(57)【要約】【課題】  ヨークに生じる渦電流損を減少させてモータの効率を向上させる。【解決手段】  本発明は、ステータと、ロータと、磁界を発生させるための特にリング状の永久磁石とを備え、永久磁石が、ほぼ中空円筒状のヨークにより包囲されているモータ、特にアウターロータモータに関する。本発明は、ヨークが複数層に形成されていること、即ち、ヨークが磁性材料、特に軟磁性材料を複数層に積層したものにより形成されていることを特徴とする。本発明によれば、この複数層構造によりヨーク内の渦電流損が減少し、それによってモータの効率を向上させることができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、ロータと、磁界を発生させるための特にリング状の永久磁石とを備え、前記永久磁石が、ほぼ中空円筒状のヨーク（９；１１）によって包囲されているモータ、特にアウターロータモータにおいて、
前記ヨーク（９；１１）は、複数層に形成されていることを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記ヨーク（９）は、軟磁性材料を複数積層した複数層（１０）により構成されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記軟磁性材料は、珪素鋼であることを特徴とする請求項２に記載のモータ。
【請求項４】
前記各層（１０）は、薄いリング状部分により構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項５】
前記各層（１０）の両面のうちの少なくとも一方は、絶縁層を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項６】
前記複数層（１０）は、相互に堅固に結合されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項７】
前記ステータ（２）は、個々に積層されたステータ鉄心板により構成される積層鉄心を備え、個々の前記層（１０）は、同一の帯状金属薄板から連続切断を用いて作製され、対応するステータ積層鉄心も同一材料から作製されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項８】
前記ヨーク（１１）の複数層は、螺旋状に巻回されたワイヤ（１２；１３）により形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項９】
前記ワイヤ（１２；１３）は、軟鉄により形成されていることを特徴とする請求項８に記載のモータ。
【請求項１０】
前記ワイヤ（１２；１３）は、絶縁層（１４）により被覆されていることを特徴とする請求項８又は９に記載のモータ。
【請求項１１】
前記ワイヤ（１３）により形成された前記複数層は、相互に加圧結合されていることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項１２】
前記ワイヤ（１２）は、丸断面を有していることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項１３】
前記ワイヤ（１３）は、四角断面を有していることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項１４】
前記複数層型ヨーク（９；１１）は、丸削り及び研削の少なくとも一方の後処理が施されているものであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項１５】
溶接によって前記各層（１０）相互間の結合が行われる場合、前記各層（１０）の外周面又は内周面上における前記ヨーク（９）の軸方向に刻み目が入れられていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段に記載のモータ、特に、例えばハードディスクドライブにおけるハードディスクの駆動のために用いられるような、アウターロータ型として構成されたスピンドルモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータは常に、固定部分即ちステータと、可動部分（回転部分）即ちロータとにより構成されている。