JP2000037067A

JP2000037067A - 直流ブラシレスモータ及びそれを用いたポリゴンスキャナ

Info

Publication number: JP2000037067A
Application number: JP20361498A
Authority: JP
Inventors: Yukio Itami; 幸男伊丹; Mitsuo Suzuki; 光夫鈴木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-07-17
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 2000-02-02

Abstract

(57)【要約】【課題】特に高速回転に適し、消費電力が少なく、ス
テータコアへの巻線が容易で生産コストが低いラジアル
ギャップ・インナーロータ型の直流ブラシレスモータを
提供する。【解決手段】ラジアルギャップ・インナーロータ型の
直流ブラシレスモータにおいて、ステータスコア２５を
強磁性体で構成し、ロータマグネット（永久磁石）と対
向するステータコア内周に円筒面２３ｂを形成し、ステ
ータコア外周には巻線部２３ａを等間隔に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流ブラシレスモ
ータに関し、特にレーザープリンター、デジタル複写機
等に用いられる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナを代表
とする高速回転用の直流ブラシレスモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、デジタル複写機、レーザープリン
タ等のレーザー書き込み系を用いた電子写真方式の記録
装置は、印字品質の高さ、高速プリント、低騒音などの
優れた特徴と低価格化により、急速に普及してきてい
る。これらの記録装置のレーザー書き込み系の構成部品
であるポリゴンスキャナには記録装置のプリント速度、
画素密度に応じた回転速度が要求される。

【０００３】特に、プリント速度の高速化、画素密度の
高密度化にともない、ポリゴンスキャナには２００００
回転／分以上の高速回転が要求され、従来のボールベア
リングタイプでは、軸受寿命、軸受騒音などの面から要
求品質を満足することができなくなってきている。その
ため高速回転用のポリゴンスキャナとしては、動圧空気
軸受を用いたものが実用化されている。このように高速
化が進むポリゴンスキャナでは、高速回転になるほど消
費電力が大きくなり、モータ効率の差が消費電力の差に
顛著に現れるため、モータ効率の改善による低消費電力
化が重要な課題となっている。

【０００４】例えば、特開平８−１４９７７５号公報に
は、永久磁石が固定された回転子と、その外側に所定の
間隔をおいて配置された固定子鉄芯と、その固定子鉄芯
に巻かれた複数の巻線等で構成され、巻線への通電切替
により回転磁界を発生させて回転体を回転させる、いわ
ゆるラジアルギャップ・インナーロータ型の直流ブラシ
レスモータが開示されている。この型の直流ブラシレス
モータの固定子鉄芯は、開口スロット型、半開口スロッ
ト型、あるいは閉口スロット型が従来より知られてい
る。なお、これらのスロット型については、例えば、
「永久磁石回転機、大川光吉著、総合電子出版、第１８
５頁、１９７５年発行」に記載されている。前記閉口ス
ロット型では、巻線方法が難しく製造コストが高くなる
ため、比較的巻線が容易な開口スロット型や半閉口スロ
ット型が一般的である。

【０００５】しかし、近年は開口スロット型や半閉口ス
ロット型等の、ラジアルギャップ・インナーロータ型よ
りも巻線工程の生産効率が高い、いわゆるラジアルギャ
ップ・アウターロータ型の直流ブラシレスモータが多く
作られるようになっている。これは、このラジアルギャ
ップ・アウターロータ型の固定子鉄芯は外径部に開口ス
ロットが形成されるため、内径部に開口スロットが形成
されるラジアルギャップ・インナーロータ型よりも巻線
が容易であることによる。近年では、ラジアルギャップ
・アウターロータ型のモータが広く普及し、製造コスト
が低くなっている。なお、米国特許明細書第５，３８
２，８５３号には、４極に着磁された永久磁石と６つの
突極と巻線で構成される、いわゆるラジアルギャップ・
アウターロータ型の直流ブラシレスモータが開示されて
いる。

【０００６】図１３は、従来の直流ブラシレスモータの
一例を示すその回転軸と垂直な断面図である。同図にお
いて、１は４極（２極対）に着磁された回転可能な永久
磁石で、２はこの永久磁石１と内外に対向するよう配置
されたステータ組立体である。このステータ組立体２
は、強磁性体からなるステータコア３に６つの突極３ａ
が形成され、突極３ａの間の６つのスロット３ｂに６つ
の巻線４が巻かれて配置されたものである。この巻線４
は図中にＵ相、Ｖ相、Ｗ相として示す三相からなり、Ｕ
１とＵ２の２つの巻線が１組でＵ相、Ｖ１とＶ２が１組
でＶ相、Ｗ１とＷ２が１組でＷ相を構成している。

