CN102130561B - 电动机和使用电动机的电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动机，其具备定子、转子和磁铁。定子在周向上以第一规定间隔配置有多个磁极。转子旋转自如地配置于与所述定子相对的位置。磁铁在转子的表面周向上每隔第二规定间隔而配置。定子将板状体层叠而形成，将该层叠体中的至少包含最外层的层叠的多个板状体向与磁铁实质上平行的方向弯曲而形成延长部。而且，在将包含该延长部在内的与磁铁最接近的磁极前端部的磁铁相对面积设为S、将磁极的截面面积设为A时，面积比率S/A满足S/A＜4.8的关系。

Description

电动机和使用电动机的电子设备

技术领域

本发明涉及电动机和使用电动机的电子设备，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，将设于主体壳体内的送纸用辊(被驱动体)与电动机连接，通过该电动机的驱动，使送纸用辊转动，将纸送至规定部分。

上述电动机通常使用无刷DC电动机。该电动机具备在外周部的周向上按第一规定间隔配置有多个磁极的定子、和配置于该定子的外周的转子。而且，在转子的内周沿周向每隔第二规定间隔配置有异极磁化的磁铁。

另外，在上述定子的磁极上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，提高了驱动效率。

即，永久磁铁的宽度(与周向正交的方向)由于尽可能地接近磁检测转子的旋转的磁检测元件，因此，比定子的磁极基部的同方向宽度(与周向正交的方向的宽度)大。而且，形成有从定子的磁极基部向与永久磁铁大致平行的方向延伸的延长部。由此，可以增大定子的磁极与磁铁的相对面积，可提高驱动力、驱动效率。与之类似的技术例如公开于日本专利特开平9-285044号公报(专利文献1)及日本专利特开2007-244004号公报(专利文献2)中。

如上所述，在形成从定子的磁极的磁极基部向与永久磁铁实质上平行的方向延伸的延长部的现有电动机中，转子的永久磁铁与定子的磁极的相对面积增大。因此，通常认为驱动力大，可提高驱动效率。

但是，根据本发明者的研究，仅设置延长部，未必能够实现驱动效率的提高。

即，在上述那样的形成有延长部的现有电动机中，来自相对的永久磁铁的磁通量随着延长部的伸长量而增加。但是，由于磁通量增加，从而容易发生磁饱和。其结果，存在不能提高驱动力、驱动效率的问题。

发明内容

本发明的电动机具备：在周向上按第一规定间隔配置有多个磁极的定子、旋转自如地配置在与该定子相对的位置的转子、在转子的表面周向上每隔第二规定间隔而配置的磁铁。定子将板状体层叠而形成，将该层叠体的至少包含最外层的层叠的多个板状体向与磁铁实质上平行的方向弯曲而形成延长部。在将包含该延长部在内的与磁铁最接近的磁极前端部的磁铁相对面积设为S、将磁极的截面面积为A时，面积比率S/A满足S/A＜4.8的关系。

根据该构成，本发明的电动机在与磁极相连的磁路中不发生磁饱和，驱动提高，可以实现高效率、低耗电力。

另外，本发明的电子设备具备主体壳体、设于主体壳体内的被驱动体、经由连接机构与被驱动体连接的所述电动机。

根据这样的构成，可以实现具备上述的本发明的电动机的特征的电子设备。

附图说明

图1是本发明实施方式1的电动机的剖面图；

图2是本发明实施方式1的定子的立体图；

图3是本发明实施方式1的定子的正面图；

图4是表示本发明实施方式1的磁铁相对面积S及磁极的截面面积A之一例的图；

图5是表示本发明实施方式1的面积比率S和感应电压的变化的图；

图6是表示本发明实施方式1的面积比率和损失的变化的图；

图7是表示本发明实施方式2的电子设备之一例的概略构成的图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。

(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。电动机2是所谓的外转子型的无刷DC电动机。在本实施方式中，列举这样的外转子型的电动机之一例进行说明。