モータの最も重要な相互作用対象は、一つには、一対又は複数対の磁極の構造におけるロータ側の磁界であり、もう一つには、ステータに装着され、電機子として構成され、適当に通電することによって回転磁界を発生させる巻線導体である。磁界を形成する機構部分は発生システム（界磁）と称され、小容量のモータでは通常、永久磁石、特に一体型のリング状磁石により構成されている。インナーロータ型の場合は、ステータの内側に、ロータに配置される永久磁石があり、アウターロータ型の場合は、永久磁石の内側にステータがある。（高価な）永久磁石材料を可能な限り少なくして、可能な限り強い磁界を発生させるために、磁気回路は、ステータとロータとの間の間隙を除いて鉄で閉回路を形成しており、その場合、磁石は軟鉄からなる固体のヨークによって包囲される。このヨークは、磁束の帰路を形成するために用いられる。
【０００３】
小型モータ、特に、アウターロータ型として構成されたモータにおいては、ヨークは、その占有空間を削減するために、通常、軟鉄に深絞り加工を施した壺状部分からなっており、それは少なくとも部分的に中空円筒の形状をしている。軟鉄が用いられる理由は、良好な延性と必要な機械的特性とを備えているからである。鉄心板から打抜き及び深絞りによってヨークを作る場合、少なからぬ材料くずが生じ、それが製造コストを上昇させる一因となる。さらに、特に高速でのモータ駆動時には、軟鉄の良好な導電性に基づいて、緊密な一体型のヨークに渦電流が発生する。このことの結果として生じる渦電流損は、モータの駆動周波数及び回転速度が上昇するにつれて同様に増大し、それによってモータの効率が低下し、又は、同じ供給電力のもとではモータの実効電流が減少する。
【０００４】
しかし、特に携帯型の機器においては、用いられるモータの効率を良好にすること、及び、消費電流を低減することに留意しなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、ヨークに生じる渦電流損を減少させてモータの効率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、本発明に係る、請求項１に記載のモータによって解決される。
【０００７】
本発明の特に好ましい構成や他の有利な特徴は、従属請求項に記載されている。
【０００８】
本発明によれば、ほぼ中空円筒状のヨークは、複数層に構成される。即ち、ヨークは、磁性材料、特に軟磁性材料を複数積層した複数層により構成される。
【０００９】
個々のリング状の層は、相互に絶縁される。その場合、各層の両面のうちの少なくとも一方に絶縁層が設けられる。
【００１０】
本発明によれば、相互に個々に絶縁された「リング状円板」を複数層に積層したヨークの構造によって、ヨークの渦電流損が減少し、モータの効率が向上する。これにより、モータの消費電流を、一体型のヨークを備えた同じ形式のモータに比較して、２５％も減少させることができた。
【００１１】
本発明の好ましい構成においては、ヨークは、複数積層された軟磁性材料、特に珪素鋼により形成された複数層からなっている。その場合、個々の各層は、ほぼ、薄いリング状部分からなるものとする。
【００１２】
複数層は、相互に強固に結合される。結合は、例えば嵌合、接着、溶接等によって行われ、それにより、緊密なほぼ円筒状の中空体を形成する。
【００１３】
複数層ヨークの製造は、モータのステータ巻線用の成層鉄心の製造と同様にして、例えば連続切断における打抜きによって行うことができ、それにより、材料の加工くずを大幅に減少させることができる。
【００１４】
本発明の他の構成によれば、ヨークの複数層は、螺旋状に巻かれたワイヤによって形成される。好ましくは、ワイヤは、良好な成形性を備えた軟鉄により構成され、好ましくは、絶縁層によって被覆される。
【００１５】
ワイヤとして、丸断面又は四角断面を有するワイヤが用いられる。
【００１６】
ワイヤの複数層の相互加圧結合処理によって、積層配置された各ワイヤ相互間の結合が行われる。軸方向の共通の加圧操作によって、最初は丸断面であったワイヤがほぼ四角断面形状に成形され、ここに緊密な中空円筒状ヨークが得られる。加圧加工の後も個々のワイヤ層は、以前と同様に絶縁層によって相互に絶縁分離されている。
【００１７】
ワイヤからなるヨークの製造の大きな利点は、ほとんど材料の加工くずを生じないことである。なぜなら、ワイヤがそのまま必要な長さに切られて処理されるだけだからである。
【００１８】
本発明に従って作製された複数層構造のヨークには、丸削り及び研削の少なくとも一方の後処理が施され、その最終形態に仕上げられる。
