JPS6158905B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はターンテーブルを浮上支持しながら
回転駆動する回転体駆動装置に関する。

従来レコードプレーヤとしてターンテーブルを
電動機の回転子に直結し、直接駆動するようにし
た所謂ダイレクトトライブ方式のものがある。

ところが、この方式のものはターンテーブルお
よび電動機の回転子の重量をスライト軸受等で支
持しなければならないため構成が複雑になるばか
りでなく回転に伴なう雑音所謂ゴロ音が発生し音
響機器として好ましくなかつた。

またターンテーブルを浮上支持しながら回転駆
動させるために磁気軸受を用いたものがある。こ
の磁気軸受は回転駆動させる電動機とは独立して
設置し、空隙長制御も独立して行なつている。こ
のため、電動機の回転子と固定子の間に発生する
吸引力に打ち勝つだけの強力な電磁石を用意しな
ければならなかつた。特に何らかの原因で電動機
の回転子と固定子の間の空隙長が小さくなつた場
合、その間に発生する吸引力は増大し、それを引
き離すための磁気軸受は大型のものが必要にな
る。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので
回転体を取付けた回転子を少なくとも３分割され
た電磁石の吸引力で平衡を保ちつつ各点の空隙長
の平均値に応じ制御される電機子巻線の吸引力で
浮上支持することにより、上述の不都合を除去で
きるとともに、空隙長制御の安定化を図ることが
でき回転体駆動装置を提供することを目的とす
る。

以下、この発明の一実施例を図面に従い説明す
る。第１図はこの発明の概略構成を示すものであ
る。１はレコードプレーヤの箱体で、この箱体１
の上面には開口部１ａを形成している。また、こ
の箱体１内の開口部１ａの周縁に沿つて平形の電
機子鉄心２を設ける。この電機子鉄心２は第２図
に示すように３相の電機子巻線３を巻装してい
る。

また、前記電機子鉄心２の同心円上に例えば３
分割された直流電磁石４_１，４_２，４_３を配置す
る。これら電磁石４_１，４_２，４_３は夫々独立し
て電磁吸引力を発生するものである。

前記電機子鉄心２に対向して円板状の回転子５
を設ける。この回転子５は前記電機子鉄心２およ
び直流電磁石４に対向する板面を肉厚に形成して
おり、このうち電機子鉄心２に対向する肉厚部板
面に例えばアルミ板からなる２次導体６を設けて
いる。また、この回転子５は板面中央部に軸７を
介して回転体としてのターンテーブル８を取付け
ている。

前記回転子５に対向して変位計９を設ける。こ
の変位計９は第２図に示すように各電磁石４_１，
４_２，４_３毎に９_１，９_２，９_３の計３個設けら
れており、夫々回転子５との空隙長を検出し、前
記電機子鉄心２と回転子５との間の空隙が予め設
定した値になるよう電磁石４_１，４_２，４_３の吸
引力を制御する出力を発生するようにしている。
この場合変位計９には一例として回転子５の板面
にうず電流を発生させこのうず電流の大きさを測
定することにより回転子５との間の空隙長を検出
するものが用いられている。

尚、図中１０はピツクアツプである。

次に、前記電機子巻線３および直流電磁石４
_１，４_２，４_３の制御回路を第３図に従い説明す
る。まず、電機子巻線３には可変周波数電源装置
例えばインバータ１１を接続する。このインバー
タ１１は例えば１対のトランジスタを直列接続し
たものを３相分並列に接続したもので、各トラン
ジスタを所定の順序でオンすることにより所定周
波数の出力を発生するようにしている。また、こ
のインバータ１１の入力端子には電流平滑用リア
クトル１２、チヨツパ１３を介して直流電源１４
を接続している。ここでチヨツパ１３はインバー
タ１１を介して電機子巻線３への供給電流を制御
するものである。

前記直流電源１４の両端には直流電磁石４_１と
チヨツパ１５の直列回路、直流電磁石４_２とチヨ
ツパ１６の直列回路および直流電磁石４_３とチヨ
ツパ１７の直列回路を並列接続する。これらチヨ
ツパ１５，１６，１７は直流電磁石４_１，４_２，
４_３への供給電流を制御し、各電磁石４_１，４
_２，４_３の吸引力を制御するものである。尚、図
中１８，１９，２０，２１はホイリングダイオー
ドで各チヨツパ１３，１４，１５，１６，１７が
オフしたとき発生するエネルギーを循環させたも
のである。

