(57)【要約】【課題】高速、高精度で磁極位置を検出できると共に、エンコーダの回転板とロータを一体化することで小型化を図り、更に、ロータ温度を測定することができる永久磁石型同期電動機及びその磁極位置検出方法を提供する。【解決手段】ロータ１を貫通して設けられ、ロータ１の回転軸２に平行な１本の光ファイバ４と、ロータ１と共に回転する光ファイバ４が間を通過するように、互いに対向して筐体に設けられた１つの光源５及び１つの受光素子６とを用い、光ファイバ４が光源５と受光素子６との間を通過するときに、光ファイバ４を通過する光源５からの光を受光素子６により検知することにより、永久磁石３ａの磁極位置を検出する。【選択図】図１
2008289269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体の内周面に設けられたステータと、
前記ステータの内側に回転可能に設けられたロータと、
前記ステータに対向して、前記ロータに設けられた少なくとも１対の永久磁石とを備えた永久磁石型同期電動機において、
前記ロータを貫通して設けられ、前記ロータの回転軸に平行な１本の光ファイバと、
前記ロータと共に回転する前記光ファイバが間を通過するように、互いに対向して前記筐体に設けられた１つの光源及び１つの受光素子とを有し、
前記光ファイバが前記光源と前記受光素子との間を通過するときに、前記光ファイバを通過する前記光源からの光を前記受光素子により検知することにより、前記永久磁石の磁極位置を検出することを特徴とする永久磁石型同期電動機。
【請求項２】
筐体の内周面に設けられたステータと、
前記ステータの内側に回転可能に設けられたロータと、
前記ステータに対向して、前記ロータに設けられた少なくとも１対の永久磁石とを備えた永久磁石型同期電動機において、
前記ロータの回転軸に平行に、前記ロータの半径方向に配置された１からｎ（ｎは２以上の整数）本の光ファイバからなり、前記ロータの半径方向における前記光ファイバの配列が各々異なると共に、３６０／（２n−１）度の周方向角度間隔で前記ロータを貫通して設けられた（２n−１）列の光ファイバ列と、
前記ロータと共に回転する前記光ファイバ列が間を通過するように、互いに対向して前記筐体に設けられた、１つの光源及び前記ロータの半径方向に配置されたｎ個の受光素子からなる１列の受光素子列とを有し、
前記光ファイバ列が前記光源と前記受光素子列との間を通過するときに、前記光ファイバ列の前記光ファイバを通過する前記光源からの光を前記受光素子列により検知することにより、３６０／（２n−１）度の分解能で前記永久磁石の磁極位置を検出することを特徴とする永久磁石型同期電動機。
【請求項３】
筐体の内周面に設けられたステータと、
前記ステータの内側に回転可能に設けられたロータと、
前記ステータに対向して、前記ロータに設けられた少なくとも１対の永久磁石とを備えた永久磁石型同期電動機において、
前記ロータを貫通して設けられ、前記ロータの回転軸に平行な１本の光ファイバと、
前記ロータと共に回転する前記光ファイバが間を通過するように、各々互いに対向して３６０／ｍ（ｍは２以上の整数）度の周方向角度間隔で前記筐体に設けられたｍ個の光源及びｍ個の受光素子とを有し、
前記光ファイバが前記光源と前記受光素子との間を通過するときに、前記光ファイバを通過する前記光源からの光を前記受光素子により検知することにより、３６０／ｍ度の分解能で前記永久磁石の磁極位置を検出することを特徴とする永久磁石型同期電動機。
【請求項４】
筐体の内周面に設けられたステータと、
前記ステータの内側に回転可能に設けられたロータと、
前記ステータに対向して、前記ロータに設けられた少なくとも１対の永久磁石とを備えた永久磁石型同期電動機において、
前記ロータの回転軸に平行に、前記ロータの半径方向に配置された１からｎ（ｎは２以上の整数）本の光ファイバからなり、前記ロータの半径方向における前記光ファイバの配列が各々異なると共に、３６０／（２n−１）度の周方向角度間隔で前記ロータを貫通して設けられた（２n−１）列の光ファイバ列と、
前記ロータと共に回転する前記光ファイバ列が間を通過するように、各々互いに対向して３６０／ｍ（ｍは２以上の整数）度の周方向角度間隔で前記筐体に設けられた、ｍ個の光源及び前記ロータの半径方向に配置されたｎ個の受光素子からなるｍ列の受光素子列とを有し、
前記光ファイバ列が前記光源と前記受光素子列との間を通過するときに、前記光ファイバ列の前記光ファイバを通過する前記光源からの光を前記受光素子列により検知することにより、３６０／［（２n−１）×ｍ］度の分解能で前記永久磁石の磁極位置を検出することを特徴とする永久磁石型同期電動機。
【請求項５】
請求項１又は請求項３に記載の永久磁石型同期電動機において、
前記１本の光ファイバは、１つの前記永久磁石の周方向における中心位置に配置されることを特徴とする永久磁石型同期電動機。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１つの請求項に記載した永久磁石型同期電動機において、
前記光ファイバを通過した光の光量の変化を前記受光素子により測定することにより、前記光ファイバが設けられた前記ロータの温度を検出する温度検出手段を備えたことを特徴とする永久磁石型同期電動機。
【請求項７】
筐体の内周面に設けられたステータと、
前記ステータの内側に回転可能に設けられたロータと、
前記ステータに対向して、前記ロータに設けられた少なくとも１対の永久磁石とを備えた永久磁石型同期電動機の磁極位置検出方法において、
前記ロータを貫通して設けられ、前記ロータの回転軸に平行な１本の光ファイバと、
前記ロータと共に回転する前記光ファイバが間を通過するように、互いに対向して前記筐体に設けられた１つの光源及び１つの受光素子とを用い、
前記光ファイバが前記光源と前記受光素子との間を通過するときに、前記光ファイバを通過する前記光源からの光を前記受光素子により検知することにより、前記永久磁石の磁極位置を検出することを特徴とする永久磁石型同期電動機の磁極位置検出方法。
