JP2007078538A - モータ、回転制御装置、及び回転検出回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 被検出部材が取り付けられる検出対象の回転速度または回転角を高精度で検出する。
【解決手段】 モータの出力軸２６に取り付けられた円板状のコードホイール３６の周方向に９０°間隔で配置された２つの回転センサ４０は、それぞれコードホイール３６の回転速度に応じた信号を出力する。コードホイール３６は、出力軸２６に対し偏心すると１回転で１周期の誤差成分（１周期成分）が生じ、楕円状に変形すると１回転で２周期の誤差成分（２周期成分）が生じる。制御手段は、コードホイール３６の１回転分の各回転センサ４０の出力信号の差を２で除した演算信号のうち１周期成分を、回転センサ４０からの出力信号のうち１周期成分の振幅及び位相に一致させて誤差補正量を算出し、コードホイール３６の回転時に回転センサ４０から得られる出力信号から誤差補正量を減算することで回転検出信号を算出する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、回転軸または回転軸に連結される被回転体の回転速度または回転角を制御可能なモータに関する。また、本発明は、回転体の回転速度または回転角を制御するための回転制御装置に関する。さらに、本発明は、回転体の回転速度または回転角を検出するための回転検出回路に関する。

例えば、カラー複写機やカラープリンタ等の画像処理装置（画像形成装置）は、４色（黒、黄、青、赤）の感光ドラムをそれぞれ備えており、これらの各感光ドラムは、モータによって低速（４０ｒｐｍ乃至１００ｒｐｍ）で回転される。感光ドラムを回転駆動するモータには、上記の如き低回転速度において、画像悪化の原因となる回転むらを生じないことが望まれている。

このため、モータの回転軸、または該回転軸に連結される感光ドラムの連結軸の回転速度を検出するエンコーダを設け、該エンコーダの出力信号に基づいて感光ドラム（直接的にはモータ回転軸または連結軸）の回転速度を制御することが行なわれている。エンコーダとしては、例えば、周方向に等間隔で配置された多数のスリットから成る光学パターンが形成されたエンコーダプレートを上記回転軸等に同軸的に取り付けると共に、該光学パターンを挟んで発光素子と受光素子（以下、まとめて回転検出器という）とを配置し、回転検出器がエンコーダプレートの回転に伴う受光の有無に応じたパルス信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）を出力する光学式のエンコーダが採用されている。

そして、エンコーダによる回転検出精度を向上するために、１つのエンコーダプレートに対し２つの回転検出器を備えた構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示される如く、エンコーダ２００は、回転軸２０２に同軸的に取り付けられ該回転軸２０２と一体に回転するエンコーダプレート２０４と、エンコーダプレート２０４の外周近傍に周方向に等間隔で多数形成されたスリット（光学パターン）２０４Ａと、回転軸２０２の軸心に対し対称となる２箇所に配置された回転検出器２０６、２０８とを備えて構成されている。

また、エンコーダ２００に電気的に接続された制御装置は、回転検出器２０６、２０８の出力信号がそれぞれ入力されるようになっており、これらの出力信号を平均化することで、エンコーダプレート２０４の回転軸２０２に対する取付誤差（偏心）等の影響を除去するようになっている。すなわち、上記取付誤差に基づく回転検出誤差は、回転軸２０２の１回転に１回の周期を有する正弦波状に生じるため、１８０°対極した位置に配置された２つの回転検出器２０６、２０８の出力信号を平均化することで除去される。これにより、該エンコーダ２００及び制御装置を備えた構成（回転検出方法）では、上記取付誤差に起因する誤差成分を除去した真の回転速度（角速度）が得られるとされている。

ところで、例えばエンコーダプレート２０４を安価なＰＥＴ（ポリエチレンテレフラレート）にて構成すると、このエンコーダプレート２０４は、縦方向と横方向との膨張率の相違によって歪みが生じ略楕円状に変形する。このＰＥＴ製エンコーダプレート２０４の変形は、７０℃程度の高温環境下で顕著となる。このようなエンコーダプレート２０４の変形に基づく回転検出誤差は、回転軸２０２の１回転に２回の周期を有する正弦波状に生じるため、上記の如き従来の技術では除去することが不可能であった。このため、高温環境下で使用されるエンコーダ２００には、従来、高価なガラス製のエンコーダプレート２０４を用いる等の対策が必要であった。

この事実を考慮して、本発明者らは被検出部材の１回転で１周期の誤差成分と１回転で２周期の誤差成分とを共に除去して、被検出部材が取り付けられる検出対象の回転速度または回転角を高精度で検出することができるモータ、回転制御装置、及び回転検出回路を提案している（特許文献２参照）。

この特許文献２に記載の例では、モータの出力軸に取り付けられた円板状のコードホイールの周方向に９０°間隔で３つの回転センサが配置されている。そして、制御手段は、第１回転センサと第２回転センサの出力信号とを平均化して２周期成分を除去した第１補正信号と、第１回転センサと第３回転センサの出力信号との差分により２周期成分を除去した第２補正信号とを、残留する１周期成分の位相及び振幅を合わせて減算または加算することで誤差成分を除去し回転検出信号を算出している。
特開平７−１４０８４４号公報 特開２００５−１６８２８０号公報

しかしながら、特許文献２に記載の例では、上述の如く、回転検出信号を算出するためには、３つの回転センサが必要であった。

本発明は、上記事実を考慮して、従来よりも少ない回転センサで被検出部材が取り付けられる検出対象の回転速度または回転角を高精度で検出することができるモータ、回転制御装置、及び回転検出回路を得ることが目的である。

上記目的を達成するために請求項１記載の発明に係るモータは、被回転体に連結される回転軸と、円板状に形成され、前記回転軸または被回転体に同軸的に取り付けられる被検出部材と、前記被検出部材の周方向に９０°間隔で配置され、それぞれ該被検出部材の回転速度または回転角に応じた出力信号を出力する第一回転検出器及び第二回転検出器と、前記第一回転検出器及び前記第二回転検出器の出力信号をそれぞれ入力可能に設けられ、前記第一回転検出器から得られる前記被検出部材の１回転分の出力信号と、前記第二回転検出器から得られる前記被検出部材の１回転分の出力信号との差を２で除した演算信号のうち前記被検出部材の１回転で１周期の誤差成分を、前記第一回転検出器からの出力信号のうち前記被検出部材の１回転で１周期の誤差成分の振幅及び位相に一致させて誤差補正量を算出し、前記被検出部材の回転時に前記第一回転検出器から得られる出力信号から前記誤差補正量を減算することで回転検出信号を算出し、該回転検出信号を用いて前記回転軸の回転速度または回転角を制御する制御手段と、を備えている。

請求項１記載モータでは、回転軸が回転することで該回転軸に連結された被回転体を回転駆動する。このとき、回転軸または被回転体に同軸的に取り付けられた円板状の被検出部材が該回転軸及び被回転体と一体に回転し、２つの回転検出器、すなわち、第一回転検出器及び前記第二回転検出器がそれぞれ被検出部材の回転速度または回転角に応じた信号を制御手段に出力する。

各回転検出器の出力信号が入力された制御手段は、第一回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号と、第二回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号との差を２で除した演算信号のうち被検出部材の１回転で１周期の誤差成分を、第一回転検出器からの出力信号のうち被検出部材の１回転で１周期の誤差成分の振幅及び位相に一致させて誤差補正量を算出し、被検出部材の回転時に第一回転検出器から得られる出力信号から誤差補正量を減算することで回転検出信号を算出し、該回転検出信号を用いて（回転検出信号に基づいて）回転軸すなわち被回転体の回転速度または回転角を制御する。

ここで、被検出部材に偏芯があると各回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号に被検出部材の１回転で１周期の誤差成分が生じ、被検出部材が楕円化すると各回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号に被検出部材の１回転で２周期の誤差成分が生じる。このとき、第一回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号と、第二回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号との差を２で除した演算信号の演算を行うと、この演算信号には、被検出部材の１回転で１周期の誤差成分と被検出部材の１回転で２周期の誤差成分が含まれる。

ところが、この演算信号のうち被検出部材の１回転で１周期の誤差成分は、第一回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号のうち被検出部材の１回転で１周期の誤差成分の振幅及び位相をずらしたものに相当する。また、この演算信号のうち被検出部材の１回転で２周期の誤差成分は、第一回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号のうち被検出部材の１回転で２周期の誤差成分に相当する。

従って、演算信号のうち被検出部材の１回転で１周期の誤差成分を、第一回転検出器からの出力信号のうち被検出部材の１回転で１周期の誤差成分の振幅及び位相に一致させる演算を行えば、この演算によって求められた誤差補正量は、第一回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号に生じた誤差成分と一致する。これにより、被検出部材の回転時に第一回転検出器から得られる出力信号から誤差補正量を減算すれば、この演算結果は、誤差成分が除去された回転軸の回転むら波形そのものとなる。すなわち、この演算結果を回転検出信号として用いれば、この回転検出信号には、制御目標に対する誤差としては、上記検出すべき回転軸の真の回転誤差のみが含まれ得ることとなり、回転軸または被回転体の現実の回転速度または回転角を精度良く検出することができる。

