JPS6123510B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は速度検出器とこれを用いた電動機に
関し、たとえばビデオテープレコーダ（以下、
VTR）に用いられるキヤプスタン駆動用電動機
の速度を検出する速度検出器とこの速度検出器を
内蔵させた電動機に関する。

VTRのキヤツプスタン駆動用電動機あるいは
プレーヤ用電動機は、高精度の定速度制御が必要
であり、電動機の回転速度を精度良く検出できる
速度検出器が必要とされてる。この速度検出器の
一例として、従来から全周積分型と称するものが
よく用いられている。

第１図は従来の全周積分型の速度検出器の構造
を示す図解図であり、第２図は第１図に含まれる
リング状磁石の着磁の様子を図解的に示す図であ
り、第３図は第１図に含まれるコイルパターンを
図解的に示す図であり、第４図は第３図のコイル
パターンを説明するための図である。

まず、第１図を参照して、扁平リング状永久磁
石材１とコイルパターンを描いた基板２は、それ
ぞれ軟磁性材３，４に取り付けられ、所定に空隙
を隔てて対面して設けられている。軟磁性材３は
回転軸５に固定され、永久磁石１、軟磁性材３，
回転軸５が速度検出器の回転子を構成する。軟磁
性材４は軸受６を含み、基板２と軟磁性材４と軸
受６とによつて速度検出器の固定子が構成され
る。上述のごとく構成された速度検出器は電動機
の回転子と固定子の一部分とを利用して成された
ものが多い。なお、軟磁性材３，４は永久磁石の
形成する磁束が効率良く基板２上のコイルに鎖交
するように配置した磁路形成用ヨークである。

第２図において、リング状磁石１には、円周方
向に多数の磁極が着磁され、この第２図に示す例
ではＮ，Ｓの着磁が均等にπ／３６の角度ピツチで72極 に着磁されている。また、第３図に示すように、
基板２上には、コイルパターン２１が形成されて
いる。このコイルパターン２１は第４図ａに示す
ように、点数で囲まれた部分Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，
Ｃ４をそれぞれ第４図ｂに示すコイルＷ１，Ｗ
２，Ｗ３，Ｗ４にそれぞれ対応し全く等価的に示
すことができる。すなわち、第４図ａに示すコイ
ルパターン２１は第４図ｂに示すコイルＷ１，Ｗ
２，Ｗ３，Ｗ４を直列的に結線したものと全く等
価である。したがつて、以下の説明ではＣ１，Ｃ
２，Ｃ３，Ｃ４をコイル辺と称することにする。
第３図に示すコイルパターン２１の最外周を通る
部分２２は、コイルパターン２１の中央部に鎖交
するノイズをキヤンセルするためのものであり、
速度検出の動作には関与しない。以上の説明から
第３図に示すコイルパターン２１はコイルピツチ
がπ／３６のコイル辺がπ／１８の均等ピツチで36個配
設さ れ、直列的に結線されていると言える。

第５図は第１図ないし第４図に示す従来の速度
検出器の動作原理を示す図であり、理解を容易に
するために直線的に図示したコイルと永久磁石と
の関係を示す。この第５図および第１図ないし第
４図を参照して従来の速度検出器の動作原理につ
いて説明する。永久磁石１の極ピツチ（Pm）と
コイル辺２１のピツチ（Pc）とは同じ値π／３６であ るため、各コイル辺に鎖交する磁束φは全く同じ
大きさでありかつ位相も同じであり、コイルパタ
ーン２１全体に鎖交する磁束はφ×Ｎ（Ｎはコイ
ル辺の数）となり、誘起電圧はｅ＝Ｎｄφ／ｄｔとな る。そして、速度検出器の回転子が１回転する毎
にコイル辺数に一致したパルス数の出力信号が得
られる。

