JP2024028626A - 回転検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】回転検出システムを被検出装置に取り付けた場合に、回転検出システムおよび被検出装置を合わせた装置全体が大型化することを抑制する。【解決手段】回転検出システムは、磁石１１～１４および磁気センサ２１～２３を有する磁気式回転検出装置１と、コードホイール５２および光検出部５６を有する光学式エンコーダ５１と、単一の基板４１とを備え、シャフト６２の回転を検出する。基板４１は、回転体の回転に伴って移動せず、かつ表面４１Ａおよび裏面４１Ｂがシャフト６２の回転軸Ａと直交するように設けられ、磁石１１～１４はシャフト６２に固定され、磁気センサ２１～２３は、回転軸Ａと直交する方向において基板４１の一側部分に固定され、かつ基板４１の表面４１Ａおよび裏面４１Ｂに分かれて配置され、光検出部５６は、回転軸Ａと直交する方向において基板４１の他側部分に配置され、コードホイール５２はシャフト６２に固定されている。【選択図】図１

Description

本発明は、磁気式回転検出装置および光学式エンコーダを備え、回転体の回転を検出する回転検出システムに関する。

例えばモータのシャフト等の回転体の回転を検出する装置として、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式回転検出装置が知られている（特許文献１を参照）。この回転検出装置は、方向が互いに異なる磁界をそれぞれ形成する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、磁石が移動する円軌道の近傍に、回転体の回転に伴って移動しないように配置されている。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。その結果、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、それ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。

また、回転体の回転を検出する他の装置として、光学式エンコーダが知られている。光学式エンコーダは、例えば発光素子、受光素子および円板状のコードホイールを備えている。コードホイールは、回転体に固定され、回転体と共に回転する。発光素子および受光素子は、コードホイールの近傍に、回転体と共に回転しないように配置されている。コードホイールには透過型のコードホイールと、反射型のコードホイールがある。透過型のコードホイールには、回転時に発光素子から発せられた光が照射される部分に、多数のスリットが配列されている。反射型のコードホイールには、回転時に発光素子から発せられた光が照射される部分に、多数の反射領域および非反射領域が交互に配列されている。回転体と共にコードホイールが回転し、発光素子からコードホイールへ光が照射されると、コードホイールが有するスリットの配列、または反射領域および非反射領域の配列によりパルス状の検出光が形成され、その検出光が受光素子に入力される。このパルス状の検出光により回転体の回転数または回転角度を検出する。

特開２０１９－２００１０１号公報

上記磁気式回転検出装置は無電源で動作するという特徴を有する。また、光学式エンコーダは回転体の回転角度を細かく検出することができるという特徴を有する。上記磁気式回転検出装置と光学式エンコーダとを組み合わせて例えばモータ等の被検出装置に取り付けることによって、電源オフ時には上記磁気式回転検出装置により回転体の回転を検出し、電源オン時には上記磁気式回転検出装置および光学式エンコーダにより回転体の回転を高精度に検出することが可能になる。

しかしながら、この場合、上記磁気式回転検出装置および光学式エンコーダの双方を被検出装置に取り付けるため、上記磁気式回転検出装置、光学式エンコーダおよび被検出装置を合わせた装置全体が大型化するおそれがある。

本発明の課題は、磁気式回転検出装置および光学式エンコーダを備えた回転検出システムであって、当該回転検出システムを被検出装置に取り付けた場合に、当該回転検出システムおよび被検出装置を合わせた装置全体が大型化することを抑制することができる回転検出システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の回転検出システムは、回転体の回転を検出する回転検出システムであって、磁気式回転検出装置、光学式エンコーダ、および単一の基板を備え、前記磁気式回転検出装置は、磁界を形成する少なくとも一対の磁界形成部と、磁性線材を有し、前記磁界を検出する複数の磁界検出部とを備え、前記光学式エンコーダは、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を備え、前記基板は、第１の面、前記第１の面の反対側に位置する第２の面、および貫通孔を有し、前記貫通孔内には前記回転体が前記基板と接触しないように挿入され、前記基板は、前記回転体の回転に伴って移動しないように設けられ、かつ前記第１の面および前記第２の面が前記回転体の回転軸と直交するように配置され、前記少なくとも一対の磁界形成部は、前記回転体の回転に伴って前記回転軸の周囲を移動するように前記回転体に固定され、前記複数の磁界検出部は、前記基板に固定され、前記回転軸と直交する方向において前記基板の一側部分に配置され、前記基板の前記第１の面および前記第２の面に分かれて配置され、かつ前記磁性線材の伸長方向が前記基板の前記第１の面または前記第２の面と平行となるように前記回転体の回転方向においてそれぞれ異なる位置に配置され、前記光検出部は、前記基板に固定され、前記回転軸と直交する方向において前記基板の他側部分に配置され、かつ前記基板の前記第２の面に配置され、前記エンコード板は、前記回転体に固定され、前記エンコード板の面が前記基板の前記第２の面と対向するよう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システムにおいて、前記少なくとも一対の磁界形成部は、前記回転体の回転に伴って前記回転軸の周囲の軌道上を移動し、前記複数の磁界検出部は、第１の磁界検出部、第２の磁界検出部および第３の磁界検出部を含み、前記第１の磁界検出部は、前記基板の前記第１の面および前記第２の面のうちの一方の面に配置され、前記第２の磁界検出部および前記第３の磁界検出部は、前記基板の前記第１の面および前記第２の面のうちの他方の面に配置され、前記回転軸の伸長方向から見たとき、前記第１の磁界検出部、前記第２の磁界検出部および前記第３の磁界検出部は、それぞれの前記磁性線材の軸線が、前記回転軸を中心とし前記軌道の外側に位置する単一の円の円周と接するように前記回転体の回転方向においてそれぞれ互いに等しい間隔で配置され、前記回転軸の方向から見たとき、前記第１の磁界検出部、前記第２の磁界検出部および前記第３の磁界検出部は、前記第１の磁界検出部の一方の隣側に前記第２の磁界検出部が位置し、前記第１の磁界検出部の他方の隣側に前記第３の磁界検出部が位置し、前記第１の磁界検出部の一端部と前記第２の磁界検出部の一端部とが互いに重なり合い、かつ前記第１の磁界検出部の他端部と前記第３の磁界検出部の一端部とが互いに重なり合うように配置されていることとしてもよい。

