(57)【要約】【課題】  電源を要することなく小型化の容易な簡易な構造で回転量を検出する。【解決手段】  回転体１０と一体的に回転するように設けられる磁石４１（４２，４３又は４４）と、該磁石４１（４２，４３又は４４）の近傍に回転不能に固定されるセンサコイル５１とを備え、前記センサコイル５１の出力波形から前記回転体１０の回転量を求めるようにした。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体と一体的に回転するように設けられる磁石と、該磁石の近傍に回転不能に固定されるセンサコイルとを備え、前記センサコイルの出力波形から前記回転体の回転量を求めるようにしたことを特徴とする回転センサ。
【請求項２】
前記センサコイルを前記磁石の回転経路の周囲に位置するように固定したことを特徴とする請求項１記載の回転センサ。
【請求項３】
前記センサコイルは、環状に形成され、その中心線を前記回転体の径方向へ向けて固定されていることを特徴とする請求項２記載の回転センサ。
【請求項４】
前記磁石を前記回転体の外周部に固定したことを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載の回転センサ。
【請求項５】
前記回転体として回転軸を備え、該回転軸を駆動コイルへの通電により回転するようにしたモータであって、
前記回転軸の外周部に前記磁石が固定され、前記磁石の回転経路の周囲に筒状のセンサ保持部材が設けられ、このセンサ保持部材の内周面には、前記駆動コイルとは独立して、前記センサコイルが該内周面に沿う湾曲状に曲げられて固定されていることを特徴とする請求項１〜４何れか１項記載の回転センサを具備したモータ。
【請求項６】
回転体と一体的に回転するように磁石を設け、前記磁石の近傍に回転不能にセンサコイルを設け、前記センサコイルの出力波形から前記回転体の回転量を求めるようにしたことを特徴とする回転検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ等の回転機器における回転体の回転量を検出する回転センサ及び該回転センサを具備したモータ並びに回転検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の発明には、特許文献１に記載されるもののように、回転軸（１）に固定された回転符号板（２ａ）と、該回転符号板（２ａ）を間に置くようにして配置された発光素子（７ｂ）及び受光素子（７ｃ）とから光学式のエンコーダを構成し、該エンコーダによって前記回転軸（１）の回転数を検出するものがある。
【０００３】
ところで、前記従来技術では、前記回転符号板（２ａ）、発光素子（７ｂ）及び受光素子（７ｃ）等の複数の部品の設置スペースを確保する必要があることや、各素子の電源線や信号線を要すること、これら電線の配線スペースを要すること、回転符号板（２ａ）の加工が困難なこと等が、モータ小型化を阻む要因になる。
また、他の従来技術としては、ホール素子や磁気抵抗効果素子を用いた回転センサがあるが、これらの場合も、各素子の小型化が困難なことや、各素子への供給電源の配線を要すること等が、モータ小型化を阻む要因になる。
仮に、前記何れかの従来技術を用いて回転量を検出可能なモータを構成したとしても、前述した電源線やセンサ等の設置スペース等により外径が増大するため、該モータ及び回転センサを外径４ｍｍ未満に構成するのは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３０９６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とする処は、電源を要することなく小型化の容易な簡易な構造で回転量を検出できる回転センサ及び該回転センサを具備したモータ並びに回転検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための一手段は、回転体と一体的に回転するように設けられる磁石と、該磁石の近傍に回転不能に固定されるセンサコイルとを備え、前記センサコイルの出力波形から前記回転体の回転量を求めるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、以上説明したように構成されているので、電源を要することなく小型化の容易な簡易な構造で回転量を検出でき、特に、外径４ｍｍ未満などの極小径のモータを構成するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る回転センサの一例を示す斜視図である。
