(57)【要約】【課題】磁界の分布を局所的に変えることにより、エアベアリング構造を回転時に安定させ且つ振動量を減少させることで、モーターの信頼度と使用寿命を高め、且つ軸心に対して溝の加工を施さなくても良いエアベアリング構造を有するモーターを提供する。【解決手段】エアベアリング構造を有するモーター１は軸心１１、回転子１３、固定子１２及び磁性体１４を含む。前記回転子１３は前記軸心１１に設けられ、且つ前記軸心１１との間にエアギャップ１５を有し、これによりエアベアリング構造が形成される。前記固定子１２は前記回転子１３に設けられ、且つ前記回転子１３との間にエアギャップ１５を有している。前記磁性体１４は前記固定子１２の周縁に隣接して設けられる。【選択図】図１
2008048590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心、
複数のコイルが環状に設けられた固定子、
前記軸心及び前記固定子の間に設けられ且つ前記軸心との間にエアギャップを形成する回転子、及び、
前記固定子の周縁に設置される磁性体を含むモーター。
【請求項２】
前記磁性体は前記複数のコイルのいずれかのコイル上に設置されることを特徴とする請求項１に記載のモーター。
【請求項３】
前記磁性体は永久磁石であることを特徴とする請求項２に記載のモーター。
【請求項４】
前記永久磁石は磁石或いは磁性ヨークであることを特徴とする請求項３に記載のモーター。
【請求項５】
前記磁性体は軟性磁石であることを特徴とする請求項２に記載のモーター。
【請求項６】
前記軟性磁石は鉄、コバルト、又はニッケルで構成されることを特徴とする請求項５に記載のモーター。
【請求項７】
前記磁性体はシリコン鋼片であることを特徴とする請求項２に記載のモーター。
【請求項８】
前記磁性体は前記複数のコイルのいずれかのコイル上に設置された追加のコイルであることを特徴とする請求項１に記載のモーター。
【請求項９】
モーターの回転時に前記追加のコイルに電流を流し磁力を発生させることを特徴とする請求項８に記載のモーター。
【請求項１０】
前記磁性体は前記固定子の内周縁に埋め込まれることを特徴とする請求項１に記載のモーター。
【請求項１１】
前記磁性体は磁石或いは磁性ヨークの永久磁石であることを特徴とする請求項１０に記載のモーター。
【請求項１２】
軸心、
複数のコイルが環状に設けられた固定子、及び、
前記軸心及び前記固定子の間に設けられ且つ前記軸心との間にエアギャップを形成する回転子を含み、
前記複数のコイルのうち少なくとも一つのコイルの巻き数がその他のコイルの巻き数と異なるモーター。
【請求項１３】
前記少なくとも一つのコイルは隣合う二つのコイルであることを特徴とする請求項１２に記載のモーター。
【請求項１４】
前記少なくとも一つのコイルは、一つのコイルを隔てた二つのコイルであることを特徴とする請求項１２に記載のモーター。
【請求項１５】
前記少なくとも一つのコイルは、互いに隣り合う三つのコイルであることを特徴とする請求項１２に記載のモーター。
【請求項１６】
軸心、
複数のコイルが環状に設けられた固定子、
前記軸心及び前記固定子の間に設けられ且つ前記軸心との間にエアギャップを形成する回転子、及び
前記回転子に環状に設けられ且つ少なくとも一つの開口を有する鉄リングを含むモーター。
【請求項１７】
前記少なくとも一つの開口は、前記鉄リングの一部の端部或いは中央に位置することを特徴とする請求項１６に記載のモーター。
【請求項１８】
前記鉄リングはヨークであることを特徴とする請求項１６に記載のモーター。
【請求項１９】
軸心、
複数のコイルが環状に設けられた固定子、
前記軸心及び前記固定子の間に設けられ且つ前記軸心との間にエアギャップを形成する回転子、及び、
前記回転子と前記固定子の間に環状に設けられ且つ少なくとも一つの開口を有する鉄リングを含むモーター。
【請求項２０】
前記回転子は、前記軸心から離れる方向に向けて延伸し且つ前記複数のコイルに相対する箇所に永久磁石が設置された延伸部を有することを特徴とする請求項１９に記載のモーター。
【請求項２１】
前記少なくとも一つの開口は前記鉄リングの一部の端部或いは中央に位置することを特徴とする請求項１９に記載のモーター。
【請求項２２】
