JP5880577B2 - モータ、モータシステムおよびモータ用エンコーダ - Google Patents

モータ、モータシステムおよびモータ用エンコーダ Download PDF

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Description

開示の実施形態は、モータ、モータシステムおよびモータ用エンコーダに関する。
従来、モータの回転検出に用いられるエンコーダとして、磁界センサを備えた磁気式エンコーダが知られている。磁気式エンコーダは、モータの回転に伴って回転する永久磁石の磁界を磁界センサによって検出することでモータの回転を検出する（例えば、特許文献１参照）。
特許４６２２４８７号公報
実施形態の一態様は、小型化を図ることができるモータ、モータシステムおよびモータ用エンコーダを提供することを目的とする。
実施形態の一態様に係るモータは、モータ本体と、回転体と、磁界センサとを備える。前記モータ本体は、シャフトを軸線周りに回転させる。前記回転体は、永久磁石を有し、前記シャフトの回転に伴って回転する。前記磁界センサは、磁化される場合に内部の磁壁が一度に移動する性質をもち且つ長手方向を磁化容易方向とする磁性体を有し、前記回転体の回転位置が所定の回転位置である場合に、前記永久磁石と対向する位置になる。前記磁性体の磁化容易方向が前記回転体の回転中心線に直交する面に沿った方向である。
実施形態の一態様によれば、小型化を図ることができるモータ、モータシステムおよびモータ用エンコーダを提供することができる。
図１は、第１の実施形態に係るモータを説明するための説明図である。 図２は、エンコーダを説明するための説明図である。 図３は、回転体における永久磁石の配置を説明するための説明図である。 図４は、回転体に対する磁界センサの位置関係を説明するための説明図である。 図５は、永久磁石に対する磁界センサの位置関係を示す図である。 図６は、磁界センサから出力される信号を説明するための説明図である。 図７は、回転数検出部を説明するための説明図である。 図８は、モータ本体からの漏れ磁束を説明するための説明図である。 図９は、磁界センサの他の配置例を示す図である。 図１０は、第２の実施形態に係るモータシステムを説明するための説明図である。 図１１は、第２の実施形態に係るモータを説明するための説明図である。 図１２は、磁石ユニットを説明するための説明図である。 図１３は、磁気検出ユニットを説明するための説明図である。 図１４は、永久磁石に対する磁界センサの位置関係を示す図である。 図１５は、光検出ユニットおよび回転数検出部を説明するための説明図である。 図１６は、回転体に配置される反射ディスクを説明するための説明図である。 図１７は、第２の実施形態に係る磁気検出ユニットを説明するための説明図である。 図１８は、第３の実施形態に係る磁石ユニットを説明するための説明図である。 図１９は、第４の実施形態に係る永久磁石の形状を説明するための説明図である。
以下、添付図面を参照して、本願の開示するモータ、モータシステムおよびモータ用エンコーダの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す各実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係るモータについて図面を参照して具体的に説明する。図１は、第１の実施形態に係るモータを説明するための説明図である。なお、以下においては、モータ用エンコーダを単にエンコーダと記載する。また、モータの回転によって駆動される負荷装置の方向（Ｘ軸の負方向）を負荷側とし、その反対方向（Ｘ軸の正方向）を反負荷側と記載する場合がある。
図１に示すように、第１の実施形態に係るモータ１は、モータ本体２と、エンコーダ３とを備える。モータ本体２は、シャフト４を有し、このシャフト４をその軸線である回転軸Ａｘ周りに回転させることにより、回転力を出力する。なお、モータ本体２は、動力源として電気を使用する電動式モータである場合に限定されるものではなく、例えば、油圧式モータ、エア式モータ、蒸気式モータ等の他の動力源を使用したモータであってもよい。
エンコーダ３は、モータ本体２の回転力を出力する負荷装置側とは反対側のシャフト４に連結され、シャフト４の回転数を検出する。
図２は、第１の実施形態に係るエンコーダ３を説明するための説明図である。図２に示すように、エンコーダ３は、回転体６と、磁界センサ７と、回転数検出部８とを備える。かかるエンコーダ３は、モータ本体２の回転に応じて磁界センサ７から出力される信号を回転数検出部８によって処理することでモータ本体２の回転数を検出する。
回転体６は、シャフト４に連結され、シャフト４の回転に伴って回転する。かかる回転体６は、基体６ａと、永久磁石６ｂ，６ｃとを備える。基体６ａは円盤状の部材であり、永久磁石６ｂ，６ｃの一部のそれぞれを収容する２つの凹部が反負荷側の主面に形成される。かかる凹部に永久磁石６ｂ，６ｃを収容され、例えば、接着剤などによって、永久磁石６ｂ，６ｃが基体６ａ凹部に固着される。
基体６ａの中心部はシャフト４に連結され、回転軸Ａｘを回転中心として回転する。なお、基体６ａは、永久磁石６ｂ，６ｃを回転軸Ａｘ周りに回転させることができればよく、円盤状の部材に限定されるものではない。例えば、基体６ａは、多角形状の板部材であってもよく、また、永久磁石６ｂ，６ｃのそれぞれを保持するアームを備える部材であってもよい。
永久磁石６ｂ，６ｃは、長手方向を磁化方向とする円筒状の永久磁石であり、長手方向の両端に異なる磁極が形成される。かかる永久磁石６ｂ，６ｃの長手方向は、回転軸Ａｘに対して直交する方向に対して平行であり、基体６ａの主面に配置される。
図３は、回転体６における永久磁石６ｂ，６ｃの配置を説明するための説明図である。図３に示すように、永久磁石６ｂ，６ｃは、基体６ａの回転中心Ｏｘからずらした位置に、回転軸Ａｘと直交交差する線に対して２つの磁極（Ｎ極とＳ極）が互いに線対称になるように配置され、両端のＮ極とＳ極とが回転中心Ｏｘから同程度の距離となる。
永久磁石６ｂ，６ｃは、回転中心Ｏｘを中心とした１８０度回転対称の位置にある。したがって、永久磁石６ｂは、１８０度回転した場合に、回転前の永久磁石６ｃの位置になり、永久磁石６ｃは、１８０度回転した場合に、回転前の永久磁石６ｂの位置になる。
また、永久磁石６ｂ，６ｃは、互いに磁極の方向が異なる。例えば、回転方向を図３に示す方向とすると、永久磁石６ｂは、回転方向側がＳ極であり、永久磁石６ｃは、回転方向側がＮ極である。したがって、任意の位置において１８０度回転ごとにＳ極とＮ極とが反対となる永久磁石が現れることになる。
なお、永久磁石６ｂ，６ｃは、長手方向を軸線方向とする円柱状（図２等参照）であるが、かかる形状に限定されるものではない。例えば、長手方向を軸線方向とする四角柱状であってもよく、また、四角柱状以外の角柱状であってもよい。
図２に戻ってエンコーダ３の説明を続ける。図２に示すように、エンコーダ３は、磁界センサ７と、回転数検出部８とを備える。かかる磁界センサ７は、永久磁石６ｂが通過するごとに第１方向（例えば、Ｚ軸の正方向）に磁化されて正極性のパルス（以下、正パルスと記載する）を出力する。また、磁界センサ７は、永久磁石６ｃが通過するごとに第１方向とは反対の第２方向（例えば、Ｚ軸の負方向）に磁化されて負極性のパルス（以下、負パルスと記載する）を出力する。