【０００７】図１４はこの従来例の巻線を永久磁石側か
ら見て展開した巻線方法の説明図であり、同図に示すよ
うに、巻線Ｕ１とＵ２は通電により同梱の２つの突極３
ａに発生する磁極が同極になるよう、同じ方向に巻かれ
て接続されている。同様に、Ｖ相の巻線Ｖ１とＶ２、Ｗ
相の巻線Ｗ１とＷ２も、同じ方向に巻かれて接続されて
いる。Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３組の巻線群は、図１５に
示すように、Ｙ型に接続される。ここで、Ｕ相、Ｖ相、
Ｗ相の３組の巻線群の各一端は、駆動回路に接続され、
位置検出信号にしたがって通電する相が切り替えられ
る。

【０００８】この永久磁石の回転位置を検知するため、
３つの位置検出素子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）が６０゜間隔で
配置されており、その位置検出信号により２つの通電相
が選択されるよう通電の切替えが行なわれる。また、位
置検出素子としては、ホール素子などの磁電変換素子が
用いられる。また、図１３は、これら位置検出素子Ｈ
１、Ｈ２、Ｈ３にそれぞれＮ、Ｓ、Ｎ極が検知されたと
きに、Ｕ、Ｖの２相が選択されて通電され、励磁された
状態を示している。同図において、電流はＵ１から流れ
込み、Ｖ１から流れ出すことで、Ｕ１とＵ２の巻かれた
突極にはＳ極が、Ｖ１とＶ２の巻かれた突極にはＮ極が
発生し、永久磁石との間に磁気反発力あるいは磁気吸引
力が働き、永久磁石を同図中の反時計方向に回転させ
る。

【０００９】図１６は、位置検出素子Ｈ１〜Ｈ３による
位置検出とそれに応じた通電切替、並びに、その通電切
替に対応する回転磁界の発生と永久磁石（回転体）の回
転とを説明する図であり、３０゜毎に通電切替が行われ
て回転磁界が発生し、永久磁石を含む回転体が反時計方
向に回転していく状態を示している。永久磁石が１８０
゜回転する間に６回の通電切替が行われ１回転の間には
１２回の通電切替が行われる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来例にあっては、巻線Ｕ１とＶ１の間、巻線Ｕ２とＶ
２の間に、それぞれステータコアを通る磁気回路が構成
され、２ケ所に磁束が集中する。そのため、回転体側の
永久磁石に働く駆動トルクも２ケ所に集中し、永久磁石
の磁力を全周にわたって有効に利用することができな
い。また、ラジアルギャップ・アウターロータ型の直流
ブラシレスモータを用いた場合は回転体を駆動するモー
タ部の外径が大きくなるため、高速回転になるとモータ
部の風損が大きくなり、モータの駆動効率が低下する。

【００１１】つまり、モータの駆動効率的に改善の余地
が有り、特に高速回転での効率改善、消費電力低減が望
まれていた。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題は次のような手
段によって解決することができる。すなわち、請求項１
に記載の発明は、回転体に固定され、偶数極であるｎ極
に着磁された永久磁石と、永久磁石の回転位置を検出す
る回転位置検出手段と、永久磁石の周囲に設けられたス
テータコアに磁極を発生させる複数の巻線が固定された
ステータ組立体と、を備え、前記巻線が駆動回路に接続
され、通電切替により回転磁界を発生させて回転体を回
転させる直流ブラシレスモータであって、前記ステータ
コアは強磁性体からなり、永久磁石と対向するステータ
コア内周には円筒面が形成され、ステータコア外周には
前記複数の巻線が等間隔に配置されたことを特徴とする
ものである。

【００１３】この発明では、回転体を駆動するモータ部
の外径が小さいので、モータ部の風損が小さくなり、駆
動効率が向上する。また、巻線を永久磁石を囲むステー
タコア外周に配置するので、巻線が容易である。すなわ
ち、高速回転に適し、ステータコアへの巻線が容易で生
産コストが低い、いわゆるラジアルギャップ・インナー
ロータ型の直流ブラシレスモータを提供することができ
る。