このように、請求項１記載のモータでは、被検出部材の１回転で１周期の誤差成分と１回転で２周期の誤差成分とを共に除去して、被検出部材が取り付けられる検出対象である回転軸または被回転体の回転速度または回転角を高精度で検出することができる。そして、例えば、制御手段が回転検出信号を０とするように回転軸の回転を制御することで、該回転軸すなわち被回転体の回転むらの発生が防止されるかまたは著しく抑制される。また、回転検出信号を算出するためには、２つの回転検出器を用いるだけで良く、従来よりも少ない回転検出器で被検出部材が取り付けられる検出対象の回転速度または回転角を高精度で検出することができるので、システム全体のコストも低く抑えることができる。

このとき、請求項２記載のように、より具体的には、以下のようにして回転検出信号が算出される。すなわち、前記第一回転検出器から得られる前記被検出部材の１回転分の出力信号をＥ１_old（θ）、前記第一回転検出器から得られる前記被検出部材の１回転分の出力信号をＥ２_old（θ）、前記演算信号をｅ（θ）、前記演算信号ｅ（θ）のうち前記被検出部材の１回転で１周期の誤差成分の振幅を√２倍すると共に位相を−π／４シフトさせた誤差補正量をｈ（θ）、前記被検出部材の回転時に前記第一回転検出器から得られる出力信号をＥ１_new（θ）、前記回転検出信号をＥ（θ）としたときに、

ただし、

前記制御手段は、上記式（１）〜（５）に基づいて前記回転検出信号Ｅ（θ）を算出する。これにより、１周期成分及び２周期成分が共に除去された回転検出信号Ｅ（θ）が得られる。

請求項３記載の発明に係るモータは、請求項１または請求項２記載のモータにおいて、前記各回転検出器は、それぞれ照射部が照射した光の受光部による受光有無に応じた信号を出力する光学式回転センサであり、前記被検出部材は、前記光学式回転センサが照射した光を前記受光部に導く導光部と、前記光学式回転センサが照射した光を前記受光部に導かない非導光部とを周方向に沿って全周に亘り交互にかつ等間隔に設けて構成された光学パターンを有する、樹脂製のコードホイールである、ことを特徴としている。

請求項３記載のモータでは、被検出部材が円板状に形成された樹脂製のコードホイールとされており、コードホイールには、所定数の導光部と非導光部とが周方向に沿って交互にかつ等間隔に設けられて構成されている。回転検出器である各光学式回転センサは、照射部がコードホイールの光学パターンに光を照射し、受光部による受光有無に応じた信号、すなわちパルス信号を出力する。制御手段は、各光学式回転センサからのパルス信号のパルス数やパルス周期等を入力信号として上記演算に用いる。例えば、光学式回転センサが透過型センサである場合、導光部は透明または半透明の光透過部（スリットなど）とされると共、非導光部は不透明の光不透過部とされる。また例えば、光学式回転センサが反射型センサである場合、導光部は光を反射する反射部とされると共に、非導光部は光を吸収または拡散する部分とされる。

請求項４記載の発明に係るモータは、請求項３記載のモータにおいて、前記コードホイールの光学パターンは、それぞれ一周あたり１０００個以上の前記導光部と前記非導光部とを交互に配置して構成されている、ことを特徴としている。

請求項４記載のモータでは、それぞれコードホイール一周あたり１０００個以上の導光部と非導光部とが交互に配置されて上記光学パターンが構成されている。すなわち、各回転検出器は、回転軸の１回転当たり１０００以上のパルスを発生し、感度（分解能）が高い。このため、各回転検出器は、例えばコードホイールの回動軸に対する偏心や、コードホイール自体のひずみの影響を受けて１周期成分、２周期成分の誤差を生じやすいが、上記制御手段の演算によって１周期成分、２周期成分が除去されるので、精度の高い回転検出、及びこれに基づく回転制御を行うことができる。

なお、光学パターンは、コードホイール一周あたり１２００個以上の導光部と非導光部とを交互に配置して構成することが好ましく、コードホイール一周あたり１５００個以上導光部と非導光部とを交互に配置して構成することが一層好ましい。すなわち、各回転検出器の感度が高いほど、本発明が好適に適用される。

請求項５記載の発明に係るモータは、請求項３または請求項４記載のモータにおいて、前記コードホイールの光学パターンは、前記コードホイールにおける光学パターン形成部位の周長２５．４ｍｍあたり、それぞれ１５０個以上の前記導光部と前記非導光部とを交互に配置して構成されている、ことを特徴としている。

請求項５記載のモータでは、コードホイールにおける単位周長２５．４ｍｍ（１インチ）あたりに、それぞれ１５０個以上の導光部と非導光部とが交互に配置されて上記光学パターンが構成されている。すなわち、光学パターンは、１５０個／インチ以上の導光部を有して構成されており、各回転検出器は、上記単位周長に対応する回転軸の回転角ごとに１５０以上のパルスを発生する。なお、光学パターンは、１８０個／インチ以上の導光部を有して構成されることが好ましく、３００個／インチ以上の導光部を有して構成されることが一層好ましい。

請求項６記載の発明に係るモータは、請求項３乃至請求項５の何れか１項記載のモータにおいて、前記コードホイールを構成する樹脂材は、ポリエチレンテレフタレートである、ことを特徴としている。

請求項６記載のモータでは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）にて構成されたコードホイールは、縦方向と横方向との膨張率の相違によって高温環境下で楕円状に歪みが生じ易く、この楕円状の歪みは２周期成分の誤差を各回転検出器に生じさせる原因となるが、上記制御手段の演算によって１周期成分と共に２周期成分が除去されるので、精度の高い回転検出、及びこれに基づく回転制御を行うことができる。これにより安価なＰＥＴによってコードホイールを構成することができる。特に、ＰＥＴは透明にすることができるため、透過型の光学式回転センサを用いる構成においては、例えば、コードホイールに、非導光部である光不透過部を周方向に等間隔に全周に亘り印刷等により設けることで、これら光不透過部の間が光透過部として形成されるので、容易に光学パターンを得ることができる。

上記目的を達成するために請求項７記載の発明に係る回転制御装置は、円板状に形成され、回転体に同軸的に取り付けられる被検出部材と、前記被検出部材の周方向に９０°間隔で配置され、それぞれ該被検出部材の回転速度または回転角に応じた出力信号を出力する第一回転検出器及び第二回転検出器と、前記第一回転検出器及び前記第二回転検出器の出力信号をそれぞれ入力可能に設けられ、前記第一回転検出器から得られる前記被検出部材の１回転分の出力信号と、前記第二回転検出器から得られる前記被検出部材の１回転分の出力信号との差を２で除した演算信号のうち前記被検出部材の１回転で１周期の誤差成分を、前記第一回転検出器からの出力信号のうち前記被検出部材の１回転で１周期の誤差成分の振幅及び位相に一致させて誤差補正量を算出し、前記被検出部材の回転時に前記第一回転検出器から得られる出力信号から前記誤差補正量を減算することで回転検出信号を算出する回転補正部と、前記回転体の駆動装置に電気的に接続され、前記回転検出信号を用いて前記回転体の回転速度または回転角を制御するための制御信号を出力する制御部と、を備えている。

請求項７記載の回転制御装置では、円板状の被検出部材が同軸的に取り付けられた回転体が該被検出部材と共に回転すると、２つの回転検出器、すなわち、第一回転検出器及び前記第二回転検出器がそれぞれ被検出部材の回転速度または回転角に応じた信号を回転補正部に出力する。

各回転検出器の出力信号が入力された回転補正部は、第一回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号と、第二回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号との差を２で除した演算信号のうち被検出部材の１回転で１周期の誤差成分を、第一回転検出器からの出力信号のうち被検出部材の１回転で１周期の誤差成分の振幅及び位相に一致させて誤差補正量を算出し、被検出部材の回転時に第一回転検出器から得られる出力信号から誤差補正量を減算することで回転検出信号を算出する。回転補正部から回転検出信号が入力された制御部は、この回転検出信号を用いて（回転検出信号に基づいて）、回転体の回転速度または回転角を制御するための信号を出力する。

ここで、被検出部材に偏芯があると各回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号に被検出部材の１回転で１周期の誤差成分が生じ、被検出部材が楕円化すると各回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号に被検出部材の１回転で２周期の誤差成分が生じる。このとき、第一回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号と、第二回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号との差を２で除した演算信号の演算を行うと、この演算信号には、被検出部材の１回転で１周期の誤差成分と被検出部材の１回転で２周期の誤差成分が含まれる。