また、上記本発明の回転検出システムにおいて、前記少なくとも一対の磁界形成部は、前記回転体の回転に伴って前記回転軸の周囲の軌道上を移動し、前記回転軸の伸長方向から見たとき、前記複数の磁界検出部は、当該複数の磁界検出部のそれぞれの前記磁性線材の軸線が、前記回転軸を中心とし前記軌道の外側に位置する単一の円の円周と接するように配置され、前記エンコード板は、円板状に形成され、その中心が前記回転軸と一致するように前記回転体に取り付けられ、前記エンコード板の外径は、前記軌道の直径よりも大きく、かつ前記円の直径よりも小さいこととしてもよい。この場合、前記回転軸の伸長方向から見たとき、前記光検出部は前記軌道の外側かつ前記円の内側に配置されていることとしてもよい。

また、上記本発明の回転検出システムにおいて、前記磁性線材は大バルクハウゼン素子であることが好ましい。

本発明によれば、磁気式回転検出装置および光学式エンコーダを備えた回転検出システムを被検出装置に取り付けた場合に、回転検出システムおよび被検出装置を合わせた装置全体が大型化することを抑制することができる。

本発明の実施形態における磁気式回転検出装置、光学式エンコーダおよびモータを示す説明図である。 図１中の磁気式回転検出装置、光学式エンコーダおよびモータを回転軸の方向（図１における上方）から見た状態を示す説明図である。 図１中の磁気式回転検出装置およびシャフトの切断線ＩＩＩ－ＩＩＩの断面を回転軸の方向（図１における下方）から見た状態を示す説明図である。 本発明の実施形態における磁気式回転検出装置において、磁石の配置およびその変形例を示す説明図である。 本発明の実施形態における磁気式回転検出装置の磁気センサを示す斜視図である。 本発明の実施形態における磁気式回転検出装置の動作を示す説明図である。 本発明の実施形態における光学式エンコーダを示す説明図である。 本発明の実施形態における磁気式回転検出装置において、基板の使用状態を示す説明図である。 本発明の他の実施形態における磁気式回転検出装置、光学式エンコーダおよびモータを示す説明図である。

図１は、本発明の実施形態の磁気式の回転検出装置１、光学式エンコーダ５１、および被検出装置としてのモータ６１を示している。図１に示すように、モータ６１は回転体としてのシャフト６２を有している。回転検出装置１および光学式エンコーダ５１はシャフト６２の周囲に設けられ、シャフト６２の回転をそれぞれ検出する。なお、図１中のＡはシャフト６２の回転軸を示している。回転検出装置１、光学式エンコーダ５１およびモータ６１を備えた図１に示す複合装置７１によれば、電源オフ時には回転検出装置１を用いてシャフト６２の回転を検出することができ、電源オン時には回転検出装置１および光学式エンコーダ５１を用いてシャフト６２の回転を高精度に検出することができる。なお、回転検出装置１および光学式エンコーダ５１を組み合わせたものが本発明の回転検出システムの具体例である。

図２は、図１中の回転検出装置１、光学式エンコーダ５１およびモータ６１を回転軸Ａの方向（図１における上方）から見た状態を示している。図３は、図１中の回転検出装置１およびシャフト６２の切断線ＩＩＩ－ＩＩＩの断面を回転軸Ａの方向（図１における下方）から見た状態を示している。図４（Ａ）は、本実施形態の回転検出装置１における磁石１１～１４が配置されたシャフト６２を示している。図４（Ｂ）は回転検出装置１の磁石の配置に関する変形例を示している。図５は磁気センサ２１を示している。

回転検出装置１は、４つの磁石１１、１２、１３、１４（２対の磁界形成部）、３つの磁気センサ２１、２２、２３（３つの磁界検出部）、３つのヨーク対３１、３２、３３（３つの磁界制御部）、および基板４１を備えている。

磁石１１～１４はそれぞれ永久磁石であり、図１に示すようにシャフト６２の外周面に固定されている。また、図２に示すように、回転検出装置１を回転軸Ａの方向から見たとき、磁石１１～１４は回転軸Ａの周囲に９０度の間隔を置いて配列されている。磁石１１～磁石１４は、シャフト６２の回転に伴って回転軸Ａの周囲の軌道Ｂ上を移動する。

また、磁石１１および磁石１３は、回転軸Ａから見て径方向外側の面がＮ極となるようにシャフト６２に固定されている。また、磁石１２および磁石１４は、回転軸Ａから見て径方向外側の面がＳ極となるようにシャフト６２に固定されている。また、磁石１１～１４は、シャフト６２の周方向において隣り合う磁石の極性が逆になるように、例えば周方向に磁石１１、１２、１３、１４の順番に配置されている。

また、図４（Ａ）に示すように、各磁石１１～１４は、回転軸Ａの方向（図４における上下方向）に長い。各磁石１１～１４は、図１に示すように、基板４１の貫通孔４２内を通り、各磁石１１～１４の上部が基板４１よりも上側に位置し、各磁石１１～１４の下部が基板４１よりも下側に位置している。その結果、基板４１の表面４１Ａに配置された磁気センサ２１、および基板４１の裏面４１Ｂに配置された２つの磁気センサ２２、２３はいずれも、磁石１１～１４が移動する軌道Ｂと対向している。なお、図４（Ａ）において、磁石１２の上部と下部とで、回転軸Ａから見た径方向外側の面の磁極の極性は等しく、いずれもＳ極である。磁石１４についても同様である。また、磁石１３の上部と下部とで、回転軸Ａから見た径方向外側の面の磁極の極性は等しく、いずれもＮ極である。磁石１１についても同様である。

