JPS5953504B2 - Rotation speed detection device - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はモータの回転速度を検出する回転検ｌ出装置
に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a rotation detection device for detecting the rotation speed of a motor.

自制式同期モータとしてトランジスタモータ等があるが
、従来この種のモータは、速度制御を行つて使用するこ
とが多く、その為にロータの位置と速度を検出すること
が必要となるが、その際それらを別々の要素から検出す
る方式が一般的であつた。Transistor motors are examples of self-limiting synchronous motors, but conventionally, these types of motors are often used with speed control, and for this purpose it is necessary to detect the rotor position and speed. The common method was to detect them from separate elements.

このような方式では、位置検出装置としてホール素子を
用いる等の外、タコジェネレータ、パルス発電機等での
速度検出を併用しており、この結果、モータの小型化と
いう点で、モータ本体’以外の要素が大きくなるという
欠点があつた。この発明は上記欠点に鑑みてなされたも
ので、ローターの位置と速度の信号をこれらの信号成分
が重畳された磁束の変化に置きかえ、その磁束を一検出
素子で検出し、その出力信号から二つの情報（位置速度
情報）を引き出すような回転数検出装置を提供し、検出
装置を含めたモータ全体の小型化を達成しようとするも
のである。即ち、モータの回転速度を検出するために、
その検出用に設けた素子の出力を他の目的（この場合に
はロータ′−の位置の検出）にも供しうる様にしてモー
タ全体を小型化することを目的とする。以下、この発明
について図を用いて詳細に説明する。In this type of system, in addition to using a Hall element as a position detection device, speed detection using a tacho generator, pulse generator, etc. is also used, and as a result, in terms of miniaturization of the motor, The disadvantage was that the elements became large. This invention was made in view of the above-mentioned drawbacks, and it replaces the rotor position and speed signals with changes in magnetic flux in which these signal components are superimposed, detects the magnetic flux with one detection element, and extracts two signals from the output signal. The present invention aims to provide a rotation speed detection device that extracts two pieces of information (position and speed information), and to achieve miniaturization of the entire motor including the detection device. That is, in order to detect the rotational speed of the motor,
The object of the present invention is to miniaturize the entire motor so that the output of the element provided for detection can be used for other purposes (in this case, detecting the position of the rotor'). Hereinafter, this invention will be explained in detail using figures.

第１図はこの発明に係るモータの一実施例を示７す構成
図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a motor according to the present invention.

第１図において、１はロータに形成された速度検出用歯
車（磁気抵抗変化手段）であり、規則正しい速度信号を
得るため、等ピツチ歯車ではなくむしろ変則的歯車を用
いる。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a speed detection gear (magnetic resistance changing means) formed on the rotor, and in order to obtain a regular speed signal, an irregular gear is used instead of a constant pitch gear.

２はロータの界磁にあたる永久磁石であり、４５度ピツ
チで８極に着磁させている。2 is a permanent magnet that corresponds to the field of the rotor, and is magnetized into eight poles at a pitch of 45 degrees.

上記速度検出用歯車１のピツチは、回転円周方向にそつ
た界磁の極ピツチよりも小さい。３はステータである磁
路材、４１〜４６は電機子巻線であり、ステータ３に６
０度ピツチで設けられた６個の平型電機子巻線構造であ
る。The pitch of the speed detection gear 1 is smaller than the pole pitch of the field along the circumferential direction of rotation. 3 is a magnetic path material that is a stator, 41 to 46 are armature windings, and 6 is attached to the stator 3.
It has six flat armature windings arranged at 0 degree pitch.

５１〜５３はホール素子取付け台座、６１〜６３は位置
・速度信号を一つの要素として磁束密度で検出するホー
ル素子であり、３つのホール素子６１〜６３は１２０度
ピツチ毎に配置されている。Reference numerals 51 to 53 are Hall element mounting pedestals, and 61 to 63 are Hall elements that detect position/velocity signals as one element using magnetic flux density. The three Hall elements 61 to 63 are arranged at a pitch of 120 degrees.

