JPS63218817A - 回転検出装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、モーター等の回転装置の回転部の非回転部
に対する位置検出装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、たとえば［特公昭６１−３０２２４４に見られる
ようにステップモーターにおいては、駆動コイル部に発
生する電圧波形によって回転又は非回転を検出し回転子
の位相や回転位置を把握していた。又、特開昭６０−１
８３９８２に見られるような超音波モーターにおいては
、駆１１Ｊ源と回転体が摩擦力によって接合されている
為、回転の位相を検出することが、不可能であり、回転
位相を検出する方法そのものが、存在しなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

首記ステップモーターにおいては近年特にその増加がめ
ざましい電磁調理品や、近い将来間通が期待されるリニ
ヤモーターカーに対して、その誤動作が心配されている
。何故なら、強力な磁場を防ぐ為にはモーター自体を磁
性体でシールドしなければならず、該モーターを使用し
たシステムや機因はサイズを大型化せざるを得ないばか
りか、時計のような超小型携帯電子機器においては、そ
の磁気シールドは携帯性を悪化させ、商品性に致命的な
欠陥を与えかねないものである。そこで前記ステップモ
ーターの公告特許ではコイルに生じる起電圧の波形で回
転の有無を把握し、正確な回転数、すなわちたとえば正
確な時刻表示を行おうというものである。しかし、該モ
ーターコイルに外部からの磁束が交鎖すると、回転体が
回転したにもかかわらず非回転と把握したり、非回転で
あるにもかかわらず回転と把握する事態が生じる。

これを防ぐために磁気シールドをしても前記のように商
品性が低下してしまうし、たとえ磁気シールドしても、
シールド材の材質や厚み等によっては、回転又は非回転
の検出が誤動作してしまうほどの強力な磁束がモーター
と交鎖することがありうる。

一方、前記超音波モーターにおいては、モーターが占め
る体積あたりの発生トルクが他のモーターに比べて高い
ことや、電気機械変換効率の高いことが、近年注目され
、種々な応用が試みられているものの針弐時計やサーボ
モーター等ｌ＼の応用は困難とされている。何故なら、
超音波モーターは、駆動部と回転体が摩擦力で結合され
、言わば上りながら回転体が回転する為、回転角度は時
間に対し、何ら保障されず、負荷の変動に対し一定角速
度を保つことが不可能である。

〔発明の目的〕

そこでこの発明は従来のこのような欠点を解決する為、
モーターの回転角速度を常に一定にする方法を与え、超
音波モーター等の回転角速度の一定でないモーターでも
、時計やサーボモーターに応用することを目的する。

さらに、時計用ステップモーター等の磁場駆動モーター
が外部磁場で誤動作してしまうのを防ぐことを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決する為に当発明では回転体の一部に電
荷を容易に発生し固定化出来る物体か、あるいは、電荷
を有する物体を固着せしめ、さらに該物体が通過する軌
跡の近傍に導体を固定する構造とし、該導体にパルス状
の電圧を生じさせる。

前記超音波モーターの場合、前記パルス状の電圧を波形
整形した後、論理回路、Ｄ−Ａ変換器、モーター駆動発
振器、ゲイン可変増幅器等を用いて回転体の速度コント
ロールを行う。又、前記公告特許に記載されているよう
な磁気駆動モーターでは前記パルス状の電圧の有無で回
転検出を行う。

