CN101878579B

CN101878579B - 电动机和使用该电动机的电子设备

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Publication number: CN101878579B
Application number: CN2008801179825A
Authority: CN
Inventors: 吉川佑一; 村上浩; 小柴敦誉; 门胁功治; 加藤晴纪; 国重康男
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2028-12-11
Also published as: US8410654B2; CN101878579A; JP5369433B2; WO2009081531A1; US20100244637A1; JP2009153309A; KR20100077034A; KR101117428B1

Abstract

本电动机具备定子和转子，该定子在外周部以第一规定间隔配置有多个磁极，该转子经由规定的空隙旋转自如地配置在该定子的外周，且具有每隔第二规定间隔被磁化为异极的永久磁铁。该定子的磁极形成有从磁极基部向与永久磁铁大致平行方向延伸的延长部，该延长部由硅含有率不足3.0wt％的高导磁率电磁钢板形成。

Description

电动机和使用该电动机的电子设备

技术领域

本发明涉及电动机和使用该电动机的电子设备，特别是涉及电动机的定子的构成。

背景技术

在电子设备例如激光打印机中，将设置于主体壳体内的送纸用辊(被驱动体)与电动机连结，通过该电动机的驱动，使送纸用辊转动，将纸传送到规定部分。

上述电动机一般使用无刷直流电动机。该电动机具备在外周部以第一规定间隔配置有多个磁极的定子、和在该定子的外周配置的转子。而且，构成为，在转子的内周配置有每隔第二规定间隔被磁化为异极的永久磁铁。

另外，在上述定子的磁极形成有从其磁极基部向与永久磁铁大致平行方向延伸的延长部，由此，提高驱动效率。

即，为了使该永久磁铁尽量接近磁力检测转子的旋转的磁力检测元件，使永久磁铁的宽度(垂直周方向的方向)比定子的磁极基部的同方向宽度宽。而且，形成有从定子的磁极基部向与磁铁大致平行方向延伸的延长部。由此，增大定子的磁极和永久磁铁的相对面积，可以提高驱动力、驱动效率。与此类似的技术例如公开于专利文献1。

如上所述，在形成有从定子磁极的磁极基部向与永久磁铁平行方向延伸的延长部的现有电动机中，转子的永久磁铁和定子的磁极的相对面积变大。因此，通常，认为可以驱动力增大，提高驱动效率。

但是，根据本发明者的研讨，只设置延长部未必能够增大驱动力。

即，按照一般的概念，增大转子的永久磁铁和定子的磁极的相对面积可以提高驱动力，因此，尽量地增大自定子的电极的延长部。但是，当这样增大延长部时，来自相对的永久磁铁的磁通量随之增加。其结果为，产生定子的磁极相关联的磁路的磁饱和，由此，不能提高驱动力、驱动效率。

而且，由于来自磁铁的磁通与延长部垂直交链，因此，在延长部产生涡流损耗。涡流损耗是由在磁通与导体交链时发生的涡流引起的，相对于由永久磁铁引起的磁通，垂直方向的面积越大，涡流损耗越大。其结果为也存在不能提高驱动力、驱动效率的问题。

专利文献1：(日本)特开平9-285044号公报

发明内容

本发明的电动机具备：定子，其在外周部以第一规定间隔配置有多个磁极；转子，其经由规定的空隙旋转自如地配置在所述定子的外周，且具有每隔第二规定间隔被磁化为异极的永久磁铁，所述定子具有将板状体层叠而形成的层叠体，所述层叠体具有磁极基部和延长部，所述延长部设置所述磁极基部的两侧并向与所述永久磁铁的内周面平行的方向折曲，所述延长部由硅含有率为1.0wt％～3.0wt％的范围的高导磁率电磁钢板构成。

