JPS5837507B2 - 回転状態検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転体の回転状態を静電容量の変化にもとづい
て検出するようにした静電容量変化方式の回転状態検出
装置に関するものであって、特に、速度制御を必要とす
る装置に使用されるモータ、或いは電機子コイルの電流
切換えを必要とするブラシレスモータ等に適用して最適
なものである。

一般に、定速回転させる必要のあるモータ（例えばテー
プレコーダのキャプスタン駆動モータ、ＶＴＲのヘソド
モータ等）においては、モータの回転速度を回転速度検
出装置によって検出し、この検出信号と、規定の回転速
度に対応した基準周波数信号とを比較して誤差信号を形
或し、この誤差信号に基いてモータカ定速回転するよう
に回速速度を制御している。

このような回転速度検出装置としては、リラクタンス変
化方式の交流タコジエネレータ、静電容量変化方式の回
転速度検出装置等が使用される。

このうち後者については、非常に構造が簡単である上に
、高精度の検出信号を得ることができ、また検出信号の
周波数を高くすることができるので、サーボ帯域を広く
することができる等の長所がある。

本出願人は上述の如き静電容量変化方式の回転状態検出
装置を設けたモータを、実願昭５２−２５３７５号とし
て既に提案したが、この既に提案したモータの構造を以
下にお・いて説明する。

なお、以下に述べるモータは、その固定子側が３相で回
転子側が４極窃妬， 四神る３相４極のものである。

第１図ぱモータ１の内部構造を示すモータ軸の方向の縦
断面図であり、第２図は第１図の■一■線断面図である
。

２ぱ上側ケースであって、その中央部には含油軸受３が
固定されている。

ｌた、４は下側ケースであって、その中央部には含油軸
受５が固定されている。

なむ上側及び下側ケース２，４は鉄あるいは軽合金を加
工したものであって、外部に対する電磁シールドとして
も作用する。

６はモータ軸であって、このモータ軸６は上記含油軸受
３，５によって回動自在に支持されている。

このモータ軸６には合成樹脂等で或形された管状絶縁部
材７が固定され、モータ軸６と後述の回転子とを電気的
に絶縁するようになっている。

次にとのモータ１の回転子の構造を述べる。

８は黄銅等の非磁性材料からなる円筒状支持部材であっ
て、絶縁部材７を介してモータ軸６に固定され、このた
めにモータ軸６と一体に回転するようになっている。

そして、円筒状支持部材８の上端及び下端には、磁性材
料（例えばＦｅ系）からなる円板状のディスクヨーク９
，１０が固定されている。

ディスクヨーク１０の上面には、第２図に示すようにＮ
極及びＳ極が交互に着磁された永久磁石１１が固定され
ている。

従って、この永久磁石１１から発生する磁束によって、
ディスクヨーク９，１０間にはモータ軸６に平行な磁気
回路が形成される。

なお、ディスクヨーク１０の外周部には、第２図に示す
ように連続した歯形１０ａが形威されていて、この歯形
１０ａが形成されていて、この歯形１０ａを含む後述の
回転状態検出装置によって回転子の回転状態を検出し得
るようになっている。

次にとのモータ１の固定子の構造を述べる。

１５は電機子コイルであって、複数のコイル１６ａ，１
６ｂとこれらの゛コイル１６ａ，１６ｂを固定するため
の環状のプリント基板１７とによって構成されている。

従って、この電機子コイル１５に通電することによって
、モータ１、言い換えれば回転子が回転する。

次にとのモータ１の回転状態検出装置の構造を述べる。

固定電極１８．１９は、磁性材料（例えばＦｅ系）を用
いて環状に形或されたものであって、それぞれの内周部
には第２図に示すように歯形１８ａ，１９ａが形成され
ている。

なア−、これら歯形１８ａ，１９ａと既述の歯形１０ａ
とは同一ピッチに形成されている。

１た２０，２１は環状に成形された絶縁材であって、固
定電極１８，１９を互いに絶縁するようになっている。

次に上述の如く構成された第１図及び第２図に示すモー
タ１の回転状態検出装置の動作を述べる。

電機子コイル１５に通電されて、回転子が既述のように
回転すると、その回転状態によって歯形１０ａの凸部と
歯形１８ａ，１９ａのそれぞれの凸部とが対向する。

このとき、固定電極１８．１９とディスクヨーク１０と
の間隔がせば１るので、固定電極１８．１９間の静電容
量も大きくなる。

次いで、回転子が回転して歯形１０ａの凹部と歯形１８
ａ，１９ａのそれぞれの凸部とが対向すると、固定電極
１８．１９とディスクヨーク１０との間隔が小さ〈なる
。

これは言い換えれば、固定電極１８．１９間の静電容量
が大きくなることである。

このように、固定電極１８．１９間の静電容量は、回転
子の回転状態、即ち回転速度に応じて連続して変化する
ことになる。

従って、固定電極１８．１９間の静電容量の変化にもと
づいて、例えば周波数ＩＭＨｚの周波数信号をＡＭ変調
すれば、この静電容量の変化を周波数信号のレベル変化
に変換することが出来る。

