JPH0579806A - モータの位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】モータの位置検出装置に関し、モータの回転数
や位置検出の信頼性を向上させるとともに、モータの小
型化を行うことを目的とする。 【構成】モータを構成するステータ１０に対して絶縁さ
れた電極プレート１８をロータ１３と対向するように設
け、前記ロータ１３側には電極プレート１８と対向し、
かつロータ１３と電極プレート１８とにより構成される
コンデンサの静電容量を交互に変化させるフィルムシー
ト１９を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はモータの位置検出装置に
係り、詳しくは回転体の回転位置又は回転数を正確に検
出するモータの位置検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば超音波モータの回転数や回
転位置の検出は、特開昭６３−８７１８２号公報に示す
ようにフォトインタラプタによって行うものが提案され
ている。この他に、ホール素子等の半導体センサを利用
して超音波モータの回転数や回転位置の検出を行ってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この超
音波モータを自動車のエンジンルーム内でアクチュエー
タとして使用した場合、超音波モータ自身の発熱に加え
てエンジンの熱が超音波モータに加わることになる。従
って、フォトインタラプタを使用した超音波モータにお
いてはフォトインタラプタそのものが熱によって破損
し、超音波モータの回転数や回転位置の検出が不可能と
なってしまう。又、前記超音波モータの内部にフォトイ
ンタラプタを内蔵した分だけ超音波モータが大型化して
しまう問題がある。

【０００４】又、ホール素子等の半導体センサを使用し
た場合、超音波モータの駆動信号が高電圧であるため、
ホール素子によって検出した回転数や回転位置の検出信
号に高周波ノイズが乗ってしまう。従って、超音波モー
タの正確な回転数や回転位置を検出することができない
という問題がある。

【０００５】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的はモータの回転数や位置検
出の信頼性を向上させるとともに、モータの小型化を行
うことができるモータの位置検出装置を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するため、第１発明は、モータを構成するステータに
対して絶縁された電極プレートをロータと対向するよう
に設け、前記ロータ側には電極プレートと対向し、かつ
ロータと電極プレートとにより構成されるコンデンサの
静電容量を交互に変化させる絶縁部材を設けたことをそ
の要旨とする。

【０００７】第２発明は、モータを構成するロータに対
して対向するように検出コイルを設け、該ロータ側には
検出コイルと対向し、かつ検出コイルが検出する磁束を
変化させる磁束変化部材を設けたことをその要旨とす
る。

【０００８】

【作用】第１発明は、ステータ側にロータに対して対向
するように設けられた電極プレートとステータとにより
コンデンサが構成される。そして、ステータによりロー
タが回転すると電極プレートと対向するように設けられ
た絶縁部材により電極プレートとロータとの間の静電容
量が交互に変化する。この静電容量の変化を検出するこ
とにより、ロータの回転数及び位置検出が行われる。

【０００９】第２発明は、ステータによりロータが回転
すると磁束変化部材により、検出コイルが検出する磁束
が交互に変化する。この磁束の変化に基づく検出コイル
からの検出信号によってロータの回転数及び位置検出が
行われる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を超音波モータに具体化した一
実施例を図１〜図５に従って説明する。

【００１１】図１に示すように、超音波モータを構成す
る本体ケース１は基台２と上部カバー３とから構成さ
れ、前記基台２と上部カバー３とから収納空間部４が形
成されている。前記基台２の中央上面には載置部５が突
出形成されるとともに、該基台２の中央下面には収納凹
部６が凹設されている。そして、前記基台２の中央には
挿通孔７が形成され、該挿通孔７を介して回転軸８の先
端が前記収納空間部４に挿入されている。又、前記回転
軸８は収納凹部６に配設されるベアリング９によって回
転可能に支持されている。

【００１２】前記載置部５上面における挿通孔７の外周
縁には係止片５ａが一体形成されている。又、載置部５
にはステータ１０が載置され、該ステータ１０に形成さ
れた貫通孔１１に前記係止片５ａが上方に向かって挿通
され、係止片５ａの上端が貫通孔１１の外周縁と係合さ
れている。これにより、ステータ１０は基台２の載置部
５に対して係止固定されている。又、前記ステータ１０
の貫通孔１１には前記回転軸８が挿通された状態となっ
ている。前記ステータ１０の裏面外周縁にはＰＺＴより
構成される圧電素子１０ａ〜１０ｃが付着されている。
そして、前記圧電素子１０ａ，１０ｂには９０ｄｅｇの
位相差を持った電圧がそれぞれ印加され、電気エネルギ
ーを振動エネルギーに変換するようになっている。これ
により、ステータ１０には一方向に進む進行波が発生す
るようになっている。