【請求項８】
筐体の内周面に設けられたステータと、
前記ステータの内側に回転可能に設けられたロータと、
前記ステータに対向して、前記ロータに設けられた少なくとも１対の永久磁石とを備えた永久磁石型同期電動機の磁極位置検出方法において、
前記ロータの回転軸に平行に、前記ロータの半径方向に配置された１からｎ（ｎは２以上の整数）本の光ファイバからなり、前記ロータの半径方向における前記光ファイバの配列が各々異なると共に、３６０／（２n−１）度の周方向角度間隔で前記ロータを貫通して設けられた（２n−１）列の光ファイバ列と、
前記ロータと共に回転する前記光ファイバ列が間を通過するように、互いに対向して前記筐体に設けられた、１つの光源及び前記ロータの半径方向に配置されたｎ個の受光素子からなる１列の受光素子列とを用い、
前記光ファイバ列が前記光源と前記受光素子列との間を通過するときに、前記光ファイバ列の前記光ファイバを通過する前記光源からの光を前記受光素子により検知することにより、３６０／（２n−１）度の分解能で前記永久磁石の磁極位置を検出することを特徴とする永久磁石型同期電動機の磁極位置検出方法。
【請求項９】
筐体の内周面に設けられたステータと、
前記ステータの内側に回転可能に設けられたロータと、
前記ステータに対向して、前記ロータに設けられた少なくとも１対の永久磁石とを備えた永久磁石型同期電動機の磁極位置検出方法において、
前記ロータを貫通して設けられ、前記ロータの回転軸に平行な１本の光ファイバと、
前記ロータと共に回転する前記光ファイバが間を通過するように、各々互いに対向して３６０／ｍ（ｍは２以上の整数）度の周方向角度間隔で前記筐体に設けられたｍ個の光源及びｍ個の受光素子とを用い、
前記光ファイバが前記光源と前記受光素子との間を通過するときに、前記光ファイバを通過する前記光源からの光を前記受光素子により検知することにより、３６０／ｍ度の分解能で前記永久磁石の磁極位置を検出することを特徴とする永久磁石型同期電動機の磁極位置検出方法。
【請求項１０】
筐体の内周面に設けられたステータと、
前記ステータの内側に回転可能に設けられたロータと、
前記ステータに対向して、前記ロータに設けられた少なくとも１対の永久磁石とを備えた永久磁石型同期電動機の磁極位置検出方法において、
前記ロータの回転軸に平行に、前記ロータの半径方向に配置された１からｎ（ｎは２以上の整数）本の光ファイバからなり、前記ロータの半径方向における前記光ファイバの配列が各々異なると共に、３６０／（２n−１）度の周方向角度間隔で前記ロータを貫通して設けられた（２n−１）列の光ファイバ列と、
前記ロータと共に回転する前記光ファイバ列が間を通過するように、各々互いに対向して３６０／ｍ（ｍは２以上の整数）度の周方向角度間隔で前記筐体に設けられた、ｍ個の光源及び前記ロータの半径方向に配置されたｎ個の受光素子からなるｍ列の受光素子列とを用い、
前記光ファイバ列が前記光源と前記受光素子列との間を通過するときに、前記光ファイバ列の前記光ファイバを通過する前記光源からの光を前記受光素子により検知することにより、３６０／［（２n−１）×ｍ］度の分解能で前記永久磁石の磁極位置を検出することを特徴とする永久磁石型同期電動機の磁極位置検出方法。
【請求項１１】
請求項７又は請求項９に記載の永久磁石型同期電動機の磁極位置検出方法において、
前記１本の光ファイバは、１つの前記永久磁石の周方向における中心位置に配置されることを特徴とする永久磁石型同期電動機の磁極位置検出方法。
【請求項１２】
請求項７から請求項１１のいずれか１つの請求項に記載した永久磁石型同期電動機の磁極位置検出方法において、
前記光ファイバを通過した光の光量の変化を前記受光素子により測定することにより、前記光ファイバが設けられた前記ロータの温度を検出することを特徴とする永久磁石型同期電動機の磁極位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石型同期電動機及びその磁極位置検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石型同期電動機の運転制御を行うためには、何らかの手段を用いて、磁極位置を検出する必要がある。通常は、エンコーダやレゾルバ等の位置検出器により磁極位置を測定したり、センサレス制御では、誘起電圧等により磁極位置を推測したりして、磁極位置を検出している。又、他の手段として、例えば、特許文献１においては、ロータ１３と回転軸１７を共有した円板２０に、光ファイバ２１から光を照射し、その反射光の受光によりロータ１３の磁極位置を検出したり、特許文献２においては、磁極位置に応じて遮光部１３ａ、透光部１３ｂを備える回転円板１３を設け、光センサ１２を用いた光検出によって、回転数や磁極位置を検出したりするものもある。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２３７９２７号公報
【特許文献２】特開２０００−８３３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エンコーダやレゾルバ等を用いて磁極位置を測定する場合、その取付位置が軸端になるため、電動機全体を大きくする必要があり、無駄なスペースが生じる等の問題がある。又、エンコーダやレゾルバ等を回転軸に固定させる必要があるため、エンコーダやレゾルバ等のセンサに荷重がかからないような構成に配慮する必要がある。特に、磁気軸受を採用した電動機等においては、浮上時とタッチダウン時には軸心がずれるため、回転軸とステータの両方に固定されるような位置検出装置は、その適用が困難である。
【０００５】
従って、ステータ側に固定を必要とするような非接触の磁極位置検出装置が必要であるが、特許文献１、２では、磁極位置や回転数の検出ができるものの、ロータと同軸回転する円板（回転円板）の取り付けスペースが必要になるという問題がある。又、センサレス制御による磁極位置検出装置は、様々な検討がなされているが、誘起電圧を利用する等の場合、始動時や低速回転において十分な電圧が誘起されないという問題がある。
