(57)【要約】【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枚の板状体のうち最も薄い板状体の厚さをＴ１、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。【選択図】図６
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【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枚の板状体のうち最も薄い板状体の厚さをＴ１、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を満足することを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記延長部が１枚の板状体のみからなる請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記延長部を構成する板状体の珪素含有量Ｓが、Ｓ≦２．５ｗｔ％を満足する請求項１又は２に記載のモータ。
【請求項４】
２×Ｔ２≧Ｔ１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】
前記複数の磁極のそれぞれの両側に前記延長部が形成されており、両側の前記延長部の、前記ロータに固定された駆動軸方向の合計長さは、前記延長部を除く前記磁極の前記方向の長さ以下である請求項１〜４のいずれかに記載のモータ。
【請求項６】
前記延長部の先端は、前記延長部の根元の折り曲げ部に比べ、前記ステータの内側に配置されている請求項１〜５のいずれかに記載のモータ。
【請求項７】
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１〜６のいずれかに記載のモータである電子機器。
【請求項８】
前記本体ケース内に配線基板が設けられ、前記配線基板に前記モータが取り付けられており、前記モータの前記磁石に対向するように前記配線基板に磁気検出素子が設けられている請求項７に記載の電子機器。
【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。延長部に流入した磁石からの磁束は、この折り曲げ部を通過する。ところが、こ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のである。
【０００９】
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】
【００１０】
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枚の板状体のうち最も薄い板状体の厚さをＴ１、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を満足することを特徴とする。
【００１１】
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】
【００１２】
本発明によれば、延長部を構成する板状体のうち最も薄い板状体の厚さＴ１と、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Ｔ２とが、Ｔ１＞Ｔ２を満足するので、延長部の折り曲げ部内で磁気特性劣化が起きていない領域の厚さを大きくすることができる。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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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、延長部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５】図５は、従来のモータにおいて、延長部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、珪素鋼板の珪素含有量と伸び率との関係を示す図である。
【図８】図８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】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
本発明では、延長部３ｂを構成する板状体のうち最も薄い板状体の厚さをＴ１、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）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。このような構成による作用を以下に説明する。
【００２５】
延長部３ｂを形成するために板状体を折り曲げると、図４に示すように、折り曲げ加工の際に板状体３１の折り曲げ部３２に起こる加工歪によって、折り曲げ部３２の内周側と外周側の表層に磁気特性劣化領域３ｆが発生する。この磁気特性劣化領域３ｆ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。更に、延長部３ｂを形成することによって延長部３ｂを構成する板状体３１により多くの磁束が流入するので、折り曲げ部３２での磁気飽和はより発生しやすくなる。
【００２６】
図５は、従来のモータの延長部３ｂ近傍を示した図である。図５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。ステータ３を構成する複数の板状体は、延長部３ｂを構成する２枚の板状体３１１，３１２を含めて全て同一厚さＴ２である。
【００２７】
図６は、本実施形態のモータの延長部３ｂ近傍を示した図である。図６では、ステータ３を構成する複数の板状体のうち最外層の１枚の板状体３１０のみ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３１０の厚さは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。説明を簡単化するために、ここではＴ１＝Ｔ２×２とする。
【００２８】