ところが、この演算信号のうち被検出部材の１回転で１周期の誤差成分は、第一回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号のうち被検出部材の１回転で１周期の誤差成分の振幅及び位相をずらしたものに相当する。また、この演算信号のうち被検出部材の１回転で２周期の誤差成分は、第一回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号のうち被検出部材の１回転で２周期の誤差成分に相当する。

従って、演算信号のうち被検出部材の１回転で１周期の誤差成分を、第一回転検出器からの出力信号のうち被検出部材の１回転で１周期の誤差成分の振幅及び位相に一致させる演算を行えば、この演算によって求められた誤差補正量は、第一回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号に生じた誤差成分と一致する。これにより、被検出部材の回転時に第一回転検出器から得られる出力信号から誤差補正量を減算すれば、この演算結果は、誤差成分が除去された回転体の回転むら波形そのものとなる。すなわち、この演算結果を回転検出信号として用いれば、この回転検出信号には、制御目標に対する誤差としては、上記検出すべき回転体の真の回転誤差のみが含まれ得ることとなり、回転体の現実の回転速度または回転角を精度良く検出することができる。

このように、請求項７記載の回転制御装置では、被検出部材の１回転で１周期の誤差成分と１回転で２周期の誤差成分とを共に除去して、被検出部材が取り付けられる検出対象である回転体の回転速度または回転角を高精度で検出することができる。そして、例えば制御部が回転検出信号を０とするように回転体の回転を制御する信号を出力することで、該回転体の回転むらの発生が防止されるかまたは著しく抑制される。また、回転検出信号を算出するためには、２つの回転検出器を用いるだけで良く、従来よりも少ない回転検出器で被検出部材が取り付けられる検出対象の回転速度または回転角を高精度で検出することができるので、システム全体のコストも低く抑えることができる。

このとき、請求項８記載のように、より具体的には、以下のようにして回転検出信号が算出される。すなわち、前記第一回転検出器から得られる前記被検出部材の１回転分の出力信号をＥ１_old（θ）、前記第一回転検出器から得られる前記被検出部材の１回転分の出力信号をＥ２_old（θ）、前記演算信号をｅ（θ）、前記演算信号ｅ（θ）のうち前記被検出部材の１回転で１周期の誤差成分の振幅を√２倍すると共に位相を−π／４シフトさせた誤差補正量をｈ（θ）、前記被検出部材の回転時に前記第一回転検出器から得られる出力信号をＥ１_new（θ）、前記回転検出信号をＥ（θ）としたときに、

ただし、

前記回転補正部は、上記式（１）〜（５）に基づいて前記回転検出信号Ｅ（θ）を算出する。これにより、１周期成分及び２周期成分が共に除去された回転検出信号Ｅ（θ）が得られる。

請求項９記載の発明に係る回転制御装置は、請求項７または請求項８記載の回転制御装置において、前記各回転検出器は、それぞれ照射部が照射した光の受光部による受光有無に応じた信号を出力する光学式回転センサであり、前記被検出部材は、前記光学式回転センサが照射した光を前記受光部に導く導光部と、前記光学式回転センサが照射した光を前記受光部に導かない非導光部とを周方向に沿って全周に亘り交互にかつ等間隔に設けて構成された光学パターンを有する、樹脂製のコードホイールである、ことを特徴としている。

請求項９記載の回転制御装置では、被検出部材が円板状に形成された樹脂製のコードホイールとされており、コードホイールには、所定数の導光部と非導光部とが周方向に沿って交互にかつ等間隔に設けられて構成されている。回転検出器である各光学式回転センサは、照射部がコードホイールの光学パターンに光を照射し、受光部による受光有無に応じた信号、すなわちパルス信号を出力する。回転補正部は、各光学式回転センサからのパルス信号のパルス数やパルス周期等を入力信号として上記演算に用いる。例えば、光学式回転センサが透過型センサである場合、導光部は透明または半透明の光透過部（スリットなど）とされると共、非導光部は不透明の光不透過部とされる。また例えば、光学式回転センサが反射型センサである場合、導光部は光を反射する反射部とされると共に、非導光部は光を吸収または拡散する部分とされる。

請求項１０記載の発明に係る回転制御装置は、請求項９記載の回転制御装置において、前記コードホイールの光学パターンは、それぞれ一周あたり１０００個以上の前記導光部と前記非導光部とを交互に配置して構成されている、ことを特徴としている。

請求項１０記載の回転制御装置では、それぞれコードホイール一周あたり１０００個以上の導光部と非導光部とが交互に配置されて上記光学パターンが構成されている。すなわち、各回転検出器は、回転体の１回転当たり１０００以上のパルスを発生し、感度（分解能）が高い。このため、各回転検出器は、例えばコードホイールの回動軸に対する偏心や、コードホイール自体のひずみの影響を受けて１周期成分、２周期成分の誤差を生じやすいが、上記回転補正部の演算によって１周期成分、２周期成分が除去されるので、精度の高い回転検出、及びこれに基づく回転制御を行うことができる。

なお、光学パターンは、コードホイール一周あたり１２００個以上の導光部と非導光部とを交互に配置して構成することが好ましく、コードホイール一周あたり１５００個以上導光部と非導光部とを交互に配置して構成することが一層好ましい。すなわち、各回転検出器の感度が高いほど、本発明が好適に適用される。

請求項１１記載の発明に係る回転制御装置は、請求項９または請求項１０記載の回転制御装置において、前記コードホイールの光学パターンは、前記コードホイールにおける光学パターン形成部位の周長２５．４ｍｍあたり、それぞれ１５０個以上の前記導光部と前記非導光部とを交互に配置して構成されている、ことを特徴としている。

請求項１１記載の回転制御装置では、コードホイールにおける単位周長２５．４ｍｍ（１インチ）あたりに、それぞれ１５０個以上の導光部と非導光部とが交互に配置されて上記光学パターンが構成されている。すなわち、光学パターンは、１５０個／インチ以上の導光部を有して構成されており、各回転検出器は、上記単位周長に対応する回転体の回転角ごとに１５０以上のパルスを発生する。なお、光学パターンは、１８０個／インチ以上の導光部を有して構成されることが好ましく、３００個／インチ以上の導光部を有して構成されることが一層好ましい。

請求項１２記載の発明に係る回転制御装置は、請求項９乃至請求項１１の何れか１項記載の回転制御装置において、前記コードホイールを構成する樹脂材は、ポリエチレンテレフタレートである、ことを特徴としている。

請求項１２記載の回転制御装置では、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）にて構成されたコードホイールは、縦方向と横方向との膨張率の相違によって高温環境下で楕円状に歪みが生じ易く、この楕円状の歪みは２周期成分の誤差を各回転検出器に生じさせる原因となるが、上記回転補正部の演算によって１周期成分と共に２周期成分が除去されるので、精度の高い回転検出、及びこれに基づく回転制御を行うことができる。これにより安価なＰＥＴによってコードホイールを構成することができる。特に、ＰＥＴは透明にすることができるため、透過型の光学式回転センサを用いる構成においては、例えば、コードホイールに、非導光部である光不透過部を周方向に等間隔に全周に亘り印刷等により設けることで、これら光不透過部の間が光透過部として形成されるので、容易に光学パターンを得ることができる。

上記目的を達成するために請求項１３記載の発明に係る回転検出回路は、回転体に対し同軸的に一体回転する円板状の被検出部材の周方向に９０°間隔で配置された第一回転検出器及び第二回転検出器がそれぞれ出力する、それぞれ前記被検出部材の回転速度または回転角に対応する各出力信号を入力し、前記第一回転検出器から得られる前記被検出部材の１回転分の出力信号と、前記第二回転検出器から得られる前記被検出部材の１回転分の出力信号との差を２で除した演算信号のうち前記被検出部材の１回転で１周期の誤差成分を、前記第一回転検出器からの出力信号のうち前記被検出部材の１回転で１周期の誤差成分の振幅及び位相に一致させて誤差補正量を算出し、前記被検出部材の回転時に前記第一回転検出器から得られる出力信号から前記誤差補正量を減算することで回転検出信号を算出する、ことを特徴としている。

請求項１３記載の回転検出回路では、円板状の被検出部材が同軸的に取り付けられた回転体が該被検出部材と共に回転すると、２つの回転検出器、すなわち、第一回転検出器及び前記第二回転検出器から、それぞれ被回転体の回転速度または回転角に応じた信号が入力される。各回転検出器の出力信号が入力された回転検出回路は、第一回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号と、第二回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号との差を２で除した演算信号のうち被検出部材の１回転で１周期の誤差成分を、第一回転検出器からの出力信号のうち被検出部材の１回転で１周期の誤差成分の振幅及び位相に一致させて誤差補正量を算出し、被検出部材の回転時に第一回転検出器から得られる出力信号から誤差補正量を減算することで回転検出信号を算出する。

