JP7489583B2 - 回転検出器及びそれを備えたモータ - Google Patents

Description

本開示は、回転検出器及びそれを備えたモータに関する。本開示は、特にモータの回転軸の回転量を検出する回転検出器に関する。

従来、モータの回転軸等の回転位置及び回転量を検出するために、アブソリュートエンコーダが広く用いられている。アブソリュートエンコーダは、決められた原点位置を基準として回転位置及び回転量を検出する。アブソリュートエンコーダでは、原点位置のデータが保持されているので、電源が停止した場合にも原点復帰のための位置調整等が不要である。

一方、アブソリュートエンコーダでは、電源停止時にデータを保持するためのバックアップ電源が必要となる。通常、バッテリーがバックアップ電源として用いられる。しかし、バッテリーを定期的に交換する必要があり、バッテリーのメンテナンスに手間がかかる。そこで、バッテリーレスのエンコーダが複数提案されている。

例えば、特許文献１には、回転軸に取り付けられた磁石の回転に伴う磁界の変化を第１及び第２の磁気センサで検出することで、磁石、ひいては回転軸の回転量を検出する回転検出器が開示されている。この回転検出器は、第１及び第２の感磁部をさらに有しており、磁石の回転に伴う磁界の変化により第１及び第２の感磁部に発生したパルス状の電力を駆動電力として利用している（特に図１５～図１８を参照）。

しかし、特許文献１に開示された従来の構成では、駆動電力を供給するための第１及び第２の感磁部が必要であり、回転検出器の小型化が困難となっていた。

この構成では、パルス状の電力が発生したタイミングに応じて回転量の検出動作が行われる。よって、何らかの理由でパルスが発生しなかったり、その値が小さかったりすると、煩雑な補正動作が発生し、回転量検出のロバスト性が低くなっていた。

特開２０１８－１０５８９４号公報

本開示はかかる点に鑑みてなされたものである。本開示の目的は、簡便な構成でかつ回転量検出のロバスト性を高めた回転検出器及びそれを備えたモータを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本開示に係る回転検出器は、モータの回転軸の回転量を検出する回転検出器であって、回転軸に回転一体に取り付けられ、外周方向に４極以上の磁極を有する発電用磁石と、感磁部と誘導コイルからなる少なくとも１つの発電素子と、第１の磁気センサと、第２の磁気センサと、回転軸の回転によって、発電用磁石と共に位置が変化し、第１の磁気センサと第２の磁気センサのうちの少なくとも１つに励磁電圧を発生させることがある磁束制御部材と、を備え、発電用磁石の回転により発電素子が発電した電力で、第１の磁気センサ及び第２の磁気センサを駆動する。

本開示に係るモータは、回転軸を有する回転子と、回転子と同軸にかつ回転子と所定の間隔をあけて設けられた固定子と、回転軸に取付けられた回転検出器と、を少なくとも備える。

本開示の回転検出器によれば、簡便な構成で回転検出器を実現できる。本開示の回転検出器によれば、バッテリーレスで回転軸の回転量を検出でき、回転量検出のロバスト性を高められる。本開示のモータによれば、回転状態を所望の状態に制御可能なモータを実現できる。

本発明の実施形態１に係るモータの断面模式図である。 ロータリーエンコーダを径方向から見た模式図である。 回路基板を上から見た模式図である。 回転板を上から見た模式図である。 信号処理回路の機能ブロックの概略構成図である。 回転軸が時計回り方向に回転した場合の発電用磁石の磁極と磁気遮蔽板の位置変化の様子を示す平面模式図である。 回転軸が時計回り方向に回転した場合の発電用磁石の磁極と磁気遮蔽板の位置変化の様子を示す平面模式図である。 回転軸が時計回り方向に回転した場合の発電用磁石の磁極と磁気遮蔽板の位置変化の様子を示す平面模式図である。 回転軸が時計回り方向に回転した場合の第１の磁気センサ及び第２の磁気センサの検出信号の変化を示す図である。 回転軸が反時計回り方向に回転した場合の発電用磁石の磁極と磁気遮蔽板の位置変化の様子を示す平面模式図である。 回転軸が反時計回り方向に回転した場合の発電用磁石の磁極と磁気遮蔽板の位置変化の様子を示す平面模式図である。 回転軸が反時計回り方向に回転した場合の発電用磁石の磁極と磁気遮蔽板の位置変化の様子を示す平面模式図である。 回転軸が反時計回り方向に回転した場合の第１の磁気センサ及び第２の磁気センサの検出信号の変化を示す図である。 電源の停止前後で回転軸が反時計回り方向に回転した場合の発電用磁石の磁極と磁気遮蔽板の位置変化の様子を示す図である。 電源の停止前後で回転軸が反時計回り方向に回転した場合の発電用磁石の磁極と磁気遮蔽板の位置変化の様子を示す図である。 変形例１に係る発電用磁石の磁極の位置と領域情報との関係を示す図である。 変形例２に係る、回転軸が時計回り方向に回転した場合の第１の磁気センサ及び第２の磁気センサの検出信号の変化を示す図である。 変形例３に係る発電用磁石の平面配置を示す図である。 別の発電用磁石の平面配置を示す図である。 発電素子の平面配置を示す図である。 変形例４に係るロータリーエンコーダを径方向から見た模式図である。 本発明の実施形態２に係る発電用磁石と磁気遮蔽板と発電素子との平面配置関係を示す図である。 磁気式エンコーダ内の各部品の平面配置図である。 本発明の実施形態３に係るロータリーエンコーダを径方向から見た模式図である。 回路基板を上から見た模式図である。 回転板を上から見た模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

（実施形態１）
［モータの構成］
図１は、本発明の実施形態１に係るモータ３００の断面模式図である。なお、図１は、モータ３００及びロータリーエンコーダ１００の構造を模式的に図示しているものであって、実際の形状及び寸法とは異なっている。

モータ３００は、モータケース１０と一対のブラケット２１，２２と回転子３０と固定子４０と一対の軸受５１，５２とロータリーエンコーダ１００とを備えている。なお、以降の説明において、モータ３００、具体的にはモータケース１０の半径方向を径方向と、モータ３００、具体的にはモータケース１０の内周方向を周方向と、回転子３０に設けられた回転軸３２の延びる方向を軸方向と、それぞれ呼ぶことがある。なお、モータケース１０の半径方向は、回転軸３２、後で述べる回転板１２１、及び発電用磁石１２２の半径方向と同じである。モータケース１０の内周方向は、回転軸３２、回転板１２１、及び発電用磁石１２２の外周方向と同じである。軸方向において、ロータリーエンコーダ１００が設けられた側を上または上側と、その反対側、つまり、回転子３０及び固定子４０が設けられた側を下または下側とそれぞれ呼ぶことがある。

モータケース１０は、両端が開口された筒状の金属部材である。モータケース１０の内部には、回転子３０と固定子４０と一対の軸受５１，５２とが収容されている。モータケース１０とブラケット２１，２２との当接部分には、Ｏリング等の弾性体が設けられるようにしてもよい。このようにすることで、モータケース１０内の気密を保つことができる。

一対のブラケット２１，２２はモータケース１０の両端の開口をそれぞれ覆うように設けられた平板状の鉄製部材である。

回転子３０はモータケース１０の内部に収容されており、回転子コア３１の軸心に回転軸３２を有している。また、回転子コア３１には、その外周に沿って図示しない複数の磁石が配置されており、互いに隣り合う磁石は磁極の極性が異なっている。モータ３００は、回転子コア３１の内部に複数の磁石が埋め込まれた、いわゆるＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータである。

回転軸３２は、出力側に設けられたブラケット２１を貫通して、モータケース１０の外部に突出するように設けられている。回転軸３２のブラケット２１から突出した部分に回転軸３２の回転に応じて回転駆動される負荷（図示せず）が連結される。回転軸３２は鉄等の磁性体金属を加工して得られる。

固定子４０は、モータケース１０の内部に収容されている。固定子４０は、回転子３０の径方向外側に回転子３０と所定の間隔をあけて設けられている。固定子４０は、モータケース１０の内側面に固定されたヨーク４１と、ヨーク４１の周方向に沿って所定の間隔をあけて設けられた複数の突極（図示せず）と、複数の突極のそれぞれに巻回された複数のコイル４２とで構成されている。

