專利名稱：無電刷電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一用作一主機(jī)電機(jī)的無電刷電機(jī)，該主機(jī)電機(jī)用來同時地驅(qū)動諸如一復(fù)印機(jī)和激光打印機(jī)之類的各種機(jī)構(gòu)。具體來說，本發(fā)明涉及這樣的一無電刷電機(jī)，其包括一周圍纏繞定子線圈的定子芯(鐵芯)、一附連有一環(huán)形磁體的轉(zhuǎn)子、一探測轉(zhuǎn)子位置的霍爾(Hall)元件、一探測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的速度探測器，以及一體地包括用來轉(zhuǎn)動地驅(qū)動和控制轉(zhuǎn)子和電機(jī)的驅(qū)動/控制電路。
背景技術(shù)：
近年來，諸如復(fù)印機(jī)和激光打印機(jī)之類的文件復(fù)制產(chǎn)品的方向定位在高的圖像質(zhì)量、高速打印和著色，并同時地實現(xiàn)一所謂的一前一后的系統(tǒng)，該系統(tǒng)對每個顏色包括一光敏的鼓輪。包括一個鼓輪的傳統(tǒng)技術(shù)的構(gòu)造現(xiàn)構(gòu)造成包括兩個或四個鼓輪，因此該裝置不可避免地變得較大。然而，為了抑制這種放大，要求用來驅(qū)動各種機(jī)構(gòu)的主機(jī)電機(jī)做得較薄和較小，以便盡可能地節(jié)約空間和具有高的輸出。
一體地包括一電機(jī)部分的無電刷電機(jī)包括一裝備有適于高輸出的定子芯(鐵芯)的定子，以及一用來轉(zhuǎn)動地驅(qū)動和控制電機(jī)的驅(qū)動/控制電路，這樣的無電刷電機(jī)通常用作為主機(jī)電機(jī)，包括電路部分在內(nèi)的整個電機(jī)要求做得較薄和較小，以便盡可能地節(jié)約空間和具有高的輸出。
為此目的，電機(jī)部分的定子部分和電路部分的外部尺寸要求做得盡可能靠近圍繞轉(zhuǎn)子部分的正方形的尺寸，同樣地，高度尺寸要求做得盡可能靠近轉(zhuǎn)子部分的高度尺寸。
傳統(tǒng)上，眾所周知的包括定子芯(鐵芯)的無電刷電機(jī)包括一轉(zhuǎn)子和一定子組件，在轉(zhuǎn)子中，一具有多個面向定子芯(鐵芯)的磁極的環(huán)形磁體設(shè)置在轉(zhuǎn)子軛的內(nèi)周緣表面上，在定子組件中，定子線圈(電樞線圈)纏繞在各個定子芯(鐵芯)周圍。定子組件附連到一電路基片(定子底板)，其裝備有一霍爾元件(位置探測元件)和一借助于外殼(軸承保持器)用來轉(zhuǎn)動地驅(qū)動轉(zhuǎn)子的驅(qū)動電路。通過用霍爾元件(位置探測元件)探測轉(zhuǎn)子的磁體的轉(zhuǎn)動位置來探測轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動位置，從驅(qū)動電路到霍爾元件的輸出信號輸入的地方，根據(jù)霍爾元件(位置探測元件)的輸出信號而受控的驅(qū)動電流被供應(yīng)到定子線圈(電樞線圈)。然后，定子線圈(電樞線圈)產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動位置對應(yīng)的磁場。轉(zhuǎn)子構(gòu)造成(下文中稱之為第一傳統(tǒng)方式)由定子線圈(電樞線圈)產(chǎn)生的磁場和磁體的磁極的相互作用產(chǎn)生一連續(xù)的轉(zhuǎn)動力(例如，參見JP-A 8-88964(1996))。
圖6示出一傳統(tǒng)的無電刷電機(jī)的構(gòu)造。
在圖6中，標(biāo)號1表示一軸，標(biāo)號2表示一轉(zhuǎn)子軛，標(biāo)號3表示一磁體，標(biāo)號4表示一定子線圈(電樞線圈)，標(biāo)號5表示一定子芯(鐵芯)，標(biāo)號6表示一霍爾元件(位置探測元件)，標(biāo)號7表示一驅(qū)動電路，標(biāo)號8表示一電路基片(定子底板)，標(biāo)號9表示一軸承，以及標(biāo)號10表示一外殼(軸承保持器)。
在傳統(tǒng)的無電刷電機(jī)中，霍爾元件6布置在轉(zhuǎn)子的磁體3的磁通容易被拾取的位置上，即，在面向電路基片(定子底板)8的磁體3的表面?zhèn)壬系拇朋w3的內(nèi)直徑側(cè)上，以便從霍爾元件(位置探測元件)6獲得用于位置探測所需要的輸出。然而，當(dāng)布置在這樣的位置上時，霍爾元件(位置探測元件)6也就靠近定子線圈(電樞線圈)4布置，因此，由定子線圈(電樞線圈)4激勵產(chǎn)生的磁場以一噪聲影響霍爾元件6，由此不能實施穩(wěn)定的位置探測。
特別是，由于需要高的輸出，在用作為同時地驅(qū)動諸如一復(fù)印機(jī)和一激光打印機(jī)的各種機(jī)構(gòu)的所謂主機(jī)電機(jī)的無電刷電機(jī)中，大量的電流必須流入定子線圈(電樞線圈)4。然而，如果驅(qū)動電流增加，則定子線圈(電樞線圈)4處產(chǎn)生的磁場變大，該產(chǎn)生的磁場影響霍爾元件6，由此，使得穩(wěn)定的位置探測變得困難。
如圖7所示，解決上述問題的一個方案包括一技術(shù)(下文中稱之為第二傳統(tǒng)方式)，其采用一結(jié)構(gòu)來防止由定子線圈(繞組線圈)4的激勵產(chǎn)生的磁場以噪聲方式影響霍爾元件(探測元件)，在所述結(jié)構(gòu)中，布置在轉(zhuǎn)子軛2內(nèi)的磁體3的一部分離開轉(zhuǎn)子軛2而露出，霍爾元件(探測元件)6布置在磁體3的外面，對應(yīng)于磁體3的露出部分，由此探測到磁體暴露部分的泄漏磁通(例如，參見JP-A 8-172763(1996))。
