JP2020190430A - 回転検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学式エンコーダの構成と、大バルクハウゼン効果を生じる磁性線材を利用した磁気回転検出装置の構成とを備えた小型の回転検出装置を実現する。【解決手段】回転検出装置５は、磁気回転検出装置の構成として、磁石６Ａ〜６Ｄおよび磁気センサ９Ａ〜９Ｃを備え、光学式エンコーダの構成として、発光素子１８、受光素子１９およびコードホイール２１を備えている。各磁気センサ９Ａ〜９Ｃは、磁石６Ａ〜６Ｄが移動する円軌道の外周側に、磁性線材１０の伸長方向がシャフト２の回転軸Ｘの伸長方向となるように配置され、コードホイール２１は、磁気センサ９Ａ〜９Ｃの上端が接する平面の位置Ｐ１と、磁石６Ａ〜６Ｄの上端が接する平面の位置Ｐ２との間に配置され、発光素子１８および受光素子１９が固定された光学部品支持板２０は、コードホイール２１の上方に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、回転体の回転を検出する回転検出装置に関する。

例えばモータのシャフト等の回転体の回転数または回転角度を検出する装置として、光学式エンコーダが知られている。光学式エンコーダは、発光素子、受光素子およびコードホイールを備えている。コードホイールは、円板状に形成され、回転体の回転軸と同軸となるように回転体に固定される。発光素子および受光素子はコードホイールを挟んで対峙するようにそれぞれ配置される。また、コードホイールには、発光素子から発せられた光を通過させて受光素子に到達させるための多数のスリットが周方向に形成されている。回転体と共にコードホイールが回転すると、発光素子から発せられた光がスリットを通過して受光素子に到達する状態と、発光素子から発せられた光がコードホイールにより遮断されて受光素子に到達しない状態とが繰り返されることにより、パルス状の光が受光素子に入力される。このパルス状の光により回転体の回転数または回転角度を検出する。なお、光学式エンコーダには、発光素子および受光素子の双方をコードホイールの一方の面に対向するように配置し、コードホイールには、スリットの代わりに、発光素子から発せられた光を反射させることにより受光素子に到達させる多数の反射領域と、発光素子から発せられた光を反射させないことにより受光素子に到達させない多数の非反射領域とを周方向に交互に設けたものもある。下記の特許文献１には、光学式エンコーダの一例が記載されている。

一方、回転体の回転数または回転角度を検出する他の装置として、大バルクハウゼン効果を生じる磁性線材を利用した磁気回転検出装置が知られている。この磁気回転検出装置は、少なくとも一対の磁石と、大バルクハウゼン効果を生じる磁性線材の周囲にコイルを設けた磁気センサとを備えている。一対の磁石は例えば回転体の外周部に固定され、回転体の回転に伴って回転体の回転軸の周囲の円軌道上を移動する。磁気センサは一対の磁石の円軌道の外周側に配置される。回転体の回転に伴って一対の磁石が円軌道上を移動すると、一対の磁石が磁気センサの近傍を交互に通過する。一対の磁石のうち、一方の磁石は、磁気センサの近傍を通過するときに、磁性線材の一端側から他端側に向かう方向の磁界を磁性線材に作用させるように回転体に固定され、他方の磁石は、磁気センサの近傍を通過するときに、磁性線材の他端側から一端側に向かう方向の磁界を磁性線材に作用させるように回転体に固定されている。この結果、回転体の回転に伴い、磁気センサの磁性線材に作用する磁界の方向が変化する。磁性線材は、磁性線材に作用する磁界の方向が変化すると、その磁化方向が急激に反転する性質、すなわち、大バルクハウゼン効果を生じる性質を有している。したがって、回転体の回転に伴って磁性線材に作用する磁界の方向が変化する度に、磁性線材の磁化方向が急激に反転し、電磁誘導によりコイルからパルス信号が出力される。このパルス信号により回転体の回転数または回転角度を検出する。下記の特許文献２には、大バルクハウゼン効果を生じる磁性線材を利用した磁気回転検出装置の一例が記載されている。

特開２００７−１２１０９１号公報 国際公開第２０１６／００２４３７号

例えばモータのサーボ制御等、回転体の制御を行うに当たり、光学式エンコーダと、大バルクハウゼン効果を生じる磁性線材を利用した磁気回転検出装置との双方を用いることにより、回転体の制御の性能を高めることができる。

すなわち、光学式エンコーダは回転体の回転角度の検出の分解能が高いので、回転体の回転数または回転角度を細かく制御することができる。一方、大バルクハウゼン効果を生じる磁性線材を利用した磁気回転検出装置は、回転体の回転数または回転角度の検出を行うに当たり外部電源が不要であるため、例えばモータの停止時に、モータのシャフトが外力により回転したときに、その回転数または回転角度を検出することができる。したがって、例えばモータのサーボ制御に、光学式エンコーダと、大バルクハウゼン効果を生じる磁性線材を利用した磁気回転検出装置との双方を用いることにより、モータ停止時に外力によりシャフトが回転した場合でも、モータの再駆動時に、その時点でのシャフトの回転数または回転角度を反映した精細なサーボ制御を迅速に行うことが可能になる。

