JPS59221620A - 光学式回転検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
、高性能で信頼性の高い直流ブラシレスモータが多く用
いられるようになった。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ットを
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フのうち例えば回
転ヘッ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、Ｖｉｄｅ。

Ｔａｐｅ　Ｒｅｃｏｒａｅｒを略してＶＴＲと称す）に
おける回転ヘッ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だめの周波
数発電機（以下、Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｇａｎｅｒａｔ
ｏｒ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！７１周期の信号（以下、ＰＧ倍信号称す）
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ッ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フの縦断面を示すもので、
１は回転軸、２は回転軸１に取り伺けられたベアリング
、３はベアリング２の支持部材、４はロータマグネット
、６はロータヨークでロータマグネット４は該ロータヨ
ーク６に被着されるとともに、ロータヨーク６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
タマグネット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、これによる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ット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ｎてい
る導体からなるコイルブロックＣ１と０２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
グネット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
イルブロックＣ３と０４が直列に接続さ扛て第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ｌ′ｉロータマグネット４に対向
するよう配されるとともに互いに電気角で９００の奇数
倍たけ異なる位置に配されている。又、コイルブロック
ＣＩ　＋　０２　＋　Ｃ５＋　０４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ット４のＮ
極とＳ極に着磁された１周期分の角度を３６００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
ネット４の全周の角度（機械角で３６００）は電気角で
下記の値となる０３６００Ｘ（６極／２　）　：１０８
００丑だステータコイル基板６には、第１及び＠２のス
テータコイルとロータマグネット４との位置関係を検出
し、モータが有効なトルク全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ｎｌこれらのホール素子７．
８によりロータマグネット４の発生する磁界に感応した
電圧金得て、回転位置の検出全行なっている。

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、内周に歯型を切ったステータヨーク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ったロータギア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が取ジ付けられている。

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４槌は正の整数）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１１の歯型の山
とステータヨーク１０の歯型の山が向き合ったとき磁気
抵抗が小さくなって永久磁石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ったとき磁気抵
抗が大きくなって磁束が流れにくくなる。よって流れる
磁束の量が交互に変わり、ＦＣ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ＦＣコイル１２の両端に誘起される交流
電圧の周波数ｆｖａは回転軸１の回転周波数の局倍（娼
は歯型の数）となシ、この周波数ｆＦＧにより回転速度
の検出全行なっている。

またロータヨーク６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倍信号発生す
る０このＰＧ倍信号ＦＧ倍信号ら回転軸１の絶対的な回
転位相を検出する事が可能であるＯ 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は難い事Ｏ ■　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０ ■　ＦＧ自身が雑音を発生して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Ｑ■　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
は難く、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ッ
チを小さくすることが一出来ず、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ＦＯ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の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ット
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。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ＦＣの場合、相対する歯型の
磁気的な吸引力によっ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
従来例のポ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っ
てノ・ンダ付けして取り付けており、又、ホール素子自
身がプラスチックモールドされ、モールドしたパッケー
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、その取り付は精度を良くすることができなかった
０このため位置検出精度も悪く、電子的整流を行なつ際
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フの場合、その駆動方式によ
りステーク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って定まり、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０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）の発生す
る磁界によって定まり、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図に示しだ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、もっ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ＫＰＧ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、ロータマグネッ
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知する検出
素子としてポール素子を使った場合、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
ＰＯ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、電子整流子モータの回転軸に取り付けられ、
第１の円環部に配されたスリット数ｍ１（ｍｌ　　は正
の整数）の第１のスリットと、前記第１の円環と異なる
半径上の第２の円環部に配されたスリット数ｍ２（ｍ２
は正の整数）の第２のスリットと、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スリット
数ｍ３（ｍ５は正の整数）の第３のスリットを有する回
転板と、前記回転板の面上に対向する一端に前記第１の
スリット、第２のスリット、第３のスリットのすべてに
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の円環部に全周あるいは略全周
に渡ってｎ１１Ｊｉｃ”１は正の整数）の光電変換素子
を有し、かつ前記ｎ１組の光電変換素子からは回転速度
検出信号を出力し、前記第２の円環に対応する第６の円
環部にはｎ２組（ｎ２は正の整数）の光電変換素子を有
し、かつ前記ｎ２　組の光電変換素子からは前記電子整
流子モータの整流作用を行なう回転位置検出信号を出力
し、前記第３の円環に対応する第６の円環部にはｎ３組
（ｎ５は正の整数）の光電変換素子を有し、前記ｎ３　
組の光電変換素子からは前記回転板の１回転につき１周
期の回転情報信号を出力す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
ブラシレスモーフに適用した一実施例を第６図〜第１７
図に基づいて説明する。

