(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータを収容し支持するのに適合するハウジングに設置される、改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータであって、当該サーボモータは、埋設された永久磁石を有する中空円筒状の固定子と、巻回されたコイル及び縦方向の回転子軸線に沿って回転子軸に同軸に設置された複数の整流子セグメントを備えた整流子を有する回転子とを含み、
前記改良は、
外部の回転子軸の角度変位コマンド信号に応じて、縦方向の回転子軸線の周りに、制御され、制限された角度の態様で前記回転子を回転させるように、前記回転子と協働する制御器と、
前記ハウジングに結合され、前記回転子の縦方向の回転子軸線周りの、制限された角回転を検出し、予め決定された回転子軸の角度基準位置からの角度変位を表すフィードバック信号を生じさせるセンサと、
前記制御器を前記整流子に結合し、前記センサを前記制御器に電気的に結合する回路とに関し、
前記制御器は、前記フィードバック信号を受信し、当該フィードバック信号と、前記外部の回転子軸の角度変位コマンド信号との比較をして、対応する回転子の動きを制御するエラー信号を生成し、当該回転子の動きを制御するエラー信号を、回転子の縦方向の回転子軸線周りの制限された角回転を制御するために整流子に伝え、
前記回路は、モータの動作中、縦方向の回転子軸線周りの、回転子の制御され制限された角回転と調和して屈曲する少なくとも一つの部分を有することを特徴とする改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項２】
改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータであって、当該サーボモータは、埋設された永久磁石を有する中空円筒状の固定子と、巻回されたコイル及び縦方向の回転子軸線に沿って回転子軸に同軸に設置された複数の整流子セグメントを備えた整流子を有する回転子とを含み、
前記改良は、
前記整流子に近接した回転子軸に設置されたベアリングアセンブリと、
外部の回転子軸の角度変位コマンド信号に応じて、縦方向の回転子軸線の周りに、制御され、制限された角度の態様で前記回転子を回転させるように、前記回転子と協働する制御器と、
前記ベアリングアセンブリに結合され、回転子の縦方向の回転子軸線周りの制限された角回転を検出し、予め決定された回転子軸の角度基準位置からの角度変位を表すフィードバック信号を生じさせるセンサと、
前記制御器を前記整流子に結合し、前記センサを前記制御器に電気的に結合する回路とに関し、
前記制御器は、前記フィードバック信号を受信し、当該フィードバック信号と、前記外部の回転子軸の角度変位コマンド信号との比較をして、対応する回転子の動きを制御するエラー信号を生成し、当該回転子の動きを制御するエラー信号を、回転子の縦方向の回転子軸線周りの制限された角回転を制御するために整流子に伝え、
前記回路は、モータの動作中、縦方向の回転子軸線周りの、回転子の制御され制限された角回転と調和して屈曲する少なくとも一つの部分を有することを特徴とする改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項３】
前記回路は、可撓性の絶縁材料からなるシート間に埋設された複数の可撓性の導電体を有するフレキシブル回路であることを特徴とする請求項２に記載の改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項４】
前記フレキシブル回路は、前記整流子及び前記センサに結合する複数の多導体アームを備え、前記複数の多導体アームの少なくとも一つは、縦方向の回転子軸線周りの、回転子の制御され制限された角回転と調和して屈曲することを特徴とする請求項３に記載の改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項５】
前記フレキシブル回路は、実質的にＬ字形の多導体部材を備えており、
前記多導体部材は、当該部材の一端から延出し、前記整流子と着脱可能に結合し、縦方向の回転子軸線周りの、回転子の制御され制限された角回転と調和して屈曲する第１の多導体アームと、前記第１の多導体アームの上流側に延出した、前記センサに接続される、第２の多導体アームとを有し、前記Ｌ字形の多導体部材の他の端部は、前記制御器と着脱可能に結合するのに適合していることを特徴とする請求項３に記載の改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項６】
前記フレキシブル回路の前記第１の多導体アームは、掌部と、整流子セグメントの一部に電気的に接触する複数の電気伝導性の指部とを有する手部を含み、前記指部は、当該指部が整流子セグメントの一部と電気的に接触しているとき、前記制御器が回転子と通信できるように、離間して配置されていることを特徴とする請求項５に記載の改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項７】
前記掌部は、回転子軸に同軸に取り付けることができるように、実質的にリング状に形成され、当該リングは、回転子軸に適応するように、回転子軸の直径より大きい内径を有していることを特徴とする請求項６に記載の改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項８】
前記各指部は、一つの整流子セグメントに電流を通電するのに適合する端部を含んでいることを特徴とする請求項７に記載の改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項９】
前記手部を整流子に結合する手段を更に備えたことを特徴とする請求項８に記載の改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項１０】
前記結合手段は、前記手部を前記整流子に固定するスナップアクションのリテイナを含み、前記手部の前記指部は、前記制御器が、モータの動作中に縦方向の回転子軸線周りの回転子の、制限された角回転を制御することができるように、前記リテイナにより整流子セグメントの一部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項１１】
前記スナップアクションのリテイナは、実質的にキャップ形状で、回転子軸に同軸に取り付けるために、リング状の基体を含んでおり、前記リング状の基体は、回転子軸に適応するために、回転子軸の直径より大きい内径を有することを特徴とする請求項１０に記載の改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項１２】
前記スナップアクションのリテイナキャップは、前記指部の導電性の端部を対応する整流子セグメントに対して固定するように、内側に入った位置に設けられ、かつ前記リング状の基体から立設している複数の内壁を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項１３】
前記設置されたベアリングアセンブリは、頂部及び底部を有し、前記底部は、整流子に対向していることを特徴とする請求項２に記載の改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項１４】
前記センサは、前記設置されたベアリングアセンブリの前記頂部に結合されるホール効果素子と、当該ホール効果素子に近接した回転子軸に結合されるホール磁石とを備えていることを特徴とする請求項１３に記載の改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項１５】
前記ホール効果素子は、表面実装ホール効果素子であることを特徴とする請求項１４に記載の改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項１６】
前記ホール磁石は、回転子軸に設置され、当該回転子軸に適応するように、内径が回転子軸の直径より大きい、実質的にリング状の永久磁石であることを特徴とする請求項１５に記載の改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項１７】
