JP2007166784A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】複写機、レーザービームプリンタ等の各種機構を同時に駆動するブラシレスモータを駆動する駆動・制御用回路のパワー部の放熱構造における作業性の低下、占有スペースの増大という課題を解決し、薄型化、小径化、省スペース化、かつ高出力化を図った駆動・制御用回路をモータと一体に組み込んだブラシレスモータを提供することを目的とする。
【解決手段】ブラシレスモータの回路基板１１のロータマグネット端面４ａと対抗する側１１ａ上に銅箔２３ａを配設し、この銅箔２３ａとは反対側の面１１ｂに実装されたブラシレスモータを駆動する駆動・制御用回路のパワー部１５Ｖのリードが接続されるパターン３１Ｖを銅箔２３ａとスルーホール２３ｅにより結合した構成とすることにより、パワー部１５Ｖのリードが接続される銅箔面積を広くできるため、放熱のために部品を追加することなく発熱を抑制できるので、薄型化、小径化、省スペース化が容易となる。
【選択図】図１

Description

本発明は複写機、レーザービームプリンタ等の各種機構を同時に駆動するメインモータとして用いられるブラシレスモータに関し、特にステータコイルが巻装されたステータコア（鉄心）と、リング状マグネットを取り付けたロータと、ロータの位置を検出するホール素子と、ロータの回転速度を検出する速度検出手段とを有し、ロータを回転駆動し制御するための駆動・制御用回路をモータと一体に組み込んだブラシレスモータに関するものである。

近年、複写機、レーザービームプリンタ等のドキュメント製品は、近年高画質化、高速プリント化、カラー化を指向しておりそれらを同時に実現するために各色毎に感光体ドラムを備える所謂タンデム方式化の傾向にある。従来１ドラムの構成であったものが２ドラム、４ドラム化の構成をとるために機器の大型化は否めないが、大型化を抑制するために各種機構を駆動するメインモータには、薄型化、小径化、省スペース化、かつ高出力化が要求されている。

そしてメインモータとしては、高出力に適したステータコア（鉄心）付きのステータを備えるモータ部と、モータを回転駆動し制御するための駆動・制御用回路を一体に組み込んだブラシレスモータが一般的に用いられており、回路部を含めたモータ全体として、薄型化、小径化、省スペース化、かつ高出力化を図ることが要求されている。

一方、複写機、レーザービームプリンタ等の各種機構を同時に駆動する所謂メインモータとして用いられるブラシレスモータにおいては、高出力が要求されるためステータコイル（電機子コイル）に大電流を流す必要がある。しかしながら、駆動電流を大きくすると、駆動・制御用回路のパワー部における電力損失による発熱が大きくなる。従って、パワー部に放熱板を取り付ける必要があるので、メインモータの、薄型化、小径化、省スペース化の阻害要因となっていた。

そこで、複写機、レーザービームプリンタ等の各種機構を同時に駆動する所謂メインモータとして用いられるブラシレスモータにおいて上記従来の課題の解決策として、ブラシレスモータを機器に取り付けるための取付板にパワー部の電子部品を直接接触させることにより、放熱板を省く構成が提案されている（例えば特許文献１参照）。

図４に上記特許文献１に記載された従来の技術を示す。
図４において、４１は回路基板である。回路基板４１の上面には制御用集積回路４２等のロータを回転駆動し制御するための駆動・制御用回路が実装されている。制御用集積回路４２と回路基板４１の上面との間には空間部４３が設けられ、この空間部４３内には電子チップ部品４４が配設されている。４５はモータ取付板であり、モータの全上面を略覆う広さを有し、回路基板４１と接近して配設され、底面が制御用集積回路４２の上面と接触して放熱板の機能を果たしている。

回路基板４１の上面には前述のごとく制御用集積回路４２や電子チップ部品４４等が配設され、回路基板４１の下面には速度検出パターン（速度検出用平面コイル）４６や回路がプリントされ、制御用集積回路４２のアウターリード４７が回路基板４１の下面側へ突出して形成されている。
実開平７−９０７８号公報（第５−７頁、図１）

