JP2013031275A - 回転特性検出装置および駆動特性検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動回路に手を加えることが不必要であるだけでなく、ＤＣブラシレスモータの出力軸に歯車等を結合することなくＤＣブラシレスモータとは非接触で回転数を検出することのできるモータの回転特性検出装置を提供する。
【解決手段】被検査対象であるＤＣブラシレスモータの固定子を構成する複数の励磁コイルのそれぞれが発生する磁界中に配置され、磁界の変化に応じて電圧を誘起する少なくとも１つの検出部１１〜１４と、検出部１１〜１４の両端に発生する電圧の変動周期を測定する周期測定部１５と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は回転特性検出装置および駆動特性検査装置に係り、特に、ＤＣブラシレスモータと非接触の状態で回転特性を測定することのできる回転特性検出装置およびそれを使用したＤＣブラシレスモータの駆動特性検査装置に関する。

近年、ＤＣモータの分野において、信頼性および保守性等の観点から、整流子を有しないＤＣブラシレスモータが広く使用されている。

このようなＤＣブラシレスモータをコンピュータ、サーバ用のハードディスク等の駆動源に適用するためには、ＤＣブラシレスモータ自体の回転ムラをはじめとする回転特性値が所定の基準値以下であることが必要であるため、ＤＣブラシレスモータ単体の回転特性を検査することが必要である。

モータの回転数測定センサとしては、従来から電磁ピックアップ、光インタラプタ、タコメータ等が周知である。

しかし、電磁ピックアップおよび光インタラプタを適用するためにはモータ軸にギヤを設置する必要があり、タコメータを適用するためにはモータ軸とタコジェネレータとを結合する必要があるため、回転特性の測定にあたってギヤおよびタコジェネレータの影響を回避することは不可能である。

モータの回転数を非接触で計測可能なものとして、光学式ストロボスコープも周知である。

しかし、光学式ストロボスコープはモータの回転軸に反射テープを貼付することが必要であるが、モータ自体が小型化している状況では反射テープの貼付が困難となる。

さらに、同期がとれているか否かを自動的に判定するには画像処理等の複雑な処理が必要となり、自動検査装置への適用は困難となる。

そこで、ＤＣブラシレスモータでは駆動回路が必須となることに着目して、駆動回路から出力される駆動パルスと、ＤＣブラシレスモータのコイルに誘起される電圧との論理積に基づいてＤＣブラシレスモータ自体とは非接触で回転数を検出する技術がすでに提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１７３３６０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された発明はモータの回転特性を測定する際に駆動回路から検出線を引き出すために、駆動回路に手を加える必要があるという課題がある。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、駆動回路に手を加えることが不必要であるだけでなく、ＤＣブラシレスモータの出力軸に歯車等を結合することなくＤＣブラシレスモータとは非接触で回転数を検出することのできるモータの回転特性検出装置を提供することを目的とする。

なお、本明細書においてＤＣブラシレスモータとは整流子を有しないＤＣモータのすべてを意味し、永久磁石で回転子を構成する狭義のＤＣブラシレスモータだけでなく、磁性材で回転子を構成するスイッチドリラクタンスモータ（ＳＲＭ）も含むものとする。

本発明に係る回転特性検出装置は、被検査対象であるＤＣブラシレスモータの固定子を構成する複数の励磁コイルのそれぞれが発生する磁界中に配置され、磁界の変化に応じて電圧を誘起する少なくとも１つの検出部１１〜１４と、検出部１１〜１４の両端に発生する電圧の変動周期を測定する周期測定部１５と、を含む構成を有している。

上記構成により、ＤＣブラシレスモータ自体とは非接触でＤＣブラシレスモータの回転数を検出できることとなる。

本発明に係る回転特性検出装置は、検出部１１〜１４の両端に発生する電圧の合計値を測定する合計電圧測定部を含む構成を有している。

上記構成により、ＤＣブラシレスモータの回転ムラを検出できることとなる。

本発明に係る回転特性検出装置は、検出部１１〜１４が、励磁コイルが発生する磁界中に配置される鉄芯１１ａ〜１４ａと、鉄芯１１ａ〜１４ａに巻回される検出コイル１１ｂ〜１４ｂと、から構成される。

