JP4645279B2 - 回転検出器 - Google Patents

Description

本発明は産業用回転機械において回転速度に応じた交流信号を出力する回転検出器に関
する。

この種の回転検出器は、例えば、車輌のブレーキ制御装置、空転滑走検知用の滑走検知
器、ナビゲーションといったモニタ装置、地点検知器、速度計などの各種制御情報の取得
のために、従来から用いられてきている。

特許文献１は従来形態の回転検出器を開示する。特許文献１の図１において、回転速度
を計測すべき回転体（例えば、駆動機構である主電動機の電動機軸）に誘導子が結合され
、この誘導子には、凸部と凹部とが等間隔で交互に誘導子の全周にわたって設けられる。
この誘導子の外周に対向して発電部が設けられ、この発電部においては、永久磁石と、そ
の両側に接合される磁極片が備えられる。２つの磁極片には、誘導子の前記凸部と凹部に
所定のギャップをおいて対向するように、各３本の磁極が形成されている。それぞれの磁
極には所定巻数のコイルが嵌合されている。

この構成において誘導子が回転すると、磁極の近傍を誘導子の前記凸部が通過するたび
に磁束が通過し、対応するコイルに誘導起電力が生じる。従って、各コイルからは、前記
凸部のピッチと誘導子の回転速度で定まる周波数の交流信号が出力される。
特許第３０００７８７号公報（図１、０００７、０００８）

ここで上記のような回転検出器においては一般に、回転検出器から得られる交流信号を
用いた制御システムの精度や安定性を向上するために、コイルの出力電圧が大きいことが
求められる。

このようなニーズに応えるためには、例えば誘導子と磁極との間の前記ギャップを小さ
くし、磁極の対面部を凸部が通過するときの磁極−凸部間の磁気抵抗を小さくして、コイ
ルの出力電圧を増大させることが考えられる。しかしながらギャップを小さく設定すると
、凸部と磁極とが接触することによる破損のおそれが大きくなる。また、ギャップが小さ
い距離となるように、かつ凸部と磁極とが接触しないように設定する調整作業が煩雑にな
ってしまう。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手
段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下のように構成する、回転検出器が提供される。固定子と誘
導子とを備える。前記誘導子の周面には、その全周にわたって凹凸を等間隔に形成した凹
凸面を有している。前記固定子は、永久磁石と、この永久磁石の極に接合された磁極片と
、前記誘導子の凹凸面にギャップをおいて対向するように前記磁極片に備えられた複数の
磁極と、前記磁極のそれぞれに嵌合されたコイルと、を有する。前記磁極片の複数の磁極
は、互いに隣接する第１磁極と第２磁極を含んでおり、前記第１磁極に嵌合された前記コ
イルと前記第２磁極に嵌合された前記コイルとが互いに１８０°異なる位相の信号を出力
するように、当該第１磁極及び第２磁極の位置が設定されている。

これにより、交流信号を出力する第１磁極のコイルと第２磁極のコイルとで、互いを通
過する磁束の変動を増大させ合うので、両コイルの出力電圧が増大する。従って、出力さ
れる交流信号の電圧を大きくできるので、当該信号を利用する装置側において、制御の安
定性及び精度が向上する。また、磁極と凹凸面とのギャップを小さくする必要もなく出力
電圧を増大できるので、製造コストや調整の手間を低減できる。

次に、発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係る回転検出器の全
体的な構成を示した断面図、図２は回転検出器を取り付ける様子を示す模式図、図３は図
１のＡ−Ａ断面矢視図、図４は各磁極の位置関係を示す図である。

本発明の実施形態としての回転検出器１は、図２に示すように、図示しない軸受によっ
て回転自在に軸支された回転軸６１の一端に備えられる。具体的には回転軸６１の一端が
軸箱６２の内部に突入され、その部分にギア２が固定されている。

次に、回転検出器１の構造を図１、図３、図４を参照して説明する。図１に示す第１実
施形態の回転検出器１は、回転自在に備えられた誘導子（前記ギア）２と、この誘導子２
の外周に対向するように前記軸箱６２（図２）に取り付けられた固定子３と、を主要な構
成として備えている。

誘導子２は、前述のとおり回転軸６１に固定されており、回転軸６１と一体的に回転す
る。そして図１に示すように、誘導子２の外周縁には、その全周にわたって、凸部２１と
凹部２２とが交互に等間隔で配置されている。即ち、誘導子２の外周縁には凹凸面が形成
されている。