根据该构成，本发明的电动机不会在电极相关联的磁路发生磁饱和，可以提高驱动效率，实现高效率及低电力消耗。

而且，本发明包括电子设备，该电子设备具备：主体壳体、设置于该主体壳体内的被驱动体、经由连结机构与该被驱动体连结的上述电动机。

附图说明

图1是表示本发明实施方式1的电动机的侧向剖面图；

图2是表示本发明实施方式1的电动机的定子的立体图；

图3是表示本发明实施方式1的电动机的定子的正面图；

图4是表示本发明实施方式1的电动机的定子的局部放大的正面图；

图5是表示本发明实施方式1的电动机的硅含有率和硬度及拉伸度的关系的图；

图6是表示本发明实施方式1的电动机的硅含有率和涡流损耗的关系的图；

图7是表示本发明实施方式1的电动机的转速和铁损及铜损的关系的图；

图8是表示与图7比较的图，是表示没有延长部的现有的电动机的转速和铁损及铜损的关系的图；

图9是表示在本发明实施方式1的电动机和没有延长部的现有的电动机的比较时转速和损耗的关系的图；

图10是表示本发明的施方式2的电动机的侧向剖面图；

图11是表示本发明的施方式2的其它实施方式的电动机的侧向剖面图；

图12是本发明的实施方式3的电子设备的概略说明图。

符号说明

1、配线基板

2、电动机

3、定子

3a、磁极

3b、延长部

3d、磁极基部

3c、保持部

3e、磁路

3g、3m、上延长部

3h、3n、下延长部

4、转子

5、永久磁铁

6、线圈

7、轴承

8、驱动轴

9、磁力检测元件(霍尔IC)

20、主体壳体

22、连结机构

23、被驱动体

30、板状体

31、层叠体

具体实施方式

下面，使用附图说明本发明的实施方式。

(实施方式1)

图1是本发明实施方式1的电动机的剖面图，图2是该电动机的定子的立体图、图3是该定子的正面图、图4是该定子的局部放大的正面图。电动机2是所谓的外转子形的无刷直流电动机。

在图1中，电动机2沿水平方向配置于电子设备(例如激光打印机)的配线基板1上。另外，如图1及图2所示，电动机2为层叠板状体30(例如硅钢板)而形成层叠体31(定子铁芯)。电动机2具备：含有该层叠体31的定子3、和与定子3的外周面隔开空隙相对且旋转自如地配置于定子3的外周的转子4。转子4是其下面开放的圆筒状。

在定子3的外周部，以对应磁极数的第一规定间隔配置有多个磁极3a。而且，如图1及图2所示，在各磁极3a的内周侧的磁路3e部分卷绕有线圈6。另外，在转子4的内周通过粘接等固定有以对应永久磁铁数的第二规定间隔交互(邻接极为异极)被磁化为N极和S极的环状的永久磁铁5。即，永久磁铁5的外周面粘接于转子4的内周面，其内周面经由空隙3a和定子3的外周部的磁极3a相对。

即，通过对线圈6施加交流电，将各磁极3a交互磁化为N极和S极，在和其外周存在的永久磁铁5之间产生吸引力和反作用力。于是，这成为转子4的旋转驱动力。

另外，定子3经由保持部3c固定于配线基板1上。在该定子3的内周设置有多个轴承7。沿上下方向贯通该轴承7组部分而设置驱动轴8。而且，该驱动轴8的上端固定于转子4的顶面4a。

因此，对上述线圈6施加交流电，使各磁极3a交互磁化为N级和S极，只要在和永久磁铁5之间产生吸引力和反作用力，则转子4以该驱动轴8为中心旋转。另外，该旋转力经由驱动轴8传递给被驱动体。

另外，在配线基板1上的与磁铁5的下端对应部分安装有作为磁力检测元件的霍尔IC9。众所周知，利用该霍尔IC9，检测转子4的旋转位置，并且检测旋转速度及转动量，进行转速控制。

另外，永久磁铁5为了尽量接近霍尔IC9，而设为将其下端延长至霍尔IC9的附近的形状。而且，为了避免像这样将永久磁铁5的下端向下方延长时的相对于定子3失衡的问题，该永久磁铁5的上端也向上方延长同样的量。

即，永久磁铁5的上下方向的尺寸增大。与之对应，在本实施方式中，如图1到图3所示，在上述定子3的各磁极3a，从其磁极基部3d起在与磁铁5的内周面大致平行的方向一体形成有在上下方向延伸的延长部3b。即，延长部3b以在与永久磁铁5的磁极的方向大致垂直的方向实质上平行且面对的方式，从磁极基部3d的上下分别沿驱动轴8的长度方向大致平行地延伸。

