JP3583875B2

JP3583875B2 - Brushless motor and polygon scanner

Info

Publication number: JP3583875B2
Application number: JP25902496A
Authority: JP
Inventors: 光夫鈴木; 幸男伊丹
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-03-21
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2016-09-30
Also published as: JPH09312962A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホール素子の検出結果に基づいて複数のコイルを切換駆動し、マグネットとともにローターを回転駆動する面対向型のブラシレスモータおよびポリゴンミラーをブラシレスモータにより回転駆動するポリゴンスキャナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシレスモータは、直流モータでありながらブラシでコミュテータを擦過しないので、粉塵の発生を心配する必要がなくレーザスキャナのポリゴンスキャナ等に利用されている。
【０００３】
このようなブラシレスモータの一従来例を、図６に基づいて以下に説明する。まず、ここで例示するブラシレスモータは、ポリゴンスキャナ１として形成されている。このポリゴンスキャナ１は、密閉構造の本体ハウジング２を有しており、これは下部ハウジング３と上部ハウジング４とにより形成されている。
【０００４】
前記下部ハウジング３の底部には固定軸５が固定されており、この固定軸５は、動圧軸受６を形成するために外周面にヘリングボーン形状の凹部７が形成されている。前記固定軸５上には、前記動圧軸受６の軸孔８が中心部に形成されたローター９が回転自在に位置しているので、このローター９は、前記動圧軸受６により回転自在な状態でラジアル方向に軸支されている。
【０００５】
前記ローター９の上端には、軸受マグネット１０が装着されている。この軸受マグネット１０には、前記上部ハウジング４の中央下面に装着された軸受マグネット１１と、前記固定軸５の上端に装着された軸受マグネット１２とが、上下から対向している。このため、ここに磁気軸受１３が形成されており、この磁極軸受１３により前記ローター９は回転自在な状態でスラスト方向に支持されている。
【０００６】
前記ローター９の外周面には、円環状のヨーク１４と複数の極性に着磁された円環形の駆動マグネット１５とが一体に装着されており、この駆動マグネット１５の外周部に円環形の凹溝１６が形成されている。より詳細には、前記ヨーク１４は、下面が開口した扁平な円筒状に形成されており、この内部に前記駆動マグネット１５が嵌合しているので、ここでは前記駆動マグネット１５の磁路を形成するとともに、前記駆動マグネット１５を保持している。この駆動マグネット１５は、下方の盤面と外周面との境界の角部に円環形の切欠きが形成されているので、この駆動マグネット１５の切欠きとヨーク１４の内周面とにより前記凹溝１６が形成されている。
【０００７】
前記本体ハウジング２の内部には、前記ローター９を包囲する円環形の回路基板１７が装着されており、この回路基板１７の上面に前記駆動マグネット１５が上方から対向している。前記回路基板１７の下面には、複数の駆動コイル１８が円環形に配列されており、これらの駆動コイル１８が前記回路基板１７を介して前記駆動マグネット１５にアキシャル方向から対向している。
【０００８】
なお、前記回路基板１７の下面には、複数のホール素子１９も円環形に配列されているので、これらのホール素子１９も前記回路基板１７を介して前記駆動マグネット１５にアキシャル方向から対向している。前記ホール素子１９は、前記回路基板１７の下面に面実装されており、フラットパッケージ型なので感磁面がアキシャル方向に位置している。
【０００９】
また、前記ローター９の上端には、ポリゴンミラー２０が支持部材２１により固定されており、このポリゴンミラー２０と対向する透光窓（図示せず）が前記本体ハウジング２に形成されている。前記支持部材２１の下面には内周部から外周部まで凹溝が形成されており、これが前記ローター９の内部と外部とを連通する連通孔２２を形成している。この連通孔２２を空気が流動することにより、前記ローター９のアキシャル方向の振動が減衰される。
【００１０】
ここでは前記本体ハウジング２の下部に回路基板２３が一体に装着されており、この回路基板２３に形成された駆動回路（図示せず）が前記ホール素子１９と前記駆動コイル１８とに接続されている。つまり、前記回路基板２３の駆動回路は、外部から駆動電力が供給されると、前記ホール素子１９の検出結果に対応して複数の前記駆動コイル１８を切換駆動する。
【００１１】
上述のように前記ローター９に、前記軸受マグネット１０、前記ヨーク１４、前記駆動マグネット１５、前記ポリゴンミラー２０、前記支持部材２１、等が装着されて回転体２４が形成されており、この回転体２４のバランスが確保されるように、前記駆動マグネット１５と前記支持部材２１との円環形の凹溝１６，２５にバランスウエイト（図示せず）が適宜装着されている。
【００１２】
ここで、前記支持部材２１により前記ポリゴンミラー２０を前記ローター９に固定した部分の組立構造を以下に詳述する。前記ローター９は、端部近傍の外周面に円環形の凸部２６が形成されており、前記ポリゴンミラー２０は、前記凸部２６の上方の盤面に当接した状態で前記ローター９の外周面に嵌合されている。前記支持部材２１は、前記ローター９の外周面に嵌合する円環部２７と端面に対向する円盤部２８とが形成されており、前記ローター９の端部に嵌合されている。前記支持部材２１の円盤部２８と前記ローター９の端面とには、ネジ孔２９が形成されており、このネジ孔２９にネジであるビス３０が締結されることにより、前記支持部材２１が前記ローター９の凸部２６との間隙で前記ポリゴンミラー２０を挾持している。
【００１３】
上述のような構造のポリゴンスキャナ１では、複数のホール素子１９により駆動マグネット１５の極性が検出されるので、これに対応して複数の駆動コイル１８が切換駆動されることにより、駆動マグネット１５とともにローター９が回転駆動される。このように回転するローター９は、動圧軸受６によりラジアル方向に支持されると同時に磁気軸受１３によりスラスト方向に支持されているので、固定軸５や本体ハウジング２に非接触な状態で高速かつ正確に回転する。このようなローター９とともにポリゴンミラー２０が回転するので、このポリゴンミラー２０により光線を偏向走査することができる。
【００１４】
