(57)【要約】【課題】アウターロータ型のブラシレスＤＣモータ用として最適なマグネット着磁方法を提供する。【解決手段】メイン着磁ヨークのモータ軸方向長さは，ステータコアの下端面部よりも若干長くし，ステータコアとマグネットの磁気中心がほぼ一致するようにラジアル方向のメイン着磁ヨークを設定する。また，このマグネットの磁化困難方向である軸方向にマグネット下端面からメイン磁極と同極に位置を合わせて，ホール素子用の着磁をマグネット端面から磁化困難方向に着磁を施す。また，ＦＧ着磁をホール素子用の着磁と磁極を合わせて，マグネット端面から磁化困難方向に着磁を施す。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ軸と一体に回転し内周にラジアル方向に多極に着磁されたリング状のマグネットを備え，該マグネットの内周と空隙を介して対向して主磁極数の突極を有するステータコアを備え，該マグネットの下端面と空隙を介して対向するように配置されるプリント配線基板とを備え，該プリント配線基板には前記マグネット対向面側に放射線状の複数の発電線素からなる矩形波状の周波数発電コイルパターンが配置され，また前記プリント配線基板上には前記マグネットの磁極位置を検出するホール素子が配置されるブラシレスＤＣモータにおいて，前記マグネットがほぼラジアル配向の異方性を持ち，マグネット内径側からラジアル方向に多極のメイン着磁を施し，その後メイン磁極と同極に位置合わせをしたホール素子用の着磁を前記プリント配線基板と対向するマグネット下端面から磁化困難方向に着磁を施し，ホール素子用の磁極に対して整数倍の周波数発電機用着磁を，ホール素子用の磁極と周波数発電機用用磁極のそれぞれの極境が一致するように位置合わせをした着磁を前記プリント配線基板と対向するマグネット下端面から磁化困難方向に着磁を施すことを特徴としたブラシレスＤＣモータ。
【請求項２】
モータ駆動用のメイン磁極とホール素子用の磁極に対して，マグネット下端面に等ピッチで複数の周波数発電機用の磁極をモータ駆動用の磁極数の奇数倍とし，且つ前記ホール素子用の１磁極の両端が，その磁極と同極となるように周波数発電機用の磁極を配置したことを特徴とする請求項１に記載のブラシレスＤＣモータ。
【請求項３】
ステータコア上端部とリングマグネットの上端部の軸方向位置をほぼ同一とし，リングマグネットの下端部は周波数発電機用パターン近くまで延ばし，ステータコア下端部から周波数発電機用パターンに対向する軸方向部分にはメイン着磁を施さないことを特徴とする請求項１，２に記載のブラシレスＤＣモータ。
【請求項４】
メイン磁極と同極に位置合わせを実施した前記プリント配線基板と対向するマグネット下端面から磁化困難方向に着磁するホール素子用着磁と，ホール素子用の磁極と整数倍の周波数発電機用着磁をホール素子用磁極と周波数発電機用用磁極のそれぞれの極境が一致するように位置合わせを実施し，一体に形成した着磁ヨークで前記プリント配線基板と対向するマグネット下端面から磁化困難方向に着磁を施すことを特徴とした請求項１，２，３に記載のブラシレスＤＣモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，ブラシレスＤＣモータ（以後モータと称する）の回転速度を検出する周波数発電機（以後ＦＧと称する）が設けられているレーザビームプリンタ（以後ＬＢＰと称する）等の事務機に使用されるドラム駆動用のＦＧ付きモータの着磁方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＢＰのドラム駆動用モータとしては，特に回転ムラ特性を要求される分野に多く使用されている。このモータにはＦＧが取り付けられ，所定の回転数にモータを制御するための速度制御回路が付加されて使用されている場合が多い。
【０００３】
図９に従来一般に使用されているモータの主要構造を示す。ブラケット６のほぼ中心部に一体的に突出形成されるベアリングホルダ７と，その内面にはベアリング８の外輪が嵌着される。また，ベアリング８の内輪にはモータ軸３が嵌着される。なお，モータ軸３は止め輪９により位置決め固定される。モータ軸３の図の上方側にはスペーサ１０を介してのロータヨーク２が固着される。ロータヨーク２の内面にはマグネット４が嵌着される。一方，ベアリングホルダ７の外周にはステータコア１が固定される。また，図示のように，ステータコア１の最下層はベアリングホルダ７の段付部１１に当接しモータ軸方向に位置決めされる。また，ステータコア１には巻線１２が巻回される。
