説明

モータとそれを用いた電子機器

【課題】アウターロータ型モータの駆動効率を向上させる。
【解決手段】ステータ3は、その外周に複数の磁極3aを備え、複数枚の板状体が積層されてなる。ステータの周囲にロータ4が回転自在に配置されている。ロータの内周面には磁石5が設けられている。ステータの磁極の外周端には、複数枚の板状体のうち最外層を含む少なくとも1枚の板状体が磁石と実質的に平行となるように折り曲げられた延長部が形成されている。延長部を構成する少なくとも1枚の板状体のうち磁石に最も近接した板状体の折り曲げ部の内径をR1i、厚さをT1としたとき、R1i<T1を満足する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、モータとそれを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【0002】
電子機器、例えばレーザプリンターでは、本体ケース内に設けられた紙送り用ローラ(被駆動体)は、減速機構を介してモータの駆動軸に連結され、このモータを駆動することにより回動し、紙を所定部分に送る。
【0003】
上記モータとしては、外周に複数の磁極が第一の所定間隔で配置されたステータと、このステータの周囲に回転自在に配置されたロータとを備え、このロータの内周面に、第二の所定間隔ごとに異極に着磁された磁石が設けられたブラシレスDCモータが一般的である。
【0004】
このようなモータにおいては、通常、ロータの回転を磁気的に検出する磁気検出素子にロータの磁石をできるだけ近接させるため、モータ駆動軸と平行な方向における磁石の寸法をステータの磁極基部の同方向における寸法よりも大きく設定される。この場合、ステータの磁極の外周端に、その磁極基部の両側に、磁石と略平行方向に延びた延長部が形成されることが多い(例えば特許文献1,2参照)。これにより、ロータの磁石とステータの磁極との対向面積が大きくなるので、モータの駆動力及び駆動効率を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平9−285044号公報
【特許文献2】特開2007−244004号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
延長部は磁石からの磁束を流入させる効果があるので、延長部を設けた場合には、延長部を設けない場合に比べて、磁石からより多くの磁束をステータの磁極に導くことができる。従って、ステータの磁極の外周端に延長部を形成すると、駆動力が大きく、駆動効率を高めることが出来ると考えられていた。
【0007】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、単に延長部を設けただけでは必ずしも駆動力を大きくすることは出来なかった。
【0008】
延長部は、一般に、ステータを構成する板状体を磁石と略平行となるように折り曲げることで形成される。延長部を構成する板状体のうち磁石に最も近接した板状体の折り曲げ部の磁石に対向する側の面(外面)の半径(以下、「外径」という)が大きいと、折り曲げ部と磁石との距離が大きくなるので、折り曲げ部では磁石からの磁束を流入させる効果が低下する。その結果、駆動力及び駆動効率を期待したほどに高めることができない。
【0009】
また、延長部に流入した磁石からの磁束は、板状体の折り曲げ部を通過する。ところが、板状体の折り曲げ加工の際に起こる加工歪によって、折り曲げ部に磁気特性劣化領域が発生する。この磁気特性劣化領域では磁気飽和が発生しやすく、磁気飽和が発生すると鉄損が増加する。その結果、駆動力及び駆動効率を高めることが出来なくなる。
【0010】
本発明は、上記の問題を解決し、モータの駆動効率を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明のモータは、外周に複数の磁極が周方向に第一の所定間隔で配置されたステータと、前記ステータの周囲に回転自在に配置されたロータとを備える。前記ロータは、その内周面に、周方向に第二の所定間隔ごとに異極に着磁された磁石を備える。前記ステータは複数枚の板状体が積層されてなる。前記複数の磁極のそれぞれの外周端には、前記複数枚の板状体のうち最外層を含む少なくとも1枚の板状体が前記磁石と実質的に平行となるように折り曲げられた延長部が形成されている。そして、前記延長部を構成する前記少なくとも1枚の板状体のうち前記磁石に最も近接した板状体の折り曲げ部の内径をR1i、厚さをT1としたとき、R1i<T1を満足することを特徴とする。
