JPH0510628B2

JPH0510628B2 -

Info

Publication number: JPH0510628B2
Application number: JP58097104A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Nakase; Kunikazu Ozawa; Yasuhiro Goto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1983-05-31
Filing date: 1983-05-31
Publication date: 1993-02-10
Also published as: JPS59221620A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は電子整流子モータ、特に直流ブラシレ
スモータに用いられる小型で高精度な光学式の回
転検出装置に関する。

従来例の構成とその問題点近年、音響機器やビデオ機器に使用されるモー
タとして、高性能の信頼性の高い直流ブラシレス
モータが多く用いられるようになつた。これらの
直流ブラシレスモータでは、回転子として多極着
磁されたロータマグネツトを用い、固定子として
ステータコイルを用いている。

そして、これらの直流ブラシレスモータのうち
例えば回転ヘツドにより映像信号の記録・再生を
行う斜め走査型の磁気録画再生装置（以下、
Video Tape Recorderを略してVTRと称す）に
おける回転ヘツド駆動モータの回転検出装置とし
て、回転速度及び回転位相等の回転情報を検出す
るための周波数発電機（以下、Frequency
Generatorを略してFGと称す）及び回転子の絶
対位相検出用の１回転当り１周期の信号（以下、
PG信号と称す）を発生する検出素子、そしてモ
ータが有効にトルクを発生するようロータマグネ
ツトの回転位置に対応してステータコイルへの通
電を制御する電子的整流作用を成すためのロータ
位置検出素子が設けられ、従来これらの検出手段
として磁気式のものが用いられていた。

従来の磁気式の回転検出素子を備えた直流ブラ
シレスモータを第１図〜第４図に基づき説明す
る。第１図は直流ブラシレスモータの縦断面を示
すもので、１は回転軸、２は回転軸１に取り付け
られたベアリング、３はベアリング２の支持部
材、４はロータマグネツト、５はロータヨークで
ロータマグネツト４は該ロータヨーク５に被着さ
れるとともに、ロータヨーク５は回転軸１と結合
してともに回転するよう構成されている。ロータ
マグネツト４は複数極に着磁された永久磁石が用
いられるもので、第２図に示すように例えば６極
に着磁されるとともに、これにより磁界が正弦波
状あるいは台形波状等となるよう着磁されてい
る。またステータコイルはステータコイル基板６
上に設けられるもので、第３図に示すようにロー
タマグネツト４による磁界に対して互いに電気角
で180゜の整数倍となる位置に配置されている導体
からなるコイルブロツクC₁とC₂が直列に接続さ
れて第１のステータコイルを形成し、同様にロー
タマグネツト４による磁界に対して電気角で180゜
の整数倍となる位置に配置されている導体からな
るコイルブロツクC₃とC₄が直列に接続されて第
２のステータコイルを形成している。そして、こ
れら第１および第２のステータコイルはロータマ
グネツト４に対向するよう配されるとともに互い
に電気角で90゜の奇数倍だけ異なる位置に配され
ている。又、コイルブロツクC₁，C₂，C₃，C₄は
それぞれ電気角で180゜の幅を有している。電気角
とは、第２図に示す様にロータマグネツト４のＮ
極とＳ極に着磁された１周期分の角度を360゜とし
たもので、第２図に示したような６極着磁したロ
ータマグネツト４の全周の角度（機械角で360゜）
は電気角で下記の値となる。

360゜×（６極／２）＝1080゜またステータコイル基板６には、第１及び第２
のステータコイルとロータマグネツト４との位置
関係を検出し、モータが有効なトルクを発生でき
る位置で電流を流すよう、ステータコイルへの通
電を制御する電子整流子作用を成すためのロータ
回転位置検出素子として２個のホール素子７，８
が設けられ、これらのホール素子７，８によりロ
ータマグネツト４の発生する磁界に感応した電圧
を得て、回転位置の検出を行なつている。

そして第１図及び第４図に示すように、ステー
タコイル基板６の下部には、軸方向にＮ極・Ｓ極
の着磁がされた永久磁石９、内周に歯型を切つた
ステータヨーク１０、ステータヨーク１０の内側
に設けられ回転軸１に結合されるとともにその外
周部に歯型を切つたロータギア１１，永久磁石９
の外側に巻かれたFGコイル１２により構成され
る全周対向型磁気FGが取り付けられている。

ステータヨーク１０及びロータギア１１はとも
に磁性材料で作られ、それぞれの歯型の数はｋ
（ｋは正の整数）で歯型が互いに向き合うよう構
成され、永久磁石９とともに磁気回路を構成して
いる。ロータギア１１が回転して、ロータギア１
１の歯型の山とステータヨーク１０の歯型の山が
向き合つたとき磁気抵抗が小さくなつて永久磁石
９から発生する磁束が流れやすくなり、逆に歯型
の山と谷が向き合つたとき磁気抵抗が大きくなつ
て磁束が流れにくくなる。よつて流れる磁束の量
が交互に変わり、FG巻線１２の両端にその磁束
変化量の微分値に比例した電圧を有する交流電圧
が誘起される。このFGコイル１２の両端に誘起
される交流電圧の周波数_FGは回転軸１の回転周
波数のｋ倍（ｋは歯型の数）となり、この周波数
_FGにより回転速度の検出を行なつている。

またロータヨーク５上には永久磁石１３が取り
付けられており、例えばホール素子のような磁界
の変化を検知する検出素子１４が永久磁石１３に
対向するように固定されており、永久磁石１３の
発生する磁界の変化を検知し、回転軸１の１回転
当り１周期となるPG信号を発生する。このPG信
号とFG信号から回転軸１の絶対的な回転位相を
検出する事が可能である。