更に、磁極位置検出装置の他に、電動機の異常温度を検出するための温度検出装置が別途必要となり、温度検出装置の取付スペースも必要になる。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、高速、高精度で磁極位置を検出できると共に、小型化を図ることができる永久磁石型同期電動機及びその磁極位置検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する第１の発明に係る永久磁石型同期電動機は、
筐体の内周面に設けられたステータと、
前記ステータの内側に回転可能に設けられたロータと、
前記ステータに対向して、前記ロータに設けられた少なくとも１対の永久磁石とを備えた永久磁石型同期電動機において、
前記ロータを貫通して設けられ、前記ロータの回転軸に平行な１本の光ファイバと、
前記ロータと共に回転する前記光ファイバが間を通過するように、互いに対向して前記筐体に設けられた１つの光源及び１つの受光素子とを有し、
前記光ファイバが前記光源と前記受光素子との間を通過するときに、前記光ファイバを通過する前記光源からの光を前記受光素子により検知することにより、前記永久磁石の磁極位置を検出することを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決する第２の発明に係る永久磁石型同期電動機は、
筐体の内周面に設けられたステータと、
前記ステータの内側に回転可能に設けられたロータと、
前記ステータに対向して、前記ロータに設けられた少なくとも１対の永久磁石とを備えた永久磁石型同期電動機において、
前記ロータの回転軸に平行に、前記ロータの半径方向に配置された１からｎ（ｎは２以上の整数）本の光ファイバからなり、前記ロータの半径方向における前記光ファイバの配列が各々異なると共に、３６０／（２n−１）度の周方向角度間隔で前記ロータを貫通して設けられた（２n−１）列の光ファイバ列と、
前記ロータと共に回転する前記光ファイバ列が間を通過するように、互いに対向して前記筐体に設けられた、１つの光源及び前記ロータの半径方向に配置されたｎ個の受光素子からなる１列の受光素子列とを有し、
前記光ファイバ列が前記光源と前記受光素子列との間を通過するときに、前記光ファイバ列の前記光ファイバを通過する前記光源からの光を前記受光素子列により検知することにより、３６０／（２n−１）度の分解能で前記永久磁石の磁極位置を検出することを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する第３の発明に係る永久磁石型同期電動機は、
筐体の内周面に設けられたステータと、
前記ステータの内側に回転可能に設けられたロータと、
前記ステータに対向して、前記ロータに設けられた少なくとも１対の永久磁石とを備えた永久磁石型同期電動機において、
前記ロータを貫通して設けられ、前記ロータの回転軸に平行な１本の光ファイバと、
前記ロータと共に回転する前記光ファイバが間を通過するように、各々互いに対向して３６０／ｍ（ｍは２以上の整数）度の周方向角度間隔で前記筐体に設けられたｍ個の光源及びｍ個の受光素子とを有し、
前記光ファイバが前記光源と前記受光素子との間を通過するときに、前記光ファイバを通過する前記光源からの光を前記受光素子により検知することにより、３６０／ｍ度の分解能で前記永久磁石の磁極位置を検出することを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する第４の発明に係る永久磁石型同期電動機は、
筐体の内周面に設けられたステータと、
前記ステータの内側に回転可能に設けられたロータと、
前記ステータに対向して、前記ロータに設けられた少なくとも１対の永久磁石とを備えた永久磁石型同期電動機において、
前記ロータの回転軸に平行に、前記ロータの半径方向に配置された１からｎ（ｎは２以上の整数）本の光ファイバからなり、前記ロータの半径方向における前記光ファイバの配列が各々異なると共に、３６０／（２n−１）度の周方向角度間隔で前記ロータを貫通して設けられた（２n−１）列の光ファイバ列と、
前記ロータと共に回転する前記光ファイバ列が間を通過するように、各々互いに対向して３６０／ｍ（ｍは２以上の整数）度の周方向角度間隔で前記筐体に設けられた、ｍ個の光源及び前記ロータの半径方向に配置されたｎ個の受光素子からなるｍ列の受光素子列とを有し、
前記光ファイバ列が前記光源と前記受光素子列との間を通過するときに、前記光ファイバ列の前記光ファイバを通過する前記光源からの光を前記受光素子列により検知することにより、３６０／［（２n−１）×ｍ］度の分解能で前記永久磁石の磁極位置を検出することを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第５の発明に係る永久磁石型同期電動機は、
上記第１又は第３の発明に記載の永久磁石型同期電動機において、
前記１本の光ファイバは、１つの前記永久磁石の周方向における中心位置に配置されることを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第６の発明に係る永久磁石型同期電動機は、
上記第１から第５の発明のいずれか１つの発明に記載の永久磁石型同期電動機において、
前記光ファイバを通過した光の光量の変化を前記受光素子により測定することにより、前記光ファイバが設けられた前記ロータの温度を検出する温度検出手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第７の発明に係る永久磁石型同期電動機の磁極位置検出方法は、
筐体の内周面に設けられたステータと、
前記ステータの内側に回転可能に設けられたロータと、
前記ステータに対向して、前記ロータに設けられた少なくとも１対の永久磁石とを備えた永久磁石型同期電動機の磁極位置検出方法において、
前記ロータを貫通して設けられ、前記ロータの回転軸に平行な１本の光ファイバと、
