JP5629875B2

JP5629875B2 - モータ

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Publication number: JP5629875B2
Application number: JP2010182546A
Authority: JP
Inventors: 靖由岩下; 敬三古川; 耕一奥村
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec America Corp
Priority date: 2010-08-17
Filing date: 2010-08-17
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2030-08-17
Also published as: CN102377311B; JP2012044755A; CN102377311A; US8653707B2; US20120043862A1

Description

本発明は、エンコーダを備えるインナロータ型のモータに関する。

従来より、複写機や複合機等の事務機器、あるいは、家電製品にて、駆動源としてインナロータ型のモータが用いられている。このようなモータとして、例えば、特開平１１−２１５７７５号公報や特開２００５−２２９６９８号公報に開示されるように、エンコーダを備えるものがある。
特開平１１−２１５７７５号公報特開２００５−２２９６９８号公報

特開平１１−２１５７７５号公報に開示されるモータでは、エンコーダのスリット円板がロータヨークから径方向外方へと突出するため、モータが径方向に大きくなる。一般的に、エンコーダに透過型のセンサが用いられる場合、スリットが形成されたエンコーダディスクが軸方向に移動すると、ディスクとセンサとが接触してディスクが損傷する。さらに、ディスクを取り付ける際に、ディスクをセンサの間隙に挿入する必要があり、組み立てに熟練が必要となる。

特開２００５−２２９６９８号公報に記載のブラシレスモータでは、エンコーダのディスクが、ロータヨークの内側に設けられる。このため、モータの組み立てに熟練が必要である。また、ディスクの配置スペースを確保するために、モータが軸方向に大きくなる。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、モータの軸方向の大きさを小さくすることを主たる目的の一つとする。また、エンコーダの信頼性の向上、および、モータの組み立て工数の削減も目的とする。

本発明の一の側面に係る例示的なモータは、シャフトと、中心軸を中心に前記シャフトを回転可能に支持する軸受と、前記シャフトに固定され、外周にロータマグネットを有する回転本体と、前記ロータマグネットの径方向外側に配置されたステータと、軸方向における前記回転本体の一方側に配置され、前記中心軸に垂直な回路基板と、前記回転本体の回転を検出するエンコーダと、を備える。前記エンコーダは、前記回転本体の前記回路基板に対向する面上に設けられた反射パターンと、前記回路基板上に設けられ、前記反射パターンに光を照射して前記回転本体の回転を検出する反射型の回転検出センサと、を備える。

本発明では、モータの軸方向の大きさを小さくすることができる。

図１は、第１の実施形態に係るモータの縦断面図である。図２は、第１の実施形態に係るモータの縦断面図である。図３は、回転部の斜視図である。図４は、回転部の分解斜視図である。図５は、第２の実施形態に係るモータの縦断面図である。図６は、第３の実施形態に係るモータの縦断面図である。

本明細書では、中心軸方向における図１の上側を「上側」と呼び、下側を「下側」と呼ぶ。「上側」および「下側」という表現は、必ずしも重力方向と一致する必要はない。また、中心軸を中心とする周方向を「周方向」と呼び、中心軸を中心とする径方向を「径方向」と呼び、中心軸に平行な方向を「軸方向」と呼ぶ。他の類似する図においても同様である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の例示的な第１の実施形態に係るモータ１の縦断面図である。モータ１は、例えば、複写機、プリンタ、複合機等の事務機器の駆動源として用いられるインナロータ型のブラシレスモータである。

モータ１は、回転部１１と、静止部１２と、２つの軸受１３と、エンコーダ１４と、を備える。回転部１１は、上下方向を向く中心軸Ｊ１を中心に回転する。図１では、出力軸が下方を向く。軸受１３は、静止部１２に固定され、回転部１１を回転可能に支持する。軸受１３は、含油スリーブである。

回転部１１は、シャフト１１１と、ロータホルダ１１２と、ロータマグネット１１３と、位置検出用マグネット１１４と、を備える。シャフト１１１は、中心軸Ｊ１を中心とする略円柱状であり、軸受１３により回転可能に支持される。ロータホルダ１１２は、シャフト１１１の出力側とは反対側に取り付けられる。ロータホルダ１１２は、シャフト固定部２１１と、蓋部２１２と、円筒部２１３と、を備える。シャフト固定部２１１は上側の軸受１３の上側にてシャフト１１１に固定される。蓋部２１２はシャフト固定部２１１の上端から径方向外方へと広がる。円筒部２１３は、蓋部２１２の外縁から下方へと延びる。

