CN101951104A - 马达和使用了这种马达的电子设备 - Google Patents

Abstract

一种马达和使用了这种马达的电子设备，其中定子(3)包含设置在其外周的多个磁极(3a)，由多片板状体层叠而成。转子(4)以可自由旋转的方式配置在定子的周围。转子的内周面上设置有磁铁(5)。在定子的磁极的外周端部形成有延长部，该延长部是由包含多片板状体之中的最外层的至少1片板状体弯曲到与磁铁实质上达到平行的程度而形成的。假设构成延长部的至少1片板状体之中最薄的板状体的厚度为T1、不构成延长部的板状体之中最薄的板状体的厚度为T2，其满足T1＞T2的关系。由此能够提高外转子型马达的驱动效率。

Description

马达和使用了这种马达的电子设备

技术领域

本发明涉及马达和使用了这种马达的电子设备。

背景技术

在例如激光打印机等电子设备中，主体外壳内所设置的送纸用辊(被驱动体)经由减速机构连接到马达的驱动轴，利用马达的驱动产生旋转，将纸张输送到预定部位。

上述马达通常是无刷直流马达，其包含定子和转子，该定子的外周面上以第一规定间隔配置着多个磁极，该转子以可自由旋转的方式配置在该定子的周围，在该转子的内周面上设有每隔第二规定间隔被磁化为异极的磁铁。

在这种马达中，为了使转子的磁铁尽可能地靠近以磁方式检测转子旋转的磁检测元件，通常将磁铁在与马达驱动轴平行的方向上的尺寸设定为大于定子的磁极基部在该方向上的尺寸。在这种情况下，在定子的磁极的外周端部，大多会在该磁极基部的两侧形成延长部，在与磁铁大致平行的方向上延伸出来(参照例如日本特开平9-285044号公报、日本特开2007-244004号公报)。由此，转子的磁铁与定子的磁极的相对(对向)面积增大，因而能够提高马达的驱动力和驱动效率。

延长部具有使来自磁铁的磁通流入的效果，因此，在设置了延长部的情况下，与未设置延长部的情形相比，能够从磁铁向定子的磁极中流入更多的磁通。因而，人们一直认为，只要在定子磁极的外周端部形成延长部，就能够增大驱动力、提高驱动效率。

但是，根据本发明人的探讨研究发现，仅设置延长部并不一定能够增大驱动力。

延长部一般是通过将构成定子的板状体弯曲到与磁铁大致平行的状态而形成的。从磁铁流入延长部的磁通会穿过该弯曲部位。然而，在进行该弯曲加工时产生的加工误差会在弯曲部位形成磁特性劣化区域。在该磁特性劣化区域内容易产生磁饱和，一旦发生磁饱和，铁损就会增加。其结果是，无法提高驱动力和驱动效率。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提高马达的驱动效率。

本发明的马达包含定子和转子，在该定子的外周以第一规定间隔沿圆周方向配置有多个磁极，该转子以可自由旋转的方式配置在所述定子的周围。所述转子在其内周面上具备沿圆周方向每隔第二规定间隔被磁化为异极的磁铁。所述定子由多片板状体层叠而成。在所述多个磁极各自的外周端部形成有延长部，该延长部是由包含所述多片板状体之中的最外层在内的至少1片板状体被弯曲到与所述磁铁实质上平行的程度而形成的。此外，本发明的特征在于，设构成所述延长部的所述至少1片板状体之中的最薄的板状体的厚度为T1、不构成所述延长部的板状体之中的最薄的板状体的厚度为T2，其满足T1＞T2的关系。

本发明的电子设备是一种具有主体外壳、设置在所述主体外壳内的被驱动体和与所述被驱动体相连结的马达的电子设备，其特征在于，所述马达是上述的本发明的马达。

附图说明

图1是表示与本发明的一个实施方式相关的马达的概略结构的剖视图。

图2是表示构成与本发明的一个实施方式相关的马达的定子的概略结构的立体图。

图3是表示构成与本发明的一个实施方式相关的马达的定子的概略结构的主视图。

图4是表示在延长部的弯曲部位形成的磁特性劣化区域的图。

图5是表示在现有的马达中，在延长部的弯曲部位形成的磁特性劣化区域的图。

图6是表示在与本发明的一个实施方式相关的马达中，在延长部的弯曲部位形成的磁特性劣化区域的图。

图7是表示硅钢板的硅含量与拉伸比的关系的图。

图8是表示使用了本发明的马达的电子设备的一个实例的概略结构的图。

具体实施方式

根据本发明，设构成延长部的板状体之中最薄的板状体的厚度为T1、不构成延长部的板状体之中最薄的板状体的厚度为T2，其满足T1＞T2的关系，因此，能够加大延长部的弯曲部位内未产生磁特性劣化的区域的厚度。因而，即使因设置延长部而导致穿过弯曲部位的磁通量增加，也能够在弯曲部位抑制磁饱和的发生，降低铁损。其结果是，能够提高马达的驱动效率。

