JP2004040840A - 偏平モータ - Google Patents

Abstract

【課題】薄型化が可能で特性の経時変化が少なく信頼性が高い偏平モータを提供する。
【解決手段】リング状駆動マグネット３を備えたロータ１を軸支する軸受１０を軸受取付平面部１２内に固着し、その外側の駆動コイル取付面部１３上に駆動マグネット３と対向して駆動コイル４を同心状に配列固着したステータヨーク６の軸受取付平面部１２を軸中心の円形平面とし、駆動コイル取付面部１３を、軸上に頂点を持つ略円錐の側面の一部であって、軸から遠ざかるに従ってロータ１から離れる方向の傾斜形状にすると共に軸受取付平面部１２と駆動コイル取付面部１３との連接部に屈曲の折り目１４を形成した。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動マグネット駆動コイルとが平面で対向する、いわゆるアキシャルギャップ型の偏平モータに係り、特に薄型化が必要なフレキシブルディスクドライブ（ＦＤＤ）用スピンドルモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
駆動マグネットと駆動コイルとが平面で対向するように構成されたいわゆるアキシャルギャップ型偏平モータは、ＦＤＤ用等の多くの装置に用いられている。この従来のＦＤＤ用偏平モータの一例を図９及び図１０により説明する。図１０は半断面図である。
まず、図１０において、ロータ１００は、軟磁性体よりなるロータヨーク２０に、リング状駆動マグネット３０を接着等により取り付けることにより構成され、このリング状駆動マグネット３０の下端面には多極の駆動磁極が着磁されている。
【０００３】
一方、ロータ１００の下方に位置するステータ５０は、磁気回路の一部となる軟磁性体よりなる平板状のステータヨーク６０上に輪状の駆動コイル４０を接着等により複数個環状に取り付けることにより構成されている。
また、上記ロータ１００には、回転中心となるシャフト８０が取り付けられており、更にシャフト８０は、上記ステータ５０の中心に軸受７０を介して回転自在に支持されている。
【０００４】
そして、この駆動コイル４０と上記駆動マグネット３０との間には、ロータ１００の回転時にこれらが干渉しないように僅かな隙間ｄ１が設けられている。
駆動コイル４０に所定の電流を流すことで回転磁界が発生し、この回転磁界と駆動磁極からの磁界との相互作用により回転駆動力が発生してロータ１００は回転する。
【０００５】
近年、市場からはＦＤＤ用スピンドルモータの更なる小型軽量化が強く要求されており、モータの厚みを薄くしつつその動作効率を上げるため、駆動マグネット３０には吸引力の強い希土類マグネットが使用される。
このため、組み立てた状態でステータヨーク６０は駆動マグネット３０に強く吸引されて駆動マグネット３０へ近づく方向に変形し、駆動マグネット３０と駆動コイル４０との間隔ｄ１が、外周方向にいくに従って狭くなる現象が起こる。
【０００６】
そこで、実開平６−１１１６３号公報に開示されているような、ステータヨーク６０を回転中心から遠ざかるに従ってロータ１００の反対方向へ湾曲させて椀型に形成した構造が提案されている（図９（ｂ）参照）。
これは、図９（ａ）に示すように、ステータヨーク６０を、ロータ１００を組み立てた状態で駆動マグネット３０と駆動コイル４０との間隔ｄ１ができるだけ適切になるような椀型に形成したものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般的に、駆動マグネットと駆動コイルとの間の隙間が狭いほど、駆動マグネットから発生する磁束が有効に駆動コイルと鎖交して回転トルクが向上する。従って、モータは高効率となってより薄型化できる。
しかしながら、前述の椀型に形成したステータヨークにおいては、駆動マグネットとステータヨークとの間に作用する強い吸引力によるステータヨークの変形が一様ではないため、径方向において駆動コイルとステータヨーク間の間隔には狭いところと広いところが生じてしまう。
