JP2000050603A - 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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータ磁石の磁力を全周にわたって有効利用
し、モータの駆動効率改善により、高速、高効率、低消
費電力の直流ブラシレスモータとポリゴンスキャナを実
現する。 【解決手段】 複数の巻線部２３ａが、１相当たり偶数
個（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Ｕ、Ｖ、Ｗ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該３相の
巻線群が配置されている。

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
優れた特長と低価格化により、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】近年、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
顕著に現れるため、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、米国特許明細書第５，３８２，８
５３号には、４極に着磁された永久磁石と６つの突極と
巻線で構成される直流ブラシレスモータが開示されてい
る。図１２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、Ｕ１とＵ
２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。

【０００５】図１３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１４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。

【０００６】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。図１２は、これら位置検出素子Ｈ１、Ｈ
２、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。

【０００７】図１５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。

【０００８】

【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。

【０００９】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。

【００１０】

【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、２に記載の発明は、回転体に固定され、偶数極であ
るｎ極、例えば４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、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において、前記複数の巻線が、１
相当たりｎ個（ｎは偶数、例えば４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
うに該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。

【００１１】この発明では、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。

【００１２】請求項３に記載の発明は、前記駆動回路に
より、３相の巻線群のうち２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もの
である。したがって、請求項１又は２の直流ブラシレス
モータにおいて、永久磁石の磁力利用率が高い駆動方式
を実現することができる。請求項４に記載の発明は、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が駆動
されることを特徴とする。したがって、通電切替用スイ
ッチング素子数を減らして、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。

【００１３】請求項５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又は２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。この発明では、請求項１又
は２に記載の直流ブラシレスモータを用いて消費電力が
小さ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。

【００１４】請求項６に記載の発明は、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し、回転磁界を発
生させて回転体を駆動するものである。この発明では、
請求項３又は４に記載の駆動方法を用いて消費電力が小
さ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。

【００１５】

【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１０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。

【００１６】まず、構成について説明すると、図１およ
び図２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、ねじ２１ｓ（又は接
着剤でもよい）によってハウジング２１に固定されてい
る。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、本例のモー
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・アウターロータ型のブラシレスモータで
ある。

【００１７】プリント基板２２は外周部２２ａで円周状
にハウジング２１と密着し、内周部でステータコア２５
の基台２５ｂと密着している。また、基台２５ｂはハウ
ジング２１と密着しており、ハウジング２１はカバー３
９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２１
ｂに連結され一体加工された円筒状の軸受取付け基準部
２１ｃが形成されており、基準面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。

【００１８】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リング状磁石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３
２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。

【００１９】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。
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３
７が載置され、板ばね３８を挟んでねじ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３６ａが形成さ
れている。

【００２０】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、フランジ３６の下側に接着固定されている。この
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３９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。

【００２１】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。なお、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。

【００２２】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３６ｂ、３７ａでバランス
修正が行われている。図３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。

【００２３】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
外方への突極を形成し、その突極の間のスロットに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、Ｖ
３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。

【００２４】図４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、通電により突極の永久磁石と対向
する面（ステータコアの外周面）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５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、Ｕ１とＷ４の間、Ｗ４とＶ１の間のように互い
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５（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５
（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。

【００２５】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。

【００２６】図３は、位置検出素子Ｈ１、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。
この図に矢印で示すように、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、永久磁石との
間に磁気反発力あるいは磁気吸引カが働き、永久磁石を
反時計方向に回転させることができる。

【００２７】図６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６１〜６５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７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）
および回転体２６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。

【００２８】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、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２
７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。

【００２９】さらに、前記駆動回路により、３相の巻線
群のうち２相分の巻線コイル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。

【００３０】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。

【００３１】具体的には永久磁石の磁極が６極で突極
（巻線）の数が１８、永久磁石の磁極が８極で、突極
（巻線）数が２４等の組み合わせがある。 ＜第２実施形態＞図８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。

【００３２】同図において、４１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４１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に突極４１ａ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、Ｕ
２、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、Ｗ
２、Ｗ３及びＷ４の４つの巻線がＷ相を、それぞれ構成
している。

【００３３】この第２実施形態における巻線方法は図４
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２５の外周面（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。

【００３４】なお、図８では位置検出素子Ｈ１、Ｈ２、
Ｈ３にそれぞれＮ、Ｓ、Ｎ極が検知されたときにＵ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Ｕ相に流れることで、Ｕ１とＵ３の突
極にはＳ極、Ｕ２とＵ４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、
永久磁石を反時計方向に回転させる。

【００３５】図９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。

【００３６】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。

【００３７】なお、上述のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３組（３
相）の巻線群は、図５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。

【００３８】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。

【００３９】なお、図１０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、３つの通電切替用スイッチン
グ素子が電源５１側に設置された図９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
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。

【００４０】

【発明の効果】請求項１、２記載の発明によれば、ロー
タ用の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。

【００４１】請求項３記載の発明によれば、前記直流ブ
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。請求項４記載の発明によれば、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。

【００４２】請求項５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、特に高速回転における消費電力が小さい動圧空気軸
受型ポリゴンスキャナを提供することができる。請求項
６記載の発明によれば、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。

【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
の一実施例を示すその正面断面図である。

【図２】一実施例の主要部の分解斜視図である。

【図３】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４】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５】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６】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７】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８】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９】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１０】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】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１３】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１４】従来例の直流ブラシレスモータの巻線回路図
である。

【図１５】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 ２２ プリント基板 ２３ 巻線 ２４ ホール素子 ２５ ステータコア 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 ３６ｂ、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

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H019 AA00 AA04 AA07 AA08 AA09 BB01 BB05 BB15 BB20 BB22 CC04 DD01 DD09 DD10 EE01 EE07 FF00 FF01 FF03 5H621 BB10 GA01 GA04 JK07 JK11 JK13 JK14 JK17 JK19

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【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、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に
   おいて、 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
   なるように該３相の巻線群が配置されていることを特徴
   とする直流ブラシレスモータ。
2. 【請求項２】回転体に固定され、４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、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において、 前記複数の巻線が、１相当たり４個で、円周上等間隔に
   配置されるとともに、互いに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、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、互い
   に隣り合う巻線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直流ブラシレスモータ。
3. 【請求項３】前記駆動回路が、３相の巻線群のうち２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。
4. 【請求項４】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
   て回転体が駆動され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。
5. 【請求項５】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又は２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。
6. 【請求項６】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
   択的に通電し、回転磁界を発生させて回転体を駆動する
   ことを特徴とする請求項５に記載の動圧空気軸受型ポリ
   ゴンスキャナ。