(57)【要約】【課題】コギングが無く、トルク効率が高く、低電流化を図ること。【解決手段】三相コイル（３４）を含むステータと、このステータと対向して回転可能に配置され、回転軸の外周にＳ極およびＮ極が交互かつ等間隔に着磁された永久磁石（７）を含むロータと、から構成されたスロットレスブラシレスモータ（３０）において、三相コイル（３４）を構成するＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの隣接するもの同士が、各コイルの実質的に半分の幅に相当する部分が周方向において互いに重なり合うように、配置されている。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相コイルを含むステータと、該ステータと対向して回転可能に配置され、回転軸の外周にＳ極およびＮ極が交互かつ等間隔に着磁された永久磁石を含むロータと、から構成されたスロットレスブラシレスモータであって、
前記三相コイルを構成するＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの隣接するもの同士が、各コイルの実質的に半分の幅に相当する部分が周方向において互いに重なり合うように、配置されていることを特徴とするスロットレスブラシレスモータ。
【請求項２】
前記スロットレスブラシレスモータは、前記ロータが前記ステータの外側に配置されたアウターロータ型スロットレスブラシレスモータである、請求項１に記載のスロットレスブラシレスモータ。
【請求項３】
前記三相コイルが、積層コアの外周面に絶縁物を介して巻回されている、請求項２に記載のスロットレスブラシレスモータ。
【請求項４】
前記スロットレスブラシレスモータは、前記ロータが前記ステータの内側に配置されたインナーロータ型スロットレスブラシレスモータである、請求項１に記載のスロットレスブラシレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スロットレスブラシレスモータに関し、特に、光ディスクドライブ等に使用され、それに挿入された光ディスクを回転駆動するためのスピンドルモータ等として使用されるスロットレスブラシレスモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクドライブでは、それに挿入された光ディスクを回転駆動するためのスピンドルモータを備えている。この種のスピンドルモータとしては、一般に、ブラシレスモータが使用されている。
【０００３】
以下、図１を参照して、一般的なブラシレスモータについて説明する。尚、図示のブラシレスモータは、特許文献１に開示されているものである。
【０００４】
図１に於いて、スピンドルモータ１はフレーム２上に設けられている。フレーム２の上面には回路基板３が配設されると共に、中央に軸受ハウジング４が立設されている。軸受ハウジング４に軸受５が嵌着されている。
【０００５】
スピンドルモータ１はロータヨーク６を備えている。このロータヨーク６は、図１に示されるように、浅い逆凹字形に形成され、中央部にボス６ａが立設されている。このロータヨーク６の外周内側面には円環状のロータマグネット７が嵌着されている。このロータマグネット７は、Ｓ極およびＮ極が交互かつ等間隔に着磁された永久磁石である。ロータマグネット７の内側には放射状に複数個のティース８が配設されている。これらティース８の各々にはコイル９が巻回されている。コイル９は回路基板３上に形成されている。
【０００６】
このような構成において、コイル９に駆動電流を流すと、その周りに磁界が生じる。この発生した磁界がロータマグネット７に作用することによりスピンドルモータ１が回転駆動する。これにより、ボス部６ａに固着されたディスクホルダ２０およびこのディスクホルダ２０に嵌合される光ディスク（図示せず）が時計廻りに回転することになる。
【０００７】
軸受５にはスピンドルモータ１の回転軸１０が回転自在に軸着されている。この回転軸１０をロータヨーク６に突設したボス部６ａの孔部６ｂに嵌合して、ロータヨーク６と回転軸１０とが一体的に回転できるように構成されている。
【０００８】
ロータヨーク６のボス部６ａの外周面にはディスクホルダ２０の中心部に開穿された嵌合孔２１が嵌合される。この嵌合孔２１を形成する積層孔壁部２１ａが下方へ突設されてロータヨーク６のボス部６ａに嵌合孔２１が嵌着できるように構成されている。
【０００９】