此外，一不同于第二傳統(tǒng)方式的解決方案包括一技術(shù)(下文中稱之為第三傳統(tǒng)方式)，其中，由定子線圈(繞組線圈)4的激勵產(chǎn)生的磁場呈現(xiàn)影響霍爾元件(位置探測元件)6的輸出波形，因此，在輸出波形的零交叉點處產(chǎn)生變形，該變形沿某一方向產(chǎn)生，該方向延遲朝向定子線圈(驅(qū)動線圈)4的電流饋送變換時間，如圖8和9所示，驅(qū)動磁體3a和位置探測磁體3b這樣地布置為轉(zhuǎn)子的磁體(驅(qū)動磁體)3，使磁極相對于彼此為相對磁極的地方的邊界接觸，由此，通過倒轉(zhuǎn)霍爾元件(位置探測元件)6的輸出來消除電流饋送變換的延遲，這樣，輸出波形的變形沿加速朝向定子線圈(電樞線圈)4的電流饋送變換的方向而產(chǎn)生(例如，參見JP-A7-327351(1995))。
具體來說，如圖9所示，驅(qū)動磁體3a和位置探測磁體3b這樣地布置在轉(zhuǎn)子的磁體(驅(qū)動磁體)3上，使磁極相對于彼此為相對磁極的地方的邊界接觸。此外，霍爾元件(位置探測元件)6布置在電路基片8上，位于面向位置探測磁體3b和纏繞有定子線圈(驅(qū)動線圈)4的定子芯5的一位置處?；魻栐?的平面布置構(gòu)造成如

圖10所示，其中，U相的霍爾元件(位置探測元件)6U、V相的霍爾元件(位置探測元件)6V和W相的霍爾元件(位置探測元件)6W布置成對應(yīng)于定子芯(鐵芯)5的U相、V相和W相的各齒。箭頭表示轉(zhuǎn)動方向。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由定子線圈(驅(qū)動線圈)4激勵產(chǎn)生的磁場和位置探測磁體3b的磁場的合成磁場被霍爾元件(位置探測元件)6探測，由此，消除朝向定子線圈(驅(qū)動線圈)4的電流饋送變換的延遲。
圖11A至11G(JP-A 7-327351(1995)的圖9A至9G)示出由定子線圈(繞組線圈)4激勵產(chǎn)生的U相和W相的磁場影響U相的霍爾元件(位置探測元件)6U的輸出波形，因此，在輸出波形的零交叉點處產(chǎn)生變形。變形沿延遲朝向定子線圈(驅(qū)動線圈)4的電流饋送變換時間的方向產(chǎn)生。圖11A是朝向霍爾元件(位置探測元件)6U的驅(qū)動磁體產(chǎn)生的磁場，圖11B是U和W相芯產(chǎn)生的磁場，圖11C是朝向霍爾元件(位置探測元件)6U的U和W相芯產(chǎn)生的磁場，圖11D是朝向霍爾元件(位置探測元件)6U的U和W相的合成芯產(chǎn)生的磁場，圖11E是霍爾元件(位置探測元件)6U的輸出波形，圖11F是圖11E的主部的水平軸的放大圖，以及圖11G是實際的W相芯產(chǎn)生的磁場。
圖12A至12E(JP-A 7-327351(1995)的圖3A至3E)示出霍爾元件(位置探測元件)的輸出的倒轉(zhuǎn)，以及輸出波形的變形沿加速朝向定子線圈(驅(qū)動線圈)的電流饋送變換的方向產(chǎn)生。圖12A和12B示出朝向霍爾元件(位置探測元件)6U的磁場和朝向芯的磁場，圖12C示出霍爾元件(位置探測元件)6U的輸出波形，圖12D示出圖12C的主部的水平軸的放大圖，以及圖12E示出W相芯產(chǎn)生的磁場的放大圖。
在用作為同時地驅(qū)動諸如一復(fù)印機(jī)和一激光打印機(jī)的各種機(jī)構(gòu)的主機(jī)電機(jī)的無電刷電機(jī)中，不僅電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須精確地控制，而且相對于借助于一輸出軸和一附連到輸出軸的減速機(jī)構(gòu)而被驅(qū)動的裝置的各種結(jié)構(gòu)部分的轉(zhuǎn)動相位也必須精確地控制。因此，無電刷電機(jī)需要有一具有一定分辨率的速度探測器。
適于上述應(yīng)用的無電刷電機(jī)的速度探測器包括一所謂的圖形FG系統(tǒng)。沿著圓周方向經(jīng)受NS多極磁化的環(huán)形FG磁體布置在轉(zhuǎn)子側(cè)上，F(xiàn)G圖形系統(tǒng)布置在定子側(cè)上，所述FG圖形系統(tǒng)包括與沿著圓周方向成串聯(lián)連接的FG磁體的磁極相同數(shù)量的發(fā)生器繞組元件，由此通過電機(jī)的轉(zhuǎn)動獲得正比于在FG圖形中產(chǎn)生的電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)的頻率的速度探測信號(FG信號)。當(dāng)在無電刷電機(jī)中包括FG圖形系統(tǒng)的速度探測器時，在一結(jié)構(gòu)中，通過對轉(zhuǎn)子磁體的內(nèi)周緣側(cè)上的驅(qū)動磁體磁化和對端面?zhèn)壬系腇G磁體的NS多極磁化(下文中稱之為FG磁化)，電機(jī)的驅(qū)動磁體和FG磁體形成一體，且FG圖形形成在電機(jī)的電路基片上，這樣一結(jié)構(gòu)要求是不影響電機(jī)形狀和不添加部件的結(jié)構(gòu)。
然而，不管是第二傳統(tǒng)形式還是第三傳統(tǒng)形式，由于實施轉(zhuǎn)子磁體(驅(qū)動磁體)的電路基片側(cè)上的端面上的FG磁化，都引起不利的影響。
即，霍爾元件(位置探測元件)必須布置在轉(zhuǎn)子磁體(驅(qū)動磁體)的電路基片側(cè)上的端面的附近，因此，不能避免形成在轉(zhuǎn)子磁體(驅(qū)動磁體)的端面上的FG磁化的影響，因而穩(wěn)定的位置探測變得困難。
