JPH0584177U - モータの回転位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 VTRの駆動系等に適用されるDDモータ等にお
いて、ロータマグネットに特殊な加工や着磁を施す必要
がなく、駆動トルクを低下させないで良好なS/N比で信
号を検出させることが可能なモータの回転位置検出装置
を提供する。 【構成】 ロータマグネット5の磁路をステータコイル9
の背面側へ構成させている環状板（磁性体）6の一部領
域に磁束変更要素を設け、ステータコイル9をロータマ
グネット5側に近接対向させると共に、検出用プレート8
を環状板6に近接対向させ、磁束変更要素が検出用プレ
ート8の導体パターン10の対向領域を通過する度に発生
する誘導起電力を回転位置信号として用いる。 【効果】 ロータマグネット5は環状磁性体に等分の開
角で着磁を施したもので足り、ステータ側とロータ側の
前記対向により、駆動トルクが大きくなると共に信号の
S/N比も向上する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はモータの回転位置検出装置に係り、ヘッドシリンダのダイレクトドラ イブ(DD)モータ等に適用され、ロータマグネットの量産性を向上させると共に、 大きな駆動トルクを確保しながら回転位置検出信号のS/N比を向上させるための 改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】

VTRのドラムやキャプスタンの駆動用にはブラシレスDCモータであるDDモータ が用いられているが、この種のモータはサーボ系で回転制御を行うために回転位 置検出装置が組込まれている。 図１２は従来の回転位置検出装置を組込んだDDモータの断面図を示し、1はス ピンドルシャフト、2はラジアルベアリングであり、ロータ側はドラムシリンダ3 と、ロータヨーク4と、ロータマグネット5と、磁性体の環状板6で構成され、ス テータ側は固定用ボス7と、検出用プレート8と、ステータコイル9で構成されて おり、ステータ側の検出用プレート8とステータコイル9はロータ側のロータマグ ネット5と環状板6の間に介装されて、スピンドルシャフト1に垂直な面で対向し た構造を有している。

【０００３】 前記の構造において、ロータヨーク4に固定されているロータマグネット5はス テータコイル9への通電によって駆動力を得ることによりロータ側を回転させる が、ロータマグネット5は検出用プレート8を介してステータコイル9に対向して おり、ロータマグネット5の回転に伴って検出用プレート8に形成された導体パタ ーン10に生じる誘導起電力信号からモータの回転位置が検出される。 尚、磁性体である環状板6はドラムシリンダ3の外周部から内側へ磁路を構成さ せ、ステータコイル9を通過する磁力線数を増加させて大きな回転駆動力を確保 させる。

【０００４】 ここに、ロータマグネット5及び検出用プレート8は一般に図１３及び図１４に 示すような構成が採用されている。 図１３においては、ロータマグネット5が等分の着磁開角(30°)で着磁された １２極の磁極を有していると共に、その内周側には隣接するＮ極とＳ極を等分に 含む開角で１個の突起部51が形成されている。 また、検出用プレート8には、突起部51と対向可能な領域を含んでロータマグ ネット5の回転方向に対して垂直な方向へ４本の線素52〜55が構成された導体パ ターンが形成されており、それらが外周側及び内周側で周方向の線素56〜60で接 続されて、線素59,60で端子61,62へ導かれている。 尚、突起部51はロータマグネット5の着磁開角とほぼ同等の開角で形成されて おり、また４本の線素52〜55が隣接してなす開角は突起部51の開角と同等の角度 になっている。

【０００５】 一方、図１４においては、ロータマグネット5を完全な環状体とし、その局部 に無着磁領域63を設けてある。 また、検出用プレート8には、ロータマグネット5との対向領域に渦巻状(奇数 回ターン)の導体パターン64を形成し、その導体パターン64の両端を端子65,66と している。 尚、検出用プレート8の中心からみた渦巻状の導体パターン64がなす開角は、 ロータマグネット5の着磁開角の約２倍に設定されている。

