JPH076095B2 - 精紡機のスピンドルのための独立モータ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は精紡機のスピンドルのた
めの独立モータ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】スピン
ドル軸がモータのロータに固着され、少なくとも一つの
ホールセンサと一つの永久磁石を有する回転位置検知器
を備え、該永久磁石の回転補助磁界がホールセンサにイ
ンパスルを生じせしめるようになっているスピンドルの
ための独立モータ装置は公知である。

【０００３】かかる公知の装置においては、すべてのス
ピンドルの回転の制御を行なうために、スピンドルの回
転速度そして／又は回転位置をモニタする検知器を追加
して取り付けられるようになっている。欧州特許公告公
報第０４３６９３４Ａ１号に開示されている独立モータ
によるスピンドル駆動のスピンドル上の磁性回転速度検
知器を有する装置にあっては、ロータはスピンドル軸に
しっかりと取り付けられている。速度検知器はスピンド
ル軸と一緒に回転して回転補助磁界を発生する永久磁石
とホールセンサとを有している。ホールセンサに対する
磁石の回転は回転速度に同期した信号を生ずる。しかし
ながら、この回転速度検知器は、スピンドルにより追加
空間を要求され、その取付けを困難にしている。この分
離した取付けの結果、これらの検知器は干渉に関して影
響を受け易い。

【０００４】本発明の目的は、上記公知装置の有してい
る問題を解決し、スピンドルの回転速度の測定を簡単化
し、速度検知器の取付けによる不釣合いの問題も回避で
きる精紡機のスピンドルのための独立モータ装置を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段、作用及び発明の効果】本
発明によれば、上記目的は、特許請求の範囲の請求項１
に記載されているように、少なくとも一つのホールセン
サが、スピンドルの回転に伴い同期して変化する永久磁
石の補助磁界にてロータの側方に設けられていること、
ホールセンサが該ホールセンサの幅よりも大なる幅の強
磁性または永久磁石の遮蔽要素により囲まれかつ該遮蔽
要素がモータの能動要素たるロータとステータの間に位
置していること、信号ワイヤがホールセンサからスピン
ドル回転モニタ装置そして／又はモータ磁界制御装置へ
接続されていることにより達成される。

【０００６】かかる本発明によると、スピンドルの回転
速度の測定はきわめて信頼性が向上する。ホールセンサ
と補助磁界発生のための永久磁石をもった、スピンドル
の回転数の決定のための検知器は、モータの自由空間内
にコンパクトにかつ保護されて取り付けられる。上記検
知器での補助磁界が能動要素としてのロータやステータ
による干渉磁界（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆｉｅｌ
ｅｄｓ）から遮蔽される場合、上記検知器はモータに一
体的に組み込まれることができる。これに加え、上述の
ごとく本発明では、遮蔽要素は、ホールセンサが磁力線
の位置にあって磁力線を集束するように、該ホールセン
サの周辺に配設されている。好ましくは、強磁性の遮蔽
要素はホールセンサを保護して、ホールセンサにて永久
磁石により干渉のない回転信号を発生する。信号が崩れ
ることのない回転あるいは位置信号はホールセンサから
信号ワイヤを経て、回転速度のモニタリングそして／あ
るいはモータの磁界の制御のために供給される。回転位
置検知器はいろいろなモータに一体的に組み込める。そ
のための遮蔽要素の形及び配置は各場合に応じモータに
適合させることができる。

【０００７】本発明は、他の形態として、特許請求の範
囲の請求項２〜１１のごとく変形可能であるが、遮蔽要
素は、請求項２にしたがってロータに固着されているス
ピンドル軸に取り付けたり、あるいは請求項３にしたが
い、非回転位置にてステータフランジに組み込むことも
できる。遮蔽要素の設計上の選択は構造上の可能性及び
ステータへの電力供給方法の形式に依る。遮蔽要素と永
久磁石はスピンドル軸に遮蔽効率が良くなる状態で保持
されており、この配置によると、回転補助磁界における
強磁性遮蔽要素の定位置から起因するヒステリシスによ
る損失を生ずることなく補助磁界での遮蔽要素の望まし
い追加的増幅効果を得る。請求項４によると、好ましい
遮蔽要素の形態として、ホールセンサの近傍での漂浮磁
界（ｓｔｒａｙ ｆｉｅｌｄｓ）を集束させるように設
計され、また磁気リラクタンスを減少させることによっ
てホールセンサの近傍での補助磁界を増幅する。

