JP2695613B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上利用分野】本発明は、ブラシレスモータに関
し、詳しくは、例えば、高速ポリゴンスキャナに使用さ
れ、ポリゴンミラーを回転させるためのブラシレスモー
タに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザープリンターやデジタル複
写機等の画像形成装置にはビームを偏向走査するための
ポリゴンスキャナが設けられており、このポリゴンスキ
ャナには近時の画像形成速度の高速化の要求に応えるべ
く高速回転が要求され、この回転を達成するために、高
性能なブラシレスモータを備えている。従来この種のブ
ラシレスモータを備えたポリゴンスキャナとしては、例
えば、金属性のハウジングに固定された固定軸の外周面
に複数の動圧発生用の凹凸（例えばヘリングボーン溝）
を形成するとともに、この固定軸に所定の軸受間隔を隔
てて円筒状の回転軸を外装することで、ラジアル軸受を
構成し、その回転軸にポリゴンミラーを取付けたものが
ある。そして、この種のポリゴンスキャナでは、例えば
回転多面鏡体の一方の面に２Ｐ（Ｐは１以上の整数）個
の磁極を持つマグネットと、３Ｐ／２個の電機子コイル
でアキシャルギャップ型のブラシレスモータを構成して
いる。また、ホール素子はコアレス電機子コイルの空洞
に備えられている（特開昭５９−２８７５７号参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のブラシレスモータにあっては、マグネットの
極数を２Ｐ個としたときに、電機子コイルを３Ｐ／２個
に構成しているため（特開昭５９−２８７５７号にはＰ
＝４のもの、即ち、８極６コイルのブラシレスモータが
開示されている）励磁周波数が増大してしまい、制御回
路の駆動効率を低下し電流が増大してしまうとともに、
鉄損を増大し温度上昇が増大してしまうという問題点が
あった。すなわち、マグネットの極数を２Ｐ個としたと
きに、電機子コイルを３Ｐ／２個とした場合には、、極
数が多いため励磁周波数が高周波数となり、制御回路の
駆動効率が低下してしまうのである。また、鉄損は励磁
周波数の２乗で増大するため、励磁周波数が高くなると
鉄損が増加してしまい、モータが温度上昇してしまうと
いう問題点があった。

【０００４】さらに、従来のブラシレスモータにあって
は、ホール素子をコアレス電機子コイルの空洞部に設け
ている（図５を参照）。この構成では、ホール素子の出
力信号は、そのホール素子が空洞部に設けられていると
ころのコアレス電機子コイルによる励磁電流の磁界の影
響を受け、そのＳ／Ｎ比が悪化するため適正な励磁切り
替えができなくなるという問題点があった。高回転のモ
ータ（概ね、毎分２００００回転以上のモータを想定）
では、特にホール素子の出力信号はコイルの磁束により
影響を受けやすい。すなわち、高速回転を実現するため
には、鉄損を少なくするためロータマグネットの磁束を
低くし、コイルの巻数を増やす必要がある。そのためコ
イルの巻数の増加によりコイルの磁界が増加して、その
磁束がホール素子の出力信号に強い影響を与えるのであ
る。

【０００５】また、従来のブラシレスモータは、ホール
素子をコアレス電機子コイルの空洞部に設けているの
で、ホール素子を設けるため空洞部を確保する必要があ
った。そのため、コアレス電機子コイル、ひいてはコア
レス電機子コイルを有する回転体を小型化することが困
難であった。そのため、小型化によるコストダウンに限
界があったし、回転体が大型となるため回転時の遠心力
が大きくなり高速回転を実現するが困難であった。さら
に、従来のコアレスモータでは、電機子コイルを回路基
板へ通電する際に巻線の巻始と巻終の両端部をコイル外
部に引出して端子として用い、その端子を回路基板にハ
ンダ付けしていた。そのため回路基板にコイルを取付け
る際に端子が動きやすく、作業効率が悪かった。