【0012】
本発明の電子機器は、本体ケースと、前記本体ケース内に設けられた被駆動体と、前記被駆動体に連結されたモータとを備えた電子機器であって、前記モータが上記の本発明のモータであることを特徴とする。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、延長部を構成する少なくとも1枚の板状体のうち磁石に最も近接した板状体の折り曲げ部の内径R1iが板状体の厚さT1より小さいので、この板状体の折り曲げ部の外径も小さくなる。従って、磁石からの磁束を流入させるのに効果的な延長部の領域の面積が増加し、これにより磁石から延長部への磁束の流入量が増加する。その結果、モータの駆動効率を向上させることが出来る。
【0014】
また、延長部を構成する少なくとも1枚の板状体のうち磁石に最も近接した板状体の折り曲げ部の内径R1iが板状体の厚さT1より小さいので、この板状体を折り曲げ加工する際に折り曲げ部に起こる加工歪による磁気特性劣化領域を小さくすることが出来る。従って、延長部を設けたことにより折り曲げ部を通過する磁束量が増加しても、折り曲げ部で磁気飽和が発生するのを抑制することが出来、鉄損の増加を低減出来る。その結果、モータの駆動効率を向上させることが出来る。
【0015】
以上のように、本発明によれば、磁石から延長部への磁束の流入量を増加させることができ、更に、延長部に流入する磁束量が増加することによって折り曲げ部を通過する磁束量が増加しても、折り曲げ部で磁気飽和が発生することなく、この磁束を磁路(ステータの磁極のコイルが巻回された部分)に導くことができる。よって、モータの駆動効率を向上させることが出来るのである。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】図1は、本発明の一実施形態に係るモータの概略構成を示した断面図である。
【図2】図2は、本発明の一実施形態に係るモータを構成するステータの概略構成を示した斜視図である。
【図3】図3は、本発明の一実施形態に係るモータを構成するステータの概略構成を示した正面図である。
【図4】図4は、従来のモータにおいて、ステータの延長部及びその周辺を示した拡大側面図である。
【図5】図5は、本発明の一実施形態に係るモータにおいて、ステータの延長部及びその周辺を示した拡大側面図である。
【図6】図6は、本発明の一実施形態に係るモータにおいて、延長部を構成する板状体のうち磁石に最も近接する板状体の折り曲げ部に形成される磁気特性劣化領域を示した図である。
【図7】図7は、従来のモータにおいて、延長部を構成する板状体のうち磁石に最も近接する板状体の折り曲げ部に形成される磁気特性劣化領域を示した図である。
【図8】図8は、本発明の一実施形態に係るモータと従来のモータとの誘起電圧を比較した図である。
【図9】図9は、本発明のモータを用いた電子機器の一例の概略構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下に本発明を好適な一実施形態を示しながら詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。
【0018】
図1は本発明の一実施形態に係るモータ2の概略構成を示した断面図である。図1に示すように、本実施形態のモータ2は、電子機器(例えばレーザプリンタ)の配線基板(基板)1上に実装されている。配線基板1は電子機器を構成する本体ケース(図示せず)内に、水平方向に配置されている。
【0019】
以下の説明では、モータ2の駆動軸8の方向を上下方向とし、図1において紙面の上側及び下側をそれぞれモータ2の「上側」及び「下側」と呼ぶ。
【0020】