FGに求められる性能として検出精度が加工や組み立ての影響を受け難い
事。

低速回転時でも高い検出周波数が得られる
事。

高い出力電圧が得られるとともに外来雑音や
誘導に対して強い事。

FG自身が雑音を発生した他の回路に悪影響
を与えない事。

FG自身が回転むらや振動を発生しない事。

構造が簡単で小型化が図れる事。

等が挙げられる。

さて前記第１図および第４図の様なFGの場合、
全周対向型であるため、検出精度が加工や組み立
ての影響を受け難く、精度の良い検出を行える反
面、機械加工の難しさおよび磁気抵抗の変化が小
さくなる事から歯型のピツチを小さくすることが
出来ず、小型で高い検出周波数のものが作れな
い。又、この種の磁気式FGの場合、FGコイルに
誘起する電圧はFGコイルと鎖交する磁束を変化
を時間で微分したものに比例するため、低速回転
時において高い出力電圧が得られず、同時にFG
コイルにはロータマグネツトの漏れ磁束やステー
タコイルへ流す電流から誘導雑音等の雑音が重畳
し易く、検出信号のＳ／Ｎ比が劣化して検出精度
が悪化する。更に、第１図および第４図に示した
ような全周対向型磁気式FGの場合、相対する歯
型の磁気的な吸引力によつてモータ回転時に振動
を生じ、回転が不安定になり回転むらが生じる等
の欠点があげられる。

次にロータ位置検出素子であるが、前記第３図
に示した従来例のホール素子をステータコイル基
板上に配した磁気的なものでは、通常ホール素子
を基板上に目視によつてハンダ付けして取り付け
ており、又、ホール素子自身がプラスチツクモー
ルドされ、モールドしたパツケージに対して内部
のホール素子の位置精度が保障されておらず、そ
の取り付け精度を良くすることができなかつた。
このため位置検出精度も悪く、電子的整流を行な
う際ステータコイルに通電するタイミングがずれ
て、回転むらの原因となり好ましくない結果を招
いていた。

更に、直流ブラシレスモータの場合、その駆動
方式によりステータコイルへの電流の流し方が異
なり、例えば正弦波状，矩形波状等、様々な波形
のものが提案されているが、通常ステータコイル
へ流す電流の波形はロータ位置検出素子の検出波
形によつて定まり、ロータ位置検出素子がこれら
の波形を任意に発生できるものであれば容易に実
現できる。しかし第３図に示したホール素子によ
るものでは、その発生電圧がロータマグネツトの
発生する磁界によつて定まり、任意の形状の波形
は得難く、ステータコイルに流す電流の波形を自
由に変えることができない等の欠点を有してい
た。

そして、第３図に示した様な磁気式のもので
は、ステータコイルと同一基板上にホール素子を
配せねばならず、第３図の２相−４コイルの様な
ものではあまり問題とならないが、もつと相数と
コイル数が多く構造が複雑なもので、且つ小型化
の必要なものでは、ホール素子がステータコイル
の配置上邪魔になる等の欠点を有していた。

次にPG信号検出素子であるが、これもFGやロ
ータ位置検出素子と同様に磁気式であるため、ロ
ータマグネツトの漏れ磁束やステータコイルへ流
す電流からの誘導雑音等の雑音が重畳し易く、検
出信号のＳ／Ｎ比が劣化して検出精度が悪化す
る、また磁界の変化を検出する検出素子としてホ
ール素子を使つた場合、前述したように位置検出
精度が悪い等の欠点を有していた。

発明の目的本発明は従来の磁気式のFG、ロータ位置検出
素子及びPG信号検出素子の問題点を解決し、小
型で高精度な光学式の回転検出装置の提供を目的
としている。

発明の構成本発明は、ロータマグネツトの回転位置を検出
してステータコイルの通電を電子的に切り換える
電子整流子モータの回転軸に取り付けられる回転
板であつて、第１の円環部にピツチP1で全周に
渡り配された第１のスリツトと、前記第１の円環
と異なる半径上の第２の円環部に前記ロータマグ
ネツトの着磁ピツチと同ピツチP2で配された第
２のスリツトと、前記第１及び第２の円環と異な
る半径上の第３の円環部に配された１回転一つの
第３のスリツトを有するとともに、前記ロータマ
グネツトの着磁パターンと前記第２のスリツトパ
ターンが所定の位相関係になるように前記回転軸
に取り付けられた回転板と、前記回転板の面上に
対向する一端に前記回転板の第１のスリツト，第
２のスリツトおよび第３スリツトのすべてに光が
照射するように配した光源と、前記回転板の面上
に対向する他端に配した平面状光電変換手段とを
備え、前記平面状光電変換手段は同一基板上に、
前記回転板の第１の円環に対応する第４の円環部
に前記ピツチP1で全周あるいは略全周に渡つて
配された光電変換素子小片を導電性部材で結合し
て成る第１の光電変換素子と、前記第１の光電変
換素子とP1／２のピツチで分離されピツチP1で
全周あるいは略全周に渡つて配された光電変換素
子小片を導電性部材で結合して成る第２の光電変
換素子と、前記回転板の第２の円環に対応する第
５の円環部に、前記ステータコイルの取り付け位
置と所定の位相関係になる複数位置に配され、前
記電子整流子モータのコイル通電切り換え制御を
行うためのロータマグネツト回転位置検出信号を
出力する第３の光電変換素子群と、前記回転板の
第３の円環に対応する第６の円環部に、前記ロー
タマグネツトの１回転当り１パルスの回転情報信
号を出力する第４の光電変換素子群から成り、前
記第１の光電変換素子から出力される回転検出信
号と前記第２の光電変換素子から出力される回転
検出信号は差動増幅回路に入力され、該差動増幅
回路の出力信号は前記電子整流子モータの速度制
御に用いられるよう構成された光学式回転検出装
置である。