回転数検出部８は、磁界センサ７から出力される正パルスをカウントし、カウントした数をモータ１の回転数として出力する。なお、以下において、磁界センサ７を第１方向に磁化して正パルスを出力させるための永久磁石をセット磁石と記載する場合があり、磁界センサ７を第２方向に磁化して負パルスを出力させるための永久磁石をリセット磁石と記載する場合がある。
磁界センサ７は、磁性ワイヤ７ａと、検出コイル７ｂとを備える。かかる磁界センサ７は、大バルクハウゼン効果を利用して正パルスや負パルスなどの検出パルスを含む信号Ｓｉｇ１を出力するものであり、外部からの電力供給を行うことなく動作する。
磁性ワイヤ７ａは、外周部と中心部で磁気特性が異なる強磁性体のワイヤであり、大バルクハウゼン効果を有する。大バルクハウゼン効果とは、磁性体が磁化される場合に、磁性体内部の磁壁が一度に移動する性質である。かかる磁性ワイヤ７ａは、例えば、基本組成がＦｅ-Ｃｏ-ＳｉやＣｏ−ＦｅＮｉ系であるアモルファス磁性材料を線引きした後ひねり応力を加えることによって形成される。また、磁性ワイヤ７ａの磁化容易方向は、磁性ワイヤ７ａの延伸方向である。
磁性ワイヤ７ａは、非磁性体である樹脂部材７ｃによってモールドされ、モールドされた磁性ワイヤ７ａの周りに検出コイル７ｂが巻装される。磁性ワイヤ７ａにおいて磁性体内部の磁壁が一度に移動すると、検出コイル７ｂに誘導起電力が発生し、検出コイル７ｂからパルス信号が出力される。なお、樹脂部材７ｃを用いずに磁界センサ７を構成するようにしてもよい。
図２に示すように、磁界センサ７は、回転軸Ａｘに対して直交する回転体６の回転中心線に直交する面に沿って配置される。具体的には、磁界センサ７は、長手方向が回転軸Ａｘに対して直交する方向に対して平行であり、磁性ワイヤ７ａの延伸方向が基体６ａの主面に沿うように基体６ａの主面に対向して配置される。また、図２に示すように、磁界センサ７の長手方向と磁性ワイヤ７ａの長手方向とは同様の長さであるが、磁界センサ７はかかる構成に限定されるものではない。例えば、磁界センサ７の長手方向が磁性ワイヤ７ａの長手方向よりも長い構成であってもよい。また、図２では、磁性ワイヤ７ａが検出コイル７ｂ内の中心に配置される例を示したが、磁性ワイヤ７ａの位置は図２に示す例に限定されるものではなく、検出コイル７ｂ内の中心からずれた位置に磁性ワイヤ７ａを配置してもよい。
図４は、回転体６に対する磁界センサ７の位置関係を説明するための説明図である。図４に示すように、磁界センサ７は、回転軸Ａｘ方向から見て回転体６の回転中心Ｏｘからずれた位置にある。また、磁界センサ７は、回転軸Ａｘと直交交差する線に対して線対称となるように磁性ワイヤ７ａが配置され、磁性ワイヤ７ａの長手方向の中央が回転軸Ａｘに最も近く、長手方向の両端が回転軸Ａｘから同程度の距離となる。
また、磁界センサ７と永久磁石６ｂ，６ｃとは、互いに長手方向の中央が回転軸Ａｘから同程度の距離となる位置に配置される。そのため、磁界センサ７は、回転体６が回転軸Ａｘ周りに回転した場合に、永久磁石６ｂ，６ｃと対向する位置に繰り返し位置する。
図５は、永久磁石６ｂ，６ｃに対する磁界センサ７の位置関係を示す図であり、回転体６を所定の回転位置（０度）から、７５度、１８０度、２２５度回転させた場合の様子を示す。なお、ここでは、一例として、磁界センサ７の磁化容易方向が永久磁石６ｂ，６ｃの磁化方向に対して回転軸Ａｘ方向から見て１５度の角度になった場合に磁界センサ７の磁壁が一度に移動する磁化反転が発生するものとする。
図５に示すように、回転体６が所定の回転位置（０度）にある状態から回転軸Ａｘ周りに７５度回転した場合、回転軸Ａｘ方向から見てセット磁石である永久磁石６ｂの長手方向と磁界センサ７の長手方向との角度が１５度になる。永久磁石６ｂの長手方向は永久磁石６ｂの磁化方向であり、磁界センサ７の長手方向は磁界センサ７の磁化容易方向である。したがって、永久磁石６ｂによって磁界センサ７はＳ極からＮ極への磁化方向がＺ軸の正方向に磁化されてセット状態となる。
その後、回転体６が２５５度の回転位置となった場合、回転軸Ａｘ方向から見てリセット磁石である永久磁石６ｃの長手方向と磁界センサ７の長手方向との角度が１５度になる。永久磁石６ｃの長手方向は永久磁石６ｃの磁化方向である。また、永久磁石６ｂと永久磁石６ｃとは、磁界センサ７と対向する位置においてＮ極とＳ極の位置が反対となる。したがって、永久磁石６ｃによって磁界センサ７はＳ極からＮ極への磁化方向がＺ軸の負方向に磁化されてリセット状態となる。
このように、永久磁石６ｂによる磁界センサ７の磁化方向と永久磁石６ｃによる磁界センサ７の磁化方向とが異なるため、検出コイル７ｂに流れる電流の方向が逆極性になる。検出コイル７ｂは、永久磁石６ｂによって磁性ワイヤ７ａが磁化された場合に正パルスを出力し、永久磁石６ｃによって磁性ワイヤ７ａが磁化された場合に負パルスを出力するように巻線方向が設定される。
したがって、回転体６が一定方向に連続して回転した場合、図６に示すように、検出コイル７ｂから正パルスと負パルスが繰り返し交互に出力される。図６は、磁界センサ７から出力される信号を説明するための説明図である。なお、磁界センサ７が一旦セット状態になった場合には、磁界センサ７がリセット状態になるまで、磁化方向が変わらず、急激な磁化反転は発生しない。そのため、磁界センサ７がセット状態である場合、セット磁石である永久磁石６ｂに磁界センサ７が再度１５度の範囲になっても、正パルスは出力されない。
図２に戻ってエンコーダ３の説明を続ける。回転数検出部８は、磁界センサ７から出力される信号Ｓｉｇ１に基づいて回転体６の回転数、すなわち、シャフト４の回転数を検出する。かかる回転数検出部８は、外部から電源電圧Ｖｃｃが供給されない場合であっても回転体６の回転数を保持することができる。また、回転数検出部８を磁界センサ７に隣接して配置することで、回転体６の回転数をカウントし保持するための電力が低減される。
図７は、回転数検出部８を説明するための説明図である。図７に示すように、回転数検出部８は、電源切替部８ａと、波形整形部８ｂと、回転数カウント部８ｃとを備え、外部から電力供給がない場合であっても、回転体６の回転数を検出することができる。かかる回転数検出部８は、磁界センサ７から出力される信号Ｓｉｇ１のうち正パルスの数をカウントし、回転体６の回転数として出力する。
電源切替部８ａは、外部から電源電圧Ｖｃｃが供給される場合、波形整形部８ｂおよび回転数カウント部８ｃへ電源電圧Ｖｃｃを供給する。一方、外部から電源電圧Ｖｃｃが供給されない場合、電源切替部８ａは、磁界センサ７から出力される正パルスから生成した電圧を波形整形部８ｂおよび回転数カウント部８ｃへ供給する。磁界センサ７から出力される負パルスは極性が負であり、電圧生成には用いられないが、全波整流器などによって負パルスを電圧生成に用いることもできる。
波形整形部８ｂは、磁界センサ７から出力される正パルスを矩形波のパルスへ変換して、回転数カウント部８ｃへ出力する。回転数カウント部８ｃは、波形整形部８ｂから出力されるパルスの数をカウントして外部へ出力する。回転数カウント部８ｃには、カウントしたパルスの数を記憶する記憶部が設けられ、外部から電源電圧Ｖｃｃが回転数検出部８へ供給されない場合であっても、カウントしたパルスの数を記憶部に記憶できるように構成される。