前記鉄リングはヨークであることを特徴とする請求項１９に記載のモーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモーターに関し、特にエアベアリング構造を有するモーターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今の電子製品は日ごとに小型化され、モーターの役割もますます重要となり、特に高回転速度モーターが求められる。従ってこれに対応した技術が急速に発展している。モーターの回転速度が高まったことにより、ベアリングと回転軸の間は高精度の回転、小さい摩擦係数、低振動及び高い使用寿命という要求に符合しなければならない。エアベアリングを有するモーターがこれらの回転条件に符合できる。
【０００３】
従来技術のエアベアリングは、モーターの振動及び過大な振れの問題を克服するために、エアベアリングの周辺壁上に溝を加工形成する方式を採用し、回転軸が回転する時のエアベアリング周辺壁との隙間の気流圧力をバランスさせることによって、軸心の安定を達成する。従来技術は、軸心の溝を加工する時、通常放電加工の技術を使用し、それは、微細電極を利用して電極工具とし、もう１つの電極を被加工物とし、両電極の間に微小な隙間を保持し放電を発生させ、放電により引き起こされた熱作用（電離、熔融、蒸発）及び力学作用（放電、爆発）により、一方で回転切削ししながら、一方で経路に沿って進め、フライス加工に類似する方式を形成するものである。そのほかにも、化学エッチング方式を利用し、溝を加工形成できる。しかし、これらの方式は手間が掛かり、時間も掛かり、複雑で、コストが高いことに加え、極めて高い加工精度も必要となり、生産は容易でないので、改善の必要がある。
【０００４】
よって、エアベアリング構造を有するモーターを如何に提供して、上述の問題を解決するか、且つエアベアリング構造の回転時の振動量を下げることによって、モーターの信頼度と使用寿命を如何に高めるかが重要の課題となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、磁界の分布を局所的に変えることにより、エアベアリング構造を回転時に安定させ且つ振動量を減少させることで、モーターの信頼度と使用寿命を高め、且つ軸心に対して溝の加工を施さなくても良いエアベアリング構造を有するモーターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達するために、本発明のエアベアリング構造を有するモーターは、軸心、回転子及び固定子を含む。前記回転子は前記軸心に設けられ且つ前記軸心との間にエアギャップを形成し、これによりエアベアリング構造が形成される。前記固定子は前記軸心と互いに連接され且つ前記固定子は前記回転子の外側に位置し、及び前記固定子の周りに複数のコイルが設けられる。前記固定子は磁性体を有し、元の固定子と回転子との間の磁力のモーメントを変えることができる。よって、本発明のモーターの回転時に、前記回転子が前記磁性体の磁力のモーメント作用のために、前記磁性体の方向にいくらか傾くことになる。即ち、モーター内部の磁界強度分布が変わる。よって、軸心と前記回転子の間のエアギャップは、前記磁性体から離れた部分より近くの部分のほうがいくらか大きくなる。即ち、軸心と回転子の間のエアギャップが不均一に分布される。そのような等間隔でないエアギャップは回転子の回転時に、軸心の振動量を減少することができる。よって、本発明のモーター固定子の軸心は溝を必要としない。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に基づくエアベアリング構造を有するモーターは、永久磁石或いはヨークをエアベアリングの隣に設ける方式、或いは固定子外側のコイルの巻き数を変える方式、或いは固定子の鉄リングの面積を減少させる方式を利用し、磁界の磁力作用を変える。
【０００８】
これによりエアベアリング構造の回転時に、そのエアギャップが不均一に分布されることで、軸心を安定させ且つ振動量を減少する。従来技術と比べて、本発明のエアベアリング構造を有するモーターは永久磁石或いはヨークの磁性体の設置により、モーター内部の磁場強度分布を変えることができ、さらにエアベアリング構造の回転を安定させることで高速モーターの信頼度と使用寿命を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の上記の目的、特徴、長所等をさらに分り易く、図面をもって下記の通り説明を行う。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態に依るエアベアリング構造を有するモーターにおいて同じ部材は同じ参照符号で説明を加える。図示されているすべてのモーターは、（Ａ）の部分は前記モーターの上面図であり、（Ｂ）の部分は前記モーターの（Ａ）部分に示すＸ―Ｘ’に沿った断面図であり、及び（Ｃ）の部分は前記モーターの側面図である。