【図２】同回転センサの縦断面図である。
【図３】同回転センサについて、センサコイルの中心を通る仮想平面に沿う横断面図である。
【図４】本発明に係る回転センサの他例について、センサコイルの中心を通る仮想平面に沿う横断面図である。
【図５】本発明に係る回転センサの他例について、センサコイルの中心を通る仮想平面に沿う横断面図である。
【図６】本発明に係る回転センサの他例について、センサコイルの中心を通る仮想平面に沿う横断面図である。
【図７】電源波形及びセンサコイルの出力波形を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本実施の形態の第一の特徴は、回転センサであって、回転体と一体的に回転するように設けられる磁石と、該磁石の近傍に回転不能に固定されるセンサコイルとを備え、前記センサコイルの出力波形から前記回転体の回転量を求めるようにしたことである。
ここで、前記「回転量」には、前記回転体の回転数や回転角度等を含む。
前記構成によれば、回転体が回転すると、磁石も一体的に回転し、該磁石と共に回転する該磁石の磁界がセンサコイルと交わる。このため、センサコイルには、電磁誘導による起電力が発生する。この起電力の出力波形は回転体及び磁石の回転に伴って周期的に変化するため、この出力波形から回転体の回転量を求めることができる。よって、電源を要することなく小型化の容易な簡易な構造で回転量を検出できる。また、従来では困難であった外径４ｍｍ未満のモータの回転検出の手段として適用することができる。さらに、外径３ｍｍ未満という極めて小径サイズのモータにも構成することができる。
【００１０】
第二の特徴としては、前記センサコイルを前記磁石の回転経路の周囲に位置するように固定したことである。
この構成によれば、例えば、磁石とセンサコイルとが回転体軸方向へ並ぶ構成と比較し、センサコイルの設置範囲の自由度を増すことができ、例えば、センサコイルを軸方向へ長尺形状に設けたり、複数のセンサコイルを周方向に設けたりすることが可能である。
【００１１】
第三の特徴としては、前記センサコイルが環状に形成され、その中心線を前記回転体の径方向へ向けて固定されていることである。
この構成によれば、磁石の回転に伴って発生する起電力を効果的に増大することができる。
【００１２】
第四の特徴としては、前記磁石を前記回転体の外周部に固定したことである。
この構成によれば、例えば磁石を回転体の端面に固定した場合と比較し、磁石の周方向の移動量を大きく確保し易く、その結果として、起電力を効果的に増大することができる。
【００１３】
第五の特徴としては、前記回転体として回転軸を備え、該回転軸を駆動コイルへの通電により回転するようにしたモータであって、前記回転軸の外周部に前記磁石が固定され、前記磁石の回転経路の周囲に筒状のセンサ保持部材が設けられ、このセンサ保持部材の内周面には、前記駆動コイルとは独立して、前記センサコイルが該内周面に沿う湾曲状に曲げられて固定されていることである。
この構成によれば、モータの回転を電源を要さない小型のセンサコイルによって検出することができる。
なお、前記構成の好ましい具体例としては、前記センサ保持部材は、前記モータのヨークを構成する磁性体とは別体の磁性体とすることが好ましい。この構成によれば、磁性体であるセンサ保持部材により、磁石による磁束密度を増加させることができ、センサコイルに発生する起電力を増加させることができる。さらに、モータとセンサ保持部を絶縁体を介した状態で取り付けることにより、センサ保持部に発生する渦電流がモータに流れることを防ぐことができ、回転センサがモータの特性に影響を与えるのを防ぐことができる。
【００１４】
第六の特徴としては、回転検出方法として、回転体と一体的に回転するように磁石を設け、前記磁石の近傍に回転不能にセンサコイルを設け、前記センサコイルの出力波形から前記回転体の回転量を求めるようにしたことである。
この回転検出方法によれば、回転体が回転すると、磁石も一体的に回転し、該磁石と共に回転する該磁石の磁界がセンサコイルと交わる。このため、センサコイルには、電磁誘導による起電力が発生する。この起電力の出力波形は回転体及び磁石の回転に伴って周期的に変化するため、この出力波形から回転体の回転量を求めることができる。よって、電源を要することなく小型化の容易な簡易な構造で回転量を検出できる。この回転体と一体で回転する磁石としては、磁化方向を径方向とした、円柱または円筒形状が考えられ、センサコイルを１個配置する構成のとき、センサコイルから得られる出力波形はほぼ正弦波となる。
【００１５】
前記磁石の別の好ましい具体例として、前記磁石を、円柱若しくは円筒の一部分に間欠部分を設ける構成が考えられる。 