なお、図４（Ｂ）の変形例に示すように、磁石１２を２つの磁石片１２Ａ、１２Ｂに、磁石１３を２つの磁石片１３Ａ、１３Ｂにそれぞれ上下に分割してもよい。磁石１１および磁石１４についても同様である。

磁気センサ２１～２３は、磁石１１～１４によりそれぞれ形成された磁界を、大バルクハウゼン効果を利用して検出するセンサである。図２に示すように、磁気センサ２１は基板４１の表面４１Ａに配置され、図３に示すように、磁気センサ２２、２３は基板４１の裏面４１Ｂに配置されている。なお、磁気センサ２１は第１の磁界検出部の具体例であり、磁気センサ２２は第２の磁界検出部の具体例であり、磁気センサ２３は第３の磁界検出部の具体例である。

磁気センサ２１は、図５に示すように、磁性線材２５、コイル２６およびボビン２７を有している。磁性線材２５は大バルクハウゼン素子である。具体的には、磁性線材２５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２５は複合磁気ワイヤと呼ばれるものである。磁性線材２５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２５は、例えば樹脂等の非磁性材料により形成されたボビン２７の軸部の内部に配置されている。コイル２６は磁性線材２５の外周側に設けられている。例えば、コイル２６は、内部に磁性線材２５が配置されたボビン２７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。磁気センサ２２および磁気センサ２３も磁気センサ２１と同じ構成を有している。

また、磁性線材２５の長さは例えばおよそ１０ｍｍ～２０ｍｍである。各磁気センサ２１～２３において、ボビン２７の内部には、磁性線材２５が直線状に伸長した状態で配置されている。磁性線材２５の長さに応じ、各磁気センサ２１～２３の長さは、例えばおよそ１０ｍｍ～２０ｍｍである。

磁気センサ２１～２３は、回転軸Ａの周囲に、シャフト６２の回転に伴って移動しないように配置されている。具体的は、図２および図３に示すように、磁気センサ２１～２３は基板４１にそれぞれ固定されている。基板４１は回転軸Ａと直交する平面上に配置されている。これにより、基板４１の表面４１Ａおよび裏面４１Ｂは、回転軸Ａの方向において互いに異なる位置で回転軸Ａと直交する２つの平面上にそれぞれ配置されている。基板４１は例えば円板状に形成され、その中央に貫通孔４２が設けられ、貫通孔４２にはシャフト６２が挿入されている。貫通孔４２の内径はシャフト６２の外径よりも大きく、シャフト６２は基板４１に接触していない。また、基板４１は図示しない支持用ブラケットを介して例えばモータ６１の筐体６３に固定されている。

また、磁気センサ２１～２３は、磁性線材２５の伸長方向が回転軸Ａと非平行となるように配置されている。具体的には、磁気センサ２１～２３は、磁性線材２５の軸線を含む平面が回転軸Ａと直交するように配置されている。なお、磁性線材２５の軸線とは、磁性線材２５の横断面の中心を磁性線材２５の伸長方向に貫く直線をいう。

また、図２および図３に示すように、回転検出装置１を回転軸Ａの方向から見たとき、磁気センサ２１～２３は、磁性線材２５の軸線のその伸長方向における中央部が、回転軸Ａを中心とする円Ｃの円周と接するように配置されている。また、回転検出装置１を回転軸Ａの方向から見たとき、磁気センサ２１～２３は、磁石１１～磁石１４が移動する軌道Ｂの外周側に配置されている。また、磁気センサ２１～２３は、シャフト６２の回転方向においてそれぞれ異なる位置に配置されている。具体的には、回転検出装置１を回転軸Ａの方向から見たとき、磁気センサ２１～２３は、シャフト６２の周囲に６０度の間隔を置いて配置されている。

また、磁気センサ２１～２３は、回転軸Ａの方向において互いに異なる位置で回転軸Ａと交わる２以上の平面上に分かれて配置されている。具体的には、磁気センサ２１は、回転軸Ａの方向において互いに異なる位置で回転軸Ａと交わる第１の平面および第２の平面のうちの第１の平面上に配置され、磁気センサ２２および磁気センサ２３は第２の平面上に配置されている。より具体的に述べると、本実施形態において、磁気センサ２１は、図２に示すように、基板４１の表面４１Ａに配置され、磁気センサ２２および磁気センサ２３は、図３に示すように、基板４１の裏面４１Ｂに配置されている。すなわち、本実施形態においては、基板４１の表面４１Ａおよび裏面４１Ｂが上記２以上の平面に相当し、また、基板４１の表面４１Ａが上記第１の平面に相当し、基板４１の裏面４１Ｂが上記第２の平面に相当する。なお、本実施形態において、基板４１の表面４１Ａとは、基板４１が有する互いに反対方向を向いた２つの広い面のうち、モータ６１から遠い方の面であり、基板４１の裏面４１Ｂとは、基板４１が有する上記２つの広い面のうち、モータ６１に近い方の面である。