前記ロータと共に回転する前記光ファイバが間を通過するように、互いに対向して前記筐体に設けられた１つの光源及び１つの受光素子とを用い、
前記光ファイバが前記光源と前記受光素子との間を通過するときに、前記光ファイバを通過する前記光源からの光を前記受光素子により検知することにより、前記永久磁石の磁極位置を検出することを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する第８の発明に係る永久磁石型同期電動機の磁極位置検出方法は、
筐体の内周面に設けられたステータと、
前記ステータの内側に回転可能に設けられたロータと、
前記ステータに対向して、前記ロータに設けられた少なくとも１対の永久磁石とを備えた永久磁石型同期電動機の磁極位置検出方法において、
前記ロータの回転軸に平行に、前記ロータの半径方向に配置された１からｎ（ｎは２以上の整数）本の光ファイバからなり、前記ロータの半径方向における前記光ファイバの配列が各々異なると共に、３６０／（２n−１）度の周方向角度間隔で前記ロータを貫通して設けられた（２n−１）列の光ファイバ列と、
前記ロータと共に回転する前記光ファイバ列が間を通過するように、互いに対向して前記筐体に設けられた、１つの光源及び前記ロータの半径方向に配置されたｎ個の受光素子からなる１列の受光素子列とを用い、
前記光ファイバ列が前記光源と前記受光素子列との間を通過するときに、前記光ファイバ列の前記光ファイバを通過する前記光源からの光を前記受光素子により検知することにより、３６０／（２n−１）度の分解能で前記永久磁石の磁極位置を検出することを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する第９の発明に係る永久磁石型同期電動機の磁極位置検出方法は、
筐体の内周面に設けられたステータと、
前記ステータの内側に回転可能に設けられたロータと、
前記ステータに対向して、前記ロータに設けられた少なくとも１対の永久磁石とを備えた永久磁石型同期電動機の磁極位置検出方法において、
前記ロータを貫通して設けられ、前記ロータの回転軸に平行な１本の光ファイバと、
前記ロータと共に回転する前記光ファイバが間を通過するように、各々互いに対向して３６０／ｍ（ｍは２以上の整数）度の周方向角度間隔で前記筐体に設けられたｍ個の光源及びｍ個の受光素子とを用い、
前記光ファイバが前記光源と前記受光素子との間を通過するときに、前記光ファイバを通過する前記光源からの光を前記受光素子により検知することにより、３６０／ｍ度の分解能で前記永久磁石の磁極位置を検出することを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決する第１０の発明に係る永久磁石型同期電動機の磁極位置検出方法は、
筐体の内周面に設けられたステータと、
前記ステータの内側に回転可能に設けられたロータと、
前記ステータに対向して、前記ロータに設けられた少なくとも１対の永久磁石とを備えた永久磁石型同期電動機の磁極位置検出方法において、
前記ロータの回転軸に平行に、前記ロータの半径方向に配置された１からｎ（ｎは２以上の整数）本の光ファイバからなり、前記ロータの半径方向における前記光ファイバの配列が各々異なると共に、３６０／（２n−１）度の周方向角度間隔で前記ロータを貫通して設けられた（２n−１）列の光ファイバ列と、
前記ロータと共に回転する前記光ファイバ列が間を通過するように、各々互いに対向して３６０／ｍ（ｍは２以上の整数）度の周方向角度間隔で前記筐体に設けられた、ｍ個の光源及び前記ロータの半径方向に配置されたｎ個の受光素子からなるｍ列の受光素子列とを用い、
前記光ファイバ列が前記光源と前記受光素子列との間を通過するときに、前記光ファイバ列の前記光ファイバを通過する前記光源からの光を前記受光素子により検知することにより、３６０／［（２n−１）×ｍ］度の分解能で前記永久磁石の磁極位置を検出することを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決する第１１の発明に係る永久磁石型同期電動機の磁極位置検出方法は、
上記第７又は第９の発明に記載の永久磁石型同期電動機の磁極位置検出方法において、
前記１本の光ファイバは、１つの前記永久磁石の周方向における中心位置に配置されることを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決する第１２の発明に係る永久磁石型同期電動機の磁極位置検出方法は、
上記第７から第１１の発明のいずれか１つの発明に記載の永久磁石型同期電動機の磁極位置検出方法において、
前記光ファイバを通過した光の光量の変化を前記受光素子により測定することにより、前記光ファイバが設けられた前記ロータの温度を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ロータの回転軸方向に平行に、ロータ自体を貫通して光ファイバ（光ファイバ列）を設けると共に、光ファイバ（光ファイバ列）が間を通過するように光源及び受光素子（受光素子列）を設け、光ファイバ（光ファイバ列）、光源及び受光素子（受光素子列）を用いて、磁極位置（ロータの周方向角度）を検出するので、従来の永久磁石型同期電動機と比較して、その大きさの小型化を図ることができる。又、ロータの回転が低速である時においても、高速、高精度で磁極位置の検出が可能である。
【００２０】
更に、本発明によれば、光ファイバを用いているので、磁極位置や回転数の検出を行うことができると共に、光ファイバを伝送する光の変化から、ロータの温度を検出することができ、その結果、温度センサを別途取り付ける必要が無く、その取付スペースも不要となり、永久磁石型同期電動機の更なる小型化を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に係る永久磁石型同期電動機（以降、ＰＭモータと呼ぶ。）及びその磁極位置検出方法について、図１〜図５を参照して、その実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明に係るＰＭモータの実施形態の一例を示すものであり、図１（ａ）は、ＰＭモータのロータ部分の側面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【００２３】