前記チヨツパ１３，１５，１６，１７には夫々
空隙長制御回路２２，２３，２４，２５を接続す
る。このうち制御回路２３は空隙長設定器２６の
出力と変位計９_１の出力に応じてチヨツパ１５の
オン期間を、制御回路２４は空隙長設定器２６の
出力と変位計９_２の出力に応じてチヨツパ１６の
オン期間を、制御回路２５は空隙長設定器２６の
出力と変位計９_２の出力に応じてチヨツパ１７の
オン期間を夫々制御するようにしている。また制
御回路２２は空隙長設定器２６の出力と変位計９
_１，９_２，９_３の出力の和を1/3にした、つまり
平均出力に応じてチヨツパ１３のオン期間を制御
するようにしている。

この場合、空隙長制御回路２２〜２５は具体的
には第４図に示すように構成している。

第４図は説明の便宜上直流電磁石４_１に対応す
るものについて示している。まず変位計９_１と空
隙長設定器２６の各出力端子を比較器２７に接続
する。この比較器２７は両者の出力を比較し偏差
ε_１を出力する。また、比較器２７は並列補償回
路２８とともに比較器２９に接続する。この場合
の並列補償回路２８は変位計９の変位の１次微分
（速度）および２次微分（加速度）の回路からな
つており、制御系を安定する働きをする。また比
較器２９は上記偏差ε_１に並列補償回路２８の出
力を加味した偏差ε_２を発生するものである。比
較器２９は直列補償回路３０を介して比較器３１
に接続する。この直列補償回路３０はループゲイ
ンを増加する働きをし定常偏差を小さくするもの
である。（定常偏差を零するには積分制御が行な
われることがある。）また、比較器３１は直列補
償回路３０を通つた偏差ε_２に鋸歯状波発振器３
２の出力を加えた出力を発生する。この場合上記
発振器３２の出力は図示のように零を最大とした
負の波形を発生している。従つて比較器３１はε
_２を加えたとき正方向に持ち上げられる波形分を
出力として発生する。そしてこの比較器３１の出
力端子をシユミツト回路３２１を介してチヨツパ
１５に接続する。

かかる構成によると、いま空隙長設定器２６に
設定値χ_０が設定され変位計９_１より出力χ_１が
発生しているものとすると、比較器２７よりε_１
＝χ_１−χ_０の偏差出力が発生する。この偏差出
力ε_１は並列補償回路２８からの出力が与えられ
偏差ε_２となり直列補償回路３０に入る。そし
て、この直列補償回路３０を通つたのち鋸歯状波
発振器３２の出力に加えられ、このときの正方向
の出力によりシユミツト回路３２１を介してチヨ
ツパ１５のオン期間の割合が制御され、このオン
期間により直流電磁石４_１に供給される電流が定
められる。

ここで比例制御（直列補償回路３０が単なる増
巾器）の場合は定常状態においてε_１＝χ_１−χ
_０は正の値となる。空隙長に変化がなければ並列
補償回路２８の出力は零でε_１＝ε_２である。そ
して直列補償回路３０の増巾率をΚとするとΚ×
ε_２が発振器３２の鋸歯状波形に加えられる。こ
の波形は零を最大とし負の値となつている。従つ
て、Κ×ε_２だけ正の方向に持ち上げられるとシ
ユミツト回路３２１は前記正の期間だけチヨツパ
１５をオンする。これによりこのオン期間に応じ
た電流が直流電磁石４_１に供給される。従つて直
流電磁石４_１はこのとき電流に比例した吸引力を
回転子５の浮上力として発生する。

また、この状態から何らかの原因で変位計９_１
の出力がχ_１が小さくなると上記オン期間が小さ
くなつて浮上力が減衰しその結果χ_１はもとにも
どされる。逆に出力χ_１が大きくなるとオン期間
が大きくなつて浮上力が増大し、やはりχ_１はも
とにもどされる。この間の過渡的な応答に対して
並列補償回路２８が作動する。すなわち１次微分
は速度補償で変位より位相が90゜進んでおり、又
２次微分は加速度補償で変位より位相が180゜進
んでいる。従つて変位の急激な変化に対して制御
系は安定に保たれる。

このようにして空隙長制御回路２３は回転子５
を一定の空隙長をもつて浮上支持するように直流
電磁石４_１の吸引力を制御することになる。勿論
他の空隙長制御回路２４，２５についても同様で
ある。

従つて、回転子５は直流電磁石４_１，４_２，４
_３に対応する３点で夫々空隙長が一定になるよう
平衡して浮上支持されることになる。

また、空隙長制御回路２２も上述したと基本的
には同様である。この場合は変位計９_１，９_２，
９_３の平均出力によりチヨツパ１３のオン期間が
制御され、このオン期間に応じた電流が電機子巻
線３に供給される。

ところで、誘導電動機では電機子巻線と回転子
との間の吸引力Ｆχとすべり周波数ｓとの関係
を第６図ａに示すようにしている。この特性は電
機子巻線に流れる電流を一定にしたものである
が、この吸引力Ｆχは上記電流の２乗に比例して
増加することが知られている。