従って、この周波数信号にもとづきモータ１の回転速度
の制御を行うことが可能になる。

しかし上述の如く構成された回転状態検出装置において
は、モータ１の固定子側に２つの固定電極１８．１９を
設けないと、回転子の回転状態を検出することが出来な
い。

従って、固定電極１８，１９と絶縁材２０とを重ね合せ
ねばならず、このために回転状態検出装置を薄型の構造
にしにくい。

１た、歯形１０ａに歯形１８ａ，１９ａを対向させてい
るので、歯形１０ａを厚くしないと歯形１８ａ，１９ａ
との対向面積を広くすることが出来ない。

故に、このような回転状態検出装置をモータ１に組込む
と、モータ１の形状も大きくなりかちである。

そして、モータ１をポータブルテープレコーダ等の小型
の機器を取付ける場合には、このモータ１の形状のため
にその小型化に限界がある０なむ上述したモータ１にむ
いて、管状絶縁部材７を用いずにモータ１の回転速度を
検出することも可能である。

この場合には、ディスクヨーク１０の外周部に絶縁材で
形成された環状体（図示せず）を取付ける。

そして、この環状体の外周部に連続して形或されかつ金
属メッキ等が施された歯形部分と、上記第１及び第２の
固定電極１８，１９とによってモータ１の回転速度を検
出する。

しかし、このように構成された回転状態検出装置では、
モータ１の全体の直径が大きくなりがちである。

しかも、上述した何れの回転状態検出装置に釦いても、
第１及び第２の固定電極１８，１９が必要であり、この
ために回転状態検出装置を薄型の構造にしにくい。

１た、モータ１を組立てる際には、歯形１８ａ，１９ａ
の位置合せを行わねばならないので、モータ１の組立て
作業に手間がかかる。

本発明は上述の如き欠陥を是正すべく発明されたもので
あって、回転軸と、この回転軸に一体に取付けられてい
る回転体と、その中心部に前記回転軸が回転自在に軸支
されかつその中空の収納空間に前記回転体が回転可能に
収納されている導電性ケースと、前記回転体の回転軌跡
に対向する位置に設けられかつ前記導電性ケースとは電
気的に絶縁されしかもその一部が前記導電性ケースの外
部に導出されている検出電極とをそれぞれ具備し前記回
転体の回転状態に応じて前記回転体と前記検出電極との
間の静電容量の変化を前記導電性ケースと前記検出電極
とから検出するように構成したものである。

このように構成された回転状態検出装置によれば、検出
電極の一部を導電性ケースの外部に導出させると共にケ
ースに他方の検出電極を兼用させているので配線処理が
容易になり、筐た回転体を有効に保護するための前記導
電性ケースを他方の検出電極として兼用しているのでき
きわめて簡単な構造となると共に装置の偏平化及び小型
化がはがれ、しかも回転体の回転状態を確実に検出する
ことが可能になる。

次に本発明をモータに適用した一実施例を第３図及び第
４図にもとづき説明する。

なお、第１図及び第２図にもとづいて説明した従来例と
同様の動作をなす部分には同一の符号を付しその説明を
省略する。

上側ケース２の中央部には円筒状部材２３が固定され、
その内部に含油軸受３，５が圧入されている。

そして、モータ軸６ぱ、上記円筒状部材２３と含油軸受
３，５とによって、軸ぶれしないように回動自在に支持
されている。

ｌた下側ケース４の中央部には、絶縁材を用いて戒形加
工されたスラス｝・軸受２４が設けられ、これによりモ
ータ軸６の軸心方向の位置決めがなされる。

環状又は管状の絶縁部材７は、例えばポリアセタールを
戒形加工したものであって、モータ軸６と回転子とを電
気的に絶縁するためのものである。

因みに、管状絶縁部材７の比誘電率ε８はほぼ４であっ
て、誘電率の比較的大きいものである。

そして、モータ軸６の直径が例えば２ｍｍφであって、
環状又は管状，の絶縁部材７の厚みを１ｍｍ、その軸方
向の長さを３ｒｒｒｍとすれば、モータ軸６と回転子と
の間のストレイキャパシティＣＲＣはほ’．’０．６７
ＰＦＤになる。

