(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、
前記ベースに対し回転軸の周囲を回転し、ベアリングシステムによって前記ベースにジャーナルで取付けられる回転する本体と、前記回転する本体に担持され１０の永久に磁化された交番する北−南磁石区分を規定する永久磁石リング構造とを含む、円筒形の回転子構造と、
回転軸の周囲において前記ベースに固定され、磁性クリアランスギャップによって前記永久磁石リング構造の内側で分離される強磁性材料のコアを含む、概ね円筒形の固定子構造とを含むブラシレスＤＣモータであって、前記コアは１２の固定子磁極間において１２の固定子スロットを規定し、絶縁されたワイヤのコイルは各固定子磁極の周囲に所定の巻線方向で巻き付けられ、前記コイルは一連の電気的に駆動する相に所定の接続パターンで接続され、
前記一連の電気的に駆動する相は３つの相を含み、各相は、直列接続される固定子コイルのうちの４つの所定のものを含み、
前記コイルは、Ａを第１の相、Ｂを第２の相、およびＣを第３の相として、以下の接続パターンＡ、Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｃ、Ａ、Ａ′、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｃ′、Ｃに従って巻き付けられ接続され、文字の次の′は、′のない文字で示されるコイルと反対のコイル巻線方向を示す、ブラシレスＤＣモータ。
【請求項２】
ベースと、
前記ベースに対し回転軸の周囲を回転し、ベアリングシステムによって前記ベースにジャーナルで取付けられる回転する本体と、前記回転する本体に担持され１０の永久に磁化された交番する北−南磁石区分を規定する永久磁石リング構造とを含む、円筒形の回転子構造と、
回転軸の周囲において前記ベースに固定され、磁性クリアランスギャップによって前記永久磁石リング構造の内側で分離される強磁性材料のコアを含む、概ね円筒形の固定子構造とを含むブラシレスＤＣモータであって、前記コアは１２の固定子磁極間において１２の固定子スロットを規定し、絶縁されたワイヤのコイルは各固定子磁極の周囲に所定の巻線方向で巻き付けられ、前記コイルは一連の電気的に駆動する相に所定の接続パターンで接続され、
前記一連の電気的に駆動する相は３つの相を含み、各相は、直列接続される固定子コイルのうちの４つの所定のものを含み、
前記コイルは、Ａを第１の相、Ｂを第２の相、およびＣを第３の相として、以下の接続パターンＡ、Ｂ、Ｃ、Ａ、Ｃ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｂ、Ｃ、Ａ、Ｂに従って巻き付けられ接続され、前記コイルはすべて同じ方向に巻き付けられる、ブラシレスＤＣモータ。
【請求項３】
ベースと、
前記ベースに対し回転軸の周囲を回転し、ベアリングシステムによって前記ベースにジャーナルで取付けられる回転する本体と、前記回転する本体に担持され１０の永久に磁化された交番する北−南磁石区分を規定する永久磁石リング構造とを含む、円筒形の回転子構造と、
回転軸の周囲において前記ベースに固定され、磁性クリアランスギャップによって前記永久磁石リング構造の内側で分離される強磁性材料のコアを含む、概ね円筒形の固定子構造とを含むブラシレスＤＣモータであって、前記コアは１２の固定子磁極間において１２の固定子スロットを規定し、絶縁されたワイヤのコイルは各固定子磁極の周囲に所定の巻線方向で巻き付けられ、前記コイルは一連の電気的に駆動する相に所定の接続パターンで接続され、
前記一連の電気的に駆動する相は３つの相を含み、各相は、直列接続される固定子コイルのうちの４つの所定のものを含み、
前記コイルは、Ａを第１の相、Ｂを第２の相、およびＣを第３の相として、以下の接続パターンＡ、Ｃ′、Ｃ、Ａ、Ｃ、Ｂ′、Ｂ、Ｃ、Ｂ、Ａ′、Ａ、Ｂに従って巻き付けられ接続され、前記コイルはすべて同じ方向に巻き付けられる、ブラシレスＤＣモータ。
【請求項４】
前記ベアリングシステムは１対の、間隔をおかれた、予圧をかけられたボールベアリングユニットを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のブラシレスＤＣモータ。
【請求項５】
前記ベアリングシステムは、１対の、間隔をおかれた、流体力学的ジャーナルベアリングを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のブラシレスＤＣモータ。