このように、第１の実施形態に係るモータ１では、大バルクハウゼン効果をもつ磁性体を備える磁界センサ７がエンコーダ３に配置される。そのため、例えば、電源電圧Ｖｃｃが供給されない場合にモータ１のシャフト４が回転した場合であっても、エンコーダ３によってシャフト４の回転数を検出することができる。しかも、磁性体による位置検出であるため、光検出による位置検出に比べ、消費電力を低減することができる。
また、エンコーダ３において、磁界センサ７と永久磁石６ｂ，６ｃとはそれぞれ回転中心線である回転軸Ａｘに対して間隔を空けて配置される。そして、回転体６の回転位置が所定の回転位置である場合に、磁界センサ７が永久磁石６ｂ，６ｃと対向する位置になる。また、永久磁石６ｂ，６ｃの磁化方向と磁界センサ７の磁化容易方向とがそれぞれ回転軸Ａｘに対して直交する面に沿った方向である。したがって、例えば、モータ本体２等からの漏れ磁束がある場合に、かかる漏れ磁束に対する誤動作を抑制することができる。
ここで、電動式モータであるモータ本体２からの漏れ磁束の一例について説明する。なお、モータ本体２が電動式モータでない場合であっても、例えば、ブレーキや動力源の制御に使用される電磁気による漏れ磁束があり、かかる漏れ磁束に対してもエンコーダ３の誤動作を抑制することができる。
図８は、モータ本体２からの漏れ磁束の一例を説明するための説明図である。なお、図８においては、説明を分かり易くするために、一部の構成のみを記載し、他の構成は省略している。また、エンコーダ３には、耐磁気ノイズ性の向上等を目的として、例えば金属製のバックヨーク５が配置される。かかるバックヨーク５によって不要な磁束の逃げ道を形成することができる。ここでは、回転体６および磁界センサ７の周囲を囲むように円筒状のバックヨーク５が配置される例を説明するが、バックヨーク５の形状や配置はこれに限定されるものではない。
図８に示すように、エンコーダ３に円筒状のバックヨーク５が配置される場合、モータ本体２からの漏れ磁束は、シャフト４の先端からバックヨーク５へ放射状に伝わるため、モータ本体２からの漏れ磁束は磁界センサ７を通過する。しかし、シャフト４からの漏れ磁束の方向は、磁界センサ７の磁化容易方向とねじれの位置にあるため、磁界センサ７は、シャフト４からの漏れ磁束に対する影響を受け難い。そのため、例えば、磁界センサ７とモータ本体２との距離を近づけることができ、これにより、エンコーダ３およびモータ１の小型化を図ることができる。なお、ここでは、バックヨーク５を配置した場合の例を示したが、バックヨーク５が配置されない場合や樹脂部材で形成されるバックヨークが配置される場合であっても、モータ本体２からの漏れ磁束は、例えばシャフト４の先端から放射状に広がり、磁界センサ７を通過する場合がある。したがって、金属製のバックヨーク５が配置されない場合等であっても、モータ本体２からの漏れ磁束に対するエンコーダ３の誤動作を抑制することができる。
さらに、磁界センサ７は、回転軸Ａｘと直交交差する線に対して線対称となるように磁性ワイヤ７ａが配置され、磁性ワイヤ７ａの長手方向の両端が回転軸Ａｘから同程度の距離となるように配置される。そのため、シャフト４からの漏れ磁束の方向は、磁界センサ７の長手方向中央部を中心として長手方向の両側で対称となり、これにより、磁界センサ７は、モータ本体２からの漏れ磁束に対する影響をさらに受け難くなるため、エンコーダ３およびモータ１の小型化をさらに図ることができる。
また、エンコーダ３は、永久磁石６ｂ，６ｃの長手方向を磁化方向とし、磁界センサ７の長手方向を磁化容易方向とする。そのため、永久磁石６ｂ，６ｃの長手方向と磁界センサ７の長手方向とがそれぞれ回転軸Ａｘに対して直交する面に沿って配置される。したがって、永久磁石６ｂ，６ｃの短手方向と磁界センサ７の短手方向が回転軸Ａｘ方向となり、回転軸Ａｘ方向におけるエンコーダ３の長さを抑えることができ、これによっても、エンコーダ３およびモータ１の小型化を図ることができる。
また、磁界センサ７を設けることによって、回路基板上に実装される多回転検出用のＭＲ素子やホール素子が不要になる。そのため、それらの実装スペースを基板上に確保する必要がなくなり、回路基板の省スペース化および設計の自由度を高めることができる。
なお、上述した実施形態では、永久磁石６ｂ，６ｃと磁界センサ７とを回転軸Ａｘの方向で対向させることとしたが、かかる位置関係に限定されるものではない。例えば、図９に示すように、磁界センサ７を永久磁石６ｂ，６ｃに対して回転軸Ａｘに直交する方向に配置するようにすることもできる。図９は、磁界センサ７の他の配置例を示す図である。なお、磁界センサ７を永久磁石６ｂ，６ｃに対して回転軸Ａｘに直交する方向に配置する場合に比べ、磁界センサ７を永久磁石６ｂ，６ｃに対して回転軸Ａｘの方向で対向させた場合には、永久磁石６ｂ，６ｃと磁界センサ７とをより近接させることができる。
ところで、上述した第１の実施形態では、エンコーダの構成についての一例を例示した。しかしながら、エンコーダの構成には種々のバリエーションが存在する。そこで、以下に示す各実施形態では、その他の例について示すこととする。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係るモータを説明する。なお、以下においては、制御装置を含むモータシステムについて説明するものとする。
まず、図１０を参照しつつ、第２の実施形態に係るモータシステムの構成について説明する。図１０は、第２の実施形態に係るモータシステムを説明するための説明図である。
図１０に示すように、本実施形態に係るモータシステムＳは、モータ１０と、制御装置２０とを有する。さらに、モータ１０は、モータ本体１１と、エンコーダ１２とを有する。
モータ本体１１は、エンコーダ１２を含まない動力発生源の一例である。かかるモータ本体１１は、シャフト１３を有し、このシャフト１３をその軸線である回転軸Ａｘ周りに回転させることにより、回転力を出力する。なお、モータ本体１１は、第１の実施形態に係るモータ本体２と同様に、動力源として電気を使用する電動式モータである場合に限定されるものではなく、例えば、油圧式モータ、エア式モータ、蒸気式モータ等の他の動力源を使用したモータであってもよい。
エンコーダ１２は、モータ本体１１の回転力を出力する負荷装置側とは反対側のシャフト１３に連結される。そして、エンコーダ１２は、シャフト１３の回転角度および回転数を検出することにより、モータ本体１１の回転量ｘを検出し、その回転量ｘを表す位置データを出力する。なお、エンコーダ１２は、モータ本体１１の回転量ｘに加え、モータ本体１１の回転速度ｖおよびモータ本体１１の回転加速度ａの少なくとも一方を検出することもできるが、説明の便宜上、以下ではエンコーダ１２が検出する物理量は回転量ｘであるとして説明する。
制御装置２０は、不図示の上位制御装置から上位制御指令を取得し、かかる上位制御指令に応じてモータ本体１１を制御する。制御装置２０は、モータ本体１１の回転が上位制御指令に応じた回転となるように、エンコーダ１２から出力される位置データを取得し、かかる位置データに基づいて、モータ本体１１の回転を制御する。モータ本体１１として電動式モータが使用される本実施形態では、制御装置２０は、位置データに基づいて、モータ本体１１に印加する電流又は電圧等を制御することにより、モータ本体１１の回転を制御する。なお、モータ本体１１が、油圧式、エア式、蒸気式などの他の動力源を使用する場合には、制御装置２０は、それらの動力源の供給を制御することにより、モータ本体１１の回転を制御することが可能である。
