(57)【要約】【課題】高分解能で高精度に回転位置を検出することが可能な磁気式エンコーダーを簡易な構成で構築する。【解決手段】本発明の磁気式エンコーダーは、回転軸の周方向に沿って、Ｎ極に磁化されたＮ極歯およびＳ極に磁化されたＳ極歯が交互に配列されたｎ組（ｎは１以上の整数）の極歯対を有する磁気ドラムと、磁気ドラムの回転によって発生するＮ極歯とＳ極歯との間の周方向における磁気変化を検出する磁気センサーと、を備える。【選択図】図１
2014163873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気式エンコーダーであって、
回転軸の周方向に沿って、Ｎ極に磁化されたＮ極歯およびＳ極に磁化されたＳ極歯が交互に配列されたｎ組（ｎは１以上の整数）の極歯対を有する磁気ドラムと、
前記磁気ドラムの回転によって発生する前記Ｎ極歯と前記Ｓ極歯との間の前記周方向における磁気変化を検出する磁気センサーと、
を備えることを特徴とする磁気式エンコーダー。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気式エンコーダーであって、
前記Ｎ極歯および前記Ｓ極歯が前記磁気ドラムの円筒状の外周面に沿って配列されていることを特徴とする磁気式エンコーダー。
【請求項３】
請求項１に記載の磁気式エンコーダーであって、
前記磁気ドラムは、
前記回転軸に垂直な円盤状の第１のドラム部分と、
前記第１のドラム部分の外周に配置されるリング状の第２のドラム部分と、
を備え、
前記Ｎ極歯および前記Ｓ極歯のうち、一方の極歯は前記第１のドラム部分の外周に沿って配列されており、他方の極歯は前記第２のドラム部分の内周に沿って配列されていることを特徴とする磁気式エンコーダー。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の磁気式エンコーダーであって、
前記Ｎ極歯および前記Ｓ極極歯は、前記磁気センサーで検出される磁気変化の波形が、前記周方向における電気角に応じて周期的に変化する波形であって、平坦部を有さずに、最大値と最小値の間の中心値を基準として対称的に変化する波形となる外形形状を有していることを特徴とする磁気式エンコーダー。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の磁気式エンコーダーであって、
前記磁気センサーは回路基板上に実装されており、
前記回路基板には、さらに、前記磁気センサーから出力される信号を処理する信号処理回路が実装されていることを特徴とする磁気式エンコーダー。
【請求項６】
回転軸を有する電気機械装置であって、
前記回転軸の回転状態を検出する請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の磁気式エンコーダーを備えることを特徴とする電気機械装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電気機械装置を備えるロボット。
【請求項８】
請求項６に記載の電気機械装置を備える移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の回転状態を検出するための磁気式エンコーダー、電気機械装置およびロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転体の回転角や回転位置、回転数、回転速度等の回転状態を検出するための装置としてエンコーダーが利用されている。エンコーダーとしては、光学式エンコーダーや、レゾルバ式エンコーダー、磁気式エンコーダー等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−２３３３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、光学式エンコーダーは、一般に、高精度で高分解能な検出が可能であるが、光学センサーおよびコードホイールから構成される検出部や、検出部から出力される検出結果に基づいて回転状態を求める処理部等の多くの構成要素を要して装置規模が大きくなる傾向にある。そのため光学式エンコーダーは、最大回転数の制約を受け６０００［ｒｐｍ］程度が限界とされ、１００００［ｒｐｍ］の高速回転には適合できない。また、装置コストも高額となる傾向にある。
【０００５】
レゾルバ式エンコーダーは、一般に、センサーを必要とせず小型で高い耐久性を有し、かつ、高精度で高分解能な検出が可能であり、光学式エンコーダーと比較して低価格化が期待される。しかしながら、例えば、レゾルバ式エンコーダーは、ロボットで用いるモーターへ適用した場合、ロボットが停止状態においても、励磁コイルへの励磁電流を必要とするため、他のエンコーダーに比べて消費電力が大きく、バックアップ電池の寿命が短い、という問題がある。
【０００６】
磁気式エンコーダーは、一般に、磁気ドラムに設けられた多極の磁極数によって分解能が決定されるため、要求される精度および分解能に応じた数の小型の永久磁石を高精度に配置すること、あるいは、要求される精度および分解能に応じた数の着磁を高精度に実行すること、が要求される。このため、小型化および低価格化の点では有利であるが、高精度で高分解能な回転状態の検出を可能とする構成を実現する点で不利であった。
【０００７】
なお、特許文献１に記載の磁気式エンコーダーでは、歯車の回転軸上に配置した１つの永久磁石が歯車全体に磁界を与え、磁極場の近傍では、磁界の向きがその凹凸と同期して周期的に変化し、磁界の向きの周期的変化は、感磁部によって検出され、正弦波のような波形（以下、「正弦波様の波形」とも呼ぶ）として出力される。この磁気式エンコーダーの場合、１つの永久磁石のみを用いる点で構造の簡易化が図られている。しかしながら、歯車に与えられた磁界（Ｓ極またはＮ極）は、歯車に磁界を与えた永久磁石の磁極とは反対の永久磁石の磁極（Ｎ極またはＳ極）との間で発生するものであるため、歯車と永久磁石との間で発生する磁界の分布に偏りが発生する。このため、感磁部によって検出されて出力される正弦波様の波形は歪みを大きく含むものと考えられ、感磁部による検出波形では、高精度で高分解能な回転位置の検出の点で不十分である。
【０００８】
そこで、高分解能で高精度に回転位置を検出することが可能な磁気式エンコーダーを簡易な構成で構築可能な技術が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【００１０】
（１）本発明の一形態によれば、磁気式エンコーダーが提供される。この磁気式エンコーダーは、回転軸の周方向に沿って、Ｎ極に磁化されたＮ極歯およびＳ極に磁化されたＳ極歯が交互に配列されたｎ組（ｎは１以上の整数）の極歯対を有する磁気ドラムと；前記磁気ドラムの回転によって発生する前記Ｎ極歯と前記Ｓ極歯との間の前記周方向における磁気変化を検出する磁気センサーと；を備える。この形態の磁気式エンコーダーによれば、Ｎ極歯およびＳ極歯が交互に配列されたｎ組の極歯対により磁気ドラムを構成することができるので、ｎ極対の磁気式エンコーダーを簡易に構築が可能となる。