在第二傳統(tǒng)的方式中，F(xiàn)G磁化的影響可通過以下方法予以防止，即，間隔霍爾元件(位置探測元件)遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子的磁體(驅(qū)動磁體)達(dá)到FG磁化的影響可被忽略的程度，其方法是使轉(zhuǎn)子磁體的一部分露出轉(zhuǎn)子軛的尺寸足夠大，達(dá)到FG磁化的影響可被忽略的程度，但當(dāng)驅(qū)動磁體的露出部分較大時，泄漏的磁通增加，由此增加損失或不必要的磁噪音?；蛘?，通過附連霍爾元件(位置探測元件)以使其懸浮離電路基片的表面達(dá)到一定的程度，可防止FG磁化的影響，但這會增加附連的成本和霍爾元件(位置探測元件)的成本。
第三傳統(tǒng)的形式對于技術(shù)上必要的結(jié)構(gòu)正相反，因此，在轉(zhuǎn)子磁體(驅(qū)動磁體)的電路基片側(cè)的端面上實施FG磁化變得不可能。
如圖13所示，作為在用作為同時地驅(qū)動諸如一復(fù)印機(jī)和一激光打印機(jī)的各種機(jī)構(gòu)的所謂主機(jī)電機(jī)的無電刷電機(jī)中解決上述傳統(tǒng)問題的一種方案，采納一種技術(shù)(下文中稱之為第四傳統(tǒng)方式)，來防止作為噪音對霍爾元件(位置探測元件)的影響，其采用這樣一結(jié)構(gòu)，其中，轉(zhuǎn)子磁體3朝向電路基片(印刷基片)8側(cè)延伸，而霍爾元件(位置探測元件)6布置在電路基片(印刷基片)8上以使磁靈敏度的方向沿徑向方向而位于面向延伸部分的位置，從而大大地減小在霍爾元件(位置探測元件)6的位置處由定子線圈4的激勵產(chǎn)生的磁場(泄漏磁通)的徑向方向上的分量(例如，參見JP-U 57-113681(1982))。
在第四傳統(tǒng)的方式中，轉(zhuǎn)子磁體3朝向電路基片(印刷基片)8側(cè)延伸，由此可減小轉(zhuǎn)子磁體3的端面和電路基片(印刷基片)8之間的間隙。因此，通過在轉(zhuǎn)子磁體3的電路基片(印刷基片)8上的端面上實施FG磁化和在電路基片(印刷基片)上形成FG圖形，由與FG圖形互連的FG磁體產(chǎn)生的磁通變大。即，該結(jié)構(gòu)適于包括FG圖形系統(tǒng)的速度探測器。此外，就由轉(zhuǎn)子磁體(驅(qū)動磁體)3的FG磁體產(chǎn)生的磁場影響來說，由于霍爾元件(位置探測元件)6位置處的沿徑向方向的分量較小，所以，穩(wěn)定的位置探測變得可能。
采納第四傳統(tǒng)方式并一體地融合用來可轉(zhuǎn)動地驅(qū)動和控制轉(zhuǎn)子的驅(qū)動/控制電路與電機(jī)的無電刷電機(jī)示于圖14中。除了轉(zhuǎn)子磁體(驅(qū)動磁體)3之外，還提出了一種結(jié)構(gòu)(下文中稱之為第五傳統(tǒng)方式)，其將FG磁體(速度探測磁體)11固定在轉(zhuǎn)子磁體(驅(qū)動磁體)3的電路基片8的一側(cè)的端面上，或在驅(qū)動磁體3的上端面上(例如，參見JP-U 7-9078(1995))。標(biāo)號12是FG圖形(速度探測平線圈)并形成在電路基片8的下表面上。一控制集成電路13等的用來可轉(zhuǎn)動地驅(qū)動和控制轉(zhuǎn)子的驅(qū)動/控制電路安裝在電路基片8的上表面上。速度探測磁體11是一環(huán)形磁體，而數(shù)量與FG圖形(速度探測平線圈)12的匝數(shù)相同的N、S磁極沿著速度探測磁體11上端面上的圓周方向交替地磁化。FG圖形(速度探測平線圈)12面向速度探測磁體11的上端面。當(dāng)速度探測磁體11與轉(zhuǎn)子軛2一體地轉(zhuǎn)動時，F(xiàn)G圖形(速度探測平線圈)12感應(yīng)到速度探測磁體11而輸出速度探測信號或具有對應(yīng)于轉(zhuǎn)子軛2的轉(zhuǎn)速的頻率的一信號?？刂萍呻娐?3和電路基片8的上表面之間設(shè)置一空間14，電子芯片部件15布置在空間14內(nèi)。
霍爾元件6布置在電路基片8的底表面?zhèn)龋鼈兌鄠€布置在靠近FG圖形(速度探測平線圈)12的位置處。標(biāo)號16是一具有基本上覆蓋電機(jī)全部上表面的一區(qū)域的電機(jī)附連板，并靠近電路基片8布置，以使底表面接觸控制集成電路13的上表面。
如上所述，控制集成電路13、電子芯片部件15等布置在電路基片8的上表面上。FG圖形(速度探測平線圈)12、電路圖形等印刷在電路基片8的下表面上，如上所述布置霍爾元件6等?？刂萍呻娐?3的外引線17朝向電路基片8的下表面伸出。
在第五傳統(tǒng)方式的結(jié)構(gòu)中，盡管電子芯片部件15安裝在控制集成電路13和電路基片8之間以減小電機(jī)(電路基片)的外直徑，但一間隙必須形成在控制集成電路13和電子芯片部件15之間，由此防止電機(jī)變薄。
FG圖形系統(tǒng)的速度探測器具有FG圖形(速度探測平線圈)12，其布置成圍繞定子芯5的附近，因此，可容易地拾取由定子線圈4產(chǎn)生的噪音。由此一用來消除由這樣的噪音產(chǎn)生的分量的所謂消除圖形必須平行于FG圖形(速度探測平線圈)12的外周緣側(cè)或內(nèi)周緣側(cè)布置。
