JPH07213021A - 同期モータの負荷検出装置 - Google Patents
同期モータの負荷検出装置Info
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- JPH07213021A JPH07213021A JP6023183A JP2318394A JPH07213021A JP H07213021 A JPH07213021 A JP H07213021A JP 6023183 A JP6023183 A JP 6023183A JP 2318394 A JP2318394 A JP 2318394A JP H07213021 A JPH07213021 A JP H07213021A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 構造及び信号処理を簡易化し、小型化及び製
造コストを低減することを可能とする。 【構成】 同期モータ４０において駆動コイル４３が発
生する磁場と、ロータ４１が発生する磁場との双方に鎖
交するように検出コイル４５を設け、モータ４０にかか
る負荷変化に対して単調減少する振幅を持った信号を得
るように構成したもの。
造コストを低減することを可能とする。 【構成】 同期モータ４０において駆動コイル４３が発
生する磁場と、ロータ４１が発生する磁場との双方に鎖
交するように検出コイル４５を設け、モータ４０にかか
る負荷変化に対して単調減少する振幅を持った信号を得
るように構成したもの。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、交流インダクタモータ
やステッピングモータなどの同期モータにおける負荷を
測定するための負荷検出手段を備えた同期モータの負荷
検出装置に関する。
やステッピングモータなどの同期モータにおける負荷を
測定するための負荷検出手段を備えた同期モータの負荷
検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、モータにかかる負荷トルクの測
定は、モータの出力特性を知るため等の場合において行
われているが、その場合の負荷検出手段は、一般的に
は、モータと負荷との間に配置された柱状剛体の「捩じ
れ」を測定するように構成されている。上記柱状剛体の
螺子れを測定する主な方法には、柱状剛体の側面に歪セ
ンサを設けて電気特性の変化を測定する方法や、柱状剛
体の負荷側とモータ側とに一対のインクリメンタルエン
コーダを設け、両者の位相差を測定する方法等がある。
定は、モータの出力特性を知るため等の場合において行
われているが、その場合の負荷検出手段は、一般的に
は、モータと負荷との間に配置された柱状剛体の「捩じ
れ」を測定するように構成されている。上記柱状剛体の
螺子れを測定する主な方法には、柱状剛体の側面に歪セ
ンサを設けて電気特性の変化を測定する方法や、柱状剛
体の負荷側とモータ側とに一対のインクリメンタルエン
コーダを設け、両者の位相差を測定する方法等がある。
【０００３】図９には、前者の方法を実施するための装
置が示されている。前述したようにモータ１の出力軸１
ａと負荷２との間には、横断面略矩形状の柱状剛体３が
配置されており、その柱状剛体３の側面に歪センサ４が
装着されている。この歪センサ４としては、金属薄膜を
有するものや、水晶等を利用した圧電素子が用いられて
いる。そして上記歪センサ４で柱状剛体３の捩じれが測
定されることによって負荷トルクの大きさが感知される
ようになっている。この方法によれば、モータ１が静止
していてもモータ１にかかる負荷トルクが測定できる上
に、負荷トルクを抵抗値や電圧などで得ることができ、
特殊な信号処理を必要としないという利点がある。しか
しながら回転する柱状剛体３上の歪センサ４から信号を
取り出すためにはブラシ等の部品が必要となる。
置が示されている。前述したようにモータ１の出力軸１
ａと負荷２との間には、横断面略矩形状の柱状剛体３が
配置されており、その柱状剛体３の側面に歪センサ４が
装着されている。この歪センサ４としては、金属薄膜を
有するものや、水晶等を利用した圧電素子が用いられて
いる。そして上記歪センサ４で柱状剛体３の捩じれが測
定されることによって負荷トルクの大きさが感知される
ようになっている。この方法によれば、モータ１が静止
していてもモータ１にかかる負荷トルクが測定できる上
に、負荷トルクを抵抗値や電圧などで得ることができ、
特殊な信号処理を必要としないという利点がある。しか
しながら回転する柱状剛体３上の歪センサ４から信号を
取り出すためにはブラシ等の部品が必要となる。
【０００４】一方、図１０に示された装置では、柱状剛
