JP4843303B2 - Brushless motor - Google Patents
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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。 The present invention relates to a brushless motor used as a main motor for simultaneously driving various mechanisms such as a copying machine and a laser beam printer, and in particular, a stator core (iron core) around which a stator coil is wound, a rotor attached with a ring magnet, and a rotor The present invention relates to a brushless motor having a hall element for detecting the position of the rotor and a speed detecting means for detecting the rotational speed of the rotor, and incorporating a drive / control circuit for rotating and controlling the rotor integrally with the motor. is there.
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。 In recent years, document products such as copiers and laser beam printers have been aimed at higher image quality, higher speed printing, and colorization in recent years, and in order to realize them simultaneously, so-called tandem systems are provided with a photosensitive drum for each color. There is a tendency. Although the conventional one-drum configuration is a two-drum and four-drum configuration, the size of the equipment cannot be denied, but the main motor that drives various mechanisms to reduce the size is reduced in thickness. There is a demand for smaller diameter, space saving, and higher output.
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。 And as a main motor, a brushless motor that incorporates a motor unit having a stator with a stator core (iron core) suitable for high output and a drive / control circuit for rotationally driving and controlling the motor is generally used. Therefore, it is required to reduce the thickness, diameter, space, and output of the entire motor including the circuit portion.
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。 On the other hand, in a brushless motor used as a so-called main motor that simultaneously drives various mechanisms such as a copying machine and a laser beam printer, a high output is required, so that a large current needs to flow through a stator coil (armature coil). However, when the drive current is increased, heat generation due to power loss in the power section of the drive / control circuit increases. Therefore, since it is necessary to attach a heat sink to the power section, this has been an obstacle to reducing the thickness, diameter, and space of the main motor.
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)。 Therefore, as a solution to the above-described conventional problems in a brushless motor used as a so-called main motor for simultaneously driving various mechanisms such as a copying machine and a laser beam printer, an electronic component of a power unit is mounted on a mounting plate for mounting the brushless motor on a device. The structure which omits a heat sink by making these contact directly is proposed (for example, refer patent document 1).
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。
FIG. 4 shows a conventional technique described in Patent Document 1 described above.
In FIG. 4, 41 is a circuit board. On the upper surface of the
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。
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。
However, in the configuration according to the prior art, since the heat dissipation effect varies unless the control integrated circuit 42 is securely brought into contact with the motor mounting plate, it is necessary to attach the control integrated circuit 42 from the
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。 The present invention solves such a conventional problem, and suppresses heat generation of a drive / control integrated circuit that drives a brushless motor in a limited space, while reducing the thickness, reducing the diameter, saving space, and It is an object of the present invention to provide a brushless motor in which a drive / control circuit for achieving high output is integrated with a motor.
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。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a copper foil on a circuit board facing the rotor magnet end face of a brushless motor, and drives a brushless motor mounted on a surface opposite to the copper foil. The pattern to which the lead of the power part of the drive / control circuit to be connected is connected by a copper foil and a through hole.
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。 According to the first aspect of the present invention, since the copper foil area to which the lead of the power part of the drive / control circuit for driving the brushless motor is connected can be widened, parts are added for heat dissipation. Since heat generation can be suppressed without any problem, downsizing becomes easy.
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。 According to the second aspect of the present invention, since the comb-shaped portion of the copper foil is cooled by the air flow generated by the rotation of the rotor, the heat generated in the power portion of the drive / control circuit conducted to the comb-shaped portion is more effective. Heat is effectively dissipated.
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。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
(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。
(Embodiment 1)
FIG. 1A to FIG. 3 show a brushless motor of (Embodiment 1) of the present invention.
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。
In FIG. 1A, reference numeral 1 denotes a stator coil, which is wound around each salient pole of the
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。
In the present embodiment, a
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。
An FG pattern (speed detection pattern) 21 and a cancel pattern 22 are formed on one
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。
The cancel pattern 22 is disposed inside the
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。
In addition to the FG pattern (speed detection pattern) 21 and the cancel pattern 22, a
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。
Further, a plurality of through
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。
On the other hand, on the
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。 With the above configuration, the copper foil area to which the power lead of the drive / control circuit that drives the brushless motor is connected can be increased, so heat generation can be suppressed without adding components for heat dissipation. Becomes easy.
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。
Further, as shown in FIG. 1B and FIG. 2C, which are detailed views of the P portion of FIGS. 1A and 1A, the
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。
Since the first
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。
In the present embodiment, the
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。
In addition, according to the above configuration, the
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。
All the soldering lands of the
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。
As a result, it is possible to solder the driving / control integrated circuit and electronic components corresponding to the surface mounting at the same time, and the man-hour can be greatly reduced. Further, since there is no lead or terminal portion protruding on the stator coil 1 side, there is no need to increase the distance between the stator coil 1 and the
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。 As described above, it is possible to provide an operation and effect that it is possible to provide a drive / control circuit-integrated brushless motor that is excellent in diameter reduction, space saving, and suitable for high output.
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。
Further, by providing the hole 8c in the
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。 The brushless motor of the present invention is useful as a main motor for simultaneously driving various mechanisms such as a copying machine and a laser beam printer.
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
21a Power generation line element of speed
Claims (2)
The brushless motor according to claim 1, wherein the copper foil has a comb-like portion formed in a nested structure between the line elements of the speed detection pattern.
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