JP2003107386A - ガルバノメータ形スキャナ - Google Patents
ガルバノメータ形スキャナInfo
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- JP2003107386A JP2003107386A JP2001303001A JP2001303001A JP2003107386A JP 2003107386 A JP2003107386 A JP 2003107386A JP 2001303001 A JP2001303001 A JP 2001303001A JP 2001303001 A JP2001303001 A JP 2001303001A JP 2003107386 A JP2003107386 A JP 2003107386A
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- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/10—Scanning systems
- G02B26/105—Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors
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- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Facsimile Scanning Arrangements (AREA)
- Conversion Of X-Rays Into Visible Images (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 サイズおよびコストの増加を招くことなく、
加速性を向上させたガルバノメータ形スキャナを提案す
ること。 【解決手段】 ガルバノメータ形スキャナ１のモータ２
の極数は４極であり、２極構成の従来のモータと比較し
た場合に、その回転子外径寸法が同一で、同一の誘起電
圧定数ＫEのもとにおいて、電機子インダクタンスＬを
半分以下にできる。モータのトルク立ち上がりの指標と
なるＫE／Ｌが２倍以上となるので、巻線の励磁電流を
増加することなく、モータの応答性を向上できる。よっ
て、１度程度の微小角の位置決めを数百μ秒の時間内で
整定可能なガルバノメータ形スキャナを実現できる。
加速性を向上させたガルバノメータ形スキャナを提案す
ること。 【解決手段】 ガルバノメータ形スキャナ１のモータ２
の極数は４極であり、２極構成の従来のモータと比較し
た場合に、その回転子外径寸法が同一で、同一の誘起電
圧定数ＫEのもとにおいて、電機子インダクタンスＬを
半分以下にできる。モータのトルク立ち上がりの指標と
なるＫE／Ｌが２倍以上となるので、巻線の励磁電流を
増加することなく、モータの応答性を向上できる。よっ
て、１度程度の微小角の位置決めを数百μ秒の時間内で
整定可能なガルバノメータ形スキャナを実現できる。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザマーキング
等のミラー駆動に使用されるガルバノメータ形スキャナ
に関し、特に、サイズおよびコストの増加を招くことな
く加速性が改善されたガルバノメータ形スキャナに関す
るものである。 【０００２】 【従来の技術】ガルバノメータ形スキャナは、レーザマ
ーキング等のミラー駆動に使用されているが、微小角、
例えば１度の位置決めに数百μ秒オーダの時間内で整定
を要求される。 【０００３】ガルバノメータ形スキャナの加速性は、ト
ルク／イナーシャ比を大きくすることにより向上する。
イナーシャが決まっている場合は、トルクをいかに早く
立ち上げられるかが重要になる。一般的に、図４に示す
起動時のモータ励磁電流波形を示すグラフから分かるよ
うに、電流帰還を行いモータ電流を制御する場合、誘起
電圧定数ＫEと電機子インタクタンスＬの比（ＫE／Ｌ）
を大きくとることによりトルクの立ち上がりが早くなり
応答性が向上する。 【０００４】このグラフに示すように、起動時は電気的
時定数Ｌ／Ｒよりも十分に短い時間において、電流ｉは
ｉ＝（Ｅ／Ｌ）ｔに近似でき、トルクＴはトルク定数を
ＫTとすると、直流モータではトルク定数と誘起電圧定
数ＫEは等価であるので、 Ｔ＝ＫTｉ＝（ＫT／Ｌ）Ｅｔ＝（ＫE／Ｌ）Ｅｔ と表すことができる。この式において、Ｅｔは電源容量
による制限があるので、ＫE／Ｌがトルク立ち上がりの
指標となる。 【０００５】ここで、従来においてはモータの極数とし
て２極を採用しているので、トルクの立ち上がりを早く
して加速性を向上させるために、モータの電機子巻線の
巻数Ｎを少なくすることにより対処している。その理由
は、誘起電圧定数ＫEが巻数に比例し（ＫE∝Ｎ）、電機
子インダクタンスＬが巻数Ｎの二乗に比例するので（Ｌ
∝Ｎ2）、ＫE／Ｌが巻数に反比例するからである。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、巻数Ｎ
を少なくすると、誘起電圧定数ＫEと等価なトルク定数
ＫTが減少して巻数の励磁電流が大きくなってしまう。
この結果、電力変換素子や電源回路の容量が大きくな
り、それに伴って損失量も大きくなるので、サイズおよ