尤其是，由于通常采納PWM驅(qū)動方法來提高上述主機(jī)電機(jī)中的電機(jī)的電源效率，所以由定子線圈4產(chǎn)生的噪音水平變得很大。此外，在用于主機(jī)電機(jī)的傳統(tǒng)無電刷電機(jī)中，采納了從定子芯到定子線圈(繞組線圈)4供應(yīng)產(chǎn)生磁場的驅(qū)動電流的驅(qū)動方法，該磁場具有顯示第三傳統(tǒng)形式的圖11B(JP-A 7-327351(1995)的圖9B)的波形，因此，發(fā)生快速的磁場變化并成為對FG圖形造成影響的原因。對于噪音的消除圖形因此是基本的。
一般來說，F(xiàn)G圖形系統(tǒng)的速度探測器減小在轉(zhuǎn)動過程中轉(zhuǎn)子部分(FG磁體)的逐出等的影響或轉(zhuǎn)子部分的FG磁體偏心的影響，因此，F(xiàn)G圖形的發(fā)生器線元件的沿徑向方向的長度必須大于FG磁體的沿徑向方向的長度。
當(dāng)減小電機(jī)的外直徑同時滿足上述主要條件時，在第五傳統(tǒng)形式的結(jié)構(gòu)中，霍爾元件6布置在與電路基片8的FG圖形12的相同側(cè)上，以便確保FG圖形的發(fā)生器的線元件的長度，使FG圖形12的內(nèi)周緣直徑或消除圖形的內(nèi)周緣直徑是一足夠小于FG磁體11的內(nèi)周緣直徑的直徑，霍爾元件6的安裝位置必須朝向電機(jī)軸中心移動。轉(zhuǎn)子磁體3和霍爾元件6之間的距離因此增加，不能獲得充分的位置探測信號。為了減小轉(zhuǎn)子磁體3和霍爾元件6之間的距離，F(xiàn)G圖形12和圍繞霍爾元件6的消除圖形18必須具有這樣一結(jié)構(gòu)以變窄寬度(如圖15所示)，或朝向電機(jī)軸的中心的外側(cè)圍繞。在此情形中，發(fā)生器線元件的長度變得不均勻，使速度探測精度變劣。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決傳統(tǒng)技術(shù)的問題而實現(xiàn)了本發(fā)明，因此，本發(fā)明的一個目的是提供一個一體地組合一驅(qū)動/控制電路和一電機(jī)的無電刷電機(jī)，其較薄和較小，其盡可能多地節(jié)約空間，并且具有高的輸出。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一裝備有一電路集成芯的無電刷電機(jī)，通過包括一圖形系統(tǒng)FG以及將一霍爾元件布置在與形成有FG圖形和噪音消除圖形的表面相對的電路基片的一表面上，使一FG圖形沿著全部圓周均勻地形成。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一無電刷電機(jī)，其包括一周圍纏繞定子線圈的定子芯；一轉(zhuǎn)子，其包括附連在內(nèi)周緣側(cè)上的杯形的轉(zhuǎn)子軛，使環(huán)形磁體布置成面對定子芯并磁化多個磁極，以便沿內(nèi)周緣上的圓周方向進(jìn)行驅(qū)動，以及一軸，其固定在轉(zhuǎn)子軛的中心處；一以自由轉(zhuǎn)動的方式用來軸頸地支承軸的軸承；一用來將軸承保持在內(nèi)周緣側(cè)上和將定子芯保持在外周緣側(cè)上的外殼；一用來探測在轉(zhuǎn)子的磁體的轉(zhuǎn)動方向內(nèi)的一位置的霍爾元件；一用來探測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的速度探測器；以及一固定在外殼上并裝備有用來可轉(zhuǎn)動地驅(qū)動和控制轉(zhuǎn)子的驅(qū)動/控制電路的電路基片。這里，速度探測器包括多個磁化的部分，它們在轉(zhuǎn)子的敞開端側(cè)上沿著磁體的圓周方向位于磁體的端面上；一速度探測圖形，其包括多個發(fā)生器線元件，它們沿著電路基片的全部圓周圓周串聯(lián)地連接以達(dá)到均勻，在對應(yīng)于磁化部分的一位置處和面對轉(zhuǎn)子磁體的端面的一側(cè)上，發(fā)生器線元件的數(shù)量與布置在電路基片上的磁化部分的磁極數(shù)量相同；以及一布置在速度探測圖形的外側(cè)或內(nèi)側(cè)以便包圍速度探測圖形的消除圖形，消除圖形串聯(lián)地與速度探測圖形連接?；魻栐贾迷谂c裝備有速度探測器的表面相對側(cè)上的電路基片的一表面上。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，在根據(jù)第一方面的無電刷電機(jī)中，驅(qū)動/控制電路包括一從電機(jī)的外部連接電源的連接器；一連接在電源正和負(fù)電線之間的電容；一用來探測供應(yīng)到定子線圈的電流量的電流探測電阻；一驅(qū)動/控制集成電路；以及用于表面安裝的電子部件。驅(qū)動/控制集成電路、用于表面安裝的電子部件以及霍爾元件都用釬焊方法表面地安裝在與設(shè)置有速度探測圖形和消除圖形的表面相對的一側(cè)上的電路基片的一表面上。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，在根據(jù)第一方面的無電刷電機(jī)中，驅(qū)動/控制電路構(gòu)造成將一基本上為正弦曲線形狀的電流供應(yīng)到定子線圈。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，在根據(jù)第二方面的無電刷電機(jī)中，驅(qū)動/控制電路構(gòu)造成將一基本上為正弦曲線形狀的電流供應(yīng)到定子線圈。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，在根據(jù)第一方面的無電刷電機(jī)中，一用于準(zhǔn)備裝備該電機(jī)的裝置的附連部件形成在外殼上。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，在根據(jù)第二方面的無電刷電機(jī)中，一用于準(zhǔn)備裝備該電機(jī)的裝置的附連部件形成在外殼上。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，在根據(jù)第三方面的無電刷電機(jī)中，一用于準(zhǔn)備裝備該電機(jī)的裝置的附連部件形成在外殼上。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，在根據(jù)第四方面的無電刷電機(jī)中，一用于準(zhǔn)備裝備該電機(jī)的裝置的附連部件形成在外殼上。