尚、本発明は、ディスクホルダ２０自体については関係しないので、その詳細な説明については省略するが、その詳細を知りたい方は、特許文献１を参照されたい。
【００１０】
とにかく、ボス部６ａの外周側面には、ディスクホルダ２０の中心部に開穿した嵌合孔２１が嵌合され、ディスクホルダ２０を回転軸１０の回転に同調して一体的に回転できるように構成されている。
【００１１】
前述したように、複数個のティース８は周方向に等間隔に形成されており、突極とも呼ばれる。
【００１２】
ところで、上記のブラシレスモータは、隣り合うティース８とティース８との間の空間部が、ティース８に比べてロータマグネット（永久磁石）７の対向部位の磁極（以下、「ロータの磁極」という。）の磁気抵抗を大きくする。このため、ロータの磁極がティース８とティース８との間の空間部に対向するときと、ロータの磁極がティース８に対向するときとでは、ロータの回転トルクに差を生じる。ロータ回転中に生ずるこのようなトルク変動は、この技術分野において「コギング」と呼ばれている。そして、コギングによるトルク変動の大きさはコギングトルクと呼ばれる。
【００１３】
コギングトルクが大きい場合、ブラシレスモータの回転速度の変動を生じ、回転の円滑さが損なわれ、高性能化が図れないことになる。
【００１４】
コギングトルクを軽減するために、ティースを無くしたスロットレスブラシレスモータが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２では、絶縁フィルム上に導電性プリントコイルを形成してステータ巻線を形成し、小型化が可能なスロットレスブラシレスモータのステータ構造を得ている。詳述すると、上記導電性プリントコイルは、角状でかつうず巻き型に形成されていると共に、Ｕ相コイル、Ｖ相コール及びＷ相コイルが順次独立して形成されている。
【００１５】
また、本発明に関連する先行技術文献として、駆動コイルとして空芯コイルを用いるものにおいて、大きなトルクが得られ、回転が滑らかになるモータの駆動コイル構造がある（例えば、特許文献３参照）。この特許文献３では、駆動コイルを第１の空芯コイル部と第２の空芯コイル部とで構成している。第１の空芯コイル部と第２の空芯コイル部は、コイルの内周部の一部が重なり合うように周方向にずらして重ね合わせている。重ね合わせたコイル内周部は電気的に接続し、第１の空芯コイル部の外周部と第２の空芯コイル部の外周部とを外部接続用電極として用いている。
【００１６】
【特許文献１】
特開２００２−２８８９１０号公報
【００１７】
【特許文献２】
特開２００２−７８２６４号公報
【００１８】
【特許文献３】
特開平９−１９０９４号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献２に開示されているスロットレスブラシレスモータでは、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルが、互いに重ね合わされることなく、順次独立して形成されている。そのため、後で図面を参照して詳細に説明するように、トルク効率を高くすることが困難である。
【００２０】
一方、特許文献３に開示されているモータは、各駆動コイルを２つのコイル部に分割し、分割した２つのコイルを互いにずらして重ね合わせたものであって、隣接する駆動コイル同士を互いに重ね合わせたものではない。
【００２１】
それ故に本発明の課題は、コギングが無く、巻線効率が高く、低電流化を図ることができる、スロットレスブラシレスモータを提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、三相コイル（３４）を含むステータ（４，３１，３２，３３，３４）と、このステータと対向して回転可能に配置され、回転軸の外周にＳ極およびＮ極が交互かつ等間隔に着磁された永久磁石（７）を含むロータ（６，７）と、から構成されたスロットレスブラシレスモータ（３０）であって、三相コイル（３４）を構成するＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの隣接するもの同士が、各コイルの実質的に半分の幅に相当する部分が周方向において互いに重なり合うように、配置されていることを特徴とするスロットレスブラシレスモータが得られる。
【００２３】
上記スロットレスブラシレスモータは、ロータがステータの外側に配置されたアウターロータ型スロットレスブラシレスモータである。この場合、上記三相コイル（３４）は、例えば、積層コア（３１）の外周面に絶縁フィルム（３３）を介して巻回される。