ところで、VTRのキヤツプスタン駆動用電動
機は、ダイレクトドライブのものが用いられかつ
回転速度も比較的遅いものである。このような回
転速度の遅い電動機においては、回転速度を正確
に制御するために１回転当たりのパルス数を多く
する必要がある。しかしながら、上述の速度検出
器において、１回転当りのパルス数を増加させる
ためには基板２のコイル辺数を増加させなければ
ならない。ところが、製造上の問題から基板２上
のコイルパターン２１を細密にするには限界があ
り、コイルパターン２１を大型にして所定のパル
ス数を得るしかなく、したがつて形状が大きくな
るという欠点があつた。

それゆえに、この発明の主たる目的は、上述の
欠点を解消し得て、コイル辺数を増大することな
くコイル辺数よりも多いパルス数の得られる速度
検出器とそのような速度検出器を用いた電動機を
提供することである。

この発明は、要約すれば、円周方向に等間隔ピ
ツチで複数のコイル辺を配設して速度検出用コイ
ルを形成し、この速度検出用コイルに対向して速
度検出用コイルの等間隔ピツチよりも小さく選ば
れた等間隔ピツチで円周方向に多極着磁した円板
状の永久磁石を設け、さらに等間隔ピツチで配設
した複数のコイル片の数と等間隔ピツチで着磁し
た永久磁石の極数との比が３：２（１＋3m）（但
し、ｍはｍ≧１の整数）に選ばれていて、永久磁
石が回転したとき、この永久磁石から生じる磁界
によつて速度検出用コイルに誘起される電圧の第
３高調波を速度検出用パルスとして取り出すよう
にしたものである。そして、円板状の永久磁石を
電動機の界磁磁石と兼用し、速度検出用コイルを
磁性板に設けるとともに、この磁性板に電機子コ
イルを設けて電動機を構成したものである。

この発明の上述の目的およびその他の目的と特
徴は以下に図面を参照して行なう詳細な説明から
一層明らかとなろう。

第６図はこの発明の一実施例に含まれるリング
状永久磁石を図解的に示す図である。なお、この
実施例に用いられる速度検出用コイルは前述の第
３図に示したものが用いられる。この第６図に示
すリング状永久磁石７は、たとえば168極の磁極
が着磁されて構成され、したがつて永久磁石の着
磁ピツチPmはπ／８４となる。

第７図はこの発明の一実施例の動作原理を説明
するための図であり、永久磁石７とコイル２との
関係を直線状に示したものである。第８図は第６
図に示すリング状永久磁石が形成する磁界の状態
を示す波形図であり、第９図は基板波と第３高調
波とを示す波形図である。

前述の第３図に示すように、速度検出用コイル
２のコイル辺のピツチPcπ／３６であり、永久磁石の 着磁ピツチPmは第７図に示すようにπ／８４となつて いる。今、任意のコイル辺Ｃ１を選び、このコイ
ル辺Ｃ１に鎖交する磁束を考える。コイル辺Ｃ１
に作用する磁束密度Ｂは、永久磁石７とコイル２
との間の空隙を狭くすることにより、第８図ａに
示すように方形波に近いものとなつていると想定
する。このような方形波に近い波形は基本波のほ
かに奇数高調波が多く含まれていて、特に第３高
調波が最も多い。もちろん、磁束密度Ｂは第３高
調波以外の第５高調波や第７高調波などの成分も
含むが、これらの成分は無視できる程度小さいた
め、磁束密度Ｂは第(1)式で表わされる。

Ｒ＝Bm1sin84θ＋Bm3sin252θ ……(1) なお、Bm1は基本波の波高値、Bm3は第３高調
波の波高値である。コイル辺Ｃ１のコイルピツチ
をPcとすれば、コイル辺Ｃ１に鎖交する磁束φ
１は、Ｋを定数として、 となる。次に、コイル辺Ｃ１と隣合うコイル辺Ｃ
２，Ｃ３にそれぞれ鎖交する磁束φ２，φ３を考
えてみる。コイル辺の数は36個であり、各コイル
辺は円周方向に均等にπ／１８のピツチで配設されてい るから、磁束φ２は、 同様にして磁束φ３は、 となる。上述の第(4)式において、第１項は基本波
を表わし、第２項は第３高調波を表わしている。
そして、この第(4)式から基本波はその位相が2/3
πずつずれていて、第３高調波は位相のずれてい
ないことがわかる。上述の第(2)式ないし第(4)式に
基づいてコイル辺Ｃ１ないしＣ３に生じる磁束φ
１ないしφ３の合計は次の第(5)式から求めること
ができる。