本発明に係る回転特性検出装置は、検出部１１〜１４が、検出コイル１１ｂ〜１４ｂの両端に発生する電圧を増幅する増幅部１１ｄ〜１４ｄをさらに含む構成を有している。

本発明に係る駆動特性検出装置は、被検査対象であるＤＣブラシレスモータの回転数を検出する回転特性検出装置１と、ＤＣブラシレスモータの出力軸と接続される入力軸と静止物に接続される出力軸とを具備するパウダブレーキ３５と、パウダブレーキ３５の出力軸に発生するトルクを検出するトルク検出部３６と、ＤＣブラシレスモータに駆動電力を供給するとともにＤＣブラシレスモータの励磁コイルを流れる電流値を出力する駆動部３７２と、パウダブレーキ３５の発生する制動力を制御する制動力制御部３７３と、トルク検出部３６の出力からＤＣブラシレスモータの発生する出力トルクを測定するトルク測定部３７４と、回転特性検出装置１から出力されるＤＣブラシレスモータの回転数、駆動部３７２から出力される励磁コイルを流れる電流値、およびトルク測定部３７４から出力される出力トルクに基づいてＤＣブラシレスモータの駆動特性を検出する駆動特性検査部３７５と、を含む。

本発明に係る回転特性検出装置によれば、ＤＣブラシレスモータ本体と完全に非接触で計測可能であるため、ＤＣブラシレスモータ自体の回転特性を正確に検出することが可能となる。

本発明に係る回転特性検出装置を装着したＤＣブラシレスモータの上面図（ａ）およびＹ−Ｙ断面図（ｂ）である。 本発明に係る回転特性検出装置の検出部の構造図である。 検出コイル、増幅部および増幅部に対応する測定部の配線図である。 励磁コイルおよび増幅部の波形図である。 測定部に入力される検出部から出力される電圧および合計電圧の波形図である。 ２相励磁の３極のＤＣブラシレスモータに本発明を適用した場合の構成図である。 本発明に係る回転特性検出装置を適用したＤＣブラシレスモータの駆動特性検査装置の概略図である。

図１は、本発明に係る回転特性検出装置１を装着した検査対象であるＤＣブラシレスモータ２の上面図（ａ）およびＹ−Ｙ断面図（ｂ）である。

本実施形態において、検査対象であるＤＣブラシレスモータ２は、回転軸の周囲に９０度ごとに配置された４つの励磁コイル２１〜２２から成るステータ２０と永久磁石が埋め込まれたロータ２５とから構成されるものとする。

本発明に係る回転特性検出装置１は、励磁コイル２１〜２４のそれぞれに対応して配置される４つの検出部１１〜１４と、検出部１１〜１４の両端に誘起される電圧の変動周期を計測する周期測定部１５とを含む。

検出部１１〜１４は、ＤＣブラシレスモータ２の励磁コイル２１〜２４のそれぞれが発生する磁界の中に配置する必要があるため、ＤＣブラシレスモータ２に近接して配置する。

図２は、本発明に係る回転特性検出装置１の検出部１１〜１４の１つである検出部１１の構造図であって、対応する励磁コイル２１も付記している。

本実施の形態では、検出部１１は、Ｉ（アイ）型の鉄芯１１ａと、鉄芯１１ａに巻回される検出コイル１１ｂとから構成されている。なお、検出コイル１１ｂの外周は磁気シールド材１１ｃで覆われている。

なお、本発明に係る回転特性検出装置１においては、鉄芯１１ａがＤＣブラシレスモータ２の励磁コイル２１の発生する磁力線に直交するように検出部１１を配置するものとする。

さらに、本実施の形態では、検出部１１は、検出コイル１１ｂに誘起される電圧を増幅してパルス信号とする増幅部１１ｄも含む。

増幅部１１ｄから出力されるパルス信号は、周期測定部１５に含まれる周波数計に導かれ、パルス信号の周波数をＤＣブラシレスモータ２の回転数を表示する。

図３は検出コイル１１ｂ、増幅部１１ｄおよび増幅部１１ｄに対応する周期測定部１５の配線図であって、検出コイル１１ｂの一端は結合コンデンサ１１１を介して増幅器１１２の一方の入力端子に接続されている。そして、増幅器１１２の出力は比較器１１３の一方の入力端子に接続されている。

なお、結合コンデンサ１１１は検出コイルの両端電圧の直流成分を除去するためのものであり、検出コイル１１ｂの他端、増幅器１１２の他方の入力端子および比較器１１３の他方の入力端子は共通のアースに接続されている。