この構成によれば、センサコイルの出力波形を、前記間欠部分に対応する位置で変形させることができる。 
【００１６】
他の好ましい具体例として、前記磁石の円柱若しくは円筒外周面の1箇所若しくは複数個所に平面部を設ける構成が考えられる。平面部を大きく設けた場合として、直方体若しくは円形穴が設けられた直方体となる構成も含む。
この構成でも、センサコイルの出力波形を、磁石形状の変形部分に対応する位置で変形させることができる。
【００１７】
また、他の好ましい具体例として、前記磁石を、回転体周方向に間隔を置いて複数設ける構成が考えられる。 この構成によれば、センサコイルの出力波形として、一周期に磁石の数だけ変動する波形を得ることができる。
前記の複数磁石の構成の類似例として、磁石を分割するのではなく、ラジアル多極着磁の磁石を用いる構成も考えられる。
【実施例】
【００１８】
次に、本発明に係る回転センサ及び該回転センサを具備したモータ並びに回転検出方法について、上記特徴を有する好ましい実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１及び図２は、本実施例の回転センサ付きモータを示す。
回転センサ付きモータは、モータＡと、該モータＡと一体的な回転センサＢとを具備してなり、回転センサＢによって検出される出力波形（図７参照）からモータＡの回転量を求める。
【００２０】
モータＡは、回転体１０と、該回転体１０の周囲に固定された駆動コイル２１と、該駆動コイル２１を内周面に支持した筒状のケーシング３１とを具備し、駆動コイル２１を通電した際の電磁力によって、回転体１０を回転させるインナーロータタイプのブラシレスモータである。
【００２１】
回転体１０は、モータＡの中心線上に回転自在に支持された出力軸１１、該出力軸１１の外周面に固定された円筒状のロータマグネット１２等を具備している。
【００２２】
出力軸１１は、長尺な円筒状又は円柱状に形成され、後述する軸受３２，３３によって両端側が回転自在に支持されている。
この出力軸１１は、図示例によれば、円筒状に形成され、その内部に、例えば、光ファイバーや図示しない他の機器等を挿入できるようにしている。
この出力軸１１は、例えばステンレス材等、耐腐食性に優れた金属材料からなり、その前後端部を、それぞれ、ケーシング３１前後の軸受３２，３３から突出させている。
【００２３】
ロータマグネット１２は、永久磁石で構成され、出力軸１１と同軸状になるように出力軸１１の長手方向の中央寄りに配置固定される。このロータマグネット１２は、駆動コイル２１の内周面との間に所定幅のエアギャップを確保しており、駆動コイル２１との間の磁気作用によって回転力を得る。
【００２４】
駆動コイル２１は、導電性繊維を編んだ略筒状に形成され、ケーシング３１の内周面に沿うようにケーシング３１内に挿入され回転不能に保持されている。
この駆動コイル２１の一端側（図２によれば右端側）には、円環状の基板２２が設けられる。
【００２５】
基板２２は、駆動コイル２１の一端面に固定されており、複数の給電配線２３から供給される電力を駆動コイル２１へ供給する。
給電配線２３は、軸受３３に形成された切欠状の貫通部３３ａや、後述する回転センサＢ内の空間を通って外部へ導かれ、図示しない電源回路に接続される。
【００２６】
また、ケーシング３１は、磁性材料（例えばパーマロイ等）を円筒状に形成した部品で構成され、ロータマグネット１２によって生じる電磁力を強めるヨークとして機能する。
このケーシング３１の両端側には、円環状の軸受３２，３３が固定される。
【００２７】
軸受３２，３３は、出力軸１１の両端側を回転自在に支持している。この軸受３２，３３は、例えば、動圧軸受や滑り軸受やボールベアリング等とすることが可能である。
【００２８】
なお、図２中、符号１３及び１４は、軸受３２の両側で出力軸１１外周面に固定されて、出力軸１１の軸方向への移動を規制する環状のスラスト受けである。
また、図２中、符号１５は、スラスト受け１４とロータ１２の間に設けられた環状のスペーサである。
【００２９】
また、回転センサＢは、回転体である出力軸１１に固定された磁石４１（４２，４３又は４４）と、該磁石の周囲に固定されたセンサコイル５１とを具備して構成される。
【００３０】
磁石４１（４２，４３又は４４）は、出力軸１１の外周部に回転不能に固定された永久磁石である。この磁石４１（４２，４３又は４４）は、例えば、図３〜図６に示すように、当該回転センサＢの用途等に応じて様々な形状に加工して構成する。
【００３１】