実施例の説明本発明の光学式回転検出装置に基づいて構成さ
れる直流ブラシレスモータに適用した一実施例を
第５図〜第１７図に基づいて説明する。

第５図は、本発明による光学式回転検出装置を
適用した直流ブラシレスモータの一実施例の縦断
面を示すもので、第１図同様、１は回転軸、２は
ベアリング、３はベアリング２の支持部材、４は
ロータマグネツト、５はロータヨーク、６はステ
ータコイル基板である。ロータマグネツト４は、
第２図と同様に永久磁石を６極着磁したものが用
いられている。又、ステータコイル基板６も第３
図同様にコイルブロツクC₁，C₂，C₃，C₄が取り
付けられ、コイルブロツクC₁とC₂を直列接続し
た第１のステータコイルおよびコイルブロツク
C₃とC₄を直列接続した第２のステータコイルが
形成されるが、第３図に示したものと異なる点は
ホール素子が取り付けられていないことである。

第５図において、ここまでの構成は、ホール素
子がステータコイル基板に取り付けられていない
点を除けば第１図と同じである。

さて、第５図においてステータコイル基板６の
下部には、本発明の一実施例による光学式回転検
出装置が取り付けられている。

この光学式回転検出装置は、平面光源１５・回
転板１６・平面状光電変換手段１７により構成さ
れる。平面光源１５はステータコイル基板６に固
定され、平面状光電変換手段１７は支持部材１８
により固定されており、回転板１６は回転軸１に
結合され共に回転する。

回転板１６には光学的手段により全周対向型
FGを実現するため第６図及び第８図（第８図は
第６図の一部拡大図）に示したように、半径r₁の
円と半径r₂の円で囲まれた第１の円環部にスリツ
トピツチP₁で設けられたｎ個の小さなスリツト
１９ａによつて構成される第１のスリツト１９が
設けられ、光学的手段によりロータ回転位置検出
を行なうため、半径r₃と円と半径r₄の円で囲まれ
た第２の円環部に第２のスリツト２０ａ，２０
ｂ，２０ｃが設けられ、光学的手段によりPG信
号を検出するため、半径r₅と円と半径r₆の円で囲
まれた第３の円環部に第３のスリツト２１が設け
られている。第２のスリツト２０ａ，２０ｂ，２
０ｃはロータマグネツト４がＳ極に着磁されてい
る電気角180゜の部分に設けられ、その数は着磁さ
れたＳ極の数、つまり着磁極数の1/2、第６図の
場合は６極電極であるから３個の第２のスリツト
２０ａ，２０ｂ，２０ｃが設けられている。また
第３のスリツト２１は機械角で180゜、つまり回転
板１６の1/2周に渡るスリツトである。尚、第６
図および第８図においては光はスリツト１９ａ，
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２１の部分を通過する
ものとする。回転板１６は例えばガラス円板に金
属の薄膜を蒸着しこれをフオトエツチングする。
あるいはステンレスの薄い円板にフオトエツチン
グによりスリツトを設けて実現できる。平面状光
電変換手段１７は、第７図および第９図に示すよ
うに、半径r₁の円と半径r₂の円で囲まれた第４の
円環部にFG用光電変換素子２２を有し、半径r₃
の円と半径r₄の円で囲まれた第５の円環部にロー
タ位置検出用の第３の光電変換素子２３および第
４の光電変換素子２４を有し、半径r₅の円と半径
r₆の円で囲まれた第６の円環部にPG信号検出用
の第５の光電変換素子２５と第６の光電変換素子
２６を有している。

FG用光電変換素子２２は、第１の円環部の全
周に渡りP₁のピツチで配された第１の光電変換
素子小片２２ａを電極Ａ２２a′で結合して成る第
１の光電変換素子群と、第１の光電変換素子小片
２２ａとP1／２のピツチで分離され第１の円環
部の全周に渡りP₁のピツチで配された第２の光
電変換素子小片２２ｂを電極Ｂ２２b′で結合して
成る第２の光電変換素子群から構成される。

FG用光電変換素子２２は光学的手段により全
周対向型FGを実現するためのものであり、第１
の光電変換素子群と第２の光電変換素子群は電気
的に独立しており、照射光量に比例した光起電流
を電極Ａ２２a′と電極Ｂ２２b′から取り出すこと
ができる。

第５図において、平面光源１５は同図下部に向
かいスリツトの形成されている回転板１６の半径
r₁からr₆の範囲の全周に光を照射している。

このため、平面光源１５から出た光１５ａは回
転板１６にて遮蔽される一方、回転板１６の第１
のスリツト１９ａを通じてFG用光電変換素子２
２に投射され、そして回転板１６が回転軸１とと
もに回転する為、第１０図ａ，ｂに示す様に、
FG用光電変換素子２２の一方を形成する第２の
光電変換素子小片２２ｂに照射され、他方を形成
する第１の光電変換素子小片２２ａに照射されな
い第１０図ａの状態と、第１の光電変換素子小片
２２ａに照射され第２の光電変換素子小片２２ｂ
に照射されない第１０図ｂの状態が回転板１６の
第１のスリツト１９ａの１ピツチP₁回転する毎
に交互に発生する。

したがつて回転板１６が回転すると、第１の光
電変換素子小片２２ａと第２の光電変換素子小片
２２ｂからは逆相の光起電流が得られ、これを第
１２図の２７，２８の様な演算増幅器A₁，A₂お
よび抵抗R₁，R₂で構成される光起電流−電圧変
換回路に通し、第１１図に示す様な第１の光電変
換素子小片２２ａを照射光量に比例した電圧V_a
と第２の光電変換素子小片２２ｂの照射光量に比
例した電圧V_bを得る。なお第１２図に示す光起
電流−電圧変換回路では、光電変換素子に光が照
射され光起電流が発生すると、これに比例した負
電圧を発生する。電圧V_aとV_bは互いに逆相の電
圧で直流値がV_a0およびV_b0、信号成分の電圧が
V_ap-pおよびV_bp-pとなる。

