JP2006300598A - 回転検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転検出器において、コイルの出力電圧を増大させる。
【解決手段】 固定子３と誘導子２とを備え、前記誘導子２の周面には、その全周にわた
って凸部２１と凹部２２を等間隔に形成している。固定子３は、永久磁石３０と、この永
久磁石３０の極に接合された磁極片３１・３２と、前記誘導子２の凹凸にギャップｇをお
いて対向するように前記磁極片３１・３２に備えられた複数の磁極４１〜４４と、前記磁
極４１〜４４のそれぞれに嵌合されたコイル５１〜５４と、を有する。前記の各コイル５
１〜５４は、磁極４１〜４４の先端側に配置されている。具体的には、前記磁極の長さを
Ｌ、前記磁極の根元部から前記コイルの根元側端部までの距離をｈとしたときに、ｈ≧０
．５Ｌである。また、コイルの長さをａとしたときに、ａ≦０．５Ｌである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、産業用回転機械において回転速度に応じた交流信号を出力する回転検出器に
関する。

この種の回転検出器は、例えば、車輌のブレーキ制御装置、空転滑走検知用の滑走検知
器、ナビゲーションといったモニタ装置、地点検知器、速度計などの各種制御情報の取得
のために、従来から用いられてきている。

特許文献１は従来形態の回転検出器を開示する。特許文献１の図１において、回転速度
を計測すべき回転体（例えば、駆動機構である主電動機の電動機軸）に誘導子が結合され
、この誘導子には、凸部と凹部とが等間隔で交互に誘導子の全周にわたって設けられる。
この誘導子の外周に対向して発電部が設けられ、この発電部においては、永久磁石と、そ
の両側に接合される磁極片が備えられる。２つの磁極片には、誘導子の前記凸部と凹部に
所定のギャップをおいて対向するように、各３本の磁極が形成されている。それぞれの磁
極には所定巻数のコイルが嵌合されている。

この構成において誘導子が回転すると、磁極の近傍を誘導子の前記凸部が通過するたび
に磁束が通過し、対応するコイルに誘導起電力が生じる。従って、各コイルからは、前記
凸部のピッチと誘導子の回転速度で定まる周波数の交流信号が出力される。
特許第３０００７８７号公報（図１、０００７、０００８）

ここで上記のような回転検出器においては一般に、回転検出器から得られる交流信号を
用いた制御システムの精度や安定性を向上するために、コイルの出力電圧が大きいことが
求められる。

このようなニーズに応えるためには、例えば誘導子と磁極との間の前記ギャップを小さ
くし、磁極の対面部を凸部が通過するときの磁極−凸部間の磁気抵抗を小さくして、コイ
ルの出力電圧を増大させることが考えられる。しかしながらギャップを小さく設定すると
、凸部と磁極とが接触することによる破損のおそれが大きくなる。また、ギャップが小さ
い距離となるように、かつ凸部と磁極とが接触しないように設定する調整作業が煩雑にな
ってしまう。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手
段とその効果を説明する。

◆本発明の観点によれば、以下のように構成する、回転検出器が提供される。固定子と
誘導子とを備える。前記誘導子の周面には、その全周にわたって凹凸を等間隔に形成して
いる。前記固定子は、永久磁石と、この永久磁石の極に接合された磁極片と、前記誘導子
の凹凸にギャップをおいて対向するように前記磁極片に備えられた複数の磁極と、前記磁
極のそれぞれに嵌合されたコイルと、を有する。前記の各コイルは、前記磁極の先端側に
配置されている。

これにより、一側のコイルに起電力が発生したときに、その反作用磁束の他側コイルを
通過する割合を小さくできる。従って、磁気回路のリアクタンスを小さく抑えることがで
き、出力される交流信号の電圧を大きくできるので、当該信号を利用する装置側において
、制御の安定性及び精度が向上する。また、磁極と凹凸面とのギャップを小さくする必要
もなく出力電圧を増大できるので、製造コストや調整の手間を低減できる。

