ブラシレスモータ
【課題】体積効率の高いブラシレスモータを提供する。
【解決手段】ブラシレスモータは、シャフトを中心として回転可能であり、かつ内壁面を有するロータフレーム１１と、ロータフレーム１１の内壁面に取り付けられた環状のマグネット１２と、マグネット１２と対向するようにロータフレーム１１の内周側に配置され、かつマグネット１２を回転させる磁界を発生可能なステータとを備えている。ステータは、積み重ねられた複数の板状体５１と、複数の板状体５１の平面５１ａおよび５１ｂに重ねられたエンドプレート５２ａおよび５２ｂとを含み、エンドプレート５２ａおよび５２ｂは、本体部１０１と、本体部１０１の外周側端部において、本体部１０１と直角または鈍角をなすように折り曲げられた外周側端部１０２とを有する。
【解決手段】ブラシレスモータは、シャフトを中心として回転可能であり、かつ内壁面を有するロータフレーム１１と、ロータフレーム１１の内壁面に取り付けられた環状のマグネット１２と、マグネット１２と対向するようにロータフレーム１１の内周側に配置され、かつマグネット１２を回転させる磁界を発生可能なステータとを備えている。ステータは、積み重ねられた複数の板状体５１と、複数の板状体５１の平面５１ａおよび５１ｂに重ねられたエンドプレート５２ａおよび５２ｂとを含み、エンドプレート５２ａおよび５２ｂは、本体部１０１と、本体部１０１の外周側端部において、本体部１０１と直角または鈍角をなすように折り曲げられた外周側端部１０２とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はブラシレスモータに関し、より特定的には、体積効率の高いブラシレスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
コピー機、プリンタ、または複合機などのＯＡ（Ｏｆｆｉｃｅ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ
）機器においては、感光ドラムや紙送り機構などの駆動にブラシレスモータが用いられている。
【０００３】
ブラシレスモータは一般に、積層鋼板よりなるステータと、ステータの外周側に設けられた円筒状のロータとを備えている。ステータは、外径方向に等間隔で突出した複数の突出部を有するステータコアと、複数の突出部の各々に巻き回されたコイルとを含んでいる。ロータは、回転軸を中心として回転可能に支持されている。ロータは、互いに異なる磁極が周期的に形成された磁石を、その内周に含んでいる。ブラシレスモータは、ステータのコイルへの通電制御により回転磁界を発生させ、ロータの磁石に回転力を加えてロータを回転させる。
【０００４】
またブラシレスモータは、ステータおよびロータの下部（回転軸に沿った一方の端部）に設けられた回路基板をさらに備えている。回路基板には、ロータの回転を磁気的に検出する磁気検出素子が形成されている。この磁気検出素子によるロータの回転の検出精度を高めるために、ロータの磁石の幅（回転軸に沿った長さ）はステータコアの磁極基部の幅よりも長くされている。そして、ステータコアとロータの磁石との対向面積を大きくするために、ステータコアを構成する積層鋼板のうちステータの上下端部（回転軸に沿った両端部）の鋼板（エンドプレート）の各々は、その外周端部が磁石と略平行方向に延在するように折り曲げられている。
【０００５】
なお、上述のブラシレスモータは、たとえば下記特許文献１に開示されている。下記特許文献１のモータにおいては、ステータコアが複数枚の板状体を一体化して積層した積層部と、積層部の両面を挟むように配置された端板部とを備えている。積層部の上面側および下面側に配置された端板部の各々は、２枚の板状体により構成されており、ロータの磁石に対して略平行な方向に折り曲げられた延長部を有している。このモータの製造の際には、ステータコアの磁束の流れを妨げない位置に積層部と端板部との位置決め部を形成し、位置決めされた状態で、積層部と端板部とを仮固定して、粉体塗装あるいは電着塗装により絶縁層を形成して固着する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２０１３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、機器の薄型化、省スペース化に伴い、その一部として組み込まれるブラシレスモータのさらなる小型化が要求されている。このため、ブラシレスモータの体積効率を向上することが望まれている。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、体積効率の高いブラシレスモータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一の局面に従うブラシレスモータは、回転軸を中心として回転可能であり、かつ内壁面を有するロータフレームと、内壁面に取り付けられた環状のマグネットと、マグネットと対向するようにロータフレームの内周側に配置され、かつマグネットを回転させる磁界を発生可能なステータとを備え、ステータは、積み重ねられた複数の板状体と、複数の板状体における回転軸に沿う方向の少なくとも一方の面に重ねられた端部板状体とを含み、端部板状体は、少なくとも一方の面に重ねられた本体部と、本体部の外周側端部において、本体部と直角または鈍角をなすように折り曲げられた外周側端部とを有する。
【００１０】
上記ブラシレスモータにおいて好ましくは、外周側端部の折曲げ角度は８７．５度以上９０度以下である。
【００１１】
上記ブラシレスモータにおいて好ましくは、本体部と外周側端部との境界は曲線の断面形状を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、体積効率の高い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】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態におけるブラシレスモータの構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図１のブラシレスモータのロータおよびステータの構成を模式的に示す斜視図である。