また、回転検出装置１を回転軸Ａの方向から見たとき、磁気センサ２１～２３のうち、シャフト６２の回転方向において隣り合う２つの磁気センサは互いに部分的に重なり合っている。具体的には、磁気センサ２１～２３は、磁気センサ２１の一方の隣側に磁気センサ２２が位置し、磁気センサ２１の他方の隣側に磁気センサ２３が位置するように回転軸Ａの周囲に並んで配置されている。そして、磁気センサ２１の一端部と磁気センサ２２の一端部とが互いに重なり合い、磁気センサ２１の他端部と磁気センサ２３の一端部とが互いに重なり合っている。なお、回転検出装置１を回転軸Ａの方向から見たときに、一の部分と他の部分とが「重なり合っている」とは、ここでは、一の部分と他の部分とが回転軸Ａの方向（回転軸Ａと平行な方向）において基板４１を挟んで互いに対向していることを意味する。

また、回転検出装置１を回転軸Ａの方向から見たとき、磁気センサ２１～２３のうち、シャフト６２の回転方向において隣り合う２つの磁気センサの磁性線材２５は互いに部分的に重なり合っている。具体的には、磁気センサ２１の磁性線材２５の一端部と磁気センサ２２の磁性線材２５の一端部とが互いに重なり合い、磁気センサ２１の磁性線材２５の他端部と磁気センサ２３の磁性線材２５の一端部とが互いに重なり合っている。

ヨーク対３１、３２、３３は、各磁石１１～１４により形成される磁界の方向を制御する機能を有している。各ヨーク対３１、３２、３３は一対のヨーク片３５を有している。各ヨーク片３５は、例えば純鉄、ケイ素鋼、パーロマイまたはアモルファス金属等の軟質磁性材料により板状に形成されている。

ヨーク対３１、３２、３３は、回転軸Ａの方向において互いに異なる位置で回転軸Ａと交わる２以上の平面上に、磁気センサ２１、２２、２３とそれぞれ対応するように分かれて配置されている。具体的には、ヨーク対３１は基板４１の表面４１Ａに配置され、ヨーク対３２およびヨーク対３３は基板４１の裏面４１Ｂに配置されている。

ヨーク対３１は、図２に示すように、磁気センサ２１と、磁石１１～１４が移動する軌道Ｂとの間に配置されている。具体的には、ヨーク対３１の一方のヨーク片３５は、磁気センサ２１の一端部と軌道Ｂとの間に配置され、他方のヨーク片３５は、磁気センサ２１の他端部と軌道Ｂとの間に配置されている。また、これら２つのヨーク片３５は互いに離れている。また、ヨーク対３１の各ヨーク片３５は、基板４１の表面４１Ａから当該表面４１Ａと直交する方向（図１において上方）に立ち上がっている。

ヨーク対３２は、図３に示すように、磁気センサ２２と軌道Ｂとの間に配置されている。具体的には、ヨーク対３２の一方のヨーク片３５は、磁気センサ２２の一端部と軌道Ｂとの間に配置され、他方のヨーク片３５は、磁気センサ２２の他端部と軌道Ｂとの間に配置されている。また、これら２つのヨーク片３５は互いに離れている。また、ヨーク対３２の各ヨーク片３５は、基板４１の裏面４１Ｂから当該裏面４１Ｂと直交する方向（図１において下方）に立ち上がっている。ヨーク対３３は、磁気センサ２２と、磁石１１～１４が移動する軌道Ｂとの間に配置されている。また、ヨーク対３３の一対のヨーク片３５は、図３に示すように、ヨーク対３２の一対のヨーク片３５と同様に配置されている。

また、回転検出装置１を回転軸Ａの方向から見たとき、ヨーク対３１～３３のうち、シャフト６２の回転方向において隣り合う２つのヨーク対は互いに部分的に重なり合っている。具体的には、図２に示すように、ヨーク対３１の一方のヨーク片３５は、ヨーク対３２の一方のヨーク片３５と部分的に重なり合っている。また、ヨーク対３１の他方のヨーク片３５は、ヨーク対３３の一方のヨーク片３５と部分的に重なり合っている。

図６は回転検出装置１の動作を示している。図６には、図１において上方から見た回転検出装置１の６通りの状態が描かれている。すなわち、図６においてはシャフト６２が時計回りに回転しており、図６中の左上の回転検出装置１は、シャフト６２の回転角度が０°に達したときの状態を示し、その右隣の回転検出装置１は、シャフト６２の回転角度が３０°に達したときの状態を示し、その右隣の回転検出装置１は、シャフト６２の回転角度が６０°に達したときの状態を示している。さらに、図６中の左下の回転検出装置１は、シャフト６２の回転角度が９０°に達したときの状態を示し、その右隣の回転検出装置１は、シャフト６２の回転角度が１２０°に達したときの状態を示し、その右隣の回転検出装置１は、シャフト６２の回転角度が１５０°に達したときの状態を示している。また、図６中のＷ１は磁気センサ２１から出力された検出信号の波形を示し、Ｗ２は磁気センサ２２から出力された検出信号の波形を示し、Ｗ３は磁気センサ２３から出力された検出信号の波形を示している。

各磁気センサ２１～２３が有している磁性線材２５は、当該磁性線材２５に作用する外部磁界の方向が変化し、その外部磁界の強さがある閾値に達したとき、大バルクハウゼン効果により磁化方向が瞬時に反転する性質を有している。磁性線材２５の磁化方向が瞬時に反転すると、磁性線材２５の外周側に設けられたコイル２６から電磁誘導により鋭いパルスが出力される。また、磁性線材２５に作用する外部磁界が一方向から他方向に変化して、その外部磁界の強さがある閾値に達したとき、磁性線材２５の磁化方向が一方向から他方向に反転して、コイル２６から例えば正のパルスが出力される。また、磁性線材２５に作用する外部磁界が他方向から一方向に変化して、その外部磁界の強さがある閾値に達したとき、磁性線材２５の磁化方向が他方向から一方向に変化して、コイル２６から例えば負のパルスが出力される。