しかしながら、光学式エンコーダと、大バルクハウゼン効果を生じる磁性線材を利用した磁気回転検出装置との双方を用いて回転体の制御を行う場合、回転体を含む装置（例えばモータ）に、光学式エンコーダと、大バルクハウゼン効果を生じる磁性線材を利用した磁気回転検出装置とを設けなければならない。その結果、装置が大型化するという問題がある。

本発明は例えば上述したような問題に鑑みなされたものであり、本発明の課題は、光学式エンコーダの構成と、大バルクハウゼン効果を生じる磁性線材を利用した磁気回転検出装置の構成とを備えた小型の回転検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の回転検出装置は、方向が互いに異なる磁界をそれぞれ形成し、回転体の回転に伴って前記回転体の回転軸の周囲の軌道上を移動する少なくとも一対の磁界形成部と、磁性線材および前記磁性線材の外周側に設けられたコイルを含み、前記一対の磁界形成部によりそれぞれ形成された磁界を検出する複数の磁界検出部と、前記回転体の回転に伴って回転し、検出光を生成するエンコード板と、前記検出光を検出する光検出部と、前記光検出部を支持する第１の支持板とを備え、前記各磁界検出部は、前記一対の磁界形成部の軌道の外周側に、前記磁性線材の伸長方向が前記回転体の回転軸方向となるように配置され、前記各磁界形成部の少なくとも一部は、前記回転軸方向において、前記各磁界検出部の一側端部と他側端部との間に配置され、前記エンコーダ板は、前記回転軸方向において、前記各磁界検出部の一側端部と前記各磁界形成部との間に配置され、前記第１の支持板は、前記回転軸方向において、前記エンコーダ板よりも一側に配置されていることを特徴とする。

上記本発明の回転検出装置によれば、エンコーダ板を、回転軸方向において、各磁界検出部の一側端部と各磁界形成部との間に配置することにより、回転検出装置の回転軸方向の長さを短くすることができ、回転検出装置を小型化することができる。

また、上記本発明の回転検出装置において、前記各磁界検出部の他側端部を支持する第２の支持板を備えている構成としてもよい。さらに、この構成において、前記第１の支持板には、前記光検出部により検出された前記検出光に基づいて前記回転体の回転角度を検出する回転角検出回路が設けられ、前記第２の支持板には、前記各磁界検出部から出力された検出信号に基づいて前記回転体の回転数を検出する回転数検出回路が設けられている構成としてもよい。

また、上記本発明の回転検出装置において、前記第１の支持体には前記各磁界検出部の一側端部が支持されている構成としてもよい。さらに、この構成において、前記第１の支持板には、前記光検出部により検出された前記検出光に基づいて前記回転体の回転角度を検出する回転角検出回路、および前記各磁界検出部から出力された検出信号に基づいて前記回転体の回転数を検出する回転数検出回路が設けられている構成としてもよい。

また、上記本発明の回転検出装置において、前記複数の磁界検出部は、前記回転体の回転中心を中心とし、中心角が１８０度以下の円弧上に配列されている構成としてもよい。

また、上記本発明の回転検出装置において、前記各磁界検出部の磁性線材は大バルクハウゼン効果を生じる磁性線材であることが好ましい。

また、上記本発明の回転検出装置において、前記光検出部は、発光素子と、前記検出光を受光する受光素子とを備え、前記エンコード板は、前記発光素子から発せられた光を用いて、前記回転体の回転時に光の強度がパルス状に変化する前記検出光を生成する構成としてもよい。

本発明によれば、光学式エンコーダの構成と、大バルクハウゼン効果を生じる磁性線材を利用した磁気回転検出装置の構成とを備えた小型の回転検出装置を実現することができる。

本発明の第１の実施形態の回転検出装置およびモータを示す説明図である。 本発明の第１の実施形態の回転検出装置を示す分解図である。 上方から見た本発明の第１の実施形態の回転検出装置を示す説明図である。 図１中の矢示ＩＶ−ＩＶ方向から見た回転検出装置を示す説明図である。 図１中の矢示Ｖ−Ｖ方向から見た回転検出装置を示す断面図である。 図１中の矢示ＶＩ−ＶＩ方向から見た回転検出装置を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態の回転検出装置における磁気センサの構造を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態の回転検出装置における磁気回転検出装置の構成の動作を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態の回転検出装置において、発光素子、受光素子およびコードホイールの配置を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態の回転検出装置を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態の回転検出装置を示す説明図である。 上方から見た本発明の第３の実施形態の回転検出装置を示す説明図である。 図１１中の矢示ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ方向から見た回転検出装置を示す断面図である。

