御を損うことなく、
モータの主機能である回転駆動力の効率及びパワーアッ
プの改善を図ることができる。

ところで、ラジアルフラックスモータの場合。

リング状の永久磁石１２の内側にコア６、コイル７、端
面側にはシールド板８、ＰＣＣｌＯ２が存在し、内懐が
狭くなっているので、小さいホール素子１．４といえど
もその設置場所が難しい。従って、従来にあってはステ
ータコアのポールの先端を切り欠いてモータの効率を落
す、ポール間でコアが邪魔になるため磁気センサーを磁
石より離して設置しセンサーの出力を犠牲にする、ＦＧ
コイル１３面の磁気センサー自身の高さが磁石とＦＧコ
イルとの距離を広げてＦＧコイルの出力を下げる等の欠
点を有するものである。この点、本実施例にあっては、
まず、縦型のホール素子１４が永久磁石１２の内側でス
テータコア６に当たらず、かつ、永久磁石１２に接近し
た位置にシールド板８、ＰＣＣｌＯ２より正確に位置決
めされ出力が大きくされている。より具体的には、シー
ルド板８及びｐｃ板１ｏに形成した穴８ａ、１０ａはホ
ール素子１４のパッケージが貫通するぎりぎりの゛大き
さとされており、ホール素子１４のリード線Ｌ４ａをＰ
ＣＣｌＯ２ハンダ付けする二とにより、ｘ、Ｙ方向（平
面上の位＠）が簡単かつ正確に決まってしまう。又、Ｚ
方向（垂直方向）についてはホール素子１４の頭がステ
ータコア６に当たるまで押し込めばよい。そして、この
位置で止まるようにホール素子１４のリード線１４ａの
フォーミングを行なえばよい。このようにして、ホール
素子１４は、リング状の永久磁石１２の内側に極めて近
くて正確に取付けられるため、永久磁石１２の駆動力を
司る多極永久磁石部分１２ａの極性とその境目の位置と
を分解能よくセンスすることができ、又、取付は工数も
少なくすることができる。この場合、ホール素子１４の
位置は永久磁石１２の着磁方向であるラジアル方向と端
面が同一極数でラジアル方向に同極性であることが望ま
しい。これは、極数が異なったり、極性がずれたりして
いると、ホール素子１４の内面と永久磁石１２の端面の
磁石が互いに干渉し合って着磁が乱れ、性能が悪くなる
からである。なお、３相構造の場合、このホール素子１
４の下端側がポール６ａ間に入り込むように構成しても
よい。

次に、ラジアルフラックスモータは励磁コイル７の中に
鉄心、即ちステータコアロを持ち、このステータコア６
の先端のポール６ａが永久磁石１２に近いと効率がよい
ものとなる。従って、ステータコア６の先端のポール６
ａの形状は、従来にあっては第３図（ｂ）に示すように
、リング状の永久磁石１２′の内周面に沿った形状とさ
れている。

この方式の場合、外転する外周の永久磁石１２′とボー
ル６ａ’間の力のかかり具合がソフトでなく、コツキン
グが生じ易く、ワウフラッタが大きくなる。このような
ワウフラッタが大きいとＦＤＤのスピンドルモータ等に
おいてはリードエラー等の悪影響を及ぼし好ましくない
。この点１本実施例では、第３図（ａ）に示すようにポ
ール６ａ形状につき、ボール中央６ｂからその端部６Ｃ
にかけて永久磁石１２との空隙が漸次広くなるように形
成したものである。これにより、外転する永久磁石１２
のポール６ａに対する力のかかり具合がソフトになって
ワウフラッタを少なくすることができる。より具体的に
は、無負荷回転ではあまり効果がなかったものの、定格
負荷ではワウフラッタが従来の０．０７６％に対し０．
０５％と少なくなったものである。具体的寸法について
説明すると、ポール６ａの両端６Ｃの空隙が中央部６ｂ
の空隙よりも０．８ｎｍ広くなるようにし、図中傾斜し
たポール６ａの外周方向の長さを３ｍとしたものである
。

