JPS5831874B2 - モ−タの回転状態検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、モータに組込んで用いられる静電容量変化型
の回転状態検出装置に関する。

従来、この種の静電容量変化型の回転速度検出装置とし
ては、第１Ａ図に示すような装置が知られている。

第１Ａ図は、この回転速度検出装置の原理を示す軸方向
の断面図である。

第１Ａ図に示すように、回転体の回転軸１には、外周縁
に歯形が形成された導電体の円板状回転リング２が取り
付りられている。

そしてこの回転リング２の半径方向に対向して、実質的
に同一形状の歯形が内周縁に形成された環状固定電極３
が設けられている。

従って回転軸１の回転に応じて、回転リング２の歯形が
固定電極の歯形の山部と谷部とに順次対向して、これら
の電極間の静電容量が変化する。

この結果、回転軸１の回転速度に比例した検出信号を回
転リング２と固定電極３との間から得ることができる。

このような静電容量変化方式の回転速度検出装置は、構
造が簡単であるため精度が出やすく、正確な回転速度の
検出が容易である。

また歯形のピッチを挾くすることができるので、検出信
号の周波数を高くすることができ、このためサーボ帯域
を広くすることができる。

ところが検出信号は回転リング２と固定電極３とから得
るため、回転リングの信号は回転軸１、軸受、モータケ
ース（図示せず）を介してか、或は特別に回転軸１に設
けたスリップリングとブラシ（図示せず）とを介して取
り出さねばならない。

第１Ｂ図は第１Ａ図の回転速度検出装置の等価回路であ
って、検出すべき容量変化ＪＣを生ずる可変容量Ｃと直
列に、軸受と回転軸との間、或はスリップリングとブラ
シとの間に接触抵抗ｒが形成される。

そしてこの接触抵抗ｒが回転軸１の回転に伴なって変動
するので、検出信号のレベル変動が生じたり、ノイズが
発生したりする。

従一つで正確な検出信号が得られなかったり、或はスリ
ップリング、ブラシ等の余分な構成部品が必要となる欠
点があった。

このような欠点を補うため一つの改良された静電容量変
化型の回転速度検出装置が提案されている。

第２Ａ図はこのような回転速度検出装置の原理を示す軸
方向の断面図である。

第２Ａ図において、第１Ａ図と同様に、回転体の回転軸
１には、外周縁に歯形が形成された導電体の回転リング
２が取り付けられている。

そして上記歯形と実質的に同一形状の歯形が内周縁に夫
々形成された第１及び第２の環状固定電極４，５が、上
記回転リング２の歯形と近接対向して設けられている。

このように構成すると、回転リング２と第１の固定電極
４との間の静電容量Ｃ１及び回転リング２と第２の固定
電極５との間の静電容量Ｃ２が、回転リング２と電極４
，５との夫々の歯形の山部と谷部との対向状態に応じて
変化する。

第２Ｂ図は第２Ａ図の検出系の等価回路であって、搬送
波信号６を第１電極４に供給すると、この搬送波信号は
回転リング２を介して第２電極５に流れる。

従って回転軸１の回転速度に比例した検出信号を第２電
極５から得ることができ、第１Ａ図の方法のような信号
の取り出し方についての問題を解決することができる。

しかしながら第２Ｂ図に示すように、回転リング２は、
第１Ａ図と同様に、回転軸１、軸受、モータケースを介
して接地され、この間に回転軸１と軸受との接触抵抗ｒ
が介在する。

従って、回転軸１の回転に伴なって回転リング２の電位
が変動して、回転速度検出信号に影響を与える。

また第１電極４と回転リング２との間の固有容量をＣ８
、夫々の歯形の山部と谷部との対向状態によって変化す
る静電容量の変化分の振副をＪＣ（ピーク−ピーク値）
とすると、Ｃ１はＣ１−ＪＣ ｃｏ士丁と表わされる。

