JPS6367140B2

JPS6367140B2 -

Info

Publication number: JPS6367140B2
Application number: JP56030524A
Authority: JP
Inventors: Manabu Shiraki; Akihiro Nakajima; Takashi Myazawa
Original assignee: Shinano Electric Co Ltd
Current assignee: Daiichi Components Ltd
Priority date: 1981-03-05
Filing date: 1981-03-05
Publication date: 1988-12-23
Also published as: DE3205080A1; US4499420A; DE3205080C2; JPS57146164A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は例えばステツピングモータ等のモータ
の速度検出装置に関し、その目的とするところは
部品点数が少なく安価に且つ容易に製造し得るよ
うにすると共にモータの速度検出信号の取り出せ
る範囲の広いデイスク型のモータ速度検出装置を
提供することにある。

通常モータは一回転するものであるが、ある種
の特殊なモータにおいては360度の一回転の回転
動作を行なわず、例えば、150度ぐらいしか行な
わないものもある。従つて、この種の特殊モータ
においては150度の範囲において該モータの回転
速度状態を検出すれば足りることになる。そのた
めに従来市販の高価なタコジエネレーターをその
まま用いて行なうとすると、前記特殊モータを用
いた構成した装置は高価で大型のものとなり、不
適なものとなるという欠点を有する。そこで、従
来において、上記特殊モータ用の速度検出装置と
して発電機式のものが種々考えられたが、製造工
程が複雑で高価なものとなり、速度検出信号の取
り出せる範囲が狭かつたり、速度検出信号が一定
でないために性能の悪いものであつた。尚この例
は後記する。

