JP5128186B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

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。

そのためには、モータのステータ部及び回路部の外形寸法を、ロータ部に外接する正方形の寸法に、高さ寸法についても同様にロータ部の高さ寸法に限りなく近くすることが望まれる。

この課題を解決するために、駆動・制御用回路を一体に組み込んだブラシレスモータの駆動・制御用回路の構成部品の内、モータ外部からの電源供給用のコネクタ、電源供給の正負ライン間に接続されたコンデンサ、ステータコイルに供給される電流量を検出する電流検出抵抗を除いて、その他の、駆動・制御集積回路及び表面実装対応の電子部品並びにホール素子を、全て、回路基板のロータの開放端側のマグネットの端面と対向する面とは反対側の面に半田付けにより表面実装したものがある。（例えば特許文献１参照）
図３（ａ）に従来のブラシレスモータの構造を、図３（ｂ）に同従来のブラシレスモータのＡ−Ａ’矢視図示す。

図３（ａ）において、ブラシレスモータ３０は、ステータコイル３１が巻装されたステータコア３２と、このステータコア３２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のマグネット３４をその内周側に取り付けたカップ状のロータヨーク３３とこのロータヨーク３３の中央に固定されたシャフト３５とからなるロータ３６と、このシャフト３５を回転自在に支承する軸受３７と、この軸受３７をその内周側に保持しステータコア３２をその外周側に保持するハウジング３８と、このハウジング３８に固定されロータ３６を回転駆動し制御するための駆動・制御用回路を搭載する回路基板４２とを有し、ハウジング３８には、モータが搭載される機器への取り付け部となるフランジ部３９が形成されており、図３（ｂ）に示すように、駆動・制御用回路は、モータ外部からの電源供給用のコネクタ４８と、電源供給の正負ライン間に接続されたコンデンサ４９と、ステータコイル３１に供給される電流量を検出する電流検出抵抗５０と、駆動・制御集積回路４５およびパワーＭＯＳアレイ４６並びに表面実装対応のチップ型電子部品５１そしてホール素子４７からなり、これらの駆動・制御集積回路４５、パワーＭＯＳアレイ４６、チップ型電子部品５１、ホール素子４７は全て、回路基板４２のロータ３６の開
放端側のマグネット３４の端面３４ａと対向する片面４２ａとは反対側の片面４２ｂに半田付けにより表面実装されている。

この構成により、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ものである。
特開２００６−２５５３７号公報（第９−１１頁、図１、図３）

しかしながら、上記従来の構成では、モータの出力を大きく、あるいは効率の向上を図るために、ロータのマグネットとして大きな磁気エネルギーを有する希土類樹脂磁石材料からなるマグネットを使用する際に、ロータの開放端側のマグネット端面から漏洩する磁束が増大する。このため、モータを機器へ取り付けるネジ部より生じる磁性金属製の異物が漏洩する磁力により吸引されて、回路基板のロータの開放端側のマグネット端面と対向する面とは反対側の面に表面実装された駆動・制御用回路の回路部品のリードあるいは配線パターンのランド等に付着して短絡させる虞があるという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、高い信頼性を実現しつつ、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、希土類樹脂磁石材料からなるリング状マグネットを使用し、駆動・制御用回路を一体に組み込んだブラシレスモータの駆動・制御集積回路及び表面実装対応の電子部品並びにホール素子を、回路基板のブラシレスモータのロータの開放端側のマグネット端面と対向する面とは反対側の面に半田付けにより表面実装したブラシレスモータにおいて、この回路基板の回路部品実装面の、ロータの開放端側のマグネット端面から発生する磁束の影響を受ける領域と、前記駆動・制御用回路の回路部品のリードもしくは配線パターンのランドが干渉しない配置となるように実装されたことを特徴とするブラシレスモータである。

また、本発明は、希土類樹脂磁石材料からなるリング状マグネットを使用し、駆動・制御用回路を一体に組み込んだブラシレスモータの駆動・制御集積回路及び表面実装対応の電子部品並びにホール素子を、回路基板のブラシレスモータのロータの開放端側のマグネット端面と対向する面とは反対側の面に半田付けにより表面実装したブラシレスモータにおいて、この回路基板の回路部品実装面の、前記ロータの開放端側のマグネット端面から発生する磁束の影響を受ける領域に実装された駆動・制御用回路の回路部品のリードもしくは配線パターンのランドを絶縁材で被覆したことを特徴とするブラシレスモータである。