また第１電極４及び第２電極５が実質的に同一形状であ
れば、第２電極Ｃ ５と回転リング２との間についても、Ｃ１−Ｃｏ士７な
る容量変化が生ずる。

第３Ｂ図に示すように、これらのＣ１及びＣ２は回転リ
ング２を介して直列Ｃ１＋Ｃ２Ｃｏ１Ｃ 接続となるから、全体としての容量は□−−±−２２４ ＪＣ （変化分のピーク−ピーク値はＴ ）となり、第２電極
５から得られる回転速度検出信号の振幅はグに比例した
ものとなる。

従って検出すべき信号の振幅が、第１Ａ図に示す検出系
よりも実質的に減少したものとなる。

なお第２Ｂ図のＣ３は、回転リング２と接地電位（モー
タケース）との間の固有容量である。

上述のような欠点をなくすために、回転リング２を回転
軸１から絶縁することが考えられる。

そして上述の静電容量変化型の回転速度検出装置は構造
が非常に簡単であるので、例えばアキシャル、エアギャ
ップ型の偏平ブラシレスモーフの中に組み込んで使用し
た場合、非常に有効である。

第３Ａ図はこのようなアキシャルエアギャップ型ブラシ
レスモークの軸方向の断面図である。

第３Ａ図において、絶縁物が形成された円板状の固定子
板８がモータケース９の間に固定されている。

モータ回転軸１には永久磁石型の回転子が固定されてい
て、この回転子は磁性材料でもって形成された一対の円
板状のディスクヨーク１４，１５から構成されている。

これらのディスクヨーク１４゜１５は例えば金属製の円
筒状支持部材１６の上端及び下端に夫々固定されている
。

そして下側ディスクヨーク１５上には、環状の永久磁石
１７が固定されている。

なおこの永久磁石１７及び上側ディスクヨーク１４と固
定子板８とは軸方向に最小許容空隙を残して夫々対向し
ている。

また永久磁石１７は、その円周に沿ってモータの極数に
対応したＮＳ交互の着磁がなされている。

また固定子板８の上記永久磁石１７と対向した部分には
、モータの相数に対応した電機子コイルが埋設されてい
る。

第３Ａ図に示すように、下側ディスクヨーク１５の周縁
には環状の絶縁部材１３を挾んで回転リング２が取り付
けられている。

そしてこの回転リング２の歯形２ａと近接対向して第１
及び第２の固定電極４，５がモータケース１０に固定さ
れている。

従って、第３Ａ図の構成によれば、回転リング２を回転
軸１から電気的に絶縁することが可能となる。

しかも回転子（ディスクヨーク）に回転リング２を取り
付けているので、モータの形状を変更することなく回転
速度検出装置をモータ内部に組み込むことができる。

しかしモータの構造上、ディスクヨーク１５には永久磁
石を取付ける必要があるので、回転リング２とディスク
ヨーク１５とを互に絶縁するための絶縁部材１３を大き
くすることができない。

このため軸受１１．１２と回転軸１との間の接触抵抗の
変化によるノイズが、この絶縁部材を介して回転速度検
出信号に重畳するおそれがある。

第３Ｂ図は、第３Ａ図の検出系の等価回路である。

第３Ａ図に示すように回転軸１と軸受１１゜１２との接
触抵抗ｒと直列に、回転リング２とディスクヨーク１５
との間の容量Ｃ′が入ることになる。

このため接触抵抗ｒによる電位変動が、容量Ｃ′を介し
て回転リング２に伝えられるので、この電位変動が第２
電極５から得られる回転速度検出信号に影響を与える。

本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであって、
回転軸と軸受との間などの接触抵抗の変動によるノイズ
及びレベル変動を回転状態の検出信号から除去すること
ができ、また検出信号の振幅を実質的に大きくすること
ができ、また回転速度検出系の構成部品を減らすことが
できるようにすることを目的とするものである。

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

本発明は第１及び第２の歯形の形状を除いて基本的には
第２Ａ図の構成の回転速度検出装置を使用することがで
き、また第３Ａ図に示すモータを使用することが出来る
。

第４Ａ図には、本発明の回転速度検出装置の検出回路が
示されている。

第４Ａ図において、第２Ｂ図におけるＣ１及びＣ２（即
ち、第２Ａ図の回転リング２と第１電極４との間の静電
容量及び回転リング２と第２電極５との間の静電容量）
と、抵抗Ｒ１及びＲ２とでブリッジ回路が構成され、Ｃ
１及びＣ２がこのブリッジの互いに隣り合う一辺をそれ
ぞれ構成している。