【図３】斜め下方向から見た場合のマグネットの着磁状態の一例を示す斜視図である。
【図４】図１のステータコアおよびマグネット付近の構成を示す拡大断面図である。
【図５】マグネットからステータコアに向かう磁束を模式的に示す断面図である。
【図６】ブラシレスモータの誘起電圧についてのシミュレーションの際の各部材の寸法や諸条件を示す図である。
【図７】折曲げ角度θと、エンドプレートとマグネットとの距離ｄの最大値および最小値との関係を示す図である。
【図８】折曲げ角度θと、誘起電圧の最大値との関係を示す図（グラフ）である。
【図９】折曲げ角度θと、誘起電圧の最大値との関係を示す図（表）である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００１５】
本実施の形態におけるブラシレスモータは、たとえば、コピー機、プリンタ、または複合機などのＯＡ機器において、感光ドラムや紙送り機構などの駆動に用いられる。このような用途のブラシレスモータは、強力なトルクを必要とするパワーブラシレスモータである。勿論、本実施の形態におけるブラシレスモータは、上記の用途に限られるものではない。
【００１６】
［ブラシレスモータの構成］
図１は、本発明の一実施の形態におけるブラシレスモータの構成を模式的に示す断面図である。図２は、図１のブラシレスモータのロータおよびステータの構成を模式的に示す斜視図である。なお、図２においては、ロータおよびステータの一部のみが示されている。以降の説明において、「外周側」とは、ブラシレスモータのシャフト１３（回転軸）から外部へ向かう側を意味しており、「内周側」とは、ブラシレスモータのシャフト１３へ向かう側を意味している。
【００１７】
図１および図２を参照して、本実施の形態におけるブラシレスモータは、ロータ１０と、ステータ２０と、軸受３１と、軸受ハウジング３２と、基板４０とを主に備えている。ロータ１０は、ロータフレーム１１、マグネット１２、およびシャフト１３を備えている。ロータ１０において、シャフト１３は、ロータフレーム１１の中心部（図１における中央部）を貫くように図１における上下方向に延在している。ロータフレーム１１は、シャフト１３を中心としてシャフト１３とともに回転可能である。マグネット１２は、ステータ２０と対向するようにロータフレーム１１に取り付けられている。シャフト１３は、軸受３１によって軸受ハウジング３２に対して回転可能に支持されている。軸受３１は、たとえばすべり軸受よりなっており、シャフト１３の延在方向（回転軸）に沿ってたとえば２個設けられている。ステータ２０および基板４０は、軸受ハウジング３２に固定されている。
【００１８】
ロータフレーム１１は、ロータフレーム１１内部からの磁界の漏れを防ぐものであり、たとえば磁性体よりなっている。ロータフレーム１１は、シャフト１３の延在方向に対してたとえば垂直な方向（外周方向、図１における横方向）に延在する天井部１４ａと、シャフト１３の延在方向に対してたとえば平行な方向（図１における縦方向）に延在する側壁部１４ｂ（ロータバックヨーク）とを有している。天井部１４ａは平面的に見て円形状を有している。天井部１４ａの中心部にはシャフト１３を通すための孔６０が設けられており、ロータフレーム１１は孔６０においてシャフト１３に固定されている。側壁部１４ｂは、天井部１４ａの外周端部から基板４０側（図１における下方向）に延在している。側壁部１４ｂは円筒形状であり、外周側を向いた面である外壁面１１ａと、内周側を向いた面である内壁面１１ｂとを有している。マグネット１２は、内壁面１１ｂに取り付けられている。
【００１９】
ステータ２０は、中央から径方向外側へ放射状に延びるように形成される複数のティース部２１ａを有するステータコア２１と、ティース部２１ａの周囲に巻回されたステータコイル２２とを備えている。ステータ２０は、マグネット１２と空間を隔てて対向するようにマグネット１２よりも内周側に配置されている。ステータ２０は、ステータコイル２２に電圧が印加されることにより、マグネット１２を回転させる磁界を発生可能である。ステータ２０の詳細な構成については後述する。
【００２０】
軸受ハウジング３２は、側壁部３３ａと延在部３３ｂとを有している。側壁部３３ａは円筒形状を有しており、その内周側には軸受３１が嵌め込まれている。側壁部３３ａの外周側にはステータコア２１が取り付けられている。
【００２１】
延在部３３ｂは、側壁部３３ａの図１における下端部において外周側へ延在している。延在部３３ｂには基板４０が取り付けられている。これにより基板４０は、軸受ハウジング３２およびステータ２０に対して固定される。基板４０の中心部には孔６１が形成されており、孔６１をシャフト１３および軸受ハウジング３２が貫通している。基板４０におけるロータ１０側の面４０ａには、ＦＧパターン４２と、キャンセルパターン４３とが形成されている。ＦＧパターン４２は、マグネット１２から受ける磁界の変化に基づいてマグネット１２の回転速度（ロータ１０の回転速度）を検出するものである。キャンセルパターン４３は、ステータ２０を励磁することにより発生するノイズをキャンセルするためのノイズを発生するものである。一方、基板４０におけるロータ１０とは反対の側の面４０ｂには、マグネット１２（ロータ１０）の回転方向の位置を検出するホール素子４１が設けられている。なお、ホール素子４１以外のセンサにより、マグネット１２（ロータ１０）の回転方向の位置を検出してもよい。
【００２２】
なお基板４０には、上記の構成の他、ブラシレスモータを駆動および制御するための駆動・制御集積回路や、チップ型電子部品（抵抗、コンデンサ）や、各ステータコイル２２への電圧の印加をオン／オフするためのパワーＭＯＳアレイなどが形成されていてもよい。
【００２３】