【００１１】
図１を参照すると、本発明に基づくエアベアリング構造を有するモーターの第一実施形態である。モーター１は軸心１１、固定子１２、回転子１３及び磁性体１４を含む。前記固定子１２の外周面に複数のコイル１２１が設けられている。前記回転子１３は前記軸心１１及び前記固定子の間に設けられ、且つ前記軸心１１との間にエアギャップ１５を有しており、これによりエアベアリング構造が形成される。前記磁性体１４は前記複数のコイル１２１のいずれかのコイルの上に隣接して設けられる。本実施形態で前記磁性体１４は例えば、磁石或いは磁性ヨークの永久磁石、或いは鉄、コバルト、又はニッケルが材料の軟性磁石或いはシリコン鋼片である。前記エアベアリング構造は、前記回転子１３が前記軸心１１及び固定子１２の間に設けられ、エアギャップ１５が形成されることにより生ずる。即ち前記軸心１１がエアベアリング構造の内周部分であり、及び前記回転子１３がエアベアリング構造の外周部分である。
【００１２】
本実施形態で、前記モーター１の回転時に前記磁性体１４の磁気モーメントの影響で、前記回転子１３が前記磁性体１４の方向に向けていくらか偏移（偏って移動）するため、エアギャップ１５の前記磁性体１４の一方向の距離は、前記磁性体１４の一方向とは反対の方向の距離より大きい。即ち、磁性体１４の近くの一側のエアギャップのほうが大きく、磁性体１４より離れる他側のエアギャップのほうが小さい。このエアギャップ１５の不均一分布により、前記軸心１１が前記回転子１３の回転時に安定し且つ振動が容易に生じない。
【００１３】
図２は本発明に基づくエアベアリング構造を有するモーターの第二実施形態である。モーター１Ａの基本構造及び作動原理はすべて第一実施形態のモーターと同じであり、前記軸心１１と回転子１３の間にエアギャップ１５Ａを形成する。その他の部材はここで繰り返し述べない。本第二実施形態と第一実施形態の異なる点は、磁性体１４Ａは追加のコイル構造で、これを第一実施形態の磁石と置き換えた点である。故に前記モーター１Ａの回転時に、前記磁性体１４Ａのコイルは電流によって磁力を生じるため、前記回転子１３が前記磁性体１４Ａに向け偏移でき、前記エアギャップ１５Ａが不均一分布となる。よって、前記軸心１１が前記回転子１３の回転時に安定し且つ振動が容易に生じない。
【００１４】
図３は本発明に基づくエアベアリング構造を有するモーターの第三実施形態である。モーター１Ｂの基本構造及び作動原理はすべて第一実施形態のモーター１と同じであり、ここで繰り返し述べない。本実施形態と第一実施形態の異なるところは、図で示されている磁性体１４Ｂは前記固定子１２の内周縁に埋め込まれ、前記回転子１３は前記磁性体１４Ｂの磁気モーメントにより前記磁性体１４Ｂのある位置に向けいくらか偏移し、前記軸心１１と前記回転子１３の間のエアギャップ１５Ｂが不均一に分布される。よって、前記軸心１１が前記回転子１３の回転時に比較的に安定し且つ振動を容易に生じない。本実施形態では、前記磁性体１４Ｂは磁石或いは磁性ヨークの永久磁石である。
【００１５】
図４は本発明に基づくエアベアリング構造を有するモーターの第四実施形態である。モーター２は軸心２１、固定子２２及び回転子２３を含む。前記固定子２２は複数のコイル２２１を有し、且つ前記回転子２３は前記軸心２１及び固定子２２の間に設けられてエアギャップ２５を形成し、これによりエアベアリング構造が形成される。即ち、前記軸心２１は前記エアベアリング構造の内周部分であり、及び前記回転子２３はエアベアリング構造の外周部分である。
【００１６】
本実施形態は第一、第二及び第三実施形態の磁性体はないが、前記複数のコイル２２１の中のいずれかのコイルの巻き数を変化させることで、前記固定子２２の周囲の均一な磁気モーメントに変化を生じさせる。図４が示すコイル２４のように、その巻き数はその他のコイル２２１とは異なる。仮に前記コイル２４の巻き数がその他のコイル２２１より大きい場合、前記回転子２３は前記コイル２４の磁気モーメントの影響で前記コイル２４に近づく、即ち、前記エアギャップ２５の前記コイル２４に向く隙間が比較的大きくなる。仮に、前記コイル２４の巻き数がその他のコイル２２１より小さい場合、前記回転子２３は前記コイル２４の磁気モーメントが比較的に小さい影響で前記コイル２４から遠ざかる、即ち、前記エアギャップ２５の前記コイル２４に向く隙間が比較的小さくなる。よって、前記コイル２４は同様に前記軸心２１と前記回転子２３の間のエアギャップ２５の不均一の分布を引き起こし、前記軸心２１を前記回転子２３の回転時に安定させ且つ振動を容易に生じさせない。