モータ2は、配線基板1に保持部3cを介して搭載されたステータ3と、ステータ3の周囲に配置されたロータ4とを備える。ロータ4は、円筒形状を有し、その上端に天板4aが固定され、その下端は開放されている。保持部3cの内周面に複数のベアリング7が設けられている。モータ2の駆動軸8は、複数のベアリング7を貫通し、駆動軸8の上端はロータ4の天板4aに固定されている。その結果、ロータ4及び駆動軸8は、ベアリング7を介してステータ3に対して回転自在である。駆動軸8の下端は配線基板1の貫通孔1aを貫通して配線基板1より下方に延長されている。
【0021】
ロータ4の内周面にはリング状の磁石5が固定されている。磁石5のステータ3に対向する面は、周方向に所定間隔ごとにN極とS極とが交互に(隣接極が異極となるように)着磁(メイン着磁)されている。メイン着磁の方向はステータ3に対向する方向(半径方向)である。
【0022】
図2はステータ3の斜視図、図3はステータ3の正面図である。ステータ3は、複数の板状体(例えば高透磁率薄鋼板)が積層された積層体を含む。ステータ3の外周には、複数の磁極3aが周方向に所定間隔で配置されている(図2参照)。各磁極3aの内側の磁気回路が形成される部分である磁路3e(図1参照)には、電磁石用のコイル6が巻回されている。コイル6に交流電力を印加することで、各磁極3aはN極とS極とに交互に着磁される。これにより、互いに対向する磁極3aと磁石5との間で吸引力と反発力が発生し、ロータ4が駆動軸8を中心に回転し、駆動軸8を介して回転駆動力が出力される。
【0023】
図1に戻り、配線基板1の磁石5の下端面が対向する位置に、磁気検出素子としてホールIC9が実装されている。ホールIC9は、配線基板1の上面(磁石5と対向する側の面)及び下面のいずれに設けられていても良い。周知の方法により、ホールIC9を用いてロータ4の回転スピードや回動量を検出し、回転数制御を行う。
【0024】
磁石5をホールIC9に出来るだけ近づけるため、磁石5の下端(配線基板11側の端部)はホールIC9近傍まで下方に延長されている。更に、磁石5の下端を下方に延長したことによるステータ3に対するバランスの悪化を回避するために、磁石5の上端も上方に同量だけ延長されている。
【0025】
その結果、磁石5の上下方向寸法は大きくなり、これに合わせるごとく、ステータ3の各磁極3aの外周端には、中央の磁極基部3dに対して配線基板1側(下側)及び天板4a側(上側)にそれぞれ延びた延長部3bが設けられている。延長部3bは、磁石5と実質的に平行、即ち、駆動軸8の軸線方向と実質的に平行である。延長部3bを設けることにより、磁極3aの磁石5と対向する面積が大きくなるので、磁石5からの磁束の流入量が増加し、ロータ4に大きな駆動力が与えられる。
【0026】
延長部3bは、ステータ3を構成する積層された複数枚の板状体のうち最外層(最上層及び最下層)を含む少なくとも1枚(本実施形態では2枚)の板状体の外周部分を、磁石5と実質的に平行になるように上向き又は下向きに略直角に折り曲げることにより形成される。
【0027】
本発明では、延長部3bを構成する板状体のうち磁石5に最も近接した板状体の折り曲げ部の内径をR1i、この板状体の厚さをT1としたとき、R1i<T1を満足する。ここで、折り曲げ部の内径R1iとは、折り曲げ部の磁石に対向する側とは反対側の面(内面)の半径を意味する。このような構成による作用を以下に説明する。
【0028】
図4は、従来のモータの延長部3b及びその周辺を示した図である。図4では、ステータ3を構成する複数の板状体のうち最外層を含む2枚の板状体311,312を折り曲げることで延長部3bが形成されている。延長部3bを構成する板状体311,312は同一厚さT1である。延長部を構成しない板状体(即ち、磁極基部3dを構成する板状体)は全て同一厚さT2である。従来は、一般に、2枚の板状体311,312を同時に折り曲げて延長部3bを形成していた。この折り曲げ方法では、延長部3bを構成する板状体311,312のうち磁石5に最も近接した板状体311の折り曲げ部321の内径R1iは、板状体311に隣接する板状体312の折り曲げ部322の外径R2oと同じになる。そして、板状体312の折り曲げ部322の外径R2oは、折り曲げ部322の内径R2iによって決まり、且つ、内径R2iより大きくなる。従って、厚さT1の板状体311の折り曲げ部321の内径R1iがR1i<T1を満足するように板状体311,312を折り曲げることは困難であった。更に、板状体311の折り曲げ部321の外径R1oも必然的に大きくならざるを得なかった。