この電圧V_aとV_bを、演算増幅器A₃、抵抗R₃，
R₄，R₃′，R₄′（R3：R4＝R₃′：R₄′）で構成される
利得K₀（K₀＝R₄／R₃）の差動増幅回路２９に加
え両者の差を取ることにより、第１１図に示す様
な直流値V₀₀が相殺され V₀₀＝K₀（V_a0−V_b0）となり減少し、一方、信号成分の電圧V_0p-pは V_0p-p＝K₀（V_ap-p＋V_bp-p）となり増大する出力信号V₀を得る。

この出力信号V₀は速度検出信号、あるいは位
相検出信号等の回転情報検出信号として使用さ
れ、前記電圧V_a，V_bに重畳した同相雑音が両者
の差をとることにより相殺されて減少し且つ信号
は増大するため、Ｓ／Ｎ比の高い信号を得ること
ができる。

ここで、第７図において、コイルブロツクC₁
〜C₄が破線で示してあるが、これらのコイルブ
ロツクC₁，C₂，C₃，C₄は平面状光電変換手段１
７上に設けられるものではなく、ステータコイル
基板６上に設けられるもので、同図に破線で描き
示したのは、第３の光電変換素子２３および第４
の光電変換素子２４との位置関係を示すためであ
る。

そして、第３の光電変換素子２３は第９図に示
す様に、電極２３c′に接続された光電変換素子小
片２３ｃから成り、照射光量に比例した光起電流
を電極２３c′から取り出すことができる。

このため、平面光源１５から照射される光は、
回転板１６の第２のスリツト２０ａ，２０ｂもし
くは２０ｃが第３の光電変換素子２３の上に位置
した時、第２のスリツト２０ａ，２０ｂ，２０ｃ
を通じて第３の光電変換素子２３に投射され、前
記第２のスリツト２０ａ，２０ｂもしくは２０ｃ
が第３の光電変換素子２３の上に位置しない時、
光は第３の光電変換素子２３に照射されず、前記
回転板１６の１回転中において、これら第３の光
電変換素子２３へ光が照射される状態と照射され
ない状態が３回くり返される。

又、もう一方の第４の光電変換素子２４は第３
の光電変換素子２３に対して電気角で90゜の奇数
倍（第７図では270゜）離れた位置に有り、回転板
１６の回転時、第４の光電変換素子２４に照射さ
れる光は、第３の光電変換素子２３に照射される
光に対し、電気角で90゜ずれたものとなる。この
ため、第１３図に示す様に第３の光電変換素子２
３及び第４の光電変換換素子２４から得られる光
起電流を演算増幅器A₄，A₅および抵抗R₅，R₆で
構成される前記第１２図同様の光起電流−電圧変
換回路に通し、第１４図のV_p1（第３の光電変換
素子２３の光起電流を変換したもの）およびV_p2
（第４の光電変換素子２４の光起電流を電圧に変
換したもの）に示す様な電気角で90゜の位相差を
有するロータ位置検出信号を得ている。

さて、第７図においてC_1a，C_1b，C_2a，C_2b，
C_3a，C_3b，C_4a，C_4bはそれぞれ導体からなるコイ
ルブロツクC₁，C₂，C₃，C₄中の半径方向に位置
する導体を示すものでありモータのトルク発生に
寄与するのはこの半径方向に位置する導体C_1a，
C_1b，C_2a，C_2b，C_3a，C_3b，C_4a，C_4bに流れる電
流であり、上記第３の光電変換素子２３及び第４
の光電変換素子２４は電気角でそれぞれ90゜の奇
数倍ずれた位置にあり、又それぞれ導体C_3a，C_2a
から電気角で45゜遅れた位置に有る。

この第３の光電変換素子２３及び第４の光電変
換素子２４は前記従来例のホール素子同様、モー
タが有効にトルクを発生するようステータコイル
とロータマグネツト４の位置関係を検出してコイ
ルブロツクC₁，C₂，C₃，C₄の半径方向に位置す
る導体C_1a，C_1b，C_2a，C_2b，C_3a，C_3b，C_4a，C_4b
と交わるロータマグネツト４の磁束が最大の点で
コイルブロツクC₁，C₂，C₃，C₄への通電を行う
電子整流子作用を行うために設けられるもので、
前記第１のステータコイルを形成するコイルブロ
ツクC₁，C₂の半径方向に位置する導体C_1a，C_1b，
C_2a，C_2bと鎖交する磁束をφ₁、前記第２のステー
タコイルを形成するコイルブロツクC₃，C₄の半
径方向に位置する導体C_3a，C_3b，C_4a，C_4bと鎖交
する磁束をφ₂とし、第６図および第７図に示す
ロータマグネツト４のステータコイルに対する位
置関係をO゜とし、ロータマグネツト４の回転角θ_R
（θ_Rは電気角で時計方向の角度）に対する前記鎖
交磁束φ₁，φ₂を示すと、第１４図のφ₁，φ₂の様
な回転角度θ_Rに対応した交流磁界になる。

