JPH0469037A - 位置検出器内蔵モータ - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は位置検出器内蔵モータに関し、詳細には、ブラ
シレスＤＣモータ等の位置検出器を内蔵するモータの位
置制御能の改善に関する。

（ロ）従来の技術 ブラシレスＤＣモータはロボット、Ｘ−Ｙテープル、集
積回路製造装置、磁気ディスク装置等の精度、応答特性
並びに信頼性が要求される装置に広く利用されている。

特に、特開昭６２−２４４２６５号に開示されるブラシ
レスＤＣモータは精度、応答特性並びに信頼性の点から
して今日最も改善されたブラシレスＤＣモータの１であ
る。

初めに、その特開昭６１−２４４２６５号に開示される
ブラシレスＤＣモータを第３図および第４図を参照して
説明する。

第３図（Ａ）はステータの断面形状およびそのコイル構
造を示す、ステータ（３０）は鋼の薄板を打ち抜いて形
成される環状部（３２）とこの環状部（３２）の内周に
等間隔に配列される矩形のステータポル（３４）および
各ボール（３４）に巻回されたコイル（３８）で示され
ている。

２相動作する図示したモータのステータのポル（３４）
は丸数字の１．２．４．５．７．８．９．１０．１１お
よび１２で示される第１のグルブのトルクボール、同じ
＜１３．１４．１５．１６．１７．１８．１９．２１．
２２および２４で示される第２のグループのトルクボー
ル、さらには３．６．２０および２３で示されるセンサ
ボールの３グループに分類される。

第１のグループのトルクボールは図示されるような極性
に巻回され、相互に結線されて端子（６０）（６２）に
供給される第１相の電力により付勢される。同様に、第
２のグループのトルクボールは端子（６４）（６６）に
供給される第２相の電力により付勢されてそれぞれロー
タにトルクを発生させる。このモータの特徴は隣接する
対のトルクボール毎にコイルが接続され、かつそのコイ
ルが付勢されるとき対のトルクボール間を磁束が流れる
ように逆方向にコイルが巻回される点にある。また、こ
の隣接配置され磁気的に結合する対のトルクボール以外
のトルクボールに隣接配置されるセンサポルは図示され
るような極性に巻回され、ブリッジ接続され、その端子
（５２）（５４）に１００　Ｋ　Ｉ−Ｔ□程度の高周波
が印加されて端子（４８）（５０）に互いにπ／２の位
相差を有し、かつロータ位置に対応して変化する信号を
生成する。これらトルクボールとセンサボールの数の和
を相数で割ると偶数となる。

第３図（Ｂ）はロータの断面形状を示す。ロタ（４０）
は円筒状コア（４２）、１８個のロータボール（４４）
およびシャツ）　（４６）で示されている。ロータボー
ル（４４）はサマリウム／コバルト合金等の高磁力永久
磁石により形成されており、適宜の手段により円筒状コ
ア（４２）の外周面に極性が交互に異なるように配列、
固着されている。前記したステタボールの数とこのロー
タボールの数の比は４：３又は４′５である。

第４図は前記した構造を備えるブラシレスＤＣモータを
ディジタルＰＩＤ制御するためのシステムのブロック図
である。

モータＭの前記第１および第２のグループのトルクボー
ルにはそれぞれ増幅器ＨＡおよびＨ８から第１相および
第２相の電力が供給され、センサボールの先の端子（５
２）（５４）には発振回路（１２２）から１００ＫＨｚ
程度の高周波信号が供給される。

ブリッジ接続されたセンサボールからライン（１２４）
　（１２６）に出力される互いにπ／２の位相差を有し
、ロータの回転に伴って変化する位置検出信号は同期検
波回路（１２０）によりベクトル信号に変換された後、
ロータ位置検出回路（１０８）によってロータ位置信号
に変換される。このロータ位置信号は端子（１３２）に
人力される外部参照信号あるいはマイクロプロセッサ（
１００）が内部出力する参照信号と人力加算回路（１１
０）で加算され、ＰＩＤ制御回路（１１２＞（１１４）
（１１６）に出力されて、周知のディジタルＰＩＤ制御
が行われる。