図３に示す磁石４１は、回転体周方向における一部分の回転体径方向の寸法を、回転体周方向における他の部分の回転体径方向の寸法と異ならせた一例である。より具体的に説明すれば、この磁石４１は、円筒状磁石の外周部を、中心軸を挟む両側で略平行に切欠した形状（換言すれば断面略Ｄ字状に切欠された形状）を呈し、前記中心軸を挟む両側に略平行は切欠面４１ａ，４１ａを有する。
この磁石４１は、切欠面４１ａ，４１ａに直交する径方向（図３によれば上下方向）の一端側をＮ極とし、他端側をＳ極としている。
【００３２】
図４に示す磁石４２は、回転体全周にわたって連続する環状（図示例によれば略円筒状）にした一例であり、径方向の片半部側をＮ極とし、他半部側をＳ極としている。
【００３３】
図５に示す磁石４３は、回転体周方向における一部分の回転体径方向の寸法を、回転体周方向における他の部分の回転体径方向の寸法と異ならせた一例であり、具体的に説明すれば、円筒状磁石の外周部の一部分に切欠部４３ａを有することで、断面略Ｃ字状に形成される。図示例では、Ｎ極側の一部に切欠部を設けている。
【００３４】
また、図６に示す磁石４４は、回転体周方向に一定間隔を置いて複数（図示例によれば４つ）設けられている。各磁石４４は、断面略扇形状に形成され、その径方向の一端側をＮ極とし、他端側をＳ極としている。
【００３５】
また、センサコイル５１は、モータＡの駆動コイル２１とは独立したコイルであり（図２参照）、電線を環状に多数回巻いて構成される。
このセンサコイル５１は、磁石４１（４２，４３又は４４）の回転経路の周囲で、磁石４１（４２，４３又は４４）の回転磁界と交わるように位置し、該コイルの中心線を回転体１０の径方向へ向けて、センサ保持部材５２の内周面に沿って湾曲状に曲げられるとともに、センサ保持部材５２の内周面に固定されている（図３〜図６参照）。
このセンサコイル５１の両端には、信号出力用のリード線５１ａ，５１ａが接続される。これらリード線５１ａ，５１ａを介して、コイルに発生した起電力を信号として外部で検出する。
【００３６】
センサ保持部材５２は、図示例によれば、ケーシング３１と略同径の円筒状に形成され、軸受３３の端面に、回転不能に接続されている。このセンサ保持部材５２は、磁性材料（例えばパーマロイ等）により形成され、磁石４１（４２，４３又は４４）の磁力を強めるヨークとして機能する。
なお、本実施例において、このセンサ保持部材５２及びケーシング３１の外径は、φ３ｍｍ未満である。
そして、センサ保持部材５２の一端側（図２によれば右端側）の開口部は、外部に連通しており、この開口部を通して、リード線５１ａ，５１ａ及び給電配線２３を外部へ導いている。
【００３７】
また、測定回路部６１は、センサコイル５１の出力波形（交流信号）を解析して回転体１０の単位時間あたりの回転数を求める電子回路である。
この測定回路部６１の具体例としては、一般的な周波数カウンター（例えば、所定時間内の波形の変化数を数える方式や、波形の周期（時間）を測定する方式等）とすればよい。また、測定回路部６１の他例としては、マイクロプロセッサを用いて前記波形を解析するようにした構成や、前記波形をパーソナルコンピュータに入力して解析するようにした構成、その他の波形解析装置等とすることも可能である。
また、必要に応じて、センサコイル５１の出力波形を解析して、回転体１０の回転角度を求めるようにすることも可能である。
【００３８】
次に、上記構成の回転センサＢ及びモータＡについて、その特徴的な作用効果を詳細に説明する。
給電配線２３への電源供給により回転体１０が回転すると、磁石４１（４２，４３又は４４）も一体的に回転し、該磁石の回転磁界がセンサコイル５１と交わる。このため、センサコイル５１には、電磁誘導による起電力が発生する。この起電力の出力波形は、図７に例示するように、回転体１０及び磁石４１（４２，４３又は４４）の回転に伴って周期的に変化する。
【００３９】
図７中、曲線１は、モータＡの印加電圧波形の実測値であり、正弦波形状である。
【００４０】
図７中、曲線２は、Ｄカット状の磁石４１（図３参照）を用いた場合におけるセンサコイル５１の出力波形の実測値であり、正側へ突出する凸曲線と、該凸曲線に連続して負側へ突出する凸曲線とを一周期とした波形であり、半周期毎（換言すれば回転体１０の半回転毎）に、磁石４１の切欠面４１ａによる局部的な凹曲線部分２ａを有する。
【００４１】
図７中、曲線３は、環状の磁石４２（図４参照）を用いた場合におけるセンサコイル５１の出力波形の実測値であり、正弦波形状である。
【００４２】
また、Ｃ字状の磁石４３（図５）を用いた場合におけるセンサコイル５１の出力波形は、一周期毎（換言すれば回転体１０の一回転毎）に、磁石４３の切欠部４３ａによる局部的な変形部分を有する波形となる（図示せず）。
