(57)【要約】【課題】  複写機、レーザービームプリンタ等の各種機構を同時に駆動するメインモータとして用いられるブラシレスモータにおいて、位置検出素子とＦＧパターンとの干渉を解決し、薄型化、小径化、省スペース化、かつ高出力化を図った駆動・制御用回路をモータと一体に組み込んだブラシレスモータを提供することを目的とする。【解決手段】  パターン方式ＦＧを備え、回路基板４１のＦＧパターン４２及びノイズキャンセルパターン４３を形成した面４１ａと反対側の面４１ｂ上に、ホール素子４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗを配設することにより、全周に亘り均一なＦＧパターンを形成可能にした回路一体型コア付きブラシレスモータとすることにより、高い回転精度を備え、耐ノイズ性に優れた小径化、省スペース化、かつ高出力化に適した駆動・制御用回路一体型のブラシレスモータを提供することができる。【選択図】図１
2006025537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコイルが巻装されたステータコアと、
このステータコアと対向して配置され内周に円周方向に複数の駆動用着磁を施したリング状マグネットをその内周側に取り付けたカップ状のロータヨークとこのロータヨークの中央に固定されたシャフトとからなるロータと、
前記シャフトを回転自在に支承する軸受と、
この軸受をその内周側に保持し前記ステータコアをその外周側に保持するハウジングと、
前記ロータのマグネットの回転方向の位置を検出するホール素子と、
ロータの回転速度を検出する速度検出手段と、
前記ハウジングに固定され前記ロータを回転駆動し制御するための駆動・制御用回路を搭載する回路基板と
を有し、前記速度検出手段は、
前記ロータの開放端側のマグネット端面に円周方向に施された複数の着磁部と、
この着磁部と対応する位置であって前記回路基板上の前記ロータのマグネット端面と対向する側に配置された前記着磁部の極数と同数の線素数を直列に接続して円環状に全周にわたり均一に形成された速度検出パターンと、
この速度検出パターンの外側もしくは内側に前記速度検出パターンを囲むように配設され前記速度検出パターンに直列に接続されたキャンセルパターンと
からなり、前記ホール素子を前記回路基板の前記速度検出手段を形成した側とは反対側の面に配設した
ブラシレスモータ。
【請求項２】
駆動・制御用回路は、
モータ外部からの電源供給用のコネクタと、
電源供給の正負ライン間に接続されたコンデンサと、
ステータコイルに供給される電流量を検出する電流検出抵抗と、
駆動・制御集積回路及び表面実装対応の電子部品と
からなり、駆動・制御集積回路及び表面実装対応の電子部品並びにホール素子は全て、回路基板の速度検出パターンおよびキャンセルパターンが形成される側とは反対側の面に半田付けにより表面実装されてなる
請求項１記載のブラシレスモータ。
【請求項３】
駆動・制御用回路が略正弦波状の電流をステータコイルに供給する構成である
請求項１または請求項２に記載のブラシレスモータ。
【請求項４】
モータが搭載される機器への取り付け部がハウジングに形成されてなる
請求項１から請求項３のいずれかに記載のブラシレスモータ。
【請求項５】
駆動・制御集積回路及び表面実装対応の電子部品並びにホール素子が回路基板のロータヨークの外径の投影範囲内に配設されてなる
請求項２記載のブラシレスモータ。
【請求項６】
ロータのマグネットが希土類の等方性樹脂マグネットである
請求項１から請求項５のいずれかに記載のブラシレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複写機、レーザービームプリンタ等の各種機構を同時に駆動するメインモータとして用いられるブラシレスモータに関し、特にステータコイルが巻装されたステータコア（鉄心）と、リング状マグネットを取り付けたロータと、ロータの位置を検出するホール素子と、ロータの回転速度を検出する速度検出手段とを有し、ロータを回転駆動し制御するための駆動・制御用回路をモータと一体に組み込んだブラシレスモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、複写機、レーザービームプリンタ等のドキュメント製品は、近年高画質化、高速プリント化、カラー化を指向しておりそれらを同時に実現するために各色毎に感光体ドラムを備える所謂タンデム方式化の傾向にある。従来１ドラムの構成であったものが２ドラム、４ドラム化の構成をとるために機器の大型化は否めないが、大型化を抑制するために各種機構を駆動するメインモータには、薄型化、小径化、省スペース化、かつ高出力化が要求されている。
【０００３】
そしてメインモータとしては、高出力に適したステータコア（鉄心）付きのステータを備えるモータ部と、モータを回転駆動し制御するための駆動・制御用回路を一体に組み込んだブラシレスモータが一般的に用いられており、回路部を含めたモータ全体として、薄型化、小径化、省スペース化、かつ高出力化を図ることが要求されている。
【０００４】
そのためには、モータのステータ部及び回路部の外形寸法を、ロータ部に外接する正方形の寸法に、高さ寸法についても同様にロータ部の高さ寸法に限りなく近くすることが望まれる。