前記リング状のホール永久磁石は、表面実装ホール効果素子に近接した回転子軸に固定され、前記表面実装ホール効果素子は、回転子軸の角度変位の結果として、前記固定されたホール磁石により生成される磁束の変化を測定し、前記予め決定された回転子軸の角度基準位置からの角度変位を表す、対応するフィードバック信号を生じさせることを特徴とする請求項１６に記載の改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項１８】
前記第２の多導体アームは、前記表面実装ホール効果素子と電気的に結合するのに適合する端部を含むことを特徴とする請求項１７に記載の改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項１９】
前記第２の多導体アームの前記適合する端部を、前記表面実装ホール効果素子に結合する手段を更に備えたことを特徴とする請求項１８に記載の改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項２０】
前記結合手段は、前記第２のアームの前記適合する端部を前記表面実装ホール効果素子に直接半田付けすることを含むことを特徴とする請求項１９に記載の改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項２１】
前記半田付けされた表面実装ホール効果素子を前記ベアリングアセンブリの前記頂部に結合する手段を更に備えたことを特徴とする請求項２０に記載の改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項２２】
前記結合手段は、前記半田付けされた表面実装ホール効果素子に適応するように、前記ベアリングアセンブリの前記頂部に設けられた凹部を備え、前記表面実装ホール効果素子は、前記凹部の底部に接着されることを特徴とする請求項２１に記載の改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項２３】
前記制御器は、少なくともパルス幅調整集積回路（ＩＣ）チップを備えた電子回路基板であることを特徴とする請求項２２に記載の改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項２４】
前記回路基板は、前記フレキシブル回路の前記Ｌ字形の多導体部材の前記他端部に接続する表面実装フレキシブル回路コネクタを更に備えたことを特徴とする請求項２３に記載の改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項２５】
前記フレキシブル回路の前記Ｌ字形の多導体部材の前記他端部は、前記表面実装フレキシブル回路コネクタと対になるように適応している導電性部分を有することを特徴とする請求項２４に記載の改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項２６】
前記ベアリングアセンブリの前記底部は、前記Ｌ字形の多導体部材の一つの部分に適応する切取部を有し、当該部分は、前記第１の多導体アームと、前記第２の多導体アームとの間に位置していることを特徴とする請求項１３に記載の改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項２７】
固定子と、ブラシアセンブリと、巻回したコイルを有する回転子と、縦方向の回転子軸線に沿って回転子軸に同軸に設置された整流子セグメントを備えた整流子とを有するＤＣブラシモータのリミテッド・アングル・トルクの性能を改良する方法であって、
ＤＣブラシモータを準備するステップと、
ブラシアセンブリを前記ＤＣブラシモータから取り除くステップと、
底部と、頂部とを有するベアリングアセンブリを準備するステップと、
モータの動作中静止状態にある前記ベアリングアセンブリを前記底部を整流子に対向させ、かつ整流子に近接させてモータ軸に取り付けるステップと、
表面実装ホール効果素子を準備するステップと、
リング状のホール永久磁石を準備するステップと、
前記リング状のホール永久磁石を、前記ベアリングアセンブリの前記頂部に近接させてモータ軸に取り付けるステップと、
前記取り付けたホール磁石を、回転子軸に接着するステップと、
縦方向の回転子軸線の周りに、制御され、制限された角度の態様で回転子を回転させる制御器を準備するステップと、
実質的にＬ字形の多導体部材を含むフレキシブル回路であって、前記Ｌ字形の多導体部材は、当該部材の一端から延出した、整流子と電気的に結合し、縦方向の回転子軸線周りの、回転子の制御され制限された角回転と調和して屈曲する第１の多導体アームと、前記第１の多導体アームの上流側に延出した、前記ホール効果素子に電気的に接続される第２の多導体アームとを有し、前記Ｌ字形の多導体部材の前記他の端部は、前記制御器回路基板に対する電気的接続に適合しているフレキシブル回路を準備するステップと、
前記制御器に、前記Ｌ字形の多導体部材の前記他の端部を受けるための、フレキシブル回路コネクタを具備させ、モータの動作中、前記多導体部材と前記制御器との間を電気的に接続するために、前記端部を前記制御器に着脱可能に接続するステップと、
前記第２のアームと、前記表面実装ホール効果素子との電気的接触を得るため、前記第２のアームを、前記表面実装ホール効果素子に半田付けするステップと、
前記半田付けされた表面実装ホール効果素子を、予め決定された回転子軸の基準位置からの、モータの動作中のホール効果素子による回転子軸の角度の変位の高精度の検出ができるようにするために、固定された前記ホール磁石に近接させて前記ベアリングアセンブリの前記頂部に接着するステップと、
前記第１の多導体アームを整流子に着脱可能に連結する、スナップアクションのリテイナキャップを準備するステップと、
前記制御器が、縦方向の回転子軸線周りの回転子の制限された角回転を制御できるように、また、前記連結により前記第１の多導体アームの一つの部分が、モータの動作中、縦方向の回転子軸線周りの、回転子の制御され制限された角回転と調和して屈曲することができるように、前記第１の多導体アームと、整流子とを電気的に接触させるため、前記スナップアクションのリテイナキャップにより、前記第１の多導体アームを整流子に連結するステップとを含むことを特徴とするＤＣブラシモータのリミテッド・アングル・トルクの性能を改良する方法。
【請求項２８】
埋設された永久磁石を有する中空円筒状の固定子と、巻回されたコイル及び縦方向の回転子軸線に沿って回転子軸に同軸に設置された複数の整流子セグメントを備えた整流子を有する回転子とを有するＤＣモータに使用する回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステムであって、当該システムは、
外部の回転子軸の角度変位コマンド信号に応じて、縦方向の回転子軸線の周りに、制御され、制限された角度の態様で前記回転子を回転させるように、前記回転子と協働する制御器と、
ハウジングに結合され、回転子の縦方向の回転子軸線周りの制限された角回転を検出し、予め決定された回転子軸の角度基準位置からの角度変位を表すフィードバック信号を生じさせるセンサと、
前記制御器を前記整流子に結合し、前記センサを前記制御器に電気的に結合する回路とを備え、
前記制御器は、前記フィードバック信号を受信し、当該フィードバック信号と、前記外部の回転子軸の角度変位コマンド信号との比較をして、対応する回転子の動きを制御するエラー信号を生成し、当該回転子の動きを制御するエラー信号を、回転子の縦方向の回転子軸線周りの制限された角回転を制御するために整流子に伝え、
前記回路は、モータの動作中、縦方向の回転子軸線周りの、回転子の制御され制限された角回転と調和して屈曲する少なくとも一つの部分を有することを特徴とする改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項２９】
埋設された永久磁石を有する中空円筒状の固定子と、巻回されたコイル及び縦方向の回転子軸線に沿って回転子軸に同軸に設置された複数の整流子セグメントを備えた整流子を有する回転子とを含むＤＣモータに使用する回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステムであって、当該システムは、
前記整流子に近接した回転子軸に設置されたベアリングアセンブリと、
外部の回転子軸の角度変位コマンド信号に応じて、縦方向の回転子軸線の周りに、制御され、制限された角度の態様で前記回転子を回転させるように、前記回転子と協働する制御器と、
前記ベアリングアセンブリに結合され、回転子の縦方向の回転子軸線周りの制限された角回転を検出し、予め決定された回転子軸の角度基準位置からの角度変位を表すフィードバック信号を生じさせるセンサと、