次に、図１１を参照しつつ、第２の実施形態に係るモータ１０の構成について説明する。図１１は、第２の実施形態に係るモータ１０を説明するための説明図である。
図１１に示すように、第２の実施形態に係るモータ１０は、モータ本体１１とエンコーダ１２を備え、モータ本体１１の反負荷側にエンコーダ１２が取り付けられる。モータ本体１１は、シャフト１３と、フレーム１５と、ブラケット１６と、軸受１７Ａ，１７Ｂと、固定子１８と、回転子１９とを備える。
フレーム１５は、筒状に形成されており、内周面に固定子１８の外周が固着され、一端側で軸受１７Ａを保持する。ブラケット１６は、略円盤状に形成され、外周部がフレーム１５の他方端に取り付けられ、内周部で軸受１７Ｂを保持する。これら軸受１７Ａ，１７Ｂによって、シャフト１３の軸線が回転軸Ａｘ上に位置するようにシャフト１３が回転可能に保持される。
固定子１８は、固定子コアと固定子巻線とを備えており、フレーム１５に固定される。かかる固定子１８の内周側には空隙を介して回転子１９が対向配置され、固定子１８の固定子巻線に電流を流すことにより固定子１８の内側に回転磁界が発生する。回転子１９は、回転子コアおよび複数の永久磁石を備え、固定子１８の内側に生じた回転磁界と回転子１９の永久磁石が発生する磁界との相互作用により回転子１９が回転し、この回転子１９の回転に伴ってシャフト１３が回転軸Ａｘ周りに回転する。
エンコーダ１２は、回転体３０と、磁気検出ユニット３１と、光検出ユニット３２とを備え、シャフト１３の回転数および回転位置を検出し、かかる検出結果に基づいて位置データを生成して出力する。
さらに、エンコーダ１２は、ベース部３３と、バックヨーク３４と、蓋部材３５とを備える。ベース部３３は中央部にシャフト１３を挿通する開孔を有し、負荷側がブラケット１６に取り付けられる。また、ベース部３３の反負荷側には光検出ユニット３２が取り付けられる。バックヨーク３４は、金属などの磁性部材からなる円筒状の部材であり、回転体３０、磁気検出ユニット３１および光検出ユニット３２の周囲を囲むように設けられ、ベース部３３の反負荷側の外周部に一端が取り付けられる。かかるバックヨーク３４によって、エンコーダ１２における耐磁気ノイズ性の向上が図られる。なお、ここでは、金属製のバックヨーク３４を配置した場合の例を示すが、第１の実施形態に係るモータ１と同様に、バックヨーク３４が配置されない場合であっても、シャフト１３の先端からの漏れ磁束は、シャフト１３の先端から放射状に広がり、モータ本体１１からの漏れ磁束は、例えば磁界センサ５４ａ〜５４ｃを通過する。したがって、金属製のバックヨーク３４が配置されない場合等であっても、モータ本体１１からの漏れ磁束に対するエンコーダ１２の誤動作を抑制することができる。
バックヨーク３４の他端には、蓋部材３５が取り付けられ、ベース部３３、バックヨーク３４および蓋部材３５によって形成される空間に、回転体３０、磁気検出ユニット３１および光検出ユニット３２が配置される。
回転体３０は、基体４０と、磁石ユニット４１と、反射ディスク４２とを備え、中央部に開孔を有する円盤状の部材である。基体４０の中央部は、ボルト３６によってシャフト１３の先端に固定され、シャフト１３の回転に伴って回転する。
基体４０の反負荷側には磁石ユニット４１が固定され、蓋部材３５の負荷側には磁気検出ユニット３１が固定される。そして、磁石ユニット４１と磁気検出ユニット３１とが互いに接触しないように間隔を空けて対向するように配置される。これら磁石ユニット４１と磁気検出ユニット３１とにより多回転検出部３７が形成される。また、基体４０の負荷側には、反射ディスク４２が固定されて反射ディスク４２と光検出ユニット３２とが対向配置され、反射ディスク４２と光検出ユニット３２とにより回転位置検出部３８（光学式の回転位置検出センサの一例）が形成される。
多回転検出部３７は、回転位置検出部３８に対して、モータ本体１１よりも遠い位置に配置されることになるため、多回転検出部３７をモータ本体１１側に配置する場合に比べ、モータ本体１１から多回転検出部３７へ達する漏れ磁束が弱い。これにより、モータ本体１１からの漏れ磁束に対する耐性を向上させることができる。
次に、図１２〜図１５を参照しつつ、多回転検出部３７の構成について説明する。まず、図１２を参照して、磁石ユニット４１の構成を説明する。図１２は、磁石ユニット４１を説明するための説明図である。
図１２に示すように、磁石ユニット４１は、永久磁石５１ａ〜５１ｃと、バランスウェイト５２と、保持部材５３とを備える。保持部材５３は円盤状の部材であり、保持部材５３には、永久磁石５１ａ〜５１ｃおよびバランスウェイト５２の一部のそれぞれを収容する４つの凹部が反負荷側である主面側に形成される。これら４つの凹部は、回転軸Ａｘからずれた位置、かつ回転軸Ａｘに対して回転対称となる位置に配置される。かかる凹部に永久磁石５１ａ〜５１ｃおよびバランスウェイト５２が収容され、例えば、接着剤などによって、永久磁石５１ａ〜５１ｃおよびバランスウェイト５２が保持部材５３の凹部に固着される。
永久磁石５１ａ〜５１ｃは、回転軸Ａｘからずれた位置に、回転軸Ａｘと直交交差する線に対して２つの磁極（Ｎ極とＳ極）が互いに線対称になるように配置され、長手方向の両端部とが互いに回転軸Ａｘから同程度の距離となる。また、永久磁石５１ａ〜５１ｃは、回転軸Ａｘからずれた位置で、かつ回転軸Ａｘに対して回転対称となる位置に形成される。具体的には、永久磁石５１ｂに対し永久磁石５１ａ，５１ｃが、回転軸Ａｘを中心とした９０度回転対称の位置にある。永久磁石５１ｂは、永久磁石５１ａ，５１ｃとＮ極とＳ極の位置が異なり、セット磁石としての役割を果たし、永久磁石５１ａ，５１ｃはリセット磁石としての役割を果たす。
永久磁石５１ｂに対し回転軸Ａｘを中心とした１８０度回転対称の位置には、バランスウェイト５２が配置される。かかるバランスウェイト５２は、永久磁石５１ａ〜５１ｃと同程度の重量および形状を有しており、これにより、磁石ユニット４１の重心位置を回転軸Ａｘ近傍に位置させることができる。そのため、回転軸Ａｘに対して磁石ユニット４１をバランスよく回転させることができる。
永久磁石５１ａ〜５１ｃは、長手方向を軸線方向とする円柱状であるが、かかる形状に限定されるものではない。例えば、長手方向を延伸方向とする四角柱状であってもよく、また、四角柱状以外の角柱状であってもよい。
次に、図１３を参照して、磁気検出ユニット３１の構成を説明する。図１３は、磁気検出ユニット３１を説明するための説明図である。
図１３に示すように、磁気検出ユニット３１は、磁界センサ５４ａ〜５４ｃと、回転数検出部５５と、保持部材５６とを備える。保持部材５６は円盤状の部材であり、保持部材５６には、磁界センサ５４ａ〜５４ｃの一部のそれぞれを収容する３つの凹部が負荷側に形成される。これら３つの凹部は、回転軸Ａｘからずれた位置、かつ回転軸Ａｘに対して回転対称となる位置に形成される。また、保持部材５６には、回転数検出部５５を収納する凹部も形成される。