しかしながら、上記従来技術による構成では、制御用集積回路４２をモータ取付板に確実に接触させなければ放熱効果がばらつくため、制御用集積回路４２を回路基板４１から均一な間隔を保って取り付ける必要が有る。そのため極めて作業性が悪いという課題が有る。また、モータ（回路基板）の外径を小さくするために制御用集積回路４２と回路基板４１との間に、チップ部品４４を実装させるので、制御用集積回路４２とチップ部品４４の間にも空間部４３を設ける必要が発生し、薄型化を阻害する構成となる。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、限られたスペースでブラシレスモータを駆動する駆動・制御集積回路の発熱を抑制しつつ、薄型化、小径化、省スペース化、かつ高出力化を図った駆動・制御用回路をモータと一体に組み込んだブラシレスモータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、ブラシレスモータのロータマグネット端面と対抗する側の回路基板上に銅箔を配設し、この銅箔とは反対側の面に実装されたブラシレスモータを駆動する駆動・制御用回路のパワー部のリードが接続されるパターンを銅箔とスルーホールにより結合したものである。

本発明の請求項１に記載の発明によれば、ブラシレスモータを駆動する駆動・制御用回路のパワー部のリードが接続される銅箔面積を広くできるため、放熱のために部品を追加することなく発熱を抑制できるので、小型化が容易となる。

請求項２に記載の発明は、ロータの回転により生じる空気流により銅箔の櫛状部が冷却されるので、この櫛状部に伝導された駆動・制御用回路のパワー部の発熱がより効果的に放熱されるという効果を有する。

以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１（ａ）〜図３は本発明の（実施の形態１）のブラシレスモータを示す。

図１（ａ）において、１はステータコイルで、ステータコア２の各突極に巻装されている。３は磁性材からなるロータヨークで、このロータヨーク３の内周に取り付けられたロータマグネット４と、中央に固定されたシャフト５とによりロータ６を形成している。７はロータ６のシャフト５を支承する軸受である。８は円筒部８ａとフランジ部８ｂを有するハウジングで、軸受７はハウジング８の円筒部８ａの内周に保持され、ハウジング８の円筒部８ａの外周にはステータコア２が固定されている。

そして、本実施の形態においてはハウジング８のフランジ部８ｂに磁性体からなる取付板１０が設けられており、この取付板１０を介してモータを搭載する機器へ取り付けられる。ロータマグネット４の内周面には、径方向に複数の駆動用着磁が施されている。ロータマグネット４の開放端の端面には、ＦＧマグネット部４ａが形成されている。このＦＧマグネット部４ａは、ロータマグネット４の内周面の駆動用着磁と直交する方向に複数のＮ，Ｓ磁極が交互に周方向へ速度検出の分解能を高めるため駆動用着磁より多極に着磁されている。

ハウジング８のフランジ部８ｂに取り付けられた回路基板１１の片面１１ａには、ロータマグネット４の端面のＦＧマグネット部４ａに対向するようにＦＧパターン（速度検出パターン）２１とキャンセルパターン２２が形成されている。ＦＧパターン（速度検出パターン）２１は、図２（ａ）に示すように前記ＦＧマグネット部４ａの着磁極数と等しい発電線素２１ａがロータマグネット４の端面のＦＧマグネット部４ａと対向し、各発電線素２１ａを直列に接続して環状に形成されている。

キャンセルパターン２２はＦＧパターン２１の内側にＦＧパターン２１を囲むように配設され、ステータコイル１から発生するノイズ等により速度検出信号に重畳したノイズ成分とキャンセルパターン２２に生じたノイズとが逆相となるようにＦＧパターン２１に直列に接続されて形成されている。

そして、回路基板１１の片面１１ａにはＦＧパターン（速度検出パターン）２１およびキャンセルパターン２２とは別に、図２（ｂ）に示す銅箔２３が形成されている。本実施の形態では銅箔２３は、２３ａ、２３ｂ、２３ｃの３つの独立したパターンからなり、それぞれ互いに電気的に絶縁されている。また、銅箔２３の独立したパターン２３ａ、２３ｂ、２３ｃには、ＦＧパターン（速度検出パターン）２１の各線素２１ａの間に入れ子構造に形成された櫛状部２３ｄが形成されており、図２（ｃ）に示すようにＦＧパターン（速度検出パターン）２１を径方向外方から略環状に囲むように配設されている。