具体而言，该延长部3b如下形成，即，通过在与永久磁铁5的内周面大致平行的方向分别沿上下方向大致呈直角折曲构成定子3的层叠体31的被层叠的多个板状体30中的含有上下面(最外层)的2块板状体30的外周部分。

于是，这样，通过在与永久磁铁5的内周面大致平行的方向分别沿上下方向大致呈直角折曲构成定子3的层叠体31的被层叠的多个板状体30中的上下面(含有最外层的每2块)的板状体30的外周部分，形成延长部3b。由此，和上述沿上下方向延长的永久磁铁5的相对面积如图1所示变大。作为其结果，对转子4施加大的驱动力。

但是，沿上下方向延长的延长部3b的与永久磁铁5的内周面大致平行方向的延长长度(图3中A+A)设置为，磁极基部3d的与永久磁铁5的内周面大致平行方向的长度(图3中B)以下。

即，当增大上述沿上下延长的延长部3b的与永久磁铁5的内周面大致平行方向长度(A+A)时，来自永久磁铁5的流入磁通量变多。其结果为，在各磁极3a的内周侧的卷绕有线圈6的磁路3e部分产生磁饱和。

于是，当这样产生磁饱和时，即使增大对线圈6施加的电力，也不能相应使转子4的旋转转矩增加，从而驱动效率变差。

因此，各种研讨的结果是，在本发明中，如上所述，使沿上下方向延长的延长部3b的与永久磁铁5的内周面大致平行方向的延长长度(A+A)为磁极基部3d的与永久磁铁5的内周面大致平行方向的长度(B)以下。这样做的结果为，在各磁极3a的内周侧的卷绕有线圈6的磁路3e部分不会产生磁饱和，驱动效率提高。

而且，在本实施方式中，使用高导磁率电磁钢板作为构成层叠体31的板状体30。因此，延长部3b也成为高导磁率电磁钢板，在延长部3b产生的涡流变小。另外，高导磁率电磁钢板由于与电磁软铁等相比，其硬度高，因此，折曲变得困难。然而，通过规定硅含有率，可以进行折曲。

图5是表示延长部3b的高导磁率电磁钢板的硅含有率和硬度及拉伸度的关系的图。另外，图6是表示该硅含有率和涡流损耗的关系的图。另外，在此，涡流损耗是指在磁通与导体交链时由发生的涡流产生的损耗。

首先，如图5所示，当硅含有率达到3.0wt％时，即使为相同或者同水平的硅含有率，如图5所示，硬度和拉伸度都根据被测定产品有大的偏差。存在有如下问题，即根据被测定产品，硬度急剧变大，拉伸度急剧降低。另一方面，在硅含有率下降到3.0wt％以下的情况下，基本没有被测定产品的不同导致的偏差。因此，通过设定硅含有率为不足3.0wt％，可以抑制硬度及拉伸度的偏差。

另外，当硅含有率超过2.5wt％时，硬度急剧变大。而且，当硅含有率超过2.5wt％时，与硬度相反，拉伸度急剧降低。由此，从硬度和拉伸度的观点出发，优选设定硅含有率为2.0wt％～3.0wt％的范围。

然后，如图6所示，当硅含有率为小于0.3wt％的比例时，涡流损耗急剧变大。另一方面，硅含有率为1.0wt％～3.0wt％范围时，相对于硅含有率的变化，涡流损耗大致一定。因此，从涡流损耗的观点出发，优选硅含有率为0.3wt％以上，且更优选设定为硅含有率为1.0wt％～3.0wt％范围。

