JP6074400B2

JP6074400B2 - 回転体駆動装置

Info

Publication number: JP6074400B2
Application number: JP2014238498A
Authority: JP
Inventors: 雅幸小谷; 将見丸山
Original assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Current assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2034-11-26
Also published as: JP2016099584A; EP3026797A1; US20160149458A1; CN105634233A; US9515533B2

Description

本発明は、例えばチルトミラーやポリゴンミラーなどの回転体を回転子とともに回転子軸に組み付けられた回転体駆動装置に関する。

アウターロータ型の回転子の構成は、カップ状の回転子ヨークが回転子軸の一端側に一体に組み付けられ、回転子軸は固定子ハウジングに回転可能に軸支される。回転子ヨークの内周側には環状の回転子磁石が設けられ、回転子磁石は固定子ハウジングに組み付けられた固定子鉄心の極歯に対向して組み付けられる。

回転子ヨークの周壁下部に設けられたフランジ部に周波数発電用着磁部（ＦＧマグネット）が設けられ、対向する基板に設けられた周波数発電用パターン（ＦＧパターン）によりロータの回転位置を検出するようになっている。（特許文献１参照）。

特開２００６−１６２７９５号公報

しかしながら、特許文献１のように回転子ヨークの周壁下部に設けられたフランジ部に周波数発電用のＦＧマグネットを設けて回転体の回転位置情報を取得する場合、回転体とＦＧマグネットの組み付け位置が離れるため、製造或いは組み立てで生ずる公差が累積して回転体の回転位置情報の精度が低下する。
また、回転体の反射面の回転位置を検出する場合、回転子ヨークにＦＧマグネットを設けた場合には、モータサイズにより回転子外径も決まるため、ＦＧマグネットの着磁極数を増やすのには限界があり、回転位置情報取得のためセンサの分解能を高めることができない。また、ＦＧマグネットとＦＧパターンとの間隔が大きくなると、マグネットから発生した磁束がパターンと鎖交せずに検出精度や検出感度が低下するおそれもあった。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、部品点数を省略して低コスト化を図り、負荷となる回転体の回転位置情報を高精度で高精細に検出可能な回転体駆動装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
固定子と回転子が径方向に空隙を介して対峙するように配置され、複数の傾斜が異なる反射面を有する角錐台形状をした回転体が、モータの回転子軸の一端側に前記回転子を内包して一体に組み付けられ、当該回転子軸は固定子ハウジングの軸受部によって回転可能に軸支され、前記固定子ハウジングに前記回転子の回転位置を検出するモータ基板が組み付けられた回転体駆動装置であって、前記回転体の前記モータ基板に対向する最外周側の端面外周縁部に沿って環状に組み付けられた周波数発電着磁部と、前記モータ基板に環状に形成された周波数発電パターンが前記周波数発電着磁部に近接して対向配置されていることを特徴とする。
これにより、回転子を内包する回転体のモータ基板に対向する端面外周縁部に直接周波数発電着磁部を設け、当該周波数発電着磁部に近接してモータ基板に周波数発電パターンを対向配置したことにより、回転体の回転位置情報を高精度で高精細に検出することができる。

複数の傾斜が異なる反射面を有する角錐台形状をした回転体の最外周側の端面外周縁部に沿って周波数発電着磁部が一体に組み付けられているので、回転子ヨークに設ける場合と比較して周波数発電着磁部（ＦＧマグネット）の外径を可及的に大きくすることができ、着磁極数を増やすと同時に周波数発電パターンの外径も大きくなり、周波数発電パターンを構成する発電線素数および連結線素数も増えるのでセンサの分解能を高めて回転体の回転位置情報を高精細に検出することができる。

前記周波数発電着磁部は、磁性体であるバックヨークを介して前記回転体に一体に組み付けられていることが好ましい。
これにより、周波数発電着磁部（ＦＧマグネット）で発生した磁束通路を広げることで対向する周波数発電パターン（ＦＧパターン）と鎖交する磁束が増えるので、検出感度が向上する。

前記モータ基板には複数の周波数発電パターンが発電線素のピッチをずらせて同心円状に周回して形成されていてもよい。
この場合には、一の周波数発電パターン（ＦＧパターン）のピッチ間に他の周波数発電パターン（ＦＧパターン）が配線されるので、周波数発電着磁部（ＦＧマグネット）の位置、即ち回転体の回転位置情報が高精度でかつ高精細に検出することができる。