【０００６】 その結果、前記のロータマグネット5と検出用プレート8の関係において、図１ ３の組合せでは、突起部51が各線素52〜55を横切る際に磁力線数が通常の変化状 態より大きくなり、図１４の組合せでは、無着磁領域63が渦巻状の導体パターン 64におけるロータマグネット5の回転方向に対して垂直な線素部分を横切る際に 磁力線数が通常の変化状態より小さくなる。そして、ロータ側の回転によって生 じる周期的な磁力線数のアンバランス状態は、導体パターンに発生する誘導起電 力の変化として現われ、それを端子61,62や端子65,66から検出することによりモ ータの回転位置を検出している。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、前記の回転位置検出装置には次のような問題点がある。 図１２の構造では、ロータマグネット5とステータコイル9を検出用プレート 8を介して対向せしめ、ロータマグネット5に導体パターンを近接させることによ り回転位置検出信号のS/N比の向上を図っているが、逆に検出用プレート8と導体 パターン10の厚み分だけロータマグネット5とステータコイル9の間隔が大きくな り、ロータマグネット5がステータコイル9から受ける磁力線数が減少するために 駆動トルクが小さくなる。 図１３に示されるようにロータマグネット5に突起部51を設けると、ロータ マグネット5の加工を複雑化し、量産性を悪くすると共に生産コストが高くなる 。また、突起部51によって回転慣性に不均衡が生じ、芯ブレ等の発生要因となる 。 図１４に示されるようにロータマグネット5自体に無着磁領域63を設けると 、駆動トルクの低下を招き、また局部的に無着磁領域63を構成させるためには特 殊な着磁技術が必要になり、ロータマグネット5の生産性を低下させる。

【０００８】 そこで、本考案は、ロータマグネット5に特殊な加工や着磁を施す必要がなく 、駆動トルクを低下させずに良好なS/N比で回転位置検出信号を得ることが可能 なモータの位置検出装置を提供することを目的として創作された。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案は、ロータ側に、環状の磁性体に等分の着磁開角で各磁極が構成された ロータマグネットと、前記ロータマグネットに離隔対向してそのロータマグネッ トと一体で回転する磁性体の環状板がスピンドルシャフトに対して垂直に取付け られており、ステータ側に、ステータコイルと、前記ロータマグネットの回転方 向に対して略垂直な線素を含む導体パターンを形成した検出用プレートが前記ス テータ側のロータマグネットと環状板の間に介装されており、前記ロータ側の回 転によって前記検出用プレートの導体パターンに誘導される信号を検出すること により回転位置を検出するモータにおいて、前記ステータコイルを前記ロータマ グネット側に、前記検出用プレートを前記環状板側にそれぞれ対向せしめ、前記 環状板の一部に前記ロータマグネットの磁束分布を局部的に変更させる磁束変更 要素を設けたことを特徴とするモータの回転位置検出装置に係る。

【００１０】

【作用】

本考案では、ロータ側の環状板の一部に磁束変更要素を設けている。 この環状板は、ロータマグネットの磁力線の磁路をステータコイルとの対向領 域へ導いてステータコイルを通過する磁束線数を多くするために設けられている が、磁束変更要素を設けたことにより、ロータマグネットの磁力線は周方向の一 部で局部的に変更せしめられる。即ち、環状板はロータマグネットと一体で回転 するものであるため、ロータ側の回転に伴って、検出プレートの導体パターンは 一回転毎に通常の磁束分布と異なるアンバランスな磁束を検出し、図１３や図１ ４の場合と同様にモータの回転位置を検出できることになる。

【００１１】 そして、前記の磁束変更要素としては、環状板の一部に小さなマグネットを付 加する手段や局部的な着磁を施す手段、又は環状板の一部に孔や凹部や凸部を形 成しておく手段を採用することができる。

