CN114977714A - 旋转往复驱动促动器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种旋转往复驱动促动器,能够实现反射镜等可动对象物的大型化及高振幅化,并且能够实现驱动性能的稳定化。旋转往复驱动促动器具备:可动部,其包括旋转轴;固定部,其支撑旋转轴;以及驱动部,其具有配置于固定部的线圈及铁芯、以及配置于旋转轴的磁体,并利用电磁相互作用使旋转轴相对于固定部绕轴中心旋转。固定部具有在轴向上隔着磁体对置配置的第一支撑体以及第二支撑体,旋转轴经由第一轴承以及第二轴承旋转自如地安装于第一支撑体以及第二支撑体,第一轴承以及第二轴承的一方是滚动轴承,另一方是滑动轴承。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转往复驱动促动器。
背景技术
现今,作为在复合机、激光束打印机等的扫描仪中使用的促动器,已知有旋转往复驱动式的促动器(以下,称为“旋转往复驱动促动器”)。旋转往复驱动促动器例如具备作为可动体的旋转轴和具有线圈磁体的驱动部,通过对线圈通电来驱动旋转轴使之往复旋转,从而变更安装于旋转轴的反射镜对激光反射的反射角度来实现针对对象物的光扫描。这样的旋转往复驱动促动器有在旋转轴配置有线圈的动圈式和在旋转轴配置有磁体的动磁式(例如,参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第4727509号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而,在动圈式的旋转往复驱动促动器中,因驱动时(通电时)的线圈的发热,有对反射镜的表面状态、反射镜与旋转轴接合的接合状态、包括翘曲在内的反射镜的形状等造成不良影响。并且,在考虑驱动时的线圈的发热时,向线圈输入的输入电流也难以变大,有难以实现作为可动对象物的反射镜的大型化、高振幅化的问题。并且,需要将针对配置于旋转轴的线圈的布线引出到固定体侧,有组装性较差的问题。
另一方面,在动磁式的旋转往复驱动促动器的情况下,能够消除与上述的线圈发热、线圈布线相关的问题。然而,在专利文献1所公开的构造中,在与在旋转轴中配置有反射镜的区域相同的区域配置有磁体,卷绕有线圈的磁轭配置为包围磁体,从而在旋转轴旋转时,作为可动对象物的反射镜与磁轭容易干涉。因此,难以实现反射镜的大型化、高振幅化。
本发明的目的在于提供一种旋转往复驱动促动器,该旋转往复驱动促动器能够实现反射镜等可动对象物的大型化以及高振幅化,并且能够实现驱动性能的稳定化。
用于解决课题的方案
本发明的旋转往复驱动促动器具备:
可动部,其包括配置可动对象物的旋转轴;
固定部,其支撑上述旋转轴;
驱动部,其具有配置于上述固定部的线圈及铁芯、以及配置于上述旋转轴的磁体,并利用电磁相互作用使上述旋转轴相对于上述固定部绕轴中心旋转,
在旋转往复驱动促动器中,
上述磁体是在外周面沿周向交替地配置有S极及N极的环型磁体,
上述铁芯具有通过对上述线圈的通电被励磁而产生极性的磁极部,在将上述旋转轴安装于上述固定部时,上述磁极部与上述磁体的上述外周面配置为经由气隙而对置,
上述磁体的磁极的数量与上述磁极部的数量相等,
上述旋转往复驱动促动器还具备旋转角度位置保持部,该旋转角度位置保持部以经由气隙而与上述磁体对置的方式配置于上述固定部,利用在与上述磁体之间产生的磁吸引力将上述旋转轴的旋转角度位置保持在中立位置,
上述固定部具有在轴向上隔着上述磁体而对置配置的第一支撑体以及第二支撑体,
上述旋转轴经由第一轴承以及第二轴承旋转自如地安装于上述第一支撑体以及上述第二支撑体,
上述第一轴承以及上述第二轴承的一方是滚动轴承,另一方是滑动轴承。
本发明的旋转往复驱动促动器具备:
可动部,其包括配置可动对象物的旋转轴;
固定部,其支撑上述旋转轴;
驱动部,其具有配置于上述固定部的线圈及铁芯、以及配置于上述旋转轴的磁体,并利用电磁相互作用使上述旋转轴相对于上述固定部绕轴中心旋转,
在旋转往复驱动促动器中,
上述磁体是在外周面沿周向交替地配置有S极及N极的环型磁体,
上述铁芯具有通过对上述线圈的通电被励磁而产生极性的磁极部,在将上述旋转轴安装于上述固定部时,上述磁极部与上述磁体的上述外周面配置为经由气隙而对置,
上述磁体的磁极的数量与上述磁极部的数量相等,
上述旋转往复驱动促动器还具备旋转角度位置保持部,该旋转角度位置保持部以经由气隙而与上述磁体对置的方式配置于上述固定部,利用在与上述磁体之间产生的磁吸引力将上述旋转轴的旋转角度位置保持在中立位置,
上述固定部具有在轴向上隔着上述磁体而对置配置的第一支撑体及第二支撑体、以及隔着上述可动对象物而与上述第二支撑体对置配置的第三支撑体,