びコスト面において不利になる。 【０００７】本発明の課題は、この点に鑑みてなされた
ものであり、サイズおよびコストの上昇を招くことな
く、応答性が改善されたガルバノメータ形スキャナを提
案することにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では、ガルバノメータ形スキャナが、微小
角、例えば１度の位置決めに数百μ秒オーダの時間内で
の整定を要求される用途、すなわち加速度が１００，０
００ｒａｄ／ｓ2以上となる用途において、そのモータ
の振り角仕様が３０度以下の場合で、電気的時定数（Ｌ
／Ｒ）が、要求される位置決め時間より長い場合に、モ
ータの極数を４極とすることを特徴としている。 【０００９】本発明のガルバノメータ形スキャナでは、
２極の直流モータと同一の回転子外径において、同一の
誘起電圧定数のもとで電機子インダクタンスＬを１／２
以下にすることが可能となる。この結果、トルク立ち上
がりの指標となるＫE／Ｌが２倍以上になるので、巻線
の励磁電流を増加することなくモータの応答性を向上す
ることができる。 【００１０】なお、モータの極数を４極とすると、その
有効振り角が小さくなるが、ミラー駆動においては通常
１０度から３０度の範囲内の振り角で使用されることが
一般的であるので、この点が問題となることはない。 【００１１】 【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を適用したガルバノメータ形スキャナの一例を説明す
る。 【００１２】図１は本例のガルバノメータ形スキャナを
示す縦断面図であり、図２はその断面構成を２極モータ
と比較して示す説明図であり、図３はその制御回路を示
す概略ブロック図である。 【００１３】これらの図を参照して説明すると、ガルバ
ノメータ形スキャナ１は、モータ２と、モータシャフト
３に取り付けたミラー４と、モータの回転位置を検出す
るための光学式角度センサ５とを有している。 【００１４】モータ２は、回転子１１と、この外周を同
軸状態で取り囲んでいる電機子１２とを備えており、回
転子１１には、その外周面に９０度間隔でＮ極およびＳ
極が交互に形成された４極のリング状永久磁石１３が取
り付けられている。電機子１２は、コア１４およびそこ
に巻きつけられた巻線１５を備えており、これらによ
り、９０度間隔で配置された４極の磁極が形成されてい
る。本例のコア１４は４個の９０度の円弧状分割コアか
ら構成されており、各分割コアに形成された突極部分に
巻線１５がそれぞれ巻きつけられている。 【００１５】本例のガルバノメータ形スキャナ１は、微
小角、例えば１度の位置決めに数百μ秒オーダの時間内
での整定を要求される用途、すなわち加速度が１００，
０００ｒａｄ／ｓ2以上であり、ミラーの振り角が３０
度以下の場合に使用されるものであり、また、モータの
電気的時定数（Ｌ／Ｒ）が、要求される位置決め時間よ
り長い。 【００１６】本例のガルバノメータ形スキャナ１では、
そのモータの極数を４極としているので、２極の直流モ
ータと同一の回転子外径において、同一の誘起電圧定数
のもとで電機子インダクタンスＬを１／２以下にするこ
とが可能となる。この結果、トルク立ち上がりの指標と
なるＫE／Ｌが２倍以上になるので、巻線の励磁電流を
増加することなくモータの応答性を向上することができ
る。 【００１７】また、モータの極数を４極とすることによ
り、２極の場合の１８０度の分割コアに対して９０度の
分割コアを用いているので、巻線作業がし易くなり、コ
ストの低減に寄与する。さらに、４極とすることによ
り、１歯当たりの磁束量を半分に減らすことができるの
で、コア外周部の磁路となるヨーク幅を狭くできるの
で、小径のモータを構成できる。 【００１８】なお、表１は、本例の４極構成のモータ２
の特性を、２極構成の従来のモータと比較した特性比較
表である。この表において、ωは回転子の速度であり、
Ｒｍは電機子磁気回路の磁気抵抗であり、相似設計の場
合には２極と４極では同一の値となる。２極と４極で永
久磁石の厚みが同一の場合には相似設計とならず４極の
方が大きくなる。その場合、ＫE／Ｌの値は４極の方が
２倍より更に大きくなる。 【００１９】例えば、本例のガルバノメータ形スキャナ
を用いると、電源電圧２４Ｖ、電源電流２０Ａの条件で
ＫE／Ｌの値を、５０（Ｖ／ｒａｄ／ｓ／Ｈ）以上とす
ることができる。 【００２０】 【表１】 【００２１】 【発明の効果】以上説明したように、本発明のガルバノ
メータ形スキャナにおいては、そこに組み込まれている
直流モータの極数を４極としてあるので、同一サイズの
回転子を備えた２極構成のモータの場合と比較して、同
一の誘起電圧定数のもとで電機インダクタンスを半分以
下にすることができる。従って、本発明によれば、巻線
の巻数を２倍にすることなくトルク立ち上がりの指標で
あるＫE／Ｌを２倍以上にすることができる。よって、
巻線の励磁電流を増加させることなくモータの応答性を
向上できるので、サイズおよびコストの増加を招くこと
なく、応答性良く位置決めを行うことのできるガルバノ
メータ形スキャナを実現できる。
等のミラー駆動に使用されるガルバノメータ形スキャナ
に関し、特に、サイズおよびコストの増加を招くことな
く加速性が改善されたガルバノメータ形スキャナに関す
るものである。 【０００２】 【従来の技術】ガルバノメータ形スキャナは、レーザマ