回転子は、既述の如く円筒状支持部材８、ディスクヨー
ク９，１０及び永久磁石１１によって構或されている。

そして、ディスクヨーク９，１０のそれぞれの直径が例
えば４０ｍφであって、ディスクヨーク９と上側ケース
２との間隔、ディスクヨーク１０と下側ケース４との間
隔がそれぞれ０．５胴程度であれば、回転子と上側及び
下側ケース２，４との間のストレイキャパシティＣ８は
ほぼ４４ＰＦＤになる。

ここで、回転状態検出装置の構造について述べると回転
状態を検出するための検出電極として作用する環状の固
定電極１９が、ディスクヨーク１０の回転軌跡に沿って
配置されている。

そして、固定電極１９とディスクヨーク１０との間の静
電容量ＣＳＲぱほビ平均的に５ＰＦＤである。

な釦、この静電容量ＣＳＲの値は、回転子の回転状態に
応じて既述の如く変化するので、上述した５ＰＦＤなる
数値はその平均値である。

このように、モータ１内の各部分のストレイキャパシテ
ィＣＳ．，ＣＲＣが求められ、更に固定電極１９とディ
スクヨーク１０との間の静電容量（、が求められる。

この結果、これら容量分にもとづいて固定電極１９と上
側及び下側ケース２，４との間には第４図に示すような
等価回路が成立する。

な’，．−、Ｒは含油軸受３，５とモータ軸６との間の
接触抵抗である。

従って上述の如く構成された回転状態検出装置にｐいて
は、回転子の回転状態の変化、言い換えれば回転速度の
変化は、この回転状態検出装置の基準電位として作用す
る上側及び下側ケース２，４と、固定電極１９との間の
静電容量の変化として検出される。

次に上述の如く構成された第３図及び第４図に示す回転
状態検出装置の検出動作を述べる。

回転子が回転してもしなくても、円筒状支持部材８とモ
ータ軸６との間のストレイキャパシティＣＲＣは殆んど
変化しない。

これと同様に ディスクヨーク９，１０と上側及ひ下側
ケース２，４との間のストレイキャパシティＣ８ も殆
んど変化しない。

しかし、固定電極１９とディスクヨーク１０との間の静
電容量ＣＳＲは、回転子の回転速度に応じて変化する。

即ち、固定電極１９と上側及び下側ケース２，４との間
の合威容量をＣｏとレ第４図に示すＡ点とアースライン
との間の容量をＣ′とすると、合成容量ｃ．ｏは、 ｃｏ一〇ＳＲ゜Ｃ′ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・｛１
）ＣＳＲ＋Ｃ’ となる。

そして、上記（１）式に釦いて、回転子の回転にともな
い静電容量ＣＳＲが変化すれば、合威容量Ｃｏは静電容
量ＣＳＲに応じて変化することになる。

故に、例えば周波数ＩＭＨｚの搬送波信号を、上記合成
容量ｃｏでＡＭ変調すれば、上記搬送波信号のレベルは
、回転子の回転速度に応じて変化する。

こ＼で、接触抵抗Ｒが上記合或容量Ｃｏに及ぼす影響に
ついて述べる。

Ａ点とアースラインとの間の容量Ｃ′は、接触抵抗Ｒが
０のとき、ｃ８ とＣＲＣとの和の容量である。

一方、接触抵抗Ｒが非常に大きくなって、無限大と見做
し得るとき、容量Ｃ′はストレイキャパシティＣ８の容
量値とほ！同様となる。

従って、上記（１式にもとすいて、接触抵抗Ｒが０のと
きと無限大と見做し得るときとの合威容量Ｃｏを求める
と以下のようになる。

即ち、Ｒ＝０のとき、合或容量Ｃｏは４．５０２ＰＦＤ
となり、Ｒ＝のと見做し得るとき合成容量Ｃｏは４．４
９５ＰＦＤとなる。

そして、接触抵抗Ｒの変化にもとづく合成容量Ｃｏの変
化分を求めると、ｌｃｏ＝４．５ ０ ２−４．４ ９
５＝０．０ ０ ７ＰＦＤとなる。

一方、回転子の回転にともない、静電容量ＣＳＲは±０
．７ＰＦＤ変化する。

そして、このＣＳＨの変化分と接触抵抗Ｒの変化にもと
づ＜ＡＣｏの変化分と比較すると、前者が±０．７ＰＦ
Ｄであり後者は±０．００７ＰＦＤである。

即ち、両者の間の容量比は１／１００であり、これを一
般的にｄＢに直せば−４０ｄＢになる。

従って、既述の如く合成容量Ｃｏの変化にもとづいて搬
送波信号をＡＭ変調したとき、このＡＭ変調された搬送
波信号にＡＣｏにもとづくノイズが表われたり、あるい
はそのレベルが変動するようなことは殆んどない。

