JPH0787679B2

JPH0787679B2 - トロイダルモ−タ

Info

Publication number: JPH0787679B2
Application number: JP61276111A
Authority: JP
Inventors: 昌秀孫
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1986-11-19
Filing date: 1986-11-19
Publication date: 1995-09-20
Anticipated expiration: 2010-09-20
Also published as: JPS63129827A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はトロイダルモータに関するものであり、特に、
そのラジアル方向の軸受として流体軸受もしくは滑り軸
受を用いたトロイダルモータに関するものである。

（従来の技術）モータにおいては、ロータ（回転子）のラジアル方向を
支持する軸受（以下、ラジアル軸受という）、およびス
ラスト方向を支持する軸受（以下、スラスト軸受とい
う）が必要であるが、例えばラジアル軸受として、玉あ
るいはころを有するころがり軸受を用いる場合、当該モ
ータの回転数、負荷等の状況に応じては、前記ころがり
軸受がスラスト軸受の機能を兼用できる場合がある。

これに対して、レーザビームプリンタ等に適用されるモ
ータのように、ラジアル軸受として、動圧型あるいは静
圧型の流体軸受を用いる場合には、流体軸受等を使用し
たスラスト軸受が必要となる。

ところが、周知のように、流体軸受においては、ロータ
および該ロータの支持体の少なくとも一方に、圧力発生
用の溝を穿設する必要がある。このため、流体軸受は、
一般的に他の種類の軸受に比較してその製作が面倒であ
り、また高価である。

特に流体軸受をスラスト軸受に適用するときは、ロータ
の端面および側面の直角度を極めて厳密に設定しなけれ
ばならず、またロータ端面を球面に成型して支持する場
合においては、該球面の球面度、および前記球面を支持
する支持面の球面度に高い精度が要求されるため、その
製作は極めて面倒である。

このため、スラスト軸受として、磁気軸受を適用したス
ロット型、コアレス型又はシンクロナス型等のモータが
提案されている。前記モータは、ロータの両端部に固着
された第１の永久磁石、および該第１の永久磁石と同一
の磁極面が対向するようにケーシング内壁に固着された
第２の永久磁石を具備している。

このように、スラスト軸受として磁気軸受を適用すれ
ば、当該モータの構成が簡略化され、該モータの製作を
容易に行うことができる。

（発明が解決しようとする問題点）上記した従来の技術は、次のような問題点を有してい
た。

スラスト軸受として磁気軸受を用いる場合には、前記磁
気軸受の磁気回路の一部が、前記ロータおよびステータ
（固定子）間に生じる磁力線の磁気回路と一致する。

ところが、このように構成すると、ステータコイルの付
勢により交番磁場が生じる場合、ロータ回転時に前記磁
気軸受に生じる磁場の強さが変化し、ロータがスラスト
方向に振動（コギング）するおそれがある。また、この
スラスト方向のコギングに起因して、ロータがラジアル
方向にコギングするおそれもある。

また、ロータおよびステータ間に生じる磁気的吸引力も
ロータの回転に伴って変化するので、該ロータのラジア
ル方向の振動が助長されるおそれもある。

本発明は、前述の各問題点を解決するためになされたも
のである。

（問題点を解決するための手段および作用）前記の問題点を解決するために、本発明は、筒状の回転
体およびその外周の少なくとも一部に装着された筒状の
マグネットからなる、ラジアル方向の支持が流体軸受も
しくは滑り軸受により行われる回転子と、該マグネット
の外周部に配置された、内周が円筒面で、かつ外周に複
数の突起を有する環状のトロイダルコア、該環状のトロ
イダルコアに巻回された複数のトロイダルコイルおよび
前記各突起に当接するように配置されたヨークからなる
固定子とを具備した点に構成上の特徴がある。

そして、本発明によれば、前記のように、環状のトロイ
ダルコアは、内周が円筒面で、かつ外周に複数の突起を
有する形状をし、その外周に配置されたヨークが各突起
に当接するようにされているから、前記複数のトロイダ
ルコイルから発生した磁束は殆ど全て磁気抵抗の小さい
ヨークを通るようになり、前記回転子のマグネットと固
定子のトロイダルコアとの間に漏出するのを防止するこ
とができる。このため、該回転子と固定子との間の磁気
抵抗がその周方向にわたり均一となり、回転体が回転し
ても磁気的吸引力が変化しなくなる。このため、回転子
は回転時にラジアル方向およびスラスト方向にコギング
しなくなる。

（実施例）以下に本発明を、レーザビームプリンタに用いられる光
偏向器に適用した場合を例にとって、詳細に説明する。

第１図は本発明の第１の実施例が適用された光偏向器の
概略縦断面図、第２図は第１図に示されたステータ、な
らびに回転スリーブ２に固着されたマグネットヨーク11
およびマグネット３の概略正面図、第３図は第２図の断
面図である。第1,3図においては、図を見易くするする
ために、ステータを構成するトロイダルコア４に巻回さ
れたトロイダルコイルが省略されている。