具体的には、駆動コイルから回転軸側に向かっては、接近して狭く、反対の外形方向に向かっては漸次広がった形状に変形する。
従って、隙間ｄをより小さくすることには限界があってモータの更なる薄型化が困難という問題があった。
【０００８】
また、経時的にモータの特性が変化して信頼性に劣るという問題があった。
それは、強い吸引力によりステータヨークの変形が経時的に、また、外部からの熱的負荷により顕著に変化するクリープ現象が発生することによる。このクリープ現象により、駆動マグネットと駆動コイル間の隙間が狭くなって、最悪の場合、回転中にこれらが干渉して破壊するという問題が生じていた。
そこで本発明が解決しようとする課題は、薄型化が可能で特性の経時変化が少なく信頼性が高い偏平モータを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本願発明は手段として次の構成を有する。
即ち、請求項１は、軸８と多極の駆動磁極を有するリング状の駆動マグネット３とを備えたロータ１と、前記ロータ１を回転自在に軸支する軸受１０を固着した軸受取付平面部１２と、前記軸受取付平面部１２の外側に連接して延在し、前記駆動マグネット３と対向するように複数の駆動コイル４を前記軸と同心状に配列固着した駆動コイル取付面部１３とを有するステータヨーク６とを備えた偏平モータにおいて、前記軸受取付平面部１２を前記軸を中心とした円形の平面部とし、前記駆動コイル取付面部１３を、前記軸上に頂点を有する略円錐の側面の一部であって、前記軸から遠ざかるに従ってロータ１から離れる方向の傾斜形状にすると共に前記軸受取付平面部１２と前記駆動コイル取付面部１３との連接部１４に屈曲の折り目を形成したことを特徴とする偏平モータである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図６及び図８を用いて説明する。
【００１１】
図１は、本発明の偏平モータの実施例における要部を説明する平面図及び断面図であり、
図２は、本発明の偏平モータの実施例における要部示す平面図及び断面図であり、
図３は、本発明の偏平モータの実施例における要部を説明する平面図であり、
図４は、本発明の偏平モータの実施例を示す半断面図であり、
図５は、本発明の偏平モータの実施例を示す概略斜視図であり、
図６は、本発明の偏平モータの実施例の効果を説明する磁束線分布図であり、
図８は、本発明の偏平モータの実施例の効果を説明する図である。
【００１２】
本発明の実施例の斜視図を図５に示す。始めに概略について説明する。
図３，図４において、ロータ１は、軟磁性体からなるロータヨーク２にリング状駆動マグネット３を磁気吸引により取り付けることで構成され、この駆動マグネット３のステータ側端面３Ａ（図の下側面）には多極の駆動磁極が着磁される。
また、ロータ１には回転中心となる軸（以下シャフト）８が取り付けられる。
【００１３】
一方、ロータ１の下方に位置するステータ５は、磁気回路の一部となる軟磁性体よりなる略板状のステータヨーク６上に輪状の駆動コイル４を接着剤により複数個取り付けて構成される。
更に、上記ステータ５の中心には円形の開口部６Ａが設けられ、この開口部には焼結含油軸受１０がかしめにより固着されている。
そして、シャフト８は、焼結含油軸受１０とスラストボール軸受１１とで構成された軸受ユニット９を介して回転自在に支持されている。
【００１４】
図２はステータヨーク６の平面図とそのＡ−Ａ断面図とを示しており、ステータヨーク６に固着した焼結含油軸受１０の外側には、前述のように輪状の駆動コイル４が軸を中心とした同心状に接着剤で複数個配列固着され、さらにその外側の電子部品取付面部１５には図示しない電子部品が半田等により固着される。
ロータ１とステータ５とを組み合わせた状態で、この駆動コイル４と駆動マグネット３との間にはロータ１の回転時に両部材が干渉しないように僅かな隙間ｄが設けられる（図３及び図４参照）。
次に、ステータヨーク６の形状について詳述する。
【００１５】
図１，図２において、ステータヨーク６は珪素鋼板を基材とした回路基板を兼ねたプリント基板として形成される。