前記制御器を前記整流子に結合し、前記センサを前記制御器に電気的に結合する回路とを備え、
前記制御器は、前記フィードバック信号を受信し、当該フィードバック信号と、前記外部の回転子軸の角度変位コマンド信号との比較をして、対応する回転子の動きを制御するエラー信号を生成し、当該回転子の動きを制御するエラー信号を、回転子の縦方向の回転子軸線周りの制限された角回転を制御するために整流子に伝え、
前記回路は、モータの動作中、縦方向の回転子軸線周りの、回転子の制御され制限された角回転と調和して屈曲する少なくとも一つの部分を有することを特徴とする改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータ。
【請求項３０】
前記回路は、可撓性の絶縁材料からなるシート間に埋設された複数の可撓性の導電体を有するフレキシブル回路であることを特徴とする請求項２９に記載の回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステム。
【請求項３１】
前記フレキシブル回路は、前記整流子及び前記センサに結合する複数の多導体アームを備え、前記複数の多導体アームの少なくとも一つは、縦方向の回転子軸線周りの、回転子の制御され制限された角回転と調和して屈曲することを特徴とする請求項３０に記載の回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステム。
【請求項３２】
前記フレキシブル回路は、実質的にＬ字形の多導体部材を備えており、
前記多導体部材は、当該部材の一端から延出し、前記整流子と着脱可能に結合し、縦方向の回転子軸線周りの、回転子の制御され制限された角回転と調和して屈曲する第１の多導体アームと、前記第１の多導体アームの上流側に延出した、前記センサに接続される、第２の多導体アームとを有し、前記Ｌ字形の多導体部材の他の端部は、前記制御器と着脱可能に結合するのに適合していることを特徴とする請求項３０に記載の回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステム。
【請求項３３】
前記フレキシブル回路の前記第１の多導体アームは、掌部と、整流子セグメントの一部に電気的に接触する複数の電気伝導性の指部とを有する手部を含み、前記指部は、当該指部が整流子セグメントの一部と電気的に接触しているとき、前記制御器が回転子と通信できるように、離間して配置されていることを特徴とする請求項３２に記載の回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステム。
【請求項３４】
前記掌部は、回転子軸に同軸に取り付けることができるように、実質的にリング状に形成され、当該リングは、回転子軸に適応するように、回転子軸の直径より大きい内径を有していることを特徴とする請求項３３に記載の回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステム。
【請求項３５】
前記各指部は、一つの整流子セグメントに電流を通電するのに適合する端部を含んでいることを特徴とする請求項３４に記載の回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステム。
【請求項３６】
前記手部を整流子に結合する手段を更に備えたことを特徴とする請求項３５に記載の回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステム。
【請求項３７】
前記結合手段は、前記手部を前記整流子に固定するスナップアクションのリテイナを含み、前記手部の前記指部は、前記制御器が、モータの動作中に縦方向の回転子軸線周りの回転子の、制限された角回転を制御することができるように、前記リテイナにより整流子セグメントの一部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項３６に記載の回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステム。
【請求項３８】
前記スナップアクションのリテイナは、実質的にキャップ形状で、回転子軸に同軸に取り付けるために、リング状の基体を含んでおり、前記リング状の基体は、回転子軸に適応するために、回転子軸の直径より大きい内径を有することを特徴とする請求項３７に記載の回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステム。
【請求項３９】
前記スナップアクションのリテイナキャップは、前記指部の導電性の端部を対応する整流子セグメントに対して固定するように、内側に入った位置に設けられ、かつ前記リング状の基体から立設している複数の内壁を更に含むことを特徴とする請求項３８に記載の回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステム。
【請求項４０】
前記設置されたベアリングアセンブリは、頂部及び底部を有し、前記底部は、整流子に対向していることを特徴とする請求項２９に記載の回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステム。
【請求項４１】
前記センサは、前記設置されたベアリングアセンブリの前記頂部に結合されるホール効果素子と、当該ホール効果素子に近接した回転子軸に結合されるホール磁石とを備えていることを特徴とする請求項４０に記載の回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステム。
【請求項４２】
前記ホール効果素子は、表面実装ホール効果素子であることを特徴とする請求項４１に記載の回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステム。
【請求項４３】
前記ホール磁石は、回転子軸に設置され、当該回転子軸に適応するように、内径が回転子軸の直径より大きい、実質的にリング状の永久磁石であることを特徴とする請求項４２に記載の回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステム。
【請求項４４】
前記リング状のホール永久磁石は、表面実装ホール効果素子に近接した回転子軸に固定され、前記表面実装ホール効果素子は、回転子軸の角度変位の結果として、前記固定されたホール磁石により生成される磁束の変化を測定し、前記予め決定された回転子軸の角度基準位置からの角度変位を表す、対応するフィードバック信号を生じさせることを特徴とする請求項４３に記載の回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステム。
【請求項４５】
前記第２の多導体アームは、前記表面実装ホール効果素子と電気的に結合するのに適合する端部を含むことを特徴とする請求項４４に記載の回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステム。
【請求項４６】
前記第２の多導体アームの前記適合する端部を、前記表面実装ホール効果素子に結合する手段を更に備えたことを特徴とする請求項４５に記載の回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステム。
【請求項４７】
前記結合手段は、前記第２のアームの前記適合する端部を前記表面実装ホール効果素子に直接半田付けすることを含むことを特徴とする特徴とする請求項４６に記載の回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステム。
【請求項４８】
前記半田付けされた表面実装ホール効果素子を前記ベアリングアセンブリの前記頂部に結合する手段を更に備えたことを特徴とする請求項４７に記載の回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステム。
【請求項４９】
前記結合手段は、前記半田付けされた表面実装ホール効果素子を適応するように、前記ベアリングアセンブリの前記頂部に設けられた凹部を備え、前記表面実装ホール効果素子は、前記凹部の底部に接着されることを特徴とする請求項４８に記載の回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステム。
【請求項５０】
