(57)【要約】【課題】ステータコアと該ステータコアに径方向に対向する円環状のロータマグネットとを有するマグネットロータ形直流モータにおいてロータマグネットの磁気センターとステータコアの磁気センターがずれることによる振動が原因で回転音が発生する。しかしながら、両中心を一致させるにはマグネットとコアそれぞれの磁気センターのずれを出来る限り抑えて対処するには、現時点の生産技術上限界がある。【解決手段】従来の直線着磁波形に変えて横溝着磁波形を採用することにより図４に示すようにＦ零領域を軸線方向に所要の幅を有する電磁励振力Ｆを零にする領域を広く取る方式を採用する。この方式により組み立て公差を厳しくすることなく振動を押さえ込むことが出来、回転音の静音化を実現出来る。【選択図】図４ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアと該ステータコアに径方向に対向する円環状のロータマグネットとを有するマグネットロータ形直流モータにおいて、前記ロータマグネットには、複数の磁極が周方向に配列されると共に、着磁により軸方向に磁気センターを中心として電磁励振力が零になる領域が所要の幅を持って形成されていることを特徴とするマグネットロータ形直流モータ。
【請求項２】
請求項１記載のマグネットロータ形直流モータにおいて、前記ロータマグネットの軸線方向磁気中心における前記ステータコアに対向する面には、軸線方向に幅を持った環状溝が形成されているマグネットロータ形直流モータ。
【請求項３】
請求項１、２の何れかに記載のマグネットロータ形直流モータにおいて、前記ロータマグネットの着磁は、前記ロータマグネットの磁気中心部から軸線方向一定区間内は大略一定な磁束値であり、前記一定区間外では磁気中心から離れるにつれて発生磁束が漸次大きくなり、ある一定磁束に到達後は磁気中心から離れるにつれて発生磁束が漸次小さくなる様な磁束分布を有すると共に、前記磁気中心を通る軸線直交平面に対し対称であることを特徴とするマグネットロータ形直流モータ。
【請求項４】
請求項１、２の何れかに記載のマグネットロータ形直流モータにおいて、前記ロータマグネットの着磁は、前記ロータマグネットの磁気中心部で極小磁束値をとり、磁気中心部から軸線方向に離れるにつれて発生磁束が漸次大きくなり、ある一定磁束に到達後は磁気中心から離れるにつれて漸次小さくなる様な磁束分布を有すると共に、前記磁気中心を通る軸線直交平面に対し対称であることを特徴とするマグネットロータ形直流モータ。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載のマグネットロータ形直流モータのロータマグネットを着磁する着磁装置であって、前記ロータマグネットの着磁過程で前記マグネットと嵌合する着磁ヨークを備え、該着磁ヨークには前記ロータマグネットの磁気センターに対応する位置に環状溝が形成されていることを特徴とする着磁装置。
【請求項６】
請求項５に記載の着磁装置において、前記着磁過程では前記着磁ヨークの反対側に環状に配置された着磁補助ヨークを具備した事を特徴とする着磁装置。
【請求項７】
請求項６に記載の着磁装置において、前記着磁補助ヨークには該ロータマグネットの磁気センターに対応する位置で、且つ着磁ヨーク側に、環状溝が形成されていることを特徴とする着磁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネットロータ形直流モータ及びこれに使用されるロータマグネットの着磁装置に関し、特に回転音を低減する為のマグネットの構造及び着磁波形の改良に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の歯先を周方向に配列した環状のステータコア及びこのステータコアの各歯先に巻装されたコイルからなるステータと、該ステータコアの歯先に径方向に対向する円環状のロータマグネットとを有するマグネットロータ形直流モータにおいては、騒音対策のひとつの方法として、ステータコアに対するロータマグネットの磁気センターの位置を調整することにより軸方向の電磁励振力を低減し、その結果として振動を押さえ低騒音化を成就するものがしられている。
【０００３】
これは，モータコイル通電時にステータコアとマグネット間に働く軸方向の引力，斥力を低減する事により騒音対策とするものである。この原理をマグネットロータ形直流モータのマグネットとステータコアとの一部を示した図１を用いて説明する。