ここで、被検出部材に偏芯があると各回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号に被検出部材の１回転で１周期の誤差成分が生じ、被検出部材が楕円化すると各回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号に被検出部材の１回転で２周期の誤差成分が生じる。このとき、第一回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号と、第二回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号との差を２で除した演算信号の演算を行うと、この演算信号には、被検出部材の１回転で１周期の誤差成分と被検出部材の１回転で２周期の誤差成分が含まれる。

ところが、この演算信号のうち被検出部材の１回転で１周期の誤差成分は、第一回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号のうち被検出部材の１回転で１周期の誤差成分の振幅及び位相をずらしたものに相当する。また、この演算信号のうち被検出部材の１回転で２周期の誤差成分は、第一回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号のうち被検出部材の１回転で２周期の誤差成分に相当する。

従って、演算信号のうち被検出部材の１回転で１周期の誤差成分を、第一回転検出器からの出力信号のうち被検出部材の１回転で１周期の誤差成分の振幅及び位相に一致させる演算を行えば、この演算によって求められた誤差補正量は、第一回転検出器から得られる被検出部材の１回転分の出力信号に生じた誤差成分と一致する。これにより、被検出部材の回転時に第一回転検出器から得られる出力信号から誤差補正量を減算すれば、この演算結果は、誤差成分が除去された回転体の回転むら波形そのものとなる。すなわち、この演算結果を回転検出信号として用いれば、この回転検出信号には、制御目標に対する誤差としては、上記検出すべき回転体の真の回転誤差のみが含まれ得ることとなり、回転体の現実の回転速度または回転角を精度良く検出することができる。

このように、請求項１３記載の回転検出回路では、被検出部材の１回転で１周期の誤差成分と１回転で２周期の誤差成分とを共に除去して、被検出部材が取り付けられる検出対象である回転体の回転速度または回転角を高精度で検出することができる。また、回転検出信号を算出するためには、２つの回転検出器を用いるだけで良く、従来よりも少ない回転検出器で被検出部材が取り付けられる検出対象の回転速度または回転角を高精度で検出することができるので、システム全体のコストも低く抑えることができる。

このとき、請求項１４記載のように、より具体的には、以下のようにして回転検出信号が算出される。すなわち、前記第一回転検出器から得られる前記被検出部材の１回転分の出力信号をＥ１_old（θ）、前記第一回転検出器から得られる前記被検出部材の１回転分の出力信号をＥ２_old（θ）、前記演算信号をｅ（θ）、前記演算信号ｅ（θ）のうち前記被検出部材の１回転で１周期の誤差成分の振幅を√２倍すると共に位相を−π／４シフトさせた誤差補正量をｈ（θ）、前記被検出部材の回転時に前記第一回転検出器から得られる出力信号をＥ１_new（θ）、前記回転検出信号をＥ（θ）としたときに、

ただし、

上記式（１）〜（５）に基づいて前記回転検出信号Ｅ（θ）を算出する。これにより、１周期成分及び２周期成分が共に除去された回転検出信号Ｅ（θ）が得られる。

本発明の実施の形態に係るモータであるアウタロータ型モータ１０について、図１乃至図８に基づいて説明する。先ず、アウタロータ型モータ１０のモータ部１０Ａの概略全体構成を説明し、次いで本発明の要部である回転制御装置としての回転制御部１０Ｂについて説明する。

（アウタロータ型モータの概略全体構成）
図１には、アウタロータ型モータ１０が側断面にて示されている。この図に示される如く、アウタロータ型モータ１０は、モータ部１０Ａと、後述する回転制御部１０Ｂとで構成されている。モータ部１０Ａは、ステータ１２を備えており、ステータ１２はステータベース１４を備えている。ステータベース１４は、略円筒状に形成されたセンタ筒部１６と、センタ筒部１６の一端部における外周部から軸直角方向に張り出した平板状のステータハウジング１８とで構成されている。

センタ筒部１６の外周部には、ステータコア２０が圧入、接着、またはねじ止め等によって固着されている。このステータコア２０には、コイル２２が巻装されている。また、センタ筒部１６の内部は、該センタ筒部１６を軸方向に貫通する軸孔１６Ａとされている。一方、ステータハウジング１８は、センタ筒部１６側と反対側に突出した複数の取付部１８Ａを有しており、各取付部１８Ａは装置への固定用とされている。また、ステータハウジング１８には、センタ筒部１６の径方向外側で板厚方向に貫通する複数（本実施の形態では３つ）のセンサ孔１８Ｂが設けられている。

また、アウタロータ型モータ１０は、ロータ２４と該ロータ２４と一体に回転する出力軸２６とを備えている。出力軸２６は、センタ筒部１６の軸孔１６Ａ内に配置された２つの軸受２８を介して該センタ筒部１６に対し同軸的かつ回転自在に支持されている。出力軸２６は、その両端部がそれぞれ軸孔１６Ａ（ステータ１２）から突出している。この出力軸２６は、回転制御部１０Ｂによる回転速度の制御対象であり、本発明における回転軸または回転体に相当する。

ロータ２４は、ロータハウジング３０と、該ロータハウジング３０に固着されたマグネット３２とを備えている。ロータハウジング３０は、全体として略有底円筒状に形成されており、底部３０Ａと、該底部３０Ａの外周に沿って立設された円筒部３０Ｂと、底部３０Ａの軸心部に設けられた円筒状のボス部３０Ｃとを有して構成されている。このロータハウジング３０は、ボス部３０Ｃに出力軸２６を挿入させた状態で、該出力軸２６に同軸的に固定されている。また、円筒部３０Ｂは、ステータ１２のコイル２２を径方向外側から覆っており、その内面にマグネット３２を固着させてコイル２２に対向させている。

以上により、本実施の形態におけるアウタロータ型モータ１０は、マグネットロータを有するブラシレスモータとされており、コイル２２に電流が供給されると、該コイル２２及びマグネット３２の磁力によって、装置に固定されるステータ１２に対しロータ２４及び出力軸２６が回転する構成である。

（回転制御部の構成）
このアウタロータ型モータ１０は、出力軸２６の回転速度を制御するための回転制御装置としての回転制御部１０Ｂを備えている。回転制御部１０Ｂは、出力軸２６の回転速度を検出するためのエンコーダ３４と、エンコーダ３４の出力に基づいて出力軸２６の回転速度を制御するためのコントローラ５０（図４参照）とを主要構成要素として構成されている。

（エンコーダの構成）
エンコーダ３４は被検出部材としてのコードホイール３６を備えている。コードホイール３６は、出力軸２６に同軸的に固定されて該出力軸２６における回転速度の被検出部を構成する。具体的には、コードホイール３６は、円環板状（円板状）に形成されており、その軸心部にはボス部材３８が固着されている。そして、このボス部材３８が出力軸２６に嵌着されることで、コードホイール３６が出力軸２６に同軸的かつ一体回転可能に取り付けられている。この状態で、コードホイール３６は、ステータハウジング１８に対しセンタ筒部１６と反対側に位置している。

このコードホイール３６の外周近傍には、図２（Ａ）及び図３（Ａ）に示される如く、所定数のスリット３６Ａが周方向に等間隔で全周に亘り形成されており、被検出パターンである光学パターン３７を構成している。各スリット３６Ａは、コードホイール３６の板厚方向に光を透過可能に設けられており、本実施の形態ではスリット３６Ａのスリット数は１５００とされている。

より具体的に説明すると、コードホイール３６は、透明な樹脂材であるポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴという）にて構成されており、その外周近傍に所定数（１５００本）の非導光部としての光不透過部３６Ｂが全周に亘り周方向に等間隔に設けられることで、各光不透過部３６Ｂ間にそれぞれ光透過部である導光部としてのスリット３６Ａが形成されている。本実施の形態では、各光不透過部３６Ｂは、コードホイール３６の表面に不透明なインク等にて印刷されることで不透明に設けられている。図３（Ｂ）に示される如く、各光不透過部３６Ｂは、コードホイール３６の径方向の外縁が該コードホイール３６の外周縁にて規定されると共に、径方向の内縁がコードホイール３６と同軸的な仮想円Ｃに沿う円弧状とされている。また、光不透過部３６Ｂにおけるヘッドランプクリーナ３６の周方向の両縁は、該コードホイール３６の半径方向（放射方向）に沿う直線形状とされている。以上により、各光不透過部３６Ｂの形状は、扇型の径方向内側を相似形状の扇型にて切り取った如き形状に形成されている。そして、互いに同形状の光不透過部３６Ｂが周方向の幅の２倍のピッチで該周方向に等間隔に配置されることで、各光不透過部３６Ｂ間には、各光不透過部３６Ｂと略同形状のスリット３６Ａが形成されている。