◆前記の回転検出器においては、それぞれの前記磁極の長さをＬ、前記磁極の根元部か
ら前記コイルの端面までの距離をｈとしたときに、ｈ≧０．５Ｌであることが好ましい。
◆また、前記の回転検出器においては、それぞれの前記磁極の長さをＬ、前記コイルの長さをａとしたときに、ａ≦０．５Ｌであることが好ましい。

これにより、磁気回路のリアクタンスを一層低減でき、出力電圧のより大きい回転検出
器が得られる。

◆前記の回転検出器においては、前記磁極片は前記永久磁石を挟んで両側に配置されて
おり、両側の前記磁極片の磁極にそれぞれ嵌合されたコイルの間には第２の永久磁石を備
え、当該第２の永久磁石はその両極が前記コイルと対向するように配置されていることが
好ましい。

これにより、第２の永久磁石を挟む位置にある両コイルには、前記永久磁石のほか、前
記第２の永久磁石の磁束が通過することになる。従って、当該２つのコイルの出力電圧を
増大できる。また、両コイルの間の位置に第２の永久磁石を設けるレイアウトであるから
、省スペース性が殆ど損なわれない。

次に、発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る回転検出器の
全体的な構成を示した断面図、図２は回転検出器を取り付ける様子を示す模式図、図３は
図１のＡ−Ａ断面矢視図、図４は各磁極の位置関係を示す図である。

本発明の実施形態としての回転検出器１は、図２に示すように、図示しない軸受によっ
て回転自在に軸支された回転軸６１の一端に備えられる。具体的には回転軸６１の一端が
軸箱６２の内部に突入され、その部分にギア２が固定されている。

次に、回転検出器１の構造を図１、図３、図４を参照して説明する。図１に示す第１実
施形態の回転検出器１は、回転自在に備えられた誘導子（前記ギア）２と、この誘導子２
の外周に対向するように前記軸箱６２（図２）に取り付けられた固定子３と、を主要な構
成として備えている。

誘導子２は、前述のとおり回転軸６１に固定されており、回転軸６１と一体的に回転す
る。そして図１に示すように、誘導子２の外周縁には、その全周にわたって、凸部２１と
凹部２２とが交互に等間隔で配置されている。

前記固定子３は永久磁石３０を、その磁軸を誘導子２の周方向に沿わせるようにして備
えており、この永久磁石３０のＮ極には第１ヨーク３１が、Ｓ極には第２ヨーク３２がそ
れぞれ接合されている。ヨーク３１・３２としては、例えば純鉄製のものを採用できる。
第１ヨーク３１からは第１磁極４１及び第２磁極４２が、第２ヨーク３２からは第３磁極
４３及び第４磁極４４が、それぞれ誘導子２側に向けて突出される。各磁極４１〜４４の
先端面は、誘導子２の凸部２１と凹部２２とが設けられている外周縁に対して対向してお
り、凸部２１の先端面と磁極４１〜４４の先端面との間には、所定のギャップ（図１や図
３に示す隙間ｇ）が形成されている。ギャップｇの大きさとしては、例えば０．５〜２．
０ミリメートルとすることが考えられる。

図１において、上記第１〜第４の磁極４１〜４４には所定巻数の第１〜第４コイル５１
〜５４がそれぞれ嵌合され、これらのコイル５１〜５４の出力をケーブル５５を介して外
部に取り出すことができるようになっている。永久磁石３０と各ヨーク３１・３２と各コ
イル５１〜５４はハウジング３３とモールドカバー３４によって覆われ、内部には例えば
ポリウレタンゴム等のモールド材が充填される。各磁極４１〜４４の先端はモールドカバ
ー３４を貫通して露出している。