このＲ１及びＲ２は第３Ａ図に示す固定子板８に設けら
れていてもよいし、またケース９の外部に設けたプリン
ト基板に設けられていてもよい。

そしてブリッジの一対の接続点の一方（抵抗Ｒ１とＲ２
との接続点）と接地電位との間に搬送波信号６を供給し
、ブリッジの他の一対の接続点（第１及び第２電極４，
５）から、搬送波信号６を回転リング２の回転に応じて
振幅変調した回転速度検出信号ｅ。

を得るようにしている。この場合、第２Ａ図において、
第１電極４の歯形と第２電極５の歯形とが夫々同一位相
（山部と山部とが揃った状態）で配置されていると、上
記Ｃ１及びＣ２の変化は実質的に同一であるから、回転
速度検出信号は、第１及び第２電極４，５から得られな
い。

しかし第１及び第２電極４，５の歯形を第４Ｂ図に示す
ように互に％ピッチずらすことによって検出信号を得る
ことができる。

なお第４Ｂ図は第１及び第２電極４，５の部分斜視図で
ある。

即ち、第１電極４と回転リング２とからは、既Ｃ 述のように、Ｃ１＝ｃｏ＋：了なる容量変化が得られる
。

同様に第２電極５と回転リング２との間からは、Ｃ１の
容量変化の位相を基準とすると、Ｃ１Ｃ とは１８０°位相がずれたＣ２＝ｃｏ＋丁なる容量変化
が得られる。

故にブリッジ回路の対向する一対の接続点（第１及び第
２電極４，５）からはＪＣＪＣ Ｃ１とＣ２との容量の差Ｃ８士丁−（ｃｏ十丁）＝±、
（Ｃとなって、この容量変化分に応じた回転速度検出信
号ｅ。

が得られる。従ってＣ１及びＣ２が直列に接続されてい
る第２Ｂ図の検出系よりも検出信号の変化中を実質的に
大きくすることができる。

また第４Ａ図において、回転軸１と軸受との接触抵抗ｒ
が変動して回転リング２の電位が変動しても、この電位
変動は、第１及び第２電極４゜５に均等に現われる。

従って、検出信号ｅ。には、接触抵抗ｒの変動による影
響が現われないため、ノイズ及びレベル変動のない極め
て安定した検出信号を得ることができる。

第１及び第２電極４，５から得られた回転速度検出信号
ｅ。

は、回転リング２の回転に応じて上記搬送波信号を振幅
変調したものである。

そしてこの検出信号ｅ。

を復調することによって回転速度に応じた周波数信号を
得ることができる。

次にこの周波数信号と所定の基準信号とを比較して誤差
信号を形成し、この誤差信号に基いてモータ等の回転体
の回転速度の制御□□をすることができる。

次に第５Ａ図及び第５Ｂ図は本発明の別の実施例を示す
ものである。

第５Ａ図において、第２電極１８はリング状の固定電極
であって、その外周面には歯形が形成されていない。

またこの第２電極と対向して回転する回転リング１９は
、第１電極４に対向する部分には歯形が形成され、第２
電極１８に対向する部分は、歯形が形成されていない平
滑な周面ととっている。

従って回転リング１９と第２電極１８との間には、回転
リング１９の回転によって変化しない一定の静電容量Ｃ
２が形成される。

この検出系を使用して、第５Ｂ図に示す第４Ａ図と同様
な検出回路（第５Ｂ図）を構成することができる。

第１電極４と回転リング１９との間においては、前述と
同様に回転に応じた容量変化ｃ１＝ｃｏ＋’−が生ずる
（ＣＯは第１電極４と回転リング１９との間の固有容量
；ｌＣは変化分）。