【００１１】
（２）上記形態の磁気式エンコーダーにおいて、前記Ｎ極歯および前記Ｓ極歯が前記磁気ドラムの円筒状の外周面に沿って配列されているようにしてもよい。この磁気式エンコーダーによれば、回転軸の周方向に沿って、Ｎ極歯およびＳ極歯が交互に配列されたｎ組の極歯対を有する磁気ドラムを容易に構成することができる。
【００１２】
（３）上記形態の磁気式エンコーダーにおいて、前記磁気ドラムは、前記回転軸に垂直な円盤状の第１のドラム部分と、前記第１のドラム部分の外周に配置されるリング状の第２のドラム部分と、を備え、前記Ｎ極歯および前記Ｓ極歯のうち、一方の極歯は前記第１のドラム部分の外周に沿って配列されており、他方の極歯は前記第２のドラム部分の内周に沿って配列されているようにしてもよい。この磁気式エンコーダーによっても、回転軸の周方向に沿って、Ｎ極歯およびＳ極歯が交互に配列されたｎ組の極歯対を有する磁気ドラムを容易に構成することができる。
【００１３】
（４）上記形態の磁気式エンコーダーにおいて、前記Ｎ極歯および前記Ｓ極極歯は、前記磁気センサーで検出される磁気変化の波形が、前記周方向における電気角に応じて周期的に変化する波形であって、平坦部を有さずに、最大値と最小値の間の中心値を基準として対称的に変化する波形となる外形形状を有していることが好ましい。この形態の磁気式エンコーダーによれば、磁気センサーによって検出される波形が、磁気センサーで検出される磁気変化の波形に基づいて、対応する電気角を高分解能で高精度に求めることが可能であり、求めた電気角から回転体の回転位置を高分解能で高精度に求めることが可能となる。
【００１４】
（５）上記形態の磁気式エンコーダーにおいて、前記磁気センサーは回路基板上に実装されており、前記回路基板には、さらに、前記磁気センサーから出力される信号を処理する信号処理回路が実装されていることが好ましい。この形態の磁気式エンコーダーによれば、磁気センサーから出力されるセンサー信号を外部の信号処理回路へ出力する場合に比べて、磁気センサーの出力信号の伝送路が短くなるので、ノイズ等の影響を低減して高精度な回転角の検出が可能である。
【００１５】
（６）本発明の他の形態によれば、回転軸を有する電気機械装置が提供される。この電気機械装置は、前記回転軸の回転状態を検出する上記形態の磁気式エンコーダーを備える。この形態の電気機械装置によれば、電気機械装置の回転状態を高分解能で高精度に検出することが可能である。また、検出した回転状態に基づいて高精度に電気機械装置の回転動作を制御することが可能となる。
【００１６】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、磁気式エンコーダー、磁気式エンコーダーを備える電気機械装置のほか、電気機械装置を用いた電動移動体や電動移動ロボットあるいは医療機器等の種々の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態としての磁気式エンコーダーの概略構成を示す説明図である。
【図２】磁気ドラムの構造例を示す分解斜視図である。
【図３】磁気センサーが配置されている側から見た磁気ドラムの一部を平面的に拡大して示した説明図である。
【図４】磁気式エンコーダーの筐体配置例を示す説明図である。
【図５】磁気式エンコーダーと測定対象である回転体との接続例を示す説明図である。
【図６】第１実施形態の磁気式エンコーダーによって検出される回転角について示す説明図である。
【図７】回路基板上に実装された磁気センサーについて示す説明図である。
【図８】磁気式エンコーダーと測定対象である回転体との接続の変形例を示す説明図である。
【図９】磁気ドラムの外周面に構成される磁極歯の構造の変形例を示す説明図である。
【図１０】第２実施形態としての磁気式エンコーダーの概略構成を示す説明図である。
【図１１】第２実施形態の磁気式エンコーダーによって検出される回転角について示す説明図である。
【図１２】第３実施形態としての磁気式エンコーダーの概略構成を示す説明図である。
【図１３】磁気ドラムの構造例を示す分解斜視図である。
【図１４】移動体の一例である電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。
【図１５】ロボットの一例を示す説明図である。
【図１６】双腕７軸ロボットの一例を示す説明図である。
【図１７】垂直多関節ロボットの一例を示す説明図である。
【図１８】双腕キャスター付ロボットの一例を示す説明図である。
【図１９】鉄道車両を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態としての磁気式エンコーダーの概略構成を示す説明図である。この磁気式エンコーダー１０は、磁気ドラム２１と２つの磁気センサー２８Ａ，２８Ｂと基準位置センサー２７とを含む検出部２０、および、信号処理回路３１とコネクター３２とを含む信号処理部３０と、を備える。なお、図１は、磁気式エンコーダー１０の磁気ドラム２１を斜め方向から見た概略斜視状態を示している。
【００１９】
検出部２０の磁気ドラム２１は、２つのドラム部分２１０，２２０から構成される略円筒系状の外形を有しており、中心軸線Ｊｒを中心とし中心軸線Ｊｒに垂直な円盤状の側面部２２，２３と、中心軸線Ｊｒを中心とする円筒状の外周面部２４と、中心軸線Ｊｒを中心として側面部２２，２３に固定されたシャフト２６と、を有する。
【００２０】
なお、図１には、図示の便宜上、外周面部２４の全周にわたって外周面部２４の幅方向の中央を通る仮想的な外周中心線Ｊｃが描かれている。
【００２１】
磁気ドラム２１は、シャフト２６を測定対象であるモーター等の回転体のシャフトに接続して固定させることにより、回転体と一体に回転する。なお、本例では、接続される測定対象の回転体を磁気ドラム側から見て、回転体の時計回りの回転に対応する回転を磁気ドラムの正回転とし、回転体の反時計回りに対応する回転を磁気ドラムの逆回転と定義する。
【００２２】
図２は、磁気ドラムの構造例を示す分解斜視図である。磁気ドラム２１は、２つのドラム部分２１０，２２０と、永久磁石部２３０と、から構成される。永久磁石部２３０は、中心軸線Ｊｒを中心とする円柱状の永久磁石２３１と、中心軸線Ｊｒを中心として永久磁石に固定されたシャフト２３２と、から構成される。永久磁石２３１は中心軸線Ｊｒ方向に沿って磁化されており、Ｎ極部２３１ＮとＳ極部２３１とに区分される。
【００２３】
第１のドラム部分２１０は、軟質磁性材料（鉄材や鋼板材等）により形成された磁性体であり、中心軸線Ｊｒを中心とし中心軸線Ｊｒに垂直な円盤部２１１（図１の側面部２２に相当）と、円盤部２１１の外周端に中心軸線Ｊｒを中心とする仮想的な円筒面に沿って永久磁石２３１のＮ極部２３１Ｎの側に向かって形成された複数の歯２１３と、から構成される。円盤部２１１には、永久磁石部２３０のシャフト２３２を通すためのシャフト穴２１２が中心軸線Ｊｒを中心として形成されており、円盤部２１１の中心からあらかじめ定めた距離の位置に、回転の基準位置とする基準穴２１４が形成されている。なお、この距離は、永久磁石２３１の半径よりも大きい。