φ１＋φ２＋φ３＝Ｂｍ３Ｋ／４２ sin126Pcsin（252α＋126Pc） ……(5) コイル辺の数は36個であり、隣接する３個のコ
イル辺の組が12組得られるため、コイルパターン
２１全体に鎖交する磁束φは、 φ＝12（φ１＋φ２＋φ３） ＝2/7Bm3Ksin126Pcsin（252α ＋126Pc） ……(6) となる。コイルパターンに誘導される電圧はｄφ／ｄｔ となるが、上述の第(6)式から明らかなように、速
度検出器の回転子が１回転する間に（αが０から
２πになる間に）、252周期の正弦波が得られる。
すなわち、従来の速度検出器では、コイルパター
ン２１の製造上の制約により回転子の１回転当た
り36個のパルスしか得られなかつたが、この実施
例によれば同一のコイルパターン２１を用いて
252個のパルスを得ることができる。

なお、前述の第(6)式から明らかなように、コイ
ルピツチPcが 126Pc＝πＬ（ＬはＬ≧１の整数） ……(7) のとき、すなわち Pc＝π／１２６Ｌ のときは原理上第３高調波は零となる。これは、
コイルピツチPcが磁界の第３高調波のピツチＰｍ／３ の偶数倍に一致したときに相当するが、コイルピ
ツチPmはそのような値にならないように設定し
なければならない。この実施例では、コイルピツ
チPcはπ／３６であり、sin126Pc＝−１となり、零に はならないように選ばれている。

この発明の一実施例の速度検出器は以上のよう
なコイルパターン２１と永久磁石７の着磁数でな
くてもよく、円周方向に等間隔ピツチで配設した
コイル数と永久磁石７の極数との比が３対２（１
＋3m）であればよい（ｍはｍ≧１の整数）。次
に、この関係について説明する。永久磁石７が
2N極に着磁されていてコイル辺の数がNcである
とする。永久磁石７がコイルパターン２１に作用
する磁界Ｂは、第３高調波以上の高調波成分を無
視して Ｂ＝Bm1sinNθ＋Bm2sin3Nθ ……(9) と表現することができる。多数のコイル辺のうち
任意の１個を選びこのコイル辺に鎖交する磁束φ
は、 となる。ここで、Ｋは定数であり、Pcはコイル
ピツチである。

同様にして、前記コイル辺にそれぞれ隣合うコ
イル辺に鎖交する磁束φ２，φ３は、コイル辺を
均等ピツチPbで配置したとすると、 となる。各コイル辺はPbのピツチで等間隔に配
置されているため、 Pb＝２π／Ｎｃ ……(13) である。そして、 Nc：2N＝３：２（１＋3m） ……(14) であるため、 Pb＝２／３π×（１＋3m）／Ｎ ……(15) となる。したがつて、磁束φ１＋φ２＋φ３は、
基本波成分が零となり、第３高調波成分だけが残
り、 φ１＋φ２＋φ33２Ｋ／ＮBm3sin３ＮＰｃ／２ sin3N（α＋Ｐｃ／２ ……(16) となる。コイル辺数が３の倍数であり、Nc＝3n
（ｎはｎ≧１の整数）と表わすことができるか
ら、隣合う３つのコイル辺の組がｎ組でき、かつ
各組に鎖交する磁束がφ１＋φ２＋φ３であるた
め、コイルパターン２１の全体に鎖交する磁束φ
は φ＝ｎ（φ１＋φ２＋φ３） ＝６Ｋｎ／ＮBm3sin３ＮＰｃ／２sin3N（α＋Ｐｃ／
２）……(17) となり、速度検出器の回転子が１回転する間に
3N個のパルスを得ることができる。

