JP2006087208A - モータ装置および光学走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの出力軸又は負荷の回転軸部の回転角度を表す磁界以外の磁界が殆ど作用しない位置に磁気センサを配置して、構成を比較的簡単にできるモータ装置である。
【解決手段】モータ装置は、電磁力で回転するモータ１と、モータ１の出力軸１ｂに設けられた負荷２と、出力軸１ｂ又は負荷２の回転角度を検出する角度検出手段３、６を備える。角度検出手段は磁気センサ６と磁石３で構成され、磁気センサと磁石の一方がモータ１の出力軸１ｂ又は負荷２の回転軸部に負荷２を挟んでモータ１の反対側に固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明はモータ装置およびそれを用いた光学走査装置等に関する。

電磁力で回転あるいは揺動するモータで駆動対象を駆動するモータ装置において、駆動する負荷（駆動対象）の位置・速度などを正確に制御するためにフィードバック制御が行なわれる。このフィードバック制御では、駆動対象の位置をフィードバックするとモータから駆動対象に至る例えば歯車のバックラッシュ等の特性を含めた系でフィードバック制御が行われるため、駆動対象を正確に制御できる。しかしながら、位置の検出手段は駆動対象の移動範囲をカバーしなければならない為、検出手段が高価になる欠点を持っている。

一方、モータの出力軸の回転角度を検出してフィードバック制御を行う場合は、前述の特性を含まない為、フィードフォワードでこの特性を補償する必要があるが、検出手段が安価に構成できる長所がある。また、駆動対象がモータの出力軸に設けられてギヤなどを介さずに直接駆動される場合も、モータの出力軸の回転角度を検出するフィードバック制御が行われる。

モータの出力軸の回転角度を検出する手段としては、磁気センサを利用すると安価に構成できるが、電磁力で回転するモータの回転角度検出に磁気センサを利用する場合は、回転角度を表す磁界以外の望まれない磁界も磁気センサに作用して回転角度の検出に誤差を生じる問題がある。この問題を解決する例として、回転角度を表す磁界以外の磁界が磁気センサに作用しないようにこれを打ち消すコイルを設けた磁気ポジションセンサが提案されている（特許文献１参照）。
特許第３１７２５８６号公報

しかしながら、回転角度を表す磁界以外の磁界を打ち消す手段をもつ従来例では、コイルの磁界を正確に調整する必要がある。さらにモータの電磁力に影響を及ぼすことを回避するために、コイルと磁気センサはおのずと近傍に配置され局所的に磁場を打ち消す構成になるが、このことはコイルの電流量が敏感に磁気センサに作用することになり、正確な調整を困難にしている。

上記課題に鑑み、本発明のモータ装置は、電磁力で回転するモータと、モータの出力軸に設けられた負荷と、モータの出力軸又は負荷の回転角度を検出する角度検出手段を備えるモータ装置であって、角度検出手段は磁気センサと磁石で構成され、磁気センサあるいは磁石のどちらか一方がモータの出力軸又は負荷の回転軸部に負荷を挟んでモータの反対側に固定されていることを特徴とする。また、上記課題に鑑み、本発明の光学走査装置は、前記負荷を光学反射鏡とした上記のモータ装置を有し、光源からの光を光学反射鏡で走査することを特徴とする。

磁気センサあるいは磁石のどちらか一方がモータの出力軸又は負荷の回転軸部に負荷を挟んでモータの反対側に固定されている本発明のモータ装置の構成では、磁界強度は距離に反比例して急速に低下するので、モータの出力軸又は負荷の回転軸部の回転角度を表す磁界以外の磁界が殆ど作用しない位置に磁気センサを配置することが出来る。従って、従来例では必要とした磁界を打ち消す手段が不要となり、そして従来例で必要だったコイルの磁界を正確に調整する必要がなくなり、構成が比較的簡単になる。

本発明のモータ装置の一実施形態では、電磁力で回転するステップモータなどのモータと、モータの出力軸に設けられた負荷と、モータの出力軸又は負荷の回転角度を検出する角度検出手段を備え、角度検出手段はホール効果を利用したセンサなどの磁気センサと磁石で構成され、磁気センサあるいは磁石のどちらか一方がモータの出力軸又は負荷の回転軸部に負荷を挟んでモータの反対側に固定されている。

回転により磁気センサと磁石の相対位置関係が変化して磁石からの磁界が磁気センサのところで変化すればよいので、磁気センサと磁石のどちらをモータの出力軸又は負荷の回転軸部に固定してもよいが、磁石を可動側に固定して磁気センサを固定側に設けるほうが検出信号の取出しが簡単になる。磁気センサあるいは磁石のどちらか一方がモータの出力軸に固定される場合は、角度検出手段でモータの出力軸の回転角度が検出されて、これを用いて光学反射鏡、歯車、滑車、カムなどの負荷の位置・速度などのフィードバック制御が行なわれる。負荷の回転軸部に固定される場合は、角度検出手段で負荷の回転軸部の回転角度が検出されて、同じくこれを用いて負荷の位置・速度などのフィードバック制御が行なわれる。磁気センサとしては、ホール効果を利用したセンサの他に、磁界の変化を電磁誘導で検出する巻線などを用いることもできる。

