(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータに対して回転自在に構成したロータに設けられ、１２以上３２以下の偶数個の磁極を円周状の外縁部に均等に配列し、かつｎ（ｎは３又は５）次高調波を重畳した磁束密度パターンを有する駆動マグネットと、
前記ステータのロータ側で前記駆動マグネットのそれぞれの前記磁極に対して所定寸法の間隙を介して対向するよう円周状に設けられ、かつ前記駆動マグネットの前記磁極配列ピッチ角の１／ｎの折り返しピッチ角で径方向に交互に折り返すパターンコイルであるＦＧコイルとを備え、
前記ロータの回転時に前記駆動マグネットの前記磁束密度パターンに応じたＦＧ信号を生成して回転制御に供する構成のモータにおいて、
前記駆動マグネットはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系であり、かつ前記回転制御の回転ムラを５％以内とするために、前記ＦＧコイルが受ける前記駆動マグネットの前記磁束密度パターンのピーク値が０．２乃至０．６テスラとなるよう構成したことを特徴とするモータ。
【請求項２】
ステータに対して回転自在に構成したロータに設けられ、１２以上３２以下の偶数個の磁極を円周状の外縁部に均等に配列し、かつｎ（ｎは３又は５）次高調波を重畳した磁束密度パターンを有する駆動マグネットと、
前記ステータのロータ側で前記駆動マグネットのそれぞれの前記磁極に対して所定寸法の間隙を介して対向するよう円周状に設けられ、かつ前記駆動マグネットの前記磁極配列ピッチ角の１／ｎの折り返しピッチ角で径方向に交互に折り返すパターンコイルであるＦＧコイルとを備え、
前記ロータの回転時に前記駆動マグネットの前記磁束密度パターンに応じたＦＧ信号を生成して回転制御に供する構成のモータにおいて、
前記駆動マグネットはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系であり、かつ前記回転制御の回転ムラを５％以内とするために、下記する式１を満足するよう構成したことを特徴とするモータ。
４≦πＤ／（ＰＧ）≦１５（式１）
但し、
π：円周率
Ｄ：駆動マグネットの直径
Ｐ：駆動マグネットの磁極の数
Ｇ：駆動マグネットとＦＧコイルとの間隙寸法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレキシブルディスクドライブ等の用途に好適で、スピンドル等の回転速度を検出するためのＦＧ信号を生成出力する周波数発電機の構成を有するモータに係り、特に小型で制御性能が高くノイズに強いモータを提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来のフレキシブルディスクドライブ用途であってスピンドルの回転速度を検出する周波数発電機を搭載したモータの分解斜視図である。図４図示のフレキシブルディスクドライブのスピンドルは、モータの回転軸と一体となるいわゆるダイレクト駆動構造である。
【０００３】
図４において、モータのロータ１０１の外周には、フェライト磁性粉にナイロン樹脂を混ぜ射出成形したいわゆるプラスチック磁石（残留磁束密度Ｂｒ＝０．１８テスラ）のＦＧマグネット１０２が固定され、円周方向に４８極のＦＧ磁極１０２ａが着磁されている。
【０００４】
ＦＧマグネット１０２の直径Ｄは４６ｍｍで、磁極ピッチＷは３ｍｍ（π・４６／４８＝３）としている。
一方、モータのステータベース１０３は軟磁性体の例えば冷間圧延鉄板や珪素鋼板をベースに絶縁層を介して銅箔プリント配線が形成されている。
上記のプリント配線のプラスチック磁石の磁極と対向する部分に折り返しピッチ角が７．５度（３６０／４８＝７．５）の折り返しパターンコイルによるＦＧコイル１０４を形成している。
【０００５】