このようなポリゴンミラー２０は、例えば、３００００（ｒｐｍ）以上の高速で正確に回転する必要があるが、これを一部とするポリゴンスキャナ１の回転体２４は複数の部品からなるので、軸心に対して全周方向に完全なバランスを実現することは困難である。そこで、実際には駆動マグネット１５と支持部材２１との円環形の凹溝１６，２５にバランスウエイトを適宜装着することにより、回転体２４のバランスが正確に調整されているので、ポリゴンスキャナ１はポリゴンミラー２０を高速で正確に回転させることができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようなポリゴンスキャナ１は、駆動マグネット１５と支持部材２１との円環形の凹溝１６，２５にバランスウエイトを適宜装着することにより、回転体２４のバランスを正確に調整している。
【００１６】
しかし、上述のような凹溝１６を駆動マグネット１５の外周部に形成しているので、全体的に大型化して消費電力も増大している。
【００１７】
つまり、駆動マグネット１５の外周部に凹溝１６を形成するため、この位置までヨーク１４を延長しているので、この部分の直径が大型化している。例えば、駆動マグネット１５の盤面の外周部に凹溝１６を直接に形成することも可能であるが、これでは駆動マグネット１５の形状が複雑で生産性が低下することになる。
【００１８】
また、この駆動マグネット１５は、凹溝１６の部分では駆動トルクを良好に発生することができず、外周部は駆動トルクを発生しないウエイトとなっている。このため、駆動マグネット１５は駆動トルクが不足しがちであり、充分な駆動トルクを確保するために全体が大径化されている。
【００１９】
このように駆動マグネット１５がヨーク１４とともに大径化されているので、そのイナーシャも増加しており、ポリゴンスキャナ１は応答性が低下し、消費電力も増加している。このように駆動マグネット１５の部分を大径化すると遠心力も増加するので、動圧軸受６の部分も大型に形成する必要があり、ポリゴンスキャナ１の全体が大型化している。
【００２０】
さらに、駆動マグネット１５の部分が大径化されると、その角速度が一定でも外周部の線速度は増大するので、空気摩擦による風損や発熱が増大して各部に悪影響が発生する。特に、ホール素子１９や駆動コイル１８は耐熱性が低いので、これらに対向する駆動マグネット１５が高熱を発生することは好ましくない。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明のブラシレスモータは、本体ハウジングの内部に軸受を介してローターを回転自在に軸支し、このローターの外周面に複数の極性に着磁された円環形のマグネットを装着し、前記本体ハウジングの内部に複数のコイルを円環形に配列して前記マグネットにアキシャル方向から対向させ、このマグネットの磁極を検出するホール素子を前記本体ハウジングの内部に配置し、前記ホール素子の検出結果に基づいて複数の前記コイルを切換駆動して前記マグネットとともに前記ローターを回転駆動するブラシレスモータにおいて、バランスウエイトが装着される円環形の凹溝を前記マグネットの内周部に形成した。従って、マグネットの外周部に凹溝を形成するために、この位置までヨークを延長する必要がない。また、マグネットが駆動トルクを発生しない部分に凹溝が位置するので、大径化することなく充分な駆動トルクが確保される。
【００２４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のブラシレスモータであって、マグネットの一方の盤面と内周面との境界の角部に円環形の切欠きを形成し、このマグネットの切欠きとローターの外周面とにより凹溝を形成した。従って、マグネットの内側の円環形の角部に切欠きを形成し、これをローターの外周面上に装着すれば、マグネットとローターとの間隙として凹溝を形成した。
【００２５】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のブラシレスモータであって、マグネットをアルミ−マンガン系の金属により形成した。従って、アルミ−マンガン系の金属は機械強度が良好なので、マグネットの内周部に凹溝を形成しても高速回転の遠心力に対して充分な耐久性が確保される。
【００２６】
請求項４記載の発明は、請求項１記載のブラシレスモータであって、マグネットの外周面と対向する位置にホール素子を配置した。従って、ホール素子がマグネットの外周方向の漏れ磁束を検出するので、内周部の凹溝に関係なくマグネットの位置をホール素子が検出する。
【００２７】
請求項５記載の発明は、請求項４記載のブラシレスモータであって、リードタイプのホール素子をアキシャル方向に立設させた。従って、リードタイプのホール素子をアキシャル方向に立設させると感磁面をラジアル方向に配置できるので、マグネットの外周方向の漏れ磁束をホール素子が感磁面により検出する。
【００２８】
請求項６記載の発明は、請求項１記載のブラシレスモータであって、ローターの外周部に円盤状のヨークを固定し、このヨークの盤面にマグネットが固定されている。従って、ヨークによりマグネットの磁路が形成されるとともに、マグネットがローターに固定される。
【００２９】
請求項７記載の発明は、請求項１記載のブラシレスモータであって、ローターの外周面にマグネットが直接的に固定されている。従って、ヨークを要することなくマグネットがローターに固定されているので、コイルと対向しないマグネットの盤面が磁気的に開放され、回転体が軽量化および低イナーシャ化される。
【００３０】
請求項８記載の発明は、請求項７記載のブラシレスモータであって、ローターとマグネットとの両方をアルミ系の金属により形成した。従って、ローターとマグネットとの熱膨張率等が略同一なので、高速回転によりマグネットやローターが発熱しても固定部が破壊されない。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態を図１に基づいて以下に説明する。なお、本実施の形態に関し、前述した従来例と同一の部分は、同一の名称および符号を利用して詳細な説明は省略する。
【００３７】
まず、本実施の形態のブラシレスモータもポリゴンスキャナ３１として密閉構造の本体ハウジング２を有しており、この本体ハウジング２の内部に駆動コイル１８やホール素子１９が固定されている。また、前記本体ハウジング２の内部には、動圧軸受６と磁気軸受１３とを介してローター９が回転自在に軸支されており、このローター９に、軸受マグネット１０、ヨーク３２、駆動マグネット３３、ポリゴンミラー２０、支持部材２１、等が装着されて回転体３４が形成されている。
【００３８】
前記ヨーク３２は、単純な円盤状に形成されており、その下面に前記駆動マグネット３３が接合されている。この駆動マグネット３３は、下方の盤面と内周面との境界の角部に円環形の切欠きが形成されているので、この駆動マグネット３３の切欠きとローター９の外周面とにより凹溝３５が形成されている。そこで、前記回転体３４のバランスが確保されるように、前記駆動マグネット３３と前記支持部材２１との円環形の凹溝３５，２５にバランスウエイト（図示せず）が適宜装着されている。
