JPS59103557A - 周波数発電機ブラシレス直流モータ - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は、例えば音響機器、特に磁気記録再生装置に用
いることができる周波数発電機付直流モータに関するも
のである。

従来例の構成とその問題点 音響機器、特に磁気記録再生装置に使用されるモータと
しては、回転むらの少ないモータが望まれる。特に磁気
記録再生装置のキャプスタンモータとして、その回転軸
をそのままキャプスタン軸として使用するダイレクトド
ライブ型キャプスタンモータ、更にはリール台を直接駆
動するダイレクトドライブ型リールモータの場合には、
キャプスタンモータおよびリールモータのトルクリップ
ルがそのままワウ・フラッタの原因となる。したがって
、ダイレクトドライブ型キャプスタンモータやリールモ
ータとしては、トルクリップルの極力小さいモータが必
要とされる。さらには、近年、より理想的な磁気テープ
走行系を実現するために、テープ駆動装置においては、
テープ巻取側テープテンション及び供給側テープテンシ
ョンを常に一定とするようなテンション制御装置を付加
したものが実用化されている。例えば、記録または再生
状態においては、キャプスタンモータはテープ走行速度
を一定に保つために定速回転が要求されるのに対して、
巻取リール台では巻取ったテープの量によって、その回
転数が変化するので、理想的にはテープ巻取テンション
を一定にするためテープ巻取半径に比例したトルクがリ
ールモータには要求される。

以下、第１図及び第２図を用いて従来のテープテンショ
ン制御回路付のテープ駆動装置について説明する。第１
図はテープレコーダの如きテープ駆動装置の要部構成図
であり、（１）はキャプスタンモータ、（２）はキャプ
スタンモータ（１）の出力軸をなすキャプスタン、（３
）はピンチローラであって、キャプスタン（２）とピン
チローラ（３）とによってテープ（４）を挾み、テープ
〈４）を定速走行させる。（５）はテープ巻取側リール
台、（６）はリール回転軸である。（７）はリールモー
タで、リール台（５）を直接駆動する。

（８）は周波数発電ねで、リールモータ（７）のリール
回転軸（６）に接続されており、リール台（５）の回転
数に比例した周波数が出力される。（５３月よテンショ
ン制御回路で、巻取テープテンションが常に一定となる
ようにリールモータ（７）の発生トルクを制御する。

テープ走行速度をＶ　ｔ　（ｔｙｎ／ｗ　’）、テープ
巻取側リール台（５）のテープ半径をＲ（ｃｙ　）、リ
ール台トルクをＴＲ（ｇｗ　−ｃｍ）、リール台回転数
をＮＲ（ｍｎ　：］、テープテンションをｔ　（ｇｗ　
）、リール台回転周期をＴＲ（ｓｅｃ）とすれば、 ２πＲ・−＝　　Ｖｔ　　・・・・・・■０ １く・ｔ＝ＴＲ・・・・・・・・・・・・■−ＮＲ＝　
　ＴＲ・・・・・・・旧・・・・・■の３式が成立する
。上記０００式よりＲ及びＮＲを消去すると ＴＲ＝　−％Ｑ；・ｔ・ＴＲ・・・・・・■２π 上記■式において、テープ走行速度Ｖｔ及びテープテン
ションｔは一定であるから、■式より、リール台トルク
ＴＲとリール台回転周期τＲとは、正比例の関係にある
ことがわかる。テープ巻取側リール台（５）に接続され
た周波数発ｍｌ　ｍ　（８）によって、テープ巻取側リ
ール台（５）の回転数が出力される。周波数発４Ｍ（３
）の出力信号は、テンション制御回路（９）に入力され
る。テンション制御回路（９）では、リール台（５）の
回転周期τＲに比例したトルク指令がり−ルモータ（７
）に出力される。その結果、テープ（４）の巻始めから
巻終りまで一定のテープテンションが得られる。