ロータ１０１の中心に固定された回転軸（図示せず）がステータ１０５の中心に配された軸受１０６により回転自在に支持されると、ＦＧマグネット１０２とＦＧコイル１０４とはギャップＧ＝２ｍｍで面対向するようになる。
これによりＦＧ磁極１０２ａの磁束がＦＧコイル１０４と鎖交することで、ロータ１０１が回転するに伴いフレミングの法則に従ってＦＧコイル１０４には交番信号が発電され、ＦＧ信号として出力される。このＦＧ信号の周波数はロータの回転速度に比例しており、上記したこれらの構成は周波数発電機を構成している。
【０００６】
また、ロータ１０１には１６極の界磁磁極を有する円盤状の駆動マグネット（界磁マグネット）１０７が、ステータ１０５には９個の駆動コイル１０８がそれぞれ設けられており、駆動コイル１０８に図示しない駆動回路によって駆動電流を流すことで回転磁界を生じ、界磁マグネット１０７が形成する界磁磁極との相互作用によりロータ１０１を回転せしめるための回転駆動力が生成される。
【０００７】
また、前述したＦＧ信号は図示しない速度制御回路により周波数に比例した電圧に変換され、駆動回路にフィードバックされることによりモータの回転速度を一定に制御している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術に係るモータは、解決すべき以下の問題点を有していた。
（１）発電されるＦＧ信号が微弱であり、モータの回転制御に支障をきたす点。
前述した従来の周波数発電機付モータではＦＧ磁極１０２ａを発してＦＧコイル１０４に達する磁束は僅かで通常０．０２テスラ程度である。
このため発電されるＦＧ信号も微弱であり、駆動コイル１０８の発生する磁束のＦＧコイル１０４に漏洩する磁束の影響が不可避である。
駆動コイル１０８からの漏洩磁束がＦＧコイル１０４に鎖交するとＦＧ信号出力にノイズとして現れるから、速度制御回路に誤動作を生じさせ、モータに回転変動を起こし、フレキシブルディスクドライブのデータ書き込み読み出しの障害となるなどの影響がある。
（２）モータの小型化が困難である点。
ＦＧコイル１０４に対する、上記した駆動コイル１０８の磁束の影響を低減するためには、ＦＧコイル１０４は駆動コイル１０８からできるだけ距離を離して配置する必要があり、平面的に距離を離すようにするとＦＧコイル１０４を駆動コイル１０８の外側に配置することになり、モータの直径が大きくなる問題がある。
また、厚み方向（軸方向）に距離を離そうとするとモータの厚さが厚くなることになり、どちらにしろモータの大型化につながり、モータの小型化ひいてはフレキシブルディスクドライブ小型化、さらにはフレキシブルディスクドライブを搭載する機器の小型化の大きな障害となっている。
（３）ＦＧコイルが、外来の漏洩磁束の影響を受けやすい点。
また、上記した如くの従来構成では、ＦＧコイル１０４をモータの最外周に配置していたので、外来の漏洩磁束の影響を受けやすく、回転変動の原因となっていた。この影響を低減するためシールド（図示せず）などの部材とその配置スペースが必要となり、コストアップ、大型化などの要因となっていた。
本発明は、係る状況に鑑みなされたもので、特にステータに対して回転自在に構成したロータに設けられ、１２以上３２以下の偶数個の磁極を円周状の外縁部に均等に配列し、かつｎ（ｎは３又は５）次高調波を重畳した磁束密度パターンを有する駆動マグネットと、ステータのロータ側で駆動マグネットのそれぞれの磁極に対して所定寸法の間隙を介して対向するよう円周状に設けられ、かつ駆動マグネットの磁極配列ピッチ角の１／ｎの折り返しピッチ角で径方向に交互に折り返すパターンコイルであるＦＧコイルとを備え、ロータの回転時に駆動マグネットの磁束密度パターンに応じたＦＧ信号を生成して回転制御に供する構成のモータにおいて、駆動マグネットはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系であり、かつ回転制御の回転ムラを５％以内とするために、ＦＧコイルが受ける駆動マグネットの磁束密度パターンのピーク値が０．