JP2850408B2

JP2850408B2 - 回転体の回転位置検出装置

Info

Publication number: JP2850408B2
Application number: JP28530789A
Authority: JP
Inventors: 正行山下; 良治林; 憲一紀平
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1989-10-31
Filing date: 1989-10-31
Publication date: 1999-01-27
Anticipated expiration: 2014-01-27
Also published as: JPH03145958A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は回転円板とホトインタラプタとを用いた回転
体の回転位置検出装置に関する。

（従来の技術）従来より、回転体例えばモータのロータの位置を検出
するための回転位置検出装置としては、磁気的方式のも
のや光学的方式のものが供されている。而して、近年の
装置の小形化要求に伴い、磁気的方式のものでは磁気漏
れにより種々の悪影響を及ぼす等の事情により、光学的
方式の回転位置検出装置が多く採用されてきている。特
に、可変リラクタンスモータなかでもSRモータ（swiche
d reluctance motor）にあっては、各相の巻線への通断
電のタイミングに厳密性が要求されるため、ホトインタ
ラプタを用いたものが使用されている。

この種の回転位置検出装置は、ロータの回転軸に固着
された回転円板と、ステータ側に固定配置されたホトイ
ンタラプタとから構成される。例えばステータ歯数が6,
ロータ歯数が４の三相励磁の可変リラクタンスモータに
組込まれるもので、一回転で４パルスのパルス信号を得
る場合の具体例を第５図に示す。即ち、回転円板１の外
周には遮光を行うための４個の歯部２が形成されてお
り、これにより歯部２以外の部分が透光を許容する切欠
部３となる。このとき、歯部2,切欠部３共に45゜の形成
角度領域にて形成されている。一方、詳しく図示はしな
いが、ホトインタラプタ４は、対向配置された投光部と
受光部５との間に、前記回転円板１の外周部分を挟むよ
うにして固定配置され、受光部５の窓部5aが前記歯部２
の回転軌跡に対応位置するようになっている。このもの
は、ロータと一体に回転する回転円板１により、ホトイ
ンタラプタ４の受光部５に窓部5aに通して光の遮断，入
光が繰返されることになり、その受光部５からデューテ
ィ比50％のパルス信号を出力させるように構成されてい
る。そして、このパルス信号に基づいて通電制御装置が
各相の巻線の通断電を制御するようになっている。

（発明が解決しようとする課題）ところで、上述のような可変リラクタンスモータにお
いては、ローラ位置とトルクとの関係は、一相のみのト
ルクを考えると、第７図に示すように、正トルクと反ト
ルクとがローラ位置に対して45゜毎に交互に発生するこ
とになる。従って、一方向にロータを回転させるには、
ロータが45゜進む毎に巻線電流をオン，オフさせる必要
がある。

また、トルク特性としては、第８図に示すように、ス
テータの歯幅の大小により、45゜の範囲内でトルクの発
生角度の広狭を変化させることができ、また、第７図に
示すように、ロータの歯幅の大小により、トルク発生の
位相の早遅を変化させることができることが知られてい
る。従って、モータの用途に応じた設計を行うことによ
り、電気的時定数が小さく平均トルクを上げて使用する
用途や、電気的時定数が大きく効率良く使用する用途な
どに自由に対応することが可能となっている。