【０００４】
環状ロータマグネット１の軸線方向磁気中心とステータコア２の軸線方向磁気中心とに軸線方向のずれ（以下、磁気センターずれ９と称する）が生じると、このずれ量ｄｘに応じて、ステータコア２の歯先がマグネット１と同極（Ｎ―Ｎ、またはＳ−Ｓ）の場合には、両者間に斥力が発生し、ステータコア２−歯先はマグネット１から離れる方向に歪み、また、異極（Ｎ―Ｓ、または磁極−無磁極）の場合には、両者間に引力が発生し、ステータコア２の歯先はマグネット１の軸線方向中心方向に歪む。
【０００５】
今、例えばマグネット１の軸線方向長さを２０ｍｍとした時、ステータポジションを±１０ｍｍ（ｄｘ）までずらしたときの引力Ｆ（Ｎ−Ｓ）、斥力Ｆ（Ｎ−Ｎ）はマグネット中心近傍に一点Ｆ＝０を持つような分布となる。詳細なグラフは縦軸に電磁励振力と磁気エネルギーを、横軸に磁気センターからのずれを取った図２に示される。これは磁気センターずれを各々与えこの時の電磁励振力を計測し、プロットしたものである。
【０００６】
図３を基にこの関係を説明する。今、マグネット側の磁気センター１０とステータコアの磁気センター１１間に磁気センターずれ９が発生するとコア上面と下面に流入してくる磁束に差が生じる。
【０００７】
つまりφu（upper側総磁束）−φb（bottom側総磁束）≠０、言い換えれば、上面磁束増加分＋Δφｕと下面磁束増加分＋Δφｂが等しくならない為である。また、電磁励振力Fは、（φｕーφｂ）の２乗を距離で微分することで求められる。（下の（Ａ）式を参照のこと。）つまり、この微分値が電磁励振力である。これが上述した引力、斥力となって現れ、振動を起こす。この電磁励振力をなくす、零とする事で振動は抑圧され、ひいては静音化が達成される。この為に従来から行なわれている方法は磁気センターずれを零（ｄｘ＝０）に調整することにより（φｕーφｂ）を零にし、よって電磁励振力を零に抑える方法である。
【０００８】
製造ラインでの具体的な対応は、マグネットとステータコアのそれぞれの磁気センターからのずれを組み立て時に出来る限り零に抑えていた。
【０００９】
以上の関係を、数式を用いて以下に、表現する
F=−ｄEｐ／ｄｘ
∝−ｄφ２／ｄｘ
∝−ｄ（φｕーφｂ）２／ｄｘ                    （Ａ）
ここで、ｄｘ＝０であるので、＋Δφｕ＝＋Δφｂ、つまりφｕ−φｂ＝０となり、（Ａ）式は０と成る。  従って、Ｆ＝０である。つまり電磁励振力は０となる。従って回転音の静音化が達成される
＜補    足＞
E=1/2・B２／μ＝1/2・（φ／S）２／μ      ∝φ２
E；磁気エネルギー、φ；磁束、B；磁束密度、S；磁路断面積、μ；透磁率
上記の従来技術として、しられているものとして、ステータコアの幾何学中心面とロータマグネットの磁気中心面を一致させると、不一致の場合より電磁励振力の回転軸方向における分力が減少し、該分力に基づく振動が低減でき、結果として回転音を低減できる。（例えば、特許文献１参照）また、他の従来技術として、ロータマグネットに対して分割着磁を行い該ロータマグネットとステータコアとの磁気作用により相対的に軸方向の振動を規制するように構成された例が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
【特許文献１】実公平８−１１０４３号公報
【特許文献２】特開２００３−０５２１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の対応の様に、マグネットとコアそれぞれの磁気センターのずれ（ｄｘ）を組み立て公差のバラツキを抑えて対処するには、現時点の生産技術上限界がある。ＨＤＤ用小型スピンドルモータでは累積公差±１００um程度が限界であり、モータ全数を磁気センターずれ零（ｄｘ＝０）に抑えることは組み立てに時間がかかりすぎる上に現実的に不可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで本案の解決策は、即ち磁気センターずれが発生した場合（ｄｘ≠０）であっても、そのずれの大きさがある一定区間以内なら電磁励振力Ｆが０を保つことができるような着磁波形を搭載することである。具体的には、図５で示される軸方向磁束分布を実現する着磁波形（以後横溝着磁波形と呼ぶ。）を形成することで図４（横軸に磁気センターずれ、縦軸に電磁励振力Ｆを取る。）のグラフに示す様に、電磁励振力Ｆを零にする領域（以下Ｆ零領域と呼ぶ）を点から線に拡張できる。つまり磁気センターずれが発生した場合（ｄｘ≠０）であっても、その大きさがある一定以内なら電磁励振力Ｆが０を保つことができる。