【００１９】
溶接によって上記各層相互間の結合が行われる場合、上記各層の外周面又は内周面上におけるヨークの軸方向に刻み目が入れられているものとするとよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、公知の構造のスピンドルモータの縦断面を示している。このスピンドルモータは、固定配置の基板１を備え、その基板１に、ステータ鉄心及び巻線を含むステータ２が取り付けられている。基板１の中心貫通孔内に軸受スリーブ３が配置され、両者によってモータの固定部を形成している。一方、軸４は、これに取り付けられたロータ５と共に回転軸心６の周りを回転する。ロータ５の内側の下方に、複数の磁極対を有するリング状永久磁石７が配置されている。永久磁石７がステータ２による回転磁界の作用を受け、その結果、ロータ５及びこれに結合されているモータ部分が回転する。永久磁石７は、同様にロータ５に配置されたシリンダ状の一体型ヨーク８によって包囲されている。
【００２１】
図２及び図３は、本発明に係る多層型（複数層）ヨーク９の第１の実施の形態を示している。このヨーク９は、図１のスピンドルモータに示されたヨーク８の代わりに用いられる。特に図３から分かるように、ヨーク９は、積層配置された多数のリング状層１０によって構成されている。ヨーク９は、軟磁性材料、特に珪素鋼により形成され、一体の中空シリンダ状構造体となるように結合されている。複数層１０は相互に噛み合わされ、又は、接着され、溶接され、さらには他の方式により結合される。各層間に存在する絶縁層によって、ヨーク９内の渦電流の形成が妨げられ、それにより渦電流損を減少させることができる。ヨーク９の製造は、実質的に同じ工作機械を用いて同じ方法により行われる。特に、ステータ用の成層鉄心の製造と同様の帯状金属薄板（シートメタルストリップ）から連続切断を用いて行われる。
【００２２】
図４は、本発明に係る多層型（複数層）ヨーク９の第１の実施の形態の寸法及び構成を模式的に示す断面図である。本発明に係る多層型（複数層）ヨーク９は、アウターロータ型モータのヨークである。アウターロータ型モータにおいては、ロータに永久磁石が備えられている。特に、合成樹脂結合されたリング状永久磁石７を用いることが好ましい。磁気特性を改善するために、ロータのリング状永久磁石７の、ステータとは反対側、即ち、リング状永久磁石７の外側に、磁束帰路ヨーク、即ち、本発明に係る多層型（複数層）ヨーク９が備えられている。
【００２３】
本発明に係る多層型（複数層）ヨーク９は、個々に分離された複数の軟磁性板により構成されており、各軟磁性板の相互間は、接着、溶接、特にレーザ溶接、又は、加圧結合によって結合される。多層型（複数層）ヨーク９の壁厚、即ち、ロータ又はヨーク９の軸から見た放射方向（半径方向）における軟磁性板の寸法（ＯＤ−ＩＤ）／２は、上記放射方向における構造空間の増大を抑制するために、ヨーク９の直径に比較して小さい。図４に示す各寸法は、例えば、ＩＤ＝２０ｍｍ、ＯＤ＝２２ｍｍ、ｈ＝８ｍｍである。ロータの磁束帰路ヨーク、即ち、本発明に係る多層型（複数層）ヨーク９は、例えばロータボス内に装着されている。
【００２４】
図５は、本発明に係る多層型（複数層）ヨーク９の加圧結合の加工工程を概略的に示す斜視図である。多層型（複数層）ヨーク９を構成する軟磁性板同士を加圧結合する際には、積層された軟磁性板に対し、加圧工具１５により、ロータの軸方向、即ち、ヨーク９の軸方向の力Ｆを加えることによって、各軟磁性板は上下の軟磁性板と相互に加圧結合される。
【００２５】
上述のように、本発明に係る多層型（複数層）ヨーク９の壁厚、即ち、ロータの軸から見た放射方向（半径方向）における軟磁性板の寸法は比較的小さいので、加圧工具１５は、軟磁性板の輪郭に適合させるとよい。例えば、図５に示すように、軟磁性板の形状に対応させて、弧状に湾曲させるとよい。
【００２６】
図６は、本発明に係る多層型（複数層）ヨーク９を構成する各層の一部を示す平面図である。各層相互間の結合方法には、上述のように、接着、溶接、加圧結合等の方法があるが、溶接によって各層相互間の結合を行う場合、溶接工程時における外壁又は内壁上の材料の波立ちを防止するために、各層の外周面又は内周面上の特にヨーク９の軸方向に、図６に示すように、刻み目１６を入れるとよい。
【００２７】