次に、本実施の形態における環状のマグネット１２の着磁の状態について説明する。図３は、斜め下方向から見た場合のマグネットの着磁状態の一例を示す斜視図である。なお図３では、主極着磁部１２ａおよびＦＧ着磁部１２ｂの各々における着磁状態（「Ｎ」および「Ｓ」の記号で示す。）がマグネット１２の円周方向に沿った一部にのみ示されているが、実際にはマグネットの円周方向全体に渡って同様の着磁状態となっている。
【００２４】
図３を参照して、環状のマグネット１２には、主極着磁部１２ａおよびＦＧ着磁部１２ｂが形成されている。主極着磁部１２ａは、ステータ２０に対してロータ１０を回転させるための着磁部であり、駆動トルクを得るための着磁部である。主極着磁部１２ａは、Ｎ極に着磁された領域とＳ極に着磁された領域とが円周方向に沿って一定周期で交互に設けられている。ＦＧ着磁部１２ｂは、ステータ２０および基板４０に対するマグネット１２（ロータ１０）の回転速度を検出するための着磁部である。ＦＧ着磁部１２ｂは、マグネット１２の基板４０側端面に形成されており、Ｎ極に着磁された領域とＳ極に着磁された領域とが円周方向に沿って一定周期で交互に設けられている。ＦＧ着磁部１２ｂの着磁パターンの周期Ｔ２は、主極着磁部１２ａの着磁パターンの周期Ｔ１よりも短くなっている。
【００２５】
［ステータコアの構成］
図４は、図１のステータコアおよびマグネット付近の構成を示す拡大断面図である。
【００２６】
図４を参照して、ステータコア２１は、複数の板状体５１（スタック）と、２枚のエンドプレート５２ａおよび５２ｂ（端部板状体の一例）と、絶縁層５３とを有している。複数の板状体５１の各々は同一形状を有しており、シャフト１３の延在方向に沿った方向（図４中縦方向）に積み重ねられている。エンドプレート５２ａは、複数の板状体５１における天井部１４ａ側の平面５１ａ（図４中上側の面）に重ねられており、エンドプレート５２ｂは、複数の板状体５１における基板４０側の平面５１ｂ（図４中下側の面）に重ねられている。絶縁層５３は、エンドプレート５２ａおよび５２ｂの各々の表面に形成されている。
【００２７】
エンドプレート５２ａおよび５２ｂの各々は、たとえば１枚の板状体により構成されており、その外周側端部が折り曲げられている。エンドプレート５２ａおよび５２ｂの各々を１枚の板状体により構成することにより、エンドプレート５２ａおよび５２ｂの加工および配置が容易になる。エンドプレート５２ａおよび５２ｂの各々は、複数の板状体５１の面５１ａまたは５１ｂに重ねられた本体部１０１と、本体部１０１に対して折り曲げられた外周側端部１０２とを有している。本体部１０１は平面状であり、シャフト１３の延在方向に対して垂直な方向（図４中横方向）に延在している。外周側端部１０２は本体部１０１から離れる側に折り曲げられている。具体的には、エンドプレート５２ａの外周側端部１０２は、図４中上方に折り曲げられており、エンドプレート５２ｂの外周側端部１０２は、図４中下方に折り曲げられている。
【００２８】
本体部１０１と外周側端部１０２との境界ＦＲは、たとえば曲線の断面形状（つまりＲ形状）を有している。また、境界ＦＲはＲ形状を有さず、略直角の断面形状であってもよい。
【００２９】
マグネット１２は、外周側端部１０２の先端１０２ａよりもシャフト１３の延在方向に沿った外側（図４中上側または下側）へ延在していてもよい。また、マグネット１２は外周側端部１０２の先端１０２ａと同じ位置まで延在していてもよい。図４では、マグネット１２の上側はエンドプレート５２ａの外周側端部１０２の先端１０２ａと同じ位置まで延在しており、マグネット１２の下側はエンドプレート５２ｂａの外周側端部１０２の先端１０２ａよりも下側まで延在している。
【００３０】
エンドプレート５２ａおよび５２ｂの各々における外周側端部１０２は、本体部１０１と直角または鈍角をなすように折り曲げられている。言い換えれば、本体部１０１の内周側端部から境界ＦＲへ向かう延在方向ＤＲ１と、境界ＦＲから外周側端部１０２の先端１０２ａ側へ向かう延在方向ＤＲ２とがなす角度θ（以降、折曲げ角度θと呼ぶことがある、この場合、エンドプレートが折り曲がっていない状態を折曲げ角度θ＝０と規定する）が０より大きく９０度以下である。これにより、外周側端部１０２はマグネット１２と対向する。外周側端部の先端１０２ａとマグネット１２との距離は、境界ＦＲとマグネット１２との距離と同じか、またはそれより小さい。特に折曲げ角度θは、８７．５度以上９０度以下であることが好ましい。
【００３１】
図５は、マグネットからステータコアに向かう磁束を模式的に示す断面図である。なお図５は、図１中右側のブラシレスモータの構造を概略的に示している。図５中矢印Ａ１は、エンドプレート５２ａの曲げ方向を示しており、図５中矢印Ａ２は、エンドプレート５２ｂの曲げ方向を示している。
【００３２】
図５を参照して、マグネット１２の中央部の磁束Ｂ１は、主に複数の板状体５１を通じてステータコア２１へ導かれる。また、折曲げ角度θが９０度以下となるようにエンドプレート５２ａを折り曲げることにより、マグネット１２の上部からの磁束Ｂ２を、主にエンドプレート５２ａの外周側端部１０２を通じてステータコア２１へ導くことができる。同様に、折曲げ角度θが９０度以下となるようにエンドプレート５２ｂを折り曲げることにより、マグネット１２の下部からの磁束Ｂ３を、主にエンドプレート５２ｂの外周側端部１０２を通じてステータコア２１へ導くことができる。その結果、ブラシレスモータの体積効率を高めることができる。
【００３３】
特に、エンドプレート５２ａおよび５２ｂの各々における外周側端部１０２が本体部１０１と鈍角をなすように（つまり、折曲げ角度θが９０度未満となるように）、エンドプレート５２ａおよび５２ｂの各々を折り曲げることにより、外周側端部１０２の各々がマグネット１２側に傾斜し、外周側端部１０２の各々とマグネット１２との距離が短くなる。これにより、より多くの磁束Ｂ２およびＢ３をステータコア２１へ導くことができる。
【００３４】
［実施例］
本願発明者らは、上述の実施の形態の有効性を確認すべく、エンドプレート５２ａおよび５２ｂの各々の折曲げ角度θを変えて、それぞれの場合のブラシレスモータの誘起電圧についてシミュレーションを行った。シミュレーションの際の各部材の寸法や諸条件は、図６に示す内容に設定した。なお、図６の各部材の寸法における「厚み」とは、図１中横方向の長さであり、「高さ」とは、図１中縦方向の長さである。「エンドプレート高さ」とは、図４における外周側端部１０２の縦方向の長さを示している。