【００１３】
以下に何故、電磁励振力Ｆが零の領域を点から線に拡張できるのかを図３と図５を用いて説明する。
【００１４】
図３の着磁波形（以後直線着磁波形と呼ぶ。）では磁気センターずれ９が一旦発生する（ｄｘ≠０）と上面磁束増加分Δφｕと下面磁束増加分Δφｂがバランスしない（Δφｕ≠Δφｂ）為、決してφｕ＝φｂが成立しなくなる。これに対して、図５ではロータマグネット１の磁気センターがステータコア２の磁気センターからずれて磁気センターずれ９が発生しても、そのずれが一定範囲内なら上方から回り込んでくる上面磁束増加分Δφｕと、横溝着磁波形の効果で下方でもずれが発生する前の直線着磁波形部分に対する下面磁束増加分Δφｂが確保される為、Δφｕ＝Δφｂが成り立つ様に横溝着磁波形の溝の深さ、勾配を調整しておくことが可能であり、そのように調整された横溝着磁波形を採用しておけばΔφｕ＝Δφｂが成立し、従って全体としてφｕ＝φｂが維持される。それ故にその磁気センターずれ（ｄｘ）が一定範囲内なら、該磁気センターずれによる電磁励振力Ｆは発生せず、従って振動も発生せず回転音も発生しない。
【００１５】
勿論、前記ずれが一定範囲を超えた場合でも前記横溝着磁波形の効果でΔφｕとΔφｂのギャップが図３に例示した前記直線着磁波形時と比較して格段に小さく抑制されるので、電磁励振力Ｆも小さく抑制され、従って発生振動も
小さく抑圧され、回転音も左程強くならない。
【００１６】
よって、図４に示すように電磁励振力Ｆを零にする領域を（軸線方向の磁気センターずれに対して）所要の幅を有するように着磁することを特徴としている（請求項１）。
【００１７】
又、Ｆ零領域を軸線方向に所要の幅を有するよう効率よく着磁する為に、前記ロータマグネットの軸線方向磁気中心における前記ステータコアに対向する面には、軸線方向に幅を持った環状溝を形成させる（請求項２）。
【００１８】
Ｆ零領域を軸線方向に所要の幅を有するような電磁励振力分布とするには、着磁波形は前記ロータマグネットの磁気中心部から軸線方向一定区間内は大略一定な磁束値であり、前記一定区間外では磁気中心から離れるにつれて発生磁束が漸次大きくなり、ある一定磁束に到達後は磁気中心から離れるにつれて発生磁束が漸次小さくなる様な磁束分布を有すると共に、前記磁気中心を通る軸線直交平面に対し対称であることを特徴とする（請求項３）。
【００１９】
又はＦ零領域を軸線方向に所要の幅を有するような電磁励振力分布とするには、着磁波形は前記ロータマグネットの磁気中心部で極小磁束値をとり、磁気中心部から軸線方向に離れるにつれて発生磁束が漸次大きくなり、ある一定磁束に到達後は磁気中心から離れるにつれて漸次小さくなる様な磁束分布を有すると共に、前記磁気中心を通る軸線直交平面に対し対称であることを特徴とする（請求項４）。
【００２０】
着磁過程で前記マグネットと嵌合する着磁ヨークは前記磁気中心に対応する位置に環状溝が形成されていることを特徴とし、該着磁ヨークを構成要素の一部とする着磁装置を用いて前記二つの着磁波形は着磁される（請求項５）。
【００２１】
また、着磁過程で前記マグネットと嵌合する着磁ヨークは前記磁気中心に対応する位置に環状溝が形成されていることを特徴とし、該着磁ヨークと、前記マグネットの外側に環状に配置された着磁補助ヨークとを構成要素の一部とする着磁装置を用いて前記二つの着磁波形は着磁される（請求項６）。
【００２２】
着磁過程で前記マグネットと嵌合する着磁ヨークは前記磁気中心に対応する位置に環状溝が形成されていることを特徴とし、該着磁ヨークと、前記マグネットの外側に環状に配置された環状溝が形成された着磁補助ヨークとを構成要素の一部とする着磁装置を用いて前記二つの着磁波形は着磁される（請求項７）。
【発明の効果】
【００２３】
以上の様に請求項１に記載の発明によればマグネットロータ形直流モータの騒音を低減でき、また従来技術の様に組み立て精度を左程要求されることがないので、モータの生産タクトタイムを損なうことがないと言う効果を有する。
【００２４】
又、請求項２の発明によれば、横溝着磁波形を効率よく生成出来きるという効果を有する。
【００２５】