【００３９】
このような構成において、本実施の形態のポリゴンスキャナ３１も、前述したポリゴンスキャナ１と同様に、複数のホール素子１９により駆動マグネット３３の極性を検出し、これに対応して複数の駆動コイル１８を切換駆動することにより、駆動マグネット３３とともにローター９を回転駆動するので、このローター９とともに回転するポリゴンミラー２０により光線を偏向走査することができる。本実施の形態のポリゴンスキャナ３１も、ポリゴンミラー２０を高速で正確に回転させるため、駆動マグネット３３と支持部材２１との円環形の凹溝３５，２５にバランスウエイトを適宜装着して回転体３４のバランスを正確に調整している。
【００４０】
そして、この凹溝３５が駆動マグネット３３の内周部に位置するので、全体が小型化されて消費電力も低減されている。つまり、駆動マグネット３３の内周部に凹溝３５が形成されているので、駆動マグネット３３の外周部に凹溝を形成するようにヨーク３２を延長する必要がない。このため、ヨーク３２は駆動マグネット３３の上面のみに位置しており、ヨーク３２と駆動マグネット３３とが小径化されている。
【００４１】
また、ポリゴンスキャナ３１は、構造的に駆動コイル１８がローター９の外周面に所定の間隙を介して対向するので、駆動マグネット３３の内周部に駆動コイル１８が対向することはなく、駆動マグネット３３は内周部では駆動トルクを発生しない。そして、この駆動マグネット３３の内周部に凹溝３５が配置されているので、この凹溝３５の形成により駆動マグネット３３の駆動トルクが阻害されることがなく、駆動マグネット３３は充分な駆動トルクが確保されて全体が小径化されている。
【００４２】
このように駆動マグネット３３がヨーク３２とともに小径化されているので、そのイナーシャも低減されており、ポリゴンスキャナ３１は応答性が向上するとともに消費電力も低減されている。このように駆動マグネット３３の部分が小径化されると、その回転体３４が発生する遠心力も低減されるので、動圧軸受６の部分も小型化されており、ポリゴンスキャナ３１は全体的に小型軽量化されている。
【００４３】
さらに、駆動マグネット３３の部分が小径化されると、その角速度が一定でも外周部の線速度は低下するので、空気摩擦による風損や発熱も低減されており、各部の悪影響が防止されている。特に、ホール素子１９や駆動コイル１８は耐熱性が低いので、これに対向する駆動マグネット３３の発熱の低減は好ましい。
【００４４】
なお、上述のように駆動マグネット３３の内周部分に凹溝３５を形成すると、遠心力の対する耐久性が懸念されるが、これは駆動マグネット３３の小径化により相殺することが可能である。しかし、それでも駆動マグネット３３の耐久性が問題となる場合には、これをアルミ−マンガン系の金属により形成することが好ましい。
【００４５】
その場合、アルミ−マンガン系の金属は機械強度が良好なので、駆動マグネット３３の内周部に凹溝３５を形成しても高速回転の遠心力に対して充分な耐久性を確保することができる。もちろん、アルミ−マンガン系の金属は着磁性も良好なので、駆動マグネット３３として良好な磁気特性も実現することができる。
【００４６】
なお、本発明は上記形態に限定されるものではなく、各種の変形を許容する。例えば、上述したポリゴンスキャナ３１では、ホール素子１９が駆動マグネット３３の凹溝３５の部分に対向するので、その磁極の検出が困難となることが懸念される。これが問題となる場合には、図２に示すように、リードタイプのホール素子４１を回路基板１７に立設させて駆動マグネット３３の外周面に対向する位置に配置することが好ましい。
【００４７】
このようなブラシレスモータであるポリゴンスキャナ４２では、リードタイプのホール素子４１をアキシャル方向に立設させているので、その感磁面をラジアル方向に位置させることができ、この感磁面が駆動マグネット３３の外周面に対向する。このため、この駆動マグネット３３の内周部に凹溝３５を形成しても、その磁極を外周方向の漏れ磁束によりホール素子４１が良好に検出することができる。
【００４８】
また、上述したポリゴンスキャナ３１，４２でも、ポリゴンミラー２０を固定するために支持部材２１をローター９にビス３０で締結しているので、前述したように、ネジ孔２９に残留した切削油が回転の遠心力により支持部材２１の外部に漏出する懸念がある。そこで、これが問題となる場合には、図３に示すように、支持部材２１の円環部２７の内周面に凹溝４３を形成し、このローター９の端面から外側に飛散する切削油を支持部材２１の凹溝４３に収容することが好ましい。
【００４９】
特に、この支持部材２１の凹溝４３は、ローター９の端面より下方まで形成されているので、ローター９の端面から外側に飛散する切削油を確実に収容することができる。さらに、図４に示すように、このような支持部材２１の凹溝４４を、その開口部より内部が拡開したテーパ形状に形成すれば、この凹溝４４に収容された切削油が漏出しにくいので、より好ましい。
【００５０】
また、図５に示すように、ローター９の外周面にネジ孔２９の先端部まで到達する貫通孔として円環状の凹溝４５を形成し、ネジ孔２９に残留する切削油を簡単な洗浄処理で確実に排除することも可能である。特に、このようなネジ孔２９に到達する貫通孔を円環状の凹溝４５とすれば、ネジ孔２９の位置に関係なく貫通孔を形成することができる。
【００５１】
ただし、これではローター９の機械強度が低下する懸念もあるので、これが問題となる場合には、放射状の複数の貫通孔をネジ孔２９に対して個々に形成することが好ましい。つまり、上述した二例は一長一短を有するので、各種条件を考慮して一方を選択することが好ましい。また、ここでは貫通孔である凹溝４５をローター９の外周面に形成しているが、これを内周面に形成することも可能である。
【００５２】
また、上述したポリゴンスキャナ３１，４２等では、ローター９の外周部に円盤状のヨーク１４を固定し、このヨーク１４の盤面に駆動マグネット３３が固定されているので、ヨーク１４により駆動マグネット３３の磁路を形成することができ、駆動マグネット３３がローター９に簡単な構造で確実に固定されている。特に、このような構造では、ローター９と駆動マグネット３３との熱膨張率が相違しても問題ないので、各々を最適な材料で形成することも可能である。
【００５３】
しかし、このような構造では部品数が多く回転体３４のイナーシャも大きいので、これが問題となる場合には、図３に示すように、ローター９の外周面に駆動マグネット３３を直接的に固定することが好ましい。この場合、ヨーク１４を要することなく駆動マグネット３３がローター９に固定されるので、駆動コイル１８と対向しない駆動マグネット３３の盤面が磁気的に開放されることになる。そして、回転体３４を軽量化および低イナーシャ化することができるので、消費電力を低減するとともに応答性を向上させることができる。