本発明は上記の欠点を解消するためになされた
もので、以下図面を参照しつつ本発明の一実施例
を説明することとする。

第１図は本発明のデイスク型のモータ速度検出
装置の縦断面図で、１はデイスク型のモータ速度
検出装置本体で、合成樹脂からなる円板状の上部
基板１Ａと下部基板１Ｂとを空隙１Ｃが形成でき
るように支柱２で上記基板１Ａ及び１Ｂを支持す
ることで構成されている。３は回転シヤフトで、
基板１Ａ，１Ｂの略々中心部に該基板１Ａ，１Ｂ
に直交して回転自在に軸挿されている。この回転
シヤフト３は図示しない例えばステツピングモー
タ等のモータの回転シヤフトに連結され回転する
ことで、当該モータの回転速度を検出することに
なる。４，５はそれぞれオイルレスメタル軸受け
で、基板１Ａ，１Ｂの回転シヤフト３の周部に設
けられており、回転シヤフト３の滑らかな回動を
促進すると共に回転シヤフト３を回動自在に軸承
する。オイルレスメタル軸受４，５を用いず、ベ
アリング式軸受を用いてもよいが高価なものとな
るのでオイルレスメタル軸受４，５を用いるのが
便宜である。尚、オイルレスメタル軸受５は、下
部基板１Ｂの内面中心部に設けられた円状凹部６
の内周部に固設されている。７は鉄等の透磁率の
高い材質でできたドーナツ状板で、以下、このド
ーナツ状板は安価な鉄材で形成したものを使用す
ることとして、ドーナツ状鉄板と称することとす
る。ドーナツ状鉄板７は、例えば、厚み２mm、直
径30mm、内部空孔７ａの直径10mmのものを用い、
下部基板１Ｂの内面に接着剤等で貼着して固設し
ている。８はコイルで、第２図に示すようにドー
ナツ状鉄板７の一点部にトロイダル式に巻回装備
されている。尚、コイル８を鉄板７に巻回するに
当つては、コイル８と鉄板７との間に絶縁テープ
等を介在させておく。８ａはコイル端子で、この
端子８ａから出力電圧が取り出すことになる。ド
ーナツ状鉄板７の一点部にコイル８を巻回装備さ
せた場合、コイル８がうまく収納できるように第
１図に示すように下部基板１Ｂのコイル８対向面
部に凹部９を形成している。尚、この場合、後記
するマグネツトとドーナツ状鉄板７とのギヤツプ
を短かくして、効率の良いものにするため、第３
図に示すように、ドーナツ状鉄板７のコイル８の
巻回装備する部分の後記するマグネツト側の面部
をプレス等により凹部７ｂとし、この凹部７ｂ部
分にコイル８をトロイダル式に巻回装備してやる
と凹部７ｂにコイル８が収まるので後記マグネツ
ト側の面部にコイル８が突出せずマグネツトと鉄
板７とのギヤツプを短かくでき、しかも反マグネ
ツト側の面部にドーナツ状鉄板突出部７ｃ及びこ
の部分のコイル８は凹部９に収納されるので好都
合である。また第２図に示すようにコイル８をド
ーナツ状鉄板７に巻回装備するのは一般にやつか
いな操作である。従つて、例えば第５図に示すよ
うな半円状のドーナツ状鉄板セグメント１Ａ，１
Ｂを形成し、且つ、コイル８を治具にてリング状
に形成し、該リング状のコイル８をセグメント７
Ａ又は７Ｂの端面７Ａ―１又は７Ｂ―１から挿入
し、セグメント７Ａ，７Ｂを第４図に示すように
接合すればコイル８を装備したドーナツ状鉄板７
を容易に得られる。この場合、端面７Ａ―１，７
Ｂ―１は鏡面研摩しておくとよい。尚、セグメン
ト７Ａ，７Ｂは究極的に第４図に示すようなドー
ナツ状鉄板７が形成されれば良いため、必ずしも
第５図に示すように半円状のものである必要はな
い。１０は鉄等の透磁率の高い材質で形成した円
板状のヨークで、該ヨーク１０の略々中心部には
回転シヤフト３が直交して軸挿され、該ヨーク１
０は回転シヤフト３に固設されている。該ヨーク
１０は、例えば厚み１mmでドーナツ状鉄板７と
略々同一径のものとなつている。１１は第６図ａ
〜ｃで示すように、Ｓ極、Ｎ極の２磁極に着磁さ
れ且つ一方の磁極が（第６図においてはＮ極）が
180度以上の磁極幅で着磁されたドーナツ状（フ
ラツト）（マグネツトで、例えばフエライトマグ
ネツトで形成されている。該ドーナツ状マグネツ
ト１１はヨーク１０のドーナツ状鉄板７側の面に
接着剤で貼着固設されている。従つて、回転シヤ
フト３が回転すると、ヨーク１０及びマグネツト
１１もドーナツ状鉄板７に相対的回転し、この回
転速度に応じた発電電圧がコイル８の端子８ａか
ら取り出され、この出力電圧を測定することで回
転シヤフト３に図示しないモータの回転シヤフト
が連結された当該モータの回転速度を測定できる
ことになる。尚、ドーナツ状マグネツト１１は第
６図ａではＮ磁極が270度、Ｓ磁極が90度の磁極
幅に、第６図ｂではＮ磁極が225度に、Ｓ磁極が
135度に、第６図ｃの場合には、Ｎ磁極、Ｓ磁極
共に180度に着磁している。このような角度に着
磁していることは製造工程において非常にやつか
いでコスト高となるので、予め第６図acで示す
ような形状でそれぞれＮ磁極、Ｓ磁極に着磁され
たドーナツ状マグネツトセグメント１１Ａ―１と
１１Ｂ―１，１１Ａ―２と１１Ｂ―２，１１Ａ―
３と１１Ｂ―３の２個でドーナツ状マグネツト１
１を形成すると便利である。

本発明の一実施例は上記構成からなるため、発
電機式のデイスク型のモータ速度検出装置といえ
る。このような発電式の場合の原理を示すと、ド
ーナツ状マグネツト１１からドーナツ状鉄板７へ
向う磁束分布を（θ）とすると、（θ）＝（θ＋2nπ）ｎ＝０±１±２ ……(1) となる。（θ）は周期関数で、周期は2πであ
る。ドーナツ状マグネツト１１とドーナツ状鉄板
７との磁気回路が閉じているとすると、 ∫²〓₀（θ）dθ＝０ ……(2) の式に合致する。いまマグネツト１１が２極着磁
におけるデイスク型発電機（第１図に示す）の発
電波形を考えてみると、ドーナツ状鉄板７内の磁
束分布は、 φ（θ）＝∫〓₀（θ）dθ ……(3) の式で表わすことができる。この解析を簡単にす
るため、第７図に従つて、原点をとることとす
る。Ｓ磁極からＮ磁極へ変わる点をθ₁、Ｎ磁極か
らＳ磁極へ変わる点をθ₂とすると、 ∫〓²〓₁（θ）dθ＝Ａとなり（Ａは積分値） ∫〓³〓₁（θ）dθ＝Ａ／２ただし、θ₁＜θ₃＜θ₂
……(4) の式を満たすθ₃を選びそれを原点とする。従つ
て、ドーナツ状鉄板７内の磁束分布は第８図のよ
うになり、φ（０）＝０となる。式(3)をφ（０）＝０
を使つて、 φ（θ）＝∫〓₀（θ）dθ＝〔Ｆ（θ）〕〓₀ ＝Ｆ（θ）−Ｆ（０）＝Ｆ（θ）とする。

