JP2009121958A - ロータリエンコーダ、およびブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】高分解能で小型なロータリエンコーダ、及びブラシレスモータを提供する。
【解決手段】インクリメンタルパターンが形成されたロータリスケールと、センサマグネットと、ロータリスケールからの反射光を検出する光検出部７４と、センサマグネットの磁束を検出する磁気検出部７５と、光検出部７４、および磁気検出部７５の検出信号に基づいて回転軸の絶対角度位置などを算出する信号処理部７６と、信号処理部７６によって算出された絶対角度位置情報などを外部に出力するための通信回路部７３と、通信回路部７３から出力された信号を外部機器に伝達するためのコネクタ部８０とを備え、リジットフレキシブル基板３４のリジット基板３４ａ上に各部７３，７４，７５，７６，８０を実装し、フレキシブル基板３４ｂを屈曲形成することで光検出部７４をロータリスケールに対して対向配置すると共に、磁気検出部７５をセンサマグネットに対して対向配置した。
【選択図】図５

Description

この発明は、回転軸の回転角度等を検出するロータリエンコーダ、およびこれを用いたブラシレスモータに関するものである。

一般に、ブラシレスモータは、有底筒状のヨークに内嵌固定されたステータと、このステータに対して回転自在に設けられたロータとを有している。
ステータは、略円筒状のステータコアを有し、このステータコアにコイルを巻装するための複数のティース部が径方向内側に向かって突出形成されている。各ティース部間には軸方向に延びる蟻溝状のスロットが形成され、このスロットからコイルを挿入して各ティース部にコイルを巻装するようになっている。一方、ロータは、ヨークに回転自在に支持されている回転軸を有し、この回転軸に永久磁石が周方向に沿って配置されている。
このように構成されたブラシレスモータは、コイルに通電するとティース部に磁界が形成され、ロータの永久磁石との間に生じる磁気的な吸引力や反発力によって回転軸が駆動する。

この種のブラシレスモータを駆動するには、ロータの回転位置に対応した電流を各相のコイルに供給する必要がある。そこで、ロータの絶対角度位置や回転数を検出するため、ブラシレスモータにロータリエンコーダを設ける場合がある。
このロータリエンコーダは、ロータの回転軸の一端に設けられた回転スケール板と、この回転スケール板を挟んで振り分け配置された発光素子、および受光素子とを備えている。回転スケール板には、複数のパターンが形成されている。そして、発光素子から照射された光が回転軸と共回りする回転スケール板のパターンを介して受光素子に受光される。これが検出信号となってロータの絶対角度位置や回転数が認識できるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−２８２１０１号公報

ところで、ロータリエンコーダとしては、インクリメンタル型とアブソリュート型との２種類が一般に用いられている。
インクリメンタル型ロータリエンコーダは、回転スケール板にインクリメンタルパターン（２値化符号パターン、スリット）が形成されている。そして、回転スケール板の回転に伴ってインクリメンタルパターンをパルス信号として検出し、このパルス信号を所定の計数動作を行うことによって回転軸の相対角度位置や回転数を算出するようになっている。

一方、アブソリュート型ロータリエンコーダは、回転スケール板に出力ビット数に応じた数のシリアルアブソリュートパターン（円環パターン、模様）が形成されている。このため、回転スケール板に単純なスリットが形成されたインクリメンタル型とは異なり、回転軸が停止していても回転軸の絶対角度位置を算出することができる。

しかしながら、アブソリュート型ロータリエンコーダの分解能を高くしようとした場合、より微細なシリアルアブソリュートパターンを形成する必要があったり、このシリアルアブソリュートパターンを検出する高精度センサ等の多数の実装部品が必要になったりする。このため、分解能が高くなるほどアブソリュート型ロータリエンコーダのサイズが大きくなってしまうことに加え、小型化しようとするとシリアルアブソリュートパターンの形成が困難であるという課題がある。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、高分解能で小型なロータリエンコーダ、及びブラシレスモータを提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、回転軸と共回りする回転体と、前記回転体の一端に取り付けられインクリメンタルパターンが形成された回転スケール板と、前記回転体の外周面に取付けられたセンサマグネットと、前記インクリメンタルパターンからの反射光を検出する光検出部と、前記センサマグネットの磁束を検出する磁気検出部と、前記光検出部、および前記磁気検出部の検出信号に基づいて前記回転軸の絶対角度位置と回転数を算出する信号処理部と、前記信号処理部によって算出された前記回転軸の絶対角度位置情報、および回転数情報を外部に出力するための通信回路部と、前記通信回路部から出力された信号を外部機器に伝達するためのコネクタ部とを備えたロータリエンコーダであって、リジットフレキシブル基板のうちのリジット基板上に前記光検出部、前記磁気検出部、前記信号処理部、前記通信回路部、および前記コネクタ部を実装し、前記リジットフレキシブル基板のうちのフレキシブル基板を屈曲形成することで前記光検出部を前記回転スケール板に対して対向配置すると共に、前記磁気検出部を前記センサマグネットに対して対向配置したことを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、前記リジット基板上に実装された前記光検出部、前記磁気検出部、前記信号処理部、および前記通信回路部の位置決めを行うためのホルダを設け、該ホルダにそれぞれ光検出部、磁気検出部、信号処理部、および通信回路部を固定したことを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、前記磁気検出部は、前記回転軸の絶対角度位置検出用の絶対角度位置検出素子と、前記回転軸の多回転検出用の多回転検出素子とを備えていることを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、前記センサマグネットを前記回転スケール板よりも径方向外側に位置するように配設したことを特徴とする。