【００２４】
第２のドラム部分２２０も、第１のドラム部分２１０と同様の磁性体であり、中心軸線Ｊｒを中心とし中心軸線Ｊｒに垂直な円盤部２２１（図１の側面部２３に相当）と、円盤部２２１の外周端に、中心軸線Ｊｒを中心とする仮想的な円筒面に沿って永久磁石２３１のＳ極部２３１Ｓの側に向かって形成された複数の歯２２３と、から構成される。円盤部２２１には、円盤部２１１と同様に、シャフト穴２２２および基準穴２２４が形成されている。
【００２５】
磁気ドラム２１は、２つのドラム部分２１０，２２０を永久磁石部２３０に対して貼り合わせることにより形成される。
【００２６】
第１のドラム部分２１０の複数の歯２１３は、Ｎ極部２３１ＮによってＮ極の磁極を有するＮ極歯２５Ｎ（図１参照）となる。また、第２のドラム部分２２０の複数の歯２２３は、Ｓ極２３１ＳによってＳ極の磁極を有するＳ極歯２５Ｓ（図１参照）となる。これにより、複数のＮ極歯２５Ｎと複数のＳ極歯２５Ｓとが、外周中心線Ｊｃに沿ってギャップを介して交互に配列された外周面部２４が構成される。なお、本例は、２４極のＮ極歯２５Ｎおよび２４極のＳ極歯２５Ｓにより２４極対の磁極が外周面部２４に構成されている場合を示している。また、永久磁石部２３０のシャフト２３２が磁気ドラム２１のシャフト２６（図１参照）となる。
【００２７】
なお、永久磁石２３１の側面２３３，２３４に、あらかじめ接着剤（不図示）を塗布しておくことにより、ドラム部分２１０，２２０はそれぞれが吸着される永久磁石２３１の側面２３３，２３４に接着固定され、シャフト２３２の回転と一体に回転させることができる。
【００２８】
図１の２つの磁極センサー２８Ａ，２８Ｂは、外周中心線Ｊｃに沿って交互に並ぶＮ極歯２５Ｎ，２５Ｓの外側近傍で、外周中心線Ｊｃと同心円状の円周上の互いに異なる位置に配置されている。なお、図１の例では、一方の磁気センサー２８Ａは、外周中心線Ｊｃの中心点（磁気ドラム２１の中心点）Ｃから鉛直下方向に向かう鉛直線Ｊｖ上に配置されており、他方の磁気センサー２８Ｂは、後述するように、外周中心線Ｊｃに沿って一方の磁気センサー２８Ａからずれて配置されている。磁気センサー２８Ａ，２８Ｂは、磁気ドラム２１の回転に応じて発生する磁気変化を検出して磁気センサー信号として出力する。磁気センサー２８Ａ，２８Ｂとしては、例えば、ホール素子および自動可変利得（ＡＧＣ）増幅回路を含み、温度補償機能を有する磁気センサーＩＣが用いられる。磁気センサーＩＣから出力される出力波形は、ホール素子で検出される磁気変化が飽和しないように、ＡＧＣ増幅回路によってあらかじめ定めた一定の出力振幅となるように調整される。
【００２９】
基準位置センサー２７は、磁気ドラム２１の側面部２２（図２の円盤部２２１に相当）側に配置される投光部２７Ｃと、磁気ドラム２１の側面部２３（図２の円盤部２１１に相当）側に配置される受光部２７Ｒと、から構成される。投光部２７ＣとしてはＬＥＤ等の発光ダイオードが用いられる。受光部２７Ｒとしては光の有無を感知するフォトダイオードが用いられる。基準位置センサー２７は、受光部２７Ｒによって、投光部２７Ｃからの光が側面部２３，２２に設けられた基準穴２３ｈ，２２ｈを通過する光を検知することによって、磁気ドラム２１の一回転の基準位置を検知する。
【００３０】
図３は、磁気センサーが配置されている側から見た磁気ドラムの一部を平面的に拡大して示した説明図である。磁気ドラム２１の外周面部２４には、上記したように、Ｎ極歯２５ＮとＳ極歯２５Ｓとが外周中心線Ｊｃに沿ってギャップを介して交互に配置されている。Ｎ極歯２５ＮおよびＳ極歯２５Ｓは台形形状を有しており、Ｎ極歯２５ＮとＮ極歯２５Ｎとの間の台形状の凹部にＳ極歯２５Ｓが配置され、Ｓ極歯２５ＳとＳ極歯２５Ｓとの間の台形状の凹部にＮ極歯２５Ｎが配置されている。Ｎ極歯２５Ｎの上底と対応する２つのＳ極歯２５Ｓの間の凹部の底部との間のギャップｇ１、および、Ｓ極歯２５Ｓの上底と対応する２つのＮ極歯２５Ｎの間の凹部の底部との間のギャップｇ３は、ギャップｇ１，ｇ３で発生する磁束が極力抑制されるように、Ｎ極歯２５Ｎの斜辺とＳ極歯２５Ｓの斜辺との間のギャップｇ２に比べて大きく設定されている。
【００３１】
側面部２３側の投光部２７Ｃと側面部２２側の受光部２７Ｒとを結ぶ位置は、磁気ドラム２１の一回転の検出の基準位置Ｒｃとされる。磁気ドラム２１の回転によって側面部２２の基準穴２２ｈおよび側面部２３の基準穴２３ｈが、この基準位置Ｒｃにくることによって磁気ドラム２１の一回転が検出される。
【００３２】
一方の磁気センサー２８Ａは、外周中心線Ｊｃの外周で基準位置Ｒｃの鉛直下方（図３では上方）に配置され、他方の磁気センサー２８Ｂは、一対のＮ極とＳ極の幅で決定される位相（「電気角」と呼ばれる）２π［ｒａｄ］に対して、一方の磁気センサー２８Ａから外周中心線Ｊｃの外周で、外周中心線Ｊｃ方向に沿って正回転方向に位相π／２［ｒａｄ］だけずらした位置に配置される。なお、以下では、一方の磁気センサー２８Ａを「Ａ相センサー２８Ａ」とも呼び、他方の磁気センサー２８Ｂを「Ｂ相センサー２８Ｂ」とも呼ぶ。
【００３３】
図１の信号処理部３０の信号処理回路３１は、基準位置センサー２７からの基準位置信号とＡ相センサー２８ＡからのＡ相センサー信号とＢ相センサー２８からのＢ相センサー信号とに基づいて回転角（回転位置）を検出し、コネクター３２を介して外部の制御回路へ出力する。
【００３４】
図４は、磁気式エンコーダーの筐体配置例を示す説明図である。図４（Ａ）は筐体４０に収納配置された磁気式エンコーダー１０を外部から透視して見た概略側面を示しており、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＡ−Ａ切断面で切った概略断面を模式的に示している。磁気式エンコーダー１０は円筒形の筐体４０に収納されており、軸受け５１，５２を介してシャフト２６が筐体４０に対して回動可能に支持されている。筐体４０の円筒面の内側の下底部には、回路基板６０が配置されており、回路基板６０上に２つの磁気センサー２８Ａ，２８Ｂと、不図示の信号処理回路３１と、コネクター３２とが実装されている。また、磁気ドラム２１の側面部２３に対向する筐体４０の側面の内側には、基準位置センサー２７の投光部２７Ｃが実装された回路基板６１が固定配置され、磁気ドラム２１の側面部２２に対向する筐体４０の側面の内側には、基準位置センサー２７の受光部２７Ｒが実装された回路基板６２が固定配置されている。以上のように、磁気式エンコーダー１０は、筐体４０に収納配置することができる。ただし、この配置例は一例であり、磁気式エンコーダー１０を筐体内に収納配置することができれば、筐体の構造や収納配置構造に特に限定はない。
【００３５】
図５は、磁気式エンコーダーと測定対象である回転体との接続例を示す説明図である。図５は、回転体としてモーター７０を例に示している。磁気式エンコーダー１０は、シャフト２６を、モーター７０のシャフト７２にカップリング８０を介して接続固定することにより、モーター７０に接続することができる。これにより、モーター７０の回転角を磁気式エンコーダー１０によって検出することが可能であり、モーター７０の回転状態を制御することができる。
