JP3041675B2

JP3041675B2 - 揺動モータ

Info

Publication number: JP3041675B2
Application number: JP9050998A
Authority: JP
Inventors: 隆石田; 大木　　茂
Original assignee: セイコー精機株式会社
Priority date: 1996-11-06
Filing date: 1997-02-19
Publication date: 2000-05-15
Anticipated expiration: 2017-02-19
Also published as: JPH10185932A; US6229231B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は揺動モータに係わ
り、特にロータの回転角度を高精度に検出可能な揺動モ
ータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロータの回転角度を任意に制御可
能な揺動モータが知られている。図１４に従来の揺動モ
ータの断面図を示す。ロータ１は径方向に２極の磁石
で、半円筒状の磁石から構成されている。そして、磁石
の一端はＮ極に、また他端はＳ極になるように構成され
ている。図１５は図１４の揺動モータを平面的に展開し
たものである。コイル基板３には駆動コイル５ａ、５ｂ
が均等に巻回されている。駆動コイル５ｂの内側には磁
気センサ７がコイル基板３に固定されている。磁気セン
サは例えば磁束を電圧に変換可能なホール素子である。

【０００３】次に動作を説明する。駆動コイル５ａ、５
ｂに対し電流を流すと磁石であるロータ１との間にトル
クを生ずる。電流を所定値に止めればロータ１は停止
し、また駆動コイル５ａ、５ｂを直列に接続し交流電流
を流せば、１８０度の揺動運動を行わせることが可能で
ある。ここで、図１５では駆動コイルを５ａ、５ｂの２
つで構成したが、一つ又は複数個の駆動コイルとするこ
とで揺動範囲を任意に設定することが出来る。また、ロ
ータ１が図１６に示す様に揺動すると磁気センサ７から
は図１７に示す様な出力が得られる。磁気センサ７から
は磁界にほぼ比例した出力を得ることが出来る。従っ
て、この磁気センサ７からの出力信号を所定値とするよ
う駆動コイル５の電流を調節することで、ロータ１を所
望の位置に停止する制御が可能である。また、図示しな
い発振器からの信号を交流とし駆動コイル５に入力する
ことで、ある角度範囲を単純に往復運動を行う制御も可
能である。このように、磁気センサ７を駆動コイル５ｂ
の内側に配設することにより、駆動コイルの電流の制御
やロータ１の位置（角度）検出が可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の揺動
モータでは、磁気センサ７が駆動コイル５ｂの内側にあ
るため、ロータ１の磁石による磁束だけでなく、駆動コ
イル５ｂに流れる電流による磁束の影響も受けてしま
う。このため、ロータ１の位置検出精度が悪化するおそ
れがあった。本発明はこのような従来の課題に鑑みてな
されたもので、ロータの回転角度を高精度に検出可能な
揺動モータを提供することを目的とする。

【０００５】

【０００６】

【０００７】

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、径方向に少な
くとも２極の磁石を有し、回動自在に配設したロータ
と、このロータの周囲に空隙を隔てて少なくとも２つを
所定の間隔で配設し、前記ロータを所定角度の範囲で揺
動させる駆動コイルと、この駆動コイルの配設方向の配
設間の第１領域、またはこの第１領域から前記ロータの
軸方向に延びる第２領域のいずれか一方の領域に配設
し、前記ロータの回転角度を検出する検出手段とを備え
ている。このように、ロータの回転角度を検出する検出
手段を、駆動コイルの配設方向の配設間の第１領域、ま
たはこの第１領域から前記ロータの軸方向に延びる第２
領域のいずれか一方の領域に配設するようにしたのは、
駆動コイルに流れる電流による磁束の影響をできるだけ
排除できるからである。

【０００９】また、前記ロータの回転角度を検出する検
出手段は、前記第２領域であって、かつ前記駆動コイル
の周方向長の中心から前記ロータの回転方向に所定角度
ずらした位置に配設した磁気センサと、この磁気センサ
が前記ロータの回転角度を検出するために、前記ロータ
に取り付けた径方向に少なくとも２極からなる検出用磁
石とからなり、前記検出用磁石は、この検出用磁石の極
の境界部が、前記ロータに取り付けた前記磁石の極の境
界部を基準に、前記ロータの回転方向に前記所定角度ず
らした状態で前記ロータに取付けている。このため、本
発明では、駆動コイルに流れる電流による磁束の影響を
できるだけ排除してロータの回転角度の検出が高精度で
行え、かつ、従来との同様の制御が可能である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。本発明の第１の実施形態を図１及び
図２に示す。図１は従来技術との構成の差異を明確かつ
簡単化するための説明図であり、図２は本発明の第１の
実施形態の展開構成図である。尚、図１４及び図１５と
同一要素については、同一符号を付して説明は省略す
る。図１において、図示しないコイル基板３は円筒状に
配設されている。そして、駆動コイル５ａ、５ｂは磁束
が円筒の中心方向に向かう様に巻回され、コイル基板３
に固定されている。ロータ１はコイル基板３の円筒の中
に組み込まれる様になっている。