【０００５】
従来、ステータコア（鉄心）を有する周知のブラシレスモータは、ロータヨークの内周面にステータコア（鉄芯）に対向する複数の磁極を有するリング状のマグネットを設けたロータと、ステータコイル（電機子コイル）が夫々のステータコア（鉄芯）に巻装されたステータ組立体とを備え、このステータ組立体は、ホール素子（位置検出素子）とロータを回転駆動するための駆動用回路とが実装された回路基板（ステータベース）にハウジング（軸受ホルダ）を介して取り付けられている。ホール素子（位置検出素子）によりロータのマグネットの磁極を検出することで回転位置を検出し、その出力信号が入力された駆動回路からステータコイル（電機子コイル）にホール素子（位置検出素子）の出力信号に応じて制御された駆動電流が供給され、ステータコイル（電機子コイル）はロータの回転位置に応じた磁界を発生する。そしてロータは、ステータコイル（電機子コイル）が発生する磁界とマグネットの磁極との相互作用によって連続的な回転力を生じる様に構成（以下第１の従来技術）されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
図６に従来のブラシレスモータの構造を示す。
図６において１はシャフト、２はロータヨーク、３はマグネット、４はステータコイル（電機子コイル）、５はステータコア（鉄心）、６はホール素子（位置検出素子）、７は駆動用回路、８は回路基板（ステータベース）、９は軸受、１０はハウジング（軸受ホルダ）である。
【０００７】
しかし、上記従来のブラシレスモータにおいては、ホール素子（位置検出素子）６から位置検出に必要な出力を得るために、ロータのマグネット３の磁束を拾い易い位置に、すなわち、回路基板（ステータベース）８のマグネット３と対向する面側の、マグネット３の内径側にホール素子６が配設されている。ところが、上記の位置にホール素子（位置検出素子）６を配設した場合には、同時にステータコイル（電機子コイル）４に近接して配設することとなり、ステータコイル（電機子コイル）４の励磁による磁界がホール素子６にノイズとして影響し、安定した位置検出を行うことができないおそれがある。
【０００８】
特に、複写機、レーザービームプリンタ等の各種機構を同時に駆動する所謂メインモータとして用いられるブラシレスモータにおいては、高出力が要求されるためステータコイル（電機子コイル）４に大電流を流す必要がある。しかしながら、駆動電流を大きくすると、ステータコイル（電機子コイル）４で発生する磁界が大きくなるので、その発生磁界がホール素子６に影響を与えることとなり、安定した位置検出が困難となる。
【０００９】
上記課題の解決策として、図７に示すように、ロータヨーク２に設けられるマグネット３の一部をロータヨーク２から露出させ、この露出されたマグネット３の部分に対応してマグネット３より外側にホール素子（検出素子）６を配置し、露出されたマグネットの部分の漏れ磁束を検出する構成により、ステータコイル（巻線）４の励磁による磁界がホール素子（検出素子）にノイズとして影響することを防止する技術（以下第２の従来技術）が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【００１０】
また、上記第２の従来技術とは別の解決策として、ステータコイル（駆動コイル）４の励磁による磁界がホール素子（位置検出素子）６の出力波形に影響を与えて出力波形のゼロクロス点で歪みを生じ、この歪みがステータコイル（駆動コイル）４への通電切り換えタイミングの遅延を生じる方向であることとして捉え、図８と図９に示すように、ロータのマグネット（駆動マグネット）３として、駆動用磁極３ａと位置検出素子用磁極３ｂとを両磁極が互いに異極同志の境界が接するよう設けることにより、ホール素子（位置検出素子）６の出力を反転させて出力波形の歪みがステータコイル（駆動コイル）４への通電切り換えを促進する向きに発生するようにして通電切り換えの遅延を無くす技術（以下第３の従来技術）が提案されている（例えば特許文献３参照）。
【００１１】
詳しくは、図９に示すように、ロータのマグネット（駆動マグネット）３には、駆動用磁極３ａ及び位置検出素子用磁極３ｂとが、両磁極が互いに異極同志の境界が接するよう設けられ、さらに、回路基板（基板）８上に位置検出素子用磁極３ｂとステータコイル（駆動コイル）４が巻装されたステータコア５の双方に対向する位置に、ホール素子（位置検出素子）６が配設されている。ホール素子６の平面的な配置は図１０に示すように構成されており、ステータコア（鉄心）５のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各ティースに対応してＵ相のホール素子（検出素子）６Ｕ，Ｖ相のホール素子（検出素子）６Ｖ，Ｗ相のホール素子（検出素子）６Ｗが配置されている。
【００１２】
この構成により、ステータコイル（駆動コイル）４の励磁による磁界と、位置検出素子用磁極３ｂの磁界との合成磁界をホール素子（位置検出素子）６により検出し、上記の作用によりステータコイル（駆動コイル）４への通電切り換えの遅延を無くすものである。
【００１３】