ドーナツ状鉄板７にコイル８を巻き、ドーナツ
状マグネツト１１を角速度ωで回転させた時の発
電波形を考えると、Ｅ＝−dφ／dt、（Ｅは発電電
圧で、この電圧は磁束の変化によつて誘起され
る）、θ＝ωt，dθ／dt＝ω，dθ＝ωdtより、Ｅ（ｔ）＝−ｄ／dt・φ（ｔ）＝−ｄ／dt・∫〓₀（ｔ）・ωdt ＝−ω（ｔ） ……(5) となる。この式(5)より、Ｅ（θ）∝−（θ） ……(6) が得られる。従つてデイスク型の発電機（第１図
に示すもの）の発電波形はθの関数として、式(6)
より得られ、ドーナツ状マグネツト１１からドー
ナツ状鉄板７へ向う磁束分布（θ）と同じ波形
が得られる。発電電圧（コイル端子８ａから取り
出せる）は、式(5)から明らかなように、角速度ω
に比例する。ただし、ドーナツ状鉄板７は磁気的
に飽和しないものとする。かような原理が本発明
のデイスク型のモータ速度検出装置に合致し、こ
れを満足するためには、回転速度（角速度）ωと
発電電圧Ｖ（端子８ａから取り出される）が比例
関係にあることが必要である。この条件は式(5)で
満足されるものである。即ち、Ｖ＝μω（Ｖは発電
電圧、ωは回転速度（角速度）、μは比例定数で
ある）にあることはもちろんのこと、その比例定
数μが広い角度で一定であることが望ましい。こ
の角度において一定であること、すなわち一定の
速さで発電機（第１図に示すもの）を回転させた
時に生ずる発電電圧が一定の部分の角度が広いこ
とが求められる。

デイスク型の発電機（第１図に示すもの）を、
モータの速度検出装置（速度センサー）として使
用するには、上記Ｅ（θ）の上記条件を満足する
ことが要求される。この発電機（第１図に示すも
の）の発電特性は式(6)より、Ｅ（θ）∝−（θ）
なので、−（θ）が、上記条件を満足するよう
に、ドーナツ状マグネツト１１にＮ磁極、Ｓ磁極
を着磁すれば良いことになる。

いまドーナツ状マグネツト１１が第６図ａ、第
６図ｃのように着磁された出力波形は第９図ａ，
ｂにて表現される。この第９図ａ，ｂより明らか
なように第１図に示すものをモータの速度検出装
置として用いた場合には、角度を広くすれば、そ
の出力は小さなものとなることが明らかとなる。
しかし、出力電圧が小さくなるとしても、発電電
圧が一定部分の角度が広いことの方が、モータ速
度検出範囲が広くなり好都合といえる。また出力
電圧を大きくしようとすると、ドーナツ状マグネ
ツト１１がゴムマグネツトである場合にはフエラ
イトマグネツトに、フエライトマグネツトの場合
にはサマリユーム希土類マグネツトに代えたり、
その他電気回路にわずかな工夫を行なえば解決し
得るので何ら差し支えない。