第６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フ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はロータマグネット、６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
ネット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ックＣ１’　＋　Ｃ２１Ｃｓ　＋　
Ｃ４カ取’）付けられ、コイルブロック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ック
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６図において、ここ１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６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
１６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シ、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ｒ、の円°と半径ｒ２　　の
円で囲まれた第１の円環部にスリットピッチＰ１で設け
られたｎ個の小さなスリット１９ａによって構成される
第１のスリット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ｒ５の円と半径ｒ４
の円で囲まれた第２の円環部に第２のスリン）２０２Ｌ
、２０ｂ。

２００が設けられ、光学的手段によりｐｅ倍信号検出す
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のスリット２１が設けられている。第２の
スリット２０２Ｌ　、２０ｂ、２Ｃ１はロータマグネッ
ト４がＳ極に着磁されている眠気角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
の棒、第６図の場合は６極着磁であるから３個の第２の
スリット２０ａ　、２０ｂ　、２０ｃが設けられテＩＡ
　ルｏ　’Ｅ　タ第３のス＋）　ｙ　）　２１は機械角
で１８０°、つまり回転板１６のＡ周に渡るスリットで
ある０尚、第６図および第８図においては光はスリン）
　１９ａ。

２０１Ｌ　、２０ｂ　、２００．２１（７）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ォトエツチングする。

あるいはステンレスの薄い円板にフォトエツチングによ
ジスリットを設けて実現できる。平面状光電変換手段１
Ｔ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用先光電
変換素子２２有し、半径ｒ３の円と半径ｒ４の円で囲ま
れた第６の円環部にロータ位置検出用の第３の光電変換
素子２３お工び第４の光電変換素子２４を有し、半径ｒ
５の円と半径ｒ６　の円で囲まれた第６の円環部にＰＧ
Ｇ号検出用の第６の光電変換素子２６と第６の光電変換
素子２６を有している。

ＦＧ用先光電変換素子２２、第１の円環部の全周に渡ｔ
）　Ｐｌのピッチで配された第１の光電変換素子小片２
２ａ’ｉ電極Ａ　２２　＆’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２２８ＬとＰ１
／２のピッチで分離され第１の円環部の全周に渡りＰｌ
のピッチで配された第２０光電変換素子小片２２ｂｉ電
極Ｂ　２２　ｂ／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用先光電変換素子２２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ネ的に独立しており、照
射光量に比例した光起電流を電極Ａ　２２　ａ’と電極
Ｂ　２２　ｂ’がら取り出すことができる。

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

このため、平面光源１６がも出た光１５ａは回転板１６
にて遮蔽される一方、回転板１６の第１のスリン）１９
ａを通じてＦＧ用先光電変換素子２２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用先光電変換素子２
２一方全形成する第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２２＆に照射され第２の光電変換素子小片２２
ｂに照射されない第１０図（ｂ）の状態が回転板１６の
第１のスリン）１９ａの１ピッチＰ１回転する毎に交互
に発生する。

したがって回転板１６が回転すると、第１の光電変換素
子小片２２１Ｌ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Ａｉ、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２２＆の照射光量に比例
した電圧Ｖａ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ｖｂ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ｖａとＶｂは互いに逆相の電圧で直流値がｖａ
ｏおよびｖｂｏ、信号成分の電圧がｖａｌ）−１）およ
びｖｂｐ−ｐとなる。

この電圧Ｖ、とＶｂヲ、演算増幅器Ａ３、抵抗Ｒ３゜Ｒ
４，Ｒ５’　、　Ｒ１１’　（Ｒ３：Ｒ４：Ｒ３’　：
　Ｒ４’　）で構成される利得Ｋｏ　（Ｋｏ　＝　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ＷＯＯが相殺され Ｗｏｏ　＝　Ｋｏ　（ｖａｏ　−Ｖｂｏ　）となり減少
し、一方、信号成分の電圧Ｖ。ｐ−ｐはｖＯｐ−ｐ”Ｋ
Ｏ（ｖａｍ）−ｐ＋ｖｂｐ−ｐ　）となり増大する出力
信号ｖｏを得る。