本発明の請求項１に記載の発明は、モータを機器へ取り付けるネジ部より生じる磁性金属製の異物が、マグネット端面から漏洩する磁力により吸引されても、回路基板の回路部品実装面の、ロータの開放端側のマグネット端面から発生する磁束の影響を受ける領域に、駆動・制御用回路の回路部品のリードもしくは配線パターンのランドが配置されていないので、リードあるいはランドに磁性金属製の異物が付着することが無く、短絡が生じないという効果を有する。

請求項２に記載の発明は、モータを機器へ取り付けるネジ部より生じる磁性金属製の異物が、マグネット端面から漏洩する磁力により吸引されても、回路基板の回路部品実装面
の、ロータの開放端側のマグネット端面から発生する磁束の影響を受ける範囲に配置された駆動・制御用回路の回路部品のリードもしくはランドを絶縁材で被覆したので、リード間あるいは配線パターンのランドの位置に磁性金属製の異物が付着しても、絶縁材で被覆されているので短絡が生じないという効果を有する。加えて、駆動・制御用回路の回路部品のリードもしくはランドをマグネット端面から発生する磁束の影響を受ける領域に配置可能となるので、請求項１に記載の発明に比べて回路基板の設計の自由度が損なわれず、基板の外径寸法を小さくできるという効果も有する。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２の発明に加えて、回路基板の予めシルク印刷を施した箇所を目安に、絶縁材を塗布できるので、作業性が向上するという効果を奏する。

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）、（ｂ）、（ｃ）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ネオジボンドマグネット等の希土類樹脂磁石材料をリング状に成形したマグネット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９とフランジ部１０を有するハウジングで、軸受７はハウジング８の円筒部９の内周に保持され、ハウジング８の円筒部９の外周にはステータコア２が固定されている。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。

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１０は、モータを搭載する機器への取り付け面となっており、取り付け用のネジ孔１１が形成されている。
ハウジング８のフランジ部１０のモータを搭載する機器への取り付け面の反対側には回路基板１２が固定されている。

回路基板１２の、ロータ６の開放端側のマグネット４の端面４ａと対向する片面１２ａとは反対側のもう一方の片面１２ｂには、駆動・制御用回路部の回路部品およびホール素子１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗ、チップ型電子部品２１が半田付けにより表面実装されている。駆動・制御用回路部のパワー部は、駆動・制御用集積回路１５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１６Ｕ、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１６Ｖ、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１６Ｗの複数のパッケージに分散して構成されている。

また、回路基板１２の片面１２ａには、モータ外部からの電源供給用のコネクタ１８と、電源供給の正負ライン間に接続されたコンデンサ１９と、ステータコイル１に供給される電流量を検出する電流検出抵抗２０等のリードもしくは端子を有する部品のみが配設され、これらのリードもしくは端子は回路基板１２の反対側の片面１２ｂ側へ突出して装着されている。このように、リード部品や端子部品を実装するための全ての半田付けランドは、ロータ６の開放端側のマグネット４の端面４ａと対向する片面１２ａとは反対側の片面１２ｂに配置している。

そして、上記の様にハウジング８のフランジ部１０に形成した穴部１１に磁性金属製の
ネジを螺合してモータが搭載される機器へモータを取り付けることができる。この時、ネジ部から磁性金属製の異物が発生することは避けがたい。磁気エネルギーの大きな希土類樹脂磁石材料を用いることによりモータの出力を大きく、あるいは効率の向上を図ることができるが、一方でロータ６の開放端側のマグネット４の端面４ａ側から漏洩する磁束が増大する。従って、上記の磁性金属製の異物が漏洩する磁力により吸引されて、回路基板１２の、ロータ６の開放端側のマグネット４の端面４ａと対向する片面１２ａの反対側の片面１２ｂに付着し易くなる。本実施の形態１では、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、上記の回路基板１２の片面１２ａおよびそれと逆側の片面１２ｂの、マグネット４の端面４ａ側から漏洩する磁束の影響する領域（符号Ｐで示す）内に、駆動・制御用集積回路１５やパワーＭＯＳアレイ１６、及びホール素子１７などのリードＬもしくは回路パターンのランドＲを配置していないので、駆動・制御用回路の回路部品のリードＬもしくはランドＲ等に磁性金属製の異物が付着して短絡を生じることを防止できる。

