JPS62173998A - 多相ｄｃモ−タのコイル切換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、多相ＤＣモータのコイル切換装置に関する
ものである。

〔背景技術〕

従来、励磁コイルの切換えにブラシを用いたものは、摩
擦トルクが大きいため微小な位置の制御がしにくいとい
う欠点があった。これに対してブラシレスモーフはトル
クリップルが大きいという欠点があった。さらに、他の
従来例（特開昭５９＝１０３５５９号）は、相切換用エ
ンコーダ、ラッチ回路。

相切換用リバーシブルカウンタおよび位置保持制御と移
動制御とをする場合にインタフェース回路を通して制御
（３号を与えるポストのマイコンなどが必要なため、制
御回路が複雑になりコスト高になるという欠点があった
。

（発明の目的〕 この発明の目的は、前記摩擦トルクおよび１−ルクリ・
７プルがなくしかも簡単で低コストの多相ＤＣモータの
コイル切換装置を提供することである。

〔発明の開示〕

この発明の多相ＤＣモータのコイル切ＩＡ　ｉＡ　Ｍは
、動作方向と同方向に複数の異なるＶＡ　＋ｈが並ぶ永
久磁石に対向して前記動作方向と同方向にＭｌ互にずれ
て配置された複数の励磁コイルを有するモータ本体と、
前記永久磁石に対する前記各励磁コイルの励磁位置を検
知する磁気検知素子が前記モータ本体の動作に伴って順
次発生する出ノＪ波形間において相隣合うもの同志の出
力波形の後縁と前縁とが相乗なるように構成した位置検
出手段と、この位置検出手段の出力電圧に応答して前記
励磁コイルを切換えるヒステリシススイッチとを備えた
ものである。

この発明の構成によれば、励磁コイルは永久磁石の相対
位置に応じて給電が切換えられるため、従来の摩擦トル
クやトルクリップルを生じることがなく、安定した推力
および高速応答性が得られる。また永久磁石の異なる磁
極の境界位置で位置保持制御するとき、前記ヒステリシ
ススイッチによりいずれかの励磁コイルが励磁できるた
め安定した位置保持ができ、従来のようにランチ制御信
号を外部から加える必要がない。さらに移動制御から位
置保持制御に移行した場合のオーバランが大きい場合で
も、自動的に相の切換えが行われるため、従来のように
現在の位置を検知してコイル励磁をラッチすべきかどう
かをホストのマイコンなどで判断し制御する必要がない
。このため、構成が簡単で安価にでき、外部の制御も単
純で閉ループの応答性を大きくでき亮速制御が可能にな
る。

また円弧型モータと比べて動作範囲を大きくすることが
できる。

実施例 この発明の第１の実施例を第１図ないし第１２図に基づ
いて説明する。すなわち、この多相ＤＣモータのコイル
切換装置は、動作方向と同方向に複数の異なる磁極Ｎ、
　　Ｓが並ぶ永久磁石１．　２に対向して前記動作方向
と同方向に相互にずれて配置された複数の励磁コイル３
〜５を存するモータ本体６と、前記永久磁石１．２に対
する前記各励磁コイル３〜５の励磁位置を検知する磁気
検知素子７〜９が前記モータ本体６の動作に伴って順次
発生する出力波形間において相隣合うもの同志の出力波
形の後縁と前縁とが相乗なるように構成した位１検出手
段１０と、この位置検出手段１０の出力電圧に応答して
前記励磁コイル３〜５を切換えるヒステリシススイッチ
１１−１３とを備えている。

前記モータ本体６は、前記励磁コイル３〜５および永久
磁石１，２のほか、第２図のようにヨーク１４および回
転軸１５を有する。ヨーク１４は内筒部１６と外筒部１
７が底板１８で一体に形成されている。内筒部１６の両
端に軸受け１９．２０が設けられ軸受け１９．２０に回
転軸１５が支持される。