さらに、銅箔２３の独立したパターン２３ａ、２３ｂ、２３ｃにはそれぞれ複数のスルーホール２３ｅが形成されている。

一方、回路基板１１の他方の片面１１ｂには、図３に示すように駆動・制御用回路部の駆動・制御集積回路とホール素子１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗと小型抵抗器１３が半田付けにより表面実装されている。集積回路はプリドライブ・制御用集積回路１４と、Ｕ相のステータコイルへの通電をオン／オフする第１のパワーＭＯＳアレイ１５Ｕ、Ｖ相のステータコイルへの通電をオン／オフする第２のパワーＭＯＳアレイ１５Ｖ、Ｗ相のステータコイルへの通電をオン／オフする第３のパワーＭＯＳアレイ１５Ｗの複数のパッケージに分散して構成されている。そして、第１のパワーＭＯＳアレイ１５Ｕ、第２のパワーＭＯＳアレイ１５Ｖ、第３のパワーＭＯＳアレイ１５Ｗのリードには、それぞれ配線パターン３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗが接続されている。この配線パターン３１Ｕ、３１Ｖ、３１ＷにはそれぞれパワーＭＯＳアレイに生じる発熱が伝導され、放熱されるように広い面積を有するように構成されている。そして、配線パターン３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗの一部は、前記回路基板１１の片面１１ａに形成された銅箔２３の独立したパターン２３ａ、２３ｂ、２３ｃとそれぞれ回路基板１１の裏表で重なるように配設されており、それぞれスルーホール２３ｅで熱的に結合するように構成されている。以上の構成を図３のＸ−Ｘ‘矢視図である図１（ａ）および図１（ａ）のＰ部の詳細図である図１（ｂ）を参照してさらに詳細に説明する。回路基板１１の片面１１ｂ側に実装された第２のパワーＭＯＳアレイ１５Ｖのリードに接続された配線パターン３１Ｖの一部が、もう一方の片面１１ａ側に形成された銅箔２３の３つ独立したパターンの一つである２３ａと回路基板１１の裏表で重なる様に配設されており、複数のスルーホール２３ｅで熱的に結合されている。

以上の構成により、ブラシレスモータを駆動する駆動・制御用回路のパワー部のリードが接続される銅箔面積を広くできるため、放熱のために部品を追加することなく発熱を抑制できるので、小型化が容易となる。

さらに、図１（ａ）および図１（ａ）のＰ部の詳細図である図１（ｂ）ならびに図２（ｃ）に示すように、回路基板の片面１１ａ側に形成された銅箔２３の３つ独立したパターンの一つである２３ａに形成された櫛状部２３ｄが、ロータマグネット４の端面のＦＧマ
グネット部４ａに対向するように配設されるので、ロータ６の回転により生じる空気流により銅箔２３ａの櫛状部２３ｄが冷却されるので、この櫛状部２３ｄに伝導された駆動・制御用回路のパワー部である第２のパワーＭＯＳアレイ１５Ｖの発熱がより効果的に放熱されるという効果を有する。

第１のパワーＭＯＳアレイ１５Ｕおよび第３のパワーＭＯＳアレイ１５Ｗにおいても上記と同様な構成であるので以上の作用による効果が得られることは明らかである。

本実施の形態では、ロータ６の回転により生じる空気流による放熱効果を最も効果的に発揮できるように、ＦＧパターン（速度検出パターン）２１を径方向外方から略環状に囲むように銅箔２３の独立したパターン２３ａ、２３ｂ、２３ｃを配設したが、ＦＧパターン（速度検出パターン）２１を径方向内方から略環状に囲むように銅箔２３の独立したパターン２３ａ、２３ｂ、２３ｃを配設しても効果が得られる。この場合には、回路基板１１の外形寸法をさらに小さくすることが可能となる。また、キャンセルパターン２２をＦＧパターン２１の外側に配置することにより、ＦＧパターン（速度検出パターン）２１の各線素２１ａの間に、銅箔２３の独立したパターン２３ａ、２３ｂ、２３ｃに櫛状部２３ｄを径方向内側から入れ子構造に形成することが可能となる。

加えて、以上の構成によれば、駆動・制御用集積回路や電子部品が配設された前記回路基板１１の片面１１ｂとは反対側のもう一方の片面１１ａに、ＦＧパターン２１及びキャンセルパターン２２と、更に銅箔２３がプリントされている。