図１１（特許文献３の図９）は、ステータコイル（巻線）４の励磁によるＵ相，Ｗ相の磁界がＵ相のホール素子（検出素子）６Ｕの出力波形に影響を与えて出力波形のゼロクロス点で歪みを生じ、この歪みがステータコイル（駆動コイル）４への通電切り換えタイミングの遅延を生じる方向であることを示す。そして、図１２（特許文献３の図３）（ｃ）、図１２（ｄ）にホール素子（位置検出素子）出力を反転させて出力波形の歪みがステータコイル（駆動コイル）への通電切り換えを促進する向きに発生することを示す。
【００１４】
上記の複写機、レーザービームプリンタ等の各種機構を同時に駆動するメインモータとして用いられるブラシレスモータにおいては、モータの回転速度だけではなく出力軸とこの出力軸に取り付けられた減速機構を介して駆動する機器の各種機構部との回転位相を精密に制御する必要がある。このため、ブラシレスモータにはある程度の分解能を有する速度検出手段が必要となる。
【００１５】
この様な用途に適したブラシレスモータの速度検出手段としては、所謂パターンＦＧ方式がある。ロータ側に円周方向にＮＳ多極着磁を施したリング状のＦＧマグネットを取り付け、ステータ側に、このＦＧマグネットの着磁極数と同数の線素を円周方向に直列に接続して配設したＦＧパターンを設け、モータの回転によりこのＦＧパターンに生ずるモータの回転数に比例した周波数の速度検出信号（ＦＧ信号）を得るものである。このＦＧパターン方式の速度検出手段をブラシレスモータに組み込む際に、モータの駆動用マグネットとＦＧマグネットを、駆動用マグネットの内周側に駆動用の着磁を、そして端面側にＮＳ多極着磁（以下ＦＧ着磁）をそれぞれ施すことにより一体化し、モータの回路基板上にＦＧパターンを形成する構成が、モータの形状に影響が無く付加部品も無い構成として望ましい。
【００１６】
しかしながら、上記第２の従来技術及び第３の従来技術のいずれも、ロータのマグネット（駆動マグネット）の回路基板（基板）側の端面にＦＧ着磁を施すことによる弊害が生じる。
【００１７】
すなわち、ホール素子（位置検出素子）をロータのマグネット（駆動マグネット）の回路基板（基板）側の端面の近傍に配設する必要があるので、ロータのマグネット（駆動マグネット）の端面に施したＦＧ着磁の影響が避けられず、安定した位置検出が困難となるからである。
【００１８】
第２の従来技術においては、ロータのマグネットの一部をロータヨークから露出させる寸法を、ＦＧ着磁の影響が無視できる程度まで十分大きくした上で、ホール素子（位置検出素子）をＦＧ着磁の影響が無視できる程度までロータのマグネット（駆動マグネット）から遠ざけることでＦＧ着磁の影響を防ぐことは可能ではあるが、駆動用の着磁部分の露出部を大きくすることは、同時に漏洩磁束の増大を生ずるのでロスあるいは不要な磁気ノイズの増加をもたらすことになる。あるいは、ホール素子（位置検出素子）を回路基板（基板）の表面からある程度浮かせた状態で取り付けることでＦＧ着磁の影響を防ぐことは可能ではあるが、ホール素子（位置検出素子）の取り付けコストの増大等を生じることになる。
【００１９】
また、第３の従来技術においては、その技術的に必須の構成と反することになるので、ロータのマグネット（駆動マグネット）の回路基板（基板）側の端面にＦＧ着磁を施すことが不可能である。
【００２０】
そこで、複写機、レーザービームプリンタ等の各種機構を同時に駆動する所謂メインモータとして用いられるブラシレスモータにおいて上記従来の課題の解決策として、図１３に示すように、ロータマグネット３を回路基板（プリント基板）８側に延長し、この延長部分と対向する位置に感磁方向が径方向となるようにホール素子（位置検出素子）６を回路基板（プリント基板）８に立設する構成とすることにより、ホール素子（位置検出素子）６の位置におけるステータコイル４の励磁による磁界（漏洩磁束）の径方向成分が極めて少なくなるので、ホール素子（位置検出素子）にノイズとして影響することを防止できるという技術（以下第４の従来技術）が採用されている（例えば特許文献４参照）。
【００２１】
上記第４の従来技術は、ロータマグネット３を回路基板（プリント基板）８側に延長するので、ロータマグネット３の端面と回路基板（プリント基板）８との空隙を小さくできる。このため、ロータマグネット３の回路基板（プリント基板）８側の端面にＦＧ着磁を施し、ＦＧパターンを回路基板（プリント基板）上に形成することで、ＦＧパターンに鎖交するＦＧ着磁部からの磁束が大きくできる。すなわち、ＦＧパターン方式の速度検出手段を組み込むのに好適な構成である。また、ロータマグネット（駆動マグネット）３のＦＧ着磁部から生じる磁界の影響も、ホール素子（位置検出素子）６の位置における径方向成分が小さいので安定した位置検出が可能である。
【００２２】