〔作用〕

上記のように構成された回転検出装置によれば、回転体
に取付けた電荷を帯びた物体が該導体近傍を通過するご
とに該導体にパルス状の電圧が発生する。これは、たと
えば回転体に固着した物体がプラスの電荷を持っている
場合、該物体が持つプラスの電荷が導体側のマイナス電
荷をクーロン力で呼び寄せ、逆にプラスの電荷は導体の
回転体とは最も遠い方向に生じる現象で説明出来る。し
たがって該導体を増幅器に継ぎ、該現象による電圧波形
を観測すると、回転体の帯電した物質が該導体の近傍を
通過するたびに、前記クーロン力による電荷の移動が生
じパルス状の電圧波形を見ることが出来る。このパルス
波形を波形整形し論理回路の為のパルスにする。回転を
始めて、第−元口のパルスが発生してから、第二元口の
パルス迄の時間を標準となるクロックパルスを数える事
で、たとえば一回転したときの時間を測定する。この一
回転に要した時間を基準とする時間と比較し、基準時間
との差を知る。この差すなわち、実際に要した一回転の
時間と、基準となる一回転の時間の差に応じてＤ−Ａ変
換器で直流電圧を発生させる。次にこの直流電圧を利用
して、波動モーターを駆動する為の正弦波の振幅をゲイ
ン可変増幅器で調節する。超音波モーター等の波動モー
ターはこれに加えられる駆動正弦波の振幅によって回転
速度が変化する為、一回転の標準時間に実際の回転時間
が複数回の回転によって限りなく収束してくる。したが
って見かけ上はぼ負荷の変動に左右されない超音波モー
ターが実現出来る。

一方、前記公告特許に記載されているようなパルスモー
ターにおいては、前記波形成形の後、パルスの有無で回
転及び非回転を検出し、従来の方法と同様に回転制御を
行なえばよい。このことによって外部磁場によって影響
を受けることのない例えば時計用モーターが実現出来る
のである。

〔実施例〕

以下にこの発明の実施例を図面にもとすいて説明する。

第１図において、１は半導体コンデンサで、一端が半導
体内でフローティング状態にないで、他端が、外部に露
出している。この場合、前記他端は６の受信導体と対向
して上を向いている。

該半導体はＦＡＭＯ８（フローティング　アバランシェ
　ＭＯＳ）を応用したもので、帯電方法は、いわゆるア
バランシェ効果で電荷を半導体内部の電極に注入させる
ものである。この結果、該半導体の外部に露出した電極
には、半導体内部に蓄えられた電荷と量が等しく、符号
が逆の電荷を常に維持させることが出来る。２は回転体
でライニング材３に生じる進行波の影響と弾性体４との
＊Ｓ力で進行波方向に回転する。弾性体４は圧電セラミ
ック５に生じる弾性撮動を受け、ライニング材３に対し
進行波を作り、供給するものである。絶縁体７は受信導
体６に生じた帯電状態を乱さないよう、すなわち、端子
８に半導体１の表面にある電荷と同じ符号で、出来るだ
け同じ量の電荷を生じさせるようにした絶縁体である。

次に動作を説明する。半導体１は回転体２に固着されて
いる為、回転体２と同一速度で回転する。この半導体が
、受信導体６の近傍を横切ろうとするとき、受信導体６
にある負の電荷は半導体付近に集まる。ただし半導体の
受信導体と対抗している電極には正の電荷が生じている
ものとする。負の電荷が半導体付近に移動すれば、半導
体１と対抗している受信導体６の面から最も遠い所すな
わち端子８に正の電荷が現われる。この電圧の様子を端
子８で観測すれば、回転体上の半導体１が、受信導体６
と最もよく接近した時点をピークにパルス状の波形を観
測することが出来る。端子８からさらに後に説明する第
３図の信号処理部分に接続すれば、当発明による回転検
出装置の一例が完成する。

第２図は本発明による多極型回転検出装置の一部で第１
図の斜視図とはちがい、真上から見た図になっている。

９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ。

９ｆ、９ｇ、９ｈは、エレクトレット素子１３が近傍を
通過するのを感知する受信導体で受信部支持体１１に固
着されている。１０ａ、１０ｂ。

１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、’１０Ｑ、１０ｈは
エレクトレット素子１３が、各受信導体近傍を通過した
際に発生する電気信号を外部の信号処理部に導く為のリ
ードパターン及び、端子である。