体３の両端部に、インクリメンタルエンコーダ１４，１
４がそれぞれ設けられており、これらの各インクリメン
タルエンコーダ１４，１４から出力される周期的信号の
位相差に基づいて、負荷トルクが感知されるように構成
されている。しかしながらインクリメンタルエンコーダ
４から周期的信号を得るためには、エンコーダのセンサ
１４ａを一定速度で回転させる必要があり、特に被試験
体モータ１が静止している場合には、高精度なセンサ駆
動モータを要する。従ってこの場合も、ブラシや回転ト
ランスなどを用いざるを得ず、また出力信号を利用する
ためには、位相差信号を積分するなどの特殊な信号処理
を施す必要がある。
体３の両端部に、インクリメンタルエンコーダ１４，１
４がそれぞれ設けられており、これらの各インクリメン
タルエンコーダ１４，１４から出力される周期的信号の
位相差に基づいて、負荷トルクが感知されるように構成
されている。しかしながらインクリメンタルエンコーダ
４から周期的信号を得るためには、エンコーダのセンサ
１４ａを一定速度で回転させる必要があり、特に被試験
体モータ１が静止している場合には、高精度なセンサ駆
動モータを要する。従ってこの場合も、ブラシや回転ト
ランスなどを用いざるを得ず、また出力信号を利用する
ためには、位相差信号を積分するなどの特殊な信号処理
を施す必要がある。
【０００５】このような柱状剛体を用いた負荷検出装置
は、非常に精度が良いためモータの諸特性を測定する場
合に好適であるが、柱状剛体等を用いるために装置が極
めて大型化し複雑化するという問題がある。これに対し
て図１１に示されている装置によれば、精度は低下する
が特殊な検出装置を用いることなく負荷トルクを検出す
ることができる。
は、非常に精度が良いためモータの諸特性を測定する場
合に好適であるが、柱状剛体等を用いるために装置が極
めて大型化し複雑化するという問題がある。これに対し
て図１１に示されている装置によれば、精度は低下する
が特殊な検出装置を用いることなく負荷トルクを検出す
ることができる。
【０００６】すなわち図１１に示されている装置は、駆
動電源２１における電圧位相に対して同期モータ２２の
回転位相が遅延することを検出するように構成したもの
であって、上記同期モータ２２におけるロータ２３の回
転位相の遅延が、ＭＲセンサやホールセンサ等からなる
簡便な磁気センサ２４により検出されるとともに、駆動
電源２１から出力される駆動電流の電圧位相が、電源位
相検出手段２５により検出される。これら磁気センサ２
４からの回転位相信号と、電源位相検出手段２５からの
電源電圧位相とは位相比較手段２６で比較され、その位
相比較手段２６から出力される位相差信号が、積分によ
り電圧値として取り出される。さらにこの検出電圧値
は、位相／負荷変換手段２７に印加されて負荷に換算さ
れ、負荷出力が得られるように構成されている。
動電源２１における電圧位相に対して同期モータ２２の
回転位相が遅延することを検出するように構成したもの
であって、上記同期モータ２２におけるロータ２３の回
転位相の遅延が、ＭＲセンサやホールセンサ等からなる
簡便な磁気センサ２４により検出されるとともに、駆動
電源２１から出力される駆動電流の電圧位相が、電源位
相検出手段２５により検出される。これら磁気センサ２
４からの回転位相信号と、電源位相検出手段２５からの
電源電圧位相とは位相比較手段２６で比較され、その位
相比較手段２６から出力される位相差信号が、積分によ
り電圧値として取り出される。さらにこの検出電圧値
は、位相／負荷変換手段２７に印加されて負荷に換算さ
れ、負荷出力が得られるように構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの図１
１に示された装置の構成でも、家庭電化製品等に採用す
るには未だ複雑であり、機構の小型化が難しいという問
題がある上、製造コストも高く、特に家庭電化製品など
で負荷トルクを簡便に感知したい場合には適用困難であ
る。
１に示された装置の構成でも、家庭電化製品等に採用す
るには未だ複雑であり、機構の小型化が難しいという問
題がある上、製造コストも高く、特に家庭電化製品など
で負荷トルクを簡便に感知したい場合には適用困難であ
る。
【０００８】そこで本発明は、家庭電化製品等に搭載可
能なように簡易な構成としつつ、同期モータにかかる負
荷トルクを低コストで感知することができるようにした
同期モータの負荷検出装置を提供することを目的とす
る。
能なように簡易な構成としつつ、同期モータにかかる負
荷トルクを低コストで感知することができるようにした
同期モータの負荷検出装置を提供することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