上述旋转轴在上述第一支撑体、第二支撑体以及上述第三支撑体这三处被支撑为旋转自如。
发明的效果如下。
根据本发明,能够实现反射镜等可动对象物的大型化以及高振幅化,并且能够实现驱动性能的稳定化。
附图说明
图1是实施方式的旋转往复驱动促动器的外观立体图。
图2是旋转往复驱动促动器的分解立体图。
图3是旋转往复驱动促动器的剖视图。
图4是示出铁芯单元的结构的立体图。
图5A、图5B是用于说明旋转往复驱动促动器的磁路的动作的图。
图6是示出使用了旋转往复驱动促动器的光扫描装置的主要部分结构的框图。
图中:
1—旋转往复驱动促动器,10—可动部,11—旋转轴,12—反射镜部(可动对象物),20—固定部,21—基座,211—左侧壁部(第二支撑体),212—右侧壁部(第三支撑体),22—第二轴承,23—第三轴承,30—驱动部,31—铁芯单元,32—磁体,41、42—第一铁芯(铁芯),43—第二铁芯(铁芯),44、45—线圈,48—旋转角度位置保持部,51—第一屏蔽部件(第一支撑体),52—第二屏蔽部件,53—第一轴承,A—光扫描装置。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是实施方式的旋转往复驱动促动器1的外观立体图。图2是旋转往复驱动促动器1的分解立体图。图3是旋转往复驱动促动器1的剖视图。
旋转往复驱动促动器1例如用于激光雷达(LIDAR:Laser Imaging Detection andRanging)装置。此外,旋转往复驱动促动器1也能够应用于复合机、激光束打印机等的光扫描装置。
旋转往复驱动促动器1大致分为可动部10、将可动部10支撑为旋转自如的固定部20、以及驱动可动部10使之相对于固定部20往复旋转的驱动部30。
可动部10具有旋转轴11以及反射镜部12。
反射镜部12是旋转往复驱动促动器1中的可动对象物,安装于旋转轴11。反射镜部12例如通过在反射镜支架122的一面粘贴反射镜121来形成。旋转轴11插通并固定于反射镜支架122的插通孔122a。
固定部20具有基座21、第二轴承22以及第三轴承23。
基座21具有对置配置的左侧壁部211以及右侧壁部212。左侧壁部211以及右侧壁部212竖立设置于平板状的底部213的轴向两端。即,基座21的截面大致形成为“コ”形状(U字状)。
在左侧壁部211以及右侧壁部212分别形成有供旋转轴11插通的插通孔211a、212a。并且,在左侧壁部211以及右侧壁部212分别形成有将插通孔211a、212a与左侧壁部211、右侧壁部212的外缘连通的切口部211b、212b。
安装有反射镜部12的旋转轴11从外侧通过切口部211b、212b而配置于插通孔211a、212a。在没有切口部211b、212b的情况下,在左侧壁部211与右侧壁部212之间配置有反射镜部12的状态下,例如,需要繁杂的组装作业,即,将旋转轴11依次插通到左侧壁部211的插通孔211a、反射镜支架122的插通孔122a、右侧壁部212的插通孔212a,并且使旋转轴11与反射镜支架122固定。与此相对,在本实施方式中,在左侧壁部211以及右侧壁部212形成有切口部211b、212b,因此能够将预先安装有反射镜部12的旋转轴11通过切口部211b、212b而简单地配置于插通孔211a、212a。
第二轴承22以及第三轴承23由滚动轴承(例如球轴承)构成。滚动轴承的摩擦系数较低,能够使旋转轴11顺畅地旋转,因此旋转往复驱动促动器1的驱动性能提高。
第二轴承22以及第三轴承23分别配置在与左侧壁部211及右侧壁部212的插通孔211a、212a连接设置的轴承安装部(省略符号)。具体而言,第二轴承22以及第三轴承23从旋转轴11的轴向两侧插通,在旋转轴11配置于插通孔211a、212a之后安装于轴承安装部。这样,旋转轴11经由第二轴承22以及第三轴承23旋转自如地安装于基座21。
驱动部30具有铁芯单元31以及磁体32。
铁芯单元31具有第一铁芯41、42、第二铁芯(中继铁芯)43、线圈44、45、旋转角度位置保持部48、第一屏蔽部件51、第二屏蔽部件52以及第一轴承53等。图4是示出铁芯单元31的结构(除了第一屏蔽部件51、第二屏蔽部件52以及第一轴承53之外的结构)的立体图。如图4等所示,在本实施方式中,铁芯单元31大致形成为长方体状。铁芯单元31固定于基座21,构成固定部20的一部分。
第一铁芯41、42以及第二铁芯43形成为一体而形成一个芯体C,形成对线圈44、45通电时的磁路。第一铁芯41、42以及第二铁芯43例如由层叠硅钢板等电磁钢板而成的层叠铁芯构成。