【００１２】 ところで、本考案の場合には、ロータ側の回転時に環状板の磁束変更要素が検 出用プレートの導体パターンと対向して通過する時間帯で位置検出信号が得られ るため、その信号のS/N比を向上させるには検出用プレートを環状板と近接対向 させることが有効となる。換言すれば、検出用プレートをロータマグネット側に 近接対向させるさせる必要がない。 そこで、検出用プレートを環状板側に近接対向させ、ステータコイルをロータ マグネット側に近接対向させた構成を採用することにより、位置検出信号のS/N 比を向上させると共にステータコイルとロータマグネットの隙間を小さくし、ロ ータの駆動に有効な磁束線数を多くすることで大きな駆動トルクを得られるよう にしている。

【００１３】

【実施例】

以下、本考案のモータの回転位置検出装置に係る実施例を図１から図１１を用 いて詳細に説明する。 図１は実施例に係るDDモータの断面図を示し、そのブラシレスモータとしての 基本的な構成と各機素は前記の図１２で説明したと同様であり、図１２で付した 符号と同一の符号で示されるものは同一の機素を示す。 本実施例の第１の特徴は、図１２のDDモータと異なり、ステータコイル9がロ ータマグネット5側に近接対向せしめられており、また検出用プレート8が環状板 6側に近接対向せしめられている点にある。即ち、ステータ側の検出用プレート8 とステータコイル9がロータ側のロータマグネット5と環状板6の間に介装されて いる点については同様であるが、ステータコイル9と検出用プレート8の位置が上 下で逆になっている。

【００１４】 また、本実施例の第２の特徴は、図２に示すように、ロータマグネット5とし て、突起部や無着磁領域がなく、単純に等分の着磁開角(θ＝30°)で各磁極が構 成されたものを用い、また磁性体である環状板6の一部に磁束変更要素11を設け ている点にある。 尚、本実施例では、検出用プレート8として図１３及び図１４と同一の導体パ ターンを施したものを用いている。詳細には、図２の検出用プレート8aにおける 導体パターン10aは図１３に示したものと同様で、ロータマグネット5の回転方向 に対して垂直な方向の４本の線素が隣接して相互になす開角はθ/2(ロータマグ ネット5の着磁開角の1/2)になっており、検出用プレート8bにおける導体パター ン10bも図１４に示したものと同様で、その検出用プレート8bの中心からみた導 体パターン10bがなす開角は2θ(ロータマグネット5の着磁開角の２倍)に設定さ れている。

【００１５】 次に、環状板6に対して各種の磁束変更要素11を設けた場合において、それぞ れの場合に検出用プレート8の導体パターンに誘導される位置検出信号が如何に 出力されるかを具体的に説明する。 先ず、図３は一極対のマグネット11aを付加した環状板6aを示し、そのマグネ ット11aの環状板6aの中心からみた開角Φはロータマグネット5の着磁開角θとほ ぼ同等になっており、マグネット11aの各極は約θ/2の開角で構成されている。 尚、この場合にはマグネット11aを環状板6aに形成した孔へ嵌着固定させている が、環状板6aを強磁性体として同形状で一極対分だけ着磁させてもよい。 そして、この環状板6aを図１に示すようにモータへ組込み、図２の検出プレー ト8aを用いて回転位置信号の検出を行うと、図４に示すような誘導起電力が得ら れる。ここに、図４はロータマグネット5の各着磁区間と環状板6aの着磁区間、 及び検出用プレート8aの導体パターン10aを直線的に展開し、ロータマグネット5 と付加マグネット11aの発生磁界とそれらの合成磁界の波形を示すと共に、導体 パターン10aの各線素に生じる誘導起電力E1〜E4とそれらの合成起電力E0である 位置検出信号の波形を対応させたものである。尚、以下、この種の図(図５、図 ７、図９、図１１)を「展開対応図」という。 図４から明らかなように、ロータ側の回転によって環状板6aに付加したマグネ ット11aが検出用プレート8aに対向する領域を通過した際に、導体パターン10aの 端子間にはその通過開始時からロータ側が75°回転する間に２周期半の正弦波形 からなる誘導起電力E0が出力されることになる。 従って、その誘導起電力を位置検出信号として用いることによりモータの回転 位置を検出することが可能になる。