磁界センサ５４ａ〜５４ｃは、回転軸Ａｘに対して直交する面に沿って配置される。具体的には、磁界センサ５４ａ〜５４ｃは、長手方向が回転軸Ａｘに対して直交する方向に対して平行であり、長手方向が保持部材５６の主面に沿うように配置される。また、磁界センサ５４ａ〜５４ｃは、回転軸Ａｘからずれた位置で、かつ回転軸Ａｘに対して回転対称となる位置に形成される。具体的には、磁界センサ５４ｂに対して磁界センサ５４ａ，５４ｃは、回転軸Ａｘを中心とした１２０度回転対称の位置にある。また、磁界センサ５４ａ〜５４ｃは、磁性ワイヤが回転軸Ａｘと直交交差する線に対して両端が互いに対称になるように配置され、磁性ワイヤの長手方向の中央が回転軸Ａｘに最も近く、長手方向の両端が回転軸Ａｘから同程度の距離となる。
磁界センサ５４ａ〜５４ｃは、磁界センサ７と同様に、磁性ワイヤと検出コイルとを備え、磁性ワイヤにおいて磁性体内部の磁壁が一度に移動する磁化反転が発生すると、検出コイルに誘導起電力が発生し、検出コイルからパルス信号を出力する。磁界センサ５４ａ〜５４ｃの構成については、磁界センサ７と同様であるため、ここでは説明を省略する。
磁界センサ５４ａ〜５４ｃと永久磁石５１ａ〜５１ｃとは、互いに長手方向の中央が回転軸Ａｘから同程度の距離となる位置に配置される。そのため、磁界センサ５４ａ〜５４ｃは、回転体３０が回転軸Ａｘ周りに回転した場合に、永久磁石５１ａ〜５１ｃと対向する位置に繰り返し位置する。
図１４は、永久磁石５１ａ〜５１ｃに対する磁界センサ５４ａ〜５４ｃの位置関係を示す図であり、回転体３０を回転位置（０度）から、７５度、１０５度、１９５度、２２５度、３１５度、３４５度回転させた場合の様子を示す。なお、ここでは、一例として、磁界センサ５４ａ〜５４ｃの磁化容易方向が永久磁石５１ａ〜５１ｃの磁化方向に対して回転軸Ａｘ方向から見て１５度の角度になった場合に、磁界センサ５４ａ〜５４ｃの磁壁が一度に移動する磁化反転を発生させるものとする。
図１４に示すように、回転体３０の回転位置が０度である状態では、磁界センサ５４ｂがセット状態であり、磁界センサ５４ａ，５４ｃがリセット状態である。かかる位置から回転体３０が回転軸Ａｘ周りに７５度回転した場合、回転軸Ａｘ方向から見てリセット磁石である永久磁石５１ａの長手方向と磁界センサ５４ｂの長手方向との角度が１５度になる。永久磁石５１ａの長手方向は永久磁石５１ａの磁化方向であり、磁界センサ５４ｂの長手方向は磁界センサ５４ｂの磁化容易方向である。したがって、磁界センサ５４ｂは磁化反転しリセット状態になり、磁界センサ５４ｂから負パルスが出力される。
回転体３０が１０５度の回転位置となると、セット磁石である永久磁石５１ｂの磁化方向と磁界センサ５４ｃの磁化容易方向との角度が１５度となる。そのため、磁界センサ５４ｃは磁化反転によりリセット状態になり、磁界センサ５４ｃから正パルスが出力される。さらに、回転体３０が１９５度の回転位置となると、永久磁石５１ａの磁化方向と磁界センサ５４ｃの磁化容易方向との角度が１５度となり、磁界センサ５４ｃは磁化反転によりリセット状態になり、磁界センサ５４ｃから負パルスが出力される。
回転体３０が２２５度の回転位置となると、永久磁石５１ｂの磁化方向と磁界センサ５４ａの磁化容易方向との角度が１５度となり、磁界センサ５４ａは磁化反転によりセット状態になり、磁界センサ５４ａから正パルスが出力される。さらに、回転体３０が３１５度の回転位置となると、永久磁石５１ｃの磁化方向が磁界センサ５４ａの磁化容易方向と１５度の関係となり、磁界センサ５４ａは磁化反転によりリセット状態になり、磁界センサ５４ａから負パルスが出力される。さらに、回転体３０が３４５度の回転位置となると、永久磁石５１ｂの磁化方向が磁界センサ５４ｂの磁化容易方向と１５度の関係となり、磁界センサ５４ｂは磁化反転によりセット状態になり、磁界センサ５４ｂから正パルスが出力される。
このように、図１４で説明した方向を回転方向として回転した場合、磁界センサ５４ａ，５４ｂ，５４ｃから順に正パルスが繰り返し出力される。一方、図１４で説明した方向とは逆方向を回転方向として回転した場合、磁界センサ５４ｃ，５４ｂ，５４ａから順に正パルスが繰り返し出力される。したがって、３つの磁界センサ５４ａ〜５４ｃのうちどの磁界センサから正パルスが出力されたかの履歴を記憶しておくことで、回転体３０がどの方向に回転した場合であっても、回転体３０がどのように回転したかを判断することができる。
なお、３つの磁界センサ５４ａ〜５４ｃのうち２つの磁界センサがセット状態となった場合、いずれの回転方向から残りの磁界センサまでの位置に到達したかがわからない。したがって、本実施形態のエンコーダ１２では、３つの磁界センサ５４ａ〜５４ｃのうち１つのみがセット状態になるように、上述のような磁界センサ５４ａ〜５４ｃおよび永久磁石５１ａ〜５１ｃの配置としている。また、３つの磁界センサ５４ａ〜５４ｃのうち１つのみがセット状態になるように、永久磁石５１ａ〜５１ｃによる磁界センサ５４ａ〜５４ｃの磁化特性を設定している。
ここで、図１５を参照して、光検出ユニット３２、および、磁石ユニット４１における回転数検出部５５について説明する。図１５は、光検出ユニット３２および回転数検出部５５を説明するための説明図であり、図１６は、回転体３０に配置される反射ディスク４２を説明するための説明図である。
図１５に示すように、光検出ユニット３２は、光センサ６０と、１回転絶対値検出部６１と、位置データ生成部６２とを備える。光センサ６０は、発光部と受光部とを備えており、回転体３０の反射ディスク４２に対して発光部から光を照射する。図１６に示すように、反射ディスク４２には、複数の反射スリットを有するスリットアレイ４３が反射パターンとして形成されており、光センサ６０は、スリットアレイ４３による反射光を受光部で受光し、受光状態に応じた信号を出力する。
スリットアレイ４３が有する複数の反射スリットは、反射ディスク４２の周方向でアブソリュートパターンを有するように、反射ディスク４２の全周に配置される。アブソリュートパターンとは、光検出ユニット３２の受光部が対向する角度内における反射スリットの位置や割合等が、反射ディスク４２の１回転内で一義に定まるようなパターンである。光センサ６０は、反射ディスク４２への光の照射に対して反射ディスク４２の複数の反射スリットから反射される光を受光して反射ディスク４２の周方向の位置に応じた信号を出力する。１回転絶対値検出部６１は、光センサ６０から出力される信号に基づいて、回転体３０の絶対位置（回転位置）を検出し、回転体３０の絶対位置の情報を位置データ生成部６２へ出力する。
位置データ生成部６２は、１回転絶対値検出部６１から出力される回転体３０の絶対位置の情報と、回転数検出部５５から出力される回転体３０の回転数の情報とを取得する。そして、位置データ生成部６２は、取得した信号に基づいて、これらの信号が表すモータ本体１１の回転量ｘを算出して、当該回転量ｘを表す位置データを制御装置２０に出力する。なお、ここでいう回転量ｘには、回転体３０の回転数と回転体３０の絶対位置情報とが含まれる。
