JP2539926Y2 - モータの回転位置検出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案はモータの回転位置検出装
置に係り、ヘッドシリンダのダイレクトドライブ(DD)モ
ータ等に適用され、ロータマグネットの量産性を向上さ
せると共に、大きな駆動トルクを確保しながら回転位置
検出信号のS/N比を向上させるための改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】VTRのドラムやキャプスタンの駆動用に
はブラシレスDCモータであるDDモータが用いられている
が、この種のモータはサーボ系で回転制御を行うために
回転位置検出装置が組込まれている。図１２は従来の回
転位置検出装置を組込んだDDモータの断面図を示し、1
はスピンドルシャフト、2はラジアルベアリングであ
り、ロータ側はドラムシリンダ3と、ロータヨーク4と、
ロータマグネット5と、磁性体の環状板6で構成され、ス
テータ側は固定用ボス7と、検出用プレート8と、ステー
タコイル9で構成されており、ステータ側の検出用プレ
ート8とステータコイル9はロータ側のロータマグネット
5と環状板6の間に介装されて、スピンドルシャフト1に
垂直な面で対向した構造を有している。

【０００３】前記の構造において、ロータヨーク4に固
定されているロータマグネット5はステータコイル9への
通電によって駆動力を得ることによりロータ側を回転さ
せるが、ロータマグネット5は検出用プレート8を介して
ステータコイル9に対向しており、ロータマグネット5の
回転に伴って検出用プレート8に形成された導体パター
ン10に生じる誘導起電力信号からモータの回転位置が検
出される。尚、磁性体である環状板6はドラムシリンダ3
の外周部から内側へ磁路を構成させ、ステータコイル9
を通過する磁力線数を増加させて大きな回転駆動力を確
保させる。

【０００４】ここに、ロータマグネット5及び検出用プ
レート8は一般に図１３及び図１４に示すような構成が
採用されている。図１３においては、ロータマグネット
5が等分の着磁開角(30°)で着磁された１２極の磁極を
有していると共に、その内周側には隣接するＮ極とＳ極
を等分に含む開角で１個の突起部51が形成されている。
また、検出用プレート8には、突起部51と対向可能な領
域を含んでロータマグネット5の回転方向に対して垂直
な方向へ４本の線素52〜55が構成された導体パターンが
形成されており、それらが外周側及び内周側で周方向の
線素56〜60で接続されて、線素59,60で端子61,62へ導か
れている。尚、突起部51はロータマグネット5の着磁開
角とほぼ同等の開角で形成されており、また４本の線素
52〜55が隣接してなす開角は突起部51の開角と同等の角
度になっている。

【０００５】一方、図１４においては、ロータマグネッ
ト5を完全な環状体とし、その局部に無着磁領域63を設
けてある。また、検出用プレート8には、ロータマグネ
ット5との対向領域に渦巻状(奇数回ターン)の導体パタ
ーン64を形成し、その導体パターン64の両端を端子65,6
6としている。尚、検出用プレート8の中心からみた渦巻
状の導体パターン64がなす開角は、ロータマグネット5
の着磁開角の約２倍に設定されている。

【０００６】その結果、前記のロータマグネット5と検
出用プレート8の関係において、図１３の組合せでは、
突起部51が各線素52〜55を横切る際に磁力線数が通常の
変化状態より大きくなり、図１４の組合せでは、無着磁
領域63が渦巻状の導体パターン64におけるロータマグネ
ット5の回転方向に対して垂直な線素部分を横切る際に
磁力線数が通常の変化状態より小さくなる。そして、ロ
ータ側の回転によって生じる周期的な磁力線数のアンバ
ランス状態は、導体パターンに発生する誘導起電力の変
化として現われ、それを端子61,62や端子65,66から検出
することによりモータの回転位置を検出している。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】ところで、前記の回転
位置検出装置には次のような問題点がある。 図１２の構造では、ロータマグネット5とステータ
コイル9を検出用プレート8を介して対向せしめ、ロータ
マグネット5に導体パターンを近接させることにより回
転位置検出信号のS/N比の向上を図っているが、逆に検
出用プレート8と導体パターン10の厚み分だけロータマ
グネット5とステータコイル9の間隔が大きくなり、ロー
タマグネット5がステータコイル9から受ける磁力線数が
減少するために駆動トルクが小さくなる。 図１３に示されるようにロータマグネット5に突起
部51を設けると、ロータマグネット5の加工を複雑化
し、量産性を悪くすると共に生産コストが高くなる。ま
た、突起部51によって回転慣性に不均衡が生じ、芯ブレ
等の発生要因となる。 図１４に示されるようにロータマグネット5自体に
無着磁領域63を設けると、駆動トルクの低下を招き、ま
た局部的に無着磁領域63を構成させるためには特殊な着
磁技術が必要になり、ロータマグネット5の生産性を低
下させる。