【００３６】
図６は、本実施形態の磁気式エンコーダーによって検出される回転角について示す説明図である。基準位置センサー２７では、基準位置信号Ｖｃとして、磁気ドラム２１が一回転（回転角φが０〜２π［ｒａｄ］に変化）する毎に回転の基準位置を示すパルス状の周期信号が出力される。また、Ａ相センサー２８Ａでは、Ａ相センサー信号Ｖｓａとして、基準位置を基準として電気角θが２π［ｒａｄ］進むごとに周期変化する正弦波（ｓｉｎθ）状の信号（以下、「正弦波信号」とも呼ぶ）が出力される。これに対して、Ｂ相センサー２８Ｂでは、Ｂ相センサー信号Ｖｓｂとして、基準位置を基準として電気角θが２π［ｒａｄ］進むごとに周期変化する余弦波（ｃｏｓθ）状の信号（以下、「余弦波信号」とも呼ぶ）が出力される。
【００３７】
ここで、Ｎ極とＳ極の極対の数がＰｍの場合、回転角（「機械角」とも呼ばれる）φが０〜２π［ｒａｄ］まで変化する間、すなわち、磁気ドラム２１が一回転（磁気ドラム２１と一体に接続された測定対象の回転体が一回転）する間に、電気角θは０〜２π［ｒａｄ］の変化（周期変化）をＰｍ回繰り返す。本例のようにＰｍ＝２４の場合、磁気ドラム２１が一回転する間に、電気角θは０〜２π［ｒａｄ］の周期変化を１２回繰り返すことになり、Ａ相センサー信号Ｖｓａとして１２周期の正弦波信号が発生し、Ｂ相センサー信号Ｖｓｂとして１２周期の余弦波信号が発生する。従って、電気角θがφｓ＝２π／（Ｐｍ／２）で区分される回転角φのいずれの区分に位置するかを示す区分数（以下、「電気角数」とも呼ぶ）をＰｎ（Ｐｎは０〜（Ｐｍ／２）−１のいずれかの整数）とすると、回転角φは、φ＝（Ｐｎ＋θ／２π）・φｓで表される。本例のようにＰｍ＝２４の場合、φｓはπ／６で、回転角φは（Ｐｎ＋θ／２π）・（π／６）で表され、電気角数Ｐｎが３に位置する電気角θであるとすると、回転角φは（３＋θ／２π）・（π／６）で表される。従って、電気角数Ｐｎおよび電気角θを求めることにより、回転角φを求めることができる。
【００３８】
電気角θは、Ａ相センサー信号ＶｓａおよびＢ相センサー信号Ｖｓｂに基づいて求めることができる。例えば、電気角θは、Ａ相センサー信号ＶｓａおよびＢ相センサー信号Ｖｓｂの逆正接（ｔａｎ-1（Ｖｓａ／Ｖｓｂ））により求めることができる。また、電気角数Ｐｎは、基準位置からの電気角θの周期変化の数をカウントしておくことにより求めることができる。
【００３９】
また、図６に示したＡ相センサー信号Ｖｓａは正回転の場合を示している。逆回転の場合は、π［ｒａｄ］位相がずれた正弦波信号（ｓｉｎ（θ＋π））となる。従って、Ａ相センサー信号波形ＶｓａとＢ相センサー信号Ｖｓｂの位相関係に基づいて回転方向が正回転か逆回転か区別することができる。また、逆回転の場合の電気角θは、Ａ相センサー信号Ｖｓａの正負を反転させた信号−ＶｓａおよびＢ相センサー信号Ｖｓｂの逆正接（ｔａｎ-1（−Ｖｓａ／Ｖｓｂ）により求めることができる。
【００４０】
また、基準位置センサーＶｃに発生する周期信号の数をカウントすることにより回転数Ｐｒｑを求めることができる。例えば、ロボットの腕を駆動するモーターのエンコーダーとして適用した場合に、基準状態からのモーターの回転数Ｐｒｑおよび回転角φに基づいて腕の移動状態を認識して腕の動作を制御することができる。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態の磁気式エンコーダー１０では、磁気センサー２８Ａ，２８Ｂで検出されて出力される波形が電気角に応じて周期的に変化する正弦波状の波形および余弦波状の波形であるので、高分解能で高精度に回転角（回転位置）を検出することが可能である。
【００４２】
図７は、回路基板６０上に実装された磁極センサー２８Ａについて示す説明図である。本実施形態では上記したように、磁気センサー２８Ａとして、表面実装型の磁気センサーＩＣを用いている。磁気センサー２８Ａは、３つの実装端子６５（電源端子，接地端子，出力信号端子）を有している。表面実装型の磁気センサーＩＣとしては、実装端子６５がフラットなＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）型、あるいは、実装端子６５がＪ字に曲げられたＳＯＪ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｊ−ｌｅａｄｅｄ）型の磁気センサーＩＣを採用することができる。回路基板６０は、磁極センサー２８Ａの実装端子を実装するための導体パターン６３を備えている。
【００４３】
回路基板６０への磁気センサー２８Ａの実装は以下のようにして行うことが出来る。まず、回路基板６０の導体パターン６３上にハンダ６４を印刷により配置する。次に、回路基板６０上に磁気センサー２８Ａを、導体パターン６３上に磁気センサー２８Ａの実装端子６５が接触するように配置する。この段階では、回路基板６０と磁気センサー２８Ａとは、ハンダにより実装されていない。なお、磁気センサー２８Ａの実装端子６５は、あらかじめハンダメッキをしておくことが好ましい。次に、磁気センサー２８Ａを載せた回路基板６０を、リフロー炉を通すことにより加熱する。これにより、ハンダ６４が溶けて、導体パターン６３と磁気センサー２８Ａの実装端子６５とが、ハンダ６４により実装される。なお、磁気センサー２８Ａを導体パターン６３に対して、上下左右に移動させて位置を設定することにより、磁気センサー２８Ａの磁気感度特性を変えることが可能である。磁気センサー２８Ｂについても同様である。これにより、磁気センサー２８Ａ，２８Ｂから検出される磁気変化の波形の対称性の向上や波形の歪みの抑制等が可能であり、第１の磁気センサー２８Ａの検出波形と第２の磁気センサー２８Ｂの検出波形との間の位相差の調整を行うことが可能である。
【００４４】
図８は、磁気式エンコーダーと測定対象である回転体との接続の変形例を示す説明図である。図８（Ａ）の例では、以下のように磁気式エンコーダー１０のシャフト２６に回転体のシャフト７２が接続固定される。磁気式エンコーダー１０のシャフト２６には、回転体のシャフト７２を挿入固定するホルダー構造７４が設けられている。このホルダー構造７４は、シャフト２６の軸線方向に沿って、シャフト７２が挿入されるホルダー部７４ａとホルダー部７４ａの外周に設けられた締結部材７４ｂとで構成される。締結部材７４ｂによって、ホルダー部７４ａ内に挿入されたシャフト７２をホルダー部７４ａ外部から締め付けることにより、シャフト７２がシャフト２６に接続固定される。これにより、磁気式エンコーダー１０のシャフト２６に回転体のシャフト７２が接続固定される。
【００４５】