【０００６】

【０００７】

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願発明は、Ｎ，Ｓの等
しい角度で磁化された磁極を交互に複数個有する界磁用
マグネットと、該界磁用マグネットの磁路内で該マグネ
ットに対向して設けられ互いに重畳しないで等間隔に設
けられた複数個のコアレス電機子コイルと、前記界磁用
マグネットの回転位置を検知するホール素子とを備えた
ブラシレスモータであって、前記界磁用マグネットの極
数を２Ｐ（Ｐは正の整数）にしたときに、外周の一部が
円弧状に湾曲したコアレス電機子コイルを３Ｐ個配設
し、これらのコアレス電機子コイルの内周側の相隣合っ
た湾曲部分で形成された空間部に前記ホール素子を配設
し、前記ブラシレスモータの回転軸にポリゴンミラーを
固定し、前記回転軸をアキシャル方向に支持する磁気軸
受と、前記回転軸をラジアル方向に支持する動圧空気軸
受とを設けたことを特徴とするものである。

【０００９】

【００１０】

【作用】本願発明は、界磁用マグネットの極数を２Ｐ
（Ｐは正の整数）にしたときに、コアレス電機子コイル
を３Ｐ個配設していること、ブラシレスモータの回転軸
にポリゴンミラーを固定し、前記回転軸をアキシャル方
向に支持する磁気軸受と、前記回転軸をラジアル方向に
支持する動圧空気軸受とを設けたこととにより、例示周
波数を低減させて制御回路の駆動効率を向上させること
が可能であり、また、手っそんの発生を抑えて温度上昇
を低減することができ、さらに、高速で高精度回転を行
なわせることができ、特に、コアレス電機子コイルの内
周側の相隣合った湾曲部分で形成された空間部に前記ホ
ール素子を配設したことにより、コイルの中心部に空間
を必要としないためにコイルの巻径を小さくすることが
でき、これにより、コイルの単位面積当りの発生磁束を
高めると同時に基板面積を小さくすることができて小型
化することが可能なものである。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【実施例】以下、本発明実施例に基づいて説明する。図
１〜４は本発明に係るブラシレスモータ、及び本発明に
係る動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの一実施例を示す
図である。まず構成を説明する。図１において、中空回
転軸２１に形成した段部２１ａの上面にポリゴンミラー
２５を載置し、ミラー押さえ２３によりポリゴンミラー
２５を上方より押さえて係止している。このミラー押さ
え２３は磁石３２を保持しており、マグネットホルダと
しての機能も持っている。またミラー押さえ２３には、
上下振動減衰用連通穴２３ａが形成されており、スラス
ト軸受にダンピング特性を持たせるようにしている。さ
らにミラー押さえ２３には回転体不釣合修正用のバラン
ス修正溝２３ｂが形成されている。

【００１４】ロータマグネット組立体５０はヨークを兼
用しているロータフランジ５１とロータマグネット５２
で構成されており、このロータマグネット５２には回転
体不釣合修正用のバランス修正溝５２ａが形成されてい
る。したがって、ポリゴンミラー２５、ミラー押さえ２
３、ロータマグネット組立体５０などが取付けられた中
空回転軸２１が動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの回転
体２０を構成している。回転体２０は不釣合による回転
時の振動を小さくするため上下のバランス修正溝２３
ｂ、５２ａで数ｍｇ以下の不釣合量にバランス修正され
ている。

【００１５】中空回転軸２１が嵌合されている固定軸１
４は上端に磁石３３が固定され、下端部は、ハウジング
１０と圧入固着あるいは焼きばめなどの方法で堅固に固
定されている。さらに、固定軸１４の表面には動圧空気
軸受を構成するためのヘリングボーン溝１４ａ、１４ｂ
を上下２対有している。回転体が回転を開始すると、中
空回転軸２１と固定軸１４の隙間の圧力が高まり動圧軸
受を形成し、非接触でラジアル方向に回転体を支持す
る。

【００１６】一方、アキシャル軸受は上ケース４１、回
転体２０の上端部、及び固定軸１４の上端部に固定され
た磁石３１、３２、３３と上下振動減衰用連通穴２３ａ
で構成されている。磁石の磁極は互いに向かいあう面を
同極とし、回転体２０の磁石３２は上下から反発させら
れ浮上し非接触で支持している。一方、モータはアキシ
ャルギャップ型といわれるブラシレスモータであり、ロ
ータマグネット組立体５０、コアレス電機子コイル５
３、ホール素子５４などで構成されている。ホール素子
５４によりロータマグネット５２の回転位置を検出し、
コアレス電機子コイル５３への励磁を制御回路（図示し
ない）により適正に切換えることにより回転体２０が回
転する。