なお、台座５１〜５３のコの字状のピツチτは、円板１
の外周の凹凸の歯車ピツチにほぼ一致しているものとす
る。第１図Ｃ，ｄは、ホール素子とその取付け台座の部
分を抜き出して描いたものである。In addition, the U-shaped pitch τ of the pedestals 51 to 53 is the same as that of the disk 1.
It is assumed that the pitch of the unevenness on the outer periphery of the gear approximately corresponds to that of the gear. FIGS. 1C and 1D are drawings of the Hall element and its mounting pedestal.

ホール素子６１は第１図Ｃに示すように台座５１に置く
。今、第１図ｄに示すように界磁永久磁石の着磁々極の
中央部にあたる円板】の歯車の凹部が、ホール素子６１
に対向するように配置すると、台座５１は磁性材である
ため、同図の矢印の磁路が形成される。すなわち、界磁
永久磁石のＮ極から台座の舌部へ入り、コの字型の部分
から歯車の凸部を通り、界磁永久磁石のＳ極へ至る磁路
ができる。ホール素子６１の上部に歯車１の凸部が来る
か来ないかにより、この磁路の磁気抵抗が変化するが、
それによりホール素子６１を通る磁束量が変化し、入力
電流を通電しているホール素子６１の出力起電流が変化
する。したがつて、ホール素子６１の起電力には、ロー
タの回転につれてその回転速度に比例した交流成分が重
畳されてくる。また、磁石２の極性が反転すると出力電
圧が反転する。これにより、ホール素子６１と対向して
いる界磁々石の極性を検知することができる。ところで
磁性材でできた台座５１〜５３は必ずしも必要ではなく
、プラスチツク等の非磁性材でホール素子を機械的に保
持しておくのみで良い。即ち界磁々石端部よりローター
の凸部へ漏れる磁束をホール素子で検知することによつ
ても同様の磁束の疎密検知作用を持つことができる。第
２図はモータの制御回路の構成図である。The Hall element 61 is placed on the pedestal 51 as shown in FIG. 1C. Now, as shown in FIG.
When placed so as to face the pedestal 51, since the pedestal 51 is made of a magnetic material, a magnetic path indicated by the arrow in the figure is formed. That is, a magnetic path is created that goes from the north pole of the field permanent magnet to the tongue of the pedestal, passes through the U-shaped part, passes through the convex part of the gear, and reaches the south pole of the field permanent magnet. The magnetic resistance of this magnetic path changes depending on whether the convex part of the gear 1 comes above the Hall element 61 or not.
As a result, the amount of magnetic flux passing through the Hall element 61 changes, and the output electromotive current of the Hall element 61 through which the input current is flowing changes. Therefore, as the rotor rotates, an alternating current component proportional to its rotational speed is superimposed on the electromotive force of the Hall element 61. Furthermore, when the polarity of the magnet 2 is reversed, the output voltage is reversed. Thereby, the polarity of the field magnet facing the Hall element 61 can be detected. By the way, the pedestals 51 to 53 made of magnetic material are not necessarily necessary, and it is sufficient to mechanically hold the Hall elements with non-magnetic material such as plastic. That is, a similar magnetic flux density detection effect can be achieved by detecting the magnetic flux leaking from the end of the field magnet to the convex portion of the rotor using a Hall element. FIG. 2 is a configuration diagram of a motor control circuit.