２乃至０．６テスラとなるよう構成することで、駆動コイルの発生する磁束のＦＧコイルに漏洩する磁束の影響を相対的に低減し、外来磁束の影響による回転変動をなくすとともに、ＦＧコイルを駆動コイルに接近して配置することを可能とし、モータの小型化を容易とすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明は、下記の構成を有するモータを提供する。
（１）ステータ１０に対して回転自在に構成したロータ１に設けられ、１２以上３２以下の偶数個の磁極２ａを円周状の外縁部に均等に配列し、かつｎ（ｎは３又は５）次高調波を重畳した磁束密度パターン（図２（ｂ）、図２（ｃ））を有する駆動マグネット（界磁マグネット）２と、
前記ステータ１０のロータ１側で前記駆動マグネット２のそれぞれの前記磁極２ａに対して所定寸法の間隙を介して対向するよう円周状に設けられ、かつ前記駆動マグネット２の前記磁極配列ピッチ角の１／ｎの折り返しピッチ角で径方向に交互に折り返すパターンコイルであるＦＧコイル１１とを備え、
前記ロータ１の回転時に前記駆動マグネット２の前記磁束密度パターンに応じたＦＧ信号を生成して回転制御に供する構成のモータにおいて、
前記駆動マグネット２はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系であり、かつ前記回転制御の回転ムラを５％以内とするために、前記ＦＧコイル１１が受ける前記駆動マグネット２の前記磁束密度パターンのピーク値が０．２乃至０．６テスラとなるよう構成したことを特徴とするモータ。
（２）ステータ１０に対して回転自在に構成したロータ１に設けられ、１２以上３２以下の偶数個の磁極２ａを円周状の外縁部に均等に配列し、かつｎ（ｎは３又は５）次高調波を重畳した磁束密度パターンを有する駆動マグネット２と、
前記ステータ１０のロータ１側で前記駆動マグネット２のそれぞれの前記磁極２ａに対して所定寸法の間隙を介して対向するよう円周状に設けられ、かつ前記駆動マグネット２の前記磁極配列ピッチ角の１／ｎの折り返しピッチ角で径方向に交互に折り返すパターンコイルであるＦＧコイル１１とを備え、
前記ロータ１の回転時に前記駆動マグネット２の前記磁束密度パターンに応じたＦＧ信号を生成して回転制御に供する構成のモータにおいて、
前記駆動マグネット２はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系であり、かつ前記回転制御の回転ムラを５％以内とするために、下記する式１を満足するよう構成したことを特徴とするモータ。
４≦πＤ／（ＰＧ）≦１５（式２）
但し、
π：円周率
Ｄ：駆動マグネットの直径
Ｐ：駆動マグネットの磁極の数
Ｇ：駆動マグネットとＦＧコイルとの間隙寸法
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施の形態に係る好ましい実施例である、周波数発電機付モータの説明を行う。
図１は本発明の一実施形態に係る好ましい実施例である周波数発電機付モータの分解斜視図、図２は図１の周波数発電機付モータ及び従来構成の周波数発電機付モータの界磁マグネット磁極の磁束密度分布を示す特性図、図３は図１の周波数発電機付モータの界磁マグネットの磁化特性の一例を示す特性図、図４は従来技術に係る周波数発電機付モータの分解斜視図である。
【００１１】
図１は、本実施例のフレキシブルディスクドライブのスピンドルの回転速度を検出する周波数発電機を搭載したモータを示す分解斜視図である。先に説明した従来例と同じ部分については説明を省略する。
【００１２】