【０００４】
マグネット４は製作時にステータコア１に向かってラジアル異方性の磁場配向がなされている。マグネットの下端面１４にはエアギャップを介してプリント配線基板５が配置されていて，マグネット４の磁極位置を検出するホール素子１３が設けられている。またマグネットの下端面１４にエアギャップを介して対向するプリント配線基板５上には放射線状のＦＧパターン１５が設けられている。  以上の構造により，モータ磁極の位置をホール素子１３で検出して，駆動回路（図示せず）を介してステータ巻線１２に通電することによりマグネット４の磁力作用により回転トルクがステータコア１とロータ２間に生じて，モータ軸３が回転しモータとして機能する。また，ＦＧにより負荷変動等による回転数変動を検出し，制御回路によりモータの回転数が一定に保たれている。
【０００５】
上述のようにマグネットの磁束は，回転トルクを発生させるメイン磁束，マグネットの磁極を検出するホール素子用磁束，ＦＧ発電用の磁束と３種類に分類され，それぞれに適切な磁束密度が必要である。
【０００６】
図１０は図９に示した  マグネット４を拡大表示したものである。ここで従来のマグネットの着磁方法について詳細に説明する。
ラジアル異方性の磁場配向２２が施されたマグネット内径側の磁化容易方向に，モータ回転用のメイン着磁２０を施す。そのマグネット下端面１４から磁化困難方向（モータ軸方向）に向けてＦＧ着磁２１を施している。もともと後磁化困難方向の着磁は入りにくいが，モータ回転用のメイン着磁２０がマグネット端面１４まで入っていると，ＦＧ着磁２１は更に入りにくくなる。
図１１は従来のメイン着磁２０を実施するためのメイン着磁ヨーク３１とマグネット４の関係を示すものである。図中３２は着磁ヨークの巻線であり，３５は着磁ヨークガイドである。また，図９に示したようにマグネットはステータコアの厚みに比べて軸方向に長く設計されている。そのためメインの着磁ヨーク３１もマグネット内周面の軸方向長さ一杯に接触している。本来はステータコアの厚みとマグネット軸方向長さがほぼ一致させるのが経済的である。しかし，マグネットの下端面にはＦＧが存在するため下側方向にはステータコアよりも長くする必要があった。その場合，マグネットとステータコアのモータ軸方向の磁気中心にずれが生じ，モータが通電されて回転すると電磁加振力の発生原因になる。それを避けるために，マグネットの上側端面も長く設計されている。
【０００７】
図１２はメイン着磁２０のみのマグネット端面１４の表面の磁化状況をマグネットビューアで観測した図である。マグネットビューアで観測すると磁極の境界線上に線２５が現れる。メイン着磁は径方向であり，マグネットビューアでの観測がモータ軸方向となっているため極の境は明瞭でなく，マグネット内径に向かって広がりを見せている。図は簡略化するためメイン着磁２０の磁極数を４極として表している。
また，図１３はＦＧ着磁を実施する際のＦＧ着磁ヨーク３３であり，ＦＧ着磁ヨークの巻線３４であり，３０は着磁ガイドである。図１４はＦＧ着磁を実施した後のマグネット下端面１４の磁化状況をマグネットビューアで観測した図でありＦＧ着磁２１の磁極数を２０極とした場合で，メイン着磁磁極とＦＧ着磁磁極の極切り替わり位置を合わせて着磁を実施している。本来放射線状に着磁されるＦＧ着磁の磁極境界２６は大きく傾いている。これはメイン磁極が強く，ＦＧの着磁が弱いため，ＦＧ着磁の磁極奥まで入らないために生じている現象である。また，メイン磁極の境２７はＦＧ着磁でモータ軸方向に着磁されるため，図１２に比べると若干シャープにはなっている。しかしそれらの結果としてＦＧ出力電圧が大きく取れないことになる。メイン着磁が無く，ＦＧ着磁のみであれば磁化困難方向の着磁で磁化は弱いが，図１５に示すようにラジアル方向に直線に磁極の境界２８が現れ，十分なＦＧ出力電圧が得られる。
【０００８】
また，図９のような面実装のホール素子１３では，マグネットからの磁束量と指向性に問題があり，マグネットの磁極位置を正確に検出できない場合が生じる。図１６はその対策として縦型のホール素子１７を使用した例である。しかし縦型ホール素子を使用するとその実装に難がありコストアップの要因となっている。