本実施例において、ＰＭモータは、円筒状の筐体の内周面に設けられたステータ（図示省略）と、ステータの内側に回転可能に設けられたロータ１と、ステータに対向して、ロータ１に設けられた１対の永久磁石３ａ、３ｂとを備えたものである。なお、ロータ１に設ける永久磁石は１対に限る必要はなく、複数対、例えば、２対以上設けるようにしてもよい。
【００２４】
更に、本実施例のＰＭモータは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ロータ１を直線的に貫通して設けられ、ロータ１の回転軸２に平行な１本の光ファイバ４と、ロータ１と共に回転する光ファイバ４がその間を通過するように、互いに対向して筐体に設けられた１つの光源５及び１つの受光素子６とを備えたものである。なお、光源５、受光素子６は、光ファイバ４がその間を通過するように、互いに対向して配置されるのであれば、ステータを支持する筐体の内周面に支持させてもよいし、ステータ自体に支持させてもよいし、又、回転軸２の軸受を支持するハウジングの内面に支持させてもよい。
【００２５】
又、１本の光ファイバ４は、１つの永久磁石（本実施例では、永久磁石３ａ）の周方向における中心位置に配置している。この位置が、検出する磁極位置の基準位置、つまり、原点となる。
【００２６】
ここで、上記構成のＰＭモータにおける磁極位置の検出方法を説明する。
図１（ａ）に示すように、ロータ１が回転して、対向する光源５と受光素子６との間を光ファイバ４が通過するとき、光源５からの光は、光ファイバ４を通過して、受光素子６に入射することになる。そして、この入射をもって、磁極位置（ロータ１の周方向角度）を検出することができる。又、この入射の回数を時間当たりで計測することにより、ロータ１の回転数も検出することができる。
【００２７】
このように、本発明では、ロータ１の回転軸方向に平行に、ロータ１自体を貫通して光ファイバ４を設けると共に、光ファイバ４がその間を通過するように光源５と受光素子６を設け、光ファイバ４、光源５及び受光素子６を用いて、磁極位置を検出するので、軸端にエンコーダ等の検出器を設けた従来の永久磁石型同期電動機と比較して、その大きさの小型化を図ることができる。又、特許文献１、２に示すような、円板（回転円板）を用いて、磁極位置を検出するタイプの永久磁石型同期電動機と比較しても、円板の取付スペースが不要となるので、その大きさの小型化が可能である。
【００２８】
又、従来、磁気式やセンサレス式の永久磁石型同期電動機では、低速時には誘起電圧が小さいため、高速、高精度での磁極位置の検出ができないという問題があったが、本発明では、光ファイバ４、光源５及び受光素子６を用いて、非接触で磁極位置を検出するので、低速時においても、高速、高精度で磁極位置の検出が可能である。
【実施例２】
【００２９】
図２（ａ）、（ｂ）、図３は、本発明に係るＰＭモータの実施形態の他の一例を示すものであり、図２（ａ）は、ＰＭモータのロータ部分の側面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図であり、図３は、図２（ｂ）におけるロータの中央部分の拡大図である。
【００３０】
本実施例においても、ＰＭモータは、円筒状の筐体の内周面に設けられたステータ（図示省略）と、ステータの内側に回転可能に設けられたロータ１１と、ステータに対向して、ロータ１１に設けられた１対の永久磁石３ａ、３ｂとを備えたものである。なお、ロータ１１に設ける永久磁石は、１対に限る必要はなく、複数対、例えば、２対以上設けるようにしてもよい。
【００３１】
更に、本実施例のＰＭモータは、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ロータ１１を直線的に貫通して設けられ、ロータ１１の回転軸２に平行に、ロータ１１の半径方向に配置された１からｎ（ｎは２以上の整数）本の光ファイバ４からなり、ロータ１１の半径方向における光ファイバ４の配列が各々異なる（２n−１）列の光ファイバ列８と、ロータ１１と共に回転する光ファイバ列８がその間を通過するように、互いに対向して筐体に設けられた１つの光源５及びロータ１１の半径方向に配置されたｎ個の受光素子６からなる１列の受光素子列７とを備えたものである。なお、光源５、受光素子列７は、光ファイバ列８がその間を通過するように、互いに対向して配置されるのであれば、ステータを支持する筐体の内周面に支持させてもよいし、ステータ自体に支持させてもよいし、又、回転軸２の軸受を支持するハウジングの内面に支持させてもよい。
【００３２】
光ファイバ列８、光源５及び受光素子列７の配置構成について、図３も参照して、更に詳細に説明する。
光ファイバ列８は（２n−１）列あり、各光ファイバ列８は、１からｎ本の光ファイバ４からなる。又、各光ファイバ列８は、３６０／（２n−１）度の周方向角度間隔で配置されており、ロータ１１の半径方向における光ファイバ４の配置が各々異なるものである。本実施例では、一例として、ｎ＝４であり、その場合、光ファイバ列８は（２4−１）＝１５列となり、各光ファイバ列８は、１から４本の光ファイバ４からなり、３６０／（２4−１）＝２４度の周方向角度間隔で配置されて、各々の光ファイバ列８において、ロータ１１の半径方向における光ファイバ４の配置が各々異なる。
【００３３】