そして、回路基板１１の全ての半田付けランドは、ＦＧパターン２１とは反対側の面１１ｂに配置している。

その結果、表面実装に対応した駆動・制御用集積回路や電子部品は同時に半田付けが可能となり、大幅な工数の削減ができる。また、ステータコイル１の側に突き出すリードもしくは端子部が無いので、ステータコイル１と回路基板１１との間隔を大きくする必要が無く、部品実装面の高さも低く出来るためモータの全高寸法を低くできる。

以上により、優れた小径化、省スペース化、かつ高出力化に適した駆動・制御用回路一体型のブラシレスモータを提供することができるという作用・効果を奏することができる。

また、ハウジング８のフランジ部８ｂに穴部８ｃを設けることにより、このフランジ部８ｂをモータが搭載される機器への取り付け部として利用できる。この構成により、別途取り付け部材を必要とせず、モータの構成部品を削減できるため、更にモータ高さ寸法を小さくでき、組み立て工数も低減したブラシレスモータを提供することができるという作用・効果を有する。

本発明のブラシレスモータは、複写機、レーザービームプリンタ等の各種機構を同時に駆動するメインモータとして有用である。

（ａ）本発明の実施の形態１の断面図、（ｂ）本発明の実施の形態１の要部拡大断面図 （ａ）本発明の実施の形態１のＦＧパターン（速度検出パターン）図、（ｂ）同実施の形態の銅箔を示す図、（ｃ）同実施の形態のＦＧパターン（速度検出パターン）図と銅箔を示す図 同実施の形態の平面図 従来技術のブラシレスモータの断面図

符号の説明

１ ステータコイル
２ ステータコア
３ ロータヨーク
４ ロータマグネット
４ａ ＦＧマグネット部
５ シャフト
６ ロータ
７ 軸受
８ ハウジング
８ａ 円筒部
８ｂ フランジ部
８ｃ ネジ孔
１０、４５ 取付板
１１、４１ 回路基板
１１ａ 回路基板の片面
１１ｂ 回路基板１１のもう一方の片面
１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗ ホール素子
１３ 小型抵抗器
１４ プリドライブ・制御用集積回路
１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗ 第１〜第３のパワーＭＯＳアレイ
２１、４６ ＦＧパターン（速度検出パターン）
２１ａ 速度検出用ＦＧパターン２１の発電線素
２２ キャンセルパターン
２３ 銅箔
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ 銅箔２３の独立したパターン
２３ｄ 櫛状部
２３ｅ スルーホール
３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗ 配線パターン
４２ 制御用集積回路
４３ 空間部
４４ 電子チップ部品
４７ アウターリード

Claims (2)

1. ステータコイルが巻装されたステータコアと、このステータコアと対向して配置され、内周に円周方向に複数の駆動用着磁を施したリング状マグネットをその内周側に取り付けたカップ状のロータヨークとこのロータヨークの中央に固定されたシャフトとからなるロータと、前記シャフトを回転自在に支承する軸受と、この軸受をその内周側に保持し前記ステータコアをその外周側に保持するハウジングと、前記ロータのマグネットの回転方向の位置を検出するホール素子と、ロータの回転速度を検出する速度検出手段と、前記ハウジングに固定され前記ロータを回転駆動し制御するための駆動・制御集積回路及び表面実装対応の電子部品とからなる駆動・制御用回路を搭載する回路基板とを有し、前記速度検出手段は、前記ロータの開放端側のマグネット端面に円周方向に施された複数の着磁部と、この着磁部と対応する位置であって前記回路基板上の前記ロータのマグネット端面と対向する側に配置された前記着磁部の極数と同数の線素数を直列に接続して円環状に全周にわたり形成された速度検出パターンとからなり、前記駆動・制御集積回路はプリドライブ・制御用集積回路と、ステータコイルへの通電をオン／オフする複数のパワーＭＯＳアレイとの複数のパッケージに分散して構成され、前記駆動・制御集積回路及び前記表面実装対応の電子部品は全て、回路基板の速度検出パターンが形成される側とは反対側の面に半田付けにより表面実装されており、前記回路基板上の速度検出パターンが形成される側に前記速度検出パターンとは別に銅箔を配設し、前記パワーＭＯＳアレイの各リードがそれぞれ接続される配線パターンに前記銅箔をスルーホールにより結合してなるブラシレスモータ。
2. 銅箔が速度検出パターンの各線素の間に入れ子構造に形成された櫛状部を有する請求項１記載のブラシレスモータ。
   
   

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