(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと同期して回転し、そのモータの極対数に応じた数の突起が円周上等間隔に形成されたロータと、そのロータに対して空隙を介して対向配設され、等間隔に形成された４つの磁極歯に励磁コイルおよび検出コイルを直列接続し、その励磁コイルに励磁電圧を与えたときのロータの回転による空隙磁束の変化に応じて前記検出コイルに誘起される誘起電圧に基いてモータの回転角を検出する検出部とを有する回転位置検出器において、前記ロータは前記モータの回転子同心状に取り付けられ、該ロータの突起が該モータの回転子軸に偏心して取り付られた円板状の磁性材であり、モータの極対数をｎとしたとき、前記ロータに対して空隙を介して３π／２ｎの角度範囲の該ロータ外周囲に前記検出部を前記モータの固定子側へ固定して配設するようにしたことを特徴とする回転位置検出器。
【請求項２】
ロータの軸対称の位置にそれぞれ検出器を配設して、各検出器の検出信号を平均化処理するようにしたことを特徴とする請求項１の記載による回転位置検出器。
【請求項３】
モータと同期して回転し、そのモータの極対数に応じた数の突起が円周上等間隔に形成されたロータと、そのロータに対して空隙を介して対向配設され、等間隔に形成された４つの磁極歯に励磁コイルおよび検出コイルを直列接続し、その励磁コイルに励磁電圧を与えたときのロータの回転による空隙磁束の変化に応じて前記検出コイルに誘起される誘起電圧に基いてモータの回転角を検出する検出部とからなる回転位置検出器が取り付けられるモータであって、前記ロータは前記モータの回転子同心状に取り付けられ、該ロータの突起が該モータの回転子軸に偏心して取り付られた円板状の磁性材であり、モータの極対数をｎとしたとき、前記ロータに対して空隙を介して３π／２ｎの角度範囲の該ロータ外周囲に前記検出部を前記モータの固定子側へ固定して配設するとともに、その検出部が配設される箇所にモータの駆動制御回路を一体に組み付けたことを特徴とする回転位置検出器付きモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、モータの回転角度を検出する回転位置検出器およびそれによってモータの回転位置を検出しながらモータの駆動制御を行う回転位置検出器付きモータに関する。
【０００２】
背景技術
一般に、ブラシレスの同期モータの運転を行わせる場合、図１０に示すように、モータ４の回転位置を回転位置検出器１６によって検出して、モータ制御回路１７において、その回転位置検出信号にもとづいた演算を行って、外部から与えられるトルク指令に応じてインバータ回路１８を介してモータ４の出力トルクが所定になるような電流供給の制御を行わせるようにしている。ここでは簡単のため、１相分のみの構成を示している。
【０００３】
回転位置検出器１６としては、図７に示すように、その基本的な構成（１極対分）が、モータの１回転を機械的な絶対位置のデータに変換するべく、モータの回転軸に偏心して取り付けられた円板状の磁性材からなるロータ（円周上１つの突部が設けられ、モータの回転軸に同心状に取り付けられたロータと同等）１と、その外周囲に配設され、空隙を介してロータ１に対向する４つの磁極歯Ａ〜Ｄが円周上等間隔に形成されたステータ５と、各磁極歯Ａ〜Ｄにわたって直列接続されるように巻回された一次側の励磁コイルＣＬ１と、各対向する磁極歯Ａ，ＣおよびＢ，Ｄにわたってそれぞれ差動出力を生ずるように直列接続されて巻回された第１の検出コイルＣＬ２１および第２の検出コイルＣＬ２２とからなっている。
【０００４】
そして、励磁コイルＣＬ１に交流波形による励磁電圧Ｖ＝Ａｓｉｎωｔを与えたときに、ロータ１の回転に応じた空隙磁束の変化に応じて、第１の検出コイルＣＬ２１にＶ１＝Ａｓｉｎωｔ・ｓｉｎθなる電圧信号が誘起され、第２の検出コイルＣＬ２２にＶ２＝Ａｓｉｎωｔ・ｃｏｓθなる電圧信号が誘起され、その各電圧信号Ｖ１，Ｖ２にもとづいて、励磁電圧信号と誘起電圧信号との位相差からモータの回転角度θを求めることができるようになっている。