この出力信号ＶＯ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、
　、　Ｖｂ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、コイルブロック０１〜Ｃ４が
破線で示しであるが、これらのコイルブロックＣ１ｅｃ
２　＋Ｃｓ　＋Ｃ４は平面状光電変換手段１７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２３０′に接続された光電変換素子小片２３０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１６から照射される光は、回転板１
６の第２のスリット２０ａ　、２０ｂもしくは２００が
第３の光電変換素子２３の上に位置した時、第２のスリ
ット２０＆　、２０ｂ　、２００を通じて第３の光電変
換素子２３に投射され、前記第２のスリット２０＆、２
０ｂもしくは２ｏｃ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
、前言己回転板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Ｏ 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Ｏこのため、第１３図に示す様に第３の光
電変換素子２３及び第４の光電変換素子２４から得られ
る光起電流を演算増幅器Ａ４ｆ’５および抵抗Ｒ５Ｒ６
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ｖｐｌ（第３の光電変換素子２３
の光起電流を電圧に変換したもの）お工びｖｐ２（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０１ｔ６　＋　ＣＢ、　ｊ　Ｃ２
１Ｌ　Ｉ　Ｃ２ｂ。

Ｃ３ａ、Ｃ３ｂ、Ｃ４ａ、Ｃ４ｂはそれぞれ導体からな
るコイルブロックＣＩ　、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Ｃ１，。

Ｃ１ｂ・Ｃ２ａ−Ｃ２ｂ・Ｃ５ａ・Ｃ３ｂ・Ｃ４１Ｌ−
Ｃ４ｂに流れる電流であり、上記第３の光電変換素子２
３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ゃ、又それぞれ導体Ｃ□、Ｃ
２４から電気角で４６°遅れた位置に有る０ この第３の光電変換素子２３及び第４の光電変換素子２
４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ット４
の位置関係を検出してコイルブロックＣＩ　＋　０２　
＋　Ｃｓ　ｖ　Ｃ４の半径方向に位置する導体０１ｚ−
Ｃ１ｂ−”２ａ＋　Ｃ２ｂ−Ｃ３ａ＋　Ｃ３ｂ　−Ｃ４
ａ＋　Ｃ４ｂと交わるロータマグネット４の磁束が最大
の点でコイルブロック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ックＣ
１，Ｃ２の半径方向に位置する導体０１Ｂ、　＋　ＣＢ
）　ｌ　Ｃ２２Ｌ　Ｉ　Ｃｚｂ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ックＣ
５＋Ｃ４の半径方向に位置する導体Ｃ３２Ｌ　’０３ｂ
＋　Ｃａ　Ｂ、　、Ｃ４ｂ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、マグネット４のステ
ータコイルに対する位置関係ｗ　ｏ　Ｏとし、ロータマ
グネット４の回転角θＲ（θ、は電気角で時計方向の角
度）に対する前記鎖交磁束φ１．φ２′ｆ！：示すと、
第１４図のφ１．φ２の様な回転角度θＲに対応した交
流磁界になるＯ つまり、第１のステータコイルにおいては、θ＝＝　ｏ
　Ｏで導体ＣＩ＆　＋　Ｃ１ｂ　＋　Ｃ２ａ　＋　Ｃｚ
ｂがロータマグネット４のＳ極とＮ極の境界付近にあり
φ。

は零となり、θＲの増加とともにφ１　も増加しθＲ＝
９ｏ０で導体Ｃｊａｌ　Ｃ１ｂ＋　Ｃ２１ＬＩ　Ｃ２ｂ
がロータマグネット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□＝１８００　では再
び上記導体Ｃ１，ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ２４，Ｃ２ｂがロータ
マグネット４のＳ極とＮ極の境界付近に位置し再び零と
なり、θＲ〉１８０°では導体ｃ、ａ、　ｃｌｂ。

Ｃ２１，Ｃ２ｂと交わる磁束が０°〈θ、く１８ｏ０と
は逆向きになり、これを負の方向とすれば、θ□＝２７
０°でθＲ：９００とは逆極性ながら導体Ｃ１ａ、Ｃ１
ｂ、Ｃ２ａ、Ｃ２ｂがロータマグネット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ット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θＲ二００〜３６０°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、これら全構
成するコイルブロックＣ５＋　０４が第１のステー−ク
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９００ずれた第１２図同様に
示す様な波形となる０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４６゜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ｖｐ１およびＶ　は第１４
図のｖｐｌ、■ｐ２に示す様にφ１．φ２２ に対しそれぞれ４６°ずれた波形となる。