【００１３】前記ステータ１０の上面にはアルミニウム
により構成された金属製のロータ１３が載置されてい
る。そして、前記ロータ１３の下部周縁にはライニング
材（耐摩耗性のテフロン樹脂）１２が付着されている。
又、前記ロータ１３の中央には挿入孔１４が透設されて
いる。そして、この挿入孔１４には前記回転軸８が挿入
され、該回転軸８の先端部がロータ１３の上部に突出し
た状態となっている。更に、前記ロータ１３と回転軸８
とは固定された状態にあり、ロータ１３を回転させるこ
と、回転軸８が一体回転するようになっている。又、前
記ロータ１３は回転軸８を介して接地された状態になっ
ている。

【００１４】又、前記ロータ１３の上面には弾性部材１
５が載置され、この弾性部材１５は前記回転軸８の先端
部に設けられた雄ねじ８ａに螺合するナット１６等によ
って前記ロータ１３を下方へ押圧している。これによ
り、前記ロータ１３はライニング材１２を介してステー
タ１０の上面に対して圧接された状態で載置されてい
る。従って、圧電素子１０ａの振動によってステータ１
０に発生した一方向の進行波により、ロータ１３及び回
転軸８は一方向の進行波とは逆の方向に回転するように
なっている。

【００１５】図１，図３（ａ），（ｂ）に示すように、
前記回転軸８の近傍におけるステータ１０の上面には絶
縁プレート１７が固着され、該絶縁プレート１７の上面
には前記ロータ１３の裏面と対向する電極プレート１８
が固着されている。従って、前記ロータ１３と電極プレ
ート１８とによりコンデンサが構成されている。

【００１６】又、ロータ１３の裏面には前記電極プレー
ト１８と対向するように絶縁部材としてのフィルムシー
ト１９が付着されている。図２に示すように、前記フィ
ルムシート１９はポリミド系の材料をリング状に形成し
て構成され、このフィルムシート１９には略四角形状に
形成された透孔１９ａが所定間隔毎に形成されている。
そして、前記透孔１９ａの形成により互いの透孔１９ａ
の間には連結部１９ｂが形成されている。従って、前記
フィルムシート１９には透孔１９ａと連結部１９ｂとが
円環状に交互に配列されている。

【００１７】次に、前記超音波モータを外部から駆動制
御する駆動制御装置について簡単に説明する。図４に示
すように、発振回路２０は前記ステータ１０に設けられ
た圧電素子１０ａ，１０ｂを振動させるための高周波を
発生させ、この発振回路２０は電力増幅回路２１ａを介
して圧電素子１０ａに接続されている。従って、発振回
路２０によって発生した高周波は電圧増幅回路２１ａに
よって昇圧されて圧電素子１０ａに印加される。又、発
振回路２０からの高周波の一部は移相回路１２及び電圧
増幅回路２１ｂを介して圧電素子１０ｂに印加される。
そして、移相回路２２から出力された高周波電圧は発振
回路２０から出力された高周波電圧に対して９０ｄｅｇ
位相がずれた状態となり、この高周波は電圧増幅回路２
１ｂによって昇圧されて圧電素子１０ｂに印加される。

【００１８】又、前記電圧増幅回路２１ａの出力側は抵
抗Ｒを介して前記電極プレート１８に接続されるととも
に、差動増幅回路２３の入力側に接続されている。又、
前記抵抗Ｒと電極プレート１８との間のノードＮ１は前
記差動増幅回路２３の入力側に接続されている。そし
て、差動増幅回路２３の出力側は制御回路２４に接続さ
れている。この制御回路２４は例えば前記差動増幅回路
２３からの出力信号に基づいてロータ１３を所定の目標
回転数となるように発振回路２０の周波数の設定を行う
ようになっており、この制御回路２４によって設定され
た周波数に基づいて発振回路２０は高周波を発生させる
ようになっている。

【００１９】又、前記差動増幅回路２３は抵抗Ｒの両端
に発生する電位差を検出するようになっている。つま
り、図５（ａ），（ｂ）に示すように、本実施例におい
てはポリミド系のフィルムシート１９を使用しているた
め、電極プレート１８とフィルムシート１９の連結部１
９ｂが対向すると、電極プレート１８とロータ１３とに
より構成されるコンデンサの静電容量が増加する。そし
て、静電容量の増加に伴い抵抗Ｒに流れる電流が大きく
なり、これに比例して電圧が上昇する。すると、抵抗Ｒ
の両端に電位差が発生し、この電位差に基づいて差動増
幅回路２３は制御回路２４に検出信号を出力するように
なっている。又、フィルムシート１９の透孔１９ａが電
極プレート１８と対向した場合には静電容量が減少し、
抵抗Ｒに流れる電流は０となって電位差が発生しない。
この場合、差動増幅回路２３は制御回路２４に検出信号
を出力しないようになっている。

