JPS59501971A - 反転磁石カツプを有するブラシレス直流モ−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】 反転磁石カップを有するブラシレス直流モータ発明の背景 本発明はブラシレス直流モータに関係し、特に回転ディスクシステムに用いるた めに設計されたブラシレス直流モータに関係する。更に、本発明は回転要素の全 てが７つのバランス状態にあるユニットとしてバランスを取ることが出来るブラ シレス直流モータに関係する。

磁気ディスク記憶システムなどの回転要素を備える電子装置にブラシレス直流モ ータを使用することは普通になっている。これにはλつの理由がある。即ち、（ １）かかる装置の回転速度は正確に制御されなければならす、又、ブラシレス直 流モータは、その電子制御システムと共に、正確な速度制御が容易に達成される ととを可能にし、そして、（２）ブラシレス直流モータは機械的な支持構造の７ 体部分になされ、それにより空間及びコストを共に節約することが出来る。

ブラシレス直流モータを使用する若干の場合にはモータの回転要素は許容レベル にバランスを取られなければならない。正しいバランスレベルが得られないと、 モータを用いた電子装置は所望通り機能出来ないか、又は不均衡により導入され る動揺からベアリングに応力がかかるためにモータの寿命が短縮される。

ブラシレス直流モータのバランス運転はモータの各回転要素を個別にバランスさ せることによシ先行技術で実現されている。次に各回転要素が組立てられ、そし て組立てられたユニットの正しいバランス動作がチェックされる。他の付加的な バランス動作が要求される場合が多い。

モータが、例えばその保守のために、又はそれが用いられる全システムの保守の ために分解されなければならない場合、それが再組立てされる時付加的なノ々ラ ンス動作が要求される。このことは、モータの個々の構成要素が、それ等の分解 以前程正確に再組立てされることがないためである。この付加的なバランスステ ップを回避するために１つの方法が先行技術では用いられている。即ち、（１） 個々のモータ要素が十分な公差を得るように製造され、従って構成要素の再組立 ての方法とは無関係に適正バランスが保証されるか、又は、（２）キーピン、及 び整合調整孔が構成要素内に選択的に配置され、これによって再組立て毎に要素 間に固定関係が維持される。十分な公差を与えること、キービンや調整孔を用い ることなどによってモータは再バランスさせる必要なしに再組立てが可能となる が、これ等の方法は、モータのコストを上げるので不利である。

従って、ここで必要と々ることは、低コストであることと、回転要素の所望のバ ランスを維持することが最早問題にならなくなるような簡単なブラシレス直流モ ータを設計することなどである。

３ 発明の要約 本発明は、モータの回転要素がモータに組込まれる以前にそれ等のバランスを取 ることが出来、更に、モータの組立て後余分のバランス操作を必要としないブラ シレス直流モータを与えることを目的とする。

本発明は、更に、再組立て後バランスを取ることなしに、必要に応じて、分解、 再組立てが可能なモータを与えることを目的とｌる。

本発明は、全ての回転要素をサブアセンブリとして組立て得るブラシレス直流モ ータの設計にょシ上記の目的及び他の目的を満足するものである。ここで前記の 小アセンブリはバランスが得られ、且っモータの固定要素として組込まれる。従 って固定相に組込む以前にバランスが取られ、且つそれ以上付加する部品のない 回転要素は固定要素との組立て後頁にバランスを取ることが不要となる。

更に、モータの回転要素はバランスの取れたサブアセンブリとして定義されるた め、該アセンブリを分解する必要がない。従って、モータの分解が必要な時は常 に、バランスの取れたサブアセンブリはモータの固定要素から直ちに除去可能で あシ、又それに再設置可能である。しかもバランスの取れたサブアセンブリは再 バランス操作を決して必要としない。

本発明のバランス化されたＩドアセンブリに含まれる回転要素はシャフトと、ス ピンドルハブ（回転ディスク又は複数のディスクがこれに固定される）、及びカ ップアセンブリ（ここに永久磁石が固定される）とからなる。従来の方法ではカ ップアセンブリはカップアダプタを用いたシャフトの／端部に固定され、スピン ドルハブはシャフトの他の端部に固定されなければならなかったが、本発明はカ ップアセンブリとスピンドルハブとがシャフトの同一端部に都合よく固定されて なる独自の小アセンブリを与える。従って、組立て及びバランスが一旦取られる と、このサブアセンブリは決して分解されることを必要としない。

図面の簡単な説明 本発明の上記の目的及びその他の目的、更に利点並びに特徴は次に記載の図面を 参照して説明される好ましい実施例の以下に続く説明から一層明らかになろう。