この電圧Ｖ、およびｖｐ２を波形整形回路に通しＶ　を
整形した信号ｖ１およびｖ、２を整形した信１ 号ｖ２　を得、このＶ、ｌ　ｖ２　’に論理回路に通し
、この論理回路の出力信号により第１のステータコイル
へ通電する電流工、および第２のステータコイルへ通電
する電流工、全制御し、第１４図に示すようにφ１が正
の最大値となるθ□＝４６°〜１３６゜の９０°区間（
’／’＋が”１”でｖ２が０“の区間）において工、ヲ
正方向に流し、φ２が正の最大値となるθＲ＝１３５°
〜２２６°の’９００区間（Ｖｌ　７３Ｋ“１″で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θＲ＝：２２５゜〜３１６°の
９０°区間（ｖｌ　が“０″でｖ２が“１“の区間）に
おいて工、ヲ逆方向に流し、φ２が負の最大値となるθ
Ｒ＝３１５°（又は−４６°）〜４６゜の９０°区間（
ｖ、が“０″でｖ２が“０“の区間）においてＩ２　　
ｋ逆方向に流し、通電による電流がトルク発生に有効に
寄与するだめの通電制御つまり電子整流子作用を行なっ
ている。

最後に光学的手段によりＰＣ信号を検出するための第６
の光電変換素子２６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１
７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１８ｏ０の間隔で配置されている。

平面光源１６から照射される光は、回転板１６の第３の
スリット２１が第６の光電変換素子２６の上に位置した
時、第３のスリット２１を通じて第６の光電変換素子２
６に投射され、前記第３のスリット２１が第６の光電変
換素子２６の上に位置しない時、光は第６の光電変換素
子２６に照射されず、前記回転板１６の１回転中におい
て、第６の光電変換素子２６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２６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６の光電変換素子２６に照射される光に
対し、機械角で１８００ずれたものとなる。したがって
回転板１６が回転すると、第６の光電変換素子２６と第
６の光電変換素子２６からは逆相の光起゛亀流が得られ
、これ全第１６図の３０・３１の様な演算増幅器Ａ６゜
Ａ７　および抵抗Ｒ，、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６の光電変換
素子２６の照射光量に比例した電圧Ｖ。

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　’に得る。なお第１６図に示す光□起電流−電圧変
換回路では、光電変換集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１
６図におけるθＰＧは回転板１６の時開方向を正とした
場合の回転角（機械角）全示し、第６図および第７図に
おける回転板１６と平面状光電変換集子１７の位置関係
をθＰＧ”Ｏ８としている。

電圧ｖ０とｖｄは互いに逆相の電圧で直流値がｖｃｏオ
よびｖｄｏ１信号成分の電圧がＶ。ｐ−ｐおよびＶａｐ
−ｐとなる。この電圧ｖ０とｖｄヲ、演算増幅器Ａ８・
抵抗”９１　Ｒ１０１Ｒｑ’　＋　Ｒ１ｏ′（Ｒ９’　
Ｒｉｏ＝Ｒ′９：Ｒ，ｏ’）で構成される利得に１（Ｋ
１−Ｒ１ｏ／Ｒ９）の差動増幅回ｌ！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ｖＰＧｐ−ｐはｖＰ　
Ｇ　ｐ　−ｐ　”　Ｋ１　（ｖｃ　ｐ　−ｐ　十ｖｄ　
ｐ　−ｐ　）となり増大する出力信号ｖＰＧ　’に得る
。

この出力信号ｖＰＧは位相検出信号として使用され、前
記電圧Ｖ０．Ｖｄ　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倍信号得ることができる。

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全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１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全前記第１２図に示した
様な光起電流−電圧変換回路によっ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、フォトダイオードと呼ばれる単結
晶シリコン光電変換素子、あるいハセレン光電変換素子
、アモルファスシリコン光電変換素子（以下、ａ−８ｉ
光電変換素子と称す）停機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ＣａＳ光電変換素子等
は、大面積でも低価格を実現し得るが、反面フォトエツ
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１００μ
ｍ程度で分離帯の幅は１ｏ〜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０又、セレン光
電変換素子等は、後述するａ−８ｉ光電変換素子に比べ
感度も低く、応答性も１桁近く遅く、素子間のバラツキ
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〇 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
ォ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
な微弱光であっても光分な出力信号を得ることが可能で
あり、応答性も数１０ＫＨ２程度１で応答し得るため、
本発明の要求する応答性を元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℃ＩＩ
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１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。

