CN101938206A - 马达以及使用马达的电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种马达以及使用马达的电子设备。在具备多个磁极(13a)的定子(13)的周围旋转自如地配置有转子(14)。在转子的内周面上，具备与定子对置的面被主磁化、而且与基板对置的面被FG磁化的磁铁(15)。在定子的磁极的外周端上，设有相对于磁极基部(13d)上下延伸的延长部(13b、13c)。在基板的与转子对置的面上，与磁铁(15)对置而设有FG图案(19)。FG图案配置在比转子的外周面更靠半径方向的外侧。将磁铁的半径方向中央位置与FG图案的半径方向中央位置连结的直线相对于驱动轴的中心轴所成的角度θ、FG磁化的方向相对于驱动轴的中心轴所成的角度A满足0度＜A≤θ。由此，在确保较高的驱动效率的同时，叠加在FG信号中的噪声降低，旋转速度检测精度提高。
Description
技术领域
本发明涉及马达以及使用马达的电子设备
背景技术
在电子设备、例如激光打印机中，设在主体机壳内的送纸用辊(被驱动体)经由减速机构连结在马达的驱动轴上，通过驱动该马达而转动，将纸输送到规定部分。
作为上述马达，一般使用无电刷DC马达，该无电刷DC马达具备在外周上以第一规定间隔配置有多个磁极的定子、和旋转自如地配置在该定子的周围的转子，并且在该转子的内周面上设有每隔第二规定间隔磁化(主磁化)为不同极性的磁铁。
在这样的马达中，通常使转子的磁铁尽量接近于以磁性的方式检测转子的旋转的磁检测元件，所以将与马达驱动轴平行的方向上的磁铁的尺寸设定得比定子的磁极基部的同方向的尺寸大。在此情况下，在定子的磁极的外周端上，在该磁极基部的两侧形成沿与磁铁大致平行方向延伸的被称作端板的延长部的情况较多(例如参照日本特开平9-285044号公报、特开2007-244004号公报)。由此，转子的磁铁与定子的磁极之间的对置面积变大，所以能够提高马达的驱动力及驱动效率。
此外，在经由减速机构驱动激光打印机的送纸用辊等情况下，需要精密地控制无电刷DC马达的旋转。因此，需要以某种程度的分析分辨率检测无电刷DC马达的旋转速度。
作为适合于这样的用途的速度检测方法，一般使用以下说明的FG方式。即，对于转子的磁铁，与用来产生转矩的磁化(主磁化)另外地对磁铁的与基板对置的面沿与基板对置的方向实施多极磁化(FG磁化)，在基板上，沿圆周方向设置将与FG磁化的磁化极数相同数量的线性元件串联连接的FG图案(pattern)。如果马达旋转，则通过FG磁化产生的磁通，在该线性元件上产生感应电压，能够通过该FG图案得到与马达的转速成正比的频率的速度检测信号(FG信号)。
在这样的FG方式中，为了不易受到主磁化的影响，已知有将FG图案用主图案和抵消图案(cancellation pattern)构成，通过将主图案与抵消图案串联连接来消除主磁化的影响的方法(例如参照日本特开2006-25537号公报)。
但是，如果在定子的磁极的外周端设置沿与磁铁大致平行方向延伸的延长部，则在上述FG方式中有可能难以消除主磁化产生的磁通的影响。理由如下。
由于设在磁极的外周端上的延长部具有集磁效应(magnetism collectingeffect)，所以主磁化产生的磁通容易被引入到延长部中。但是，流入到延长部中的磁通的一部分因延长部的磁饱和而漏出到延长部的周围，成为泄露磁通。该泄露磁通给FG图案中的接近于定子的部分(即在半径方向上靠FG图案的内周侧的部分)带来较强的影响。因而，主磁化的泄露磁通的影响，在半径方向上、在FG图案中的接近于定子侧的部分和远离定子侧的部分中不同，不能将主磁化的泄露磁通的影响充分地消除。结果，在FG信号中叠加有噪声，旋转速度检测精度下降。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的问题，在定子的磁极的外周端上设有延长部的马达中，在确保较高的驱动效率的同时，降低叠加在FG信号中的噪声，提高旋转速度检测精度。