【０００５】
従来、このような回転位置検出器では、モータの回転軸にロータを取り付けて、そのロータの全周を囲繞するように複数の磁極歯が設けられたステータを配して、そのステータの全周にわたって励磁コイルおよび検出コイルを巻装させるようにしている。
【０００６】
しかし、そのような従来構造による回転位置検出器によれば、それがモータの端面の全周にわたって取り付けられるものであるため、特に径の大きな回転軸を有する薄型偏平モータの場合にあっては、それに取り付ける回転位置検出器も大口径になって大形化なものになってしまっている。
【０００７】
そのため、小形化を図るべく、ロータの外周方向に沿って円孤状に形成された２つの互いに平行なヨーク部を、中央で連結部によって結合することによってＨ状に形成して、そのヨーク部の両端部に磁極歯を突出形成し、ロータとその磁極歯との間にパーミアンス変化の位相差が９０°となるように２つの磁気回路を形成することで、磁極歯がロータの全周を囲繞することがないようにした回転位置検出器が開発されている（特開平５−２５２７１１号公報参照）。
【０００８】
従来の問題点は、ロータの全周を囲繞するように複数の磁極歯が設けられたステータを配設する構造の回転位置検出器では、それがモータの端面の全周にわたって取り付けられるものとなって大形化してしまうことである。
【０００９】
また、従来の問題点は、ロータの全周を囲繞するように複数の磁極歯が設けられたステータを配設する構造の回転位置検出器をモータに取り付けるのでは、回転位置検出器がモータ端部の全面にわたって取り付けられるものであるので占積率が悪くなり、その回転位置検出器による検出信号を読み込んでモータの駆動制御を行わせるＥＣＵ基板を別途に設ける必要があるものになっていることである。また、特に径の大きな回転軸が装着される薄型偏平モータの場合にあっては、それに取り付ける回転位置検出器も大口径になって大形なものになってしまっていることである。
【００１０】
また、ロータの全周を囲繞することなく、ロータの周囲に検出部を部分的に設置することができるものとして開発された、ロータの外周方向に沿って円孤状に形成された２つの互いに平行なヨーク部を、中央で連結部によって結合することによってＨ状に形成して、そのヨーク部の両端部に磁極歯を突出形成した構造の回転位置検出器では、その検出部がＨ状に形成されているので、その設置に際して軸方向に長くなってしまう。そして、そのＨ状のヨーク部を一体成形する場合、焼結やワイヤーカットなどの加工方法が考えられるが、その何れにあっても製造が困難になっている。また、製造を容易にするために、２つの互いに平行なヨーク部と、それを結合する連結部とを別体に成形したうえで、それらをネジ締めや溶接などによってＨ状に組み付けるようにするのでは、ネジや溶接部分などが介在して磁路に悪影響を与えてしまい、検出精度が悪くなってしまうという問題がある。
【００１１】
本発明は、モータと同期して回転し、そのモータの極対数に応じた数の突起が円周上等間隔に形成されたロータと、そのロータに対して空隙を介して対向配設され、等間隔に形成された４つの磁極歯に励磁コイルおよび検出コイルを直列接続し、その励磁コイルに励磁電圧を与えたときのロータの回転による空隙磁束の変化に応じて前記検出コイルに誘起される誘起電圧に基いてモータの回転角を検出する検出部とを有する回転位置検出器にあって、製造、組立が容易で、小形で軽量のものを提供するべく、前記ロータは前記モータの回転子同心状に取り付けられ、該ロータの突起が該モータの回転子軸に偏心して取り付られた円板状の磁性材であり、モータの極対数をｎとしたとき、前記ロータに対して空隙を介して３π／２ｎの角度範囲の該ロータ外周囲に前記検出部を前記モータの固定子側へ固定して配設するようにしている。
【００１２】