故に、モータ１の上側及び下側ケース２，４を一方固定
電極として代用し、固定電極１９とこの上側及び下側ケ
ース２，４との間の合成容量Ｃｏの変化にもとづいて、
回転子の回転速度を検出することが可能になる。

しかも、モータ１内には固定電極１９が組込渣れている
のみであるから、その構造は極めて簡単であり部品点数
も少なくて済む。

また、複数の固定電極を重ね合せる必要がないので、モ
ータ１の形状を偏平型にすることも可能になる。

なお、上述の実施例においては、環状又は管状の絶縁部
材７と円筒状支持部材８とを固別に設けたが、これに限
定されることはなく以下に述べるように変形してもよい
。

即ち、環状又は管状の絶縁部材７と円筒状支持部材８と
を絶縁材を用いて一体或形する。

この場合、回転子とモータ軸６との間のストレイキャパ
シティＣＲＣは上述の如く得られ、１た回転子とケース
２，４との間のストレイキャパシティＣ８ も上述の如
くに得られる。

従って、固定電極１９と上側及び下側ケース２，４との
間の合成容量Ｃｏは、回転子の回転に応じて上述の如く
に変化して、これにより回転子の回転状態を検出するこ
とが可能になる。

１た、回転子と上側及び下側ケース２、４との間のスト
レイキャパシティが大きく かつその容量値の変化が少
ない。

従って、回転子の回転状態にともなって、上側及び下側
ケース２，４との接触抵抗が不規則に変動することがあ
っても、これに影響されることなく回転子の回転状態を
検出することが出来る。

更に、歯形１０ａには一つの固定電極１９が対向するの
みである。

従って、回転状態検出装置が薄形であるにもかかわらず
、歯形１０ａと歯形１９ａとの対向面積を広くすること
が可能になる。

本発明は上述の如く、回転体の回転軌跡に対向する位置
に設けられかつその一部が回転体保護用の導電性ケース
の外部に導出されている検出電極と、この検出電極と対
になる他方の検出電極を兼用している前記導電性ケース
とによって、前記回転体と前記検出電極との間の静電容
量の変化を検出し、前記回転体の回転状態を検出するよ
うにしたものである。

このように構成された回転状態検出装置によれば、検出
電極の一部を導電性ケースの外部に導出させると共にケ
ースに他方の検出電極を兼用させているので、配線処理
がきわめて容易になる。

１た本発明によれば、回転体を有効に保護するための前
記導電性ケースを前記検出電極と対になる他方の検出電
極として兼用させているので、従来の如く前記導電性ケ
ースの他に検出電極を２個設ける必要がなくなり、きわ
めて簡単な構造とすることができ、装置の偏平化及び小
型化がはがれ、しかも回転体の回転状態を確実に検出し
得る。

そして、この回転状態検出装置を特にモータに組込んだ
場合には、モータを小型でかつ偏平な形状にすることが
可能になる。

ｌた、組立て作業等を能率的に行い得るので生産コスト
を大巾に低減させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本出願人によって実願昭５２−２５
３７５号として既に提案されたモータの構造を示すもの
であって、第１図はモータ軸の方向の縦断面図、第２図
は第１図の■一■線断面図である。 第３図及び第４図は本発明をモータに適用したー実施例
を示すものであって、第３図はモータの構造を示すモー
タ軸の方向の縦断面図、第４図は第３図に示すモータの
回転状態検出動作を説明するための等価回路図である。 なむ図面に用いられている符号に釦いて、１はモータ、
２は上側ケース、４は下側ケース、１９は固定電極、Ｃ
ＳＲは静電容量、ＣＲｃはストレイキャパシティである
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転軸と、この回転軸に一体に取付け吠頁ｙる回転
   体と、その中心部に前記回転軸が回転自在に軸支されか
   つその中空の収納空間に前記回転体が回転可能に収納さ
   れている導電性ケースと、前記回転体の回転軌跡に対向
   する位置に設けられかつ前記導電性ケースとは電気的に
   絶縁されしかもその一部が前記導電性ケースの外部に導
   出されている検出電極とをそれぞれ具備し、前記回転体
   の回転状態に応じて前記回転体と前記検出電極との間の
   静電容量の変化を前記導電性ケースと前記検出電極とか
   ら検出するように構戒した回転状態検出装置。