JPS62185535A

JPS62185535A - 磁電変換素子を有する小型電動機

Info

Publication number: JPS62185535A
Application number: JP61025782A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Hayakawa; 正通早川
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1986-02-10
Filing date: 1986-02-10
Publication date: 1987-08-13

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】発明の技術分野本発明は、小型電動機に関し、特にそのロータの回転変
位を磁電変換素子によって検出するための手段に係る。

従来技術一般に、この種の小型型ｖＪ機のロータの変位は、ホー
ル素子や磁気抵抗効果素子などのセンサーによって検出
される。そして、そのセンサーの出力波形は、ロータに
対するセンサーの配置位置や、磁気回路の励磁状態に直
接的に関連し、微妙に左右される。

従来の例えばハイブリ・７ト型の小型電動機では、例え
ば磁気抵抗効果素子などのセンサーを上部ロータと下部
ロータとにまたがるように、ロータの外周位置に配置し
、そのセンサー部をロータに対し、接線方向あるいは軸
方向に配置して、ロータの上下方向の磁束あるいはロー
タから放射状に出る磁束を検出しているものがある。と
ころが、上記のものでは、出力波形の歪みが大きく、ま
た上下ロータに磁束を発生させる永久磁石の近くに磁電
変換素子が配置されているため、第５図（ａ）のように
、強い磁界が磁電変換素子の飽和域に作用し、その抵抗
変化率の少ない部分を検出しているので、小さな出力電
圧しか得られない。さらに、ロータの放射磁束を検出す
るものでは、単相信号の出力信号しか得られず、またロ
ータの上下方向の磁束を検出するものでは、磁電変換素
子の基板面積が広くなり、設置場所が限定され、出力波
形の歪みが大きいなどの問題がある。

なお、センサーをロータのマグネットから遠ざけると、
磁束が第５図（ｂ）のようにセンサーの直線域に作用す
るが、目的の出力変動は、小さくなる。

また、別の従来例として、磁電変換素子をロータなどの
被検体の端面上で、ロータの半径方向または接線方向に
配置し、その端面における磁束の変化を検出するものが
ある。この場合、この種の小型電動機のもっとも取り付
けやすい内部空間に磁電変換素子を配置することができ
、しかも、比較的大きな磁束変動で、低磁束の密度域、
つまり磁電変換素子の出力変動の大きい特性域で検出で
きるため、第５図（Ｃ）のように大きな出力電圧を得る
ことができる。ところが、出力波形の歪みが大きく、そ
れらの出力波形の利用段階で、出力波形の補正が必要で
ある。

発明の目的および問題の解決手段ここに、本発明の目的は、上記問題点をなくし、ロータ
の回転時の磁束を大きな出力電圧の正弦波として、しか
もロータ例の励磁の影啓を受けない状態で、検出できる
ようにすることである。

そこで、本発明は、実験結果を基礎として、磁電変換素
子のセンサー部の長手方向に直交する方向をロータの半
径方向に対して１０°〜８０°の傾斜角を持たせて、上
記磁電変換素子をロータの端面位置で、ロータの歯端面
］−に対向して取り付りるようにしている。このような
配置では、センサー部がステータの側からの励磁の影響
を受けず、またセンサー部がロータ例の磁束に対して出
力変動の大きな特性域で作用するから、比較的大きな変
動出力が得られる。

発明の構成次に、本発明の磁電変換素子を有する小型電動機の一実
施例の構成を図面に基づいて具体的に説明する。

第１図および第２図は、本発明の対象となる小型電動＠
１を磁電変換素子２との関連で示している。この小型電
動機１は、−例としてハイブリット型のステッピングモ
ータであり、ステータ３およびロータ４によって構成さ
れている。このステータ３は、複数のポール５の部分て
励磁コイル５ａを備えている。また、上記ロータ４は、
回転軸６によって、ケーシング７の軸受げ８に対して回
転自在に支持されており、中間で軸線方向に着磁された
永久磁石１０を介在させながら１、一対の軟磁性材９の
中心を貫通している。これらの２つの軟磁性材９は、そ
の外周部分で、ピンチＰの下に、それぞれにロータ歯１
１を形成しており、それらのロータ歯１１は、回転方向
に半ピンチだけずれた状態で回転軸６に固定されている
。