そして第２電極１８と回転リング１９との間の上記の静
電容量Ｃ′２を上記Ｃ６と等しくなるように、第２電極
１８の軸方向の厚さを設定する。

このように構成すると、第１電極４と第２電極１８との
間からはＮ ＣＩＪＣＪＣ とＣｌ３との容量の差Ｃ６±Ｔ−Ｃｏ−士了 に比例し
た回転速度検出信号ｅ。

を得ることができる。そしてこの場合も、接触抵抗ｒの
変動による影響は回転速度検出信号に現われない。

またこの場合も、検出信号の変化巾を実質的に大きくす
ることができる。

本発明は上述の如く、第１の固定電極と容量可変体との
間の第１の静電容量と、第２の固定電極と容量可変体と
の間の第２の静電容量とがブリッジ回路の一辺を夫々構
成し、第１、第２の静電容量の接続点が容量可変体、モ
ータの回転子、回転軸、軸受を夫々介して接地されるよ
うにし、このブリッジ回路を介して回転状態の検出信号
を得るようにした。

故に回転軸と軸受との間等の接触抵抗の変動によるノイ
ズ及びレベル変動を回転状態の検出信号から除去するこ
とが可能である。

またブリッジ回路によって上記第１の静電容量と第２の
静電容量との差を検出するようにしているので、検出信
号の変化巾（振幅）を大きくすることができる。

従ってより安定で確実な検出信号を得ることができる。

更に容量可変体を回転子から絶縁しなくてよいので、容
量可変体の歯形を、例えばアキシャルエアギャップ型偏
平モータの永久磁石の保持と磁気回路形成のためのディ
スクヨークの外周縁に形成することも可能である。

従ってモータの回転速度検出系に適用した場合、その構
成部品を減らすことができ、より偏平でコンパクトなモ
ータを構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図〜第３Ｂ図は従来の回転速度検出装置を説明す
るためのものであって、第１Ａ図は静電容量変化方式の
回転速度検出装置の原理を示す軸方向の断面図、第１Ｂ
図は第１Ａ図の等価回路図、第２Ａ図は改良された回転
速度検出装置の原理を示す軸方向の断面図、第２Ｂ図は
第２Ａ図の等価回路図、第３Ａ図は回転速度検出装置を
アキシャルエアギャップ型の偏平ブラシレスモーフ内に
組込んだ場合を示す軸方向の断面図、第３Ｂ図は第３Ａ
図の等価回路である。 第４Ａ図は本発明の回転状態検出装置を回転速度検出装
置に適用した場合の検出回路を示す回路図、第４Ｂ図は
第１及び第２電極の配置を示す部分斜視図、第５Ａ図及
び第５Ｂ図は本発明の別の実施例を示すためのものであ
って、第５Ａ図は回転速度検出装置の軸方向の断面図、
第５Ｂ図は第５Ａ図の等価回路である。 なお図面に用いられている符号において、１は回転軸、
２は回転リング、４は第１電極、５は第２電極、６は搬
送波信号である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ モータの回転子と一体となって回転し、その外周部
   に多数の導電性凹凸歯が形成された容量可変体と、この
   容量可変体の外周部に夫々近接対向するように配置され
   、少なくとも一方の内周部に上記容量可変体の凹凸歯と
   対向する多数の凹凸歯が形成されている２つの第１、第
   ２の固定電極と上記容量可変体と第１、第２の固定電極
   との間に形成される２つの容量がブリッジの隣接する２
   辺をなし、かつ残りの隣接する２辺が互にほぼ等しいイ
   ンピーダンス素子で構成されているブリッジ回路と、上
   記インピーダンス素子の結合点に搬送波を供給する搬送
   波発生器とを具備し、上記ブリッジ回路の隣接する２辺
   を構成する２つの容量の結合点が上記容量可変体、モー
   タの回転子、回転軸、軸受を夫々介して直流的若しくは
   交流的に接地されるように構成され、上記回転子の回転
   状態に対応する情報を上記搬送波信号の変調成分として
   上記ブリッジ回路の一対の出力端である第１及び第２の
   固定電極から取り出すようにしたモータの回転状態検出
   装置。