前記固定子３は永久磁石３０を、その磁軸を誘導子２の周方向に沿わせるようにして備
えており、この永久磁石３０のＮ極には第１ヨーク３１が、Ｓ極には第２ヨーク３２がそ
れぞれ接合されている。ヨーク３１・３２としては、例えば純鉄製のものを採用できる。
第１ヨーク３１からは第１磁極４１及び第２磁極４２が、第２ヨーク３２からは第３磁極
４３及び第４磁極４４が、それぞれ誘導子２側に向けて突出される。各磁極４１〜４４の
先端面は、誘導子２の外周縁に対し所定のギャップ（図１や図３に示す隙間ｇ）をおいて
対向している。ギャップｇの大きさとしては、例えば０．５〜２．０ミリメートルとする
ことが考えられる。

図１において、上記第１〜第４の磁極４１〜４４には所定巻数の第１〜第４コイル５１
〜５４がそれぞれ嵌合され、これらのコイル５１〜５４の出力をケーブル５５を介して外
部に取り出すことができるようになっている。永久磁石３０と各ヨーク３１・３２と各コ
イル５１〜５４はハウジング３３とモールドカバー３４によって覆われ、内部には例えば
ポリウレタンゴム等のモールド材が充填される。各磁極４１〜４４の先端はモールドカバ
ー３４を貫通して露出している。

上記の構成において、回転軸６１の回転に伴って図１の太線矢印方向に誘導子２が回転
すると、誘導子２に設けた凸部２１のピッチ及び寸法に対応して、上記の各コイル５１〜
５４には、対応する磁極４１〜４４の対面位置を前記凸部２１が通過するたびに磁束が通
過し、起電力が発生する。従って、各コイル５１〜５４からは、誘導子２に設けた凸部２
１のピッチｐと誘導子２の回転速度（前記回転軸６１の回転速度）によって定まる周波数
の交流信号を得ることができる。なお、凸部２１の設けられている間隔を、以下「凸部ピ
ッチ」と称する。

そして図４に示すように、永久磁石３０の一側の第１ヨーク３１において互いに隣接す
るように設けられた第１磁極４１及び第２磁極４２においては、第１磁極４１の第１コイ
ル５１の出力交流信号を交流信号の基準としたときに、第２磁極４２の第２コイル５２の
出力交流信号が上記基準に対して１８０°遅れ又は進み位相で発生するように、前記凸部
ピッチｐとの関係で第１磁極４１と第２磁極４２との距離を設定している。

また、他側の第２ヨーク３２の第３磁極４３においては、それに嵌合された第３コイル
５３の出力交流信号が上記基準と等しい位相で発生するように、誘導子２の凸部ピッチｐ
との関係で第１磁極４１と第３磁極４３との距離を設定している。更に第４磁極４４にお
いては、それに嵌合された第４コイル５４の出力交流信号が上記基準よりも９０°遅れ又
は進み位相で発生するように、前記凸部ピッチｐとの関係で第１磁極４１と第４磁極４４
との距離を設定している。また、第４コイル５４を基準にして第３コイル５３の出力が９
０°遅れた位相の場合でも同じである。

この構成で、例えば第１コイル５１と第３コイル５３とを直列又は並列に接続し、更に
第２コイル５２を反対向きに直列又は並列に接続してコイル組を構成することで、当該コ
イル組からは上記基準としての交流信号が得られる。一方、第４コイル５４から得られる
交流信号は、上記基準よりも９０°の位相遅れを有している。

即ち、誘導子２が図１において太線矢印の方向に回転すると、第１〜第３コイル５１〜
５３を直列（並列）接続したコイル組からは基準位相としての出力信号が、第４コイル５
４からは前記基準位相よりも９０°遅れの出力信号が、それぞれ誘導子２の凸部２１が各
磁極４１〜４４を通過する周期で出力されることになる。

そして本実施形態では図４に示すように、一側の第１ヨーク３１において隣り合って形
成される磁極４１・４２については、それに嵌合される第１コイル５１と第２コイル５２
とが互いに１８０°異なる位相の信号を出力するように、両磁極４１・４２の位置が設定
されている。この結果、第１コイル５１の通過磁束が増大するときは第２コイル５２の通
過磁束は減少し、第１コイル５１の通過磁束が減少するときは第２コイル５２の通過磁束
が増大することになる。

以下、具体的に説明する。図５に示すように凸部２１が第１磁極４１に近づきつつある
ときは、永久磁石３０から出て第１コイル５１を通過する磁束φ１が増大し、第１コイル
５１には実線矢印に示す向きの起電力が生じる。一方、第１磁極４１と第２磁極４２の位
置関係を上記のように設定したことにより、凸部２１が第１磁極４１に近づきつつあるタ
イミングでは、第２磁極４２からは凸部２１が遠ざかることになる。この結果、永久磁石
３０から出て第２コイル５２を通過する磁束φ２は減少し、第２コイル５２には実線矢印
に示す向きの起電力が生じる。