【請求項６】
前記ベアリングシステムは、１対の軸方向流体力学的スラストベアリングを付加的に含む、請求項５に記載のブラシレスＤＣモータ。
【請求項７】
ディスクドライブスピンドルアセンブリ内において、前記円筒形の回転子構造はハブを含み、前記ハブ上に取付けられ前記ベースに対し前記ブラシレスＤＣモータによって回転するための少なくとも１つのデータ記憶ディスクをさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のブラシレスＤＣモータ。
【請求項８】
複数のデータ記憶ディスクをさらに含み、各データ記憶ディスクは約９０〜１００ミリメータ間の範囲の直径を有し、前記ブラシレスＤＣモータは毎分約１０，０００回転以上の名目回転速度で前記データ記憶ディスクを回転させる、請求項７に記載のブラシレスＤＣモータ。
【請求項９】
ベースエンクロージャと、前記ベースエンクロージャを封じ込め、それによって、封じ込められる内部空間を規定するためのカバーと、
前記ベースに取付けられ、前記ベースに対し回転軸の周囲を回転する円筒形の回転軸の周囲を回転する円筒形の回転子構造を含むブラシレスＤＣモータとを含み、前記円筒形の回転構造は、ベアリングシステムによって前記ベースにジャーナルで取付けられるディスクハブと、前記ディスクハブに担持され、１０の永久に磁化された交番する北−南磁石区分を規定する永久磁石リング構造とを含み、前記ブラシレスＤＣモータはさらに、前記回転軸の周囲において前記ベースに固定され、磁性クリアランスギャップによって前記永久磁石リング構造の内側で分離される強磁性材料のコアを含む、概ね円筒形の固定子構造を含み、前記コアは１２の固定子磁極間において１２の固定子スロットを規定し、絶縁されたワイヤのコイルが各固定子磁極の周囲を所定の巻線方向に巻き付けられ、前記コイルは一連の電気的に駆動する相に所定の接続パターンで接続され、さらに、
前記ディスクハブに取付けられ前記ブラシレスＤＣモータによって回転される少なくとも１つのデータ記憶ディスクと、
前記データ記憶ディスクのデータ記憶面上に規定される記憶トラックに対し、変換を行なう関係において、データトランスデューサを位置決めするためのデータトランスデューサ−アクチュエータアセンブリとを含み、
前記一連の電気的に駆動する相は３つの相を含み、各相は直列接続される固定子コイルの４つの所定のものを含み、
前記コイルは、Ａを第１の相、Ｂを第２の相、およびＣを第３の相として、以下の接続パターンＡ、Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｃ、Ａ、Ａ′、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｃ′、Ｃに従って巻き付けられ接続され、文字の次の′は、′のない文字で示されるコイルと反対のコイル巻線方向を示す、小型ハードディスクドライブアセンブリ。
【請求項１０】
ベースエンクロージャと、前記ベースエンクロージャを封じ込め、それによって、封じ込められる内部空間を規定するためのカバーと、
前記ベースに取付けられ、前記ベースに対し回転軸の周囲を回転する円筒形の回転軸の周囲を回転する円筒形の回転子構造を含むブラシレスＤＣモータとを含み、前記円筒形の回転構造は、ベアリングシステムによって前記ベースにジャーナルで取付けられるディスクハブと、前記ディスクハブに担持され、１０の永久に磁化された交番する北−南磁石区分を規定する永久磁石リング構造とを含み、前記ブラシレスＤＣモータはさらに、前記回転軸の周囲において前記ベースに固定され、磁性クリアランスギャップによって前記永久磁石リング構造の内側で分離される強磁性材料のコアを含む、概ね円筒形の固定子構造を含み、前記コアは１２の固定子磁極間において１２の固定子スロットを規定し、絶縁されたワイヤのコイルが各固定子磁極の周囲を所定の巻線方向に巻き付けられ、前記コイルは一連の電気的に駆動する相に所定の接続パターンで接続され、さらに、
前記ディスクハブに取付けられ前記ブラシレスＤＣモータによって回転される少なくとも１つのデータ記憶ディスクと、
前記データ記憶ディスクのデータ記憶面上に規定される記憶トラックに対し、変換を行なう関係において、データトランスデューサを位置決めするためのデータトランスデューサ−アクチュエータアセンブリとを含み、
前記一連の電気的に駆動する相は３つの相を含み、各相は直列接続される固定子コイルの４つの所定のものを含み、