従つて、上記電機子巻線３にはこのときの電流
の２乗に比例した吸引力Ｆχが回転子５を浮上す
る力として発生する。

この場合、変位計９_１，９_２，９_３の検出値に
不平衡を生じてもその平均値が同じならばチヨツ
パ１３のオン期間は変わらず電機子巻線３に流れ
る電流も変化しない。従つてこの場合は上述した
ように各電磁石４_１，４_２，４_３の吸引力により
各空隙長が一定になるよう制御される。

一方、前記インバータ１１には速度制御回路３
３を接続する。この制御回路３３はまずパルス発
生器３４を周波数電圧変換器３５を介して比較器
３６に接続する。このパルス発生器３４は例えば
回転子５に直結された円板に所定数例えば360個
のスリツトを切り、これをはさんで発光ダイオー
ドとフオトトランジスタを設置し、回転子５の回
転に応じ１回転当り360個のパルス列を発生する
ものである。また比較器３６には速度設定器３７
を接続する。比較器３６は速度設定器３７で予め
設定された速度設定値パルス発生器３４の出力と
を比較し回転速度偏差εｒを出力する。また比較
器３６の出力端子にはアンプ３８を介して電圧周
波数変換器３９を接続する。この電圧周波数変換
器３９は上記回転速度偏差εｒよりすべり周波数
設定出力slを発生する。この変換器３９と上記
パルス発生器３４をパルス計数器４０に接続す
る。パルス計数器４０はパルスを10カウントする
毎に出力パルスを発生する。また、この計数器４
０に６進のリングカンウタ４１、論理回路４２を
介してゲート回路４３を接続する。リングカンウ
タ４１はパルス計数器４０の出力パルス毎にモー
ドが変わる。また論理回路４２は第５図にす如く
リングカウンタ４１の出力（60゜通電の６個の出
力）を組合せて120゜通電波形を作りゲート回路
４３を介してインバータ１１のトランジスタを点
弧する。

かかる構成によると、いま電動機の極数を12極
とし回転子４の回転速転をNr〔rps〕とすると、
電気的な回転周波数ｒはｒ＝12Nr／２
〔Hz〕となる。一方パルス発生器３４は１回転当
り360のパルスを発生するようになつているので
360×Nr＝60.ｒ〔Hz〕のパルス列が発生するこ
とになる。また電圧周波数変換器３９は上記回転
速度偏差εｒに応じたすべり周波数設定出力sl
に対し60×sl〔Hz〕のパルスを発生する。従つ
て、計数器４０はパルス発生器３４からのパルス
列と電圧周波数変換器３９からのパルス列の和を
計数し第５図ａに示すように10カウント毎に出力
パルスを発生し同図ｂに示すようにリングカウン
タ４１のモードを60゜進める。これにより論理回
路４２より同図ｃ乃至ｈに示すような120゜通電
波形が発生しゲート回路４３を介してインバータ
１１の各トランジスタが点弧される。この場合イ
ンバータ１１の周波数ｅはリングカウンタ４１
が１周して１サイクルになるのでｅ＝ｒ＋
slとなる。このことは常にslによりこのときの
すべり周波数ｓが制御されることになる。とこ
ろで、誘導電動機ではすべて周波数ｓに対する
トルクＴの関係を第６図ｂに示すようにしてい
る。従つて、何らかの原因で上述の回転速度偏差
εｒが大きくなりslが大きくなるとすべり周波
数ｓが大きくなつてトルクＴは増大し加速す
る。

この場合すべり周波数ｓは_sM以上にならな
いようにしておく。逆に回転速度偏差εｒが小さ
くなるとslも小さくなり、すべり周波数ｓは
減少しトルクＴも減少し速度は低下する。

このようにして速度制御回路３３は常に回転子
５の回転速度が速度設定値Noに近ずくように制
御することになる。

次に、第１図の回転子５が電機子鉄心２の号心
からずれた場合を説明する。即ち、第７図は電機
子鉄心２と回転子５が距離ｙだけずれた場合を示
すが、このとき回転子５と電機子鉄心５との間に
は図示矢印方向の復元力Fyが作用する。この復
元力Fyは第８図に示すように距離ｙが余り大き
くならない範囲ではｙに比例して大きくなる。従
つて、回転子５の中心には常に電機子鉄心２の中
心に戻るような力が作用し、その中心は一致して
回転するようになる。