第２図は、第１図に示したテープ駆動装置に使用して有
効なダイレクトドライブ型ブラシレスリールモータの斜
視図である。第２図において、αυはリール回転軸で、
バックヨークとしての軟鉄製の円板（６）が固定されて
いる。この円板Ｑ′４の下向には円板状（または円環状
）のマグネット（至）が固着されてモータの回転子を構
成している。（１４ａ）（１４ｂ）（１４ｃ）は３相の
電機子巻線であって、これらは軟鉄製の固定子鉄板０９
の上面に接着剤などで固着されている。ａ・は軸受で、
前記３相の電機子巻線（１４ａ）（１４ｂ）０４ｃ）の
中心位置となるように固定子鉄板ａつに固定され、前記
リール回転軸（ロ）を回軸自在に支承する。（ｘ７ａ）
（ｔ７ｂ）（１７ｃ）はホール素子で、回転子の位置検
出器として使用−される。（至）は周波数発電機用の円
環状マグネットで、等角度間隔に多極着磁されていて、
円板＠の上面にリール回転軸ａυと同心となるように固
着されている。α場はホール素子で、周波数発電機用の
円環状マグネット（へ）の着磁面に所定の空隙を保持し
て対向している。

このポール素子（１すの出力端子からはリール回転軸Ｏ
ｖの回転数に比例した周波数の信号が出力される。

このようなダイレクト型ブラシレスリールモータとして
は、トルクリップルの極めて小さいモータが必要とされ
ることは前述したとおりであるが、電機子コイルの相数
の少ない直流モータの場合ではトルクリップルが大きく
なることは避けられない事実である。通常、ブラシレス
モーフは１相につき１つの回転子位置検出器と、１つの
電機子通電制御回路とが必要であり、モータの相数を増
やすことは、制御回路自体の構成が複雑となり高価で大
型となるので実用的でない。したがって一般には２相ま
たは３相の電機子が採用され、その結果トルクリップル
も１５〜２０％Ｐ、　Ｐ、存在するのが通常である。そ
れに対応してブラシレスリールモータのトルクむらが増
加して、磁気記録再生装置のワウ・フラッタを増加させ
ている。さらには、上記の方式では、テープ巻径に応じ
て極めて正確な一定テープテンションが得られる反面、
リール台（またはリールモータ）に特別に周波数発電機
を設ける必要かあり構造が複雑となる欠点を有していた
。

発明の目的 本発明は、上記従来の欠点を解消するもので、磁気記録
再生装置のダイレクトドライブ型リールモータに使用し
て有効な、トルクリップルの少ない、かつ周波数発電機
付の直流モータを提供することを目的とする。

発明の構成 上記目的を達するため、本発明の周波数発電機料直流モ
ータは、回転出力を取出し得る回転軸に、１舞接する磁
極が互いに異極となるように２ｍ個（ｍは正の整数）の
磁極が等角度間隔に着磁された円板状もしくは環状の第
１のマグネット着磁部及びこの第１のマグネット着磁部
と同軸的に配設されて第１のマグネット着磁部の磁極数
の奇数倍の磁極が等角度間隔にかつ隣接する磁極が互い
に異極となるように着磁された円板状もしくは環状の第
２のマグネット着磁部を外嵌固着してなるマグネット回
転子と、前記第１及び第２のマグネット着磁部の着磁面
に所定の空隙を保持しかつ対向して配設されたｎ相（ｎ
は正の整ａ）の電機子巻線を有する固定子と、前記第２
のマグネット着磁部の着磁面に所定の空隙を保持しかつ
対向して配設された磁気感応素子とを備え、前記ｎ相の
電機子巻線に読起される発電波形に奇数次の高調波成分
を重畳させることによって発生トルクに含まれるトルク
リップルを極小にし、かつ前記磁気感応素子により前記
回転軸の回転数に比例した周波数を出力する構成とした
ものである。

実施例の説明 以下、本発明の一実施例について、図面に基づいて説明
する。

先ず、３相の［８子巻線を有する直流モータを例にとっ
て、直流モータが発生するトルクリップルについてその
発生機構を説明する。第３図は、第２図に示した直流モ
ータの各部波形図で、第３図において、自＊　ｅ２　ｐ
　ｅ３　　は、それぞれ電機子巻線（１４ａＸ１４ｂ）
（１４ｃ）に発生した発電波形である。角。