また、本発明は、モータと同期して回転し、そのモータの極対数に応じた数の突起が円周上等間隔に形成されたロータと、そのロータに対して空隙を介して対向配設され、等間隔に形成された４つの磁極歯に励磁コイルおよび検出コイルを直列接続し、その励磁コイルに励磁電圧を与えたときのロータの回転による空隙磁束の変化に応じて前記検出コイルに誘起される誘起電圧に基いてモータの回転角を検出する検出部とを有する回転位置検出器をモータに取り付けるに際して、回転位置検出器を製造が容易で小形のものとして占積率良く、取り付けの自由度を向上させるべく、前記ロータは前記モータの回転子同心状に取り付けられ、該ロータの突起が該モータの回転子軸に偏心して取り付られた円板状の磁性材であり、モータの極対数をｎとしたとき、前記ロータに対して空隙を介して３π／２ｎの角度範囲の該ロータ外周囲に前記検出部を前記モータの固定子側へ固定して配設するようにして、その検出部が配設される箇所にモータの駆動制御回路を一体に組み付けるようにしている。
【００１３】
発明を実施するための最良の形態
本発明による回転位置検出器は、図１に示すように、大口径の回転軸が取り付けられる薄型偏平モータ４にあって、そのモータ４の回転子側に同心状に、モータ４の極対数に応じた数の突部が円周上等間隔に形成されたロータ１を取り付けるとともに、そのロータ１の外周囲の一部に空隙を介して配設され、ロータ１の回転による空隙磁束の変化に応じてモータ４の回転角の変化に即した電圧信号を誘起する検出ヘッド２をモータ４の固定子側に取り付けることによって構成されている。
【００１４】
その検出ヘッド２は、図２に示すように、空隙を介してロータ１に対向する４つの磁極歯Ａ〜Ｄが等間隔に形成されたヨーク部材３と、その各磁極歯Ａ〜Ｄにそれぞれ巻回された励磁コイルＣＬ１および検出コイルＣＬ２とからなっている。
【００１５】
各磁極歯Ａ〜Ｄにそれぞれ巻回された励磁コイルＣＬ１および検出コイルＣＬ２の接続は、特に図示していないが、図７に示す場合と同様の電気的な接続関係をもって相互に接続されている。
【００１６】
すなわち、各磁極歯Ａ〜Ｄに巻回された励磁コイルＣＬ１は、互いに直列接続されている。また、各磁極歯Ａ〜Ｄに巻回された検出コイルＣＬ２にあっては、磁極歯Ａ，ＣおよびＢ，Ｄにわたってそれぞれ差動出力を生ずるように直列接続されている。そして、励磁コイルＣＬ１に交流波形による励磁電圧Ｖ＝Ａｓｉｎωｔを与えたときに、ロータ１の回転に応じた空隙磁束の変化に応じて、Ａ−Ｃ間の検出コイルＣＬ２からＶ１＝Ａｓｉｎωｔ・ｓｉｎθなる電圧信号が誘起され、Ｂ−Ｄ間の検出コイルＣＬ２からＶ２＝Ａｓｉｎωｔ・ｃｏｓθなる電圧信号が誘起されるようになっている。
【００１７】
このように構成された回転位置検出器にあって、特に本発明では、多極構造のモータの場合には、その磁極分布状態に合せて１極対分の検出部を設けるようにすれば、必ずしもロータの全周を囲繞するように複数の磁極歯が設けられた検出部を設ける必要がないことに着目して、モータ４の極数をｎとしたとき、ロータ１に対してその３π／２ｎの角度範囲内に検出ヘッド２を配設するようにしている。
【００１８】
具体的に、モータ４が２極対のものである場合には、図３に示すように、２つの突部が円周上等間隔に形成されたほぼ楕円形状のロータ１を用いたうえで、検出ヘッド２における各磁極歯Ａ〜Ｄを仰角４５°の各間隔をもって配したものを設置するようにしている。この場合には、実際に、ロータ１に対して１３５°の角度範囲をもって検出ヘッド２が配設されることになる。
【００１９】
モータ４が３極対のものである場合には、図４に示すように、３つの突部が円周上等間隔に形成されたほぼ三角形状のロータ１を用いたうえで、検出ヘッド２における各磁極歯Ａ〜Ｄを仰角３０°の各間隔をもって配したものを設置するようにしている。この場合には、実際に、ロータ１に対して９０°の角度範囲をもって検出ヘッド２が配設されることになる。
【００２０】
モータ４が４極対のものである場合には、図５に示すように、４つの突部が円周上等間隔に形成されたほぼ四角形状のロータ１を用いたうえで、検出ヘッド２における各磁極歯Ａ〜Ｄを仰角２２．５°の各間隔をもって配したものを設置するようにしている。この場合には、実際に、ロータ１に対して６７．５°の角度範囲をもって検出ヘッド２が配設されることになる。
【００２１】