本发明的马达具备：搭载在基板上、在外周上以第一规定间隔配置有多个磁极的定子；和旋转自如地配置在上述定子的周围的转子。其特征在于，在上述转子的内周面上设有磁铁；上述磁铁的与上述定子对置的面，在与上述定子对置的方向上每隔第二规定间隔被磁化为不同极性，并且上述磁铁的与上述基板对置的面，每隔第三规定间隔被FG磁化为不同极性。在上述定子的上述多个磁极的各自的外周端上，设有相对于磁极基部向上述基板侧延伸的第1延长部、和相对于上述磁极基部向与上述基板相反侧延伸的第2延长部。在上述基板的与上述转子对置的面上设有由主图案及抵消图案构成的FG图案，以使其与上述磁铁对置。上述FG图案配置于在半径方向上比上述定子的外周面更靠外侧。在沿着包含了连结在上述转子上的驱动轴的中心轴在内的面的截面中，将上述磁铁的半径方向中央位置与上述FG图案的半径方向中央位置连结的直线相对于上述驱动轴的中心轴所成的角度θ、和上述FG磁化的方向相对于上述驱动轴的中心轴所成的角度A满足0度＜A≤θ，其中θ＜90度，A＜90度。
本发明的电子设备，具备：主体机壳、设在上述主体机壳内的被驱动体、和连结在上述被驱动体上的马达，其特征在于，上述马达是上述本发明的马达。
本发明的马达由于在定子的磁极的外周端上具有第1及第2延长部，所以集磁效应提高，能够实现较高的驱动效率。
并且，由于FG图案配置在比定子的外周面更靠半径方向的外侧，所以主磁化产生的磁通从第1延长部漏出的泄露磁通与FG图案几乎不交链。另一方面，由于FG图案与磁铁对置配置在基板的对置于转子的面上，并且FG磁化的方向朝向倾斜以满足0度＜A≤θ，所以能够使与FG图案交链的FG磁化产生的磁通量增大。因而，叠加在FG信号中的噪声被降低，能够提高使用FG图案的旋转速度检测精度。
本发明的电子设备由于使用上述本发明的马达驱动被驱动体，所以能够以高效率且高精度驱动被驱动体。
附图说明
图1是表示有关本发明的一实施方式的马达的概略结构的剖视图。
图2是构成有关本发明的一实施方式的马达的定子的立体图。
图3是设在有关本发明的一实施方式的马达中的FG图案的俯视图。
图4是图1的部分IV的放大剖视图。
图5是在有关本发明的一实施方式的马达中，将FG图案附近的磁通的流动简略化表示的剖视图。
图6是在现有技术的马达中，将FG图案附近的磁通的流动简略化表示的剖视图。
图7是表示使用本发明的马达的电子设备的一例的概略结构的图。
具体实施方式
以下，使用优选的实施方式说明本发明。但是，本发明当然并不限定于以下的实施方式。
(实施方式1)
图1示出了有关本发明的一实施方式的马达12的概略结构的、沿包含驱动轴18的中心轴18c的面的剖视图。马达的剖视图相对于驱动轴18是大致对称的，所以在图1中相对于18仅图示了单侧。图2是构成有关本实施方式的马达12的定子13的立体图。图3是设在有关本发明的实施方式1的马达12中的FG图案19的俯视图。在图3中，仅图示了第1象限内的FG图案19。
在以下的说明中，将马达12的驱动轴18的方向设为上下方向，在图1中将纸面的上侧及下侧分别称作马达12的“上侧”及“下侧”。此外，将与驱动轴18的中心轴18c正交的方向称作“半径方向”。
如图1所示，本实施方式1的马达12具备经由安装件21搭载在布线基板(基板)11上的定子13、和配置在定子13的周围的转子14。转子14具有圆筒形状，在其上端固定着顶板14a，其下端开放。在安装件21的内周面上设有轴承17。马达12的驱动轴18贯通轴承17，驱动轴18的上端固定在转子14的顶板14a上。结果，转子14及驱动轴18以驱动轴18的中心轴18c为中心，经由轴承17相对于定子13旋转自如。
在转子14的内周面上固定着环状的磁铁15。磁铁15的与定子13对置的面每隔规定间隔被交替地磁化(主磁化30)为N极和S极(以使相邻极为不同极性)。主磁化30的方向与半径方向大致平行。进而，在主磁化之外，磁铁15的与布线基板11对置的面(下面)每隔规定间隔交替地多极磁化(FG磁化31)为N极和S极。