又、請求項３、４の発明によれば、磁気中心のＦ零領域を点から線に広げることが出来、マグネットロータ形直流モータの回転音を効率良く低減できると言う効果を有する。
【００２６】
又、請求項５、６、７の発明によれば、横溝着磁波形をより効率よく生成できると言う効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
先ず、Ｆ零領域を軸線方向に所要の幅を有するよう効率よく着磁する装置類とその方法について述べる。
【００２８】
ロータマグネットへ横溝着磁波形を実現する着磁ヨークの構成の一例を図６に例示する。ロータマグネットの磁気中心部に対応する位置に環状の溝を具備した着磁ヨーク３と、環状の溝付き着磁補助ヨーク４と、更にロータマグネットとして、その磁気中心部を中心にして環状の溝構造を設けたロータマグネット１を構成の必須要件としてしている。
【００２９】
環状溝付きマグネット、環状溝付き着磁ヨーク、環状溝付き着磁補助ヨークの溝の幅と深さ、着磁電圧を２〜３水準設け、それぞれ変化させ、それぞれに対応するマグネットの磁束分布と軸方向の電磁励振力を測定した。磁束分布測定は閉磁路で行なった。軸方向の電磁励振力測定ではステータコアの厚みを２ｍｍのものと、１．６ｍｍのものを用いている。
【００３０】
その結果、既述した横溝着磁波形を実現できた。この時、本横溝着磁波形によると、図７に示すようなＦ零領域が点から線（約８００μｍ）に拡大した電磁励振力Ｆの分布がえられた。
【００３１】
本横溝着磁波形を具備したロータマグネットを搭載したマグネットロータ形直流モータを図８に示す。本モータはアウタロータタイプであり、モータ軸と一体となったロータフレーム８にロータマグネット１が組み込まれており固定フレーム７にステータコア２が取り付けられている。また該ステータコア２に発生する回転磁界に応じてロータマグネット１との間で引力及び斥力を生じる。
【００３２】
この力により本モータのロータは回転駆動力を得る。
【００３３】
本マグネットロータ形直流モータは磁気センターずれがある一定区間以内なら既に述べた理論から振動を完全に抑制できる。またそれ以上でも振動の抑制に効果がある。以上より騒音、回転音を静音化、低減化することが出来る。
【００３４】
また、ＨＤＤ用小型スピンドルモータでは回転するハブにマグネットを固定し、更にマグネットの真下にスラストヨークを設置することにより磁気背圧をかけるタイプでは、マグネットから発生する磁束の一部がステータコアに向かわず、スラストヨークに流入するため、磁気センターはマグネットの幾何学的中心からずれる。
【００３５】
この場合でも、ステータコアの磁気センターとマグネットの幾何学的中心からずれた磁気センターを一致させ得た状態で組み立てることにより、本発明が適用出来、組み立て時の累積公差が一定範囲内であれば騒音、回転音を静音化、低減化することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本マグネットロータ形直流モータのマグネットとステータコアとそれらの磁気センター間のずれ（磁気センターずれ）の模式図
【図２】直線着磁波形時の磁気センターずれと電磁励振力と磁気エネルギーの関係図
【図３】直線着磁波形の磁気センターずれ発生時のステータコアの上下面の磁束増加分の模式図
【図４】Ｆ零領域を軸線方向に所要の幅を有する場合の磁気センターずれと磁気エネルギーと電磁励振力の関係図
【図５】横溝着磁波形と磁気センターずれ有りの時のステータコアの上下面の磁束増加分の模式図
【図６】着磁ヨーク概観図
【図７】本発明によるＦ零領域を軸線方向に所要の幅を有する電磁励振力の分布図
【図８】横溝着磁波形のロータマグネットを搭載したマグネットロータ形直流モータの概観図
【符号の説明】
【００３７】
１  マグネット
２  ステータコア
３  環状溝付き着磁ヨーク
４  環状溝付き着磁補助ヨーク
５  回転軸
６  軸受け
７  固定フレーム
８  カップ状ロータフレーム
９  磁気センターずれ
１０  マグネット側の磁気センター
１１  ステータコアの磁気センター
【図１】
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【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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