因此，当考虑硬度、拉伸度及涡流损耗时，硅含有率优选为0.3wt％以上且不足3.0wt％，且更优选设定为1.0wt％～3.0wt％范围。即，当使用硅含有率在1.0wt％以上且3.0wt％以下的范围的高导磁率电磁钢板作为延长部3b的板状体30时，可以容易进行折曲等加工处理，并且可以降低涡流损耗。另外，该硅含有率在1.0wt％以上且3.0wt％以下的范围的高导磁率电磁钢板用JIS(日本工业规格)产品型号表示时，如果板厚为0.5mm，则为50A400～50A1000。另外，这样的高导磁率电磁板和软铁及冷轧钢板相比，涡流损耗大幅度地降低。而且，如果使用硅含有率在1.0wt％以上且3.0wt％以下的范围的高导磁率电磁钢板，则可以得到特别显著的效果，故而优选。

另外，构成本实施方式的电动机的转子4以3000rpm以下的转速进行旋转的方式被驱动。下面说明该理由。

图7是表示本发明的电动机的转速和铁损及铜损的关系的图。为了进行比较，图8是表示没有延长部3b的现有电动机的转速和铁损及铜损的关系的图。另外，在图7及图8中表示使用硅含有率为2.1wt％的高导磁率电磁钢板测定的结果。另外，图9是表示在本发明的电动机2的情况下及在没有延长部3b的现有电动机的情况下，转速和损耗W(铁损Wfe+铜损Wcu)的关系的图。

另外，铁损Wfe是指合计磁滞损耗Wh和涡流损耗We的损耗。磁滞损耗Wh是从直流磁滞回线描绘的面积求得的损耗的倍频。涡流损耗We是在磁通与磁体交链时，在磁体内通过电磁感应而产生电场，电流回流而发生的焦耳热损失。铜损是Wcu是指在线圈流通电流时通过线圈的电阻在铜线内发生的损耗。

另外，没有延长部3b的现有的电动机是指没有本发明的电动机2的延长部3b的构成的电动机。而且，该现有的电动机和本发明的电动机2的不同点仅仅是延长部3b的有无。

对于铜损Wcu，在图7及图8比较时，本发明的电动机2是约5W的一定值，与之相对，现有的电动机是其约2倍的约11W的一定值。这样，本发明的电动机2和现有电动机之间产生铜损Wcu差异的理由如下。

铜损Wcu和电流I的平方值和电阻值R存在比例关系。具体为，铜损Wcu和电流I及电阻值R的关系用Wcu＝RI²表示。于是，铜损Wcu在使用相同铜线的情况下，电流I的平方的值变化时变化。另外，电动机的转矩T和系数Kt和电流I存在比例关系。另外，系数Kt和磁通量φ存在比例关系。因而，由于本发明的电动机2具有延长部3b，因此，比现有的电动机磁通量φ大。于是，本发明的电动机2对应的系数Kt也比现有电动机对应的系数Kt大。于是，在转矩T为相同转矩的情况下，本发明的电动机2的电流I也比现有电动机的电流小。因此，本发明的电动机2的铜损Wcu也比现有电动机的铜损小。

另一方面，对于铁损Wfe，在图7及图8比较时，在转速从1000rpm到4000rpm之间，本发明的电动机2大致一定地按照4W/1000rpm的比例上升。另一方面，现有电动机按照本发明的电动机2的上升率约1/2的约2W/1000rpm的比例上升。这样，本发明的电动机2和现有电动机之间产生铜损Wfe差异的理由如下。

铁损Wfe和磁通密度B和转速f存在比例关系。具体为，铁损Wfe用涡流损耗We和磁滞损耗Wk的和表示。即，表示为Wfe＝We+Wk＝Ke·fα·Bβ+Kk·f·B γ。另外，α、β、γ一般使用1.6～2.0。

于是，铁损Wfe在相同转速f的情况下，在磁通密度B的值变化时变化。因而，由于本发明的电动机2具有延长部3b，因此，容易获取磁通。因此，本发明的电动机2比现有的电动机磁通密度B大。于是，本发明的电动机2的铁损Wfe也比现有电动机的铁损Wfe大。

其次，图9中，对于综合铜损Wcu和铁损Wfe的损耗W，比较本发明的电动机2和现有电动机。于是，在转速3000rpm以下的情况下，本发明的电动机2比现有电动机损耗低。另一方面，在超过3000rpm的情况下，本发明的电动机2比现有电动机损耗高。