一対の軸受５１，５２は、一対のブラケット２１，２２の内面にそれぞれ取付けられ、回転軸３２を回転可能に支持している。

ロータリーエンコーダ１００は、ブラケット２２の上面から外部に突出した回転軸３２に取り付けられている。ロータリーエンコーダ１００は、光学式エンコーダ１１０と磁気式エンコーダ１２０とを有している。ロータリーエンコーダ１００の構成については後で詳述する。

ケース１６０は、有底筒状の部品である。ケース１６０は、ロータリーエンコーダ１００を覆うように、ブラケット２２の上面に取付け固定されている。ケース１６０は、ケース１６０の外部からの磁界の影響を防ぐため、強磁性体金属、例えば、鉄の板材から形成される。ケース１６０は、ロータリーエンコーダ１００を機械的に保護するとともに、これらにオイルや水分等の液体が付着するのを防止する役割を果たしている。

なお、前述したように、回転軸３２は磁性体である鉄等よりなる。このため、回転子３０に設けられた磁石または固定子４０で発生した磁束が、回転軸３２を通ってケース１６０の内部に漏れ込むことがある。このようなことが起こると、ロータリーエンコーダ１００で回転軸３２の回転量を正しく検出できないことがある。このため、回転軸３２のうち、軸方向上側の部分をステンレスとし、鉄でできた部分と接合することで、ケース１６０の内部への磁束の漏れ込みを抑制することもある。

次に、モータ３００の動作及びその制御について説明する。

固定子４０に設けられた複数のコイル４２は、所定の配置関係にある３組に分けられている。それぞれのコイル４２の組に互いに電気角で１２０°の位相差を有する３相の電流が流れてコイル４２は励磁される。これにより、固定子４０に回転磁界が発生する。この回転磁界と、回転子３０に設けられた磁石が発生する磁界との間で相互作用を生じてトルクが発生し、回転軸３２が軸受５１，５２に支持されて回転する。

モータ制御部６０は、ロータリーエンコーダ１００と複数のコイル４２のそれぞれとに電気的に接続されている。ロータリーエンコーダ１００で算出された回転軸３２の回転位置及び回転量に基づいて、複数のコイル４２に流れる電流の位相及び電流量を補正することで、モータ３００の回転状態を所望の状態に制御することができる。回転軸３２に連結された負荷（図示せず）の移動量及び軌跡を所望の値に制御できる。

ここで、「回転量」とは、回転軸３２が何回転したかを表わす「回転数」と、後で述べる発電用磁石１２２の磁極配置に応じて所定の原点位置から回転軸３２が回転した角度範囲とを含む情報をいう。「回転位置」とは、所定の原点位置から回転軸３２が回転した角度のことをいい、本実施形態では、１回転以内に原点位置から回転軸３２が回転した角度をいう。原点位置の情報は、後で述べる光学式エンコーダ１１０の透過パターン１１３に記録されている。原点位置の情報は、磁気式エンコーダ１２０に設けられた第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５の検出信号から大まかに知ることができる。

［ロータリーエンコーダの構成］
図２は、ロータリーエンコーダ１００を径方向から見た模式図である。図３は、回路基板１３０を上から見た模式図である。図４は、回転板を上から見た模式図である。図５は、信号処理回路の機能ブロックの概略構成図である。

図１，図２に示すように、ロータリーエンコーダ１００は、光学式エンコーダ１１０と磁気式エンコーダ１２０と回路基板１３０とセンサ基板１４０と信号処理回路２００とを有している。ロータリーエンコーダ１００は、前述のアブソリュートエンコーダである。

光学式エンコーダ１１０は回転軸３２の回転位置を検出する。光学式エンコーダ１１０が回転軸３２の回転量も併せて検出するようにしてもよい。磁気式エンコーダ１２０は、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５で検出された磁界の変化に基づいて回転軸３２の回転量を検出する。信号処理回路２００は、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５の検出信号に基づいて後で述べる領域情報を判定する。なお、以降の説明において、光学式エンコーダ１１０を回転位置検出器と、ロータリーエンコーダ１００を回転検出器とそれぞれ呼ぶことがある。

光学式エンコーダ１１０は、受光素子１１１と発光素子１１２と回転板１２１と回転板１２１の上面に配置された透過パターン１１３（図１，図４を参照）とを有している。なお、回転板１２１は、回転軸３２に回転一体に取り付けられている。回転板１２１は磁気式エンコーダ１２０と共有される。回転板１２１は、磁束を通過させる材質、例えば、アルミニウム等の非磁性体金属や樹脂等からなる。回転板１２１は、発光素子１１２からの光を透過させる材料からなる。

発光素子１１２はセンサ基板１４０の上面に、受光素子１１１は回路基板１３０の下面にそれぞれ取り付けられ、軸方向で対向している。センサ基板１４０は、回転板１２１の下方に、回転板１２１と間隔をあけて固定配置されている。回路基板１３０は、回転板１２１の上方に、回転板１２１と間隔をあけて固定配置されている。回路基板１３０の図示しない端子とセンサ基板１４０の図示しない端子とがコネクタ１５０で接続されている。コネクタ１５０を介して発光素子１１２に電力が供給される。また、図１，図２に示すように、径方向から見て、発光素子１１２と受光素子１１１との間に透過パターン１１３が配置される。

図４に示すように、透過パターン１１３は円環状であり、発光素子１１２からの光を透過させるための複数のスリット（図示せず）と同じ光を遮蔽する複数のマスクパターン（図示せず）とが周方向に沿って交互に所定の角度ピッチで設けられている。このため、回転板１２１の回転に応じて、発光素子１１２と軸方向に対向する受光素子１１１に対し、周期的に光の入射と遮蔽とが繰り返され、受光素子１１１は時間的に変調された受光信号を発生する。この受光信号を回路基板１３０に取り付けられた信号処理回路２００で演算処理することにより、回転板１２１、ひいては回転軸３２の回転位置が検出される。

磁気式エンコーダ１２０は、発電用磁石１２２と磁気遮蔽板１２３と第１の磁気センサ１２４と第２の磁気センサ１２５と発電素子１２６とを有しており、発電用磁石１２２は回転板１２１の上面に取り付けられている。

発電用磁石１２２は、平面視で円環状であり、周方向に沿って等角ピッチで複数の磁極が配列されている。また、互いに隣り合う磁極では極性が異なっている。図４に示す発電用磁石１２２の磁極数は８個であるが、特にこれに限定されない。例えば、図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃに示すように、６極であってもよい。４極以上であれば、回転軸３２の回転量を検出できる。図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃは、回転軸３２が時計回り方向に回転した場合の発電用磁石１２２の磁極と磁気遮蔽板１２３の位置変化の様子を示す平面模式図である。

磁気遮蔽板１２３は、鉄等の磁気を遮蔽する材料からなる平板状の部品である。磁気遮蔽板１２３は、回転板１２１の下面に取り付けられている。つまり、回転板１２１の回転とともに、発電用磁石１２２及び磁気遮蔽板１２３は回転軸３２の軸心回りに一体的に回転する。また、図４に示すように、磁気遮蔽板１２３は、平面視で半円状の扇形形状である。但し、この形状は、磁極の個数によって変更される。例えば、図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃに示すように、６極の発電用磁石１２２を用いる場合、磁気遮蔽板１２３の平面形状は、中心角が１２０度をなす扇形形状となる。発電用磁石１２２と磁気遮蔽板１２３とは同心円状に配置されている。

なお、図１，図４に示すように、発電用磁石１２２及び磁気遮蔽板１２３は透過パターン１１３の内周よりも径方向で内側に配置される。ただし、これに限らず、例えば、透過パターン１１３の外周よりも径方向で外側に発電用磁石１２２及び磁気遮蔽板１２３を配置するようにしてもよい。

図２に示すように、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５は、センサ基板１４０の下面に取り付けられている。図３に示すように、第１の磁気センサ１２４と第２の磁気センサ１２５とは、周方向に所定の間隔をあけて、周方向に沿って９０度離れてセンサ基板１４０に取り付けられている。第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５のそれぞれで発生した励磁電圧は、検出信号としてコネクタ１５０を介して回路基板１３０に取り付けられた信号処理回路２００に伝送される。