前記制御器は、少なくともパルス幅調整集積回路（ＩＣ）チップを備えた電子回路基板であることを特徴とする請求項４９に記載の回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステム。
【請求項５１】
前記回路基板は、前記フレキシブル回路の前記Ｌ字形の多導体部材の前記他端部に接続する表面実装フレキシブル回路コネクタを更に備えたことを特徴とする請求項５０に記載の回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステム。
【請求項５２】
前記フレキシブル回路の前記Ｌ字形の多導体部材の前記他端部は、前記表面実装フレキシブル回路コネクタと対になるように適応している導電性部分を有することを特徴とする請求項５１に記載の回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステム。
【請求項５３】
前記ベアリングアセンブリの前記底部は、前記Ｌ字形の多導体部材の一つの部分に適応する切取部を有し、当該部分は、前記第１の多導体アームと、前記第２の多導体アームとの間に位置していることを特徴とする請求項４０に記載の回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステム。
【請求項５４】
固定子と、ブラシアセンブリと、巻回したコイルを有する回転子と、縦方向の回転子軸線に沿って回転子軸に同軸に設置された整流子セグメントを備えた整流子とを有し、回転子軸を収容し支持するのに適合するハウジングに設置される、ＤＣブラシモータのリミテッド・アングル・トルクの性能を改良する方法であって、
ＤＣブラシモータを準備するステップと、
ブラシアセンブリを前記ＤＣブラシモータから取り除くステップと、
表面実装ホール効果素子を準備するステップと、
リング状のホール永久磁石を準備するステップと、
前記リング状のホール永久磁石を、整流子から離間させてモータ軸に取り付けるステップと、
前記取り付けたホール磁石を、回転子軸に接着するステップと、
縦方向の回転子軸線の周りに、制御され、制限された角度の態様で回転子を回転させる制御器を準備するステップと、
実質的にＬ字形の多導体部材を含むフレキシブル回路であって、前記Ｌ字形の多導体部材は、当該部材の一端から延出した、整流子と電気的に結合し、縦方向の回転子軸線周りの、回転子の制御され制限された角回転と調和して屈曲する第１の多導体アームと、前記第１の多導体アームの上流側に延出した、前記ホール効果素子に電気的に接続される第２の多導体アームとを有し、前記Ｌ字形の多導体部材の前記他の端部は、前記制御器回路基板に対する電気的接続に適合しているフレキシブル回路を準備するステップと、
前記制御器に、前記Ｌ字形の多導体部材の前記他の端部を受けるための、フレキシブル回路コネクタを具備させ、モータの動作中、前記多導体部材と前記制御器の間を電気的に接続するために、前記端部を前記制御器に着脱可能に接続するステップと、
前記第２のアームと、前記表面実装ホール効果素子との電気的接触を得るため、前記第２のアームを、前記表面実装ホール効果素子に半田付けするステップと、
前記半田付けされた表面実装ホール効果素子を、予め決定された回転子軸の基準位置からの、モータの動作中のホール効果素子による回転子軸の角度の変位の高精度の検出ができるようにするために、前記ホール磁石に近接させてハウジングに接着するステップと、
前記第１の多導体アームを整流子に着脱可能に連結する、スナップアクションのリテイナキャップを準備するステップと、
前記制御器が、縦方向の回転子軸線周りの回転子の制限された角回転を制御できるように、また、前記連結により前記第１の多導体アームの一つの部分が、モータの動作中、縦方向の回転子軸線周りの、回転子の制御され制限された角回転と調和して屈曲することができるように、前記第１の多導体アームと、整流子とを電気的に接触させるため、前記スナップアクションのリテイナキャップにより、前記第１の多導体アームを整流子に連結するステップとを含むことを特徴とするＤＣブラシモータのリミテッド・アングル・トルクの性能を改良する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、主にブラシレス直流（ＤＣ）モータ、更に詳しくは空気圧サーボバルブその他の多くの機器に使用される、リミテッド・アングル・トルク・ＤＣブラシレスモータに関する。
【０００２】
空気圧サーボバルブは、自動車部品のテストと生産、半導体の生産、包装、機器の組立、工業自動化とロボット工学、木材加工などにおけるような、高精度の閉ループの作動制御システムが必要とされるところで採用されている。空気圧のスプールとスリーブのサーボバルブに使用されるリミテッド・アングル・トルク・モータは、通常、ＤＣブラシレスモータと、ホールセンサと、統合された制御器とを備えている。リミテッド・アングル・トルク・モータは、バルブのスプールを、モータの軸に組み込まれた電気系統により駆動する。モータの軸の回転運動は、サーボバルブのコントロールポートを通る気体の流れを調節する、スプールの直線運動に変換される。スプールの位置は、スプールの位置をバルブに入力された指令と比較する制御器を伴うホールセンサでモニタされる。結果としての差異は、バルブスプールを所望の位置に駆動する、制御器からの電気信号を作り出す。
【０００３】
一般のＤＣブラシレスモータは、リミテッド・アングル・トルク・アプリケーションに広く使用されており、満足のいく、信頼性のある動作をするが、サーボバルブの製造者には、比較的高価な部品であり、このことは、空気圧サーボバルブの小売価格のかなりの部分が、統合されたＤＣブラシレスモータのコストに直接関連するため、主な不利益である。ＤＣブラシモータは、一方、比較的低価格であるが、この種のサーボモータに要求される、高速回転と高頻度に関する能力を有していないので、そのようなアプリケーションには決して使用されない。問題は整流子／ブラシの接点が、 高速回転、高頻度の使用により、ブラシ／整流子接続が、信頼できない、非実用的ものとなることにある。カーボンブラシは一般的に高速回転及び／または高頻度のアプリケーションにおいて、ブラシと、整流子セグメントとの間の摩擦により、速く摩耗しやすい。更に、高速回転のリミテッド・アングル・トルク・アプリケーションでのブラシの制御は、複雑で高価な制御回路構成が、前記問題の解決のために必要であるが、しかしながら、更に、サーボモータのコストを上昇させるため望ましいものではない。従って、動作に信頼性があり、実行可能な従来のものに代わる、コスト的に有効な解決法を顧客に提示する、低コストのリミテッド・アングル・トルク・ＤＣブラシレスモータに対する必要性が生じる。そのようなモータは、好んで、極めて短時間に簡単に組み立てられ、また、低価格であるが信頼性のある部品により構成される。
【０００４】
本発明は、改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータに関するもので、当該サーボモータは、埋設された永久磁石を有する中空円筒状の固定子と、巻回されたコイル及び縦方向の回転子軸線に沿って回転子軸に同軸に設置された複数の整流子セグメントを備えた整流子を有する回転子とを含み、前記改良は、前記整流子に近接した回転子軸に設置されたベアリングアセンブリと、外部の回転子軸の角度変位コマンド信号に応じて、縦方向の回転子軸線の周りに、制御され、制限された角度の態様で前記回転子を回転させるように、前記回転子と協働する制御器と、前記ベアリングアセンブリに結合され、回転子の縦方向の回転子軸線周りの制限された角回転を検出し、予め決定された回転子軸の角度基準位置からの角度変位を表すフィードバック信号を生じさせるセンサと、前記制御器を前記整流子に結合し、前記センサを前記制御器に電気的に結合する回路とに関し、前記制御器は、前記フィードバック信号を受信し、当該フィードバック信号と、前記外部の回転子軸の角度変位コマンド信号との比較をして、対応する回転子の動きを制御するエラー信号を生成し、当該回転子の動きを制御するエラー信号を、回転子の縦方向の回転子軸線周りの制限された角回転を制御するために整流子に伝え、前記回路は、モータの動作中、縦方向の回転子軸線周りの、回転子の制御され制限された角回転と調和して屈曲する少なくとも一つの部分を有することを特徴とする。
【０００５】