ホール素子６１〜６３の出力信号は二つの情報を持つて
いるが、その一つの位置信号はインバータ駆動回路（位
置検出器）１０５を作動させ、トランジスタＵ，Ｖ，Ｗ
とＸ，Ｙ，Ｚを位相差をもつて各々１２０゜ずつ通電す
る。これは、ホール素子が自らと対向する磁石の極性が
Ｎ極かＳ極かによつて、出力極性が反転することに基づ
いてロータの位置信号とし、この信号に基づいて自動的
にインバータトランジスタを順次通電するものであり、
一般に公知の方法である故、説明は省略する。ノ 次に
ホール素子の出力信号の他方の情報つまり速度信号につ
いて述べる。The output signals of the Hall elements 61 to 63 have two pieces of information, one of which is a position signal that activates the inverter drive circuit (position detector) 105, which activates the transistors U, V, W.
and X, Y, and Z with a phase difference of 120°. This is based on the fact that the output polarity is reversed depending on whether the polarity of the magnet facing the Hall element is N or S, and the inverter transistor is automatically activated based on this signal. It is energized sequentially,
Since this is a generally known method, its explanation will be omitted. Next, the other information of the output signal of the Hall element, that is, the speed signal, will be described.

速度検出器１０４により分離された速度信号は、その検
知出力Ｖｆとして設定速度信号Ｖｓに加算され、その偏
差はアンプ１０３で増幅される。The speed signal separated by the speed detector 104 is added to the set speed signal Vs as its detection output Vf, and the deviation thereof is amplified by the amplifier 103.

その出力１ｓは電流指令信号として作用し、主回路出力
電流を抵抗器Ｒｅにて検知し、増幅器１０１を介して帰
還した信号１ｆと代数的に加算（減算を含む）される。
この偏差がアンプ１０２で増幅され、トランジスタＴＲ
を制御し、これを流れる電流１ｔが所定値に制御される
。電流１ｔはトランジスタＵ−Ｚで構成されるインバー
タ電流、つまりモータの電機子巻線を流れる電流に一致
し、この電流が制御される結果、モータの出力トルタが
制御される。次にホール素子の出力波形について説明す
る。The output 1s acts as a current command signal, the main circuit output current is detected by the resistor Re, and is algebraically added (including subtraction) to the signal 1f fed back via the amplifier 101.
This deviation is amplified by the amplifier 102, and the transistor TR
The current 1t flowing therethrough is controlled to a predetermined value. The current 1t corresponds to the inverter current constituted by the transistors U-Z, ie the current flowing through the armature winding of the motor, and as a result of the control of this current, the output torque of the motor is controlled. Next, the output waveform of the Hall element will be explained.

第１図のように歯車１の下部には、モータ界磁を形成す
るトロイダル状ロータ磁石が固定されるが、本磁石は８
極に着磁され、歯車１はその外周部が波形に凹凸を持つ
ていて、ロータ磁石のＮ、Ｓ極が切換わる毎にその凹凸
波形が反転する。第３図ａはホール素子に作用するロー
タ磁石の磁束を示したものであり、同図ｂはロータの回
転と共に、歯車によりホール素子を通る磁束の磁路の磁
気抵抗が変化する様子を示したものである。第３図ｂに
おいて磁気抵抗は正で高く、負で低いものとする。第３
図のａとｂの関係に基づいて、ホール素子６１，６２，
６３の電圧波形は第３図Ｃ，ｄ，ｅのようになる。これ
ら波形は、低周数成分に高周波数成分が重畳されている
が、低周波゛数成分は位置信号にあたり、高周波数成分
は速度信号となる。位置信号は波形整形され、インバー
タ制御信号となる。また、速度信号は波形整形され速度
に比例したパルス信号となる。ホール素子の出力信号Ｃ
，ｄ，ｅ、を３つ加算することにより、ｆの信号を得、
ｇのような速度に比例したパルス信号を得ることができ
るのである。これはホール素子を通る磁束のうち、前記
低周波成分である位置信号成分がほぼ正弦波状の波形で
あると仮定すると、これら３つのホール出力を加算した
結果、ロータがどの位置にきてもこの低周波成分が０と
なり、歯車外周の凹凸に対応した高周波成分の出力のみ
が残るからである。As shown in Fig. 1, a toroidal rotor magnet that forms a motor field is fixed to the lower part of the gear 1.
The gear 1 is magnetized to a pole, and its outer circumference has an uneven waveform, and the uneven waveform is reversed each time the N and S poles of the rotor magnet are switched. Figure 3a shows the magnetic flux of the rotor magnet acting on the Hall element, and Figure 3b shows how the magnetic resistance of the magnetic path of the magnetic flux passing through the Hall element changes due to the gear as the rotor rotates. It is something. In FIG. 3b, the magnetic resistance is high when it is positive and low when it is negative. Third
Based on the relationship between a and b in the figure, the Hall elements 61, 62,
The voltage waveforms of 63 are as shown in FIG. 3C, d, and e. In these waveforms, a high frequency component is superimposed on a low frequency component, and the low frequency component corresponds to a position signal, and the high frequency component corresponds to a speed signal. The position signal is waveform-shaped and becomes an inverter control signal. Further, the speed signal is waveform-shaped and becomes a pulse signal proportional to the speed. Hall element output signal C
, d, e, to obtain the signal of f,
It is possible to obtain a pulse signal proportional to the speed, such as g. This is because, assuming that the position signal component, which is the low frequency component of the magnetic flux passing through the Hall element, has an almost sinusoidal waveform, the result of adding these three Hall outputs is that no matter where the rotor is located, this This is because the low frequency component becomes 0, and only the output of the high frequency component corresponding to the irregularities on the outer periphery of the gear remains.