図２～図４に示すように、磁気遮蔽板１２３は発電用磁石１２２の半分を覆うように設けられている。このため、軸方向から見て、磁気遮蔽板１２３が発電用磁石１２２と第１の磁気センサ１２４との間に位置する場合は、第１の磁気センサ１２４で磁気は検出されない。磁気遮蔽板１２３が発電用磁石１２２と第１の磁気センサ１２４との間に位置しない場合は、第１の磁気センサ１２４は磁気を検出して励磁電圧を発生させる。同様に、磁気遮蔽板１２３が発電用磁石１２２と第２の磁気センサ１２５との間に位置する場合は、第２の磁気センサ１２５で磁気は検出されない。磁気遮蔽板１２３が発電用磁石１２２と第２の磁気センサ１２５との間に位置しない場合は、第２の磁気センサ１２５は磁気を検出して励磁電圧を発生させる。

よって、回転板１２１の回転とともに発電用磁石１２２及び磁気遮蔽板１２３が回転すると、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５のそれぞれにおいて、周期的に励磁電圧が発生する期間と発生しない期間とが繰り返される。このことを利用して回転軸３２の回転量が検出される。これについては後で詳述する。

磁気遮蔽板１２３は、発電用磁石１２２で発生した磁束が第１の磁気センサ１２４または第２の磁気センサ１２５に流れ込むのを制御する部材だと言える。言い換えると、磁気遮蔽板１２３は、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５のうちの少なくとも１つに励磁電圧を発生させることがある磁束制御部材である。

なお、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５は磁気抵抗素子を含む磁気抵抗センサである。しかし、特にこれに限定されない。例えば、ホール素子を含むホールセンサであってもよい。磁気抵抗センサを用いることで励磁電圧が高くなり、その結果、回転量を感度良く確実に検出できる。回転量の検出感度を高めるために、磁気抵抗素子は、巨大磁気抵抗効果を発現する素子とすることもできる。一方、ホールセンサを用いることで、センサで検出される磁束の向きの違いを検出信号の極性の違いとして検出できる。また、トンネル磁気抵抗効果を発現する素子を用いることもできる。

発電素子１２６は、感磁部であるウィーガントワイヤ１２６ａとその周りに設けられた誘導コイル１２６ｂとで構成される。ウィーガントワイヤ１２６ａは、軸心と外側で透磁率が異なる磁性体である。ウィーガントワイヤ１２６ａは、所定値以上の磁界が長手方向に沿って誘導コイル１２６ｂの内部に印加されると大バルクハウゼン効果を発現し、磁化方向が長手方向の一方に向かうように揃う。発電素子１２６は、長手方向に沿って誘導コイル１２６ｂの内部に流れる磁束の向きが変化すると、ウィーガントワイヤ１２６ａの磁化方向が跳躍的に反転して誘導コイル１２６ｂの両端に電圧パルスが誘起されるように構成されている。

図１～図３に示すように、発電素子１２６は、長手方向が発電用磁石１２２の周方向の接線と一致するように回路基板１３０の上面に取り付けられている。このことにより、回転板１２１とともに発電用磁石１２２が回転すると、ある位置で発電素子１２６の一端から他端に向けて磁束が流れて、誘導コイル１２６ｂの両端に電圧パルスが誘起される。つまり、発電素子１２６で発電される。さらに４５度だけ回転すると、発電素子１２６に流れる磁束の向きが反転し、誘導コイル１２６ｂの両端に直前とは反対の極性の電圧パルスが誘起される。

信号処理回路２００は、回路基板１３０の上面に取り付けられており、受光素子１１１や第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５と電気的に接続されている。

図５に示すように、信号処理回路２００は、受光素子１１１からの受光信号を受け取ってこれを演算処理する光学信号処理回路２１０と、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５の検出信号をそれぞれ受け取ってこれらを演算処理する磁気信号処理回路２２０とを有している。なお、本願明細書では、光学信号処理回路２１０の内部構成については図示及び説明を省略する。

信号処理回路２００と第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５とはロータリーエンコーダ１００の外部に設けられた電源２３０に電気的に接続されている。通常の動作時には、光学信号処理回路２１０及び磁気信号処理回路２２０のそれぞれの駆動電力は電源２３０から供給される。同様に、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５のそれぞれの駆動電力は電源２３０から供給される。

一方、電源２３０が何らかの理由で停止したような場合は、磁気信号処理回路２２０と第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５のそれぞれの駆動電力は発電素子１２６から供給される。なお、通常の動作時に、磁気信号処理回路２２０と第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５のそれぞれの駆動電力を発電素子１２６から供給するようにしてもよい。

光学信号処理回路２１０は、受光素子１１１からの受光信号を受け取ってこれを演算処理し、回転軸３２の回転位置を算出する。磁気信号処理回路２２０は、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５からの検出信号を受け取ってこれらを演算処理し、回転軸３２の回転量を算出する。また、領域情報を判定する。なお、光学式エンコーダ１１０が回転軸３２の回転位置と回転量の両方を検出する場合は、光学信号処理回路２１０に図示しない記憶部を設け、これに回転量の情報を記憶するようにしてもよい。

信号処理回路２００で算出された回転軸３２の回転位置及び回転量に基づいて、前述したように、モータ３００に流れる電流の位相や電流量が補正され、モータ３００の回転状態が所望の状態になるように制御される。電源２３０から信号処理回路２００に電力が供給されない、いわゆる無給電状態となったときに、必要に応じて、磁気信号処理回路２２０で判定された領域情報に基づいて回転軸３２の回転量を更新する。

図５に示すように、磁気信号処理回路２２０は、全波整流部２２１と電圧レギュレータ２２４と複数のコンパレータ２２５ａ，２２５ｂ，２２６ａ，２２６ｂと論理情報処理部２２７と記憶部２２８と通信部２２９とを有している。磁気信号処理回路２２０は、断線診断部２２３と逆流防止スイッチ２２２とを有している。

全波整流部２２１は、発電素子１２６に電気的に接続されている。発電素子１２６で発電した電圧パルスは全波整流部２２１で整流される。

電圧レギュレータ２２４は、いわゆるＬＤＯ（Ｌｏｗ Ｄｒｏｐ Ｏｕｔ）レギュレータであってもよいし、いわゆるシャントレギュレータであってもよい。電圧レギュレータ２２４は、システムグランド電位（ＳＧＮＤ）を基準電位として、全波整流部２２１の出力電圧で充電されたキャパシタＣの端子間電圧を入力電圧として、一定の電圧を出力する。電圧レギュレータ２２４の出力電圧が２～３Ｖ程度であるが、特にこれに限定されない。

何らかの理由で、信号処理回路２００が無給電状態となった場合、電圧レギュレータ２２４の出力電圧は、磁気信号処理回路２２０の各部に入力されて、これらの機能ブロックを駆動するために利用される。同じ場合に、電圧レギュレータ２２４の出力電圧は、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５を駆動するためにも利用される。

電圧レギュレータ２２４から電圧が出力されるのは、発電素子１２６が発電して電圧パルスを発生させている期間である。この期間に、電圧レギュレータ２２４の出力電圧によって磁気信号処理回路２２０、第１の磁気センサ１２４、及び第２の磁気センサ１２５が駆動される。

断線診断部２２３は、全波整流部２２１の入力端子に接続されて、この部分の断線の有無を診断する。逆流防止スイッチ２２２は、全波整流部２２１と電圧レギュレータ２２４との間に直列接続されて、電圧レギュレータ２２４から全波整流部２２１に電流が逆流するのを防止する。

コンパレータ２２５ａ，２２５ｂは、第１の磁気センサ１２４の検出信号をそれぞれ受け取って所定の電圧値と比較し、比較結果である出力電圧を論理情報処理部２２７に入力する。コンパレータ２２６ａ，２２６ｂは、第２の磁気センサ１２５の検出信号をそれぞれ受け取って所定の電圧値と比較し、比較結果である出力電圧を論理情報処理部２２７に入力する。

論理情報処理部２２７は、各コンパレータ２２５ａ，２２５ｂ，２２６ａ，２２６ｂの出力電圧に基づいて、回転軸３２の回転量を算出し、領域情報を判定する。記憶部２２８は、論理情報処理部２２７から入力された回転軸３２の回転量及び領域情報を保存する。記憶部２２８は、不揮発性メモリ、例えば、ＦＲＡＭ（登録商標）で構成される。通信部２２９は、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）２４０と有線または無線で通信可能に接続されている。ＡＳＩＣ２４０は、信号処理回路２００の一部をなしており、モータ制御部６０に設けられたモータアンプ（図示せず）との通信制御、及び、光学式エンコーダ１１０で検出された回転位置情報の生成を行う。ＡＳＩＣ２４０は、回転位置情報と後で述べる多回転情報Ｓとから回転軸３２の絶対位置情報を生成する。

