JPS61170271A - Brushless motor - Google Patents
Brushless motorInfo
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- JPS61170271A JPS61170271A JP1055885A JP1055885A JPS61170271A JP S61170271 A JPS61170271 A JP S61170271A JP 1055885 A JP1055885 A JP 1055885A JP 1055885 A JP1055885 A JP 1055885A JP S61170271 A JPS61170271 A JP S61170271A
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- rotor
- pole teeth
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
- H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
- H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はハードディスク装置のへラドアクチュエータ等
として使用されるブラシレスモータに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a brushless motor used as a head actuator of a hard disk drive.
従来の技術
パーソナルコンピュータが事務機器として普及したこと
に伴い、その外部記憶装置としてフロッピーディスク装
置、ハードディスク装置、光デイスク装置の普及もめざ
ましいものがある。これらの装置の中でも、アクセスタ
イムが短く大容量であるハードディスク装置の需要が増
大している。BACKGROUND OF THE INVENTION As personal computers have become popular as office equipment, floppy disk devices, hard disk devices, and optical disk devices have also become popular as external storage devices. Among these devices, demand is increasing for hard disk devices with short access times and large capacities.
ハードディスク装置は、スピンドルモータ、ディスク、
ベッドアクチュモータ、磁気ヘッド、ディスクエンクロ
ージャ、呼吸フィルタ、位置制御回路、記録再生回路よ
り構成されている。この中で、ヘッドアクチュモータは
磁気ヘッドを高精度、高速で位置決めするための重要な
機構である。A hard disk device consists of a spindle motor, a disk,
It consists of a bed actuator, magnetic head, disk enclosure, breathing filter, position control circuit, and recording/reproducing circuit. Among these, the head actuator is an important mechanism for positioning the magnetic head with high precision and high speed.
従来、ハードディスク装置のヘソドアクチュモータとし
てはボイスコイルモータとステッピングモータが主に使
用されている。ボイスコイルモータを使用した構成を第
6図に示す。第6図において、(24)はヨーク、(2
5)はヨーク(24)に装着された永久磁石、(26)
はコイル、(27)はアームで、コイル(26)と直結
され、その先端に磁気ヘッドが取りつけられる。(28
)はシャフト、(23)は支持台である。ヨーク(24
)と永久磁石(25)で構成された磁気回路は、コイル
(26)が入っている空隙部に静磁界をつくる。コイル
に通電すると、フレミング左手の法則により推力が発生
し、コイル(26)と対向して配置された磁気ヘッドを
動かすことができる。Conventionally, voice coil motors and stepping motors have been mainly used as the head actuator motors of hard disk drives. FIG. 6 shows a configuration using a voice coil motor. In Figure 6, (24) is the yoke, (2
5) is a permanent magnet attached to the yoke (24), (26)
is a coil, and (27) is an arm, which is directly connected to the coil (26) and has a magnetic head attached to its tip. (28
) is the shaft, and (23) is the support stand. York (24
) and a permanent magnet (25) creates a static magnetic field in the air gap containing the coil (26). When the coil is energized, thrust is generated according to Fleming's left-hand rule, and the magnetic head disposed opposite the coil (26) can be moved.
以上のようにボイスコイルモータを用いた本方式は、コ
ギングがないことから正確な位置制御をかけやすい利点
があるが、その反面、所望の駆動力を得るためには体積
が大きくなり、電力消費も大きいという欠点がある。As described above, this method using a voice coil motor has the advantage of making it easy to perform accurate position control because there is no cogging, but on the other hand, it requires a large volume to obtain the desired driving force and consumes power. It also has the disadvantage of being large.
次にステッピングモータを使用したアクチュエータを第
7図に示す。(33)は磁気ヘッド、(31)はアーム
、(32)はアーム(31)の回転中心となるシャフト
、(30)はプーリ、(29)はステッピングモータで
ある。プーリ(30)の外周にはメタルバンドが巻きつ
けられ、一端はアームに固定されている。これにより、
ステッピングモータ(29)が回転するとアーム(31
)が軸(32)を中心に回転し、磁気ヘッド(33)が
移動する。ステッピングモータ(29)は開ループで駆
動するため、駆動回路が簡単になり、また駆動力の体積
効率がボイスコイルモータよりよいという利点があるが
、ステップ角の微細化には限度があり、精密な位置制御
には適さない欠点がある。Next, FIG. 7 shows an actuator using a stepping motor. (33) is a magnetic head, (31) is an arm, (32) is a shaft serving as the rotation center of arm (31), (30) is a pulley, and (29) is a stepping motor. A metal band is wrapped around the outer periphery of the pulley (30), and one end is fixed to the arm. This results in
When the stepping motor (29) rotates, the arm (31)
) rotates around the shaft (32), and the magnetic head (33) moves. Since the stepping motor (29) is driven in an open loop, it has the advantage that the drive circuit is simpler and the volumetric efficiency of the driving force is better than that of the voice coil motor, but there is a limit to the miniaturization of the step angle and precision It has the disadvantage that it is not suitable for precise position control.