しかしながら、上記従来のもののように、回転円板１
の歯部２と切欠部３との形成角度領域が１対１の比に固
定され夫々機械的に45゜に形成されたものでは、受光部
５の受光素子の感度の相違により、出力されたパルス信
号のデューティ比が正確に50％とならない場合がある。
即ち、受光部５の感度が良い場合には、窓部5aが少し開
いただけで受光作動し且つ窓部5aの大半が閉じられなけ
れば受光作動が停止しなくなる。一方、受光部５の感度
が悪い場合には、窓部5aの大半が開かなければ受光作動
せず且つ窓部5aが少し閉じられただけで受光作動が停止
してしまうようになる。第６図は、このときの受光部５
の作動状況を模式的に示したものである。本来は、同図
（ａ）に示すように、受光部５の窓部5aの中心部が相対
的に歯部２と切欠部３とが切替わる部所に進んだ時点
（開口率50％）で受光動作のオン，オフがなされ、これ
にてデューティ比50％のパルス信号が出力されるように
なっている。ところが、受光部５の感度が良い場合に
は、同図（ｂ）に示すように、受光作動（オン）のタイ
ミングが早く且つ停止（オフ）のタイミングが遅くな
り、オン時間に対してオフ時間が短くなり、１対１から
ずれたパルス信号が出力されてしまう。また、受光部５
の感度が悪い場合には、同図（ｃ）に示すように、上記
とは逆のパルス信号が出力されてしまうことになる。

このようなパルス信号のデューティ比のずれは、回転
円板１の径寸法が受光部５の窓部5aの幅寸法に対して十
分大きい場合はさほどの悪影響を与えるものではない
が、近年の回転円板１の小形化に伴って、無視できない
ほどの大きなずれとなってきている。特に、上述のよう
に、ステータの歯幅及びロータの歯幅を大きくした可変
リラクタンスモータにあっては、通電タイミングの小さ
なずれが、大きな反トルクの発生につながることにな
る。この結果、効率の大幅な低下や、トルクリップルの
発生といった不具合を招くことになり、また、この不具
合を避けようとすると今度はモータの設計の自由度が制
限されることになる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、デューティ比50％のパルス信号を得ることができる
回転体の回転位置検出装置を提供するにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の回転体の回転位置検出装置は、ホトインタラ
プタの受光部が、窓部の開口率が50％未満の状態であっ
ても受光作動を行うものである場合には、回転円板の遮
光部を透光部より大なる形成角度領域にて形成し、受光
部が、窓部の開口率が50％を越えた状態でなければ受光
作動を行わないものである場合には、回転円板の遮光部
を透光部よりも小なる形成角度領域にて形成するように
したところに特徴を有する。

（作用）従来では、ホトインタラプタからデューティ比50％の
パルス信号を出力させるには、回転円板の遮光部と透光
部との形成角度領域の比を１対１に形成することが当然
と考えられていた。しかしながら、受光部を構成する受
光素子の品質の向上や装置の小形化等の事情により、特
に出力信号に厳密性が要求される場合にそのものでは対
応できないケースが多々起こってきた。

本発明者等は、回転円板の遮光部と透光部との形成角
度領域の比を１対１からずらせて形成することに着目
し、窓部の開口率と受光作動との関係言換えれば受光部
の感度の良否に対応させて遮光部と透光部との形成角度
領域の加減を行い、受光作動のタイミングをいわば矯正
するようにずらせることによって、デューティ比50％の
パルス信号を出力させることができることを確認したの
である。

即ち、上記した手段のように、受光部が、窓部の開口
率が50％未満の状態であっても受光作動を行うものであ
る場合には、回転円板のうち受光作動を行う範囲即ち透
光部の形成角度領域を遮光部よりも狭くすれば、パルス
信号はデューティ比50％に近付く方向に矯正される。ま
た、その逆に、受光部が、窓部の開口率が50％を越えた
状態でなければ受光作動を行わないものである場合に
は、回転円板のうち透光部の形成角度領域を遮光部より
も広くすれば、パルス信号はデューティ比50％に近付く
方向に矯正される。いわば受光部が受光動作を行う窓部
の開口率が小さくなるに従って、遮光部の形成角度領域
が大きくなるようすれば良い。従って、上記手段によれ
ば、デューティ比50％のパルス信号を得ることができる
のである。

（実施例）以下本発明を可変リラクタンスモータのロータの回転
位置検出装置に適用した一実施例について、第１図乃至
第４図を参照して説明する。尚、ここでは、ステータ歯
数が6,ロータ歯数が４の三相励磁の可変リラクタンスモ
ータに組込まれる場合について述べる。