請求項５に記載した発明は、前記リジットフレキシブル基板は、前記通信回路部を中心に各々光検出部、信号処理部、コネクタ部、および前記多回転検出素子を周方向に配置するように構成し、前記光検出部、前記信号処理部、前記コネクタ部、および前記多回転検出素子のそれぞれと前記通信回路部とを前記フレキシブル基板で連結すると共に、前記信号処理部と前記絶対角度位置検出素子とを前記フレキシブル基板で連結していることを特徴とする。

請求項６に記載した発明は、請求項１〜請求項３の何れかに記載のロータリエンコーダを用いたブラシレスモータであって、前記ブラシレスモータは、コイルが巻装されたステータと、該ステータに対して回転自在に設けられたロータとを備え、前記ロータの回転軸の一端側に前記回転体が取付けられていることを特徴とするブラシレスモータとした。

本発明によれば、回転スケール板に形成されているインクリメンタルパターンを細分化することによってロータリエンコーダの分解能を高めることができる。また、回転スケール板、および光検出部に加え、センサマグネットと磁気検出部を併用することで、シリアルアブソリュートパターンのように複雑なパターンを回転スケール板に形成することなく回転軸の絶対角度位置を算出することができる。このため、回転スケール板を小型化することが可能になり、高分解能で小径なアブソリュート型ロータリエンコーダを提供することが可能になる。

さらに、リジット基板とフレキシブル基板とが積層されて構成されたリジットフレキシブル基板のうち、リジット基板上に光検出部、磁気検出部、信号処理部、通信回路部、およびコネクタ部を実装している。そして、フレキシブル基板を屈曲形成することで光検出部を回転スケール板に対して対向配置すると共に、磁気検出部をセンサマグネットに対して対向配置している。このため、各実装部品（光検出部や磁気検出部）を同一平面上に配置することなく立体的に配置させることができる。よって、ロータリエンコーダに無駄なスペースができ難く、小型化を図ることが可能になる。

そして、光検出部、磁気検出部、信号処理部、通信回路部、およびコネクタ部をリジット基板上に実装することで、各実装部品をガタつかせることなく容易、且つ確実にホルダに固定することができる。
また、磁気検出部に回転軸の絶対角度位置検出用の絶対角度位置検出素子と、回転軸の多回転検出用の多回転検出素子とを設けることで、回転軸の絶対角度位置だけでなく、回転軸の多回転カウント値を算出することができる。このため、より高精度なロータリエンコーダを提供することが可能になる。

さらに、センサマグネットを回転スケール板よりも径方向外側に位置するように配設することで、必要に応じて磁気検出部をセンサマグネットの端面や外周面に対応させて配置することができる。すなわち、例えば、センサマグネットの着磁状態に応じて磁気検出部の多回転検出素子をセンサマグネットの端面に対向配置する一方、絶対角度位置検出素子をセンサマグネットの外周面に対向配置させることができる。このため、磁気検出部のレイアウト自由度をより高めることが可能になる。

とりわけ、このロータリエンコーダをブラシレスモータに使用する場合にあっては、フレキシブル基板を屈曲させることでブラシレスモータの小型、小径化を図ることが可能になる。

次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１、図２に示すように、ブラシレスモータ１は、ヨーク２と、このヨーク２に内嵌固定されたステータ３と、ステータ３に対して回転自在に設けられたロータ４とを有する所謂インナーロータ型の電動モータである。
ヨーク２は、有底筒状に形成されたものであって、周壁５とエンド部（底部）６とを有している。周壁５の内周面側には、エンド部６寄りに段差によって径方向内側に縮径された縮径部７が形成されている。この縮径部７によって形成された段差部８にステータ３が当接することでステータ３の軸方向の位置決めが行われている。

ヨーク２のエンド部６には、径方向略中央に軸受けハウジング１０が形成され、ここに、回転軸９の一端側を回転自在に支持するための軸受け１１が挿入されている。軸受けハウジング１０には、回転軸９を挿通するための挿通孔１０ａが形成されている。なお、周壁５の外径Ｅ１は約２０〜３０ｍｍ程度に設定されている。
ステータ３は、磁性材料の板材をプレス等で打ち抜いた金属板を軸方向に積層したり、軟磁性粉末を加圧成形したりすることによって形成されたものであって、略円筒状のステータコア４４を有している。ステータコア４４は、周壁を形成するコア本体４５と、コア本体４５から径方向内側に向かって突設された複数のティース部４６とが一体成形されたものである。

ティース部４６は周方向に等間隔で設けられており、ここに空芯コイル５２がそれぞれ不図示の絶縁シートを介して径方向に着脱自在に設けられている。空芯コイル５２は、電流が供給されるコイルを予め巻回して形成したものである。
また、ステータコア４４には、一対の抜け止めインシュレータ５４，５５が軸方向外側からステータコア４４側に向かって挿入するようにしてそれぞれセットされている。