図１（ｂ）、（ｃ）に符号Ｐで示される、マグネット４の端面４ａ側から漏洩する磁束の影響する領域とは、ほぼマグネット４のリング形状を回路基板１２上に投影した範囲である。

図１（ｂ）には、駆動・制御用集積回路１５やパワーＭＯＳアレイ１６、及びホール素子１７などのリードＬもしくは回路パターンのランドＲを全てマグネット４の端面４ａ側から漏洩する磁束の影響する領域Ｐの径方向内側に配置した例を示す。

この実施例によれば、回路基板１２の外形寸法を最も小さくできるという効果がある。

回路基板１２の外形寸法に比較的余裕がある場合は、駆動・制御用集積回路１５やパワーＭＯＳアレイ１６、及びホール素子１７などのリードＬもしくは回路パターンのランドＲを、マグネット４の端面４ａ側から漏洩する磁束の影響する領域Ｐの径方向内側と外側に分散して配置することも可能である。

また、図１（ｃ）には、デュアルインライン型のパッケージに収容された駆動・制御用集積回路１５を、リードがマグネット４の端面４ａ側から漏洩する磁束の影響する領域Ｐの径方向外側と内側に跨って配置した例を示す。デュアルインライン型のパッケージに収容されたパワーＭＯＳアレイ１６も同様に配置することが可能である。

この構成は、図１（ｂ）に示す実施例より、回路部品の配置の自由度が大きく、回路基板１２の外形寸法も比較的小さくできるという効果がある。

以上の構成により、高い信頼性を維持しながらモータの出力を大きく、あるいは効率の向上を図ることが可能となり、また、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、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。

（実施の形態２）
図２（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態２のブラシレスモータを示す。

図２（ａ）、（ｂ）において、実施の形態１と同じ構成について同一の符号を付与し、説明を省略する。実施の形態１と異なるのは、回路基板１２の、ロータ６の開放端側のマグネット４の端面４ａと対向する片面１２ａと逆側の片面１２ｂの、マグネット４の端面４ａ側から漏洩する磁束の影響する領域内（図２（ｂ）の仮想円Ｃ１とＣ２の間の領域）に、駆動・制御用集積回路１５やパワーＭＯＳアレイ１６、及びホール素子１７などのリ
ードＬもしくは回路パターンのランドＲが配置されており、さらに、上記のリードＬもしくは回路パターンのランドＲが絶縁材２２により被覆されている点である。

図２（ｂ）の仮想円Ｃ１とＣ２の間の領域は、図１（ｂ）、（ｃ）に符号Ｐで示す領域と同じ領域である。

そしてこの実施の形態の構成によれば、マグネット４の端面４ａ側から漏洩する磁束の影響する領域内に配置された駆動・制御用回路の回路部品のリードＬもしくはランドＲを絶縁材２２で被覆したので、リードＬあるいはランドＲの位置に磁性金属製の異物が付着しても、絶縁材２２で被覆されているので、短絡の発生を防止できるという効果を有する。加えて、駆動・制御用回路の回路部品のリードＬもしくはランドＲをマグネット４の端面４ａ側から発生する磁束の影響を受ける領域に配置可能となるので、上記の実施の形態１の構成に比べて回路基板１２の設計の自由度が損なわれず、回路基板１２の外径寸法を小さくできるという効果も有する。

絶縁材２２としては、通常回路基板の防湿処理用に使用されるコーティング剤を用いることにより、防湿処理も兼ねることができる。

また、蛍光染料を添加した絶縁コーティング剤を使用すれば、コーティング作業の確認が容易となる。

また、回路基板１２の片面１２ｂの絶縁材２２で被覆される箇所には、予めシルク印刷が施されているので、このシルク印刷を目安に絶縁材２２を塗布できる。作業性が格段に向上し、必要な箇所に集中して絶縁材２２の塗布作業ができるので、絶縁材２２の塗布量を必要最低限に止めて、コストアップを抑制することができる。

なお、本実施の形態２においては、マグネット４の端面４ａ側から漏洩する磁束の影響する領域内に配置された駆動・制御用回路の回路部品のリードＬもしくはランドＲのみ絶縁材２２により被覆したが、絶縁材２２を塗布する作業を１度で完了するため、マグネット４の端面４ａ側から漏洩する磁束の影響する領域全面を被覆しても同様な効果が得られる。また、デュアルインラインタイプのパッケージに収容された集積回路等の回路部品で、片側のリードのみマグネット４の端面４ａ側から漏洩する磁束の影響する領域内に配置されている場合、作業性を考慮してその集積回路全体を絶縁材２２で被覆しても良い。