つまり、第１のステータコイルにおいては、θ_R
＝O゜で導体C_1a，C_1b，C_2a，C_2bがロータマグネツ
ト４のＳ極とＮ極の境界付近にありφ₁は零とな
り、θ_Rの増加とともにφも増加しθ_R＝90゜で導体
C_1a，C_1b，C_2a，C_2bがロータマグネツト４のＳ極
およびＮ極の磁極の中心付近に位置しφは最大と
なり、θ_R＝180゜では再び上記導体C_1a，C_1b，C_2a，
C_2bがロータマグネツト４のＳ極とＮ極の境界付
近に位置し再び零となり、θ_R＞180゜では導体C_1a，
C_1b，C_2a，C_2bと交わる磁束がO゜＜θ_R＜180゜とは
逆向きになり、これを負の方向とすれば、θ_R＝
270゜でθ_R＝90゜とは逆極性ながら導体C_1a，C_1b，
C_2a，C_2bがロータマグネツト４のＳ極とＮ極の磁
極の中心付近に位置してφ₁は負の最大値となり、
例えばロータマグネツト４が正弦波状に着磁され
たものでは第１４図のφ₁に示す様にθ_R＝O゜〜360゜
を１周期とする正弦波状の変化を示す。

同様に、第２のステータコイルにおいても、こ
れらを構成するコイルブロツクC₃，C₄が第１の
ステータコイルに対し電気角で90゜ずれた位置に
配置されているため、φ₂もφ₁に対し90゜ずれた第
１４図φ₂に示す様な波形となる。

さて第３の光電変換素子２３及び第４の光電変
換素子２４はステータコイルに対し電気角で45゜
ずれた位置に設けてあり、第１３図に示す様な、
演算増幅器A₄，A₅および抵抗R₅，R₆で構成され
る第１２図同様の光起電流−電圧変換回路により
電圧に変換すれば、その出力電圧V_p1およびV_p2
は第１４図のV_p1，V_p2に示す様にφ₁，φ₂に対し
それぞれ45゜ずれた波形となる。

この電圧V_p1およびV_p2を波形整形回路に通し
V_p1を整形した信号V₁およびV_p2を整形した信号
V₂を得、このV₁，V₂を論理回路に通し、この論
理回路の出力信号により第１のステータコイルへ
通電する電流I₁および第２のステータコイルへ通
電する電流I₂を制御し、第１４図に示すようにφ₁
が正の最大値となるθ_R＝45゜〜135゜の90゜区間（V₁
が“１”でV₂が“Ｏ”の区間）においてI₁を正方
向に流し、φ₂が正の最大値となるθ_R＝135゜〜225゜
の90゜区間（V₁が“１”がV₂が“１”の区間）に
おいてI₂を正方向に流し、φ₁が負の最大値となる
θ_R＝225゜〜315゜区間（V₁が“Ｏ”でV₂が“１”の
区間）においてI₁を逆方向に流し、φ₂が負の最大
値となるθ_R＝315゜（又は−45゜）〜45゜の90゜区間
（V₁が“Ｏ”がV₂が“Ｏ”の区間）においてI₂を
逆方向に流し、通電による電流がトルク発生に有
効に寄与するための通電制御つまり電子整流子作
用を行なつている。

最後に光学的手段によりPG信号を検出するた
めの第５の光電変換素子２５及び第６の光電変換
素子２６は、第７図および第９図に示すように、
平面状光電変換手段１７の半径r₅の円と半径r₆の
円に囲まれた第６の円環部に機械角で180゜の間隔
で配置されている。

平面光源１５から照射される光は、回転板１６
の第３のスリツト２１が第５の光電変換素子２５
の上に位置した時、第３のスリツト２１を通じて
第５の光電変換素子２５に投射され、前記第３の
スリツト２１が第５の光電変換素子２５の上に位
置しない時、光は第５の光電変換素子２５に照射
されず、前記回転板１６の１回転中において、第
５の光電変換素子２５に光が照射される状態と照
射されない状態がそれぞれ１回ずつある。

又、もう一方の第６の光電変換素子２６は第５
の光電変換素子２５に対して機械角で180゜離れた
位置に有り、回転板１６の回転時、第６の光電変
換素子２６に照射される光は、第５の光電変換素
子２５に照射される光に対し、機械角で180゜ずれ
たものとなる。したがつて回転板１６が回転する
と、第５の光電変換素子２５と第６の光電変換素
子２６からは逆相の光起電流が得られ、これを第
１５図の３０，３１の様な演算増幅器A₆，A₇お
よび抵抗R₇，R₈で構成される光起電流−電圧変
換回路に通し、第１６図に示す様な第５の光電変
換素子２５の照射光量に比例した電圧V_cと第６
の光電変換素子２６の照射光量に比例した電圧
V_dを得る。なお第１５図に示す光起電流−電圧
変換回路では、光電変換素子小片に光が照射され
光起電流が発生すると、これに比例した負電圧を
発生する。第１６図におけるθ_PGは回転板１６の
時計方向を正とした場合の回転角（機械角）を示
し、第６図および第７図における回転板１６と平
面状光電変換素子１７の位置関係をθ_PG＝O゜とし
ている。

電圧V_cとV_dは互いに逆相の電圧で直流値がV_c0
およびV_d0、信号成分の電圧がV_cp-pおよびV_dp-p
となる。この電圧V_cとV_dを、演算増幅器A₈，抵
抗R₉，R₁₀，R₉′，R₁₀′（R₉：R₁₀＝R₉′：R₁₀′）で
構成される利得k₁（k₁＝R₁₀／R₉）の差動脱幅回
路３２に加え両者の差を取ることにより、第１６
図に示す様な直流値が相殺され減少し、一方信号
成分の電圧V_pGp-pは V_pGp-p＝k₁（V_cp-p＋V_dp-p）となり増大する出力信号V_PGを得る。

この出力信号V_pGは位相検出信号として使用さ
れ、前記電圧V_c，V_dに重畳した同相雑音が両者
の差をとることにより相殺され減少し且つ信号は
増大するため、Ｓ／Ｎ比の高い高精度なPG信号
を得ることができる。