これら抜け止めインシュレータ５４，５５は、空芯コイル５２の抜け方向への移動を規制するためのものであって、それぞれ各ティース部４６間に介装される複数の介装部５８，５９を有している。各介装部５８，５９の外方側端には、それぞれ略円環状のリング部５６，５７が一体成形されている。すなわち、抜け止めインシュレータ５４，５５は、それぞれ介装部５８，５９をリング部５６，５７で連結した状態になっている。

一対の抜け止めインシュレータ５４，５５のうち、エンド部６とは反対側に取り付けられている抜け止めインシュレータ５４には、リング部５６に略円環状のインロー部６２が形成されている。このインロー部６２は、後述する配電板６３の径方向、及び軸方向の位置決めを行うためのものであって、リング部５６の内周縁から軸方向外側に向かって延出するように形成されている。また、インロー部６２は、リング部５６よりも縮径されており、これによって段差部６４が形成されている。

配電板６３は、ステータ３のティース部４６に装着されている空芯コイル５２に外部電力を供給するためのものであって、空芯コイル５２を形成するコイル４９の端末部が接続されている。配電板６３は、略円盤状の基板６５と、この基板６５から外方に向かって延出するフレキシブル配電部６６とを有している（図２参照）。
基板６５は、この内周に抜け止めインシュレータ５４のインロー部６２が内嵌されていると共に、基板６５のステータ３側の面が抜け止めインシュレータ５４の段差部６４に当接している。これによって、配電板６３は、抜け止めインシュレータ５４のインロー部６２によって径方向、および軸方向の位置決めが行われる。フレキシブル配電部６６は、ヨーク２の周壁５に設けられたグロメット６７を介して外部へと引き出され、不図示の外部電源に電気的に接続されている（図２参照）。

ロータ４は、回転軸９にリング状の永久磁石１２を外嵌固定したものである。この永久磁石１２は、周方向に磁極が順番に変わるように着磁されている。
回転軸９の他端側は、ヨーク２の開口部２ａを閉塞するリヤブラケット１３に回転自在に支持されている。

リヤブラケット１３は、略円盤状に形成されヨーク２に内嵌するインロー部１５を有している。インロー部１５の外周面には、複数の雌ネジ部（不図示）が周方向に等間隔で刻設される一方、ヨーク２の雌ネジ部に対応する部位はボルト孔（不図示）が形成されている。そして、ここにボルト１９が螺入されることによってリヤブラケット１３がヨーク２に締結固定されるようになっている。
インロー部１５の径方向略中央には、ロータ４の永久磁石１２側（図１における下側）に向かって突出する軸受けハウジング１６が形成されている。この軸受けハウジング１６には、回転軸９を挿通可能にする挿通孔２０が形成され、ここに回転軸９の他端側を回転自在に支持するための軸受け１４が圧入固定されている。

インロー部１５の軸受けハウジング１６とは反対側（図１における上側）には、外周縁にフランジ部２１が形成されている。このフランジ部２１がヨーク２の開口端に当接することによって、リヤブラケット１３の軸方向の位置が決定するようになっている。
また、インロー部１５の軸受けハウジング１６とは反対側には、径方向略中央に凹部２２が形成されており、ここにロータリ２３が収納されている。

図３、図４に詳示するように、ロータリ２３は、回転軸９の絶対角度位置などを検出するためのロータリエンコーダ２５を構成するものであって、回転軸９の他端にボルト２６によって締結固定され回転軸９と共回りするようになっている。このロータリ２３は、段付き筒状に形成されたハブ（回転体）２７を有している。このハブ２７は、回転軸９に取付けられる筒部６９と、筒部６９の回転軸９とは反対側に形成された円盤部２９とが一体成形されたものである。

筒部６９は、回転軸９を外嵌可能な大きさを有している。筒部６９の内周面側には、軸線方向略中央にボルト孔３０が形成され、ここにボルト２６が螺入されている。
一方、円盤部２９は、筒部６９よりも径方向外側に大きく形成されている。円盤部２９の外周面には、略円環状のセンサマグネット２８が外嵌固定されている。

円盤部２９の外表面２９ａには、径方向略中央にロータリスケール（回転スケール板）３１が設けられている。また、円盤部２９の外表面２９ａには、ロータリスケール３１の外周部に対応する位置に円環状の接着凹部２９ｂが形成されている。接着凹部２９ｂはロータリスケール３１を接着固定するためのものであって、ここに接着剤Ｆを塗布することでロータリスケール３１が円盤部２９に固着される。すなわち、ロータリ２３は、回転軸９とは反対側端にロータリスケール３１を配置し、且つ外周面にセンサマグネット２８を配置した状態になっている。また、ロータリスケール３１よりも径方向外側にセンサマグネット２８を配置した状態になっている。

このロータリスケール３１の外表面３１ａには、インクリメンタルパターン７０、および原点位置を検出するためのＺ相パターン７０ａが形成されている。
インクリメンタルパターン７０は、反射パターン７１とパターンニングが施されていない領域７２とが周方向に交互となるように放射状に配設されているものである。そして、これら反射パターン７１とパターンニングが施されていない領域７２との幅を小さくしてロータリスケール３１に多数配設すればするほど分解能が高まるようになっている。
ロータリスケール３１の径方向略中央には、ロータリ２３を締結固定するときに使用される工具（不図示）を挿通可能にする挿通孔３２が形成されている。