图1中，电动机2被安装于配线基板1上。这种安装了电动机2的配线基板1在电子设备(例如激光打印机)内沿水平方向(或垂直方向)配置。

如图1、2所示，电动机2具备定子3、与该定子3隔开规定的空隙而相对的转子4。定子3包含将板状体30(例如硅钢板)层叠而形成的层叠体31(定子铁芯)。转子4构成下面开放的圆筒状，旋转自如地配置于定子3的外周。

在定子3的外周部以第一规定间隔配置有与磁极数对应的多个磁极3a，如图1、图2所示，在各磁极3a内侧的磁路3e部分卷绕有电磁铁用线圈6。

另外，在转子4的内周沿圆周方向固定有永久磁铁即多个磁铁5。磁铁5以邻接极为异极的方式被磁化为N极和S极，每隔第二规定间隔而交替配置。

即，通过对线圈6施加交流电，使各磁极3a交替地磁化为N极和S极，且在与存在于其外周的磁铁5之间产生吸引力和排斥力。而且，该吸引力和排斥力成为转子4的旋转驱动力。

另外，定子3经由保持部3c被固定于配线基板1。在该定子3的内周设有多个轴承7。

将该轴承7组件部分沿上下方向贯通而设有驱动轴8，该驱动轴8的上端固定于转子4的顶面4a。

因此，若对上述线圈6施加交流电，使各磁极3a交替地磁化为N极和S极，在与磁铁5之间产生吸引力和排斥力，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向被驱动体传递。

具体而言，在本实施方式中，驱动轴8的下端贯通配线基板1的贯通孔1a伸出到配线基板1下。在该驱动轴8下部安装有齿轮(未图示)，该齿轮连接齿轮箱(未图示)。由此，激光打印机的多个送纸用辊(未图示)转动，进行送纸。

另外，在配线基板1上的磁铁5下端对应部分的表面上(也可以为下表面侧)，作为磁检测元件而安装有霍尔IC9。众所周知，通过该霍尔IC9检测转子4的旋转速度及转动量(位置)，进行转速控制。

另外，磁铁5尽可能地接近霍尔IC9，故而设为将其下端延长至霍尔IC9附近的形状。另外，这样，为了避免磁铁5的下端向下方延长时、相对于定子3的失衡，该磁铁5的上端也向上方延长相同量。

作为结论，磁铁5的上下方向尺寸增大。与之相应，在本实施方式中，如图1～图3所示，在上述定子3的各磁极3a一体形成有从其磁极基部3d沿与磁铁5大致平行的方向向上、下方向延伸出的延长部3b。即，延长部3b以与磁铁5实质上平行且相对面的方式从磁极基部3d的上下分别向驱动轴8的长度方向延伸。

该延长部3b具体而言，通过将构成定子3的层叠体31的层叠的多个板状体中的、包含上、下面(最外层)的板状体的外周部分沿与磁铁5大致平行的方向分别向上、下方向折曲而形成。

而且，这样，通过将构成定子3的层叠的多个板状体中的上、下面的板状体的外周部分沿与磁铁5大致平行的方向分别向上、下方向弯曲而形成延长部3b，由此，与上述向上、下方向延长的磁铁5的相对面积如图1所示增大，其结果，来自磁铁5的磁通流入量增多，对转子4赋予大的驱动力。

另外，在本实施方式中，在将包含该延长部3b在内的与磁铁5最接近的磁极前端部的磁铁相对面积设为S、将磁极的截面面积设为A时，确定了面积比率(S/A)。面积比率(S/A)为磁铁相对面积S相对于截面面积A的比率。在本实施方式中，通过使这样的面积比率(S/A)满足(S/A)＜4.8而调整板状体的折曲高度、即延长部3b的上、下方向延长的长度，形成定子3。这样，在本实施方式中，使面积比率(S/A)小于4.8。