【００１１】次に、このように構成される第１の実施形
態の動作を説明する。図１において、従来駆動コイル５
ｂの内側に配設されていた磁気センサ７は、駆動コイル
５ｂの外側下方に移動する。磁気センサ７の配設位置
は、具体的には図２に示す様に駆動コイル５ｂの周方向
長の中心位置である。また、この磁気センサ７は駆動コ
イル５ｂと僅かの距離を隔てて配設する。しかし、駆動
コイル５ｂの導線が被覆されたり絶縁された状態等の場
合には隣接させてもよい。磁気センサ７が駆動コイル５
ｂの外側に配設されたことで、磁気センサ７は駆動コイ
ル５ｂを流れる電流により発生した磁束の影響を受け難
くなる。駆動コイル５ｂの外側は内側に比べ磁束密度は
小さくなるからである。このため、ロータ１の位置検出
精度を向上させることができる。

【００１２】しかし、磁気センサ７と駆動コイル５ｂ間
の間隔が大きくなると、磁気センサ７に対応させてロー
タ１の軸方向長を長くさせる必要性が生ずる。ロータ１
の磁石による磁束を確保するためである。駆動コイル５
ｂの周方向長の中心位置に磁気センサ７を配設したの
は、ロータ１の回転角を制御をするに際し回転角０度の
初期状態を確保することが出来るからである。更に、磁
気センサ７は駆動コイル５ｂの下方に移動するとした
が、駆動コイル５ｂによる磁束の影響を受け難くすれば
よいので上方等でもよい。磁気センサ７はロータ１に
上、下方に位置するので、磁束は減少するが、従来と同
様にロータ１の磁束は検出可能である。そして、磁気セ
ンサ７の出力により、ロータ１の駆動に必要な電流を駆
動コイル５ａ、５ｂに流すことにより、ロータ１を回転
させ、指令信号に応じたロータ位置の制御が可能にな
る。

【００１３】以上述べた本発明の第１の実施形態に基づ
き、実際に従来と比較しどれ程の効果が生じたかを実験
データにより説明する。図３は、駆動コイル５に入力し
た駆動波形を示す。横軸は時間で測定レンジは５０ミリ
セカンドをひとますにしている。一方、縦軸は電圧で測
定レンジは２ボルトをひとますにしている。図４は、従
来の磁気センサ７を駆動コイル５ｂの内側に構成した場
合の磁気センサ７の出力信号を示す。この場合の縦軸の
測定レンジは０．２ボルトがひとますである。図５は本
発明の第１の実施形態である図２の様に磁気センサ７を
配設した場合の磁気センサ７の出力信号を示す。この場
合の縦軸の測定レンジは１０ミリボルトがひとますであ
る。この測定の結果から、本発明の第１の実施形態によ
れば、従来に比較し駆動コイル５による磁束の影響を２
０分の１程度に抑えられることが分かる。

【００１４】また、図６及び図７には、従来の図１５に
構成と本発明の第１の実施形態である図２の構成を実際
に揺動モータの制御に適用した場合について比較するた
め回転角度と角度偏差のリサージュ図形を描いた。図６
は従来の構成に基づく回転角度と角度偏差のリサージュ
図形を示している。ロータ１を１０度回転したときのヒ
ステリシスが約０．４程度生じていることが分かる。ま
た、図７は本発明の第１の実施形態に基づく回転角度と
角度偏差のリサージュ図形を示している。このときのロ
ータ１を１０度回転したときのヒステリシスは約０．０
５程度であり、従来と比べ約８分の１程に減じているこ
とが分かる。かかるヒステリシス現象が生ずるのは、駆
動コイル５の電流方向が変わるためである。