【０００９】
これらの問題に関するブラシレスモータの着磁に関する公知技術としては，例えば，特公昭６３−３８９４８号公報に示すものや，特開昭６２−４５００８号公報に示すものがある。
【００１０】
特公昭６３−３８９４８号公報は前記した従来技術のマグネットの形状を断面がＬ字形状で先端につば部を有するリング状に形成され，ロータヨークも円筒部先端につば部を有する鍋状に形成されている。モータ用のメイン着磁はステータコアと対向するラジアル方向に着磁され，ホール素子用の着磁はつば部内周に着磁され，ＦＧ用のＦＧ着磁はつば部外周に着磁されている。
【００１１】
また，特開昭６２−４５００８号公報では，モータ径方向に磁場配向されたリング状のメイン用マグネットと，それよりも外周面に突出してモータ軸方向に磁場配向されたＦＧ用マグネットを一体に成形し，それぞれ磁場配向方向に着磁して使用している。
【００１２】
また，図９のモータのステータコアの厚み方向の中心位置とマグネットのモータ軸方向の中心位置がずれていると，モータ回転中にのモータ軸方向に電磁加力が生じ，モータの振動・騒音の原因になることが知られている。そのためモータのマグネットの軸方向長さはＦＧ方向長さと合わせるために，ロータ上面近くにまで延長している。
【００１３】
また，本発明者等は特開２００４−３４０７５１号広報により，モータ駆動用のメイン磁極と，モータ軸方向の端面に等ピッチで複数の周波数発電機用の磁極を施し，周波数発電用の磁極と空隙を介して対向するように複数の発電線素からなる周波数発電コイルパターンを，モータ駆動用の磁極数の奇数倍とし，且つ前記モータ駆動用のメインの１磁極の両端が，その磁極と同極となるように周波数発電機用の磁極を配置し，周波数発電機の出力電圧のＳＮ比を向上させることを開示している。
【特許文献１】特公昭６３−３８９４８号公報
【特許文献２】特開昭６２−４５００８号公報
【特許文献３】特開２００４−３４０７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述した従来の公知例は何れも樹脂マグネットであり，金型の形状でリング状マグネットの厚みを部分的に変化させていることになる。また，マグネット成型時に異方性の磁場配向をある程度自由に決めることができる。しかしながら，成型のような金型の必要がなく，安価に入手できるゴム系のシートマグネットを打ち抜いてロータヨークの内径に丸めて挿入する方式においては，マグネットの厚みは均一で，異方性の磁場配向はマグネット厚み方向に限定されている。
【００１５】
また，上述した従来のマグネットの着磁方法で，ＦＧ着磁を強くして，ＦＧの出力電圧を大きく取り出すために，次のような着磁方法が採用されている。モータ回転用のメイン着磁用の着磁ヨークのモータ軸方向長さを短めに製作して，マグネット４の下端面１４にはメイン着磁を実施しない方法である。これにより，マグネット下端面１４のメイン磁極が弱くなり，ＦＧの着磁が強く入る。
【００１６】
しかしながら，この着磁方法では，ホール素子１３への磁束量が減少してしまう。そのために図１６のようにホール素子１７をマグネット内周に対向させて，プリント配線基板に立てて取り付ける等の工夫が必要になり，自動組み立ての障害にになる。
【００１７】
また，モータ回転時の振動騒音の原因になるのが，ステータコア１とマグネット４の磁気バランスである。これはステータコア１とマグネット４のモータ軸方向長さの中心を一致させる，つまり磁気バランスを合わせる必要がある。一般的にマグネット４の下端面は，ＦＧ１５面近くまで延びているため，磁気バランスを合わせる為には，マグネット４の上端面は，ステータコア１の上端面から大きく伸ばす必要がある。
この伸びたマグネット４の上端面１６はモータトルクに対する寄与率が低く，結果として材料費のコストアップ要因と成っている。
【００１８】
また，特開２００４−３４０７５１号広報の方式によるＦＧでは，メイン着磁の磁束の方向が径方向であるため，マグネット端面のＦＧ方向への磁束は弱く，メイン着磁分によるＦＧ発電電圧は少ない。
【００１９】
本発明は上述の従来問題に留意し，マグネットの全体の磁束を有効に活用し，磁気バランスを確保して，モータ回転トルク特性を劣化させることのないメイン用着磁を施し，メインの磁極を正確に検出するホール素子用着磁を施し，ＦＧの出力電圧を極力大きく取り出すためのＦＧ着磁をマグネットに施すことで，安価で特性の良い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】