本発明の回転検出装置のいくつかの実施形態について説明する。以下の説明では、本発明の実施形態の回転検出装置を電動モータのシャフトの回転検出に用いた場合を例にあげる。また、以下の説明では、シャフトが上下方向に伸長するように電動モータが配置されている場合を例にあげ、このシャフトの伸長方向を基準にして回転検出装置の各構成要素の配置を述べる。図１、図２、図１０および図１１中の右下に描いた矢示Ｕは上方向を示し、矢示Ｄは下方向を示している。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態の回転検出装置５およびモータ１を示している。図２は回転検出装置５の分解した状態を示している。図３は上方から見た回転検出装置５を示している。図４は図１中の矢示ＩＶ−ＩＶ方向から見た回転検出装置５を示している。図５は図１中の矢示Ｖ−Ｖ方向から見た回転検出装置５を示している。図６は図１中の矢示ＶＩ−ＶＩ方向から見た回転検出装置５を示している。

回転検出装置５は、大バルクハウゼン効果を生じる磁性線材を利用した磁気回転検出装置の構成と、光学式エンコーダの構成とを備えた複合型の回転検出装置である。モータ１は電動モータであり、シャフト２を備えている。図１中のＸはシャフト２の回転軸を示している。

回転検出装置５は、モータ１のサーボ制御に用いられる。回転検出装置５によれば、光学式エンコーダの構成により、シャフト２の回転角度を高い分解能で検出することができる一方で、大バルクハウゼン効果を生じる磁性線材を利用した磁気回転検出装置の構成により、シャフト２の回転数の検出を外部電源を用いることなく行うことができる。したがって、回転検出装置５によれば、例えばモータ１の停止時に外力によりシャフト２が回転した場合でも、モータ１の再駆動時に、その時点でのシャフト２の回転数を反映した精細なサーボ制御を迅速に行うことができる。

回転検出装置５は、上記磁気回転検出装置の構成として、４個の磁石６Ａ〜６Ｄ、一対の磁石支持部材７、３個の磁気センサ９Ａ〜９Ｃ、磁気センサ支持板１４、および回転数検出回路１６を備えている。

４個の磁石６Ａ〜６Ｄはシャフト２の外周側に設けられ、上下一対の磁石支持部材７を介してシャフト２に固定されている。各磁石６Ａ〜６Ｄは例えば直方体状または円柱状に形成されている。４個の磁石６Ａ〜６Ｄは、図５に示すように、回転軸Ｘの周囲の円軌道Ｃ上に９０度の間隔を置いて配置されている。４個の磁石６Ａ〜６Ｄはシャフト２の回転に伴って円軌道Ｃ上を移動する。

また、各磁石６Ａ〜６Ｄは、一方の磁極が当該磁石の上面に位置し、他方の磁極が当該磁石の下面に位置するように配置されている。また、４個の磁石６Ａ〜６Ｄは、円軌道Ｃ上において互いに隣り合う２個の磁石の磁極の向きが互いに反対となるように配置されている。この結果、４個の磁石６Ａ〜６Ｄのうち、円軌道Ｃ上において互いに隣り合う２個の磁石は、方向が互いに異なる磁界をそれぞれ形成する。例えば、磁石６ＡはＮ極が当該磁石６Ａの上面に位置するように配置され、磁石６ＢはＮ極が当該磁石６Ｂの下面に位置するように配置され、磁石６ＣはＮ極が当該磁石６Ｃの上面に位置するように配置され、磁石６ＤはＮ極が当該磁石６Ｄの下面に位置するように配置されている。この結果、磁石６Ａは磁石６Ａの周囲に磁石６Ａの上面から下面に向かう方向の磁界を形成し、磁石６Ｂは磁石６Ｂの周囲に磁石６Ｂの下面から上面に向かう方向の磁界を形成し、磁石６Ｃは磁石６Ｃの周囲に磁石６Ｃの上面から下面に向かう方向の磁界を形成し、磁石６Ｄは磁石６Ｄの周囲に磁石６Ｄの下面から上面に向かう方向の磁界を形成する。

一対の磁石支持部材７はそれぞれ、図２に示すように、例えば樹脂等の非磁性材料により円板状に形成されている。各磁石支持部材７の中央部には取付穴８が形成され、取付穴８にはシャフト２が挿入されている。各磁石支持部材７はシャフト２に固定され、シャフト２と共に回転する。また、一対の磁石支持部材７は上下方向に互いに離間して配置され、一対の磁石支持部材７の間に４個の磁石６Ａ〜６Ｄが固定されている。

３個の磁気センサ９Ａ〜９Ｃは、図５に示すように、４個の磁石６Ａ〜６Ｄの円軌道Ｃの外周側に例えば１２０度の間隔を置いて配置されている。図２に示すように、各磁気センサ９Ａ〜９Ｃは全体視略円柱状に形成されいる。各磁気センサ９Ａ〜９Ｃは、後述する磁性線材１０の伸長方向が回転軸Ｘの伸長方向となるように配置されている。各磁気センサ９Ａ〜９Ｃは、４個の磁石６Ａ〜６Ｄによりそれぞれ形成された磁界を検出する。