图4是表示磁铁相对面积S及磁极的截面面积A之一例的图。如图4所示，磁铁相对面积S为包含磁极基部3d及延长部3b的与磁铁5相对面的部位的面积。另外，如图4所示，截面面积A为与驱动轴8的延伸方向平行的磁极截面的面积。另外，在磁极截面的面积因半径方向的位置而不同的情况下，如图4所示例，将最小的截面面积设为截面面积A。即，截面面积A成为磁路3e的最细部位的截面面积。

图5是表示面积比率(S/A)和感应电压的变化的图。横轴表示面积比率(S/A)，纵轴表示感应电压的增加比率。另外，感应电压的增加比率将以面积比率(S/A)为2.2时的感应电压作为为基准即100％。这是基于不具有延长部而磁极的前端部变宽的通常磁极的面积比率(S/A)为2.0～2.3而得出的。在图2所示的12极的通常磁极的情况下，考虑强度及线圈的占积率等，优选使面积比率(S/A)为2.0～2.3。

另外，在图5中，表示以残留磁通密度为0.7T(特斯拉)的稀土类粘合磁铁形成磁铁5，且将磁铁5和磁极基部3d的空隙设为0.3mm(毫米)时的电动机2的测定结果。

由图5可知，伴随面积比率(S/A)的增加，感应电压也增加，直至面积比率(S/A)达到4.8。另一方面，当面积比率(S/A)超过4.8时，相对于面积比率(S/A)的变化，感应电压的变化极小。

即，如果以面积比率(S/A)满足(S/A)＜4.8的方式构成，则如图5所示，伴随磁铁相对面积S的增加，感应电压增加。另一方面，如果面积比率(S/A)在(S/A)＜4.8的范围，则即使磁铁相对面积S增加，感应电压的变化也难以变化。这是由于，由于磁极磁饱和，增加的磁通难以通过磁极。因此，当达到磁饱和状态时，即使增大磁铁相对面积S、或增加磁铁使用量，也不能期待驱动力增加很大。即，当产生磁饱和时，即使增大对线圈6施加的电力，旋转转矩也不增加，从而相对于施加电力的转矩输出即驱动效率变差。另外，在磁极磁饱和的情况下，铁损增加，由此驱动效率也恶化。

如上所述，通过形成包含延长部3b的构成，与位于其外周方向的磁铁5的相对面积增加，可以使流入磁极的磁通量增加。另外，通过使面积比率(S/A)处于(S/A)＜4.8的范围，能够避免来自磁铁5的流入磁通量过多地增加而导致的磁饱和，可以抑制铁损的显著增加。其结果，可以抑制电动机损失，可提高作为电动机的驱动效率。

如以上所说明地，电动机2以面积比率(S/A)满足(S/A)＜4.8的方式构成。因此，在与磁极相连的磁路中不发生磁饱和，驱动效率提高，可实现高效率、低消耗电力。

图6是表示面积比率(S/A)和电动机2的损失的变化的图。横轴表示面积比率(S/A)，纵轴表示损失的增加比率。另外，损失的增加比率与图5的情况相同，将面积比率(S/A)为2.2时的损失作为基准即100％。另外，测定所使用的电动机2也与图5的情况相同，以残留磁通密度为0.7T的稀土土类粘合磁铁形成磁铁5，将磁铁5与磁极基部3d的空隙设为0.3mm。

由图6可知，当面积比率(S/A)小于3.3时，随着面积比率(S/A)的减小，损失增加。另一方面，当面积比率(S/A)超过3.3时，相对于面积比率(S/A)的变化，损失的变化极小，可保持损失最小的状态。

这样，通过使面积比率(S/A)为(S/A)＞3.3，如图6所示地可降低电动机损失。这是由于，当增加磁铁相对面积S时，因磁通的增加而使铁损增加，另一方面，因感应电压的增加而使铜损降低，其结果，铜损降低与铁损增加相抵销，可使损失最佳化，降低总计的损失。