第１図は先行技術のブラシレス直流モータの断面図であり、バランスを必要とす る回動要素並びにこれ等の要素がモータの定常要素と共に組立てられる方法とを 示すものである。

第２図は、本発明に従って設計されたブラシレス直流モータの断面図でアシ、第 １図と同じ詳細が示して以下の説明は本発明を実施する現時点で最良と考えられ る方法を与えるものであ°る。本説明は本発明の一般原理を説明することを目的 として与えられるもので夕 あシ、何等の制限も与えるものではない。本発明の真の範囲は添付した請求の範 囲を参照することにょシ与見られ得る。

本発明の特徴並びに利点をより一層十分に理解するためには、先行技術において ディスク駆動用途に用いられた従来のブラシレス直流モータを更に詳細に説明す ることが先ず必要である。ががるモータを第１図の断面図に示す。モータの回動 要素はシャフト１０．スピンドルハブ／／、カップアダプター７２．及び回動磁 石カップ／３とからなる。実線の長方形／４を及び／ｊとして図示したように複 数個の永久磁石が回転磁石カップ／３の内部エツジに固定される。

モータの固定要素は、長方形／７及び／ざとして図示されたように、周辺に配列 された複数個のモータ磁石を有するスピンドルハウジング／乙からなる。これ等 の磁石は通常は電磁石であり、該電磁石は所望極性の直流を磁石に関係するコイ ル巻線に通電することによって励磁される。

回転要素のシャフト１０は玉軸受、、２０〜！７にょシ固定要素のスピンドルハ ウシングー乙に支持される。

玉軸受けは、回転要素及び固定要素か、又はそのいずれにも属さないもののいず れかの７部と考えることが出来るが、それは、通常は、内部レース（軸受けを支 承する）、２．乙〜、２７はシャフト１０と共に回転し、外して静止しておシ、 又、玉軸受け２０〜２３は内外レース間を回転して回転要素の負荷を支承するた めである。図には玉軸受けが示されであるが、これは、適当な回転軸受は機構、 例えば、ローラ軸受け、玉軸受け、チーｉｅ状ピン軸受けなどに対して珍しいも のではない。

固定要素のスピンドルハウシング／２が、モータを用いている装置の機械的構造 のマウント３０に取付けられる。その固定方法は本発明にとって重要ではない。

従来の直流モータにおいては（ブラシレスモータではない）、磁石はモータの固 定部分の７部をなすものである。これ等の磁石は永久磁石か、又は電磁石であシ 、モータハウジング内に設けたコイルに適切な直流電流を流すことによって励磁 される。モータ巻線はモータの回転部分の７部をなす。直流が、整流子、即ち、 溝が刻まれ、絶縁された銅の（又は、その他の導電材料）セグメントを通して巻 線に供給され、前記の整流子は、該整流子にすれ合う炭素ブラシを通して回転シ ャフトの７部にされる。整流子のセグメント対がモータ巻線の個々の対に電気的 に接続される。／対のモータ巻線における電流が磁場を生成し、該磁場はモータ の固定部分における固定磁石の磁場に対向し、従ってシャフトの回転を惹起する ｉ口武力が発生する。シャフト、従って整流子の回転につれて、異なるモータ巻 従ってシャフトの回転が継続される。従来の直流モー７ これに対して、ブラシレス直流モータの固定要素はモータの固定要素の７部であ り、又、永久磁石は回転要素の７部である。殆んどのトルクを発現させるために 、永久磁石は、通常は、シャフトの中心線から可能な限り半径方向に隔置されて いる。従って、シャフト１０の側面に単に磁石を取り付けるよりも、第１図に示 したように、磁石カップアセンブリー３を用いて磁石を半径方向の最大間隔位置 に配置するようにする。

かくして、第１図において、永久磁石／≠〜／ｊはシャフト１０の中心線から最 大距離に、モータ巻線／７〜／ｇの反対側に配置される。直流が適当なモータ巻 線対に電気的に切替えられ、これによシ磁力が生成さｔ１該磁力は永久磁石、従 ってモータの全回転要素の回転を惹起する。

ブラシレス直流モータの回転速度は容易に測定可能であると都合がよい。例えば 、溝付き板をモータの回転部分の７部にすることが出来る。かかる板の溝が光源 と感光ダイオードとの間を通過すると、モータの回転速度に比例する周波数を有 するパルス列が生成される。このパルス列を用いてモｉり巻線への電流の切シ替 えを制御することが出来、従２てモータの速度が正確に制御可能になる。