【００１５】次に、本発明の第２の実施形態について、
図８ないし図１１を参照して説明する。図８は、第２の
実施形態の構成を示す斜視図であり、ケースや軸受を省
略している。図９は、同第２の実施形態の断面図であ
り、ケースを備えた状態を示す。図１０は、第２の実施
形態の分解斜視図を示し、ケースを省略している。図１
１は、駆動コイルを平面的に展開した展開図である。こ
の第２の実施形態は、図示のように、軸受２ａ、２ｂに
より軸受けされるロータ１と、このロータ１の周囲に空
隙を隔ててロータ１を所定角度の範囲で揺動させる駆動
コイル５ａ、５ｂとを備えている。ロータ１は、図示の
ように、ロータ軸４と、このロータ軸４に取り付けられ
た２つの駆動用磁石７ａ、７ｂとからなり、ロータ軸４
の両端が軸受２ａと軸受２ｂとに回動自在に軸受されて
いる。磁石７ａと磁石７ｂとは、それぞれ所定の厚みを
有する半円筒状から構成され、ロータ軸４に取り付けら
れた際に、両磁石７ａ、７ｂが円筒状となるように構成
されている。そして、磁石７ａの外周面側がＮ極に、磁
石７ｂの外周面側がＳ極で、全体で２極になるように構
成されている。駆動コイル５ａ、５ｂは、均等に巻回さ
れた状態で形成された空心コイルであり、例えばフレキ
シブルなコイル基板３ａ、３ｂに固定され、このコイル
基板３ａ、３ｂは、駆動コイル５ａ、５ｂによる磁束が
ロータ１に向かうように、円筒ケース１０の内側にロー
タ１を挟んで対向するように配設されている。なお、駆
動コイル５ａ、５ｂは、コイル基板３ａ、３ｂに固定せ
ずに、磁束がロータ１に向かうように、円筒ケース１０
の内側にロータ１を挟んで対向するように接着などの適
宜手段により固定するようにしても良い。

【００１６】次に、この第２の実施形態の磁気センサ７
の配設位置について説明する。図１０および図１１に示
すように、駆動コイル５ａ、５ｂに電流を流すと、その
電流により発生する磁束は、図示のようになる。このた
め、駆動コイル５ａまたは駆動コイル５ｂの内側の領域
「Ａ」では発生する磁束の影響が最も大きいので、磁気
センサ７は、ロータ１の磁石７ａ、７ｂによる磁束を精
度良く検出できない。また、駆動コイル５ａまたは駆動
コイル５ｂの外側であってもその上方または下方の領域
「Ｂ」では、発生する磁束の影響が領域「Ａ」よりも小
さい。このため、その領域「Ｂ」では、磁気センサ７に
よるロータ１の磁石７ａ、７ｂの磁束の検出精度は、後
述する領域「Ｃ」、「Ｄ」よりも悪いが、領域「Ａ」よ
りも向上する。次に、駆動コイル５ａまたは駆動コイル
５ｂの外側であってその左右の第１領域である領域
「Ｃ」では、駆動コイル５ａによる磁束と駆動コイル５
ｂによる磁束が、全体として周方向に生ずる。しかし、
磁気センサ７の検出面はその周方向と同一方向であり、
その磁束が磁気センサ７の検出面と鎖交しないので、そ
の磁束に影響されずに、磁気センサ７はロータ１の磁石
７ａまたは磁石７ｂの磁束を検出できる。ところが、そ
の領域「Ｃ」では、磁気センサ７の検出面が磁石７ａと
磁石７ｂの境界部を検出できないために、ロータ１の回
転方向の切り換わり位置と回転方向の正負を知ることが
できない。

【００１７】これに対して、駆動コイル５ａまたは駆動
コイル５ｂの外側の左右の領域「Ｃ」からさらにロータ
１の軸方向に離れた第２領域である領域「Ｄ」では、駆
動コイル５ａおよび駆動コイル５ｂによる磁束の影響が
小さい上に、領域「Ｃ」と同様に、その磁束が磁気セン
サ７の検出面と鎖交しないので、以下のような構成によ
りロータ１の回転角度を高精度に検出ができるようにし
た。すなわち、この第２の実施形態では、図８および図
９に示すように、磁気センサ７を、この領域「Ｄ」内に
配設するとともに、その磁気センサ７でロータ１の回転
角を検出するために、ロータ１の磁石７ａ、７ｂとは別
個に、径方向に２極からなる検出用磁石１１ａ、１１ｂ
をロータ軸４の下端側に取付け、磁気センサ７の検出面
が検出用磁石１１ａ、１１ｂと対向するようにした。そ
の際に、従来と同様に駆動コイル５ａの周方向長の中心
を基準にロータ１の回転を制御できるようにするため
に、磁気センサ７とロータ軸４に取付けられる検出用磁
石１１ａ、１１ｂは、次のような関係を持たせるように
した。すなわち、磁気センサ７は、図８および図９に示
すように、図１１の領域「Ｄ」内に対応する位置であっ
て、かつ駆動コイル５ａの周方向長の中心から周方向に
角度θ（この例では９０度）だけずらした位置に配設す
るようにした。また、その角度θのずれに伴い、検出用
磁石１１ａ、１１ｂのロータ軸４への取付けは、図８お
よび図９に示すように、ロータ軸４に取付けられている
磁石７ａと磁石７ｂとの境界部を基準に、周方向にその
角度θだけずれた位置に検出用磁石１１ａと検出用磁石
１１ｂの境界部がくるようにした。