速度信号は、以上のようにホール素子の出力信号の加算
により得るが、歯車をなぜ図のように極毎に反転させね
ばならないのかを説明する。The speed signal is obtained by adding the output signals of the Hall elements as described above, but we will explain why the gear must be reversed for each pole as shown in the figure.

これは、もし反転せず等間隔ピツチで歯が作られていた
とすると、磁石のＮ極とＳ極の反転のため、歯車の凹凸
に応じて周波数成分の位相が反転し、パルスで取出す時
に、ロータ磁石の磁性の切り換わり毎にパルス幅に長短
ができて、速度信号として不適当となるからである。ま
た磁石のＮ．Ｓ極に応じて歯車の外周の凸凹を反転させ
たときは、このホール素子の出力を、そのままフイルタ
にかければ上記と同様の速度にｚ比例する周波数をもつ
たパルス列が得られる。This is because if the teeth were made with regular pitches without reversal, the phase of the frequency component would be reversed depending on the unevenness of the gear due to the reversal of the N and S poles of the magnet, and when extracted with a pulse, This is because the pulse width becomes longer or shorter each time the magnetism of the rotor magnet changes, making it inappropriate as a speed signal. Also, the magnetic N. When the irregularities on the outer periphery of the gear are reversed according to the S pole, if the output of this Hall element is directly applied to a filter, a pulse train having a frequency proportional to z to the speed similar to the above can be obtained.

歯車の凹凸によるリラクタンス変化で速度信号用交流成
分を作成するにあたつては、その交流振巾が起磁力に比
例することはいうまでもない。従つて界磁々束の大きい
部分での、その交流振巾は２大きく、また磁束が少い、
つまり起磁力の小さい所でのそれは小さくなるが、３つ
の素子の出力を加算すると結果として起磁力は平均化さ
れ、ほ・゛振巾の一定な交流分が得られる。つまり複数
素子の出力を加算することによつて安定な速度信号が得
られるといえる。以上説明したように本発明によれば起
磁力源の生成する磁束の極性が変化すると、この磁束を
検知する磁気感応素子を経て形成される磁路の磁気抵抗
の変化位相を逆転させることによつて直接にモータの回
転速度に比例して周期に原理的なムラのない交流速度信
号を取り出すことができる。When creating an AC component for a speed signal using a reluctance change due to the unevenness of a gear, it goes without saying that the AC amplitude is proportional to the magnetomotive force. Therefore, in the part where the field magnetic flux is large, the AC amplitude is 2 large and the magnetic flux is small.
In other words, the magnetomotive force is small where the magnetomotive force is small, but when the outputs of the three elements are added, the magnetomotive force is averaged as a result, and an alternating current component with a constant amplitude is obtained. In other words, it can be said that a stable speed signal can be obtained by adding the outputs of multiple elements. As explained above, according to the present invention, when the polarity of the magnetic flux generated by the magnetomotive force source changes, the change phase of the magnetic resistance of the magnetic path formed through the magnetic sensing element that detects this magnetic flux is reversed. Therefore, it is possible to extract an AC speed signal that is directly proportional to the rotational speed of the motor and has an essentially uniform period.