【００１４】請求項２に記載の発明は、前記ステータコ
ア外周の複数の巻線の周囲には、強磁性体からなるリン
グ状部材が配設されたことを特徴とするものである。し
たがって、請求項１に記載の発明において、ステータコ
アの磁気特性を改善し、駆動効率を向上させる。請求項
３に記載の発明は、前記複数の巻線が、１相当たり偶数
であるｎ個で、円周上等間隔に配置されるとともに、同
じ相で隣り合う巻線が通電時に反対の磁極が現れるよう
に巻かれて接続された３相の巻線群からなり、かつ、３
相の巻線群はＹ型結線で接続され、Ｙ型結線の共通接続
点側から電流が流れたときに現れる磁極が、互いに隣り
合う巻線では反対になるように３相の巻線群が配置され
ていることを特徴とするものである。したがって、請求
項１又は２に記載の発明において、永久磁石の全周を有
効に利用し、すべての極とステータ側の磁極との間に磁
気反発力あるいは磁気吸引力を働かせることで、モータ
の駆動効率を高めるとともに、巻線を分散させ、巻線の
巻数を減らして軸方向の厚さを薄くする。すなわち、駆
動効率が高く、消費電力が小さく、巻線部の偏平化がで
きる直流ブラシレスモータを提供することができる。

【００１５】請求項４に記載の発明は、ポリゴンミラー
が固定された回転体をラジアル動圧空気軸受とアキシャ
ル軸受で半径方向及び軸方向に回転自在に支持し、前記
回転体を駆動するモータを有するハウジングからなる動
圧空気軸受型ポリゴンスキャナであって、前記モータが
請求項１乃至３に記載の直流ブラシレスモータであるこ
とを特徴とするものである。したがって、駆動効率が高
く、高速回転に適し、消費電力が小さく、生産コストの
低い動圧空気軸受型ポリゴンスキャナを提供することが
できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について添付図面を参照しつつ説明する。＜第１実施形態＞図１〜図８は、本発明に係る動圧空気
軸受型ポリゴンスキャナの一実施形態を示す図である。

【００１７】まず、構成について説明すると、図１〜図
３において、２０はモータ部、２１はハウジングであ
り、ハウジング２１には図示しない光学ハウジングへの
取付け基準面２１ａがつば状に形成されている。このハ
ウジング２１の内部には、モータ部２０の一部を構成す
るプリント基板２２が配置され、巻線２３が巻かれた強
磁性材料からなるステータコア２５が固定された保持部
材４２とともに、ねじ２１ｓ又は接着剤等によってハウ
ジング２１に固定されている。ステータコア２５の外側
には強磁性体からなるリング４３（リング状部材）が嵌
め込まれている。この強磁性体からなるリング４３は磁
気特性を改善するものであるが、モータ特性によっては
省いてもよい。このプリント基板２２には、巻線２３が
巻かれた強磁性材料からなるステータコア２５と、回転
位置検出手段を構成するホール素子２４とが取り付けら
れ、図示しないが、これらを駆動回路および位置検出回
路に接続するためのパターン配線がされている。また、
本実施形態のモータ部２０は、回転体２６に取付け・固
定されたロータマグネット２７（永久磁石）と巻線２３
が巻かれたステータコア２５とが回転軸と垂直な半径方
向に対向するラジアルギャップ・インナーロータ型のブ
ラシレスモータである。

【００１８】図２に示すように、ステータコア２５の内
側には連続した円筒面２３ｂが形成され、その外側には
放射状に複数のＴ字状部分（突極）２５ａが形成されて
いる。通常、ステータコア２５は鉄損を低減するため薄
いケイ素鋼板をプレス機械で打ち抜き、複数枚を積層し
て構成されるが、これに限らず強磁性材料であればよ
い。このステータコア２５の突極２５ａには巻線２３が
巻かれて巻線部２３ａが形成され、このステータコア２
５及び巻線２３がステータ組立体を構成する。このステ
ータコア２５は外径部に開放スロットが形成されてい
る、いわゆるアウターロータ型のステータコアと類似の
形状で、巻線することが容易であり、巻線コストを低く
抑えることができる。なお、図２（ａ）はステータコア
２５の断面図、図２（ｂ）は斜視図をそれぞれ示す。

【００１９】プリント基板２２は外周部２２ａと内周部
２２ｂで円周状にハウジング２１と密着し、カバー３９
とともに回転体２６の配置される空間を外部から遮断し
て、回転体２６の配置される密閉空間を形成する。ハウ
ジング２１の中央には、周辺から延びた複数の梁２１ｂ
に連結され一体加工された円筒状の軸受取付け基準部２
１ｃが形成されており、基準面（外筒面）２１ｄを基準
にして動圧空気軸受を構成する固定軸２８が接着固定さ
れている。固定軸２８の円筒表面には動圧空気軸受を構
成するための溝２８ａが形成されている。回転体２６が
回転を開始すると、中空回転軸２９と固定軸２８のすき
まの空気の圧力が高まり非接触でラジアル方向（半径方
向）に回転体２６を支持する。