また、モータ４が５極対のものである場合には、５つの突部が円周上等間隔に形成されたほぼ五角形状のロータ１を用いたうえで、検出ヘッド２における各磁極歯Ａ〜Ｄを仰角１８°の各間隔をもって配したものを設置する。この場合には、実際に、ロータ１に対して５４°の角度範囲をもって検出ヘッド２が配設されることになる。モータ４が６極対のものである場合には、６つの突部が円周上等間隔に形成されたほぼ六角形状のロータ１を用いたうえで、検出ヘッド２における各磁極歯Ａ〜Ｄを仰角１５°の各間隔をもって配したものを設置する。この場合には、実際に、ロータ１に対して４５°の角度範囲をもって検出ヘッド２が配設されることになる。以下、同様である。
【００２２】
また、本発明では、例えば、図６に示すように、ロータ１の軸対称の位置にそれぞれ検出ヘッド２１，２２を配設して、各検出ヘッド１，２２の検出信号を別途設けた演算処理部（図示せず）において平均化処理することができるようにしている。
【００２３】
このように、ロータ１の軸対称の位置に一対の検出ヘッド２１，２２を設けて、その各検出信号を平均化処理することによって、ロータ１の機械的な取付け位置の誤差があっても、その誤差の影響が相殺されて、検出精度が悪くなるようなことを防止できるようになる。
【００２４】
その場合、特に、モータ４が４極対以上の場合に有利となる。
【００２５】
また、本発明による回転位置検出器付きモータは、図８および図９に示すように、モータ３０の回転軸３１に同心状に、モータ３０の極対数に応じた数の突起が円周上等間隔に形成されたロータ１を取り付けるとともに、そのロータ１の外周囲の一部に空隙を介して配され、ロータ１の回転による空隙磁束の変化に応じてモータ３０の回転角の変化に即した電圧信号を誘起する検出ヘッド２を固定側に取り付けるようにしている。そして、その検出ヘッド２が取り付けられる箇所にモータ０の駆動制御の回路基板６１，６２を一体に組み付けるようにしている。
【００２６】
図８および図９に示す回転位置検出器付モータにあっては、４極対構造の場合を示している。
【００２７】
なお、図８および図９中、９１〜９３はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各パワートランジスタ、１０１〜１０４は電解コンデンサ、１１は電源接続用端子、１２はシールドカバー、１３はターミナル兼バスプレート、１４はヒートシンク兼ケース、１５は冷却フィンをそれぞれ示している。
【００２８】
また、本発明では、検出ヘッド２が取り付けられる箇所に、モータ３０の駆動制御を行う回路基板６１，６２を一体に組み付けるようにしている。
【００２９】
回路基板６１には、図１０に示すモータ制御回路１７が組み込まれている。また、回路基板６２には、図１０に示すインバータ回路１８が組み込まれている。
【００３０】
その各回路基板６１，６２は、シールド板７１〜７３によってそれぞれ遮蔽されている。また、そのうちのシールド板７２，７３には、基板間接続用のコネクタ８１，８２が設けられている。
【００３１】
なお、モータ制御回路１７は、その内部に検出ヘッド２からの回転位置検出信号をデジタル信号に変換する変換器が設けられており、その変換されたデジタルデータを用いてモータ３０の駆動制御をつかさどるようになっている。
【００３２】
このように、本発明によれば、モータ３０の回転軸３１（回転軸をもたない薄型偏平モータなどにあっては回転子側）にロータ１を取り付け、そのロータ１の外周囲の一部にヨーク部材３に形成した磁極歯Ａ〜Ｄに励磁コイルＣＬ１および検出コイルＣＬ２を巻回しただけの簡単かつ小形の検出ヘッド２を設置することによって、モータ３０に回転位置検出器を占積率良く装着させることができるようになる。また、ロータ１の外周囲であればどこにでも検出ヘッド２を取り付けることができるので、その取付けの自由度が向上する。
【００３３】
そして、回転位置検出器が取り付けられるモータ３０の同一端面にモータ３０の駆動制御を行う回路基板６１，６２を一体に組み付けることができるので、検出ヘッド２とその回路基板６１，６２との間の配線のとり回しを容易かつ最短に行わせることができ、耐ノイズ性が向上する。