定子13是层叠有相同厚度的多个板状体(例如高导磁率薄钢板)的层叠体。在定子13的外周上，如图2所示，沿周向以规定间隔配置有多个磁极13a。在各磁极13a的内侧的形成磁回路的部分(磁路13e，参照图1)上，卷绕有电磁铁用线圈16。通过对线圈16施加交流电力，各磁极13a被交替地磁化为N极和S极。由此，在相互对置的磁极13a与磁铁15之间产生吸引力和排斥力，转子14以驱动轴18为中心旋转，经由驱动轴18输出旋转驱动力。
在配线布线基板11上设有FG图案19。如图3所示，FG图案19为了不易受到主磁化的影响，由锯齿状的主图案19a和圆形的抵消图案19b构成，主图案19a和抵消图案19b串联连接。另外，主图案19a及抵消图案19b的结构并不限定于图3，也可以具有除此以外的任意的结构。此外，也可以将主图案19a配置在比抵消图案19b靠内侧(驱动轴18侧)。
磁铁15的FG磁化31产生的磁通通过FG图案19越多地交链，从FG图案19输出的FG信号中的FG成分越大，越能改善S/N比。因而，在本发明中，FG图案19如图1所示，设在布线基板11的上面(与转子14对置的面)上。进而，FG图案19与磁铁15的对置于布线基板11的面(下面)对置。这里，所谓FG图案19与磁铁15的下面对置，如图3所示，是指沿着与驱动轴18的中心轴18c平行的方向观察时，FG图案19的至少一部分与磁铁15的下面的至少一部分重合。
进而，为了磁铁15的FG磁化31产生的磁通通过FG图案19较多地交链，磁铁15与FG图案19尽量接近是有利的。所以，如图1所示，将磁铁15的布线基板11侧的端部(即磁铁15的下端)延长到布线基板11的附近。
结果，磁铁15的上下方向尺寸变大，如与其匹配那样，在定子13的各磁极13a的外周端上，设有相对于中央的磁极基部13d向配线布线基板11侧延伸的第1延长部13c、和相对于磁极基部13d向与配线布线基板11相反侧(顶板14a侧)延伸的第2延长部13b。第1延长部13c及第2延长部13b与磁铁15实质上平行，即与驱动轴18的轴线方向平行。更详细地讲，第1延长部13c通过将构成定子13的层叠的多层板状体中包含最下层的下侧两层的外周部分向下以大致直角弯折而形成，第2延长部13b通过将构成定子13的层叠的多层板状体中包含最上层的上侧两层的外周部分向上以大致直角弯折而形成。但是，构成第1及第2延长部13c、13b的板状体的层数并不限定于两层，也可以是1层或3层以上。
通过这样在磁极13a的外周端上，在磁极基部13d的上下设置第1延长部13c及第2延长部13b，磁极13a与沿上下方向延长的磁铁15之间的对置面积如图1那样变大。第1延长部13c及第2延长部13b具有集磁效应，所以引入到定子13中的主磁化产生的磁通增大，马达12的驱动力及驱动效率提高。第1延长部13c及第2延长部13b一般称作端板。
图4是图1的部分IV的放大剖视图。在本实施方式中，如图1、图4所示，FG图案19配置于在半径方向上比定子13的外周面更靠外侧(与驱动轴18相反侧)。进而，在沿着包含了驱动轴18的中心轴18c在内的面的截面中，如果设FG磁化31的方向相对于驱动轴18的中心轴18c(参照图1)所成的角度为A(A＜90度)、设将磁铁15的半径方向中央位置P15与FG图案19的半径方向中央位置P19连结的直线L相对于驱动轴18的中心轴18c(所成的角度为θ(θ＜90度)，则满足0度＜A≤θ。以下说明这样的结构带来的作用。
图5是在本实施方式的马达12中，将FG图案19附近的磁通的流动简略化表示的剖视图。图6是在现有技术的马达12′中，将FG图案19附近的磁通的流动简略化表示的剖视图。图6所示的现有技术的马达12′与本实施方式1的马达12不同之处在于，将FG图案19的内周侧的一部分配置于在半径方向上比定子13的外周面更靠内侧(驱动轴18侧)、以及图4中说明的角度A及角度θ满足A＝θ＝0度。
