JP2002101617A - 電気モータ - Google Patents

電気モータ

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JP2002101617A
JP2002101617A JP2001247106A JP2001247106A JP2002101617A JP 2002101617 A JP2002101617 A JP 2002101617A JP 2001247106 A JP2001247106 A JP 2001247106A JP 2001247106 A JP2001247106 A JP 2001247106A JP 2002101617 A JP2002101617 A JP 2002101617A
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Ka-Lun Lee
リー カ−ルン
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Johnson Electric SA
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K23/00DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
    • H02K23/66Structural association with auxiliary electric devices influencing the characteristic of, or controlling, the machine, e.g. with impedances or switches
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/487Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by rotating magnets

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力パワーに対する依存度が低く且つモータ
の体積又はサイズを増大させない速度センサを提供す
る。 【解決手段】 永久磁石直流モータ10は、少なくとも
1つの永久磁石14を含む永久磁石ステータを有する。
磁石14は小さなエアーギャップを挟んで電機子コア2
6の極と向かい合っている。速度センサ12はエアーギ
ャップに配置されて電機子コアの回転を検出する。速度
センサ12は電機子コアと向かい合う磁石14の表面に
固定された端巻きコイルである。コイルの端子38は、
磁石の軸端面に配置され、モータエンドキャップ20に
固定された弾性変形可能なフィンガ又はスプリングバイ
アス端子36と係合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気モータに関
し、特に、速度センサを含む電気モータに関する。
【0002】
【従来の技術】電気モータ特に小型永久磁石電気モータ
の設計に当たって重要視されることは、パワー出力を低
下させることなくモータのサイズすなわち体積を小さく
することである。しかしながら、従来は、モータの特徴
を改善するためにモータに部品が追加されるにつれて、
その新しい部品を受け入れるためにモータのサイズが増
大した。これは特にサーボモータに必要な速度センサに
おいて明らかであった。速度センサは、一般に、モータ
の速度の関数である振幅又は周波数を有する電圧すなわ
ちパルス出力を与える。この信号は、サーボ増幅器によ
り使用されてモータの運動を制御する。
【0003】モータの速度を測定する典型的な技術は、
タコメータ又は周波数発生器をモータのシャフトに追加
することである。これらは、モータのフレームサイズの
増大を必要とし、それによりその体積を増大させる。モ
ータの電気入力における電流のピークを検出することを
含む技術が試みられ、それはほどほどに成功であった
が、鋭敏な電子回路を含んでおり、その回路は、騒々し
い環境や、最悪の場合にはセンサを不動作にしてしまう
ようなモータの磨耗によりしばしば起きる不明確な整流
子スイッチングの影響を受ける。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って、入力パワーに
対する依存度が低く且つモータの体積又はサイズを増大
させない速度センサが要望されている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、これ
は、ステータ磁石の内面上に形成され且つステータ磁石
とロータの間のエアギャップに配置されたセンサコイル
により達成される。
【0006】本発明の第1の特徴によれば、本発明は、
少なくとも1つの永久磁石を含む永久磁石ステータと;
ロータシャフトと、ロータシャフトに取り付けられ且つ
複数の極を有する電機子コアと、極の周りに巻かれた電
機子巻線と、電機子コアの一端に隣接してロータシャフ
トに取り付けられ且つ電機子巻線のリード線に接続され
た整流子とを含むロータであって、軸受に軸支され且つ
ステータと向かい合って配置されたロータと;速度セン
サと;から成る永久磁石直流モータにおいて、前記速度
センサが、永久磁石の表面に固定され且つ永久磁石と電
機子コアとの間のエアギャップに配置された導電性材料
のコイルであることを特徴とする永久磁石直流モータを
提供する。
【0007】コイルは、電機子コアと向かい合う磁石の
内面に固定された単巻きコイルであることが好ましい。
コイルは、細長いU字形の単巻きコイルであることが好
ましい。コイルの端子は、磁石の軸端面上に配置されて
いることが好ましい。コイルの端子は、モータのエンド
キャップに固定された弾性変形可能なフィンガ又はスプ
リングバイアス端子と係合しているのが好ましい。この