【００５４】
実際に上述のように駆動マグネット３３をローター９に直接的に固定するためには、駆動マグネット３３の内周面とローター９の外周面とを接着剤により固着させれば良く、さらに、ローター９の凸部２６の下方の盤面と駆動マグネット３３の上方の盤面とも接着することが好ましい。
【００５５】
また、このように駆動マグネット３３をローター９に直接的に接着する場合、ローター９と駆動マグネット３３との両方をアルミ系の金属により形成することが好ましい。この場合、ローター９と駆動マグネット３３との熱膨張率等が略同一となるので、高速回転により駆動マグネット３３やローター９が発熱しても固定部が破壊されない。
【００５６】
なお、このようなアルミ系の金属としては、前述したアルミ−マンガン系の金属の他、“Ａ５０５６ ”等のアルミニウム合金も利用可能である。例えば、アルミ−マンガン合金の熱膨張係数は“ １．８×１０￣^５／℃”でアルミ合金“Ａ５０５６ ”の熱膨張係数は“ ２．３×１０￣^５／℃”なので、アルミ−マンガン合金により駆動マグネット３３を形成してローター９をアルミ合金“Ａ５０５６ ”により形成しても、熱膨張による固定部の破壊を防止することができる。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明のブラシレスモータは、バランスウエイトが装着される円環形の凹溝をマグネットの内周部に形成したことにより、マグネットの外周部に凹溝を形成するためにヨークを延長する必要がないので、このヨークとともにマグネットを小径化することができ、マグネットが駆動トルクを発生しない部分に凹溝が位置するので、充分な駆動トルクを確保してマグネットを小径化することができ、このようにマグネットを小径化できるので、全体の小型軽量化、応答性の向上、消費電力の低減、発熱温度の低減、等が可能となる。
【００５８】
請求項２記載の発明のブラシレスモータでは、マグネットの一方の盤面と内周面との境界の角部に円環形の切欠きを形成し、このマグネットの切欠きとローターの外周面とにより凹溝を形成したことにより、マグネットを複雑な形状に成形しなくとも、単純な構造でマグネットの内周部に凹溝を形成することができる。
【００５９】
請求項３記載の発明のブラシレスモータでは、マグネットをアルミ−マンガン系の金属により形成したことにより、アルミ−マンガン系の金属は機械強度が良好なので、内周部に凹溝を形成したマグネットに、高速回転の遠心力に対して充分な耐久性を確保することができる。
【００６０】
請求項４記載の発明のブラシレスモータでは、マグネットの外周面と対向する位置にホール素子を配置したことにより、マグネットの内周部の凹溝が位置しても、ホール素子は、マグネットの磁極を外周方向の漏れ磁束により検出することができる。
【００６１】
請求項５記載の発明のブラシレスモータでは、リードタイプのホール素子をアキシャル方向に立設させたことにより、マグネットの外周方向の漏れ磁束を良好に検出する状態にホール素子を設けることができる。
【００６２】
請求項６記載の発明のブラシレスモータでは、ローターの外周部に円盤状のヨークを固定し、このヨークの盤面にマグネットが固定されていることにより、ヨークによりマグネットの磁路を形成することができ、簡単な構造でマグネットをローターに良好に固定することができる。
【００６３】
請求項７記載の発明のブラシレスモータでは、ローターの外周面にマグネットが直接的に固定されていることにより、ヨークを要することなくマグネットをローターに固定することができるので、回転体を軽量化するとともに低イナーシャ化することができ、ブラシレスモータの消費電力を低減するとともに応答性を向上させることができる。
【００６４】
請求項８記載の発明のブラシレスモータでは、ローターとマグネットとの両方をアルミ系の金属により形成したことにより、ローターとマグネットとの熱膨張率等を略同一とすることができるので、マグネットとローターとの熱膨張による固定部の破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態のポリゴンスキャナを示す縦断側面図である。
【図２】第一の変形例のポリゴンスキャナを示す縦断側面図である。
【図３】第二の変形例の要部を示す縦断側面図である。
【図４】第三の変形例の要部を示す縦断側面図である。
【図５】第四の変形例の要部を示す縦断側面図である。
【図６】一従来例のブラシレスモータを示す縦断側面図である。
【符号の説明】
２本体ハウジング
６，１３軸受
９ローター
１８コイル
１９，４１ホール素子
２６凸部
２７円環部
２８円盤部
３０ネジ
３１，４２ポリゴンスキャナ、ブラシレスモータ
３３マグネット
３５凹溝
４３凹溝
４４貫通孔、凹溝[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a face-to-face brushless motor that switches and drives a plurality of coils based on a detection result of a Hall element and rotationally drives a rotor together with a magnet, and a polygon scanner that rotationally drives a polygon mirror using a brushless motor.
[0002]
[Prior art]
The brushless motor is used for a polygon scanner of a laser scanner without having to worry about the generation of dust since the commutator is not rubbed with a brush while being a DC motor.
[0003]
A conventional example of such a brushless motor will be described below with reference to FIG. First, the brushless motor illustrated here is formed as a polygon scanner 1. The polygon scanner 1 has a main body housing 2 having a closed structure, which is formed by a lower housing 3 and an upper housing 4.