回転検出装置１においては、シャフト６２の回転に伴って磁石１１～１４が軌道Ｂ上を移動することにより、磁気センサ２１～２３のそれぞれの磁性線材２５に作用する磁界が変化する。例えば、シャフト６２が図６において時計回り方向に回転している間、シャフト２の回転角度が０度に達したとき、磁石１１および磁石１４が磁気センサ２１に接近する。このとき、磁石１１および磁石１４によりそれぞれ形成された磁界（磁石１１により形成された磁界と磁石１４により形成された磁界とが合わさった磁界）により、磁気センサ２１の磁性線材２５には図６において右方向の磁界が作用する。これにより、磁気センサ２１の磁性線材２５の磁化方向が反転し、磁気センサ２１から例えば正のパルスＰ１が出力される。また、磁石１１から磁石１４へ向かう磁力線が磁気センサ２１の磁性線材２５中を右方向に通るようにヨーク対３１により磁界が制御されることにより、パルスＰ１のレベルを大きくすることができる。

次に、シャフト２の回転角度が３０度に達したとき、磁石１１および磁石１２が磁気センサ２２に接近する。このとき、磁石１１および磁石１２によりそれぞれ形成された磁界により、磁気センサ２２の磁性線材２５には図６において左斜め下方向の磁界が作用する。これにより、磁気センサ２２の磁性線材２５の磁化方向が反転し、磁気センサ２２から例えば負のパルスＰ２が出力される。また、磁石１１から磁石１２へ向かう磁力線が磁気センサ２２の磁性線材２５中を左斜め下方向に通るようにヨーク対３２により磁界が制御されることにより、パルスＰ２のレベルを大きくすることができる。

次に、シャフト２の回転角度が６０度に達したとき、磁石１１および磁石１４が磁気センサ２３に接近する。このとき、磁石１１および磁石１４によりそれぞれ形成された磁界により、磁気センサ２３の磁性線材２５には図６において右斜め下方向の磁界が作用する。これにより、磁気センサ２３の磁性線材２５の磁化方向が反転し、磁気センサ２３から例えば正のパルスＰ３が出力される。また、磁石１１から磁石１４へ向かう磁力線が磁気センサ２３の磁性線材２５中を右斜め下方向に通るようにヨーク対３３により磁界が制御されることにより、パルスＰ３のレベルを大きくすることができる。

次に、シャフト２の回転角度が９０度に達したとき、磁石１１および磁石１２が磁気センサ２１に接近する。このとき、磁石１１および磁石１２によりそれぞれ形成された磁界により、磁気センサ２１の磁性線材２５には図６において左方向の磁界が作用する。これにより、磁気センサ２１の磁性線材２５の磁化方向が反転し、磁気センサ２１から例えば負のパルスＰ４が出力される。また、ヨーク対３１による磁界の制御によってパルスＰ４のレベルを大きくすることができる。

次に、シャフト２の回転角度が１２０度に達したとき、磁石１２および磁石１３が磁気センサ２２に接近する。このとき、磁石１２および磁石１３によりそれぞれ形成された磁界により、磁気センサ２２の磁性線材２５には図６において右斜め上方向の磁界が作用する。これにより、磁気センサ２２の磁性線材２５の磁化方向が反転し、磁気センサ２２から例えば正のパルスＰ５が出力される。また、ヨーク対３２による磁界の制御によってパルスＰ５のレベルを大きくすることができる。

次に、シャフト２の回転角度が１５０度に達したとき、磁石１１および磁石１２が磁気センサ２３に接近する。このとき、磁石１１および磁石１２によりそれぞれ形成された磁界により、磁気センサ２３の磁性線材２５には図６において左斜め上方向の磁界が作用する。これにより、磁気センサ２３の磁性線材２５の磁化方向が反転し、磁気センサ２３から例えば負のパルスＰ６が出力される。また、ヨーク対３３による磁界の制御によってパルスＰ６のレベルを大きくすることができる。

磁気センサ２１～２３から出力されたパルスＰ１～Ｐ６は、例えば基板４１に設けられた磁気検出用の検出回路（図示せず）に出力され、この検出回路によりシャフト６２の回転量および回転方向等が算出される。このシャフト６２の回転量および回転方向等の算出方法として、例えば、国際公開第２０１６／００２４３７号に記載された方法を用いることができる。

図７は光学式エンコーダ５１を示している。図７に示すように、光学式エンコーダ５１は、シャフト６２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してのコードホイール５２、および検出光を検出する光検出部５６を有している。

コードホイール５２は、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。また、コードホイール５２の中心部には、コードホイール５２をシャフト６２に取り付けるための挿入孔５３が設けられている。挿入孔５３にはシャフト６２が挿入される。また、コードホイール５２の表面５２Ａには、複数の反射部５４および複数の非反射部５５が設けられている。反射部５４と非反射部５５とは交互に配置され、コードホイール５２の中心Ｑ（回転軸Ａ）を中心とした円を描くように配列されている。

光検出部５６は発光素子５７および受光素子５８を備えたユニットである。発光素子５７は例えば発光ダイオードである。受光素子５８は例えばフォトトランジスタであり、光電変換を行う。

図１に示すように、コードホイール５２は、基板４１とモータ６１の筐体６３との間に配置され、反射部５４および非反射部５５が設けられた表面５２Ａが基板４１の裏面４１Ｂと対向するようにシャフト６２に取り付けられている。また、コードホイール５２はシャフト６２に固定されており、シャフト６２と共に回転する。

また、コードホイール５２は、図２に破線（隠れ線）で示したように、ヨーク対３２およびヨーク対３３との間に配置されている。また、コードホイール５２の表面５２Ａは、図１に示すように、ヨーク対３２およびヨーク対３３のそれぞれのヨーク片３５の先端面３５Ａ（図１における下端面）よりも上方に位置している。すなわち、コードホイール５２は、ヨーク対３２とヨーク対３３とにより挟まれた空間内に入っている。この構成により、基板４１とコードホイール５２との間隔を小さくすることができ、シャフト６２の周囲に設けられた回転検出装置１と光学式エンコーダ５１とを組み合わせた構造物の回転軸Ａ方向における寸法を小さくすることができる。