本発明の一面によれば、前記回路は、可撓性の絶縁材料からなるシート間に埋設された複数の可撓性の導電体を有するフレキシブル回路であることを特徴とする。当該フレキシブル回路は、実質的にＬ字形の多導体部材を備えており、前記多導体部材は、当該部材の一端から延出し、前記整流子と着脱可能に結合し、縦方向の回転子軸線周りの、回転子の制御され制限された角回転と調和して屈曲する第１の多導体アームと、前記第１の多導体アームの上流側に延出した、前記センサに接続される、第２の多導体アームとを有し、前記Ｌ字形の多導体部材の他の端部は、前記制御器と着脱可能に結合するのに適合していることを特徴とする。前記制御器は、少なくともパルス幅調整集積回路（ＩＣ）チップを備えた電子回路基板であることを特徴とする。前記回路基板は、前記フレキシブル回路の前記Ｌ字形の多導体部材の前記他端部に接続する表面実装フレキシブル回路コネクタを更に備えたことを特徴とする。
【０００６】
本発明の他の一面によれば前記センサは、設置されたベアリングアセンブリに結合されるホール効果素子と、当該ホール効果素子に近接した回転子軸に結合されるリング状のホール永久磁石とを備えていることを特徴とする。前記リング状のホール永久磁石は、表面実装ホール効果素子に近接した回転子軸に固定されている。前記表面実装ホール効果素子は、回転子軸の角度変位の結果として、前記固定されたホール磁石により生成される磁束の変化を測定し、前記予め決定された回転子軸の角度基準位置からの角度変位を表す、対応するフィードバック信号を生じさせる。
【０００７】
本発明の更に好ましい実施形態によれば、固定子と、ブラシアセンブリと、巻回したコイルを有する回転子と、縦方向の回転子軸線に沿って回転子軸に同軸に設置された整流子セグメントを備えた整流子とを有するＤＣブラシモータのリミテッド・アングル・トルクの性能を改良する方法であって、
（ａ）ＤＣブラシモータを準備するステップと、
（ｂ）ブラシアセンブリを前記ＤＣブラシモータから取り除くステップと、
（ｃ）底部と、頂部とを有する前記ベアリングアセンブリを準備するステップと、
（ｄ）モータの動作中静止状態にある前記ベアリングアセンブリを前記底部を整流子に対向させ、かつ整流子に近接させてモータ軸に取り付けるステップと、
（ｅ）表面実装ホール効果素子を準備するステップと、
（ｆ）リング状のホール永久磁石を準備するステップと、
（ｇ）前記リング状のホール永久磁石を、前記ベアリングアセンブリの前記頂部に近接させてモータ軸に取り付けるステップと、
（ｈ）前記取り付けたホール磁石を、回転子軸に接着するステップと、
（ｉ）縦方向の回転子軸線の周りに、制御され、制限された角度の態様で回転子を回転させる制御器を準備するステップと、
（ｊ）実質的にＬ字形の多導体部材を含むフレキシブル回路であって、前記Ｌ字形の多導体部材は、当該部材の一端から延出した、整流子と電気的に結合し、縦方向の回転子軸線周りの、回転子の制御され制限された角回転と調和して屈曲する第１の多導体アームと、前記第１の多導体アームの上流側に延出した、前記ホール効果素子に電気的に接続される第２の多導体アームとを有し、前記Ｌ字形の多導体部材の前記他の端部は、前記制御器回路基板に対する電気的接続に適合しているフレキシブル回路を準備するステップと、
（ｋ）前記制御器に、前記Ｌ字形の多導体部材の前記他の端部を受けるための、フレキシブル回路コネクタを具備させ、モータの動作中、前記多導体部材と前記制御器との間を電気的に接続するために、前記端部を前記制御器に着脱可能に接続するステップと、
（ｌ）前記第２のアームと、前記表面実装ホール効果素子との電気的接触を得るため、前記第２のアームを、前記表面実装ホール効果素子に半田付けするステップと、
（ｍ）前記半田付けされた表面実装ホール効果素子を、予め決定された回転子軸の基準位置からの、モータの動作中のホール効果素子による回転子軸の角度の変位の高精度の検出ができるようにするために、固定された前記ホール磁石に近接させて前記ベアリングアセンブリの前記頂部に接着するステップと、
（ｎ）前記第１の多導体アームを整流子に着脱可能に連結する、スナップアクションのリテイナキャップを準備するステップと、
（ｏ）前記制御器が、縦方向の回転子軸線周りの回転子の制限された角回転を制御できるように、また、前記連結により前記第１の多導体アームの一つの部分が、モータの動作中、縦方向の回転子軸線周りの、回転子の制御され制限された角回転と調和して屈曲することができるように、前記第１の多導体アームと、整流子とを電気的に接触させるため、前記スナップアクションのリテイナキャップにより、前記第１の多導体アームを整流子に連結するステップとを含むことを特徴とするＤＣブラシモータのリミテッド・アングル・トルクの性能を改良する方法が開示されている。
【０００８】
本発明は、また、埋設された永久磁石を有する中空円筒状の固定子と、巻回されたコイル及び縦方向の回転子軸線に沿って回転子軸に同軸に設置された複数の整流子セグメントを備えた整流子を有する回転子とを含むＤＣモータに使用する回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステムであって、当該システムは、前記整流子に近接した回転子軸に設置されたベアリングアセンブリと、外部の回転子軸の角度変位コマンド信号に応じて、縦方向の回転子軸線の周りに、制御され、制限された角度の態様で前記回転子を回転させるように、前記回転子と協働する制御器と、前記ベアリングアセンブリに結合され、回転子の縦方向の回転子軸線周りの制限された角回転を検出し、予め決定された回転子軸の角度基準位置からの角度変位を表すフィードバック信号を生じさせるセンサと、前記制御器を前記整流子に結合し、前記センサを前記制御器に電気的に結合する回路とを備え、前記制御器は、前記フィードバック信号を受信し、当該フィードバック信号と、前記外部の回転子軸の角度変位コマンド信号との比較をして、対応する回転子の動きを制御するエラー信号を生成し、当該回転子の動きを制御するエラー信号を、回転子の縦方向の回転子軸線周りの制限された角回転を制御するために整流子に伝え、前記回路は、モータの動作中、縦方向の回転子軸線周りの、回転子の制御され制限された角回転と調和して屈曲する少なくとも一つの部分を有することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の種々の面が、添付図面及び以下の発明の詳細な説明を概観から明白になるであろう。
【００１０】
以下、図１から図８までの添付図面を参照しつつ、本発明の幾つかの好ましい実施形態について詳細に説明する。更なる実施形態、本発明の特徴及び／又は利点は、説明を確実にすることによって明らかになるであろう。或いは、本発明を実施することによって知ることができるであろう。
【００１１】
以下の説明は、本発明を実施する上で、現在期待される最良の形態を含んでいる。斯かる説明は、限定する意味で捉えるのではなく、単に、本発明の概括的原理を説明する目的でなされる。
【００１２】
本発明は、回転子と、固定子と、回転子動作制御器と、安価なフレキシブル導電性回路と、低コストの磁気式回転子軸角度変位センサと、ベアリングアセンブリのような適切な支持構造とを有する標準の低コスト２極ＤＣブラシ付きモータを改良して構成され得る、低コストで、リミテッド・アングル・トルク（limited angle torque）のＤＣブラシレスサーボモータに関する。前記固定子は、内側に永久磁石が埋設された標準の中空円筒状体である。前記回転子は、回転子軸に巻回された通常のコイルと、縦方向の回転子軸に沿って同軸に設置された多くの整流子セグメントを備えた整流子とを有する。
【００１３】
標準の２極ＤＣブラシ付きモータは、ブラシアセンブリを取り除き、その代わりに、適切に配置され、制御器、整流子及びセンサの間に結合された多導体フレキシブル回路に置換することによって改良される。フレキシブル回路は、整流子を介した制御器と回転子との電気通信のための経路、及び、センサと制御器との電気通信のための経路を提供する。回路の一部は、アセンブリと整流子との間に支持され、モータの性能又は信頼性に影響を及ぼすことなく、回転子の制御され制限された角回転と調和して屈曲する。回路の残りの部分とベアリングアセンブリとは、モータの動作中、静止したままである。ベアリングアセンブリは、センサを支持し、モータを空圧式サーボ弁等のハウジングに取り付けるのに使用される。センサは、通常の表面実装ホール効果素子を備えている。ホール効果素子は、一方の側が、フレキシブル回路の一部に直接半田付けされ、他方の側が、回転子軸に同軸に固定されたリング状のホール永久磁石（permanent Hall magnet）に近接した状態でベアリングアセンブリに接着されている。センサは、予め決定された回転子軸の基準位置からの回転子軸の実際の角度変位に関するフィードバック信号を制御器に与える。制御器は、フィードバック信号を外部コマンド信号と比較し、フレキシブル回路を介してエラーを検出した際、回転子を指定された位置に駆動する。従って、制御器、センサ及びフレキシブル回路は、サーボモータの動作中、整流子を介して回転子を駆動する閉ループフィードバック制御システムとして機能する。