図１において、ステータ１０に含まれるＦＧコイル１１は、先に説明した従来例同様に銅箔プリント配線で形成され、折り返しピッチ角３６０／（３・１６）＝７．５度の折り返しパターンコイルとして駆動コイル１２とステータベース１３との間に軸方向に挟まれて配置されている。
【００１３】
ＦＧマグネットは、先に説明した従来構成とは異なり、駆動マグネット（界磁マグネット）２と共用しており、ＦＧ磁極は１６極の駆動磁極２ａの３次高調波成分として重畳して着磁がなされている。
即ち、従来の駆動磁極は、従来構成の駆動磁極磁束分布図である図２（ａ）に示すような正弦波状の磁束分布をしているのに対して、本実施例では図２（ｂ）の如く３次高調波成分が重畳された磁束分布としている。
【００１４】
上記の３次高調波成分の重畳の割合が小さすぎるとＦＧコイル１１の出力が小さくなりノイズに強いという本実施例の特有な効果が得られなくなり、重畳の割合が大きすぎると、駆動コイル１２が発生するトルクのムラが大きくなり、振動や騒音が発生するなどの問題がある。
本発明人が実験した結果によれば、重畳の割合が７％〜３５％で必要な回転ムラ性能５％以下が得られ、更に１０％〜２５％ではより好適な回転ムラ性能３％以下が得られた。
【００１５】
ところで、本実施例の周波数発電機付モータは、上記に説明した構成と細部が相違する、以下の構成とすることもまた可能である。
すなわち、ＦＧコイル１１は、折り返しピッチ角４．５度（４．５＝３６０／１６×５）の折り返しパターンコイルとして構成する。
そしてＦＧ磁極は図２（ｃ）に示す磁束分布の如く、１６極の駆動磁極に５次高調波成分として重畳されている。５次高調波成分の重畳の割合は３次の場合と同様である。
【００１６】
次に、本実施例の周波数発電機付モータに到達する過程において、本発明人が行った種々の技術的検討のうち、磁極の極数について検討した結果を説明する。
【００１７】
フレキシブルディスクドライブのスピンドルモータの場合、回転ムラの要因となる負荷トルクの変動はフレキシブルディスクがそれを包むジャケットとの回転摩擦力の変化である。フレキシブルディスクの回転ムラが大きくなるとデータのリード／ライトに支障をきたし、場合によってはデータの破壊につながることから、スピンドルの回転ムラは５％以下に低減する必要がある。
この負荷トルク変動はディスク１回転毎に繰り返す性質があり、フレキシブルディスクの回転数ｎ＝５ｒ／ｓ（３００ｒ／ｍ）で回転するとすると５Ｈｚの負荷トルク変動となる。ＦＧ信号により生じるムダ時間要素を考慮すると、この負荷トルク変動に対応して速度変動回転ムラを低減するためには、ＦＧ信号周波数Ｆとしては負荷トルク変動の周波数の１６倍以上、即ち８０Ｈｚ（５×１６＝８０）以上であることが必要である。この条件から基本波成分の極数Ｐを求めると
Ｐ＞２×Ｆ／（ｎ・３）＝２×８０／（５×３）＝１０．６７…（式３）
となり、極数Ｐとしてはこれを満足する１２極以上が必要となる。
【００１８】
また、極数Ｐを大きくし過ぎると３次または５次の高調波の重畳が難しくなるが、本発明人が行った実験によると、３２極までは問題なく構成できた。
【００１９】
次に、本発明人が行った、ＦＧコイルの折り返しピッチ角についての検討結果を説明する。
【００２０】
界磁マグネット２の磁極Ｐ＝１６極に対して、４８極のＦＧマグネット磁極を重畳した場合には、ＦＧコイル１１の折り返しピッチ角は３６０／４８＝７．５度以外ではＦＧ信号出力が殆ど出ない。
即ち、界磁マグネット２の磁束分布の３次高調波成分としてＦＧマグネット磁極を重畳する場合には、ＦＧコイルの折り返しピッチ角は１２０／Ｐ度でなければ必要な機能を果たさない。
【００２１】
また、マグネット磁極Ｐ＝１６極に対して８０極の磁極を重畳した場合には、ＦＧコイルの折り返しピッチ角は３６０／８０＝４．５度以外ではＦＧ信号出力が殆ど出ない。即ち、界磁マグネット２の磁束分布の５次高調波成分としてＦＧマグネット磁極を重畳する場合には、ＦＧコイルの折り返しピッチ角は７２／Ｐ度でなければ必要な機能を果たさない。