なお、位置データ生成部６２は、外部から電源電圧Ｖｃｃが供給されている場合、１回転絶対値検出部６１から出力される回転体３０の絶対位置の情報のみに基づいてモータ本体１１の回転量ｘを算出することもできる。一方、外部からの電源電圧Ｖｃｃが停止した後、外部からの電源電圧Ｖｃｃの供給が開始された場合、１回転絶対値検出部６１から出力される回転体３０の絶対位置の情報と、回転数検出部５５から出力される回転体３０の回転数の情報とに基づいてモータ本体１１の回転量ｘを算出する。回転数検出部５５は、以下に説明するように、外部から電源電圧Ｖｃｃが供給されない場合でも、消費電力を自己発電できるため、バックアップ用電源（例えば、バッテリ）を省略することができる。
回転数検出部５５は、電源切替部７０と、波形整形部７１と、多回転検出部７２と、多回転記憶部７３とを備える。かかる回転数検出部５５は、後述するように、外部から電源電圧Ｖｃｃが供給されない場合であっても、磁界センサ５４ａ〜５４ｃから出力される正パルスからの電力に基づいて回転体３０の回転数を検出することができる。
電源切替部７０は、外部から電源電圧Ｖｃｃが供給される場合、波形整形部７１、多回転検出部７２および多回転記憶部７３へ電源電圧Ｖｃｃを供給する。一方、外部から電源電圧Ｖｃｃが供給されない場合、電源切替部７０は、磁界センサ５４ａ〜５４ｃから出力される正パルスから生成した電圧を、波形整形部７１、多回転検出部７２および多回転記憶部７３へ供給する。磁界センサ５４ａ〜５４ｃから出力される負パルスは極性が負であり、電圧生成には用いられないが、全波整流器などによって負パルスを電圧生成に用いることもできる。
波形整形部７１は、磁界センサ５４ａ〜５４ｃから出力される正パルスをそれぞれ矩形波のパルスへ変換して、多回転検出部７２へ出力する。多回転検出部７２は波形整形部７１から出力されるパルスに基づき、回転体３０の回転数を検出する。
具体的には、多回転検出部７２は、波形整形部７１から出力されるパルスが、磁界センサ５４ａ〜５４ｃのうちどの磁界センサから出力された正パルスによるものかを判定し、その結果を多回転記憶部７３へ記憶する。例えば、多回転検出部７２は、磁界センサ５４ａに対応するパルスの場合には「００」のデータを、磁界センサ５４ｂに対応するパルスの場合には「０１」のデータを、磁界センサ５４ｃに対応するパルスの場合には「１０」のデータを、多回転記憶部７３へ記憶する。そして、多回転検出部７２は、多回転記憶部７３に記憶されたデータに基づき、回転体３０の回転数を検出する。
多回転検出部７２は、回転体３０の回転位置だけでは、正確な回転数を検出することができない。そのため、多回転検出部７２は、検出した回転体３０の回転数と多回転記憶部７３に記憶されたデータとを位置データ生成部６２へ出力する。位置データ生成部６２は、回転体３０の絶対位置と多回転記憶部７３に記憶されたデータとに基づいて、回転体３０の回転数を補正してモータ本体１１の回転量ｘを算出する。なお、多回転検出部７２において、回転体３０の回転数を検出せずに、多回転記憶部７３に記憶されたデータを位置データ生成部６２へ送信するようにしてもよい。この場合、位置データ生成部６２は、多回転記憶部７３に記憶されたデータと回転体３０の絶対位置とに基づいて、回転体３０の回転数を演算する。
このように、第２の実施形態に係るモータ１０では、大バルクハウゼン効果をもつ磁性体を備える磁界センサ５４ａ〜５４ｃがエンコーダ１２に配置される。そのため、例えば、電源電圧Ｖｃｃが供給されない場合にモータ１０のシャフト１３が回転した場合であっても、エンコーダ１２によってシャフト１３の回転数を検出することができる。
また、エンコーダ１２は、磁界センサ５４ａ〜５４ｃと永久磁石５１ａ〜５１ｃとはそれぞれ回転中心線である回転軸Ａｘに対して間隔を空けて配置される。そして、永久磁石５１ａ〜５１ｃの磁化方向と磁界センサ５４ａ〜５４ｃの磁化容易方向とがそれぞれ回転軸Ａｘに対して直交する方向に対して平行である。したがって、モータ本体１１からの漏れ磁束の方向は、磁界センサ５４ａ〜５４ｃの磁化容易方向とねじれの位置にあるため、磁界センサ５４ａ〜５４ｃは、モータ本体１１からの漏れ磁束に対する影響を受け難い。そのため、例えば、磁界センサ５４ａ〜５４ｃとモータ本体１１との距離を近づけることができ、エンコーダ１２およびモータ１０の小型化を図ることができる。
さらに、磁界センサ５４ａ〜５４ｃは、回転軸Ａｘと直交交差する線に対して線対称となるように磁性ワイヤが配置され、磁性ワイヤの長手方向の両端が回転軸Ａｘから同程度の距離となるように配置される。そのため、モータ本体１１からの漏れ磁束の方向は、磁界センサ５４ａ〜５４ｃの長手方向中央部を中心として長手方向の両側で対称となり、これにより、磁界センサ５４ａ〜５４ｃは、モータ本体１１からの漏れ磁束に対する影響をさらに受け難くなるため、エンコーダ１２およびモータ１０の小型化をさらに図ることができる。
また、エンコーダ１２は、永久磁石５１ａ〜５１ｃの長手方向を磁化方向とし、磁界センサ５４ａ〜５４ｃの長手方向を磁化容易方向とする。そのため、永久磁石５１ａ〜５１ｃの長手方向と磁界センサ５４ａ〜５４ｃの長手方向とがそれぞれ回転軸Ａｘに対して直交する方向に対して平行であり、永久磁石５１ａ〜５１ｃの長手方向と磁界センサ５４ａ〜５４ｃの長手方向とが回転体３０の回転中心線に直交する面に沿って配置される。したがって、永久磁石５１ａ〜５１ｃの短手方向と磁界センサ５４ａ〜５４ｃの短手方向が回転軸Ａｘ方向となり、回転軸Ａｘ方向におけるエンコーダ１２の長さを抑えることができ、これによっても、エンコーダ１２およびモータ１０の小型化を図ることができる。
また、エンコーダ１２においては、１回転絶対値の検出を光学式によって行うことから、モータ本体１１からの漏れ磁束に対する影響を受けず、精度よく１回転絶対値の検出を行うことができる。
また、磁界センサ５４ａ〜５４ｃを設けることによって、回路基板上に実装される多回転検出用のＭＲ素子やホール素子が不要になる。そのため、それらの実装スペースを基板上に確保する必要がなくなり、回路基板の省スペース化および設計の自由度を高めることができる。
また、エンコーダ１２において、回転体３０の一方側に多回転検出部３７が形成され、その反対側に回転位置検出部３８が形成される。そのため、回転体３０を多回転検出と回転位置検出とに共用することができ、省スペース化および小型化を図ることができる。しかも、回転体３０の基体４０によって多回転検出部３７と回転位置検出部３８とを分離することができるため、光検出ユニット３２や他の回路に対する永久磁石５１ａ〜５１ｃの磁束による影響を抑制することができる。
また、磁界センサ５４ａ〜５４ｃの検出結果を記憶する多回転記憶部７３を磁界センサ５４ａ〜５４ｃに隣接させて配置しており、これにより、磁界センサ５４ａ〜５４ｃの検出結果を伝える際の電力が低減される。また、電源切替部７０も磁界センサ５４ａ〜５４ｃに隣接させているため、磁界センサ５４ａ〜５４ｃからの電力供給を効率的に行うことができる。
なお、上述した実施形態では、永久磁石５１ａ〜５１ｃと磁界センサ５４ａ〜５４ｃとを回転軸Ａｘの方向で対向させることとしたが、かかる位置関係に限定されるものではない。例えば、第１の実施形態の場合（図９参照）と同様に、磁界センサ５４ａ〜５４ｃを永久磁石５１ａ〜５１ｃに対して回転軸Ａｘに直交する方向に配置するようにすることもできる。