下面，一边展示一个适宜的实施方式，一边详细说明本发明。但是，毋庸赘言，本发明并不限于以下的实施方式。

图1是表示与本发明的一个实施方式相关的马达2的概略结构的剖视图。如图1所示，本实施方式的马达2被安装在电子设备(例如激光打印机)的布线基板(基板)1上。布线基板1在构成电子设备的主体外壳(未图示)内沿水平方向配置。

在以下的说明中，以马达2的驱动轴8的方向作为上下方向，将图1中纸面的上侧和下侧分别称为马达2的“上侧”和“下侧”。

马达2包含：通过支承部3c而装配在布线基板1上的定子3；和配置在定子3的周围的转子4。转子4呈圆筒形状，其上端固定着顶板4a，其下端敞开。支承部3c的内周面上设置有多个轴承7。马达2的驱动轴8贯穿多个轴承7，驱动轴8的上端固定在转子4的顶板4a上。其结果是，转子4和驱动轴8经由轴承7可以相对于定子3自由旋转。驱动轴8的下端穿过布线基板1的贯穿孔1a，延伸到布线基板1的下方。

转子4的内周面上固定着环状的磁铁5。磁铁5与定子3相对的面被沿圆周方向每隔规定间隔被交替(相邻极为异极)磁化(主磁化)为N极和S极。主磁化的方向是与定子3相对的方向(半径方向)。

图2是定子3的立体图，图3是定子3的主视图。定子3包含由多片板状体(例如高磁导率薄钢板)层叠而成的层叠体。在定子3的外周面上沿圆周方向以规定间隔配置着多个磁极3a(参照图2)。各磁极3a的内侧形成有磁回路的部位、即磁路3e(参照图1)上卷绕着电磁铁用线圈6。通过在线圈6上施加交流电力，将各磁极3a交替磁化为N极和S极。由此，在彼此相对的磁极3a和磁铁5之间产生引力和斥力，转子4就会以驱动轴8为中心旋转，经由驱动轴8输出旋转驱动力。

返回图1，在布线基板1与磁铁5的下端面相对的位置上安装着磁检测元件和霍尔传感器(Hall IC)9。利用众所周知的方法，使用霍尔传感器9检测出转子4的旋转速度或转动量，进行转数控制。

为了使磁铁5尽可能地靠近霍尔传感器9，磁铁5的下端(位于布线基板1一侧的端部)向下延长到霍尔传感器9附近。进而，为了避免因向下方延长磁铁5的下端而导致相对于定子3的平衡性变差，磁铁5的上端也向上延长同样大小。

其结果是，磁铁5在上下方向上的尺寸增大，相应地，在定子3的各磁极3a的外周端部设置了相对于中央的磁极基部3d分别向布线基板1一侧(下侧)和顶板4a一侧(上侧)延伸的延长部3b。延长部3b实质上与磁铁5平行，即实质上平行于驱动轴8的轴线方向。

延长部3b是由包含用于构成定子3的层叠在一起的多片板状体之中的最外层(最上层和最下层)的至少1片板状体的外周部分向上或向下近似直角地弯曲到与磁铁5实质上达到平行的程度而形成的。

在本发明中，假设构成延长部3b的板状体之中最薄的板状体的厚度为T1、不构成延长部的板状体(即构成磁极基部3d的板状体)之中最薄的板状体的厚度为T2，其满足T1＞T2的关系。下面说明这种结构的作用。

在为了形成延长部3b而将板状体弯曲时，如图4所示，进行弯曲加工时在板状体31的弯曲部位32产生的加工误差会在弯曲部位32的内周一侧和外周一侧的表层内形成磁特性劣化区域3f。在该磁特性劣化区域3f内容易产生磁饱和，一旦发生磁饱和，铁损就会增加。其结果是，无法提高驱动力和驱动效率。进而，因延长部3b的形成而导致构成延长部3b的板状体31使更多磁通流入其中，因此，在弯曲部位32更容易发生磁饱和。