[0004]
A fixed shaft 5 is fixed to the bottom of the lower housing 3, and the fixed shaft 5 has a herringbone-shaped concave portion 7 formed on an outer peripheral surface to form a dynamic pressure bearing 6. On the fixed shaft 5, a rotor 9 having a shaft hole 8 of the dynamic pressure bearing 6 formed at the center thereof is rotatably positioned. The rotor 9 is rotatable by the dynamic pressure bearing 6. In this state, it is supported in the radial direction.
[0005]
A bearing magnet 10 is mounted on the upper end of the rotor 9. The bearing magnet 10 has a bearing magnet 11 mounted on the lower surface at the center of the upper housing 4 and a bearing magnet 12 mounted on the upper end of the fixed shaft 5 facing up and down. For this reason, a magnetic bearing 13 is formed here, and the rotor 9 is rotatably supported by the magnetic pole bearing 13 in the thrust direction.
[0006]
An annular yoke 14 and an annular driving magnet 15 magnetized to a plurality of polarities are integrally mounted on the outer peripheral surface of the rotor 9. A groove 16 is formed. More specifically, the yoke 14 is formed in a flat cylindrical shape with an open lower surface, and the drive magnet 15 is fitted therein, so that the magnetic path of the drive magnet 15 is formed here. In addition, the driving magnet 15 is held. Since the drive magnet 15 has an annular notch at the corner of the boundary between the lower board surface and the outer peripheral surface, the groove is formed by the notch of the drive magnet 15 and the inner peripheral surface of the yoke 14. 16 are formed.
[0007]
An annular circuit board 17 surrounding the rotor 9 is mounted inside the main body housing 2, and the drive magnet 15 faces the upper surface of the circuit board 17 from above. A plurality of drive coils 18 are arranged in an annular shape on the lower surface of the circuit board 17, and these drive coils 18 face the drive magnet 15 via the circuit board 17 in the axial direction.
[0008]
Since a plurality of Hall elements 19 are also arranged in an annular shape on the lower surface of the circuit board 17, these Hall elements 19 also face the drive magnet 15 via the circuit board 17 in the axial direction. I have. The Hall element 19 is surface-mounted on the lower surface of the circuit board 17 and is a flat package type, so that the magneto-sensitive surface is located in the axial direction.
[0009]
A polygon mirror 20 is fixed to an upper end of the rotor 9 by a support member 21, and a light-transmitting window (not shown) facing the polygon mirror 20 is formed in the main body housing 2. A concave groove is formed on the lower surface of the support member 21 from the inner peripheral part to the outer peripheral part, and this forms a communication hole 22 for communicating the inside of the rotor 9 with the outside. When air flows through the communication hole 22, the axial vibration of the rotor 9 is attenuated.
[0010]
Here, a circuit board 23 is integrally mounted on the lower part of the main body housing 2, and a drive circuit (not shown) formed on the circuit board 23 is connected to the Hall element 19 and the drive coil 18. I have. That is, the drive circuit of the circuit board 23 switches and drives the plurality of drive coils 18 according to the detection result of the Hall element 19 when the drive power is supplied from the outside.
[0011]
As described above, the rotor 9 is provided with the bearing magnet 10, the yoke 14, the drive magnet 15, the polygon mirror 20, the support member 21, and the like to form a rotating body 24. Balance weights (not shown) are appropriately mounted in the annular concave grooves 16 and 25 between the drive magnet 15 and the support member 21 so as to ensure the balance of 24.
[0012]
Here, an assembly structure of a portion where the polygon mirror 20 is fixed to the rotor 9 by the support member 21 will be described in detail below. The rotor 9 has an annular convex portion 26 formed on an outer peripheral surface near an end portion, and the polygon mirror 20 is in contact with an upper surface of the convex portion 26 in an outer peripheral surface of the rotor 9. Is fitted. The support member 21 has an annular portion 27 fitted on the outer peripheral surface of the rotor 9 and a disk portion 28 facing the end surface, and is fitted on the end of the rotor 9. A screw hole 29 is formed in the disk portion 28 of the support member 21 and the end face of the rotor 9, and a screw 30 as a screw is fastened to the screw hole 29, so that the support member 21 is The polygon mirror 20 is held between the protrusions 26 of the rotor 9 and the gap.
[0013]
In the polygon scanner 1 having the above-described structure, the polarity of the driving magnet 15 is detected by the plurality of Hall elements 19. The rotor 9 is driven to rotate. Since the rotating rotor 9 is supported in the radial direction by the dynamic pressure bearing 6 and is also supported in the thrust direction by the magnetic bearing 13, the rotor 9 rotates at high speed without contacting the fixed shaft 5 and the main body housing 2. Rotate accurately. Since the polygon mirror 20 rotates together with the rotor 9, the polygon mirror 20 can deflect and scan a light beam.
[0014]
The polygon mirror 20 needs to rotate accurately at a high speed of, for example, 30000 (rpm) or more. It is difficult to achieve perfect balance in all directions. Therefore, in practice, the balance of the rotating body 24 is accurately adjusted by appropriately attaching the balance weights to the annular concave grooves 16 and 25 between the drive magnet 15 and the support member 21. The polygon mirror 20 can be rotated accurately at high speed.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
In the polygon scanner 1 as described above, the balance of the rotating body 24 is accurately adjusted by appropriately attaching balance weights to the annular concave grooves 16 and 25 between the drive magnet 15 and the support member 21.
[0016]
However, since the above-described concave groove 16 is formed in the outer peripheral portion of the drive magnet 15, the size is increased as a whole and the power consumption is increased.
[0017]
That is, since the yoke 14 is extended to this position in order to form the concave groove 16 in the outer peripheral portion of the drive magnet 15, the diameter of this portion is increased. For example, it is possible to form the concave groove 16 directly on the outer peripheral portion of the board surface of the drive magnet 15, but this will complicate the shape of the drive magnet 15 and reduce productivity.
[0018]
In addition, the drive magnet 15 cannot generate a drive torque satisfactorily in the concave groove 16, and the outer peripheral portion is a weight that does not generate the drive torque. For this reason, the drive magnet 15 tends to be insufficient in drive torque, and the entire diameter is increased in order to secure a sufficient drive torque.
