JPH03145958A

JPH03145958A - 回転体の回転位置検出装置

Info

Publication number: JPH03145958A
Application number: JP28530789A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Yamashita; 正行山下; Ryoji Hayashi; 良治林; Kenichi Kihira; 紀平　憲一
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1989-10-31
Filing date: 1989-10-31
Publication date: 1991-06-21
Anticipated expiration: 2014-01-27
Also published as: JP2850408B2

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】［発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は回転円板とホトインタラプタとを用いた回転体
の回転位置検出装置に関する。

（従来の技術）従来より、回転体例えばモータのロータの位置を検出す
るための回転位置検出装置としては、磁気的方式のもの
や光学的方式のものが供されている。而して、近年の装
置の小形化要求に伴い、磁気的方式のものでは磁気漏れ
により種々の悪影響を及ぼす等の事情により、光学的方
式の回転位置検出装置が多く採用されてきている。特に
、可変リラクタンスモータなかでもＳＲモータ（５ｖｌ
ｃｈｅｄ　ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ　ｍｏｔｏｒ）にあっ
ては、各相の巻線への通断電のタイミングに厳密性が要
求されるため、ホトインタラプタを用いたものが使用さ
れている。

この種の回転位置検出装置は、ロータの回転軸に固着さ
れた回転円板と、ステータ側に固定配置されたホトイン
タラプタとから構成される。例えばステータ歯数が６．
ロータ歯数が４の三相励磁の可変リラクタンスモーフに
組込まれるもので、一回転で４パルスのパルス信号を得
る場合の具体例を第５図に示す。即ち、回転１１板１の
外周には遮光を行うための４個の歯部２が形成されてお
り、これにより歯部２以外の部分が透光を許容する切欠
部３となる。このとき、歯部２．切欠部３共に４５°の
形成角度領域にて形成されている。一方、詳しく図示は
しないが、ホトインタラプタ４は、対向配置された投光
部と受光部５との間に、前記回転円板１の外周部分を挟
むようにして固定配置され、受光部５の窓部５ａが前記
歯部２の１１＋１転軌跡に対応位置するようになってい
る。このものは、ロータと一体に回転する回転円板１に
より、ホトインタラプタ４の受光部５に窓部５ａを通し
て光の遮断１人光が繰返されることになり、その受光部
５からデユーティ比５０％のパルス１゜′すを出力させ
るように構成されている。そして、このパルス信号に基
づいて通電制御装置が各相の巻線の通断電を制御するよ
うになっている。

（発明が解決しようとする課題）ところで、上述のような可変リラクタンスモータにおい
ては、ロータ位置とトルクとの関係は、−相のみのトル
クを考えると、第７囚に示すように、正トルクと反トル
クとがロータ位置に対して４５″毎に交尾に発生ずるこ
とになる。従って、一方向にロータを回転させるには、
ロータが４５０進む毎に巻線電流をオン、オフさせる必
要がある。

また、トルク特性としては、第８図に示すように、ステ
ータの歯幅の大小により、４５″の範囲内でトルクの発
生角度の広狭を変化させることができ、また、第７図に
示すように、ロータの歯幅の大小により、トルク発生の
位相の早遅を変化させることができることが知られてい
る。従って、モータの用途に応じた設計を行うことによ
り、電気的時定数が小さく平均トルクを上げて使用する
用途や、電気的時定数が大きく効率良く使用する用途な
どに自由に対応することがＩ＋Ｊ能となっている。