また、各磁気センサ９Ａ〜９Ｃは、磁気センサ支持板１４に固定されている。磁気センサ支持板１４は、例えば樹脂またはガラス等の非磁性材料により円板状に形成されている。磁気センサ支持板１４は、図１に示すように、磁気センサ９Ａ〜９Ｃおよび磁石６Ａ〜６Ｄの下方に配置されている。また、磁気センサ支持板１４は、例えばブラケット３等を介してモータ１の筐体等に固定されている。また、磁気センサ支持板１４の中央部には挿通穴１５が形成され、挿通穴１５には図６に示すようにシャフト２が挿入されている。挿通穴１５の径寸法はシャフト２の外径寸法よりも十分に大きく、磁気センサ支持板１４とシャフト２とは互いに分離している。

図７は磁気センサ９Ａの構造を示している。図７に示すように、磁気センサ９Ａは、磁性線材１０、コイル１１、ボビン１２、および一対の接続部材１３を備えている。

磁性線材１０は、大バルクハウゼン効果を生じる線状の強磁性体であり、一軸異方性を有する。磁性線材１０は複合磁気ワイヤと呼ばれるものである。磁性線材１０は、例えば鉄およびコバルトを含む半硬質磁性線材に捻りを加えることにより形成することができる。磁性線材１０は、例えば樹脂等の非磁性材料により形成されたボビン１２の軸部の内部に配置されている。

コイル１１は磁性線材１０の外周側に設けられている。例えば、コイル１１は、磁性線材１０が内部に配置されたボビン１２の軸部の外周側にエナメル線を巻回することにより形成されている。

各接続部材１３は金属等の導電材料により棒状に形成され、ボビン１２の下端側部分に取り付けられている。一対の接続部材１３のうち、一方の接続部材１３の上端側部分にはコイルの一端部が電気的に接続され、他方の接続部材１３の上端側部分にはコイルの他端部が電気的に接続されている。また、ボビン１２の下端部は磁気センサ支持板１４に固定されている。また、各接続部材１３の下端側部分は、ボビン１２の下端部から下方へ突出しており、図１および図６に示すように、磁気センサ支持板１４に形成された小孔１４１に挿入されている。

磁気センサ９Ｂおよび９Ｃはそれぞれ磁気センサ９Ａと同様に形成されている。

回転数検出回路１６は、各磁気センサ９Ａ〜９Ｃから出力された検出信号に基づき、主にシャフト２の回転数を検出する回路である。回転数検出回路１６は、図１および図６に示すように、磁気センサ支持板１４の下面に固定されている。また、図示を省略しているが、磁気センサ支持板１４の例えば下面には、各磁気センサ９Ａ〜９Ｃの各接続部材１３と回転数検出回路１６との間を電気的に接続する回路が形成されている。回転数検出回路１６は、例えば集積回路である。回転数検出回路１６は、各磁気センサ９Ａ〜９Ｃから出力された検出信号に基づいてシャフト２の回転数を算出する演算処理装置、演算処理装置により算出されたシャフト２の回転数を示す情報を記憶する不揮発性の記憶素子、およびシャフト２の回転時に各磁気センサ９Ａ〜９Ｃから連続的に出力される検出信号（パルス信号）を利用して、回転数検出回路１６の演算処理装置および記憶素子を稼働させるための電力を生成する電力生成回路を備えている。回転数検出回路１６は、この電力生成回路により生成された電力を用いてシャフト２の回転数を検出し、その結果を記憶保持することができる。すなわち、回転数検出回路１６は、シャフト２の回転数を検出して記憶保持するに当たり、外部電源を必要としない。なお、回転数検出回路１６は、シャフト２の回転数だけでなく、シャフト２の回転角度および回転方向をも検出することができる。

図８は、回転検出装置５における磁気回転検出装置の構成によってシャフト２の回転数を検出する動作を示している。各磁気センサ９Ａ〜９Ｃの磁性線材１０は、当該磁性線材１０に外部磁界が作用したとき、当該磁性線材１０の磁化方向が外部磁界の方向と一致する方向に設定される。また、磁性線材１０は、当該磁性線材１０に作用する外部磁界の方向が逆の方向に変化したとき、当該磁性線材１０の磁化方向が、大バルクハウゼン効果により急激に反転する。すなわち、外部磁界の方向の変化が緩やかであったとしても、外部磁界の方向が変化する過程で外部磁界の強さが、ある値に達したときに、磁性線材１０の磁化方向が瞬時に反転する。磁性線材１０の磁化方向が瞬時に反転したとき、磁性線材１０の外周側に設けられたコイル１１から電磁誘導により鋭いパルスが出力される。このパルスが検出信号として回転数検出回路１６に供給される。