第１発明は、固定子の駆動コイルから発生する交番磁場
と、回転子から発生する磁場との相互作用によって、上
記回転子を駆動コイルの交番磁場に同期して回転させる
ようにした同期モータの負荷を検出する負荷検出手段を
有するものであって、上記負荷検出手段は、前記固定子
から発生する交番磁場と、回転子から発生する磁場との
双方に鎖交するように設けられた検出コイルを備えた構
成になされている。
第１発明は、固定子の駆動コイルから発生する交番磁場
と、回転子から発生する磁場との相互作用によって、上
記回転子を駆動コイルの交番磁場に同期して回転させる
ようにした同期モータの負荷を検出する負荷検出手段を
有するものであって、上記負荷検出手段は、前記固定子
から発生する交番磁場と、回転子から発生する磁場との
双方に鎖交するように設けられた検出コイルを備えた構
成になされている。
【００１０】また第２発明では、上記第１発明の構成に
加えて、負荷検出手段が、検出コイルの出力信号を整流
し平滑する回路を備えている。
加えて、負荷検出手段が、検出コイルの出力信号を整流
し平滑する回路を備えている。
【００１１】さらに第３発明では、上記第２発明の構成
に加えて、負荷検出手段は、検出コイルの出力信号を整
流し平滑した信号の電圧変化を、周波数変化に変換する
回路を備えている。
に加えて、負荷検出手段は、検出コイルの出力信号を整
流し平滑した信号の電圧変化を、周波数変化に変換する
回路を備えている。
【００１２】
【作用】このような構成を有する第１発明においては、
同期モータの回転子に負荷トルクがかかることによっ
て、回転子が発生する逆起電力の位相が変化するので、
これを検出コイルの出力信号の振幅変化に変換すること
で、負荷トルクに対応する信号が得られるようになって
いる。
同期モータの回転子に負荷トルクがかかることによっ
て、回転子が発生する逆起電力の位相が変化するので、
これを検出コイルの出力信号の振幅変化に変換すること
で、負荷トルクに対応する信号が得られるようになって
いる。
【００１３】また第２及び第３発明によれば、信号の整
流によって、負荷トルクが電圧変化として取り出される
ようになっている。
流によって、負荷トルクが電圧変化として取り出される
ようになっている。
【００１４】
【実施例】以下、本発明を電子レンジ等のターンデーブ
ルに適用した実施例を詳細に説明する。図４に示されて
いるように、略円盤状の支持台３１上には、同じく略円
盤状のターンテーブル３２が、複数のローラ３３を介し
て回転移動自在に載置されている。上記各ローラ３３
は、ターンテーブル３２の外周フランジ部に軸３４を介
して回転可能に取り付けられており、これら各ローラ３
３が上記支持台３１上を転動することによって、調理物
３５を保持したターンテーブル３２が、回転軸３６を中
心として回転移動するように構成されている。
ルに適用した実施例を詳細に説明する。図４に示されて
いるように、略円盤状の支持台３１上には、同じく略円
盤状のターンテーブル３２が、複数のローラ３３を介し
て回転移動自在に載置されている。上記各ローラ３３
は、ターンテーブル３２の外周フランジ部に軸３４を介
して回転可能に取り付けられており、これら各ローラ３
３が上記支持台３１上を転動することによって、調理物
３５を保持したターンテーブル３２が、回転軸３６を中
心として回転移動するように構成されている。
【００１５】上記回転軸３６は、ターンテーブル３２の
下面中心位置から垂下するように設けられており、この
回転軸３６の下端部分が、同期モータ４０の出力側に連
結されている。その同期モータ４０には、駆動電源５０
が接続されているとともに、負荷検出回路６０が接続さ
れている。同期モータ４０及び負荷検出回路６０の構成
を次に説明する。
下面中心位置から垂下するように設けられており、この
回転軸３６の下端部分が、同期モータ４０の出力側に連
結されている。その同期モータ４０には、駆動電源５０
が接続されているとともに、負荷検出回路６０が接続さ
れている。同期モータ４０及び負荷検出回路６０の構成
を次に説明する。
【００１６】図１及び図２に示めされているように、ロ
ータ（回転子）４１は、略円筒状の永久磁石体から構成
されており、Ｎ極及びＳ極が円周上に一定ピッチで交互
に着磁配列されている。このロータ４１の外側には、所
定のギャップを介して略中空円筒状のステータ（固定
子）４２が同心状に配置されている。このステータ４２
は、ボビン状体から形成されており、その胴部に、軸と
略同心状に駆動コイル４３が巻回されている。
ータ（回転子）４１は、略円筒状の永久磁石体から構成
されており、Ｎ極及びＳ極が円周上に一定ピッチで交互
に着磁配列されている。このロータ４１の外側には、所