上記第４の従来技術を採用すると共に、ロータを回転駆動し制御するための駆動・制御用回路をモータと一体に組み込んだブラシレスモータとしては、図１４に示すものがある。これは、ロータマグネット（駆動マグネット）３とは別にＦＧマグネット（速度検出用マグネット）１１を、ロータマグネット（駆動マグネット）３の回路基板８の側の端面、ここでは駆動用マグネット３の上端面に固定されている構成（以下第５の従来技術）がある（例えば特許文献５参照）。１２はＦＧパターン（速度検出用平面コイル）で、回路基板８の下面に形成されている。そして回路基板８の上面には制御用集積回路１３等のロータを回転駆動し制御するための駆動・制御用回路が実装されている。速度検出用マグネット１１はリング状マグネットであり、速度検出用マグネット１１の上端面にはＦＧパターン（速度検出用平面コイル）１２のターン数と等しい数のＮ、Ｓ磁極が交互に周方向へ着磁されている。また、ＦＧパターン（速度検出用平面コイル）１２は、速度検出用マグネット１１の上端面と対向しており、速度検出用マグネット１１がロータヨーク２と一体に回転すると、ＦＧパターン（速度検出用平面コイル）１２は速度検出用マグネット１１に誘導され、ロータヨーク２の回転速度に応じた周波数を有する信号である速度検出信号を出力する。制御用集積回路１３と回路基板８の上面との間には空間部１４が設けられ、この空間部１４内には電子チップ部品１５が配設されている。
【００２３】
ホール素子６は回路基板８の底面側であり、ＦＧパターン（速度検出用平面コイル）１２へ接近した位置に複数個設けられている。１６はモータ取付板であり、モータの全上面を略覆う広さを有し、回路基板８と接近して配設され、底面が制御用集積回路１３の上面と接触している。
【００２４】
回路基板８の上面には前述の如く制御用集積回路１３や電子チップ部品１５等が配設され、回路基板８の下面には前述の如くＦＧパターン（速度検出用平面コイル）１２や回路がプリントされ、ホール素子６等が配設され、制御用集積回路１３のアウターリード１７が回路基板８の下面側へ突出して形成されている。
【特許文献１】特開平８−８８９６４号公報（第２頁、図１７）
【特許文献２】特開平８−１７２７６３号公報（第３−４頁、図１）
【特許文献３】特開平７−３２７３５１号公報（第５−７頁、図１、図２、図３、図８、図９）
【特許文献４】実開昭５７−１１３６８１号（実願昭５５−１９０８７７号）のマイクロフィルム（第７−９頁、第７図）
【特許文献５】実開平７−９０７８（第５−７頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
しかしながら、上記第５の従来技術による構成では、モータ（回路基板）の外径を小さくするために制御用集積回路１３と回路基板８との間に、チップ部品１５を実装させるので、制御用集積回路１３とチップ部品１５の間にも空瞭部を設ける必要が発生し、薄型化を阻害する構成となる。
【００２６】
また、ＦＧパターン方式の速度検出手段は、ＦＧパターン（速度検出用平面コイル）１２がステータコア５の近傍を取り囲むように配設されるため、ステータコイル４から発生するノイズを拾い易いので、このノイズによる成分をキャンセルするための所謂キャンセルパターンをＦＧパターン（速度検出用平面コイル）１２の外周側もしくは内周側に並行して配設する必要がある。
【００２７】
特に、上記のメインモータにおいては、モータの供給電源効率を高めるためＰＷＭ駆動方式が一般的に採用されているので、スタータコイル４から発生するノイズレべルが非常に大きくなり、さらに、従来のメインモータ用のブラシレスモータにおいては、上記第３の従来技術を示す図１１（ｂ）（特許文献３の図９（ｂ））に示される波形の磁界をステータコアから発生する様な駆動電流をステータコイル（巻線）４に供給する駆動方式が採用されているので、急激な磁界変化が生じてＦＧパターンに影響を与える要因となるため、上記ノイズのキャンセルパターンは必須である。
【００２８】
また、一般にＦＧパターン方式の速度検出手段は、ロータ部のＦＧマグネットの偏心もしくは回転時のロータ部（ＦＧマグネット）の振れ等の影響を低減するため、ＦＧマグネットの径方向の長さよりもＦＧパターンの発電線素の径方向の長さを大きくする必要がある。
【００２９】
以上の必須要件を満たしながら、モータの外径を小さくする上で、上記第５の従来技術による構成では、ホール素子６が回路基板８のＦＧパターン１２と同一の側に配設されており、ＦＧパターン１２の内周径もしくはキャンセルパターンの内周径を、ＦＧマグネット１１の内周径よりも充分に小さな径としてＦＧパターン１２の発電線素の長さを確保するためには、ホール素子６の設置位置をモータの軸心側に移動させる必要があり、ロータマグネット３とホール素子６の距離が大きくなり、良好な位置検出信号が得られない構成となる。ロータマグネット３とホール素子６の距離を小さくするためには、ホール素子６の周辺のＦＧパターン１２並びにキャンセルパターン１８を図１５に示すように幅を狭くする、あるいはモータの軸心外側に迂回する様に構成することも可能であるが、この場合は発電線素の長さが不均一になるので速度検出精度の悪化を生ずるという課題がある。
【００３０】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、薄型化、小径化、省スペース化、かつ高出力化を図った駆動・制御用回路をモータと一体に組み込んだブラシレスモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
上記課題を解決するために本発明は、パターン方式ＦＧを備え、回路基板のＦＧパターン及びノイズキャンセルパターンを形成した面と反対側の面上にホール素子を配設することにより、全周に亘り均一なＦＧパターンを形成可能にした回路一体型コア付きブラシレスモータである。
