JPH06249881A - ３相コイル式回転駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の位相差を有したコイル体への通電によ
り回転マグネットを回転制御する回転駆動装置であっ
て、制御信号用端子数を少なくし、駆動回路を簡易にし
て滑らかな回転駆動を得る。 【構成】 回転マグネット２に磁界を及ぼすよう略120
°の角度を持って配設され、かつ直列の環状回路をなす
よう接続した３つのコイル体３と、このコイル体３の接
続端子Ａ，Ｂ，Ｃの１つに所定の定電圧を与え、他の２
つに前記定電圧を基準とした略60°の位相差を持つ正弦
波もしくはこれに近似した振幅波の駆動信号を与える駆
動回路４とから構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転体であるマグネッ
トを内蔵し、これに複数コイルによる磁界を与えて回転
駆動する回転駆動装置に関し、特に３つの角度的に異な
らせて配置したコイルを有して指示計器等に利用できる
３相コイル式回転駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の回転駆動装置は、内蔵する
回転マグネットに発生磁界角度を異ならせて巻回した複
数コイルへの変化電圧印加によってステップ的に駆動す
るステップモータ式や合成磁界ベクトル方向に振らせる
交差コイル式のものがあり、これらはそれぞれ駆動負荷
の制御形態によって適宜用いられている。

【０００３】たとえば、ステップモータ式のものにおい
ては、パルス入力による順送りのステップ動作がなさ
れ、各種の角度制御や位置制御に用いられるものの他
に、いわゆるマイクロステップ制御による滑らかな回動
角度制御が可能となってきており、指示計器の駆動装置
としても採用されている。

【０００４】また、交差コイル式のものにあっては、通
常直交して巻回した交差コイルに正弦波と余弦波の変化
を呈する信号を印加し、その合成磁界の角度変化に追従
した回転マグネットの回動によりその回転軸に付設した
指針の回動指示をなす指示計器としての採用が一般的で
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】たとえば、特公平３−
４１，７６９号のようにステップモータを用いて指針を
駆動するようになした計器にあっては、指針を滑らかに
駆動するために、構造的ステップ間隔を小さくして極数
を増やしたり、前述したように各極間をさらに中間磁界
に分割するマイクロステップ駆動を行わしめる必要性か
らモータ自体の構造や駆動回路が複雑となってしまう。

【０００６】また、特開平４−２７４，７６７号のよう
な交差コイル式計器にあっては、直交するコイルへの正
弦波や余弦波信号の印加駆動のために、少なくとも各コ
イルへの信号端子を用意しなければならず、端子数の減
少がその構成上からきわめて難しく、それに伴って駆動
装置本体の小型化に制約があった。

【０００７】特に、指示計器としての指針を駆動するに
要するある程度の駆動トルクを得るために、コイルの磁
界を有効にマグネットに働かせ、さらにそれら各コイル
の発生磁界に基づく合成磁界を入力信号に対応したリニ
アな回転磁界とするために、ボビンケースを囲むように
してコイルを巻回する構造が採られ、このようなボビン
ケースへの信号端子の付設構造にも前述した端子数によ
る制約を受け小型化の障害ともなっていた。

【０００８】そこで本発明は、コイルの接続と印加電圧
の工夫によって端子数を減らしながら単純な駆動方式に
より滑らかな駆動を可能とする回転駆動装置を提供せん
とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の３相コイル式回
転駆動装置は、回転マグネットに磁界を及ぼすよう配設
され、各々120 °の角度位相差を有して磁界を発生する
べく配置されるとともに、各両端が接続されて直列の環
状回路となるよう接続された３つのコイル体と、この環
状回路をなすコイル体の３つの接続点を端子とし、この
うちの１つの端子に所定の定電圧を印加するとともに、
他の２つの端子に前記定電圧を基準として振幅する各々
60°の位相差を有する正弦波もしくはこれに近似した振
幅波を持つ駆動信号を供給する駆動回路を備えてなるこ
とを特徴とする。