各々の図において、主軸１は、当該光偏向器の筺体を構
成するハウジング６にその両端部が固着され、水平に支
持されている。

前記主軸１には、その外周部にポリゴンミラー７が固着
された回転スリーブ２（ロータ）が、回動自在に装着さ
れている。前記主軸１の外周面には、圧力発生用溝1Aが
穿設されている。前記溝1Aは、前記回転スリーブ２のラ
ジアル流体軸受を構成している。

前記回転スリーブ２の外周部には、さらにマグネットヨ
ーク11を介して円筒状のマグネット３が固着されてい
る。

前記マグネットヨーク11は、前記マグネット３の内面よ
り発生する磁力線の磁路を形成し、該マグネット３の外
面より発生する磁力線の磁束密度を高めるために配置さ
れているが、特に設けられなくても良い。前記マグネッ
ト３は、複数の磁極を有するように、主軸１の中心軸か
ら同一中心角で分割されている。

前記ハウジング６の内壁には、その内面が前記マグネッ
ト３と対向するように、環状のステータが固着されてい
る。前記ステータは、第2,3図に示されるように、その
外周面に複数の突起を有する環状のトロイダルコア４、
前記各突起間に巻回されたトロイダルコイル５、および
磁性材料により成型され、前記突起の各々に当接するよ
うにトロイダルコア４の周囲に配置された環状のヨーク
4Aよりなる。前記ヨーク4Aは、ハウジング６を磁性材料
により成型すると共に、前記各突起がハウジング６の内
壁に当接するように配置されるときは、不要である。

10は、ホールIC9を取付けるための基板である。ホールI
C9は、前記マグネット３の磁場の変化、すなわちマグネ
ット３の回転角を検出するために設けられている。

前記ハウジング６には、ポリゴンミラー７に光を入射さ
せ、かつ該ポリゴンミラー７で反射された光を感光体
（図示せず）等に指向させるための、窓12が形成されて
いる。カバーガラス13は、前記窓12を密閉する。

８は、前記回転スリーブ２およびポリゴンミラー７のバ
ランス調整用リングである。

以上の構成を有するトロイダルモータにおいて、トロイ
ダルコイル５を図示されない駆動手段を用いて付勢すれ
ば、回転スリーブ２は所定の方向に回転する。

ここで、トロイダルコイル５より発生する磁力線は、第
４図の符号MAで示されるように、トロイダルコア４およ
びヨーク4A内を循環する。したがって、トロイダルコア
４およびマグネット３間の空隙には、前記磁力線は、ほ
とんど漏出しない。

これに対して、マグネット３より発生する磁力線は、第
５図の符号MBで示されるように、前記空隙を介して、ト
ロイダルコア４およびマグネット３間を循環する。

このように、当該トロイダルモータにおいては、トロイ
ダルコア４およびマグネット３間に生じる磁界は、マグ
ネット３より発生する磁力線によるものだけなので、回
転スリーブ２を回転させても、該マグネット３からみた
磁束分布は、変化することなく静止している。換言すれ
ば、トロイダルコア４およびマグネット３間の磁界は、
トロイダルコイル５より発生する交番磁束の影響を受け
ない。

また、トロイダルコア４の内周面には突極が形成されて
いないので、該トロイダルコア４とマグネット３との間
の空隙の幅はその周方向にわたり均一、すなわちトロイ
ダルコア４とマグネット３との間の磁気抵抗は均一であ
り、マグネット３の回転角がどうであれ、該マグネット
３およびトロイダルコア４間に働く磁気的吸引力は、常
に一定である。

したがって、トロイダルコイル５を付勢して、回転スリ
ーブ２を回転させても、該回転スリーブ２がそのラジア
ル方向にコギングしない。

ところで、本発明の第１の実施例においては、回転スリ
ーブ２の内周面と主軸１の外周面との間には、ラジアル
流体軸受が構成されているが、回転スリーブ２のスラス
ト軸受は配置されていない。

しかし、トロイダルコア４、および回転スリーブ２に固
着されたマグネット３間には、前述したように、磁気的
吸引力が生じるので、前記マグネット３は、トロイダル
コア４の中央部へ留まろうとする。したがって、前記回
転スリーブ２にあまり大きな外力が加わらなければ、該
回転スリーブ２は、前記磁気的吸引力によりスラスト方
向に支持されることができる。

この場合、例えばスラスト軸受として磁気軸受を用いた
ときのように、スラスト方向に作用する力が変化しない
ので、前記回転スリーブ２は、スラスト方向にコギング
することなく、安定した回転を行うことができる。

第６図は本発明の第２の実施例が適用された光偏向器の
概略縦断面図である。第６図において、第１図と同一の
符号は、同一または同等部分をあたわしているので、そ
の説明は省略する。

前記第１の実施例においては、本発明がスリーブ回転式
のトロイダルモータに適用された例が示されているが、
この第２の実施例においては、本発明が軸回転式のトロ
イダルモータに適用された例が示されている。