定のギャップを介して略中空円筒状のステータ（固定
子）４２が同心状に配置されている。このステータ４２
は、ボビン状体から形成されており、その胴部に、軸と
略同心状に駆動コイル４３が巻回されている。
【００１７】またこのステータ４２の内周面には、軸方
向の上下から交互に磁極４４が櫛形状に設けられてい
る。これらの各磁極４４は、周状に所定のピッチで配列
されており、上記ロータ４１を外周側から包み込むよう
に配置されている。各櫛形磁極４４には、前記駆動電源
５０の交番電流が供給されており、励磁によって各櫛形
磁極４４から交番磁場が発生されるように構成されてい
る。
向の上下から交互に磁極４４が櫛形状に設けられてい
る。これらの各磁極４４は、周状に所定のピッチで配列
されており、上記ロータ４１を外周側から包み込むよう
に配置されている。各櫛形磁極４４には、前記駆動電源
５０の交番電流が供給されており、励磁によって各櫛形
磁極４４から交番磁場が発生されるように構成されてい
る。
【００１８】上記駆動コイル４３は、櫛形磁極４４の外
側に巻回・配置されているが、その駆動コイル４３のさ
らに外側に、負荷検出手段を構成する検出コイル４５
が、上記駆動コイル４３の上から必要回数巻回されてい
る。さらに上記検出コイル４５の外側からは、前記駆動
コイル４３の磁路が櫛形磁極４４以外で切断されること
のないように、シールドケース４６が設けられている。
このシールドケース４６は、軟鉄などの高透磁率物質の
円筒状体から形成されている。
側に巻回・配置されているが、その駆動コイル４３のさ
らに外側に、負荷検出手段を構成する検出コイル４５
が、上記駆動コイル４３の上から必要回数巻回されてい
る。さらに上記検出コイル４５の外側からは、前記駆動
コイル４３の磁路が櫛形磁極４４以外で切断されること
のないように、シールドケース４６が設けられている。
このシールドケース４６は、軟鉄などの高透磁率物質の
円筒状体から形成されている。
【００１９】すなわち上記ロータ４１からの磁場は、櫛
形磁極４４からステータ４２及びシールドケース４６の
内部をループ状に通過することとなり、従って上記検出
コイル４５は、駆動電流の交番磁場とロータ４１の磁場
との双方に鎖交するように配置されている。
形磁極４４からステータ４２及びシールドケース４６の
内部をループ状に通過することとなり、従って上記検出
コイル４５は、駆動電流の交番磁場とロータ４１の磁場
との双方に鎖交するように配置されている。
【００２０】このとき上記ロータ４１の着磁ピッチは、
ステータ４２における櫛形電極４４の配列ピッチと同一
に設定されており、ロータ４１が回転するとステータ４
２の内部を通過するロータ４１の磁場が交番磁場とな
る。このためロータ４１の回転は、駆動コイル４３と検
出コイル４５の双方に、正弦波状の逆起電圧を生じさせ
る。この逆起電圧については後述する。
ステータ４２における櫛形電極４４の配列ピッチと同一
に設定されており、ロータ４１が回転するとステータ４
２の内部を通過するロータ４１の磁場が交番磁場とな
る。このためロータ４１の回転は、駆動コイル４３と検
出コイル４５の双方に、正弦波状の逆起電圧を生じさせ
る。この逆起電圧については後述する。
【００２１】また前記負荷検出回路６０は、図３に示さ
れているように、上述した同期モータ４０内の検出コイ
ル４５に接続されている。この負荷検出回路６０は、上
記検出コイル４５からの正弦波状の逆起電圧出力を直流
成分とする整流回路６１及び平滑回路６２を有している
とともに、上記平滑回路６２の出力側に、電圧を交流信
号の周波数変化に変換するＶ／Ｆ変換回路６３が接続さ
れている。
れているように、上述した同期モータ４０内の検出コイ
ル４５に接続されている。この負荷検出回路６０は、上
記検出コイル４５からの正弦波状の逆起電圧出力を直流
成分とする整流回路６１及び平滑回路６２を有している
とともに、上記平滑回路６２の出力側に、電圧を交流信
号の周波数変化に変換するＶ／Ｆ変換回路６３が接続さ
れている。
【００２２】上記整流回路６１は、ダイオードＤ１〜４
を有するブリッジ型の全波整流回路から構成されてい
る。また平滑回路６２には、平滑用のコンデンサＣ1 が
設けられているとともに、このコンデンサＣ1 の電荷を
適度に放電させ負荷変動に平滑後の電圧を追従させる抵
抗Ｒ1 が設けられている。この抵抗Ｒ1 がなければ、コ
ンデンサＣ1 の電荷の放電が次のＶ／Ｆ変換回路６３の
コンパレータＵ1 の入力を通じてしか行われなくなり、
負荷変動に対する応答が緩慢になってしまう。また上記
Ｖ／Ｆ変換回路６３は、コンデンサＣf と抵抗Ｒf との
充放電による発振回路を有しており、このときの発振動
作の時定数は、抵抗Ｒf による充電時間で決定される。