【００２４】
また、上記スロットレスブラシレスモータは、ロータがステータの内側に配置されたインナーロータ型スロットレスブラシレスモータであっても良い。
【００２５】
尚、上記括弧内の参照符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
図２を参照して、本発明の一実施の形態に係るスロットレスブラシレスモータ３０について説明する。図示のスロットレスブラシレスモータ３０は、光ディスクドライブに使用され、それに挿入された光ディスクを回転駆動するためのスピンドルモータとして使用されるものである。また、図示のスロットレスブラシレスモータ３０は、図１に示されたブラシレスモータ１とは、ステータ（ステータアセンブリ）の構成が相違する点を除いて、実質的に同一の構成を有し、作用効果を奏する。したがって、図１のものと同様の機能を有するものには同一の参照符号を付して、それらの説明を省略する。
【００２８】
スロットレスブラシレスモータ３０のステータアセンブリ（ステータ）は、ロータマグネット７の内側に配設された積層コア３１を有する。この積層コア３１は、環状の鉄心３１１を複数枚積層することによって構成されている。この積層コア３１は、コアホルダ３２によって保持されている。積層コア３１の外周面には、円筒状の絶縁フィルム３３を介して複数個のコイル３４が、後述するように、周方向に配設されている。複数個のコイル３４は三相コイルを構成する。これらコイル３４とロータマグネット７とは、図２に示されるように、所定のギャップを空けて対向配置される。
【００２９】
図３に示されるように、各コイル３４は渦巻き状に形成されている。そして、図４に示されるように、各コイル３４はその約半分の位置でコイルの厚み分だけ曲率半径を変えるような形状とされる。
【００３０】
図５および図６に示されるように、互いに隣接するコイル３４は、各コイルの実質的に半分に相当する幅部分が周方向において互いに重なり合うように配置される。
【００３１】
図７に示されるように、各コイル３４は、三相コイルのＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルのいずれかを構成する。図７は三相コイルが１８個の例を示している。すなわち、三相コイルは、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルをそれぞれ６個ずつ有する。図７において、６個のＵ相コイルを、それぞれ、初段（第１段）から最終段（第６段）まで、Ｕ１コイル、Ｕ２コイル、・・・、Ｕ６コイルで区別して示している。同様に、６個のＶ相コイルを、それぞれ、初段（第１段）から最終段（第６段）まで、Ｖ１コイル、Ｖ２コイル、・・・、Ｖ６コイルで区別して示している。６個のＷ相コイルを、それぞれ、初段（第１段）から最終段（第６段）まで、Ｗ１コイル、Ｗ２コイル、・・・、Ｗ６コイルで区別して示している。近接するＵ相コイル同士の巻き終わり端子と巻き始め端子、近接するＶ相コイル同士の巻き終わり端子と巻き始め端子、近接するＷ相コイル同士の巻き終わり端子と巻き始め端子が、それぞれ、電気的に接続されるように、かつ、最終段のＵ相コイル（Ｕ６コイル）、Ｖ相コイル（Ｖ６コイル）、およびＷ相コイル（Ｗ６コイル）の巻き終わり端子が共通に電気的に接続されるように、結線される。
【００３２】
図５に示されるように、図示の例では、コイル３４の数が１８個あるので、各コイル３４の周方向の幅は、角度に換算して実質的に４０°ある。そして、実質的に２０°の角度に相当する幅だけ、隣接するコイル３４が周方向において重ね合わされた状態で配置される。
【００３３】
各コイル３４を構成するコイル線は、表面が絶縁された自己融着線で構成されている。したがって、１８個のコイル３４を、上述したように重ね合わせた状態で、加圧圧着することによって、図５に示されるように、全体として円形（円筒形）を成すように固定される。その後、図７に示されるように結線される。
【００３４】
このように、本発明によるスロットレスブラシレスモータ３０では、三相コイル３４を構成するＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの隣接するもの同士を、各コイルの実質的に半分の幅に相当する部分が周方向において互いに重なり合うように、配置しているので、トルク効率（巻線効率）を高めることができる。
【００３５】