図８において、例えばシャフト２が時計回り方向の回転を継続している間、シャフト２の回転角度が０度になったとき、磁気センサ９Ａに磁石６Ａが接近し、磁気センサ９Ａから正の検出信号が出力される。続いて、シャフト２の回転角度が３０度になったとき、磁気センサ９Ｃに磁石６Ｄが接近し、磁気センサ９Ｃから負の検出信号が出力される。続いて、シャフト２の回転角度が６０度になったとき、磁気センサ９Ｂに磁石６Ｃが接近し、磁気センサ９Ｂから正の検出信号が出力される。続いて、シャフト２の回転角度が９０度になったとき、磁気センサ９Ａに磁石６Ｂが接近し、磁気センサ９Ａから負の検出信号が出力される。このように、シャフト２が時計回りに回転を継続している間、磁気センサ９Ａ〜９Ｃのそれぞれから正または負の検出信号が異なるタイミングで出力される。回転数検出回路１６は、これらの検出信号に基づいて、シャフト２の回転数を算出する。回転数検出回路１６におけるシャフト２の回転数の算出には、例えば、国際公開第２０１６／００２４３７号（上記特許文献２）に記載された方法を用いることができる。

なお、本実施形態において、モータ１のシャフト２が特許請求の範囲の記載における「回転体」の具体例である。また、各磁石６Ａ〜６Ｄが特許請求の範囲の記載における「磁界形成部」の具体例であり、各磁気センサ９Ａ〜９Ｃが特許請求の範囲の記載における「磁界検出部」の具体例である。各磁気センサ９Ａ〜９Ｃの上端部９１が特許請求の範囲の記載における磁界検出部の「一側端部」の具体例であり、各磁気センサ９Ａ〜９Ｃの下端部９２が特許請求の範囲の記載における磁界検出部の「他側端部」の具体例である。また、円軌道Ｃが特許請求の範囲の記載における「軌道」の具体例である。また、磁気センサ支持板１４が特許請求の範囲の記載における「第２の支持板」の具体例である。

また、回転検出装置５は、図１に示すように、光学式エンコーダの構成として、光検出部１７、光学部品支持板２０、コードホイール２１、および回転角検出回路２５を備えている。

光検出部１７は、後述する検出光を検出する装置である。光検出部１７は発光素子１８および受光素子１９を備えたユニットである。発光素子１８は例えば発光ダイオードである。発光素子１８の構成要素として、発光ダイオードから発せられた光を制御するレンズを追加してもよい。受光素子１９は例えばフォトトランジスタであり、光電変換を行う。光検出部１７は光学部品支持板２０の下面に支持されている。

光学部品支持板２０は、図２に示すように、例えば樹脂またはガラス等の非磁性材料により円板状に形成されている。光学部品支持板２０は、図１に示すように、磁気センサ９Ａ〜９Ｃおよび磁石６Ａ〜６Ｄの上方に配置されている。光学部品支持板２０は、例えばブラケット３等を介してモータ１の筐体等に固定されている。また、光学部品支持板２０は、シャフト２の上端よりも上方に配置され、シャフト２から離れている。

コードホイール２１は、図２に示すように、例えば樹脂等の非磁性材料により円板状に形成されている。コードホイール２１は、図１に示すように、光学部品支持板２０の下方に配置されている。また、光学部品支持板２０の下面に支持された光検出部１７は、コードホイール２１の上面と向かい合っている。また、コードホイール２１の中央部には、図２に示すように取付穴２２が形成され、取付穴２２にはシャフト２の上端部が挿入されている。コードホイール２１はシャフト２に固定され、シャフト２と共に回転する。また、コードホイール２１は、上側の磁石支持部材７の上方に配置されている。なお、コードホイール２１を上側の磁石支持部材７上に接着剤またはねじ等を用いて固定してもよい。

また、コードホイール２１の上面には、図４に示すように、複数の反射部２３および複数の非反射部２４が設けられている。複数の反射部２３および複数の非反射部２４は交互に配置され、シャフト２の回転中心（回転軸Ｘ）を中心とした円を描くように配列されている。ここで、図９は、光検出部１７の発光素子１８および受光素子１９、並びにコードホイール２１の配置を示している。図９に示すように、発光素子１８および受光素子１９は、複数の反射部２３および複数の非反射部２４が配列された円の円周の一部の上方に配置されている。例えば、シャフト２と共にコードホイール２１が回転している間、発光素子１８および受光素子１９の真下に反射部２３が位置したときには、図９中の矢示Ｌのように、発光素子１８から発せられた光が当該反射部２３に反射して受光素子１９に入力される。一方、発光素子１８および受光素子１９の真下に非反射部２４が位置したときには、発光素子１８から発せられた光は当該非反射部２４に入射するが反射しない。それゆえ、発光素子１８から発せられた光は受光素子１９には入力されない。このように、コードホイール２１は、発光素子１８から発せられた光を用いてシャフト２の回転時に光の強度がパルス状に変化する検出光を生成する。そして、この検出光は受光素子１９により受光される。

回転角検出回路２５は、光検出部１７により検出された検出光（受光素子１９により受光された検出光）に基づき、主にシャフト２の回転角度を検出する回路である。回転角検出回路２５は例えば集積回路であり、検出光におけるパルスをカウントする機能を有する演算処理回路または論理回路等を有している。回転角検出回路２５は、光学部品支持板２０の上面に固定されている。また、光検出部１７の発光素子１８および受光素子１９は、光学部品支持板２０に形成された図示しない回路を介して回転角検出回路２５に電気的に接続されている。