根據(jù)本發(fā)明的第九方面，在根據(jù)第二方面的無電刷電機(jī)中，驅(qū)動/控制集成電路、用于表面安裝的電子部件以及霍爾元件布置在電路基片的轉(zhuǎn)子軛的外直徑的突出范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的第十方面，在根據(jù)第一至第九方面中的任何一方面的無電刷電機(jī)中，轉(zhuǎn)子的磁體是一稀土的各向同性的樹脂磁體。
根據(jù)本發(fā)明的第十一方面，一無電刷電機(jī)包括一周圍纏繞定子線圈的定子芯；一轉(zhuǎn)子，其包括附連在內(nèi)周緣側(cè)上的杯形的轉(zhuǎn)子軛，使環(huán)形磁體布置成面對定子芯并磁化多個磁極，以便沿內(nèi)周緣上的圓周方向進(jìn)行驅(qū)動，以及一軸，其固定在轉(zhuǎn)子軛的中心處；一以自由轉(zhuǎn)動的方式用來軸頸地支承軸的軸承；一用來將軸承保持在內(nèi)周緣側(cè)上和將定子芯保持在外周緣側(cè)上的外殼；一用來探測在轉(zhuǎn)子的磁體的轉(zhuǎn)動方向內(nèi)的一位置的霍爾元件；一用來探測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的速度探測器；以及一固定在外殼上并裝備有用來可轉(zhuǎn)動地驅(qū)動和控制轉(zhuǎn)子的驅(qū)動/控制電路的電路基片。這里，速度探測器包括多個磁化的部分，它們在轉(zhuǎn)子的敞開端側(cè)上沿著磁體的圓周方向位于磁體的端面上；一速度探測圖形，其包括多個發(fā)生器線元件，它們沿著電路基片的全部圓周沿圓周串聯(lián)地連接，在對應(yīng)于磁化部分的一位置處和面對轉(zhuǎn)子磁體的端面的一側(cè)上，這樣，沿各個發(fā)生器線元件的徑向方向上的長度等于或大于沿磁化部分的徑向方向的長度，發(fā)生器線元件的數(shù)量與布置在電路基片上的磁化部分的磁極數(shù)量相同；以及一布置在速度探測圖形的外側(cè)或內(nèi)側(cè)以便包圍速度探測圖形的消除圖形，消除圖形串聯(lián)地與速度探測圖形連接。這里，霍爾元件布置在與裝備有速度探測器的表面相對側(cè)上的電路基片的一表面上。
采用根據(jù)本發(fā)明的第一和第十一方面的結(jié)構(gòu)，即使當(dāng)電路基片的外直徑減小時，霍爾元件和速度探測圖形或消除圖形之間的干擾也可予以消除。因此，速度探測圖形或消除圖形可沿著電路基片的全部圓周均勻地定位，而霍爾元件布置成間隔遠(yuǎn)離速度探測器的磁化部分，由此減小影響。因此，可獲得這樣的效果或優(yōu)點提供的驅(qū)動/控制集成電路的無電刷電機(jī)，除了適于做得較小、盡可能節(jié)約多的空間和具有高的輸出之外，還具有高的轉(zhuǎn)動精度和滿意的抗噪音能力。
采用根據(jù)本發(fā)明的第二方面的結(jié)構(gòu)，可獲得這樣的效果或優(yōu)點減小電機(jī)的總的高度尺寸，并大大地減少部件安裝工時。
采用根據(jù)本發(fā)明的第三和第四方面的結(jié)構(gòu)，減小饋送到定子線圈的電流的快速變化，并可減小由定子線圈產(chǎn)生的磁場的快速變化，這樣，不僅在速度探測圖形上而且在霍爾元件上可減小影響。因此，更精確的位置探測變得可能，并可獲得這樣的效果或優(yōu)點提供的無電刷電機(jī)具有較高的轉(zhuǎn)動精度和抗噪音能力。
采用根據(jù)本發(fā)明的第五至第八方面的結(jié)構(gòu)，可減少電機(jī)的部件數(shù)量，因此，除了上述的效果或優(yōu)點之外，還可獲得這樣的效果或優(yōu)點無電刷電機(jī)具有高度尺寸進(jìn)一步減小，且組裝過程的數(shù)量也減少。
采用根據(jù)本發(fā)明的第九方面的結(jié)構(gòu)，驅(qū)動/控制集成電路和外圍電路安裝在轉(zhuǎn)子軛的內(nèi)側(cè)上，由此，防止由與電機(jī)安裝的裝置的電場噪音輻射造成的電機(jī)的驅(qū)動/控制電路故障。因此，除了上述的效果或優(yōu)點之外，還可獲得這樣的效果或優(yōu)點無電刷電機(jī)還具有滿意的抗噪音能力。
采用根據(jù)本發(fā)明的第十方面的結(jié)構(gòu)，可獲得這樣的效果或優(yōu)點用來驅(qū)動磁體的磁化的磁極的磁通密度增加，可實現(xiàn)高效率的高扭矩，朝向霍爾元件的磁通也增加，以便可實施精確的位置探測，由于各向同性的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了朝向磁體端面的磁化。