[0019]
Since the diameter of the drive magnet 15 is increased along with the yoke 14, the inertia of the drive magnet 15 is also increased, and the responsiveness of the polygon scanner 1 is reduced, and the power consumption is also increased. If the diameter of the drive magnet 15 is increased as described above, the centrifugal force also increases. Therefore, the dynamic pressure bearing 6 also needs to be formed large, and the entire polygon scanner 1 has been increased in size.
[0020]
Further, when the diameter of the drive magnet 15 is increased, the linear velocity of the outer peripheral portion is increased even if the angular velocity is constant, so that wind damage and heat generation due to air friction increase, and adverse effects are caused on each part. Particularly, since the heat resistance of the Hall element 19 and the drive coil 18 is low, it is not preferable that the drive magnet 15 facing the Hall element 19 and the drive coil 15 generate high heat.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
In the brushless motor according to the first aspect of the invention, a rotor is rotatably supported inside a main body housing via a bearing, and an annular magnet magnetized to a plurality of polarities is mounted on an outer peripheral surface of the rotor. A plurality of coils are arranged in an annular shape inside the main body housing, are opposed to the magnet in an axial direction, and a Hall element for detecting a magnetic pole of the magnet is arranged inside the main body housing, and the Hall element is detected. In a brushless motor that switches and drives the plurality of coils based on the result to rotate the rotor together with the magnet, an annular groove in which a balance weight is mounted is formed in the inner peripheral portion of the magnet. Therefore, it is not necessary to extend the yoke to this position in order to form a concave groove in the outer peripheral portion of the magnet. Further, since the concave groove is located in a portion where the magnet does not generate the driving torque, a sufficient driving torque can be secured without increasing the diameter.
[0024]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the brushless motor according to the first aspect, wherein an annular notch is formed at a corner at a boundary between one of the board surface and the inner peripheral surface of the magnet. A concave groove was formed by the outer peripheral surface of the rotor. Therefore, when a notch was formed in the annular corner portion inside the magnet and mounted on the outer peripheral surface of the rotor, a concave groove was formed as a gap between the magnet and the rotor.
[0025]
The invention according to claim 3 is the brushless motor according to claim 1 or 2, wherein the magnet is formed of an aluminum-manganese-based metal. Therefore, since the aluminum-manganese metal has good mechanical strength, sufficient durability against high-speed centrifugal force can be ensured even if a concave groove is formed in the inner peripheral portion of the magnet.
[0026]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the brushless motor according to the first aspect, wherein the Hall element is disposed at a position facing the outer peripheral surface of the magnet. Therefore, since the Hall element detects the magnetic flux leakage in the outer circumferential direction of the magnet, the Hall element detects the position of the magnet irrespective of the inner peripheral groove.
[0027]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the brushless motor according to the fourth aspect, wherein the lead-type Hall element is erected in the axial direction. Therefore, when the lead-type Hall element is erected in the axial direction, the magnetic sensing surface can be arranged in the radial direction, so that the Hall element detects the leakage magnetic flux in the outer peripheral direction of the magnet from the magnetic sensing surface.
[0028]
The invention according to claim 6 is the brushless motor according to claim 1, wherein a disk-shaped yoke is fixed to an outer peripheral portion of the rotor, and a magnet is fixed to a surface of the yoke. Therefore, the magnetic path of the magnet is formed by the yoke, and the magnet is fixed to the rotor.
[0029]
The invention according to claim 7 is the brushless motor according to claim 1, wherein the magnet is directly fixed to the outer peripheral surface of the rotor. Therefore, since the magnet is fixed to the rotor without requiring a yoke, the surface of the magnet that does not face the coil is magnetically opened, and the weight of the rotating body is reduced and the inertia is reduced.
[0030]
The invention according to claim 8 is the brushless motor according to claim 7, wherein both the rotor and the magnet are formed of an aluminum-based metal. Therefore, since the rotor and the magnet have substantially the same thermal expansion coefficient and the like, even if the magnet and the rotor generate heat by high-speed rotation, the fixed portion is not broken.
[0036]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In this embodiment, the same parts as those in the conventional example described above are denoted by the same names and reference numerals, and detailed description is omitted.
[0037]
First, the brushless motor according to the present embodiment also has the main body housing 2 having a closed structure as the polygon scanner 31, and the drive coil 18 and the Hall element 19 are fixed inside the main body housing 2. A rotor 9 is rotatably supported inside the main body housing 2 via a dynamic pressure bearing 6 and a magnetic bearing 13. The rotor 9 has a bearing magnet 10, a yoke 32, and a drive magnet 33. , The polygon mirror 20, the support member 21, and the like are mounted to form a rotating body 34.
[0038]
The yoke 32 is formed in a simple disk shape, and the drive magnet 33 is joined to a lower surface thereof. Since the drive magnet 33 has an annular notch formed at the corner of the boundary between the lower board surface and the inner peripheral surface, the concave groove 35 is formed by the notch of the drive magnet 33 and the outer peripheral surface of the rotor 9. Is formed. Therefore, balance weights (not shown) are appropriately mounted in the annular concave grooves 35 and 25 between the drive magnet 33 and the support member 21 so that the balance of the rotating body 34 is ensured.
[0039]
In such a configuration, the polygon scanner 31 of the present embodiment also detects the polarity of the drive magnet 33 by the plurality of Hall elements 19 and correspondingly outputs the plurality of drive coils 18 similarly to the polygon scanner 1 described above. , The rotor 9 is driven to rotate together with the drive magnet 33, so that the polygon mirror 20 that rotates together with the rotor 9 can deflect and scan the light beam. In the polygon scanner 31 of the present embodiment, in order to rotate the polygon mirror 20 accurately at high speed, the rotating weight 34 is appropriately mounted on the annular concave grooves 35 and 25 between the driving magnet 33 and the support member 21. The balance is adjusted precisely.