ｅ２ｍｅ３０）大きさは電機子巻線（ｔ４ａ）（ｔ４ｂ
）（１４ｃ）とマグネットα４の発する磁束との磁束鎮
交数の変化率に比例し、ｅｌ　＊　６２　＊　６３　　
はそれぞれ１２０度ずつ位相がずれている。

＋１１１２１１３は、電機子巻線（１４，３）（１４ｂ
）（１４Ｃ）にそれぞれ供給される電流の波形である。

１１１＋２１１３はホール素子（１７ａ）（１７ｂ）（
１７Ｃ）の出力に応じてそれぞれ１２０度の区間ずつ電
流が通Ｉ損され、かつ回転子に一定方向のトルクが発生
するように電流の向きも同時に切換えられる。また、１
１　ｒ　１２　＋　１３もそれぞれ１２０度ずつ位相が
ずれている。

モータの発生トルクは、モータを電気−機械エネルギー
変換器と考えれば次の０式が成立する。

ω・ｒ＝　１ｌ−ｅｌ　＋　ｉ２・ｅ２＋ｉ３　・ｅ３
−−■ただし、ω：角速度（ｒａｄｉａｎ　廓）τ：ト
ルク〔Ｎ−ｍ〕 ｉ□ｏＩ２ｐ１３’相電流（Ａ） ｅｌ　＊　ｅ２　ｔ　ｅ３　’：相電圧〔■〕モータが
一定の回転速度ωで回転しているときのモータの発生ト
ルクτは次の０式で表わされる。

τ＝−（ｉ工・肖＋１２・ｅ２＋ｉ３・ｅ３）・・・・
・・■第３図に示したモータの発生トルクτは上記０式
の関係式を用いて作図により求めた発生トルクの波形で
ある。図より明らかなように、３相の直流モータの場合
、モータの１回転（電気角）につき６回のトルクリップ
ルが発生する。

＋１　＋　１２　＋　１３および肖＃　ｅ２　＊　ｅ３
は第８図の波形図より以下の関係がある。

＋１　＊　ｅｌの各波形をフーリエ級数に展開すれば、
奇数次の高調波成分だけで、次の０式のように表わされ
る。

上記０００式を上記０式に代入して整理すると、τは［
相］式で表わされる。

＋（Ｉ□Ｅ５＋１．Ｅ７＋Ｉ５Ｅ、　＋１７Ｅ、　）Ｃ
（ｉｓ　６　ｅ＋（１５Ｅ７＋　ｌ７Ｅ５）ＣＯＳ１２
θ＋・・・７　・・・・・・・・・［相］ただし、７次
までの高調波成分だけを考慮した。

平均トルクをＴ、）ルクリップルを塾τいとすれば、 ′ｒ＝−（ＩＩＥｌ＋１５Ｅ５＋ｌ７Ｅ７）〔Ｎ−ｍ〕
・・・・・・■ωＯ ｒｅ　＝　、７−ｇ、、　（ＩＩＥ３　＋ＩＩＥ７　＋
　ｌ５Ｅ１　＋ｌ７Ｅ１　）　（Ｎ’ｍ（ｒｍｓ）　：
）・・・・・・Ｏ ｒ＋２＝、４−（Ｉｓ＆＋ＩｙＥｓ）（Ｎ’ｍ（ｒｍｓ
））　　・・・・・・−６と表わされる。（は１回転（
電気角）につき６回のトルクリップル、τνは１回転（
電気角）につき１２回のトルクリップルである。

以上の説明より明らかなように、３相のモータは１回転
（電気角）につき６回のトルクリップルを発生し、トル
クリップル率ｒは上記００式より次式で表わされる。

ｒ　　＝　−Ｘ　　１００ ｖ’２　　１１Ｅ１　十１５に−５十１７ｈ７（’、’
　ＬＥ＋　）ＩｓＥ５＋１７Ｅ７）したがってモータの
トルクリップルを低減させるためには上記０式において が成立すればよい。