具体的には、図３に示すように、位置Ｐ1における光ファイバ列８では、光ファイバ４は１本であり、ロータ１１の半径方向の１番内側の位置に配置されている。位置Ｐ2における光ファイバ列８では、光ファイバ４は４本であり、ロータ１１の半径方向の内側から１、２、３、４番目の位置に配置されている。位置Ｐ3における光ファイバ列８では、光ファイバ４は３本であり、ロータ１１の半径方向の内側から２、３、４番目の位置に配置されている。位置Ｐ4における光ファイバ列８では、光ファイバ４は３本であり、ロータ１１の半径方向の内側から１、３、４番目の位置に配置されている。位置Ｐ5における光ファイバ列８では、光ファイバ４は２本であり、ロータ１１の半径方向の内側から３、４番目の位置に配置されている。位置Ｐ6における光ファイバ列８では、光ファイバ４は３本であり、ロータ１１の半径方向の内側から１、２、４番目の位置に配置されている。位置Ｐ7における光ファイバ列８では、光ファイバ４は２本であり、ロータ１１の半径方向の内側から２、４番目の位置に配置されている。位置Ｐ8における光ファイバ列８では、光ファイバ４は２本であり、ロータ１１の半径方向の内側から１、４番目の位置に配置されている。位置Ｐ9における光ファイバ列８では、光ファイバ４は１本であり、ロータ１１の半径方向の１番外側の位置に配置されている。位置Ｐ10における光ファイバ列８では、光ファイバ４は３本であり、ロータ１１の半径方向の内側から１、２、３番目の位置に配置されている。位置Ｐ11における光ファイバ列８では、光ファイバ４は２本であり、ロータ１１の半径方向の内側から２、３番目の位置に配置されている。位置Ｐ12における光ファイバ列８では、光ファイバ４は２本であり、ロータ１１の半径方向の内側から１、３番目の位置に配置されている。位置Ｐ13における光ファイバ列８では、光ファイバ４は１本であり、ロータ１１の半径方向の内側から３番目の位置に配置されている。位置Ｐ14における光ファイバ列８では、光ファイバ４は２本であり、ロータ１１の半径方向の内側から１、２番目の位置に配置されている。位置Ｐ15における光ファイバ列８では、光ファイバ４は１本であり、ロータ１１の半径方向の内側から２番目の位置に配置されている。
【００３４】
なお、各光ファイバ列８における光ファイバ４の設置は、図３に示すように、位置Ｐ1〜Ｐ15全てに４列の貫通孔９を設け、位置Ｐ1〜Ｐ15毎に必要な位置の貫通孔９にのみ光ファイバ４を通すようにしてもよいし、位置Ｐ1〜Ｐ15毎に必要な位置にのみ貫通孔９を設け、貫通孔９を設けた位置に光ファイバ４を通すようにしてもよい。
【００３５】
又、光源５は、光ファイバ列８における光ファイバ４の最大数（本実施例では４つ）を照射可能であれば、１つの光源でも十分である。１つの光源を用いる場合、ロータ１１の半径方向に長く開口されたスリットを光源５の前面に設け、１つの光ファイバ列８のみに照射するようにしてもよい。なお、指向性の強い光源、例えば、半導体レーザ等を光源として使用する場合には、光源５を、光ファイバ列８における光ファイバ４の最大数に応じた数（本実施例の場合、４つ）として、各光ファイバ４の端部に対応する位置に配置することが望ましい。
【００３６】
又、受光素子列７は、光ファイバ列８における光ファイバ４の最大数に応じた数の受光素子６を有し、各受光素子６は、各光ファイバ４の端部に対応する位置に配置されている。本実施例の場合、受光素子列７は、光ファイバ列８における光ファイバ４の最大数４に応じて、４つの受光素子６から構成され、各受光素子６は、各光ファイバ４の端部に対応する位置に配置されて、各光ファイバ４を通過してきた光を受光可能となっている。
【００３７】
ここで、上記構成のＰＭモータにおける磁極位置の検出方法を説明する。
図２（ａ）に示すように、ロータ１１が回転して、対向する光源５と受光素子列７との間を任意の光ファイバ列８が通過するとき、光源５からの光は、光ファイバ列８を構成する光ファイバ４を通過して、受光素子列７に入射することになる。例えば、図３を参照すると、位置Ｐ1における光ファイバ列８が、光源５と受光素子列７との間を通過するときには、光源５からの光は、ロータ１１の半径方向の一番内側の光ファイバ４を通過して、受光素子列７の一番内側の受光素子６に入射することになる。又、位置Ｐ2における光ファイバ列８が、対向する光源５と受光素子列７との間を通過するときには、光源５からの光は、４本の光ファイバ４全てを通過して、受光素子列７の全ての受光素子６に入射することになる。このように、受光素子列７を構成する受光素子６への入射の組み合わせにより、どの光ファイバ列８が光源５と受光素子列７との間を通過したか判断して、磁極位置を検出している。
【００３８】
又、基準位置となる光ファイバ列８を設定し、基準位置に設定した光ファイバ列８による受光素子列７への入射の回数を時間当たりで計測することにより、ロータ１１の回転数も検出できる。例えば、位置Ｐ1における光ファイバ列８を基準位置に設定した場合には、位置Ｐ1における光ファイバ列８による受光素子列７への入射回数を計測すればよい。
【００３９】
実施例１においては、１本の光ファイバ４及び１個の受光素子６を設けたので、一方の磁極位置しか検出できないが、本実施例では、所定の周方向角度毎に半径方向における配置が各々異なるように、ロータ１１の回転軸２に平行な１〜ｎ本の光ファイバ４からなる（２n−１）列の光ファイバ列８をロータ１１に設け、光ファイバ列８における光ファイバ４の最大数ｎに対応して、ｎ個の受光素子６を配置したので、３６０／（２n−１）度の分解能で、高精度に永久磁石の磁極位置を検出することができる。例えば、本実施例の場合、（２4−１）＝１５通りの光ファイバ列８の組み合わせができるため、３６０／（２4−１）＝２４度間隔での位置検出が可能となり、分解能が上がり、精度が向上する。
【実施例３】
【００４０】
図４（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係るＰＭモータの実施形態の他の一例を示すものであり、図４（ａ）は、ＰＭモータのロータ部分の側面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＣ−Ｃ線矢視図、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＤ−Ｄ線矢視断面図、図４（ｄ）は、図４（ａ）のＥ−Ｅ線矢視図である。
【００４１】