ロータマグネット１１３は、円筒部２１３の外側面に固定される。ロータマグネット１１３は、円筒状であってもよく、複数のマグネットが周方向に配列されたものであってもよい。ロータホルダ１１２は、薄板をプレス加工することにより形成される。薄板は、例えば、金属である磁性体にて形成される。シャフト固定部２１１と上側の軸受１３との間には、ワッシャである樹脂板２１４が配置される。シャフト１１１には、下側の軸受１３の下側に止め具２１５が取り付けられる。シャフト固定部２１１および止め具２１５により、シャフト１１１の上下方向への移動が防止される。

静止部１２は、カバー部材１２１と、ステータ１２２と、回路基板１２３と、を備える。カバー部材１２１は、内筒部２２１と、外筒部２２２と、底部２２３と、を備える。内筒部２２１および外筒部２２２は、中心軸Ｊ１を中心とする円筒状であり、同軸に配置される。

底部２２３は、外筒部２２２の下端と内筒部２２１の下端とを接続する。底部２２３には、モータ１を所望の位置に取り付けるための複数の取付孔２２４が設けられる。モータ１では、底部２２３に取付孔２２４が設けられ、出力軸が下方へ突出するため、取付強度を確保することができる。さらに、回路基板１２３やエンコーダ１４を底部２２３上ではなく出力軸とは反対側に設けることにより、ステータ１２２の位置を底部２２３に近づけることができ、トルクの発生中心を軸受スパンの間に容易に位置させることができる。

内筒部２２１は、内側面にて軸受１３を支持する。外筒部２２２は、内側面にてステータ１２２を支持する。カバー部材１２１は、金属である１つの板部材のプレス加工により成型される。好ましくは、カバー部材１２１は導電性部材である。また、さらに好ましくは、カバー部材１２１は磁性体である。

ステータ１２２は、ステータコア２３１と、インシュレータ２３２と、コイル２３３と、を備える。ステータ１２２は、中心軸Ｊ１を中心とする環状である。ステータコア２３１は、複数の薄板の磁性鋼板を上下方向に積層して形成される。ステータコア２３１のコアバックは、外筒部２２２に圧入される。ステータコア２３１のティースは、コアバックから径方向内方へと延びる。ティースの先端は、ロータマグネット１１３に径方向に対向する。すなわち、ステータ１２２は、ロータマグネット１１３の径方向外側に配置される。インシュレータ２３２は、ステータコア２３１を覆う。

上下方向において、ステータコア２３１の上面の位置とカバー部材１２１の外筒部２２２の上端の位置とが一致する。これにより、ステータコア２３１を外筒部２２２に固定する強度を低下させることなく外筒部２２２の高さを最小とすることができる。インシュレータ２３２の上部の外側面は、外筒部２２２の上側にて外筒部２２２の内側面よりも僅かに径方向外側に位置する。換言すれば、モータ１の外側面の一部は、インシュレータ２３２の外側面である。

回路基板１２３は、インシュレータ２３２の上方に位置する。回路基板１２３は、中心軸Ｊ１に垂直に配置される。回路基板１２３からコイル２３３に電流を流すことにより、ステータ１２２とロータマグネット１１３との間にトルクが発生する。これにより、回転部１１が中心軸Ｊ１を中心として回転する。

図２に示すように、回路基板１２３上には、位置検出センサ２４１が実装される。位置検出センサ２４１は、位置検出用マグネット１１４と軸方向に対向する。位置検出用マグネット１１４は中心軸Ｊ１を中心とする環状であり、周方向に多極着磁されている。位置検出センサ２４１はホール素子を備え、位置検出用マグネット１１４により生じる磁界を検出する。これにより、回転部１１の回転位置が検出される。

エンコーダ１４は、回転検出センサ１４１と、磁性板１４２と、を備える。回転検出センサ１４１は回路基板１２３の回転部１１に対向する面に取り付けられる。図３は、回転部１１および磁性板１４２を示す斜視図であり、図４は分解斜視図である。既述のように、回転部１１は、シャフト１１１にロータホルダ１１２を固定した後、ロータホルダ１１２の外周面にロータマグネット１１３を接着し、ロータホルダ１１２の蓋部２１２に位置検出用マグネット１１４を接着することにより組み立てられる。