【0029】
図5は、本実施形態のモータの延長部3b及びその周辺を示した図である。図4と同様に、図5でも、ステータ3を構成する複数の板状体のうち最外層を含む2枚の板状体311,312を折り曲げることで延長部3bが形成されている。延長部3bを構成する板状体311,312は同一厚さT1である。延長部を構成しない板状体(即ち、磁極基部3dを構成する板状体)は全て同一厚さT2である。延長部3bを構成する板状体311,312のうち磁石5(図1参照)に最も近接した板状体311の折り曲げ部321の内径をR1i、外径をR1oとする。板状体311に隣接する板状体312の折り曲げ部322の内径をR2i、外径をR2oとする。本発明では、延長部3bを構成する板状体311,312のうち磁石5に最も近接した板状体311に関して、R1i<T1を満足する。これは、例えば、板状体311を、板状体312とは別個に折り曲げることで容易に実現できる。
【0030】
板状体311に関してR1i<T1を満足することにより、この板状体311の折り曲げ部321の外径R1oを小さくすることが出来る。磁石5に対向する延長部3bの領域のうち折り曲げ部321を除く領域は、折り曲げ部321に比べて、磁石5までの空隙距離が小さいので、磁石5からの磁束を流入させる効果が大きい。本発明では、折り曲げ部321の外径R1oを小さくすることが出来るので、磁石5からの磁束を流入させるのに効果的な領域である、折り曲げ部321を除いた延長部3bの磁石5と対向する領域(有効対向領域)の面積が増加する。これにより、磁石5から延長部3bへの磁束の流入量が増加する。その結果、モータの駆動効率を向上させることが出来る。
【0031】
また、R1i<T1を満足することにより、板状体311の変形領域(即ち、折り曲げ部321)が小さくなるので、磁気特性劣化領域を小さくすることが出来る。磁気特性劣化領域とは、板状体を折り曲げ加工することにより起こる加工歪によって磁気特性が劣化した領域のことをいう。板状体に発生する磁気特性劣化領域が大きくなると、磁気特性劣化領域にて磁気飽和が発生しやすくなる。磁気飽和が発生すると、コイル6に印加する電力を増加してもそれに比例してロータ4の回転トルクは増加せず、駆動効率が悪化する。
【0032】
図6は、図5に示した本実施形態のモータにおいて、板状体311の折り曲げ部321に形成される磁気特性劣化領域3fを示した図である。また、図7は、図4に示した従来のモータにおいて、板状体311の折り曲げ部321に形成される磁気特性劣化領域3fを示した図である。図6、図7のいずれにおいても、折り曲げ部321の内周側と外周側の表面に磁気特性劣化領域3fが形成される。但し、図6に示す本実施形態では、折り曲げ部321の内径R1iが板状体311の厚さT1より小さくなるように板状体311を折り曲げているので、図6に示す本実施形態の磁気特性劣化領域3fは図7に示す従来の磁気特性劣化領域3fに比べて小さい。従って、延長部3bを設けたことにより折り曲げ部321を通過する磁束量が増加しても、折り曲げ部321で磁気飽和が発生するのを抑制することが出来、鉄損の増加を低減出来る。その結果、モータの駆動効率を向上させることが出来る。
【0033】
延長部3bを構成する少なくとも1枚の板状体のうち磁石5に最も近接した板状体311の折り曲321げ部321の外径R1oが、R1o<T1を満足することが好ましい。これにより、折り曲げ部321を除いた延長部3bの磁石5と対向する領域(有効対向領域)の面積が増加するので、磁石5から延長部3bへの磁束の流入量が増加する。また、折り曲げ部321に形成される磁気特性劣化領域を小さくすることが出来るので、折り曲げ部321で磁気飽和が発生するのを抑制することが出来る。これらにより、モータの駆動効率を更に向上させることが出来る。
【0034】