通信部２２９を介して記憶部２２８に保存された回転量の情報を読み出して、光学式エンコーダ１１０で算出された回転位置の情報と合成することにより、回転軸３２の多回転情報Ｓを得ることができる。例えば、ある時点における原点位置からの回転位置をθとし、モータ３００の起動時からの回転軸３２の回転数をｎとすると、回転軸３２の積算回転角度に相当する多回転情報Ｓは、式（１）に示す形で表現できる。

Ｓ＝θ＋２πｎ ・・・（１）
多回転情報Ｓを記憶部２２８に保存するようにしてもよい。モータ３００がロボットアームの関節軸に用いられるサーボモータである場合は、多回転情報Ｓに基づいてロボットアームの先端の移動量を算出できる。なお、光学式エンコーダ１１０が回転軸３２の回転位置と回転量の両方を検出する場合は、多回転情報Ｓは光学式エンコーダ１１０の検出結果のみから算出してもよい。また、前述したように、光学式エンコーダ１１０で検出された回転位置情報と多回転情報Ｓとから回転軸３２の絶対位置情報が求められる。

信号処理回路２００は内部にキャパシタＣを有するようにしてもよい。通信部２２９が光学信号処理回路２１０に設けられていてもよい。

光学信号処理回路２１０はＬＳＩ（大規模集積回路）として構成される。磁気信号処理回路２２０のうち論理情報処理部２２７とコンパレータ２２５ａ，２２５ｂ，２２６ａ，２２６ｂと通信部２２９は光学信号処理回路２１０と同じＬＳＩ上に設けられていてもよいし、それぞれ異なるＬＳＩで構成されていてもよい。

［回転量の算出及び更新並びに領域情報の判定について］
図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃは、回転軸が時計回り方向に回転した場合の発電用磁石の磁極と磁気遮蔽板の位置変化の様子を示す平面模式図である。図７は、回転軸が時計回り方向に回転した場合の第１の磁気センサ及び第２の磁気センサの検出信号の変化を示す図である。図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｃは、回転軸が反時計回り方向に回転した場合の発電用磁石の磁極と磁気遮蔽板の位置変化の様子を示す平面模式図である。図９は、回転軸が反時計回り方向に回転した場合の第１の磁気センサ及び第２の磁気センサの検出信号の変化を示す図である。

なお、説明の便宜上、図６Ａ～図９に示す発電用磁石１２２を６極とし、磁気遮蔽板１２３の平面形状を中心角が１２０度をなす扇形形状としている。また、回転板１２１、センサ基板１４０及び回路基板１３０、及び、光学式エンコーダ１１０の構成部品の図示を省略している。

図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃ，図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｃにおいて、軸方向から見た発電素子１２６と第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５の位置も併せて示している。図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃ，図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｃにおいて、発電用磁石１２２の中心を通り、径方向に延びる線のうち、実線は時計回り方向への回転時に発電素子１２６に電圧パルスが発生する位置Ｉ～ＶＩを示す。破線は反時計回り方向への回転時に発電素子１２６に電圧パルスが発生する位置ｉ～ｖｉを示す。一点鎖線は、発電用磁石１２２の外周と原点位置における各磁極の位置とを示す。

ここで、位置Ｉ～ＶＩ及び位置ｉ～ｖｉは、原点位置を基準とした発電用磁石１２２の任意の１つの磁極の回転位置である。なお、図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃ，図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｃに示す各位置は、静止系座標における位置である。

回転軸３２の回転方向、言い換えると、発電用磁石１２２及び磁気遮蔽板１２３の回転方向は、軸方向に沿って下側から上側に向かう方向を基準としている。つまり、軸方向に沿って、モータ３００からロータリーエンコーダ１００を見た方向を基準としている。以降の説明において、時計回り方向をＣＷ方向（ＣＷ：Ｃｌｏｃｋ Ｗｉｓｅ）と、反時計回り方向をＣＣＷ方向（ＣＣＷ：Ｃｏｕｎｔｅｒ Ｃｌｏｃｋ Ｗｉｓｅ）とそれぞれ呼ぶことがある。

図６Ａに示すように、軸方向から見て、磁気遮蔽板１２３が発電用磁石１２２と第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５との間に位置していない場合、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５のそれぞれで磁気が検出されて励磁電圧が発生する。磁気信号処理回路２２０では、励磁電圧が発生した状態の信号を「１」として算出する。従って、図６Ａに示す状態では、信号（１１）が検出される。なお、カッコ内の最初の数字が第１の磁気センサ１２４の検出信号を表わし、次の数字が第２の磁気センサ１２５の検出信号を表わしている。

なお、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５では、発電用磁石１２２のＮ極、Ｓ極は区別しないで信号を検出する。

回転軸３２がＣＷ方向に回転すると、図６Ｂに示すように、軸方向から見て、磁気遮蔽板１２３が発電用磁石１２２と第２の磁気センサ１２５との間のみに位置するようになる。このとき、第２の磁気センサ１２５では磁気が検出されず励磁電圧が発生しない。磁気信号処理回路２２０では、励磁電圧が発生しない状態の信号を「０」として算出する。従って、図６Ｂに示す状態では、信号（１０）が検出される。

回転軸３２がさらにＣＷ方向に回転すると、図６Ｃに示すように、軸方向から見て、磁気遮蔽板１２３が発電用磁石１２２と第１の磁気センサ１２４との間のみに位置するようになる。このとき、第１の磁気センサ１２４で磁気が検出されず励磁電圧が発生しない。従って、図６Ｃに示す状態では、信号（０１）が検出される。これらの信号が前述の領域情報に相当する。領域情報は原点位置を基準とした回転位置に大まかに対応しており、周方向に１２０度ずつ離れた３つの回転位置に対応している。

図７に示すように、論理情報処理部２２７は、信号（１１）が検出される回転軸３２の角度範囲を領域１と判定し、信号（１０）が検出される回転軸３２の角度範囲を領域２と判定し、信号（０１）が検出される回転軸３２の角度範囲を領域３と判定する。

以上を要約すると、図６Ａに示す位置から回転軸３２がＣＷ方向に回転すると、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５で検出される信号は、（１１）→（１０）→（０１）の順で変化し、論理情報処理部２２７は、この変化に基づいて、回転軸３２の角度範囲が領域１→領域２→領域３の順で遷移したと判定する。

また、図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｃ，図９は、回転軸３２がＣＣＷ方向に回転した場合の図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃ，図７にそれぞれ相当しているため、概略のみ説明する。

図８Ａに示す位置から回転軸３２がＣＣＷ方向に回転すると、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５で検出される信号は、（１１）→（０１）→（１０）の順で変化する。論理情報処理部２２７は、この変化に基づいて、回転軸３２の角度範囲が領域１→領域３→領域２の順で遷移したと判定する。

これらのことを利用して、回転軸３２の回転量を算出することができる。さらに説明する。

図７，図９に示すように、領域１～３は、原点位置からの回転軸３２の角度範囲にそれぞれ対応している。なお、発電素子１２６の両端が異なる極性の磁極間を跨ぐときに発電するため、発電素子１２６が電圧パルスを発生する位置は、図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃ，図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｃに示す原点位置からの各磁極の位置とは一致しない。ＣＷ方向の回転時とＣＣＷ方向の回転時とでは、発電素子１２６の一端から他端に向けて磁束が流れるタイミングが異なるため、両者において、電圧パルスが発生する位置は周方向で所定の角度ずれている。

発電素子１２６に電圧パルスが発生したときに、直前の電圧パルス発生時に判定された領域情報から予め定められた領域に遷移していれば、回転数をカウントアップ、またはカウントダウンするようにすると、正確に回転数をカウントすることができる。同じ回転数である状態において、領域情報の違いから原点位置からの回転軸３２の角度範囲を検出できる。これらの情報に基づいて回転軸３２の回転量が算出される。

図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃ，図７に示す例では、領域２から領域３に遷移したとき、具体的には、領域２から領域３に遷移した直後の電圧パルスが発生する位置ＩＶで回転数をカウントダウンする。

また、１つの領域に対して、電圧パルスが発生する位置がそれぞれ２箇所存在する。よって、何らかの理由で、位置ＩＶで発生する電圧パルスが小さく、領域遷移が検出できない場合には、位置Ｖで電圧パルスが発生したタイミングで回転数をカウントダウンする。