ところで、ロータボールとステータボールにスキューが
付与されていないブラシレスＤＣモータでは、ロータボ
ールの永久磁石がステータボールを磁気的に吸引するこ
とによる無励磁トルク（デイティントトルク）が発生す
ることが知られている。即ち、スキュー値二〇に設計さ
れたモータの構造を模式的に示す第５図を参照すると、
ロータボール（４４）とステータボール（３４）が図示
される位置関係のときにステータボール（３４）の励磁
が停止されると、高磁力永久磁石により形成されるロー
タボール（４４）がステータボール（３４）を磁気的に
吸引し、ロータボール（４４）がステータボール（３４
）の真下に配置されるようにロータ（４０）を回転させ
る。

この無励磁トルクは上述したディジタルＰＩＤ制御シス
テムにおいて、目標値に対する位置制御が終了した後に
ロータ（４０）を回転させるため、制御システムの残留
偏差となり、制御システムが不安定動作する原因となる
。そこで、位置制御に供されるブラシレスＤＣモータに
は、第６図に示されるように、ロータボール（４４）に
１．０ピッチのス牛ニーを付与して無励磁トルクを除去
するのが普通である。

（ハ）発明が角ゲ決しようとする課題 しかしながら、従来例の項で説明した特開昭６２−２４
４２６５号に開示されるブラシレスＤＣモータ並びにそ
の制御システムを試作し、実験を重ねたところ、そのモ
ータ並びに制御システムの安定性、連応性等の総合制御
能が期待値を下回ること、そして、その理出が制御シス
テムにはなくその種のモータに固有の事情によることが
判明した。

従って、本発明が解決しようとする課題は前記した原因
の解明に基づくものであって、特に、ステータボールの
一部をロータ位置検出のためのセンサボールとして使用
するような位置検出器内蔵モータの制御能を向上させる
ことにある。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は斯る課題に鑑みなされたものであって、ステー
タボールの一部をロータ位置検出のためのセンサボール
として使用する位置検出器内蔵モータにおいて、ステー
タボール若しくはロータボールのスキュー値を０．２〜
０．６ピッチとすることによってその制御能を大幅に改
善するものである。

（ホ）作用 ステータボールの一部を位置検出のためのセンサボール
として使用する位置検出器内蔵モータにおいては、ス牛
ユーイ直＝０．２〜０．６ピッチは無励磁トルクおよび
ロータ位置検出精度の双方を満足する特異値であって、
この範囲のスキュー値において制御能が良好な位置検出
器内蔵モータが実現される。

（へ）実施例 実施例の説明に先立って、本発明の詳細な説明する。

ＰＩＤ制御システムにより駆動されるモータの性能評価
は通常、極めて困難である。しかし、多数のサンプルの
試作並びに実験により、本件発明者は位置検出器内蔵モ
ータの制御能を支配するパラメータとして、センサボー
ルの位置検出能と無励磁トルクに着目することができた
。

即ち、ステータボールの一部を位置検出のためのセンサ
ボールとして使用するような位置検出器内蔵モータにあ
っても、ロータボールあるいはステータボールに大きな
ス牛ニーを付与することによって無励磁トルクが減少し
、それに支配される制御能が向上すると考えることには
無理がない。

方、ステータボールの一部を位置検出のためのセンサボ
ールとして使用するモータにあっては、ロータボールあ
るいはステータボールに大きなスキューを付与すると、
センサボールによって検出されるロータ位置変化に対応
するインダクタンス変化、磁束変化が小さくなり、ある
いはそれらの変化が曖昧となるであろうことも理角早さ
れる。

第２図はそのような関係を概念的に示しており、破線は
センサボールの位置検出精度に支配される制御能を示し
、−点鎖線は無励磁トルクに支配される制御能を示し、
さらに実線は両者が加味された総合的な制御能を示して
いる。

そこで、本件発明者はステータボールおよびロータボー
ルのスキュー値を異ならせた多数のサンプルを試作し、
それぞれの安定性、速応性並ひに残留偏差の点について
性能を判別したところ、ロータ　スキニー値＝０．２〜
０．５ピッチ、またステータ・ス牛ニー値二０．３〜０
．６ピッチにおいて総合制御能が良好なモータが実現さ
れた。