磁性板１４２は、中心軸Ｊ１に垂直な円板状の磁性体であり、いわゆる、エンコーダディスクである。磁性板１４２は、例えば、ステンレス鋼により形成される。磁性板１４２には周方向に多数の開口であるスリット２５が形成される。スリット２５内では、位置検出用マグネット１１４の表面が露出する。磁性板１４２は、位置検出用マグネット１１４の上面に吸着される。磁性板１４２は、さらに接着剤を用いて固定されてもよい。なお、磁性板１４２に代えて樹脂等の非磁性の円板が、位置検出用マグネット１１４上に接着されてもよい。

磁性板１４２の表面は金属光沢を有する反射面である。位置検出用マグネット１１４の表面は、磁性板１４２に比べて相対的に光を反射しない。ロータホルダ１１２、ロータマグネット１１３および位置検出用マグネット１１４により、回転本体１０が構成されると捉えた場合、回転本体１０は、シャフト１１１に固定され、外周にロータマグネット１１３を有する。図２に示すように、回路基板１２３は、中心軸Ｊ１方向における回転本体１０の一方側である上方に配置される。磁性板１４２が位置検出用マグネット１１４上に固定されることにより、回転本体１０の回路基板１２３に対向する面上に、図３に示すようにエンコーダ用の反射パターン２５０が設けられる。図２および図４に示すように、本実施形態では、回転本体１０の回路基板１２３に対向する面１０１は、位置検出用マグネット１１４の上面である。

回転検出センサ１４１は、反射型のセンサであり、発光部と受光部とを備える。発光部からの光は反射パターン２５０に照射される。回転部１１が回転すると、受光部での光の受光強度が断続的に変動し、回転部１１の回転を示すパルス信号が生成される。これにより、回転部１１の回転速度が正確に検出される。すなわち、エンコーダ１４により、回転本体１０の回転が検出される。

モータ１では、回転本体１０に反射パターン２５０を設け、回路基板１２３に回転検出センサ１４１が設けられることにより、従来の透過型のセンサを設ける場合に比べて、モータ１の軸方向の大きさを小さくすることができる。また、透過型のセンサを設ける場合のように、スリットが設けられた円板をセンサの間隙に挿入する煩雑な組み立て作業も生じない。これにより、モータ１の組み立て工数が削減される。また、磁性板１４２は金属であることから、樹脂製のエンコーダディスクのような熱による変形の虞もない。

位置検出用マグネット１１４上に磁性板１４２を配置することにより、磁性板１４２に外力が作用して変形してしまうことが防止される。これにより、エンコーダ１４の信頼性が向上する。位置検出用マグネット１１４の一部を反射パターン２５０に利用することにより、モータ１の構造が簡素化される。さらに、磁性板１４２を位置検出用マグネット１１４に吸着させることによりエンコーダ用の反射パターン２５０が容易に設けられる。

モータ１では、位置検出用マグネット１１４は、安価なフェライト磁石であり、ロータマグネット１１３は、高価なネオジ磁石である。位置検出用マグネット１１４を設けることにより、ロータマグネット１１３の軸方向の長さを短くすることができ、モータ１の製造コストを削減することができる。

図１に示すように、カバー部材１２１の内筒部２２１は、ロータホルダ１１２の円筒部２１３の内側に位置する。以下、内筒部２２１を「静止筒部」と呼び、円筒部２１３を「回転筒部」と呼ぶ。静止筒部２２１および回転筒部２１３は、いずれも中心軸Ｊ１を中心とする円筒状である。静止筒部２２１は上方に向かって回転筒部２１３内へと延びる。そして、静止筒部２２１の内側にて１対の軸受１３がシャフト１１１を支持する。

これにより、軸受１３をロータホルダ１１２の軸方向両側に配置する場合に比べて、モータ１を軸方向に小さくすることができる。すなわち、軸受１３の配置に関する構造と、エンコーダ１４の配置に関する構造とにより、モータ１の軸方向の大きさを大幅に小さくすることが実現される。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の例示的な第２の実施形態に係るモータ１ａの縦断面図である。モータ１ａは図１のモータ１と比べて、位置検出用マグネット１１４が省かれ、ステータ１２２の上にキャップ部材１５が設けられる点で相違する。ロータマグネット１１３は、ロータホルダ１１２の円筒部２１３の全長に亘って存在する。位置検出センサ２４１は、ロータマグネット１１３と軸方向に対向する。