前記周波数発電パターンは、前記モータ基板に多層に周方向に同じ位相で重ねて形成されていてもよい。この場合には、周波数発電着磁部（ＦＧマグネット）で発生した磁束が周波数発電パターン（ＦＧパターン）と鎖交して発生する誘導起電力が大きくなるので、回転位置情報の検出感度が向上する。

前記回転体は、複数の傾斜反射面を有するチルトミラーであって、回転子ヨークに対して軸方向に抜け止めされて一体に組み付けられていてもよい。
この場合、チルトミラーの回転位置情報を高精度かつ高精細に検出してミラーの回転制御性が向上する。

上述したように部品点数を省略して低コスト化を図り、負荷となる回転体の回転位置情報を高精度で高精細に検出可能な回転体駆動装置を提供することができる。

光走査装置の断面図である。図１の光走査装置からチルトミラーを取り外した状態の斜視図である。図１のＦＧマグネットの平面図及びモータ基板にモータが組み付けられた状態の平面図である。図３のモータ基板の他例示す平面図である。

以下、本発明に係る回転体駆動装置の一例として光走査装置を用いて添付図面を参照しながら説明する。先ず、光走査装置は、例えば車間距離、障害物までの距離等を測定するためのレーザー照射装置を光源とするレーザー光を反射させて広範囲に照射する。

図１に示すように、光走査装置１は、モータ２（図２参照）に傾斜が異なる反射面３ａを例えば４面有するチルトミラー３（回転体）がモータ２の回転子軸４の一端側に回転子ヨーク５と共に抜け止めかつ回り止めされて組み付けられている。
先ずモータ２の構造から説明すると、ベースプレート６には軸受ハウジング７が一体に組み付けられている。ベースプレート６上には、回転子磁石９の磁極を検出するホールＩＣ等のモータ基板８が組み付けられている。

筒状の軸受ハウジング７の筒体内部には、第一軸受部１０ａ及び第二軸受部１０ｂが各々組み付けられている。第一軸受部１０ａ及び第二軸受部１０ｂとしては、例えば転がり軸受が用いられる。軸受ハウジング７の外周面には、段付き部７ａが設けられている。
この段付き部７ａには、固定子１１が組み付けられている。固定子１１は、固定子コア１１ａがインシュレータにより覆われ各極歯１１ｂにはモータコイル１１ｃが巻かれたものが段付き部７ａに組み付けられる。固定子コア１１ａは、軸受ハウジング７に対して圧入及び接着により組み付けられる。

回転子１２は、回転子軸４が軸受ハウジング７の第一軸受部１０ａ及び第二軸受部１０ｂによって回転可能に軸支されている。筒状の回転子ヨーク５は、回転子ハブ１３に対してかしめられて一体に組み付けられている。回転子ハブ１３の中央部には、回転子ヨーク５側に向かって筒状のスリーブ１３ａが軸方向に起立形成されている。このスリーブ１３ａの筒孔には、回転子軸４が圧入、焼嵌め、接着等により一体に組み付けられている。回転子ハブ１３に形成されたスリーブ１３ａと軸方向反対側には突起部１３ｂ（図２参照）が突設されている。突起部１３ｂは複数設けられていてもよい。また、回転子ヨーク５の内周面には回転子磁石９が一体に組み付けられている。回転子磁石９は周方向にＮ極及びＳ極が交互に着磁されており、固定子１１の極歯１１ｂと対向して組み付けられる。

また、図２に示すように回転子ヨーク５の一部には切欠き部５ａが形成されている。この切欠き部５ａに露出する回転子磁石９の一部が位置検出用磁石９ａとして用いられる。回転子ヨーク５に設けられた位置検出用磁石９ａの周方向位置と、回転子ハブ１３に設けられた突起部１３ｂの周方向位置は対応する位置となるように形成されている。