これにより、交流信号を出力する第１コイル５１と第２コイル５２とで、互いを通過す
る磁束の変動を増大させ合う磁束スイッチ効果ともいうべき作用が営まれて、コイル５１
・５２を通過するトータルの磁束の時間変化が増大する。この結果、両コイル５１・５２
の出力電圧が増大し、この信号をケーブル５５を通じて取り出して利用する制御装置側で
は、制御の精度及び安定性が向上することになる。あるいは、出力電圧の増大の寄与分だ
け前記のギャップ（図１や図３の隙間ｇ）を大きくできる余地が増大するので、組付けが
容易となり、製造コストを低減できる。

本実施形態では図４に示すように、固定子３に２つのヨーク３１・３２を備え、第１ヨ
ーク３１及び第２ヨーク３２にそれぞれ２つの磁極を形成して、全体として計４つの磁極
４１〜４４を設けるとともに、そのうち第１ヨーク３１に設けられた磁極４１・４２につ
いて、コイル５１・５２からの出力位相が互いに１８０°異なるような位置に設定されて
いる。しかしながらこれに限定されず、例えば以下のような構成とすることも可能である
。

図６に示される変形例では、固定子３に３つのヨーク３１・３２・３３を備え、第１ヨ
ーク３１と第２ヨーク３２との間、及び第２ヨーク３２と第３ヨーク３３との間に、それ
ぞれ永久磁石３０を結合している。ヨーク３１〜３３にはそれぞれ磁極を２本ずつ形成し
、全体として計６つの磁極４１〜４６を設けている。また、６つの磁極４１〜４６のそれ
ぞれにはコイル５１〜５６を嵌合している。そして、前記６つの磁極４１〜４６のうち第
１ヨーク３１に設けた互いに隣接する磁極４１・４２について、コイル５１・５２からの
出力位相が互いに１８０°異なるように、その位置が設定されている。なお、位相が１８
０°異なる組は、コイル５３・５４もしくはコイル５５・５６の場合でも構わない。

なお、第３と第５の磁極４３・４５においては、コイル５３・５５からの出力位相が第
１磁極４１のコイル５１の出力位相と等しい位相となるように、その位置が設定されてい
る。また、第４と第６の磁極４４・４６においては、コイル５４・５６からの出力位相が
第１磁極４１のコイル５１の出力位相から９０°遅れ又は進み位相となるように、その位
置が設定されている。なお、９０°遅れ又は進み位相の組は、コイル５２・５５もしくは
コイル５２・５４の組み合わせでも構わない。

この図６の構成においても図４と同様に、第１コイル５１と第２コイル５２の出力電圧
を増大させることが可能である。

図７に示される変形例では、図１の構成と同様に固定子３のヨークの数は２つとされて
いるが、各ヨーク３１・３２には磁極を３本ずつ形成し、全体として計６つの磁極４１〜
４６を設けている。また、６つの磁極４１〜４６のそれぞれにはコイル５１〜５６を嵌合
している。そして、第１ヨーク３１に設けた３つの磁極４１〜４３のうち、互いに隣接す
る磁極４１・４２について、コイル５１・５２からの出力位相が互いに１８０°異なるよ
うに、その位置が設定されている。なお、３本の磁極のうち２本が０°もしくは１８０°
の関係であれば、互いに１８０°異なる位相の組み合わせは５１・５２以外でも良い。

更に、第２ヨーク３２に設けた３本の磁極４４〜４６のうち、互いに隣接する磁極４５
・４６について、コイル５５・５６からの出力位相が互いに１８０°異なるように、その
位置が設定されている。なお、３本の磁極のうち２本が０°もしくは１８０°の関係であ
れば、互いに１８０°異なる位相の組み合わせは５５・５６以外でも良い。

なお、残りの第３と第４の磁極４３・４４においては、コイル５３・５４からの出力位
相が第１磁極４１のコイル５１の出力位相から９０°遅れ位相、９０°進み位相、又は同
位相となるように、その位置が設定されている。

この図７の構成では、第１コイル５１と第２コイル５２、及び、第５コイル５５と第６
コイル５６の出力電圧を増大させることが可能である。

前記の実施形態においては、以下のような構成とすることもできる。図８は変形例を示
し、前記の図３に対応する図である。即ち、図８の構成では、永久磁石３０の厚み及びヨ
ーク３１の基部部分の厚みを図３の場合よりも増大させて、磁極４１、４２に嵌合される
コイル５１・５２の巻き外径が、永久磁石３０及びヨーク３１の基部の厚みＬとほぼ等し
くなるようにしている。この結果、固定子３をさほど大型化させずに、大きな出力信号を
得ることができる。あるいは、永久磁石３０やヨーク３１の基部の厚みＬがコイル５１・
５２の巻き外径を下回っていてもよい。

