JP3335113B2 - 速度検出器を備えたモータ - Google Patents

速度検出器を備えたモータ

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JP3335113B2
JP3335113B2 JP28921597A JP28921597A JP3335113B2 JP 3335113 B2 JP3335113 B2 JP 3335113B2 JP 28921597 A JP28921597 A JP 28921597A JP 28921597 A JP28921597 A JP 28921597A JP 3335113 B2 JP3335113 B2 JP 3335113B2
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昭二 大岩
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日本サーボ株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、速度検出器を備え
たモータ、特に、高分解能エンコーダを取り付けた、O
A機器、医療機器又は工作機械等の負荷をダイレクトド
ライブするアキシャルギャップ(偏平)構造のDCブラ
シレスモータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、負荷をモータで直接駆動するダ
イレクトドライブ方式のものでは、モータと負荷間に回
転伝達機構が存在しないため、モータの回転精度をその
まま負荷に伝達できる利点がある。
【0003】然しながら、このようなダイレクトドライ
ブ方式では、歯車のような減速機構が介在されないた
め、低速で回転ムラの少ない高精度の速度制御システム
を構築するには、高分解能のエンコーダを速度検出用と
してモータ軸に連結し、速度制御のサーボ系ループゲイ
ンを大きく設計する必要がある。
【0004】図4はダイレクトドライブ方式のモータの
動特性を示す一般的な速度制御系閉ループのボード線図
である。
【0005】CD−ROM、FDD、VTR等のメディ
アドライブ系の用途においては、安価である必要性から
速度検出器のFG(周波数発電機)の周波数fが高くと
れないため、むだ時間が大きく、PI(比例積分)制御
系の応答周波数は制御系の安定性からf/10以下が目
安となり、図4の破線のようにほとんどが50Hz(f
o)以下であるが、上記のような装置では実用的に十分
である。
【0006】これに対し、モータ軸に高分解能(500
0PPR)のエンコーダを取り付けた、低速高回転精度
を必要とするOA機器、医療機器でのPI制御による場
合は図4の実線のように、制御系の応答周波数は400
Hz(fs)近くまで達しており、1〜1.5KHzに
共振点fmが存在する。
【0007】図5は従来の偏平マグネット対向のコアレ
ス・アキシャルギャップ形三相DCブラシレスモータを
示し、1はコアレスの固定子コイル、2はこの固定子コ
イル1を支持する非磁性板、3はこの非磁性板2を支持
するモータケース、4は固定子コイル1を挟んで空隙を
介して対向して配置した、軸方向に着磁された多極の偏
平焼結マグネット、5はモータケース3に軸受6を介し
て回転自在に支持したモータ軸、7はブッシュ8及び回
転止めピン9を介してモータ軸5に固定したロータヨー
ク、10は高分解能エンコーダ、11はこのエンコーダ
10とモータ軸5間を連結するカップリングである。
【0008】図5に示した従来構造のブラシレスモータ
においては、コアレスであり、磁気回路の構成部品は全
てモータ軸と共に回転するため、コギングトルクが少な
くヒステリシス損や渦電流損が無く効率が良いという利
点はあるが、その反面モータ自身の粘性抵抗が無くな
り、速度応答のダンピング特性が悪化するという欠点が
ある。
【0009】また、モータの可動部分を構成する機械構
造部品の固有振動数fcのほとんどが数KHzにあり、
上述のメディア系用応答周波数がfoのように固有振動
数fcの値と大きく差があれば、制御回路でローパスフ
ィルタ通してfo以上の周波数成分をカットすることで
fcの影響が生じないようにできる。しかし、高回転精
度用応答周波数がfsのようにfoに近いと有効なロー
パスフィルタを挿入できない。
【0010】また、図6のように、三相モータのコイル
U相、V相、W相は、双方向に120度通電され、矩形