【００２０】固定軸２８の内側には吸引型磁気軸受の固
定部３３がハウジング２１の中央に形成された円筒状の
軸受取付け基準部２１ｃの端面２１ｅを基準にして埋設
されている。吸引型磁気軸受の固定部３３は回転軸方向
に２極に着磁されたリング状永久磁石３０と、前記リン
グ状永久磁石３０の内径よりも小さい中心円が形成され
た強磁性材料からなる第１の固定ヨーク板３１と、同様
に、前記リング状磁石３０の内径よりも小さい中心円が
形成された強磁性材料からなる第２の固定ヨーク板３２
とからなる。第１の固定ヨーク板３１と第２の固定ヨー
ク板３２はリング状磁石３０を軸方向に挟み、第１の固
定ヨーク板３１の中心円及び第２の固定ヨーク板３２の
中心円が回転中心軸に対して同軸になるように配置、固
定軸２８の先端凹部に埋設されて弾性部材３４又は接着
剤などで固定されている。リング状永久磁石３０の材質
としては主に希土類系の永久磁石が用いられる。固定ヨ
ーク板３１、３２には鉄鋼系の板材が用いられる。固定
軸２８は非磁性材料が用いられる。

【００２１】回転体２６は中空回転軸２９の外側にフラ
ンジ３６が固定されたもので、フランジ３６の中央部に
は吸引型磁気軸受の回転部３５が圧入され固定されてい
る。吸引型磁気軸受の回転部３５は第１の固定ヨーク板
３１の中心円及び第２の固定ヨーク板３２の中心円との
間に磁気ギャップを構成する外筒面が形成され、その外
筒面が回転中心軸と同軸になるように配置されている。
吸引型磁気軸受の回転部３５には永久磁石又は鉄鋼系の
強磁性材料が用いられる。フランジ３６の上面にはポリ
ゴンミラー３７が載置され、板ばね３８をはさんでねじ
３８ａを回転部３５に形成されたねじ穴に対して締め付
けることにより、ポリゴンミラー３７が押えられて固定
されている。また、フランジ３６には空気が通過すると
きの粘性抵抗を利用して上下振動を減衰させる微細穴３
６ａが形成されている。フランジ３６の下側にはロータ
マグネット２７が接着固定されており、このロータマグ
ネット２７は、周方向に交互にＮ極とＳ極を配置して偶
数極（例えば４つの極）に着磁されている。

【００２２】また、ポリゴンスキャナの上部には回転体
２６を囲むように内部がくり抜かれたカバー３９が、ハ
ウジング２１にねじ３９ａで固定されている。カバー３
９には図示しない半導体レーザーからのレーザー光の入
出射用の開口部にガラス窓が両面テープ又は接着剤で固
定されて密閉されている。なお、光学ハウジングに取り
付けたときに密閉空間に回転体が配置されれば、特にカ
バー３９は設けなくても良い。

【００２３】一方、プリント基板２２には前記駆動回路
が一体で設けられており、ホール素子２４の位置検出信
号にしたがって、順次巻線２３への通電を切り替えて回
転体２６を回転させて定速制御するようになっている。
図１に示すように、駆動素子４０は、回転体が配置され
る密閉空間の外側で、ハウジング２１に形成された梁２
１ｂの間に配置・実装されている。さらに、図示はしな
いが、本体に取り付けられた送風ファンによって駆動素
子４０やその他の回路部品４１が冷却されるようになっ
ている。なお、前記駆動回路を独立に設け、コネクタで
プリント基板２２と接続するようにしてもよい。

【００２４】また、回転体２６は、不釣り合い（アンバ
ランス）振動が非常に小さいレベルになるように、回転
体２６の上下２ケ所の修正面２７ａ、３７ａでバランス
修正が行われている。図４は、本実施形態の直流ブラシ
レスモータの回転軸と直交する平面断面を示している。