本実施例においても、ＰＭモータは、円筒状の筐体の内周面に設けられたステータ（図示省略）と、ステータの内側に回転可能に設けられたロータ１と、ステータに対向して、ロータ１に設けられた１対の永久磁石３ａ、３ｂとを備えたものである。なお、ロータ１に設ける永久磁石は、１対に限る必要はなく、複数対、例えば、２対以上設けるようにしてもよい。
【００４２】
更に、本実施例のＰＭモータは、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、ロータ１を直線的に貫通して設けられ、ロータ１の回転軸２に平行な１本の光ファイバ４と、ロータ１と共に回転する光ファイバ４がその間を通過するように配置され、３６０／ｍ（ｍは２以上の整数）度の周方向角度間隔で筐体に設けられ、各々互いに対向するｍ個の光源５及びｍ個の受光素子６とを備えたものである。対向する１つの光源５と１つの受光素子６とは、対となっており、ｍ対の光源５及び受光素子６を有する構成である。なお、光源５、受光素子６は、光ファイバ４がその間を通過するように、互いに対向して配置されるのであれば、ステータを支持する筐体の内周面に支持させてもよいし、ステータ自体に支持させてもよいし、又、回転軸２の軸受を支持するハウジングの内面に支持させてもよい。
【００４３】
本実施例では、一例として、ｍ＝４としており、その場合、光源５及び受光素子６は、ロータ１の周方向に９０度毎に配置されることになる。図４では、筐体側の原点（基準位置）における光源５、受光素子６を、光源５ａ、受光素子６ａと示し、原点から時計回り９０度における光源５、受光素子６を、光源５ｂ、受光素子６ｂと、原点から時計回り１８０度における光源５、受光素子６を、光源５ｃ、受光素子６ｃと、原点から時計回り２７０度における光源５、受光素子６を、光源５ｄ、受光素子６ｄと規定して示している。
【００４４】
又、１本の光ファイバ４は、１つの永久磁石（図４（ａ）、（ｂ）では、永久磁石３ａ）の周方向における中心位置に配置している。この位置が、検出する磁極位置の基準位置、つまり、原点となる。
【００４５】
ここで、上記構成のＰＭモータにおける磁極位置の検出方法を説明する。
図４（ａ）に示すように、ロータ１が回転して、対向する任意の１対の光源５及び受光素子６の間を光ファイバ４が通過するとき、光源５からの光は、光ファイバ４を通過して、受光素子６に入射することになる。このとき、４つの受光素子６ａ〜６ｄのうち、どの受光素子６ａ〜６ｄに光源５ａ〜５ｄからの光が入射するかによって、磁極位置を検出することになる。又、任意の１つの受光素子６において、光ファイバ４を通過して、光源５からの光が入射する回数を時間当たりで計測することにより、ロータ１の回転数も検出できる。
【００４６】
実施例２においては、受光素子６を１つ増やす度に、指数的に検出角度を細かくすることができるが、ロータ１１に多数の貫通孔９を設け、その貫通孔９に光ファイバ４を通す必要がある。一方、本実施例では、光ファイバ４の数を増やさずに、位置検出を増やすため、光源５及び受光素子６を周方向に複数対設けるようにすることにより、３６０／ｍ度の分解能で、永久磁石の磁極位置を検出することができる。例えば、図４においては、光源５及び受光素子６を９０度間隔で４ヶ所に設けており、この場合、９０度間隔での位置検出ではあるが、実施例２と同様に、受光部は４個でよく、ロータ１に貫通させる光ファイバは、１本のみでよい。更には、例えば、光源５と受光素子６の組を等間隔に１５組配置すれば、実施例２と同様に、２４度間隔の位置検出が可能となる。
【実施例４】
【００４７】
図５（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係るＰＭモータの実施形態の他の一例を示すものであり、図５（ａ）は、ＰＭモータのロータ部分の側面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＧ−Ｇ線矢視図、図５（ｃ）は、図５（ａ）のＦ−Ｆ線矢視断面図、図５（ｄ）は、図５（ａ）のＨ−Ｈ線矢視図である。
【００４８】
本実施例においても、ＰＭモータは、円筒状の筐体の内周面に設けられたステータ（図示省略）と、ステータの内側に回転可能に設けられたロータ１１と、ステータに対向して、ロータ１１に設けられた１対の永久磁石３ａ、３ｂとを備えたものである。なお、ロータ１１に設ける永久磁石は、１対に限る必要はなく、複数対、例えば、２対以上設けるようにしてもよい。
【００４９】
更に、本実施例のＰＭモータは、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、ロータ１１を直線的に貫通して設けられ、ロータ１１の回転軸２に平行に、ロータ１１の半径方向に配置された１からｎ（ｎは２以上の整数）本の光ファイバ４からなり、ロータ１１の半径方向における光ファイバ４の配列が各々異なる（２n−１）列の光ファイバ列８と、ロータ１と共に回転する光ファイバ列８がその間を通過するように配置され、３６０／ｍ（ｍは２以上の整数）度の周方向角度間隔で筐体に設けられ、各々互いに対向するｍ個の光源５及びロータ１１の半径方向に配置されたｎ個の受光素子６からなるｍ列の受光素子列７とを備えたものである。対向する１つの光源５と１組の受光素子列７とは、対となっており、ｍ対の光源５及び受光素子列７を有する構成である。なお、光源５、受光素子列７は、光ファイバ列８がその間を通過するように、互いに対向して配置されるのであれば、ステータを支持する筐体の内周面に支持させてもよいし、ステータ自体に支持させてもよいし、又、回転軸２の軸受を支持するハウジングの内面に支持させてもよい。
【００５０】
本実施例では、一例として、ｎ＝４、ｍ＝４としている。つまり、本実施例は、上述した実施例２と実施例３を組み合わせたものである。ｍ＝４とする場合、光源５及び受光素子列７は、ロータ１の周方向に９０度毎に配置されることになり、図５では、筐体側の原点（基準位置）における光源５、受光素子列７を、光源５ａ、受光素子列７ａと示し、原点から時計回り９０度における光源５、受光素子列７を、光源５ｂ、受光素子列７ｂと、原点から時計回り１８０度における光源５、受光素子列７を、光源５ｃ、受光素子列７ｃと、原点から時計回り２７０度における光源５、受光素子列７を、光源５ｄ、受光素子列７ｄと規定して示している。