附圖的簡要說明圖1是本發(fā)明的第一實施例的截面圖；圖2是沿第一實施例中的線A-A’截取的截面圖；圖3是沿第一實施例中的線B-B’截取的截面圖；圖4是本發(fā)明的第二實施例的截面圖；圖5是第二實施例的仰視圖；圖6是根據(jù)第一傳統(tǒng)方式的無電刷電機(jī)的截面圖；圖7是根據(jù)第二傳統(tǒng)方式的無電刷電機(jī)的截面圖；圖8是根據(jù)第三傳統(tǒng)方式的無電刷電機(jī)的截面圖；圖9是第三傳統(tǒng)方式的一主部的放大的立體圖；圖10是第三傳統(tǒng)方式的主部的平面布置圖；圖11A至11G是第三傳統(tǒng)方式的各主部的波形圖；圖12A至12E是第三傳統(tǒng)方式的各主部的波形圖；圖13是根據(jù)第四傳統(tǒng)方式的無電刷電機(jī)的截面圖；圖14是根據(jù)第五傳統(tǒng)方式的無電刷電機(jī)的截面圖；以及圖15是第五傳統(tǒng)方式的一主部的平面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)將參照諸附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選的實施例。
(第一實施例)圖1至3示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的無電刷電機(jī)。
在圖1中，標(biāo)號30表示一定子線圈，其纏繞在定子芯31的各個突出極周圍。標(biāo)號32表示一由磁性材料制成的轉(zhuǎn)子軛，轉(zhuǎn)子35由一附連到轉(zhuǎn)子軛32的內(nèi)周緣的轉(zhuǎn)子磁體33和一固定在中心的軸34形成。標(biāo)號36表示一用來軸頸地支承轉(zhuǎn)子35的軸34的軸承。標(biāo)號37表示一包括一圓柱38和一突緣39的外殼，其中，軸承36支承在外殼37的圓柱38的內(nèi)周緣處，而定子芯31固定在外殼37的圓柱38的外周緣上。
在此實施例中，外殼37的突緣39起作附連到用于準(zhǔn)備裝備該電機(jī)的一裝置的附連表面，附連螺釘孔40按需要形成在其中。
用來驅(qū)動的多個磁化的磁極沿徑向方向作用在轉(zhuǎn)子磁體33的內(nèi)周緣表面上。-FG磁體部分33a形成在轉(zhuǎn)子磁體33的一敞開端的端面上。FG磁體部分33a具有多個N、S磁極，它們沿圓周方向在一正交于轉(zhuǎn)子磁體33的內(nèi)周緣表面的驅(qū)動磁體的方向上交替地磁化，N、S磁極的數(shù)量大于驅(qū)動磁體的磁極的數(shù)量，以提高速度探測的分辨率。
-FG圖形(速度探測圖形)42和一消除圖形43在附連到外殼37的突緣39的電路基片41的一表面41a上形成為一圓形(如圖2所示)，以便面對轉(zhuǎn)子磁體33的端面的FG磁體部分33a。具體來說，F(xiàn)G圖形形成為使各發(fā)生器線元件42a的沿徑向方向的長度等于或大于FG磁體部分33a的徑向方向的長度。
驅(qū)動/控制電路部分的驅(qū)動/控制集成電路和霍爾元件46U、46V、46W和芯片型電子部件(電阻、電容)50通過釬焊方法表面地安裝在電路基片41的另一表面41b上。集成電路以分布的方式構(gòu)造成一預(yù)驅(qū)動/控制集成電路44和多個插件，即第一功率MOS陣列45U，以打開/關(guān)閉饋送到U相的定子線圈的電流，第二功率MOS陣列45V，以打開/關(guān)閉饋送到V相的定子線圈的電流，以及第三功率MOS陣列45W，以打開/關(guān)閉饋送到W相的定子線圈的電流。預(yù)驅(qū)動/控制集成電路44和諸如第一至第三功率MOS陣列45U、45V、45W的電子部件，霍爾元件46U、46V、46W以及芯片型的電子部件(電阻、電容)50布置在轉(zhuǎn)子軛32的外直徑的伸出范圍內(nèi)，其中，通過轉(zhuǎn)子軛32可望達(dá)到屏蔽效果。
轉(zhuǎn)子35的速度探測FG圖形42形成為一圓形，這樣，數(shù)量與FG磁體部分33a的磁化磁極的數(shù)量相同的發(fā)生器線元件42a面對轉(zhuǎn)子磁體33的端面的FG磁體部分33a，各個發(fā)生器線元件42a以串聯(lián)方式連接。當(dāng)FG磁體部分33a與轉(zhuǎn)子35一體地轉(zhuǎn)動時，對應(yīng)于轉(zhuǎn)子35轉(zhuǎn)速的頻率的速度探測信號通過FG圖形42處的FG磁體部分33a因相對的磁通變化而感應(yīng)。
消除圖形43布置在FG圖形42的內(nèi)側(cè)上以包圍FG圖形42，并形成為以串聯(lián)方式與FG圖形42連接，以使由激勵定子線圈30產(chǎn)生的噪音等和在消除圖形43處產(chǎn)生的噪音疊加在速度探測信號上的諸噪音分量具有相反的相位。
在此實施例中，消除圖形43布置在FG圖形42的內(nèi)側(cè)上，以便盡可能地減小電路基片41的外尺寸，但消除圖形43可以布置在外側(cè)上，視電路基片41的外尺寸而定。
FG圖形42和消除圖形43由此印刷在表面41a上，該表面41a與布置有驅(qū)動/控制集成電路44和功率MOS陣列45和霍爾元件46等的電路基片41的表面41b相對。
只有具有一引出線或接線端的部件才布置在電路基片41的一個表面41a上，例如，從電機(jī)外部引出的電源的連接器47，一連接在電源的正和負(fù)電線之間的電容48，以及用來探測供應(yīng)到定子線圈30的電流量的電流探測電阻49，而引出線或接線端向外突出和附連在電路基片41的相對表面41b側(cè)上。所有用于安裝引線部件和接線端部件的釬焊區(qū)域布置在與FG圖形42相對的表面41b上。