【００１０】また本発明は、前記回転マグネットの回転
軸を支承するハウジングに前記３つのコイル体を角度を
持って配設し、各コイル体の３つの接続端子を前記ハウ
ジングの適宜位置に配置するとともに、回転マグネット
の回転軸の一端をハウジング外部に導出し、その先端に
指針を固着し、この指針の下方に文字板を配設して指針
指示計器として構成したことを特徴とする。

【００１１】さらに本発明は、測定指示すべき変化範囲
に対応した最小値から最大値への変化量に基づいて、指
針の振れ角を決定するよう入力信号に応じて一周期もし
くはそれ以下の変化を呈する駆動信号を生成することを
特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明の３相コイル式回転駆動装置は、直列の
環状回路をなして接続された３つのコイル体の各接続端
子のうち、その１つの端子に所定の定電圧を与え、他の
２つの端子に前記定電圧を基準として振幅する各々60°
の位相差を有する正弦波もしくはこれに近似した振幅波
を持つ駆動信号を供給することで、結果的に各コイルに
て発生する磁界が120 °の位相差を有した振幅波として
形成され、これにより回転マグネットが回動し、回転軸
に付設した指針によって角度指示することができる。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明の回転駆動装置の基本的回路
ブロック図を示したものであり、回転軸１を有し２極着
磁された回転マグネット２を囲んでこれに磁界を及ぼす
べく配置された３つのコイル体３（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）
が、各々両端を接続して直列の環状回路を形成してお
り、各接続端子Ａ，Ｂ，Ｃは駆動回路４に接続されて駆
動信号を供給されるよう構成されている。

【００１４】駆動回路４は、前記接続端子Ａに所定の定
電圧ＶＡを与える定電圧供給部41と、他の２の接続端子
Ｂ，Ｃに各々60°位相差を有する正弦波振幅の駆動信号
を供給する駆動信号供給部42とを有し、この駆動信号供
給部42は、信号入力端子43からの入力信号変化に対応し
てその最小値から最大値の変化に対する一周期の正弦波
信号を60°の位相差を持つ２種の駆動信号として生成す
る。

【００１５】たとえば、測定事象の変化を回転マグネッ
トの回動角にて指示するようにするならば、それが周波
数パルス信号を計測する場合、所定周期でのカウント値
に対応させた内蔵メモリ（ＲＯＭ）の記録データを読み
出し、この読み出しデータによってＤ／Ａ変換した駆動
信号を生成するデジタル回路方式や、周波数信号を電圧
信号に変換し、その変化の所定点にて変化特性を切り換
え、結果として正弦波に近似した駆動信号を生成するア
ナログ回路方式あるいはこれらを混合した回路にて構成
できる。

【００１６】内蔵メモリの記録データを使用するデジタ
ル回路方式では、入力値に一対一にて対応して駆動デー
タを有しており、この駆動データは駆動信号の電圧値を
決定するデジタル値として記録され、１つには入力値の
最小値から最大値への変化に対応してたとえば256 の分
解能を持って一周期の正弦波特性に合致したデータを有
している。

【００１７】このようなデジタルあるいはアナログ処理
によって駆動信号を生成する測定対象の入力信号として
は、前述したような周波数パルス信号の他にポテンショ
ンメータによるアナログ電圧をそのまま入力する場合も
あり、こうした入力信号の種類に応じた処理形式を選べ
ばよい。

【００１８】以下、図２および図３の波形図に基づき、
図１に示した回転駆動装置についてその作動を説明す
る。３つのコイル体３を有する回転駆動体の接続端子Ａ
には、図２に示すように所定の定電圧ＶＡが駆動回路４
の定電圧供給部41から供給されている。また、２つの接
続端子Ｂ，Ｃの各々には、駆動信号供給部42から60°の
位相差を有した正弦波の振幅変化を呈する２つの駆動信
号ＶＢとＶＣが供給される。