図１、図２に示すように、リヤブラケット１３の凹部２２側には、これを閉塞するようにセンサユニット４８がボルト１００によって締結固定されている。
センサユニット４８は、ロータリエンコーダ２５を構成するロータリ検出ユニット２４と、ロータリ検出ユニット２４の位置決めを行うホルダ３３とで構成されている。
ロータリ検出ユニット２４は、リジットフレキシブル基板３４に各種装置を実装したものである。

具体的には、図５、図６に示すように、リジットフレキシブル基板３４は、ガラスエポキシなどの硬い材質から成るリジット基板３４ａと可撓可能なフレキシブル基板３４ｂとが積層されて構成されたものである。なお、図５において、紙面手前側を表面、紙面奥側を裏面とする。
リジット基板３４ａは、通信回路部７３が実装されているリジット基板１３３と、光検出部７４が実装されているリジット基板１３４と、磁気検出部７５が実装されているリジット基板１３５と、信号処理部７６が実装されているリジット基板１３６と、コネクタ部８０が実装されているリジット基板１３７とで構成されている。そして、通信回路部７３を中心にして周方向に沿って光検出部７４、磁気検出部７５、信号処理部７６、およびコネクタ部８０を配置した状態になっており、光検出部７４、磁気検出部７５、信号処理部７６、およびコネクタ部８０のそれぞれと通信回路部７３とをフレキシブル基板３４ｂで連結している。

光検出部７４のリジット基板１３４は略円盤状に形成されており、この表面には略中央に光検出部７４を構成する光学式センサモジュール３５が実装されている。この光学式センサモジュール３５は、受／発光素子を備えたものであって、インクリメンタルパターン７０に光を照射し、且つ反射光を検出するようになっている。反射光を検知した受光素子からは、正弦波アナログ信号が出力される。

一方、光検出部７４のリジット基板３４ａの裏面には、光検出部７４を構成する差動Ａ／Ｄコンバータ８２、およびコンパレータ８３などが実装されている。これら差動Ａ／Ｄコンバータ８２、およびコンパレータ８３は、光学式センサモジュール３５から出力された正弦波アナログ信号をデジタル信号化（パルス信号化）するためのものである。

磁気検出部７５は、回転軸９が何回転したかを検出する多回転検出部７５ａと、回転軸９の絶対角度位置を検出する絶対角度位置検出部７５ｂとで構成されている。また、リジット基板１３５は、それぞれ多回転検出部７５ａのリジット基板１３５ａと、一対の絶対角度位置検出部７５ｂのリジット基板１３５ｂ，１３５ｂとで構成されている。
リジット基板１３５ａは略円弧状に形成されており、フレキシブル基板３４ｂを介して通信回路部７３に接続されている。リジット基板１３５ａには、表面に磁気検出部７５を構成する一対の多回転検出用ホールＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）３６ａ，３６ａが円弧の中心を基準にして周方向に９０°間隔をあけて実装されている。多回転検出用ホールＩＣ３６ａ，３６ａは、センサマグネット２８の磁束を検出して矩形波を出力するものである。また、リジット基板１３５ａには、各多回転検出用ホールＩＣ３６ａ，３６ａの近傍に多回転検出部７５ａをホルダ３３に締結固定するためのボルト孔１０１，１０１が設けられている。

一方、一対のリジット基板１３５ｂ，１３５ｂは、それぞれ平面視長方形状に形成されており、フレキシブル基板３４ｂを介して信号処理部７６に接続されている。各リジット基板１３５ｂ，１３５ｂには、表面にそれぞれ磁気検出部７５を構成する一対の絶対角度位置検出用ホールＩＣ３６ｂ，３６ｂが実装されている。絶対角度位置検出用ホールＩＣ３６ｂ，３６ｂは、センサマグネット２８の磁束を検出して正弦波アナログ信号を出力するものである。また、各リジット基板１３５ｂ，１３５ｂには、各絶対角度位置検出用ホールＩＣ３６ｂ，３６ｂの近傍に絶対角度位置検出部７５ｂをホルダ３３に締結固定するためのボルト孔１０２，１０２が設けられている。

ここで、絶対角度位置検出部７５ｂに接続されているフレキシブル基板３４ｂは、略Ｔ字状に形成されており、一対のリジット基板１３５ｂ，１３５ｂに跨って両者を連結する第一フレキシブル基板１４０と、この第一フレキシブル基板１４０の長手方向略中央から信号処理部７６に向かって延出し、信号処理部７６に接続されている第二フレキシブル基板１４１とで構成されている。

信号処理部７６のリジット基板１３６の裏面には、信号処理部７６を構成する回転角度センサＩＣ８６などが実装されている。この回転角度センサＩＣ８６は、絶対角度位置検出用ホールＩＣ３６ｂ，３６ｂから出力された正弦波アナログ信号に基づいて回転軸９の絶対角度位置を算出するためのものである。また、リジット基板１３６には、信号処理部７６をホルダ３３に固定するためのボルト孔１０３が周方向に等間隔で４箇所設けられている。