一方、磁電変換素子２のセンサー１２は、磁気抵抗効果
素子であり、一方のロータ歯１１に対し、回転軸６の方
向の面、つまりロータ４の端面で、ロータ歯１１の端面
に対向する状態で、ケーシング７に固定された回路基板
１３、およびこれと磁電変換素子２との間に介在するア
ルミニウムなどの取付台１４によって、小型電動機１の
内部空間に取り付けられている。

次に、第３図は、磁電変換素子２のセンサー１２のロー
タ歯１１に対する配置状態を示し、第４図（ａ）（ｂ）
は、それぞれ磁電変換素子２のパターンおよび接続状態
を示している。

このセンサー１２は、−例として４つのセンサー部１２
ａ＋　１．１２ａｚ　、１２ｂ＋　、１２ｂｚから成っ
ており、これらは、既に述べたようにロータ４の端面位
置にあって、その長手方向に直交する方向は、それぞれ
の位置で、ロータ４の半径方向に対し３０°の傾斜角θ
になるように配置されている。ここで、「長手方向」は
、そのセンサー部１２ａ＋　、１２ａｚ、１２ｂ＋　、
１２ｂ２に流れる電流の方向であり、しかも検出対象の
磁束の方向に対し、垂直な平面内にある。

２組のセンサー部１２ａＩ、１２ａ２、およびセンサー
部１．２ｔ）１，１２ｂｚは、互いに対となっており、
それらの各中心は、ロータ歯１１の中央を通る円周上に
ほぼ一致するようになっており、かつセンサー部１２ａ
、　、１２ａｚの間隔およびセンサー部１２ｂｌ、１２
ｂ２の間隔は、隣り合うロータ歯】１のピッチＰの１／
２だけずれた状態で交互に設けられている。

そして、センサー部１２ａ、、１２ａ２とセンサー部１
２ｂｌ、１２ｂ２ば、電源Ｖのラインと接地Ｇのライン
との間で、それぞれ直列に接続され、またセンサー部１
２ａ、とセンサー部１２ａ２との間に第１の信号出力Ｓ
Ｉ　ライン、そしてセンサー部１２ｂ、とセンサー部１
２ｂ２との間に第２の信月出力Ｓ２ラインがそれぞれ設
けられている。

発明の作用次に小型電動機１の作用を説明する。

上記永久磁石１０は、回転軸６の方向で、軸線方向に着
磁されているため、その磁束は、一方のロータ歯１１の
内部から外部空間へと放射状に出て、センサー１２と鎖
交してから、再び他方のロータ歯１１の内部に入り込む
。そして、ロータ歯１１の円周上における磁界強度Ｈは
、ロータ歯１１のピソヂＰと等しい周波数で、はぼ正弦
波に近い波形になって変化している。ここで、各センサ
ー部１２ａ＋　、１２ａｚ、１２ｔ）＋　−１２ｔ）ｚ
が第３図で示すように同一円周上の測定点に１ピソヂＰ
の間隔で配置され、しかもすべてのセンサー部１２ａ＋
　、１２ａｚ　、１２ｂ＋　、１２ｂｚがロータ歯１１
からの磁束に対して、傾斜角θによって正弦波に近い磁
束変動域でかつステータ３側からの励磁の影響を受けな
い状態で鎖交するため、この正弦波に沿った歪みの少な
い正弦波の信号出力Ｓ、、、Ｓ２が検出される。また、
上記測定点がロータ歯１１の端面に位置し、永久磁石１
０および励磁コイル５ａから離れ、弱い磁界の作用域で
、しかも大きな変動範囲にあるので、この弱い磁束は、
第５図（Ｃ）のように、磁気抵抗効果素子の直線特性域
に作用する。その結果、センサー１２からは、大きな信
号出力Ｓ＋　、３２が安定して得られる。

