JPH0733163Y2 - 回転位相検出器付き速度検出装置 - Google Patents

回転位相検出器付き速度検出装置

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JPH0733163Y2
JPH0733163Y2 JP1990011437U JP1143790U JPH0733163Y2 JP H0733163 Y2 JPH0733163 Y2 JP H0733163Y2 JP 1990011437 U JP1990011437 U JP 1990011437U JP 1143790 U JP1143790 U JP 1143790U JP H0733163 Y2 JPH0733163 Y2 JP H0733163Y2
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    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は回転位相検出器付き速度検出装置の改良に関す
る。
〔従来の技術〕
一般に、回転型磁気ヘッド装置等の回転駆動装置では、
磁気ヘッドドラム等の被回転体を所定の回転位相にて定
速回転させるために、被回転体の回転位相と回転速度と
を検出する位相検出器及び速度検出器を配設し、各検出
出力を利用して位相サーボと速度サーボとを駆動モータ
に施している。
かかる構成の従来の回転位相検出器付き速度検出装置の
構造,原理等について、第5図以降を参照しながら説明
する。第5図は、従来の回転位相検出器付き速度検出装
置に用いられるロータマグネット3{ロータ(回転子)
の一部}を示す平面図であり、4はロータマグネット3
の大部分に円周方向に形成される速度検出用の着磁部
(以下、“FG(Frequency Generator;周波数発電機)着
磁部”と記述する)、5はロータマグネット3のうちFG
着磁部4以外の箇所に形成される位相検出用の着磁部
(以下“PU着磁部”と記述する)である。以下、従来装
置における動作原理について、第6図をも参照し乍ら説
明する。
第6図(A)は、ロータマグネット3のうちPU着磁部5
付近を直線状に延ばして示す原理図であり、この図に示
すように、PU着磁部5はロータマグネット3のうち1ヶ
所のFG2極分を4等分して、2周期分のパターンとして
形成される。なお、FG着磁部4は、この例では38極のN
極又はS極から成っている。また、同図(B)はこのロ
ータマグネット3に対向して設けられるコイルパターン
2を示し、6が速度検出用のFGコイルパターン(以下
“FGパターン”と記述する)、7が位相検出用のPUコイ
ルパターン(以下“PUパターン”と記述する)である。
かかる構成において、第6図に示した位置関係、即ち、
FGパターン6はFG着磁部4に対向したときに発電し、第
7図(A)に示すようなFG信号を、端子α,β間に得て
いる。また、PUパターン7はPU着磁部5に対向したとき
だけ発電して、同図(B)に示すようなPU信号を端子
γ,δ間で得る。なお、この場合、PU着磁部5のピッチ
とPUパターン7のピッチとが1対1で対応する箇所は1
回転につき1ヶ所であるが、これは検出を必要とする基
準位置に対応して設けられる。
〔考案が解決しようとする課題〕
上述の如き従来の回転位相検出器付き速度検出装置にお
いては、PU着磁部5はFGパターン6と対向した際にはFG
の発電には寄与しない。即ち、FGパターン6から見る
と、1ヶ所着磁が無いのと同じ状態となり、FGパターン
6の中心点が回転中心Oからずれている場合には、1回
転当り1度(以下“1回転1度”と略記する)のエンコ
ーダエラーが発生してしまう。その原因(発生原理)に
ついて、第8図と共に説明する。
第8図において、6cはFGパターン6の平均半径Rの円、
OはFGパターン6の中心点、O′はロータマグネット3
の回転中心である。なお、ロータマグネット3の回転角