前記永久磁石１，２は異なる磁極Ｎ、Ｓを２個の磁石部
材によって構成し、それぞれ略半円筒形であってそれぞ
れ径方向に着磁されているが、永久磁石１，２の着磁方
向は反対向きとなり、永久磁石１は内周側が磁極Ｎとな
り、永久磁石２は内周側が磁極Ｓとなっている。これら
永久磁石１゜２が二つで円筒形をなすように組み合わさ
れて円ｉ反状の支持部材２１により連結され、支持部材
２１の中心が前記回転軸１５に連結されて、ヨーク１４
の内筒部１６と外筒部１８との間に配置され、もって回
転子を構成する。

前記励磁コイル３〜５は励磁コイル３ａ〜５ａ。

３ｂ〜５ｂで構成され、前者は外筒部１７の内周面に固
定され、後者は内筒部１６の外周面に固定されて固定子
を構成する。この場合、励磁コイル３ａ〜５’ａ、３ｂ
〜５ｂはそれぞれ径方向に積層されている。また励磁コ
イル３ａは一対の半円筒形状の第１コイル３ａ′および
第２コイル３ａ“が全体として円筒形をなすように配置
されている。

他の励磁コイル４ａ、５ａ、３ｂ〜５ｂも同構成である
。そして励磁コイル３８〜５ａの各隣接部２２ａ〜２２
ｃは相互に１２０度の間隔で動作方向にずれている。励
磁コイル３〜５に給電されると励磁コイル３〜５の軸方
向成分に永久磁石１゜２の磁束が鎖交しているため、ロ
ーレンツ力により回転方向のトルクが生じ、これにより
回転軸１５が回転する。

前記磁気検知素子７〜９は、ボール素子を実施例とし、
第１図および第５図のように励磁コイル３ａ〜５ａに設
けられており、相互に１２０度の間隔を設けている。Ｉ
ｆｆ気検知素子７〜９は磁極Ｎに応答するものとすると
、永久磁石１，２の回転により第７図のような検知信号
の出力波形を出力する。すなわち第７図（・Ｉ）は磁気
検知素子７の検知信号、同図（ｂｌは磁気検知素子８の
検知信号、同図ｆｃｌは磁気検知素子９の検知信号であ
り、モータ本体６の回転に伴って順次相互に１２０度遅
れて発生している。しかも、各検知信号の前縁および後
縁は磁気検知のため急峻ではな（ある傾斜をもつため、
前縁区間および後縁区間を有する。

前記位置検出手段１０は、第１１図のようにアンド回路
２３〜２５とノット回路２６〜２８とで構成されている
。アンド回路２３〜２５はそれぞれの第１の入力端子に
磁気検知素子７〜９の検知信号の出力が入力する。また
ノット回路２６〜２８はそれぞれの入力端にも磁気検知
素子７〜９の検知信号の出力が入力する。ノット回路２
６〜２８の出力端は回転方向に隣接する磁気検知素子７
〜９に対応するアンド回路２３〜２５の第２の端子に接
続されている。したがって、前記ノット回路２６〜２８
による検知信号の反転信号は第７図に対して第８図のよ
うになる。同図［ａｌは磁気検知素子８の反転信号、同
図（ｂｌは磁気検知素子９の反転信号、同図（Ｃ１は磁
気検知素子７の反転信号である。

またアンド回路２３〜２５の出力すなわち位置検出手段
１０の出力は論理積のため、第９図のようになる。すな
わち同図（ａｌは磁気検知素子７に対応する出力波形、
同図（ｂｌは磁気検知素子８に対応する出力波形、同図
ＦＣＩは磁気検知素子９に対応する出力波形となる。こ
の図から明らかなように、各出力波形は互いに１２０度
ずつずれ、しかも回転子の回転方向に隣合う出力波形同
志はその後縁区間Ｔ１と前縁区間Ｔ２とが重なりあって
いる。