第一铁芯41、42分别具有:磁极部41a、42a,其在通过对线圈44、45的通电被励磁时产生与通电方向相应的极性;以及支脚部41b、42b,其从磁极部41a、42a向下方延伸。
磁极部41a、42a的与磁体32对置的部分具有沿磁体32的外周面弯曲的形状。在支脚部41b、42b分别配置有线圈44、45。第一铁芯41、42以磁极部41a、42a对置且支脚部41b、42b平行的姿势固定于第二铁芯43。
第二铁芯43将第一铁芯41、42的支脚部41b、42b连接,形成将磁极部41a、42a之间连结的磁路的中间部分。即,第一铁芯41、42经由第二铁芯43一体地连接。在本实施方式中,第二铁芯43形成为U字状,在支脚部43a、43b的开放端部的内侧连接有第一铁芯41、42的支脚部41b、42b的端部。也就是说,第一铁芯41、42由第二铁芯43从与旋转轴11正交的三个方向(左侧、右侧以及上侧)包围。此外,第二铁芯43的折曲部分(支脚部43a、43b与跨接部43c的连结部分)既可以具有带有圆角的圆弧形状(R形状),也可以具有直线地折弯的形状。
在组装有旋转往复驱动促动器1的状态下,向由磁极部41a、42a包围的空间插通旋转轴11。并且,安装于旋转轴11的磁体32位于该空间,并经由气隙与磁极部41a、42a对置。
在铁芯单元31中,在第一铁芯41、42的磁极部41a、42a与第二铁芯43的支脚部43a、43b之间配置间隔件49。间隔件49例如通过粘接或焊接固定于第一铁芯41、42以及第二铁芯43。间隔件49例如由黄铜或铝等非磁性体形成。
通过使间隔件49介于作为自由端的磁极部41a、42a与第二铁芯43之间,能够提高铁芯单元31的刚性,能够抑制第一铁芯41、42因在与磁体32之间产生的磁力、冲击而变形或破损的情况。并且,通过由非磁性体形成间隔件49,能够限制铁芯单元31中的磁通路径。
线圈44、45卷绕于筒状的线轴46、47。由线圈44、45以及线轴46、47构成的线圈单元外插于第一铁芯41、42的支脚部41b、42b,由此线圈44、45配置为卷绕第一铁芯41、42的支脚部41b、42b。线圈44、45的绕线方向设定为,在通电时,从第一铁芯41、42的磁极部41a、42a的一方朝向另一方适当地产生磁通。
在组装有旋转往复驱动促动器1的状态下,旋转角度位置保持部48以经由气隙与磁体32对置的方式组装于铁芯单元31。旋转角度位置保持部48例如以磁极与磁体32对置的姿势安装于第二铁芯43的跨接部43c(第一铁芯41、42的上方的部分)。
旋转角度位置保持部48例如由磁体构成,在与磁体32之间产生磁吸引力。即,旋转角度位置保持部48与第一铁芯41、42一起在与磁体32之间形成磁性弹簧。利用该磁性弹簧,在未对线圈44、45进行通电的常态时(非通电时),磁体32的旋转角度位置、即旋转轴11的旋转角度位置保持在中立位置。
中立位置是指磁体32的旋转往复动作的基准位置、即摆动的中心。在磁体32保持在中立位置时,磁体32的磁极切换部32c、32d与第一铁芯41、42的磁极部41a、42a正对。并且,以磁体32位于中立位置的状态为基准,调整反射镜部12的安装姿势。
在铁芯单元31的轴向的两侧配置有由导电材料构成的第一屏蔽部件51以及第二屏蔽部件52。利用第一屏蔽部件51以及第二屏蔽部件52,能够抑制噪声从外部向铁芯单元31的射入以及噪声从铁芯单元31向外部的射出。
第一屏蔽部件51以及第二屏蔽部件52优选由铝合金形成。铝合金的设计自由度较高,能够容易赋予期望的刚性。因此,适合于使第一屏蔽部件51作为支撑旋转轴11的支撑体发挥功能的情况。
旋转轴11经由第一轴承53旋转自如地安装于第一屏蔽部件51。第一轴承53配置在形成于第一屏蔽部件51的轴承安装部51a。第一轴承53具有供旋转轴11插通的筒状的主体部53b和配置于主体部53b的一端部的凸缘部53a。第一轴承53的主体部53b嵌入到第一屏蔽部件51的轴承安装部51a,凸缘部53a卡定于第一屏蔽部件51的外侧面。在将旋转轴11插通到第一屏蔽部件51的轴承安装部51a之后,第一轴承53从旋转轴11的自第一屏蔽部件51突出的端部插通,并嵌装于轴承安装部51a。这样,能够容易地将旋转轴11的配置磁体32的一侧的端部安装于第一屏蔽部件51。
第一轴承53例如由滑动轴承构成。具体而言,第一轴承53优选为氟树脂等的树脂成型品。通过由滑动轴承构成第一轴承53,能够使之作为衰减部发挥功能,抑制驱动音(可动部10的共振音)。并且,通过将第一轴承53设为树脂成型品,形状的自由度较高,能够低成本地制作。尤其是,在设为氟树脂成型品的情况下,能够抑制由环境温度引起的膨胀收缩,因此适合于在高温环境下使用旋转往复驱动促动器1的情况。并且,氟树脂成型品的加工精度较高,能够实现适度的滑动特性,因此能够不妨碍旋转轴11的旋转往复动作而稳定地支撑旋转轴11,作为轴承是适合的。