回転子１１には、チルトミラー３が一体に組み付けられる。チルトミラー３は、図１に示すように、傾斜角度が異なる複数（例えば４面）の反射面３ａが形成された角錐台形状をしている。中心部には、回転子軸４を挿入可能な軸孔（貫通孔）３ｂが設けられている。また、チルトミラー３の上面部には凹部３ｃが軸孔３ｂの周囲に形成されている。この凹部３ｃ内には、回転子軸４の一端が挿入されて、押さえばね１４及び抜け止めワッシャー１５が嵌め込まれ、チルトミラー３が回転子軸４に対して抜け止めされて組み付けられている。また、回転子軸４の軸端部は、凹部３ｃより上方に突出しないように組み付けられている。これにより、チルトミラー３の軸方向の組み付けスペースを小さくすることができる。

チルトミラー３は母材（金属材若しくは樹脂材）に対して金属蒸着、又は研磨等されて反射面３ａが鏡面に仕上げられている。また、チルトミラー３は、モータ２に対向する下面側に、回転子ヨーク５を収納可能な収納凹部３ｄが形成されている。

また、図１に示すチルトミラー３の下面部、即ち反射面３ａが形成された最外周側の下端面外周縁部に沿って環状の周波数発電着磁部（ＦＧマグネット）１６が磁性体であるバックヨーク１７を介して一体に組み付けられている。尚、バックヨーク１７は省略することもできる。また、チルトミラー３のモータ基板８に対向する端面外周縁部に直接ＦＧマグネット１６が一体に設けられている。ＦＧマグネット１６は、図３（Ａ）に示すように環状の磁性体が周方向にＮ極とＳ極が交互になるように着磁されて形成されている。ＦＧマグネット１６の着磁極数は、回転子磁石９に比べてはるかに多い極数、例えば１２０極に着磁されている。

また、図３（Ｂ）に示すように、モータ基板８にはＦＧマグネット１６の対向する基板面に、周波数発電パターン（ＦＧパターン）１８が対向配置されている。ＦＧパターン１８は、径方向に放射状となるように形成された複数の発電線素１８ａのパターンと、隣り合う発電線素１８ａ同士を接続するように周方向に形成された複数の連結線素１８ｂのパターンが交互に連続する矩形波状に周回して形成され、一対の引出線１８ｃ，１８ｄからＦＧ信号が出力される。図３（Ａ）に示すＦＧマグネット１６が、モータ基板８に形成されたＦＧパターン１８の上方で回転すると、電磁誘導によって、ＦＧパターン１８の各発電要素１８ａにおいて誘導起電力が誘起され、一対の引出線１８ｃ，１８ｄからＦＧ信号が検出されるようになっている。

光走査装置の組み付け作業の一例について説明する。図１において、軸受ハウジング７にベース板６及びモータ基板８を組み付け、固定子１１を組み付け、回転子１２を回転子軸４が軸受ハウジング７の貫通孔に挿入して第一，第二軸受部１０ａ，１０ｂに回転可能に軸支されることでモータ２が組み立てられる。回転子１２に形成された突起部１３ｂとチルトミラー３の図示しない凹部を重ね合わせることで、位置検出用磁石９ａと回転子ハブ１３に設けられた突起部１３ｂの周方向位置が位置合わせされかつチルトミラー３の基準反射面が回転子１２と位置合わせして組み付けられる。また、チルトミラー３の上面部に形成された凹部３ｃの軸孔３ｂに回転子軸４の一端が挿入されて、押さえばね１４及び抜け止めワッシャー１５が嵌め込まれ、チルトミラー３が回転子軸４に対して抜け止めされて組み付けられる。回転子軸４の他端は、抜け止めワッシャー２０によって、軸受ハウジング７（第二軸受部１０ｂ）に抜け止めされて組み付けられる。

以上説明したように、図３（Ａ）に示すＦＧマグネット１６に図３（Ｂ）に示すＦＧパターン１８を近接して対向配置したことにより、チルトミラー３の回転位置情報を高精度で高精細に検出することができる。よって、チルトミラー３の回転制御性を向上することができる。
また、チルトミラー３の最外周側の下端面外周縁部に沿って環状のＦＧマグネット１６が一体に組み付けられているので、回転子ヨークに設ける場合と比較してＦＧマグネット１６の外径を大きくすることができ、着磁極数が増えると同時に周波数発電パターン１８の外径も大きくなるので、発電線素１８ａおよび連結線素数１８ｂも増えるのでチルトミラー３体の回転位置情報を高精細に検出することができる。