【００２０】又、前記制御回路２４は差動増幅回路２３
からの検出信号に基づいて図５（ｃ）に示すような波形
成形を行うようになっている。つまり、制御回路２４は
差動増幅回路２３から出力信号が出力されたとき、Ｈレ
ベル（高電位）の波形を成形し、差動増幅回路２３から
出力信号が出力されなかったとき、Ｌレベル（低電位）
の波形を成形して方形波を成形するようになっている。
そして、この方形波のＨレベルの長さがフィルムシート
１９における連結部１９ｂの長さと等しくなるようにな
っている。

【００２１】従って、制御回路２４は波形成形のＨレベ
ルをカウントすることにより、ロータ１３の回転量（回
転位置）を検出することができるとともに、単位時間当
たりに波形成形のＨレベルをカウントすることにより、
ロータ１３の回転数を検出することができる。又、回転
数を検出することにより、ロータ１３を所定の目標回転
数にするために発振回路２０の高周波をどれだけに設定
すればよいかを判断することができるようになってい
る。

【００２２】次に、上記のように構成された超音波モー
タの作用について説明する。発振回路２０によって圧電
素子１０ａ，１０ｂを振動させるため、数１０kHzの高
周波を発生させ、この高周波は電圧増幅回路２１ａ及び
移相回路２２にそれぞれ出力される。そして、電圧増幅
回路２１ａによって高周波は１００Ｖｒｍｓに昇圧され
て圧電素子１０ａに印加される。一方、移相回路２２に
よって高周波は９０ｄｅｇの位相差を持ち、電圧増幅回
路２１ｂによって１００Ｖｒｍｓに昇圧されて圧電素子
１０ｂに印加される。

【００２３】前記各高周波により圧電素子１０ａ，１０
ｂが振動してステータ１０にはある一方向の進行波が発
生する。これにより、ロータ１３は一方向の進行波とは
逆の方向に回転する。すると、電極プレート１８はフィ
ルムシート１９の透孔１９ａ及び連結部１９ｂとが交互
に対向する。そして、電極プレート１８が連結部１９ｂ
と対向するとともに、透孔１９ａと対向するときと比べ
て静電容量が増加する。

【００２４】図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、静電容
量が増加しないときには、電流がＲに流れずその両端に
電位差が発生しないので、差動増幅回路２３は制御回路
２４に検出信号を出力しない。従って、制御回路２４は
Ｌレベルの波形を成形する。そして、静電容量の増加に
伴い電圧増幅回路２１ａから供給される高周波となる電
流が抵抗Ｒに流れてその両端に電位差が発生し、この電
位差を差動増幅回路２３が検出する。すると、差動増幅
回路２３は制御回路２４に検出信号を出力し、制御回路
２４は前記差動増幅回路２３から出力された検出信号に
基づいてＨレベルの波形を成形する。そして、制御回路
２４はＨレベルの波形をカウントすることにより、ロー
タ１３の回転量（回転位置）を求めたり、所定時間当た
りに何回Ｈレベルの信号をカウントしたかに基づいてロ
ータ１３の回転数を検出することができる。

【００２５】そして、実際に求められた回転数が所定の
目標回転数より低ければ発振回路２０に高周波の周波数
を低くするように調整し、実際に求められた回転数が所
定の目標回転数より高ければ発振回路２０に高周波の周
波数を高くするように調整してロータ１３を所定の目標
回転数に調整することができる。又、制御回路２４は差
動増幅回路２３からのＨレベルの信号のカウント数によ
ってロータ１３の回動量、つまり回転位置を検出するこ
ともできる。

【００２６】上記のような超音波モータをエンジンルー
ム内に使用し、超音波モータ自身の発熱と、エンジンの
熱とが電極プレート１８やフィルムシート１９に加えら
れても熱による破損はなく、ロータ１３の回転位置及び
回転数の検出を確実に行うことができる。又、フィルム
シート１９によって電極プレート１８とロータ１３との
間の静電容量がわずかしか変化しなくても、前記ロータ
１３を回転させるための信号が高周波、高電圧になるほ
ど抵抗Ｒに流れる電流が大きくなるため、ロータ１３の
回転数及び位置の検出を容易に行うことができる。この
結果、超音波モータの回転位置及び回転数の検出の信頼
性を向上させることができる。