なお、本実施形態において、光学部品支持板２０が特許請求の範囲の記載における「第１の支持板」の具体例であり、コードホイールが特許請求の範囲の記載における「エンコード板」の具体例である。

ここで、図１に示すように、各磁気センサ９Ａ〜９Ｃは、磁石６Ａ〜６Ｄの円軌道Ｃの外周側に、磁性線材１０の伸長方向が回転軸Ｘの伸長方向となるように配置されている。また、回転検出装置５を側方から見たとき、各磁石６Ａ〜６Ｄおよび各磁石支持部材７は、回転軸Ｘの伸長方向において、各磁気センサ９Ａ〜９Ｃの上端部９１と下端部９２との間に配置されている。また、コードホイール２１は、回転軸Ｘの伸長方向において、磁気センサ９Ａ〜９Ｃの上端が接する平面の位置Ｐ１と、磁石６Ａ〜６Ｄの上端が接する平面の位置Ｐ２との間に配置されている。具体的には、回転軸Ｘの伸長方向において、各磁気センサ９Ａ〜９Ｃの上端が接する平面の位置Ｐ１と、上側の磁石支持部材７の上面の位置Ｐ３との間には空間Ｓが形成されており、コードホイール２１は、この空間Ｓ内に配置されている。また、光学部品支持板２０は、コードホイール２１の上方にコードホイール２１と向かい合うように配置されている。

以上説明した通り、本発明の第１の実施形態の回転検出装置５では、各磁気センサ９Ａ〜９Ｃを、磁石６Ａ〜６Ｄの円軌道Ｃの外周側に、磁性線材１０の伸長方向が回転軸Ｘの伸長方向となるように配置し、コードホイール２１を、回転軸Ｘの伸長方向において、磁気センサ９Ａ〜９Ｃの上端が接する平面の位置Ｐ１と、磁石６Ａ〜６Ｄの上端が接する平面の位置Ｐ２との間に配置し、光検出部１７が取り付けられた光学部品支持板２０をコードホイール２１の上方に配置した。この構成によれば、磁気センサ９Ａ〜９Ｃの上端が接する平面と、磁石６Ａ〜６Ｄの上端が接する平面との間の空間Ｓを利用して、コードホイール２１と磁石６Ａ〜６Ｄとの間隔を詰めることができる。したがって、回転検出装置５において、磁気回転検出装置の構成と光学式エンコーダの構成とを小さい空間に効率良く配置することができ、回転軸Ｘの伸長方向における回転検出装置５の長さ寸法を短くすることができる。よって、回転検出装置５を小型化することができる。

また、本発明の第１の実施形態の回転検出装置５では、光検出部１７および回転角検出回路２５を光学部品支持板２０に設け、磁気センサ９Ａ〜９Ｃおよび回転数検出回路１６を磁気センサ支持板１４に設けた。このように、回転検出装置５において、光学式エンコーダの構成と、磁気回転検出装置の構成とを別々の基板にそれぞれ分散させて配置することにより、回転検出装置５の設計または製造を容易化することができる。例えば、光学式エンコーダの構成を有するユニットの設計・製造と、磁気回転検出装置の構成を有するユニットの設計・製造とを、異なる者により、または異なる場所で、あるいは異なる時期に別々に行った後、これら２つのユニットを組み合わせて回転検出装置５を容易に製造することが可能になる。

また、本発明の第１の実施形態の回転検出装置５では、各磁気センサ９Ａ〜９Ｃの磁界検出素子として、大バルクハウゼン効果を生じる磁性線材を用いている。これにより、外部電源を用いることなく、シャフト２の回転数の検出を行うことができる。

（第２の実施形態）
図１０は本発明の第２の実施形態の回転検出装置３１を示している。なお、図１０に示す本発明の第２の実施形態の回転検出装置３１において、図１ないし図９に示す本発明の第１の実施形態の回転検出装置５と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。図１０に示すように、本発明の第２の実施形態の回転検出装置３１では、光学式エンコーダの構成の一部である光検出部１７および回転角検出回路２５と、磁気回転検出装置の構成の一部である磁気センサ９Ａ〜９Ｃおよび回転数検出回路１６とが単一の共通支持板３２に支持されている。

共通支持板３２は、第１の実施形態における光学部品支持板２０と同様に、例えば樹脂またはガラス等の非磁性材料により円板状に形成され、磁気センサ９Ａ〜９Ｃおよび磁石６Ａ〜６Ｄの上方に配置され、ブラケット等を介してモータ１の筐体等に固定されている。また、共通支持板３２は、シャフト２の上端よりも上方に配置され、シャフト２から離れている。