因此，即使電路基片41的外直徑做得較小，也可消除霍爾元件46和FG圖形42或消除圖形43之間的干擾，因此，一均勻的FG圖形42以及消除圖形43橫貫圓形形狀內(nèi)的全部圓周而形成。此外，霍爾元件46布置成間隔遠(yuǎn)離FG磁體部分33a，由此，可同時地達(dá)到減小影響、高的轉(zhuǎn)動精度和滿意的抗噪音能力。
具有諸如連接器47、連接在電源的正和負(fù)電線之間的電容48，以及電流探測電阻49的引出線或接線端的部件，從形成有FG圖形42和消除圖形43的表面41a的一側(cè)通過電路基片41上對應(yīng)于引出線或接線端的貫穿孔插入，然后，用釬焊方法電氣地連接在釬焊區(qū)域處，該區(qū)域形成在插入與電路基片41的表面41a相對的表面41b的孔中的部件周圍，因此，同時地釬焊驅(qū)動/控制集成電路44或電子部件45和霍爾元件46(它們都是表面安裝的)，或安裝在與釬焊區(qū)域相同的表面上的所有其余的部件。因此，可大大地降低工時。由于具有如連接器47和電容48那樣的大高度尺寸的部件布置在與轉(zhuǎn)子35相同的一側(cè)上，所以，可容易地實現(xiàn)一結(jié)構(gòu)，其中，電機(jī)的總高度尺寸不受轉(zhuǎn)子35的高度尺寸范圍內(nèi)的部件的高度的影響。此外，由于朝向定子線圈30側(cè)突出的引出線或接線端部分不存在，所以，不需要增加定子線圈30和電路基片41之間的間距，可降低部件安裝表面的高度，因此可減小電機(jī)的總高度尺寸。
因此，可顯示出提供一驅(qū)動/控制電路集成的無電刷電機(jī)的效果或優(yōu)點，即，其適于做得較小，盡可能多地節(jié)約空間，以及具有高的輸出。
因此，當(dāng)對驅(qū)動/控制集成電路44采納一所謂的準(zhǔn)正弦曲線驅(qū)動方法來對定子線圈供應(yīng)基本上為正弦曲線形狀的電流時，可減小饋送到定子線圈30的電流中的快速變化，可減小由定子線圈31產(chǎn)生的磁場內(nèi)的快速變化。由此不僅可減小對FG圖形42的影響，而且可減小對霍爾元件46的影響。因此，精確位置的測量變得可能，可防止扭矩波動變劣。由此可實現(xiàn)一具有較高轉(zhuǎn)動精度和滿意的抗噪音能力的無電刷電機(jī)。
突緣39可用作為一連接到裝置上的附連部件，如圖1所示，通過在外殼37的突緣39內(nèi)形成一孔40，該裝置可裝備該電機(jī)。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可獲得如下的效果或優(yōu)點，即，提供一無電刷電機(jī)不需要一單獨的附連部件，由此減少電機(jī)部件的數(shù)量，其中，電機(jī)高度尺寸得以減小，并且減少組裝的工時。
如果轉(zhuǎn)子磁體33用諸如釹結(jié)合的磁體之類的各向同性的稀土樹脂磁體形成，則可提高內(nèi)周緣的驅(qū)動磁體的磁通密度，因此，可達(dá)到有效的高扭矩。此外，由于進(jìn)入霍爾元件46的磁通增加，所以一較高精度的位置探測變得可能，由于各向同性促進(jìn)了轉(zhuǎn)子磁體33的端面33a的磁化。由此可獲得一更為穩(wěn)定和高精度速度探測信號。
(第二實施例)圖4和5示出本發(fā)明的第二實施例。
在第一實施例中，霍爾元件布置在與形成有電路基片的FG圖形和噪音消除圖形的表面相對的表面上，由此，將預(yù)驅(qū)動/控制集成電路44和諸如第一至第三功率MOS陣列45U、45V、45W，霍爾元件46U、46V、46W的電子部件，以及芯片型的電子部件(電阻、電容)布置在轉(zhuǎn)子軛32的突出的范圍之內(nèi)，其中，通過轉(zhuǎn)子軛32可望達(dá)到一屏蔽效果。然而，在圖4和5所示的第二實施例的情形中，由磁性材料制成的一附連板51布置在外殼37的突緣39上，因此，通過附連板51的屏蔽效果，即使電子部件橫貫電路基片41的轉(zhuǎn)子軛32的外直徑的突出范圍的外側(cè)布置，也可防止由裝備有電機(jī)的裝置的電場噪音輻射造成的電機(jī)的驅(qū)動/控制電路故障。因此，可實現(xiàn)一抗噪音能力尤佳的無電刷電機(jī)。其它的構(gòu)造與第一實施例相同。
如此結(jié)構(gòu)的心軸電機(jī)可借助于附連板51附連到用于準(zhǔn)備裝備該電機(jī)的裝置上。
本發(fā)明的無電刷電機(jī)可用作為一主機(jī)電機(jī)，其用來同時地驅(qū)動諸如一復(fù)印機(jī)和一激光打印機(jī)之類的各種機(jī)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一無電刷電機(jī)，其包括一周圍纏繞定子線圈的定子芯(31)；一轉(zhuǎn)子(35)，其包括附連在內(nèi)周緣側(cè)上的杯形的轉(zhuǎn)子軛(32)，使環(huán)形磁體布置成面對定子芯并磁化多個磁極，以便沿內(nèi)周緣上的圓周方向進(jìn)行驅(qū)動，以及一軸(34)，其固定在轉(zhuǎn)子軛的中心處；一以自由轉(zhuǎn)動的方式用來軸頸地支承軸(34)的軸承(36)；一用來將軸承(36)保持在內(nèi)周緣側(cè)上和將定子芯(31)保持在外周緣側(cè)上的外殼(37)；一用來探測在轉(zhuǎn)子的磁體的轉(zhuǎn)動方向內(nèi)的一位置的霍爾元件(46)；一用來探測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的速度探測器；以及一固定在外殼上并裝備有用來可轉(zhuǎn)動地驅(qū)動和控制轉(zhuǎn)子的驅(qū)動/控制電路的電路基片(41)，其中，速度探測器包括多個磁化的部分(33a)，它們在轉(zhuǎn)子的敞開端側(cè)上沿著磁體的圓周方向位于磁體的一端面上；一速度探測圖形(42)，其包括多個發(fā)生器線元件，它們沿著電路基片的全部圓周圓周串聯(lián)地連接以達(dá)到均勻，在對應(yīng)于磁化部分的一位置處和面對轉(zhuǎn)子磁體的端面的一側(cè)上，發(fā)生器線元件的數(shù)量與布置在電路基片上的磁化部分的磁極數(shù)量相同；以及一位于速度探測圖形的外側(cè)或內(nèi)側(cè)以便包圍速度探測圖形的消除圖形(43)，消除圖形串聯(lián)地與速度探測圖形連接，霍爾元件(46)布置在與裝備有速度探測器的表面相對側(cè)上的電路基片(41)的一表面(41b)上。