また複数の磁気感応素子を用い、これらの出力信号を加
算すると振巾ムラの少い速度信号とすることができる。
これらの素子のそれぞれの出力をもつて同時にモータの
ロータ位置検出ができることは、素子数を少くして速度
も位置も検知できることになりひいてはモータ全体を小
形にすることができる。Further, by using a plurality of magnetic sensing elements and adding these output signals, a speed signal with less amplitude unevenness can be obtained.
Being able to simultaneously detect the rotor position of the motor using the outputs of each of these elements means that both speed and position can be detected with a reduced number of elements, which in turn allows the entire motor to be made smaller.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明の一実施例を示す自制式同期モータの構
成図、第２図は本モータの制御回路構成図、第３図ａ−
ｇは第１図のモータの動作を説明するための波形図であ
る。 図において１は歯車（磁気抵抗変化手段）、２はロータ
磁石、３はステータ磁路材、４１〜４６は電機子巻線、
５１〜５３はホール素子取り付け台座、６１〜６３はホ
ール素子である。Fig. 1 is a configuration diagram of a self-limiting synchronous motor showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a configuration diagram of a control circuit of the motor, and Fig. 3 a-
g is a waveform chart for explaining the operation of the motor in FIG. 1; In the figure, 1 is a gear (magnetic resistance changing means), 2 is a rotor magnet, 3 is a stator magnetic path material, 41 to 46 are armature windings,
51 to 53 are Hall element mounting pedestals, and 61 to 63 are Hall elements.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １ ローターに複数極より成る界磁を持ち、ステータに
複数の電機子コイルを有するモータと、このモータのロ
ーターにその回転円周方向にそつて界磁の極ピッチより
も短いピッチで形成された機械的な凹凸手段でなり、前
記ロータの回転に従つて前記磁束の磁路の磁気抵抗を変
化させ、磁束の磁性反転時には磁気抵抗の変化位相も反
転させる磁気抵抗変化手段と、前記ロータの回転に従つ
て磁性が変化する前記界磁の磁束を受ける複数の磁気感
応素子と、これら磁気感応素子のそれぞれの出力から前
記磁気感応素子が検出する磁束の極性を分離検出してロ
ータの位置信号とする位置検出器と、前記複数の磁気感
応素子の出力を加算することにより、これら磁気感応素
子が検出する磁束のうち、前記磁気抵抗変化手段によつ
て作られた疎密の変化を分離検出してロータの回転速度
信号とする速度検出器とを備えてなる回転数検出装置。1 A motor having a field consisting of multiple poles in the rotor and multiple armature coils in the stator, and a motor having a field consisting of multiple poles in the rotor of this motor, which is formed along the rotational circumferential direction with a pitch shorter than the pole pitch of the field. a magnetic resistance changing means which is a mechanical unevenness means and changes the magnetic resistance of the magnetic path of the magnetic flux as the rotor rotates, and also reverses the change phase of the magnetic resistance when the magnetic flux reverses; and the rotation of the rotor. a plurality of magnetic sensing elements receiving the magnetic flux of the field whose magnetism changes according to the magnetic field, and separating and detecting the polarity of the magnetic flux detected by the magnetic sensing element from the output of each of these magnetic sensing elements to generate a rotor position signal. By adding the outputs of the position detector and the plurality of magnetically sensitive elements, the change in density created by the magnetic resistance changing means is separated and detected among the magnetic fluxes detected by these magnetically sensitive elements. A rotational speed detection device comprising a speed detector that detects a rotational speed signal of a rotor.