また、図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｃ，図９に示すように、回転軸３２がＣＣＷ方向に回転している場合は、領域３から領域２に遷移した直後の電圧パルスが発生する位置ｉｖで回転数をカウントアップする。何らかの理由で、位置ｉｖで発生する電圧パルスが小さく、領域遷移が検出できない場合には、位置ｉｉｉで電圧パルスが発生したタイミングで回転数をカウントアップする。

このように領域情報が遷移すると、検出されたタイミングで記憶部２２８に保存された領域情報が書き換えられる。回転数が変化する場合も記憶部２２８に保存された情報が書き換えられて再保存される。

次に、回転量の更新処理について説明する。

図１０Ａは、電源の停止前後で回転軸が反時計回り方向に回転した場合の発電用磁石の磁極と磁気遮蔽板の位置変化の様子を示す図である。図１０Ｂは、電源の停止前後で回転軸が反時計回り方向に回転した場合の発電用磁石の磁極と磁気遮蔽板の位置変化の様子を示す図である。

停電、あるいは設備停止等の理由により、電源２３０が停止し、その後、復帰した場合において、モータ３００の回転軸３２が停止前後で意図せずに回転してしまうことがある。例えば、モータ３００が備え付けられた設備を移動させる場合等に、このようなことが起こることがある。

電源２３０の停止中、光学式エンコーダ１１０は無給電状態であるため、回転軸３２の回転位置等は検出できない。電源２３０の復帰後に、原点位置を基準とした回転位置は算出されるが、回転量が変化したか否かは判定できない。磁気式エンコーダ１２０においても、電圧パルスが発生しない範囲で回転軸３２が回転しても、論理情報処理部２２７を含む磁気信号処理回路２２０に対して無給電状態であるため、回転量の変化を検出できない。

一方、本実施形態によれば、電源２３０の停止直前に記憶部２２８に保存された領域情報と、光学式エンコーダ１１０で検出された回転位置とに基づいて、モータ３００の回転量を正しく更新することができる。

例えば、図１０Ａに示す位置で電源２３０が停止し、図１０Ｂに示す位置で電源２３０が復帰し、その間に回転軸３２がＣＣＷ方向に回転した場合を考える。

電源２３０が復帰した図１０Ｂに示す状態では、論理情報処理部２２７を含む信号処理回路２００は給電状態となる。しかし、図１０Ｂに示すように、実際の回転軸３２の角度範囲は領域３にあるが、図１０Ａに示す状態から電圧パルスが発生していないため、記憶部２２８に記憶された情報は領域２のままである。

一方、光学式エンコーダ１１０で回転位置が検出されているため、原点位置からの回転軸３２の回転角度が算出される。従って、磁気信号処理回路２２０は、光学式エンコーダ１１０で検出された回転位置に基づいて、電源２３０の復帰前後で回転軸３２が回転したことを検出する。この場合、領域３から領域２に遷移していることが回転位置に基づいて論理情報処理部２２７で判定される。

従って、論理情報処理部２２７を含む磁気信号処理回路２２０は、電源２３０の停止前に記憶部２２８に保存された回転量を、電源２３０の復帰後に光学式エンコーダ１１０で検出された回転位置に基づいて更新する。具体的には、領域３から領域２に領域情報を遷移させるとともに、回転数を＋１カウントアップする。

このようにすることで、電源２３０が停止した場合にも回転軸３２の回転量を正しく検出できる。また、電源２３０の復帰後もモータ３００の回転状態を所望の状態に制御できる。

［効果等］
以上説明したように、本実施形態に係るロータリーエンコーダ（回転検出器）１００は、磁気式エンコーダ１２０を少なくとも備えており、少なくともモータ３００の回転軸３２の回転量を検出する。

磁気式エンコーダ１２０は、回転軸３２に回転一体に取り付けられ、外周方向に互いに極性の異なる複数の磁極、この場合は４極以上の磁極を有する発電用磁石１２２と、感磁部であるウィーガントワイヤ１２６ａと誘導コイル１２６ｂからなる少なくとも１つの発電素子１２６と、第１の磁気センサ１２４と、第２の磁気センサ１２５と、を少なくとも備えている。

また、磁気式エンコーダ１２０は、回転軸３２の回転によって、発電用磁石１２２と共に位置が変化し、第１の磁気センサ１２４と第２の磁気センサ１２５のうちの少なくとも１つに励磁電圧を発生させることがある磁気遮蔽板（磁束制御部材）１２３を備えている。

磁気式エンコーダ１２０は、発電用磁石１２２の回転により発電素子１２６が発電した電力で、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５を駆動する。

磁気式エンコーダ１２０をこのように構成することで、いわゆるバッテリーレスのロータリーエンコーダ（回転検出器）１００を簡便な構成で実現できる。また、回転軸３２の多回転情報Ｓを簡便に検出することができる。また、特許文献１に示す従来の構成に比べて、構成部品の点数を減らすことができる。従って、ロータリーエンコーダ１００を小型化できる。

また、前述したように、発電素子１２６の感磁部であるウィーガントワイヤ１２６ａに対し、所定以上の磁界が加わることで、その磁化方向が反転し、誘導コイル１２６ｂの両端に電圧パルスが誘起される。このとき、磁化方向の反転速度は、ウィーガントワイヤ１２６ａの磁気的性質に依存し、回転軸３２の回転速度には依存しない。

従って、発電素子１２６をウィーガントワイヤ１２６ａと誘導コイル１２６ｂとで構成することで、回転軸３２の回転速度に依存せず、発電素子１２６で発電する電圧パルスの大きさを所定の値とすることができる。例えば、回転速度に依存した電磁誘導のみでは第１の磁気センサ１２４または第２の磁気センサ１２５を駆動するのに十分な発電量が得られない程度の低速回転においても、発電素子１２６で十分な発電量が得られる。

また、本実施形態によれば、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５を周方向に沿って所定の間隔をあけて、この場合は１２０度離して配置するとともに、発電用磁石１２２の磁極を周方向に沿って６極配置し、かつ互いに隣り合う磁極の極性を異ならせている。

このようにすることで、第１の磁気センサ１２４で第１の信号、例えば、「１」が、第２の磁気センサ１２５で第２の信号、例えば、「１」がそれぞれ検出された後、第１の磁気センサ１２４で第１の信号と異なる信号である「０」が検出されるか、または、第２の磁気センサ１２５で第２の信号と異なる信号である「０」が検出されるまでの間に、発電素子１２６で２回の発電が行われる。

従って、前述の領域が遷移する最初のタイミングで発電素子１２６から第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５の駆動電力が十分に供給されず、回転量の検出飛びが発生した場合にも、次のタイミングで駆動電力が供給されることにより、回転量が確実に検出される。よって、回転量検出のロバスト性を高めることができる。

磁気式エンコーダ１２０では、第１の磁気センサ１２４と発電用磁石１２２の間に磁気遮蔽板１２３がないときに第１の磁気センサ１２４に励磁電圧が発生し、第２の磁気センサ１２５と発電用磁石１２２の間に磁気遮蔽板１２３がないときに第２の磁気センサ１２５に励磁電圧が発生する。

平面視で、発電用磁石１２２が回転軸３２と一体に回転するとともに、発電用磁石１２２の一部が磁気遮蔽板１２３に覆われている。よって、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５のそれぞれが、平面視で発電用磁石１２２が磁気遮蔽板１２３に覆われていない場合のみに磁気の有無を検出する。このように、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５の検出信号を０または１の二値の組に単純化することで、回転量の算出、特に、回転数や領域情報の算出を容易に行うことができる。

平面視で、磁気遮蔽板１２３は扇形状であり、発電用磁石１２２と磁気遮蔽板１２３とは同心円状に配置されていることが好ましい。

このようにすることで、発電用磁石１２２から受ける磁界変化を、回転軸３２の回転に応じて正しく第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５で検出できる。

ロータリーエンコーダ１００は、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５の検出情報と回転軸３２の回転量を記憶する記憶部２２８と、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５の検出情報に基づき、回転軸３２の３つの回転位置に対応する領域情報を判定する論理情報処理部２２７と、をさらに備えており、領域情報は記憶部２２８に記憶される。

このようにすることで、回転軸３２の回転量を簡便に算出できる。ロータリーエンコーダ１００が電源２３０から電力を供給されない無給電状態になった場合でも、不揮発性メモリで構成された記憶部２２８に記憶された回転量や領域情報に基づき、回転量を算出できる。