ところで、ラジアルフラックスモータは前述したように
励磁コイル７の巻線を自動化し易いとし）う利点を持つ
。しかし、ボール６ａ間が狭いと、自動化において巻線
し這く歩留が悪く、トラブルも発生し易い。又、自動化
機械の構造から従来にあっては第４図（ｂ）に示すよう
にポール６ａ′の一番奥まったところは巻線ノズル１５
′の先端が邪魔となって巻線が届かないため、結局、励
磁コイル７を平らに巻けずターン数が不足することとな
る。この点、本実施例では、第４図（ａ）に示すように
ステータコア６のポール６ａ間を継ぐヨーク部分に巻線
ノズル１５の先端を逃げるリング状の窪み６ｄを形成す
るものである。これによれば、第４図（’ａ）に示すよ
うに従来では巻けなかったポール６ａ間奥方まで均等に
巻線することができ、励磁コイル７が整然と平らに巻回
され、ターン数が少なくなることはない。又、整列巻き
も可能となるので、銅線の占積率もよくなる。ここで、
各ポール６ａに対する励磁コイル７の自動巻線の方法と
しては、ポール６ａ側を固定し巻線ノズル１５を矢印Ｃ
方向に回してもよく、逆に、巻線ノズル１５側を固定と
しボール６ａ側を矢印り方向に回すようにしてもよい。

又、ラジアルフラックスモータは、鉄心を使用しており
、効率のよいモータのように思えるが、ロータヨーク２
とステータコア６との間には透磁率の低いゴム又はフェ
ライト磁石が３〜４ｍ厚さであり、コアの厚さが薄いと
コアの対永久磁石、対ヨークの面積が狭くなって磁気回
路抵抗が大きくなり、あまり効率のよいモータとはいえ
ない。

第５図（ｂ）及び第６図（ｂ）はステータコア６′とし
て通常の珪素鋼板を使用した従来方式を示すものである
。即ち、励磁コイル７′の高さｈ′に対しステータコア
６′の厚みｔ′を約半分としているものである。この点
、本実施例では、第５図（ａ）及び第６図（ａ）に示す
ように、ステータコア６を純鉄、鍛造、圧粉鉄心等を使
った成形によるコアとし、励磁コイル７の高さｈに対し
ステータコア６先端のポール６ａの厚みＬ　（アキシャ
ル方向）をほぼ同等としたものである。即ち、励磁コイ
ル７に対しステータコア６先端の対永久磁石面積を第５
図（ｂ）及び第６図（ｂ）の従来方式に比へ約倍とした
ものである。従って、透磁率の悪いフェライトのプラス
チックスマグネットやゴムマグネットの場合に前述した
ように３〜４ｆｆＩ１１の空隙を持つが１本実施例のよ
うにステータコア６の対永久磁石面積を大とすることは
効率アップに大きな効果を示す。この点、更に詳細に説
明する。まず、永久磁石１２は通常プラスチックス又は
ゴムのフェライトであり、その透磁率は空気の１に近い
。

一方、ロータヨーク２やステータコア６は２００〜３０
００という透磁率であるので、磁気回路の磁気抵抗は永
久磁石１２と空隙との間の磁気抵抗によって殆ど占めら
れる。この結果、例えばＦＤＤの場合、単純に考えれば
ポール６ａ先端の面積は第５図（ｂ）及び第６図（ｂ）
の従来方式に対し第５図（ａ）及び第６図（ａ）のよう
に約２倍とすれば磁気抵抗が約半分になり、同じアンペ
ア・ターンＡＴに対して磁束が倍に増すことになる。従
って、従来に比しトルクが大幅にアップする。別の観点
からみれば、同じトルクを出すには少なめの電流で済む
ことになる。又、このような効果を奏するためにモータ
全体の厚みを増すことにはならないので、ラジアルフラ
ッグスモータの特長はそのまま生かせる。

ここで、第５図（ａ）及び第６図（ａ）のような改良に
よりトルクが大きくなるが、永久磁石１２のＮ、Ｓ極の
境目が急峻であるため、トルク増加に比例してコツキン
グやワウフラッタも大きくなる。

本実施例では、この点も考慮しており、第７図及び第８
図に示すように、各ポール６ａの両端（永久磁石１２の
回転方向）の形状を斜面６ｅにより先細り形状としたも
のである。これにより、コツキングを少なくシ、ワウフ
ラッタを少なくすることができるものである。つまり、
第３図（ａ）に示した場合と同様にコツキングやワウフ
ラッタの対策がなされるものである。もつとも、ポール
６ａの両端の先細りの程度によってその効果は異なる。