弾性変形可能なフィンガは、エンドキャップに固定され
た金属ストリップ又は導電性ゴム端子であってもよい。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、単なる例示として、添付図
面を参照して本発明の好ましい実施例について説明す
る。
【0009】図1は、本発明の第1実施例に従って速度
センサコイル12を含むように変形された典型的なPM
DCモータ10を示す。モータは、2つの弧状セラミッ
ク磁石14をもつ永久磁石ステータを有する。ロータ1
6が、ステータ磁石14と対面関係で配置され、エンド
キャップ20及び後部ハウジング部分22に固定された
軸受18に軸支されている。ロータは、シャフト24、
電機子コア26及び整流子28を有する。電機子コア2
6は、複数の突出した極を形成する積層スタックであ
り、その極の周りにコイルが巻かれて電機子巻線30を
形成する。コイルは、整流子28で終端される。
【0010】エンドキャップ20は、ブラシ32を支持
し、ブラシは、整流子28とすべり接触してモータ端子
34を介して電機子巻線30を電力源に電気的に接続す
る。エンドキャップは、2つのスプリング接点36も支
持する。スプリング接点は、エンドキャップのセンサ端
子40に接続された弾性変形可能な導電性ストリップで
ある。これとは別に、スプリング接点は、エンドキャッ
プに固定され且つそこから延びている導電性ゴムポスト
であってもよい。
【0011】2つの磁石14のうちの一つの半径方向内
面には、導電性コイル12が形成され、その内面はエア
ーギャップを挟んで電機子コア26と向かい合ってお
り、それにより、コイル12が磁石14と電機子コアと
の間のエアーギャップに配置されるようになっている。
コイル12は、単巻を形成する導電性U字形経路を有す
る。このような形状の単巻コイルは、エンドキャップに
隣接する磁石の軸端面上の端子パッド38から始まり端
子パッド38で終わる。2つのスプリング接点36は、
端子パッドと接触して、エンドキャップ20のセンサ端
子40を介してコイル12から外部回路へ信号を転送す
るように構成されている。スプリング接点の使用は、磁
石のコイルに直接リードワイヤを滑らせるのに比べて構
造を大幅に簡単にする。
【0012】コイル12は、図2に、さらに明瞭に示さ
れている。コイル12は、単巻コイルであり、それらの
各巻の間に絶縁体を設けることなく容易に適用できる。
従って、コイルは、導電性フィルム、導電性フォイル導
電性テープ又はワイヤにより形成することができる。記
載された実施例では、コイル12は、銀エポキシのよう
な導電性インクを使用して形成され、パッド印刷プロセ
スにより磁石の表面に塗布される。これとは別に、イン
クは、労働集約的なペインティング又はスクリーン印刷
(しかし、これは磁石の表面が湾曲しているために困難
である)により塗布されてもよい。磁石の表面が導電性
である場合には、磁石表面からコイルを絶縁するために
非導電性被覆が必要である。セラミック磁石及び樹脂接
着磁石の場合には、この種の被覆は必要ない。
【0013】上述したことから、本発明によって速度セ
ンサを使用してモータの速度を検出するには、モータの
サイズ又は体積の増大を必要としない。コイル16が磁
石と電機子コア26との間に配置されているので、コイ
ルを通過する磁束は、ロータが回転するにつれて、極が
コイルに隣接する最大値から極間のスロットがコイルに
隣接する最小値まで変化する。磁束の変化は、コイルに
電圧パルスを発生させ、従って、ロータが回転するにつ
れて、センサコイルが一連のパルス信号を発生する。出
力信号のパルス間の時間すなわち周波数を測定すること
によりモータの速度を決定することができる。この情報
は、その後、モータの速度を制御するモータコントロー
ラで使用される。
【0014】ロータコアの極間のスロットの寸法と同じ
寸法を有するコイルを使用して、より鋭くてより強い信
号を発生することができる。U字形の幅が広すぎる場合
には、信号はそれほど鋭くならない。U字形の幅が狭す
ぎる場合には、信号の振幅がそれほど大きくならず、信
号をノイズと分離するのを困難にする。U字形の配向が
スロットの配向と一致すべきであることが好ましい。従
って、通常、U字形は、軸方向に延びるが、スキューし
たロータコアを有するモータの場合には、U字形も同様
にスキューされるべきである。
【0015】図3は、もっと幅の広いコイル12を使用
したコイルの実施例を示す。上述したように、このコイ
ルの構成は、好ましくはないが、低ノイズ装置では、満
足な結果を生じ、変形せずにスキュー電機子及び非スキ
ュー電機子とともに使用できる。
【0016】磁石の面にまたがってコイルを配置するこ
とは、良好な信号を発生するために重要ではない。しか
しながら、単巻コイルは、ブラシが1つの整流子セグメ
ントから次の整流子セグメントまで滑るにつれて整流に
起因するパルスをピックアップする。整流スパイクのタ
イミングはコイルの位置から独立しているので、コイル
の位置は、整流スパイク及び信号パルスが所望どうりに
別々の時間に生じるか又は同時に生じるように選択でき
る。
【0017】2〜3百rpmのような低速動作を検出す
るためには、信頼性の高い出力信号を得るために2巻以
上のコイルが必要とされる。図4に示される別の実施例
では、2つの狭いU字形単巻コイル12、112が磁石
14の面上に形成されている。コイル12、112は、
直列に接続され、電機子の極間の離隔距離に等しい距
離、いわゆるスロット間距離だけ円周方向に隔置されて
いる。多極ロータの場合には、この距離は、スロット間
距離の整数倍である。例えば、3極ロータの場合には、
その距離は、120度であり、5極ロータの場合は、そ
の距離は72度であり、他方、12極ロータの場合に
は、その距離は、磁石の弧状の大きさを考慮してそれぞ
れ30、60、90、120度等となる。この装置で
は、1つの電機子極スロットがコイル12の1つを通過