ーキング等のミラー駆動に使用されているが、微小角、
例えば１度の位置決めに数百μ秒オーダの時間内で整定
を要求される。 【０００３】ガルバノメータ形スキャナの加速性は、ト
ルク／イナーシャ比を大きくすることにより向上する。
イナーシャが決まっている場合は、トルクをいかに早く
立ち上げられるかが重要になる。一般的に、図４に示す
起動時のモータ励磁電流波形を示すグラフから分かるよ
うに、電流帰還を行いモータ電流を制御する場合、誘起
電圧定数ＫEと電機子インタクタンスＬの比（ＫE／Ｌ）
を大きくとることによりトルクの立ち上がりが早くなり
応答性が向上する。 【０００４】このグラフに示すように、起動時は電気的
時定数Ｌ／Ｒよりも十分に短い時間において、電流ｉは
ｉ＝（Ｅ／Ｌ）ｔに近似でき、トルクＴはトルク定数を
ＫTとすると、直流モータではトルク定数と誘起電圧定
数ＫEは等価であるので、 Ｔ＝ＫTｉ＝（ＫT／Ｌ）Ｅｔ＝（ＫE／Ｌ）Ｅｔ と表すことができる。この式において、Ｅｔは電源容量
による制限があるので、ＫE／Ｌがトルク立ち上がりの
指標となる。 【０００５】ここで、従来においてはモータの極数とし
て２極を採用しているので、トルクの立ち上がりを早く
して加速性を向上させるために、モータの電機子巻線の
巻数Ｎを少なくすることにより対処している。その理由
は、誘起電圧定数ＫEが巻数に比例し（ＫE∝Ｎ）、電機
子インダクタンスＬが巻数Ｎの二乗に比例するので（Ｌ
∝Ｎ2）、ＫE／Ｌが巻数に反比例するからである。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、巻数Ｎ
を少なくすると、誘起電圧定数ＫEと等価なトルク定数
ＫTが減少して巻数の励磁電流が大きくなってしまう。
この結果、電力変換素子や電源回路の容量が大きくな
り、それに伴って損失量も大きくなるので、サイズおよ
びコスト面において不利になる。 【０００７】本発明の課題は、この点に鑑みてなされた
ものであり、サイズおよびコストの上昇を招くことな
く、応答性が改善されたガルバノメータ形スキャナを提
案することにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では、ガルバノメータ形スキャナが、微小
角、例えば１度の位置決めに数百μ秒オーダの時間内で
の整定を要求される用途、すなわち加速度が１００，０
００ｒａｄ／ｓ2以上となる用途において、そのモータ
の振り角仕様が３０度以下の場合で、電気的時定数（Ｌ
／Ｒ）が、要求される位置決め時間より長い場合に、モ
ータの極数を４極とすることを特徴としている。 【０００９】本発明のガルバノメータ形スキャナでは、
２極の直流モータと同一の回転子外径において、同一の
誘起電圧定数のもとで電機子インダクタンスＬを１／２
以下にすることが可能となる。この結果、トルク立ち上
がりの指標となるＫE／Ｌが２倍以上になるので、巻線
の励磁電流を増加することなくモータの応答性を向上す
ることができる。 【００１０】なお、モータの極数を４極とすると、その
有効振り角が小さくなるが、ミラー駆動においては通常
１０度から３０度の範囲内の振り角で使用されることが
一般的であるので、この点が問題となることはない。 【００１１】 【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を適用したガルバノメータ形スキャナの一例を説明す
る。 【００１２】図１は本例のガルバノメータ形スキャナを
示す縦断面図であり、図２はその断面構成を２極モータ
と比較して示す説明図であり、図３はその制御回路を示
す概略ブロック図である。 【００１３】これらの図を参照して説明すると、ガルバ
ノメータ形スキャナ１は、モータ２と、モータシャフト
３に取り付けたミラー４と、モータの回転位置を検出す
るための光学式角度センサ５とを有している。 【００１４】モータ２は、回転子１１と、この外周を同
軸状態で取り囲んでいる電機子１２とを備えており、回
転子１１には、その外周面に９０度間隔でＮ極およびＳ
極が交互に形成された４極のリング状永久磁石１３が取
り付けられている。電機子１２は、コア１４およびそこ
に巻きつけられた巻線１５を備えており、これらによ
り、９０度間隔で配置された４極の磁極が形成されてい
る。本例のコア１４は４個の９０度の円弧状分割コアか
ら構成されており、各分割コアに形成された突極部分に
巻線１５がそれぞれ巻きつけられている。 【００１５】本例のガルバノメータ形スキャナ１は、微
小角、例えば１度の位置決めに数百μ秒オーダの時間内
での整定を要求される用途、すなわち加速度が１００，
０００ｒａｄ／ｓ2以上であり、ミラーの振り角が３０
度以下の場合に使用されるものであり、また、モータの
電気的時定数（Ｌ／Ｒ）が、要求される位置決め時間よ
り長い。 【００１６】本例のガルバノメータ形スキャナ１では、
そのモータの極数を４極としているので、２極の直流モ
ータと同一の回転子外径において、同一の誘起電圧定数
のもとで電機子インダクタンスＬを１／２以下にするこ
とが可能となる。この結果、トルク立ち上がりの指標と
なるＫE／Ｌが２倍以上になるので、巻線の励磁電流を
増加することなくモータの応答性を向上することができ
る。 【００１７】また、モータの極数を４極とすることによ
り、２極の場合の１８０度の分割コアに対して９０度の
分割コアを用いているので、巻線作業がし易くなり、コ