図８（Ｂ）の例では、以下のように磁気式エンコーダー１０のシャフト２６に回転体のシャフト７２が接続固定される。回転体のシャフト７２の中心には、軸線方向に沿ってシャフト２６が挿入されるスペーサ７２Ｓおよびネジ穴７２ｈが切られている。また、磁気式エンコーダー１０のシャフト２６の中心には軸線方向に沿ってネジ穴２６ｈが切られている。回転体のシャフト７２のスペーサ７２Ｓにシャフト２６が収まるように、回転体のシャフト７２を軸線方向に沿って差し込む。そして、固定ネジ７８を挿入するための筐体の穴４２から固定ネジ７８をネジ穴２６ｈおよびネジ穴７２ｈに回し入れることにより、シャフト２６とシャフト７２とが接続固定される。これにより、磁気式エンコーダー１０のシャフト２６に回転体のシャフト７２が接続固定される。なお、モーター７０と磁気式エンコーダー１０との間には、断熱材７６が挿入されており、さらに、モーター７０の駆動軸７２と磁気式エンコーダー１０のケーシング４０との間には空気層７９が形成されている。モーター７０で発生した熱が磁気式エンコーダー１０へ伝わることを抑制することが可能であり、回路基板６０への熱の伝達を抑制することが可能である。
【００４６】
なお、図８（Ａ）および図８（Ｂ）のいずれの場合においても、上記実施形態で示したカップリング８０（図５）を用いた場合と同様に、回転体のシャフト７２と磁気式エンコーダー１０のシャフト２６とを接続固定することができ、回転体の回転に応じた回転角（回転位置）を磁気式エンコーダー１０によって検出することが可能である。なお、磁気式エンコーダー１０のシャフト２６と回転体のシャフト７２との接続は、図５のカップリング８０による接続と、図８（Ａ）のホルダー構造７４による接続と、図８（Ｂ）の固定ネジ７２による接続と、に限定されるものではなく、種々の一般的な接続固定構造を適用することが可能である。
【００４７】
図９は、磁気ドラムの外周面に構成される磁極歯の構造の変形例を示す説明図である。図３に示した磁気ドラム２１のＮ極歯２５ＮとＳ極歯２５Ｓとは略台形形状を有しているが、図９に示したように、矩形状のＮ極歯２５Ｎｍと矩形状のＳ極歯２５Ｓｍとし、外周中心線Ｊｃに近傍な領域のみでＮ極歯２５ＮｍとＳ極歯２５Ｓｍとが外周中心線Ｊｃ方向に沿って交互に配置され構造としてもよい。この構造では、Ｎ極歯２５Ｎｍの先端と対応するＳ極側の凹部の底部との間のギャップｇ１、および、Ｓ極歯２５Ｓｍの先端と対応するＮ極側の凹部の底部との間のギャップｇ３を、非常に大きくとすることができ、これらのギャップ間で発生する磁束を大きく抑制することが可能である。また、外周中心線Ｊｃの近傍で、外周中心線Ｊｃ方向に沿って並ぶＮ極歯２５Ｎｍの部分とＳ極歯２５Ｓｍの部分により発生する磁気変化を磁気センサー２８Ａ，２８Ｂで検出することができるので、磁気変化の検出精度を高めることができる。
【００４８】
なお、極歯の構造は、図２に示した構造および図９に示した構造に限定されるものではなく、例えば、正弦波形状や三角形形状等の種々の形状としても良く、磁気センサーで検出されて出力される波形が、正弦波や三角波のように、外周中心線Ｊｃ方向における電気角に応じて周期的に変化する波形であって、波形中に平坦な部分を有さずに、最大値と最小値の間の中心値を基準として対称的に変化する波形となるような外形形状を有していればよい。また、各極間の変化率の絶対値が一定な波形となるような外形形状であることがより好ましい。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態の磁気式エンコーダーでは、磁気センサーで検出されて出力される波形が、外周中心線方向における電気角に応じて周期的に変化する波形であって、波形中に平坦な部分を有さずに、最大値と最小値の間の中心値を基準として対称的に変化する波形となるような外形形状を有する多極対の極歯で構成される磁気ドラムを簡易に構成することができ、高分解能で高精度に回転角（回転位置）を検出することが可能である。磁気ドラムの極数は、ドラム部分の歯の数で決定することができるので、任意の極数の磁気ドラムを簡易かつ高精度に構成することが可能であり、極数を任意に設計できるため設計自由度が高い。また、極歯の形状を調整することにより、磁気センサーで検出される出力波形が電気角に応じた高精度な値を示すようにすることが可能であり、設計自由度が高い。また、複数の永久磁石を用いることや、複数極の着磁をすることがないので、製造が容易であり、低価格で実現することが可能である。１つの永久磁石を用いるのみであるので、フェライト磁石を利用することが可能であり、高温度での使用が可能であり、また安価に構成することが可能である。
【００５０】
Ｂ．第２実施形態：
図１０は、第２実施形態としての磁気式エンコーダーの概略構成を示す説明図である。図１０（Ａ）は磁気式エンコーダー１０Ｂの磁気ドラム２１Ｂおよび磁気センサー２８Ａ，２８Ｂを斜め方向から見た概略構成を示しており、図１０（Ｂ）は磁気ドラム２１Ｂの外周面部２４Ｂを展開して示している。
【００５１】
第１実施形態の磁気式エンコーダー１０の磁気ドラム２１は外周面部２４に複数の極対のＮ極歯２５ＮおよびＳ極歯２５Ｓが形成された構造（図１参照）であったのに対して、本実施形態の磁気式エンコーダー１０Ｂの磁気ドラム２１Ｂは外周面部２４Ｂに１つの極対のＮ極歯２５ＮＢおよびＳ極歯２５ＳＢが形成された構造となっている。Ｎ極歯２５ＮＢおよびＳ極歯２５ＳＢの形状は、ギャップｇを介して配置されるそれぞれの先端形状が外周中心線Ｊｃを中心として正弦波状となっている。この構成の場合、磁気ドラム２１Ｂの回転角φは電気角θに等しくなる。なお、磁気センサー２８Ａ，２８Ｂの配置は、第１実施形態と同様に、一方の磁気センサー（Ａ相センサー）２８Ａに対して他方の磁気センサー（Ｂ相センサー）２８Ｂは、外周中心線Ｊｃに沿って正回転方向に電気角の位相π／２［ｒａｄ］だけずれた位置に配置される。
【００５２】
図１１は、本実施形態の磁気式エンコーダーによって検出される回転角について示す説明図である。第１実施形態の磁気式エンコーダー１０と同様に、Ａ相センサー２８Ａでは、Ａ相センサー信号Ｖｓａとして電気角θが２π［ｒａｄ］進むごとに一周期の正弦波信号が出力され、Ｂ相センサー２８Ｂでは、Ｂ相センサー信号Ｖｓｂとして電気角θが２π［ｒａｄ］進むごとに一周期の余弦波信号が出力される。
【００５３】
上記したように、本実施形態において回転角（回転位置）φは電気角θに等しいので、電気角θを求めることにより回転角φを求めることができる。電気角θは、第１実施形態でも説明したように、Ａ相センサー信号ＶｓａおよびＢ相センサー信号Ｖｓｂの逆正接（ｔａｎ-1（Ｖｓａ／Ｖｓｂ））により求めることができる。
【００５４】
なお、上記したように、本実施形態における一対の極歯の構造は、ギャップを介して配置されるそれぞれの極歯の先端形状が正弦波状となっている場合を例に説明したが、例えば、三角形形状等の種々の形状としても良く、磁気センサーで検出されて出力される波形が、正弦波や三角波のように、外周中心線Ｊｃ方向における電気角に応じて周期的に変化する波形であって、波形中に平坦な部分を有さずに、最大値と最小値の間の中心値を基準として対称的に変化する波形となるような外形形状を有していればよい。また、変化率の絶対値が一定な波形となるような外形形状であることがより好ましい。
【００５５】