さて、薄形平面状の光電変換素子は半導体光電
変換素子により実現でき、これらの光電変換素子
には光の照射により抵抗値の変化する光導電効果
を利用したものと、光の照射により起電力を発生
し光起電流を得ることのできる光起電効果を利用
したものに分けられる。

本発明の如き光学式回転検出装置においては、
一般に消費電力の小さく且つ小型のものが望まし
く、このため光源も発光ダイオードの如き微弱光
の光源が用いられる。

そのため、光導電効果によるものの様に微弱光
照射時に得られる電流に対する暗電流の割合の大
きなものより、光起電効果により光電変換素子を
前記第１２図に示した様な光起電流−電圧変換回
路によつて取り出す方が望ましい。

この光起電流−電圧変換回路を用いれば、光電
変換素子の両端の電圧は略零ボルトとなるため短
絡状態に近くなるため、暗電流の発生が抑えられ
微弱光でも安定した検出信号が得られる。

さて、光起電効果を有する薄形平面状の光電変
換素子を実現する手段として、フオトダイオード
と呼ばれる単結晶シリコン光電変換素子、あるい
はセレン光電変換素子、アモルフアスシリコン光
電変換素子（以下、ａ−Si光電変換素子と称す）
等様々な光電変換素子が考えられるが、本発明に
用いる光電変換素子に要求される性質として、大面積の光電変換素子が安価に提供できる
事。

微細加工が可能で、同一基板上に多数の独立
した素子を形成でき、又、これらの素子の結合
および分離が容易に行える事。

高感度である事。

応答性が速い事。

使用温度範囲が広い事。

素子のバラツキが小さい事。

等が上られる。

まず、前記単結晶シリコン光電変換素子である
が、これは上記〜条件はほぼ満たし得るが、
大面積化した場合高価になる。

又、セレン光電変換素子やその他CdS光電変換
素子等は、大面積でも低価格を実現し得るが、反
面フオトエツチング等による微細加工が行い難
く、第９図に示した光電変換素子小片２２ａおよ
び２２ｂは例えば幅100μｍ程度で分離帯の幅は
10〜数10μｍ程度とすると、これらの光電変換素
子では実現が難しい。又、セレン光電変換素子等
は、後述するａ−Si光電変換素子に比べ感度も低
く、応答性も１桁近く遅く、素子間のバルツキも
非常に大きく本発明の光電変換素子としては特殊
な場合を除き適切でない。

一方、ａ−Si光電変換素子は、大面積の薄形平
面の光電変換素子を安価に提供でき、後述する透
明電極のフオトエツチング等による除去により、
独立した光電変換素子を同一基板上に多数形成す
る微細加工が可能なため第９図の様な光電変換素
子を提供し得る。

又、感度も高く、光源が発光ダイオードで構成
される様な微弱光であつても充分な出力信号を得
ることが可能であり、応答性も数10KHz程度まで
応答し得るため、本発明の要求する応答性を充分
満し得るものである。

更に、使用温度範囲も広く、80℃以上〜−60℃
以下の広い範囲で上記した感度および応答性の変
化が小さく必要な性能を維持できる。

そして、同一基板上に形成されるものはいうま
でもなく、異なる基板上に形成されたものについ
ても素子間のバラツキは小さくなり、量産性にお
いて優れている。

以上の説明から明らかなように本発明の光学的
回転検出装置に適用する平面状光電変換素子とし
ては、ａ−Si光電変換素子が最適である。

さて、ａ−Si光電変換素子について一例をあげ
て簡単な説明を行う。

第１７図は、本発明に適用し得るａ−Si光電変
換素子の一例を示したもので、同図ａは例えば第
９図に示すFG用光電変換素子２２を形成する部
分の破断拡大図である。

又、同図ｂは上記FG用光電変換素子２２の平
面図（第１７図ａの矢印Ａ方向から見た図）、同
図ｃは、同図ｂ中に一点鎖線で示した線分Ｏ−
O′で破断した場合の縦断面図を示す。

第１７図ａにおいてステンレス基板等で作られ
基台を兼ねる下側電極３３上にPiN接合を有する
アモルフアスシリコン薄膜３４（以下、ａ−Si膜
と称す）が形成され、このａ−Si膜３４上に斜線
で示したインジウム・チン・オキサイド３５（以
下、ITOと称す）と呼ばれる透明電極を付着して
いる。

このａ−Si膜３４は第１７図ｂ，ｃに示す様
に、下側電極３３とITO３５の間にPiN接合を形
成するが、ITO３５の付着した部分のみが光電変
換特性を有し光電変換素子として働く。付着して
いない部分は光電変換素子としての作用を成さな
いばかりか、ａ−Si膜３４の有する抵抗率が大で
あり且つ膜の厚さが数1000Åと薄く、且つITOの
付着していない部分の幅を数μｍ〜数十μｍ程度
とした場合、膜の厚さより充分長いため電気的な
絶縁体として働き、第１７図ａ，ｂ，ｃの如く
ITO３５を分離した島状に付着させた場合、下側
電極３３を共通電極として独立した光電変換素子
小片２２ａおよび光電変換素子小片２２ｂを形成
できる。

ITO３５を分離した島状に付着させる方法とし
て例えばａ−Si膜３４の全面にITO３５を塗布し
た後、分離帯を形成したい部分の不必要なITO３
５をフオトエツチングにより除去することにより
実現可能であり、これら分離して形成したITO３
５の不着部分が独立した光電変換素子として働く
ばかりでなく、第１７図ａ，ｂあるいは第９図に
示す様に、これらをアルミニウム等により作られ
る電極Ａ２２a′および電極Ｂ２２b′に結合するこ
とも可能であり、第９図に示したように微細加工
を必要とする光電変換素子も容易に実現できる。