【００２５】前記ハウジング２１、プリント基板２２お
よびステータコア２５は、ステータ組立体を構成してお
り、このステータ組立体は４極（２極対）に着磁された
環状永久磁石であるロータマグネット２７と対向するよ
うに配置されている。このステータ組立体は、具体的に
は、強磁性体からなるステータコア２５に１２個の放射
外方へのＴ字状部分（突極）２５ａを形成し、その突極
の間のスロット２５ｂに１２個の巻線部２３ａを巻回配
置したものである。この巻線２３はＵ、Ｖ、Ｗの３相か
らなり、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３およびＵ４の４つの巻線が１
組でＵ相を、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３およびＶ４の４つの巻線
がＶ相を、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３およびＷ４の４つの巻線が
Ｗ相をそれぞれ構成している。

【００２６】図５は本実施形態における巻線方法を説明
する図で、永久磁石側から見た巻線展開図となってい
る。この図において、通電により永久磁石（ロータマグ
ネット２７）と対向する面（ステータコアの内周面（円
筒面２３ｂ））に発生する磁極が交互に逆極性になるよ
うに、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４は隣り合う巻線部２３ａ
が反対方向に巻かれて接続されている。また、Ｕ、Ｖ、
Ｗ相の各３組（３相）の巻線群は、図６に示すようにＹ
型結線で互いに接続されている。このＹ型結線の共通接
続点から電流が流れたときに現れる磁極は、図４、図５
のＵ１とＷ４、あるいはＷ４とＶ１のように互いに隣り
合う巻線ではすべて反対になるようにＵ、Ｖ、Ｗ相の巻
線が配置されている。各相の巻線は、図６（ａ）に示す
ように、各４つの巻線Ｕ１〜Ｕ４、Ｖ１〜Ｖ４、Ｗ１〜
Ｗ４をそれぞれ直列に接続してもよいし、図６（ｂ）に
示すように、これらの巻線を２つずつ並列に接続しても
よい。また、図示しないが、４つの巻線を並列にしても
よい。

【００２７】Ｕ、Ｖ、Ｗ相の各３組（３相）の巻線群の
各一端は前記駆動回路に接続され、これらの巻線群に対
し通電する相を順次切り替えて回転磁界を発生させ、回
転体２６を回転させる。ロータマグネット２７の回転位
置を検知するため、３つの位置検出素子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ
３が約６０゜間隔で配置されており、その位置検出信号
により２つの通電相が選択される。位置検出素子として
はホール素子などの磁電変換素子が用いられる。

【００２８】図４は、位置検出素子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３に
それぞれＳ、Ｎ、Ｓ極が検知されたときにＵ、Ｖの２相
が選択されて通電され、励磁された状態を示している。
このとき、電流はＵ１から流れ込み、Ｖ１から流れ出す
ことで、Ｕ１とＵ３の突極にはＳ極、Ｕ２とＵ４の突極
にはＮ極、Ｖ１とＶ３の突極にはＮ極、Ｖ２とＶ４の突
極にはＳ極が発生し、ロータマグネット２７との間に磁
気反発力あるいは磁気吸引カが働き、ロータマグネット
２７を反時計方向に回転させることができる。

【００２９】図７は、このような２相励磁駆動方式を実
現する駆動回路の通電切替用スイッチング素子を示す図
である。同図に示すように、通電切替用スイッチング素
子６１〜６６にはトランジスタや電界効果トランジスタ
等が用いられ、この場合、６個必要になる。図８は、本
実施形態における位置検出・通電切替による回転磁界の
発生と、それによるロータマグネット２７（永久磁石）
の回転を説明する図である。同図においては、１２極の
１極分である３０゜毎に励磁極を構成するための通電相
の切り替えが行われ、回転磁界が発生し、ロータマグネ
ット２７を含む回転体２６が反時計方向に回転していく
状態を示したものである。ロータマグネット２７が１８
０゜回転する間に６回の通電切替が行われ、１回転の間
には１２回の通電切替が行われる。

【００３０】このように、各一対の巻線Ｕ１とＶ１の
間、巻線Ｕ２とＶ２の間、巻線Ｕ３とＶ３の間、巻線Ｕ
４とＶ４の間に、それぞれＷ４、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３を挟
んで磁気回路が構成されていることから、ロータマグネ
ット２７（永久磁石）の４極すべてとの間に所定方向へ
のロータ回転を生じさせる磁気反発力と磁気吸引力を働
かせ、ロータマグネット２７の全周を有効に利用するこ
とができる。したがって、モータの駆動効率を高めるこ
とができるとともに、巻線を分散させ、１つの巻線の巻
数を減らしてステータ組立体の厚さ（モータ軸方向の厚
さ）を薄くすることができる。