本発明に係る駆動・制御用回路を一体に組み込んだブラシレスモータは、駆動・制御集積回路及び表面実装対応の電子部品並びにホール素子を、回路基板のロータの開放端側のマグネット端面と対向する面とは反対側の面に半田付けにより表面実装する構成としても、モータを機器へ取り付けるネジ部より生じる磁性金属製の異物が、マグネット端面から漏洩する磁力により吸引されてリードあるいはランドに付着して短絡させることを防止できるという効果を有し、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等として有用である。

（ａ）本発明の実施の形態１によるブラシレスモータの構造断面図、（ｂ）実施の形態１によるブラシレスモータのＡ−Ａ’矢視図、（ｃ）実施の形態１による回路部品配置を変えたブラシレスモータのＡ−Ａ’矢視図 （ａ）本発明の実施の形態２によるブラシレスモータの構造断面図、（ｂ）実施の形態２によるブラシレスモータのＡ−Ａ’矢視図 （ａ）従来の技術の断面図、（ｂ）同従来の技術のＡ−Ａ’矢視図

符号の説明

１、３１ ステータコイル
２、３２ ステータコア
３、３３ ロータヨーク
４、３４ マグネット
４ａ、３４ａ マグネットのロータヨーク開放側の端面
５、３５ シャフト
６、３６ ロータ
７、３７ 軸受
８、３８ ハウジング
９ 円筒部
１０、３９ フランジ部
１１ ネジ孔
１２、４２ 回路基板
１２ａ、４２ａ 回路基板１２の片面
１２ｂ、４２ｂ 回路基板１２のもう一方の片面
１５、４５ 駆動・制御用集積回路
１６Ｕ、１６Ｖ、１６Ｗ、４６ 第１〜第３のパワーＭＯＳアレイ
１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗ、４７ ホール素子
１８、４８ 電源供給用のコネクタ
１９、４９ コンデンサ
２０、５０ 電流検出抵抗
２１、５１ チップ型電子部品
２２ 絶縁材
３０ モータ
Ｃ１、Ｃ２ 仮想円
Ｌ リード
Ｒ ランド

Claims (3)

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希土類樹脂磁石材料からなる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・制御用回路を搭載する回路基板とを有し、前記ハウジングには、モータが搭載される機器への取り付け部が形成されており、前記駆動・制御用回路は、モータ外部からの電源供給用のコネクタと、電源供給の正負ライン間に接続されたコンデンサと、前記ステータコイルに供給される電流量を検出する電流検出抵抗と、駆動・制御集積回路及び表面実装対応の電子部品並びにホール素子からなり、駆動・制御集積回路及び表面実装対応の電子部品並びにホール素子は全て、回路基板の前記ロータの開放端側のマグネット端面と対向する面とは反対側の面に半田付けにより表面実装されており、この回路基板の回路部品実装面の、前記ロータの開放端側のマグネット端面から発生する磁束の影響を受ける領域と、前記駆動・制御用回路の回路部品のリードもしくは配線パターンのランドが干渉しない配置となるように実装されたことを特徴とするブラシレスモータ。
2. 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希土類樹脂磁石材料からなる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・制御用回路を搭載する回路基板とを有し、前記ハウジングには、モータが搭載される機器への取り付け部が形成されており、前記駆動・制御用回路は、モータ外部からの電源供給用のコネクタと、電源供給の正負ライン間に接続されたコンデンサと、前記ステータコイルに供給される電流量を検出する電流検出抵抗と、駆動・制御集積回路及び表面実装対応の電子部品並びにホール素子からなり、駆動・制御集積回路及び表面実装対応の電子部品並びにホール素子は全て、回路基板の前記ロータの開放端側のマグネット端面と対向する面とは反対側の面に半田付けにより表面実装されており、この回路基板の回路部品実装面の前記駆動・制御用回路の回路部品のリードもしくは配線パターンのランドのうち前記ロータの開放端側のマグネット端面から発生する磁束の影響を受ける領域に実装された部分を、絶縁材で被覆したことを特徴とするブラシレスモータ。
3. 回路基板の絶縁材で被覆する箇所に予めシルク印刷を施した請求項２に記載のブラシレスモータ。
   

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