本実施形態の磁気式エンコーダーにおいても、磁気センサーで検出されて出力される波形が、外周中心線方向における電気角に応じて周期的に変化する波形であって、波形中に平坦な部分を有さずに、最大値と最小値の間の中心値を基準として対称的に変化する波形となるような外形形状を有する一極対の極歯で構成される磁気ドラムを簡易に構成することができ、高分解能で高精度に回転角（回転位置）を検出することが可能である。また、極歯の形状を調整することにより、磁気センサーで検出される出力波形が電気角に応じた高精度な値を示すようにすることが可能であり、設計自由度が高い。１つの永久磁石を用いるのみであるので、フェライト磁石を利用することが可能であり、高温度での使用が可能であり、また安価に構成することが可能である。
【００５６】
Ｃ．第３実施形態：
図１２は、第３実施形態としての磁気式エンコーダーの概略構成を示す説明図である。図１２（Ａ）は磁気式エンコーダー１０Ｃの磁気ドラム２１Ｃを正面から見た概略正面図を示しており、図１２（Ｂ）は磁気式エンコーダー１０Ｃを側面から見た概略側面図を示している。
【００５７】
第１実施形態の磁気式エンコーダー１０の磁気ドラム２１は外周面部２４に複数の極対のＮ極歯２５ＮおよびＳ極歯２５Ｓが形成された構造（図１参照）であったのに対して、本実施形態の磁気式エンコーダー１０Ｃの磁気ドラム２１Ｃは側面部２２Ｃに、中心軸線Ｊｒを中心とする仮想的な円周中心線Ｊｃｃに沿って複数の極対のＮ極歯２５ＮおよびＳ極歯２５Ｓが形成された構造となっている。磁気センサー２８Ａ，２８Ｂは、側面部２２Ｃに対向して固定配置される回路基板６０Ｃ上に、円周中心線Ｊｃと同心円状の円周上に実装される。また、信号処理回路３１およびコネクター３２も回路基板６０Ｃ上に実装される。なお、回路基板６０Ｃの中心には、磁気ドラム２１Ｃのシャフト２６が回路基板６０に関係なく回転可能とする貫通孔が設けられている。
【００５８】
図１３は、磁気ドラムの構造例を示す分解斜視図である。磁気ドラム２１Ｃは、３つのドラム部分２１０Ｃ，２２０Ｃａ，２２０Ｃｂと、永久磁石部２３０と、から構成される。
【００５９】
第３のドラム部分２２０Ｃａは、軟質磁性材料（鉄材や鋼板材等）により形成された磁性体であり、中心軸線Ｊｒを中心とし中心軸線Ｊｒに垂直な円盤部２２１Ｃと、円盤部２２１Ｃの外周端に、中心軸線Ｊｒを中心とする円筒部２２３Ｃと、から構成される。円盤部２２１Ｃには、永久磁石部２３０のシャフト２３２を通すためのシャフト穴２２２Ｃが形成されている。
【００６０】
第１のドラム部分２１０Ｃも、第３のドラム部分２２０Ｃａと同様の磁性体であり、中心軸線Ｊｒを中心とする略円盤状の形状を有している。第１のドラム部分２１０Ｃの外周には複数の歯２１３Ｎが形成されており、中心にはドラム部分２２０Ｃａの円盤部２２１Ｃと同様に、シャフト穴２１２Ｃが形成されている。また、第２のドラム部分２２０Ｃｂも、第３のドラム部分２２０Ｃａと同様の磁性体であり、中心軸線Ｊｒを中心とし、略円盤状の第１のドラム部分２１０Ｃの外形に対応する空間を有する略リング状の形状を有している。第２のドラム部分２２０Ｃｂの内周には複数の歯２２３Ｓが形成されている。第２のドラム部分２２０Ｃｂの各歯２２３Ｓの間の凹部は第１のドラム部分２１０Ｃの各歯２１３Ｎに対応し、第１のドラム部分２１０Ｃの各歯２１３Ｎの間の凹部は第２のドラム部分２２０Ｃｂの各歯２２３Ｓに対応している。
【００６１】
磁気ドラム２１Ｃは、３つのドラム部分２１０Ｃ，２２０Ｃａ，２２０Ｃｂおよび永久磁石部２３０を貼り合わせることにより形成される。永久磁石２３１のＳ極部２３１Ｓに第３のドラム部分２２０Ｃａを吸着固定させるとともに、第２のドラム部分２２０Ｃｂを、第３のドラム部分２２０Ｃａの円筒部２２３Ｃに吸着固定させる。また、永久磁石２３１のＮ極部２３１Ｎに第１のドラム部分２１０Ｃを吸着固定させる。
【００６２】
なお、永久磁石２３１の側面２３３，２３４、および、円筒部２２３Ｃの側面２２４Ｃに、あらかじめ接着剤（不図示）を塗布しておくことにより、ドラム部分２１０Ｃ，２２０Ｃａは永久磁石２３１の側面２３３，２３４に接着固定され、また、第２のドラム部分２２０Ｃｂは第３のドラム部分２２０Ｃａの円筒部２２３Ｃの側面２２４Ｃに接着固定され、シャフト２３２の回転と一体に回転させることができる。
【００６３】
第１のドラム部分２１０Ｃの複数の歯２１３Ｎは、Ｎ極部２３１ＮによってＮ極の磁極を有するＮ極歯２５ＮＣ（図１２参照）となる。また、第２のドラム部分２２０Ｃｂの複数の歯２２３Ｓは、Ｓ極部２３１ＳによってＳ極の磁極を有するＳ極歯２５ＳＣ（図１２参照）となる。これにより、複数のＮ極歯２５ＮＣと複数のＳ極歯２５ＳＣとが円周中心線Ｊｃｃに沿ってギャップを介して交互に配列された側面を有する側面部２２Ｃが構成される。なお、本例は、１２極のＮ極歯２５ＮＣおよび１２極のＳ極歯２５ＳＣにより１２極対の磁極が側面部２２Ｃに構成されている場合を示している。また、永久磁石部２３０のシャフト２３２が磁気ドラム２１Ｃのシャフト２６（図１２参照）となる。
【００６４】
なお、第１のドラム部分２１０Ｃを永久磁石２３１のＳ極部２３１Ｓに吸着固定させ、第３のドラム部分２２０Ｃａおよび第２のドラム部分２２０ＣｂをＮ極部２３１Ｎに吸着固定させて、極性を反対としてもよい。
【００６５】
本実施形態の磁気式エンコーダー１０Ｃにおける回転角の検出動作は、図６に示した第１実施形態の検出動作と同様であり、磁気センサー２８Ａ，２８Ｂで検出されて出力される波形が電気角に応じて周期的に変化する正弦波状の波形および余弦波状の波形であるので、高分解能で高精度に回転角（回転位置）を検出することが可能である。
【００６６】
なお、本実施形態においても、極歯の構造は、第１実施形態で説明したように、正弦波形状や三角形形状等の種々の形状としても良く、磁気センサーで検出されて出力される波形が、正弦波や三角波のように、外周中心線Ｊｃ方向における電気角に応じて周期的に変化する波形であって、波形中に平坦な部分を有さずに、最大値と最小値の間の中心値を基準として対称的に変化する波形となるような外形形状を有していればよい。また、変化率の絶対値が一定な波形となるような外形形状であることがより好ましい。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態の磁気式エンコーダーにおいても、磁気センサーで検出されて出力される波形が、外周中心線方向における電気角に応じて周期的に変化する波形であって、波形中に平坦な部分を有さずに、最大値と最小値の間の中心値を基準として対称的に変化する波形となるような外形形状を有する多極対の極歯で構成される磁気ドラムを簡易に構成することができ、高分解能で高精度に回転角（回転位置）を検出することが可能である。磁気ドラムの極数は、ドラム部分の歯の数で決定することができるので、任意の極数の磁気ドラムを簡易かつ高精度に構成することが可能であり、極数を任意に設計できるため設計自由度が高い。また、極歯の形状を調整することにより、磁気センサーで検出される出力波形が電気角に応じた高精度な値を示すようにすることが可能であり、設計自由度が高い。また、複数の永久磁石を用いることや、複数極の着磁をすることがないので、製造が容易であり、低価格で実現することが可能である。１つの永久磁石を用いるのみであるので、フェライト磁石を利用することが可能であり、高温度での使用が可能であり、また安価に構成することが可能である。