第３図に示した如く、電機子巻線に流れる電流を１２０
度の期間だけ通電する矩形波電流にした場合を例にとれ
ば、電流の第５次、第７次の高調波成分はそれぞれ の関係があるので、上記［相］式より ＝　　−０，０５７・・・・・・・・・＠となる。

すなわち、上記０式より明らかなように、モータの発電
波形ｅ）　＋　ｅ２　＊　２３に含まれる第５次または
第７次の高調波成分Ｅ５またはＥ７が基本波Ｅ１の５〜
６％含まれておれば、１回転（電気角）に６回発生する
トルクリップルはなくなる。

第４図は本発明の一実施例におけるダイレクトドライブ
型リールモータの斜視図であり、ｅηは回転軸で、これ
はリール回転軸と兼用されている。

この回転軸ｃｌｖにはバックヨークとしての軟鉄製の円
板（２）が固定され、この円板（ホ）の下面には円板状
のマグネット■が固着されて回転子を構成している。マ
グネットに）は、等角度間隔に４極着磁された第１のマ
グネット着磁部と、等角度間隔に２０極着磁された第２
のマグネット着磁部とから構成されており、その着磁パ
ターンについては後述する。

（財）はホール素子で、前記第２のマグネット着磁部の
着磁面に所定の空隙を保持して対向している。

（２５ａ）（２５ｂ）（２５ｃ）は８相の電機子巻線で
あって、これらは軟鉄製の同定子鉄板Ｑ０の上面に接着
剤などで固着されている。に）は軸受で、前記３相の電
機子巻線（２５ａ）（２５ｂ）（２５Ｃ）の中心位置と
なるように固定子鉄板（イ）に固定され、前記回転ｉｉ
’＋ｉｌ　Ｑ９を回転自在に支承する。（２８ａ）（２
８ｂ）（２８Ｃ）はホール素子で、回転子の位置検出器
として使用される。

第５図は、第４図に示したダイレクトドライブ型リール
モータに使用したマグネット（ト）の着磁パターンの説
明図で、マグネット（ハ）は、（Ａ１）〜（Ａ４）の４
磁極の円板上の第１のマグネット着磁部（イ）と、（Ｂ
＋）〜（Ｂ２０）の２０磁極の円板上の第２のマグネッ
ト着磁部ω）とからなり、前記第１のマグネット着磁部
（５）と前記第２のマグネット着磁部の）とは各々同心
円となるように着磁されている。磁化の方向は回転軸■
υの方向で、上下に磁界が発生するように磁化されてい
る。前記＠１のマグネット着磁部（４）はモータの主要
マグネットを構成し、前記第２のマグネット着磁部Φ）
はモータ発電波形に第５次高調液酸分を含めるための補
助マグネットを構成している。

第６図は第４図に示したダイレクトドライブ型リールモ
ータの各部波形図である。第６図において、各相の発１
”に波形自ｓ　Ｑ２　＊　Ｑ３は前記第１のマグネット
着磁部囚により誘起された基本波成分Ｅ１と、前記第２
のマグネット着磁部■）により誘起された第５次高調液
酸分Ｅ５とを合成したものである。実際には、前記第１
のマグネット着磁部囚により誘起される発電波形には、
第８次高調液酸分が多量に含まれているが、上記［相］
式より明らかなように、第８次高調液酸分は３相モータ
の場合、発生トルクには全く寄与しないので、便宜上省
略した。第６図に示した発生トルク波形τは第３図の場
合と同様に作図より求めたものである。

このように本実施例によれば、第６図より明らかなよう
に、モータの発電波形に第５次高調液酸分を含めること
によって、リップルの少ない平坦なトルク特性の直流モ
ータを得ることができる。

またホール素子（財）により、回転軸ｃ２υの回転数に
比例した周波数を得ることができる。

なお、上記実施例では、モータの発電波形に第５次高調
液酸分を含めた場合について述べたが、第５次高調液酸
分の代りに第７次高調液酸分を含める場合にも同様にト
ルクリップルの低減が期待できる。