このように、この発明によればターンテーブル
を取付けた回転子を少なくとも３分割された電磁
石の吸引力で平衡を保ちつつ各点の空隙長の平均
値に応じ制御される電機子巻線の吸引力で浮上支
持するようにしたので、従来の軸受を用いたもの
に比べターンテーブルの回転にともなう雑音所謂
ゴロ音をなくすことができ、しかも軸受による摩
擦抵抗がないのでその分回転トルクを小さくでき
小電力での駆動ができる。また、軸受部の部品を
省略できるので構成が簡単になるとともに軸受の
保守点検も不要になる。更にターンテーブルを回
転子により直接駆動するので回転数制御の精度を
良好にできる。また、高価なインバータの使用を
最少の台数（１台）にできるので価格の面でも有
利にできる。

また、本発明装置では、各電磁石への供給電流
を制御するとともに各点の空隙長の平均値に応じ
て電機子巻線への供給電流を制御しているため、
電機子鉄心と回転子間に発生する吸引力が電磁石
に対して悪影響を及ぼさなくなり、空隙長制御の
安定化が図れるとともに、電磁石の容量の低減が
図れる。

尚、この発明は上記実施例にのみ限定されず要
旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。
例えば電機子巻線３を３分割してこれらをインバ
ータ１１に並列接続するようにしてもよい。この
ようにすると、直流電磁石４_１，４_２，４_３の容
量を減らすために効果的である。すなわち、上述
した実施例のように分割しない電機子巻線を用い
ると、電機子電流が同一であるため３点の変位に
アンバランスが生じ夫々の空隙長が異なるように
なると空隙長の小さいところは吸引力が大きく、
逆に空隙長の大きいところは吸引力が小さくな
る。従つて、そのアンバランスを補正する直流電
磁石４_１，４_２，４_３としては容量の大きなもの
が必要になる。これに対し電機子巻線を３分割す
ると３点の変位にアンバランスが生じ各点の空隙
長が異なるようになると、空隙長の小さいところ
は相互リアクタンスXmが大きく、逆に空隙長の
大きいところはXmが小さくなるためXmが大き
いところは電流が小さく、Xmが小さいところは
電流が大きくなる。従つて各点の吸引力としては
空隙長が異なつても余り変化しないので、そのア
ンバランスを補正する直流電磁石４_１，４_２，４
_３としては小容量のものでよいことになる。

また、この発明は他のリラクタンスモータ又は
ヒステリシスモータにも適用することもできる。
この場合、すべり周波数制御は不要になり速度制
御も簡単になる。

以上述べたようにこの発明によれば回転体を取
付けた回転子を少なくとも３分割された電磁石の
吸引力で平衡を保ちつつ各点の空隙長の平均値に
応じ制御される電機子巻線の吸引力で浮上支持す
ることにより、回転子の回転にともなう雑音所謂
ゴロ音をなくすことができるとともに、空隙長制
御の安定化を図ることができる回転体駆動装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による回転体駆動装置の一実
施例を示す縦断面図、第２図は第１図の−線
に沿つて矢印方向に見た図、第３図は同実施例の
制御回路を示すブロツク図、第４図は同実施例に
用いられる空隙長制御回路の具体的構成を示すブ
ロツク図、第５図は同実施例の速度制御回路を説
明するためのタイムチヤート、第６図は同実施例
を説明するための特性図、第７図は回転子が電機
子鉄心の中心からずれた場合を説明する概略構成
図、第８図は第７図の状態時に生ずる復元力を説
明するための特性図である。 １……箱体、２……電機子鉄心、３……電機子
巻線、４_１，４_２，４_３……直流電磁石、５……
回転子、６……２次導体、７……軸、８……ター
ンテーブル、９……変位計、１０……ピクアツ
プ、１１……インバータ、１２……リアクトル、
１３，１５，１６，１７……チヨツパ、１４……
直流電源、１８，１９，２０，２１……ホイーリ
ングダイオード、２２，２３，２４，２５……空
隙長制御回路、２６……空隙長設定器、２７，２
９，３１……比較器、２８……並列補償回路、３
０……直列補償回路、３２……鋸歯状波発振器、
３２１……シユミツト回路、３３……速度制御回
路、３４……パルス発生器、３５……周波数電圧
変換器、３６……比較器、３７……速度設定器、
３８……アンプ、３９……電圧周波数変換器、４
０……パルス計数器、４１……リングカウンタ、
４２……論理回路、４３……ゲート回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電機子巻線を巻装した平形の電機子鉄心と、
   この鉄心の同心円上に配置され且つ少なくとも３
   分割された電磁石と、これら鉄心および電磁石に
   対向して配置され且つ回転体を取付けた回転子と
   よりなり、前記電磁石に対応して少なくとも３個
   所前記電機子鉄心と回転子との間の空隙長を検出
   し、この検出値に応じて各電磁石への供給電流を
   制御するとともに前記空隙長の平均値により前記
   電機子巻線への供給電流を制御し前記回転子を所
   定の空隙長をもつて浮上支持するようにしたこと
   を特徴とする回転体駆動装置。