ストの低減に寄与する。さらに、４極とすることによ
り、１歯当たりの磁束量を半分に減らすことができるの
で、コア外周部の磁路となるヨーク幅を狭くできるの
で、小径のモータを構成できる。 【００１８】なお、表１は、本例の４極構成のモータ２
の特性を、２極構成の従来のモータと比較した特性比較
表である。この表において、ωは回転子の速度であり、
Ｒｍは電機子磁気回路の磁気抵抗であり、相似設計の場
合には２極と４極では同一の値となる。２極と４極で永
久磁石の厚みが同一の場合には相似設計とならず４極の
方が大きくなる。その場合、ＫE／Ｌの値は４極の方が
２倍より更に大きくなる。 【００１９】例えば、本例のガルバノメータ形スキャナ
を用いると、電源電圧２４Ｖ、電源電流２０Ａの条件で
ＫE／Ｌの値を、５０（Ｖ／ｒａｄ／ｓ／Ｈ）以上とす
ることができる。 【００２０】 【表１】 【００２１】 【発明の効果】以上説明したように、本発明のガルバノ
メータ形スキャナにおいては、そこに組み込まれている
直流モータの極数を４極としてあるので、同一サイズの
回転子を備えた２極構成のモータの場合と比較して、同
一の誘起電圧定数のもとで電機インダクタンスを半分以
下にすることができる。従って、本発明によれば、巻線
の巻数を２倍にすることなくトルク立ち上がりの指標で
あるＫE／Ｌを２倍以上にすることができる。よって、
巻線の励磁電流を増加させることなくモータの応答性を
向上できるので、サイズおよびコストの増加を招くこと
なく、応答性良く位置決めを行うことのできるガルバノ
メータ形スキャナを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したガルバノメータ形スキャナの
一例を示す縦断面図である。 【図２】図１のガルバノメータ形スキャナを構成してい
るモータの断面構成を２極構成のモータと比較して示す
説明図である。 【図３】図１のガルバノメータ形スキャナの制御回路を
示す概略ブロック図である。 【図４】ガルバノメータ形スキャナのモータ起動時にお
けるモータ励磁電流波形を示すグラフである。 【符号の説明】 １ ガルバノメータ形スキャナ ２ モータ ３ ミラー ４ 光学式角度センサ
一例を示す縦断面図である。 【図２】図１のガルバノメータ形スキャナを構成してい
るモータの断面構成を２極構成のモータと比較して示す
説明図である。 【図３】図１のガルバノメータ形スキャナの制御回路を
示す概略ブロック図である。 【図４】ガルバノメータ形スキャナのモータ起動時にお
けるモータ励磁電流波形を示すグラフである。 【符号の説明】 １ ガルバノメータ形スキャナ ２ モータ ３ ミラー ４ 光学式角度センサ
【手続補正書】
【提出日】平成１３年１０月１２日（２００１．１０．
１２） 【手続補正１】 【補正対象書類名】図面 【補正対象項目名】図１ 【補正方法】変更 【補正内容】 【図１】 【手続補正２】 【補正対象書類名】図面 【補正対象項目名】図２ 【補正方法】変更 【補正内容】 【図２】
１２） 【手続補正１】 【補正対象書類名】図面 【補正対象項目名】図１ 【補正方法】変更 【補正内容】 【図１】 【手続補正２】 【補正対象書類名】図面 【補正対象項目名】図２ 【補正方法】変更 【補正内容】 【図２】
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 谷岡 望
長野県南安曇郡穂高町大字牧1856−１ 株
式会社ハーモニック・ドライブ・システム
ズ穂高工場内
(72)発明者 宮下 邦夫
長野県南安曇郡穂高町大字牧1856−１ 株
式会社ハーモニック・ドライブ・システム
ズ穂高工場内
(72)発明者 赤羽 章
長野県南安曇郡穂高町大字牧1856−１ 株
式会社ハーモニック・ドライブ・システム
ズ穂高工場内
Ｆターム(参考） 2G083 AA03 BB04 CC10 DD11 DD15
EE10
2H045 AB03 AB10 AB72
5H621 AA03 GA04 GA16 GB10 HH01
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 有限角度回転型のモータと、このモータ
シャフトに取り付けられたミラーとを備え、 １度程度の微小角の位置決めに数百μ秒オーダの時間内
での整定が要求され、ミラーの振り角が３０度以下であ
り、前記モータの電気的時定数（Ｌ／Ｒ）が要求される
位置決め時間より長く、 前記モータの極数が４極であることを特徴とするガルバ
ノメータ形スキャナ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001303001A JP2003107386A (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | ガルバノメータ形スキャナ |
| US10/253,716 US6665102B2 (en) | 2001-09-28 | 2002-09-25 | Galvanometer-type scanner |