本発明の他の構成が図７、図８、図９及び図１０に示されている。ここに示されたヨーク１１は、良好な成形性を有する軟鉄ワイヤ１２を複数回巻回して構成されている。軟鉄ワイヤ１２は、例えば銅線の絶縁のために用いられるのと同様の薄い絶縁層１４によって被覆されている。軟鉄ワイヤ１２は、特に図７及び図８から分かるように、螺旋状に、中空円筒状に巻回される。その場合、先ず、相応の絶縁層１４を形成した丸断面の軟鉄ワイヤ１２が用意される。次に第二の工程において、その巻線体がプレスによって軸方向に、即ち、軸心６に沿って加圧される。その加圧力が、最初は丸い軟鉄ワイヤ１２を緊密な円筒に成形し、遂には図９及び図１０に示されているように、加圧された軟鉄ワイヤ１２が四角断面形状を備えるに至る。軟鉄ワイヤ１２の個々の巻線は、前述のように、絶縁層１４によって相互に絶縁分離されている。必要に応じて、完成したヨーク１１に、例えば丸削り又は研削の後処理を施すことができる。
【００２８】
他方、軟鉄ワイヤ１２の巻回に際して、最初から四角断面のワイヤ１３を用いることもできる。そうすることにより、図９及び図１０に示されている形状のヨーク１１を直接得ることができる。その場合、ワイヤ１３の個々の層は、例えば、相互に接着させることができる。
【００２９】
図７乃至図１０の構造によっても、ヨーク１１に生ずる渦電流を大幅に減少させることができる。その場合、この製造方法においては、ほとんど加工くずを生じない。というのは、ワイヤが必要な長さに切断されてそのまま用いられるからである。
【００３０】
試験結果  
ハードディスクドライブにおいて用いられるような一般的なスピンドルモータについて試験を実施した。従来型の一体型ヨークを備えたスピンドルモータと、本発明に係る多層型（複数層）ヨークを備えたスピンドルモータとが用いられた。それぞれ６０秒の始動通電後の消費電流が測定された。
一体型ヨーク付き        多層型ヨーク付き（本発明）
回転速度        モータの消費電流        モータの消費電流
［R/min］          ［ｍＡ］                ［ｍＡ］
10,000              ３１３                  ２４０
12,000              ３４６                  ２７５
15,000              ３９７                  ３１５
この結果を見ると、多層型ヨーク付きモータの消費電流は、一体型ヨーク付きの同じ形式のモータの消費電流に比較して、２０％乃至２５％程度減少している。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】一体型ヨークを備えた公知の構造のスピンドルモータの縦断面図である。
【図２】多層型（複数層）に構成されたヨークの平面図である。
【図３】多層型（複数層）に構成された図２のヨークの縦断面図である。
【図４】本発明に係る多層型（複数層）ヨーク９の第１の実施の形態の寸法及び構成を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明に係る多層型（複数層）ヨーク９の加圧結合の加工工程を概略的に示す斜視図である。
【図６】本発明に係る多層型（複数層）ヨーク９を構成する軟磁性板の一部を示す平面図である。
【図７】螺旋状に巻回された丸断面のワイヤにより構成されたヨークの縦断面図である。
【図８】図７におけるＡ部の拡大図である。
【図９】螺旋状に巻回された四角断面のワイヤにより構成されたヨークの縦断面図である。
【図１０】図９におけるＢ部の拡大図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  基板
２  ステータ
３  軸受スリーブ
４  軸
５  ロータ
６  回転軸心
７  永久磁石
８  ヨーク（一体型）
９  ヨーク（多層型）
１０  層
１１  ヨーク（ワイヤ巻き）
１２  ワイヤ
１３  ワイヤ
１４  絶縁層
１５  加圧工具
１６  刻み目
【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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【図９】
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【図１０】
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