共通支持板３２の下面の内周側部分には、発光素子１８および受光素子１９を有する光検出部１７が固定されている。また、共通支持板３２の下面の外周側部分には、磁気センサ９Ａ〜９Ｃが固定されている。磁気センサ９Ａ〜９Ｃは、第１の実施形態における磁気センサ９Ａ〜９Ｃと同じであるが、向きが上下逆になっており、第１の実施形態における磁気センサ９Ａ〜９Ｃの上端部９１が第２の実施形態では下端部９４となり、第１の実施形態における磁気センサ９Ａ〜９Ｃの下端部９２が第２の実施形態では上端部９３となっている。また、共通支持板３２の上面には、回転角検出回路２５および回転数検出回路１６がそれぞれ固定されている。

また、コードホイール２１は、回転軸Ｘの伸長方向において、磁気センサ９Ａ〜９Ｃの上端が接する平面の位置Ｐ１と、磁石６Ａ〜６Ｄの上端が接する平面の位置Ｐ２との間に配置されている。また、共通支持板３２は、コードホイール２１の上方に配置されている。

以上の構成を有する本発明の第２の実施形態の回転検出装置３１によっても、本発明の第１の実施形態の回転検出装置５と同様の作用効果を得ることできる。また、本発明の第２の実施形態の回転検出装置３１によれば、光学式エンコーダの構成の一部である光検出部１７および回転角検出回路２５と、磁気回転検出装置の構成の一部である磁気センサ９Ａ〜９Ｃおよび回転数検出回路１６とを単一の共通支持板３２に設けたので、本発明の第１の実施形態の回転検出装置５の磁気センサ支持板１４に相当する部品を廃することができ、回転検出装置を一層小型化することができる。

なお、本実施形態において、各磁気センサ９Ａ〜９Ｃの上端部９３が特許請求の範囲の記載における磁界検出部の「一側端部」の具体例であり、各磁気センサ９Ａ〜９Ｃの下端部９４が特許請求の範囲の記載における磁界検出部の「他側端部」の具体例である。

（第３の実施形態）
図１１は本発明の第３の実施形態の回転検出装置４１を示している。図１２は上方から見た回転検出装置４１を示している。図１３は図１１中の矢示ＸＩＩＩーＸＩＩＩ方向から見た回転検出装置４１を示している。なお、図１１ないし図１３に示す本発明の第３の実施形態の回転検出装置４１において、図１０に示す本発明の第２の実施形態の回転検出装置３１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１１ないし図１３に示すように、本発明の第３の実施形態の回転検出装置４１では、３個の磁気センサ９Ａ〜９Ｃが、４個の磁石６Ａ〜６Ｄの円軌道Ｃの外周側であって、シャフト２の回転中心（回転軸Ｘ）を中心として中心角が１８０度以下の円弧ＡＲ上に配列されている。例えば、３個の磁気センサ９Ａ〜９Ｃは、図１３に示すように、４個の磁石６Ａ〜６Ｄの円軌道Ｃの外周側に３０度の間隔を置いて配置されている。

また、図１２に示すように、共通支持板３２が２つの円弧状の支持片３２Ａ、３２Ｂに分割され、一方の支持片３２Ａに、光学式エンコーダの構成の一部である光検出部１７および回転角検出回路２５が支持され、他方の支持片３２Ｂに、磁気回転検出装置の構成の一部である磁気センサ９Ａ〜９Ｃおよび回転数検出回路１６が支持されている。また、２つの支持片３２Ａ、３２Ｂはそれぞれブラケット等を介してモータ１の筐体等に固定されている。

以上の構成を有する本発明の第３の実施形態の回転検出装置４１によっても、本発明の第２の実施形態の回転検出装置５と同様の作用効果を得ることできる。また、本発明の第３の実施形態の回転検出装置４１によれば、３個の磁気センサ９Ａ〜９Ｃが、シャフト２の回転中心を中心として中心角が１８０度以下の円弧ＡＲ上に配列されている（例えば、磁石６Ａ〜６Ｄの円軌道Ｃの外周側に３０度の間隔を置いて配置されている）ので、例えば図１２に示すように、光学式エンコーダの構成の一部である光検出部１７および回転角検出回路２５を共通支持板３２の左側部分に集約して配置し、磁気回転検出装置の構成の一部である磁気センサ９Ａ〜９Ｃおよび回転数検出回路１６を共通支持板３２の右側部分に集約して配置することができる。これにより、共通支持板３２を、光学式エンコーダの構成の一部である光検出部１７および回転角検出回路２５が設けられた支持片３２Ａと、磁気回転検出装置の構成の一部である磁気センサ９Ａ〜９Ｃおよび回転数検出回路１６が設けられた支持片３２Ｂとに分割することができる。この構成によれば、例えば、光学式エンコーダの構成を有するユニットの設計・製造と、磁気回転検出装置の構成を有するユニットの設計・製造とを、異なる者により、または異なる場所で、あるいは異なる時期に別々に行った後、これら２つのユニットを組み合わせて回転検出装置５を容易に製造することが可能になる。