また、ロータホルダ１１２の蓋部２１２の上面に、反射パターン２５０が印刷により形成される。すなわち、回転部１１のシャフト１１１を除く部位を回転本体１０と捉えた場合、回転本体１０の回路基板１２３に対向する面１０１上に、印刷により反射パターン２５０が設けられる。回転本体１０はシャフト１１１に固定され、外周にロータマグネット１１３を有する。反射パターン２５０は、多数の反射率の高い領域と低い領域とを周方向に有する。例えば、白い領域と黒い領域とが周方向に交互に設けられる。白い領域に代えてロータホルダ１１２の表面が利用されもよい。回転検出センサ１４１は、反射パターン２５０と軸方向に対向する。反射パターン２５０と、回転検出センサ１４１とにより、エンコーダ１４が構成される。他は、図１のモータ１とほぼ同様であり、同様の構成には同符号を付す。

キャップ部材１５は、インシュレータ２３２上に配置され、回路基板１２３の上方を覆う。これにより、モータ１ａの内部への塵埃の侵入が抑制される。

なお、図５では、インシュレータ２３２内に形成された貫通孔に挿入されたコイルばね２６１も示している。貫通孔は軸方向に延びる。コイルばね２６１は、回路基板１２３とステータコア２３１とを電気的に接続する。導電性を有する部材であるカバー部材１２１は、導電性を有する部材であるステータコア２３１と直接接触することから、カバー部材１２１は、ステータコア２３１およびコイルばね２６１を介して回路基板１２３と導通される。その結果、カバー部材１２１を接地することにより、回路基板１２３が接地される。

また、図５では、二点鎖線にて、インシュレータ２３２に形成されたピン２６２の溶着により、回路基板１２３がインシュレータ２３２に強固に固定される様子も示している。

モータ１ａでは、反射パターン２５０がロータホルダ１１２上に直接印刷により形成されることにより設けられる。これにより、反射パターン２５０が安価に形成される。また、反射パターン２５０が変形する虞もない。

（第３の実施形態）
図６は、本発明の例示的な第３の実施形態に係るモータ１ｂの縦断面図である。モータ１ｂは図１のモータ１と比べて、ロータホルダ１１２の形状が異なる点で相違する。他はほぼ同様であり、同様の構成に同符号を付す。

ロータホルダ１１２は、中心軸Ｊ１に垂直な蓋部２１２を有し、図１と同様に、蓋部２１２は回転筒部２１３の上端部を閉塞する。静止筒部２２１の先端は、軸方向において蓋部２１２と対向する。蓋部２１２の中央から、シャフト１１１に沿って回転筒部２１３とは反対側にシャフト固定部２１１が延びる。シャフト固定部２１１は、バーリング加工により形成される。シャフト固定部２１１は、位置検出用マグネット１１４の内側にてシャフト１１１に固定される。これにより、上側の軸受１３を、図１の場合よりも上方に位置させることができ、２つの軸受１３間の距離を長くすることができる。その結果、回転部１１を安定して支持することができる。

なお、モータ１ｂの場合、シャフト固定部２１１と蓋部２１２との間の湾曲部と軸受１３との間に隙間が形成されることから、樹脂板２１４の径は大きいことが好ましい。さらに好ましくは、樹脂板２１４は二重に設けられる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々に変更されてよい。

軸受１３は、ボール軸受であってもよい。この場合、軸受１３は、接着剤にて内筒部２２１に固定される。モータが軸方向に多少大きくなることが許容される場合は、軸受１３は、ロータホルダ１１２の軸方向両側に配置されてよい。

反射パターン２５０は、ロータマグネット１１３や位置検出用マグネット１１４に直接印刷を行うことにより設けられてもよい。この場合、反射パターン２５０に含まれる黒い領域は、マグネットの表面が利用されることが好ましい。ロータホルダ１１２の蓋部２１２は下側に配置されてもよく、この場合、位置検出用マグネット１１４は、ロータホルダ１１２の開口側に配置される。

回転部１１からシャフト１１１を除いた部位である回転本体１０には、様々な構造が採用されてよい。例えば、回転本体１０は積層鋼板により形成されてよい。反射パターン２５０は、回転本体１０の回路基板１２３に対向する面上に設けられるのであれば、他の様々な手法により設けられてよい。例えば、磁性板１４２にスリットを設けず、磁性板１４２に反射パターン２５０が印刷されてもよい。