第二屏蔽部件52具有比磁体32的外形大的插通孔52a。装配有磁体32的旋转轴11经由第二屏蔽部件52的插通孔52a插入到铁芯单元31内。
由第一铁芯41、42以及第二铁芯43构成的芯体C由第一屏蔽部件51以及第二屏蔽部件52夹持,且通过固定件61固定,从而作为铁芯单元31而形成为一体。并且,铁芯单元31通过固定件62而固定于基座21的左侧壁部211,与基座21形成为一体。
磁体32是在周向上交替地配置有S极32a以及N极32b的环型磁体。在组装有旋转往复驱动促动器1的状态下,磁体32以位于由铁芯单元31的磁极部41a、42a包围的空间的方式安装于旋转轴11的周面。若对线圈44、45进行通电,则第一铁芯41、42以及第二铁芯43被励磁而在磁极部41a、42a产生与通电方向对应的极性,从而在磁极部41a、42a与磁体32之间产生磁力(吸引力以及排斥力)。
在本实施方式中,磁体32将沿着旋转轴11的轴向的平面作为边界被磁化为不同的极性。即,磁体32是以被等分割成S极32a和N极32b的方式被磁化的两极磁体。磁体32的磁极的数量(在本实施方式中为两个)与铁芯单元31的磁极部41a、42a的数量相等。此外,磁体32也可以根据可动时的振幅而被磁化为两极以上。在该情况下,铁芯单元31的磁极部与磁体32的磁极对应地设置。
磁体32在S极32a与N极32b的边界部分32c、32d(以下,称为“磁极切换部”)切换极性。在磁体32保持在中立位置时,磁极切换部32c、32d与磁极部41a、42a分别正对。
在中立位置,磁体32的磁极切换部32c、32d与磁极部41a、42a正对,由此驱动部30能够产生最大转矩而稳定地驱动可动部10。并且,通过由两极磁体构成磁体32,利用与铁芯单元31的配合,容易高振幅地驱动可动对象物,并且能够实现驱动性能的提高。此外,在实施方式中,对磁体32具有一对磁极切换部32c、32d的情况进行了说明,但也可以具有两对以上的磁极切换部。
装配有反射镜部12以及磁体32的旋转轴11经由第二轴承22及第三轴承23固定于基座21。反射镜部12位于被夹在基座21的左侧壁部211与右侧壁部212之间的空间,磁体32位于比基座21的左侧壁部211更靠外侧(左侧)。
铁芯单元31从轴向朝旋转轴11的从左侧壁部211露出的部分(配置有磁体32的部分)插入,并经由第一轴承53固定于第一屏蔽部件51。磁体32位于铁芯单元31内,即位于被夹在第一屏蔽部件51与基座21的左侧壁部211之间的空间。
在组装有旋转往复驱动促动器1的状态下,旋转轴11的配置有反射镜部12的部分由左侧壁部211和右侧壁部212进行两点支撑,因此与仅由左侧壁部211支撑而成为悬臂支撑的情况相比,支撑强度较高,即使反射镜部12变得大型而重量增加,也能够确保旋转轴11的直线性。
并且,由于旋转轴11的配置有磁体32的部分由第一屏蔽部件51和左侧壁部211进行两点支撑,所以即使磁体32与旋转角度位置保持部48之间的磁吸引力变大,也能够确保旋转轴11的直线性。也就是说,在旋转轴11的配置有磁体32的部分仅由左侧壁部211支撑而成为悬臂支撑的情况下,若磁体32与旋转角度位置保持部48之间的磁吸引力变大,则旋转轴11向旋转角度位置保持部48侧挠曲而有直线性降低的担忧,但本发明不会产生这样的问题。
接下来,使用图5A、图5B对旋转往复驱动促动器1的动作进行说明。图5A、图5B是用于说明旋转往复驱动促动器1的磁路的动作的图。
芯体C的两个磁极部41a、42a配置为经由气隙G地夹持磁体32。在线圈44、45的非通电时,如图5A所示,磁体32通过与旋转角度位置保持部48之间的磁吸引力而保持在中立位置。
在该中立位置,磁体32的S极32a以及N极32b的一方(在图5A中为S极32a)被旋转角度位置保持部48吸引。此时,磁极切换部32c、32d与芯体C的磁极部41a、42a的中心位置对置。
若对线圈44、45进行通电,则芯体C被励磁,在磁极部41a、42a产生与通电方向对应的极性。如图5B所示,若对线圈44、45进行通电,则在芯体C的内部产生磁通,磁极部41a成为S极,磁极部42a成为N极。由此,被磁化为S极的磁极部41a与磁体32的N极32b相互吸引,被磁化为N极的磁极部42a与磁体32的S极32a相互吸引,绕旋转轴11的轴地在磁体32产生F方向的转矩,从而磁体32向F方向旋转。伴随于此,旋转轴11也向F方向旋转,固定于旋转轴11的反射镜部12也向F方向旋转。