【００３４】
また、モータ３０の極対数が増加した場合、検出ヘッド２と一体に組み付けられる回路基板６１，６２を角型形状にできるので、基板材料の歩留りが向上する。
【００３５】
産業上の利用可能性
本発明によれば、モータと同期して回転し、そのモータの極対数に応じた数の突起が円周上等間隔に形成されたロータと、そのロータに対して空隙を介して対向配設され、等間隔に形成された４つの磁極歯に励磁コイルおよび検出コイルを直列接続し、その励磁コイルに励磁電圧を与えたときのロータの回転による空隙磁束の変化に応じて前記検出コイルに誘起される誘起電圧に基いてモータの回転角を検出する検出部とを有する回転位置検出器にあって、前記ロータは前記モータの回転子同心状に取り付けられ、該ロータの突起が該モータの回転子軸に偏心して取り付られた円板状の磁性材であり、モータの極対数をｎとしたとき、前記ロータに対して空隙を介して３π／２ｎの角度範囲の該ロータ外周囲に前記検出部を前記モータの固定子側へ固定して配設するようにしたもので、その検出部をロータの外周囲に部分的に設置することができるようになる。そのため、回転位置検出器の製造および組立て容易になって、小形、軽量化を有効に図ることができ、モータに取り付ける際の占積率が良くなってその取付けの自由度が高くなり、また、製品の歩留りが向上するようになる。
【００３６】
また、本発明にあっては、モータと同期して回転し、そのモータの極対数に応じた数の突起が円周上等間隔に形成されたロータと、そのロータに対して空隙を介して対向配設され、等間隔に形成された４つの磁極歯に励磁コイルおよび検出コイルを直列接続し、その励磁コイルに励磁電圧を与えたときのロータの回転による空隙磁束の変化に応じて前記検出コイルに誘起される誘起電圧に基いてモータの回転角を検出する検出部とを有する回転位置検出器をモータに取り付けるに際して、前記ロータは前記モータの回転子同心状に取り付けられ、該ロータの突起が該モータの回転子軸に偏心して取り付られた円板状の磁性材であり、モータの極対数をｎとしたとき、前記ロータに対して空隙を介して３π／２ｎの角度範囲の該ロータ外周囲に前記検出部を前記モータの固定子側へ固定して配設するようにして、その検出部が配設される箇所にモータの駆動制御回路を一体に組み付けるようにしたもので、回転位置検出器を製造が容易で、小形、軽量化を有効に図ることができ、モータに取り付ける際の占積率が良くなって、検出ヘッドとの間の配線のとり回しを容易かつ最短に行わらることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の一実施例による回転位置検出器を薄型偏平モータに取り付けた状態を示す斜視図である。
図２は、同実施例における検出ヘッドの正面図である。
図３は、モータが２極対の場合における本発明による回転位置検出器の概略構成を示す図である。
図４は、モータが３極対の場合における本発明による回転位置検出器の概略構成を示す図である。
図５は、モータが４極対の場合における本発明による回転位置検出器の概略構成を示す図である。
図６は、本発明による回転位置検出器の他の実施例を示す概略構成図である。
図７は、従来の回転位置検出器の基本的な構成を示す概略図である。
図８は、本発明による回転位置検出器付モータの一実施例を示す正断面図である。
図９は、同実施例による回転位置検出器付モータの側面図である。
図１０は、一般的なモータの駆動制御系のブロック構成図である。
【図１】
0003909474.tif 000002
【図２】
0003909474.tif 000003
【図３】
0003909474.tif 000004
【図４】
0003909474.tif 000005
【図５】
0003909474.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003909474.tif 000008
【図８】
0003909474.tif 000009
【図９】
0003909474.tif 000010
【図１０】
0003909474.tif 000011