【００６８】
Ｄ．変形例：
Ｄ１．変形例１：
上記実施形態では、磁気式エンコーダーに、磁気センサーから出力されるセンサー信号に基づいて回転角（回転位置）を検出する信号処理回路を含む場合を例に説明したが、信号処理回路を含まず、磁気センサーから出力されるセンサー信号を外部の信号処理回路へ出力する構成としてもよい。信号処理回路を磁気式エンコーダーの回路基板上に実装した場合のほうがセンサー信号へのノイズ等の影響を低減して高精度な回転角の検出が可能である。これに対して、信号処理回路を外部に設けた場合には、種々の方式の信号処理によって回転角の検出を実行することが可能であり、汎用性が高い。
【００６９】
Ｄ２．変形例２：
上記第１実施形態および第２実施形態では、１つの永久磁石に第１のドラム部分および第２のドラム部分を吸着させることにより、第１のドラム部分の極歯を一方の磁極とし、第２のドラム部分の極歯を他方の磁極とする場合を例に説明した。しかしながら、第１のドラム部分を放射方向外向きあるいは内向きに着磁し、第２のドラム部分を第１のドラム部分とは反対向きに着磁することによっても、磁気ドラムを構成することができる。この場合には、永久磁石を省略することができる。
【００７０】
また、上記３実施形態では、１つの永久磁石の一方の磁極に、略円盤状の第１のドラム部分を吸着させ、他方の磁極に略リンク状の第２のドラム部分を第３のドラム部分を介して吸着させることにより、第１のドラム部分の極歯を一方の磁極とし、第２のドラム部分の極歯を他方の磁極とする場合を例に説明した。しかしながら、第１のドラム部分を放射方向外向きあるいは内向きに着磁し、第２のドラム部分あるいは第３のドラム部分を、第１のドラム部分とは反対向きに着磁することによっても、磁気ドラムを構成することができる。この場合には、永久磁石を省略することができる。
【００７１】
Ｄ３．変形例３：
上記実施形態では、２つの磁気センサーを、電気角でπ／２の位相差に相当する位置にずらして配置する構成を例に説明したが、２つの磁気センサーを電気角でπ／３または２π／３の位相差に相当する位置にずらして配置する構成としてもよい。２つの磁気センサーを電気角でπ／２の位相差に相当する位置にずらして配置する構成とした場合には、２相式の回転電機（以下、「電気機械装置」とも呼ぶ）の回転状態を検出するエンコーダーとして適用して、２相式の電気機械装置の回転動作を高精度に制御することが可能である。また、２つの磁気センサーを電気角でπ／３または２π／３の位相差に相当する位置にずらして配置する構成として場合には、３相式の電気機械装置の回転状態を検出するエンコーダーとして適用して、３相式の電気機械装置の回転動作を高精度に制御することが可能である。なお、回転電機（電気機械装置）は、電動機モーターや発電機等である。
【００７２】
Ｄ４．変形例４：
上記実施形態の磁気式エンコーダーは、種々の回転体のエンコーダーとして適用することが可能であり、電動移動体や電動移動ロボットあるいは医療機器の駆動装置におけるエンコーダーとして適用することが可能である。
【００７３】
図１４は、移動体の一例である電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。この自転車３３００は、上記実施形態の磁気式エンコーダーが設けられたモーターで構成された動力発生装置３３１０が前輪に設けられており、サドルの下方のフレームに制御回路３３２０と充電池３３３０とが設けられている。動力発生装置３３１０は、充電池３３３０からの電力を利用して前輪を駆動することによって、走行をアシストする。また、ブレーキ時には動力発生装置３３１０で回生された電力が充電池３３３０に充電される。制御回路３３２０は、動力発生装置３３１０の駆動モーター部の駆動と回生、および、変速制御モーター部の駆動と回生を制御することにより変速機構部の変速を制御する回路である。
【００７４】
図１５は、ロボットの一例を示す説明図である。このロボット３４００は、第１と第２のアーム３４１０，３４２０と、上記実施形態の磁気式エンコーダーが設けられたモーターで構成された動力発生装置３４３０とを有している。この動力発生装置３４３０は、被駆動部材としての第２のアーム３４２０を水平回転させる際に使用される。
【００７５】
図１６は、双腕７軸ロボットの一例を示す説明図である。双腕７軸ロボット３４５０は、関節モーター３４６０と、把持部モーター３４７０と、アーム３４８０と、把持部３４９０と、を備える。各モーター３４６０，３４７０，３４８０，３４９０には、上記実施形態の磁気式エンコーダーが設けられている。関節モーター３４６０は、肩関節、肘関節、手首関節に相当する位置に配置されている。関節モーター３４６０は、アーム３４８０と把持部３４９０とを、３次元的に動作させるため、各関節につき２つのモーターを備えている。また、把持部モーター３４７０は、把持部３４９０を開閉し、把持部３４９０に物を掴ませる。
【００７６】
図１７は、垂直多関節ロボットの一例を示す説明図である。図１７に示すように、垂直多関節ロボット３６４０は、本体部３６４１、アーム部３６４２およびロボットハンド３６４５等から構成されている。本体部３６４１は、例えば床、壁、天井、移動可能な台車の上などに固定されている。アーム部３６４２は、本体部３６４１に対して可動に設けられており、本体部３６４１にはアーム部３６４２を回転させるための動力を発生させる駆動部（不図示）や、駆動部を制御する制御部等が内蔵されている。この駆動部として、上記実施形態の磁気式エンコーダーが設けられたモーターで構成された動力発生装置を用いることが可能である。
【００７７】
アーム部３６４２は、第１フレーム３６４２ａ、第２フレーム３６４２ｂ、第３フレーム３６４２ｃ、第４フレーム３６４２ｄおよび第５フレーム３６４２ｅから構成されている。第１フレーム３６４２ａは、回転屈折軸を介して、本体部３６４１に回転可能または屈折可能に接続されている。第２フレーム３６４２ｂは、回転屈折軸を介して、第１フレーム３６４２ａおよび第３フレーム３６４２ｃに接続されている。第３フレーム３６４２ｃは、回転屈折軸を介して、第２フレーム３６４２ｂおよび第４フレーム３６４２ｄに接続されている。第４フレーム３６４２ｄは、回転屈折軸を介して、第３フレーム３６４２ｃおよび第５フレーム３６４２ｅに接続されている。第５フレーム３６４２ｅは、回転屈折軸を介して、第４フレーム３６４２ｄに接続されている。アーム部３６４２は、制御部（図示せず）の制御によって、各フレーム３６４２ａ〜３６４２ｅが各回転屈折軸を中心に複合的に回転または屈折して動くようになっている。
【００７８】
アーム部３６４２の第５フレーム３６４２ｅのうち第４フレーム３６４２ｄが設けられた側と反対側には、ハンド接続部３６４３が接続されており、このハンド接続部３６４３にロボットハンド３６４５が取り付けられている。
【００７９】