【０００８】そこで、本考案は、ロータマグネット5に
特殊な加工や着磁を施す必要がなく、駆動トルクを低下
させずに良好なS/N比で回転位置検出信号を得ることが
可能なモータの位置検出装置を提供することを目的とし
て創作された。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本考案は、ロータ側に、
環状の磁性体に等分の着磁開角で各磁極が構成されたロ
ータマグネットと、前記ロータマグネットに離隔対向し
てそのロータマグネットと一体で回転する磁性体の環状
板がスピンドルシャフトに対して垂直に取付けられてお
り、ステータ側に、ステータコイルと、前記ロータマグ
ネットの回転方向に対して略垂直な線素を含む導体パタ
ーンを形成した検出用プレートが前記ステータ側のロー
タマグネットと環状板の間に介装されており、前記ロー
タ側の回転によって前記検出用プレートの導体パターン
に誘導される信号を検出することにより回転位置を検出
するモータにおいて、前記ステータコイルを前記ロータ
マグネット側に、前記検出用プレートを前記環状板側に
それぞれ対向せしめ、前記環状板の一部に前記ロータマ
グネットの磁束分布を局部的に変更させる磁束変更要素
を設けたことを特徴とするモータの回転位置検出装置に
係る。

【００１０】

【作用】本考案では、ロータ側の環状板の一部に磁束変
更要素を設けている。この環状板は、ロータマグネット
の磁力線の磁路をステータコイルとの対向領域へ導いて
ステータコイルを通過する磁束線数を多くするために設
けられているが、磁束変更要素を設けたことにより、ロ
ータマグネットの磁力線は周方向の一部で局部的に変更
せしめられる。即ち、環状板はロータマグネットと一体
で回転するものであるため、ロータ側の回転に伴って、
検出プレートの導体パターンは一回転毎に通常の磁束分
布と異なるアンバランスな磁束を検出し、図１３や図１
４の場合と同様にモータの回転位置を検出できることに
なる。

【００１１】そして、前記の磁束変更要素としては、環
状板の一部に小さなマグネットを付加する手段や局部的
な着磁を施す手段、又は環状板の一部に孔や凹部や凸部
を形成しておく手段を採用することができる。

【００１２】ところで、本考案の場合には、ロータ側の
回転時に環状板の磁束変更要素が検出用プレートの導体
パターンと対向して通過する時間帯で位置検出信号が得
られるため、その信号のS/N比を向上させるには検出用
プレートを環状板と近接対向させることが有効となる。
換言すれば、検出用プレートをロータマグネット側に近
接対向させるさせる必要がない。そこで、検出用プレー
トを環状板側に近接対向させ、ステータコイルをロータ
マグネット側に近接対向させた構成を採用することによ
り、位置検出信号のS/N比を向上させると共にステータ
コイルとロータマグネットの隙間を小さくし、ロータの
駆動に有効な磁束線数を多くすることで大きな駆動トル
クを得られるようにしている。

【００１３】

【実施例】以下、本考案のモータの回転位置検出装置に
係る実施例を図１から図１１を用いて詳細に説明する。
図１は実施例に係るDDモータの断面図を示し、そのブラ
シレスモータとしての基本的な構成と各機素は前記の図
１２で説明したと同様であり、図１２で付した符号と同
一の符号で示されるものは同一の機素を示す。本実施例
の第１の特徴は、図１２のDDモータと異なり、ステータ
コイル9がロータマグネット5側に近接対向せしめられて
おり、また検出用プレート8が環状板6側に近接対向せし
められている点にある。即ち、ステータ側の検出用プレ
ート8とステータコイル9がロータ側のロータマグネット
5と環状板6の間に介装されている点については同様であ
るが、ステータコイル9と検出用プレート8の位置が上下
で逆になっている。

【００１４】また、本実施例の第２の特徴は、図２に示
すように、ロータマグネット5として、突起部や無着磁
領域がなく、単純に等分の着磁開角(θ＝30°)で各磁極
が構成されたものを用い、また磁性体である環状板6の
一部に磁束変更要素11を設けている点にある。尚、本実
施例では、検出用プレート8として図１３及び図１４と
同一の導体パターンを施したものを用いている。詳細に
は、図２の検出用プレート8aにおける導体パターン10a
は図１３に示したものと同様で、ロータマグネット5の
回転方向に対して垂直な方向の４本の線素が隣接して相
互になす開角はθ/2(ロータマグネット5の着磁開角の1/
2)になっており、検出用プレート8bにおける導体パター
ン10bも図１４に示したものと同様で、その検出用プレ
ート8bの中心からみた導体パターン10bがなす開角は2θ
(ロータマグネット5の着磁開角の２倍)に設定されてい
る。