波状の電流波形となつていて、通電の初期、末期には高
調波を含む電流が通電される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の構
成では、固定子コイル1に高調波を含む電流が通電され
るため、マグネット4と固定子コイル1の電磁力により
マグネット4には0.5〜10KHzの比較的高い周波
数成分の微少振動が生じ、その微少振動はマグネット
4、ロータヨーク7、ブッシュ8、モータ軸5、カップ
リング11を介して高分解能エンコーダ10に伝達さ
れ、制御回路を経由して固定子コイル1に電流として戻
り、このループで発振した周波数は図4に示す共振点f
mとなり、異常音を発生したり、回転ムラに影響を及ぼ
す場合を生じる。
【0012】このような微少振動を遮断するためにはロ
ーパスフィルタを挿入すれば良いが、制御系の安定度確
保のため応答周波数の値を下げることになり、回転ムラ
が悪化する傾向になり実現は難しい。また、現代制御の
手法により解決する方法もあるが、やはりコスト的に難
しい。
【0013】上記微少振動の加振源はモータコイルへの
通電電流波形にあるから電流波形を正弦波状にして、高
調波成分を除去すれば良いが、PWM制御も併用してい
るため改善にはかなりのコストアップを伴う。
【0014】本発明の目的は、上記の欠点を除き、高回
転精度制御システムにおいて、高価で複雑な制御技術や
通電方法を使用することなく、簡潔な方法で制御系の発
振を押さえ、高ゲインでサーボ系の応答周波数が高い制
御系を構成し回転ムラ特性を安定にするようなモータを
得ることにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の速度検出器を備
えたモータは、モータ軸と一体的に回転するブッシュに
モータ軸方向に互に対向して2枚のロータヨークを固定
し、この各ロータヨークの対向面に上記モータ軸方向に
多極に着磁された偏平マグネットを取り付け、上記偏平
マグネット間の空隙にコアレスの固定子コイルを配置
し、この固定子コイルを非磁性板を介してモータケース
に固定し、速度制御するためのエンコーダを取り付けた
構成からなる多相モータにおいて、上記ロータヨークと
マグネット間に緩衝特性を有する接着シートを介挿し、
上記ロータヨークとブッシュ間に低摩擦係数で緩衝特性
のある自己潤滑性シートを挿入して回転方向の振動伝達
を阻止するようにしたことを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】以下図面によって本発明の実施例
を説明する。
【0017】本発明においては図1に示すように、緩衝
特性を有する接着シート12によりマグネット4をロー
タヨーク7に固定し、マグネット4とロータヨーク7間
の固定力を強くすると共に、低摩擦係数で緩衝特性のあ
る自己潤滑性シート13を介してロータヨークをブッ
シュに取り付ける。
【0018】なお、ロータヨークとマグネット4は磁
気回路を構成する部品であり、その間の空隙は磁気抵抗
増加になり、磁気回路のパーミアンス係数が低下し固定
子コイル1に鎖交する磁束が低下し、結果としてモータ
特性が低下する。このような理由からの上記接着シート
12の厚みは0.1〜0.3mmとする必要があり、且
つ均一であり回転方向のねじれに対する緩衝性も必要で
あり、作業性の良いことも重要である。
【0019】また、自己潤滑油性シート13を用いる理
由は、ロータヨーク7とブッシュ8はマグネット4で発
生する回転トルクをモータ軸5に確実に伝達する必要が
あり、マグネット4とモータコイル1の空隙調整も兼
ね、且つねじれに対する滑り特性と緩衝特性を得るため
である。
【0020】図2は本発明モータの振動特性を確認する
ための試験装置であって、固定子コイルの二相間に一定
の振幅で正弦電圧を印加し正弦波電流を流し、その周波
数を100〜1000Hzの範囲で変化させた場合のモ
ータ軸での回転方向振動レベルを測定するため、モータ
軸5に加速度センサ14をレバー15とネジ16を用い
て固定したものである。
【0021】図3は図2の試験装置においてモータ軸5
に生じる回転方向の微少振動の低減効果を示す試験デー
タで、実線は従来のブッシュ8と、ロータヨーク7と、
マグネット4を直接に固着した場合、破線は本発明の場
合であり、これからモータ軸5に伝達される回転方向振
動が著しく低減されることが明らかである。
【0022】上記のように本発明によれば、固定子コイ