ステータヨーク６は、焼結含油軸受１０を固着する面を含んだ軸受取付面部１２が回転軸を中心とした円形の平面で形成され、その外側の駆動コイル４を取り付ける駆動コイル取付面部１３を、回転軸上に頂点がある略円錐の表面の一部として軸から遠ざかるに従ってロータ１から離れる方向に傾斜する形状に形成される。
そして、軸受取付面部１２と駆動コイル取付面部１３の連接部１４は、塑性変形によって屈曲させて折り目がつくように形成される。
【００１６】
この連接部１４は、偏平モータの組み立て後においても屈曲側から見て明確に屈曲線が認められる程度に屈曲形成され、実施例では、ステータヨークの回転軸から外形までの寸法Ｌ＝２３ｍｍに対して回転軸を中心として直径φ＝１５ｍｍの位置に連接部を設けている。
このステータヨーク６を用いて偏平モータを組み立てると、駆動マグネット３がステータヨーク６を吸引してこれを近づける方向に変形させ、駆動マグネット３の駆動コイル側の側面３Ａと、これに対向する駆動コイル４の駆動マグネット側の側面４Ａとは略平行に位置される。この状態を図３，図４に示す。
【００１７】
連接部１４においては、曲げ強度が他部分よりも際だって高いためにロータ側への吸引が抑制されると共に、連接部１４は回転中心から離れた位置に設けられ、その位置が駆動コイル取付面部の変形の支点となるため、中心から離れた分だけ変形重量が減少して駆動コイル取付面部は吸引が増強される結果、反りＤ１（図３参照）は極めて小さくなる。そして、駆動マグネット３と駆動コイル４間の隙間ｄは、その軸に近い側と遠い側での差が極めて少なくなるので、隙間ｄをより狭くして更なる薄型化が可能となる。
【００１８】
連接部１４の屈曲量は、駆動マグネット３の吸引力と最適な隙間ｄとの関係で適宜設定され、実施例ではＤ０＝０．１〜０．１５ｍｍにされる。
図１，図２に示した組立て前のステータヨーク６は、変形を誇張して描かれている。
一方、軸受取付部１２は平面で形成されるので、焼結含油軸受１０を、角度の精度をより良く取り付けることができる。
【００１９】
以上説明した実施例の偏平モータの効果を、（Ｉ）シミュレーションと（ＩＩ）信頼性試験とにより評価したのでその結果を順次詳述する。
（Ｉ）シミュレーション評価
従来の偏平モータと本発明の実施例の偏平モータとにおける磁気吸引によるステータヨークの変形の違いを、有限要素法によるシミュレーションで分析評価した結果を図６，図７に示す。これらの図は、ロータヨーク及びマグネットによるステータヨークの変形状態をそれぞれ有限要素法により解析した図である。
【００２０】
ロータヨーク１０２はロータヨーク２，２０を、また、マグネット１０３はマグネット３，３０を、そしてステータヨーク１０６ａ，１０６ｂは実施例と従来例のステータヨーク６，６０をそれぞれシミュレーションモデル化したものである。
【００２１】
マグネット１０３，ロータヨーク１０２及びステータヨーク１０６ａ，１０６ｂは磁気回路を構成しており、図６（ａ）及び図７（ａ）は、実施例及び従来例の偏平モータにおける磁気吸引のない状態のマグネットとステータヨークのシミュレーションモデルの半断面を示す図であり、図６（ｂ）及び図７（ｂ）は、実施例及び従来例の偏平モータにおけるマグネットと磁気回路を構成するステータヨークの磁路のシミュレーション結果を示す図であり、更に図６（ｃ）及び図７（ｃ）は、図６（ｂ）及び図７（ｃ）の状態でステータヨーク１０６ａ，１０６ｂがマグネット１０３にどの様に吸引されるかを次の（１）式を用いて計算して示した図である。マグネット１０３は、その断面を斑点表示にて示す。
【００２２】
（１）式は、シミュレーションのパラメータを、
Ｆｓ：吸引力，Ｒ１：マグネット１０３の内径，Ｒ２：マグネット１０３の外径Ｂ：磁束密度函数，θ：角度，ｒ：中心からの距離，μ０：透磁率
として吸引力Ｆｓを表した式である。
【数１】

【００２３】
図６（ｃ）に示すように、本実施例のステータヨーク１０６ａはマグネット１０３に略平行に変形保持されている。
これに対して図７（ｃ）に示す従来例の椀型ステータヨーク１０３ｂは、回転軸に近い部位Ｐでマグネット１０３に一部が位置的に干渉する一方、外周部では間隔が広がっており、一様な隙間を得られていない。