【００１９】接続端子Ｂ，Ｃへの駆動信号ＶＢ，ＶＣ
は、入力信号の最小値から最大値への変化に対応して各
々一周期の正弦波特性にて振幅変化する信号電圧であ
り、ある入力信号値に対してはその入力値に対応した正
弦波振幅位置での電圧が与えられる。

【００２０】これにより、各コイル体３（３Ａ，３Ｂ，
３Ｃ）には、各接続端子Ａ，Ｂ，Ｃへの印加電圧差に応
じた電圧が生じ、その正負関係とともに、各コイル体３
に流れる駆動電流の大きさと方向が決定される。つま
り、各接続端子Ａ，Ｂ，Ｃへの定電圧ＶＡとこれを基準
として変化する駆動信号ＶＢ，ＶＣとの電圧の高低に応
じた駆動電流が各コイル体３Ａ，３Ｂ，３Ｃに流れるこ
ととなる。

【００２１】従って、各コイル体３Ａ，３Ｂ，３Ｃの右
回りの各接続端子間電圧Ｖ（Ａ−Ｂ），Ｖ（Ｂ−Ｃ），
Ｖ（Ｃ−Ａ）は、図３に示すようにその振幅中間値を中
心として正負方向に変化する各々120 °の位相差を持っ
た正弦波特性を有する信号となり、これにより入力値に
対応して正もしくは負の方向に電流が流れ、これに対応
した磁界が各コイル体３に発生することとなる。

【００２２】これは、各コイル体３の接続端子Ａ，Ｂ，
Ｃに、定電圧ＶＡおよび振幅電圧をＶＰとした駆動信号
ＶＢ＝ＶＡ＋ＶＰｓｉｎθとＶＣ＝ＶＡ＋ＶＰｓｉｎ
（θ＋60°）が供給されると、各コイル体３の端子間電
圧は、各々Ｖ（Ａ−Ｂ）＝ＶＰｓｉｎθ，Ｖ（Ｂ−Ｃ）
＝ＶＰｓｉｎ（θ＋120 °）およびＶ（Ｃ−Ａ）＝ＶＰ
ｓｉｎ（θ＋240 °）の振幅波形を有した変化を呈し、
これによる駆動電流が流れて同様の変化磁界を発生する
ものである。

【００２３】すなわち、コイル体３Ａの両端子Ａ，Ｂに
は定電圧ＶＡと入力最小値０を基点とした正弦波特性の
駆動信号ＶＢが供給されるため、その端子間電圧Ｖ（Ａ
−Ｂ）は振幅中間値であるたとえば０電位を基準にして
正負変化する図３のごとくなり、これに対してコイル体
３Ｂの両端子Ｂ，Ｃには60°位相の異なる駆動信号Ｖ
Ｂ，ＶＣが供給され、結果その端子間電圧Ｖ（Ｂ−Ｃ）
は、その端子間電圧差として、前記端子ＡとＢとの端子
間電圧Ｖ（Ａ−Ｂ）に対し120 °位相のずれた正弦波振
幅を呈することとなる。コイル体３Ｃの両端子間電圧Ｖ
（Ｃ−Ａ）は駆動信号ＶＣの反転信号相当の電圧差を生
じ、コイル体３Ｂの端子間電圧Ｖ（Ｂ−Ｃ）に対してさ
らに120 °の位相差を持つ正弦波振幅を呈し、結局３つ
のコイル体３Ａ，３Ｂ，３Ｃには各々120 °の位相差を
有した正弦波特性の駆動電流が流れ、これにより図３の
各振幅波形に対応して入力値の最小値から最大値への変
化に一周期で対応する正逆方向変化の磁界が発生するこ
ととなる。