なお、上記第１の実施形態では、光学部品支持板２０を磁気センサ９Ａ〜９Ｃの上方に配置する場合を例にあげたが、本発明はこれに限らない。光学部品支持板２０を、各磁気センサ９Ａ〜９Ｃの上端が接する平面とコードホイール２１の上面との間の空間内に配置してもよい。

また、本発明において、３対以上の磁石を設けてもよく、または、４個以上の磁気センサを設けてもよい。

また、上記各実施形態では、コードホイール２１に反射部２３および非反射部２４を設け、発光素子１８から発せられた光を反射部２３に反射させて受光素子１９に入力させる場合を例にあげたが、コードホイール２１に、反射部２３に代えてスリットを設け、発光素子１８から発せられた光をスリットを通過させて受光素子１９に入力させる構成としてもよい。この場合には、ブラケット等を用いて、発光素子１８と受光素子１９とを、コードホイールを挟んで対峙するように配置する。

また、上記各実施形態では、回転体としてモータ１のシャフト２を例にあげたが、回転体はこれに限定されない。

また、上記第３の実施形態では、磁気センサ９Ａ〜９Ｃが、シャフト２の回転中心を中心として中心角が１８０度以下の円弧上に配列されている場合の一例として、磁気センサ９Ａ〜９Ｃが磁石６Ａ〜６Ｄの円軌道Ｃの外周側に３０度の間隔を置いて配置されている場合をあげたが、これに代え、磁気センサ９Ａ〜９Ｃを磁石６Ａ〜６Ｄの円軌道Ｃの外周側に３０度よりも大きくかつ９０度未満の間隔を置いて配置してもよく、または３０度未満の間隔を置いて配置してもよい。

また、本発明は、請求の範囲および明細書全体から読み取ることのできる発明の要旨または思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う回転検出装置もまた本発明の技術思想に含まれる。

１ モータ
２ シャフト（回転体）
５、３１、４１ 回転検出装置
６Ａ〜６Ｄ 磁石（磁界形成部）
９Ａ〜９Ｃ 磁気センサ（磁界検出部）
１０ 磁性線材
１１ コイル
１４ 磁気センサ支持板（第２の支持板）
１６ 回転数検出回路
１７ 光検出部
１８ 発光素子
１９ 受光素子
２０ 光学部品支持板（第１の支持板）
２１ コードホイール（エンコード板）
２５ 回転角検出回路
３２ 共通支持板（第１の支持板）
ＡＲ 円弧
Ｃ 円軌道（軌道）
Ｓ 空間
Ｘ 回転軸

Claims (8)

1. 方向が互いに異なる磁界をそれぞれ形成し、回転体の回転に伴って前記回転体の回転軸の周囲の軌道上を移動する少なくとも一対の磁界形成部と、
   磁性線材および前記磁性線材の外周側に設けられたコイルを含み、前記一対の磁界形成部によりそれぞれ形成された磁界を検出する複数の磁界検出部と、
   前記回転体の回転に伴って回転し、検出光を生成するエンコード板と、
   前記検出光を検出する光検出部と、
   前記光検出部を支持する第１の支持板とを備え、
   前記各磁界検出部は、前記一対の磁界形成部の軌道の外周側に、前記磁性線材の伸長方向が前記回転体の回転軸方向となるように配置され、
   前記各磁界形成部の少なくとも一部は、前記回転軸方向において、前記各磁界検出部の一側端部と他側端部との間に配置され、
   前記エンコーダ板は、前記回転軸方向において、前記各磁界検出部の一側端部と前記各磁界形成部との間に配置され、
   前記第１の支持板は、前記回転軸方向において、前記エンコーダ板よりも一側に配置されていることを特徴とする回転検出装置。
2. 前記各磁界検出部の他側端部を支持する第２の支持板を備えていることを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。
3. 前記第１の支持板には、前記光検出部により検出された前記検出光に基づいて前記回転体の回転角度を検出する回転角検出回路が設けられ、
   前記第２の支持板には、前記各磁界検出部から出力された検出信号に基づいて前記回転体の回転数を検出する回転数検出回路が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の回転検出装置。
4. 前記第１の支持体には前記各磁界検出部の一側端部が支持されていることを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。
5. 前記第１の支持板には、前記光検出部により検出された前記検出光に基づいて前記回転体の回転角度を検出する回転角検出回路、および前記各磁界検出部から出力された検出信号に基づいて前記回転体の回転数を検出する回転数検出回路が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の回転検出装置。
6. 前記複数の磁界検出部は、前記回転体の回転中心を中心とし、中心角が１８０度以下の円弧上に配列されていることを特徴とする請求項４または５に記載の回転検出装置。
7. 前記各磁界検出部の磁性線材は大バルクハウゼン効果を生じる磁性線材であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の回転検出装置。
8. 前記光検出部は、発光素子と、前記検出光を受光する受光素子とを備え、前記エンコード板は、前記発光素子から発せられた光を用いて、前記回転体の回転時に光の強度がパルス状に変化する前記検出光を生成することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の回転検出装置。

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