第３図は可変リラクタンスモータ11の全体構成を示
し、ここで、ケーシング12内に、回転軸13が回転自在に
配設され、この回転軸13に第４図にも示すような突極形
の積層鉄心41が圧入嵌合されて回転体たるロータ15が構
成されている。一方、このロータ15の外周側には、巻線
16を巻装したステータ17が配設されている。そして、前
記回転軸13の基端側には、エンコーダディスク18a及びM
Rセンサ18bからなる周知の回転速度検出器18が設けられ
ていると共に、本実施例に係る回転位置検出装置19が設
けられている。

この回転位置検出装置19は、第１図にも示すように、
前記回転軸13に取付けられた回転円板20と、前記ステー
タ17側に固定配置された周知のホトインタラプタ21とか
ら構成される。このうち回転円板20は、外周部に遮光部
たる歯部22が等間隔をおいて４個形成されており、この
歯部22同士間が透孔部たる４個の切欠部23となってい
る。これにより、回転円板20の外周には歯部22と切欠部
23とが周方向に交互に形成されている。また、これら歯
部22の形成角度領域ａ及び切欠部23の形成角度領域ｂ
は、夫々後述するような角度で形成され、これら歯部22
と切欠部23との形成角度領域の和ｃは90゜となってい
る。一方、ホトインタラプタ21は、第３図に示すよう
に、いわゆる平行光を出光する投光部24と、この投光部
24からの光を窓部25a（第１図参照）を通して受光する
受光部25とを隙間を存して対向配置して構成されてい
る。そして、これら投光部24と受光部25との間に前記回
転円板20の外周部を挟んで配設されている。このとき、
第１図に示すように、受光部25の窓部25aが前記歯部22
の回転軌跡に対応位置している。尚、詳しくは図示はし
ないが、このホトインタラプタ21は機械角で例えば30゜
の間隙を置いて３個が配設されている。これにより、回
転位置検出装置19は、前記ロータ15の回転に伴い、回転
円板20が、ホトインタラプタ21の受光部25に受光される
光の遮断，透過の許容を繰返すことになり、受光部25の
受光動作及びその停止に基づいてパルス信号を出力させ
るように構成されている。そして、この出力信号に基づ
いて、図示しない通電制御装置が各相の巻線16の通断電
を制御するようになっている。

さて、前記回転円板20の歯部22と切欠部23とは、形成
角度領域a,bを次のようにして形成されている。即ち、
前記受光部25が、窓部25aの開口率が50％未満の状態で
あっても受光作動を行うものである場合には、歯部22は
切欠部23よりも大なる形成角度領域にて形成され、一
方、該受光部25が、窓部25aの開口率が50％を越えた状
態でなければ受光作動を行わないものである場合には、
歯部22は切欠部23よりも小なる形成角度領域にて形成さ
れている。このとき、いわば受光部25の受光動作を行う
窓部25aの開口率が小さくなるに従って、歯部22の形成
角度領域が大きくなるようにしているのである。

具体例をあげると、今、例えば、第１図に示すよう
に、回転円板20の回転中心ｏから窓部25aの中心までの
半径ｒが17mm、窓部25aの幅寸法ｔが0.5mmであり、ホト
インタラプタ21の受光部25が窓部25aの開口率約20％に
て受光動作を行うものである場合、第２図に示すよう
に、歯部22の形成角度領域ａを約46゜（従って切欠部23
の形成角度領域ｂは約44゜）に形成することにより、受
光部25からデューティ比50％のパルス信号の出力が得ら
れた。この第２図は、このときの受光部25の作動状況を
模式的に示したものであり、上段が回転円板20の外周部
形状を直線的に展開したもので、下段はそれに対応して
窓部25aの中心が相対的にどの位置にて受光部25の受光
動作（オン）及び受光動作の停止（オフ）が行われてパ
ルス信号を出力するかを示している。