【００１７】図２と図３に本実施例のロータマグネット
５２とコイル５３の配置を示した。ロータマグネット５
２は２Ｐ（Ｐは１以上の整数）個の磁極をもっており、
それと対向するように空芯の電機子コイル５３が３Ｐ個
等間隔に配置されている。このようなロータマグネット
極数とコイル数の関係とすることにより、従来例と比較
し励磁周波数を半分にすることができるので、モータ損
失（鉄損）はその周波数の２乗分の１にまで低減でき
る。さらにスイッチング周波数が１／２となり、駆動回
路の発熱は低減されモータ効率がアップする（この実施
例では、Ｐ＝２の場合を示している）。ホール素子５４
は、相隣合う電機子コイル５３ａと電機子コイル５３ｂ
との間の位置に配置される。さらに、好ましくは、、複
数個のコアレス電機子コイルを構成する各電機子コイル
５３の外周の一部を湾曲形状として、相隣合った電機子
コイル５３ａと電機子コイル５３ｂの外周の湾曲部分が
構成する間隔部分に、ホール素子５４を配設する。

【００１８】このホール素子５４が設けられた、相隣合
うコアレス電機子コイル５３ａとコアレス電機子コイル
５３ｂの間の位置は、言い替えると従来のホール素子設
けられた位置（電機子コイルの空洞部）から、モータの
回転軸を中心に機械角で（３６０／２Ｐ）°回転させた
位置となっている。この実施例ではＰ＝２であるので、
従来のホール素子の位置からモータの回転軸を中心に９
０°回転された位置にホール素子５４設けられている。

【００１９】ホール素子５４がこの位置に設けられてい
るため、ホール素子５４は電機子コイル５４への通電で
発生する磁界の影響を受けずに、ロータマグネット５２
の位置を正確に検知することが可能となる。即ち、従来
の様に電機子コイルの空洞部にホール素子が設けられて
いた場合、ホール素子５４は、本来検知すべきロータマ
グネット５２からの磁界からのみならずその空洞部にホ
ール素子が設けられている電機子コイルへ通電がなされ
ることにより発生する磁界からも影響を受けることにな
る。そのためロータマグネット５２の位置を正確に検知
することができなかった。一方で、本願のようにホール
素子５４が相隣合う電機子コイル５３ａと電機子コイル
５３ｂとの間の位置に配置されていれば、ホール素子５
４は電機子コイル５３ａによる磁界と電機子コイル５３
ｂのよる磁界との双方の影響を受けることになる。ここ
で、電機子コイル５３ａを流れる電流と電機子コイル５
３ｂを流れる電流とは、その量が等しく方向が逆である
（図４において、Ｉは各電機子コイル中の電流方向を示
す）。そのため、各電流により発生する磁界は、その大
きさが等しく方向が逆となる。よって、ホール素子５４
は両電機子コイル５３ａ、５３ｂと等距離にあるため、
電機子コイル５３ａへの通電により発生する磁束と電機
子コイル５３ｂへの通電により発生する磁束とがホール
素子５４の位置で相殺される。従って、ホール素子５４
は、電機子コイルへの通電により発生する磁界の影響を
受けることなく、本来検知するべきロータマグネット５
２からの磁束のみを検知することになりロータマグネッ
ト５２の位置を正確に検知することが可能になる。

【００２０】図４はコアレス電機子コイル５３の図であ
る。コアレス電機子コイル５３には、コアレス電機子コ
イル５３をコイル基板とハンダ接続するために、巻始ま
りと巻終わり部に端子として余分に巻線を突出させ、巻
始端子５５と巻終端子５６としている。ここで、巻始端
子５５と巻終端子５６の突出方向はハンダ工程を簡単に
するため共に基板側にしている。端子が基板側にあるた
め、電機子コイルを際に端子部が基板のハンダ部で動く
ことがなく、ハンダ時に端部を押さえる工程が省略でき
る。なお、実施例の説明ではアキシャルギャップ型のブ
ラシレスモータであったが、それ以外のアウターロータ
型やインナーロータ型であっても同様な効果を有する。