前記コイルは、Ａを第１の相、Ｂを第２の相、およびＣを第３の相として、以下の接続パターンＡ、Ｂ、Ｃ、Ａ、Ｃ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｂ、Ｃ、Ａ、Ｂに従って巻き付けられ接続され、前記コイルはすべて同じ方向に巻き付けられる、小型ハードディスクドライブアセンブリ。
【請求項１１】
ベースエンクロージャと、前記ベースエンクロージャを封じ込め、それによって、封じ込められる内部空間を規定するためのカバーと、
前記ベースに取付けられ、前記ベースに対し回転軸の周囲を回転する円筒形の回転軸の周囲を回転する円筒形の回転子構造を含むブラシレスＤＣモータとを含み、前記円筒形の回転構造は、ベアリングシステムによって前記ベースにジャーナルで取付けられるディスクハブと、前記ディスクハブに担持され、１０の永久に磁化された交番する北−南磁石区分を規定する永久磁石リング構造とを含み、前記ブラシレスＤＣモータはさらに、前記回転軸の周囲において前記ベースに固定され、磁性クリアランスギャップによって前記永久磁石リング構造の内側で分離される強磁性材料のコアを含む、概ね円筒形の固定子構造を含み、前記コアは１２の固定子磁極間において１２の固定子スロットを規定し、絶縁されたワイヤのコイルが各固定子磁極の周囲を所定の巻線方向に巻き付けられ、前記コイルは一連の電気的に駆動する相に所定の接続パターンで接続され、さらに、
前記ディスクハブに取付けられ前記ブラシレスＤＣモータによって回転される少なくとも１つのデータ記憶ディスクと、
前記データ記憶ディスクのデータ記憶面上に規定される記憶トラックに対し、変換を行なう関係において、データトランスデューサを位置決めするためのデータトランスデューサ−アクチュエータアセンブリとを含み、
前記一連の電気的に駆動する相は３つの相を含み、各相は直列接続される固定子コイルの４つの所定のものを含み、
前記コイルは、Ａを第１の相、Ｂを第２の相、およびＣを第３の相として、以下の接続パターンＡ、Ｃ′、Ｃ、Ａ、Ｃ、Ｂ′、Ｂ、Ｃ、Ｂ、Ａ′、Ａ、Ｂに従って巻き付けられ接続され、前記コイルはすべて同じ方向に巻き付けられる、小型ハードディスクドライブアセンブリ。
【請求項１２】
ディスクの積み重なりとして前記ディスクハブに取付けられる、約９０〜１００ミリメータの間の範囲の直径を各々が有する複数のデータ記憶ディスクをさらに含み、前記データトランスデューサ−アクチュエータアセンブリによって複数のディスクデータ記憶面に対し位置決めされる複数のデータトランスデューサをさらに含み、前記ブラシレスＤＣモータは前記データ記憶ディスクを毎分約１０，０００回転以上の名目回転速度で回転させる、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の小型ハードディスクドライブアセンブリ。
【請求項１３】
前記ベアリングシステムは１対の、間隔をおかれた、予圧をかけられたボールベアリングユニットを含む、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の小型ハードディスクドライブアセンブリ。
【請求項１４】
前記ベアリングシステムは、１対の、間隔をとられた流体力学的ジャーナルベアリングと、１対の軸方向流体力学的スラストベアリングとを含む、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の小型ハードディスクドライブアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
この発明は、一般に、回転する電気機械に関する。より特定的には、この発明は、最小限にされた正味径方向力および低いコギングトルクを伴う１０磁極／１２スロット構成を有する小型高速ブラシレスＤＣモータに関する。
発明の背景
ディスクドライブ内の直接駆動スピンドルモータとして、電気的に整流されるＤＣブラシレスモータを用いることは公知である。そのようなスピンドルモータの１つの非常に普及した形態は、いわゆる８磁極／９スロットスピンドルモータである。この構成は、永久磁石回転子および固定子アセンブリの間において安定した回転位置により現われる回り止または「コギング」トルクを最小にする結果となるため、他の構成よりも好まれてきた。ディスクドライブにおける位置決めヘッドアクチュエータ等のいくつかの適用例では、増分的位置決めステップモータにより与えられる回り止が精密なヘッド位置決めを与えるために用いられてきた。しかしながら、ディスクドライブスピンドルの場合、安定した位置というものは、通常の始動摩擦力に加えて、克服しなければならない静的な力をもたらす。モータ回り止はさらにモータ回転中における望ましくない振動としても現われる。