【００３１】さらに、前記駆動回路により、３相の巻線
群のうち２相分の巻線部２３ａに選択的に通電し、回転
磁界を発生させて回転体を駆動するので、永久磁石であ
るロータマグネット２７の磁力利用率が高い駆動方式を
実現することができる。なお、上述例においては、永
久磁石が４極で、これに対向する突極、スロット及び巻
線がそれぞれ１２個である構成のブラシレスモータにつ
いて説明したが、以下の構成でも同様の効果が得られ
る。

【００３２】すなわち、磁極数をｎ極（ｎは偶数）とし
たとき、１相当たりｎ個の巻線部２３ａで構成され、ｎ
個の巻線部２３ａは円周上等間隔に配置されるととも
に、同じ相で隣り合う巻線（例えばＵ１とＵ２）につい
ては通電時に反対の磁極が現れるように、（反対に）巻
かれて接続された、合計３組（３相）の巻線群からな
り、かつ、３組（３相）の巻線群はＹ型に接続され、そ
のＹ型の共通接続点から電流が流れたときに現れる磁極
は、互いに隣り合う巻線の間ではすべて反対の磁極が現
れるように３組（３相）の巻線群が配置された直流ブラ
シレスモータとする。具体的には永久磁石の磁極が６極
で突極（巻線部）の数が１８、永久磁石の磁極が８極
で、突極（巻線部）数が２４等の組み合わせがある。

【００３３】本実施形態によれば、上述のように直流ブ
ラシレスモータを２相励磁駆動することによって、永久
磁石の磁力の利用率をより高め、モータ駆動効率を高め
ることができる。＜第２実施形態＞図９は、本発明に係る直流ブラシレス
モータの第２実施形態を示す図であり、その回転軸と垂
直な断面を示している。

【００３４】同図において、５１は、上述例と同様なハ
ウジング２１と、プリント基板２２の中央部に配置され
たステータコア４２を有するステータ組立体である。こ
のステータ組立体５１は、４極（２極対）に着磁された
環状の永久磁石であるロータマグネット２７と対向する
ように配置されており、強磁性体からなるステータコア
４２に１２個の突極（Ｔ字状部分）４２ａが形成され、
これら突極４２ａの間のスロット４２ｂに巻線４３が巻
回・配置されている。巻線４３は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の
３相からなり、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３及びＵ４の４つの巻線
が１組でＵ相を、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３及びＶ４の４つの巻
線がＶ相を、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３及びＷ４の４つの巻線が
Ｗ相を、それぞれ構成している。

【００３５】この第２実施形態における巻線方法は図５
に示した上述例と同様である。すなわち、通電によって
ステータコア４２の内周面（ロータマグネット２７(永
久磁石)と対向する面）に発生する磁極が交互になるよ
うに、巻線Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３およびＵ４は、隣り合う巻
線が反対方向に巻かれ接続されている。また、前記Ｕ
相、Ｖ相、Ｗ相の各３組（３相）の巻線群の両端は、駆
動回路に接続され、位置検出信号に従って通電する相を
切り替え、回転磁界を発生させることにより、回転体２
６を回転させる。そして、ロータマグネット２７の回転
位置を検知するため、３つの位置検出素子Ｈ１、Ｈ２、
Ｈ３が６０゜間隔で配置され、その位置検出信号により
巻線群のうち１つの通電相が選択される。位置検出素子
としては、ホール素子などの磁電変換素子が用いられ
る。

【００３６】なお、図９では位置検出素子Ｈ１、Ｈ２、
Ｈ３にそれぞれＳ、Ｎ、Ｓ極が検知されたときにＶ相が
選択されて通電され、励磁された状態を示している。同
図において電流はＶ相に流れることで、Ｖ１とＶ３の突
極にはＳ極、Ｖ２とＶ４の突極にはＮ極、が発生し、永
久磁石との間に磁気反発力あるいは磁気吸引力が働き、
ロータマグネット２７を反時計方向に回転させる。

【００３７】図１０は、このような１相励磁駆動方式を
実現する駆動回路の通電切替用スイッチング素子を示す
図である。同図に示すように、通電切替用スイッチング
素子９１〜９３にはトランジスタや電界効果トランジス
タ等が用いられ、この場合、３個必要になる。したがっ
て、２相励磁から１相励磁に変更するとすれば、通電切
替用スイッチング素子は半分の３個ですむので、駆動回
路がより小型化され、コストも低減されることになる。