【００２２】
次に、本発明人が行った、駆動コイル１２が発生する磁束についての検討結果を説明する。
【００２３】
一つの駆動コイル１２は８０ターンの巻数で構成され、定常回転時に０．２Ａの電流が流れると、この電流による起磁力は１６ＡＴ（アンペア・ターン）となり、磁気回路の形状から、一つの駆動コイル１２が生成する磁界の磁束密度は０．０２テスラと求められることは明らかである。
本実施例の場合、ＦＧコイル１１が駆動コイルに密着しているので、ＦＧコイル１１に漏洩する駆動コイルの磁束の密度はほぼ０．０２テスラと考えられる。周波数発電機として必要な機能を果たすためには、界磁マグネット２の磁極２ａからＦＧコイル１１へ到達する磁束の密度が、上記した漏洩磁束に対して十分大きいことが必要である。
【００２４】
上記の検討結果を踏まえて本発明人が行った実験によれば、ＦＧコイル１１に達する界磁マグネット磁極２ａの磁束の密度のピーク値とフレキシブルディスクドライブのスピンドルモータの回転ムラ性能は下記する表１のようになり、磁束密度のピーク値が０．２テスラ以上で、フレキシブルディスクドライブのスピンドルモータとして必要な回転ムラ性能５％以下が得られた。
また、同ピーク値が０．３テスラ以上の場合には、回転ムラ性能が３％に改善され、フレキシブルディスクドライブの記録密度をより高密度にしても問題なくリード・ライトすることができ、記録容量の増大に対応できた。
【数１】
0003738984.tif 000002
【００２５】
なお、磁束密度のピーク値が０．６テスラを超えると、ステータベース１３と駆動マグネット２との間の吸引力が過大となり、ステータベース１３がマグネット２側に反り返り、駆動コイル１２が駆動マグネット２に接触して、回転できなくなる。これを防ぐにはステータベース１３を厚くする必要があり、モータがかなり厚くなる問題がある。
【００２６】
次に、界磁マグネット２の直径Ｄと、界磁マグネット磁極２ａの極数Ｐと、界磁マグネット２とＦＧコイル１１との軸方向の空隙寸法Ｇと関係について本発明人が行った検討の結果を説明する。
【００２７】
界磁マグネット２の磁極ピッチＷは、幾何学的な関係から、
Ｗ＝πＤ／Ｐ…（式４）
を満足する関係にあり、この磁極ピッチＷが大きいほどＦＧコイルに達するマグネット磁極２ａの磁束の密度は高くなり、空隙寸法Ｇが大きくなると密度は低くくなる。
即ち、Ｗ／Ｇ＝πＤ／（ＰＧ）なる値の大きさと、界磁マグネット２の残留磁束密度ＢｒとによってＦＧコイル１１に達する界磁マグネット磁極２ａの磁束の密度が決定される。
【００２８】
入手が比較的容易なＢｒ＝１．２テスラなる材料、例えばＮｄ、Ｆｅ、Ｂを主体とした材料を用いて界磁マグネット２を構成した場合、本発明人の実験によれば、上記のπＤ／（ＰＧ）の値が、４以上であるとき常に、ＦＧコイル１１に達する界磁マグネット磁極２ａの磁束の密度は０．２テスラ以上になった。
【００２９】
即ち、πＤ／（ＰＧ）なる値が４未満の場合は、界磁マグネット２はＢｒ＞１．２テスラの材料を使う必要があるが、この種のマグネットは製造コストが極めて高く、着磁も困難であるという問題があるので、上記に説明した構成を有する周波数発電機付モータに用いて製造を行うことは、現実には極めて困難である。
【００３０】
同様に、界磁マグネット２をＢｒ＝１．０テスラの材料を用いた場合、π・Ｄ／（Ｐ・Ｇ）が６以上でＦＧコイルに達するマグネット磁極の磁束の密度は０．２テスラ以上になった。さらに、マグネットのＢｒ＝０．８テスラの材料を用いた場合、π・Ｄ／（Ｐ・Ｇ）が８以上でＦＧコイルに達するマグネット磁極の磁束の密度は０．２テスラ以上になった。
【００３１】
３次高調波成分の重畳の方法としては、まず１６極の基本波成分を着磁した後に４８極の３次高調波成分を重ねて着磁する方法がある。