在本实施方式的马达12及现有技术的马达12′的任意一个中，主磁化30产生的磁通都通过其集磁效应被聚集到延长部13b、13c上。聚集的磁通的几乎全部都通过延长部13b、13c内而朝向磁极13a的磁路13e。但是，通过延长部13b、13c磁饱和，一部分磁通从延长部13b、13c漏出而成为泄露磁通。泄露磁通如果使延长部13b、13c的厚度变厚则能够降低，但完全为零是不可能的。进而，由于延长部13b、13c在周向上以规定间隔配置，所以在有延长部13b、13c和没有它们的部分中，主磁化30产生的磁通的集磁效应不同，结果从延长部13b、13c的泄露磁通变得不均匀。
在现有技术的马达12′中，如图6所示，在半径方向上，将FG图案19的内周侧的一部分配置在比定子13的外周面更靠内侧。因而，与FG图案19中的远离第1延长部13c的部分(例如抵消图案19b)相比，FG图案19中的接近于第1延长部13c的部分(例如主图案19a的内周侧部分)更强地受到主磁化30所产生的磁通从第1延长部13c漏出而成的泄露磁通33的影响。由此，通过主图案19a和抵消图案19b不能充分消除泄露磁通33对FG图案19的影响，在FG信号中叠加有噪声。
相对于此，在本实施方式1的马达12中，在半径方向上，FG图案19配置在比定子13的外周面靠外侧。与此同时，在图4中说明的角度θ满足θ＞0度。即，如图5所示，FG图案19离开第1延长部13c较远。因此，来自第1延长部13c的泄露磁通33几乎不与FG图案19交链。因而，泄露磁通33对于FG图案19中的接近于第1延长部13c的部分(例如主图案19a的内周侧部分)和远离第1延长部13c的部分(例如抵消图案19b)的影响都较小且为同等。由此，通过主图案19a和抵消图案19b能够充分消除泄露磁通33对FG图案19的影响，叠加在FG信号中的噪声被降低，能够提高使用FG图案19的旋转速度检测精度。
但是，在图6所示的现有技术的结构中，单单仅通过使FG图案19在半径方向上比定子13的外周面更向外侧移动，与FG图案19交链的FG磁化31产生的磁通量也减少，所以通过FG磁化31产生的磁通所产生的感应电压(FG成分)下降，不能充分提高旋转速度检测精度。所以，在本实施方式中，将FG磁化31朝向FG图案19的方向倾斜地磁化，以使在图4中说明的角度A满足0度＜A≤θ。通过角度A满足0度＜A≤θ，能够使FG磁化31产生的磁通更多地与FG图案19交链，所以FG成分增大，能够实现高精度的旋转速度检测。其中，角度A是角度θ以下。如果是A＞θ，则进行了FG磁化31的磁铁15的下面与FG图案19之间的距离扩大，所以与FG图案19交链的FG磁化31产生的磁通量减少，FG成分下降。
在本实施方式1的马达12及现有技术的马达12′中，通过磁场分析求出通过FG磁化31的磁通在FG图案19中产生的感应电压(FG成分)、和通过主磁化30的磁通的泄露磁通33在FG图案19中产生的感应电压(噪声成分)。将结果在表1中表示。
表1
| 本发明产品 | 现有技术产品 | |
| FG成分[mV] | 8.5 | 8.4 |
| 噪声成分[mV] | 0.04 | 0.09 |
根据表1，图5所示的本实施方式的马达12(“本发明产品”)与图6所示的现有技术的马达12′(“现有技术产品”)相比，FG成分增大，并且噪声成分被降低，可以确认能够进行高精度的旋转速度检测。
以上，根据本实施方式，由于FG图案19配置在比定子13的外周面更靠半径方向的外侧，所以能够将从第1延长部13c漏出的主磁化30的泄露磁通33中的与FG图案19交链的磁通量减少。进而，由于FG图案与磁铁15对置配置在布线基板11的对置于转子14的面上，并且FG磁化31的方向倾斜地朝向FG图案19的方向以满足0度＜A≤θ，所以能够使与FG图案19交链的FG磁化31产生的磁通量增大。结果，叠加在FG信号中的噪声成分被降低，并且FG成分增大，所以能够提高使用FG图案19的旋转速度检测精度。