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係るモータを説明する。第３の実施形態に係るモータは、磁気検出ユニットにおける磁界センサの配置と磁石ユニットにおける永久磁石の配置とが第２の実施形態に係るモータ１０とは異なる。以下においては、磁気検出ユニットにおける磁界センサの配置と磁石ユニットにおける永久磁石の配置とについて具体的に説明する。また、上述した第２の実施形態の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付し、第２の実施形態と重複する説明については適宜、省略する。
まず、磁気検出ユニットにおける磁界センサの配置について図１７を参照して説明する。図１７は、第３の実施形態に係る磁気検出ユニットを説明するための説明図である。図１７に示すように、磁気検出ユニット３１Ａの保持部材５６Ａには、磁界センサ５４ａ〜５４ｃの一部のそれぞれを収容する３つの凹部が負荷側に形成される。これら３つの凹部は、回転軸Ａｘからずれた位置、かつ回転軸Ａｘに対して回転対称となる位置に形成される。
磁界センサ５４ａ〜５４ｃは、回転軸Ａｘに対して直交する回転体３０の回転中心線に直交する面に沿って配置される。具体的には、磁界センサ５４ａ〜５４ｃは、長手方向が回転軸Ａｘに対して直交する方向に対して平行であり、長手方向が保持部材５６Ａの主面に沿うように配置される。また、磁界センサ５４ａ〜５４ｃは、保持部材５６Ａに形成される凹部によって、回転軸Ａｘからずれた位置で、かつ回転軸Ａｘに対して回転対称となる位置に配置される。具体的には、磁界センサ５４ｂに対して磁界センサ５４ａ，５４ｃは、回転軸Ａｘを中心とした１２０度回転対称の位置にある。
また、磁界センサ５４ａ〜５４ｃは、回転軸Ａｘと直交交差する線に対して互いに非対称となるように磁性ワイヤが配置され、磁性ワイヤの長手方向の一端が他端よりも回転軸Ａｘに近い位置に配置される。このように、磁界センサ５４ａ〜５４ｃを配置することで、第２の実施形態に係る磁気検出ユニット３１に比べ、磁界センサ５４ａ〜５４ｃによって囲まれる面積を低減することができる。したがって、第３の実施形態に係る磁気検出ユニット３１Ａでは第２の実施形態に係る磁気検出ユニット３１に比べ、小型化を図ることができる。
次に、磁石ユニットにおける永久磁石の配置について図１８を参照して説明する。図１８は、第３の実施形態に係る磁石ユニットを説明するための説明図である。図１８に示すように、磁石ユニット４１Ａの保持部材５３Ａには、永久磁石５１ａ〜５１ｃおよびバランスウェイト５２の一部のそれぞれを収容する４つの凹部が反負荷側である主面側に形成される。これら４つの凹部は、回転軸Ａｘからずれた位置、かつ回転軸Ａｘに対して回転対称となる位置に配置される。
永久磁石５１ａ〜５１ｃは、保持部材５３Ａに形成される凹部によって、磁界センサ５４ａ〜５４ｃと同様に、回転軸Ａｘと直交交差する線に対して２つの磁極が互いに非対称となるように磁性ワイヤが配置され、磁性ワイヤの長手方向の一端が他端よりも回転軸Ａｘに近い位置に配置される。また、永久磁石５１ｂに対し永久磁石５１ａ，５１ｃが、回転軸Ａｘを中心とした９０度回転対称の位置にある。
磁界センサ５４ａ〜５４ｃと永久磁石５１ａ〜５１ｃとは、長手方向の中央が回転軸Ａｘから同程度の距離となる位置に配置される。そのため、磁界センサ５４ａ〜５４ｃは、回転体３０が回転軸Ａｘ周りに回転した場合に、永久磁石５１ａ〜５１ｃと対向する位置に繰り返し位置する。
また、永久磁石５１ｂに対し回転軸Ａｘを中心とした１８０度回転対称の位置には、バランスウェイト５２が配置される。かかるバランスウェイト５２は、永久磁石５１ａ〜５１ｃと同程度の重量および形状を有しており、これにより、磁石ユニット４１Ａの重心位置を回転軸Ａｘ近傍に位置させることができる。そのため、回転軸Ａｘに対して磁石ユニット４１Ａをバランスよく回転させることができる。
このように、第３の実施形態に係るモータのエンコーダでは、磁界センサ５４ａ〜５４ｃと永久磁石５１ａ〜５１ｃとが、回転軸Ａｘと直交交差する線に対して非対称となるように配置される。そのため、磁界センサ５４ａ〜５４ｃによって囲まれる領域の面積および永久磁石５１ａ〜５１ｃによって囲まれる領域の面積をそれぞれ低減することができ、その結果、エンコーダおよびモータの小型化を図ることができる。
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係るモータを説明する。第４の実施形態に係るモータは、磁石ユニットにおける永久磁石の形状が第２の実施形態に係るモータ１０とは異なる。以下においては、磁石ユニットにおける永久磁石の形状について具体的に説明する。また、上述した第２の実施形態の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付し、第２の実施形態と重複する説明については適宜、省略する。
第４の実施形態に係る永久磁石の形状について図１９を参照して説明する。図１９は、第４の実施形態に係る永久磁石の形状を説明するための説明図である。図１９に示すように、磁石ユニット４１Ｂの保持部材５３Ｂには、第２の実施形態に係る保持部材５３と同様に、永久磁石８１ａ〜８１ｃおよびバランスウェイト８２の一部のそれぞれを収容する４つの凹部が反負荷側の主面側に形成される。これら４つの凹部は、回転軸Ａｘからずれた位置、かつ回転軸Ａｘに対して回転対称となる位置に配置される。
永久磁石８１ａ〜８１ｃは、磁界センサ５４ａ〜５４ｃとの対向方向、すなわち、回転軸Ａｘの軸方向から見て長手方向が先細となる楕円状に形成される。永久磁石８１ａ〜８１ｃをこのような形状にすることにより、磁界センサ５４ａ〜５４ｃに発生する磁化変化を急峻にすることができる。したがって、磁界センサ５４ａ〜５４ｃによる位置検出精度を向上させることができる。
また、永久磁石８１ｂに対し回転軸Ａｘを中心とした１８０度回転対称の位置には、バランスウェイト８２が配置される。かかるバランスウェイト８２は、永久磁石８１ａ〜８１ｃと同程度の重量および形状を有しており、これにより、磁石ユニット４１Ｂの重心位置を回転軸Ａｘ近傍に位置させることができる。そのため、回転軸Ａｘに対して磁石ユニット４１Ｂをバランスよく回転させることができる。
このように、第４の実施形態に係るモータでは、磁界センサ５４ａ〜５４ｃによる位置検出精度を向上させることができる。なお、図１９に示す例では、第２の実施形態に係るモータ１０のうち、永久磁石の形状を変更した例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、第１の実施形態に係るモータ１のうち永久磁石の形状を図１９に示す楕円状にしてもよく、第３の実施形態に係るモータのうち永久磁石の形状を図１９に示す楕円状にしてもよい。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
例えば、上述した第１の実施形態では、エンコーダ３において、シャフト４の回転数に加え、シャフト４の回転位置（１回転内の回転角度）も検出するようにしてもよい。この場合、シャフト４の回転位置は、例えば、光式エンコーダによって検出される。