[0040]
Since the concave groove 35 is located on the inner peripheral portion of the drive magnet 33, the whole is reduced in size and the power consumption is reduced. That is, since the concave groove 35 is formed in the inner peripheral portion of the drive magnet 33, it is not necessary to extend the yoke 32 so as to form the concave groove in the outer peripheral portion of the drive magnet 33. For this reason, the yoke 32 is located only on the upper surface of the drive magnet 33, and the diameter of the yoke 32 and the drive magnet 33 is reduced.
[0041]
In addition, since the driving coil 18 is structurally opposed to the outer peripheral surface of the rotor 9 via a predetermined gap in the polygon scanner 31, the driving coil 18 does not face the inner peripheral portion of the driving magnet 33. 33 does not generate a driving torque in the inner peripheral portion. Since the concave groove 35 is arranged on the inner peripheral portion of the driving magnet 33, the driving torque of the driving magnet 33 is not hindered by the formation of the concave groove 35, and the driving magnet 33 has a sufficient driving torque. And the whole diameter is reduced.
[0042]
Since the diameter of the drive magnet 33 is reduced along with the yoke 32, the inertia of the drive magnet 33 is reduced, and the polygon scanner 31 has improved responsiveness and reduced power consumption. When the diameter of the drive magnet 33 is reduced in this way, the centrifugal force generated by the rotating body 34 is also reduced, so that the dynamic pressure bearing 6 is also reduced in size, and the polygon scanner 31 as a whole is reduced in size. Lighter weight.
[0043]
Furthermore, when the diameter of the drive magnet 33 is reduced, the linear velocity of the outer peripheral portion is reduced even if its angular velocity is constant, so that windage loss and heat generation due to air friction are reduced, and adverse effects of each part are prevented. . In particular, since the Hall element 19 and the drive coil 18 have low heat resistance, it is preferable to reduce the heat generated by the drive magnet 33 facing the Hall element 19 and the drive coil 18.
[0044]
When the concave groove 35 is formed in the inner peripheral portion of the drive magnet 33 as described above, durability against centrifugal force is concerned, but this can be offset by reducing the diameter of the drive magnet 33. However, if the durability of the drive magnet 33 still poses a problem, it is preferable to form the drive magnet 33 from an aluminum-manganese-based metal.
[0045]
In this case, since the aluminum-manganese-based metal has good mechanical strength, sufficient durability against high-speed centrifugal force can be ensured even if the concave groove 35 is formed in the inner peripheral portion of the drive magnet 33. . Of course, since the aluminum-manganese-based metal has good magnetization, the drive magnet 33 can also realize good magnetic properties.
[0046]
Note that the present invention is not limited to the above embodiment, and allows various modifications. For example, in the polygon scanner 31 described above, since the Hall element 19 faces the concave groove 35 of the drive magnet 33, there is a concern that the detection of the magnetic pole becomes difficult. If this poses a problem, as shown in FIG. 2, it is preferable that the lead type Hall element 41 be erected on the circuit board 17 and arranged at a position facing the outer peripheral surface of the drive magnet 33.
[0047]
In the polygon scanner 42 which is such a brushless motor, since the lead-type Hall element 41 is erected in the axial direction, its magnetically sensitive surface can be located in the radial direction. 33 and an outer peripheral surface thereof. Therefore, even when the concave groove 35 is formed in the inner peripheral portion of the drive magnet 33, the Hall element 41 can detect the magnetic pole satisfactorily by the leakage magnetic flux in the outer peripheral direction.
[0048]
Also, in the above-described polygon scanners 31 and 42, since the support member 21 is fastened to the rotor 9 with the screw 30 to fix the polygon mirror 20, the cutting oil remaining in the screw hole 29 is rotated as described above. May leak out of the support member 21 due to the centrifugal force. Therefore, if this poses a problem, as shown in FIG. 3, a concave groove 43 is formed on the inner peripheral surface of the annular portion 27 of the support member 21 so that the cutting oil scattered outward from the end surface of the rotor 9 is removed. It is preferable that the support member 21 be accommodated in the concave groove 43.
[0049]
In particular, since the concave groove 43 of the support member 21 is formed below the end face of the rotor 9, the cutting oil scattered outward from the end face of the rotor 9 can be reliably accommodated. Further, as shown in FIG. 4, if the concave groove 44 of such a support member 21 is formed in a tapered shape in which the inside expands from its opening, the cutting oil contained in the concave groove 44 leaks out. It is more preferable because it is difficult.
[0050]
Further, as shown in FIG. 5, an annular concave groove 45 is formed in the outer peripheral surface of the rotor 9 as a through hole reaching the tip of the screw hole 29, and the cutting oil remaining in the screw hole 29 is easily cleaned. It is also possible to eliminate it reliably. In particular, if the through hole reaching such a screw hole 29 is an annular concave groove 45, the through hole can be formed regardless of the position of the screw hole 29.
[0051]
However, there is a concern that the mechanical strength of the rotor 9 is reduced. Therefore, when this is a problem, it is preferable to form a plurality of radial through holes individually for the screw holes 29. That is, since the above two examples have advantages and disadvantages, it is preferable to select one in consideration of various conditions. Further, here, the concave groove 45 which is a through hole is formed on the outer peripheral surface of the rotor 9, but it is also possible to form this on the inner peripheral surface.
[0052]
In the polygon scanners 31 and 42 described above, the disk-shaped yoke 14 is fixed to the outer periphery of the rotor 9, and the drive magnet 33 is fixed to the surface of the yoke 14. A magnetic path can be formed, and the drive magnet 33 is securely fixed to the rotor 9 with a simple structure. Particularly, in such a structure, since there is no problem even if the thermal expansion coefficients of the rotor 9 and the drive magnet 33 are different, each can be formed of an optimum material.
[0053]
However, in such a structure, since the number of components is large and the inertia of the rotating body 34 is large, when this becomes a problem, the driving magnet 33 is directly fixed to the outer peripheral surface of the rotor 9 as shown in FIG. Is preferred. In this case, since the drive magnet 33 is fixed to the rotor 9 without the need for the yoke 14, the board surface of the drive magnet 33 not facing the drive coil 18 is magnetically opened. And since the rotating body 34 can be reduced in weight and inertia, power consumption can be reduced and responsiveness can be improved.