次に、モータ基板８の他例について図４を参照して説明する。尚、光走査装置１を構成するモータ２やチルトミラー３の構成は図１と同様であるので説明を援用するものとする。図４に示すように、モータ基板８には複数の周波数発電パターン（ＦＧパターン）がピッチをずらせて同心円状に周回して形成されていてもよい。

具体的には、ＦＧマグネット１６の対向する基板面に、外周側ＦＧパターン１９Ａと内周側ＦＧパターン１９Ｂが同心円状に周回して形成されている。外周側ＦＧパターン１９Ａ，内周側ＦＧパターン１９Ｂは、径方向に放射状となるように形成された複数の発電線素１９ａのパターンと、隣り合う発電線素１９ａ同士を接続するように周方向に形成された複数の連結線素１９ｂのパターンが交互に連続する矩形波状に周回して形成され、一対の引出線１９ｃ，１９ｄから各々ＦＧ信号が検出される。
また、外周側ＦＧパターン１９Ａの発電線素１９ａのピッチ間に内周側ＦＧパターン１９Ｂの発電線素１９ａが例えば半ピッチずらせて配線されている。これにより、発電線素１９ａのピッチ間隔を細かく形成することができるので、チルトミラー３の回転位置情報が高精度でかつ高精細に検出することができる。

また、モータ基板８に形成される周波数発電パターン（ＦＧパターン）は、モータ基板８に多層に周方向に同じ位相で重ねて形成されていてもよい。例えば、モータ基板８として４層板を用い、ＦＧパターンとして導体パターンを２層に重ねて形成してもよい。この場合には、ＦＧマグネットで発生した磁束がＦＧパターンと鎖交することで発生する誘導起電力が増えるので、回転位置情報の検出感度が向上する。

上述した実施例では、回転体は、複数の傾斜反射面３ａを有するチルトミラー３を用いたが、これに限定されることのなく、例えば複数の反射面を有するポリゴンミラー等であってもよい。
また、アウターロータ型のモータについて説明したが、インナーロータ型モータについて適用してもよい。

１光走査装置２モータ３チルトミラー３ａ反射面３ｂ軸孔３ｃ凹部３ｄ収納凹部４回転子軸５回転子ヨーク６ベースプレート７軸受ハウジング７ａ段付き部８モータ基板９回転子磁石９ａ位置検出用磁石１０ａ第一軸受部１０ｂ第二軸受部１１固定子１１ａ固定子コア１１ｂ極歯１１ｃモータコイル１２回転子１３回転子ハブ１３ａスリーブ１３ｂ突起部１４押さえばね１５，２０抜け止めワッシャー１６ＦＧマグネット１７バックヨーク１８ＦＧパターン１９Ａ外周側ＦＧパターン１９Ｂ内周側ＦＧパターン１８ａ，１９ａ発電線素１８ｂ，１９ｂ連結線素１８ｃ，１８ｄ，１９ｃ，１９ｄ引出し線

Claims

固定子と回転子が径方向に空隙を介して対峙するように配置され、複数の傾斜が異なる反射面を有する角錐台形状をした回転体が、モータの回転子軸の一端側に前記回転子を内包して一体に組み付けられ、当該回転子軸は固定子ハウジングの軸受部によって回転可能に軸支され、前記固定子ハウジングに前記回転子の回転位置を検出するモータ基板が組み付けられた回転体駆動装置であって、
前記回転体の前記モータ基板に対向する最外周側の端面外周縁部に沿って環状に組み付けられた周波数発電着磁部と、前記モータ基板に環状に形成された周波数発電パターンが前記周波数発電着磁部に近接して対向配置されていることを特徴とする回転体駆動装置。
前記周波数発電着磁部は、磁性体であるバックヨークを介して前記回転体に一体に組み付けられている請求項１記載の回転体駆動装置。
前記モータ基板には複数の周波数発電パターンが発電線素のピッチをずらせて同心円状に周回して形成されている請求項１又は請求項２記載の回転体駆動装置。
前記周波数発電パターンは、前記モータ基板に多層に周方向に同じ位相で重ねて形成されている請求項１又は請求項２記載の回転体駆動装置。
前記回転体は、複数の傾斜反射面を有するチルトミラーであって、回転子ヨークに対して軸方向に抜け止めされて一体に組み付けられている請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の回転体駆動装置。