【００２４】このように、各々120 °の位相差を有して
配置された各コイル体３Ａ，３Ｂ，３Ｃでの図３に示す
ごとく駆動電圧（駆動電流）によって、回転マグネット
２はその回転軸１を中心にしてそれらコイル体３の合成
磁界方向に回動制御されるが、この合成磁界は、図３の
端子間電圧の変化に伴って入力値の最小値から最大値の
範囲で360 °の回転を生じ、回転マグネット２もこれに
追従して360 °回転駆動されることとなる。

【００２５】従って、回転マグネット２の回転軸１に指
針を付設すれば、この指針は回転マグネット２と回転軸
１を介して連動し、入力値の最小値から最大値への変化
に対し360 °の回転指示を示すことになる。

【００２６】このような図３に示す端子間電圧に基づい
た各コイル体３による合成磁界の回転状態については、
こうした３相コイル式駆動体における各コイル体の発生
磁界が図３に示すような変化特性を持つことによってそ
の合成磁界が360 °の回転の磁界となることは３相電動
機等で知られる一般的事象であるため、特にその詳細を
説明しないが、本発明の特徴は、このような３相コイル
体に同様の磁界を発生させるためのコイル体の接続構造
とそれへの供給信号にある。

【００２７】図４には、図１にて示した３相コイル式駆
動装置を、指示計器として構成した特に駆動体部分につ
いての構造を示してある。

【００２８】図４において、回転マグネット２を回転軸
１の下端部を支承して回転自在に内蔵した樹脂製ハウジ
ング５の側壁内周には、各々その磁心が120 °ずつの位
相差を有して絶縁配置された偏平状のコイル体３が固着
され、各コイル体３の両端子を接続した接続端子Ａ，
Ｂ，Ｃがハウジング５の周壁に上下端を突出して埋設し
た細端子６に半田付接続されている。

【００２９】ハウジング５は、外部からの磁界影響が回
転マグネット２に及ばないようシールドケース７にて収
納され、その下部に駆動回路４を搭載したプリント板８
が固着されるとともに、ハウジング５の細端子６がプリ
ント板８の電路に接続されて駆動回路４と電気接続され
るよう構成されている。

【００３０】また、回転軸１の上端は、ハウジング５の
上方に突出してその先端に指針９を付設しており、この
指針９の下方にはハウジング５上に載置固定された文字
板10が配設され、文字板10上に施された目盛などの指標
への指針９の回動指示による対比によって入力値を読み
取れるようにしている。

【００３１】従って、前述したように、細端子６を通し
てプリント板８上の駆動回路４から図２に示す定電圧Ｖ
Ａと駆動信号ＶＢ，ＶＣを供給すれば、各コイル体３へ
の端子間には図３に示す電圧が生じ、その合成磁界の変
化による回転マグネット２の回動とともに、回転軸１を
介しての指針９の回動がなされ、駆動回路４への測定信
号の入力に応じた指示によってこれを読み取ることがで
きるものである。

【００３２】この場合、指示計器としての指針９による
回動指示はそれによって指示する測定事象の種類によっ
て異ならせあるいは視認者の読み取り易い角度にて選択
することが可能である。

【００３３】図３に示したように、入力値の最小値から
最大値の間で360 °変化するような特性を得るととも
に、たとえば回転軸１と指針９の間に減速ギヤを介在す
れば、回転マグネット２の360 °の回転を180 °や240
°のような指示角に変換することができるし、また、現
実の入力値の最小値から最大値に対応してたとえば図３
の270 °を最大とするような回路制御を行うことによっ
ても指針９の振れ角を270 °とすることができる。

【００３４】このような回路制御による回転軸出力の回
動角の設定は、入力値の最小値から最大値への変化を駆
動回路４への入力値としては360 °の変化の中のたとえ
ば270 °分の変化分として変換入力することで可能であ
るし、あるいは図２に示すような駆動信号を出力するた
めの内蔵メモリ（ＲＯＭ）記録データを入力値の最小値
から最大値に対応してたとえば270 °分の変化のみ記録
するようにすれば、計器の指針振れ角としては270 °を
得ることができる。