通信回路部７３は、信号処理部７６で算出された回転軸９の回転数情報や絶対角度位置情報を外部に出力するものである。通信回路部７３のリジット基板１３３は略円盤状に形成されており、この表面にはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）８５などが実装されている。ＦＰＧＡ８５は、多回転検出用ホールＩＣ３６ａ，３６ａから出力された矩形波に基づいて算出された多回転カウント値と、光学式センサモジュール３５からの出力信号とに基づいて回転数を算出するためのものである。

一方、リジット基板１３３の裏面には、通信回路部７３を構成するレベル変換回路８７などが実装されている。このレベル変換回路８７は、信号処理部７６から出力された回転軸９の回転数情報や回転角度位置情報を所定の信号形式（例えば、ＬＶＤＳ，ＲＳ４２２等の差動信号形式）に変換して出力する。そして、この通信回路部７３から出力された信号は、コネクタ部８０を介して不図示の外部機器に伝達されるようになっている。この他にリジット基板１３３には、通信回路部７３をホルダ３３に固定するためのボルト孔１０４が周方向に等間隔で４箇所設けられている。

コネクタ部８０のリジット基板１３７は、基端側、つまり、通信回路部７３側に向かうに従って徐々に先細りとなるように略台形状に形成されている。このリジット基板１３７の裏面には、外部機器とロータリ検出ユニット２４とを接続するためのコネクタ８０ａなどが実装されている。

図１、図６に示すように、リジットフレキシブル基板３４のリジット基板３４ａに各種装置を実装したロータリ検出ユニット２４は、フレキシブル基板３４ｂを屈曲させて立体形状とし、ホルダ３３に位置決めされた形で締結固定されている。
より詳しくは、まず、通信回路部７３と信号処理部７６とが対向するようにフレキシブル基板３４ｂを屈曲させる。次に、信号処理部７６の通信回路部７３側と反対側の面と、光検出部７４とが対向するようにフレキシブル基板３４ｂを屈曲させる。

さらに、光検出部７４の信号処理部７６側と反対側の面と、磁気検出部７５の多回転検出部７５ａとが対向するようにフレキシブル基板３４ｂを屈曲させる。そして、絶対角度位置検出部７５ｂを光検出部７４の多回転検出部７５ａ側の面に位置し、且つ多回転検出部７５ａと直交する方向に沿うように第二フレキシブル基板１４１を屈曲させる。
ここで、一対の絶対角度位置検出用ホールＩＣ３６ｂ，３６ｂに跨って設けられている第一フレキシブル基板１４０の長さＬ１（図５参照）は、各絶対角度位置検出用ホールＩＣ３６ｂ，３６ｂが光検出部７４の中心を基準にして互いに周方向に９０°間隔をあけた状態で配置可能な長さに設定されている。

したがって、ロータリ検出ユニット２４は、各フレキシブル基板３４ｂを屈曲させた状態において、磁気検出部７５のリジット基板１３５ａが光検出部７４のリジット基板１３４と平行する方向に沿って配設され、且つ多回転検出用ホールＩＣ３６ａ，３６ａが光検出部７４のリジット基板１３４の中心を基準にして周方向に９０°間隔をあけた状態で配設される。また、磁気検出部７５のリジット基板１３５ｂ，１３５ｂが光検出部７４のリジット基板１３４と直交する方向に沿って配設され、且つ光検出部７４のリジット基板１３４の中心を基準にして周方向に９０°間隔をあけた状態で配設される。また、多回転検出用ホールＩＣ３６ａ，３６ａが軸線方向外側に向かって配設された状態になる一方、絶対角度位置検出用ホールＩＣ３６ｂ，３６ｂが径方向内側に向かって配設された状態になる。さらに、光検出部７４の光学式センサモジュール３５は、受／発光素子が多回転検出用ホールＩＣ３６ａ，３６ａと同じ方向に向かって配設された状態となる。

図７〜図１１に示すように、ホルダ３３は、通信回路部７３と信号処理部７６との間に介在する第一ホルダ３３ａと、光検出部７４、信号処理部７６、磁気検出部７５の多回転検出部７５ａ、および絶対角度位置検出部７５ｂの位置決めを行う第二ホルダ３３ｂとで構成されている。
図１０に詳示するように、第一ホルダ３３ａは略円環状で大部分が開口されており、通信回路部７３、および信号処理部７６の外周縁近傍のみに当接するように形成されている。第一ホルダ３３ａの四方には、平面部９１が形成されている。各平面部９１は、フレキシブル基板３４ｂの配索経路となる部位であって、ここに外方に向かって徐々に肉薄となる先細り部９２が形成されている。これにより、フレキシブル基板３４ｂに無理な曲げ応力が作用し難くなる。

各平面部９１の間、つまり、第一ホルダ３３ａの四隅にはボルト孔９３が形成されている。これらボルト孔９３は、通信回路部７３のボルト孔１０４、および信号処理部７６のボルト孔１０３に対応する部位に形成されている。すなわち、通信回路部７３のボルト孔１０４、および信号処理部７６のボルト孔１０３は、互いに対向配置した際、同一軸線上に位置するように形成されている。