【００１７】
本第四実施形態の変化は上述の単一のコイルの巻き数の変化に限らず、隣り合わせの二つのコイル、或いは一つのコイルを隔てた二つのコイル、或いは互いに隣り合う三つのコイルの巻き数の変化でもよい。これらの変化は、固定子周囲の磁気モーメントの不均一を生じさせ、前記回転子が磁気モーメントの影響を受け、さらに回転子と回転子の間のエアギャップを不均一とさせるものであれば良い。
【００１８】
図５Ａは本発明に基づくエアベアリング構造を有するモーターの第五実施形態である。モーター３は軸心３１、固定子３２及び回転子３３を含む。前記回転子３３は外周部分３３１及び前記外周部分３３１周縁の外側の永久磁石３３２を含む。前記回転子３３は前記軸心３１と前記固定子３２との間に設けられ、前記回転子３３と軸心３１の間にエアギャップ３５を形成し、これによりエアベアリング構造が形成される。前記固定子３２の周囲に複数のコイル３２１が設けられている。本実施形態では、前記モーターの外周に鉄リング３４が設けられ、前記鉄リング３４は、その一部の端部に相対する二つの開口３４１を有するヨークから構成される。図５Ｂは図５Ａが示すモーター３の概略図であり、さらに明確に前記鉄リング３４の構造を示す。
【００１９】
本実施形態では、前記二つの開口３４１が前記鉄リング３４の磁気モーメントを前記回転子３３に対し不均一とさせるため、モーター３の回転時に、回転子３３は前記開口３４１に対し離れる方向に偏移し、即ち、前記エアギャップ３５は、前記二つの開口３４１に向く方向の距離が小さく、且つ前記二つの開口３４１から離れる方向の距離のほうが大きくなる。このエアギャップの不均一は軸心３１を回転子３３の回転時に安定させ且つ振動を容易に生じさせない。
【００２０】
図６Ａは本発明に基づくエアベアリング構造を有するモーターの第六実施形態である。本実施形態のモーター３Ａは図５Ａのモーター３に類似しており、同じの部材はここで繰り返し述べない。異なる点は、前記回転子３３と軸心３１の間にエアギャップ３５Ａを形成することにより、エアベアリング構造を形成させ、及び前記モーター３Ａの周囲には鉄リング３４Ａを設け、前記鉄リング３４は一部の中央に開口３４１Ａを有するヨークから構成される点である。図６Ｂは図６Ａが示すモーター３Ａの概略図であり、さらに明確に前記鉄リング３４Ａの開口３４１Ａを示す。本実施形態では、前記開口３４１Ａが前記鉄リング３４Ａの磁気モーメントを前記回転子３３に対し不均一にさせるため、モーター３Ａの回転時に、回転子３３は前記開口３４１Ａの方向より離れ、即ち、前記エアギャップ３５Ａは、前記開口３４１Ａの方向に向く距離のほうが小さく且つ前記開口３４１Ａから離れる方向の距離のほうが大きくなる。このエアギャップの不均一は軸心３１を回転子３３の回転時に安定させ且つ振動を容易に生じさせない。
【００２１】
図７は本発明に基づくエアベアリング構造を有するモーターの第七実施形態である。モーター４は軸心４１、固定子４２及び回転子４３を含む。前記固定子４２の周囲には複数のコイル４２１が設けられている。前記固定子４２と軸心４１の間に鉄リング４４が設けられる。前記回転子４３は外リング４３１及び永久磁石４３２で構成される。前記外リング４３１は前記軸心４１及び前記鉄リングの間にも環状に設けられ、前記外リング４３１と軸心４１の間にエアギャップ４５が形成され、これによりエアベアリング構造が形成される。前記外リング４３１はさらに前記軸心４１から離れるように延伸し、前記複数のコイル４２１と相対する所に前記永久磁石４３２が設けられる。図７の中で、（Ｃ）の部分の側面図は回転子４３及びその外リング４３１及び永久磁石４３２の構造を省略している。
【００２２】
本実施形態では、前記鉄リング４４は、一部の端部に相対する二つの開口４４１を有するヨークから構成される。よって、モーター４の回転時に、回転子４３は前記開口４４１の方向に向け偏移するため、前記エアギャップ４５は前記二つの開口４４１に向く方向の距離のほうが大きく且つ前記二つの開口から離れる方向４４１の距離が比較的に小さい。このエアギャップの不均一が軸心４１を回転子４３の回転時に比較的に安定させ且つ振動を容易に生じさせない。
【００２３】