【００３２】
本発明の請求項１記載のブラシレスモータは、ステータコイルが巻装されたステータコアと、このステータコアと対向して配置され内周に円周方向に複数の駆動用着磁を施したリング状マグネットをその内周側に取り付けたカップ状のロータヨークとこのロータヨークの中央に固定されたシャフトとからなるロータと、前記シャフトを回転自在に支承する軸受と、この軸受をその内周側に保持し前記ステータコアをその外周側に保持するハウジングと、前記ロータのマグネットの回転方向の位置を検出するホール素子と、ロータの回転速度を検出する速度検出手段と、前記ハウジングに固定され前記ロータを回転駆動し制御するための駆動・制御用回路を搭載する回路基板とを有し、前記速度検出手段は、前記ロータの開放端側のマグネット端面に円周方向に施された複数の着磁部と、この着磁部と対応する位置であって前記回路基板上の前記ロータのマグネット端面と対向する側に配置された前記着磁部の極数と同数の線素数を直列に接続して円環状に全周にわたり均一に形成された速度検出パターンと、この速度検出パターンの外側もしくは内側に前記速度検出パターンを囲むように配設され前記速度検出パターンに直列に接続されたキャンセルパターンとからなり、前記ホール素子を前記回路基板の前記速度検出手段を形成した側とは反対側の面に配設したことを特徴とする。
【００３３】
本発明の請求項２記載のブラシレスモータは、請求項１において、駆動・制御用回路は、モータ外部からの電源供給用のコネクタと、電源供給の正負ライン間に接続されたコンデンサと、ステータコイルに供給される電流量を検出する電流検出抵抗と、駆動・制御集積回路及び表面実装対応の電子部品とからなり、駆動・制御集積回路及び表面実装対応の電子部品並びにホール素子は全て、回路基板の速度検出パターンおよびキャンセルパターンが形成される側とは反対側の面に半田付けにより表面実装されてなることを特徴とする。
【００３４】
本発明の請求項３記載のブラシレスモータは、請求項１または請求項２において、駆動・制御用回路が略正弦波状の電流をステータコイルに供給する構成であることを特徴とする。
【００３５】
本発明の請求項４記載のブラシレスモータは、請求項１から請求項３のいずれかにおいて、モータが搭載される機器への取り付け部がハウジングに形成されてなることを特徴とする。
【００３６】
本発明の請求項５記載のブラシレスモータは、請求項２において、駆動・制御集積回路及び表面実装対応の電子部品並びにホール素子が回路基板のロータヨークの外径の投影範囲内に配設されてなることを特徴とする。
【００３７】
本発明の請求項６記載のブラシレスモータは、請求項１〜請求項５の何れかにおいて、ロータのマグネットが希土類の等方性樹脂マグネットであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の請求項１の構成によると、回路基板の外径を小さくした場合でもホール素子と速度検出パターンもしくはキャンセルパターンとの干渉が無くせるので、全周に亘り均一な速度検出パターン及びキャンセルパターンを形成できるとともに、速度検出手段の着磁部からホール素子を遠ざけて配設できるので影響が低減されるため、高い回転精度を備え、耐ノイズ性に優れた小径化、省スペース化、かつ高出力化に適した駆動・制御用回路一体型のブラシレスモータを提供することができるという作用・効果を有する。
【００３９】
本発明の請求項２に記載の構成によると、モータの全高寸法を低くできて、かつ部品の実装工数も大幅に削減できるという作用・効果を有する。
本発明の請求項３に記載の構成によると、ステータコイルに給電する電流の急激な変化が低減され、スタータコアから発生する磁界の急激な変化が低減できるため、速度検出パターンのみならずホール素子への影響も低減できるので、より正確な位置検出が可能となり、更に高い回転精度と優れた耐ノイズ性を備えたブラシレスモータを提供することができるという作用・効果を有する。
【００４０】
本発明の請求項４に記載の構成によると、モータの構成部品を削減できるので、上記作用・効果に加えて更にモータ高さ寸法を小さくでき、組み立て工数も低減したブラシレスモータを提供することができるという作用・効果を有する。
【００４１】
本発明の請求項５に記載の構成によると、ロータヨークの内側部に駆動・制御集積回路および周辺回路が実装されるので、モータを搭載する機器の放射電界ノイズによるモータの駆動・制御用回路の誤動作を防止できるため、上記作用・効果に加えて、更に耐ノイズ性の優れたブラシレスモータを提供することができるという作用・効果を有する。
【００４２】
本発明の請求項６に記載の構成によると、マグネットの駆動用着磁部の磁束密度が大きくできるので高効率で高トルク化が実現できるとともにホール素子への磁束も増大するのでより高精度の位置検出が可能となり、また、等方性であるのでマグネット端面への着磁が容易となるという作用・効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１〜図３は本発明の（実施の形態１）のブラシレスモータを示す。
【００４４】