図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示すように、第二ホルダ３３ｂは略円盤状のベース部９４を有している。ベース部９４の略中央には、光検出部７４の光学式センサモジュール３５を望ませるための開口部９５が形成されている。開口部９５の周縁には、ロータリ２３側（図１１（ｂ）における下側）に磁気検出部７５の多回転検出部７５ａを位置決めするためのガイド部９６が突出形成されている。このガイド部９６は、開口部９５の全周縁のうちの略半分に形成されており、この外周部に多回転検出部７５ａが当接することによって多回転検出部７５ａの径方向の位置が決定するようになっている（図７参照）。なお、ベース部９４のロータリ２３側の面には、位置決めされた多回転検出部７５ａのボルト孔１０１に対応する部位に不図示の雌ネジ部が刻設されており、多回転検出部７５ａがボルト１０５によって第二ホルダ３３ｂに締結固定されるようになっている。

また、第二ホルダ３３ｂのベース部９４には、外周側に開口部９５を中心にして対向配置された一対の切り欠き部９７，９７が形成されている。これら切り欠き部９７，９７は、通信回路部７３と多回転検出部７５ａとの間に設けられたフレキシブル基板３４ｂ、および通信回路部７３と絶対角度位置検出部７５ｂとの間に設けられたフレキシブル基板３４ｂのうち、第二フレキシブル基板１４１を配索するためのものである。
この他に、ベース部９４には、一対の切り欠き部９７，９７の間であって、外周寄りに一対のボルト孔９８，９８が形成されている。これらボルト孔９８，９８は、第二ホルダ３３ｂをリヤブラケット１３に締結固定するためのものである。

ベース部９４のロータリ２３と反対側（図１１（ｂ）における上側）には、立ち上がり部９９が周方向に等間隔で４箇所立設されている。これら立ち上がり部９９は、光検出部７４、および信号処理部７６の位置決めを行うためのものであって、段差部３７が形成されている。段差部３７は、光検出部７４の位置決めを行うためのものであって、この壁面３７ａが光検出部７４の外形状に対応するように形成されている。すなわち、光検出部７４は、段差部３７の壁面３７ａの内側に嵌まり込むようにしてセットされて径方向の位置決めが行われると共に、段差部３７の底面３７ｂに当接することで高さ方向の位置決めが行われる。

各立ち上がり部９９の先端には、軸線方向に貫通する雌ネジ部３８がそれぞれ刻設されている。この雌ネジ部３８は、通信回路部７３、信号処理部７６、および第一ホルダ３３ａを締結固定するためのものである。雌ネジ部３８には、ボルト１０６が螺入されるようになっており、このボルト１０６によって通信回路部７３、信号処理部７６、および第一ホルダ３３ａが第二ホルダ３３ｂに共締めされる（図７、図８参照）。

また、図９、図１１（ｂ）に示すように、立ち上がり部９９の絶対角度位置検出部７５ｂに対応する位置には、凹部３９が形成され、ここに絶対角度位置検出部７５ｂを締結固定するための雌ネジ部４０が刻設されている。すなわち、絶対角度位置検出部７５ｂは、立ち上がり部９９の凹部３９にセットされることで位置決めされ、ボルト１０７によって第二ホルダ３３ｂに締結固定されるようになっている。

図１、図９に示すように、このように構成されたセンサユニット４８は、磁気検出部７５の多回転検出用ホールＩＣ３６ａがロータリ２３側に向くようにしてリヤブラケット１３にボルト１００によって締結固定される。
ここで、センサユニット４８をリヤブラケット１３に締結固定した際、磁気検出部７５の多回転検出用ホールＩＣ３６ａはロータリ２３のセンサマグネット２８の端面に対向した状態となる一方、絶対角度位置検出用ホールＩＣ３６ｂはロータリ２３のセンサマグネット２８の外周面に対向した状態となる。

すなわち、一対の多回転検出用ホールＩＣ３６ａ，３６ａは、センサマグネット２８の端面に沿って周方向に９０°間隔をあけて配設された状態となる。一方、一対の絶対角度位置検出用ホールＩＣ３６ｂ，３６ｂは、センサマグネット２８の外周面に沿って周方向に９０°間隔をあけて配設された状態となる。このように、センサマグネット２８の着磁状況に応じて各ホールＩＣ３６ａ，３６ａ，３６ｂ，３６ｂを適正な位置に配置している。また、光検出部７４の光学式センサモジュール３５は、受／発光素子がロータリ２３のロータリスケール３１と対向して配設された状態となる。

図１に示すように、センサユニット４８の外方には、これを覆うようにカバー４１が設けられている。カバー４１は、有底筒状に形成されたものであって、エンド部（底壁）４１ａと周壁４１ｂとを有している。カバー４１は、周壁４１ｂの開口部を閉塞するリヤブラケット１３に取付けられている。また、周壁４１ｂには、ロータリ検出ユニット２４のコネクタ部８０を外側に引き出すための切り欠き部（不図示）が形成されている。切り欠き部は、コネクタ部８０と通信回路部７３とに跨って設けられているフレキシブル基板３４ｂに対応するように形成されている。

次に、図１２に基づいてロータリエンコーダ２５の作用について説明する。
同図に示すように、光学式センサモジュール３５の発光素子は、ロータリ２３に設けられたロータリスケール３１のインクリメンタルパターン７０に向けて照射光を照射する。光学式センサモジュール３５の受光素子は、インクリメンタルパターン７０からの反射光をロータリ２３の相対角度位置情報、及び回転数情報として受光し、光電変換することで正弦波アナログ信号を出力する。