【００４３】
また、複数の磁石４４（図６）を用いた場合におけるセンサコイル５１の出力波形は、回転体１０の一回転中に、磁石４４の数（図示例によれば４つ）だけ、特定形状の曲線を繰り返した波形となる（図示せず）。
【００４４】
そして、測定回路部６１を用いて、上記出力波形の周波数を測定すれば、回転体１０の単位時間当たりの回転数を求めることができる。
また、磁石４１（図３参照）、磁石４３（図５参照）又は磁石４４（図６参照）を用いた場合には、センサコイル５１の出力波形を解析し、周期的に出現する変形部分(例えば、図７に示す凹曲線部分２ａ)の位置に基づき、回転体１０の回転量を求めることができる。
【００４５】
よって、本実施例によれば、センサ部分に電源を要することのない簡易な構造であるため、電源用配線等による外径の増大を抑制でき、例えば、φ４ｍｍ未満の極小径な回転センサ付きモータを構成して、超小型の内視鏡装置等に用いることができる。
【００４６】
なお、図示例によれば、センサコイル５１を単数有する構成としたが、他例としては、センサコイル５１を周方向に複数設けて、これら複数のセンサコイル５１に対応する複数の出力波形から、回転体１０の回転角をより精度良く検出することも可能である。
【００４７】
また、上記実施例によれば、センサコイル５１を平面視略真円形状に形成したが、他例としては、センサコイル５１を楕円形状等、真円形状以外の平面視形状にすることも可能である。このようにする場合、センサコイル５１は、回転体径方向の寸法よりも回転体軸方向の寸法が長くなるようにするのが好ましい。すなわち、このようにすれば、磁石４１（４２，４３又は４４）の回転磁界とセンサコイル５１との鎖交状態を良好に維持した上で、回転センサＢをより小径化することができる。
【００４８】
また、上記実施例では、特に好ましい態様として、磁石４１（４２，４３又は４４）の外周にセンサコイル５１を配置する構成としたが、他例としては、例えば、軸受３３における磁石側（図２によれば右側）の端面にセンサコイル５１を固定することも可能である。
【００４９】
また、上記実施例によれば、渦電流の発生を抑制する好ましい態様として、モータＡ側のケーシング３１と回転センサＢ側の環状のセンサ保持部材５２とを別体にしたが、生産性を向上する観点等からは、前記ケーシング３１と前記センサ保持部材５２を一体に構成することも可能である。
【００５０】
また、上記実施例によれば、特に好ましい態様として、センサ保持部材５２を円筒状に形成したが、このセンサ保持部材５２は、磁石４１（４２，４３又は４４）の近傍でセンサコイル５１を回転不能に固定するものであればよく、例えば、センサコイル５１を支持する棒状や片状の部材等とすることも可能である。
【００５１】
また、上記実施例によれば、モータＡとしてインナーロータタイプのブラシレスモータを構成したが、モータＡの他例としては、ステッピングモータやブラシ付きモータ等、他の種類の回転式電動モータとすることも可能である。
さらに、モータＡの他例としては、アウターロータタイプのモータを構成するとともに、該モータの外径側の回転体（ロータ）に磁石４１（４２，４３又は４４）を設け、その外周側にセンサコイル５１を設けるようにすることも可能である。
さらに、モータＡの他例としては、空圧モータや油圧モータ等、電動以外の駆動方式の回転式モータとすることも可能である。
【００５２】
また、上記実施例では、主にモータＡ及び回転センサＢを具備した回転センサ付きモータについて説明したが、上記モータＡ以外の回転機器の回転体に対し、一体的に回転するように磁石４１（４２，４３又は４４）を設け、前記磁石４１（４２，４３又は４４）の近傍に回転不能にセンサコイル５１を設け、前記センサコイル５１の出力波形から前記回転体の回転量を求めるようにすることも可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１０：回転体
１１：出力軸
１２：ロータ
２１：駆動コイル
３１：ケーシング
４１，４２，４３，４４：磁石
５１：センサコイル
５２：センサ保持部材
６１：測定回路部
Ａ：モータ
Ｂ：回転センサ
【図１】
2015068757.tif 000003
【図２】
2015068757.tif 000004
【図３】
2015068757.tif 000005
【図４】
2015068757.tif 000006
【図５】
2015068757.tif 000007
【図６】
2015068757.tif 000008
【図７】
2015068757.tif 000009