另一方面,虽然省略图示,但若与图5B方向相反地对线圈44、45进行通电,则在芯体C的内部产生磁通,磁极部41a成为N极,磁极部42a成为S极。由此,被磁化为N极的磁极部41a与磁体32的S极32a相互吸引,被磁化为S极的磁极部42a与磁体32的N极32b相互吸引,绕旋转轴11的轴地在磁体32产生与F方向相反的转矩,磁体32向-F方向旋转。伴随于此,旋转轴11也旋转,固定于旋转轴11的反射镜部12也旋转。
旋转往复驱动促动器1通过反复进行以上的动作,来驱动反射镜部12使之旋转往复。
实际上,旋转往复驱动促动器1通过从电源供给部(例如相当于图6的驱动信号供给部103)输入到线圈44、45的交流波而驱动。也就是说,线圈44、45的通电方向周期性地切换。在通电方向切换时,利用旋转角度位置保持部48与磁体32之间的磁吸引力、即磁性弹簧的复原力,以向中立位置返回的方式对磁体32进行施力,因此绕轴交替对可动部10作用F方向的转矩和与F方向相反的方向(-F方向)的转矩。由此,驱动可动部10使之旋转往复。
以下,简单地对旋转往复驱动促动器1的驱动原理进行说明。在本实施方式的旋转往复驱动促动器1中,在将可动体(可动部10)的惯性力矩设为J[kg·m2]、将磁性弹簧(磁极部41a、42a、旋转角度位置保持部48以及磁体32)的扭转方向的弹簧常数设为Ksp的情况下,可动体相对于固定体(固定部20)以通过式(1)计算出的共振频率Fr[Hz]进行振动(往复旋转)。
[式1]
Fr:共振频率[Hz]
J:惯性力矩[kg·m2]
Ksp:弹簧常数[N·m/rad]
由于可动体构成弹簧质量系统的振动模型中的质量部,所以若向线圈44、45输入与可动体的共振频率Fr相等的频率的交流波,则可动体成为共振状态。即,通过从电源供给部向线圈44、45输入与可动体的共振频率Fr大致相等的频率的交流波,能够使可动体高效地振动。
以下示出表示旋转往复驱动促动器1的驱动原理的运动方程式以及电路方程式。旋转往复驱动促动器1基于式(2)所示的运动方程式以及式(3)所示的电路方程式进行驱动。
[式2]
J:惯性力矩[kg·m2]
θ(t):角度[rad]
Kt:转矩常数[N·m/A]
i(t):电流[A]
Ksp:弹簧常数[N·m/rad]
D:衰减系数[N·m/(rad/s)]
TLoss:负载转矩[N·m]
[式3]
e(t):电压[V]
R:电阻[Ω]
L:电感[H]
Ke:反电动势常数[V/(rad/s)]
即,旋转往复驱动促动器1中的可动体的惯性力矩J[kg·m2]、旋转角度θ(t)[rad]、转矩常数Kt[N·m/A]、电流i(t)[A]、弹簧常数Ksp[N·m/rad]、衰减系数D[N·m/(rad/s)]、负载转矩TLoss[N·m]等能够在满足式(2)的范围内适当变更。并且,电压e(t)[V]、电阻R[Ω]、电感L[H]、反电动势常数Ke[V/(rad/s)]能够在满足式(3)的范围内适当变更。
这样,旋转往复驱动促动器1在通过与由可动体的惯性力矩J和磁性弹簧的弹簧常数Ksp决定的共振频率Fr对应的交流波对线圈进行了通电的情况下,能够得到高效且较大的振动输出。
此外,旋转往复驱动促动器1也可以具备检测旋转轴11的旋转角度的角度传感器60(参照图6)。角度传感器60例如固定于基座21的右侧壁部212。
角度传感器60例如具有光传感器以及编码盘。编码盘安装于旋转轴11,与磁体32以及反射镜部12一体地旋转。也就是说,编码盘的旋转位置与旋转轴11的旋转位置相同。光传感器向编码盘射出光并基于其反射光来检测编码盘的旋转位置(角度)。由此,能够检测磁体32以及反射镜部12的旋转位置。
通过具备角度传感器60,能够检测包括磁体32以及旋转轴11在内的可动部10的旋转角度,能够控制驱动时的可动体、具体为作为可动对象物的反射镜部12的旋转角度位置以及旋转速度。
图6是示出使用了旋转往复驱动促动器1的光扫描装置的主要部分结构的框图。
光扫描装置A除了旋转往复驱动促动器1之外,还具有激光发光部101、激光控制部102、驱动信号供给部103以及位置控制信号计算部104。
激光发光部101例如具有作为光源的LD(激光二极管)和用于使从该光源输出的激光会聚的透镜系统等。激光控制部102控制激光发光部101。从激光发光部101照射出的激光向旋转往复驱动促动器1的反射镜121射入。
位置控制信号计算部104参照由角度传感器60获取到的旋转轴11(反射镜121)的角度位置和目标角度位置,生成并输出以使旋转轴11(反射镜121)成为目标角度位置的方式进行控制的驱动信号。例如,位置控制信号计算部104基于所获取到的旋转轴11(反射镜121)的角度位置、以及示出使用存储在未图示的波形存储器中的锯齿波形数据等变换后的目标角度位置的信号来生成位置控制信号,并将该位置控制信号输出到驱动信号供给部103。