上記の説明では、延長部3bを構成する少なくとも1枚の板状体のうち磁石5に最も近接した板状体311の折り曲げ部321の内径R1iをこの板状体311の厚さT1よりも小さくすることを説明したが、延長部3bが少なくとも2枚の板状体で構成され、この少なくとも2枚の板状体のそれぞれについて、折り曲げ部の内径が板状体の厚さより小さいことが好ましい。例えば、図5に示すように延長部3bが2枚の板状体311,312により形成されている場合には、板状体311に関して上述したR1i<T1を満足することに加えて、板状体311に隣接する板状体312に関してR2i<T1を満足することが好ましい。これにより、延長部3bを構成する各板状体311,312の折り曲げ部321,322に形成される磁気特性劣化領域を小さくすることが出来るので、折り曲げ部321,322で磁気飽和が発生するのを抑制することが出来、鉄損の増加を低減出来る。その結果、モータの駆動効率を更に向上させることが出来る。
【0035】
延長部3bを構成する少なくとも1枚の板状体のうち磁石5に最も近接した板状体311の厚さT1と、延長部3bを構成しない板状体(即ち、磁極基部3dを構成する板状体)の厚さT2とが、T1>T2を満足することが好ましい。このように、延長部3bを構成する板状体311の厚さT1を大きくすることにより、板状体311の折り曲げ部321内で磁気特性劣化が起きていない領域の断面積を大きくすることが出来る。延長部3bを形成することにより延長部3bを構成する板状体311に多くの磁束が流入し、この磁束は折り曲げ部321を通って磁路3e(図1参照)に向かう。T1>T2を満足するように板状体311を相対的に厚くすることにより、折り曲げ部321内により大きな磁気特性劣化が起きていない領域を確保することができるので、延長部3bを構成する板状体311に多くの磁束が流入しても、折り曲げ部321で磁気飽和が発生するのを抑制することが出来、それにより鉄損の増加を低減出来る。その結果、駆動効率を更に向上させることが出来る。
【0036】
延長部3bを構成しない板状体(即ち、磁極基部3dを構成する板状体)の厚さが同一でない場合には、延長部3bを構成しない板状体のうち最も薄い板状体の厚さをT2としてT1>T2を満足することが好ましい。磁気飽和は板状体が薄いほど発生しやすいので、最も薄い板状体に着目するのが合理的だからである。
【0037】
上記の実施形態では、延長部3bが2枚の板状体311,312で構成される場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、延長部3bが1枚の板状体で構成されていても良く、あるいは3枚以上の板状体で構成されていても良い。
【0038】
また、上記の実施形態では、延長部3bが複数枚の板状体で構成されている場合において、この複数の板状体が同一厚さT1を有している場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、延長部3bを構成する複数の板状体のうちの少なくとも1枚が他の板状体と厚さが異なっていても良い。
【0039】
本発明の効果を確認するために実験を行った。
【0040】
実験方法は以下の通りである。ステータを構成する複数枚の板状体のうち最上層の板状体及び最下層の板状体を磁石と実質的に平行になるように上向き又は下向きに折り曲げて延長部を形成した。延長部を構成する板状体の厚さはT1=0.7mm、この板状体の折り曲げ部の内径はR1i=0.5mmであった。延長部3bが1枚の板状体で構成されている以外は図1〜図3に示したモータと同じ構成を有するモータを作成した(本発明品)。
【0041】
比較のため、延長部を構成する板状体の折り曲げ部の内径をR1i=2.5mmに変更する以外は上記本発明品と同様にしてモータを作成した(従来品)。
【0042】
上記の2種のモータの駆動軸8を駆動してロータ4を回転させたときにコイル6に発生する誘起電圧を測定した。結果を図8に示す。図8の縦軸は、従来品の誘起電圧を1として正規化された誘起電圧を示す。R1i<T1を満足する本発明品では、この不等式を満足しない従来品よりも高い誘起電圧を発生することを確認した。これは、本発明品では、従来品に比べて、コイル6が巻回された磁極3aの磁路3eを通過する磁束量が多いためである。従って、本発明によれば、モータの駆動効率を向上させることが出来ることを確認できた。
【0043】
図9は、本発明のモータを用いた電子機器の一例の概略構成を示した図である。図9において、電子機器61は、本体ケースとしての筐体62と、筐体62内に搭載されるモータ67と、モータ67を駆動するための駆動器65と、駆動器65に給電するための電源68と、モータ67を動力源として駆動される機構部等の負荷(被駆動体)69とを含んでいる。ここで、モータ67と駆動器65とでモータ駆動装置63が構成される。モータ67は、電源68から電力供給を受けて駆動器65を介して駆動される。モータ67の駆動軸を介して負荷69に回転トルクが伝達される。モータ67として、本発明のモータ2を用いることができる。