上記の構成において、回転軸６１の回転に伴って図１の太線矢印方向に誘導子２が回転
すると、誘導子２に設けた凸部２１のピッチ及び寸法に対応して、上記の各コイル５１〜
５４には、対応する磁極４１〜４４の対面位置を前記凸部２１が通過するたびに磁束が通
過し、起電力が発生する。従って、各コイル５１〜５４からは、誘導子２に設けた凸部２
１のピッチｐと誘導子２の回転速度（前記回転軸６１の回転速度）によって定まる周波数
の交流信号を得ることができる。なお、凸部２１の設けられている間隔を、以下「凸部ピ
ッチ」と称する。

そして図４に示すように、第１ヨーク３１に設けられた第１磁極４１及び第２磁極４２
においては、第１磁極４１の第１コイル５１の出力交流信号を交流信号の基準としたとき
に、第２磁極４２の第２コイル５２の出力交流信号が上記基準に対して９０°遅れ又は進
み位相で発生するように、前記凸部ピッチｐとの関係で第１磁極４１と第２磁極４２との
距離を設定している。

また、他側の第２ヨーク３２の第３磁極４３においては、それに嵌合された第３コイル
５３の出力交流信号が上記基準と等しい位相で発生するように、誘導子２の凸部ピッチｐ
との関係で第１磁極４１と第３磁極４３との距離を設定している。更に第４磁極４４にお
いては、それに嵌合された第４コイル５４の出力交流信号が上記基準よりも９０°遅れ又
は進み位相で発生するように、前記凸部ピッチｐとの関係で第１磁極４１と第４磁極４４
との距離を設定している。

この構成で、例えば第１コイル５１と第３コイル５３とを直列又は並列に接続して第１
コイル組を構成することで、当該第１コイル組からは上記基準としての交流信号が得られ
る。一方、第２コイル５２と第４コイル５４とを直列又は並列に接続して第２コイル組を
構成することで、当該第２コイル組からは上記基準よりも９０°の遅れ又は進み位相を有
する交流信号が得られる。

即ち、誘導子２が図１において太線矢印の方向に回転すると、第１コイル５１と第３コ
イル５３を直列（並列）接続した第１コイル組からは基準位相としての出力信号が、第２
コイル５２と第４コイル５４とを直列（並列）接続した第２コイル組からは前記基準より
も９０°遅れ又は進み位相の出力信号が、それぞれ誘導子２の凸部２１が各磁極４１〜４
４を通過する周期で出力されることになる。

そして本実施形態では図１に示すように、各磁極４１〜４４に嵌合されるコイル５１〜
５４は、その長さａが短いものを採用している。具体的には、第１磁極４１の長さ（根元
部から先端部までの距離）をＬとしたとき、第１コイル５１の長さａは、Ｌの半分以下と
なっている（ａ≦０．５Ｌ）。また、各コイル５１〜５４は各磁極４１〜４４の先端側（
即ち、ギャップｇに近い側）の位置に配置されている。例えば第１磁極４１に着目すると
、当該第１磁極４１の根元部と第１コイル５１の当該根元側の端面との距離をｈとしたと
きに、ｈ≧０．５Ｌとなるように構成されている。

なお、残りの磁極４２〜４４とそれに嵌合されるコイル５２〜５４についても同様に、
上記のａ≦０．５Ｌ，ｈ≧０．５Ｌの関係を満たすように構成されている。

上記構成の効果を図５・図６を用いて具体的に説明する。図５に示すように凸部２１が
第１磁極４１に近づきつつあるときは、永久磁石３０から出て第１コイル５１を通過する
磁束φ１が増大し、第１コイル５１には実線矢印に示す向きの起電力が生じる。それとと
もに、第１コイル５１に流れる電流を打ち消す向きに反作用磁束が発生する。しかしなが
ら、第１コイル５１の長さａが短く、また、第１コイル５１は第１磁極４１の根元部から
大きい距離ｈをおいて配置されているので、第１ヨーク３１を通る回路の磁気抵抗よりも
、第１コイル５１のすぐ外側を通る回路の磁気抵抗が小さくなる。従って、上記の反作用
磁束のうち、第１ヨーク３１を流れる磁束φｉの割合が少なくなり、第１ヨーク３１を流
れずにモールド材の部分を流れる磁束φｅの割合が大きくなる。即ち、第２コイル５２を
通過する反作用磁束φｉが小さくなる。