また、固定子３のコンパクト性を維持しながら出力の増大を図るために、図９に示す構
成とすることもできる。図９において、磁極４１，４２を形成するヨーク３１は珪素鋼板
等により構成しており、この結果、磁束の発生を妨げる渦電流を少なくでき、コイル５１
・５２の出力電圧を増大させることができる。ヨーク３１は、その基部の厚みが磁極４１
，４２の部分の厚みとほぼ等しくなるように構成している一方、永久磁石３０の厚みＬは
、磁極４１・４２に嵌合されるコイル５１・５２の巻き外径とほぼ等しくしている。即ち
、永久磁石３０の厚みＬはヨーク３１の厚みよりも大きくなっている。この結果、固定子
３全体はさほど大型化させずに、永久磁石３０の断面積を大きくして、磁気回路を通過す
る磁束量を増大させている。ただし、永久磁石３０の厚みＬをヨーク３１の厚みと等しく
しても構わない。

また図９の構成では、ヨーク３１の基部の厚み方向両側には例えば鉄製の補強板５８・
５８を接合して、磁路を増加させて永久磁石３０からの磁束量を増大させている。なお、
ヨーク３１の基部の厚みに２枚の補強板５８・５８の厚みを加えた寸法が、永久磁石３０
の厚みＬ、及び、コイル５１・５２の巻き外径とほぼ等しくなっている。これにより、固
定子３の大型化を効果的に抑制しつつ、コイル５１・５２の出力電圧を増大させ得る。

以上に説明した実施形態及び変形例は、更に様々に変形して実施することができる。例
えば、ヨーク（磁極片）の数は幾つであっても良く、少なくともそのうちの１つのヨーク
について、コイルからの出力位相が互いに１８０°異なる（あるいは同位相の）２本の磁
極が形成されていれば良い。

また、２本の磁極において、コイルの出力位相が互いに１８０°異なっていれば十分で
あり（あるいは同位相であれば十分であり）、２つのコイルからの信号の何れかが基準位
相に等しくなっている必要もない。また、それ以外の磁極の位置については任意であり、
必要とされている信号の位相、コイル同士をどのように結線するか、回転検出器の仕様・
用途等を考慮して、適切な位置に設定すれば良い。

また、固定子３を１つとする必要も必ずしもなく、例えば多出力が必要な場合で取付ス
ペースに余裕がある場合には、１つの誘導子２に対して固定子３を複数設けるように構成
しても良い。

更に、上記の実施形態は回転軸の回転検出器の例であるが、これに限らず、例えば、回
転型速度センサとして、また、電動機のモータ軸等、様々な回転体の速度を検出するのに
、本発明の回転検出器を適用できる。

本発明の実施形態に係る回転検出器の全体的な構成を示した断面図。 回転検出器を取り付ける様子を示す模式図。 図１のＡ−Ａ断面矢視図。 各磁極の位置関係を示す図。 本実施形態の作用を示す要部断面拡大図。 磁極の位置の変形例を示す図。 磁極の位置の別の変形例を示す図。 固定子の構成の変形例を示す図。 固定子の構成の別の変形例を示す図。

符号の説明

１ 回転検出器
２ 誘導子
３ 固定子
２１ 凸部
２２ 凹部
３０ 永久磁石
３１・３２ ヨーク（磁極片）
４１〜４４ 磁極
５１〜５４ コイル

Claims (1)

1. 固定子と誘導子とを備え、
   前記誘導子の周面には、その全周にわたって凹凸を等間隔に形成した凹凸面を有してお
   り、
   前記固定子は、
   永久磁石と、
   この永久磁石の極に接合された磁極片と、
   前記誘導子の凹凸面にギャップをおいて対向するように前記磁極片に備えられた複数の
   磁極と、
   前記磁極のそれぞれに嵌合されたコイルと、
   を有する、回転検出器において、
   前記磁極片の複数の磁極は、互いに隣接する第１磁極と第２磁極を含んでおり、前記第
   １磁極に嵌合された前記コイルと前記第２磁極に嵌合された前記コイルとが互いに１８０
   °異なる位相の信号を出力するように、当該第１磁極及び第２磁極の位置が設定されてい
   ることを特徴とする回転検出器。
   
   

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