【００２１】

【効果】本発明は、Ｎ，Ｓの等しい角度で磁化された磁
極を交互に複数個有する界磁用マグネットと、該界磁用
マグネットの磁路内で該界磁用マグネットに対向して設
けられ互いに重畳しないで等間隔に設けられた複数個の
コアレス電機子コイルと、前記界磁用マグネットの回転
位置を検知するホール素子とを備えたブラシレスモータ
であって、前記界磁用マグネットの極数を２Ｐ（Ｐは正
の整数）にしたときに、外周の一部が円弧状に湾曲した
コアレス電機子コイルを３Ｐ個配設し、これらのコアレ
ス電機子コイルの内周側の相隣合った湾曲部分で形成さ
れた空間部に前記ホール素子を配設し、前記ブラシレス
モータの回転軸にポリゴンミラーを固定し、前記回転軸
をアキシャル方向に支持する磁気軸受と、前記回転軸を
ラジアル方向に支持する動圧空気軸受とを設けたので、
界磁用マグネットの極数を２Ｐ（Ｐは正の整数）にした
ときに、コアレス電機子コイルを３Ｐ個配設しているこ
と、ブラシレスモータの回転軸にポリゴンミラーを固定
し、前記回転軸をアキシャル方向に支持する磁気軸受
と、前記回転軸をラジアル方向に支持する動圧空気軸受
とを設けたこととにより、励磁周波数を低減させて制御
回路の駆動効率を向上させることが可能であり、また、
鉄損の発生を抑えて温度上昇を低減することができ、さ
らに、高速で高精度回転を行なわせることができ、特
に、コアレス電機子コイルの内周側の相隣合った湾曲部
分で形成された空間部に前記ホール素子を配設したこと
により、コイルの中心部に空間を必要としないためにコ
イルの巻径を小さくすることができ、これにより、コイ
ルの単位面積当りの発生磁束を高めると同時に基板面積
を小さくすることができて小型化することが可能である
という効果を有する。

【００２２】

【００２３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るブラシレスモータ、及びポリゴン
スキャナーの一実施例を示す図であり、その全体構成を
示す断面図である。

【図２】図１に示した実施例のブラシレスモータの磁界
用ロータマグネットの構成図である。

【図３】図１に示した実施例の、ブラシレスモータのコ
アレス電機子コイルの構成図である。

【図４】図１に示す実施例のブラシレスモータの電機子
コイルの巻線を示す構成図である。

【図５】従来のブラシレスモータの電機子コイルの構成
図である。

【符号の説明】

１０ ハウジング １４ 固定軸 １４ａ ヘリングボーン溝 １４ｂ ヘリングボーン溝 ２０ 回転体 ２１ 中空回転軸 ２１ａ 段部 ２３ ミラー押さえ ２３ａ 上下振動減衰用連通穴 ２３ｂ バランス修正溝 ２５ ポリゴンミラー ３１ 磁石 ３２ 磁石 ３３ 磁石 ４１ 上ケース ５０ ロータマグネット組立体 ５１ ロータフランジ ５２ ロータマグネット ５２ａ バランス修正用溝 ５３ コイル ５４ ホール素子 ５５ 巻始端子 ５６ 巻終端子 １００ コイル １０１ ホール素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−2561（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−70811（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−148757（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−69576（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−101169（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−141483（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｎ，Ｓの等しい角度で磁化された磁極を交
   互に複数個有する界磁用マグネットと、該界磁用マグネ
   ットの磁路内で該界磁用マグネットに対向して設けられ
   互いに重畳しないで等間隔に設けられた複数個のコアレ
   ス電機子コイルと、前記界磁用マグネットの回転位置を
   検知するホール素子とを備えたブラシレスモータであっ
   て、前記界磁用マグネットの極数を２Ｐ（Ｐは正の整
   数）にしたときに、外周の一部が円弧状に湾曲したコア
   レス電機子コイルを３Ｐ個配設し、これらのコアレス電
   機子コイルの内周側の相隣合った湾曲部分で形成された
   空間部に前記ホール素子を配設し、前記ブラシレスモー
   タの回転軸にポリゴンミラーを固定し、前記回転軸をア
   キシャル方向に支持する磁気軸受と、前記回転軸をラジ
   アル方向に支持する動圧空気軸受とを設けたことを特徴
   とするブラシレスモータ。