ロータリーエンコーダ１００は、回転軸３２の回転位置を検出する光学式エンコーダ（回転位置検出器）１１０をさらに備えている。

信号処理回路２００に対して無給電状態から給電状態となったとき、論理情報処理部２２７は、記憶部２２８に記憶された領域情報を読み出し、光学式エンコーダ１１０で検出された回転位置と記憶部２２８から読み出された領域情報に基づいて回転軸３２の回転量を更新する。

このようにすることで、ロータリーエンコーダ１００に駆動電力を供給する電源２３０が停止した場合にも回転軸３２の回転量を正しく検出でき、電源２３０の復帰後もモータ３００の回転状態を所望の状態に制御できる。

また、本実施形態のモータ３００は、回転軸３２を有する回転子３０と、回転子３０と同軸にかつ回転子３０と所定の間隔をあけて設けられた固定子４０と、回転軸３２に取付けられたロータリーエンコーダ１００と、を少なくとも備えている。

本実施形態のロータリーエンコーダ１００が回転軸３２に取り付けられることで、回転状態を所望の状態に制御可能なモータ３００を実現できる。

＜変形例１＞
図１１は、変形例１に係る発電用磁石の磁極の位置と領域情報との関係を示す図である。図１１において、発電用磁石１２２の中心を通り径方向に延びる線のうち、実線及び破線は、図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃ，図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｃに示すのと同様に、それぞれ、時計回り方向への回転時に発電素子１２６に電圧パルスが発生する位置と反時計回り方向への回転時に発電素子１２６に電圧パルスが発生する位置である。

図１１に示す発電用磁石１２２の磁極配置は、図４に示すのと同様である。発電用磁石１２２の磁極配置は、周方向に沿って等角ピッチで８極配置されている。互いに隣り合う磁極の極性は異なっている。図示しないが、磁気遮蔽板１２３（図示が必要と思う）の形状、配置も図４に示すのと同様である。半円状の扇形の磁気遮蔽板１２３が、平面視で発電用磁石１２２と同心円状に配置されている。

このように発電用磁石１２２及び磁気遮蔽板１２３が配置される場合、図１１に示すように、ＣＷ方向及びＣＣＷ方向のそれぞれの回転において、発電素子１２６に電圧パルスを発生する位置は８箇所ずつ存在する。第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５で検出される信号は、（１１）、（１０）、（００）、（０１）の４組であり、４つの領域が存在する。

この場合において、回転軸３２が所定の領域に移動した場合、例えば、回転軸３２がＣＷ方向に回転して、信号（０１）に対応する領域から信号（１１）に対応する領域に遷移した場合、位置Ｉで回転数のカウントダウン処理を行う。回転軸３２がＣＣＷ方向に回転して、信号（１１）に対応する領域から信号（０１）に対応する領域に遷移した場合、位置ｖｉｉｉで回転数のカウントダウン処理を行う。

このようにすることで、モータ３００の回転量、特に原点位置からの回転軸３２の角度範囲を実施形態１に示す場合よりも狭く設定でき、回転量の検出精度が高められる。

図６Ａ～図９に示す例では、３つの領域のうちの１つの領域に対して残りの２つの領域がそれぞれ隣接する。このため、領域情報の時間的変化まで見定めないと、回転量を正しく検出しているか否かが分からない場合があった。

一方、本変形例によれば、４つの領域のうちの１つの領域に対して隣接する２つの領域は、もとの領域の位置によって異なる。例えば、信号（１１）に対応する領域に対して、信号（０１）、（１０）に対応する領域がそれぞれ隣接する。一方、信号（０１）に対応する領域に対して、信号（１１）、（００）に対応する領域がそれぞれ隣接する。

このため、論理情報処理部２２７は、記憶部２２８に保存された直前の領域情報と新たに保存された領域情報とを比較して、発電用磁石１２２の回転に応じて定められた順序で論理情報処理部２２７から領域情報が出力されていない場合、論理情報処理部２２７は、エラー検出情報としてエラーフラグを生成、出力し、エラーフラグを記憶部２２８に保存する。ロータリーエンコーダ１００が無給電状態から給電状態となったとき、信号処理回路２００は記憶部２２８に保存されたエラーフラグを確認し、上位コントローラであるモータ制御部６０、及び、その内部に設けられたモータアンプ（図示せず）等に現在の回転量が正しくない可能性があることを警告する。

図６Ａ～図９に示す例において、本来、出力されるはずのない領域情報、例えば、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５で検出される信号（００）が論理情報処理部２２７から出力された場合も同様に、論理情報処理部２２７は、記憶部２２８に保存された直前の領域情報と新たに保存された領域情報とを比較して、エラーフラグを出力し、記憶部２２８に保存する。

つまり、発電用磁石１２２の回転に応じて定められた順序で論理情報処理部２２７から領域情報が出力されていない場合、または、本来、出力されるはずのない領域情報が論理情報処理部２２７から出力された場合は、論理情報処理部２２７で判定した領域情報が記憶部２２８に記憶された直前の領域情報から予測される値ではない場合であると言える。この場合に、論理情報処理部２２７は、記憶部２２８に保存された直前の領域情報と新たに保存された領域情報とを比較して、エラーフラグを出力し、記憶部２２８に保存する。

ロータリーエンコーダ１００が無給電状態から給電状態となったとき、信号処理回路２００は記憶部２２８に保存されたエラーフラグを確認し、前述の警告を報知する。

なお、図１１に示す発電用磁石１２２に代えて、周方向に沿って等角ピッチで４極の磁極が配置された発電用磁石１２２を用いても、回転軸３２の回転量を検出することは可能である。

本変形例に示す磁極配置にすることで、図６Ａ～図９に示す例と同様に、第１の磁気センサ１２４で第１の信号が、第２の磁気センサ１２５で第２の信号がそれぞれ検出された後、第１の磁気センサ１２４で第１の信号と異なる信号が検出されるか、または、第２の磁気センサ１２５で第２の信号と異なる信号が検出されるまでの間に、発電素子１２６で２回の発電が行われる。

従って、前述の領域が遷移する最初のタイミングで発電素子１２６から第１の磁気センサ１２４，及び第２の磁気センサ１２５の駆動電力が十分に供給されず、回転量の検出飛びが発生した場合にも、次のタイミングでは駆動電力が供給される。このことにより、回転量が確実に検出され、回転量検出のロバスト性を高めることができる。

発電用磁石１２２の極数は、互いに極性の異なる磁極の組の整数倍である。つまり、発電用磁石１２２の極数は偶数個である。このようにすることで、回転軸３２がＣＷ方向またはＣＣＷ方向のいずれに回転する場合にも、モータ３００の回転量を検出できる。

＜変形例２＞
図１２は、変形例２に係る、回転軸が時計回り方向に回転した場合の第１の磁気センサ及び第２の磁気センサの検出信号の変化を示す図である。なお、本変形例における発電用磁石１２２及び磁気遮蔽板１２３の配置は、図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｃに示すのと同様である。

図６Ａ～図９に示す例では、前述したように、発電用磁石１２２の磁極の極性自体は検知せず、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５にそれぞれ加わる磁界の変化のみを検出して信号を生成している。

一方、本変形例では、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５として、検出される磁束の向きの違いを検出できるセンサを用いている。例えば、ホールセンサを用いることができる。

このようにすることで、各領域をさらに二分して判定することができる。本変形例によれば、領域１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの計６領域を検出できる。このため、モータ３００の回転量、特に原点位置からの回転軸３２の角度範囲を実施形態１に示す場合よりも狭く設定でき、回転量の検出精度が高められる。

本変形例によれば、図６Ａ～図９に示す３領域を６領域に細分化する。これにより、１つの領域に対して隣接する２つの領域がもとの領域の位置によって異なるようにできる。

このことにより、変形例１に示すように、論理情報処理部２２７で判定した領域情報が記憶部２２８に記憶された直前の領域情報から予測される値ではない場合に、論理情報処理部２２７は、記憶部２２８に保存された直前の領域情報と新たに保存された領域情報とを比較して、エラーフラグを出力することができる。かつエラーフラグを記憶部２２８に保存することができる。モータ制御部６０等に現在の回転量が正しくない可能性があることを警告することもできる。

本変形例では、磁気センサによって、発電用磁石１２２で発生する磁束の向きの違いを検出するようにした。しかし、発電素子１２６に発生する電圧パルスの極性の違いを検出するようにしてもよい。その場合は、全波整流器の前段に電圧極性判別部として、例えば、コンパレータ等を設けるようにしてもよい。