以上の説明力Ｓ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−５
ｉ光電変換素子が最適である。

さて、ａ−３ｉ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−８ｉ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用先光電変換素子２２形成する部分の破断拡大図
である。

又、同図（ｂ）は上記ＦＧ用先光電変換素子２の平面図
（第１７図（ａ）の矢印入方向から見た図）、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〇 第１７図（１Ｌ）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
ファスシリコン薄膜３４（ｌ下、ａ−５ｉ膜と称す）が
形成され、このａ−８ｉ膜３４上に斜線で示したインジ
ウム・チン・オキサイド３６（以下、ＩＴＯと称す）と
呼ばれる透明電極全付着している。

このａ　−Ｓｉ膜３４は第１７図（ｂ）　、　（Ｃ）に
示す様に、下側電極３３とＩＴＯ３６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の有する抵抗率が犬であり且つ膜の厚
さが数１０００人と薄く、且つＩＴＯの付着していない
部分の幅全数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
（＆）　、　（ｂ）　。

（Ｑ）の如く工Ｔ０３６′ｆ：分離した島状に付着させ
た場合、下側電極３３を共通電極とした独立した光電変
換素子小片２２１Ｌおよび光電変換素子小片２２ｂを形
成できる。

Ｉ　ＴＯｓ５’ｉ分離した島状に利殖させる方法として
例えばａ−５ｉ膜３４の全面にＩＴＯ３６を塗布した後
、分離帯を形成したい部分の不必要なＩＴＯ３６’ｚフ
ォ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Ｉ　’ｒｏｓｓの付着部分
が独立した光電変換素子として働くばかりでなく、第１
７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Ａ　２２　＆
’および電極Ｂ２２ｂ’に結合することも可能であり、
第９図に示したような微細加工全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Ａ　２２　
＆’および電極Ｂ　２２　ｂ’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Ｎ−８ｉ光電変換素子は通常６
７００人近傍にピーク波長感度を有するため使用する光
源も６７００人近傍の光源を用いる方が好ましい０６７
００人近傍の発光波長を有する光源としては例えばオレ
ンジ色の発光ターイオード（発光波長路６３００人）又
は緑色の発光ターイオード（発光波長路６６５０Ａ）等
の可視光の発光ダイオードにより実現できる０ 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
略全周に渡って第１の円環部に面対向型のＦＧｉＧ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倍信号検出手段を形成したもの
であり、第６図に示した様な直流ブラシレスモーフに限
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０ また、本実施例では第１のステータコイルへ通電する電
流工１お工び第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のスリット２０２Ｌ　、２
０ｂ　、２００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フに
おいてロータマグネッＩｆ正弦波状に着磁し、第１のス
テータコイルに正弦波（Ｓｉｎ波）状の電流金泥し、こ
れと電気角で９０°ず′ｎ友位置にある第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ッ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の光電変換素子全
全周に渡って設ける例を示したが、全周に渡って設けな
くても略全周に渡って設ければ、全周に渡って設けた場
合と同様の検出精度全得乙ことができ、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　−８ｉ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°の奇数倍能れた位置に第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
°の奇数倍能れた位置に第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ｖｐ１・ｖｐ２を得るよう
にしてもよい。

１だ、本発明の実施例では、第１７図（ｄ）に示すよう
にＦＣ，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、等価回路全第１８図（０）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３
６ｂ、光電変換素子３７のアノード側電極３７ａ、カソ
ード側電極３７ｂ’ｉ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３７ｂｉ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全設け、その上にカ
ソード側電極３６ｂ、ｓ７ｂを形成し、その上にＰｉＮ
接合を有するａ−８ｉ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３６！Ｌ、３７ａを得る０また第１８図の例では平面
状光電変換手段」二で、アノード側電極３６＆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’（ｉ７
結合している。