【００２０】
上記の目的を達成するために，マグネット内径側のメイン着磁はマグネット端面までは着磁せず，ステータコアとマグネットの磁気バランスの取れる位置までに限定し，ホール素子用の着磁をマグネット端面から磁化困難方向に着磁を施し，最後にＦＧ着磁をマグネット端面から磁化困難方向に着磁を施す。
【発明の効果】
【００２１】
マグネットの端面の配向はＦＧ着磁にとって困難方向であるが，事前にホール素子用の着磁を施すことで，磁化が容易になる効果があることを実験で把握することが出来た。その結果本発明の効果は下記のように列挙される。
１．ＦＧ着磁の磁束密度アップとホール素子用着磁による磁束密度アップにより，ＦＧ出力電圧が大幅に増加でき，その結果ＳＮ比が向上して回転むら特性が改善される。
２．面実装のホール素子用の磁束も，プリント配線基板を介して裏面に取り付けても十分に大きく取り出せて，自動機でホール素子を実装することが可能となる。
３．ゴム系のマグネットも使用でき，成型等の金型も不要である。
４．マグネットを余分にモータ軸方向に伸ばすことなく，ステータコアとの磁気バランスが確保でき，コストダウンが図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
ラジアル配向のリング状マグネットを準備し，ステータコアの上端面部よりも若干長く，マグネットの上端面部の長さを決め，マグネットの下端面はＦＧ面近くまで延ばし，メイン着磁のモータ軸方向長さは，ステータコアの下端面部よりも若干長くし，ステータコアとマグネットの磁気中心がほぼ一致するようにラジアル方向のメイン着磁ヨークを設定する。また，このマグネットの磁化困難方向である軸方向にマグネット下端面からメイン磁極と同極で位置を合わせて，ホール素子用の着磁をマグネット端面から磁化困難方向に着磁を施す。また，ＦＧ着磁をホール素子用の着磁と磁極を合わせて，マグネット端面から磁化困難方向に着磁を施す。
【実施例１】
【００２３】
本発明の請求項１と２に係わる実施の形態を図２と図３を用いて説明する。図２は，マグネット内径面のメイン磁極と同極になるように位置合わせをしたホール素子用の着磁ヨーク４３を用いて，マグネット下端面１４から磁化困難方向への着磁実施図である。メイン磁極がマグネット下端面１４まで入っていないので比較的容易に着磁出来る。マグネットビューアでマグネット下端面を観測すると図４のように，磁極の境界２９が直線状に見える。
【００２４】
図３は，ホール素子用の磁極にその奇数倍のＦＧ着磁を，ホール素子用の１磁極の両端が，その磁極と同極となるようにＦＧ用の磁極を配置し，位置合わせをしたＦＧ着磁ヨーク４６をマグネット端面１４から磁化困難方向に着磁を施す図である。ホール素子用着磁により，磁化困難方向に着磁されているので比較的容易にＦＧ着磁が入ることが実験的に確認できた。図中４７はＦＧ着磁ヨーク用の巻線である。マグネットビューアでマグネット下端面１４を観測すると図５のように，磁極の境界２４のように傾きが，図１４の磁極境界２６に比べて改善されていることが分かる。
【００２５】
また，マグネット端面のＦＧ磁極がホール素子用の磁極数の奇数倍で，且つ前記ホール素子用の１磁極の両端が，その磁極と同極となるようＦＧ用の磁極を配置しいるため，ＦＧの発電にはホール素子用の磁極も多く発電に寄与することが可能となり，従来方式の着磁に比べて，ＦＧの出力電圧は２倍近くに増加することが可能となった。
【００２６】
ホール素子に印加される磁束はホール素子の配置場所により，図６のようになる。図６中４１は面実装のホール素子がマグネットに近い場所で，ＦＧの着磁磁束の影響が大きく関係し，４２は適切な距離に設定した場合で，モータ実装図７又は図８のように配置された場合を示すものである。
【００２７】
図１は，本発明の請求項３に係わる実施の形態を示すもので，４１はメイン着磁ヨーク，４２はメイン着磁ヨークの巻線，４０は着磁ヨークガイドである。ステータコア上端部とリングマグネットの上端面１６の軸方向位置をほぼ同一とし，リングマグネットの下端面１４はＦＧパターン近くまで延ばし，メイン着磁ヨークの長さｈはステータヨークとほぼ同一としている。ステータコア下端部からＦＧパターンに対向する軸方向スパン部分にはメイン着磁を施さない。このように着磁を実施することで，磁気中心位置が合わせられて，モータ軸方向の加振力が低減でき，マグネットの利用効率もアップできコストダインが図れる。