【0044】
電子機器61として、例えばレーザプリンタを例示することができる。この場合、負荷69としては紙送り用ローラが該当する。図1に示した本発明のモータ2は、レーザプリンタの本体ケース内において、水平方向に配置された配線基板11上に、各種の電子部品とともに載置されていても良い。モータ2の、配線基板11を貫通して下側に延びた駆動軸8の下部に歯車(図示せず)を固定し、この歯車と、紙送り用ローラに設けられた歯車とを減速機構としてのギアボックス(図示せず)を介して連結することができる。本発明のモータ2は、高い駆動効率を有しているので、効率良い紙送りが可能なレーザプリンタを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【0045】
本発明によれば、駆動効率が向上したアウターロータ型モータを提供できるため、例えばレーザプリンタやレーザ複写機などの電子機器に使用されるモータに好適である。但し、本発明のモータはこれらに限定されず、高い駆動効率が要求されるモータとして広範囲に利用することができる。
【符号の説明】
【0046】
1 配線基板
1a 貫通孔
2 モータ
3 ステータ
3a 磁極
3b 延長部
3c 保持部
3d 磁極基部
3e 磁路
3f 磁気特性劣化領域
311,312 板状体
321,322 折り曲げ部
4 ロータ
4a 天板
5 磁石
6 コイル
7 ベアリング
8 駆動軸
9 ホールIC
61 電子機器
62 筐体(本体ケース)
63 モータ駆動装置
65 駆動器
67 モータ
68 電源
69 負荷(被駆動体)
R1i,R2i 折り曲げ部の内径
R1o,R2o 折り曲げ部の外径

【特許請求の範囲】
【請求項1】
外周に複数の磁極が周方向に第一の所定間隔で配置されたステータと、前記ステータの周囲に回転自在に配置されたロータとを備えたモータであって、
前記ロータは、その内周面に、周方向に第二の所定間隔ごとに異極に着磁された磁石を備え、
前記ステータは複数枚の板状体が積層されてなり、
前記複数の磁極のそれぞれの外周端には、前記複数枚の板状体のうち最外層を含む少なくとも1枚の板状体が前記磁石と実質的に平行となるように折り曲げられた延長部が形成されており、
前記延長部を構成する前記少なくとも1枚の板状体のうち前記磁石に最も近接した板状体の折り曲げ部の内径をR1i、厚さをT1としたとき、R1i<T1を満足することを特徴とするモータ。
【請求項2】
前記延長部を構成する前記少なくとも1枚の板状体のうち前記磁石に最も近接した板状体の折り曲げ部の外径をR1oとしたとき、R1o<T1を満足する請求項1に記載のモータ。
【請求項3】
前記延長部が少なくとも2枚の板状体で構成され、前記少なくとも2枚の板状体のそれぞれについて、折り曲げ部の内径が板状体の厚さより小さい請求項1又は2に記載のモータ。
【請求項4】
前記延長部を構成しない板状体のうち最も薄い板状体の厚さをT2としたとき、T1>T2を満足する請求項1〜3のいずれかに記載のモータ。
【請求項5】
本体ケースと、前記本体ケース内に設けられた被駆動体と、前記被駆動体に連結されたモータとを備えた電子機器であって、前記モータが請求項1〜4のいずれかに記載のモータである電子機器。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate

【図8】
image rotate

【図9】
image rotate


【公開番号】特開2011−19303(P2011−19303A)
【公開日】平成23年1月27日(2011.1.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−160942(P2009−160942)
【出願日】平成21年7月7日(2009.7.7)
【出願人】(000005821)パナソニック株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】