第２コイル５２に起電力が生じた場合の反作用磁束についても図６に示すように、第１
ヨーク３１を流れる磁束φｉの割合が少なくなり、第１ヨーク３１を流れずにモールド材
の部分を流れる磁束φｅの割合が大きくなる。即ち、第１コイル５１を通過する反作用磁
束φｉが小さくなる。

以上の結果、磁気回路のリアクタンスを小さくでき、結果として両コイル５１・５２の
誘起電圧を大きくできることになる。このことにより、コイル５１・５２の信号をケーブ
ル５５を通じて取り出して利用する制御装置側では、制御の精度及び安定性が向上する。
あるいは、誘起電圧の増大の寄与分だけ前記のギャップ（図１や図３の隙間ｇ）を大きく
できる余地が増大するので、組付けが容易となり、製造コストを低減できる。

次に図７を参照して第２実施形態を説明する。この第２実施形態は、第１ヨーク３１に
おいて永久磁石３０に近い側に備えた第２磁極４２と、第２ヨーク３２において永久磁石
３０に近い側に備えた第３磁極４３と、の間に、第２磁石としての補助磁石３５を備えた
構成である。具体的には補助磁石３５は、第２磁極４２及び第３磁極４３に嵌合された各
コイル５２・５３の間に配置されている。補助磁石３５の磁極の向きは前記永久磁石３０
の向きと同じとされており、Ｎ極が第２コイル５２に、Ｓ極が第３コイル５３に、それぞ
れ対向するように配置されている。その他の構成については、図１の第１実施形態と同様
である。

この構成では、第２磁極４２の第２コイル５２に着目した場合、このコイル５２には、
永久磁石３０から生じる磁束（図６に示すφ２）に加え、補助磁石３５から生じる磁束φ
ｓ（図７）が流れることになる。この結果、磁束の変化量も増大するので、第２コイル５
２の出力電圧が増大する。また、反対側の第３磁極４３の第３コイル５３についても、同
様に出力電圧を増大させることができる。この結果、両コイル５２・５３の出力電圧が大
きくなるので、交流信号を利用する制御装置側では制御の精度及び安定性が一層良好にな
る。また、両コイル５２・５３の間の空いているスペースに補助磁石３５を設けるレイア
ウトであるから、固定子３ひいては回転検出器１全体の省スペース性が良好に維持される
。

前記第１実施形態と第２実施形態においては、以下のような構成とすることもできる。
図８は変形例を示し、前記の図３に対応する図である。即ち、図８の構成では、永久磁石
３０の厚み及びヨーク３１の基部部分の厚みを図３の場合よりも増大させて、磁極４１、
４２に嵌合されるコイル５１・５２の巻き外径が、永久磁石３０及びヨーク３１の基部の
厚みＬとほぼ等しくなるようにしている。この結果、固定子３をさほど大型化させずに、
大きな出力信号を得ることができる。あるいは、永久磁石３０やヨーク３１の基部の厚み
Ｌがコイル５１・５２の巻き外径を下回っていてもよい。

また、固定子３のコンパクト性を維持しながら出力の増大を図るために、図９に示す構
成とすることもできる。図９において、磁極４１，４２を形成するヨーク３１は珪素鋼板
等により構成しており、この結果、磁束の発生を妨げる渦電流を少なくでき、コイル５１
・５２の出力電圧を増大させることができる。ヨーク３１は、その基部の厚みが磁極４１
，４２の部分の厚みとほぼ等しくなるように構成している一方、永久磁石３０の厚みＬは
、磁極４１・４２に嵌合されるコイル５１・５２の巻き外径とほぼ等しくしている。即ち
、永久磁石３０の厚みＬはヨーク３１の厚みよりも大きくなっている。この結果、固定子
３全体はさほど大型化させずに、永久磁石３０の断面積を大きくして、磁気回路を通過す
る磁束量を増大させている。ただし、永久磁石３０の厚みＬをヨーク３１の厚みと等しく
しても構わない。