尚、歯部22の形成角度領域の上下限は、これを45゜±
Δθとすると、 Δθ＝360t/2πｒとなる。上記例では、Δθ＝1.86゜となり、受光部25の
感度が異なっても、この範囲内に必ずデューティ比50％
の出力信号が得られる角度が存在するのである。

このように本実施例によれば、ホトインタラプタ21の
受光部25が窓部25aの開口率がどれだけで受光作動を行
うかに応じて、回転円板20の歯部22及び切欠部23の形成
角度領域a,bを１対１から変更させたので、受光部25か
らデューティ比50％のパルス信号の出力を得ることがで
きた。従って、従来のような歯部２と切欠部３との形成
角度領域が１対１の比に固定された夫々機械的に45゜に
形成されたものと異なり、受光素子の品質の向上や装置
の小形化等の事情の下で、特に出力信号に厳密性が要求
される場合でも、正確なデューティ比50％のパルス信号
の出力を得ることができる。特に、本実施例のように可
変リラクタンスモータの回転位置検出装置として採用し
た場合の効果は顕著であり、反トルクの発生を防止でき
て効率の向上，トルクリップル等の防止を図ることがで
き、モータの設計の自由度も極めて高いものとすること
ができる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
例えばブラシレスモータや、モータ以外でも回転体を備
える機器全般に適用することができるなど、要旨を逸脱
しない範囲内で適宜変更して実施し得る。

［発明の効果］以上の説明にて明らなように、本発明の回転体の回転
位置検出装置によれば、受光部が、窓部の開口率が50％
未満の状態であっても受光作動を行うものである場合に
は、回転円板の遮光部を透光部よりも大なる形成角度領
域にて形成し、受光部が、窓部の開口率が50％を越えた
状態でなければ受光作動を行わないものである場合に
は、回転円板の遮光部を透光部よりも小なる形成角度領
域にて形成するようにしたので、デューティ比50％のパ
ルス信号を得ることができるという優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図は要部の概略的な正面図、第２図は開口率約20％に
て受光動作を行うものの場合の回転円板と出力信号との
関係を示す図、第３図は可変リラクタンスモータの縦断
側面図、第４図は可変リラクタンスモータのロータ及び
ステータを概略的に示す正面図である。そして、第５図
は従来例を示す第１図相当図、第６図（ａ），（ｂ），
（ｃ）は夫々受光部の感度が中間の場合，良い場合，悪
い場合の従来例を示す第２図相当図である。また、第７
図はロータ歯幅に応じた可変リラクタンスモータの回転
位置とトルクとの関係を示す特性図、第８図はステータ
歯幅に応じた可変リラクタンスモータの回転位置とトル
クとの関係を示す特性図である。図面中、11は可変リラクタンスモータ、15はロータ（回
転体）、19は回転位置検出装置、20は回転円板、21はホ
トインタラプタ、22は歯部（遮光部）、23は切欠部（透
光部）、24は投光部、25は受光部、25aは窓部を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平１−194846（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−153475（ＪＰ，Ｕ) 実開昭63−124079（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02K 29/00,21/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回転体に設けられ遮光部と透光部とを周方
向に交互に形成してなる回転円板と、投光部とこの投光
部からの光を窓部を通して受光する受光部との間に前記
回転円板を挟んで固定配置されたホトインタラプタとを
備え、前記回転体の回転に伴い前記受光部からデューテ
ィ比50％のパルス信号を出力させるものにおいて、前記
受光部が、窓部の開口率が50％未満の状態であっても受
光作動を行うものである場合に、前記回転円板の遮光部
を透光部よりも大なる形成角度領域にて形成し、該受光
部が、窓部の開口率が50％を越えた状態でなければ受光
作動を行わないものである場合には、前記回転円板の遮
光部を透光部よりも小なる形成角度領域にて形成したこ
とを特徴とする回転体の回転位置検出装置。