発明が解決しようとする問題点
このように従来のボイスコイルモータによるヘッドアク
チュエータは体積大、消費電力大という短所があり、ス
テッピングモータには微小位置決め性と高1−ルク性を
備えたアクチュエータが得られていなかった。Problems to be Solved by the Invention As described above, the conventional head actuator using a voice coil motor has the drawbacks of large volume and high power consumption, and an actuator with fine positioning performance and high 1-lux performance is available for stepping motors. It wasn't.
本発明は微小位置制御性と高トルク性を備えたアクチュ
エータ用のブラシレスモータを提供することを目的とす
る。An object of the present invention is to provide a brushless motor for an actuator that has minute position controllability and high torque performance.
問題点に解決するための手段
本発明のブラシレスモータは、内周に一定の角3一
度ピッチで複数の凹凸の磁極歯を具備する磁性体の回転
子コアと、この回転子コアとわずかな空隙を保って対向
すると共に前記回転子磁極歯と同角度ピッチの複数の磁
極歯を具備する複数の磁極歯群を有する磁性体の固定子
コアと、この固定子コアに装着された永久磁石と、前記
固定子コアに装着された複数個の多相のコイルと、前記
回転子コアと固定子コアとの空隙を一定に維持し回転子
を回転自在に支持する軸受装置と、前記固定子の外周上
または外周上付近に互いに位相の異なるピッチで配置さ
れた複数のセンサエレメントから構成され回転子磁極歯
を検出し互いに位相の異なる多相の電気信号を出力する
非接触センサとを備えたことを特徴とする。Means for Solving the Problems The brushless motor of the present invention includes a rotor core made of a magnetic material having a plurality of concave and convex magnetic pole teeth arranged at a constant angle of 3° on the inner periphery, and a rotor core with a slight air gap between the rotor core and the rotor core. a stator core made of a magnetic material and having a plurality of magnetic pole tooth groups facing each other while maintaining the same angular pitch as the rotor magnetic pole teeth, and a permanent magnet attached to the stator core; a plurality of multiphase coils attached to the stator core; a bearing device that maintains a constant gap between the rotor core and the stator core and rotatably supports the rotor; and an outer periphery of the stator. It is equipped with a non-contact sensor that is composed of a plurality of sensor elements arranged at pitches with different phases on the top or near the outer circumference, detects the rotor magnetic pole teeth, and outputs multiphase electrical signals with different phases. Features.
作用
この構成により、トルクステッピングモータと同様のり
ラフタンス変化に基づいて発生し、比較的小電力で大き
なトルクを発生できる。また、コギングが小さいことか
ら微小位置決めにも適しており、さらに回転子の磁極歯
位置を検出して電流−4=
を切替えることにより、トルクリップルのない滑らかな
動きが得られるものである。Function: With this configuration, the torque is generated based on the change in the roughness similar to that of a stepping motor, and a large torque can be generated with a relatively small amount of electric power. Furthermore, since the cogging is small, it is suitable for minute positioning, and by detecting the position of the magnetic pole teeth of the rotor and switching the current -4=, smooth movement without torque ripple can be obtained.
実施例
以下、本発明の一実施例のブラシレスモータについて図
面を参照しながら説明する。EXAMPLE Hereinafter, a brushless motor according to an example of the present invention will be described with reference to the drawings.
第4図に原理図を示す。この図は本発明のモータを直線
状に展開したものである。固定子コアは磁極歯群A、B
、Cを有するコア(12)とA、■。Figure 4 shows the principle diagram. This figure shows the motor of the present invention developed in a straight line. The stator core has magnetic pole tooth groups A and B.
, a core (12) with C and A, ■.