另外，在近年使用的激光打印机中，对文件送纸以转速为3000rpm以下的范围使用电动机。因此，本发明的电动机2用于该激光打印机的文件的送纸特别有效。

另外，对延长部3b通过折曲构成定子3的层叠体31的被层叠的板状体30(高导磁率电磁钢板)中的上下面(最外层)的板状体30而形成进行了说明，但是不限定必须为相同的材料。即，延长部3b也可以由与构成层叠体的被层叠的板状体材料不同的材料构成。

具体而言，构成定子3的层叠体的被层叠的板状体，在直到被层叠的磁极基部3d的范围，使用硅含有率高的高导磁率电磁钢板。而且，从磁极基部3d延伸的延长部3b使用硅含有率与该层叠的板状体相同或者比其低的高导磁率电磁钢板。通过该构成，可以实现良好的加工性并且驱动效率更高的电动机。

如上所述本发明，在定子的磁极设置从其磁极基部沿与永久磁铁大致平行方向延设的延长部。该延长部的与永久磁铁大致平行方向的延长长度设为磁极基部的与永久磁铁大致平行方向的长度以下，另外，该延长部由硅含有率不足3.0wt％、优选0.3wt％～3.0wt％的范围，更优选1.0wt％～3.0wt％的范围的高导磁率电磁钢板构成。由此，本发明的电动机加工性良好，而且，在磁极相关联的磁路不发生磁饱和，作为该结果，可以提高驱动效率，实现高效率及低消耗电力。

(实施方式2)

图10是表示本发明实施方式2的电动机2a的侧向剖面图。与实施方式1相同的构成要素附上相同的参照符号，省略其说明。

本实施方式的电动机2a和实施方式1的电动机2的不同点为，代替实施方式1中上下的延长部3b，而具有上延长部3g和下延长部3h。另外，在配线基板1上的与永久磁铁5的下端对应部分安装作为磁力检测元件的霍尔IC9a。即，在配线基板1的下表面，以与永久磁铁5相对的方式配置有霍尔IC9a。

如图10所示，上延长部3g在霍尔IC9a的相反侧，下延长部3h在霍尔IC9a侧，将上延长部3g和下延长部3h以相互的断面形状不对称的方式进行折曲。更详细而言，下延长部3h构造为，与上延长部3g相比，延长部的折曲前端部以更靠定子3的内周侧的方式配置。即，下延长部3h与上延长部3g相比，与永久磁铁5的空隙大。

因此，在安装有作为磁力检测元件的霍尔IC9a的一侧的下延长部3h取入的磁通，比在例如从磁极基部3d向下大致呈直角地弯曲下延长部3h的构造的情况少。因此，下延长部分3h被取入的磁通的减少的部分供给到霍尔IC9a。由此，如图10所示，霍尔IC9a也可以安装于配线基板1的下表面，可有助于电动机的小型化。

另外，上述本实施方式中，下延长部3h构造为，与上延长部3g相比，延长部的折曲前端部以更靠定子3的内周侧的方式配置，但是也可以设置按照其它的构造设置相互的端面非对称的延长部。

其次，图11是表示实施方式2的其它方式的电动机2b的侧向剖面图。和实施方式1相同的构成要素附上相同的参照符号，省略其说明。

本实施方式中，作为霍尔IC9b侧的下延长部3n与作为霍尔IC9b的相反侧的上延长部3m相比，其构成延长部的板状体30的个数少。具体而言，上延长部3m以与永久磁铁5实质上平行的方式大致呈直角地折曲含有最外层的被层叠的2块板状体30而构成，下延长部3n以与永久磁铁5实质上平行的方式大致呈直角地折曲最外层的1块板状体30而构成。

根据该结构，将下延长部分3n被取入的磁通的减少的部分供给到霍尔IC9b。由此，如图11所示，霍尔IC9b也可以安装于配线基板1的下表面，可有助于电动机的小型化。

另外，作为其它的实施方式，例如可以有下延长部以与上延长部相比，其延长部的长度缩短的方式构成等等各种的变形例。

(实施方式3)