この様にして、ブラシレス直流モータの速度を正確に制御することが出来ること により、かかるモータを多くの用途、例えばディスク駆動装置など従来の直流モ ータでは出来なかった応用に利用することが可能になる。しかしながら、かかる 応用は、又、回転要素の正確なバランスを必要とする。既に説明したように、第 １図に示したモータなどを正確にバランスさせることは可能であるが、このバラ ンスはモータが分解されると失われるものである。これを更に説明してみると、 シャフト１０及びスピンドルハブ／／（第１図を参照）は別々の金属片から製造 される。次に、このスピンドルハフ／／ハ、例エバ、（インターフアランスフイ ツト１ｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｉｔ　）により、シャフト１０に永久に固定 される。次に、得られたサブアセンブリが動的にバランスを取られる。このバラ ンス動作は、通常は、所望の速度で物体を回転させ、そして、例えばス）ローブ 光などによってインバランス量を測定することにより行われる。物体は停止され 、インバランスに等しいとされた物質の量が、通常は表面加工、又は孔あけによ って物体の適切々部分から除去される。物体は再び回転され、何等かのインバラ ンスが再度測定される。

この過程は、残留インバランス量が所定の制限内になる迄反復される。

カップアダプタ／２及び回転磁石カッ′ｆ／３が同様にしてバランスを取られな けＲばならない。回転要素１０〜／ｊ全てのバランスが取られると、それ等の要 り 素は固定要素と共に再組立され、完全なモータアセンブリが実現される。用途に よって許容されるインバランス量によっては、得られた完全なモータアセンブリ は更にバランスを取る必要が生じることもある。又、既に説明したように、モー タがその後も分解されなければならない場合は、回転部分の製造に使われたコス トと事柄に依存はするが、再組立時に、バランス操作が再度必要となる可能性が 十分にある。

第２図は本発明に従って構成されたブラシレス直流モータの断面図である。図か られかるように、回転磁石カップ’Ｉ−３は、永久磁石ｐ＋〜ｇｔと共にシャフ ト１０の対向端部の代シに（先行技術が示したように）スピンドルハブ／／に取 シ付けられ、モータ巻線≠７〜ｔｔｇはスピンドルハウジング≠乙のスピンドル ハブ端部に位置づけられる。磁石弘≠〜１ｌ−ｊ（これ等単−のドーナツ形コア 片で、選択的に磁化されたものが、或いは複数個の個々の磁化片である）はカッ プ≠３に固定され、これによって、モータ巻線４１７〜≠どの外面の選択された 並置関係（シャフトの回転位置に依存して）が維持される。シャフト１０は軸線 ｊ０を明石に回転する。ディスクｊ２は、通常はその内部に中心孔ｊｌＩを有し 、ディスク駆動にモータが用いられる時、スピンドルハブ／／に保合する。

本発明のこれ等の特徴によシ、モータの回転要素の全て、即ち、シャフト１０． スピンドルハブ７７２回転磁石カップ≠３．及び永久磁石グ≠〜４’、５−が従 来の製造法により製造されることが可能になる。要素のバランスが取られるよう になっているため余分のコストは必要ない。次に、回転要素は単一のコンパクト なサブアセンブリに組付けられる。このサブアセンブリは上記の様にしてバラン スが取られる。次にバランスを得たサブアセンブリはモータの固定要素に設置さ れ得る。

本発明の独自な特徴は、回転アセンブリがサブアセンブリに一旦組合わされると 、それ等を分解する必要性がなくなるという点にある。従って、一旦バランスが 取られると、回転サブアセンブリは余分のバランス操作を必要とすることなしに 、設置され、除去され、再設置てれるこの特徴は、唯１つのサブアセンブリのバ ランスを取るだけで済み、又、７度だけバランス操作をするだけで済むため、モ ータアセンブリの製造保守コストを大きく低減させる。

一見簡単な変化ではあるが、回転磁石カップ／３゜永久磁石／グ〜／３．及びモ ータ巻線／７〜／ｇとを第２図に示されたモータハウジングのスピンドルハブ端 部に配置することは先行技術を大きく前進させるものである。

出願者に公知の先行技術によるディスク駆動ブラシレス直流モータは、全てスピ ンドルか−らシャフトの対向端部に磁石カップ／３を配置し、これによシシャフ トの長さに沿ってのモータの慣性をよシ一層平等に分布させることが可能となる 。かかる慣性力の分布は、先行技術において示されたように、必要なものであシ 、従って、シャフトの全長に沿う回転シャフトの応力が適切に分布され、又、モ ータハウシング内に多かれ少かれ中心を置く慣性モーメントが維持されることに なる。第２図に示されるようにモータの慣性力の殆んどをシャフトの／端部に結 合することによって先行技術が示唆する問題は惹起されなくなる。これに対する 理由は、本発明の構成においてなされるような簡単で安価な方法で適切な動的バ ランスを達成し且つ維持することによシ、もしそうでなければモータの不均一な 慣性力分布を（即ち、シャフトの／端に結合されたモータの慣性の殆んど）無視 出来ないものにするような摩耗及び歪みなどが低減されるという点にあると考え られている。いずれにしても、第２図に示しだモータ構成を用いてこれまでに得 られた成果は驚く程、又予測出来力かった程満足出来るものである。