【００３５】
また、シミュレーションの際の折曲げ角度θは、それぞれ８５．０度、８７．５度、９０．０度、９２．５度、および９５．０度に設定した。各折曲げ角度θに基づいて、エンドプレートとマグネットとの距離ｄ（エンドプレートと磁石とのエアギャップ間距離）の最大値および最小値を計算したところ、図７の結果が得られた。すなわち、折曲げ角度θが８５．０度の場合には、距離ｄの最小値は０．１４ｍｍであり、距離ｄの最大値は０．３０ｍｍであった。折曲げ角度θが８７．５度の場合には、距離ｄの最小値は０．２２ｍｍであり、距離ｄの最大値は０．３０ｍｍであった。折曲げ角度θが９０．０度の場合には、距離ｄは０．３０ｍｍ（一定）であった。折曲げ角度θが９２．５度の場合には、距離ｄの最小値は０．３０ｍｍであり、距離ｄの最大値は０．３８ｍｍであった。折曲げ角度θが９５．０度の場合には、距離ｄの最小値は０．３０ｍｍであり、距離ｄの最大値は０．４６ｍｍであった。折曲げ角度θが８５．０度の場合には距離ｄの最小値（０．１４ｍｍ）が小さいので、エンドプレートとマグネットとのギャップが非常に狭くなり、ステータに対するロータの位置合わせが困難となる。従って、折曲げ角度θを８７．５度以上とすることにより、ステータに対するロータの位置合わせを容易にすることができる。
【００３６】
続いて、上述の条件に基づくシミュレーション結果を図８および図９に示す。図８および図９を参照して、折曲げ角度θが８５．０度、８７．５度、および９０．０度の場合には、誘起電圧の最大値は、それぞれ１０．３１６Ｖ、１０．１４３Ｖ、および９．９８６Ｖであった。一方、折曲げ角度θが９２．５度および９５度の場合には、誘起電圧の最大値はそれぞれ９．８４２Ｖおよび９．７０６Ｖであり、折曲げ角度θが９０度以下の場合に比べて誘起電圧の最大値が低くなった。以上の結果より、折曲げ角度θを９０度以下とすることにより、誘起電圧が増加し、ブラシレスモータの体積効率を高めることができることが分かる。
【００３７】
［実施の形態の効果］
本実施の形態におけるブラシレスモータは、シャフト１３を中心として回転可能であり、かつ内壁面１１ｂを有するロータフレーム１１と、内壁面１１ｂに取り付けられた環状のマグネット１２と、マグネット１２と対向するようにロータフレーム１１の内周側に配置され、かつマグネット１２を回転させる磁界を発生可能なステータ２０とを備えている。ステータ２０は、積み重ねられた複数の板状体５１と、複数の板状体５１におけるシャフト１３の延在方向に沿う方向の少なくとも一方の面に重ねられたエンドプレート５２ａおよび５２ｂとを含み、エンドプレート５２ａおよび５２ｂは、本体部１０１と、本体部１０１の外周側端部において、本体部１０１と直角または鈍角をなすように折り曲げられた外周側端部１０２とを有する。
【００３８】
本実施の形態におけるブラシレスモータによれば、エンドプレート５２ａおよび５２ｂの各々の外周側端部１０２が、本体部１０１と直角または鈍角をなすように折り曲げられているので、ステータコア２１とマグネット１２との対向面積が増大し、マグネット１２の上部および下部からの磁束Ｂ２およびＢ３を、外周側端部１０２を通じてステータコア２１へ導くことができる。その結果、体積効率の高いブラシレスモータを安定して提供することができる。
【００３９】
また、外周側端部１０２の折曲げ角度θを８７．５度以上９０度以下とすることにより（８７．５度および９０度を臨界点とすることにより）、ステータとロータとの接触を防止しつつ、ブラシレスモータの体積効率を高めることができる。
【００４０】
［その他］
上述の実施の形態において、ステータおよびロータの形状は任意である。また、エンドプレート５２ａおよび５２ｂのうち一方のみが折り曲げられていればよい。
【００４１】
上述の実施の形態は適宜組み合わせることができる。たとえば、エンドプレート５２ａおよび５２ｂのうち一方のみが折り曲げられており、かつ折曲げ角度θが９０度未満であってもよい。また、本体部１０１と外周側端部１０２との境界ＦＲはＲ形状を有しておらず、かつエンドプレート５２ａおよび５２ｂの各々は、折曲げ角度θが９０度となるように折り曲げられていてもよい。
【００４２】
上述の実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４３】
１０ ロータ
１１ ロータフレーム
１１ａ ロータフレーム側壁部の外壁面
１１ｂ ロータフレーム側壁部の内壁面
１２ マグネット
１２ａ 主極着磁部
１２ｂ ＦＧ着磁部
１３ シャフト
１４ａ ロータフレーム天井部
１４ｂ ロータフレーム側壁部
２０ ステータ
２１ ステータコア
２１ａ ティース部
２２ ステータコイル
３１ 軸受
３２ 軸受ハウジング
３３ａ 軸受ハウジング側壁部
３３ｂ 軸受ハウジング延在部
４０ 基板
４０ａ，４０ｂ 基板の面
４１ ホール素子
４２ ＦＧパターン
４３ キャンセルパターン
５１ 複数の板状体
５１ａ，５１ｂ 複数の板状体の平面
５２ａ，５２ｂ エンドプレート
５３ 絶縁層
６０，６１ 孔
１０１ エンドプレート本体部
１０２ エンドプレート外周側端部
１０２ａ エンドプレート外周側端部の先端
Ｂ１〜Ｂ３ 磁束
ＦＲ 本体部と外周側端部との境界
θ 折曲げ角度
【技術分野】
【０００１】
本発明はブラシレスモータに関し、より特定的には、体積効率の高いブラシレスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
コピー機、プリンタ、または複合機などのＯＡ（Ｏｆｆｉｃｅ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ
）機器においては、感光ドラムや紙送り機構などの駆動にブラシレスモータが用いられている。
【０００３】