由此，能够在利用第1及第2延长部13b、13c维持高效率的驱动的同时、利用FG信号提高旋转速度检测精度。
在本发明中，在沿着包含了驱动轴18的中心轴18c在内的面的截面中，主图案19a的半径方向中心位置优选地配置在比磁铁15的外周面靠半径方向的外侧。由此，能够使主图案19a更远离第1延长部13c，所以能够将来自第1延长部13c的泄露磁通33中的与主图案19a交链的磁通量进一步减少。因而，叠加在FG信号中的噪声成分被进一步降低，能够进一步提高使用FG图案19的旋转速度检测精度。
图7是表示使用本发明的马达的电子设备的一例的概略结构的图。在图7中，电子设备61包括作为主体机壳的壳体62、搭载在壳体62内的电动机67、用来驱动电动机67的驱动器65、用来对驱动器65供电的电源68、和以电动机67为动力源而被驱动的机构部等的负载(被驱动体)69。这里，由电动机67和驱动器65构成电动机驱动装置63。电动机67从电源68接受电力供给而经由驱动器65被驱动。经由电动机67的驱动轴对负载69传递旋转转矩。作为电动机67，可以使用本发明的马达12。
作为电子设备61，例如可以例示激光打印机。在此情况下，作为负载69相当于送纸用辊。本发明的马达12也可以在激光打印机的主体机壳内，与各种电子部件一起载置在沿水平方向配置的布线基板11上。在马达12的、贯通布线基板11而向下侧延伸的驱动轴18的下部固定齿轮(未图示)，可以将该齿轮与设在送纸用辊上的齿轮经由作为减速机构的齿轮箱(未图示)连结。本发明的马达12具有较高的驱动效率，并且旋转速度检测精度良好，所以能够高效率地进行抑制了旋转不均匀及噪声等的高精度的送纸，能够实现能进行没有打印偏差等的精细的打印的激光打印机。
根据本发明，由于能够提供在维持高效率的驱动的同时提高旋转速度检测精度的马达，所以适合于在激光打印机或激光复印机等的电子设备中使用的马达。但是，本发明的马达并不限定于这些，可以作为要求较高旋转精度的马达大范围地使用。
以上说明的实施方式都只不过是为了使本发明的技术内容变得清楚，本发明并不仅受这样的具体例限定解释，在本发明的主旨和权利要求书记载的技术范围内能够进行各种各样变更来实施，应当广义地解释本发明。
Claims (3)
1.一种马达，具备：搭载在基板上、在外周上以第一规定间隔配置有多个磁极的定子；和旋转自如地配置在上述定子的周围的转子，其特征在于，
在上述转子的内周面上设有磁铁；
上述磁铁的与上述定子对置的面，在与上述定子对置的方向上每隔第二规定间隔被磁化为不同极性，并且上述磁铁的与上述基板对置的面，每隔第三规定间隔被FG磁化为不同极性；
在上述定子的上述多个磁极的各自的外周端上，设有相对于磁极基部向上述基板侧延伸的第1延长部、和相对于上述磁极基部向与上述基板相反侧延伸的第2延长部；
在上述基板的与上述转子对置的面上，与上述磁铁对置地设有由主图案及抵消图案构成的FG图案；
上述FG图案配置于在半径方向上比上述定子的外周面更靠外侧；
在沿着包含了连结在上述转子上的驱动轴的中心轴在内的面的截面中，将上述磁铁的半径方向中央位置与上述FG图案的半径方向中央位置连结的直线相对于上述驱动轴的中心轴所成的角度θ、和上述FG磁化的方向相对于上述驱动轴的中心轴所成的角度A满足0度＜A≤θ，其中θ＜90度，A＜90度。
2.如权利要求1所述的马达，其特征在于，
在沿着包含了连结在上述转子上的驱动轴的中心轴在内的面的截面中，上述主图案的半径方向中心位置配置在比上述磁铁的外周面更靠半径方向的外侧。
3.一种电子设备，具备：主体机壳、设在上述主体机壳内的被驱动体、和连结在上述被驱动体上的马达，其特征在于，
上述马达是权利要求1或2所述的马达。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C04 | Withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20110105 |