＜変形例３＞
図１３は、変形例３に係る発電用磁石１２２の平面配置を示す図である。図１４は、別の発電用磁石１２２の平面配置を示す図である。図１５は、発電素子１２６の平面配置を示す図である。

周方向で隣り合う磁極の極性が互いに異なるようにすれば、それぞれ単極に着磁され、周方向に沿って等角ピッチで配置された複数の磁石を発電用磁石１２２として用いてもよい。この場合、図１３に示すように、それぞれの磁石の平面形状を円形としてもよいし、あるいは角形としても良い。図１４に示すように、それぞれの磁石の平面形状を円弧状としてもよい。

図１５に示すように、発電素子１２６は複数個設けられていてもよい。その場合、それぞれの発電素子１２６を周方向に沿って配置するのがよい。

このようにすることで、回転軸３２が１回転する間に電圧パルスの発生回数を多くできる。よって、磁気式エンコーダ１２０への駆動電力を安定して供給できる。なお、各発電素子１２６が同じ位置で発電しないように、周方向に沿って所定の間隔をあけて配置するのが好ましい。

この場合は、複数の発電素子１２６を１つとみて、第１の磁気センサ１２４で第１の信号が、第２の磁気センサ１２５で第２の信号がそれぞれ検出された後、第１の磁気センサ１２４で第１の信号と異なる信号が検出されるか、または、第２の磁気センサ１２５で第２の信号と異なる信号が検出されるまでの間に、発電素子１２６で複数回の発電が行われる。

従って、前述の領域が遷移する最初のタイミングで発電素子１２６から第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５の駆動電力が十分に供給されず、回転量の検出飛びが発生した場合にも、次回以降のいずれかのタイミングでは十分な駆動電力が供給される。このことにより、回転量が確実に検出され、回転量検出のロバスト性を高めることができる。

＜変形例４＞
図１６は、変形例４に係るロータリーエンコーダを径方向から見た模式図である。なお、図１６において、実施形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

本変形例に係る構成は、光学式エンコーダ１１０として、反射形エンコーダを用いている点で実施形態１に示す構成と異なる。

光学式エンコーダ１１０は、回路基板１３０の下面に取り付けられた受発光素子１１４と、回転板１２１の上面に取り付けられた反射パターン１１５とを有している。受発光素子１１４からの光が反射パターン１１５で反射され、受発光素子１１４で受光されることで、回転板１２１、ひいては回転軸３２の回転位置が検出される。

本変形例によっても、実施形態１に示す構成が奏するのと同様の効果を奏することができる。なお、磁気遮蔽板１２３によって受発光素子１１４からの光が遮られないようにする必要がある。このため、磁気遮蔽板１２３は、反射パターン１１５が設けられた面と反対側に取り付けられるのが好ましい。つまり、実施形態１に示すのと同様に、回転板１２１の下面に取り付けられるのが好ましい。

（実施形態２）
図１７Ａは、本発明の実施形態２に係る発電用磁石１２２と磁気遮蔽板と発電素子１２６との平面配置関係を示す図である。図１７Ｂは、磁気式エンコーダ内の各部品の平面配置図である。なお、図１７Ａ，図１７Ｂにおいて、実施形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る構成は、発電用磁石１２２の磁極配置及び発電素子１２６の配置が、以下に示す点で実施形態１に示す構成と異なる。

本実施形態の発電用磁石１２２は、周方向に沿って互いに極性の異なる複数の磁極、この場合は８極が配列される。同時に、発電用磁石１２２は、径方向に沿って外周側と内周側とで互いに異なる極性の磁極が２つ配列された、いわば、２重の円環状となっている。発電素子１２６は、その両端が径方向に沿うように配置されている。

このようにすることで、極性の異なる磁極間に流れる磁束の向きと発電素子１２６のウィーガントワイヤ１２６ａの長手方向とを同じ径方向に揃えることができる。このことにより、径方向に並んだ１組の磁極が発電用素子の下方を通過する間、ウィーガントワイヤ１２６ａに対して同じ強さの磁界が長手方向に加わり続ける。

実施形態１に示すように、ウィーガントワイヤ１２６ａの長手方向が発電用磁石１２２の外周の接線方向を向いていると、周方向に並んだ１組の磁極が発電素子１２６の下方を通過する間、ウィーガントワイヤ１２６ａの長手方向に加わる磁界の強度は時間的に変動する。つまり、徐々に強くなり、磁束の向きがウィーガントワイヤ１２６ａの長手方向と一致するときに最も強くなり、その後、徐々に弱くなる。

このような場合、回転軸３２の回転速度や磁極のサイズやウィーガントワイヤ１２６ａの長さ、また、発電用磁石１２２の磁界強度によっては、ウィーガントワイヤ１２６ａの磁化方向が十分に反転せず、発電素子１２６での発電量が十分に確保できない場合がある。

一方、本実施形態によれば、ウィーガントワイヤ１２６ａに対して長手方向に加わる磁界の強度及び印加時間を確保できるため、発電素子１２６での発電量を確保でき、磁気式エンコーダ１２０を安定して駆動することができる。また、本実施形態の発電用磁石１２２は、周方向に沿っても互いに極性の異なる複数の磁極が配列されているため、回転軸３２の回転とともに、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５にそれぞれ周期的に励磁電圧が発生して信号として検出される。このことにより、実施形態１に示す構成と同様の効果を奏することができる。

図１７Ｂにおいて、軸方向から見た発電素子１２６と第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５の位置も併せて示している。図１７Ｂにおいて、発電用磁石１２２の中心を通り、径方向に延びる線のうち、実線は時計回り方向への回転時に発電素子１２６に電圧パルスが発生する位置Ｉ～ＶＩＩＩを示し、破線は反時計回り方向への回転時に発電素子１２６に電圧パルスが発生する位置ｉ～ｖｉｉｉを示す。なお、磁気遮蔽板は、図４に示すように、平面視で半円状の扇形形状である。

（実施形態３）
図１８は、本発明の実施形態３に係るロータリーエンコーダを径方向から見た模式図である。図１９は、回路基板を上から見た模式図である。図２０は、回転板を上から見た模式図である。なお、図１８～図２０において、実施形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る構成は、磁気遮蔽板１２３に代えて位置検出用磁石１７０が設けられている点で実施形態１に示す構成と異なる。本実施形態に係る構成は、光学式エンコーダ１１０として、反射形エンコーダを用いている点で実施形態１に示す構成と異なる。なお、光学式エンコーダ１１０の構成及び動作は、変形例４に示すのと同様である。

図１８，図１９に示すように、ロータリーエンコーダ１００では、第１の磁気センサ１２４と第２の磁気センサ１２５とはそれぞれ回路基板１３０の上面に取り付けられている。図２に示す発光素子１１２も省略されているため、センサ基板１４０とコネクタ１５０も省略されている。このことにより、ロータリーエンコーダ１００を軸方向に小型化できる。また、コストを低減できる。

図１８，図２０に示すように、位置検出用磁石１７０は回転板１２１の上面に取り付けられている。位置検出用磁石１７０は、発電用磁石１２２の内周側に，発電用磁石１２２と間隔をあけて取り付けられている。位置検出用磁石１７０は、平面視で半円弧状である。

回転軸３２の回転とともに発電用磁石１２２が回転することで、周期的に発電素子１２６に電圧パルスが発生することは、実施形態１及び変形例１に示す構成と同様である。一方、回転軸３２の回転とともに平面視で半円弧状の位置検出用磁石１７０が回転することで、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５にそれぞれ周期的に励磁電圧が発生して信号として検出される。第１の磁気センサ１２４での励磁電圧、言い換えると、検出信号の発生タイミングと、第２の磁気センサ１２５での検出信号の発生タイミングとは、変形例１に示すのと同様である。

このため、実施形態１及び変形例１に示すのと同様に、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５での検出信号に基づいて、回転軸３２の回転量を検出することができる。

なお、位置検出用磁石１７０の平面形状は、発電用磁石１２２の磁極配置に応じて適宜変更される。例えば、図６Ａ～図９に示すように、発電用磁石１２２の磁極が周方向に沿って６極配置されている場合は、位置検出用磁石１７０の平面形状は、中心角が１２０度をなす円弧状となる。いずれの場合も、発電用磁石１２２と位置検出用磁石１７０とは同心円状に配置される。