图5是表示现有的马达的延长部3b附近的图。在图5中，包含用于构成定子3的多片板状体之中的最外层的2片板状体311、312经弯曲后形成了延长部3b。构成定子3的多片板状体以及构成延长部3b的2片板状体311、312都具有相同厚度T2。

图6是表示本实施方式的马达的延长部3b附近的图。在图6中，仅将用于构成定子3的多片板状体之中的最外层的1片板状体310弯曲成延长部3b。构成延长部3b的板状体310的厚度为T1。不构成延长部的板状体(即构成磁极基部3d的板状体)都具有相同厚度T2。为了简化说明，这里假设T1＝T2×2。

构成图5所示的现有的马达的延长部3b的2片板状体311、312的合计厚度和构成图6所示的本发明的马达的延长部3b的1片板状体310的厚度相同(T1)。假设图5中构成延长部3b的2片板状体311、312的弯曲部位321、322中未产生磁特性劣化的区域的厚度为L1、L2、图6中构成延长部3b的1片板状体310的弯曲部位320中未产生磁特性劣化的区域的厚度为L0，则板状体310、311、312的弯曲部位320、321、322的表层中所形成的磁特性劣化区域3f的厚度大体相同，与板状体310、311、312的厚度无关T1、T2，因而满足L0＞L1+L2的关系。

根据上述说明可以容易地理解，满足T1＞T2的关系能够增大延长部3b的弯曲部位320内未产生磁特性劣化的区域的厚度。延长部3b的形成导致用于构成延长部3b的板状体310中流入很多的磁通，该磁通穿过弯曲部位320，进入磁路3e(参照图1)。根据本发明，能够确保弯曲部位320内存在较大的未发生磁特性劣化的区域，因此，即使构成延长部3b的板状体310中流入了很多的磁通，也能够抑制弯曲部位320中产生磁饱和，由此降低了铁损。其结果是，能够提高驱动效率。

但是，如果构成延长部3b的板状体之中最薄的板状体的厚度T1过大，该板状体中产生的涡流损失就会增加。因而，优选是满足2×T2≥T1的关系。

在图6中，延长部3b仅由构成定子3的多片板状体之中最外层的1片板状体310构成，但本发明并不限于此，延长部3b也可以由包含最外层的2片以上板状体构成。但是，在仅以1片板状体构成延长部3b的情况下，与以多片板状体构成延长部3b的情形相比，其能够抑制制造过程中延长部3b的加工偏差，因而马达的特性更加稳定。此外，其能够减少用于对具有延长部3b的板状体进行弯曲成型的模具的数量，因此也能够降低成本。即，使用1片板状体构成延长部3b、该板状体的厚度T1满足T1＞T2的关系，就能够同时实现马达驱动效率的提高、品质的稳定以及制造成本的降低。

在以2片以上板状体构成延长部3b的情况下，上述T1由构成延长部3b的2片以上板状体之中最薄的板状体的厚度定义。这是因为，本发明着眼于穿过各板状体的磁通的磁饱和。同理可知，上述T2由不构成延长部的多片板状体(即构成磁极基部3d的多片板状体)之中最薄的板状体的厚度定义。

为了形成延长部3b而对板状体进行的弯曲加工导致弯曲部位的外周一侧比内周一侧拉伸更大。因此，如果板状体的容许拉伸比较小，那么弯曲部位的外周一侧就会发生塑性形变而断裂。构成定子3的板状体通常使用硅钢板(也称为电磁钢板)。如图7所示，这种材料的拉伸比随着硅含量S而变化，一旦硅含量超过2.5wt％，拉伸比就会急剧减小。因而，构成延长部3b的板状体的硅含量S优选是满足S≤2.5wt％的关系。

如上所述，本发明以相对较厚的板状体构成延长部3b，由此抑制弯曲部位产生磁饱和。但是，如果延长部3b与磁铁5相对的面积过大，从磁铁5流入延长部3b的磁通量就会增多，其结果是，在卷绕着线圈6的磁路3e(参照图1)中会产生磁饱和。一旦磁路3e中产生了磁饱和，则即使增加线圈6中的电流，转子4的转矩也不会成比例地增加，驱动效率变差。因此，如图3所示，假设在各磁极3a的上下方形成的延长部3b在驱动轴8的轴线方向上的合计长度为A1+A2、磁极3a在该方向上除延长部3b以外的长度(即磁极基部3d在该方向上的长度)为B，则优选是满足A1+A2≤B的关系。由此，能够防止磁路3e中发生磁饱和，避免驱动效率变差。此外，在图3中，在磁极3a的上侧形成的延长部3b的长度A1和在磁极3a的下侧形成的延长部3b的长度A2通常设定为相同大小。