また、光検出部５６は基板４１の裏面４１Ｂに固定されている。それゆえ、光検出部５６はシャフト６２の回転に伴って移動しない。光検出部５６は、コードホイール５２における反射部５４および非反射部５５の配列と対向するように配置されている。

図７において、シャフト６２が回転している間に、発光素子５７から発せられた照射光Ｌ１は、反射部５４および非反射部５５の配列上に照射される。これにより、パルス状の検出光Ｌ２が生成される。生成された検出光Ｌ２は受光素子５８に入力される。受光素子５８は検出光Ｌ２をパルス信号に変換して出力する。受光素子５８から出力されたパルス信号は、例えば基板４１に設けられた光検出用の検出回路（図示せず）に出力され、この検出回路によりシャフト６２の回転数および回転角度等が算出される。

図８（Ａ）は基板４１の表面４１Ａの使用状態を示し、図８（Ｂ）は基板４１の裏面４１Ｂの使用状態を示している。図８（Ａ）に示すように、基板４１の表面４１Ａは２つの領域Ｒ１、Ｒ２に分けられている。基板４１の表面４１Ａにおいて、細かいハッチングを付した領域Ｒ１は、回転検出装置１の使用領域であり、粗いハッチングを付した領域Ｒ２は、光学式エンコーダ５１、およびモータ６１に取り付けられた他の装置の使用領域である。領域Ｒ１内には、回転検出装置１の構成要素、具体的には磁気センサ２１およびヨーク対３１が配置されている。

また、図８（Ｂ）に示すように、基板４１の裏面４１Ｂは２つの領域Ｒ３、Ｒ４に分けられている。基板４１の裏面４１Ｂにおいて、細かいハッチングを付した領域Ｒ３は、回転検出装置１の使用領域であり、粗いハッチングを付した領域Ｒ４は、光学式エンコーダ５１、およびモータ６１に取り付けられた他の装置の使用領域である。領域Ｒ３内には、回転検出装置１の構成要素、具体的には２つの磁気センサ２２、２３および２つのヨーク対３２、３３が配置されている。領域Ｒ４内には光学式エンコーダ５１の構成要素、具体的には光検出部５６が配置されている。

以上説明した通り、本実施形態の回転検出装置１において、磁気センサ２１～２３は、磁性線材２５の伸長方向が回転軸Ａと非平行となるように配置されている。具体的には、磁気センサ２１～２３は、磁性線材２５の軸線を含む平面が回転軸Ａと直交するように配置されている。この構成により、磁気センサ２１～２３を、磁性線材２５の伸長方向が回転軸Ａと平行となるように配置した場合と比較して、回転検出装置１の回転軸Ａの方向における寸法（図１における上下方向の寸法）を小さくすることができる。

さらに、磁気センサ２１～２３は、回転軸Ａの方向において互いに異なる位置で回転軸Ａと交わる２以上の平面上に分かれて配置されている。具体的には、磁気センサ２１～２３は、回転軸Ａの方向において互いに異なる位置で回転軸Ａと交わる第１の平面および第２の平面に分かれて配置されている。より具体的には、磁気センサ２１～２３は、基板４１の表面４１Ａおよび裏面４１Ｂに分かれて配置されている。この構成により、磁気センサ２１～２３のうち、シャフト６２の回転方向において隣り合う２つの磁気センサを、回転検出装置１を回転軸Ａの方向から見たときにそれらが互いに部分的に重なり合うように配置することができる。したがって、図８に示すように、磁気センサ２１～２３を基板４１の一部に集約して配置することができ、基板４１の表面４１Ａおよび裏面４１Ｂにおいて磁気センサ２１～２３の配置に使用する領域Ｒ１、Ｒ３の面積を小さくすることができる。その結果、基板４１の表面４１Ａおよび裏面４１Ｂに、光学式エンコーダ５１および他の装置の配置に使用可能な領域Ｒ２、Ｒ４を十分に確保しながら、基板４１の表面４１Ａ（裏面４１Ｂ）の面積を全体的に小さくすることができる。

このように、本実施形態の回転検出装置１によれば、回転検出装置１の回転軸Ａの方向における寸法を小さくすることができ、かつ、基板４１上に光学式エンコーダ５１および他の装置の配置に使用可能な領域を十分に確保しながら基板４１の面積を小さくすることができるので、回転検出装置１、光学式エンコーダ５１およびモータ６１を含む複合装置７１を全体的に小型化することができる。すなわち、回転検出装置１を光学式エンコーダ５１等と組み合わせてモータ６１に取り付けた場合に、回転検出装置１、光学式エンコーダ５１およびモータ６１を合わせた装置全体が大型化することを抑制することができる。

特に、本実施形態の回転検出装置１では、磁気センサ２１～２３のうち、シャフト６２の回転方向において隣り合う２つの磁気センサの磁性線材２５が、回転検出装置１を回転軸Ａの方向から見たときに、互いに部分的に重なり合っている。このように、隣り合う磁気センサ同士が重なり合う部分を大きくすることにより、磁気センサ２１～２３の配置の集約度を高めることができ、基板４１の表面４１Ａおよび裏面４１Ｂにおいて磁気センサ２１～２３の配置に使用する領域Ｒ１、Ｒ３の面積を一層小さくすることができる。