Cを有するコア(13)から成っている。(14)は回
転子コア、(15)は磁石である。磁極歯群A、B、C
のとき、それぞれの磁極歯群のパーミアンス変化は歯形
状を工夫することにより正弦波として扱うことができ、
次式のように表現できる。It consists of a core (13) with C. (14) is a rotor core, and (15) is a magnet. Magnetic pole tooth groups A, B, C
When , the permeance change of each magnetic pole tooth group can be treated as a sine wave by devising the tooth shape.
It can be expressed as the following formula.
(以下余白)
P^=Po+Paogθ P K= P
a P cog 0PB=Pn十Pcog(θ−12
0°) PII=Po P cog(θ−120°
)Pc=P、+Pcog(θ−240°) p5==
pIIPaog(θ−240°)P、。:歯対向時パー
ミアン人PII、in:歯非対向時パーミアンスθ=2
π・(−)
又、永久磁石のつくる磁束は、
3Φm=永久磁石のつくる平均磁束
(以下余白)
次にコイル電流を次のように流す。(Left below) P^=Po+Paogθ P K= P
a P cog 0PB=Pn0Pcog(θ-12
0°) PII=Po P cog(θ-120°
) Pc=P, +Pcog(θ-240°) p5==
pIIPaog(θ-240°)P,. : Permian PII when teeth are facing, in: Permeance θ = 2 when teeth are not facing
π・(-) Also, the magnetic flux created by the permanent magnet is: 3Φm=average magnetic flux created by the permanent magnet (blank below) Next, a coil current is caused to flow as follows.
■八” IO’ ginθ IK=
L ’ 111110IB=IO−□。(θ−1
20°) IW=−Io’n1n(θ−120°)I
(!= In−11111(θ−240°)IC=−I
。−、、(θ−240°)これによりコイルのつくる磁
束は、
Φ。^=−N−P^・ ■八 Φ。N=−N−P
K−INΦ。B=−N−P[I・In Φ。訂=−
N−PII−I[Φ。(j= N−Pc” Ia
Φa6= N−P(!−IσNニー磁極歯群のコイ
ル巻数
各相の磁束はΦ、とΦ。の和となり、
ができる。■8” IO' ginθ IK=
L' 111110IB=IO-□. (θ−1
20°) IW=-Io'n1n(θ-120°)I
(!= In-11111 (θ-240°) IC=-I
. -,, (θ-240°) The magnetic flux created by the coil is Φ. ^=-N-P^・ ■8 Φ. N=-N-P
K-INΦ. B=-N-P[I・In Φ. Edit=-
N-PII-I [Φ. (j= N-Pc" Ia
Φa6=NP(!-IσN Number of coil turns of the knee pole tooth group The magnetic flux of each phase is the sum of Φ and Φ., and the following is obtained.
RA= Ro−ro。、θ RK” R6+ r
aomθRB:R(1rcog(θ−120°)
RI=RO+ raog(θ−120°)Rc= R,
−r 66、(θ−240’ ) Rty’= Ro
+ r cog (θ−240″′)R工、:歯非対向
時磁気抵抗、R,、、。:歯対向時磁気抵抗各相推力は
、
束密度、S、:永久磁石断面積)
となり、理論的にコギング、トルクリップルのない動き
をすることができる。RA=Ro-ro. , θ RK” R6+ r
aomθRB:R(1rcog(θ-120°)
RI=RO+raog(θ-120°)Rc=R,
-r 66, (θ-240') Rty'= Ro
+ r cog (θ-240″′) R, : Magnetic resistance when the teeth are not opposed, R,...: Magnetic resistance when the teeth are opposed, Each phase thrust is: Flux density, S: Cross-sectional area of permanent magnet) Theoretically, it is possible to move without cogging or torque ripple.
コギング、トルクリップルが理論的にないことは、位置
精度が良くなることにつながる。即ち、位置決めを害す
る外乱れが少くなり、制御ループのゲインを大きくする
必要がなくなくって、機械的な共振点を低くできるので
、構造や組み立てが簡単にできる。The theoretical absence of cogging and torque ripple leads to improved positional accuracy. That is, external disturbances that impair positioning are reduced, there is no need to increase the gain of the control loop, the mechanical resonance point can be lowered, and the structure and assembly can be simplified.