驱动信号供给部103基于位置控制信号,向旋转往复驱动促动器1的线圈44、45供给使旋转轴11(反射镜121)的角度位置成为期望的角度位置的驱动信号。由此,光扫描装置A能够从旋转往复驱动促动器1向预定的扫描区域射出扫描光。
本实施方式的旋转往复驱动促动器1具有以下的特征。
即,旋转往复驱动促动器1具备:可动部10,其包括配置反射镜部12(可动对象物)的旋转轴11;固定部20,其支撑旋转轴11;以及驱动部30,其具有配置于固定部20的线圈44、45和铁芯41~43、以及配置于旋转轴11的磁体32,并利用电磁相互作用使旋转轴11相对于固定部20绕轴中心旋转。
并且,磁体32是在外周面沿周向交替地配置有S极32a及N极32b的环型磁体,铁芯41~43具有通过对线圈44、45的通电被励磁而产生极性的磁极部41a、42a,在将旋转轴11安装于固定部20时,磁极部41a、42a与磁体32的外周面配置为经由气隙G而对置,磁体32的磁极的数量与磁极部41a、42a的数量相等,还具备旋转角度位置保持部48,该旋转角度位置保持部48以经由气隙G与磁体32对置的方式配置于固定部20,利用在与磁体32之间产生的磁吸引力将旋转轴11的旋转角度位置保持在中立位置。
由此,每当切换线圈44、45的通电方向时,磁体32由旋转角度位置保持部48磁吸引,以返回到中立位置(动作基准位置)的方式受到施力,因此实现能量效率以及响应性良好、并且高振幅的旋转往复驱动。并且,与动圈式的旋转往复驱动促动器相比,线圈中的发热难以传递到可动对象物,因此在可动对象物是反射镜的情况下,能够避免对反射镜带来由热引起的不良影响(接合劣化、翘曲等)。
另外,固定部20具有在轴向上隔着磁体32对置配置的第一屏蔽部件51(第一支撑体)以及基座21的左侧壁部211(第二支撑体),旋转轴11经由第一轴承53以及第二轴承22旋转自如地安装于第一屏蔽部件51以及左侧壁部211,第一轴承53以及第二轴承22的一方是滚动轴承,另一方是滑动轴承。
在本实施方式中,第一轴承53是滑动轴承,第二轴承22是滚动轴承。
旋转轴11的配置有磁体32的部分由第一屏蔽部件51和左侧壁部211支撑,由此即使磁体32与旋转角度位置保持部48之间的磁吸引力变大,也能够确保旋转轴11的直线性。也就是说,在旋转轴11的配置有磁体32的部分仅由左侧壁部211支撑而成为悬臂支撑的情况下,若磁体32与旋转角度位置保持部48之间的磁吸引力变大,则旋转轴11向旋转角度位置保持部48侧挠曲而有直线性降低的担忧,但本发明不会产生这样的问题。
因此,能够使磁体32变得大型而使驱动转矩增大,来应对可动对象物的大型化,并且通过使磁体32的直径变大,也能够实现可动对象物的高振幅化。并且,由于能够确保旋转轴11的直线性,所以能够实现驱动性能的稳定化。
另外,因第一轴承53是滑动轴承,由此能够作为衰减部发挥功能,能够抑制驱动音(可动部10的共振音)。此外,也可以为,第一轴承53由滚动轴承构成,第二轴承22由滑动轴承构成,第二轴承22作为衰减部发挥功能。
并且,第一轴承53具有供旋转轴11插通的筒状的主体部53b和配置于主体部53b的端部的凸缘部53a,主体部53b嵌入到形成于第一屏蔽部件51(第一支撑体)的轴承安装部51a,凸缘部53a卡定于第一屏蔽部件51的外侧面。由此,能够容易地将旋转轴11的配置有磁体32的一侧的端部安装于第一屏蔽部件51。
并且,第一轴承53是树脂成型品。由此,第一轴承53的形状的自由度较高,能够低成本地制作。
并且,第一轴承53由氟树脂形成。由此,能够抑制第一轴承53的由环境温度引起的膨胀收缩,并且加工精度较高,能够实现适度的滑动特性。因此,也能够应对在高温环境下使用旋转往复驱动促动器1的情况,并且能够不妨碍旋转往复动作而稳定地支撑旋转轴11,可靠性提高。
并且,磁体32是两极磁体,在磁体32保持在中立位置时,磁体32的两个磁极切换部32c、32d与磁极部41a、42a正对。由此,磁体32、即包括旋转轴11在内的可动体在绕轴的一方和另一方从中立位置以相同的角度范围旋转往复移动,从而能够使驱动转矩变得最大,并且能够使驱动转矩的方向变得稳定。
并且,在包括铁芯41~43以及线圈44、45在内的铁芯单元31的轴向上的两侧配置有由导电材料构成的第一屏蔽部件51以及第二屏蔽部件52。由此,抑制噪声从外部向铁芯单元31的射入以及噪声从铁芯单元31向外部的射出,因此旋转往复驱动促动器1的可靠性提高。
此外,只要设置第一屏蔽部件51以及第二屏蔽部件52的一方即可,例如,也可以不配置第二屏蔽部件52。