ディスクドライブ業界において広く用いられてきた８磁極／９スロットスピンドルモータ構成では、永久磁石環は８つの交番する北−南磁極内部面を有するよう分極される。これらの面は、９つのスロットまたは磁極片ギャップを規定する積層された固定子コアを含む中央の固定子アセンブリに直面する。９つの磁極片の各々はワイヤからなるコイルで巻かれ、このコイルは典型的には３つの駆動する相の直列構成に接続される。その開示がここに引用により援用される、コネクニー（Konecny）による「低振動および高性能を有する小型３相永久磁石回転機械（“Compact Three-Phase Permanent Magnet Rotary Machine Having Low Vibration and High Performance”）」に対する米国特許第４，７７４，４２８号により例示される１つの方策では、巻線相互接続パターンは高いモータ能率レベルを与えたが、動作中に高い正味径方向力も現われた。この正味径方向力は回転子と同期して回転し、均衡を破る力としてベアリングシステムに与えられて、ベアリングの摩耗を引き起こした。この従来的なモータ設計の別の例は、これもその開示をここに引用により援用する、クラポ（Crapo）による「低いコギングトルクを伴うディスクドライブスピンドルモータ（“Disc Drive Spindle Motor with Low Cogging Torque”）」に対する米国特許第４，８４７，７１２号によって与えられる。従来的な８磁極／９スロットディスクドライブスピンドルモータの性能を図１Ａのグラフ内に示す。この図は周期的なコギング力の欠如を示す。図１Ｂは、従来的な８磁極／９スロットモータ設計において各固定子磁極面（固定子スロットの間）に分布した力ベクトルの総和に基づいた、回転軸からこの平面図において下方向に延びる、結果として生ずる正味径方向力のグラフを示す。この図中の湾曲した弧は、固定子によって回転子に与えられるトルク力を示す。図１Ｂは、したがって、従来的な８磁極／９スロットスピンドルモータ内における正味径方向力の問題を示している。
一方、１２磁極／９スロットスピンドルモータ構成も、ハードディスクドライブスピンドル回転適用例に対し提案されている。この構成の一例が、モアハウス（Morehouse）らの「ハードディスクアセンブリのためのスピンモータ（“Spin Motor for a Hard Disk Assembly”）」に対する米国特許第５，２１８，２５３号に見られる。この１２磁極／９スロットモータ構成は低い正味径方向力を出現させるという望ましい点があるが、検出可能なほど高い回り止力を出現させるという望ましくない点もあり、これは、１Ｈｚの固定誤りオフセットに重なって、図２のグラフ内に示されるモータの１回転サイクルにわたって３６の周期的山および谷として現われる。この１Ｈｚの周期的固定誤り波形成分が図２のグラフから打ち消された場合、１２磁極／９スロットモータの性能に対する主な障害は３６Ｈｚのコギングトルクとなることは明らかである。
低いコギングトルクはディスクスピンドルモータの望ましい属性である一方、等しく望ましい属性は動作中の正味径方向力の最小化である。これは、ディスクスピンドルが絶えず増加する回転速度で回転され、毎分１万回転（１０，０００ＲＰＭ）に近づき、さらにはそれを超える場合に特に言えることである。非常に高い回転速度の場合、より新型のスピンドルベアリングシステム、特に流体力学的ベアリングが提案されつつある。これらのベアリングは、均衡を破られたまたは正味径方向力に対し非常に感度があり、正味径方向力はスティクションまたは始動の困難さをもたらし、ベアリングシステムの回転動作中にジャーナルベアリングにおいてシャフトとスリーブとに摩耗を伴って、一様でないポンピングおよび偏心回転をもたらすため、それらのベアリングは上で論じた従来の８磁極・９スロットスピンドルモータ設計ではうまく働いてはいない。
このように、低いコギングトルクを現わし、さらに動作中に低い正味径方向力を現わす、改善された、電気的に整流される磁極−相スピンドルモータに対する要求は未だに満足されていない。
目的を伴う、この発明の概要