【００１６】 次に、図５は環状板6aを用い、図２の検出用プレート8bで位置検出信号を得る 場合の展開対応図を示す。尚、同図におけるK-J及びL-Mは、渦巻状の導体パター ン10bにおいてロータマグネット5の回転方向に対して垂直な線素の合計長に相当 する。 同図から明らかなように、この場合には、環状板6aに付加したマグネット11a が検出用プレート8bに対向する領域を通過した際に、導体パターン10bの端子間 にはその通過開始時からロータ側が30°回転する間に１周期分の正弦波形からな る誘導起電力E0が出力され、また前記の出力波形から60°の位相遅れで同様の正 弦波形が出力される。

【００１７】 次に、図６は厚み方向に着磁したマグネット11bを嵌着付加した環状板6bを示 し、そのマグネット11bの環状板6bの中心からみた開角Φはロータマグネット5の 着磁開角θの約1/2になっている。従って、環状板6bの表面には単極の磁極(この 場合にはN極)が配置されることになるが、前記の環状板6aの場合と同様に、環状 板6bを強磁性体としてその厚み方向に着磁させてもよい。 この環状板6bと図２の検出用プレート8bを用いて位置検出信号を得る場合の展 開対応図は図７に示される。 同図から明らかなように、この場合には、環状板6bに付加したマグネット11b が検出用プレート8bに対向する領域を通過した際に、導体パターン10bの端子間 にはその通過開始時からロータ側が約35°回転する間に１周期半の正弦波形から なる誘導起電力E0が出力され、また前記の出力波形から60°の位相遅れで極性が 逆になった正弦波形が出力される。

【００１８】 次に、図８は局部的に凹部又は孔を形成した環状板6cを示し、その環状板6cの 凹部又は孔11cを環状板6cの中心からみた開角Φはロータマグネット5の着磁開角 θの約1/2になっている。 そして、この環状板6cと図２の検出用プレート8bを用いて位置検出信号を得る 場合の展開対応図は図９に示される。 この場合には、前記の凹部又は孔11cの存在により、ロータマグネット5の検出 プレート8b上での磁界は凹部又は孔11ctとの対向部分で局部的に弱くなり、図９ から明らかなように、導体パターン10bの端子間にはその通過開始時からロータ 側が約15°回転する間に１個のパラボラ波形からなる誘導起電力E0が出力され、 また前記の出力波形から60°の位相遅れで極性が逆になったパラボラ波形が出力 される。

【００１９】 次に、図１０は局部的に凸部を形成した環状板6dを示し、その環状板6dの凸部 11dを環状板6dの中心からみた開角Φはロータマグネット5の着磁開角θの約1/2 になっている。 そして、この環状板6dと図２の検出用プレート8bを用いて位置検出信号を得る 場合の展開対応図は図１１に示される。 この場合には、前記の凸部11dの存在により、ロータマグネット5の検出プレー ト8b上での磁界は凸部11dとの対向部分で局部的に強くなり、図１１から明らか なように、前記の図９で示した場合と同様のタイミングと位相差で２個のパラボ ラ波形の誘導起電力E0が出力される。但し、この場合には凸部11dの影響による ものであるため、パラボラ波形からなる誘導起電力E0は図９の場合と逆の極性で 現われる。

【００２０】 以上のように、何れの場合においても、環状板6の一部にロータマグネット5の 磁束分布を局部的に変更させる磁束変更要素を設けたことにより、導体パターン 10a又は10bの誘導起電力E0からモータの回転位置検出信号が得られ、且つその信 号は検出パターン10a又は10bと環状板6が近接対向せしめられているため、極め て良好なS/N比で検出される。 また、検出用プレート8が環状板6側に配置されたことで、ロータマグネット5 とステータコイル9を直接的に近接対向させることができ、モータの駆動トルク を大きくすることが可能になる。