并且,第一支撑体由第一屏蔽部件51构成。也就是说,第一屏蔽部件51作为抑制铁芯单元31中的噪声的进出的屏蔽件发挥功能,并且作为支撑旋转轴11的支撑体发挥功能。由此,能够减少部件数量,能够实现省空间化。此外,也可以与第一屏蔽部件51相独立地设置支撑旋转轴11的支撑体。
并且,第一屏蔽部件51由铝合金形成。由此,设计的自由度较高,能够赋予充分的刚性,因此能够使第一屏蔽部件51作为可动部10的支撑体发挥功能。
并且,可动对象物是反射扫描光的反射镜121。由此,能够将旋转往复驱动促动器1用于进行光扫描的扫描仪的用途。
并且,实施方式的旋转往复驱动促动器1还具有以下的特征。
即,在旋转往复驱动促动器1中,固定部20具有在轴向上隔着磁体32对置配置的第一屏蔽部件51(第一支撑体)和基座21的左侧壁部211(第二支撑体)、以及隔着反射镜部12(可动对象物)与左侧壁部211对置配置的右侧壁部212(第三支撑体),旋转轴11在第一屏蔽部件51、左侧壁部211以及右侧壁部212这三处被支撑为旋转自如。
旋转轴11的配置有磁体32的部分由第一屏蔽部件51和左侧壁部211进行两点支撑,由此即使磁体32与旋转角度位置保持部48之间的磁吸引力变大,也能够确保旋转轴11的直线性。并且,旋转轴11的配置有反射镜部12的部分由左侧壁部211和右侧壁部212进行两点支撑,由此即使反射镜部12变得大型而重量增加,也能够确保旋转轴11的直线性。
因此,能够使磁体32变得大型而使驱动转矩增大,来应对可动对象物的大型化,并且通过使磁体32的直径变大,也能够实现可动对象物的高振幅化。并且,由于能够确保旋转轴11的直线性,所以能够实现驱动性能的稳定化。
并且,旋转轴11经由第一轴承53、第二轴承22以及第三轴承23旋转自如地安装于第一屏蔽部件51(第一支撑体)、基座21的左侧壁部211(第二支撑体)以及右侧壁部212(第三支撑体),第一轴承53是滑动轴承,第二轴承22以及上述第三轴承23是滚动轴承。因第二轴承22以及第三轴承23是滚动轴承,由此能够利用两处滚动轴承来稳定地对装配有可动对象物的旋转轴11进行保持,从而在作为旋转往复驱动促动器1的耐久性方面,能够实现可靠性的提高。并且,通过第一轴承53是滑动轴承,从而能够作为衰减部发挥功能,能够抑制驱动音(可动部10的共振音)。此外,从驱动性能的稳定性的观点出发,也可以将第一轴承53、第二轴承22以及第三轴承23全部设为滚动轴承。
以上,基于实施方式具体地说明了由发明人完成的本发明,但本发明并不限定于上述实施方式,能够在不脱离其主旨的范围内进行变更。
例如,在实施方式中,说明了可动对象物是反射镜部12的情况,但可动对象物不限定于此。可动对象物例如也可以是照相机等拍摄装置。
并且,例如,在实施方式中,说明了对旋转往复驱动促动器1进行共振驱动的情况,但本发明也能够应用于非共振驱动的情况。
并且,驱动部30的结构并不限定于在实施方式中说明的结构。例如,铁芯具有通过对线圈的通电被励磁而产生极性的磁极部,在将旋转轴安装于固定部时,磁极部与磁体的外周面经由气隙对置即可。并且,例如,线圈只要具有在通电时从铁芯的磁极部的一方朝向另一方适当地产生磁通的结构即可。
应该认为本次公开的实施方式在所有方面都是示例而不是限制性的。本发明的范围不是上述的说明,而是由权利要求书来示出的,旨在包括与权利要求书等同的意思以及范围内的所有变更。
Claims (18)
1.一种旋转往复驱动促动器,具备:
可动部,其包括配置可动对象物的旋转轴;
固定部,其支撑上述旋转轴;以及
驱动部,其具有配置于上述固定部的线圈及铁芯、以及配置于上述旋转轴的磁体,并利用电磁相互作用使上述旋转轴相对于上述固定部绕轴中心旋转,
上述旋转往复驱动促动器的特征在于,
上述磁体是在外周面沿周向交替地配置有S极及N极的环型磁体,
上述铁芯具有通过对上述线圈的通电被励磁而产生极性的磁极部,在将上述旋转轴安装于上述固定部时,上述磁极部与上述磁体的上述外周面配置为经由气隙而对置,
上述磁体的磁极的数量与上述磁极部的数量相等,
上述旋转往复驱动促动器还具备旋转角度位置保持部,该旋转角度位置保持部以经由气隙而与上述磁体对置的方式配置于上述固定部,利用在与上述磁体之间产生的磁吸引力将上述旋转轴的旋转角度位置保持在中立位置,
上述固定部具有在轴向上隔着上述磁体而对置配置的第一支撑体以及第二支撑体,
上述旋转轴经由第一轴承以及第二轴承旋转自如地安装于上述第一支撑体以及上述第二支撑体,
上述第一轴承以及上述第二轴承的一方是滚动轴承,另一方是滑动轴承。
2.根据权利要求1所述的旋转往复驱动促动器,其特征在于,
上述第一轴承是滑动轴承,