尚、第１７図ａ，ｂ，ｃに示した様な光電変換
素子では第１７図ｄに示すように下側電極３３が
カソードの共通電極となり、電極Ａ２２a′および
電極Ｂ２２b′が互いに分離されたアノードとな
る。

又、以上説明したようなａ−Si光電変換素子は
通常5700Å近傍にピーク波長感度を有するため使
用する光源も5700Å近傍の光源を用いる方が好ま
しい。5700Å近傍の発光波長を有する光源として
は例えばオレンジ色の発光ダイオード（発光波長
路6300Å）又は緑色の発光ダイオード（発光波長
路5650Å）等の可視光の発光ダイオードにより実
現できる。

以上、本発明による光学式回転検出装置の一実
施例について述べたが、本発明は光学的手段によ
り全周もしくは略全周に渡つて第１の円環部に面
対向型のFGを形成し、これと異なる第２の円環
部に電子整流作用を成らしめるためのロータ回転
位置検出手段を形成し、前記第１の円環部および
第２の円環部と異なる第３の円環部に１回転あた
り１パルスのPG信号の検出手段を形成したもの
であり、第５図に示した様な直流ブラシレスモー
タに限らず、FG，PGとロータ回転位置検出手段
の必要なものであれば、モータの種類、駆動方式
等に関係なく適用可能である。

また、本実施例では第１のステータコイルへ通
電する電流I₁および第２のステータコイルへ通電
する電流I₂の各々の波形を矩形状にする例につい
て述べたが、本発明の場合、回転板１６の第２の
スリツト２０ａ，２０ｂ，２０ｃの形状もしくは
第３，第４の光電変換素子２３，２４の形状、あ
るいは両者の形状を変えることにより任意の検出
波形を得ることが可能であり、例えばステータコ
イルの構成が２相の直流ブラシレスモータにおい
てロータマグネツトを正弦波状に着磁し、第１の
ステータコイルの正弦波（Sin波）状の電流を流
し、これと電気角で90゜ずれた位置にある第２の
ステータコイルにこれと90゜の位相差を有する余
弦波（Cos波）状の電流を流しトルクリツプルの
抑制を図る駆動方式等も提案されているが、本発
明は任意の形状の検出波形を得やすいため、これ
らの駆動方式にも適用可能であり、効果を発揮す
る。

そして、前記実施例においては、第１の光電変
換素子を全周に渡つて設ける例を示したが、全周
に渡つて設けなくても略全周に渡つて設ければ、
全周に渡つて設けた場合と同様の検出精度を得る
ことができ、且つ、第１の光電変換素子を形成し
ていない部分から電極の線等が取り出せて実装上
有利となる。又は、第１の光電変換素子を形成し
ていない部分に別の目的で用いる第７の光電変換
素子（例えば前記第１の光電変換素子２２に対し
90゜の位相差を有し、回転方向の判別に用いるも
の）を形成しても良い。

又、本発明の平面状光電変換素子として、ａ−
Si光電変換素子が最適であるが、Se光電変換素
子や単結晶シリコン光電変換素子等の他の光電変
換素子でも本発明の光電変換素子として適用可能
である。そして、光起電効果による光電変換素子
のみならず光導電効果による光電変換素子も本発
明の光電変換素子として適用可能である。

そして、本発明の実施例において、ロータ回転
位置検出用の光電変換素子は、第７図に示すよう
に電気角で90゜の奇数倍の位置に２個設けられて
いるが、より精度のよい検出を行なうため、第３
の光電変換素子２３と電気角で180゜の寄数倍離れ
た位置に第８の光電変換素子を設け、かつ第４の
光電変換素子２４と電気角で180゜の奇数倍離れた
位置に第９の光電変換素子を設け、差動構成でロ
ータ位置検出信号V_p1・V_p2を得るようにしてよ
い。

また、本発明の実施例では、第１７図ｄに示す
ようにFG用光電変換素子２２ａ，２２ｂはカソ
ード側電極３３を共通電極としているため、差動
構成にする場合第１２図に示したような回路構成
としなければならないが、等価回路を第１８図ｃ
に示したように、光電変換素子３６のアノード側
電極３６ａ，カソード側電極３６ｂ，光電変換素
子３７のアノード側電極３７ａ，カソード側電極
３７ｂを各々電気的に独立して形成することによ
り、同図ｄに示すような簡単な構成の回路で差動
構成を実現する事も可能である。光電変換素子３
６のアノード側電極３６ａ，カソード側電極３６
ｂ，光電変換素子３７のアノード側電極３７ａ，
カソード側電極３７ｂを独立して形成する方法と
して、第１８図ａ，ｂに示すように、平面状光電
変換手段の基板３９上に絶縁膜３８を設け、その
上にカソード側電極３６ｂ，３７ｂを形成し、そ
の上にPiN接合を有するａ−Si膜３６，３７を形
成し、その上にアノード側電極を兼ねるITOを形
成し、アノード側電極３６ａ，３７ａを得る。ま
た第１８図の例では平面状光電変換手段上で、ア
ノード側電極３６ａとカソード側電極３７ｂ，カ
ソード側電極３６ｂとアノード側電極３７ａを結
合している。

発明の効果以上説明したように、本発明によれば下記のよ
うな効果が得られる。

同一の平面状光電変換素子基板上にFG用の
光電変換素子，ロータ回転位置検出用の光電変
換素子およびPG用の光電変換素子が形成でき
るため、小型で複合機能を有する光学式回転検
出装置を実現できる。

回転情報の検出を行うFGが全周もしくは略
全周に渡つて形成されるため全周に渡つて積分
された信号が得られ、回転板の取り付け不良あ
るいはスリツトの幅むら等の機械的精度不良が
全周で積分されるため、FGの検出精度が加工
や組み立ての影響を受け難い光学式回転検出装
置を実現できる。