また、本発明は、マグネットが円板上の平面対向型モー
タに限らず、マグネットが円筒状のシリンダ型モータに
もそのまま適用できることは明らかである。

発明の詳細 な説明したように本発明によれば、モータの回転子マグ
ネットとして、モータの主要マグネットを構成する第１
のマグネット着磁部とモータの電機子コイルの発電波形
に第５次または第７次の高調波成分を含めるための第２
のマグネット着磁部とを結合してなるマグネットを用い
、前記第２のマグネット着磁部にホール素子などの磁気
感応素子を対向させることによってその出力信号でもっ
て、特別に周波数発電機を設けることなしにモータの回
転数を検出できるように構成したので、直流モータの駆
動回路としては従来のものに何ら変更を加えることなし
に、相数が少なくてもトルクリップルの少ない直流モー
タを実現し得、しかも磁気感応素子の出力信号でもって
モータの回転数を検出し得る。したがって、本発明の周
波数発電機付直流モータを特に磁気記録再生装置のり−
ルモータとして使用した場合、簡単なモータ構造であり
ながら、巻取側リール台の巻径に無関係に正確な一定テ
ープテンションが得られ、かつテンションリップルの少
ないテープ駆動装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のテープ駆動装置の要部構成図、第２図は
従来の周波数発電機付ブラシレスモーフの要部分解斜視
図、第８図は第２図に示したモータの各部の信号波形及
び発生トルク波形の波形図、第４図は本発明の一実施例
における周波数発電機付ブラシレスモータの要部分解斜
視図、第５図は同モータに用いた回転子マグネットの着
磁パターンの説明図、第６図は同モータの各部の信号波
形及び発生トルク波形の波形図である。 ＋２１）・・・回転軸、（ハ）・・・マグネット、（ハ
）・・・ホール素子（磁気感応素子）、（２５ａ　）〜
（２５ｃ）・・・電機子巻線、（７）・・・固定子鉄板
、囚・・・第１のマグネット着磁部、（１′））・第２
のマグネット着磁部 代理人　　身　本　　義　弘 第１図 り 第２図 Ｉ４ｂ　ｌか 第３図 ３ 第４図 第５図 Ａ４Ａ　’ 第ｄ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　回転出力を取出し得る回転軸に、隣接する磁極が
   互いに異極となるように２ｍ個（ｍは正の整数）の磁極
   が等角度間隔に着磁された円板状もしくは環状の第１の
   マグネット着磁部及びこの第１のマグネット着磁部と同
   軸的に配設されて第１のマグネット着磁部の磁極数の奇
   数倍の磁極が等角度間隔にかつ隣接する磁極が互いに異
   極となるように着磁された円板状もしくは環状の＠２の
   マグネット着磁部を有してなるマグネット回転子と、前
   記第１及び第２のマグネット着磁部の着磁面に所定の空
   隙を保持しかつ対向して配設されたｎ相（ｎは正の整数
   ）の電機子巻線を有する固定子と、前記第２のマグネッ
   ト着磁部の着磁面に所定の空隙を保持しかつ対向して配
   設された磁気感応素子とを備え、前記ｎ相の電機子巻線
   に誘起される発電波形に奇数次の高調波成分を重畳させ
   ることによって発生トルクに含まれるトルクリップルを
   極小にし、かつ前記磁気感応素子、により前記回転軸の
   回転数に比例した周波数を出力する構成とした周波数発
   電機付直流モータ。 ２、　マグネット回転子は、第１のマグネット着磁部を
   構成する２ｍ個の磁極と第２のマグネット着磁部を構成
   する（２ｍＸ５）個もしくは（２ｍＸ７）個の磁極とを
   円板状もしくは環状の同一マグネット上に着磁すること
   により構成され、固定子は、前記マグネット回転子の着
   磁面に対向して配設された３相の電機子巻線を有する構
   成とした特許請求の範囲第１項記載の周波数発電機付直
   流モータ。