しかしながら、上記従来のもののように、回転円板１の
歯部２と切欠部３との形成角度領域が１対１の比に固定
され夫々機械的に４５°に形成されたものでは、受光部
５の受光素子の感度の相違により、出力されたパルス信
号のデユーティ比が正確に５０％とならない場合がある
。即ち、受光部５の感度が良い場合には、窓部５ａが少
し開いただけで受光作動し且つ窓部５ａの大１４が閉し
られなければ受光作動が停止しなくなる。一方、受光部
５の感度が悪い場合には、窓部５ａの大゛１モが開かな
ければ受光作動せず且つ窓部５ａが少し閉じられただけ
で受光作動が停止してしまうようになる。第６図は、こ
のときの受光部５の作動状況を模式的に示したものであ
る。本来は、同図（ａ）に示すように、受光部５の窓部
５ａの中心部が相χ１的に歯部２と切欠部３とが切替わ
る部所に進んだ０点（開口率５０％）で受光動作のオン
、オフがなされ、これにてデユーティ比５０％のノくル
ス信号が出力されるようになっている。ところが、受光
部５の感度が良い場合には、同図（ｂ）に示すように、
受光作動（オン）のタイミングが早く↑１つ停止（オフ
）のタイミングが遅くなり、オン時間に対してオフ時間
が短くなり、１対１からずれたパルス信号が出力されて
しまう。また、受光部５の感度が悪い場合には、同図（
ｃ）に示すように、上記とは逆のパルス１３号が出力さ
れてしまうことになる。

このようなパルス信号のデユーティ比のずれは、回転円
板１の径寸法が受光部５の窓部５ａの幅寸法に対して十
分大きい場合はさほどの悪影響を与えるものではないが
、近年の回転円板１の小形化に伴って、無視できないほ
どの大きなずれとなってきている。特に、上述のように
、ステータの歯幅及びロータの歯幅を大きくした可なリ
ラクタンスモーフにあっては、通電タイミングの小さな
ずれが、大きな反トルクの発生につながることになる。

この結果、効率の大幅な低下や、トルクリップルの発生
といった不具合を拓くことになり、また、この不具合を
避けようとすると今度はモータの設計の自由度が制眼さ
れることになる。

本発明は上記■Ｉｆ情に鑑みてなされたもので、その目
的は、デユーティ比５０％のパルス信号を得ることかで
きる回転体の回転位置検出装置を提供するにある。

［発明の構成］（課題をＭ決するための手段）本発明の回転体の回転位置検出装置は、ホトインタラプ
タの受光部が、窓部の開−率が５０％未満の状態であっ
ても受光作動を行うしのである場合には、１］！１転円
板の遮光部を透光部よりも大なる形成角度領域にて形成
し、受光部が、窓部の開門率が５０％を越えた状態でな
ければ受光作動を行わないものである場合には、回転円
板の遮光部を透光部よりも小なる形成角度領域にて形成
するようにしたところに特徴を１−ｊ゛する。

（作用）従来では、ホトインタラプタからデユーティ比５０％の
パルス信号を出力させるには、回転ＩＴＪ板の遮光部と
透光部との形成角度領域の比を１対１に形成することが
当然と４えられていた。しかしながら、受光部を構成す
る受光素子の品質の向上や装置の小形化等の事情により
、特に出力信号に厳密性が要求される場合にそのもので
は対応できないケースが多々起こってきた。

本発明者等は、回転円板の遮光部と透光部との形成角度
領域の比を１対１からずらせて形成することに着目し、
窓部の開口率と受光作動との関係言換えれば受光部の感
度の良否に対応させて遮光部と透光部との形成角度領域
の加減を行い、受光作動のタイミングをいわば矯正する
ようにずらせることによって、デユーティ比５０％のパ
ルス信号を出力させることができることを確認したので
ある。

即ち、上記した手段のように、受光部が、窓部の開口率
が５０％未満の状態であっても受光作動を行うものであ
る場合には、回転円板のうち受光作動を行う範囲即ち透
光部の形成角度領域を遮光部よりも狭くすれば、パルス
信号はデユーティ比５０％に近付く方向に矯正される。

また、その逆に、受光部が、窓部の開口率が５０％を越
えた状態でなければ受光作動を行わないものである場合
には、回転■板のうち透光部の形成角度領域を遮光部よ
りも広くすれば、パルス信号はデユーティ比５０％に近
付く方向に矯正される。いわば受光部が受光動作を行う
窓部の開口率が小さくなるに従って、遮光部の形成角度
領域が大きくなるようすれば良い。従って、上記手段に
よれば、デユーティ比５０　％のパルス信号を得ること
ができるのである。

（実施例）以Ｆ本発明を０１変リラクタンスモータのロータの回転
位置検出装置に適用した一実施例について、第１図乃至
第４図を参照して説明する。尚、ここでは、ステータ歯
数が６．ロータ歯数が４の三相励磁の可変リラクタンス
モーフに組込まれる場合について述べる。