【００３８】このように、前記駆動回路が、３相の巻線
群のうち１相分の巻線コイルに選択的に通電し、回転磁
界を発生させて回転体を駆動するので、通電切替用のス
イッチング素子数９１〜９３を減らして、駆動回路の小
型・低コスト化を図ることができる。また、通電切替回
数を減らしてスイッチング損失を低減し、特に高速回転
での損失低減効果が高い直流ブラシレスモータの駆動方
式を実現することができる。

【００３９】なお、上述のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３組（３
相）の巻線群は、図６に示した上述例と同様にＹ型結線
で接続されている。Ｙ型結線の共通接続点から電流が流
れたときに現れる磁極は、Ｕ１とＷ４、Ｗ４とＶ１のよ
うに互いに隣り合う巻線ではすべて反対になるようにＵ
相、Ｖ相、Ｗ相が配置されている。各相の巻線は同図
（ａ）に示すように４つを直列に接続してもよいし、同
図（ｂ）に示すように２つずつ並列に接続してもよい。
また、図示しないが４つを並列にしてもよい。

【００４０】図１１は、本実施形態における位置検出・
通電切替による回転磁界の発生と、ロータマグネット
（永久磁石）の回転を説明する図で、６０゜毎に通電切
替が行われて回転磁界が発生し、永久磁石を含む回転体
が反時計方向に回転していく状態を示したものである。
この場合、ロータマグネット２７が１８０゜回転する間
に、３回の通電切替が行われ、１回転の間には６回の通
電切替が行われる。従来例と比較すると、１回転の間に
行われる通電切替は半分にすることができ、スイッチン
グによる損失を低減することができる。スイッチングに
よる損失はスイッチングの回数に比例するので、高速に
なるほど単位時間当たりの通電切替回数が多くなるた
め、スイッチングによる損失の低減も可能になる。な
お、この図１１では比較のため従来例と同様に３０゜ず
つ回転していく状態を示している。

【００４１】なお、図１２は、１相励磁駆動するときの
通電切替用スイッチング素子と巻線の接続の他の態様を
示す図である。この場合、各４つの巻線を３つの通電切
替用スイッチング素子９１〜９３に対し電源側に設置さ
れた図１０の場合とは反対に、各４つの巻線を３つの通
電切替用スイッチング素子９１〜９３に対し接地側に配
している。このようにしても、上述の場合と同様な効果
が得られる。

【００４２】本実施形態によれば、前記直流ブラシレス
モータを１相励磁駆動することによって、通電切替用ス
イッチング素子を減らし、駆動回路の小型化とコスト低
減を図ることができる。また、通電切替回数を減らして
スイッチング損失を低減し、特に高速回転での損失低減
効果が高い直流ブラシレスモータを提供することができ
る。

【００４３】また、本実施形態によれば、前記直流ブラ
シレスモータの駆動回路が、３相の巻線群のうち２相分
又は１相分の巻線コイルに選択的に通電するので、特に
高速回転における消費電力が小さく、小型、高効率の動
圧空気軸受型ポリゴンスキャナを提供することができ
る。

【００４４】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、直流ブラ
シレスモータにおいて強磁性体からなるステータコアを
永久磁石の周囲に設けるとともに、永久磁石と対向する
ステータコア内周には円筒面を形成し、ステータコア外
周には複数の巻線を等間隔に配置したので、回転体を駆
動するモータ部の外径が小さくなることからモータ部の
風損が小さくなり、駆動効率が向上する。また、巻線を
永久磁石を囲むステータコア外周に配置するので、巻線
することが容易である。すなわち、高速回転に適し、ス
テータコアへの巻線が容易で生産コストが低い、いわゆ
るラジアルギャップ・インナーロータ型の直流ブラシレ
スモータを提供することができる。

【００４５】請求項２に記載の発明によれば、前記ステ
ータコア外周の複数の巻線の周囲には、強磁性体からな
るリング状部材を配設したので、ステータコアの磁気特
性が改善され、駆動効率が向上する。請求項３記載の発
明によれば、前記永久磁石のすべての極とステータ側の
磁極との間に磁気反発力あるいは磁気吸引力を働かせ、
この永久磁石の全周を有効に利用することができ、モー
タの駆動効率を高めるとともに巻線を分散させることが
できる。その結果、巻線の巻数を減らして、軸方向の厚
さを薄くすることができ、駆動効率を高めつつ、消費電
力を抑え、かつ、巻線部を偏平化した直流ブラシレスモ
ータを提供することができる。