前記ヒステリシススイッチ１１〜１３は、シュミット回
路などのスイッチ回路で構成され、各アンド回路２３〜
２５の出力電圧すなわち位置検出手段１０の出力電圧に
応答する。このヒステリシススイッチ１１〜１３は第１
０図のようにアンド回路２３〜２５の出力電圧よりも小
さい範囲であるが、オフとなる入力電圧Ｖ１よりもオン
となる入力電圧■２が畜いヒステリシス特性を有する。

このヒステリシススイッチ１１〜１３のスイチ動作によ
って第６図のように励磁コイル３〜５に接続された双方
向性のスイッチ２６〜２８が制御され、励磁コイル３〜
５が切換えられる。

第１２図はトルク等の回転角に対する出力波形を示した
ものであり、同図ｉａｌは励磁コイル３．同図（ｂｌは
励磁コイル４．および同図（Ｃ１は励磁コイル５に基づ
くもので、Ｑｌはトルク波形、Ｃ２は位置検出手段１０
の出力波形、Ｃ３は磁気検知素子７〜９の出力波形であ
る。

さて、第９図の位置０から位置Ｙに移動する場合、を−
例としてこの多相ＤＣモータの動作を説明する。すなわ
ち、位置Ｏから位置Ｘ２まではスイッチ２６がオンでス
イッチ２７．２８がオフとなり、励磁コイル３に給電さ
れる。また位置Ｘ２から位置Ｙまではスイッチ２７がオ
ンでスイッチ２Ｇ、２８がオフとなり、励磁コイル４に
給電される。したがってその間の回転制御ができるとと
もに位置０．Ｙでの位置保持側ｆ’ｆｌｌができる。ま
た、位置×２で位置保持制御する場合は、位置Ｏから位
置Ｘ２までは前記したようにスイッチ２６がオンでスイ
ッチ２７，２８がオフであるが、位置保持する位置での
オーバランによりスイッチ２６゜２８がオフとなり、ス
イッチ２７がオンとなるため、やはり位置保持できる。

また位置Ｘ２の位置０側の近傍ではスイッチ２６がオン
であるため、位置Ｘ１で位置保持制御する場合は、スイ
ッチ２６がオンでスイ／チ２７，２８がオフのままで位
置保持されることとなる。他の位置での位置制御も同様
であるためその説明は省略する。

この実施例によれば、励磁コイル３〜５は永久磁石１．
２の相対位置に応して給電が切換えられるため、従来の
摩擦トルクやトルクリップルを生しることがなく、安定
した推力および高速応答性が得られる。また磁気検知素
子７〜９の異なる磁極Ｎ、Ｓの境界の位置保持制御する
とき、前記ヒステリシススイッチ１１〜１３によりいず
れかの励磁コイル３〜５が励磁できるため安定した位置
保持ができ、すなわち相の切換え位置でも位置保持がで
きるので、従来のようにラッチ制御信号を外部から加え
る必要がない。さらに移動制御から位置保持制御に移行
した場合のオーバランが大きい場合でも、自動的に相の
切換えが行われるため、従来のように現在の位置を検知
してコイル励磁をラッチすべきかどうかをホストのマイ
コンなどで判断しｉｌ制御する必要がない。このため、
構成が簡単で安価にでき、外部の制御も単純で閉ループ
の応答性を大きくでき高速制御が可能になる。また円弧
型モータと比べて動作範囲を大きくすることができる。

この発明の第２の実施例を第１３図ないし第１５図に示
す、すなわち、この多相ＤＣモータのコイル切換装置は
、第１の実施例が永久磁石１．２の磁束が径方向に生じ
るのに対して、この実施例は永久磁石１．２の磁極Ｎ、
Ｓを軸方向に着磁したものであり、励磁コイル３〜５は
永久磁石１．２の軸方向の両側に配置されている。すな
わち、永久磁石１．２は円弧板状をなして厚さ方向に着
磁され、励磁コイル３〜５もそれぞれ一対で円形をなす
とともに軸方向に積層される。またヨーク１４は各励磁
コイル３〜５を保持するため２分割して組み合わせるよ
うにしている。この実施例は第１の実施例が軸方向の長
さにより高トルクを得るのに対して、径方向の寸法を大
きくすることにより高トルクを得る違いがあるほか、そ
の他の関係は第１の実施例と同様であるので対応関係に
ある部材に同一符号を付して詳細を省略する。