第３図は可変リラクタンスモーフ１１の全体構成を示し
、ここで、ケーシング１２内に、回転軸１３が回転０江
に配設され、この回転軸１３に沁４図にも示すような突
極形の積層鉄心１４が圧入嵌合されて回転体たるロータ
１５が構成されている。一方、このロータ１５の外周側
には、巻線１６を巻装したステータ１７が配設されてい
る。そして、前記回転軸１３の基端側には、エンコーダ
ディスク１８ａ及びＭＲセンサ１８ｂからなる周知の回
転速度検出器１８が設けられていると共に、本実施例に
係る回転位置検出装置１９が設けられている。

この回転位置検出袋ｆｆ１９は、第１図にも示すように
、前記回転軸１３に取付けられた回転円板２０と、前記
ステータ１７側に固定配置された周知のホトインタラプ
タ２１とから構成される。このうち回転円板２０は、外
周部に遮光部たる歯部２２が等間隔をおいて４個形成さ
れており、この歯部２２同土間が透孔部たる４個の切欠
部２３となっている。これにより、回転円板２０の外周
には歯部２２と切欠部２３とが周方向に交互に形成され
ている。また、これら歯部２２の形成角度領域ａ及び切
欠部２３の形成角度領域すは、夫々後述するような角度
で形成され、これら歯部２２と切欠部２３との形成角度
領域の和Ｃは９０＠となっている。一方、ホトインタラ
プタ２１は、第３図に示すように、いわゆる平行光を出
光する投光部２４と、この投光部２４からの光を窓部２
５ａ（第１図参照）を通して受光する受光部２５とを隙
間を７ｆ、シて対向配置して構成されている。そして、
これら投光部２４と受光部２５との間に前記回転円板２
０の外周部を挟んで配設されている。

このとき、第１図に示すように、受光部２５の窓部２５
ａが前記歯部２２の１！１転軌跡に対応位置している。

尚、詳しく図示はしないが、このホトインタラプタ２１
は機械角で例えば３０”の間隔を置いて３個が配設され
ている。これにより、回転位置検出装置１９は、前記ロ
ータ１５のＩ川伝に伴い、回転円板２０が、ホトインタ
ラプタ２１の受光部２５に受光される光の遮断、透過の
１：′１容を繰返すことになり、受光部２５の受光動作
及びその停止に基づいてパルス信号を出力させるように
構成されている。そして、この出力信号に基づいて、図
示しない通電制御装置が各相の巻線１６の通断電を制御
するようになっている。

さて、前記回転円板２０の歯部２２と切欠部２３とは、
形成角度領域ａ、ｂを次のようにして形成されている。

即ち、前記受光部２５が、窓部２５ａの開門率が５０％
未満の状態であっても受光作動を行うものである場合に
は、歯部２２は切欠部２３よりも大なる形成角度領域に
て形成され、一方、該受光部２５が、窓部２５ａの開口
量が５０％を越えた状態でなければ受光作動を行わない
ものである場合には、南部２２は切欠部２３よりも小な
る形成角度領域にて形成されている。このとき、いわば
受光部２５が受光動作を行う窓部２５ａの開口量が小さ
くなるに従って、歯部２２の形成角度領域が大きくなる
ようにしているのである。

具体例をあげると、今、例えば、第１図に示すように、
回転円板２０の回転中心０から窓部２５ａの中心までの
半径ｒが１７ｍｍ、窓部２５ａの幅寸法ｔが０．５關で
あり、ホトインタラプタ２１の受光部２５が窓部２５ａ
の開口率約２０％にて受光動作を行うものである場合、
第２図に示すように、歯部２２の形成角度領域ａを約４
６°　（従って切欠部２３の形成角度領域すは約４４°
）に形成することにより、受光部２５からデユーティ比
５０％のパルス信号の出力が得られた。この第２図は、
このときの受光部２５の作動状況を模式的に示したもの
であり、上段が回転円板２０の外周部形状、を直線的に
展開したもので、下段はそれに対応して窓部２５ａの中
心が相対的にどの位置にて受光部２５の受光動作（オン
）及び受光動作の停止（オフ）が行われてパルス信号を
出力するかを示している。