上述第二轴承是滚动轴承。
3.根据权利要求2所述的旋转往复驱动促动器,其特征在于,
上述第一轴承具有用于上述旋转轴插通的筒状的主体部和配置于上述主体部的端部的凸缘部,
上述筒状的主体部嵌入到形成于上述第一支撑体的轴承安装部,上述凸缘部卡定于上述第一支撑体的外侧面。
4.根据权利要求3所述的旋转往复驱动促动器,其特征在于,
上述第一轴承是树脂成型品。
5.根据权利要求4所述的旋转往复驱动促动器,其特征在于,
上述第一轴承由氟树脂形成。
6.根据权利要求1所述的旋转往复驱动促动器,其特征在于,
上述磁体是两极磁体,
在上述磁体保持在上述中立位置时,上述磁体的两个磁极切换部与上述磁极部正对。
7.根据权利要求1所述的旋转往复驱动促动器,其特征在于,
在包括上述铁芯以及上述线圈的铁芯单元的轴向上的至少一方侧配置有由导电材料构成的屏蔽部件。
8.根据权利要求7所述的旋转往复驱动促动器,其特征在于,
上述第一支撑体由上述屏蔽部件构成。
9.根据权利要求7所述的旋转往复驱动促动器,其特征在于,
上述屏蔽部件由铝合金形成。
10.根据权利要求1所述的旋转往复驱动促动器,其特征在于,
上述可动对象物是反射扫描光的反射镜。
11.一种旋转往复驱动促动器,具备:
可动部,其包括配置可动对象物的旋转轴;
固定部,其支撑上述旋转轴;
驱动部,其具有配置于上述固定部的线圈及铁芯、以及配置于上述旋转轴的磁体,并利用电磁相互作用使上述旋转轴相对于上述固定部绕轴中心旋转,
上述旋转往复驱动促动器的特征在于,
上述磁体是在外周面沿周向交替地配置有S极及N极的环型磁体,
上述铁芯具有通过对上述线圈的通电被励磁而产生极性的磁极部,在将上述旋转轴安装于上述固定部时,上述磁极部与上述磁体的上述外周面配置为经由气隙而对置,
上述磁体的磁极的数量与上述磁极部的数量相等,
上述旋转往复驱动促动器还具备旋转角度位置保持部,该旋转角度位置保持部以经由气隙而与上述磁体对置的方式配置于上述固定部,利用在与上述磁体之间产生的磁吸引力将上述旋转轴的旋转角度位置保持在中立位置,
上述固定部具有在轴向上隔着上述磁体而对置配置的第一支撑体及第二支撑体、以及隔着上述可动对象物而与上述第二支撑体对置配置的第三支撑体,
上述旋转轴在上述第一支撑体、第二支撑体以及上述第三支撑体这三处被支撑为旋转自如。
12.根据权利要求11所述的旋转往复驱动促动器,其特征在于,
上述旋转轴经由第一轴承、第二轴承以及第三轴承旋转自如地安装于上述第一支撑体、第二支撑体以及上述第三支撑体,
上述第一轴承是滑动轴承,
上述第二轴承以及上述第三轴承是滚动轴承。
13.根据权利要求11所述的旋转往复驱动促动器,其特征在于,
上述旋转轴经由第一轴承、第二轴承以及第三轴承旋转自如地安装于上述第一支撑体、第二支撑体以及上述第三支撑体,
上述第一轴承、上述第二轴承以及上述第三轴承是滚动轴承。
14.根据权利要求11所述的旋转往复驱动促动器,其特征在于,
上述磁体是两极磁体,
在上述磁体保持在上述中立位置时,上述磁体的两个磁极切换部与上述磁极部正对。
15.根据权利要求11所述的旋转往复驱动促动器,其特征在于,
在包括上述铁芯以及上述线圈的铁芯单元的轴向上的至少一方侧配置有由导电材料构成的屏蔽部件。
16.根据权利要求15所述的旋转往复驱动促动器,其特征在于,
上述第一支撑体由上述屏蔽部件构成。
17.根据权利要求15所述的旋转往复驱动促动器,其特征在于,
上述屏蔽部件由铝合金形成。
18.根据权利要求11所述的旋转往复驱动促动器,其特征在于,
上述可动对象物是反射扫描光的反射镜。
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2022
- 2022-02-17 US US17/673,816 patent/US20220269068A1/en active Pending
- 2022-02-17 CN CN202210146278.4A patent/CN114977714A/zh active Pending
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Publication number | Publication date |
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US20220269068A1 (en) | 2022-08-25 |
EP4047798A1 (en) | 2022-08-24 |
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