従来の速度検出では、Nc個のコイル辺では、
回転子の１回転当りNc個のパルスしか得られな
かつたが、この実施例の速度検出器によればNc
個のコイル辺で回転子の１回転当たり（１＋
3m）Nc個のパルスを得ることができる。また、
ｍ≧１に設定しているため、少ないコイル辺でコ
イル辺数より多いパルス数を得ることができる。
したがつて、コイルパターンを細密にすることな
く数多くのパルス数を得ることができるという特
有の効果を奏する。なお、 Pc＝２／３πＬ／Ｎ （ＬはＬ≧１の整数） …… (18) のときは第３高調波は得られないため、Pc≠2/3
πＬ／Ｎに設定することは前述の説明で述べた。

また、この発明の速度検出器は検出コイルを配
設するピツチを所定の条件のもとに永久磁石の着
磁ピツチより大きくして、回転子の１回転当たり
のパルス数を検出コイル数よりも大幅に多くした
ものであるが、前述したように第３高調波を検出
することに限ることなく、一般にｎ次高調波を得
るように構成してもよいことはもちろんである。

第１０図はこの発明にかかる速度検出器を電動
機に用いた実施例を図解的に示す図である。図に
おいて、８極に着磁した永久磁石８は電動機の界
磁磁石に兼用して用いられ、磁路形成用軟磁性板
９に固定される。そして、永久磁石８は回転軸１
０とともに電動機の回転子を構成する。一方、磁
路形成用軟磁性板１１のほぼ中心部には回転子の
回転軸１０を回転可能に保持する軸受１２が形成
される。そして、この軸受１２の周囲には基板１
３が設けられ、この基板１３の一方面に３個のコ
イル辺Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３から成る速度検出用コイ
ル１４が配設される。そして、この速度検出用コ
イル１４に囲まれて６個の電機子コイル１５が設
けられる。これらの軟磁性板１１、回転軸１２、
基板１３、速度検出用コイル１４、電機子コイル
１５によつて固定子１６が構成される。そして、
固定子１６の軸受１２に回転子の回転軸１０が挿
入されかつ永久磁石８が所定の空隙を隔てて電機
子コイル１５および速度検出用コイル１４に対向
するように設けられる。

なお、永久磁石８の着磁ピツチはπ／４であり、コ イル辺Ｃ１ないしＣ３のピツチは5/12πであり、
コイルＣ１ないしＣ３は均等ピツチπ／３で円周方向 に配置されていて各コイル辺は直列に結線されて
いる。

上述のごとくして電動機が構成され、回転子は
電機子コイル１５から発生される回転磁界によつ
て回転する。そして、速度検出用コイル１４は回
転する永久磁石８からの磁界に応じて、電圧を誘
起し、前述の速度検出器と同様にして磁束の基本
波成分が零となり第３高調波成分だけが検出され
るため、回転子の１回転当たり12個のパルスを得
ることができる。このように、速度検出用の永久
磁石を電動機の界磁磁石に兼用したことによつ
て、容易に電動機の内部に速度検出器を設けるこ
とができる。そして、速度検出用コイル１４で得
られたパルスに基づいて電機子コイル１５に流れ
る電流を制御することによつて、電動機の回転速
度を極めて正確に制御することができる。