図１において、３０はステータコイルで、ステータコア３１の各突極に巻装されている。３２は磁性材からなるロータヨークで、このロータヨーク３２の内周に取り付けられたロータマグネット３３と、中央に固定されたシャフト３４とによりロータ３５を形成している。３６はロータ３５のシャフト３４を支承する軸受である。３７は円筒部３８とフランジ部３９を有するハウジングで、軸受３６はハウジング３７の円筒部３８の内周に保持され、ハウジング３７の円筒部３８の外周にはステータコア３１が固定されている。
【００４５】
そして、本実施の形態においてはハウジング３７のフランジ部３９は、モータを搭載する機器への取り付け面となっており、必要に応じて取り付け用のネジ孔４０が形成されている。
【００４６】
ロータマグネット３３の内周面には、径方向に複数の駆動用着磁が施されている。ロータマグネット３３の開放端の端面には、ＦＧマグネット部３３ａが形成されている。このＦＧマグネット部３３ａは、ロータマグネット３３の内周面の駆動用着磁と直交する方向に複数のＮ，Ｓ磁極が交互に周方向へ速度検出の分解能を高めるため駆動用着磁より多極に着磁されている。
【００４７】
ハウジング３７のフランジ部３９に取り付けられた回路基板４１の片面４１ａには、ロータマグネット３３の端面のＦＧマグネット部３３ａに対向するように図２に示すように環状にＦＧパターン（速度検出パターン）４２とキャンセルパターン４３が形成されている。
【００４８】
回路基板４１のもう一方の片面４１ｂには、駆動・制御用回路部の駆動・制御集積回路とホール素子４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗ、チップ型電子部品（抵抗、コンデンサ）５０が半田付けにより表面実装されている。集積回路はプリドライブ・制御用集積回路４４と、Ｕ相のステータコイルへの通電をオン／オフする第１のパワーＭＯＳアレイ４５Ｕ、Ｖ相のステータコイルへの通電をオン／オフする第２のパワーＭＯＳアレイ４５Ｖ、Ｗ相のステータコイルへの通電をオン／オフする第３のパワーＭＯＳアレイ４５Ｗの複数のパッケージに分散して構成され、ロータヨーク３２によってシールド効果を期待できるロータヨーク３２の外径の投影範囲内に、プリドライブ・制御用集積回路４４と、第１〜第３のパワーＭＯＳアレイ４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗ、ホール素子４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗ、チップ型電子部品（抵抗、コンデンサ）５０などの電子部品が配置されている。
【００４９】
ロータ３５の速度検出用ＦＧパターン４２は、前記ＦＧマグネット部３３ａの着磁極数と等しい発電線素４２ａがロータマグネット３３の端面のＦＧマグネット部３３ａと対向し、各発電線素４２ａを直列に接続して環状に形成されており、ＦＧマグネット部３３ａがロータ３５と一体に回転すると、ＦＧパターン４２にはＦＧマグネット部３３ａとの相対的な磁束変化により、ロータ３５の回転速度に応じた周波数の速度検出信号が誘起される。
【００５０】
キャンセルパターン４３はＦＧパターン４２の内側にＦＧパターン４２を囲むように配設され、ステータコイル３０を励磁することにより発生するノイズ等により速度検出信号に重畳したノイズ成分とキャンセルパターン４３に生じたノイズとが逆相となるようにＦＧパターン４２に直列に接続されて形成されている。
【００５１】
本実施の形態では、回路基板４１の外形寸法を出来るだけ小さくするために、キャンセルパターン４３をＦＧパターン４２の内側に配置したが、回路基板４１の外形寸法によってはキャンセルパターン４３を外側に配置しても良い。
【００５２】
このように、駆動・制御用集積回路４４やパワーＭＯＳアレイ４５、及びホール素子４６などが配設された前記回路基板４１の片面４１ｂとは反対側のもう一方の片面４１ａに、ＦＧパターン４２及びキャンセルパターン４３がプリントされている。
【００５３】
また、回路基板４１の片面４１ａには、モータ外部からの電源供給用のコネクタ４７と、電源供給の正負ライン間に接続されたコンデンサ４８と、ステータコイル３０に供給される電流量を検出する電流検出抵抗４９等のリードもしくは端子を有する部品のみが配設され、これらのリードもしくは端子は回路基板４１の反対側の面４１ｂ側へ突出して装着されている。このように、リード部品や端子部品を実装するための全ての半田付けランドは、ＦＧパターン４２とは反対側の面４１ｂに配置している。
【００５４】
その結果、回路基板４１の外径を小さくした場合でも、ホール素子４６とＦＧパターン４２もしくはキャンセルパターン４３との干渉が無くせるので、円環状に全周に亘り均一なＦＧパターン４２並びにキャンセルパターン４３を形成することができるとともに、ＦＧマグネット部３３ａからホール素子４６を遠ざけて配設できるので影響が低減されるため、高い回転精度と、優れた耐ノイズ性を同時に実現できる。
【００５５】