【００１５】次に、環状板6に対して各種の磁束変更要
素11を設けた場合において、それぞれの場合に検出用プ
レート8の導体パターンに誘導される位置検出信号が如
何に出力されるかを具体的に説明する。先ず、図３は一
極対のマグネット11aを付加した環状板6aを示し、その
マグネット11aの環状板6aの中心からみた開角Φはロー
タマグネット5の着磁開角θとほぼ同等になっており、
マグネット11aの各極は約θ/2の開角で構成されてい
る。尚、この場合にはマグネット11aを環状板6aに形成
した孔へ嵌着固定させているが、環状板6aを強磁性体と
して同形状で一極対分だけ着磁させてもよい。そして、
この環状板6aを図１に示すようにモータへ組込み、図２
の検出プレート8aを用いて回転位置信号の検出を行う
と、図４に示すような誘導起電力が得られる。ここに、
図４はロータマグネット5の各着磁区間と環状板6aの着
磁区間、及び検出用プレート8aの導体パターン10aを直
線的に展開し、ロータマグネット5と付加マグネット11a
の発生磁界とそれらの合成磁界の波形を示すと共に、導
体パターン10aの各線素に生じる誘導起電力E1〜E4とそ
れらの合成起電力E0である位置検出信号の波形を対応さ
せたものである。尚、以下、この種の図(図５、図７、
図９、図１１)を「展開対応図」という。図４から明らか
なように、ロータ側の回転によって環状板6aに付加した
マグネット11aが検出用プレート8aに対向する領域を通
過した際に、導体パターン10aの端子間にはその通過開
始時からロータ側が75°回転する間に２周期半の正弦波
形からなる誘導起電力E0が出力されることになる。従っ
て、その誘導起電力を位置検出信号として用いることに
よりモータの回転位置を検出することが可能になる。

【００１６】次に、図５は環状板6aを用い、図２の検出
用プレート8bで位置検出信号を得る場合の展開対応図を
示す。尚、同図におけるK-J及びL-Mは、渦巻状の導体パ
ターン10bにおいてロータマグネット5の回転方向に対し
て垂直な線素の合計長に相当する。同図から明らかなよ
うに、この場合には、環状板6aに付加したマグネット11
aが検出用プレート8bに対向する領域を通過した際に、
導体パターン10bの端子間にはその通過開始時からロー
タ側が30°回転する間に１周期分の正弦波形からなる誘
導起電力E0が出力され、また前記の出力波形から60°の
位相遅れで同様の正弦波形が出力される。

【００１７】次に、図６は厚み方向に着磁したマグネッ
ト11bを嵌着付加した環状板6bを示し、そのマグネット1
1bの環状板6bの中心からみた開角Φはロータマグネット
5の着磁開角θの約1/2になっている。従って、環状板6b
の表面には単極の磁極(この場合にはN極)が配置される
ことになるが、前記の環状板6aの場合と同様に、環状板
6bを強磁性体としてその厚み方向に着磁させてもよい。
この環状板6bと図２の検出用プレート8bを用いて位置検
出信号を得る場合の展開対応図は図７に示される。同図
から明らかなように、この場合には、環状板6bに付加し
たマグネット11bが検出用プレート8bに対向する領域を
通過した際に、導体パターン10bの端子間にはその通過
開始時からロータ側が約35°回転する間に１周期半の正
弦波形からなる誘導起電力E0が出力され、また前記の出
力波形から60°の位相遅れで極性が逆になった正弦波形
が出力される。

【００１８】次に、図８は局部的に凹部又は孔を形成し
た環状板6cを示し、その環状板6cの凹部又は孔11cを環
状板6cの中心からみた開角Φはロータマグネット5の着
磁開角θの約1/2になっている。そして、この環状板6c
と図２の検出用プレート8bを用いて位置検出信号を得る
場合の展開対応図は図９に示される。この場合には、前
記の凹部又は孔11cの存在により、ロータマグネット5の
検出プレート8b上での磁界は凹部又は孔11ctとの対向部
分で局部的に弱くなり、図９から明らかなように、導体
パターン10bの端子間にはその通過開始時からロータ側
が約15°回転する間に１個のパラボラ波形からなる誘導
起電力E0が出力され、また前記の出力波形から60°の位
相遅れで極性が逆になったパラボラ波形が出力される。

【００１９】次に、図１０は局部的に凸部を形成した環
状板6dを示し、その環状板6dの凸部11dを環状板6dの中
心からみた開角Φはロータマグネット5の着磁開角θの
約1/2になっている。そして、この環状板6dと図２の検
出用プレート8bを用いて位置検出信号を得る場合の展開
対応図は図１１に示される。この場合には、前記の凸部
11dの存在により、ロータマグネット5の検出プレート8b
上での磁界は凸部11dとの対向部分で局部的に強くな
り、図１１から明らかなように、前記の図９で示した場
合と同様のタイミングと位相差で２個のパラボラ波形の
誘導起電力E0が出力される。但し、この場合には凸部11
dの影響によるものであるため、パラボラ波形からなる
誘導起電力E0は図９の場合と逆の極性で現われる。