尚、歯部２２の形成角度領域の上下限は、これを４５°
±Δθとすると、 Δθ−３６０ｔ／２πｒとなる。上記例では、Δθ−１．８６’となり、受光部
２５の感度が異なっても、この範囲内に必ずデユーティ
比５０％の出力信号が得られる角度が存在するのである
。

このように本実施例によれば、ホトインタラプタ２１の
受光部２５が窓部２５ａの開口量がどれだけで受光作動
を行うかに応じて、回転円板２０の歯部２２及び切欠部
２３の形成角度領域ａ、　　ｂを１対１から変更させた
ので、受光部２５からデユーティ比５０％のパルス信号
の出力を得ることができた。従って、従来のような歯部
２と切欠部３との形成角１度領域が１対１の比に固定さ
れ夫々機械的に４５°に形成されたものと叉なり、受光
素子の品質の向上や装置の小形化等の事情の下で、特に
出力信号に厳密性が要求される場合でも、正確なデユー
ティ比５０％のパルス信号の出力を得ることができる。

特に、本実施例のように可変リラクタンスモーフの回転
位置検出装置として採用した場合の効果は顕著であり、
反トルクの発坐を防止できて効率の向上５　トルクリッ
プル等の防止を図ることができ、モータの設計の自由度
も極めて高いものとすることができる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例
えばブラシレスモータや、モータ以外でも回転体を備え
る機器全般に適用することができるなど、要旨を逸脱し
ない範囲内で適宜変更して実施し得る。

［発明の効果］以上の説明にて明らかなように、本発明の回転体の回転
位置検出装置によれば、受光部が、窓部の開門率が５０
％未満の状態であっても受光作動を行うものである場合
には、回転円板の遮光部を透光部よりも大なる形成角度
領域にて形成し、受光部が、窓部の開口率が５０％を越
えた状態でなければ受光作動を行わないものである場合
には、回転円板の遮光部を透光部よりも小なる形成角度
領域にて形成するようにしたので、デユーティ比５０％
のパルス信号を得ることができるという優れた効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の一大施例を示すもので、第
１図は要部の概略的な正面図、第２図は開口率約２０％
にて受光動作を行うものの場合の回転１１板と出力信号
との関係を示す図、第３図はｈ１変リラクタンスモータ
の縦断側面図、第４図はｎＩ＆リラクタンスモータのロ
ータ及びステータを概略的に示す正面図である。そして
、第５図は従来例を示す第１図相当図、第６図（ａ）、
（ｂ）。（ｃ）は夫々受光部の感度が中間の場合、良い場合、悪
い場合の従来例を示す第２図相当図である。また、第７図はロータ歯幅に応じた可変リラクタンスモ
ーフの回転位置とトルクとの関係を示す特性図、第８図
はステータ歯幅に応じた可変リラクタンスモータの回転
位置とトルクとの関係を示す特性図である。図面中、１１は可変リラクタンスモータ、１５はロータ
（回転体）、１９は回転位置検出装置、２０は回転円板
、２１はホトインタラプタ、２２は歯部（遮光部）、２
３は切欠部（透光部）、２４は投光部、２５は受光部、
２５ａは窓部を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

１、回転体に設けられ遮光部と透光部とを周方向に交互
に形成してなる回転円板と、投光部とこの投光部からの
光を窓部を通して受光する受光部との間に前記回転円板
を挟んで固定配置されたホトインタラプタとを備え、前
記回転体の回転に伴い前記受光部からデューティ比５０
％のパルス信号を出力させるものにおいて、前記受光部
が、窓部の開口率が５０％未満の状態であっても受光作
動を行うものである場合には、前記回転円板の遮光部を
透光部よりも大なる形成角度領域にて形成し、該受光部
が、窓部の開口率が５０％を越えた状態でなければ受光
作動を行わないものである場合には、前記回転円板の遮
光部を透光部よりも小なる形成角度領域にて形成したこ
とを特徴とする回転体の回転位置検出装置。