また、コネクタ４７と電源供給の正負ライン間に接続されたコンデンサ４８と電流検出抵抗４９等のリードもしくは端子を有する部品を、そのリードもしくは端子に対応して回路基板４１に穿設した穴に、ＦＧパターン４２およびキャンセルパターン４３が形成される面４１ａの側から挿入し、回路基板４１の前記面４１ａとは反対側の面４１ｂの部品挿通穴の周囲に形成した半田付けランドにおいて半田付けにより電気的に接続可能に形成され、この半田付けランドと同一面に実装する残余の全て部品である、表面実装に対応した駆動・制御用集積回路４４や電子部品４５、及びホール素子４６と同時に半田付けが可能となり、大幅な工数の削減ができる。また、前記コネクタ４７およびコンデンサ４８などの高さ寸法が大きい部品をロータ３５と同じ側に配置したので、ロータ３５の高さ寸法の範囲内に納めてモータの全高寸法に影響しない構成とすることが容易であり、そして、ステータコイル３０の側に突き出すリードもしくは端子部が無いので、ステータコイル３０と回路基板４１との間隔を大きくする必要が無く、部品実装面の高さも低く出来るためモータの全高寸法を低くできる。
【００５６】
以上により、優れた小径化、省スペース化、かつ高出力化に適した駆動・制御用回路一体型のブラシレスモータを提供することができるという作用・効果を奏することができる。
【００５７】
さらに、駆動・制御用集積回路４４に略正弦波状の電流をステータコイルに供給する、所謂、擬似正弦波駆動方式を採用すれば、ステータコイル３０に給電する電流の急激な変化が低減され、ステータコア３１から発生する磁界の急激な変化が低減できるため、ＦＧパターン４２のみならずホール素子４６への影響も低減できる。これにより、正確な位置の検出が可能となるので、トルク変動の悪化が防止できるため、更に高い回転精度と優れた耐ノイズ性を備えたブラシレスモータを実現できる。
【００５８】
そして、図１に示すようにハウジング３７のフランジ部３９に穴部４０を設けることにより、このフランジ部３９をモータが搭載される機器への取り付け部として利用できる。この構成により、別途取り付け部材を必要とせず、モータの構成部品を削減できるため、更にモータ高さ寸法を小さくでき、組み立て工数も低減したブラシレスモータを提供することができるという作用・効果を有する。
【００５９】
また、ロータマグネット３３をネオジボンドマグネット等の等方性希土類樹脂磁石で形成した場合は、内周の駆動用着磁部の磁束密度が大きくできるので高効率で高トルク化が実現できるとともに、ホール素子４６への磁束も増大するのでより高精度の位置検出が可能となり、また、等方性であるのでロータマグネット３３の端面３３ａへの着磁が容易となり、より安定した高精度の速度検出信号が得られる。
【００６０】
（実施の形態２）
図４と図５は本発明の（実施の形態２）を示す。
（実施の形態１）では回路基板のＦＧパターン及びノイズキャンセルパターンを形成した面と反対側の面上にホール素子を配設することにより、ロータヨーク３２によってシールド効果を期待できるロータヨーク３２の投影範囲内に、プリドライブ・制御用集積回路４４と、第１〜第３のパワーＭＯＳアレイ４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗ、ホール素子４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗ、チップ型電子部品（抵抗、コンデンサ）などの電子部品を配置したが、図４と図５に示すこの（実施の形態２）の場合には、ハウジング３７のフランジ部３９に磁性体からなる取付板５１を設けることによって、前記電子部品を回路基板４１の前記ロータヨーク３２の外径の投影範囲の外側にわたって配設した場合であっても、取付板５１によるシールド効果によって、モータを搭載する機器の放射電界ノイズからモータの駆動・制御用回路の誤動作を防止でき、耐ノイズ性の優れたブラシレスモータを提供できる。その他は（実施の形態１）と同様である。
【００６１】
この構成のスピンドルモータは、取付板５１を介してモータを搭載する機器へ取り付けられる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明のブラシレスモータは、複写機、レーザービームプリンタ等の各種機構を同時に駆動するメインモータとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の（実施の形態１）の断面図
【図２】同実施の形態のＡ−Ａ′矢視図
【図３】同実施の形態のＢ−Ｂ′矢視図
【図４】本発明の（実施の形態２）の断面図
【図５】同実施の形態の底面図
【図６】第１の従来技術のブラシレスモータの断面図
【図７】第２の従来技術のブラシレスモータの断面図
【図８】第３の従来技術のブラシレスモータの断面図
【図９】同従来技術の要部の拡大斜視図
【図１０】同従来技術の要部の平面配置図
【図１１】同従来技術の要部の波形図
【図１２】同従来技術の要部の波形図
【図１３】第４の従来技術のブラシレスモータの断面図
【図１４】第５の従来技術のブラシレスモータの断面図
【図１５】同従来技術の要部の平面図
【符号の説明】
【００６４】
３０    ステータコイル
３１    ステータコア
３２    ロータヨーク
３３    ロータマグネット
３３ａ    ＦＧマグネット部
３４    シャフト
３５    ロータ
３６    軸受
３７    ハウジング
３８    円筒部
３９    フランジ部
４０    ネジ孔
４１    回路基板
４１ａ    回路基板４１の片面
４１ｂ    回路基板４１のもう一方の片面