その充電時間は、抵抗Ｒ2 と抵抗Ｒ3 で分割される電圧
から、前段の整流回路の電圧までの時間である。従って
前段の整流回路６１の電圧が低下すれば充電時間が短縮
されて発振周波数が上昇する。また整流回路６１の電圧
が上昇すれば充電時間が延長されて発振周波数は低下す
る。このとき、後述するように整流後の電圧は、負荷ト
ルクの増加に対して単調に減少するので、負荷トルクの
増加が発振周波数を上昇させることとなり、モータにか
かる負荷がパルス出力の周波数として取り出される。
を有するブリッジ型の全波整流回路から構成されてい
る。また平滑回路６２には、平滑用のコンデンサＣ1 が
設けられているとともに、このコンデンサＣ1 の電荷を
適度に放電させ負荷変動に平滑後の電圧を追従させる抵
抗Ｒ1 が設けられている。この抵抗Ｒ1 がなければ、コ
ンデンサＣ1 の電荷の放電が次のＶ／Ｆ変換回路６３の
コンパレータＵ1 の入力を通じてしか行われなくなり、
負荷変動に対する応答が緩慢になってしまう。また上記
Ｖ／Ｆ変換回路６３は、コンデンサＣf と抵抗Ｒf との
充放電による発振回路を有しており、このときの発振動
作の時定数は、抵抗Ｒf による充電時間で決定される。
その充電時間は、抵抗Ｒ2 と抵抗Ｒ3 で分割される電圧
から、前段の整流回路の電圧までの時間である。従って
前段の整流回路６１の電圧が低下すれば充電時間が短縮
されて発振周波数が上昇する。また整流回路６１の電圧
が上昇すれば充電時間が延長されて発振周波数は低下す
る。このとき、後述するように整流後の電圧は、負荷ト
ルクの増加に対して単調に減少するので、負荷トルクの
増加が発振周波数を上昇させることとなり、モータにか
かる負荷がパルス出力の周波数として取り出される。
【００２３】次に、上記実施例装置における構成物の電
気的な動作を説明する。図１及び図２に示された同期モ
ータ４０においては、駆動コイル４３と検出コイル４５
とは一種のトランスを構成している。但しトランスと異
なる点は、ロータ４１による逆起電圧があることであ
る。この逆起電圧の位相は、上記実施例装置の電気的な
振る舞いを説明するための電気的等価回路を示した図５
のように、ロータ４１にかかる負荷が増加すると遅れ
る。なぜならロータ４１の回転の位相が負荷の増加によ
って遅れるからである。同期モータの場合、同期がはず
れるとモータは脱調して停止してしまうため、ロータ４
１が正常に回転しているならばその回転は電源の位相に
ある位相差を持って同期しているのが特徴である。
気的な動作を説明する。図１及び図２に示された同期モ
ータ４０においては、駆動コイル４３と検出コイル４５
とは一種のトランスを構成している。但しトランスと異
なる点は、ロータ４１による逆起電圧があることであ
る。この逆起電圧の位相は、上記実施例装置の電気的な
振る舞いを説明するための電気的等価回路を示した図５
のように、ロータ４１にかかる負荷が増加すると遅れ
る。なぜならロータ４１の回転の位相が負荷の増加によ
って遅れるからである。同期モータの場合、同期がはず
れるとモータは脱調して停止してしまうため、ロータ４
１が正常に回転しているならばその回転は電源の位相に
ある位相差を持って同期しているのが特徴である。
【００２４】一方駆動コイル４３は、図５に示されてい
るように、内部抵抗ｒ1 とインダクタンスＬ1 とに分解
することができ、検出コイル４５も同様に、内部抵抗ｒ
2 とインダクタンスＬ2 とに分解することができる。さ
らにこれらの駆動コイル４３と検出コイル４５とは、相
互インダクタンスＭを持っている。また駆動コイル４３
側に逆起電圧源Ｅ1 、検出コイル４５側に逆起電圧源Ｅ
2 がそれぞれ生じ、駆動コイル４３には電圧源ＶP が接
続され、検出コイル４５側には負荷抵抗ＲL が接続され
ることとなる。以下に述べるように負荷変化を感知した
結果は、上記負荷抵抗ＲL の電圧降下Ｖout として検出
される。
るように、内部抵抗ｒ1 とインダクタンスＬ1 とに分解
することができ、検出コイル４５も同様に、内部抵抗ｒ
2 とインダクタンスＬ2 とに分解することができる。さ
らにこれらの駆動コイル４３と検出コイル４５とは、相
互インダクタンスＭを持っている。また駆動コイル４３
側に逆起電圧源Ｅ1 、検出コイル４５側に逆起電圧源Ｅ
2 がそれぞれ生じ、駆動コイル４３には電圧源ＶP が接
続され、検出コイル４５側には負荷抵抗ＲL が接続され
ることとなる。以下に述べるように負荷変化を感知した
結果は、上記負荷抵抗ＲL の電圧降下Ｖout として検出
される。
【００２５】いま駆動コイル４３側の電流をＩ1 とし、
検出コイル４５側の電流をＩ2 とすると、検出コイル４
３側の電圧は、図６に示すような電圧ベクトル図として