以下、図８を参照して、本発明のように隣接するコイル同士を重ね合わせたスロットレスブラシレスモータと、特許文献２のような各コイルが独立に形成された（隣接するコイルの重ね合わせがない）スロットレスブラシレスモータとにおける、トルク効率を比較する。
【００３６】
図８において、（Ａ）は特許文献２に開示されたスロットレスブラシレスモータのトルク効率を説明するための図であり、（Ｂ）は本発明の実施の形態に係るスロットレスブラシレスモータ３０のトルク効率を説明するための図である。本例では、ロータマグネットの一周（３６０°）を１０°の角度ずつ１〜３６の連続番号で示してある。尚、番号１はロータマグネットの０°〜１０°の角度範囲を示す。
【００３７】
スロットレスブラシレスモータでは、そのロータを所定の回転方向に回転（正転）するために、三相コイルを構成するＵ相コイル、Ｖ相コイル、及びＷ相コイルのうち、２つのコイルには互いに逆方向の電流を流し、残りのコイルには電流を流さないように、三相コイルに流す電流を制御している。図８では、各コイルに流す電流の方向を上向き矢印“↑”と、下向き矢印“↓”で区別して図示している。電流を流さないコイルには、横棒“−”を付してある。各コイルにおいて、トルクに寄与するのは周方向両側の部分であり、両側部分では電流の流れる方向が互いに逆である。図示の例では、Ｕ相コイルとＶ相コイルとに互いに逆方向に電流を流し、Ｗ相コイルには電流を流さない状態を示している。
【００３８】
さらに、ここでは、次のことを仮定する。ロータマグネットのＮ極とコイルの上向き矢印“↑”で示す電流の方向とが対向するときおよびロータマグネットのＳ極とコイルの下向き矢印“↓”で示す電流の方向とが対向するときは、スロットレスブラシレスモータのロータに対して所定の回転方向（正転方向）に回転（正転）させるトルク（以下、「正転トルク」という。）が作用する。一方、ロータマグネットのＮ極とコイルの下向き矢印“↓”で示す電流の方向とが対向するときおよびロータマグネットのＳ極とコイルの上向き矢印“↑”で示す電流の方向とが対向するときは、スロットレスブラシレスモータのロータに対して所定の回転方向とは逆方向（逆転方向）に回転（逆転）させるトルク（以下、「逆転トルク」という。）が作用する。
【００３９】
最初に図８（Ａ）を参照して、特許文献２に開示されたスロットレスブラシレスモータのトルク効率について説明する。ここでは次のことを仮定する。ロータマグネットのＮ極及びＳ極の各極数は、６極で全体として１２極あるとする。換言すれば、ロータマグネットは３０°の角度間隔で磁極が反転している。一方、三相コイルを構成するＵ相コイル、Ｖ相コイル、およびＷ相コイルは、それぞれ、３個ずつあり、全体で９個のコイルがある。したがって、各コイルの幅は４０°の角度範囲を持ち、かつ、９個のコイルは、４０°の角度間隔で周方向に独立して配置される。
【００４０】
図８（Ａ）の最下行から明らかなように、ロータマグネットが０°〜５０°の角度範囲では、ロータマグネットに対して正転トルクＴｎが作用している。以下同様に、５０°〜６０°の角度範囲では逆転トルクＴｉが、６０°〜８０°の角度範囲では正転トルクＴｎが、１２０°〜１８０°の角度範囲では正転トルクＴｎが作用し、１８０°〜１９０°の角度範囲では逆転トルクＴｉが、１９０°〜２１０°の角度範囲では正転トルクＴｎが、２４０°〜２９０°の角度範囲では正転トルクＴｎが、２９０°〜３００°の角度範囲では逆転トルクＴｉが、３００°〜３２０°の角度範囲では正転トルクＴｎが、それぞれ、ロータマグネットに対して作用する。したがって、特許文献２に開示されたスロットレスブラシレスモータのトルク効率は５０％となる。
【００４１】
次に図８（Ｂ）を参照して、本発明の実施の形態に係るスロットレスブラシレスモータのトルク効率について説明する。ここでは次のことを仮定する。ロータマグネット７のＮ極及びＳ極の各極数は、６極で全体として１２極あるとする。換言すれば、ロータマグネット７は３０°の角度間隔で磁極が反転している。一方、三相コイルを構成するＵ相コイル、Ｖ相コイル、およびＷ相コイルは、それぞれ、６個ずつあり、全体で１８個のコイルがある。したがって、各コイルの幅は４０°の角度範囲を持ち、かつ、１８個のコイルは、２０°の角度間隔で周方向に重ね合わされた状態で配置される。
【００４２】