【００１４】
図１から図４までを、より詳細に参照し、符号２で表され、本発明の本質に従って空圧式直接駆動サーボ弁において好適に使用される、改良されたリミテッド・アングル・トルクのＤＣブラシレスサーボモータを示す。空圧式直接駆動サーボ弁は、内部にスプール及びスリーブアセンブリ（図示せず）が配置されたバルブハウジングを備えている。リミテッド・アングル・トルクのサーボモータ２は、バルブハウジングの上半分に位置決めされている。サーボモータ２は、標準の低コストＤＣブラシ付きモータから得た回転子４を備え、回転子４は、そこから同軸に延出した軸６（図４）を備えている。回転子４は、従来の方法で軸６に巻回された多くのコイル８と、軸６（図１）に同軸に取り付けられ、互いに絶縁された多くの整流子セグメント１２からなる整流子１０とを有する。図８に示すように、各コイルは、金属製の整流子セグメントを介して、隣接するコイルに接続されている。例えば、コイル８ａは、整流子セグメント１２ａを介して、コイル８ｂに電気的に接続され、コイル８ｃは、整流子セグメント１２ｃを介して、コイル８ｄに電気的に接続されている等である。軸６の反対（弁）側には、スプール（図示せず）内に設けられた開口部に嵌合する駆動ボールを有する偏心部材が取り付けられている。回転子縦軸線７（図４）周りの軸６の回転方向の往復運動により、駆動ボールは前記軸周りに往復移動し、これにより、スプールはバルブハウジング内に設けられた孔内で往復運動し、回転子軸の回転（軸線７の周り）をスプールの直線変位に変換して、サーボ弁の制御ポートを通じてエアフローを調節する。
【００１５】
また、サーボモータ２は、ブラシアセンブリが取り除かれた状態の、標準の低コスト２極ＤＣブラシ付きモータから得た固定子（図示せず）を備えている。ブラシアセンブリは、前述したように、高周波／高周波数に制限されたトルク角のアプリケーションにおいてブラシを使用することに関連する問題を克服するために、取り除かれている。このタイプの固定子は、内面に永久磁石が埋設された中空円筒状体を有する。コイル巻線を備えた回転子は、固定子の内側に同軸に挿入され、これにより、コイル巻線と固定子の永久磁石との間に、比較的小さな空隙が与えられている。固定子の外面は、バルブハウジングの内壁に接着されている。固定子の磁極をハウジングに対して物理的に整列させるため、通常、固定子及びバルブハウジングの双方にインデックスノッチが設けられる。
【００１６】
図１に示すように、サーボモータ２は、整流子１０の上方において、軸６に同軸に取り付けられ、好ましくは金属製とされた上部ベアリングアセンブリ１４を更に備えている。軸６の反対（弁）側には、偏心部材の頂部に取り付けられたベアリングを備えた他の下部ベアリングアセンブリ（図示せず）が設けられている。ベアリングアセンブリ１４は、バルブハウジングの内側の回転子４を支持し、いくつかの機械部品を有する。特に、ベアリングアセンブリ１４は、頂部１４ａ及び底部１４ｂを有する。底部１４ｂは、整流子１０に対向し、ベアリングの内側における回転子の軸線７周りの自由回転を可能にするベアリング１６と、シムと、ベアリングの予荷重スプリング（図示せず）とを備えている。頂部１４ａは、略ハット状のベアリングハブ１７を備えている（図１〜図２）。ベアリングハブ１７及びベアリング１６は、好ましくは、滑りばめタイプの連結を介して接続され、これにより、スプリングは、ベアリングハブ１７とベアリング１６との間に付勢力、すなわち、予荷重を生成し、アセンブリ（図示せず）外の公差に起因する軸方向の遊びを除去するべく、下部ベアリングにおいて、回転子４を、弁本体の下部ベアリング内径面における肩部に対して付勢する。回転子の軸線７周りの回転を可能にするには、軸６の各端部にベアリングが必要とされる。ベアリングアセンブリ１４は、ベアリングハブ１７を介して、モータをバルブハウジングの内側に固定する。ベアリングハブ１７は、好ましくは、接着剤及びネジによってバルブハウジングに固定され、従って、モータの動作中、静止している。
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態によれば、ベアリングアセンブリ１４の他の機能は、従来の多導体フレキシブル回路２０（図１〜図２）用の支持を提供することである。フレキシブル回路２０は、可撓性絶縁プラスチックのシート間に埋設された多くの可撓性銅製導体又はトレース２１を含んでいる。図１に示すように、フレキシブル回路２０（本図では、独立した非動作状態を示す）は、取り除かれたブラシアセンブリの代わりとなり、モータ動作中における、回転子４の整流子１０と、制御器２２（図１）と、回転子軸の角変位センサ２４との電気通信を提供する。フレキシブル回路２０の一端部は、整流子１０に取り付けられ、回転子軸が軸線７周りに制限された態様で回転する際に撓む（図７）。フレキシブル回路２０の中間の伸長部はセンサ２４に取り付けられ、他端部は制御器２２に接続されている。フレキシブル回路の中間の伸長部及び他端部は撓むことが可能であるが、好ましくは、モータの動作中、静止し続ける。このタイプのフレキシブル回路は、国中の電子メーカによって比較的安価にカスタムメイドされ、コンピュータのハードディスクドライブ、スキャナー、プリンター等のような種々のアプリケーションにおいて様々な構成で使用される。例えば、図３に示すフレキシブル回路は、本発明を特定の構成で試験する目的で、カリフォルニア州、シミヴァレーのワールド サーキット テクノロジーによってカスタムメイドされたものである。他のフレキシブル回路の構成は、目的とするアプリケーションに応じて採用することができる。
【００１８】
センサ２４は、通常の表面実装ホール効果素子（ホールセンサ）２６を備えている。ホール効果素子２６は、３つのコンタクトパッド−その内の２つのパッドは電源用で１つのパッドはフィードバック用−をその上端の表面（図示せず）に有している。ホールセンサ２６は、軸６に同軸に接着して設置されている、リング状の永久ホール磁石３０に接近して、ベアリングハブ１７の上端部の凹部２８に貼り付けられる。リング状の永久ホール磁石３０は、回転子軸６の直径より僅かに大きい内径と、ベアリングハブ１７の上端部の直径より小さい外径を有している。ベアリングハブ１７は円形であり、接着して設置されたホール磁石３０に適応させるために、空洞の内部を有している（図２）。環状の隙間３２は、設置されたホール磁石３０の外部の端部と、ベアリングハブ１７の空洞の上端部の内面との間に、ホール磁石３０がベアリングハブ１７内で自由に回転できるようにするために設けられている。ホールセンサは、比較的安価な構成要素で、商業的に広く入手可能である。ホールセンサ２６は、フレキシブル回路を介して制御器２２に送られ、実際の回転子軸の角度の変位に対するフィードバックとして役立つ、対応するアナログの電圧信号を出力する。軸６は、軸線７に関して制限された角度内で回転するため、フィードバックの電圧は、回転子軸の角度の予め設定された回転子軸の基準位置からの変位に比例して正弦波を描いて変化する。そのような場合、角度の変位に対するフィードバック電圧のプロットの曲線の、最も急勾配で概略直線の部分が（−５Ｖ，５Ｖ）レンジにおいて発生する。（−５Ｖ，５Ｖ）レンジは、モータの動作中の回転子軸６の角度変位の最も正確な与えるため、好ましいセンシングレンジである。
【００１９】
図１に示すように、制御器２２は、必要とされるトルクの量に依存して回転子６を律動的に動かす、パルス幅調節器のＩＣチップ（図示せず）を組み込んだ、通常の比較的低価格の、カスタムメイドの制御回路基板である。サーボバルブのアプリケーションにおいて、制御回路基板は、バルブの頂部の空所に置かれている（図示せず）。バルブのハウジングとバルブのカバーの間に、回路基板が置かれている空所をシールするためにガスケットが用いられている。制御器２２はまた、フレキシブル回路２０の一つの端部と対となっているフレキシブル回路コネクタ２４を備えている。本発明で使用されている回路基板は、例えば、本特許出願の出願人により作成されたものである。制御器２２は、外部ソースより受信する回転子軸角度変位入力コマンド信号（電圧）と、ホールセンサ２６より受信したフィードバック電圧とを比較する閉ループフィードバックモードにより作動する。フィードバック電圧信号は、予め設定された回転子軸の基準位置からの、回転子軸の実際の角度の変位を示している。回転子軸の基準位置は、サーボバルブアプリケーションの場合は、気体の流れがゼロの場合に対応する。エラーが検出された場合は、制御器２２は、フレキシブル回路２０を介して回転子６に、所望の（コマンドされた）角度変位位置に動かす適切な制御信号を送る。