１２は、超音波モーターの回転体でエレクトレット素子
１３がこれに固着されている。第２図の動作を説明する
。受信導体が合計８個が受信部支持体に等間隔に、回転
体１２に沿うように固着されている為、エレクトレット
素子１３が、各受信導体近傍を通過するごとに第２図の
１０ａ〜１０ｈに示す端子のどれかにパルス状の電気信
号が発生する。かつ、該電気信号は、回転体が、一様に
回転しているかぎり等時間間隔に各端子及びリードパタ
ーン１０ａ〜１０ｈに電気信号が発生する。

回転体に回転ムラが生じた場合、第１図による方法と同
じく、回転体の基準回転時間に対するズレ時間を計測し
、このズレ時間をとり戻す為に超音波駆動モーターの出
力電圧を加減する作用を持つ回路が接続される。

第３図は第１図に示す当発明による回転検出装置を補完
するものである。１４はバッファ回路の役目を果す高入
力インピーダンスの増幅器で、第１図に示されている受
信導体の端子に接続される。

１５は波形整形回路でバッフ７回路１４の出力を後段の
論理回路レベルに合わせる為のものである。

１６．１７．．１８はいずれもＪＫフリップフロップ回
路である。ＪＫただしフリップフロップ回路１６及び１
７はパルスが一発入力されるとその出力はリセット信号
が来ないかぎり１“に固定される。ＪＫフリップフロッ
プ回路１８は入力されるクロックをその立下りでとらえ
て分周している。

標準クロック発生器２８は時間１３準となるクロックを
発生している。結局、アンド回路１つの出力には、モー
ターの回転体が一定角度回転する間、標準クロック発生
器２８の出力波形と同じ波形が現われる。該標準クロッ
クはカウンタ２０に入り、回転体が一回転する間のクロ
ック数を数える。該クロック数は時間そのものか、ある
いは時間に比例する。データラッチ２１はコントローラ
２２がカウンタ２０のデータをコントローラ２２の制御
サイクルに従って読み込む為の一時記憶回路である。コ
ントローラ２２はデータラッチ２３から受は取ったデー
タ、すなわち、一回転に要した時間を初期設定された基
準周期と比較し、次に述べる補正値を計算する。該補正
値とは、ゲイン可変増幅器２０が超音波モーターの基準
−周期に対する遅れ進みを補正するもので超音波モータ
ー２７の励振電圧対回転体回転速度特性の変化率に比例
する。さらに該補正値はゲイン可変増幅器２６の制御電
圧対出力電圧特性の傾きに比例する。さらに該補正値は
Ｄ−Ａ変換器２４が出力すべき直流電圧を発生させる為
のデジタルコード化された数値である。全体として該補
正値は、該モーターの回転スピードを変化させ、回転周
期が初期設定された基準周期より長ければ該スピードを
増やし、該モーターの回転周期が初期設定された基準周
期より短かければ該スピードを減らすように設定される
。コントローラ２２はさらに各７リツプフロツプ回路１
６，１７．１８．カウンタ２０．データラッチ２１にリ
セット信号を該モーターの一周期ごとに送り出す。デー
タラッチ２３はコントローラ２２から出力される該補正
値を一時蓄える役割をする。モーター駆！ＦＩＪ発振器
２５は該モーターの振動子に供給し、該モーターを駆動
するための交番電圧発生器である。該発振器の出力はゲ
イン可変増幅器２６に入力され、やがて増幅及び制御さ
れ、超音波モーター２７に入力される。第３図に示す回
路によれば、全体として、超音波モーターの回転スピー
ドが負荷の変動によって変化し、回転周期が基準回転周
期の対しズレが生じた場合に、速やかに補正動作を行い
正常な周期に復帰する動作をする。