描くことができる。すなわち駆動コイル４３側の電流Ｉ
1 をＸ軸に平行にとると、相互インダクタンスＭによる
起電力は、上記電流Ｉ1 に直角方向に伸びるベクトルω
ＭＩ1 となり、これにロータ４１による検出コイル４５
の逆起電圧Ｅ2 に相当するベクトルが、ある角度を持っ
て加わる。なお上記ωは、電圧源ＶP による電源周波数
である。
検出コイル４５側の電流をＩ2 とすると、検出コイル４
３側の電圧は、図６に示すような電圧ベクトル図として
描くことができる。すなわち駆動コイル４３側の電流Ｉ
1 をＸ軸に平行にとると、相互インダクタンスＭによる
起電力は、上記電流Ｉ1 に直角方向に伸びるベクトルω
ＭＩ1 となり、これにロータ４１による検出コイル４５
の逆起電圧Ｅ2 に相当するベクトルが、ある角度を持っ
て加わる。なお上記ωは、電圧源ＶP による電源周波数
である。
【００２６】ここで電圧は回路を一周して「０」になる
から、残りのベクトルＥは、検出コイル４５の内部抵抗
ｒ2 とインダクタンスＬ2 及び負荷抵抗ＲL によって生
成される電圧である。そしてインダクタンスＬ2 による
電圧ωＬ2 Ｉ2 は、抵抗成分の電圧を示す（ｒ2 ＋Ｒ
L ）Ｉ2 に対して直行しているから、ベクトルＥと、電
圧ωＬ2 Ｉ2 と、電圧（ｒ2 ＋ＲL ）Ｉ2 とは、直角三
角形を形成し、かつ直角をはさむ両辺の比率は、Ｅが変
化しても変わらない。すなわち上記直角三角形は常時相
似形を維持する。
から、残りのベクトルＥは、検出コイル４５の内部抵抗
ｒ2 とインダクタンスＬ2 及び負荷抵抗ＲL によって生
成される電圧である。そしてインダクタンスＬ2 による
電圧ωＬ2 Ｉ2 は、抵抗成分の電圧を示す（ｒ2 ＋Ｒ
L ）Ｉ2 に対して直行しているから、ベクトルＥと、電
圧ωＬ2 Ｉ2 と、電圧（ｒ2 ＋ＲL ）Ｉ2 とは、直角三
角形を形成し、かつ直角をはさむ両辺の比率は、Ｅが変
化しても変わらない。すなわち上記直角三角形は常時相
似形を維持する。
【００２７】次に、ロータ４１に負荷を加えたときの振
る舞いを図７を使って考えてみる。図７は、異なる負荷
が加えられているときのベクトルを重ね合わせて描いた
ものである。前述のようにロータ４１に負荷が加えられ
ると、逆起電圧Ｅ2 の位相が遅れるため、逆起電圧Ｅ2
の先端Ｐは、Ｐ’へ変化する。このとき上述したよう
に、直角三角形△ＯＰＱと△ＯＰ’Ｑ’は相似である。
実験を行うと、線分ＯＣと線分ＣＰまたは線分ＣＰ’の
長さは、負荷に応じて変化するようであるが、位相の変
化に比べると非常に小さいので一定として考えることが
できる。この場合における上記Ｐは、点Ｃを中心とする
半径｜Ｅ2 ｜の円周上を移動することになる。
る舞いを図７を使って考えてみる。図７は、異なる負荷
が加えられているときのベクトルを重ね合わせて描いた
ものである。前述のようにロータ４１に負荷が加えられ
ると、逆起電圧Ｅ2 の位相が遅れるため、逆起電圧Ｅ2
の先端Ｐは、Ｐ’へ変化する。このとき上述したよう
に、直角三角形△ＯＰＱと△ＯＰ’Ｑ’は相似である。
実験を行うと、線分ＯＣと線分ＣＰまたは線分ＣＰ’の
長さは、負荷に応じて変化するようであるが、位相の変
化に比べると非常に小さいので一定として考えることが
できる。この場合における上記Ｐは、点Ｃを中心とする
半径｜Ｅ2 ｜の円周上を移動することになる。
【００２８】もし図７のように、点Ｐが点Ｐ’に変化し
たとすると、相似である両三角形△ＯＰ’Ｑ’と△ＯＰ
Ｑとでは、一辺の長さが、△ＯＰ’Ｑ’の方が△ＯＰＱ
より明らかに小さくなる。よってＯＱ’＜ＯＱである。
但し、この関係が成り立つのはベクトルＯＣとベクトル
Ｅ2 の角度が図７の関係にあるときだけである。すなわ
ちベクトルＥ2 が第１象現にある場合のみである。しか
しながら同期モータでは、ベクトルＥ2 が動き得る範囲
が第１象現に限られる。なぜならばロータ４１が電源の
位相に先んじて回転することはありえないので、ベクト
ルＥ2 がベクトルＯＣを越えて第２象現に現れることは
ない。また負荷をかけると位相が遅延するので、駆動コ
イル４側の電流Ｉ1 に対する角度が減少し、０近傍にな
ると脱調しロータの回転が停止してしまうからである。
たとすると、相似である両三角形△ＯＰ’Ｑ’と△ＯＰ
Ｑとでは、一辺の長さが、△ＯＰ’Ｑ’の方が△ＯＰＱ
より明らかに小さくなる。よってＯＱ’＜ＯＱである。
但し、この関係が成り立つのはベクトルＯＣとベクトル
Ｅ2 の角度が図７の関係にあるときだけである。すなわ
ちベクトルＥ2 が第１象現にある場合のみである。しか
しながら同期モータでは、ベクトルＥ2 が動き得る範囲
が第１象現に限られる。なぜならばロータ４１が電源の
位相に先んじて回転することはありえないので、ベクト