速度をω、両中心点O,O′の間隔をrとする。いま、r
≠0,即ち両中心点O,O′の位置がずれている場合には、
ロータマグネット3の全周にFG着磁部4が形成されてい
ると仮定すると、第8図に示す速度V1と速度V2は合成さ
れて、次式に示す通り平均速度Vとなる。
(V1+V2)/2={(R+r)ω+(R−r)ω}/2 =Rω(=V) ……(1) しかるに、実際にはFG着磁部4はロータマグネット3の
円周上1パルス分欠落した状態にあるため、V1とV2は合
成されない。ここで、FG着磁が1パルス分のみ存在する
状態での1回転当り1度のエンコーダエラーについて考
察してみる。その他の条件は理想状態とする。即ち、 FGパターンは全周積分型とし、真円で各線素の長さ
は等しく、面振れはない。
FG着磁は回転中心に対して均等の分割されており、
各極より発生する磁束量は均一で、面振れはない。
ロータ(マグネット)の回転速度は一定である。以
上の条件下での、1パルス分の1回転1度のエンコーダ
エラーをE′eとすると、 E′e=(V1−V)/V×100[%o-p] ={(R+r)ω−Rω}/(Rω)×100 =r/R×100[%o-p] =r/R×100/▲√▼[%rms] ……(2) 従って全周にFG着磁がありPU着磁がある場合は、FGパル
ス数をnとすると、FG着磁1パルス分の影響は1/nとな
る。更にFGパターンの平均径D=2R,FGパターンラジア
ル面振れd=2rであるから、全周にFG着磁とPU着磁があ
る場合の1回転1度のエンコーダエラーをEeとすれば、 Ee=d/(nD)×50▲√▼ ……(3) となる。なお、この式に、実際の回転速度検出器の数値
を代入して計算した理論値(破線)と、実際に測定した
実測値(点)とを第9図に示す。この図から明らかなよ
うに、両者の間には有位水準1%の正相間があり、上記
理論通りの1回転1度のエンコーダエラーが生じること
が理解される。
そこで、これを解消しようとして、PU着磁部5とバラン
スする位置に、無着磁部あるいは着磁の弱い部分を設け
ると、1回転1度のエンコーダエラーは減少するが、FG
着磁部4の隣接極同士で磁界の発生する量の差の大きい
箇所が発生するため、PUノイズ(PU信号に含まれるノイ
ズ成分)が大きくなり、誤動作の原因になる等の欠点が
あった。
〔課題を解決するための手段〕
本考案の回転位相検出器付き速度検出装置は、円周方向
に速度検出用コイルパターンと位相検出用コイルパター
ンとを有し、これら2つの検出用コイルパターンに対向
して相対的に回転移動する速度検出用着磁部と位相検出
用着磁部を円周方向に形成したロータマグネットを備え
たブラシレスモータに用いられる速度検出装置であっ
て、上記速度検出用着磁部に、回転中心に対して上記位
相検出用着磁部と対称の位置に、ほぼ三ヶ月型の無着磁
部を設けたことにより、上記課題を解決した。
〔実施例〕
第1図は、本考案の回転位相検出器付き速度検出装置に
用いられるロータマグネットの第1実施例の平面図であ
り、この図において、第5図に示した従来例と同一部分
には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。図
示の如く、ロータマグネット11に形成される速度検出用
のFG着磁部8内に、三ヶ月状の無着磁部14を設けてい
る。そして、無着磁部14のうち最も幅が広くなる中央部
14cは、上記PU着磁部5に対して回転中心の反対側にな
るよう位置決めされている。この無着磁部14の形状や寸
法を適切な値にすることにより、PU着磁部5とバランス
させ、1回転1度のエンコーダエラーを減少させること
ができる。また、そのとき、速度検出用のFG着磁部8の
隣接S,N極同士の発生する磁界は、除々に減少及び増加
するので、PUノイズの発生量は抑制でき、誤動作するこ
とは無い。
なお、この第1実施例では、無着磁部14を第1図に示し
たように、FG着磁部8の内側に接して設けたが、これに