位置検出用磁石１７０の形状は、円弧状である。このため、位置検出用磁石１７０は、回転軸３２の回転とともに自身で発生した磁束が第１の磁気センサ１２４に流れ込む期間と流れ込まない期間とを発生させる。同様に、自身で発生した磁束が第２の磁気センサ１２５に流れ込む期間と流れ込まない期間とを発生させる。言い換えると、位置検出用磁石１７０は、第１の磁気センサ１２４及び第２の磁気センサ１２５のうちの少なくとも１つに励磁電圧を発生させることがある磁束制御部材である。つまり、磁束制御部材は、位置検出用磁石１７０であり、回転軸３２の回転に応じて、位置検出用磁石１７０が、第１の磁気センサ１２４に近接するときに第１の磁気センサ１２４に励磁電圧が発生し、第２の磁気センサ１２５に近接するときに第２の磁気センサ１２５に励磁電圧が発生する。

なお、変形例４に示すのと同様に、位置検出用磁石１７０によって受発光素子１１４からの光が遮られないようにする必要がある。このため、図１８に示すように、反射パターン１１５は、発電用磁石１２２の外周側に、これと間隔をあけて設けられるのが好ましい。

（その他の実施形態）
前述の各実施形態及び各変形例に示す各構成要素を適宜組み合わせて新たな実施形態とすることもできる。

例えば、実施形態２に示す発電用磁石１２２及び発電素子１２６の配置を、図１８～図２０に示すロータリーエンコーダ１００に適用してもよい。図１３，図１４に示す発電用磁石１２２を変形して、実施形態２に適用してもよい。透過形エンコーダを、実施形態３に示すロータリーエンコーダ１００に適用するようにしてもよい。

実施形態２において、発電素子１２６を複数個配置するようにしてもよい。この場合も、発電素子１２６は、周方向に沿って互いに間隔をあけて配置される。

図１に示すモータケース１０は有底筒状であってもよい。その場合、例えば、ブラケット２１，２２のいずれかが省略される。ブラケット２２が省略される場合、ロータリーエンコーダ１００はモータケース１０の底壁に取り付けられる。この場合も、回転子３０及び固定子４０からの磁束がロータリーエンコーダ１００に漏れないように、ケース１６０やモータケース１０に磁気遮蔽用の対策を施す必要がある。

図１では、ＩＰＭモータを例に取って説明したが、本願明細書に示すロータリーエンコーダ１００が他の種類のモータにも適用可能であることは言うまでもない。

本開示の回転検出器は、回転量検出のロバスト性が高められるため、モータの回転制御に適用する上で有用である。

１０ モータケース
２１，２２ ブラケット
３０ 回転子
３２ 回転軸
４０ 固定子
５１，５２ 軸受
６０ モータ制御部
１００ ロータリーエンコーダ（回転検出器）
１１０ 光学式エンコーダ（回転位置検出器）
１１１ 受光素子
１１２ 発光素子
１１３ 透過パターン
１１４ 受発光素子
１１５ 反射パターン
１２０ 磁気式エンコーダ
１２１ 回転板
１２２ 発電用磁石
１２３ 磁気遮蔽板（磁束制御部材）
１２４ 第１の磁気センサ
１２５ 第２の磁気センサ
１２６ 発電素子
１２６ａ ウィーガントワイヤ
１２６ｂ 誘導コイル
１３０ 回路基板
１４０ センサ基板
１５０ コネクタ
１６０ ケース
１７０ 位置検出用磁石（磁束制御部材）
２００ 信号処理回路
２１０ 光学信号処理回路
２２０ 磁気信号処理回路
２２７ 論理情報処理部
２２８ 記憶部
２３０ 電源
３００ モータ

Claims (9)

1. モータの回転軸の回転量を検出する回転検出器であって、
   前記回転軸に回転一体に取り付けられ、外周方向に４極以上の磁極を有する発電用磁石と、
   感磁部と誘導コイルからなる少なくとも１つの発電素子と、
   第１の磁気センサと、
   第２の磁気センサと、
   前記回転軸の回転によって、前記発電用磁石と共に位置が変化し、前記第１の磁気センサと前記第２の磁気センサのうちの少なくとも１つに励磁電圧を発生させることがある磁束制御部材と、を備え、
   前記発電用磁石の回転により前記発電素子が発電した電力で、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサを駆動する回転検出器において、
   前記磁束制御部材は、前記回転軸の回転に応じて、前記第１の磁気センサと前記第２の磁気センサのうちの少なくとも１つと前記発電用磁石との間に位置することがある磁気遮蔽板であり、
   前記第１の磁気センサと前記発電用磁石の間に前記磁気遮蔽板がないときに前記第１の磁気センサに励磁電圧が発生し、前記第２の磁気センサと前記発電用磁石の間に前記磁気遮蔽板がないときに前記第２の磁気センサに励磁電圧が発生する、回転検出器。
2. 平面視で、前記発電用磁石と前記磁気遮蔽板とは同心円状に配置されている、請求項１に記載の回転検出器。
3. 平面視で、前記発電用磁石は、前記外周方向及び前記回転軸の半径方向のそれぞれに沿って互いに異なる極性の磁極が配列されており、前記発電素子の両端は前記半径方向に沿って配置されている、請求項１に記載の回転検出器。
4. モータの回転軸の回転量を検出する回転検出器であって、
   前記回転軸に回転一体に取り付けられ、外周方向に４極以上の磁極を有する発電用磁石と、
   感磁部と誘導コイルからなる少なくとも１つの発電素子と、
   第１の磁気センサと、
   第２の磁気センサと、
   前記回転軸の回転によって、前記発電用磁石と共に位置が変化し、前記第１の磁気センサと前記第２の磁気センサのうちの少なくとも１つに励磁電圧を発生させることがある磁束制御部材と、を備え、
   前記発電用磁石の回転により前記発電素子が発電した電力で、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサを駆動する回転検出器において、
   前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサの検出情報に基づき、前記回転軸の回転位置に関し、少なくとも３つ以上の領域情報を判定する論理情報処理部と、
   前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサの検出情報と前記回転軸の回転量とを記憶する記憶部と、をさらに備え、
   前記領域情報は前記記憶部に保存される、回転検出器。
5. 前記第１磁気センサで第１ の信号が、前記第２の磁気センサで第２の信号がそれぞれ検出された後、前記第１の磁気センサで前記第１の信号と異なる信号が検出されるか、または、前記第２の磁気センサで前記第２の信号と異なる信号が検出されるまでの間に、前記発電素子で複数回の発電が行われる、請求項４に記載の回転検出器。
6. 前記回転軸の回転位置を検出する回転位置検出器をさらに備え、
   前記論理情報処理部に対して無給電状態から給電状態となったとき、前記論理情報処理部は、前記記憶部に記憶された前記領域情報と前記回転量とを読み出し、前記回転位置検出器で検出された前記回転位置と前記領域情報に基づいて前記回転量の情報を更新する、請求項４に記載の回転検出器。
7. 前記論理情報処理部に対して無給電状態から給電状態となったとき、前記論理情報処理部で判定した領域情報が、前記記憶部に記憶された直前の領域情報から予測される値ではない場合に、前記論理情報処理部はエラー検出情報を出力し、前記エラー検出情報を前記記憶部に保存する、請求項４に記載の回転検出器。
8. モータの回転軸の回転量を検出する回転検出器であって、
   前記回転軸に回転一体に取り付けられ、外周方向に４極以上の磁極を有する発電用磁石と、
   感磁部と誘導コイルからなる少なくとも１つの発電素子と、
   第１の磁気センサと、
   第２の磁気センサと、
   前記回転軸の回転によって、前記発電用磁石と共に位置が変化し、前記第１の磁気センサと前記第２の磁気センサのうちの少なくとも１つに励磁電圧を発生させることがある磁束制御部材と、を備え、
   前記発電用磁石の回転により前記発電素子が発電した電力で、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサを駆動する回転検出器において、
   前記磁束制御部材は、位置検出用磁石であり、前記回転軸の回転に応じて、前記位置検出用磁石が、前記第１の磁気センサに近接するときに前記第１の磁気センサに励磁電圧が発生し、前記第２の磁気センサに近接するときに前記第２の磁気センサに励磁電圧が発生し、
   平面視で、前記位置検出用磁石は円弧状であり、前記発電用磁石と前記位置検出用磁石とは同心円状に配置されている、回転検出器。
9. 回転軸を有する回転子と、
   前記回転子と同軸にかつ前記回転子と所定の間隔をあけて設けられた固定子と、
   前記回転軸に取付けられた請求項１～８のいずれか１項に記載の回転検出器と、を少なく
   とも備えた、モータ。

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