従って、本発明は、それが与える利点のために、本発明者の雇い主の製造するデ ィスク駆動製品の多くのものに使用されるために計画されるものでおる。

’ＦＩＧＵＲＥ　Ｉ。

ＦＩＧＵＲＥ　２゜ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／、　ハウジングと、 該ハウジング内に摩擦低減回転のために固定されたシャフトと、 前記ハウジングの外部面周囲に配置されたモータ巻線と、 前記シャフトの第１端部に固定されたスピンドルハブと、 該スピンドルハブに固定された磁石カップとからなシ、該磁石カップはこれに固 定された少なくとも／っの永久磁石を有し、これによシ該磁石は前記のモータ巻 線の外部面との、選択・並置された無接触関係を維持してなるブラシレス直流モ ータ。 ２、　前記のシャフトと、スピンドルハブと、磁石カップとは第１の機械的アセ ンブリからなシ、そして前記のハウジングとモータ巻線とは第２の機械的アセン ブリからなシ、又、ここに、前記の第１アセンブリは前記の第２アセンブリに着 脱自在に固定され、これによシ前記モータの選択された分解と再組立とが許容さ れてｉる請求の範囲第１項に記載のブラシレス直流モータ。 ３　前記の第１アセンブリは前記シャフトの長手軸線を中心に回転するために、 動的にバランスを取られてなる請求の範囲第２項に記載のブラシレス直流モータ Ｏ 弘　前記の第２アセンブリは、前記第１及び第２のアセンブリが共に固定される 時前記のシャフトを支持する摩擦低減ベアリングを含んでなる請求の範囲第３項 に記載のブラシレス直流モータ。 よ　ディスク駆動装置に用いられるために与えられ、モータ巻線を有し、該巻線 がその外面周囲に選択的に隔置されてなるハウジングと、該ハウジングを前記デ ィスク駆動装置に固定する装置と、 前記ハウジングに回転自在に固定されたシャフトと、該シャフトの第７端部に固 定され、上部側面が前記のディスク駆動装置によシ駆動されるべきディスクの中 心を係合させるように適合されてなるスピンドルハとも７つの永久磁石を備え、 そして、該磁石が前記のモータ巻線の外面と選択・並置された無接触関係を維持 するように位置づけられた磁石カップとからなる改良式の低コスト、コンノやク トプラシレス直流モータ。 乙、　前記のシャネト、スピンドルハブ、及び磁石カップが第１アセンブリに組 込まれ、且つ該第１アセンブリを前記ハウジングに固定する以前に前記シャフト の中実軸線の周シで動的にバランスされてなる請求の範囲第５項に記載の改良式 の低コスト、コンパクトブラシレス直流モータ。 ／≠ ７　前記の第１アセンブリは前記のハウジングから選択的に脱着され、これにょ シ前記モータは保守又は他の目的のために分解され、前記第１アセンブリを分解 する必要なしに再組立てされ、更にこれにょシ前記の第１アセンブリは初期バラ ンス動作の後に動的にバランスされる必要がない請求の範囲第４項に記載の改良 式低コスト、コンｉ？クトなブラシレス直流モータ。 ｇ、　前記のモータはハウジングと、該ハウジングの外面に固定され、これにょ シ該ハウジングの中央長手軸線に直交する面内に実質的に位置する固定巻線と、 シャフトと、スピンドルハブと、前記ハウジングと巻線の直径以上の内直径を有 する磁石カップとを有してなシ、 （、）　前記の磁石カップの内周面の周囲に複数個の永久磁石を選択的に隔置す るステップと、（ｂ）　前記のスピンドルハブを前記のシャフトの第１端部に固 着するステップと、 （ｃ）　前記の磁石カップを前記のスピンドルハブのシャフト側面に固着し、こ れにょシ前記のシャフトと、ハブと、磁石カップからなる第１のアセンブリを形 成するステップと、 （ｄ）　前記の第１アセンブリを前記のシャフトの中央長手軸線の周りで動的に バランスさせるステップと、 （ｅ）　前記の第１アセンブリを前記のハウジングに回転自在且つ着脱自在に固 定し、これによシ、前記ハウジングとシャフトの長手軸線が一致し、かくして前 記磁石カップの磁石が前記巻線と物理的に接触せずに該モータ巻線とほぼ同一面 内で回転してなるステップ とから力るコン／Ｆクト、低コストのブラシレス直流モータの製造法。 ／