第６図において、マグネット３およびポリゴンミラー７
は、主軸１に固着されている。

前記主軸１は、ハウジング６に回動自在に支持されてい
る。前記ハウジング６の、主軸１の支持面および／ある
いは前記主軸１の外周面には、図示されない圧力発生用
溝が穿設されていて、それらはラジアル流体軸受を構成
している。

この実施例においても、主軸１は、特にスラスト軸受を
設けることなく、マグネット３とトロイダルコア４との
間に生じる磁気的吸引力のみで、そのスラスト方向に安
定して支持されることができる。

さて、前記各実施例においては、本発明は、光偏向器に
用いられるトロイダルモータに適用されるものとして説
明されているが、本発明は特にこれのみに限定されるこ
とはなく、光偏向器以外に適用されるトロイダルモータ
に適用されても良いことは当然である。

また、前記各実施例では、本発明は、主軸１あるいは回
転スリーブ６（すなわち、ロータ）が水平に支持される
タイプのトロイダルモータに適用されるものとして説明
されているが、本発明は特にこれのみに限定されること
はなく、ロータが垂直に支持されるタイプのトロイダル
モータに適用されてもよい。ロータが垂直に支持される
場合には、該ロータの重量が比較的軽く、該ロータに固
着されたマグネットとトロイダルコアとの間の磁気的吸
引力が強く、またこの光偏向器のようにロータにあまり
外力が加わらないものに対してのみ、前記磁気的吸引力
でロータのスラスト方向の支持を行うことができる。

さらに、前記各実施例では、本発明は、ラジアル軸受と
して流体軸受を用いたトロイダルモータに適用されるも
のとして説明されているが、本発明は特にこれのみに限
定されることはなく、滑り軸受を用いたトロイダルモー
タに適用されてもよいことは当然である。トロイダルモ
ータを光偏向器に適用するときは、ポリゴンミラーの回
転数、および回転精度があまり高くない場合、あるいは
回転時におけるロータの振れが大きくしてもよい場合
に、ラジアル軸受として滑り軸受を用いることができ
る。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれば、トロ
イダルコイルを有するステータより発生する磁力線が該
ステータおよびロータのマグネット間の空隙に実質上漏
出しないように構成されたトロイダルモータにおいて、
そのラジアル方向の支持が流体軸受もしくは滑り軸受に
より行われているロータのスラスト方向の支持を、スラ
スト軸受を設けずに、ステータとロータとの間に生じる
磁気的吸引力のみによって行うようにしたので、次のよ
うな効果が達成される。

（１）当該トロイダルモータの構成が簡略化し、その
製作費を大幅に低減させることができる。

（２）スライト方向に力を与えるための圧力発生面が
不要となるので、スリーブ回転式のロータにおいては、
該ロータの両端部肉厚を薄くすることができ、また軸回
転式のロータにおいては、該ロータを短くすることがで
きる。この結果、ロータの重量および慣性モーメントを
大幅に減少させることができるようになり、当該モータ
が軽量化する。また、ラジアル軸受に加わる負荷が減少
するので、当該モータの寿命がのび、応答性が向上す
る。

（３）ロータより発生する磁力線により該ロータとス
テータとの間に生じる磁気的吸引力が、ステータより発
生する交番磁束に影響されず、また該ステータとロータ
との間の磁気抵抗がその周方向にわたり均一なので、ロ
ータが回転しても前記磁気的吸引力が変化しない。した
がって、ロータ回転時に該ロータがラジアル方向および
スラスト方向にコギングしない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例が適用された光偏向器の
概略縦断面図、第２図は第１図に示されたステータなら
びにロータのマグネットおよびマグネットヨークの概略
正面図、第３図は第２図の断面図、第4,5図はトロイダ
ルコイルおよびマグネットより発生する磁力線を示す
図、第６図は本発明の第２の実施例が適用された光偏向
器の概略縦断面図である。１……主軸、1A……圧力発生用溝、２……回転スリー
ブ、３……マグネット、４……トロイダルコア、4A……
ヨーク、５……トロイダルコイル、６……ハウジング、
７……ポリゴンミラー、９……ホールIC、10……基板、
11……マグネットヨーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筒状の回転体（２）およびその外周の少な
くとも一部に装着された筒状のマグネット（３）からな
る、ラジアル方向の支持が流体軸受もしくは滑り軸受に
より行われる回転子と、該マグネットの外周部に配置された、内周が円筒面で、
かつ外周に複数の突起を有する環状のトロイダルコア
（４）、該環状のトロイダルコアに巻回された複数のト
ロイダルコイル（５）および前記各突起に当接するよう
に配置されたヨーク（4A）からなる固定子とを具備した
ことを特徴とするトロイダルモータ。
【請求項２】前記各突起に当接するように配置されたヨ
ーク（4A）が、磁性材料により成型された当該トロイダ
ルモータのハウジング（６）であり、前記各突起が、前
記ハウジングの内壁に当接するように配置されたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のトロイダルモー
タ。