【０００８】また、発生した熱を遮蔽要素から逃がすよ
うにすると有利である。

【０００９】回転面をなす遮蔽要素の形は、請求項５に
て述べられているように、モータにより異なるし、また
スピンドル軸により定まる固定の可能性によって異な
る。

【００１０】請求項６に述べられている回転位置検知器
はスピンドル軸に固着された永久磁石のための形態を提
案し、請求項７では永久磁石と遮蔽要素がスピンドル軸
に固着されている。また請求項８による他の形態では、
交番リラクタンスを有する強磁セグメントがスピンドル
軸に対称的に固定されており、この場合、非回転の永久
磁石の補助磁界のためのリラクタンスは回転速度に同期
して変化する。ホールセンサは、常に、非回転の永久磁
石の予め磁化された補助磁界内にあり、この予磁化はイ
ンパルスに関し変動し、回転強磁セグメントによる回転
と同期する。請求項９によると、強磁セグメントと遮蔽
要素は共通部材によってスピンドル軸に固定される。

【００１１】請求項１０によると、電気的に切り換えら
れる複数のモータが使用されており、ロータの回転位置
を決定するための回転位置検知器は、永久磁石の回転補
助磁界と協働する少なくとも非回転ホールセンサを備え
ている。スピンドルの回転速度はこれらの回転位置信号
から求められる。

【００１２】請求項１１によると、回転位置検知器はモ
ータの構造と組立順序によって、モータ内でローラの上
方あるいは下方に位置する。こうすることにより、例え
ば、スピンドルハウジング内の軸受ユニットでのスピン
ドルの組立が簡単となる。

【００１３】スピンドル軸がスピンドル、ハウジングに
てフットステップ軸受とネック軸受とにより支えられて
いるスピンドルのための独立モータの場合、回転位置検
知器はロータの上方位置にてスピンドル軸に取り付けら
れる。軸部が両端にて二つのボール軸受により支えられ
ている他のスピンドルの場合には、図示の形態ごとく、
回転位置検知器はロータの下方位置にて取り付けられ
る。ロータは広く行なわれている形態でスピンドル軸に
取り付けられる。

【００１４】本発明による利点は、主として、回転位置
検知器がスピンドルに分離して取り付けなくともよいこ
とであり、また、ホールセンサが電気的にも機械的にも
保護された状態で配設されることである。回転位置検知
器はスピンドル組立体とぶつかることはない。ホールセ
ンサとの干渉も最小限にすることができる。本発明はモ
ータの磁界によるホールセンサへの干渉がなくなるの
で、位相インバータにより駆動される独立モータの場合
に特に効果的である。この結果、スピンドルの回転の検
知信号は崩れない。

【００１５】

【実施例】以下、添付図面にもとづき、本発明の実施例
を説明する。

【００１６】図１は本発明の第一実施例として、モータ
１をもつスピンドル駆動部を示しており、一体化された
スピンドル軸２がロータ３に固定されている。非同期モ
ータとしてのモータ１のステータ４はステータ巻線５を
有している。ロータ３は短絡環６を両端側に有してい
る。モータ１は、ロータとステータの磁界を横切る漂浮
磁界を生ずる位相周波数（ｐｈａｓｅ ｆｒｅｑｕｅｎ
ｃｙ）をもつ周波数コンバータ（図示せず）によって駆
動される。モータ１のロータ３の側方の自由空間に設け
られ、補助磁界を生ずる永久磁石８が回転するように設
けられているのに対し、ホールセンサ７が固定して設け
られている回転位置検知器からの回転速度信号を崩して
しまうことを避けるために、回転補助磁界Ｂは、互いに
干渉するロータとステータの磁界Ｂｓからは切り離され
ている（図２参照）。スリーブ状の遮蔽要素９はホール
センサ７のまわりに取り付けられ、アダプタ１０によっ
てスピンドル軸２にしっかりと保持されている。永久磁
石８もまたホルダ１１によってスピンドル軸２によって
取り付けられており、そのホールセンサ７がステータフ
ランジ１３のサポート１２に静止位置で取り付けられて
いる。

【００１７】遮蔽要素９で覆われた空間内には、スピン
ドル軸２と一緒に回転する永久磁石８と遮蔽要素９との
間に、永久磁石８の回転補助磁界８が損失を最小として
ホールセンサ７の作動域に作動するように、ホールセン
サ７が位置付けられている。モータ１内の自由空間での
このコンパクトなホールセンサ７と永久磁石８の配置
は、回転位置検知器７，８のための機械的そして電気的
な保護をなす。遮蔽要素９は回転位置検知器７，８のま
わりに単に取り付けるだけでよい。そして、それはスピ
ンドル軸２に取り付けられたアダプタ１０に挿入もしく
は押し込められる。