また着磁のときに１６極の起磁力と４８極の起磁力を一体で発生する着磁ヨークを用いて着磁することも可能である。また、図３のように、マグネットの抗磁力Ｈｃに対して２倍以上の起磁力をもって１６極の着磁することで、マグネットの飽和特性により磁極中央部が飽和し実質的に４８極の３次高調波成分を重畳させることもできる。
【００３２】
５次高調波成分の重畳の方法としては、３次の場合と同様に１６極の基本波着磁に８０極の５次高調波成分を重ねて着磁する方法、着磁のときに８０極の起磁力を一体で発生する着磁ヨークを用いて着磁する方法などが可能である。
【００３３】
このように着磁が容易で比較的安価なＢｒ＝１．２以下のマグネット材料を用いた場合ＦＧコイルに達するマグネット磁極の磁束の密度は０．２テスラ以上とするにはπＤ／（ＰＧ）を４以上とすればよい。
反面、πＤ／（ＰＧ）が１５を超えると空隙Ｇが小さくなり過ぎ、駆動コイルを配置するスペースが小さくなりトルクが減少する上、組み立てに高い精度が必要となるなどの問題を生じる。
【００３４】
また、一般にＢｒの高いマグネット材料は製造コストが高価であるから、コストを考慮すると、πＤ／（ＰＧ）が６以上の場合はより好適であり、πＤ／（ＰＧ）が８以上の場合はさらに好適である。
【００３５】
また、上記の構成とすることにより本実施例の周波数発電機付モータは、ＦＧコイル１１に達する界磁マグネット磁極２ａの磁束の密度は０．２テスラ以上と従来に比べ極めて高くすることができ、ＦＧコイル１１を駆動コイル１２の外側に配置する必要がなく、相対的に内側に配置できるから、外来磁束の影響も相対的に極めて小さくなり殆ど影響なくなる、という効果もまた奏するものである。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明によれば、ステータに対して回転自在に構成したロータに設けられ、１２以上３２以下の偶数個の磁極を円周状の外縁部に均等に配列し、かつｎ（ｎは３又は５）次高調波を重畳した磁束密度パターンを有する駆動マグネットと、ステータのロータ側で駆動マグネットのそれぞれの磁極に対して所定寸法の間隙を介して対向するよう円周状に設けられ、かつ駆動マグネットの磁極配列ピッチ角の１／ｎの折り返しピッチ角で径方向に交互に折り返すパターンコイルであるＦＧコイルとを備え、ロータの回転時に駆動マグネットの磁束密度パターンに応じたＦＧ信号を生成して回転制御に供する構成のモータにおいて、駆動マグネットはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系であり、かつ回転制御の回転ムラを５％以内とするために、ＦＧコイルが受ける駆動マグネットの磁束密度パターンのピーク値が０．２乃至０．６テスラとなるよう構成することで、駆動コイルの発生する磁束のＦＧコイルに漏洩する磁束の影響を相対的に低減し、外来磁束の影響による回転変動をなくすとともに、ＦＧコイルを駆動コイルに接近して配置することを可能とし、モータの小型化を容易とすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る好ましい実施例である、周波数発電機付モータの分解斜視図である。
【図２】  図１の周波数発電機付モータ及び従来構成の周波数発電機付モータの界磁マグネット磁極の磁束密度分布を示す特性図である。
【図３】  図１の周波数発電機付モータの界磁マグネットの磁化特性の一例を示す特性図である。
【図４】  従来技術に係る周波数発電機付モータの分解斜視図である。
【符号の説明】
１ロータ
２  駆動マグネット（界磁マグネット）
２ａ  磁極
１０  ステータ
１１  ＦＧコイル
【図１】
0003738984.tif 000003
【図２】
0003738984.tif 000004
【図３】
0003738984.tif 000005
【図４】
0003738984.tif 000006