限らず、第2図に示すようにFG着磁部9の外側に接して
設けても良い。更に、第3図示のようにFG着磁部10の
間、即ちFGパターン内周円R2とFGパターン外周円R3との
間に設けても構わなく、上記条件{無着磁部15,16のう
ち最も幅が広くなる中央部15c,16cがPU着磁部5に対し
て回転中心の反対側になるよう位置決めれること}さえ
満足していれば、同様の効果を得ることができるので、
特定の位置に限定されないものである。
次に、上記実施例における、無着磁部の形状の最適条件
について、第2図の原理図を併せ参照しながら説明す
る。
本考案装置の場合、PU着磁部5はFGパターンの発電には
寄与しないので、PU着磁部5はFGとしては無着磁と同じ
状態になる。そのため、ロータ側にFGのアンバランスが
あり、ステータ側のアンバランスと重なって、1回転1
度のエンコーダエラーEe成分が発生する。磁束密度を ロータの回転速度を として、アンバランスが無い状態を数式で表わすと、 ところで、磁束密度 はほぼ一定である。そこで第2図示の如く、ロータの中
心Oを原点とし、PU着磁部5の中央部をx軸上+側に一
致させると、速度 のx軸方向成分は上下でキャンセルされるため、求める
条件は、 ∬sv・cosθdS=0 ……(7) 本来、全周にFG着磁部及びFGパターンが形成されている
場合に第6式が成立するので、FGパターンより見たPU着
磁面をS1,無着磁面をS2として上記(7)を書き直す
と、 ∬s1v・cosθdS1 +∬s2v・cosθdS2=0 ……(8) 以下、この条件を計算により求める。まず、内側無着磁
の場合、第2図に示すように、形成すべき無着磁部の円
弧の中心O′とFG着磁部(ロータ)の中心Oとの距離を
r、中心O′から無着磁部の縁までの距離(半径)を
R1、FGパターン6の内周円半径をR2、FGパターン6の外
周円半径をR3、PU着磁部5の中央からの無着磁部先端ま
での開き角をθcとして、以下の方程式を建てる。
(x+r)2+y2=R1 2(破線の着磁内周円) x2+y2=R2 2(FGパターン内周円) x2+y2=R3 2(FGパターン外周円) tanθ=y/x(角度θの直線の傾き) これらの式から、原点Oより点Aまでの距離ARは、 また、原点Oより点Bまでの距離BRは、 BR=R2 また、原点Oと点Cとを結ぶ直線とχ軸とのなす角度θ
cは、 求める条件は、 なお、第9式左辺の第1項はPU着磁部5、同第2項は無
着磁部14に関する条件である。ところで、θ=π及びそ
の近傍ではR1 2≫r2sin2θなので、R1 2−r2sin2θ≒R1 2
として上式を解くと、次の式が求まる。
次に、外側無着磁の場合、第2図(B)に従って、以下
の方程式を建てて、内側無着磁の場合と同様にして解
く。
(x-r)2+y2=R1 2(破線の外周着磁円) x2+y2=R2 2(FGパターン内周円) x2+y2=R3 2(FGパターン外周円) tanθ=y/x(角度θの直線の傾き) これを解くと、 以下前記同様の条件を考慮して解くと、次の式が求ま
る。
ここで、実際に使用する具体的な装置(FGパルス数n=
20)に適用し、r,R1に適当な値を順次代入して、左辺が
零となるr,R1の値を求めてみたところ、次のようになっ
た。
内側無着磁の場合、 R1=13.3+r,R2=13.85,R3=15.05以上から、r=0.417 外側無着磁の場合、 R1=15.65−r,R2=13.85,R3=15.05以上から、r=0.43
5 従って、内側,外側無着磁(第1,第2実施例)ともr≒
0.42[mm]あたりが最適条件となる。その場合、無着磁
部14,15の最大幅の寸法(PU着磁部5の中央部に対して
点対称の位置の幅)は、約0.6[mm]となる。従って、
第4図に示した第3実施例の無着磁部16の形状及び最大
幅寸法も、同様に形成すると良いことが類推できる。
第10図は、従来例,及び本考案各実施例(内側,外側無
着磁)において、無着磁部14,15の最大幅を夫々0.2,0.