本実施形態では、コードホイール３６の外径Ｄｏが４４．５ｍｍ、各光不透過部３６Ｂの径方向内縁を結ぶ上記仮想円Ｃの直径Ｄｉが３６．５ｍｍとされている。また、コードホイール３６の周方向に沿う各スリット３６Ａの幅Ｗ、ピッチＰ（＝２Ｗ）は、コードホイール３６の径方向各部において、以下のように設定されている。各スリット３６Ａ（光不透過部３６Ｂ）の径方向中央部を結ぶコードホイール３６と同軸的なピッチ円Ｃｐ（直径Ｄｓｃ＝４０．４２５ｍｍ）が横切る部分では、それぞれ各スリット３６Ａの幅Ｗ＝４２．３μｍ、ピッチＰ＝８４．７μｍとされている。また、各スリット３６Ａの径方向内縁近傍を通るコードホイール３６と同軸的な仮想円Ｃｉ（直径Ｄｓｉ＝直径３７ｍｍ）が横切る部分では、それぞれ各スリット３６Ａの幅Ｗ＝３８．７μｍ、ピッチＰ＝７７．５μｍとされている。さらに、各スリット３６Ａの径方向外縁近傍を通るコードホイール３６と同軸的な仮想円Ｃｏ（直径Ｄｓｏ＝直径４４ｍｍ）が横切る部分では、それぞれ各スリット３６Ａの幅Ｗ＝４６．１μｍ、ピッチＰ＝９２．２μｍとされている。したがって、上記の如くそれぞれ扇型の径方向内側を扇型にて切り取った如き形状の各スリット３６Ａ（光不透過部３６Ｂ）は、実質的には略矩形（長方形）としても評価できる形状に形成されている。

そして、上記寸法のスリット３６Ａと光不透過部３６Ｂとをコードホイール３６の周方向に交互に配置することで、スリット３６Ａがコードホイール３６の全周に亘り等間隔で１周あたり１５００本設けられて、上記光学パターン３７を構成している。また、上記ピッチ円Ｃｐの周長２５．４ｍｍ（１インチ）あたりのスリット３６Ａの数は、３００本とされている。換言すれば、ピッチ円Ｃｐの１周長は５インチである。以上により、この実施形態では、スリット３６Ａの数が１０００本以上である１５００本とされ、単位周長あたりのスリット３６Ａの数が１５０ライン／インチ（１５０本／２５．４ｍｍ）以上である３００ライン／インチとされている。したがって、スリット３６Ａを形成する光不透過部３６Ｂも、３００ライン／インチの密度で、一周あたり１５００本だけ設けられている。なお、図３（Ａ）に示すコードホイール３６の軸心部を貫通する貫通孔３６Ｃは、ボス部材３８の嵌合用である。

また、エンコーダ３４は、それぞれコードホイール３６の回転速度に応じた信号を出力する回転検出器としての２つの回転センサ４０を備えている。図２（Ｂ）に示される如く、各回転センサ４０は、それぞれ一対のアーム４２、４４を有する断面視で略「コ」字状に形成された透過型フォトインタラプタ（フォトＩＣ）であり、該アーム４２、４４間にコードホイール３６におけるスリット３６Ａ形成部位を非接触状態で位置させている。

そして、各回転センサ４０は、それぞれ一方のアーム４２に発光素子が設けられると共に、他方のアーム４４に受光素子（何れも図示省略）が設けられている。これにより、各回転センサ４０は、それぞれ発光素子が発した光がスリット３６Ａを通過して受光素子で受光されるか否かに応じてパルス（ＯＮ／ＯＦＦ）信号を出力する構成である。したがって、各回転センサ４０は、それぞれ出力軸２６の１回転（３６０°）当り１５００パルスを発生するようになっており、このパルス数がコードホイール３６の回転角に対応し、パルス幅（ＯＮ／ＯＦＦの切り換り時間）または単位時間当りのパルス数がコードホイール３６の回転速度に対応する。

これらの回転センサ４０はそれぞれ基板４６に実装されており、基板４６はステータハウジング１８におけるセンタ筒部１６側の面に固定されている。これにより、各回転センサ４０は、ステータ１２に対し不動とされている。また、各回転センサ４０は、ステータハウジング１８のセンサ孔１８Ｂを挿通しており、それぞれのアーム４２、４４間にコードホイール３６のスリット３６Ａ形成部位を入り込ませている。これにより、各回転センサ４０は、出力軸２６の回転に伴いアーム４２、４４間を相対移動するコードホイール３６の回転速度に応じたパルス信号を出力するようになっている。

そして、図２（Ａ）に示される如く、各回転センサ４０は、それぞれ出力軸２６の軸心を向いた状態で、コードホイール３６の周方向に沿って９０°間隔で配置されている。以下、各回転センサ４０を区別して説明する場合には、図２（Ａ）に示す相対角０°に配置された回転センサ４０を第１回転センサ４０Ａ、相対角９０°に配置された回転センサ４０を第２回転センサ４０Ｂと言うこととする。

また、アウタロータ型モータ１０は、エンコーダ３４を覆うカバー部材４５を備えている。カバー部材４５は、軸心部に設けられた透孔４６Ａから出力軸２６を突出させた状態で、ステータハウジング１８におけるセンサ孔１８Ｂの内縁に嵌合してステータ１２に固定されている。これにより、エンコーダ３４（各回転センサ４０によるコードホイール３６の回転速度検出部位）は、カバー部材４５によって外部からの光や異物の侵入が防止されている。

なお、各回転センサ４０を実装した基板４６には、ステータ１２のセンタ筒部１６が軸直角方向に移動することを許容する切欠きまたは長孔が設けられており、ステータハウジング１８のセンサ孔１８Ｂは上記センタ筒部１６の移動方向に沿って回転センサ４０の移動を許容する長孔とされている。これにより、各回転センサ４０がコードホイール３６に干渉しないように、各回転センサ４０を実装した基板４６の切欠きまたは長孔にセンタ筒部１６を挿入し、その後基板４６をステータ１２に対し出力軸２６の軸直角方向（図２に示す矢印Ａ方向）に移動することで、各回転センサ４０のアーム４２、４４間にコードホイール３６を入り込ませることができる構成とされている。なお、この構成に代えて、基板４６を複数に分割した構成を採用することも可能である。

また、各回転センサ４０を実装した基板４６には、コネクタ付配線を介して外部電源（何れも図示省略）に電気的に接続されるコネクタ４８が設けられている。そして、この基板４６には、ロータ２４の磁極位置を検出するホール素子（図示省略）、コイル２２への通電制御用のコントローラ５０等、アウタロータ型モータ１０（モータ部１０Ａ）の駆動・制御に要する全ての電気部品を実装している。なお、基板４６に実装される電気部品のうち、モータ部１０Ａの駆動に供する部品はモータ部１０Ａに属すると把握することも可能である。

（コントローラの構成）
図４に示される如く、コントローラ５０は、演算装置であるＣＰＵ５２とドライバ５４とから構成されている。ドライバ５４は、モータ部１０Ａのコイル２２及び外部電源（コネクタ４８）とそれぞれ電気的に接続されており、コイル２２に電流を供給するようになっている。ＣＰＵ５２は、各回転センサ４０の出力信号及び外部からの回転数指令信号がそれぞれ入力されるようになっており、これらの情報に基づいてドライバ５４を介したコイル２２への給電の有無、供給電流の大きさを制御するようになっている。

すなわち、ＣＰＵ５２は、各回転センサ４０の出力信号に基づいて出力軸２６の回転速度を検出し、該検出結果を回転数指令信号と比較してこれらの差がなくなるように、ドライバ５４がコイル２２へ供給する電流を制御（フィードバック制御）する構成とされている。以下、ＣＰＵ５２による出力軸２６の回転速度の検出について詳細に説明する。なお、以下の説明では、第１回転センサ４０Ａの出力信号をＥ１、第２回転センサ４０Ｂの出力信号をＥ２と言うこととする。

ここで、コードホイール３６の回転中心と出力軸２６の回転中心とが完全に一致しており、かつスリット３６Ａが該一致した回転中心を中心とする真円に沿って形成されていれば、各回転センサ４０の出力信号Ｅ１、Ｅ２は、それぞれ出力軸２６の真の回転速度に正確に対応する。

ところが、図５（Ａ）に示される如くコードホイール３６と出力軸２６との間に心ずれがあると、図５（Ｃ）に実線にて示される如く、コードホイール３６の１回転（１５００パルス）で１周期の正弦波状の誤差成分（以下、１周期成分という）が生じる。また、例えばコードホイール３６（スリット３６Ａ）が歪みよって図５（Ｂ）に示される如く楕円化すると、図５（Ｃ）に二点鎖線にて示される如く、コードホイール３６の１回転で２周期の正弦波状の誤差成分（以下、２周期成分という）が生じる。したがって、コードホイール３６の回転角をθとすると、１周期成分はＡｓｉｎθとして表わすことができ、２周期成分は、１周期成分との位相差をαとするとＢｓｉｎ２（θ＋α）として表わすことができる。