なお、この発明において、前記各実施例は回転方式につ
いて説明したが、直線運動するものでもよい。また実施
例は可動側が永久磁石１．２であったが、可動側が励磁
コイル３〜５であってもよい。また前記位置検出手段１
０は実施例では回路構成であったが、励磁コイル３〜５
および磁気検知素子７〜９の配置構成によって達成する
ことも可能である。

〔発明の効果〕

この発明の多相ＤＣモータのコイル切換装置によれば、
励磁コイルは永久磁石の相対位置に応じて給電が切換え
られるため、従来の摩擦トルクやドルクリ、プルを生じ
ることがなく、安定した推力および高速応答性が得られ
る。また永久磁石の異なる磁極の境界位置で位置保持制
御するとき、前記ヒステリシススイッチによりいずれか
の励磁コイルが励磁できるため安定した位置保持ができ
、従来のようにラッチ制御信号を外部から加える必要が
ない。さらに移動制御から位置保持制御に移行した場合
のオーバランが大きい場合でも、自動的に相の切換えが
行われるため、従来のように現在の位置を検知してコイ
ル励磁をラッチすべきかどうかをホストのマイコンなど
で判断し制御する必要がない。このため、構成が簡単で
安価にでき、外部の制御も単純で閉ループの応答性を大
きくでき高速制御が可能になる。また円弧型モータと比
べて動作範囲を大きくすることができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例の説明図、第２図はモ
ータ本体の分解斜視図、第３図はモータ本体の半断面斜
視図、第４図はその断面図、第５図は励磁コイルと永久
磁石との関係を示す斜視図、第６図は励磁コイルの制御
回路を示す回路図□第７図は磁気検知素子の回転角に対
する出力波形図、第８図はその反転状態の出力波形図、
第９図は位置検出手段の出力波形図第１Ｏ図はヒステリ
シススイッチの特性図、第１１図は位置検出手段および
ヒステリシススイッチの回路図、第１２図は回転角に対
するトルク等の出力波形図、第１３図は第２の実施例の
分解斜視図、第１４図はその組立４ＫＢの半断面斜視図
、第１５図は断面図である。 １．２・・・永久磁石、３〜５・・・励磁コイル、６・
・・モータ本体、７〜９・・・磁気検知素子、［０・・
・位置検出手段、１１〜１３・・・ヒステリシススイッ
チ、Ｎ、Ｓ・・・磁極 ４ａ　　４ｂ １０−ａ！ｒ、検出３Ｆ段 １１−１３−ヒスーｒリシ又スイ！＋ Ｎ、Ｓ−滋犠 第５図 ト寸 一一−ｄ 第６図 一口　転角（度） 第７図 一回転４Ａ（度） 第８図 −回り角（／り 一口　転　角　（Ｉり 第１２図 第１４図 第１５図 手続補正書（帥 昭和６１年０５月１０日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 動作方向と同方向に複数の異なる磁極が並ぶ永久磁石に
   対向して前記動作方向と同方向に相互にずれて配置され
   た複数の励磁コイルを有するモータ本体と、前記永久磁
   石に対する前記各励磁コイルの励磁位置を検知する磁気
   検知素子が前記モータ本体の動作に伴って順次発生する
   出力波形間において相隣合うもの同志の出力波形の後縁
   と前縁とが相重なるように構成した位置検出手段と、こ
   の位置検出手段の出力電圧に応答して前記励磁コイルを
   切換えるヒステリシススイッチとを備えた多相ＤＣモー
   タのコイル切換装置。