| DE10244880A DE10244880A1 (de) | 2001-09-28 | 2002-09-26 | Scanner vom Galvanometer-Typ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001303001A JP2003107386A (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | ガルバノメータ形スキャナ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003107386A true JP2003107386A (ja) | 2003-04-09 |
Family
ID=19123154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001303001A Pending JP2003107386A (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | ガルバノメータ形スキャナ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6665102B2 (ja) |
| JP (1) | JP2003107386A (ja) |
| DE (1) | DE10244880A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007071964A (ja) * | 2005-09-05 | 2007-03-22 | Sony Corp | 光学スキャナ用ガルバノ形モータ及びそれを用いた画像表示装置 |
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| CA2668064A1 (en) | 2006-10-30 | 2008-05-08 | Autonosys Inc. | Scanning system for lidar |
| GB0713265D0 (en) * | 2007-07-09 | 2007-08-15 | Spi Lasers Uk Ltd | Apparatus and method for laser processing a material |
| US9270144B2 (en) | 2011-09-26 | 2016-02-23 | William R. Benner, Jr. | High torque low inductance rotary actuator |
| US10284038B1 (en) | 2011-09-26 | 2019-05-07 | Pangolin Laser Systems, Inc. | Electromechanical limited rotation rotary actuator and method employing segmented coils |
| US10734857B2 (en) | 2011-09-26 | 2020-08-04 | Pangolin Laser Systems, Inc. | Electromechanical limited rotation rotary actuator and method employing segmented coils |
| US8963396B2 (en) | 2011-09-26 | 2015-02-24 | Pangolin Laser Systems, Inc. | Electromechanical device and assembly method |
| CN103117638B (zh) * | 2013-01-21 | 2016-04-06 | 北京金海创科技发展有限公司 | 扫描振镜电机 |
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| JP2000217327A (ja) * | 1999-01-19 | 2000-08-04 | Mitsubishi Electric Corp | 有限回転電動機およびその駆動制御方法 |
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| US5869945A (en) * | 1996-02-06 | 1999-02-09 | Raytheon Ti Systems, Inc. | Infrared scanner |
| JPH10185624A (ja) * | 1996-12-25 | 1998-07-14 | Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd | 光学式ポテンショメータ |
| DE19961798C2 (de) * | 1999-12-22 | 2001-11-15 | Daimler Chrysler Ag | Verfahren und Anordnung zur Regelung des Stroms in einer geschalteten Reluktanzmaschine |
-
2001
- 2001-09-28 JP JP2001303001A patent/JP2003107386A/ja active Pending
-
2002
- 2002-09-25 US US10/253,716 patent/US6665102B2/en not_active Expired - Lifetime
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