光学式センサモジュール３５の受光素子から出力された正弦波アナログ信号は、差動Ａ／Ｄコンバータ８２によってデジタル信号に変換されて出力されると共に、コンパレータ８３によって高電圧状態（ハイレベル）と低電圧状態（ローレベル）の２つの状態をとるデジタル信号に変換されて出力される。
差動Ａ／Ｄコンバータ８２、及びコンパレータ８３から出力されたデジタル信号は、レベル変換回路８７によって所定の信号形式（例えば、ＬＶＤＳ，ＲＳ４２２等の差動信号形式）に変換され、コネクタ部８０を介して不図示の外部機器に伝達される。これによって、ロータリ２３、すなわち、回転軸９の相対角度位置、および回転数情報を得ることができる。

一方、各ホールＩＣ３６ａ，３６ｂは、センサマグネット２８から発生する磁界の変化を示す情報として検出し、電気信号として出力する。このとき、多回転検出用ホールＩＣ３６ａ，３６ａからは９０°位相のずれた矩形波を出力し、これを受け取るＦＰＧＡ８５は、ロータリ２３の正／逆回転を検出すると共に、ロータリ２３の回転数を検出する多回転カウンタとして機能している。このカウンタは、所定の条件でリセットされるようになっている。

また、絶対角度位置検出用ホールＩＣ３６ｂ，３６ｂからは９０°位相のずれた正弦波アナログ信号を出力し、これを受け取る回転角度センサＩＣ８６でロータリ２３の絶対角度位置を検出する。すなわち、ロータリエンコーダ２５は、アブソリュート型ロータリエンコーダとして機能するようになっている。
なお、回転角度センサＩＣ８６の絶対角度位置情報、およびＦＰＧＡ８５の正／逆回転情報、回転数情報、多回転カウンタ情報もレベル変換回路８７、コネクタ部８０を介して外部機器（不図示）に出力される。

したがって、上述の実施形態によれば、ブラシレスモータ１の駆動開始時点においては、センサマグネット２８、および磁気検出部７５（ホールＩＣ３６ａ，３６ｂ）によって、回転軸９の回転数情報を得ることができる。多回転情報は不図示のモータコントローラ電源、およびバックアップ電源により動作する多回転検出用ホールＩＣ３６ａとＦＰＧＡ８５の多回転カウント機能により、常に得ることができる。このため、ロータリスケール３１に形成されたパターンがインクリメンタルパターン７０であっても、アブソリュート型ロータリエンコーダとして機能させることができる。よって、シリアルアブソリュートパターンのような複雑なパターン形状が無用になり、ロータリスケール３１を小型化（小径化）することが可能になる。
また、回転スケール板に形成されているインクリメンタルパターンを細分化することによってロータリエンコーダの分解能を高めることができるため、安価に高分解能なアブソリュート型ロータリエンコーダを提供することができる。

さらに、リジットフレキシブル基板３４のリジット基板３４ａ（リジット基板１３３，１１３４，１３５，１３６）に通信回路部７３、光検出部７４、磁気検出部７５、信号処理部７６、およびコネクタ部８０を実装している。そして、これらリジット基板３４ａ間に設けられたフレキシブル基板３４ｂを屈曲形成することで光検出部７４の光学式センサモジュール３５をロータリ２３のロータリスケール３１に対向配置すると共に、磁気検出部７５の多回転検出用ホールＩＣ３６ａと絶対角度位置検出用ホールＩＣ３６ｂをセンサマグネット２８の所望の位置に対向配置している。このため、ロータリ検出ユニット２４を平面的な構造にすることなく立体的な構造とすることができ、ロータリエンコーダ２５に無駄なスペースができ難い。よって、ロータリエンコーダ２５の小型化を図ることが可能になると共に、これを内装したブラシレスモータ１の小型も図ることができる。

そして、通信回路部７３、光検出部７４、磁気検出部７５、信号処理部７６、およびコネクタ部８０をリジット基板３４ａに実装しているので、ロータリ検出ユニット２４をホルダ３３に確実に固定することができる。このため、組み立て性のよいロータリエンコーダ２５を提供することができる。

さらに、ロータリ２３は、ロータリスケール３１よりも径方向外側にセンサマグネット２８を配置した状態になっている。このため、一対の多回転検出用ホールＩＣ３６ａ，３６ａをセンサマグネット２８の端面に沿って周方向に９０°間隔をあけて配設すると共に、一対の絶対角度位置検出用ホールＩＣ３６ｂ，３６ｂをセンサマグネット２８の外周面に沿って周方向に９０°間隔をあけて配設することができる。このように、センサマグネット２８の着磁状態に応じて所望の位置に適正なホールＩＣ３６ａ，３６ｂを配置することができると共に、各ホールＩＣ３６ａ，３６ｂをセンサマグネット２８に対して立体的に配設できる。このため、よりロータリエンコーダ２５の小型化を図ることが可能になる。また、センサマグネット２８の端面や外周面に各ホールＩＣ３６ａ，３６ｂを対向配置させることが可能になるので、レイアウトの自由度をより高め、設計時の制約を緩和することが可能になる。