なお、磁気センサーとしてのホール素子１４は第９図及
び第１０図に示すように、横置き型とし。

永久磁石１２の端面（速度制御を司る多極永久磁石部分
１２ｂ）に対向する位置に取付けるようにしてもよい。

この時、ＦＧコイル１３はこのホール素子１４を逃げる
ように設けられる。この場合も、シールド板８及びＰＣ
Ｃｌ２Ｏ穴８ａ、１０ａを開けてホール素子１４を貫通
させ、そのリード線１４ａをＰＣ板１０上にハンダ付は
固定することになる。より具体的には、このホール素子
１４のパッケージの幅が永久磁石１２の回転方向の幅に
対してのシールド板８及びＰＣＣｌ２Ｏ穴８ａ、１０ａ
の幅がぎりぎりの穴とされ、ラジアル方向の幅について
はホール素子１４のリード線１４ａの一部が入り込める
程度に余裕を持った穴とするものである。これにより、
ホール素子１４は永久磁石Ｙ２の回転方向に対する位置
が正確なものとなり、正確に電流タイミングをセンスす
ることになる。この際、ホール素子１４のラジアル方向
の位置が不正確であってもモータ回転の性能には悪影響
を及ぼすことはない。この方式によれば、ホール素子１
４を永久磁石１２により近づける壬とができ、かつ、Ｆ
Ｇコイル１３も永久磁石１２に近づけることができる。

発明の効果 本発明は、上述したように永久磁石をそのリング内周面
に磁性方向がラジアル方向に異方性を持たせて着磁形成
した駆動力を司る多極永久磁石部分と周波数発生コイル
に対向するリング端面にアキシャル方向に非異方性とし
て着磁形成した速度制御を司る多極永久磁石部分とを一
体的に形成したので、モータの主機能である回転駆動力
の効率及びパワーアップを駆動力を司る多極永久磁石部
分のラジアル方向の異方旌により達成することができ、
この際速度制御の機能を損うこともない等の効果を有す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断側面図、第２図は
ホール素子の取付けを示す斜視図、第３図（ａ）はポー
ル先端形状を示す平面図、同図（ｂ）は従来のボール先
端形状を示す平面図、第４図（ａ）はポール先端の巻線
方式を示す平面図、同図（ｂ）は従来のポール先端の巻
線方式を示す平面図、第５図（ａ）はボール先端形状を
示す斜視図、同図（ｂ）は従来のボール先端形状を示す
斜視図、第６図（ａ）はポール先端形状を示す側面図、
同図（ｂ）は従来のボール先端形状を示す側面図、第７
図はポール先端形状を示す斜視図、第８図はその正面図
、第９図はホール素子の取付は変形例を示す縦断側面図
、第１０図はそのホール素子の斜視図である。 ２　・ロータヨーク、６・・・ステータコア、７・・・
励磁コイル、１１・・ステータ、１２・・・永久磁石、
１２ａ−駆動力用の多極永久磁石部分、１２ｂ・・・速
度制御用の対接面多極永久磁石部分、１３・・・周波数
発生コイル、１４・・ホール素子（磁気センサー）出　
願　人　　　東京電気株式会社 ３６図 （ａ）　　　　　　　（ｂ）犯ｉ」 手続補正書彷幻 昭和６Ｕ年　４月２３日 特願昭５９−２５８５０３号 ２、発明の名称 ラジアルフラックスモータ ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 ４、代　理　人 〒１０７ 昭和６０年３月２６日（発送日） ６、補正の対象 図　　　面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 同心円上に位置させてラジアル方向に多極配列させたス
   テータコアの各々に励磁コイルを巻回して固定されたス
   テータを形成し、前記ステータコアの外周にＮ極とＳ極
   とが交互に着磁形成されたリング状の永久磁石を回転ヨ
   ーク上に設け、近接する永久磁石の極性を感知して回転
   に寄与する前記励磁コイルにタイミングと方向とを選択
   した電流を流すための信号を与えて回転駆動力を発生せ
   しめる磁気センサーをこの永久磁石の近傍に固定配置し
   、前記永久磁石をそのリング内周面に磁性方向がラジア
   ル方向に異方性を持たせて着磁形成した駆動力を司る多
   極永久磁石部分と周波数発生コイルに対向するリング端
   面にアキシヤル方向に非異方性として着磁形成した速度
   制御を司る多極永久磁石部分とを一体的に形成したこと
   を特徴とするラジアルフラックスモータ。