ルＥ2 がベクトルＯＣを越えて第２象現に現れることは
ない。また負荷をかけると位相が遅延するので、駆動コ
イル４側の電流Ｉ1 に対する角度が減少し、０近傍にな
ると脱調しロータの回転が停止してしまうからである。
【００２９】このように負荷の増加に応じて検出コイル
４５が出力する電圧は、振幅が減少し位相が変化する。
通常、位相の変化に比べて振幅の変化の方が大きく、信
号処理も振幅に着目した方が処理しやすい。
４５が出力する電圧は、振幅が減少し位相が変化する。
通常、位相の変化に比べて振幅の変化の方が大きく、信
号処理も振幅に着目した方が処理しやすい。
【００３０】図８は、あるギヤ付き同期モータの負荷ト
ルクに対する検出コイルの出力信号の実効電圧変化を、
実験によって得た結果である。上で説明してきたように
負荷の増加に対して検出電圧は単調減少しており、おお
むね線形であることが判明した。但し、上述のような原
理で変化するので真の線形にはなり得ない。
ルクに対する検出コイルの出力信号の実効電圧変化を、
実験によって得た結果である。上で説明してきたように
負荷の増加に対して検出電圧は単調減少しており、おお
むね線形であることが判明した。但し、上述のような原
理で変化するので真の線形にはなり得ない。
【００３１】このような実効電圧は、上述した負荷検出
装置６０の整流回路６１及び平滑回路３２により容易に
得られるが、ある分野では、計算機で処理するために電
圧変化よりもパルスの周波数変化で負荷の換算結果が要
求される。このため上記実施例では、ＶＦ変換回路６３
で、電圧をある規定のキャリア周波数を持った交流信号
の周波数変化に変換している。
装置６０の整流回路６１及び平滑回路３２により容易に
得られるが、ある分野では、計算機で処理するために電
圧変化よりもパルスの周波数変化で負荷の換算結果が要
求される。このため上記実施例では、ＶＦ変換回路６３
で、電圧をある規定のキャリア周波数を持った交流信号
の周波数変化に変換している。
【００３２】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変形可能であるというのはいうまでもない。例えば
本発明におけるＶＦ変換回路６３における発振回路は、
例えばシグネティックス社（現フィリップス社）のＮＥ
５５５などに置き換えることもできる。
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変形可能であるというのはいうまでもない。例えば
本発明におけるＶＦ変換回路６３における発振回路は、
例えばシグネティックス社（現フィリップス社）のＮＥ
５５５などに置き換えることもできる。
【００３３】また本発明の構成および信号処理手段は、
上記実施例にかかる電子レンジ等の各種家庭電化製品の
ように、モータにかかる負荷トルクから作業対象の重量
を推定する等の用途に適するが、当然このような用途以
外、例えば洗濯機の攪拌駆動機構、プリンターのヘッド
キャリッジ機構や紙送り機構等、あらゆる同期モータの
負荷検出に応用することができるものである。
上記実施例にかかる電子レンジ等の各種家庭電化製品の
ように、モータにかかる負荷トルクから作業対象の重量
を推定する等の用途に適するが、当然このような用途以
外、例えば洗濯機の攪拌駆動機構、プリンターのヘッド
キャリッジ機構や紙送り機構等、あらゆる同期モータの
負荷検出に応用することができるものである。
【００３４】
【発明の効果】以上のように本発明は、同期モータにお
いて駆動コイルが発生する磁場とロータが発生する磁場
との双方に鎖交するように検出コイルを設け、モータに
かかる負荷変化に対して単調減少する振幅を持った信号
を得るように構成したものであるから、構造及び信号処
理を極めて簡易化することができ、小型化及び製造コス
トを低減することができる。
いて駆動コイルが発生する磁場とロータが発生する磁場
との双方に鎖交するように検出コイルを設け、モータに
かかる負荷変化に対して単調減少する振幅を持った信号
を得るように構成したものであるから、構造及び信号処
理を極めて簡易化することができ、小型化及び製造コス
トを低減することができる。
【図１】本発明の一実施例における同期モータの要部を
表した図２中のＩ−Ｉ線に沿う横断面説明図である。
表した図２中のＩ−Ｉ線に沿う横断面説明図である。
【図２】図１に表した同期モータの機構を表した外観斜
視説明図である。
視説明図である。
【図３】本発明の一実施例における負荷検出装置の信号
処理部を表した回路説明図である。
処理部を表した回路説明図である。
【図４】本発明にかかる同期モータの負荷検出装置を、
電子レンジに適用した実施例の概略構成を表した断面説
明図である。
電子レンジに適用した実施例の概略構成を表した断面説