さて、上記した本発明のデイスク型のモータ速
度検出装置は上記した条件を満足するように構成
されているわけであるが、図示しないモータが回
転すると該モータの回転シヤフトに連結された回
転シヤフト３が回転し、固設されたドーナツ状マ
グネツト１１がドーナツ状鉄板７及びコイル８に
相対的に回転すると、上記図示しないモータの回
転速度に応じた発電がコイル８に生じ、出力電圧
８ａから取り出される。いま第６図ａ〜ｃように
ドーナツ状マグネツト１１を着磁した場合の出力
波形は、例えば第１０図ａ〜ｃに示すようにな
る。第１０図ｃから明らかなように、(イ)Ｎ磁極か
らＳ磁極への変化は、一点で急に変化するのでは
なく、ある角度を持つて変化する。すなわち、
180度づつ着磁した場合でも一定の磁束が得られ
る角度は150度づつくらいになる。(ロ)一定の磁束
が得られるようにドーナツ状マグネツト１１を着
磁しても、実際には完全にはリニアにはならな
い。すなわち、第１０図ｃにおいて点線囲い部Ｂ
の波形部分が線Ａに沿う（平行な）ようにはなら
ない。(ハ)出力を増すために、コイル８の巻き数を
増すと、コイル８は一点部に巻くことができなく
なり、上記式(5)…Ｅ（ｔ）＝−ω（ｔ）…が成り立
たなくなる。ただし、コイル８の巻く角度が小さ
い場合には、式(5)は近似的に成り立つことは言う
までもない。上記(イ)と(ハ)の現象は出力電圧がリニ
アな部分（上記したように例えば第１０図ｃにお
いて点線囲い部分Ｂの出力波形が線Ａに沿うか平
行となる部分であり、点線囲い部Ｂ以外の部分、
即ち点線囲い部Ｃの部分である）を減らす方向に
働き上記(ロ)の現象はノイズとして出力波形を乱す
方向に働くものである。即ち、第６図ａに示すよ
うに着磁（Ｎ磁極を270度に着磁）した場合で実
験したことにより得られた連続する出力波形は第
１１図に示すようなものになる。このとき
1550RPMにおいて、出力電圧は240ｍＶ、出力波
形は約200度、リプル30ｍＶとなつた。第１１図
の出力波形から明らかなように、点線囲い部Ｂで
示す部分は線Ａに沿うようになつている。従つ
て、発電電圧が一定の部分の角度を広くできたこ
とが明らかである。即ち、本発明のデイスク型の
モータ速度検出装置によれば、出力波形としては
第１２図に示すようなものが究極的に得られるわ
けである。上記したように出力波形の点線囲い部
Ｂの部分（モータの速度検出信号の取り出せる範
囲）を調べることで当該図示しないモータの速度
検出がなし得る。そして本発明によれば点線囲い
部Ｂ（モータの速度検出信号の取り出せる範囲）
を150度以上のものを形成し得ることが明らかで
ある。点線囲い部Ｃで示すリニアでない出力波形
部はＮ磁極の磁力とＳ磁極の磁力とが互いに作用
しているため、リニアな出力波形ではなくなつて
いる。従つて、第６図ｃに示すようにＮ磁極とＳ
磁極とをそれぞれ180度に着磁しても、実際に得
られる点線囲い部Ｃの角度は約140度ぐらいしか
得られないものとなつている。よつて特殊モータ
において点線囲い部Ｃの角度として150度のもの
を得ようとするとＮ磁極またはＳ磁極の一方の着
磁角を180度以上にする必要がある。

さて本発明と同様な目的、すなわち、150度の
範囲においてしか回転しない特殊モータにおい
て、この150度の範囲内の回転速度を検出するに
当つて従来（といつても最近）、試みられた米国
における技術を説明すると、第１３図に示すもの
がある。この第１３図に示すモータ速度検出装置
も本発明の装置と同様に発電式のもので、円筒状
の鉄リング１２に第１３図に示すように180度の
範囲にわたつてコイル１３をトロイダル巻線して
装備させ、該コイル１３の両コイル端子１３ａか
ら発電電圧を取り出すようにしたものである。鉄
リング１２の内側空胴部内には回転シヤフト１４
に軸着された矩形状マグネツト１５が前記回転シ
ヤフト１４と共に回転するように軸支されてい
る。ここにおいて、磁束は通りやすい部分に入つ
ていくので、マグネツト１５の端部に突状鉄材１
６を貼着し、磁束を集中して矢印方向に向けさせ
通すようにしている。これを更に満たすために透
磁率の悪い、即ち磁気を電流に変える銅などの絶
縁部材１７を突状鉄材１６の周辺部の矩形状マグ
ネツト１５の側辺部に貼着している。このように
構成した発電式のモータ速度検出装置も確かに上
記した条件式に合致しているが、突状鉄材１６や
絶縁部材１７を付設したとしても、磁力は多方向
に発散され、得られる出力波形は第１４図に示す
ようにサイン波形となつてしまい、発電電圧が一
定の部分の角度が広いことが条件として求められ
るモータ速度検出装置としては不適当なものとな
る。またこのような従来装置においては、コイル
１３の巻回範囲を180度以上にしたとしてもモー
タの速出用信号範囲として利用できる範囲は原理
的にも150度以上のものは形成し得ない。従つて、
特殊モータが150度以上の範囲で回転するもので
ある場合、第１３図に示す装置では150度以上の
範囲における回転速度検出を行なえない。これを
達成しようとすると鉄リング１２の周囲にコイル
１３を何重にも巻回したり、そのコイルとコイル
間絶縁を行なつたり、製造上非常にやつかいにな
る。それでいて尚且150度以上のものは容易に得
ることができない。このような欠点を解決するた
めになされたのが、上記において第１図乃至第１
２図をもつて説明した本発明である。