【００２０】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、制御器２２と、フレキシブル回路２０と、センサ２４とは、外部ソースからの一連の回転子角度変位コマンド信号に従って、回転子軸６を軸線７周りの、角度の制限された態様で動かす、閉ループフィードバックを有する、自動回転子リミテッド・アングル・トルク・モーションコントロールシステムとして機能する。制御器２２の電源は、安定化されたＤＣ電源（図示せず）により供給される。
【００２１】
閉ループの接続性は、フレキシブル回路２０によって与えられる。フレキシブル回路２０は、一つの好ましい実施形態によれば、図３に示すように、略Ｌ字形の多導体部材４０を備えており、当該多導体部材４０は、当該多導体部材４０の端部から延出された、第１の多導体アーム４２を有している。アーム４２は、順次掌部４６と、整流子セグメント１２の一部に電気的に接触する３つの電気伝導性の指部４８、５０、５２とを有する手部４４を含んでいる。指部４８、５０、５２は、指部が整流子セグメント１２の一部と電気的に接触しているとき、制御器２２が回転子６と整流子１０を介して通信できるように、好んで離間して配置されている。掌部４６は、一般にリング状に形成され、回転子軸６に着脱可能に同軸に取り付けられ、前記リングは、軸に適応するように軸６の直径より大きい内径を有している。各指部は、一つの整流子セグメントに電流を通電する、好ましくは鉛−スズの半田合金の薄い層で覆われた露出した銅帯を背面（図示せず）に有する端部を含んでいる。特に、アーム４２は、電流を制御器２２から伝え、コイル８ｆ、８ｅ、８ｄと８ｂ、８ａと８ｃをそれぞれ、コイル８ｇをモータの作動中非アクティブな状態に残したままカバーする二つのアクティブな電気回路を作り出すように、整流子セグメント１２ｃ、１２ｆ、１２ｇとそれぞれ電気的に接触する（図８）、２本の銅の線体６０と、６２（図３）とを含んでいる。外部の入力コマンド信号に応答して制御器２２により導かれた、回転子軸６の前進後退の角度の回転を行うサーボモータの動作中、ブラシモータの場合のような、コイルのスイッチングは行われない。この点について、動作時の好ましい電圧の範囲は（−２４Ｖ，２４Ｖ）である。
【００２２】
手部４４は、整流子１０の上に、好ましくはプラスチックのスナップ−アクションのリテイナキャップ８０（図４〜図５）により着脱可能に設置される。リテイナキャップ８０は、回転子軸６に同軸に取り付けるためにリング状の基体８２を含んでいる。リング状の基体８２は、回転子軸に適応するために、好んで、回転子軸の直径より大きい内径を有する。リテイナキャップ８０は、また、銅の線体６０と、６２とを、整流子セグメント１２ｃ、１２ｆ、１２ｇに、モータの動作中に電気的に接触させるため、指部４８、５０、５２の露出した銅の端部を、対応する整流子セグメントに摩擦により固定するように、内側に入った位置に設けられ、基体８２から立設している、一部を欠いた円からなる内壁８４を備えている。リテイナキャップ８０は、また、モータの動作中に、手部４４を支持する追加の取り付け（摩擦の）を与える、基体８２の端部から発散している、軸線７の方向に外側に突出した歯部８６を有する部分円からなる後壁８８と、向かい側の壁８４とを含んでいる。
【００２３】
当業者であれば、上記の結合を、指部４８、５０、５２の露出した銅の部分の半田付け或いは接着の何れかによって、それぞれの整流子セグメントに電線を接続することにより行うことを思いつくであろう。しかし、そのような結合により、電線は典型的に疲労を起こし、回転子軸の、高サイクルの前進後退の動作により比較的早く破壊するため、好ましくない。更に、接続用の電線は、一般に、コマンド信号とホールセンサ２６よりのフィードバック信号間の、追加の位置エラーを生成する、フレックス回路コネクションより堅い。また、フレキシブル回路を用いたときの組み立て時間は、電線を、比較的質量が大きく、整流子セグメントの表面を半田付けのできる温度にするために多大の加熱を必要とする、整流子セグメントに電線を半田付けする場合と比較して大きく減少する。更に、整流子セグメントの加熱をすると、整流子セグメントと絶縁材料間の結合に損傷を与える危険がある。フレキシブルの、回路／整流子結合は、組み立て時間が短く、電気的結合に信頼性があり、回転子に対して大きなモーメント（力）を与えないため、本発明を実施するときのベストモードと一致して、それゆえ好ましい。
【００２４】
サーボモータは、本発明の原理に従って、空気圧のサーボバルブアプリケーションに使用するために組み立てられているので、指部４８、５０、５２の、整流子セグメントとの関連を校正（或いはオリエンテーション）する必要がある。特に、図３に示すように、指部４８と、指部５０との間の、弧状の部分を二等分している仮想線９０が、偏心したドライブボール軸と一致するように描かれるべきである。基準位置は、このように偏心したドライブボール軸と一致した二等分線により定義される。この位置は、また、上に述べたように、気体の流れがゼロの位置として定義される。回転子軸６の基準位置は、図６に描かれている。
【００２５】
フレキシブル回路体４０は、また、第２の多導体アーム５２を含んでいる。多導体アーム５２は、ホールセンサ２６に取り付け、また、ホールセンサ２６に電流を導く、それぞれが薄い鉛−スズの半田合金の層を裏側（図示せず）に露出した銅の帯をまた有する端部５４を有している。露出している銅のそれぞれの帯は、腕を通っている個々の銅の線体と一致している。
【００２６】
更に、本発明の他の好ましい実施形態によれば、第２のアーム５２の露出した銅部は表面実装ホールセンサ２６の頂部に、標準の鉛−スズの半田合金を用いて、直接半田付けされている。特に、アーム５２は、それぞれ、上述の表面実装ホール素子２６の、三つのトップコンタクトパッドに接続される、３本の銅の線体５６、５７、５８（図３）を含んでいる。線体５８は、回転子軸の角度変位位置のフィードバック信号を制御器２２に伝えるために、好んで使用されるが、線体５６及び５７は制御器２２により供給される電流を伝える。好ましい電源の範囲は、上に述べたように（−５Ｖ，５Ｖ）である。
【００２７】
当業者により、そのような接続は組み立て時間を大幅に減少させ、ホールセンサに対する信頼性の高い電気的接続を与えることが認識されるべきである。半田付けされたホールセンサは、図２に描かれているように、凹部２８に接着により取り付けられている。
【００２８】
フレキシブル回路体４０の他の端部は、また、背面（図示せず）に、それぞれの帯が鉛−スズの半田合金の薄い層で覆われている、露出した銅の帯を有し、また、露出した銅の帯は、フレキシブル回路のこの部分を通っている個々の銅の線体と一致しているフレキシブル回路コネクタ２４（図１）と対になる末端部７０を有している。末端部７０はコネクタ２４への、５本の全ての線体を有し、電気的接続ループを閉じている。
【００２９】
フレキシブル回路体４０は、更に、一組のリング状の抗応力タブ７２、７４をそれぞれ備えている。抗応力タブ７２、７４は、軸受け１６の底部から軸線７と平行に外側に延出した抗応力ピン７６に挿入されている。タブ７２、７４は、ピン接続部と、整流子接続部との間に設置されたフレキシブル回路の部分が、モータの動作中静止状態にある、フレキシブル回路の残りの部分とぶつかる動作なしに、また、モータの信頼性を損なうことなく、回転子６のリミテッド・アングル・トルク・モーションと調和して、屈曲することができるように配置されている。更に、軸受組立体１４は、フレキシブル回路体の、第１のアーム及び第２のアームの間の部分の、取り付けの支持のための、側面の切取部１００（図１）を備えている。
【００３０】
フレキシブル回路２０は薄いプラスチックのシートで覆われているため、回路体外周の、領域１０２、１０３、１０４、１０５のような、選定された領域に、図３に示すように、付加的な構造上の強度を与えるための、付加的なある量の銅がシート間に埋め込まれている。更に、ひずみ除去領域（図示せず）は、重要な領域、例えば手部４４の曲線の外周と、タブ７２及び７４間の領域とに、付加的なプラスチック材を包むことにより備えられている。