そして、コードホイール３６と出力軸２６との間に心ずれは、例えばコードホイール３６の出力軸２６への取付誤差等に起因して生じ、コードホイール３６の楕円化（歪み）は、例えば縦横で膨張率の異なる材料にてコードホイール３６を構成した場合に、高温環境下で顕著となる。そして、本実施の形態に係るコードホイール３６は、ＰＥＴにて構成されているため、縦横の熱膨張率が異なり、７０℃以上の環境下で楕円化が生じやすい構成とされている。

なお、図５（Ｃ）は、基準のパルス幅（例えば、回転軸が一定速度で回転している場合の誤差のないパルス信号１周期の時間）を１としたときの誤差量を縦軸に、回転センサ４０が検出する累積パルス数を横軸にとり、１周期成分の誤差ピークが基準パルス幅の０．３５％（最大振幅Ａ＝０．００３５）、２周期成分の誤差ピークが基準パルス幅の０．１５％（最大振幅Ｂ＝０．００１５）である場合の、単一の回転センサ４０の出力信号（生波形）に含まれる１周期成分及び２周期成分を示している。

以上により、図６（Ａ）に示される如く、コードホイール３６が出力軸２６に対し偏心しかつ楕円化している場合には、例えば回転センサ４０Ａの出力信号Ｅ１には、図６（Ｂ）に示される如く、１周期成分１Ｆと２周期成分２Ｆとが重ね合わされた誤差波形Ｅｅが生じる。また、各回転センサ４０Ａ，４０Ｂから得られるコードホイール３６の１回転分の出力信号Ｅ１，Ｅ２と、回転軸２６の回転むら（モータ実回転速度）Ｍｅとの関係は、図６（Ｃ）に示される。

このとき、回転センサ４０Ａから得られるコードホイール３６の１回転分の出力信号Ｅ１_old（θ）と、回転センサ４０Ｂから得られるコードホイール３６の１回転分の出力信号Ｅ２_old（θ）との差を２で除した演算信号ｅ（θ）の演算を行うと、この演算信号ｅ（θ）には、図７（Ａ）に示される如く、１周期成分１Ｆと２周期成分２Ｆが含まれる。

ところが、この演算信号ｅ（θ）のうち１周期成分１Ｆは、回転センサ４０Ａから得られるコードホイール３６の１回転分の出力信号Ｅ１_old（θ）のうち１周期成分１Ｆの振幅及び位相をずらしたもの、つまり、振幅を１／√２倍して位相をπ／４シフトさせたものに相当する。また、この演算信号ｅ（θ）のうち２周期成分２Ｆは、回転センサ４０Ａから得られるコードホイール３６の１回転分の出力信号Ｅ１_old（θ）のうち２周期成分２Ｆに相当する。

従って、演算信号ｅ（θ）のうち１周期成分１Ｆを、回転センサ４０Ａからの出力信号Ｅ１のうち１周期成分１Ｆの振幅及び位相に一致させる演算、すなわち、該１周期成分１Ｆの振幅を√２倍し位相を−π／４シフトさせる演算を行えば、この演算によって求められた誤差補正量ｈ（θ）は、図７（Ｂ）に示されるように、回転センサ４０Ａから得られるコードホイール３６の１回転分の出力信号Ｅ１に生じた誤差成分Ｅｅ（図６（Ｂ）参照）と一致する。

これにより、コードホイール３６の回転時に回転センサ４０Ａから得られる出力信号Ｅ１_new（θ）から誤差補正量ｈ（θ）を減算すれば、この演算結果は、図７（Ｃ）に示されるように、誤差成分Ｅｅが除去された回転軸の回転むらＭｅ（θ）の波形（図６（Ｃ）参照）そのものとなる。すなわち、この演算結果を回転検出信号Ｅ（θ）として用いれば、この回転検出信号Ｅ（θ）には、制御目標に対する誤差としては、上記検出すべき出力軸２６の真の回転誤差のみが含まれ得ることとなり、出力軸の現実の回転速度または回転角を精度良く検出することができる。

そして、ＣＰＵ５２は、以下に示す式（１）〜（５）を実行可能に記憶しており、各回転センサ４０から入力する信号Ｅ１、Ｅ２を用いて式（１）〜（５）の演算を実行することで、１周期成分及び２周期成分を除去した回転検出信号Ｅ（θ）を算出するようになっている。

すなわち、回転検出器４０Ａから得られるコードホイール３６の１回転分の出力信号をＥ１_old（θ）、回転検出器４０Ｂから得られるコードホイール３６の１回転分の出力信号をＥ２_old（θ）、演算信号をｅ（θ）、演算信号ｅ（θ）のうちコードホイール３６の１回転で１周期の誤差成分の振幅を√２倍すると共に位相を−π／４シフトさせた誤差補正量をｈ（θ）、コードホイール３６の回転時に回転検出器４０Ａから得られる出力信号をＥ１_new（θ）、回転検出信号をＥ（θ）としたときに、ＣＰＵ５２は、式（１）〜（５）の演算を行なうことにより、回転検出信号Ｅ（θ）を算出する構成とされている。

ただし、

以上により、ＣＰＵ５２は、式（１）〜（５）の演算を行なうことにより、モータ実回転速度Ｍｅ（θ）（θ）のみが含まれる回転検出信号Ｅ（θ）が得られる構成とされている。なお、ＣＰＵ５２は、回転検出器４０Ａから得られるコードホイール３６の１回転分の出力信号Ｅ１_old（θ）、及び回転検出器４０Ｂから得られるコードホイール３６の１回転分の出力信号Ｅ２_old（θ）を、コードホイール３６の１回転毎に記憶領域にメモリし、次の回転時には、このメモリから出力信号Ｅ１_old（θ）及び出力信号Ｅ２_old（θ）を読み出して、上記式（１）に代入する。

そして、このＣＰＵ５２は、式（３）による演算結果である回転検出信号Ｅ（θ）すなわち、モータ実回転速度Ｍｅ（θ）に基づいて、該モータ実回転速度Ｍｅ（θ）が０となるように（基準パルス幅と一致するように）ドライバ５４に制御信号を出力する構成とされている。このＣＰＵ５２が本発明における制御手段、回転補正部及び制御部、または回転検出回路に相当する。

以上説明したアウタロータ型モータ１０は、例えばカラー複写機やカラープリンタ等の画像処理装置（画像形成装置）に、該画像処理装置を構成する４色（黒、黄、青、赤）の感光ドラムに各１つ取り付けられて適用される。そして、アウタロータ型モータ１０は、減速機等を介することなく、感光ドラムを直接的かつ一定の回転速度（４０ｒｐｍ乃至１００ｒｐｍ）で回転駆動するようになっている。

なお、アウタロータ型モータ１０では、感光ドラムにおける出力軸２６との連結部である連結軸を、ステータハウジング１８のカバー部材４５内で出力軸２６に連結し、該連結軸にコードホイール３６を同軸的に取り付ける構成とすることも可能である。

次に、以下、上記式（１）〜（５）の処理を数学的に検証する。

回転軸２６の回転むら（モータ実回転速度）をＭｅ（θ）、
コードホイール３６の１回転で１周期の誤差成分のうち正弦成分をｅ_s1、
コードホイール３６の１回転で１周期の誤差成分のうち余弦成分をｅ_c1、
コードホイール３６の１回転で２周期の誤差成分のうち正弦成分をｅ_s2、
コードホイール３６の１回転で２周期の誤差成分のうち余弦成分をｅ_c2、とすると、
各回転センサ４０Ａ，４０Ｂの出力信号Ｅ１（θ）、Ｅ２（θ）は、

ここで、Ｅ１（θ）とＥ２（θ）との差を２で除したものをｅ（θ）とすると、

さらに、ｅ（θ）に含まれる１周期の誤差成分についてのみ、振幅を√２倍、位相を−π／４シフトする操作を行ったものをｈ（θ）とすると、

つまり、式（４）は、（１）式に示されるＥ１（θ）に含まれるコードホイール３６の１回転での誤差成分そのものである。
従って、（１）式と（４）式の差を求めれば、回転軸２６の回転むら（モータ実回転速度）Ｍｅ（θ）を得ることができる。

なお、上記ｅ（θ）からｈ（θ）への変換操作（１周期成分のみの振幅を√２倍、位相を−π／４シフト）は、以下の演算にて可能となる。
つまり、一般に、歪を有する周期的波形ｙ（ｘ）は、以下のようにフーリエ級数に展開できる。

ここで、ｅ（θ）に含まれる誤差成分は、１周期成分と２周期成分であるので、上記式（ａ）において、ｎ＝１、ｎ＝２とすると、以下のようになる。

従って、ｈ（θ）はｅ（θ）を用いると次のようにして示される。

ところで、ｅ（θ）からｈ（θ）への変換操作（１周期成分のみの振幅を√２倍、位相を−π／４シフト）にフーリエ変換を用いたが、離散コサイン変換、アダマール変換など、いわゆる直交変換を用いても良い。