回転情報の検出を行うFGのスリツトピツチ
を小さくすることが可能であり、低速回転時で
も高い検出周波数を得ることができる。

回転検出装置が光学的手段により構成されて
いるため、FGの出力信号、ロータ回転位置検
出信号およびPGの出力信号の出力レベルは回
転速度により変化せず低速回転時においても高
い出力電圧を得る事ができ、外来雑音の影響を
受け難い。

検出を光学的手段により行なつているため、
外部に雑音を発生させることもなく、又、回転
むらや振動を発生しない。

電子整流作用を成すためのロータ回転位置検
出が光源、回転板上の第２のスリツトおよび平
面状光電変換素子上の光電変換素子により構成
されており、第２のスリツトのスリツト形状も
しくは光電変換素子の形状あるいは両者の形状
を変えることにより任意の検出波形が得られ
る。又、同時に、平面状光電変換素子がフオト
エツチング等により形成されるため機械的位置
精度を上げることができるため、ロータ位置検
出の精度が向上し、高精度な電子整流作用をな
らしめることができる。そして、ロータ位置検
出を行う第２の光電変換素子がステータコイル
基板上に無いため、複雑なコイル配置で且つ小
型化の必要なモータにおいて、ロータ位置検出
素子がステータコイル配置上の邪魔にならな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の回転検出手段を備えたモータの
縦断面図、第２図は同モータのロータマグネツト
の平面図、第３図は同モータのステータコイル基
板およびステータコイルの平面図、第４図は同モ
ータの要部断面斜視図、第５図は本発明による光
学式回転検出装置の１実施例を適用したモータの
縦断面図、第６図は同モータの回転板の平面図、
第７図は同モータの平面状光電変換手段の平面
図、第８図は同モータの回転板の部分拡大図、第
９図は同モータの平面状光電変換手段の部分拡大
図、第１０図ａ，ｂは同モータのFG部分の動作
説明図、第１１図ａ，ｂ，ｃは同モータのFG部
の動作を示す波形図、第１２図は同モータのFG
信号検出回路の回路図、第１３図は同モータのロ
ータ回転位置検出回路の回路図、第１４図は同モ
ータのロータ回転位置検出部の動作を示す波形
図、第１５図は同モータのPG信号検出回路の回
路図、第１６図は同モータのPG信号検出部の動
作を示す波形図、第１７図ａ，ｂ，ｃはそれぞれ
本発明の平面状光電変換素子の一実施例を示す斜
視図、平面図、縦断面図および等価回路図、第１
８図ａ，ｂ，ｃ，ｄはそれぞれ本発明の他の実施
例の平面状光電変換素子の平面図、縦断面図、等
価回路図および差動構成の一例を示す回路図であ
る。１……回転軸、１５……平面光源、１６……回
転板、１７……平面状光電変換手段、１９……第
１のスリツト、２０……第２のスリツト、２１…
…第３のスリツト、２２……FG用光電変換素子、
２３……第３の光電変換素子、２４……第４の光
電変換素子、２５……第５の光電変換素子、２６
……第６の光電変換素子。

Claims

【特許請求の範囲】１ロータマグネツトの回転位置を検出してステ
ータコイルの通電を電子的に切り換える電子整流
子モータの回転軸に取り付けられる回転板であつ
て、第１の円環部にピツチP1で全周に渡り配さ
れた第１のスリツトと、前記第１の円環と異なる
半径上の第２の円環部に前記ロータマグネツトの
着磁ピツチと同ピツチP2で配された第２のスリ
ツトと、前記第１及び第２の円環と異なる半径上
の第３の円環部に配された１回転一つの第３のス
リツトを有するとともに、前記ロータマグネツト
の着磁パターンと前記第２のスリツトパターンが
所定の位相関係になるように前記回転軸に取り付
けられた回転板と、前記回転板の面上に対向する
一端に前記回転板の第１のスリツト，第２のスリ
ツトおよび第３のスリツトのすべてに光が照射す
るように配した光源と、前記回転板の面上に対向
する他端に配した平面状光電変換手段とを備え、
前記平面状光電変換手段は同一基板上に、前記回
転板の第１の円環に対応する第４の円環部に前記
ピツチP1で全周あるいは略全周に渡つて配され
た光電変換素子小片を導電性部材で結合して成る
第１の光電変換素子と前記第１の光電変換素子と
P1／２のピツチで分離されピツチP1で全周ある
いは略全周に渡つて配された光電変換素子小片を
導電性部材で結合して成る第２の光電変換素子
と、前記回転板の第２の円環に対応する第５の円環
部に、前記ステータコイルの取り付け位置と所定
の位相関係になる複数位置に配され、前記電子整
流子モータのコイル通電切り換え制御を行うため
のロータマグネツト回転位置検出信号を出力する
第３の光電変換素子群と、前記回転板の第３の円環に対応する第６の円環
部に、前記ロータマグネツトの１回転当り１パル
スの回転情報信号を出力する第４の光電変換素子
群から成り、前記第１の光電変換素子から出力される回転検
出信号と前記第２の光電変換素子から出力される
回転検出信号は差動増幅回路に入力され、該差動
増幅回路の出力信号は前記電子整流子モータの速
度制御に用いられることを特徴とした光学式回転
検出装置。２請求項１の光学式回転検出装置において、前
記第１の光電変換素子のアノード側電極，カソー
ド側電極および前記第２の光電変換素子のアノー
ド側電極，カソード側電極を各々電気的に独立し
て形成するともに、前記平面状光電変換手段上
で、前記第１の光電変換素子のアノード側電極と
前記第２の光電変換素子のカソード側電極を結合
し、かつ前記第１の光電変換素子のカソード側電
極と前記第２の光電変換素子のアノード側電極を
結合して成る平面状光電変換手段を有すること特
徴とする光学式回転検出装置。