第４図は本発明による針式時計用ステップモーターで、
磁場のノイズに強い回転検出機構の一部である。第４図
は全体としては、はぼ従来の磁気駆動型の時計用ステッ
プモーターで、前記公告特許に見られるようなモーター
と同様のものであるが、受信導体２９及びエレクトレッ
ト素子３１ａ及び３１ｂがあることがその特徴にないる
。まず、１３１ａ又は３１ｂのエレクトレット素子が受
信導体近傍を通過する際に電気分極を生じさせる為の受
信導体。３０は磁石で出来た回転体。３１ａ及び３１ｂ
は、回転体３０に固着されたエレクトレット素子である
。回転体３０が半回転するごとに受信導体２９にはパル
ス状の電気変位が生じる。３２はステータ。３３は磁心
でコイル３４が巻かれており、リードパターン３５ａと
３５ｂの両端にパルス状の電圧がかかると、回転体３０
が１８０度回転する。ここで外部から強い電磁ノイズが
入りコイル３４をノイズの磁束が切ったとすると３５ａ
と３５ｂの両端にノイズによる電圧が生じる。この電圧
によって回転又は非回転を検出するような、たとえば、
前記公告特許に述べられている回転検出装置は非回転を
回転と判断したり、回転を非回転と判断してしまう危険
性がある。そこで当発明では受信導体２９とエレクトレ
ット素子３１ａ及び３１ｂを組み合せ、第１図及び第２
図で述べたような原理で回転の有無を検出するようにし
ている。

〔発明の効果〕

この発明は以上述べたように回転角度の検出が今迄不可
能であった超音波モーター等の波動モーターに応用が出
来、時計やサーボ機構への応用が可能となった。この結
果、この発明を使用した時計やサーボ機構において、小
型でトルクが強く、且つ、駆動効率の優れた製品が可能
となる。なお、超音波モーター等の波動モーターが、そ
の体積の割にトルクが大きいことや、消費電力と出力エ
ネルギーの比、いわゆる効率が高いことは、日本工業技
術センター発行の「新方式／新原理モーター開発・実用
化の要点」や株式会社トリケッブス発行の「超音波モー
ター／アクチュエータ」に詳述されている。

当発明の効果はさらに、現行の磁気駆動モーターたとえ
ば時計用パルスモータ−では、磁気ノイズによる影響が
全く無くなる為、磁気シールドの必要が無くなる。この
結果、コスト減になると同時に、薄型小型な耐磁気時計
が可能となる。一般的に言えば、磁気による誤動作が全
く無い磁気駆動モーターが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる実施例を示す回転検出装置の信
号処理部を除く部分の斜視図、第２図は位相検出型回転
検出装置の信号処理部を除く部分の略図、第３図は第１
図に示す機構を受けて電気信号の処理を行う回路のブロ
ック図、第４図は時計用ステップモーターの略図である
。 １・・・半導体 ２・・・回転体 ３・・・ライニング材 ４・・・弾性体 ５・・・圧電セラミック ６・・・受信導体 ７・・・絶縁体 ８・・・端子 ９ａ〜９ｈ・・・受信導体 １０８〜１０ｈ・・・端子及びリードパターント・・受
信部支持体 １２・・・回転体 １３・・・エレクトレット素子 １４・・・バッファ回路 １５・・・波形整形回路 １６〜１８・・・ＪＫフリップフロップ回路１９・・・
アンド回路 ２０・・・カウンタ ２１・・・データラッチ ２２・・・コントローラ ２３・・・データラッチ ２４・・・Ｄ−Ａ変換器 ２５・・・モーター駆動発娠器 ２６・・・ゲイン可変増幅鼎 ２７・・・超音波モーター ２８・・・標準クロック発生器 ２９・・・受信導体 ３０・・・回転体 ３１ａ、３１ｂ・・・エレクトレット素子３２・・・ス
テータ ３３・・・磁心 ３４・・・コイル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気エネルギー、磁気エネルギー、弾性エネルギ
   ー等のエネルギーを利用して回転運動を起こさせ、物体
   を移動又は回転させる装置において、回転部の一ケ所又
   は複数ケ所に電荷を帯びた物体又は帯電可能な物体を固
   着したことを特徴とする回転検出装置。
2. （２）前記回転部上に永久又は半永久的にプラス又はマ
   イナスの電荷を閉じ込めた素子を固着せしめたことを特
   徴とする特許請求の範囲第一項の回転体検出装置。