この発明の一般的な目的は、他の対称モータ設計内に存在する高い回り止トルクの障害を克服し、同時に、非対称モータ設計に関連づけられる大きな正味径方向力の障害も克服する、電気的に整流されるＤＣブラシレススピンドルモータを提供することである。
この発明の別の目的は、さまざまな磁化条件に対して非常に低いコギングトルクを達成する電気モータ設計を提供することである。
この発明のさらなる目的は、変化する製造条件で円滑な動作を達成し、それによって大量生産歩留りを向上させフィールドリターンを減少させるモータを生産する電気モータ設計を提供することである。
この発明のさらにもう１つの目的は、非常に高い回転スピードに対して適合され、特に、流体力学的スピンドルベアリングシステム内における使用に適した電気モータ設計を提供することである。
この発明の原理に従うと、ブラシレスＤＣモータは、ベースと、回転軸の周囲においてベースに対し回転する円筒形の回転子構造と、ベースに固定される概ね円筒形の固定子構造とを含む。回転子構造は、ベアリングシステムによってベースにジャーナルで取付けられる回転する本体と、回転する本体によって担持され、１０の永久に磁化された交番する北−南磁極区分を規定する永久磁石リング構造とを含む。固定子構造は、回転軸の周囲においてベースに固定され、磁性ギャップによって永久磁石リング構造の内側で分離される、たとえば積層された強磁性シートからなるコアを含み、このコアは１２の固定子磁極間において１２の固定子スロットを規定する。絶縁されたワイヤからなるコイルは各固定子磁極の周囲において所定の巻線方向に巻かれ、このコイルは一連の電気的に駆動する相に所定の接続パターンで接続される。回転する本体は、一連の電気的な駆動する相への、整相された駆動電流のシーケンシャルな印加に応答して、回転軸の周囲で回転させられる。好ましい例では、モータは３相モータであり、コイルは３つの駆動する相の組に接続される。１つの最も好ましい巻線構成では、コイルは、Ａを第１の駆動する相の組のコイルとし、Ｂを第２の駆動する相の組のコイルとし、Ｃを第３の駆動する相の組のコイルとし、大文字に続く′はその文字により示されるコイルの逆方向巻線を示すものとして、シーケンスＡ′ＡＢＢ′Ｃ′ＣＡＡ′Ｂ′ＢＣＣ′に従ってコアの周囲に巻き付けられる。
この発明のこれらならびに他の目的、利点、局面および特徴は、添付の図面と関連させて提示される、好ましい実施例の以下の詳細な説明を考慮することにより、当業者にはより十分に理解され評価されるであろう。
【図面の簡単な説明】
図面において、
図１Ａは、低いコギングトルクおよび高い正味径方向力を示す従来の８磁極・９スロットディスクドライブスピンドルモータの１回転に対してプロット化されたトルクのグラフである。
図１Ｂは、高い正味径方向力を示す８磁極・９スロットディスクドライブスピンドルモータをもたらす全体の力のグラフである。
図２は、高いコギングトルクおよび低い正味径方向力を示す従来の１２磁極・９スロットディスクドライブスピンドルモータの１回転に対しプロット化されたトルクのグラフである。
図３は、この発明の原理を組み込んだ、従来のボールベアリングスピンドルシステムを用いるスピンドルモータを示すハードディスクドライブの概略的な側面断面図である。
図４は、この発明の原理を組み込んだ、流体力学的ベアリングスピンドルシステム内のスピンドルモータを示す別のハードディスクドライブの概略的な側面断面図である。
図５は、この発明の原理に従う、第１の好ましい１０磁極回転子および１２スロット固定子構成の拡大概略図である。
図６は、第１の好ましい巻線パターンに従う図５の固定子構成の「Ｂ」相に対するコイル巻線図である。
図７は、この発明の原理に従う、第２の好ましい１０磁極回転子および１２スロット固定子構成の拡大概略図である。
図８は、第２の好ましい巻線パターンに従う図７の固定子構成の「Ｂ」相に対するコイル巻線図である。
図９は、この発明の原理に従う、第３の好ましい１０磁極回転子および１２スロット固定子構成の拡大概略図である。
図１０は、第３の好ましい巻線パターンに従う図９の固定子構成の「Ｂ」相に対するコイル巻線図である。
図１１は、この発明の原理に従う、第４の好ましい１０磁極回転子および１２スロット固定子構成の拡大概略平面図である。
図１２は、第４の好ましい巻線パターンに従う図１１の固定子構成の「Ｂ」相に対するコイル巻線図である。
図１３は、この発明の原理に従う、コギングトルクを本質的に全く示さず、実質的に平坦化され低減された正味径方向力を示す、図４に示される１０磁極・１２スロットディスクドライブスピンドルモータの１回転に対しプロット化されたトルクのグラフである。