【００１８】図２には図１装置の一部分が拡大して示さ
れている。モータ１内の干渉磁界Ｂｓと永久磁石８の補
助磁界Ｂの両者が図示されている。ホールセンサまわり
での形状と位置によって、鉄製の磁性遮蔽要素９は、ホ
ールセンサ７を漂浮磁界Ｂｓから遮蔽するのに加え、永
久磁石８の補助磁界Ｂを増幅する。遮蔽要素９内でのこ
の磁力線の集束は、ホールセンサ７の作動域における永
久磁石８の補助磁界Ｂと能動モータ要素３，４の干渉磁
界Ｂｓとの間の信号距離（ｓｉｇｎａｌ ｄｉｓｔａｎ
ｃｅ）をも増幅する。遮蔽要素９による干渉磁界Ｂｓか
ら補助磁界Ｂの分離は、干渉磁界Ｂｓから大きく離され
てセンサが配置されていた公知の装置の場合に比べて同
等かあるいはそれよりも良い。

【００１９】図３には、スピンドル軸２と共に回転し該
スピンドル軸２の回転中に半径方向にて静止せるホール
センサ７に近接対向する永久磁石の様子が模式的に示さ
れている。スリーブ状の遮蔽要素９は、永久磁石８の側
方にあり、ロータ３とは逆向きに軸方向に開くようにし
て、アダプタ１０によってスピンドル軸２に接続されて
いる。干渉磁界Ｂｓの方向は矢印にて示されている。ホ
ールセンサ７の信号取り出し用のワイヤは遮蔽要素９の
側方から外部に引き出されている。

【００２０】図４は、スピンドル軸２の一回転中におけ
るホールセンサ７の補助磁界Ｂの波形を回転角に関し示
している。発生しホールセンサ７内で分散する補助磁界
Ｂは、スピンドルの一回転毎に一連のインパルスとし
て、定常の干渉磁界Ｂｓに重畳される。ディジタルのホ
ールセンサ７は、もし該ホールセンサ７内での補助磁界
Ｂのパルス状の交番磁界が干渉磁界Ｂｓよりも相応に大
きくなったときに、正確にスイッチ動作する。もしも、
干渉磁界Ｂｓがホールセンサ７内で補助磁界Ｂとほぼ同
じであるならば、実際の回転速度信号よりも多いあるい
は少ないディジタル信号がホールセンサによって生じ
る。ホールセンサ７の信号範囲は点を分布した領域とし
てして示してある。

【００２１】ホールセンサ７をとりまく遮蔽要素９は、
ディジタルホールセンサ７による可能性あるスイッチン
グの辷り（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｓｌｉｐｐａｇｅ）を
阻止する。その結果、ホールセンサ７からのセンサ信号
Ｕは回転せる補助磁界Ｂに正確に対応して発生する。干
渉磁界Ｂｓの大きさは描かれている補助磁界Ｂよりも小
さく、機械の非回転状態、例えば回転直前時、停止時、
そしてスピンドルに大きな負荷がかかったときにおい
て、最も大きくなる。遮蔽要素９の位置はかかる状態下
ではきわめて重要で、特に、大きなロータの干渉磁界Ｂ
ｓの場合に重要となる。

【００２２】図５には、前出の例とは違った形態の第二
の実施例としての回転位置検知器の断面が示されてい
る。この回転位置検知器は一つのホールセンサ７につい
て一つの非回転永久磁石８と、これに加え、スピンドル
２に接続された三つの強磁性セグメント１５を有してい
る。非回転永久磁石８を有することによる一つの利点
は、高速回転時に、該非回転永久磁石８に遠心力が作用
しないということである。強磁性物を含む回転セグメン
ト１５は、永久磁石８を固定する材料よりも、またこの
永久磁石をなしている強磁性材料よりも大きな遠心力に
耐えられる。スピンドルが一回転しても、セグメント１
５と永久磁石８をもつホールセンサ７との間の距離は、
図１及び図３に示される前実施例における永久磁石８と
ホールセンサ７との間の距離よりも大きくならない。ホ
ールセンサ７の実効リラクタンスＲｍはセグメント１５
とセグメント空隙１６と交番変化するリラクタンスＲｍ
によて、回転と共に図６に示すように時間の経過により
同期して変化する。このようにホールセンサ７での非回
転永久磁石８により生じた補助磁界Ｂもまた同期的に変
化し、その結果、永久磁石８のこの取付け方法は上述の
ディジタル信号Ｕがスピンドルの回転と同期せしめるよ
うになる。ホールセンサ７での補助磁界Ｂのインダクシ
ョンを示す位相角でのグラフは、図４のものに対応す
る。その理由は、図３に示されるスピンドル軸２に固定
された永久磁石８に相当する予め磁化された永久磁石８
をもつ一つもしくはそれ以上のホールセンサ７に対し
て、強磁性セグメント１５が回転するからである。この
図５に示される第二の実施例では、永久磁石の補助磁界
Ｂにおけるパルス状の変化は、第一の実施例の回転位置
検知器７，８の場合と同様に、干渉磁界Ｂｓによって重
畳される。しかし、これらは遮蔽要素９によって弱めら
れ、不正確にホールセンサ７をスイッチすることはな
い。図４及び図６における二つの例において、角度φは
ロータ３の回転角に対応する。その結果、回転位置検知
器７，８は回転速度ｎとロータの位置を誤差なく決定す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例装置の縦断面図である。