例えば、上述した実施形態では、２つの永久磁石と１つの磁界センサとによって構成されるエンコーダと、３つの永久磁石と３つの磁界センサとによって構成されるエンコーダとについて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、３つの永久磁石と４つ以上の磁界センサとによって構成されるエンコーダであってもよく、また、４つ以上の永久磁石と３つ以上の磁界センサとによって構成されるエンコーダであってもよい。
また、上述したモータでは、エンコーダが、回転子１９および固定子１８に対しブラケット１６を介して隣接するようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、回転子１９および固定子１８とブラケット１６との間に、電力供給停止時にシャフト１３を固定するブレーキを配置するようにしてもよい。かかるブレーキが電磁式ブレーキである場合、ブレーキからの磁界も発生するが、この場合でも、上述したモータでは、ブレーキからの磁界に対する影響を抑制することができる。
また、上述した磁界センサでは、１つの磁性ワイヤを配置することとしたが、磁性ワイヤは２つ以上であってもよい。このように、磁性ワイヤは２つ以上として磁界センサを構成することで、磁界センサの発生する電力を向上させることができる。
また、上述したエンコーダでは、磁界センサから出力される正パルスを回転数のカウントに用いることとしたが、これに限定されるものではない。例えば、磁界センサから出力される負パルスを回転数のカウントに用いてもよく、磁界センサから出力される正パルスおよび負パルスを回転数のカウントに用いてもよい。
また、上述したエンコーダでは、永久磁石や磁界センサが凹部に配置される例を説明したが、凹部への配置に限定されるものではなく、例えば、永久磁石や磁界センサを平坦面や凸部に配置するようにしてもよい。
１，１０ モータ
２，１１ モータ本体
３，１２ エンコーダ
４，１３ シャフト
６，３０ 回転体
６ｂ，６ｃ，５１ａ〜５１ｃ 永久磁石
７，５４ａ〜５４ｃ 磁界センサ
Ｓ モータシステム

Claims (12)

  1. シャフトを軸線周りに回転させるモータ本体と、
    永久磁石を有し、前記シャフトの回転に伴って回転する回転体と、
    磁化される場合に内部の磁壁が一度に移動する性質をもち且つ長手方向を磁化容易方向とする磁性体を有し、前記回転体の回転位置が所定の回転位置である場合に、前記永久磁石と対向する位置になる磁界センサと、
    前記回転体の回転位置を検出する光学式の回転位置検出センサと、
    を備え、
    前記磁性体の磁化容易方向が前記回転体の回転中心線に直交する面に沿った方向であり、
    前記回転位置検出センサは、
    前記回転体のうち前記永久磁石の配置とは逆側の面に形成される反射パターンと、
    前記反射パターンへ光を照射し、前記反射パターンによる反射光を受光する光センサと、
    を備える、モータ。
  2. 前記反射パターンは前記永久磁石よりもモータ側に配置される、請求項１に記載のモータ。
  3. シャフトを軸線周りに回転させるモータ本体と、
    永久磁石を有し、前記シャフトの回転に伴って回転する回転体と、
    磁化される場合に内部の磁壁が一度に移動する性質をもち且つ長手方向を磁化容易方向とする磁性体を有し、前記回転体の回転位置が所定の回転位置である場合に、前記永久磁石と対向する位置になる磁界センサと、
    前記磁界センサの検出結果を記憶する記憶部と、
    前記記憶部に記憶された情報に基づいて前記回転体の回転数を検出する検出部と、
    を備え、
    前記磁性体の磁化容易方向が前記回転体の回転中心線に直交する面に沿った方向であり、
    前記記憶部は前記磁界センサに隣接して配置される、モータ。
  4. 前記磁界センサは、
    前記回転体の回転位置が所定の回転位置である場合に、前記回転体の回転中心線の方向で前記永久磁石と対向する位置になる、請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ。
  5. 前記磁界センサは、前記磁性体の長手方向が前記回転中心線と直交交差する線に対して線対称となるように配置される、請求項４に記載のモータ。
  6. 前記磁界センサは、前記磁性体の長手方向の一端が他端よりも前記回転中心線に近い位置に配置される、請求項４に記載のモータ。
  7. 前記磁界センサを複数備える、請求項４に記載のモータ。
  8. 前記複数の磁界センサは、互いに前記回転中心線に対して回転対称に配置される、請求項７に記載のモータ。
  9. 前記回転体および前記磁界センサの周囲に配置されるバックヨークを備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載のモータ。
  10. シャフトを軸線周りに回転させるモータ本体と、
    前記シャフトの回転を検出するエンコーダと、
    前記エンコーダの検出結果に基づいて、前記モータ本体を制御する制御装置と、
    を備え、
    前記エンコーダは、
    永久磁石を有し、前記シャフトの回転に伴って回転する回転体と、
    磁化される場合に内部の磁壁が一度に移動する性質をもち且つ長手方向を磁化容易方向とする磁性体を有し、前記回転体の回転位置が所定の回転位置である場合に、前記永久磁石と対向する位置になる磁界センサと、
    前記回転体の回転位置を検出する光学式の回転位置検出センサと、
    を備え、
    前記磁性体の磁化容易方向が前記回転体の回転中心線に直交する面に沿った方向であり、
    前記回転位置検出センサは、
    前記回転体のうち前記永久磁石の配置とは逆側の面に形成される反射パターンと、
    前記反射パターンへ光を照射し、前記反射パターンによる反射光を受光する光センサと、
    を備える、モータシステム。
  11. 永久磁石を有する回転体と、
    磁化される場合に内部の磁壁が一度に移動する性質をもち且つ長手方向を磁化容易方向とする磁性体を有し、前記回転体の回転位置が所定の回転位置である場合に、前記永久磁石と対向する位置になる磁界センサと、
    前記回転体の回転位置を検出する光学式の回転位置検出センサと、
    を備え、
    前記磁性体の磁化容易方向が前記回転体の回転中心線に直交する面に沿った方向であり、
    前記回転位置検出センサは、
    前記回転体のうち前記永久磁石の配置とは逆側の面に形成される反射パターンと、
    前記反射パターンへ光を照射し、前記反射パターンによる反射光を受光する光センサと、
    を備える、モータ用エンコーダ。
  12. 永久磁石を有する回転体と、
    磁化される場合に内部の磁壁が一度に移動する性質をもち且つ長手方向を磁化容易方向とする磁性体を有し、前記回転体の回転位置が所定の回転位置である場合に、前記永久磁石と対向する位置になる磁界センサと、
    前記磁界センサの検出結果を記憶する記憶部と、
    前記記憶部に記憶された情報に基づいて前記回転体の回転数を検出する検出部と、
    を備え、
    前記磁性体の磁化容易方向が前記回転体の回転中心線に直交する面に沿った方向であり、
    前記記憶部は前記磁界センサに隣接して配置される、モータ用エンコーダ。
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