【００２１】

【考案の効果】

本考案のモータの回転位置検出装置は、以上の構成を有していることにより、 次のような効果を奏する。 従来の装置では回転位置の信号をロータマグネットと検出用プレートを近接対 向させて検出していたが、本考案ではロータマグネットと一体で回転する環状板 にロータマグネットの磁束変更要素を設け、その環状板と検出用プレートを近接 対向させることにより信号を検出するようにしている。 従って、ロータマグネットとステータコイルを近接対向させることができ、モ ータの駆動トルクを低下させないでS/N比の優れた回転位置検出信号を得ること を可能にする。 また、ロータマグネットに突起部や無着磁領域を設けて磁束のアンバランス要 素を構成する必要がなくなり、ロータマグネットの製造工程を容易にして生産性 を高めると共に、そのコストの低減化を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例に係るモータの回転位置検出装
置を適用したDDモータの断面図である。

【図２】ロータマグネットと検出用プレート(２種類)と
環状板の平面図である。

【図３】一極対のマグネットを付加した環状板の平面図
と側面図である。

【図４】ロータマグネットの各着磁区間と環状板の着磁
区間、及び検出用プレートの導体パターンを直線的に展
開し、ロータマグネットと付加マグネットの発生磁界と
それらの合成磁界の波形を示すと共に、導体パターンの
各線素に生じる誘導起電力とそれらの合成起電力である
位置検出信号の波形を対応させた展開対応図(図２の検
出用プレート8aを使用し、図３の環状板を使用した場
合）である。

【図５】展開対応図(図２の検出用プレート8bを使用
し、図３の環状板を使用した場合）である。

【図６】厚み方向に着磁したマグネットを付加した環状
板の平面図と側面図である。

【図７】展開対応図(図２の検出用プレート8bを使用
し、図６の環状板を使用した場合）である。

【図８】凹部又は孔を形成した環状板の平面図と側面図
である。

【図９】展開対応図(図２の検出用プレート8bを使用
し、図８の環状板を使用した場合）である。

【図１０】凸部を形成した環状板の平面図と側面図であ
る。

【図１１】展開対応図(図２の検出用プレート8bを使用
し、図１０の環状板を使用した場合）である。

【図１２】従来の回転位置検出装置を適用したDDモータ
の断面図である。

【図１３】ロータマグネットと検出用プレートの平面図
である。

【図１４】ロータマグネットと検出用プレートの平面図
である。

【符号の説明】

1…スピンドルシャフト、2…ラジアルベアリング、3…
ドラムシリンダ、4…ロータヨーク、5…ロータマグネッ
ト、6,6a,6b,6c,6d…環状板、7…固定用ボス、8,8a,8b
…検出用プレート、9…ステータコイル、10,10a,10b…
導体パターン、11…磁束変更要素、11a,11b…マグネッ
ト、11c…凹部又は孔、11d…凸部、θ…ロータマグネッ
トの着磁開角、Φ…磁束変更要素の着磁開角。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータ側に、環状の磁性体に等分の着磁
   開角で各磁極が構成されたロータマグネットと、前記ロ
   ータマグネットに離隔対向してそのロータマグネットと
   一体で回転する磁性体の環状板がスピンドルシャフトに
   対して垂直に取付けられており、ステータ側に、ステー
   タコイルと、前記ロータマグネットの回転方向に対して
   略垂直な線素を含む導体パターンを形成した検出用プレ
   ートが前記ステータ側のロータマグネットと環状板の間
   に介装されており、前記ロータ側の回転によって前記検
   出用プレートの導体パターンに誘導される信号を検出す
   ることにより回転位置を検出するモータにおいて、前記
   ステータコイルを前記ロータマグネット側に、前記検出
   用プレートを前記環状板側にそれぞれ対向せしめ、前記
   環状板の一部に前記ロータマグネットの磁束分布を局部
   的に変更させる磁束変更要素を設けたことを特徴とする
   モータの回転位置検出装置。