なお、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
また、上述の実施形態では、磁気検出部７５の磁気検出用素子として多回転検出用ホールＩＣ３６ａ，３６ａ、および絶対角度位置検出用ホールＩＣ３６ｂ，３６ｂを用いた場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、磁気検出用素子としてホールＩＣ３６ａ，３６ｂに代わって磁気抵抗素子（ＭＲ素子）やホール素子などを用いてもよい。この場合、必要に応じて各素子から出力される正弦波信号を矩形波信号に変換する波形成形回路（例えば、差動Ａ／Ｄコンバータ８２やコンパレータ８３等）をリジットフレキシブル基板３４に実装すればよい。

さらに、上述の実施形態では、ロータリ２３を回転軸９の端部に締結固定し、回転軸９とロータリ２３とを共回りさせる場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ロータリ２３が回転軸９と共回りする構造であれば、回転軸９の端部にロータリ２３を設けなくてもよい。

本発明の実施形態におけるブラシレスモータの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態におけるブラシレスモータの構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態におけるロータリの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態におけるロータリの斜視図である。 本発明の実施形態におけるロータリ検出ユニットを展開した平面図である。 本発明の実施形態におけるロータリ検出ユニットの斜視図である。 本発明の実施形態におけるセンサユニットの斜視図である。 本発明の実施形態におけるセンサユニットの斜視図である。 本発明の実施形態におけるセンサユニットの斜視図である。 本発明の実施形態における第一ホルダの平面図である。 本発明の実施形態における第二ホルダを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の実施形態におけるロータリエンコーダのブロック図である。

符号の説明

１ ブラシレスモータ
３ ステータ
４ ロータ
９ 回転軸
２３ ロータリ
２４ ロータリ検出ユニット
２５ ロータリエンコーダ
２７ ハブ（回転体）
２８ センサマグネット
３１ ロータリスケール（回転スケール板）
３３ ホルダ
３３ａ 第一ホルダ
３３ｂ 第二ホルダ
３４ リジットフレキシブル基板
３４ａ，１３３，１３４，１３５，１３６ リジット基板
３４ｂ フレキシブル基板
３５ 光学式センサモジュール
３６ａ 多回転検出用ホールＩＣ（多回転検出素子）
３６ｂ 絶対角度位置検出用ホールＩＣ（絶対角度位置検出素子）
４８ センサユニット
４９ コイル
５２ 空芯コイル
７０ インクリメンタルパターン
７３ 通信回路部
７４ 光検出部
７５ 磁気検出部
７５ａ 多回転検出部
７５ｂ 絶対角度位置検出部
７６ 信号処理部
８０ コネクタ部
８０ａ コネクタ
１４０ 第一フレキシブル基板
１４１ 第二フレキシブル基板

Claims (6)

1. 回転軸と共回りする回転体と、
   前記回転体の一端に取り付けられインクリメンタルパターンが形成された回転スケール板と、
   前記回転体の外周面に取付けられたセンサマグネットと、
   前記インクリメンタルパターンからの反射光を検出する光検出部と、
   前記センサマグネットの磁束を検出する磁気検出部と、
   前記光検出部、および前記磁気検出部の検出信号に基づいて前記回転軸の絶対角度位置と回転数を算出する信号処理部と、
   前記信号処理部によって算出された前記回転軸の絶対角度位置情報、および回転数情報を外部に出力するための通信回路部と、
   前記通信回路部から出力された信号を外部機器に伝達するためのコネクタ部とを備えたロータリエンコーダであって、
   リジットフレキシブル基板のうちのリジット基板上に前記光検出部、前記磁気検出部、前記信号処理部、前記通信回路部、および前記コネクタ部を実装し、
   前記リジットフレキシブル基板のうちのフレキシブル基板を屈曲形成することで前記光検出部を前記回転スケール板に対して対向配置すると共に、前記磁気検出部を前記センサマグネットに対して対向配置したことを特徴とするロータリエンコーダ。
2. 前記リジット基板上に実装された前記光検出部、前記磁気検出部、前記信号処理部、および前記通信回路部の位置決めを行うためのホルダを設け、該ホルダにそれぞれ光検出部、磁気検出部、信号処理部、および通信回路部を固定したことを特徴とする請求項１に記載のロータリエンコーダ。
3. 前記磁気検出部は、前記回転軸の絶対角度位置検出用の絶対角度位置検出素子と、前記回転軸の多回転検出用の多回転検出素子とを備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のロータリエンコーダ。
4. 前記センサマグネットを前記回転スケール板よりも径方向外側に位置するように配設したことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載のロータリエンコーダ。
5. 前記リジットフレキシブル基板は、
   前記通信回路部を中心に各々光検出部、信号処理部、コネクタ部、および前記多回転検出素子を周方向に配置するように構成し、
   前記光検出部、前記信号処理部、前記コネクタ部、および前記多回転検出素子のそれぞれと前記通信回路部とを前記フレキシブル基板で連結すると共に、
   前記信号処理部と前記絶対角度位置検出素子とを前記フレキシブル基板で連結していることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のロータリエンコーダ。
6. 請求項１〜請求項５の何れかに記載のロータリエンコーダを用いたブラシレスモータであって、
   前記ブラシレスモータは、コイルが巻装されたステータと、該ステータに対して回転自在に設けられたロータとを備え、
   前記ロータの回転軸の一端側に前記回転体が取付けられていることを特徴とするブラシレスモータ。

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