また図９の構成では、ヨーク３１の基部の厚み方向両側には例えば鉄製の補強板５８・
５８を接合して、磁路を増加させて永久磁石３０からの磁束量を増大させている。なお、
ヨーク３１の基部の厚みに２枚の補強板５８・５８の厚みを加えた寸法が、永久磁石３０
の厚みＬ、及び、コイル５１・５２の巻き外径とほぼ等しくなっている。これにより、固
定子３の大型化を効果的に抑制しつつ、コイル５１・５２の出力電圧を増大させ得る。

以上に説明した実施形態及び変形例は、更に様々に変形して実施することができる。例
えば、各磁極の位置については図４の位置関係に限定されることなく、必要とされている
信号の位相、コイル同士をどのように結線するか、回転検出器の仕様・用途等を考慮して
、磁極の位置は適切な位置に設定して良い。また、上記実施形態では１つのヨークにつき
２本の磁極を構成した例を示したが、例えば多出力が要求される用途では、１つのヨーク
（磁極片）について３本以上の磁極を形成する構成であっても良い。

また、固定子３を１つとする必要も必ずしもなく、例えば多出力が必要な場合で取付ス
ペースに余裕がある場合には、１つの誘導子２に対して固定子３を複数設けるように構成
しても良い。

更に、上記の実施形態は回転軸の回転検出器の例であるが、これに限らず、例えば、回
転型速度センサとして、また、電動機のモータ軸等、様々な回転体の速度を検出するのに
、本発明の回転検出器を適用できる。

本発明の第１実施形態に係る回転検出器の全体的な構成を示した断面図。 回転検出器を取り付ける様子を示す模式図。 図１のＡ−Ａ断面矢視図。 各磁極の位置関係を示す図。 第１実施形態の作用を示す要部断面拡大図。 同じく要部断面拡大図。 第２実施形態の回転検出器の断面図。 固定子の構成の変形例を示す図。 固定子の構成の別の変形例を示す図。

符号の説明

１ 回転検出器
２ 誘導子
３ 固定子
２１ 凸部
２２ 凹部
３０ 永久磁石
３５ 補助磁石（第２磁石）
３１・３２ ヨーク（磁極片）
４１〜４４ 磁極
５１〜５４ コイル

Claims (4)

1. 固定子と誘導子とを備え、
   前記誘導子の周面には、その全周にわたって凹凸を等間隔に形成しており、
   前記固定子は、
   永久磁石と、
   この永久磁石の極に接合された磁極片と、
   前記誘導子の凹凸にギャップをおいて対向するように前記磁極片に備えられた複数の磁
   極と、
   前記磁極のそれぞれに嵌合されたコイルと、
   を有し、
   前記の各コイルは、前記磁極の先端側に配置されていることを特徴とする回転検出器。
2. 請求項１に記載の回転検出器であって、
   それぞれの前記磁極の長さをＬ、前記磁極の根元部から前記コイルの端面までの距離を
   ｈとしたときに、ｈ≧０．５Ｌであることを特徴とする回転検出器。
3. 請求項１又は請求項２に記載の回転検出器であって、
   それぞれの前記磁極の長さをＬ、前記コイルの長さをａとしたときに、ａ≦０．５Ｌで
   あることを特徴とする回転検出器。
4. 請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の回転検出器であって、
   前記磁極片は前記永久磁石を挟んで両側に配置されており、両側の前記磁極片の磁極に
   それぞれ嵌合されたコイルの間には第２の永久磁石を備え、当該第２の永久磁石はその両
   極が前記コイルと対向するように配置されていることを特徴とする、回転検出器。
   
   
   

Images