【００３５】また、図４に示した指示計器としての構造
は、そのハウジング５を樹脂製としシールドケース７で
囲むものであるが、コイル体３自体が絶縁されあるいは
モールドされれば、シールドケース７をハウジングとし
て用い、その内周壁にコイル体３を貼着固定することも
可能であり、各コイル体３の両端を接続した接続端子構
造にしても、細端子６を用いることなくシールドケース
７の一部に絶縁されたコネクタ状の樹脂部を設け、これ
に接続端子を集中的に備えて外部との信号接続を図るよ
うにすることもできる。このようにすれば、回転駆動体
そのもののより一層の小型化が図れ、文字板10への直接
的固定も容易となり、指示計器としての薄型化にも大き
く寄与することが可能となる。

【００３６】さらに、図１に示した本発明に係る３相コ
イル式回転駆動装置によれば、図４に示したような指示
計器としての用途の方に、アナログ的な滑らかな回転を
必要とする負荷駆動あるいは回転を直線運動に変換して
の位置制御等にも少ない制御端子と簡易な駆動回路にて
適用できる。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明になる３相コイル
式回転駆動装置によれば、直列の環状回路をなして接続
される３つのコイル体の各接続端子の１つに定電圧を与
え、他の２つの端子には60°位相差を有した正弦波もし
くはこれに近似した振幅波形の駆動信号を与えて、その
磁界内の回転マグネットを駆動するようにしたため、回
転制御するための制御信号端子が少なくて済み、かつそ
の制御信号も簡易な回路構成で達成することができ、回
転マグネットの滑らかな回転制御を簡易な構成にて実現
できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路ブロック図。

【図２】本発明のコイル体への端子供給電圧波形図。

【図３】本発明の各コイル体の両端電圧差の電圧波形
図。

【図４】本発明による指示計器の一実施例を示す構造
図。

【符号の説明】

１ 回転軸 ２ 回転マグネット ３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ コイル体 ４ 駆動回路 41 定電圧供給部 42 駆動信号供給部 43 信号入力端子 ５ ハウジング ６ 細端子 ８ プリント板 ９ 指針 10 文字板 Ａ，Ｂ，Ｃ 接続端子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸を有して着磁された回転マグネッ
   トと、この回転マグネットに磁界を及ぼすように配設さ
   れ、各々略120 °の角度差を有して磁界を発生するべく
   配置されるとともに、各両端が接続されて直列の環状回
   路となるよう接続された３つのコイル体と、この環状回
   路をなすコイル体の３つの接続点を端子とし、このうち
   の１つの端子に所定の定電圧を印加するとともに、他の
   ２つの端子に前記定電圧を基準として振幅する各々略60
   °の位相差を有する正弦波もしくはこれに近似した振幅
   波を持つ駆動信号を供給する駆動回路を備えてなる３相
   コイル式回転駆動装置。
2. 【請求項２】 前記回転マグネットの回転軸を支承する
   ハウジングに前記３つのコイル体を角度差を持って配設
   し、各コイル体の３つの接続端子を前記ハウジングの適
   宜位置に配置するとともに、回転マグネットの回転軸の
   一端をハウジング外部に導出し、その先端に指針を固着
   し、この指針の下方にて指針の回動面とほぼ平行して配
   設された文字板を有してなる請求項１記載の３相コイル
   式回転駆動装置。
3. 【請求項３】 時間的に状態変化する測定対象の変化量
   に対応した電気信号を入力するとともに、測定指示すべ
   き変化範囲に対応した最小値から最大値への変化量に基
   づいて、前記指針の指示振れ角を決定するよう入力信号
   に応じて一周期もしくはそれ以下の変化を生ずる前記駆
   動信号を生成することを特徴とする請求項２記載の３相
   コイル式回転駆動装置。