ブラシレスモータは一般に、積層鋼板よりなるステータと、ステータの外周側に設けられた円筒状のロータとを備えている。ステータは、外径方向に等間隔で突出した複数の突出部を有するステータコアと、複数の突出部の各々に巻き回されたコイルとを含んでいる。ロータは、回転軸を中心として回転可能に支持されている。ロータは、互いに異なる磁極が周期的に形成された磁石を、その内周に含んでいる。ブラシレスモータは、ステータのコイルへの通電制御により回転磁界を発生させ、ロータの磁石に回転力を加えてロータを回転させる。
【０００４】
またブラシレスモータは、ステータおよびロータの下部（回転軸に沿った一方の端部）に設けられた回路基板をさらに備えている。回路基板には、ロータの回転を磁気的に検出する磁気検出素子が形成されている。この磁気検出素子によるロータの回転の検出精度を高めるために、ロータの磁石の幅（回転軸に沿った長さ）はステータコアの磁極基部の幅よりも長くされている。そして、ステータコアとロータの磁石との対向面積を大きくするために、ステータコアを構成する積層鋼板のうちステータの上下端部（回転軸に沿った両端部）の鋼板（エンドプレート）の各々は、その外周端部が磁石と略平行方向に延在するように折り曲げられている。
【０００５】
なお、上述のブラシレスモータは、たとえば下記特許文献１に開示されている。下記特許文献１のモータにおいては、ステータコアが複数枚の板状体を一体化して積層した積層部と、積層部の両面を挟むように配置された端板部とを備えている。積層部の上面側および下面側に配置された端板部の各々は、２枚の板状体により構成されており、ロータの磁石に対して略平行な方向に折り曲げられた延長部を有している。このモータの製造の際には、ステータコアの磁束の流れを妨げない位置に積層部と端板部との位置決め部を形成し、位置決めされた状態で、積層部と端板部とを仮固定して、粉体塗装あるいは電着塗装により絶縁層を形成して固着する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２０１３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、機器の薄型化、省スペース化に伴い、その一部として組み込まれるブラシレスモータのさらなる小型化が要求されている。このため、ブラシレスモータの体積効率を向上することが望まれている。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、体積効率の高いブラシレスモータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一の局面に従うブラシレスモータは、回転軸を中心として回転可能であり、かつ内壁面を有するロータフレームと、内壁面に取り付けられた環状のマグネットと、マグネットと対向するようにロータフレームの内周側に配置され、かつマグネットを回転させる磁界を発生可能なステータとを備え、ステータは、積み重ねられた複数の板状体と、複数の板状体における回転軸に沿う方向の少なくとも一方の面に重ねられた端部板状体とを含み、端部板状体は、少なくとも一方の面に重ねられた本体部と、本体部の外周側端部において、本体部と直角または鈍角をなすように折り曲げられた外周側端部とを有する。
【００１０】
上記ブラシレスモータにおいて好ましくは、外周側端部の折曲げ角度は８７．５度以上９０度以下である。
【００１１】
上記ブラシレスモータにおいて好ましくは、本体部と外周側端部との境界は曲線の断面形状を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、体積効率の高い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】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態におけるブラシレスモータの構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図１のブラシレスモータのロータおよびステータの構成を模式的に示す斜視図である。
【図３】斜め下方向から見た場合のマグネットの着磁状態の一例を示す斜視図である。
【図４】図１のステータコアおよびマグネット付近の構成を示す拡大断面図である。
【図５】マグネットからステータコアに向かう磁束を模式的に示す断面図である。
【図６】ブラシレスモータの誘起電圧についてのシミュレーションの際の各部材の寸法や諸条件を示す図である。
【図７】折曲げ角度θと、エンドプレートとマグネットとの距離ｄの最大値および最小値との関係を示す図である。
【図８】折曲げ角度θと、誘起電圧の最大値との関係を示す図（グラフ）である。
【図９】折曲げ角度θと、誘起電圧の最大値との関係を示す図（表）である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００１５】
本実施の形態におけるブラシレスモータは、たとえば、コピー機、プリンタ、または複合機などのＯＡ機器において、感光ドラムや紙送り機構などの駆動に用いられる。このような用途のブラシレスモータは、強力なトルクを必要とするパワーブラシレスモータである。勿論、本実施の形態におけるブラシレスモータは、上記の用途に限られるものではない。
【００１６】
［ブラシレスモータの構成］
図１は、本発明の一実施の形態におけるブラシレスモータの構成を模式的に示す断面図である。図２は、図１のブラシレスモータのロータおよびステータの構成を模式的に示す斜視図である。なお、図２においては、ロータおよびステータの一部のみが示されている。以降の説明において、「外周側」とは、ブラシレスモータのシャフト１３（回転軸）から外部へ向かう側を意味しており、「内周側」とは、ブラシレスモータのシャフト１３へ向かう側を意味している。
【００１７】