するときには、別の電機子極スロットが他のコイル11
2を同時に通過する。従って、信号出力は、単巻コイル
装置の2倍になる。この設計は、少なくとも巻の交差点
において、狭い導電性経路と2巻間の絶縁層を必要とす
る2巻コイルを使用することなく2巻コイル効果を得る
ことができる。
【0018】図5に示された別の設計では、2つのコイ
ル12が使用されている。コイルは並べて配置され、脚
部を共有して3つの端子38を有するW字形コイルを形
成している。制御回路又はエンドキャップにおいて、2
つの外部端子が共に結合され、従って、コイルが、円周
方向にわずかに隔置されているが並列に接続された2つ
のコイルとして作用する。そこで、各コイルの信号は、
重ね合されずに時間的に離隔され方向が逆となり、正弦
波形パルスを発生する。この装置は、整流パルスが各コ
イルに同時に発生するときにその整流パルスを消去する
か又は軽減するために使用してもよい。というのは、整
流パルスは、コイル位置から独立しているが1つのコイ
ルが他のコイルに対して逆転しているで、その整流パル
スは、反転され、その結果、速度センサ信号の整流スパ
イクが全体として減少するからである。
【図面の簡単な説明】
【図1】好ましい実施例によるPMDCモータの分解図
である。
【図2】速度センサコイルを支持する図1のモータの磁
石を示す図である。
【図3】異なる形状を有する速度センサコイルを支持す
る同様な磁石を示す図である。
【図4】別の実施例による速度センサコイルを支持する
同様な磁石を示す図である。
【図5】別の実施例による速度センサコイルを支持する
同様な磁石を示す図である。
【符号の説明】
10 モータ 12 速度センサコイル 14 ステータ磁石 16 ロータ 18 軸受 20 エンドキャップ 22 後部ハウジング部分 24 シャフト 26 電機子コア 28 整流子 30 電機子巻線 32 ブラシ 34 モータ端子 36 スプリング接点 38 端子パッド 40 前縁 42 センサ端子 112 速度センサコイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H611 AA01 BB01 PP01 QQ01 QQ06 RR01 UA01 UB01 5H623 AA09 GG13 GG15 GG28 JJ18 LL02 LL09 LL12 LL19

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1つの永久磁石(14)を含
    む永久磁石ステータと、 ロータシャフト(24)と、ロータシャフトに取り付け
    られ且つ複数の極を有する電機子コア(26)と、極の
    周りに巻かれた電機子巻線(30)と、電機子コアの一
    端に隣接してロータシャフトに取り付けられ且つ電機子
    巻線のリード線に接続された整流子(28)とを含むロ
    ータ(16)であって、軸受(18)に軸支され且つス
    テータと向かい合って配置されたロータ(16)と、 速度センサと、から成る永久磁石直流モータにおいて、 前記速度センサが永久磁石(14)の表面に固定され且
    つ永久磁石(14)と電機子コア(26)との間のエア
    ギャップに配置された導電性材料のコイル(12)であ
    ることを特徴とする永久磁石直流モータ。
  2. 【請求項2】 導電性材料は、導電性インク、特に、導
    電性エポキシの薄い付着層である請求項1に記載のモー
    タ。
  3. 【請求項3】 コイル(12)は、実質的に永久磁石の
    軸方向長さだけ軸方向に延びている請求項1又は2に記
    載のモータ。
  4. 【請求項4】 コイル(12)は、単巻きコイルである
    請求項1〜3のいずれか1つに記載のモータ。
  5. 【請求項5】 コイル(12)は、実質的にモータの軸
    方向に延びている細長いU字形の単巻きコイルである請
    求項4に記載のモータ。
  6. 【請求項6】 コイル(12)は、実質的に電機子コア
    の極と同じ角度で軸方向に延びている請求項5に記載の
    モータ。
  7. 【請求項7】 コイル(12)は、電機子コアの極間の
    円周方向ギャップに実質的に等しいU字形アーム間の横
    方向ギャップを有する請求項5に記載のモータ。
  8. 【請求項8】 速度センサは、第1コイル(12)の端
    子にまたがって接続され且つそれと隣接して配置されて
    いるが円周方向に隔置された第2の単巻きコイル(1
    2、112)を更に含む請求項1〜7のいずれか1つに
    記載のモータ。
  9. 【請求項9】 2つのコイル(12、112)は、直列
    に接続され、電機子コア(26)の極間の距離の整数倍
    に等しい距離だけ円周方向に離れている請求項8に記載
    のモータ。
  10. 【請求項10】 第1と第2のコイル(12、112)
    は、実質的にU字形であり、細長いW字形パターンを形
    成する共通脚部を有する請求項8に記載のモータ。
  11. 【請求項11】 速度センサのコイル端子(38)が、
    永久磁石(14)の軸端面上に配置されている請求項1
    〜10のいずれか1つに記載のモータ。
  12. 【請求項12】 モータは、エンドキャップ(20)に
    より閉じられた開放端を備えた深絞りしたカップ状ハウ
    ジング(22)を有し、コイル端子(38)は、エンド
    キャップ(20)に固定されたスプリングバイアス端子
    (36)と電気的に係合する請求項11に記載のモー
    タ。
  13. 【請求項13】 スプリングバイアス端子(36)は、
    エンドキャップ(20)から延びる弾性変形可能なフィ
    ンガである請求項12に記載のモータ。
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