ル1に高調波を含む電流が通電されるとマグネット4が
比較的高い周波数で回転方向と軸方向に振動するが、回
転方向の振動は接着シート12の緩衝効果によりロータ
ヨーク7で低減され、自己潤滑性シート13のすべり効
果と緩衝効果によりモータ軸5では更に大きく低減され
る。
【0023】上記のように図1に示す本発明の速度検出
器を備えたモータは、固定子コイル1とマグネット4間
で生じる回転方向振動は大きく低減され、更にカップリ
ング11で若干低減され、高分解能であるエンコーダ1
0にはほとんど伝達されないことから、速度制御ループ
を高ゲインにすることができ、回転ムラの少ない高回転
精度のダイレクトドライブシステムの構築が可能とな
る。
【0024】
【発明の効果】上記のように、本発明の速度検出器を備
えたモータにおいては、固定子コイルとマグネット間に
発生する比較的周波数の高い回転方向振動がモータ軸に
伝達されないため、速度制御ループを高ゲインにするこ
とが可能になり、回転ムラの少ない高回転精度のダイレ
クトドライブシステムを構築できるようになる。
【0025】また、本発明によれば複雑な制御理論や回
路構成を必要とせず非常に簡潔であり、部品構成や作業
工程が非常に優れていることから、安価で且つ高回転精
度のダイレクトドライブシステムを提供することができ
るようになる大きな利益がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に成る速度検出器を備えたモータの断面
図である。
【図2】モータの回転方向振動測定方法の説明図であ
る。
【図3】図2に示す試験装置で測定したモータ軸に伝達
される回転方向振動の試験データである。
【図4】速度制御系の閉ループボード線図である。
【図5】従来技術になる速度検出器を備えたモータの断
面図である。
【図6】本発明に成る速度検出器を備えたモータの固定
子コイルに通電される電流波形図である。
【符号の説明】
1 固定子コイル 2 非磁性板 3 モータケース 4 マグネット 5 モータ軸 6 軸受 7 ロータヨーク 8 ブッシュ 9 回転止めピン 10 エンコーダ 11 カップリング 12 接着シート 13 自己潤滑性シート 14 加速度センサ 15 レバー 16 ネジ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 21/24 H02K 1/27 503 H02K 29/14

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モータ軸と一体的に回転するブッシュに
    モータ軸方向に互に対向して2枚のロータヨークを固定
    し、この各ロータヨークの対向面に上記モータ軸方向に
    多極に着磁された偏平マグネットを取り付け、上記偏平
    マグネット間の空隙にコアレスの固定子コイルを配置
    し、この固定子コイルを非磁性板を介してモータケース
    に固定し、速度制御するためのエンコーダを取り付けた
    構成からなる多相モータにおいて、上記ロータヨークと
    マグネット間に緩衝特性を有する接着シートを介挿し、
    上記ロータヨークとブッシュ間に低摩擦係数で緩衝特性
    のある自己潤滑性シートを挿入して回転方向の振動伝達
    を阻止するようにしたことを特徴とする速度検出器を備
    えたモータ。
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US6909212B2 (en) 2003-02-27 2005-06-21 Asmo Co., Ltd. Motor having rotation sensor and manufacturing method thereof
DE102005062963A1 (de) * 2005-12-28 2007-07-12 Vecoplan Maschinenfabrik Gmbh & Co. Kg Zerkleinerungsvorrichtung mit reduzierter Lagerzahl
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CN103409932A (zh) * 2013-08-28 2013-11-27 宁波慈星股份有限公司 横编机中的无轴承主马达

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