図１および図２を参照して、本実施の形態におけるブラシレスモータは、ロータ１０と、ステータ２０と、軸受３１と、軸受ハウジング３２と、基板４０とを主に備えている。ロータ１０は、ロータフレーム１１、マグネット１２、およびシャフト１３を備えている。ロータ１０において、シャフト１３は、ロータフレーム１１の中心部（図１における中央部）を貫くように図１における上下方向に延在している。ロータフレーム１１は、シャフト１３を中心としてシャフト１３とともに回転可能である。マグネット１２は、ステータ２０と対向するようにロータフレーム１１に取り付けられている。シャフト１３は、軸受３１によって軸受ハウジング３２に対して回転可能に支持されている。軸受３１は、たとえばすべり軸受よりなっており、シャフト１３の延在方向（回転軸）に沿ってたとえば２個設けられている。ステータ２０および基板４０は、軸受ハウジング３２に固定されている。
【００１８】
ロータフレーム１１は、ロータフレーム１１内部からの磁界の漏れを防ぐものであり、たとえば磁性体よりなっている。ロータフレーム１１は、シャフト１３の延在方向に対してたとえば垂直な方向（外周方向、図１における横方向）に延在する天井部１４ａと、シャフト１３の延在方向に対してたとえば平行な方向（図１における縦方向）に延在する側壁部１４ｂ（ロータバックヨーク）とを有している。天井部１４ａは平面的に見て円形状を有している。天井部１４ａの中心部にはシャフト１３を通すための孔６０が設けられており、ロータフレーム１１は孔６０においてシャフト１３に固定されている。側壁部１４ｂは、天井部１４ａの外周端部から基板４０側（図１における下方向）に延在している。側壁部１４ｂは円筒形状であり、外周側を向いた面である外壁面１１ａと、内周側を向いた面である内壁面１１ｂとを有している。マグネット１２は、内壁面１１ｂに取り付けられている。
【００１９】
ステータ２０は、中央から径方向外側へ放射状に延びるように形成される複数のティース部２１ａを有するステータコア２１と、ティース部２１ａの周囲に巻回されたステータコイル２２とを備えている。ステータ２０は、マグネット１２と空間を隔てて対向するようにマグネット１２よりも内周側に配置されている。ステータ２０は、ステータコイル２２に電圧が印加されることにより、マグネット１２を回転させる磁界を発生可能である。ステータ２０の詳細な構成については後述する。
【００２０】
軸受ハウジング３２は、側壁部３３ａと延在部３３ｂとを有している。側壁部３３ａは円筒形状を有しており、その内周側には軸受３１が嵌め込まれている。側壁部３３ａの外周側にはステータコア２１が取り付けられている。
【００２１】
延在部３３ｂは、側壁部３３ａの図１における下端部において外周側へ延在している。延在部３３ｂには基板４０が取り付けられている。これにより基板４０は、軸受ハウジング３２およびステータ２０に対して固定される。基板４０の中心部には孔６１が形成されており、孔６１をシャフト１３および軸受ハウジング３２が貫通している。基板４０におけるロータ１０側の面４０ａには、ＦＧパターン４２と、キャンセルパターン４３とが形成されている。ＦＧパターン４２は、マグネット１２から受ける磁界の変化に基づいてマグネット１２の回転速度（ロータ１０の回転速度）を検出するものである。キャンセルパターン４３は、ステータ２０を励磁することにより発生するノイズをキャンセルするためのノイズを発生するものである。一方、基板４０におけるロータ１０とは反対の側の面４０ｂには、マグネット１２（ロータ１０）の回転方向の位置を検出するホール素子４１が設けられている。なお、ホール素子４１以外のセンサにより、マグネット１２（ロータ１０）の回転方向の位置を検出してもよい。
【００２２】
なお基板４０には、上記の構成の他、ブラシレスモータを駆動および制御するための駆動・制御集積回路や、チップ型電子部品（抵抗、コンデンサ）や、各ステータコイル２２への電圧の印加をオン／オフするためのパワーＭＯＳアレイなどが形成されていてもよい。
【００２３】
次に、本実施の形態における環状のマグネット１２の着磁の状態について説明する。図３は、斜め下方向から見た場合のマグネットの着磁状態の一例を示す斜視図である。なお図３では、主極着磁部１２ａおよびＦＧ着磁部１２ｂの各々における着磁状態（「Ｎ」および「Ｓ」の記号で示す。）がマグネット１２の円周方向に沿った一部にのみ示されているが、実際にはマグネットの円周方向全体に渡って同様の着磁状態となっている。
【００２４】
図３を参照して、環状のマグネット１２には、主極着磁部１２ａおよびＦＧ着磁部１２ｂが形成されている。主極着磁部１２ａは、ステータ２０に対してロータ１０を回転させるための着磁部であり、駆動トルクを得るための着磁部である。主極着磁部１２ａは、Ｎ極に着磁された領域とＳ極に着磁された領域とが円周方向に沿って一定周期で交互に設けられている。ＦＧ着磁部１２ｂは、ステータ２０および基板４０に対するマグネット１２（ロータ１０）の回転速度を検出するための着磁部である。ＦＧ着磁部１２ｂは、マグネット１２の基板４０側端面に形成されており、Ｎ極に着磁された領域とＳ極に着磁された領域とが円周方向に沿って一定周期で交互に設けられている。ＦＧ着磁部１２ｂの着磁パターンの周期Ｔ２は、主極着磁部１２ａの着磁パターンの周期Ｔ１よりも短くなっている。
【００２５】
［ステータコアの構成］
図４は、図１のステータコアおよびマグネット付近の構成を示す拡大断面図である。
【００２６】
図４を参照して、ステータコア２１は、複数の板状体５１（スタック）と、２枚のエンドプレート５２ａおよび５２ｂ（端部板状体の一例）と、絶縁層５３とを有している。複数の板状体５１の各々は同一形状を有しており、シャフト１３の延在方向に沿った方向（図４中縦方向）に積み重ねられている。エンドプレート５２ａは、複数の板状体５１における天井部１４ａ側の平面５１ａ（図４中上側の面）に重ねられており、エンドプレート５２ｂは、複数の板状体５１における基板４０側の平面５１ｂ（図４中下側の面）に重ねられている。絶縁層５３は、エンドプレート５２ａおよび５２ｂの各々の表面に形成されている。
【００２７】