6,1.0[mm]の計7種類のロータマグネットについて、
1回転1度のエンコーダエラーEe(実施例では45Hz成
分)を実測した値を示す測定図である。なお、図中のφ
はFGパターン同軸度である。この図から明らかなよう
に、従来例(無着磁部寸法=0のもの)に比べて、本考
案の実施例(同寸法=0.6[mm])のものでは、1回転
1度のエンコーダエラーが明らかに減少している。
なお、本考案の各実施例においては、無着磁部14〜16を
形成した分だけFG着磁部8〜10の幅が狭くなるので、FG
信号出力の低下やPUノイズの増加が予想されるが、測定
の結果、FG信号出力は第11図に示すように、従来例に比
べて1割程度の低下にとどまり、PUノイズの増加も殆ど
なかった(第2図参照)。なお、PU信号の出力レベルは
第13図に示すように、殆ど変化はなかった。
〔効果〕 本考案になる回転位相検出器付き速度検出装置は以上の
ように構成したので、従来の回転位相検出器付き速度検
出装置における前記問題点を軽減し、FG信号出力の低下
及びPUノイズの増加をそれ程伴うことなく1回転1度の
エンコーダエラーを大幅に減少させることができる。従
って、本考案の回転位相検出器付き速度検出装置をVTR
の回転磁気ヘッドの回転駆動装置に使用すると、位相サ
ーボ用の信号を組込みながら、速度サーボ用の制御信号
も高い精度で得ることができるという優れた特長を有す
る。
【図面の簡単な説明】
第1図,第3図及び第4図は夫々本考案の第1乃至第3
実施例の回転位相検出器付き速度検出装置を構成するロ
ータマグネットの着磁状態を示す模式的平面図、第2図
(A),(B)は夫々本考案の第1,第2実施例装置にお
ける無着磁部の形状回析用原理図、第5図は従来装置に
用いられるロータマグネットの模式的平面図、第6図
(A)はロータマグネットのうちPU着磁部付近を直線状
に延ばして示す模式図、同図(B)はパターンのうちPU
パターン付近を同図(A)に対応させて示す模式図、第
7図(A),(B)は夫々FGパターン及びPUパターンに
て得られるFG信号及びPU信号の信号波形図、第8図は1
回転1度のエンコーダエラーの発生原因説明用原理図、
第9図は1回転1度のエンコーダエラー発生の計算値
(理論値)と実測値を示す相間図、第10図は従来例及び
本考案各実施例を構成するロータマグネットにおける1
回転1度のエンコーダエラーの測定図、第11図は上記従
来例,各実施例を構成するロータマグネットによるFGパ
ターンからのFG信号出力測定図、第12図は同じくPUノイ
ズの測定図、第13図は同じくPU信号の出力レベルの測定
図である。 2……コイルパターン、5……PU着磁部、6……FGパタ
ーン、7……PUパターン、8〜10……FG着磁部、11〜13
……ロータマグネット、14〜16……無着磁部、14c〜16c
……中央部。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】円周方向に速度検出用コイルパターンと位
    相検出用コイルパターンとを有し、これら2つの検出用
    コイルパターンに対向して相対的に回転移動する速度検
    出用着磁部と位相検出用着磁部を円周方向に形成したロ
    ータマグネットを備えたブラシレスモータに用いられる
    速度検出装置であって、 上記速度検出用着磁部に、回転中心に対して上記位相検
    出用着磁部と対称の位置にほぼ三ヶ月状の無着磁部を設
    けたことを特徴とする、回転位相検出器付き速度検出装
    置。
JP1990011437U 1990-02-07 1990-02-07 回転位相検出器付き速度検出装置 Expired - Fee Related JPH0733163Y2 (ja)

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DE69108952T DE69108952T2 (de) 1990-02-07 1991-02-06 Geschwindigkeitsmesseinrichtung mit einem Rotationsphasendetektor.
US07/651,985 US5130649A (en) 1990-02-07 1991-02-07 Speed detection apparatus having magnetic rotor with two magnetized portions and a crescent shaped non-magnetized portion

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EP0441615B1 (en) 1995-04-19
EP0441615A2 (en) 1991-08-14
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