【００１８】ここで、磁気センサ７の配設位置は、図８
および図９に示すように、ロータ１が２極で駆動コイル
を２つとするので、駆動コイル５ａの周方向長の中心か
ら９０度変位した位置とした。しかし、磁気センサ７の
配設位置は、一般に、駆動コイルの配設ピッチの１／２
の位置にすれば良く、例えばロータが４極で駆動コイル
が４つの場合には１／２ピッチ＝４５度となる。このよ
うな位置に配設するのは、磁気センサ７が駆動コイル５
ａ、５ｂに流れる電流による磁束の影響が最も少ないか
らである。

【００１９】このように構成される第２の実施の形態で
は、磁気センサ７が、駆動コイル５ａ、５ｂの磁束によ
る影響を受けず、しかも、磁気センサ７の検出面が検出
用磁石１１ａまたは検出用磁石１１ｂの磁束を検出す
る。この磁気センサ７の出力は、その検出面が検出用磁
石１１ａと検出用磁石１１ｂとの境界部と対向するとき
には零となり、さらに検出面が検出用磁石１１ａと対向
するときには例えば正となり、検出面が検出用磁石１１
ｂと対向するときには負となる。このため、磁気センサ
７の出力信号からその境界部を中心としてロータ１の正
負の回転角度を知ることができる。そこで、この磁気セ
ンサ７の出力信号に基づき、ロータ１の駆動に必要な電
流を駆動コイル５ａ、５ｂに流すことにより、ロータ１
を回動させ、指令信号に応じたロータ１の位置制御が可
能になる。なお、これらの制御のシーケンスは、図示し
ない制御回路により行われる。

【００２０】次に、本発明の第３の実施形態について、
図１２および図１３を参照して説明する。図１２は、第
３の実施形態の構成を示す斜視図であり、ケースや軸受
を省略している。図１３は、同第３の実施形態の断面図
であり、ケースを備えた状態を示す。この第３の実施形
態は、第２の実施形態の２極からなるロータ１を、図示
のように４極からなるロータ２１にしたものである。す
なわち、この第３の実施の形態では、４極からなるロー
タ２１と、このロータ１の周囲に空隙を隔ててロータ２
１を所定角度の範囲で揺動させる駆動コイル２２ａ、２
２ｂとを備えている。ロータ２１は、図示のように、ロ
ータ軸２３と、このロータ軸２３に放射状に取り付けら
れた４つの磁石２４ａ〜２４ｄとからなり、ロータ軸２
３の両端が図示しない軸受に回動自在に軸受けされてい
る。駆動コイル２２ａ、２２ｂは、均等に巻回された状
態で形成された空心コイルであり、例えばフレキシブル
なコイル基板２５ａ、２５ｂに固定され、このコイル基
板２５ａ、２５ｂは、駆動コイル２２ａ、２２ｂによる
磁束がロータ２１に向かうように、円筒ケース２６の内
側にロータ２１を挟んで対向するように配設されてい
る。なお、駆動コイル２２ａ、２２ｂは、コイル基板２
５ａ、２５ｂに固定せずに、磁束がロータ２１に向かう
ように、円筒ケース２６の内側にロータ２１を挟んで対
向するように接着などの適宜手段により固定するように
しても良い。

【００２１】さらに、この第３の実施形態では、磁気セ
ンサ７が、図１２および図１３に示すように、駆動コイ
ル２２ａと駆動コイル２２ｂとの配列ピッチの中間位置
（駆動コイル２２ａからロータ２１の回転方向に配列方
向に９０度ずれた位置）であって、磁石２４ａの長さ方
向の中間の位置に配設され、磁気センサ７の検出面が磁
石２４ａ、磁石２４ｂに対向するようになっている。こ
のような位置に磁気センサ７を配設するのは、その位置
は図１１の領域「Ｃ」内に相当し、駆動コイル２２ａ、
２２ｂによる磁束が磁気センサ７の検出面と鎖交しない
上に、第３の実施の形態ではロータ２１の磁石を４極に
したので、第２の実施の形態と異なりその位置で磁石２
４ａと磁石２４ｂとの境界部分を磁気センサ７が検出で
き、この検出結果からロータ２１の回転角度を知ること
ができるからである。