図８（Ｂ）の最下行から明らかなように、ロータマグネット７が０°〜４０°の角度範囲では、ロータマグネット７に対して正転トルクＴｎが作用している。以下同様に、４０°〜５０°の角度範囲では逆転トルクＴｉが、５０°〜１００°の角度範囲では正転トルクＴｎが、１００°〜１１０°の角度範囲では逆転トルクＴｉが、１１０°〜１６０°の角度範囲では正転トルクＴｎが、１６０°〜１７０°の角度範囲では逆転トルクＴｉが、１７０°〜２２０°の角度範囲では正転トルクＴｎが、２２０°〜２３０°の角度範囲では逆転トルクＴｉが、２３０°〜２８０°の角度範囲では正転トルクＴｎが、２８０°〜２９０°の角度範囲では逆転トルクＴｉが、２９０°〜３４０°の角度範囲では正転トルクＴｎが、３４０°〜３５０°の角度範囲では逆転トルクＴｉが、３５０°〜３６０°（０°）の角度範囲では正転トルクＴｎが、それぞれ、ロータマグネット７に対して作用する。したがって、本発明の実施の形態に係るスロットレスブラシレスモータのトルク効率は約６６．７％となる。
【００４３】
このように、本発明の実施の形態に係るスロットレスブラシレスモータ３０の方が、特許文献２に開示されたスロットレスブラシレスモータに比べて、トルク効率が高くなることが分かる。
【００４４】
また、図２に図示した本発明の実施の形態に係るスロットレスブラシレスモータは、図１に図示した従来のブラシレスモータに比較して電流消費が低く、トルク損失が小さい。例えば、回転数が９０００ｒｐｍの場合、トルクが１０ｇ・ｃｍだけ必要である。従来のブラシレスモータ（図１）では、電流消費が２０ｇ・ｃｍあるので、１０ｇ・ｃｍのトルク損失がある。これに対して、本発明の実施の形態に係るスロットレスブラシレスモータ（図２）では、電流消費が１３〜１４ｇ・ｃｍであって、３〜４ｇ・ｃｍのトルク損失があるに過ぎない。
【００４５】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更・変形が可能なのは勿論である。例えば、上記実施の形態では、ロータがステータに対して外側にあるアウターロータ型のスロットレスブラシレスモータを例に挙げて説明しているが、ロータがステータに対して内側にあるインナーロータ型のスロットレスブラシレスモータにも同様に適用可能なのは勿論である。また、本発明によるスロットレスブラシレスモータは、光ディスクドライブ用のスピンドルモータだけでなく、他の用途にも使用可能なのは勿論である。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ステータの三相コイルを構成するＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの隣接するもの同士を、各コイルの実質的に半分の幅に相当する部分が周方向において互いに重なり合うように、配置したので、コギングが無く、トルク効率が高く、低電流化を図ることができるスロットレスブラシレスモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のブラシレスモータ（スピンドルモータ）の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るスロットレスブラシレスモータ（スピンドルモータ）の構成を示す断面図である。
【図３】図２に示すスロットレスブラシレスモータに使用される１個のコイルを示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【図４】図３に示したコイルを、重ね合わせ可能なように形状を加工（変形）した図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【図５】図２に示したスロットレスブラシレスモータに使用される三相コイルを示す平面図である。
【図６】図５に示した三相コイルの一部分を示す正面図である。
【図７】図５に示した三相コイルの結線状態を示す結線図である。
【図８】従来のスロットレスブラシレスモータと本発明によるスロットレスブラシレスモータのトルク効率を説明するための図である。
【符号の説明】
４      軸受ハウジング
５      軸受
６      ロータヨーク
７      ロータマグネット
１０    回転軸
２０    ディスクホルダ
３０    スロットレスブラシレスモータ
３１    積層コア
３２    コアホルダ
３３    絶縁フィルム
３４    三相コイル
【図１】
2004289963.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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