另外，铁损是指将磁滞损和涡电流损合在一起的损失。特别是铁损与磁通密度和转速成正比，在为相同转速的情况下，如果磁通密度增加，则铁损也增加。另一方面，铜损是指在线圈中流过电流时，因线圈的电阻而在铜线内产生的损失。特别是，对于铜损而言，在为相同转矩的情况下，线圈中流动的电流越多，铜损也就越多。

即，如本实施方式那样设置延长部3b来增加磁铁相对面积S的话，则容易取入来自磁铁5的磁通，磁通密度增加，铁损也增加。但是，如图5所示，若增大磁铁相对面积S，则感应电压也随之增加。而且，当感应电压升高时，转矩也随之增加，在为相同转矩的情况下，可减少流过线圈的电流，因此，铜损减少。其结果，当由将铁损和铜损相加的总计的损失来看时，如果面积比率(S/A)小于3.3，则铜损是主要支配的，随着面积比率(S/A)的减小，铜损导致的损失增加。相反，如果面积比率(S/A)超过3.3，则为了抑制铜损减少而使铁损增加，如图6所示，成为大致一定的损失。

这样，在面积比率(S/A)超过3.3时，可降低电动机2的损失，使驱动效率提高。

根据以上的说明，通过使面积比率(S/A)处于小于4.8且超过3.3的范围，可以实现驱动效率的最佳化。即，在上述的电动机2中，通过调整延长部3b的上、下方向延长的长度，使面积比率(S/A)的上限为4.8、下限为3.3且3.3＜(S/A)＜4.8，从而实现驱动效率的提高。

另外，更具体而言，优选如下构成。首先，如上所述，在12极的不具有延长部3b的一般磁极的情况下，优选面积比率(S/A)为2.0～2.3。与之对应，使磁极基部3d的磁铁相对的面积Sd为截面面积A的2.2倍(＝2.2×A)。于是，由于将面积比率(S/A)为3.3＜(S/A)＜4.8的范围，所以延长部3b的磁铁相对的面积Sb为(1.1×A)＜Sb＜(2.6×A)的范围。即，简单地说，上下的延长部3b的合计面积Sb只要以超过磁极基部3d的面积Sd的一半且小于面积Sd的方式而处于(0.5×Sd)＜Sb＜(Sd)的范围即可。另外，在磁极基部3d和延长部3b的圆周方向的长度相等的情况下，只要在上下方向将上下延长部3b的合计长度设为磁极基部3d的一半的长度以上且磁极基部3d的长度以下的范围即可。

另外，在以上的说明中，列举以残留磁通密度为0.7T的稀土类粘合磁铁形成磁铁5、且将磁铁5与磁极基部3d的空隙设为0.3mm的电动机2的例子进行了说明。但是，例如对于磁饱和而言，由于从磁铁5向磁极5a的流入磁通量过多地产生，所以其因磁铁5的强度及磁铁5与磁极基部3d之间的距离而发生变化。即，当磁铁5的强度减弱、或磁铁5与磁极基部3d之间的距离变大时，向磁极5a的流入磁通量减小，因此，上述的面积比率(S/A)的上限变大。根据这样的理由，实质上面积比率(S/A)的上限可简化为同磁铁5的残留磁通密度Br成反比，同磁铁5与磁极基部3d之间的距离成正比。

在此，如上所述，在将磁铁5的残留磁通密度设为0.7T，将磁铁5与磁极基部3d的空隙设为0.3mm时，面积比率(S/A)的上限为4.8。而且，面积比率(S/A)的上限与残留磁通密度成反比，与空隙的距离成正比。由此，当将面积比率(S/A)的上限Ru一般化时，成为(式1)。

Ru＝4.8×(0.7/Br)×(D/0.3)＝11.2×(D/Br)...(式1)

在此，Br(T)为磁铁5的残留磁通密度，D为磁铁5与磁极基部3d的距离(mm)。同样，面积比率(S/A)的下限Rb只要如(式2)那样即可。

Rb＝3.3×(0.7/Br)×(D/0.3)＝7.7×(D/Br)...(式2)