明図である。
【図５】本発明にかかる同期モータの負荷検出装置にお
ける機構部の電気的等価回路図である。
ける機構部の電気的等価回路図である。
【図６】図５に表した電気的等価回路の電圧ベクトル図
である。
である。
【図７】図５に表した電気的等価回路における負荷変化
に対する電圧ベクトルの変化を示すベクトル図である。
に対する電圧ベクトルの変化を示すベクトル図である。
【図８】負荷に対する検出コイルの出力信号の実効電圧
の関係を示す線図である。
の関係を示す線図である。
【図９】モータの出力特性を知るため等の場合に一般に
用いられる負荷検出装置の一例を表した原理図である。
用いられる負荷検出装置の一例を表した原理図である。
【図１０】モータの出力特性を知るため等の場合に一般
に用いられる負荷検出装置の他の例を表した原理図であ
る。
に用いられる負荷検出装置の他の例を表した原理図であ
る。
【図１１】従来の負荷トルク測定装置の更に他の例を表
した回路説明図である。
した回路説明図である。
３２ ターンテーブル ４０ 同期モータ ４１ ロータ ４２ ステータ ４３ 駆動コイル ４４ ステータの櫛形磁極 ４５ 検出コイル ６０ 負荷検出回路 ６１ 整流回路 ６２ 平滑回路 ６３ ＶＦ変換回路
Claims (3)
- 【請求項１】 固定子の駆動コイルから発生する交番磁
場と、回転子から発生する磁場との相互作用によって、
上記回転子を駆動コイルの交番磁場に同期して回転させ
るようにした同期モータの負荷を検出する負荷検出手段
を有するものであって、 上記負荷検出手段は、前記固定子から発生する交番磁場
と、回転子から発生する磁場との双方に鎖交するように
設けられた検出コイルを備えていることを特徴とする同
期モータの負荷検出装置。 - 【請求項２】 負荷検出手段が、検出コイルの出力信号
を整流し平滑する回路を備えていることを特徴とする請
求項１記載の同期モータの負荷検出装置。 - 【請求項３】 負荷検出手段は、検出コイルの出力信号
を整流し平滑した信号の電圧変化を、周波数変化に変換
する回路を備えていることを特徴とする請求項２記載の
同期モータの負荷検出装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6023183A JPH07213021A (ja) | 1994-01-25 | 1994-01-25 | 同期モータの負荷検出装置 |
| KR1019940023722A KR950009117A (ko) | 1993-09-20 | 1994-09-16 | 중량검출장치 |
| EP94114749A EP0644407A3 (en) | 1993-09-20 | 1994-09-19 | Weight detection device. |
| CN94116095A CN1110403A (zh) | 1993-09-20 | 1994-09-20 | 重量检测装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6023183A JPH07213021A (ja) | 1994-01-25 | 1994-01-25 | 同期モータの負荷検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07213021A true JPH07213021A (ja) | 1995-08-11 |
Family
ID=12103542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6023183A Withdrawn JPH07213021A (ja) | 1993-09-20 | 1994-01-25 | 同期モータの負荷検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07213021A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102879140A (zh) * | 2012-10-27 | 2013-01-16 | 河南工业大学 | 一种测定条状食品扭曲力的装置 |
-
1994
- 1994-01-25 JP JP6023183A patent/JPH07213021A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102879140A (zh) * | 2012-10-27 | 2013-01-16 | 河南工业大学 | 一种测定条状食品扭曲力的装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010403 |