第2図(a) (b)は本実施例の外観図で、第1図は
横断面図、第3図は第1図のA−A’断面図である。内
周に同一角度ピッチで歯を形成している回転子コア(5
)は、外フレーム(6)とともにシャフト(8)にとり
つけられ、固定子コア(1)にとりつけられた軸受装置
により回転自在に支持される。2(a) and 2(b) are external views of this embodiment, FIG. 1 is a cross-sectional view, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA' in FIG. 1. A rotor core (5
) is attached to the shaft (8) together with the outer frame (6), and rotatably supported by a bearing device attached to the stator core (1).
一方、固定子コア(1)にはコイル(4)が巻回されて
おり、永久磁石(2)とヨーク(3)が取付けられてお
リ、軸受装置(9)とともに内フレーム(11)に固定
される。更に、位置検出器(7)が固定子コア(])の
外周円弧上に配置され内フレーム(11)に取りつけら
れる。この位置検出器(7)は回転子磁極歯の凹凸を非
接触で検出するもので、磁気抵抗素子や光学的検出手段
等を用いる。位置検出器(7)の出力信号により、各相
コイルに通電指令を与えるので、常に最適相のコイルが
選択されて通電され、効率のよいモータが得られる。第
3同断面図に示すように、固定子コア(1)は回転子コ
ア(5)の磁極歯に対して位相の異なる6つの磁極歯群
を基本単位としている。もちろん同一固定子コア(1)
内に複数の基本単位の磁極歯群を配置してもよい。本実
施例では二つの基本単位の磁極歯群からなる。On the other hand, a coil (4) is wound around the stator core (1), a permanent magnet (2) and a yoke (3) are attached, and the inner frame (11) is attached to the stator core (1) along with a bearing device (9). Fixed. Further, a position detector (7) is arranged on the outer circumferential arc of the stator core ( ) and attached to the inner frame (11). This position detector (7) detects the irregularities of the rotor magnetic pole teeth in a non-contact manner, and uses a magnetoresistive element, optical detection means, or the like. Since an energization command is given to each phase coil based on the output signal of the position detector (7), the optimum phase coil is always selected and energized, resulting in a highly efficient motor. As shown in the third cross-sectional view, the basic unit of the stator core (1) is six groups of magnetic pole teeth having different phases with respect to the magnetic pole teeth of the rotor core (5). Of course the same stator core (1)
A plurality of basic units of magnetic pole tooth groups may be arranged within. This embodiment consists of two basic units of magnetic pole tooth groups.
第5図に永久磁石の配置を示す。第5図(、)は本実施
例で採用している配置方法で二つの磁石をヨークでつな
いで磁気回路を構成している。(15)は固定子コア、
(16)は磁石、(17)はヨークである。Figure 5 shows the arrangement of permanent magnets. In FIG. 5(,), a magnetic circuit is constructed by connecting two magnets with a yoke using the arrangement method adopted in this embodiment. (15) is the stator core,
(16) is a magnet, and (17) is a yoke.
他に、固定子コアブロックの間に円周状に配置する第5
図(b)の方法や、厚み方向に配置する(c)の方法な
どがある。第5図(b)に才?いて(18)は固定子コ
ア、(19)は磁石、第5図((7)において(20)
(21)は固定子コア、(22)は磁石である。In addition, a fifth
There are the method shown in FIG. (b) and the method shown in FIG. Figure 5(b) shows the difference? (18) is the stator core, (19) is the magnet, Fig. 5 ((20) in (7)
(21) is a stator core, and (22) is a magnet.
尚、実施例は3相の例を示したが、もちろん2相や他の
多相でもよい。In addition, although the example showed the example of three phases, it goes without saying that two phases or other multiphases may be used.
発明の効果
以−jZのように本発明のブラシレスモータは、内周の
一定の角度ピッチで凹凸の歯をもつ回転子コアと、回転
子磁極歯に対して位相の異なる磁極歯からなる固定子コ
アと、固定子コアの外周」−に配置されて回転子コアの
凹I″1の位置を検出する位置検出器を設けたため、発
生トルクの大きく、トルクリップル及びコギングの小さ
なモータを得ることができる。Effects of the Invention - As shown in the jZ, the brushless motor of the present invention has a rotor core having uneven teeth at a constant angular pitch on the inner circumference, and a stator consisting of magnetic pole teeth having a different phase with respect to the rotor magnetic pole teeth. Since a position detector is provided to detect the position of the recess I''1 of the rotor core, which is placed on the outer periphery of the core and the stator core, it is possible to obtain a motor that generates a large torque and has small torque ripple and cogging. can.