ロボットハンド３６４５は、基部３６４５ａと、基部３６４５ａに接続された指部３６４５ｂと、を備えている。基部３６４５ａと指部３６４５ｂの接続部および指部３６４５ｂの各関節部には、上述した各種の動力発生装置が組み込まれている。動力発生装置が駆動することによって、指部３６４５ｂが屈曲し、物体を把持することができる。この動力発生装置は、超小型モーターであって、小型でありながら確実に物体を把持するロボットハンド３６４５を実現することができる。これにより、小型、軽量のロボットハンド３６４５を用いて、複雑な動作が行なえる、汎用性の高いロボットを提供することができる。
【００８０】
図１８は、双腕キャスター付ロボットの一例を示す説明図である。図１８に示すように、双腕キャスター付ロボット３７６２は車体部３７６３を備えている。車体部３７６３は車体本体３７６３ａを備え、車体本体３７６３ａの地面側には４つの車輪３７６３ｂが設置されている。そして、車体本体３７６３ａには車輪３７６３ｂを駆動する回転機構が内蔵されている。さらに、車体本体３７６３ａにはロボット３７６２の姿勢及び動作を制御する制御部３７６４が内蔵されている。
【００８１】
車体本体３７６３ａ上には、本体回転部３７６５、本体部３７６６がこの順に重ねて設置されている。本体回転部３７６５には本体部３７６６を回転させる回転機構が設置されている。そして、本体部３７６６は鉛直方向を回転中心として回動する。本体部３７６６上には一対の撮像装置３７６７が設置され、撮像装置３７６７は双腕キャスター付ロボット３７６２の周囲を撮影する。そして、撮影した物と撮像装置３７６７との距離を検出することができる。
【００８２】
本体部３７６６の側面のうち対向する２つの面には左腕部３７６８及び右腕部３７６９が設置されている。左腕部３７６８及び右腕部３７６９はそれぞれ可動部としての上腕部３７７０、下腕部３７７１、ハンド部３７７２を備えている。上腕部３７７０、下腕部３７７１、ハンド部３７７２は回動または屈曲可能に接続されている。そして、本体部３７６６には本体部３７６６に対して上腕部３７７０を回動させる回転機構３７７３が内蔵されている。上腕部３７７０には上腕部３７７０に対して下腕部３７７１を回動させる回転機構３７７３が内蔵されている。下腕部３７７１には下腕部３７７１に対してハンド部３７７２を回動させる回転機構３７７３が内蔵されている。さらに、下腕部３７７１には下腕部３７７１の長手方向を回転軸にして捻る回転機構３７７３が内蔵されている。
【００８３】
ハンド部３７７２はハンド本体３７７２ａとハンド本体３７７２ａの先端に位置する一対の板状の可動部としての把持部３７７２ｂを備えている。ハンド本体３７７２ａには把持部３７７２ｂを移動しての把持部３７７２ｂ間隔を変更させる直動機構３７７４が内蔵されている。ハンド部３７７２は把持部３７７２ｂを開閉して被把持物を把持することができる。
【００８４】
回転機構３７７３及び直動機構３７７４には、上記実施形態の磁気式エンコーダーが設けられたモーターで構成された動力発生装置を備えている。従って、回転機構３７７３は回転方向を反転させるときにもガタツクことなくスムーズに回転方向を転換させることができる。そして、直動機構３７７４は移動方向を反転させるときにもガタツクことなくスムーズに移動方向を転換させることができる。従って、双腕キャスター付ロボット３７６２は左腕部３７６８及び右腕部３７６９を位置精度良く移動することができる。
【００８５】
さらに、車輪３７６３ｂを回転させる回転機構と本体部３７６６を回転させる回転機構とは上記した動力発生装置を備えている。従って、双腕キャスター付ロボット３７６２は進行方向を変えるときにもガタツクことなく回動することができる。そして、双腕キャスター付ロボット３７６２は本体部３７６６の回転方向を変えるときにもガタツクことなく回動することができる。
【００８６】
図１９は、鉄道車両を示す説明図である。この鉄道車両３５００は、動力発生装置３５１０と、車輪３５２０とを有している。この動力発生装置３５１０は、車輪３５２０を駆動する。さらに、動力発生装置３５１０は、鉄道車両３５００の制動時には発電機として利用され、電力が回生される。動力発生装置３５１０としては、上記実施形態の磁気式エンコーダーが設けられたモーターで構成された動力発生装置が利用される。
【００８７】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１０…磁気式エンコーダー
１０Ｂ…磁気式エンコーダー
１０Ｃ…磁気式エンコーダー
２０…検出部
２１…磁気ドラム
２１Ｂ…磁気ドラム
２１Ｃ…磁気ドラム
２２…側面部
２２Ｃ…側面部
２２ｈ…基準穴
２３…円盤部
２３ｈ…基準穴
２４…外周面部
２４Ｂ…外周面部
２５Ｎ…Ｎ極歯
２５Ｓ…Ｓ極歯
２５ＮＢ…Ｎ極歯
２５ＳＢ…Ｓ極歯
２５Ｎｍ…Ｎ極歯
２５Ｓｍ…Ｓ極歯
２６…シャフト
２６ｈ…ネジ穴
２７…基準位置センサー
２７Ｃ…投光部
２７Ｒ…受光部
２８Ａ…磁極センサー（Ａ相センサー）
２８Ｂ…磁気センサー（Ｂ相センサー）
３０…信号処理部
３１…信号処理回路
３２…コネクター
４０…筐体
４２…筐体の穴
６０…回路基板
６０Ｃ…回路基板
６１…回路基板
６２…回路基板
６３…導体パターン
６４…ハンダ
６５…実装端子
７０…モーター
７２…シャフト
７２ｈ…ネジ穴
７２Ｓ…スペーサ
７４…ホルダー構造
７４…締結部材
７４ａ…ホルダー部
７４ｂ…締結部材
７６…断熱材
７８…固定ネジ
７９…空気層
８０…カップリング
２１０…ドラム部分
２１０Ｃ…ドラム部分
２１１…円盤部
２１２…シャフト穴
２１２Ｃ…シャフト穴
２１３…歯
２１３Ｎ…歯
２１４…基準穴
２２０…ドラム部分
２２０Ｃａ…ドラム部分
２２０Ｃｂ…ドラム部分
２２１…円盤部
２２１Ｃ…円盤部
２２２…シャフト穴
２２２Ｃ…シャフト穴
２２３…歯
２２３Ｃ…円筒部
２２３Ｓ…歯
２２４…基準穴
２２４Ｃ…側面
２３０…永久磁石部
２３１…永久磁石
２３２…シャフト
２３３…側面
２３４…側面
３３００…自転車
３３１０…動力発生装置
３３２０…制御回路
３３３０…充電池
３４００…ロボット
３４１０…第１のアーム
３４２０…第２のアーム
３４３０…動力発生装置
３４５０…双腕７軸ロボット
３４６０…関節モーター
３４７０…把持部モーター
３４８０…アーム
３４９０…把持部
３５００…鉄道車両
３５１０…動力発生装置
３５２０…車輪
３６４０…垂直多関節ロボット
３６４１…本体部
３６４２…アーム部
３６４２ａ…第１フレーム
３６４２ｂ…第２フレーム
３６４２ｃ…第３フレーム
３６４２ｄ…第４フレーム
３６４２ｅ…第５フレーム
３６４３…ハンド接続部
３６４５…ロボットハンド
３６４５ａ…基部
３６４５ｂ…指部
３７６２…双腕キャスター付ロボット
３７６３…車体部
３７６３ａ…車体本体
３７６３ｂ…車輪
３７６４…制御部
３７６５…本体回転部
３７６６…本体部
３７６７…撮像装置
３７６８…左腕部
３７６９…右腕部
３７７０…上腕部
３７７１…下腕部
３７７２…ハンド部
３７７２ｂ間隔…把持部
３７７２ａ…ハンド本体
３７７２ｂ…把持部
３７７３…回転機構
３７７４…直動機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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