また、本実施形態の回転検出装置１において、磁気センサ２１～２３は、回転検出装置１を回転軸Ａの方向から見たとき、磁気センサ２１の一方の隣側に磁気センサ２２が位置し、磁気センサ２１の他方の隣側に磁気センサ２３が位置するように回転軸Ａの周囲に並んで配置され、磁気センサ２１の一端部と磁気センサ２２の一端部とが互いに重なり合い、磁気センサ２１の他端部と磁気センサ２３の一端部とが互いに重なり合っている。磁気センサ２１～２３をこのように配置することにより、シャフト６２の回転の十分な検出精度を確保しつつ、磁気センサ２１～２３の配置の集約度を高めることができる。すなわち、シャフト６２の回転の十分な検出精度を確保するためには、磁気センサ２１～２３をシャフト６２の回転方向においてそれぞれ異なる位置に配置する必要がある。本実施形態の回転検出装置１では、磁気センサ２１～２３がシャフト６２の回転方向においてそれぞれ異なる位置に配置され、隣り合う磁気センサ２１、２２の端部同士が重なり合い、かつ隣り合う磁気センサ２１、２３の端部同士が重なり合っているので、シャフト６２の回転の十分な検出精度を確保することができる範囲で、磁気センサ２１と磁気センサ２２とを接近させ、かつ磁気センサ２１と磁気センサ２３とを接近させることができ、磁気センサ２１～２３の配置の集約度を高めることができる。

また、本実施形態の回転検出装置１によれば、回転検出装置１を回転軸Ａの方向から見たとき、ヨーク対３１～３３のうちシャフト６２の回転方向において隣り合う２つのヨーク対が互いに部分的に重なり合っているので、ヨーク対３１～３３を基板４１の一部に集約して配置することができ、基板４１の表面４１Ａおよび裏面４１Ｂにおいてヨーク対３１～３３を含む回転検出装置１の構成要素の配置に使用する領域Ｒ１、Ｒ３の面積を小さくすることができる。

また、本実施形態の回転検出装置１によれば、磁気センサ２１～２３およびヨーク対３１～３３が１つの基板４１の表面４１Ａおよび裏面４１Ｂに分かれて配置されているので、磁気センサ２１～２３およびヨーク対３１～３３を複数の基板に分けて配置した場合と比較して、回転検出装置１の回転軸Ａの方向における寸法を小さくすることができる。

また、本実施形態の回転検出装置１によれば、各磁気センサ２１～２３の磁性線材として、大バルクハウゼン素子を用いたことにより、シャフト６２の回転の検出精度の高い無電源の回転検出装置を容易に実現することができる。

なお、上記実施形態では、磁気センサ２１～２３およびヨーク対３１～３３を１つの基板４１の表面４１Ａおよび裏面４１Ｂに分けて配置したが、図９に示す本発明の他の実施形態の回転検出装置８１のように、磁気センサ２１～２３およびヨーク対３１～３３を２つの基板９１、９２に分けて配置してもよい。この回転検出装置８１においては、２つの基板９１、９２は、回転軸Ａの方向において互いに異なる位置で回転軸Ａと交わる２つの平面上にそれぞれ配置されている。また、これら基板９１、９２は、シャフト６２の周囲にそれぞれ配置されており、基板９１は基板９２よりもモータ６１の筐体６３から離れている。また、基板９１、９２はそれぞれ、回転検出装置１の基板４１と同様に、中央に貫通孔を有する円板状に形成され、例えば、支持用ブラケットを介してモータ６１の筐体６３に固定されている。また、磁気センサ２１およびヨーク対３１は基板９１の裏面９１Ｂに配置され、２つの磁気センサ２２、２３および２つのヨーク対３２、３３は基板９２の表面９２Ａに配置されている。なお、回転検出装置８１を回転軸Ａの方向から見たときの磁気センサ２１～２３およびヨーク対３１～３３の位置関係、およびこれらの構成要素の重なり合いの態様は、回転検出装置１を回転軸Ａの方向から見たときの磁気センサ２１～２３およびヨーク対３１～３３の位置関係、およびこれらの構成要素の重なり合いの態様と同じである。

また、上記実施形態において、磁気センサ２１および磁気センサ２２は、回転検出装置１を回転軸Ａの方向から見たとき、互いに部分的に重なり合うように基板４１の表面４１Ａおよび裏面４１Ｂにそれぞれ配置され、また、磁気センサ２１および磁気センサ２３は、回転検出装置１を回転軸Ａの方向から見たとき、互いに部分的に重なり合うように基板４１の表面４１Ａおよび裏面４１Ｂにそれぞれ配置されている。しかしながら、磁気センサ２１と磁気センサ２２とは互いに重なり合っていなくてもよく、回転検出装置１を回転軸Ａの方向から見たとき、磁気センサ２１および磁気センサ２２を、基板４１の同一面上に配置することが困難な程度に互いに接近するように、基板４１の表面４１Ａおよび裏面４１Ｂにそれぞれ配置してもよい。また、磁気センサ２１と磁気センサ２３とは互いに重なり合っていなくてもよく、回転検出装置１を回転軸Ａの方向から見たとき、磁気センサ２１および磁気センサ２３を、基板４１の同一面上に配置することが困難な程度に互いに接近するように、基板４１の表面４１Ａおよび裏面４１Ｂにそれぞれ配置してもよい。２つの磁気センサを、基板４１の同一面上に配置することが困難な程度に互いに接近するように配置するとは、例えば、２つの磁気センサを、各磁気センサを基板に実装するのに要する部分や領域（各磁気センサを基板に半田付けするための領域等）が互いに干渉するほどに接近するように配置することや、２つの磁気センサを、各磁気センサへの配線に要する領域が互いに干渉するほどに接近するように配置すること等である。

また、上記実施形態では、二対の磁石１１～１４、および３つの磁気センサ２１～２３を有する回転検出装置１を例にあげたが、磁石の個数および磁気センサの個数はこれに限定されない。本発明の回転検出装置における磁石は一対でもよく、三対以上でもよい。また、磁気センサの個数は２つでもよいし、４つ以上でもよい。また、磁石１１～１４の間隔は９０度に限定されず、磁気センサ２１～２３の間隔は６０度に限定されない。