这样，电动机2具备残留磁通密度Br的磁铁5，在该磁铁5与磁极基部3d隔着距离D的空隙而相对面时，将面积比率(S/A)的上限设为11.2×(D/Br)、将下限设为7.7×(D/Br)即可。即，通过使面积比率(S/A)在7.7×(D/Br)＜(S/A)＜11.2×(D/Br)的范围来调整延长部3b的上、下方向延长的长度，可以实现驱动效率的提高。

另外，在以上的说明中，列举外转子型的无刷DC电动机的例子进行了说明，但也可以将本发明适用于内转子型的无刷DC电动机。

另外，在以上的说明中，作为配置于转子上的磁铁列举稀土类粘合磁铁的例子进行了说明，但也可以是例如铁素体磁铁或其它永久磁铁。

(实施方式2)

图7是表示使用了本发明的电动机的电子设备之一例的概略构成的图。图7中，本实施方式的电子设备61包含：作为主体壳体的框体62、搭载于框体62内的电动机67、用于驱动电动机67的驱动器65、用于对驱动器65供电的电源68、将电动机67作为动力源驱动的机构部等负荷(被驱动体)69。在此，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接受电力供给并经由驱动器65而被驱动。经由电动机67的驱动轴向负荷69传递旋转转矩。作为电动机67可使用本发明的电动机2。

作为电子设备61，可示例例如激光打印机。该情况下，作为负荷69，对应的是送纸用辊。图1所示的本发明的电动机2也可以在激光打印机的主体壳体内，与各种电子零件一同载置于沿水平方向配置的配线基板1上。在电动机2的贯通配线基板1向下侧延伸的驱动轴18的下部固定齿轮(未图示)，可将该齿轮和设于送纸用辊的齿轮经由作为减速机构的齿轮箱(未图示)连接。本发明的电动机2由于具有高的驱动效率，能够实现可高效送纸的激光打印机。

根据本发明，可提供驱动效率提高的电动机，因此，适合于在例如激光打印机或激光复印机等电子设备中使用的电动机。但是，本发明的电动机不限于此，也可以作为要求高的驱动效率的电动机而广泛加以利用。

Claims (7)

1.一种电动机，其具备：

定子，其在周向上以第一规定间隔配置有多个磁极；

转子，其旋转自如地配置在与所述定子相对的位置；

磁铁，其在所述转子的表面周向上每隔第二规定间隔而配置，

所述定子将板状体层叠而形成，

将该层叠体的至少包含最外层的层叠的多个板状体向与所述磁铁实质上平行的方向弯曲而形成延长部，

在将包含该延长部在内的与磁铁最接近的磁极前端部的磁铁相对面积设为S、将磁极的最小截面面积设为A时，面积比率S/A满足S/A<4.8。

2.如权利要求1所述的电动机，其中，

所述面积比率S/A还满足S/A>3.3。

3.如权利要求1或2所述的电动机，其中，

所述磁铁使用稀土类磁铁。

4.如权利要求1或2所述的电动机，其中，

所述磁铁使用铁素体磁铁。

5.一种电子设备，其具备权利要求1或2所述的电动机，其具备：

主体壳体；

设于所述主体壳体内的被驱动体。

6.如权利要求5所述的电子设备，其中，

在所述主体壳体内设有配线基板，在所述配线基板上安装有所述电动机，以与所述电动机的所述磁铁相对的方式在所述配线基板上设有磁检测元件。

7.一种电动机，其具备：

定子，其在周向上以第一规定间隔配置有多个磁极；

转子，其旋转自如地配置在与所述定子相对的位置；

磁铁，其在所述转子的表面周向上每隔第二规定间隔而配置，

所述定子将板状体层叠而形成，

将该层叠体的至少包含最外层的层叠的多个板状体向与所述磁铁实质上平行的方向弯曲而形成延长部，

在将包含该延长部在内的与磁铁最接近的磁极前端部的磁铁相对面积设为S、将磁极的最小截面面积为A时，面积比率S/A满足S/A>3.3。