位置検出センサ２４１を用いることなく回転本体１０の回転位置が検出されてよい。例えば、ＦＧ信号や、ステータ２２に生じる逆起電力から回転位置が検出可能である。

ステータコア２３１と回路基板１２３との間に配置され、弾性変形してステータコア２３１および回路基板１２３を押圧することにより、回路基板１２３とカバー部材１２１とを導通することができるのであれば、コイルばね２６１以外の導電性弾性部材が用いられてもよい。例えば、導電性ゴムや板ばねが利用可能である。

キャップ部材１５は、外筒部２２２まで延ばされてインシュレータ２３２が露出しなくてもよい。外筒部２２２が上方に延ばされてもよい。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

本発明は、様々な用途のモータに利用することができる。

１，１ａ、１ｂモータ
１０回転本体
１２静止部
１３軸受
１４エンコーダ
２２ステータ
２５スリット
１１１シャフト
１１３ロータマグネット
１１４位置検出用マグネット
１２３回路基板
１４１回転検出センサ
１４２磁性板
２１１シャフト固定部
２１２蓋部
２１３回転筒部
２２１静止筒部
２４１位置検出センサ
２５０反射パターン
Ｊ１中心軸

Claims

シャフトと、
中心軸を中心に前記シャフトを回転可能に支持する軸受と、
前記シャフトに固定され、外周にロータマグネットを有する回転本体と、
前記ロータマグネットの径方向外側に配置されたステータと、
軸方向における前記回転本体の一方側に配置され、前記中心軸に垂直な回路基板と、
前記回転本体の回転を検出するエンコーダと、
を備え、前記エンコーダが、
前記回転本体の前記回路基板に対向する面上に設けられた反射パターンと、
前記回路基板上に設けられ、前記反射パターンに光を照射して前記回転本体の回転を検出する反射型の回転検出センサと、
を備え、
前記回転本体が、前記ロータマグネットとは別の位置検出用マグネット、を備え
前記位置検出用マグネットは、前記中心軸を中心とする環状であり、前記回路基板に対向し、
前記位置検出用マグネットの内周にて、前記シャフトに固定され、
前記回路基板上に、前記回転本体の回転位置を検出するために、前記位置検出用マグネットにより生じる磁界を検出する位置検出センサが設けられ、
前記反射パターンの一部が、前記位置検出用マグネットの表面であるモータ。
シャフトと、
中心軸を中心に前記シャフトを回転可能に支持する軸受と、
前記シャフトに固定され、外周にロータマグネットを有する回転本体と、
前記ロータマグネットの径方向外側に配置されたステータと、
軸方向における前記回転本体の一方側に配置され、前記中心軸に垂直な回路基板と、
前記回転本体の回転を検出するエンコーダと、
を備え、
前記エンコーダが、
前記回転本体の前記回路基板に対向する面上に設けられた反射パターンと、
前記回路基板上に設けられ、前記反射パターンに光を照射して前記回転本体の回転を検出する反射型の回転検出センサと、
を備え、
前記回転本体が、前記ロータマグネットとは別の位置検出用マグネットと、
前記中心軸を中心とする回転筒部と、
を備え、
前記位置検出用マグネットは、前記中心軸を中心とする環状であり、前記回路基板に対向し、
前記位置検出用マグネットの内周にて、直接的または間接的に前記シャフトに固定され、
前記回路基板上に、前記回転本体の回転位置を検出するために、前記位置検出用マグネットにより生じる磁界を検出する位置検出センサが設けられ、
前記反射パターンの一部が、前記位置検出用マグネットの表面であり、
前記ステータを含む静止部が、前記中心軸に沿って前記回転筒部内へと延びる静止筒部を有し、
前記軸受が、前記静止筒部の内側にて前記シャフトを支持するモータ。
前記回転本体が、
前記静止筒部の先端と軸方向において対向し、前記回転筒部の端部を閉塞する蓋部と、
前記蓋部の中央から前記回転筒部とは反対側に延び、前記シャフトに固定されるシャフト固定部とを備え、
前記位置検出用マグネットの内周が、前記シャフト固定部に固定される請求項２に記載のモータ
周方向に多数の開口が形成された磁性板が、前記位置検出用マグネットに吸着されることにより、前記位置検出用マグネット上に前記反射パターンが設けられる、請求項１ないし３に記載のモータ。
前記反射パターンが、前記回転本体への印刷により形成される、請求項１ないし３のい
ずれかに記載のモータ。