図４は、励磁コイルおよび増幅部の波形図であって、励磁コイルに印加される励磁電圧波形（イ）、励磁コイルを流れる電流波形（ロ）、励磁コイルのロータ側極性（ハ）、検出コイルに誘起される電圧波形（ニ）および増幅部から出力されるパルス信号波形（ホ）を示す。

すなわち、励磁コイル２１にパルス状の励磁電圧（イ）が印加されると、励磁コイル２１には励磁電圧の立ち上がり時に最大となり、励磁電圧の立ち下がり時に最小となる励磁電流（ロ）が流れ、励磁コイル２１のロータ側端部は交互にＳ極およびＮ極に励磁（ハ）される。

検出コイル１１ｂは励磁コイル２１の発生する磁界中に配置されているため、検出コイル１１ｂの両端には、励磁コイル２１を流れる励磁電流と同相の電圧（ニ）が誘起される。

この誘起電圧は、増幅器ｄ２において約１００倍（４０デシベル）程度増幅されて比較器ｄ３の一方の入力端子に供給される。

比較器ｄ３は、検出コイル１１ｂに誘起された電圧とアース電圧を比較し、パルス信号（ホ）を出力する。

周期測定部１５は周波数計１５１を具備し、増幅部１１ｄから出力されるパルス信号の周波数を測定し、ＤＣブラシレスモータ２の回転数として出力する。

なお、周期測定部１５は電源１５２も具備しており、増幅部１１ｄの増幅器ｄ２および比較器ｄ３に対して駆動電力（たとえば２４ＶＤＣ）を供給している。

ここで、図４では１つの検出部１１に対応して１つの周期測定部１５が設けられるものとして説明したが、４つの検出部１１〜１４に対して１つの周期測定部１５を設け、スイッチで検出部を選択するようにしてもよい。

さらに、ＤＣブラシレスモータ２の物理的構成が各励磁相について同一であるならば、検出コイル１１ｂ〜１４ｂに誘起される電圧を同相で加算した合計電圧は零となるはずである。

そこで、検出コイル１１ｂ〜１４ｂに誘起される電圧を同相で加算した合計電圧を測定することによって、ＤＣブラシレスモータ２の励磁相間の物理的構成の相違を回転ムラとして検出することが可能となる。

ＤＣブラシレスモータ２の励磁相間の物理的構成の相違としては、種々の要因を考えることができるが、例えば、ロータスピンドルの曲がり、ロータを構成する永久磁石のアンバランス、励磁コイルの断線等を想定することができる。

図５は、図１に示す回転特性検出装置１の周期測定部１５に入力される検出部１１〜１４から出力される電圧の波形および合計電圧波形であって、検出部１１〜１４から出力される電圧は略正弦波状であり、２極励磁の場合は、Ａ相およびＣ相に誘起される電圧は同相となり、Ｂ相およびＤ相に誘起される電圧は逆相となる。

したがって、検出コイル１１〜１４に誘起される電圧の合計電圧は、理論的には零であり、実際的にはＤＣブラシレスモータ２の回転ムラに起因するゆらぎを有することとなる。

そこで、検出コイル１１〜１４に誘起される電圧の合計電圧が予め定めた上限値と下限値の範囲にあるか否かを検出することにより、ＤＣブラシレスモータ２が所定の精度で組立てられているか否かを評価することが可能となる。

以上は４極のＤＣブラシレスモータを２相励磁した場合について説明したが、他の形式のＤＣブラシレスモータに対しても本発明を適用することは可能である。

図６は、２相励磁の３極のＤＣブラシレスモータに本発明を適用した場合の構成図であって、ＤＣブラシレスモータの３つの励磁コイルに対応して、３つの検出部が使用される。

図７は本発明に係る回転特性検出装置を適用したＤＣブラシレスモータの駆動特性検査装置３の概略図であって、凹型の基板３０の一方の側板には本発明に係る回転特性検出装置の検出部３１が取り付けられている。

検出部３１と所定の間隔を隔てて検査対象のＤＣブラシレスモータ３２がモータ固定ブロック３３上に設置される。

ＤＣブラシレスモータ３２の出力軸はジョイント３４を介してパウダブレーキ３５の入力軸に接続されている。

なお、パウダブレーキ３５の出力軸は凹型の基板３０の他方の側板に固定される。そして、パウダブレーキ３５の出力軸には出力軸に伝達されるトルクを検出するトルク検出部３６が取り付けられている。