【００２０】以上のように、何れの場合においても、環
状板6の一部にロータマグネット5の磁束分布を局部的に
変更させる磁束変更要素を設けたことにより、導体パタ
ーン10a又は10bの誘導起電力E0からモータの回転位置検
出信号が得られ、且つその信号は検出パターン10a又は1
0bと環状板6が近接対向せしめられているため、極めて
良好なS/N比で検出される。また、検出用プレート8が環
状板6側に配置されたことで、ロータマグネット5とステ
ータコイル9を直接的に近接対向させることができ、モ
ータの駆動トルクを大きくすることが可能になる。

【００２１】

【考案の効果】本考案のモータの回転位置検出装置は、
以上の構成を有していることにより、次のような効果を
奏する。従来の装置では回転位置の信号をロータマグネ
ットと検出用プレートを近接対向させて検出していた
が、本考案ではロータマグネットと一体で回転する環状
板にロータマグネットの磁束変更要素を設け、その環状
板と検出用プレートを近接対向させることにより信号を
検出するようにしている。従って、ロータマグネットと
ステータコイルを近接対向させることができ、モータの
駆動トルクを低下させないでS/N比の優れた回転位置検
出信号を得ることを可能にする。また、ロータマグネッ
トに突起部や無着磁領域を設けて磁束のアンバランス要
素を構成する必要がなくなり、ロータマグネットの製造
工程を容易にして生産性を高めると共に、そのコストの
低減化を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例に係るモータの回転位置検出装
置を適用したDDモータの断面図である。

【図２】ロータマグネットと検出用プレート(２種類)と
環状板の平面図である。

【図３】一極対のマグネットを付加した環状板の平面図
と側面図である。

【図４】ロータマグネットの各着磁区間と環状板の着磁
区間、及び検出用プレートの導体パターンを直線的に展
開し、ロータマグネットと付加マグネットの発生磁界と
それらの合成磁界の波形を示すと共に、導体パターンの
各線素に生じる誘導起電力とそれらの合成起電力である
位置検出信号の波形を対応させた展開対応図(図２の検
出用プレート8aを使用し、図３の環状板を使用した場
合）である。

【図５】展開対応図(図２の検出用プレート8bを使用
し、図３の環状板を使用した場合）である。

【図６】厚み方向に着磁したマグネットを付加した環状
板の平面図と側面図である。

【図７】展開対応図(図２の検出用プレート8bを使用
し、図６の環状板を使用した場合）である。

【図８】凹部又は孔を形成した環状板の平面図と側面図
である。

【図９】展開対応図(図２の検出用プレート8bを使用
し、図８の環状板を使用した場合）である。

【図１０】凸部を形成した環状板の平面図と側面図であ
る。

【図１１】展開対応図(図２の検出用プレート8bを使用
し、図１０の環状板を使用した場合）である。

【図１２】従来の回転位置検出装置を適用したDDモータ
の断面図である。

【図１３】ロータマグネットと検出用プレートの平面図
である。

【図１４】ロータマグネットと検出用プレートの平面図
である。

【符号の説明】

1…スピンドルシャフト、2…ラジアルベアリング、3…
ドラムシリンダ、4…ロータヨーク、5…ロータマグネッ
ト、6,6a,6b,6c,6d…環状板、7…固定用ボス、8,8a,8b
…検出用プレート、9…ステータコイル、10,10a,10b…
導体パターン、11…磁束変更要素、11a,11b…マグネッ
ト、11c…凹部又は孔、11d…凸部、θ…ロータマグネッ
トの着磁開角、Φ…磁束変更要素の着磁開角。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータ側に、環状の磁性体に等分の着磁
   開角で各磁極が構成されたロータマグネットと、前記ロ
   ータマグネットに離隔対向してそのロータマグネットと
   一体で回転する磁性体の環状板がスピンドルシャフトに
   対して垂直に取付けられており、ステータ側に、ステー
   タコイルと、前記ロータマグネットの回転方向に対して
   略垂直な線素を含む導体パターンを形成した検出用プレ
   ートが前記ステータ側のロータマグネットと環状板の間
   に介装されており、前記ロータ側の回転によって前記検
   出用プレートの導体パターンに誘導される信号を検出す
   ることにより回転位置を検出するモータにおいて、前記
   ステータコイルを前記ロータマグネット側に、前記検出
   用プレートを前記環状板側にそれぞれ対向せしめ、前記
   環状板の一部に前記ロータマグネットの磁束分布を局部
   的に変更させる磁束変更要素を設けたことを特徴とする
   モータの回転位置検出装置。