【図２】図１装置の回転位置検知器及びその周辺を示す
拡大縦断面図である。

【図３】図１装置の回転位置検知器及びその周辺の拡大
横断面図である。

【図４】図１装置の補助磁界の変化を示す図である。

【図５】本発明の第二の実施例装置について回転位置検
知器及びその周辺を示す横断面図である。

【図６】図５装置の補助磁界の変化を示す図である。

【符号の説明】

２ スピンドル軸 ３ ロータ ４ ステータ ７ ホールセンサ ８ 永久磁石 ９ 遮蔽要素 １０ アダプタ １３ ステータフランジ １５ 強磁セグメント

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スピンドル軸がモータのロータに固着さ
   れ、少なくとも一つのホールセンサと一つの永久磁石を
   有する回転位置検知器を備え、該永久磁石の回転補助磁
   界がホールセンサにインパルスを生じせしめるようにな
   っているものにおいて、少なくとも一つのホールセンサ
   （７）が、スピンドルの回転に伴い同期して変化する永
   久磁石（８）の補助磁界にてロータ（３）の側方に設け
   られていること、ホールセンサ（７）が該ホールセンサ
   （７）の幅よりも大なる幅の強磁性または永久磁石の遮
   蔽要素（９）により囲まれかつ該遮蔽要素（９）がモー
   タの能動要素たるロータ（３）とステータ（４）の間に
   位置していること、信号ワイヤがホールセンサ（７）か
   らスピンドル回転モニタ装置そして／又はモータ磁界制
   御装置へ接続されていることを特徴とする精紡機のスピ
   ンドルのための独立モータ装置。
2. 【請求項２】 遮蔽要素（９）がスピンドル軸（２）に
   結合されていることとする請求項１に記載の精紡機のス
   ピンドルのための独立モータ装置。
3. 【請求項３】遮蔽要素（９）が非回転の部位、特にステ
   ータフランジ（１３）又はモータハウジングに取り付け
   られていることとする請求項１に記載の精紡機のスピン
   ドルのための独立モータ装置。
4. 【請求項４】 遮蔽要素（９）は、ホールセンサ（７）
   の周囲の干渉磁界の磁力線に沿って位置付けられホール
   センサ（７）の周囲の補助磁界の磁力線を増幅するよう
   に配設されていることとする請求項１ないし請求項３の
   うちの一つに記載の精紡機のスピンドルのための独立モ
   ータ装置。
5. 【請求項５】 スピンドル軸（２）の回転面と同心に配
   された遮蔽要素（９）は、ロータ（３）に保持されてい
   るアダプタ（１０）に圧入により配設されていることと
   する請求項４に記載の精紡機のスピンドルのための独立
   モータ装置。
6. 【請求項６】 永久磁石（８）はスピンドル軸（２）に
   対して対称に取り付けられ、非回転のホールセンサ
   （７）と協働するように配されていることとする請求項
   １ないし請求項５のうちの一つに記載の精紡機のスピン
   ドルのための独立モータ装置。
7. 【請求項７】 永久磁石（８）と遮蔽要素（９）は共通
   部材によってスピンドル軸（２）に取り付けられている
   こととする請求項６に記載の精紡機のスピンドルのため
   の独立モータ装置。
8. 【請求項８】 交番リラクタンスを有する対称な強磁セ
   グメント（１５）がスピンドル軸（２）に取り付けられ
   てホールセンサ（７）の近傍を通って回転するようにな
   っていることする請求項１ないし請求項５のうちの一つ
   に記載の精紡機のスピンドルのための独立モータ装置。
9. 【請求項９】 強磁セグメント（１５）と遮蔽要素
   （９）が共通部材によってスピンドル軸（２）に取り付
   けられていることとする請求項８に記載の精紡機のスピ
   ンドルのための独立モータ装置。
10. 【請求項１０】 ロータの位置決めのために、ロータの
    位置検知器が、永久磁石（８）と協働する少なくとも二
    つのホールセンサ（７）を有していることとする請求項
    １ないし請求項９のうちに一つに記載の精紡機のスピン
    ドルのための独立モータ装置。
11. 【請求項１１】 ロータの位置検知器は、モータの構造
    にしたがいモータ内にてロータ（３）の上方もしくは下
    方位置に設定されていることとする請求項１ないし請求
    項１０のうちの一つに記載の精紡機のスピンドルのため
    の独立モータ装置。