図１４は、この発明の原理を組み込み、１０，０００ＲＰＭの大きさの非常に高速での持続された期間に動作するよう設計される対称１０磁極・１２スロットモータのスケールヘの立面および断面における右半分の図である。
好ましい実施例の詳細な説明
まず図３を参照して、ハードディスクドライブ１０は、ベース１２と、そのベースに取付けられるスピンドルアセンブリ１４と、複数の回転するデータ記憶ディスク１６とを含む。カバー１８はベース１２の周壁にねじ（図示せず）によって固定され、それによって、スピンドルアセンブリ１４を含む内部空間２０を、浮動ヘッドまたは「ウィンチェスター」ディスクドライブ技術が正しく機能するのに必要な従来の気密封止構成で封じる。スピンドルアセンブリは接着剤によってベース１２にプレスばめまたは固定されるシャフト２２を含む。間隔をあけられた２つのボールベアリングユニット２４および２６は、固定されたシャフト２２に固定される内側レースと、回転するハブ２８に固定される外側レースとを有する。ハブ２８のところでディスク１６間に置かれるスペーサ３０は、ディスクの正しい平坦性および軸方向整列を与える。環状ディスククランプ３２は、たとえばねじ３４によってハブ２８に固定され、単一化された積み重なりとしてハブ上のディスクを締めつけるよう作用する。スピンドルユニットにさらなる剛さを与えるため、固定されたシャフト２２はねじ３６によって頂部カバーに固定されてもよい。
スピンドルアセンブリ１４は、この発明の原理を組み込む、１２磁極／１０スロット直接駆動・ＤＣブラシレススピンドルモータ５０を含む。スピンドルモータ５０は回転子構造５２と固定子構造５４とを含む。回転子構造は、強磁性材料から形成される磁束反転リング５８に固定される円筒形の永久磁石５６を含む。磁束反転リング５８はハブ２８が強磁性材料からなる場合には取除かれてもよいが、より広くにはそれはアルミニウム合金から形成される。固定子構造５４は、好適な柔らかい強磁性材料からなるシート状層状体等から形成される強磁性コア６０を含む。コイル６２は、１２の固定子スロットおよび１２の固定子磁極面６４を規定する１２の固定子磁極の周囲に巻きつけられる。磁極面６４は、永久磁石５６の、隣接して対面する永久磁石磁極区分から、狭い磁性ギャップ６６によって分離される。一連の接続ピン６８は、コイル６２が、ベース１２の底部壁下にあるプリント回路板（図示せず）上で支持される好適な駆動回路に、この発明に直接は関連しない従来の構成において直接接続されることを可能にするよう設けられる。従来のモータドライバ回路によってコイル６２の組に供給される整流電流は固定子において電磁場を作り出し、これらの場は対面する永久磁石５６の磁極から発出される場と相互作用して反応トルク力を作り出し、その結果回転子構造１４が回転する。
図４において、同様のモータ構成が流体力学的スピンドルベアリングシステム内に設けられ、その顕著な違いは、ベース１２に固定される中央シャフト２３上に形成される流体力学的ポンピング溝２７が設けられ、スリーブ２５で流体力学的ジャーナルベアリングを形成していることである。さらに、スラストベアリングプレート３１は、スリーブ２５と頂部スラストベアリングプレート３３とを流体力学的スラストベアリング面に与える。磁束反転リング５８は、下側の、外方向にフランジをつけられる部分５９を含んで、最も下のディスク１６の下側データ記憶面方向への磁束通路マイグレーションを防止してもよい。他の態様では、図４に示されるスピンドルアセンブリは図３に示されそれに関連して上で論じられたスピンドルアセンブリ１４と実質的に等価であり、図３および図４の両方において両方のスピンドルアセンブリに見られる共通の構造上の要素を示すのには同じ参照番号が用いられている。
ここで図５を参照して、シャフト２２は、スピンドルアセンブリ１４の回転軸１１の周囲に対象的に配置される状態で示される。永久磁石リング５６は１０の磁極区分５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄ、５６ｅ、５６ｆ、５６ｇ、５６ｈ、５６ｉ、および５６ｊを（時計回り方向に）規定する。磁極区分５６ａ、５６ｃ、５６ｅ、５６ｇおよび５６ｉは北磁極が固定子コア６０に対面し、一方、交番する磁極区分５６ｂ、５６ｄ、５６ｆ、５６ｈおよび５６ｊは南磁極が固定子コアに対面する。固定子コアは１２のスロット６５を有し、これらは、狭い磁性ギャップ６６によって分離される１０の永久磁石磁極区分５６ａ〜５６ｊに近接して直面する１２の固定子磁極および磁極面６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｅ、６４ｆ、６４ｇ、６４ｈ、６４ｉ、６４ｊ、６４ｋおよび６４ｌを（これも時計回り）に形成する。コイル６２は、各回転子磁極６４の周囲に巻きつけられ、コイル６２の各側において２つの隣接するギャップ６５の内部が広げられた部分の約１／２までを占める。