以上、一連の演算をまとめると以下のようになる。

ただし、

次に、本実施の形態の作用を説明する。

上記構成のアウタロータ型モータ１０では、コントローラ５０が作動してドライバ５４からコイル２２に通電されると、ロータ２４、出力軸２６、コードホイール３６が共に回転する。このとき、各回転センサ４０は、それぞれコードホイール３６の回転速度に応じたパルス信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）を、基板４６に実装されたコントローラ５０のＣＰＵ５２に出力する。

ＣＰＵ５２は、各回転センサ４０から入力した信号Ｅ１、Ｅ２を用いて上記式（１）〜（５）の演算を行ない、モータ実回転速度Ｍｅ（θ）のみを含み得る回転検出信号Ｅ（θ）を得る。そして、ＣＰＵ５２は、この回転検出信号Ｅ（θ）を現実の出力軸２６の回転速度として回転数指令信号（に対応する制御目標である回転速度）と比較し、モータ実回転速度Ｍｅ（θ）を０とするようにドライバ５４に制御信号を出力する。ドライバ５４は、この制御信号に応じてコイル２２に電流を供給する。すなわち、コントローラ５０によって、モータ部１０Ａの出力軸２６の回転速度に対するフィードバック制御が為される。

これにより、出力軸２６、すなわち出力軸２６に連結される被回転体（例えば、感光ドラム）が回転数指令信号に基づく設定速度に精度良く保持される。

ここで、アウタロータ型モータ１０、アウタロータ型モータ１０を構成する回転制御部１０Ｂ、回転制御部１０Ｂを構成するＣＰＵ５２では、それぞれコードホイール３６の周方向（回転方向）に９０°間隔で配置された２つの回転センサ４０からの信号Ｅ１、Ｅ２を用いて式（１）〜（５）の演算を実行することによって、出力軸２６の回転速度を精度良く検出することができる。すなわち、出力軸２６に取り付けられ各回転センサ４０による直接的な回転速度の検出対象であるコードホイール３６が出力軸２６に対し偏心（心ずれ）したり、歪みによって楕円化したりしても、偏心に基づく検出誤差である１周期成分と、楕円化に基づく検出誤差である２周期成分とが、式（１）〜（５）の演算によって共に除去されるため、出力軸２６の回転速度を精度良く検出することができる。

このように、本実施の形態に係るアウタロータ型モータ１０アウタロータ型モータ１０を構成する回転制御部１０Ｂ、回転制御部１０Ｂを構成するＣＰＵ５２（回転速度の検出方法）では、コードホイール３６の１回転で１周期の誤差成分と１回転で２周期の誤差成分とを共に（同時に）除去して、コードホイール３６が取り付けられる検出対象である出力軸２６の回転速度を高精度で検出することができる。

そして、制御手段がモータ実回転速度Ｍｅ（θ）を０とするように出力軸２６の回転を制御することで、該出力軸２６（が連結される感光ドラム等の被回転体）の回転むらの発生が防止されるかまたは著しく抑制される。また、上記の如くして周期成分を除去することができるため、７０℃程度を超える高温環境下で使用されるコードホイール３６を安価なＰＥＴにて構成することが可能である。

また、さらに、本実施の形態では、回転検出信号Ｅ（θ）を算出するためには、２つの回転センサ４０を用いるだけで良く、従来よりも少ない回転センサでコードホイール３６が取り付けられる検出対象である出力軸２６の回転速度を高精度で検出することができるので、システム全体のコストも低く抑えることができる。

また、コードホイール３６の光学パターン３７は、スリット３６Ａの数が１５０ライン／インチ以上とされているため、実用的な全ての種類のエンコーダ３４（各回転センサ４０とコードホイールとの組み合わせであって、特に、透過型フォトインタラプタ）に本発明を適用して、コードホイール３６の１周期成分と２周期成分とを共に除去して、コードホイール３６が取り付けられる検出対象である出力軸２６の回転速度を高精度で検出することができる。

さらに、１周期成分と２周期成分とを除去する本発明では、上記の通り安価なＰＥＴにてコードホイール３６を構成することができる。そして、ＰＥＴは透明樹脂であるため、上記の通り光不透過部３６Ｂをコードホイール３６の周方向に等間隔で全周に亘り印刷することで、光学パターン３７を容易に得ることができる。このため、コードホイール３６は、材料だけではなく、製造コストも安価になる。

（アウタロータ型モータの適用例）
次に、上記実施の形態または変形例に係るアウタロータ型モータ１０がカラープリンタやカラーコピー機等の画像処理装置（画像形成装置）に適用された例を示す。

図８に示される如く、画像処理装置は、それぞれ赤、青、黄、黒に対応した４つの感光ドラム７０、７２、７４、７６を備えている。各感光ドラム７０、７２、７４、７６は、軸心廻りに回転することで、それぞれ形成された各色に対応したトナー像を転写体に転写するようになっている。各感光ドラム７０、７２、７４、７６には、それぞれ回転駆動手段としてのアウタロータ型モータ１０が接続されている。具体的には、アウタロータ型モータ１０の出力軸２６が各感光ドラム７０、７２、７４、７６に一体回転可能に直結されている。各アウタロータ型モータ１０は、それぞれステータ１２（ステータハウジング１８）が画像処理装置の筐体７８に固定されており、コイル２２に通電することで、ロータ２４が所定方向に回転して各感光ドラム７０、７２、７４、７６を回転駆動する構成である。

ここで、アウタロータ型モータ１０は、小型で低回転速度域において高トルクを発生する特性を有するため、画像処理装置の感光ドラム７０等に直結されても、該感光ドラム７０等を十分なトルクで回転駆動でき、画像処理装置を大型化させることもない。特に、アウタロータ型モータ１０では、薄型（扁平）構造であるため、各感光ドラム７０等の背面（軸方向端部）における狭いスペースに好適に配置される。また、アウタロータ型モータ１０は、上記の通りマグネットロータを有するブラシレスモータであるため、低コストで製造することができ画像処理装置を高コスト化することもない。

そして、このように小型で高トルクのアウタロータ型モータ１０を感光ドラム７０等に直結すると、ギヤやベルト等を介して感光ドラム７０等を回転駆動する必要がないため、感光ドラム７０等の回転むらが抑止され、画質が向上する。すなわち、画像処理装置の高精度化が図られる。特に、アウタロータ型モータ１０は、２つの回転センサ４０（上記実施の形態）または４つの回転センサ４０（上記変形例）を備え、上記の通り高精度で出力軸２６すなわち感光ドラム７０等の回転速度制御行なうため、感光ドラム７０等の回転むらが一層抑止される。

このように、画像処理装置の感光ドラム７０等に直結され、該感光ドラム７０等を回転駆動するアウタロータ型モータ１０では、画像処理装置を大型化及び高コスト化することなく、感光ドラム７０等の回転むらを抑止できる。

なお、上記実施の形態では、回転制御部１０Ｂ（エンコーダ３４、６０、コントローラ５０）がアウタロータ型モータ１０を構成するようにした例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、回転制御部１０Ｂ（エンコーダ３４、６０）を、被回転体である感光ドラム等に取り付け、アウタロータ型モータ１０とは独立して構成しても良い。

さらに、上記の実施の形態では、出力軸２６の回転速度を所定の速度に保持するためにコードホイール３６の回転速度における１周期成分及び２周期成分を除去する例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、出力軸２６の回転角に対応したコードホイール３６の回転角を精度良く検出するようにしても良い。したがって、本発明におけるアウタロータ型モータ１０、コントローラ５０、ＣＰＵ５２は、画像処理装置に適用されて回転ドラムの回転数制御を行うことには限定されず、あらゆる用途に適用可能であることはいうまでもない。

さらに、上記の実施の形態では、エンコーダ３４、６０が、光を透過可能なスリット３６Ａを有するコードホイール３６と、透過型フォトインタラプタ（光学式センサ）である各回転センサ４０とで構成された例を示したが、本発明はこれに限定されず、エンコーダとして、例えば、エンコーダとして反射型のフォトインタラプタを備えた構成としても良く、その他電磁式、磁気抵抗式、ホール効果式等の各種エンコーダを採用することができる。

さらにまた、上記の実施の形態では、モータとしてブラシレスのアウタロータ型モータ１０を採用した例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、モータとしてインナロータ型モータやブラシを有するモータ、交流モータ等、如何なる形式のモータを採用することも可能である。

本発明の実施の形態に係るアウタロータ型モータの概略構成を示す側断面図である。 本発明の実施の形態に係るアウタロータ型モータを構成するエンコーダを示す図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 本発明の実施の形態に係るアウタロータ型モータを構成するコードホイールを示す図であって、（Ａ）は全体を示す正面図、（Ｂ）は一部拡大して示す正面図である。 本発明の実施の形態に係るアウタロータ型モータの概略の電気的構成を示すブロック図である。 （Ａ）はコードホイールの偏心状態を示す正面図、（Ｂ）はコードホイールの変形状態を示す正面図、（Ｃ）はコードホイールの回転に含まれる誤差成分のうち１周期成分及び２周期成分を分けて示す線図である。 本発明の実施の形態に係るアウタロータ型モータを構成するエンコーダのコードホイールが回転軸に対し偏心しかつ変形した状態における、（Ａ）は各回転センサの配置を示す正面図、（Ｂ）は各回転センサの誤差成分を示す線図、（Ｃ）はモータ回転むらと各回転センサの出力信号を示す線図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施の形態に係るＣＰＵの演算結果を示す線図である。 本発明実施の形態または変形例に係るアウタロータ型モータの画像処理装置への適用例を示す概略の斜視図である。 従来のエンコーダを示す図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。