以上のように、シミュレーションにより、実施例のステータヨーク６が駆動マグネット３の吸引により反りの少ない形状に保持されモータとして好ましい性能を得られることが判った。
【００２４】
（ＩＩ）信頼性評価
従来例の偏平モータにおけるステータヨーク６０の変形は、外部からの熱的負荷により大きく変化していたのに対し、本発明の偏平モータにおけるステータヨークでは、この変化は大幅に抑制されている。
この熱的負荷による変化及び経時変化を調べるため、信頼性試験を以下の４項目で実施した。
（ａ）常温・常湿（２５℃　６０％ＲＨ）　２ｈ放置
（ｂ）高温・高湿（６０℃　９０％ＲＨ）　２ｈ放置
（ｃ）低温（０℃）　２ｈ放置
（ｄ）熱衝撃
（６５℃１ｈ→２５℃０．２５ｈ→４５℃１ｈ→２５℃１ｈを１回）
【００２５】
従来例の偏平モータと実施例の偏平モータを上記（ａ）〜（ｄ）の試験に供し、ステータヨークの反りＤ２，Ｄ１の試験前後での変化率をそれぞれ調べた。その結果を図８に示す。ここで、反りＤ１は実施例での変化率であり図３に示され、反りＤ２は従来例での変化率であり図９に示されるものである。
この結果から、従来例の反りＤ２の変化率を１００％としたときの実施例の反りＤ１の変化率は約５５％〜７０％であり、その変化が極めて少なくなっていることがわかった。
従って、実施例の偏平モータは、その特性の経時的変化が極めて少なく信頼性に優れたものである。
本願発明の実施例は、上述した構成に限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本願発明の偏平モータは、駆動マグネットの吸引によるステータヨークの反りが小さく、駆動マグネットと駆動コイルとの隙間の軸に遠い側と近い側とでの差を極めて少なくできるので更なる薄型化が可能で、さらに、ステータヨークの強度が高く形状変化率が小さいので特性の経時変化が少なく信頼性が高いという効果を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の偏平モータの実施例における要部を説明する平面図及び断面図である。
【図２】本発明の偏平モータの実施例における要部示す平面図及び断面図である。
【図３】本発明の偏平モータの実施例における要部を説明する概略図である。
【図４】本発明の偏平モータの実施例を示す部分半断面図である。
【図５】本発明の偏平モータの実施例を示す斜視図である。
【図６】本発明の偏平モータの実施例の効果を説明する磁束線分布図である。
【図７】従来の偏平モータを説明する磁束線分布図である。
【図８】本発明の偏平モータの実施例の効果を説明する図である。
【図９】従来の偏平モータを説明する概略図である。
【図１０】従来の偏平モータを説明する半断面図である。
【符号の説明】
１　ロータ
２　ロータヨーク
３　駆動マグネット
４　駆動コイル
５　ステータ
６　ステータヨーク
８　シャフト（軸）
９　軸受ユニット
１０　焼結含油軸受
１１　スラストボール軸受
１２　軸受取付面部
１３　駆動コイル取付面部
１４　連接部（折り目）
１５　電子部品取付面部
Ｄ０，Ｄ１，Ｄ２　反り
ｄ，ｄ１　隙間

Claims (1)

1. 軸と多極の駆動磁極を有するリング状の駆動マグネットとを備えたロータと、前記ロータを回転自在に軸支する軸受を固着した軸受取付平面部と、前記軸受取付平面部の外側に連接して延在し、前記駆動マグネットと対向するように複数の駆動コイルを前記軸と同心状に配列固着した駆動コイル取付面部とを有するステータヨークとを備えた偏平モータにおいて、
   前記軸受取付平面部を前記軸を中心とした円形の平面部とし、
   前記駆動コイル取付面部を、前記軸上に頂点を有する略円錐の側面の一部であって、前記軸から遠ざかるに従ってロータから離れる方向の傾斜形状にすると共に前記軸受取付平面部と前記駆動コイル取付面部との連接部に屈曲の折り目を形成したことを特徴とする偏平モータ。

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