この例では、１２のコイル６２は、Ａ相、Ｂ相およびＣ相がある、４つのコイルからなる３つの連なりに配置され、電気的に接続される。図６は、コイル６２を固定子磁極６４の周囲にＡ、Ａ′、Ｂ、Ｂ′、Ｃ′、Ｃ、Ａ、Ａ′、Ｂ′、Ｂ、ＣおよびＣ′として巻きつけるための例示の巻線パターンを示す。′はたとえば反時計回りのコイル巻線パターンを示し、一方、文字の隣に′がない場合にはたとえばその大文字で示される特定のコイルに対する時計回りのコイル巻線パターンを示す。この特定の巻線パターンは、結果として生ずるトルクにより除算された電力損失により規定されるように、最も高い能率またはモータ一定レベル（単位元）を生じさせる。さらに、それは、最も低いレベルの音響的エネルギ出力を生じ、したがって、この実施例のうち最も好ましいものである。当業者には、これら巻線パターンは等しく十分な結果を伴う状態で順序が逆転されてもよいことが理解される。図６はＢ相コイル（固定子磁極６４ｃ、６４ｄ、６４ｉおよび６４ｊ）に対する巻線パターンを線形化して図示したものであり、この図示される巻線パターンは同様に示される態様でＡおよびＣ相コイルに対しても設けられることが理解される。
図７および図８は、音響的エネルギ発出（モータ騒音）がいくらか僅かに増加し、能率が僅かに落ちる結果となる、第２の好ましい巻線パターンＡ、Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｃ、Ａ、Ａ′、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｃ′、Ｃを示す。同様に、図９および図１０に示される巻線パターン、ならびに図１１および図１２に示される巻線パターンも、音響的エネルギ発出が増加し、モータ能率が落ちる。図９および図１０の巻線パターンＡ、Ｂ、Ｃ、Ａ、Ｃ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｂ、Ｃ、Ａ、Ｂは（０．８７）のモータ能率を有する。図１１および図１２の巻線パターンＡ、Ｃ′、Ｃ、Ａ、Ｃ、Ｂ′、Ｂ、Ｃ、Ｂ、Ａ′、Ａ、Ｂは（０．８４）のモータ能率を有する。
図１３は、上で論じた図４に示されるものと同様の構成において１０の永久磁石回転子磁極と１２の固定子スロットとを有するディスクドライブスピンドルモータにおいて展開される毎分（０．８）回転の回転速度で測定される角変位の関数として、トルクのプロットを表わす。正味径方向力はこの例においては固定化のため存在するよう示され（図１３においては破線の軌跡で示される）ているが、このデータについて驚くべきことは、１Ｈｚ固定化オフセットが取り消されると、正味径方向力は測定下のモータの回転軌跡にわたってはるかにより一様に分布されるということである。
下の表１は、ディスクドライブスピンドルモータとして用いられているまたはそれに適したＤＣブラシレスモータ磁極−スロット構成の質的比較を表わす。
0003801642.tif 000002
永久磁石モータの回り止トルクは、モータの磁極およびスロットの最小公倍数（ＬＣＭ）に直接関係があることが発見されている。一般に、ＬＣＭが高いほど回り止トルクは小さくなる。ＬＣＭは、回り止ピークがモータの１回転にいくつ存在するかを示す。ここでしばらく図２の１２磁極・９スロット永久磁石モータのグラフに戻ると、調べたところでは、この構成に対するＬＣＭは、３６の十分に規定される回り止ピークから、３６であることが明らかである。
モータ対称性は、ＬＣＭで除算された磁極数とスロット数との積が単位元より大きければ識別される。この積は、特定の磁束相互作用がそれ自身を繰返すモータのジオメトリ内における場所の数を識別する。この共通の相互作用は、モータの周囲にわたって常に一様に分布される。モータが駆動されている最中であるときは、非対称な設計では正味径方向力の振幅はさらに大きいということを除き、上述したことも真である。