第1図は本発明ブラシレスモータの一実施例の縦断面図
、第2図は第1図のブラシレスモータののステータと磁
石取付の説明図、第6図と第7図は従来の磁気へソドア
クチュエータの説明図である。
(1)・・・固定rコア、(2)・・・永久磁石、(3
)用ヨーク、(4)・・・コイル、(5)・・回転f−
コア、(6)・・・外フレーム、(7)・・・位置検出
器、(8)・−シャツ1〜、(11)・・・内フレーム
代理人 森 本 義 弘
第l因
7−44闇火子コア
2・・−永捜戯〃
6−・・!司@J−コア
7−族敵に上巻
tll、シ\7ト
q−−一軸便唆!
第2凶
第3図
第5因
(尾2
1り
(lI))
q
第J≧図
(C)
第6凶
第7因Fig. 1 is a longitudinal sectional view of one embodiment of the brushless motor of the present invention, Fig. 2 is an explanatory diagram of the stator and magnet attachment of the brushless motor of Fig. 1, and Figs. It is an explanatory view of an actuator. (1)...Fixed r-core, (2)...Permanent magnet, (3
) yoke, (4)...coil, (5)...rotation f-
Core, (6)...Outer frame, (7)...Position detector, (8)...-Shirt 1~, (11)...Inner frame agent Yoshihiro Morimoto No. 1 cause 7-44 Yamiko Core 2...-Eisougi 6-...! Tsukasa @J-Core 7-family enemy has the first volume tll, Shi\7toq--Ischix instigation! 2nd evil figure 3rd cause 5th (tail 2 1ri (lI)) q 6th evil figure 7th cause
Claims (1)
備する磁性体の回転子コアと、この回転子コアとわずか
な空隙を保って対向すると共に前記回転子磁極歯と同角
度ピッチの複数の磁極歯を具備する複数の磁極歯群を有
する磁性体の固定子コアと、この固定子コアに装着され
た永久磁石と、前記固定子コアに装着された複数個の多
相のコイルと、前記回転子コアと固定子コアとの空隙を
一定に維持し回転子を回転自在に支持する軸受装置と、
前記固定子の外周上または外周上付近に互いに位相の異
なるピッチで配置された複数のセンサエレメントから構
成され回転子磁極歯を検出し互いに位相の異なる多相の
電気信号を出力する非接触センサとを備えたブラシレス
モータ。1. A rotor core made of a magnetic material having a plurality of concave and convex magnetic pole teeth at a constant angular pitch on the inner circumference, and a rotor core that faces the rotor core with a slight air gap and has the same angular pitch as the rotor magnetic pole teeth. a stator core made of a magnetic material having a plurality of magnetic pole tooth groups including a plurality of magnetic pole teeth; a permanent magnet attached to the stator core; and a plurality of multiphase coils attached to the stator core. and a bearing device that maintains a constant gap between the rotor core and the stator core and rotatably supports the rotor;
A non-contact sensor that is composed of a plurality of sensor elements arranged on or near the outer circumference of the stator at pitches of mutually different phases, detects rotor magnetic pole teeth, and outputs multiphase electric signals having mutually different phases. Brushless motor with.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1055885A JPS61170271A (en) | 1985-01-22 | 1985-01-22 | Brushless motor |
DE3590633A DE3590633C2 (en) | 1984-12-10 | 1985-12-10 | |
DE19853590633 DE3590633T (en) | 1984-12-10 | 1985-12-10 | |
PCT/JP1985/000680 WO1986003629A1 (en) | 1984-12-10 | 1985-12-10 | Brushless motor |
GB08619706A GB2179803B (en) | 1984-12-10 | 1985-12-10 | Brushless motor |
US07/273,141 US4970423A (en) | 1984-12-10 | 1988-10-25 | Stepper motor with a rotor teeth sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1055885A JPS61170271A (en) | 1985-01-22 | 1985-01-22 | Brushless motor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61170271A true JPS61170271A (en) | 1986-07-31 |
Family
ID=11753578
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1055885A Pending JPS61170271A (en) | 1984-12-10 | 1985-01-22 | Brushless motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61170271A (en) |
-
1985
- 1985-01-22 JP JP1055885A patent/JPS61170271A/en active Pending
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