駆動特性検査装置３は、さらに、制御計測部３７を具備する。

制御計測部３７は、検出部３１の出力に基づいて検査対象のＤＣブラシレスモータ３２の回転数を計測する計測部３７１、ＤＣブラシレスモータ３２に駆動電力を供給する駆動部３７２、パウダブレーキ３５の制動力を制御する制動力制御部２７３、トルク検出部３６の出力に基づいてＤＣブラシレスモータ発生するトルクを測定するトルク測定部３７４、ならびに、計測部３７１、駆動部３７２、制動力制御部３７３およびトルク測定部３７４を制御し、ＤＣブラシレスモータ３２の駆動特性を検査する駆動特性検査部３７５から成る。

上記構成の駆動特性検査装置３を使用してＤＣブラシレスモータ３２を検査するときは、駆動部３７２から所定周波数の励磁電圧を出力してＤＣブラシレスモータ３２を回転させ、本発明に係る回転特性検出装置により実際の回転数を検出する。

制動力制御部３７３から所定負荷に対応する電圧をパウダブレーキ３５に供給し、パウダブレーキ３５中の磁性流体の密度を制御することによりブラシレスモータ３２に負荷をかける。

そして、トルク測定部３７４の出力から、ＤＣブラシレスモータ３２の出力トルクを検出する。

駆動部３７２からは励磁電流値も出力されるので、ＤＣブラシレスモータ３２の回転数、励磁電流および出力トルクを同時に検出し、ＤＣブラシレスモータ３２の駆動特性を検査することが可能となる。

以上説明したように、本発明に係る回転特性検出装置は、ＤＣブラシレスモータ自体とは非接触で回転数を測定することが可能であり、ＤＣブラシレスモータの回転特性、駆動特性の検出に有用である。

１ 回転特性検出装置
２ ＤＣブラシレスモータ
３ 駆動特性検査装置
１１〜１４ 検出部
１１ａ〜１４ａ 鉄芯
１１ｂ〜１４ｂ 検出コイル
１１ｃ〜１４ｃ 磁気シールド材
１１ｄ〜１４ｄ 増幅部
１５ 周期測定部
２０ ステータ
２１〜２４ 励磁コイル
２５ ロータ
３０ 基板
３１ 検出部
３２ ＤＣブラシレスモータ
３３ モータ固定ブロック
３４ ジョイント
３５ パウダブレーキ
３６ トルク検出部
３７ 制御計測部
１１１ 結合コンデンサ
１１２ 増幅器
１１３ 比較器
１５１ 周波数計
１５２ 電源
３７１ 計測部
３７２ 駆動部
３７３ 制動力制御部
３７４ トルク測定部
３７５ 駆動特性検査部

Claims (5)

1. 被検査対象であるＤＣブラシレスモータの固定子を構成する複数の励磁コイルのそれぞれが発生する磁界中に配置され、前記磁界の変化に応じて電圧を誘起する少なくとも１つの検出部と、
   前記検出部の両端に発生する電圧の変動周期を測定する周期測定部と、を含む回転特性検出装置。
2. 前記検出部の両端に発生する電圧の合計値を測定する合計電圧測定部を含む請求項１に記載の回転特性検出装置。
3. 前記検出部が、前記励磁コイルが発生する磁界中に配置される鉄芯と、
   前記鉄芯に巻回される検出コイルと、から構成される請求項１または請求項２に記載の回転特性検出装置。
4. 前記検出部が、前記検出コイルの両端に発生する電圧を増幅する増幅部をさらに含む請求項３に記載の回転特性検出装置。
5. 被検査対象であるＤＣブラシレスモータの回転数を検出する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転特性検出装置と、
   前記ＤＣブラシレスモータの出力軸と接続される入力軸と、静止物に接続される出力軸と、を具備するパウダブレーキと、
   前記パウダブレーキの出力軸に発生するトルクを検出するトルク検出部と、
   前記ＤＣブラシレスモータに駆動電力を供給するとともに、前記ＤＣブラシレスモータの励磁コイルを流れる電流値を出力する駆動部と、
   前記パウダブレーキの発生する制動力を制御する制動力制御部と、
   前記トルク検出部の出力から前記ＤＣブラシレスモータの発生する出力トルクを測定するトルク測定部と、
   前記回転特性検出装置から出力される前記ＤＣブラシレスモータの回転数、前記駆動部から出力される励磁コイルを流れる電流値、および前記トルク測定部から出力される出力トルクに基づいて、前記ＤＣブラシレスモータの駆動特性を検出する駆動特性検査部と、を含む駆動特性検査装置。

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