エンドプレート５２ａおよび５２ｂの各々は、たとえば１枚の板状体により構成されており、その外周側端部が折り曲げられている。エンドプレート５２ａおよび５２ｂの各々を１枚の板状体により構成することにより、エンドプレート５２ａおよび５２ｂの加工および配置が容易になる。エンドプレート５２ａおよび５２ｂの各々は、複数の板状体５１の面５１ａまたは５１ｂに重ねられた本体部１０１と、本体部１０１に対して折り曲げられた外周側端部１０２とを有している。本体部１０１は平面状であり、シャフト１３の延在方向に対して垂直な方向（図４中横方向）に延在している。外周側端部１０２は本体部１０１から離れる側に折り曲げられている。具体的には、エンドプレート５２ａの外周側端部１０２は、図４中上方に折り曲げられており、エンドプレート５２ｂの外周側端部１０２は、図４中下方に折り曲げられている。
【００２８】
本体部１０１と外周側端部１０２との境界ＦＲは、たとえば曲線の断面形状（つまりＲ形状）を有している。また、境界ＦＲはＲ形状を有さず、略直角の断面形状であってもよい。
【００２９】
マグネット１２は、外周側端部１０２の先端１０２ａよりもシャフト１３の延在方向に沿った外側（図４中上側または下側）へ延在していてもよい。また、マグネット１２は外周側端部１０２の先端１０２ａと同じ位置まで延在していてもよい。図４では、マグネット１２の上側はエンドプレート５２ａの外周側端部１０２の先端１０２ａと同じ位置まで延在しており、マグネット１２の下側はエンドプレート５２ｂａの外周側端部１０２の先端１０２ａよりも下側まで延在している。
【００３０】
エンドプレート５２ａおよび５２ｂの各々における外周側端部１０２は、本体部１０１と直角または鈍角をなすように折り曲げられている。言い換えれば、本体部１０１の内周側端部から境界ＦＲへ向かう延在方向ＤＲ１と、境界ＦＲから外周側端部１０２の先端１０２ａ側へ向かう延在方向ＤＲ２とがなす角度θ（以降、折曲げ角度θと呼ぶことがある、この場合、エンドプレートが折り曲がっていない状態を折曲げ角度θ＝０と規定する）が０より大きく９０度以下である。これにより、外周側端部１０２はマグネット１２と対向する。外周側端部の先端１０２ａとマグネット１２との距離は、境界ＦＲとマグネット１２との距離と同じか、またはそれより小さい。特に折曲げ角度θは、８７．５度以上９０度以下であることが好ましい。
【００３１】
図５は、マグネットからステータコアに向かう磁束を模式的に示す断面図である。なお図５は、図１中右側のブラシレスモータの構造を概略的に示している。図５中矢印Ａ１は、エンドプレート５２ａの曲げ方向を示しており、図５中矢印Ａ２は、エンドプレート５２ｂの曲げ方向を示している。
【００３２】
図５を参照して、マグネット１２の中央部の磁束Ｂ１は、主に複数の板状体５１を通じてステータコア２１へ導かれる。また、折曲げ角度θが９０度以下となるようにエンドプレート５２ａを折り曲げることにより、マグネット１２の上部からの磁束Ｂ２を、主にエンドプレート５２ａの外周側端部１０２を通じてステータコア２１へ導くことができる。同様に、折曲げ角度θが９０度以下となるようにエンドプレート５２ｂを折り曲げることにより、マグネット１２の下部からの磁束Ｂ３を、主にエンドプレート５２ｂの外周側端部１０２を通じてステータコア２１へ導くことができる。その結果、ブラシレスモータの体積効率を高めることができる。
【００３３】
特に、エンドプレート５２ａおよび５２ｂの各々における外周側端部１０２が本体部１０１と鈍角をなすように（つまり、折曲げ角度θが９０度未満となるように）、エンドプレート５２ａおよび５２ｂの各々を折り曲げることにより、外周側端部１０２の各々がマグネット１２側に傾斜し、外周側端部１０２の各々とマグネット１２との距離が短くなる。これにより、より多くの磁束Ｂ２およびＢ３をステータコア２１へ導くことができる。
【００３４】
［実施例］
本願発明者らは、上述の実施の形態の有効性を確認すべく、エンドプレート５２ａおよび５２ｂの各々の折曲げ角度θを変えて、それぞれの場合のブラシレスモータの誘起電圧についてシミュレーションを行った。シミュレーションの際の各部材の寸法や諸条件は、図６に示す内容に設定した。なお、図６の各部材の寸法における「厚み」とは、図１中横方向の長さであり、「高さ」とは、図１中縦方向の長さである。「エンドプレート高さ」とは、図４における外周側端部１０２の縦方向の長さを示している。
【００３５】
また、シミュレーションの際の折曲げ角度θは、それぞれ８５．０度、８７．５度、９０．０度、９２．５度、および９５．０度に設定した。各折曲げ角度θに基づいて、エンドプレートとマグネットとの距離ｄ（エンドプレートと磁石とのエアギャップ間距離）の最大値および最小値を計算したところ、図７の結果が得られた。すなわち、折曲げ角度θが８５．０度の場合には、距離ｄの最小値は０．１４ｍｍであり、距離ｄの最大値は０．３０ｍｍであった。折曲げ角度θが８７．５度の場合には、距離ｄの最小値は０．２２ｍｍであり、距離ｄの最大値は０．３０ｍｍであった。折曲げ角度θが９０．０度の場合には、距離ｄは０．３０ｍｍ（一定）であった。折曲げ角度θが９２．５度の場合には、距離ｄの最小値は０．３０ｍｍであり、距離ｄの最大値は０．３８ｍｍであった。折曲げ角度θが９５．０度の場合には、距離ｄの最小値は０．３０ｍｍであり、距離ｄの最大値は０．４６ｍｍであった。折曲げ角度θが８５．０度の場合には距離ｄの最小値（０．１４ｍｍ）が小さいので、エンドプレートとマグネットとのギャップが非常に狭くなり、ステータに対するロータの位置合わせが困難となる。従って、折曲げ角度θを８７．５度以上とすることにより、ステータに対するロータの位置合わせを容易にすることができる。
【００３６】
続いて、上述の条件に基づくシミュレーション結果を図８および図９に示す。図８および図９を参照して、折曲げ角度θが８５．０度、８７．５度、および９０．０度の場合には、誘起電圧の最大値は、それぞれ１０．３１６Ｖ、１０．１４３Ｖ、および９．９８６Ｖであった。一方、折曲げ角度θが９２．５度および９５度の場合には、誘起電圧の最大値はそれぞれ９．８４２Ｖおよび９．７０６Ｖであり、折曲げ角度θが９０度以下の場合に比べて誘起電圧の最大値が低くなった。以上の結果より、折曲げ角度θを９０度以下とすることにより、誘起電圧が増加し、ブラシレスモータの体積効率を高めることができることが分かる。
【００３７】
［実施の形態の効果］