【００２７】又、電極プレート１８とフィルムシート１
９とによる単純な構成によりロータ１３の回転数及び位
置が検出できるので、部品点数が少なく安価な超音波モ
ータを提供することができる。更に、ロータ１３の回転
数及び位置を検出するための配線は、電極プレート１８
に接続される１本の配線のみによって構成されるので、
ロータ１３の回転数及び位置の検出のための細線化及び
超音波モータの小型化を図ることができる。

【００２８】本実施例においては、フィルムシート１９
に透孔１９ａを形成して連結部１９ｂと交互に配列した
が、誘電率の異なるシートを交互に配列してもよい。更
に、フィルムシート１９の材質を変え、誘電率を変える
ことによって電極プレート１８が連結部１９ｂと対向す
るとき、透孔１９ａと対向するときと比べて静電容量を
減少させることもできる。

【００２９】又、図６に示すように電極プレート１８の
代わりに一端が接地された検出コイル２５を使用しする
ことも可能である。この場合、ロータ１３の裏面にはそ
れぞれ透磁率の異なる第１の磁性プレート部２６及び第
２の磁性プレート部２７とから構成されるプレート２８
が付着され、検出コイル２７に対して第１，２の磁性プ
レート２６，２７が交互に対向するように構成する。こ
れにより、検出コイル２５の磁束が第１の磁束プレート
部２６及び第２の磁束プレート部２７により変化する。
そして、この磁束の変化に基づく検出コイル２５の出力
信号を検出すれば、ロータ１３の回転数及び位置を検出
することができる。又、前記第１，２の磁束プレート部
２７は鉄、コバルト又はフィルムシート１９を構成する
絶縁材料等によって形成されている。

【００３０】従って、検出コイル２５を使用した超音波
モータをエンジンルーム内に配置しても、超音波モータ
自身の発熱と、エンジンの熱とにより検出コイル２５や
フィルムシート１９が破損することはない。この結果、
ロータ１３の回転位置及び回転数の検出を確実に行うこ
とができるとともに、超音波モータの回転位置及び回転
数の検出の信頼性を向上させることができる。

【００３１】又、検出コイル２５とフィルムシート１９
とによる単純な構成によりロータ１３の回転数及び位置
が検出できるので、部品点数が少なく安価な超音波モー
タを提供することができる。更に、ロータ１３の回転数
及び位置を検出するための配線は、検出コイル２５に接
続される１本の配線のみによって構成されるので、ロー
タ１３の回転数及び位置の検出のための細線化及び超音
波モータの小型化を図ることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、モ
ータの回転数や位置検出の信頼性を向上させるととも
に、モータの小型化を行うことができる優れた効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】電極プレート及びフィルムシートを超音波モー
タに内蔵した状態を示す断面図である。

【図２】フィルムシートの形状を示す拡大部分平面図で
ある。

【図３】（ａ）は電極プレートとフィルムシートとが対
向する状態を示した一部拡大断面図であり、（ｂ）は絶
縁プレートの上面に電極プレートを設けた状態を示す平
面図である。

【図４】超音波モータを駆動制御する駆動制御装置を示
すブロック図である。

【図５】（ａ）は電極プレートとロータとの間の静電容
量がフィルムシートによって変化する状態を示す特性図
であり、（ｂ）は静電容量の増加に伴って抵抗にて検出
される電圧の特性図であり、（ｃ）は制御回路によって
波形成形された特性図である。

【図６】電極プレートの代わりに検出コイルの使用した
別例を示す説明図である。

【符号の説明】

１０…ステータ、１３…ロータ、１８…電極プレート、
１９…絶縁部材としてのフィルムシート、２５…検出コ
イル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータを構成するステータに対して絶縁
   された電極プレートをロータと対向するように設け、前
   記ロータ側には電極プレートと対向し、かつロータと電
   極プレートとにより構成されるコンデンサの静電容量を
   交互に変化させる絶縁部材を設けたことを特徴とするモ
   ータの位置検出装置。
2. 【請求項２】 モータを構成するロータに対して対向す
   るように検出コイルを設け、該ロータ側には検出コイル
   と対向し、かつ検出コイルが検出する磁束を変化させる
   磁束変化部材を設けたことを特徴とするモータの位置検
   出装置。