以上から明らかなように本発明によれば、(イ)信
号の取り出せる角度がマグネツトの着磁角によつ
て150〜220度まで自由に選ぶことができるので
種々の特殊モータに適宜選択適用でき、(ロ)第１２
図で示すように出力波形がサイン波形とならず、
点線囲い部Ｂで示すように発電電圧が一定の部分
の角度を広くとれるので、正確なモータの速度検
出が行ない得、(ハ)上記式(5)に示したように発電電
圧は低速から高速に至るまで角速度ωに比例した
信号が得られ、(ニ)上記式(5)で得られた信号を直接
取り出すため小さな角度の動作でも信号を取り出
せ、(ホ)また部品点数も少なく製作が容易なので安
価に形成でき、(ヘ)またドーナツ状鉄板を２以上の
セグメントで形成する場合にはコイルの巻回装備
が非常に容易となり、(ト)第３図に示すようにドー
ナツ状鉄板に凹部を設けたり、該凹部に対応する
下部基板面部に凹部を設けたりすることで、マグ
ネツトとドーナツ状鉄板とのギヤツプを短かくで
き効率良好なものが得られる。(チ)またドーナツ状
マグネツトを２つのセグメントで形成するように
することで、適宜な着磁角のドーナツ状マグネツ
トを大量に迅速に且つ安価に形成できる、という
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第
２図は一点部にコイルをトロイダル式に巻回装備
したドーナツ状（鉄）板の平面図、第３図はドー
ナツ状（鉄）板の変形例を示す部分説明図、第４
図はドーナツ状（鉄）板の平面図、第５図は一実
施例としてのドーナツ状（鉄）板セグメントの平
面図、第６図ａ〜ｃはドーナツ状（フラツト）マ
グネツトの実施例を示す平面図、第７図はドーナ
ツ状（鉄）板内の磁束分布解析を示すために表現
したドーナツ状マグネツトの平面図、第８図はド
ーナツ状（鉄）板内磁束分布説明図、第９図ａ，
ｂはそれぞれ第６図ａ，ｃの場合の原理出力波形
図、第１０図ａ〜ｃはそれぞれ第６図ａ〜ｃのド
ーナツ状マグネツトを用いた場合の出力波形図、
第１１図は第６図ａのドーナツ状マグネツトを用
いた場合の連続する出力波形図、第１２図は本発
明の原理出力波形図、第１３図は従来のモータ速
度検出装置、第１４図は第１３図の装置によつて
得られる出力波形図である。１…デイスク型のモータ速度検出装置本体、１
Ａ…上部基板、１Ｂ…下部基板、１Ｃ…空隙、２
…支柱、３…回転シヤフト、４，５…オイルレス
メタル軸受、６…円状凹部、７…ドーナツ状板
（ドーナツ状鉄板）、７ａ…内部空孔、７ｂ…凹
部、７ｃ…突出部、８…コイル、８ａ…コイル端
子、９…凹部、１０…ヨーク、１１…ドーナツ状
（フラツト）マグネツト、１１Ａ―１〜１１Ａ―
３，１１Ｂ―１〜１１Ｂ―３…ドーナツ状マグネ
ツトセグメント、１２…鉄リング、１３…コイ
ル、１３ａ…コイル端子、１４…回転シヤフト、
１５…矩形状マグネツト、１６…突状鉄材、１７
…絶縁部材。

Claims

【特許請求の範囲】１鉄等の透磁率の高い材質でできたドーナツ状
板をモータ速度検出装置本体の下部基板の内面に
固設し、上記ドーナツ状板の一点部にコイルをト
ロイダル式に巻回装備し、上記ドーナツ状板に微
少間隔をおいてＳ磁極、Ｎ磁極の２磁極に着磁さ
れ且つ一方の磁極が180度以上の磁極幅で着磁さ
れたドーナツ状マグネツトを相対向配置し、該ド
ーナツ状マグネツトの反ドーナツ状板側面に鉄等
の透磁率の高い円板状ヨークを個着し、該ヨーク
付ドーナツ状マグネツトの略々中心部に上記本体
の上部基板及び下部基板の略々中心部に回動自在
に軸承した回転シヤフトを軸挿することで該回転
シヤフトにヨーク付ドーナツ状マグネツトを固設
したことを特徴とするデイスク型のモータ速度検
出装置。２上記ドーナツ状板は２以上のドーナツ状板セ
グメントからなることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載のデイスク型のモータ速度検出装
置。３上記ドーナツ状板はコイル巻回装備する部分
のドーナツ状マグネツト側の面部を凹部に形成し
たものであることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のデイスク型のモータ速度検出装置。４上記ドーナツ状マグネツトは２つのドーナツ
状マグネツトセグメントからなることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のデイスク型のモー
タ速度検出装置。