以下、図面を用いて具体的な実施例を説明する。
（実施例１）
図１は本発明の実施例１を示す図で、モータ１、反射鏡２、磁石３、軸受け４、支持部材５、磁気センサ６で構成される。モータ１の構成として、ステータ１ａと回転軸１ｂがある。モータ１は、電磁力によって回転軸１ｂをステータ１ａに対して回転させる電気モータである。反射鏡２は回転軸１ｂに固定され、回転軸１ｂと共に回転する鏡である。磁石３は、回転軸１ｂに固定された磁石であって反射鏡２を挟んでステータ１ａと反対側に位置し、回転軸１ｂおよび反射鏡２と共に回転する。軸受け４は、ステータ１ａの位置しない側の回転軸１ｂの端部を回転可能に支持する軸受けである。支持部材５は、軸受け４がステータ１ａに対して相対的な位置変化を起こさないように、軸受け４を固定するための部材である。すなわち、モータ１の出力軸の先端部が、モータ１のステータ１ａと相対的な位置変化を起こすこと無く固定された軸受け１ｂによって回転可能に支持されている

磁気センサ６は、支持部材５に固定された磁界の強度を電気信号に変換するセンサで、例えばホール素子が挙げられる。図１において、走査鏡すなわち光学反射鏡２はモータ１により駆動され、回転軸１ｂと共に回転することで入射光を所望の角度方向に走査する。反射鏡２の角度検出は、走査鏡２と共に回転する磁石３が発生する磁界が回転により変化する状態を磁気センサ６で検出することで行われる。

本実施例によれば、磁石３がモータ１の出力軸１ｂに反射鏡２を挟んでモータ１の反対側に固定され磁気センサ６が磁石３に近い固定側に設けられているので、モータ１の出力軸１ｂの回転角度を表す磁界以外の磁界が殆ど作用しない位置に磁気センサ６が配置される。したがって、モータ１の出力軸１ｂの回転角度、位置などを正確に検出できて正確にフィードバック制御が行なわれ得る。

（実施例２）
図２に本発明の実施例２に係る光学走査装置の構成を示す。図２は、図１の走査装置を、レーザを水平・垂直のそれぞれに走査して画像を描画するレーザディスプレイの垂直走査の走査装置に応用した構成例を示す図である。図２において、レーザディスプレイは、レーザ７、水平走査装置８、垂直走査装置９、駆動装置１０、スクリーン１１で構成される。垂直走査装置９は、モータ９ａ、反射鏡９ｂ、磁石９ｃ、軸受け９ｄ、支持部材９ｅ、磁気センサ９ｆで構成され、さらにモータ９ａはステータ９ａ１と回転軸９ａ２で構成される。レーザ７は光源である。水平走査装置８は光源を水平方向に走査する装置である。

また、垂直走査装置９は図１に示した走査装置と同様の構成を持つ走査装置であって、モータ９ａがモータ１に、ステータ９ａ１がステータ１ａに、回転軸９ａ２が回転軸１ｂに、反射鏡９ｂが反射鏡２に、磁石９ｃが磁石３に、軸受け９ｄが軸受け４に、支持部材９ｅが支持部材５に、磁気センサ９ｆが磁気センサ６に、それぞれ対応している。モータ９ａは２相ＰＭ型ステップモータとすると、価格面や小型化の面で有利である。２相ＰＭ型ステップモータは、３相以上のステップモータに比べてステータの形状が単純であること、ＰＭ型はＶＲ（可変リラクタンス）型やＨＢ（ハイブリッド）型に比べてロータ形状が単純であるからである。

本実施例の動作において、垂直走査装置９からは反射鏡９ｂの回転角度信号である磁気センサ９ｆの信号Ｓ２が出力され、駆動装置１０に入力される。そして、駆動装置１０は信号Ｓ２を基にフィードバック制御態様でモータ９ａを信号Ｓ１で回転・駆動する。以上の構成では、外部からの画像信号で変調・駆動されるレーザ７から出力された光は水平走査装置８に入射されて水平方向に走査され、続いて垂直走査装置９に入射されて垂直方向に走査される。こうして水平と垂直の２次元に走査された光は、スクリーン１１に画像を描画する。ここでも垂直走査装置９の反射鏡９ｂは正確に回転・制御されて、これにより光は正確に走査されるので、高品質の画像をスクリーン１１上に描画することができる。

実施例１を説明する斜視図である。 実施例２を説明する斜視図である。

符号の説明

１、９ａ モータ
１ａ、９ａ１ ステータ
１ｂ、９ａ２ 回転軸（出力軸）
２、９ｂ 負荷（反射鏡）
３、９ｃ 磁石（角度検出手段）
６、９ｆ 磁気センサ（角度検出手段）
７ レーザ（光源）
９ 垂直走査装置（本発明の光学走査装置）

Claims (5)

1. 電磁力で回転するモータと、前記モータの出力軸に設けられた負荷と、前記出力軸又は前記負荷の回転角度を検出する角度検出手段を備えるモータ装置であって、前記角度検出手段は磁気センサと磁石で構成され、前記磁気センサあるいは前記磁石のどちらか一方が前記出力軸又は前記負荷の回転軸部に前記負荷を挟んで前記モータの反対側に固定されていることを特徴とするモータ装置。
2. 前記出力軸の先端部が、前記モータのステータと相対的な位置変化を起こすこと無く固定された軸受けによって回転可能に支持されていることを特徴とする請求項１記載のモータ装置。
3. 前記磁気センサが、ホール効果を利用したセンサ又は磁界の変化を電磁誘導で検出する巻線であることを特徴とする請求項１又は２記載のモータ装置。
4. 前記モータがステップモータであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のモータ装置。
5. 前記負荷を光学反射鏡とした請求項１〜４のいずれかに記載のモータ装置を有し、光源からの光を前記光学反射鏡で走査することを特徴とする光学走査装置。

Images