符号の説明

１０…アウタロータ型モータ（モータ）、１０Ｂ…回転制御部（回転制御装置）、２６…出力軸（回転軸、回転体）、３６…コードホイール（被検出部材）、３６Ａ…スリット（導光部）、３６Ｂ…光不透過部（非導光部）、３７…光学パターン、４０…回転センサ（回転検出器）、５０…コントローラ（制御手段）、５２…ＣＰＵ（制御手段、回転補正部、制御部、回転検出回路）、７０・７２・７４・７６…感光ドラム（被回転体）

Claims (14)

1. 被回転体に連結される回転軸と、
   円板状に形成され、前記回転軸または被回転体に同軸的に取り付けられる被検出部材と、
   前記被検出部材の周方向に９０°間隔で配置され、それぞれ該被検出部材の回転速度または回転角に応じた出力信号を出力する第一回転検出器及び第二回転検出器と、
   前記第一回転検出器及び前記第二回転検出器の出力信号をそれぞれ入力可能に設けられ、前記第一回転検出器から得られる前記被検出部材の１回転分の出力信号と、前記第二回転検出器から得られる前記被検出部材の１回転分の出力信号との差を２で除した演算信号のうち前記被検出部材の１回転で１周期の誤差成分を、前記第一回転検出器からの出力信号のうち前記被検出部材の１回転で１周期の誤差成分の振幅及び位相に一致させて誤差補正量を算出し、前記被検出部材の回転時に前記第一回転検出器から得られる出力信号から前記誤差補正量を減算することで回転検出信号を算出し、該回転検出信号を用いて前記回転軸の回転速度または回転角を制御する制御手段と、
   を備えたモータ。
2. 前記第一回転検出器から得られる前記被検出部材の１回転分の出力信号をＥ１_old（θ）、
   前記第一回転検出器から得られる前記被検出部材の１回転分の出力信号をＥ２_old（θ）、
   前記演算信号をｅ（θ）、
   前記演算信号ｅ（θ）のうち前記被検出部材の１回転で１周期の誤差成分の振幅を√２倍すると共に位相を−π／４シフトさせた誤差補正量をｈ（θ）、
   前記被検出部材の回転時に前記第一回転検出器から得られる出力信号をＥ１_new（θ）、
   前記回転検出信号をＥ（θ）としたときに、
   

   

   

   

   ただし、
   

   

   

   前記制御手段は、上記式（１）〜（５）に基づいて前記回転検出信号Ｅ（θ）を算出する、ことを特徴とする請求項１記載のモータ。
3. 前記各回転検出器は、それぞれ照射部が照射した光の受光部による受光有無に応じた信号を出力する光学式回転センサであり、
   前記被検出部材は、前記光学式回転センサが照射した光を前記受光部に導く導光部と、前記光学式回転センサが照射した光を前記受光部に導かない非導光部とを周方向に沿って全周に亘り交互にかつ等間隔に設けて構成された光学パターンを有する、樹脂製のコードホイールである、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のモータ。
4. 前記コードホイールの光学パターンは、それぞれ一周あたり１０００個以上の前記導光部と前記非導光部とを交互に配置して構成されている、請求項３記載のモータ。
5. 前記コードホイールの光学パターンは、前記コードホイールにおける光学パターン形成部位の周長２５．４ｍｍあたり、それぞれ１５０個以上の前記導光部と前記非導光部とを交互に配置して構成されている、請求項３または請求項４記載のモータ。
6. 前記コードホイールを構成する樹脂材は、ポリエチレンテレフタレートである、請求項３乃至請求項５の何れか１項記載のモータ。
7. 円板状に形成され、回転体に同軸的に取り付けられる被検出部材と、
   前記被検出部材の周方向に９０°間隔で配置され、それぞれ該被検出部材の回転速度または回転角に応じた出力信号を出力する第一回転検出器及び第二回転検出器と、
   前記第一回転検出器及び前記第二回転検出器の出力信号をそれぞれ入力可能に設けられ、前記第一回転検出器から得られる前記被検出部材の１回転分の出力信号と、前記第二回転検出器から得られる前記被検出部材の１回転分の出力信号との差を２で除した演算信号のうち前記被検出部材の１回転で１周期の誤差成分を、前記第一回転検出器からの出力信号のうち前記被検出部材の１回転で１周期の誤差成分の振幅及び位相に一致させて誤差補正量を算出し、前記被検出部材の回転時に前記第一回転検出器から得られる出力信号から前記誤差補正量を減算することで回転検出信号を算出する回転補正部と、
   前記回転体の駆動装置に電気的に接続され、前記回転検出信号を用いて前記回転体の回転速度または回転角を制御するための制御信号を出力する制御部と、
   を備えた回転制御装置。
8. 前記第一回転検出器から得られる前記被検出部材の１回転分の出力信号をＥ１_old（θ）、
   前記第一回転検出器から得られる前記被検出部材の１回転分の出力信号をＥ２_old（θ）、
   前記演算信号をｅ（θ）、
   前記演算信号ｅ（θ）のうち前記被検出部材の１回転で１周期の誤差成分の振幅を√２倍すると共に位相を−π／４シフトさせた誤差補正量をｈ（θ）、
   前記被検出部材の回転時に前記第一回転検出器から得られる出力信号をＥ１_new（θ）、
   前記回転検出信号をＥ（θ）としたときに、
   

   

   

   

   ただし、
   

   

   

   前記回転補正部は、上記式（１）〜（５）に基づいて前記回転検出信号Ｅ（θ）を算出する、ことを特徴とする請求項７記載の回転制御装置。
9. 前記各回転検出器は、それぞれ照射部が照射した光の受光部による受光有無に応じた信号を出力する光学式回転センサであり、
   前記被検出部材は、前記光学式回転センサが照射した光を前記受光部に導く導光部と、前記光学式回転センサが照射した光を前記受光部に導かない非導光部とを周方向に沿って全周に亘り交互にかつ等間隔に設けて構成された光学パターンを有する、樹脂製のコードホイールである、
   ことを特徴とする請求項７または請求項８記載の回転制御装置。
10. 前記コードホイールの光学パターンは、それぞれ一周あたり１０００個以上の前記導光部と前記非導光部とを交互に配置して構成されている、請求項９記載の回転制御装置。
11. 前記コードホイールの光学パターンは、前記コードホイールにおける光学パターン形成部位の周長２５．４ｍｍあたり、それぞれ１５０個以上の前記導光部と前記非導光部とを交互に配置して構成されている、請求項９または請求項１０記載の回転制御装置。
12. 前記コードホイールを構成する樹脂材は、ポリエチレンテレフタレートである、請求項９乃至請求項１１の何れか１項記載の回転制御装置。
13. 回転体に対し同軸的に一体回転する円板状の被検出部材の周方向に９０°間隔で配置された第一回転検出器及び第二回転検出器がそれぞれ出力する、それぞれ前記被検出部材の回転速度または回転角に対応する各出力信号を入力し、
    前記第一回転検出器から得られる前記被検出部材の１回転分の出力信号と、前記第二回転検出器から得られる前記被検出部材の１回転分の出力信号との差を２で除した演算信号のうち前記被検出部材の１回転で１周期の誤差成分を、前記第一回転検出器からの出力信号のうち前記被検出部材の１回転で１周期の誤差成分の振幅及び位相に一致させて誤差補正量を算出し、前記被検出部材の回転時に前記第一回転検出器から得られる出力信号から前記誤差補正量を減算することで回転検出信号を算出する、
    ことを特徴とする回転検出回路。
14. 前記第一回転検出器から得られる前記被検出部材の１回転分の出力信号をＥ１_old（θ）、
    前記第一回転検出器から得られる前記被検出部材の１回転分の出力信号をＥ２_old（θ）、
    前記演算信号をｅ（θ）、
    前記演算信号ｅ（θ）のうち前記被検出部材の１回転で１周期の誤差成分の振幅を√２倍すると共に位相を−π／４シフトさせた誤差補正量をｈ（θ）、
    前記被検出部材の回転時に前記第一回転検出器から得られる出力信号をＥ１_new（θ）、
    前記回転検出信号をＥ（θ）としたときに、
    

    

    

    

    ただし、
    

    

    

    上記式（１）〜（５）に基づいて前記回転検出信号Ｅ（θ）を算出する、ことを特徴とする請求項１３記載の回転検出回路。

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