以上のように、この発明によれば、円周方向に
着磁される磁極の等間隔ピツチを速度検出用コイ
ルの複数のコイル辺の等間隔ピツチよりも小さく
選び、さらに、等間隔ピツチで配設した複数のコ
イル片の数と等間隔ピツチで着磁した永久磁石の
極数との比を３：２（１＋3m）（但し、ｍはｍ≧
１の整数）に選び、永久磁石から生じる磁界に基
づいて速度検出用コイルに誘起される電圧の第３
高調波を速度検出用パルスとして取り出すように
構成したことによつて、コイルパターンを多くす
ることなく１回転当たりコイル数よりも多いパル
スを得ることができる。また、このような速度検
出器を電動器に用いて永久磁石を界磁磁石を兼用
することによつて、比較的簡単な構成で速度検出
器を用いた電動機を得ることができる。また、速
度検出器から得られるパルスの数が多いので、電
動機の回転速度を極めて正確に制御することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の速度検出器の構造を示す図解図
である。第２図は第１図に含まれるリング状磁石
の着磁の様子を図解的に示す図である。第３図は
第１図に含まれるコイルパターンを図解的に示す
図である。第４図は第３図のコイルパターンを説
明するための図である。第５図は第１図ないし第
４図に示す従来の速度検出器の動作原理を示す図
である。第６図はこの発明の一実施例に含まれる
リング状永久磁石を図解的に示す図である。第７
図はこの発明の一実施例の動作原理を説明するた
めの図である。第８図は第６図に示すリング状永
久磁石の形成する磁界の状態を示す波形図であ
る。第９図は基本波と第３高調波を説明するため
の波形図である。第１０図はこの発明の一実施例
の速度検出器を用いた電動機を図解的に示す図で
ある。 図において、２は基板、１４，２１は速度検出
用コイル、５，１０は回転軸、７，８は永久磁
石、１１は磁性板、１２は軸受、１５は電機子コ
イル、Ｃ１ないしＣ３はコイル辺を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板と、 前記基板の一方面に設けられかつ円周方向に等
   間隔ピツチで複数のコイル片が配設された速度検
   出用コイルと、 前記基板の配設された速度検出用コイルに対向
   して設けられてその中心部を軸として回転可能に
   構成され、円周方向に等間隔ピツチで多極着磁さ
   れた円板状の永久磁石とを備えた速度検出器にお
   いて、 前記速度検出用コイルは、前記永久磁石から生
   じる磁界によつて誘起される電圧の第３高調波を
   検出し、 前記永久磁石の等間隔ピツチを前記速度検出用
   コイルの複数のコイル片の等間隔ピツチよりも小
   さく選び、かつ前記等間隔ピツチで配設した複数
   のコイル片の数と前記等間隔ピツチで着磁した永
   久磁石の極数との比が３：２（１＋3m）（但し、
   ｍはｍ≧１の整数）に選ばれていて、 前記永久磁石が回転したとき、前記永久磁石の
   磁界によつて前記速度検出用コイルに誘起される
   電圧の第３高調波を速度検出用パルスとして取出
   すようにした、速度検出器。 ２ 速度検出器を含む電動機であつて、 磁性板、 前記磁性板の一方面に設けられかつ円周方向に
   等間隔ピツチで複数のコイル片が配設される速度
   検出用コイル、 前記磁性板の一方面に設けられ、回転磁界を発
   生する複数の電機子コイル、および 前記磁性板に対向して設けられ、その中心部を
   軸として前記複数の電機子コイルからの回転磁界
   によつて回転可能に構成され、円周方向に等間隔
   ピツチで多極着磁されて界磁磁界を発生する円板
   状の永久磁石を備え、 前記速度検出用コイルは、前記永久磁石から生
   じる磁界によつて誘起される電圧の第３高調波を
   検出し、 前記永久磁石の等間隔ピツチを前記速度検出用
   コイルの複数のコイル片の等間隔ピツチよりも小
   さく選び、かつ前記等間隔ピツチで配設した複数
   のコイル片の数と前記等間隔ピツチで着磁した永
   久磁石の極数との比が３：２（１＋3m）（但しｍ
   はｍ≧１の整数）に選ばれていて、 前記永久磁石が前記電機子コイルの回転磁界に
   応じて回転したとき、該永久磁石から生じる磁界
   によつて前記速度検出用コイルに誘起される電圧
   の第３高調波を速度検出用パルスとして取出すよ
   うにした、電動機。