[0054]
In order to actually fix the driving magnet 33 directly to the rotor 9 as described above, the inner peripheral surface of the driving magnet 33 and the outer peripheral surface of the rotor 9 may be fixed with an adhesive. It is preferable that the lower surface of the convex portion 26 and the upper surface of the drive magnet 33 are also bonded.
[0055]
When the drive magnet 33 is directly bonded to the rotor 9 as described above, it is preferable that both the rotor 9 and the drive magnet 33 be formed of an aluminum-based metal. In this case, the thermal expansion coefficient and the like of the rotor 9 and the drive magnet 33 are substantially the same, so that even if the drive magnet 33 or the rotor 9 generates heat due to high-speed rotation, the fixed portion is not broken.
[0056]
As such an aluminum-based metal, an aluminum alloy such as "A5056" can be used in addition to the above-described aluminum-manganese-based metal. For example, the coefficient of thermal expansion of an aluminum-manganese alloy is “1.8 × 10 ⁵ / ° C.” and the coefficient of thermal expansion of an aluminum alloy “A5056” is “2.3 × 10 ⁵ / ° C.”. Even if the rotor 9 is formed of aluminum alloy “A5056” by forming the drive magnet 33 by the above, the fixed portion can be prevented from being broken due to thermal expansion.
[0057]
【The invention's effect】
In the brushless motor according to the first aspect of the present invention, the annular groove for mounting the balance weight is formed on the inner peripheral portion of the magnet, so that the yoke is extended to form the concave groove on the outer peripheral portion of the magnet. Since there is no need, it is possible to reduce the diameter of the magnet together with this yoke, and since the groove is located in a portion where the magnet does not generate driving torque, it is possible to secure sufficient driving torque and reduce the diameter of the magnet, Since the diameter of the magnet can be reduced in this way, it is possible to reduce the overall size and weight, improve responsiveness, reduce power consumption, reduce the heat generation temperature, and the like.
[0058]
In the brushless motor according to the second aspect of the present invention, an annular notch is formed at a corner of the boundary between the one board surface and the inner peripheral surface of the magnet, and the groove is formed by the notch of the magnet and the outer peripheral surface of the rotor. Is formed, a concave groove can be formed in the inner peripheral portion of the magnet with a simple structure without forming the magnet into a complicated shape.
[0059]
In the brushless motor according to the third aspect of the present invention, since the magnet is formed of an aluminum-manganese metal, the aluminum-manganese metal has a good mechanical strength. Sufficient durability can be secured against the centrifugal force of high-speed rotation.
[0060]
In the brushless motor according to the fourth aspect of the present invention, the Hall element is disposed at a position facing the outer peripheral surface of the magnet, so that even when the concave groove on the inner peripheral part of the magnet is located, the Hall element can change the magnetic pole of the magnet. It can be detected by the magnetic flux leakage in the outer peripheral direction.
[0061]
In the brushless motor according to the fifth aspect of the present invention, since the lead-type Hall element is erected in the axial direction, the Hall element can be provided in a state where the leakage magnetic flux in the outer peripheral direction of the magnet is detected well.
[0062]
In the brushless motor according to the sixth aspect of the present invention, a disk-shaped yoke is fixed to the outer peripheral portion of the rotor, and the magnet is fixed to the disk surface of the yoke, so that a magnetic path of the magnet can be formed by the yoke. The magnet can be fixed to the rotor with a simple structure.
[0063]
In the brushless motor according to the seventh aspect of the present invention, since the magnet is directly fixed to the outer peripheral surface of the rotor, the magnet can be fixed to the rotor without requiring a yoke. In addition, the inertia can be reduced, the power consumption of the brushless motor can be reduced, and the responsiveness can be improved.
[0064]
In the brushless motor according to the present invention, since both the rotor and the magnet are made of an aluminum-based metal, the thermal expansion coefficients and the like of the rotor and the magnet can be made substantially the same. Thus, it is possible to prevent the fixed portion from being broken by thermal expansion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a vertical sectional side view showing a polygon scanner according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a vertical sectional side view showing a polygon scanner according to a first modified example.
FIG. 3 is a longitudinal sectional side view showing a main part of a second modified example.
FIG. 4 is a longitudinal sectional side view showing a main part of a third modified example.
FIG. 5 is a longitudinal sectional side view showing a main part of a fourth modified example.
FIG. 6 is a longitudinal sectional side view showing a conventional brushless motor.
[Explanation of symbols]
2 Body housing 6, 13 Bearing 9 Rotor 18 Coil 19, 41 Hall element 26 Convex part 27 Ring part 28 Disk part 30 Screw 31, 42 Polygon scanner, brushless motor 33 Magnet 35 Groove 43 Groove 43 Through hole, groove

Claims

A rotor is rotatably supported via a bearing inside the main body housing, and an annular magnet magnetized to a plurality of polarities is mounted on the outer peripheral surface of the rotor, and a plurality of coils are provided inside the main body housing. The magnet is arranged in an annular shape so as to face the magnet in an axial direction, a Hall element for detecting a magnetic pole of the magnet is arranged inside the main body housing, and the plurality of coils are switched and driven based on the detection result of the Hall element. A brushless motor for rotating the rotor together with the magnet, wherein an annular concave groove for mounting a balance weight is formed in an inner peripheral portion of the magnet.

2. The magnet according to claim 1, wherein an annular notch is formed at a corner at a boundary between one of the board surface and the inner peripheral surface, and a concave groove is formed by the notch of the magnet and the outer peripheral surface of the rotor. The brushless motor as described.

3. The brushless motor according to claim 1, wherein the magnet is formed of an aluminum-manganese metal.

2. The brushless motor according to claim 1, wherein a Hall element is arranged at a position facing the outer peripheral surface of the magnet.

5. The brushless motor according to claim 4, wherein the lead-type Hall element is erected in the axial direction.

2. The brushless motor according to claim 1, wherein a disk-shaped yoke is fixed to an outer peripheral portion of the rotor, and a magnet is fixed to a surface of the yoke.

The brushless motor according to claim 1, wherein a magnet is directly fixed to an outer peripheral surface of the rotor.

The brushless motor according to claim 7, wherein both the rotor and the magnet are formed of an aluminum-based metal.