【００２２】なお、上記の第２の実施形態では、磁気セ
ンサ７を図１１の領域「Ｄ」に配設し、特別に設けた検
出用磁石１１ａ、１１ｂを利用してロータ１の回転角度
を検出する場合について説明した。しかし、磁気センサ
７の出力によりロータ１の回転方向の正負を知る必要が
ない場合には、図１１の領域「Ｃ」の位置に磁気センサ
７を配設するようにしてもよい。この場合には、ロータ
１の状態は、磁気センサ７の出力の出力値、増加、減
少、最大値等から求めることができるので、検出用磁石
１１ａ、１１ｂが不要になる。

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、ロータの回転角度を検
出する検出手段を設け、この検出手段を、駆動コイルの
配列ピッチの中間位置であって、かつ前記ロータの軸方
向の所定の位置に配設するようにしたので、駆動コイル
に流れる電流による磁束の影響をできるだけ排除でき
る。

【００２７】さらに、本発明によれば、ロータの回転角
度を検出する検出手段を、駆動コイルの配設位置から配
列方向に９０度ずれた位置であって、ロータの軸方向の
下方に配設した磁気センサと、この磁気センサがロータ
の回転角度を検出するために、ロータの磁石と９０度ず
れた状態でロータに設けた検出用磁石とから構成した。
このため、駆動コイルに流れる電流による磁束の影響を
できるだけ排除できる上に、ロータの回転角度の検出が
高精度で行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術との構成の差異を明確かつ簡単化する
ための説明図である。

【図２】本発明の第１の実施形態の展開構成図である。

【図３】駆動コイルに入力した駆動波形である。

【図４】従来の構成に基づく磁気センサの出力信号を示
す図である。

【図５】本発明の第１の実施形態に基づく磁気センサの
出力信号を示す図である。

【図６】従来の構成に基づく回転角度と角度偏差のリサ
ージュ図形である。

【図７】本発明の第１の実施形態に基づく回転角度と角
度偏差のリサージュ図形である。

【図８】本発明の第２の実施形態の構成を示す斜視図で
あり、ケースや軸受を省略している。

【図９】同第２の実施形態の断面図であり、ケースを備
えた状態を示す。

【図１０】第２の実施形態の分解斜視図を示し、ケース
を省略している。

【図１１】駆動コイルを平面的に展開した展開図であ
る。

【図１２】本発明の第３の実施形態の構成を示す斜視図
であり、ケースや軸受を省略している。

【図１３】同第３の実施形態の断面図であり、ケースを
備えた状態を示す。

【図１４】従来の揺動モータの横断面図である。

【図１５】図８の揺動モータを平面的に展開した図であ
る。

【図１６】揺動モータの揺動状態を示す図である。

【図１７】揺動による磁気センサの出力信号を示す図で
ある

【符号の説明】

１、２１ロータ３、３ａ、３ｂコイル基板４、２３ロータ軸５ａ、５ｂ駆動コイル７磁気センサ７ａ、７ｂ磁石１０、２６円筒ケース１１ａ、１１ｂ検出用磁石２２ａ、２２ｂ駆動コイル２４ａ〜２４ｄ磁石Ｃ第１領域Ｄ第２領域

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01D 5/00 - 5/252 G01D 5/39 - 5/62 G01B 7/00 - 7/34

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】径方向に少なくとも２極の磁石を有し、
回動自在に配設したロータと、このロータの周囲に空隙を隔てて少なくとも２つを所定
の間隔で配設し、前記ロータを所定角度の範囲で揺動さ
せる駆動コイルと、この駆動コイルの配設方向の配設間の第１領域、または
この第１領域から前記ロータの軸方向に延びる第２領域
のいずれか一方の領域に配設し、前記ロータの回転角度
を検出する検出手段と、を備えたことを特徴とする揺動モータ。
【請求項２】前記検出手段は、前記第２領域であって、かつ前記駆動コイルの周方向長
の中心から前記ロータの回転方向に所定角度ずらした位
置に配設した磁気センサと、この磁気センサが前記ロータの回転角度を検出するため
に、前記ロータに取り付けた径方向に少なくとも２極か
らなる検出用磁石とからなり、前記検出用磁石は、この検出用磁石の極の境界部が、前
記ロータに取り付けた前記磁石の極の境界部を基準に、
前記ロータの回転方向に前記所定角度ずらした状態で前
記ロータに取付けたことを特徴とする請求項１記載の揺
動モータ。