本実施の形態におけるブラシレスモータは、シャフト１３を中心として回転可能であり、かつ内壁面１１ｂを有するロータフレーム１１と、内壁面１１ｂに取り付けられた環状のマグネット１２と、マグネット１２と対向するようにロータフレーム１１の内周側に配置され、かつマグネット１２を回転させる磁界を発生可能なステータ２０とを備えている。ステータ２０は、積み重ねられた複数の板状体５１と、複数の板状体５１におけるシャフト１３の延在方向に沿う方向の少なくとも一方の面に重ねられたエンドプレート５２ａおよび５２ｂとを含み、エンドプレート５２ａおよび５２ｂは、本体部１０１と、本体部１０１の外周側端部において、本体部１０１と直角または鈍角をなすように折り曲げられた外周側端部１０２とを有する。
【００３８】
本実施の形態におけるブラシレスモータによれば、エンドプレート５２ａおよび５２ｂの各々の外周側端部１０２が、本体部１０１と直角または鈍角をなすように折り曲げられているので、ステータコア２１とマグネット１２との対向面積が増大し、マグネット１２の上部および下部からの磁束Ｂ２およびＢ３を、外周側端部１０２を通じてステータコア２１へ導くことができる。その結果、体積効率の高いブラシレスモータを安定して提供することができる。
【００３９】
また、外周側端部１０２の折曲げ角度θを８７．５度以上９０度以下とすることにより（８７．５度および９０度を臨界点とすることにより）、ステータとロータとの接触を防止しつつ、ブラシレスモータの体積効率を高めることができる。
【００４０】
［その他］
上述の実施の形態において、ステータおよびロータの形状は任意である。また、エンドプレート５２ａおよび５２ｂのうち一方のみが折り曲げられていればよい。
【００４１】
上述の実施の形態は適宜組み合わせることができる。たとえば、エンドプレート５２ａおよび５２ｂのうち一方のみが折り曲げられており、かつ折曲げ角度θが９０度未満であってもよい。また、本体部１０１と外周側端部１０２との境界ＦＲはＲ形状を有しておらず、かつエンドプレート５２ａおよび５２ｂの各々は、折曲げ角度θが９０度となるように折り曲げられていてもよい。
【００４２】
上述の実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４３】
１０ ロータ
１１ ロータフレーム
１１ａ ロータフレーム側壁部の外壁面
１１ｂ ロータフレーム側壁部の内壁面
１２ マグネット
１２ａ 主極着磁部
１２ｂ ＦＧ着磁部
１３ シャフト
１４ａ ロータフレーム天井部
１４ｂ ロータフレーム側壁部
２０ ステータ
２１ ステータコア
２１ａ ティース部
２２ ステータコイル
３１ 軸受
３２ 軸受ハウジング
３３ａ 軸受ハウジング側壁部
３３ｂ 軸受ハウジング延在部
４０ 基板
４０ａ，４０ｂ 基板の面
４１ ホール素子
４２ ＦＧパターン
４３ キャンセルパターン
５１ 複数の板状体
５１ａ，５１ｂ 複数の板状体の平面
５２ａ，５２ｂ エンドプレート
５３ 絶縁層
６０，６１ 孔
１０１ エンドプレート本体部
１０２ エンドプレート外周側端部
１０２ａ エンドプレート外周側端部の先端
Ｂ１〜Ｂ３ 磁束
ＦＲ 本体部と外周側端部との境界
θ 折曲げ角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心として回転可能であり、かつ内壁面を有するロータフレームと、
前記内壁面に取り付けられた環状のマグネットと、
前記マグネットと対向するように前記ロータフレームの内周側に配置され、かつ前記マグネットを回転させる磁界を発生可能なステータとを備え、
前記ステータは、積み重ねられた複数の板状体と、前記複数の板状体における前記回転軸に沿う方向の少なくとも一方の面に重ねられた端部板状体とを含み、前記端部板状体は、前記少なくとも一方の面に重ねられた本体部と、前記本体部の外周側端部において、前記本体部と直角または鈍角をなすように折り曲げられた外周側端部とを有する、ブラシレスモータ。
【請求項２】
前記外周側端部の折曲げ角度は８７．５度以上９０度以下である、請求項１に記載のブラシレスモータ。
【請求項３】
前記本体部と前記外周側端部との境界は曲線の断面形状を有する、請求項１または２に記載のブラシレスモータ。
【請求項１】
回転軸を中心として回転可能であり、かつ内壁面を有するロータフレームと、
前記内壁面に取り付けられた環状のマグネットと、
前記マグネットと対向するように前記ロータフレームの内周側に配置され、かつ前記マグネットを回転させる磁界を発生可能なステータとを備え、
前記ステータは、積み重ねられた複数の板状体と、前記複数の板状体における前記回転軸に沿う方向の少なくとも一方の面に重ねられた端部板状体とを含み、前記端部板状体は、前記少なくとも一方の面に重ねられた本体部と、前記本体部の外周側端部において、前記本体部と直角または鈍角をなすように折り曲げられた外周側端部とを有する、ブラシレスモータ。
【請求項２】
前記外周側端部の折曲げ角度は８７．５度以上９０度以下である、請求項１に記載のブラシレスモータ。
【請求項３】
前記本体部と前記外周側端部との境界は曲線の断面形状を有する、請求項１または２に記載のブラシレスモータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１６５５２１（Ｐ２０１２−１６５５２１Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２７４８（Ｐ２０１１−２２７４８）
【出願日】平成２３年２月４日（２０１１．２．４）
【出願人】（５０４２５７３０２）ミネベアモータ株式会社 (112)
【出願人】（０００１１４２１５）ミネベア株式会社 (846)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月４日（２０１１．２．４）
【出願人】（５０４２５７３０２）ミネベアモータ株式会社 (112)
【出願人】（０００１１４２１５）ミネベア株式会社 (846)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]