次に、本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。

なお、実施例としての位置検出器内蔵モータは概ね、従
来例の項で説明した特開昭６２−２４４２６５号に開示
されるブラシレスＤＣモータに類似するものであるので
、ステータコイルの接続関係並びに制御システムの説明
は省略する。

第１図はステータに０．５ピッチのスキューを付与した
実施例の側面図であり、一部のステータボールが透視図
法で付加されている。

ロータ（４０）は円筒状のロータ・コア（４２）、矩形
の永久磁石により形成され前記ロータ　コア（４２）の
外周面に極性が交互に異なるように配列、固着されるロ
ータボール（４４）およびシャフト（４６）からなる、
また、ステータは先に第３図（Ａ）に図示したような環
状部と複数のステータボールが形成された鋼の薄板を積
層して形成される。従って、第１図に示されるステータ
ボール（３４）は積層形成されたステータボールの横断
面図である。

図示するステータ・スキューの実施例はロータボールに
矩形の永久磁石を使用することができるため比較的ロー
タの製造が容易であると共にステータも同一形状に打ち
抜かれた鋼の薄板をスキュー値＝０．３〜０．６ピッチ
に対応するよう順にずらして積層形成されるためモータ
の製造が容易となる利点を特に有する。

なお、図示しないが、ロータ　スキューのモータはロー
タースキュー値＝０．２〜０．５ピッチとなるような変
形の永久磁石をロータボール（４４）としてロータ　コ
ア（４２）に固着することによって実現される。

以上、ステータボールの一部を位置検出のだめのセンサ
ボールとして使用するような位置検出器内蔵モータを例
として本発明を説明したが、本発明はスキューにより位
置検出信号が擾乱される類のモータに広く適用可能であ
る。

（ト）発明の効果 以上述べたように本発明によれば、ステータボール若し
くはロータボールのスキュー値を０゜２〜０．６ピッチ
としたため、ロータ位置検出精度、分解能等の位置検出
能を低下させることなく、無励磁トルクを低減すること
ができ、以って総合的な制御能が良好な位置検出器内蔵
モータを実現できる。

また、ステータスキューを採用することによって、ロー
タ並びにステータの製造が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するロータの側面図、
第２図は本発明の詳細な説明する制御特性図、第３図（
Ａ）（Ｂ）はそれぞれブラシレスＤＣモータのステータ
およびロータの断面図、第４図はブラシレスＤＣモータ
の制御回路のブロック図、第５図および第６図は無励磁
トルクを説明する図であって、第５図はスキューが付与
されていないモータの模式図、第６図はスキュー値１．
０ピッチのモータの模式図。 僚　２７ （４０）・・・ロータ、　（４２）・　ロータコア、　
（４４）ロータボール、（４６）・シャフト、（３４）
・−ステータボール。 出願人　オリエンタルモータ株式会社

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステータボール若しくはロータボールが少なくと
   も第１の位相により付勢される第１のグループのトルク
   ボール、第２の位相により付勢される第２のグループの
   トルクボールおよびロータ位置検出信号を出力するセン
   サボールからなり、ステータボール若しくはロータボー
   ルのスキュー値が０．２〜０．６ピッチである位置検出
   器内蔵モータ。
2. （２）ステータボールのスキュー値が０．３〜０．６ピ
   ッチであることを特徴とする請求項１記載の位置検出器
   内蔵モータ。
3. （３）ロータボールのスキュー値が０．２〜０．５ピッ
   チであることを特徴とする請求項１記載の位置検出器内
   蔵モータ。
4. （４）前記トルクボールは隣接配置され磁気的に結合す
   る対のトルクボールを含み、センサボールはこの隣接配
   置され磁気的に結合する対のトルクボール以外のトルク
   ボールに隣接配置され、かつトルクボールとセンサボー
   ルの数の和を相数で割ると偶数となることを特徴とする
   請求項２若しくは請求項３記載の位置検出器内蔵モータ
   。
5. （５）４のセンサボール、このセンサボールと結合し隣
   接するトルクボールと磁気的に結合しない４のトルクボ
   ール、隣接するトルクボールと磁気的に結合する１６の
   トルクボールを備える請求項４記載の位置検出器内蔵モ
   ータ。
6. （６）ステータボールとロータボールの数の比が４：３
   又は４：５である請求項４記載の位置検出器内蔵モータ
   。