発明の詳細 な説明したように、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ＦＣ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Ｐ
（１，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
渡って形成されるため全周に渡って積分された信号が得
られ、回転板の取り付は不良あるいはスリットの幅むら
等の機械的精度不良が全周で積分されるため、ＦＨの検
出精度が加工や組み立ての影響を受は難い光学式回転検
出装置を実現できる。

■　回転情報の検出を行うＦＣのスリットピッチを小さ
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、ＦＯの出力信号、ロータ回転位置検出信号およびＰ
（ｌｒの出カイ言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は難い。

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

■　電子整流作用全成すだめのロータ回転位置検出が光
源、回転板上の第２のスリッ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
ットのスリッ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工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ォトエツチング等
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
子整流作用金ならしめることができる。そして、ローフ
位置検串を行う第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０

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の回転検出手段金偏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ットノ平面図、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６
図は本発明による）ｆ挙式回転検出装置の一実施例を適
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１ｏ図
（ａ）　、　（ｂ）は同モータのＦＣ部の動作説明図、
第１１図（ｉａ）　、　（ｂ）　、　（０）は同モータ
のＦＣ部の動作を示す波形図、第１２図は同モータのＦ
ＧＧ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
フ回転位置検出部の動作を示す波形図、第１６図は同モ
ータのＰＧＧ号検出回路の回路図、第１６図は同モータ
のｐｃ信号検出部の動作を示す波形図、第１７図（＆）
　、　（ｂ）　、　（０）　、　（ｄ）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１８図（ａ）。 （ｂ）　、　（０）　、　（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０１
・・・・・・回転軸、１６・・−・・・平面光源、１６
・・・・・・回転板、１７・・・・・・平面状光電変換
手段、１９・・・・・・第１のスリット、２０・・・・
・・第２のスリット、２１・・・・・・第３のスリット
、２２・・・・・・ＦＧ用先光電変換素子２３°゛゛°
第３の光電変換素子、２４・・−・・・第４の光電変換
素子、２６・・・・・・第６の光電変換素子、２６・・
・・・・第６の光電変換素子０ 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ｔｔか１名第
１図 第２図　　　　　第３図 第　４　図 第５図 第６図 第７図 第８図 第１０図　　（ｃｔ＋　　　　　　　　（ｂ＋第１１図 ％ｐ”ＫＤｍＩＰｆもＰ〕 第１２図 １ ７ 第１３図 ｓ 第１４図 ＋　：　正方向を電 −ｊ蓬方向蓮覧 第１５図 ３θ 耶１６図 区

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）電子整流子モータの回転軸に取り付けられ、第１
   の円環部に配されたスリット数ｍ１（ｍ１ｉ’ｊ：正の
   整数）の第１のスリットと、前記第１の円環と異なる半
   径上の第２の円環部に配されたスリット数ｍ２（ｍ２は
   正の整数）の第２のスＩＪ　ットと、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スリッ
   ト数ｍｓ　（ｍｓは正の整数）の第３のスリットを有す
   る回転板と、前記回転板の面上に対向する一端に前記第
   １のスリット、第２のスリットおよび第３のスリットの
   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の円環部に全周あるい
   は略全周に渡ってｎ１組（ｎｌは正の整数）の光電変換
   素子を有し、かつ前記馬脂の光電変換素子からは回転速
   度検出信号を出力し、前記第２の円環に対応する第６の
   円環部にはｎ２組（ｎ２は正の整数）の光電変換素子を
   有し、前記ｎ２組の光電変換素子からは前記電子整流子
   モータの整流作用を行なう回転位置検出信号を出力し、
   前記第３の円環に対応する第６の円環部にはｎ３組（ｎ
   ３は正の整数）の光電変換素子を有し、前記ｎ３組の光
   電変換素子からは前記回転板の１回転につき１周期の回
   転情報信号を出力する事を特徴とした光学式回転検出装
   置。 Ｇ２、特許請求の範囲第１項記載の光学式回転検出装置
   において、平面状光電変換手段としてＰＩＮ接合を形成
   するアモルファスシリコン薄膜の一方の面に無透明電極
   、他の面に透明電極を形成したサンドウィッチ構造とし
   、光源から発せられた光は透明電極上に照射されるよう
   構成されたアモルファスシリコン光電変換素子を使用し
   た事を特徴とする光学式回転検出装置。 （３）特許請求の範囲第２項記載の光学式回転検出装置
   において、６７０Ｏ人近傍に発光波長を有する光源を使
   用した事を特徴とする光学式回転検出装置。