下の表２は、特定のモータ設計に対し、磁極とスロット（Ｐ* Ｓ）との積をＬＣＭで除算した商を計算することによりモータ磁極／スロット組合せを対称または非対称として規定する。
0003801642.tif 000003
表２は、８磁極／９スロットモータ設計以外のすべての磁極／スロット組合せが対称であることを確立する。
モータの固定子と回転子との間の正味径方向力は、ベアリングシステムが支持しなければならない荷重を表わす。正味径方向力も時間とともに回転する場合、悪質なモータ／スピンドルシステム振動および望ましくない過度の音響的エネルギ発出が生じ得る。正味径方向力が存在する場合、それも一般に時間とともに移動する。たとえば、８磁極／９スロット正味径方向力は、スピンドル速度の８倍で回転子方向と反対にスピンする。固定子および回転子上の正味径方向力は２つの源、つまり、固定子から回転子への磁石引力と、コイル電流から磁石への相互作用とから生じ得る。これらの力は常に存在するが、モータ設計内に幾何学的対称性があれば互いを打ち消し得る。
記載されているタイプのモータにおいて断然大きい力は、磁石から鋼への引力によるものである。それらは、適当な磁極／スロット組合せによってまず打ち消されなければならないものである。新しいモータ設計とともに磁石がより強力になり幾何学的クリアランスがより小さくなるにつれ、これらの力は増加される。単位元より大きい最大共通因子を有する対称磁極／スロット比は、固定子から磁石への径方向引力が総計して０になることを保証する。
コイルに対称的にエネルギを与えることは、電気的整流からの０の径方向力の寄与を保証し、それは好適な巻線パターンによって達成され得る。間に挟まれたコイル接続パターンＡＣＡＢＡＢＣＢＣを有する、先の８磁極／９スロットモータの、分布された巻線パターンは、より広く見られるコイル接続パターンＡＡＡＢＢＢＣＣＣに対して、モータ能率を犠牲にして対称性に近づこうとする試みを表わした。
ＡＢＣ等の巻線パターンを伴う先の１２磁極／９スロットＤＣモータは、上の要件のすべてを満たすものの、低いコギングトルクの場合には設計が困難である。この発明の原理に従う１０磁極／１２スロットモータは上の要件を満たし、さらには低いコギングトルクに対して設計が容易である。
図１４は、ディスクドライブスピンドルアセンブリのための、（ミリメータで）物理的に採寸されるスピンドルモータ５１を示す。モータ５１は、この発明の原理に従う１０磁極／１２スロット構成を有する。図３において同じ機能上の要素を説明するのに用いられた参照番号を、図１４の対応する要素にも用いる。このスピンドルモータ５１は、１０，０００ＲＰＭの持続される公称回転速度を達成し、回転するたとえば６つの記憶ディスク１６のためのものであり、各ディスクは従来の全高の３．５インチハードディスクドライブ形式ファクタにおいて約３．５インチ（９５ｍｍ）直径を有する。このスピンドルアセンブリは、１．２キログラムのベアリング予圧と、８．３１ｍｍのベアリングスパン（中心から中心まで）とを伴う、ＮＳＫ・ボール・ベアリング・ユニットＢ５−３９型、５×１３×３を用いる。さらに、この例５１では、ハブ２８ａは強磁性材料から形成され、磁束反転リング５８はない。
当業者には、好ましい実施例についての前述の記載を考慮することから、以下の請求の範囲によってその範囲がより特定的に示されるこの発明の精神から逸脱することなく数多くの変更および修正がなされることが容易に明らかとなる。ここにおける記載およびこの開示は例示によるのみのものであって、以下の請求の範囲によってより特定的に示されるこの発明の範囲を限定するよう解釈されてはならない。
【図１Ａ】
0003801642.tif 000004
【図１Ｂ】
0003801642.tif 000005
【図２】
0003801642.tif 000006
【図３】
0003801642.tif 000007
【図４】
0003801642.tif 000008
【図５】
0003801642.tif 000009
【図６】
0003801642.tif 000010
【図７】
0003801642.tif 000011
【図８】
0003801642.tif 000012
【図９】
0003801642.tif 000013
【図１０】
0003801642.tif 000014
【図１１】
0003801642.tif 000015
【図１２】
0003801642.tif 000016
【図１３】
0003801642.tif 000017
【図１４】
0003801642.tif 000018