図８は本発明に基づくエアベアリング構造を有するモーターの第八実施形態である。モーター４Ａは図７が示すモーター４に類似しているので、同じ符号の部材はここで繰り返さない。前記固定子４２と軸心４１の間に鉄リング４４Ａを設ける。前記回転子４３は外リング４３１及び永久磁石４３２で構成される。前記外リング４３１は前記軸心４１及び前記鉄リング４４Ａの間に環状に設けられ、前記外リング４３１と軸心４１の間にエアギャップ４５が形成され、これによりエアベアリング構造が形成される。前記外リング４３１はさらに前記軸心４１から離れる方に延伸し、前記複数のコイル４２１と相対するところに前記永久磁石４３２が設けられる。図８で（Ｃ）の部分の側面図は回転子４３及びその外リング４３１及び永久磁石４３２の構造を省略している。前記鉄リング４４Ａは一部の中央に開口４４１Ａを有するヨークから構成される。よって、モーター４Ａの回転時に、回転子４３は前記開口４４１Ａの方向に向け偏移するため、前記エアギャップ４５Ａは前記開口４４１Ａの方向に向く距離のほうが大きく且つ前記開口４４１Ａから離れる方向の距離が比較的に小さい。このエアギャップの不均一が軸心４１を回転子４３の回転時に比較的に安定させ且つ容易に振動を生じさせない。
【００２４】
上述したように、本発明に基づくエアベアリング構造を有するモーターは、永久磁石或いはヨークをエアベアリング構造の隣に設ける方式、或いは固定子のコイルの巻き数を変える方式を利用し、磁界の磁力作用を変え、回転時にエアベアリング構造のエアギャップを不均一に分布させることで、安定させ且つ振動量を減少する。従来技術と比べて、本発明は磁性体の構造の設置により、モーター内部の磁場強度分布を変えることができ、軸心を安定させる効果を提供し、軸心に対して加工をする必要はない。
【００２５】
以上、好適な実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれら実施例に限定はされないと解されるべきであり、つまり本発明は、（当業者であれば自明であるような）各種変更および均等な構成を包含するものである。上に掲げた実施例は、本発明の原理を説明するための最良の態様を提示すべく選択し記載したものである。即ち、添付の特許請求の範囲は、かかる各種変更および均等な構成が全て包含されるように、最も広い意味に解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のエアベアリング構造を有するモーターの第一実施形態の概略図である。
【図２】本発明のエアベアリング構造を有するモーターの第二実施形態の概略図である。
【図３】本発明のエアベアリング構造を有するモーターの第三実施形態の概略図である。
【図４】本発明のエアベアリング構造を有するモーターの第四実施形態の概略図である。
【図５Ａ】本発明のエアベアリング構造を有するモーターの第五実施形態の概略図である。
【図５Ｂ】本発明のエアベアリング構造を有するモーターの第五実施形態の概略図である。
【図６Ａ】本発明のエアベアリング構造を有するモーターの第六実施形態の概略図である。
【図６Ｂ】本発明のエアベアリング構造を有するモーターの第六実施形態の概略図である。
【図７】本発明のエアベアリング構造を有するモーターの第七実施形態の概略図である。
【図８】本発明のエアベアリング構造を有するモーターの第八実施形態の概略図である。
【符号の説明】
【００２７】
１，１Ａ，１Ｂ，２，３，３Ａ，４，４Ａ  モーター
１１，２１，３１，４１  軸心
１２，２２，３２，４２  固定子
１３，２３，３３，４３  回転子
１４，１４Ａ，１４Ｂ，２４  磁性体
１５，１５Ａ，１５Ｂ，２５，３５，３５Ａ，４５，４５Ａ  エアギャップ
１２１，２２１，３２１，４２１  コイル
３３１，４３１  外リング
３３２，４３２  永久磁鉄
３４，３４Ａ，４４，４４Ａ  鉄リング
３４１，３４１Ａ，４４１，４４１Ａ  開口
【図１】
2008048590.tif 000003
【図２】
2008048590.tif 000004
【図３】
2008048590.tif 000005
【図４】
2008048590.tif 000006
【図５Ａ】
2008048590.tif 000007
【図５Ｂ】
2008048590.tif 000008
【図６Ａ】
2008048590.tif 000009
【図６Ｂ】
2008048590.tif 000010
【図７】
2008048590.tif 000011
【図８】
2008048590.tif 000012