2.如權(quán)利要求1所述的無電刷電機(jī)，其特征在于，驅(qū)動/控制電路包括一從電機(jī)的外部連接電源的連接器(47)；一連接在電源正和負(fù)電線之間的電容(48)；一用來探測供應(yīng)到定子線圈的電流量的電流探測電阻(49)；一驅(qū)動/控制集成電路(44)；以及用于表面安裝的電子部件(45、50)，驅(qū)動/控制集成電路、用于表面安裝的電子部件以及霍爾元件(46)都用釬焊方法表面地安裝在與設(shè)置有速度探測圖形和消除圖形的表面相對的一側(cè)上的電路基片的一表面(41b)上。
3.如權(quán)利要求1所述的無電刷電機(jī)，其特征在于，驅(qū)動/控制電路構(gòu)造成將一基本上為正弦曲線形狀的電流供應(yīng)到定子線圈。
4.如權(quán)利要求2所述的無電刷電機(jī)，其特征在于，驅(qū)動/控制電路構(gòu)造成將一基本上為正弦曲線形狀的電流供應(yīng)到定子線圈。
5.如權(quán)利要求1所述的無電刷電機(jī)，其特征在于，一用于準(zhǔn)備裝備該電機(jī)的裝置的附連部件形成在外殼(37)上。
6.如權(quán)利要求2所述的無電刷電機(jī)，其特征在于，一用于準(zhǔn)備裝備該電機(jī)的裝置的附連部件形成在外殼上。
7.如權(quán)利要求3所述的無電刷電機(jī)，其特征在于，一用于準(zhǔn)備裝備該電機(jī)的裝置的附連部件形成在外殼上。
8.如權(quán)利要求4所述的無電刷電機(jī)，其特征在于，一用于準(zhǔn)備裝備該電機(jī)的裝置的附連部件形成在外殼上。
9.如權(quán)利要求2所述的無電刷電機(jī)，其特征在于，驅(qū)動/控制集成電路、用于表面安裝的電子部件以及霍爾元件布置在電路基片的轉(zhuǎn)子軛(32)的外直徑的突出范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1至9中任何一項所述的無電刷電機(jī)，其特征在于，轉(zhuǎn)子的磁體是一稀土的各向同性的樹脂磁體。
11.一無電刷電機(jī)，其包括一周圍纏繞定子線圈的定子芯(31)；一轉(zhuǎn)子(35)，其包括附連在內(nèi)周緣側(cè)上的杯形的轉(zhuǎn)子軛(32)，使環(huán)形磁體布置成面對定子芯并磁化多個磁極，以便沿內(nèi)周緣上的圓周方向進(jìn)行驅(qū)動，以及一軸(34)，其固定在轉(zhuǎn)子軛的中心處；一以自由轉(zhuǎn)動的方式用來軸頸地支承軸(34)的軸承(36)；一用來將軸承(36)保持在內(nèi)周緣側(cè)上和將定子芯(31)保持在外周緣側(cè)上的外殼(37)；一用來探測在轉(zhuǎn)子的磁體的轉(zhuǎn)動方向內(nèi)的一位置的霍爾元件(46)；一用來探測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的速度探測器；以及一固定在外殼上并裝備有用來可轉(zhuǎn)動地驅(qū)動和控制轉(zhuǎn)子的驅(qū)動/控制電路的電路基片(41)，其中，速度探測器包括多個磁化的部分(33a)，它們在轉(zhuǎn)子的敞開端側(cè)上沿著磁體的圓周方向位于磁體的一端面上；一速度探測圖形(42)，其包括多個發(fā)生器線元件，它們沿著電路基片的全部圓周沿圓周串聯(lián)地連接，在對應(yīng)于磁化部分的一位置處和面對轉(zhuǎn)子磁體的端面的一側(cè)上，各發(fā)生器線元件沿徑向方向的長度等于或大于磁化部分沿徑向方向的長度，發(fā)生器線元件的數(shù)量與布置在電路基片上的磁化部分的磁極數(shù)量相同；以及一位于速度探測圖形的外側(cè)或內(nèi)側(cè)以便包圍速度探測圖形的消除圖形(43)，消除圖形串聯(lián)地與速度探測圖形連接，霍爾元件(46)布置在與裝備有速度探測器的表面相對側(cè)上的電路基片(41)的一表面(41b)上。
全文摘要
提供一個集成有驅(qū)動/控制電路的無電刷電機(jī)，其具有高的轉(zhuǎn)動精度，滿意的抗噪音能力和高的輸出，并適于制得較小以盡可能多地節(jié)約空間。該電機(jī)是一裝備有集成電路芯的無電刷電機(jī)，通過包括一圖形系統(tǒng)FG和將一霍爾元件布置在與形成有FG圖形和噪音消除圖形的表面相對的電路基片的一表面上，使一FG圖形沿著全部的圓周均勻地形成。
文檔編號H02K29/14GK1719701SQ20051008227
公開日2006年1月11日 申請日期2005年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月8日
發(fā)明者門脅功治 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社