一般说来，转子4的磁铁5内表面和定子3的电极3a之间的间隙极窄，例如在0.3mm左右。因而，优选是加大构成延长部3b的板状体的弯曲角度(即、使弯曲角度略微大于90度)，从而使延长部3b的顶端(即上端或下端)配置在比延长部3b的根部弯曲部位更靠近定子3的内侧(即驱动轴8一侧)的位置。由此能够避免在长期使用过程中延长部3b受某种应力的影响而向磁铁5一侧发生位移、与旋转的转子4发生接触。

图8是表示使用了本发明的马达的电子设备的一个实例的概略结构的图。在图8中，电子设备61包含：作为主体外壳的箱体62；装配在箱体62内的马达67；用于驱动马达67的驱动器65；用于为驱动器65供电的电源68；和以马达67为动力源而受到驱动的机构部等负载(被驱动体)69。这里，马达67和驱动器65构成了马达驱动装置63。马达67从电源68接受电力供应，经由驱动器65受到驱动。转矩经由马达67的驱动轴传递给负载69。可以使用本发明的马达2作为马达67。

电子设备61可以举例为例如激光打印机。在这种情况下，送纸用辊相当于负载69。在激光打印机的主体外壳内，图1所示的本发明的马达2也可以与各种电子器件一起载置在沿水平方向配置的布线基板1上。可以在马达2上贯穿布线基板1而向下侧延伸的驱动轴8的下部固定齿轮(未图示)，经由作为减速机构的变速箱(未图示)将该齿轮和设置在送纸用辊上的齿轮连接起来。本发明的马达2驱动效率高，因此，能够实现可以高效送纸的激光打印机。

根据本发明，能够提供提高了驱动效率的外转子型马达，因此，适宜用作例如激光打印机或激光复印机之类的电子设备中所使用的马达。但是，本发明的马达并不限于此，而是能够广泛应用为要求高驱动效率的马达。

以上所说明的实施方式都只不过是用于说明本发明的技术内容的，不可局限于这样的具体例而对本发明作出狭义的解释，在本发明的精神及权利要求的范围内，可以进行各种改变后加以实施，应该对本发明进行广义的解释。

Claims (8)

1.一种马达，该马达包含定子和转子，在该定子的外周以第一规定间隔沿圆周方向配置有多个磁极，该转子以可自由旋转的方式配置在所述定子的周围，其特征在于，

所述转子在其内周面上具备沿圆周方向每隔第二规定间隔被磁化为异极的磁铁；

所述定子由多片板状体层叠而成；

在所述多个磁极各自的外周端部形成有延长部，该延长部是由包含所述多片板状体之中的最外层在内的至少1片板状体被弯曲为与所述磁铁实质上平行而形成的；

假设构成所述延长部的所述至少1片板状体之中的最薄的板状体的厚度为T1、不构成所述延长部的板状体之中的最薄的板状体的厚度为T2，则满足T1＞T2的关系。

2.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，

所述延长部仅由1片板状体构成。

3.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，

构成所述延长部的板状体的硅含量S满足S≤2.5wt％的关系。

4.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，

满足2×T2≥T1的关系。

5.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，

在所述多个磁极各自的两侧形成有所述延长部，两侧的所述延长部的在被固定于所述转子上的驱动轴方向上的合计长度，小于等于所述磁极的除了所述延长部以外的部分在所述方向上的长度。

6.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，

所述延长部的顶端配置在比所述延长部的根部的弯曲部位更靠近所述定子的内侧的位置。

7.一种电子设备，该电子设备具备主体外壳、设置在所述主体外壳内的被驱动体以及与所述被驱动体连结的马达，其特征在于，

所述马达是权利要求1至6中任一项所述的马达。

8.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，

在所述主体外壳内设置有布线基板，在所述布线基板上安装有所述马达，磁检测元件以与所述马达的所述磁铁相对的方式被设置在所述布线基板上。

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