【００２８】
また，マグネット内周面のメイン磁極と同極に位置合わせを実施し，マグネット下端面から磁化困難方向に着磁するホール素子用着磁と，ホール素子用の磁極と整数倍の周波数発電機用着磁をホール素子用磁極と周波数発電機用用磁極のそれぞれの極境が一致するように位置合わせを実施し，一体に形成する請求項４に記載した形態の着磁ヨークを製作することは可能である。  
【００２９】
以上のように本発明の実施例をアウターロータ方式のモータについて説明してきたが，インナーロータ方式のモータにも同様に実施出来ることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
マグネットの端面の着磁困難方向に配向されているが，メイン着磁の領域とマグネットの端面へのホール素子用の着磁を施すことで，磁化が容易になる効果があり，ＦＧ出力電圧アップと面実装のホール素子での磁極検出精度アップによる回転むら特性改善が可能である。さらにゴム系の異方性シートマグネットが使用でき，面実装のホール素子の搭載容易化，マグネットを余分にモータ軸方向に伸ばすことない等の効果により大幅にコストダウンが図れる。
本発明の各要素の基本技術は確立されていて，レーザビームプリンタ（以後ＬＢＰと称する）等の事務機に使用されるドラム駆動用として最適と言える。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明によるメイン着磁の実施を示す図
【図２】本発明によるホール素子用着磁の実施を示す図
【図３】本発明によるＦＧ用着磁の実施を示す図
【図４】本発明によるホール素子用着磁実施後のマグネットビューア観測図
【図５】本発明によるＦＧ用着磁実施後のマグネットビューア観測図
【図６】ホール素子に印加される磁束
【図７】ホール素子配置図
【図８】ホール素子配置図
【図９】従来のブラシレスＤＣモータの構造図
【図１０】マグネットの配向と着磁を示す図
【図１１】従来のメイン着磁の実施を示す図
【図１２】従来のメイン着磁実施後のマグネットビューア観測図
【図１３】従来のＦＧ着磁の実施を示す図
【図１４】従来のＦＧ着磁実施後のマグネットビューア観測図
【図１５】ＦＧ着磁のみ実施後のマグネットビューア観測図
【図１６】ホール素子配置図
【符号の説明】
【００３２】
１：ステータコア
２：ロータコア
３：モータ軸
４：マグネット
５：プリント配線基板
６：ブラケット
７：ベアリングホルダ
８：ベアリング
１０：スペーサ
１１：段付部
１２：巻線
１３：ホール素子
１４：マグネット下端面
１５：ＦＧパターン
１６：マグネット上端面
１７：縦型ホール素子
２０：メイン着磁
２１：ＦＧ着磁
２２：ラジアル異方性磁場配向
２４：ＦＧ着磁の磁極境界線
２５：メイン着磁の磁極境界線
２６：ＦＧ着磁の磁極境界線
２７：メイン着磁の磁極境界線
２９：メイン着磁の磁極境界線
３０：着磁ヨークガイド
３１：メイン着磁ヨーク
３２：着磁ヨークの巻線
３３：ＦＧ着磁ヨーク
３４：着磁ヨークの巻線
３５：着磁ヨークガイド
４０：着磁ヨークガイド
４１：メイン着磁ヨーク
４２：着磁ヨークの巻線
４３：ホール素子用の着磁ヨーク
４４：着磁ヨーク用の巻線
４５：着磁ヨークガイド
４６：ＦＧ着磁ヨーク４６
４７：着磁ヨーク用の巻線
ｈ：メイン着磁ヨーク長さ
【図１】
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【図２】
2007068277.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】
2007068277.tif 000012
【図１１】
2007068277.tif 000013
【図１２】
2007068277.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2007068277.tif 000017
【図１６】
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