さらに、−上記実施例では、センサー部１２ａ８．１２
ａ２．１２ｂｌ　、１２ｂ２のロータ４に対する傾斜角
θが実験結果からもっとも良好な３０゜に設定されてい
る。しかしこの傾斜角θば、１０゜〜８０°の範囲で変
えても、実用上充分な歪みの程度にある。第６閾は、実
験結果に基づいてセンサー部１２ａ、　、１２ａ、、、
１２ｂ＋　、１２ｂ２の傾斜角θに対する信号波形の歪
率の特性を示している。ここで、「歪率」は、全高調波
の実効値を加えた値を、基本波の実効値で除したもので
ある。この特性のグラフから、傾斜角θが１０°〜８０
６の範囲内であれば、歪率は、実用上充分な程度（約６
％）に抑えられる。

発明の変形例上記実施例においては、第３図のように磁電変換素子２
の長手方向の中心線をロータ４の直径線に対し傾斜角３
０°になるように設定しているが、第７図のように、磁
電変換素子２の上に各センサー部１２ａ１．１２ａ２、
センサー部１２ｂ０．１２＋）２をロータ４の直径線に
対して３０°傾けて形成すれば、この磁電変換素子２の
長手方向は、傾げずに、ロータ４の直径方向に配置でき
る。

また、第８図のように、ロータ４の端面上に軟磁性材９
により凹凸部１５を形成し、この凹凸部１５上に各セン
サー部１２ａ＋　１１２ａｚ、１２ｂ、、１２ｂｚを配
置してもよい。この場合センサー部１２ａ、　、１２ａ
ｚ、１２ｂ＋　、１２ｂｚは、上記凹凸部１５の磁気抵
抗変化の影響を受け、さらに変化率の大きな磁束を検出
することになる。

なお、必要に応じて、この凹凸部の数は、自由に設定で
きるから、信号出力Ｓｌ、Ｓ２の周波数は、ロータ歯１
１の数基上となる。

なおセンサー部１２ａ＋　、１２ａｚ、１２ｂ＋、１２
ｂ２は、用途に応じて、４個以下でもよい。

発明の効果本発明では、磁電変換素子のセンサー部がロータ歯の端
面に位置し、永久磁石および励磁コイルより離れている
ため、弱い磁界の作用域にある。

したがって、この弱い磁束が磁気抵抗効果素子の直線特
性域に作用し、しかもロータ側から離れているため、そ
の励磁によるキックパルスなどを含まない大きな信号出
力が得られる。

特に、上記センサー部がロータ歯に対して傾斜して配置
され、ロータ歯の磁束に対して正弦波に近い磁束変動域
で鎖交しているので、歪みの少ないほぼ正弦波の信号出
力が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は小型電動機要部の平面図、第２図はその断面図
、第３図はロータ歯に対するセンサー部の配置関係を示
す説明図、第４図（ａ）（ｂ）はセンサーのパターンお
よび接続状態を示す図、第５図（ａ）（ｂ）（Ｃ）は磁
気抵抗効果素子の磁界強度Ｈに対する抵抗率Ｒの特性を
示したグラフ、第６図センサー部の傾斜角に対する出力
電圧の歪率の特性を示したグラフ、第７図および第８図
は本発明の別の実施例を示す図である。１・・小型電動機、２・・磁電変換素子、４・・ロータ
、１２ａ＋　、１２ａ２．１２ｂ＋　、１２ｂ２　・・
センサー部。第３図第４図（，３）　　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第５
図Ｈ：磁界強度

Claims

【特許請求の範囲】

ロータの磁界強度変化を検知する磁電変換素子を有する
小型電動機において、上記磁電変換素子のセンサー部の
長手方向に直交する方向を、上記ロータの半径方向に対
し、１０°〜８０°の傾斜角を持つように配置したこと
を特徴とする磁電変換素子を有する小型電動機。