图12是本发明实施方式3的电子设备(例如激光打印机)的概略说明图。图12中，实施方式1中说明的电动机2搭载于配线基板1。而且，在该配线基板1上也一并搭载有电子设备整体所需要的电子零件(未图示)等。

电动机2的驱动轴8的下端贯通配线基板1的贯通孔1a(图1所示)向配线基板1下部延伸，且该驱动轴8的下部与齿轮箱21连结。如实施方式1中详述，在该配线基板1上搭载磁力检测元件(霍尔IC)9，进行转子4的位置检测。电动机2以在转速为3000rpm以下进行旋转的方式被驱动，该旋转通过齿轮箱21减速。电动机2的旋转驱动力进一步经由连结机构22传递给包含多个送纸用辊24的被驱动体23。由此，多个送纸用辊24进行转动，进行送纸。另外，本实施方式的电子设备也可以是代替电动机2而具备实施方式2说明的电动机2a或者2b的构成。

根据本实施方式的电子设备，可以提高驱动效率，实现高效率及低消耗电力。

产业上的可利用性

根据如上的本发明的电动机，可以提高驱动效率，实现高效率及低消耗电力，因此，可以广泛地适用于激光打印机等的电子设备。

Claims

1.一种电动机，其特征在于，具备：

定子，其在外周部以第一规定间隔配置有多个磁极；

转子，其经由规定的空隙旋转自如地配置在所述定子的外周，且具有每隔第二规定间隔被磁化为异极的永久磁铁，

所述定子具有将板状体层叠而形成的层叠体，

所述层叠体具有磁极基部和延长部，所述延长部设置所述磁极基部的两侧并向与所述永久磁铁的内周面平行的方向折曲，

所述延长部由硅含有率为1.0wt％～3.0wt％的范围的高导磁率电磁钢板构成，

设于两侧的所述延长部的与所述永久磁铁平行方向的合计延长长度为，所述磁极基部的与永久磁铁平行方向的长度以下。

2.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，

所述高导磁率电磁钢板的所述硅含有率为2.0wt％～3.0wt％的范围。

3.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，

所述转子以转速在3000rpm以下进行旋转的方式被驱动。

4.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，

所述磁极基部由含有硅的高导磁率电磁钢板构成，

所述延长部的所述高导磁率电磁钢板的硅含有率与所述磁极基部的硅含有率相同或者比其低。

5.如权利要求1～4中任一项所述的电动机，其特征在于，

还具备磁力检测元件，该磁力检测元件设置于与所述永久磁铁的一端对应的位置，并且检测所述转子的旋转位置，

所述延长部由所述磁力检测元件的相反侧的上延长部和所述磁力检测元件侧的下延长部构成，所述下延长部侧的所述空隙比所述上延长部侧的所述空隙大。

6.如权利要求1～4中任一项所述的电动机，其特征在于，

所述延长部由所述磁力检测元件的相反侧的上延长部和所述磁力检测元件侧的下延长部构成，构成所述下延长部的所述高导磁率电磁钢板的块数比构成所述上延长部的所述高导磁率电磁钢板的块数少。

7.如权利要求6所述电动机，其特征在于，

构成所述下延长部的所述高导磁率电磁钢板由1块构成，构成所述上延长部的所述高导磁率电磁钢板由2块构成。

8.一种电子设备，具备：主体壳体；设置于该主体壳体内的被驱动体；经由连结机构与所述被驱动体连结的电动机，其特征在于，

所述电动机具备：

定子，其在外周部以第一规定间隔配置有多个磁极；

所述定子具有将板状体层叠而形成的层叠体，

9.如权利要求8所述电子设备，其特征在于，

10.如权利要求8所述电子设备，其特征在于，

所述电动机以转速在3000rpm以下进行旋转的方式被驱动。

11.如权利要求8所述电子设备，其特征在于，

在所述主体壳体内还设置配线基板，所述电动机搭载于所述配线基板，并且，在所述配线基板的与所述永久磁铁相对的部分配置有检测所述转子的旋转位置的磁力检测元件。

12.如权利要求11所述电子设备，其特征在于，

所述磁力检测元件是霍尔IC。