図５に示す従来のモータの延長部３ｂを構成する２枚の板状体３１１，３１２の合計厚さと、図６に示す本発明のモータの延長部３ｂを構成する１枚の板状体３１０の厚さとは、同一（Ｔ１）である。図５において延長部３ｂを構成する２枚の板状体３１１，３１２の折り曲げ部３２１，３２２において磁気特性劣化が起きていない領域の厚さをＬ１，Ｌ２、図５において延長部３ｂを構成する１枚の板状体３１０の折り曲げ部３２０において磁気特性劣化が起きていない領域の厚さをＬ０とすると、板状体３１０，３１１，３１２の折り曲げ部３２０，３２１，３２２の表層に形成される磁気特性劣化領域３ｆの厚さは板状体３１０，３１１，３１２の厚さＴ１，Ｔ２にかかわらず概ね同じになるから、Ｌ０＞Ｌ１＋Ｌ２の関係となる。
【００２９】
上記の説明から容易に理解できるように、Ｔ１＞Ｔ２を満足することにより、延長部３ｂの折り曲げ部３２０内で磁気特性劣化が起きていない領域の厚さを大きくすることができる。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３１０に多くの磁束が流入し、この磁束は折り曲げ部３２０を通って磁路３ｅ（図１参照）に向かう。本発明によれば、折り曲げ部３２０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３１０に多くの磁束が流入しても、折り曲げ部３２０で磁気飽和が発生するのを抑制することが出来、それにより鉄損を低減出来る。その結果、駆動効率を向上させることが出来る。
【００３０】
但し、延長部３ｂを構成する板状体のうち最も薄い板状体の厚さＴ１が、大きくなりすぎると、その板状体で発生する渦電流損が増加する。従って、２×Ｔ２≧Ｔ１を満足することが好ましい。
【００３１】
図６では、延長部３ｂは、ステータ３を構成する複数の板状体のうち最外層の１枚の板状体３１０のみで構成されていたが、本発明はこれに限定されず、最外層を含む２枚以上の板状体で構成されていてもよい。但し、延長部３ｂを１枚のみの板状体で構成した場合、複数枚の板状体で構成した場合に比べて、製造時における延長部３ｂの加工バラツキを抑えることが出来るため、モータの特性がより安定する。加えて、延長部３ｂを有する板状体を折り曲げ成型するための金型の数を低減することが出来るため、コストを低減することも出来る。即ち、Ｔ１＞Ｔ２を満足する厚さＴ１を有する厚い１枚の板状体で延長部３ｂを構成することにより、モータの駆動効率の向上、品質の安定、製造コストの低減を同時に実現することができる。
【００３２】
延長部３ｂを２枚以上の板状体で構成する場合には、上記Ｔ１は延長部３ｂを構成する２枚以上の板状体のうち最も薄い板状体の厚さによって定義される。本発明は、各板状体を通過する磁束の磁気飽和に着目するからである。同じ理由から、上記Ｔ２は、延長部を構成しない複数の板状体（即ち、磁極基部３ｄを構成する複数の板状体）のうち最も薄い板状体の厚さによって定義される。
【００３３】
延長部３ｂを形成するために板状体を折り曲げることによって折り曲げ部の外周側が内周側と比較して引き伸ばされる。そのため、板状体の許容伸び率が小さいと折り曲げ部の外周側は塑性変形を起こし破断してしまう。ステータ３を構成する板状体は、一般に珪素鋼板（電磁鋼板ともいう）が使用される。この材料の伸び率は図７に示すように珪素含有量Ｓによって変化し、珪素含有量Ｓが２．５ｗｔ％を越えると伸び率が急激に減少する。従って、延長部３ｂを構成する板状体の珪素含有量ＳはＳ≦２．５ｗｔ％を満足することが好ましい。
【００３４】
上述したように、本発明は、延長部３ｂを相対的に厚い板状体で構成することにより、折り曲げ部で磁気飽和が発生するのを抑制する。しかしながら、延長部３ｂの磁石５との対向面積が大きくなりすぎると、磁石５から延長部３ｂへ流入する磁束量が多くなり、その結果、コイル６が巻回されている磁路３ｅ（図１参照）において磁気飽和が発生する。磁路３ｅにおいて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。そこで、図３に示すように、各磁極３ａの上下に形成された延長部３ｂの駆動軸８の軸線方向の合計長さをＡ１＋Ａ２、延長部３ｂを除く磁極３ａの同方向の長さ（即ち、磁極基部３ｄの同方向の長さ）をＢとしたとき、Ａ１＋Ａ２≦Ｂを満足することが好ましい。これにより、磁路３ｅにおいて磁気飽和が発生するのを防止して、駆動効率の悪化を回避することができる。なお、図３において、磁極３ａの上側に形成された延長部３ｂの長さＡ１と下側に形成された延長部３ｂの長さＡ２とは一般に同一に設定される。
【００３５】
一般に、ロータ４の磁石５内面とステータ３の電極３ａとの間の隙間は、例えば０．３ｍｍ程度と極めて狭い。従って、延長部３ｂの先端（即ち、上端又は下端）が、延長部３ｂの根元の折り曲げ部よりもステータ３の内側（即ち、駆動軸８側）に配置されるように、延長部３ｂを構成する板状体の折り曲げ角度を大きく（即ち、折り曲げ角度を９０度よりやや大きく）することが好ましい。これにより、長期使用において、何らかの応力によって延長部３ｂが磁石５側に変位して、回転するロータ４と接触する危険を回避することができる。
【００３６】
図８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８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。
【００３７】
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】
【００３８】
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】
【００３９】
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
３１，３１０，３１１，３１２  板状体
３２，３２０，３２１，３２２  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）
Ｔ１，Ｔ２  板状体の厚さ
Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２  磁気特性劣化が起きていない領域の厚さ
【図１】
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【図２】
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【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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