また、上記実施形態において、磁気センサ２１～２３は、磁性線材２５の軸線を含む平面が回転軸Ａと直交するように配置され、基板４１は回転軸Ａと直交する平面上に配置されている。しかしながら、磁気センサ２１～２３を、磁性線材２５の軸線を含む平面が回転軸Ａと約４５度～約１３５度の角度で交わるように配置し、基板４１を回転軸Ａと約４５度～約１３５度の角度で交わるように配置してもよい。

また、上記実施形態では、磁気センサ２１およびヨーク対３１を基板４１の表面４１Ａに配置し、磁気センサ２２、２３およびヨーク対３２、３３を基板４１の裏面４１Ｂに配置したが、磁気センサ２１およびヨーク対３１を基板４１の裏面４１Ｂに配置し、磁気センサ２２、２３およびヨーク対３２、３３を基板４１の表面４１Ａに配置してもよい。

また、上記実施形態では、反射部５４および非反射部５５を有する反射型のコードホイール５２を備えた光学式エンコーダ５１を例にあげたが、スリットを有する透過型のコードホイール５２を備えた光学式エンコーダ５１を用いてもよい。この場合には、発光素子５７および受光素子５８を、コードホイール５２を挟んで対向するように配置する。

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システムもまた本発明の技術思想に含まれる。

１、８１ 回転検出装置
１１～１４ 磁石（磁界形成部）
２１～２３ 磁気センサ（磁界検出部）
２５ 磁性線材
２６ コイル
３１～３３ ヨーク対（磁界制御部）
３５ ヨーク片
４１、９１、９２ 基板
４１Ａ、９２Ａ 表面
４１Ｂ、９１Ｂ 裏面
５１ 光学式エンコーダ
５２ コードホイール（エンコード板）
５６ 光検出部
６１ モータ（被検出装置）
６２ シャフト（回転体）

Claims (5)

1. 回転体の回転を検出する回転検出システムであって、
   磁気式回転検出装置、光学式エンコーダ、および単一の基板を備え、
   前記磁気式回転検出装置は、
   磁界を形成する少なくとも一対の磁界形成部と、
   磁性線材を有し、前記磁界を検出する複数の磁界検出部とを備え、
   前記光学式エンコーダは、
   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を備え、
   前記基板は、第１の面、前記第１の面の反対側に位置する第２の面、および貫通孔を有し、
   前記貫通孔内には前記回転体が前記基板と接触しないように挿入され、
   前記基板は、前記回転体の回転に伴って移動しないように設けられ、かつ前記第１の面および前記第２の面が前記回転体の回転軸と直交するように配置され、
   前記少なくとも一対の磁界形成部は、前記回転体の回転に伴って前記回転軸の周囲を移動するように前記回転体に固定され、
   前記複数の磁界検出部は、前記基板に固定され、前記回転軸と直交する方向において前記基板の一側部分に配置され、前記基板の前記第１の面および前記第２の面に分かれて配置され、かつ前記磁性線材の伸長方向が前記基板の前記第１の面または前記第２の面と平行となるように前記回転体の回転方向においてそれぞれ異なる位置に配置され、
   前記光検出部は、前記基板に固定され、前記回転軸と直交する方向において前記基板の他側部分に配置され、かつ前記基板の前記第２の面に配置され、
   前記エンコード板は、前記回転体に固定され、前記エンコード板の面が前記基板の前記第２の面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システム。
2. 前記少なくとも一対の磁界形成部は、前記回転体の回転に伴って前記回転軸の周囲の軌道上を移動し、
   前記複数の磁界検出部は、第１の磁界検出部、第２の磁界検出部および第３の磁界検出部を含み、
   前記第１の磁界検出部は、前記基板の前記第１の面および前記第２の面のうちの一方の面に配置され、
   前記第２の磁界検出部および前記第３の磁界検出部は、前記基板の前記第１の面および前記第２の面のうちの他方の面に配置され、
   前記回転軸の伸長方向から見たとき、前記第１の磁界検出部、前記第２の磁界検出部および前記第３の磁界検出部は、それぞれの前記磁性線材の軸線が、前記回転軸を中心とし前記軌道の外側に位置する単一の円の円周と接するように前記回転体の回転方向においてそれぞれ互いに等しい間隔で配置され、
   前記回転軸の方向から見たとき、前記第１の磁界検出部、前記第２の磁界検出部および前記第３の磁界検出部は、前記第１の磁界検出部の一方の隣側に前記第２の磁界検出部が位置し、前記第１の磁界検出部の他方の隣側に前記第３の磁界検出部が位置し、前記第１の磁界検出部の一端部と前記第２の磁界検出部の一端部とが互いに重なり合い、かつ前記第１の磁界検出部の他端部と前記第３の磁界検出部の一端部とが互いに重なり合うように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回転検出システム。
3. 前記少なくとも一対の磁界形成部は、前記回転体の回転に伴って前記回転軸の周囲の軌道上を移動し、
   前記回転軸の伸長方向から見たとき、前記複数の磁界検出部は、当該複数の磁界検出部のそれぞれの前記磁性線材の軸線が、前記回転軸を中心とし前記軌道の外側に位置する単一の円の円周と接するように配置され、
   前記エンコード板は、円板状に形成され、その中心が前記回転軸と一致するように前記回転体に取り付けられ、
   前記エンコード板の外径は、前記軌道の直径よりも大きく、かつ前記円の直径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の回転検出システム。
4. 前記回転軸の伸長方向から見たとき、前記光検出部は前記軌道の外側かつ前記円の内側に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の回転検出システム。
5. 前記磁性線材は大バルクハウゼン素子であることを特徴とする請求項１に記載の回転検出システム。

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