【００３１】
上に述べられた、改良されたリミテッド・アングル・トルクのサーボモータは、一般に３０００万サイクルまでの、及び４０Ｈｚ−１００Ｈｚの周波数範囲の、高サイクルの動作が可能であり、１サイクルが例えば１０度から始まり、３０度まで回転し、そして１０度まで戻るといった動作をする。本発明に係るサーボモータサーボバルブアプリケーションにおける好ましい動作範囲は、（−３０度，３０度）であり、３０度はサーボバルブシリンダの一端に対する、気体の全流量の流れ、−３０度は前記シリンダの他の端部に対する気体の全流量の流れであると定義される。これらの最適の値の間にある、回転子軸６の何れの回転角度も、それぞれの方向への部分的な流れとして定義される。そのような回転子軸の変位は、図７に示されている。
【００３２】
サーボモータ２は、サーボバルブアプリケーションにおいて、（−４０度，４０度）の範囲において、好ましく動作することができることは注目に値する。各最適の値は、スリーブの各側面に設けられたスリーブプラグにより与えられた実際のメカニカルストップと対応する。
【００３３】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、固定子と、ブラシアセンブリと、巻回したコイルを有する回転子と、縦方向の回転子軸線に沿って回転子軸に同軸に設置された整流子セグメントを備えた整流子とを有する標準のＤＣブラシモータのリミテッド・アングル・トルクの性能を改良する方法であって、
（１）ＤＣブラシモータを準備するステップと、
（２）ブラシアセンブリを前記ＤＣブラシモータから取り除くステップと、
（３）底部と、頂部とを有するベアリングアセンブリを準備するステップと、
（４）モータの動作中静止状態にある前記ベアリングアセンブリを前記底部を整流子に対向させ、かつ整流子に近接させてモータ軸に取り付けるステップと、
（５）表面実装ホール効果素子を準備するステップと、
（６）リング状のホール永久磁石を準備するステップと、
（７）前記リング状のホール永久磁石を、前記ベアリングアセンブリの前記頂部に近接させてモータ軸に取り付けるステップと、
（８）前記取り付けたホール効果素子磁石を、回転子軸に接着するステップと、
（９）縦方向の回転子軸線の周りに、制御され、制限された角度の態様で回転子を回転させる制御器を準備するステップと、
（１０）実質的にＬ字形の多導体部材を含むフレキシブル回路であって、前記Ｌ字形の多導体部材は、当該部材の一端から延出した、整流子と電気的に結合し、縦方向の回転子軸線周りの、回転子の制御され制限された角回転と調和して屈曲する第１の多導体アームと、前記第１の多導体アームの上流側に延出した、前記ホール効果素子に電気的に接続される第２の多導体アームとを有し、前記Ｌ字形の多導体部材の前記他の端部は、前記制御器回路基板に対する電気的接続に適合しているフレキシブル回路を準備するステップと、
前記制御器に、前記Ｌ字形の多導体部材の前記他の端部を受けるための、フレキシブル回路コネクタを具備させ、モータの動作中、前記多導体部材と前記制御器の間を電気的に接続するために、前記端部を前記制御器に着脱可能に接続するステップと、
（１１）前記制御器に、前記Ｌ字形の多導体部材の前記他の端部を受けるための、フレキシブル回路コネクタを具備させ、モータの動作中、前記多導体部材と前記制御器との間を電気的に接続するために、前記端部を前記制御器に着脱可能に接続するステップと、
（１２）前記第２のアームと、前記表面実装ホール効果素子との電気的接触を得るため、前記第２のアームを、前記表面実装ホール効果素子に半田付けするステップと、
（１３）前記半田付けされた表面実装ホール効果素子を、予め決定された回転子軸の基準位置からの、モータの動作中のホール効果素子による回転子軸の角度の変位の高精度の検出ができるようにするために、ベアリングアセンブリの頂部の、固定されたホール磁石の近傍に接着して取り付けるステップと、
（１４）前記第１の多導体アームを整流子に着脱可能に連結する、スナップアクションのリテイナキャップを準備するステップと、
（１５）前記制御器が、縦方向の回転子軸線周りの回転子の制限された角回転を制御できるように、また、前記連結により前記第１の多導体アームの一つの部分が、モータの動作中、縦方向の回転子軸線周りの、回転子の制御され制限された角回転と調和して屈曲することができるように、前記第１の多導体アームと、整流子とを電気的に接触させるため、前記スナップアクションのリテイナキャップにより、前記第１の多導体アームを整流子に連結するステップとを含むことを特徴とするＤＣブラシモータのリミテッド・アングル・トルクの性能を改良する方法が開示されている。
【００３４】
サーボモータが直接駆動空気圧サーボバルブアプリケーションに用いられたならば、追加の方法のステップが必要である。追加のステップは、上述のように回転子軸角度の基準位置の校正である。当業者は、新規な、リミテッド・アングル・トルク・ＤＣブラシレスモータは、サーボバルブにだけでなく、他の多くのアプリケーションに、本発明の意図された目的から離れることなく与えられることを認識するべきである。
【００３５】
上述の発明に係るサーボモータは、低価格であるが信頼性のある部品により組み立てることが可能で、数分間で組み立てることができ、コストの差約１０：１で、通常のＤＣブラシレスサーボモータの動作に匹敵する信頼性のあるリミテッド・アングル・トルクモーションを与える。
【００３６】
本発明は、好ましい実施形態に関して詳細に述べられたが、多くの修正及び変形が、本発明において発明の精神の範囲から離れることなく為されるであろうことが認識さるべきである。例えば、空気圧サーボバルブアプリケーションでの本発明のサーボモータを、発明に係る上部ベアリングアセンブリを、サーボバルブ本体内の適当な位置に統合するように修正することが可能である。そのような場合、ホールセンサは、サーボモータの外側の統合された上部ベアリングアセンブリ上に、サーボモータアセンブリの一部として残っている、ホール磁石の近傍に永久的に取り付けられる。そのような配置は、サーボモータを組み立てるに必要な部品の数を減らし、サーボモータの製造方法を、回転子を統合された（バルブ本体内に）上部ベアリングアセンブリ内に設置する点と、ホール磁石を軸に取り付け、その後、フレキシブル回路及び上に述べた方法で組み立てられた、制御器基板を有するホールセンサ近傍の、統合されたベアリングアセンブリの一部であるベアリングハブの空洞の頂部に取り付ける点で変更する。更に、本発明は、予め設定された回転子軸の基準位置からの角度変位を検出するために、ホールセンサ／ホール磁石のペアを用いることに限定されるものではない。他の形式のセンサも、それらのセンサの使用が、本発明の意図された目的から離れないならば、サーボモータの動作中の、回転子軸の基準位置からの角度変位の検出に使用することができる。
【００３７】
当業者により、一つの実施形態の一部として説明或いは記述された特徴は、他の実施形態において、なお他の実施形態を与えるために、上に述べられた具体的な実施形態に限定されることなく使用されることが認識されるべきである。このように、本発明は、そのような修正と、実施形態と、変形とをそれらが付加の請求項及びそれらの均等物の範囲内にある限り含んでいることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明に係るリミテッド・アングル・トルク・ＤＣブラシレスサーボモータ（固定子なし）の横透視図である。
【図２】  図２は、図１に示すモータの正面透視図である。
【図３】  図３は、図１に示す本発明に係るモータにおいて使用されているフレキシブル回路の平面図である。
【図４】  図４は、本発明に従って組み立てられた図１に示すモータの透視図である。
【図５】  図５は、図４に示すモータアセンブリで使用されているプラスチック製のリテイナキャップの透視図である。
【図６】  図６は、回転子軸が基準位置にある図１に示す本発明に係るモータの横透視図である。
【図７】  図７は、回転子軸が基準位置から離れた位置にある動作中の図６に示す本発明に係るモータの横透視図である。
【図８】  図８は、図１に示す本発明に係るモータの、フレキシブル回路及び整流子セグメント間の電気的結合を示す回路図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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