【００４６】請求項４記載の発明によれば、前記ブラシ
レスモータを用いるポリゴンスキャナに採用すること
で、駆動効率が高く、かつ高速回転における消費電力が
小さく、しかも生産コストの低い動圧空気軸受型ポリゴ
ンスキャナを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ
の一実施形態を示すその正面断面図である。

【図２】一実施形態のステータコアの断面図及び斜視図
である。

【図３】一実施形態の主要部の分解斜視図である。

【図４】一実施形態の直流ブラシレスモータの回転軸と
垂直な断面の断面図である。

【図５】一実施形態の巻線を永久磁石側から見た説明図
である。

【図６】一実施形態の直流ブラシレスモータの巻線の２
つの接続態様を示す回路図である。

【図７】一実施形態における２相励磁駆動回路の通電切
替用スイッチング素子と巻線の接続態様を示す図であ
る。

【図８】一実施形態における位置検出・通電切替による
回転磁界の発生と永久磁石（回転体）の回転を示す図で
ある。

【図９】他の実施形態の直流ブラシレスモータの回転軸
と垂直な断面の断面図である。

【図１０】他の実施形態の１相励磁駆動するときの通電
切替用スイッチング素子と巻線の接続態様を示す図であ
る。

【図１１】他の実施形態における位置検出・通電切替に
よる回転磁界の発生と永久磁石（回転体）の回転を示す
図である。

【図１２】他の実施形態における１相励磁駆動回路の通
電切替用スイッチング素子と巻線の他の接続態様を示す
図である。

【図１３】従来例における直流ブラシレスモータの回転
軸と垂直な断面の断面図である。

【図１４】従来例の巻線方法を説明する永久磁石側から
見た展開図である。

【図１５】従来例の直流ブラシレスモータの巻線回路図
である。

【図１６】従来例における位置検出・通電切替による回
転磁界の発生と永久磁石（回転体）の回転を示す図であ
る。

【符号の説明】

２０モータ部２１ハウジング２１ａ取付け基準面２１ｂ複数の梁２１ｃ軸受取付け基準部２１ｄ基準面（外筒面）２２プリント基板２３巻線２３ａ巻線部２３ｂ円筒面２４ホール素子２５、４２ステータコア２５ａ、４２ａ突極（Ｔ字状部分）２６回転体２７ロータマグネット（永久磁石）２８固定軸２９中空回転軸３０リング状磁石３１第１の固定ヨーク板３２第２の固定ヨーク板３６フランジ３５吸引型磁気軸受の回転部３６ａ微細穴２７ａ、３７ａ修正面３７ポリゴンミラー３８板ばね３９カバー４０駆動素子４１他の回路部品４３リング（リング状部材）５１ステータ組立体

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転体に固定され、偶数極であるｎ極に着
磁された永久磁石と、永久磁石の回転位置を検出する回
転位置検出手段と、永久磁石の周囲に設けられたステー
タコアに磁極を発生させる複数の巻線が固定されたステ
ータ組立体と、を備え、前記巻線が駆動回路に接続さ
れ、通電切替により回転磁界を発生させて回転体を回転
させる直流ブラシレスモータであって、前記ステータコアは強磁性体からなり、永久磁石と対向
するステータコア内周には円筒面が形成され、ステータ
コア外周には前記複数の巻線が等間隔に配置されたこと
を特徴とする直流ブラシレスモータ。
【請求項２】前記ステータコア外周の複数の巻線の周囲
には、強磁性体からなるリング状部材が配設されたこと
を特徴とする請求項１に記載の直流ブラシレスモータ。
【請求項３】前記複数の巻線が、１相当たり偶数である
ｎ個で、円周上等間隔に配置されるとともに、同じ相で
隣り合う巻線が通電時に反対の磁極が現れるように巻か
れて接続された３相の巻線群からなり、かつ、３相の巻
線群はＹ型結線で接続され、Ｙ型結線の共通接続点側か
ら電流が流れたときに現れる磁極が、互いに隣り合う巻
線では反対になるように３相の巻線群が配置されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の直流ブラシレ
スモータ。
【請求項４】ポリゴンミラーが固定された回転体をラジ
アル動圧空気軸受とアキシャル軸受で半径方向及び軸方
向に回転自在に支持し、前記回転体を駆動するモータを
有するハウジングからなる動圧空気軸受型ポリゴンスキ
ャナであって、前記モータが請求項１乃至３に記載の直
流ブラシレスモータであることを特徴とする動圧空気軸
受型ポリゴンスキャナ。