４２    ＦＧパターン（速度検出パターン）
４２ａ    速度検出用ＦＧパターン４２の発電線素
４３    キャンセルパターン
４４    プリドライブ・制御用集積回路
４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗ    第１〜第３のパワーＭＯＳアレイ
４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗ    ホール素子
４７    電源供給用のコネクタ
４８    コンデンサ
４９    電流検出抵抗
５１    取付板
【図１】
2006025537.tif 000003
【図２】
2006025537.tif 000004
【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】
2006025537.tif 000012
【図１１】
2006025537.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2006025537.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年12月3日(2004.12.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコイルが巻装されたステータコアと、
このステータコアと対向して配置され内周に円周方向に複数の駆動用着磁を施したリング状マグネットをその内周側に取り付けたカップ状のロータヨークとこのロータヨークの中央に固定されたシャフトとからなるロータと、
前記シャフトを回転自在に支承する軸受と、
この軸受をその内周側に保持し前記ステータコアをその外周側に保持するハウジングと、
前記ロータのマグネットの回転方向の位置を検出するホール素子と、
ロータの回転速度を検出する速度検出手段と、
前記ハウジングに固定され前記ロータを回転駆動し制御するための駆動・制御用回路を搭載する回路基板と
を有し、前記速度検出手段は、
前記ロータの開放端側のマグネット端面に円周方向に施された複数の着磁部と、
この着磁部と対応する位置であって前記回路基板上の前記ロータのマグネット端面と対向する側に配置された前記着磁部の極数と同数の線素数を直列に接続して円環状に全周にわたり均一に形成された速度検出パターンと、
この速度検出パターンの外側もしくは内側に前記速度検出パターンを囲むように配設され前記速度検出パターンに直列に接続されたキャンセルパターンと
からなり、前記ホール素子を前記回路基板の前記速度検出手段を形成した側とは反対側の面に配設した
ブラシレスモータ。
【請求項２】
駆動・制御用回路は、
モータ外部からの電源供給用のコネクタと、
電源供給の正負ライン間に接続されたコンデンサと、
ステータコイルに供給される電流量を検出する電流検出抵抗と、
駆動・制御集積回路及び表面実装対応の電子部品と
からなり、駆動・制御集積回路及び表面実装対応の電子部品並びにホール素子は全て、回路基板の速度検出パターンおよびキャンセルパターンが形成される側とは反対側の面に半田付けにより表面実装されてなる
請求項１記載のブラシレスモータ。
【請求項３】
駆動・制御用回路が略正弦波状の電流をステータコイルに供給する構成である
請求項１または請求項２に記載のブラシレスモータ。
【請求項４】
モータが搭載される機器への取り付け部がハウジングに形成されてなる
請求項１から請求項３のいずれかに記載のブラシレスモータ。
【請求項５】
駆動・制御集積回路及び表面実装対応の電子部品並びにホール素子が回路基板のロータヨークの外径の投影範囲内に配設されてなる
請求項２記載のブラシレスモータ。
【請求項６】
ロータのマグネットが希土類の等方性樹脂マグネットである
請求項１から請求項５のいずれかに記載のブラシレスモータ。
【請求項７】
ステータコイルが巻装されたステータコアと、
このステータコアと対向して配置され内周に円周方向に複数の駆動用着磁を施したリング状マグネットをその内周側に取り付けたカップ状のロータヨークとこのロータヨークの中央に固定されたシャフトとからなるロータと、
前記シャフトを回転自在に支承する軸受と、
この軸受をその内周側に保持し前記ステータコアをその外周側に保持するハウジングと、
前記ロータのマグネットの回転方向の位置を検出するホール素子と、
ロータの回転速度を検出する速度検出手段と、
前記ハウジングに固定され前記ロータを回転駆動し制御するための駆動・制御用回路を搭載する回路基板と
を有し、前記速度検出手段は、
前記ロータの開放端側のマグネット端面に円周方向に施された複数の着磁部と、
この着磁部と対応する位置であって前記回路基板上の前記ロータのマグネット端面と対向する側に配置された前記着磁部の極数と同数の線素数を直列に接続して円環状に全周にわたり各線素の径方向の長さが前記着磁部の径方向の長さ以上に形成された速度検出パターンと、
この速度検出パターンの外側もしくは内側に前記速度検出パターンを囲むように配設され前記速度検出パターンに直列に接続されたキャンセルパターンと
からなり、前記ホール素子を前記回路基板の前記速度検出手段を形成した側とは反対側の面に配設した
ブラシレスモータ。