【００５１】
又、各配置位置における光源５は、光ファイバ列８における光ファイバ４の最大数（本実施例では４つ）を照射可能であれば、１つの光源でも十分である。１つの光源を用いる場合、ロータ１１の半径方向に長く開口されたスリットを光源５の前面に設け、１つの光ファイバ列８のみに照射するようにしてもよい。なお、指向性の強い光源、例えば、半導体レーザ等を光源として使用する場合には、光源５を、光ファイバ列８における光ファイバ４の最大数に応じた数（本実施例の場合、４つ）として、各光ファイバ４の端部に対応する位置に配置することが望ましい。
【００５２】
又、各配置位置における受光素子列７は、光ファイバ列８における光ファイバ４の最大数に応じた数の受光素子６を有し、各受光素子６は、各光ファイバ４の端部に対応する位置に配置されている。本実施例の場合、受光素子列７は、光ファイバ列８における光ファイバ４の最大数４に応じて、４つの受光素子６から構成され、各受光素子６は、各光ファイバ４の端部に対応する位置に配置されて、各光ファイバ４を通過してきた光を受光可能となっている。
【００５３】
光ファイバ列８は、実施例２（図３参照）と同様に、所定の周方向角度毎に半径方向における配置が各々異なるように、ロータ１１の回転軸２に平行な１〜ｎ本の光ファイバ４からなる（２n−１）列の光ファイバ列８をロータ１１に設けている。本実施例の場合、（２4−１）＝１５通りの光ファイバ列８の組み合わせができるため、３６０／（２4−１）＝２４度間隔で、半径方向における光ファイバ４の配列が各々異なるように、光ファイバ列８を配置することになる。
【００５４】
ここで、上記構成のＰＭモータにおける磁極位置の検出方法を説明する。
図５（ａ）に示すように、ロータ１１が回転して、任意の位置における光源５と受光素子列７との間を任意の光ファイバ列８が通過するとき、光源５からの光は、光ファイバ列８を構成する光ファイバ４を通過して、受光素子列７に入射することになる。つまり、４つの受光素子列７ａ〜７ｄのうち、どの受光素子列７ａ〜７ｄにどの光ファイバ列８を通過して光源５からの光が入射するかによって（どの受光素子列７にどのようなパターンの光が入射するかによって）、どの光ファイバ列８がどの光源５ａ〜５ｄと受光素子列７ａ〜７ｄとの間を通過したか判断して、磁極位置を検出している。
【００５５】
例えば、図３を参照して、位置Ｐ1をロータ１１側の原点（基準位置）と規定すると、位置Ｐ1における光ファイバ列８が、光源５ａと受光素子列７ａとの間を通過するときには、光源５ａからの光は、ロータ１１の半径方向の一番内側の光ファイバ４を通過して、受光素子列７ａの一番内側の受光素子６に入射することになり、磁極位置が原点であることが検出でき、位置Ｐ2における光ファイバ列８が、対向する光源５ａと受光素子列７ａとの間を通過するときには、光源５ａからの光は、４本の光ファイバ４全てを通過して、受光素子列７ａの全ての受光素子６に入射することになり、磁極位置が時計回り２４度の位置であることが検出でき、位置Ｐ1における光ファイバ列８が、光源５ｂと受光素子列７ｂとの間を通過するときには、光源５ｂからの光は、一番内側の光ファイバ４を通過して、受光素子列７ｂの一番内側の受光素子６に入射することになり、磁極位置が時計回り９０度の位置であることが検出できる。
【００５６】
又、筐体側の原点（基準位置）となる光源５、受光素子列７を規定すると共に、ロータ１１側の原点（基準位置）となる光ファイバ列８を規定し、筐体側の基準位置に規定した光源５、受光素子列７において、ロータ１１側の基準位置に規定した光ファイバ列８による受光素子列７への入射回数を時間当たりで計測することにより、ロータ１１の回転数も検出できる。例えば、光源５ａ、受光素子列７ａを筐体側の基準位置に規定し、位置Ｐ1における光ファイバ列８をロータ側の基準位置に規定した場合には、光源５ａ、受光素子列７ａにおいて、位置Ｐ1における光ファイバ列８による受光素子列７への入射回数を計測すればよい。
【００５７】
本実施例では、光源５及び受光素子列７を周方向にｍ対設け、更に、所定の周方向角度毎に半径方向における配置が各々異なるように、ロータ１１の回転軸２に平行な１〜ｎ本の光ファイバ４からなる（２n−１）列の光ファイバ列８をロータ１１に設け、光ファイバ列８における光ファイバ４の最大数ｎに対応して、ｎ個の受光素子６を配置することにより、３６０／［（２n−１）×ｍ］の分解能で、高精度に永久磁石の磁極位置を検出することができる。例えば、本実施例の場合、光源５及び受光素子列７を９０度間隔で４ヶ所に設けると共に、ロータ１１に３６０／（２4−１）＝２４度間隔で光ファイバ列８を配置するので、３６０／［ｍ×（２n−１）］＝３６０／［４×１５］＝６度間隔での分解能で、永久磁石の磁極位置を検出可能となり、分解能が上がり、精度が向上する。
【実施例５】
【００５８】
なお、上記実施例１〜４においては、ロータ１、１１の内部に光ファイバ４を貫通して設けているため、ロータ１、１１の温度が上昇すると光ファイバ４の屈折率が小さくなり、光の透過量が減少するので、光ファイバ４を通過する光の透過量の変化から、ロータ１、１１の温度変化を検知することも可能である。このような性質を有する光ファイバとして、特開平６−２８１５０９号公報に記載される温度測定装置が、従来から知られている。そこで、本実施例では、光ファイバ４の温度による透過量変化の原理を用いて、実施例１〜４の受光素子６の受光量の信号変化から、磁極位置検出に併せて、ロータ１、１１の温度測定も可能である。従って、温度センサを別途取り付ける必要が無くなり、その取付スペースも不要となり、永久磁石型同期電動機の更なる小型化が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、永久磁石型同期電動機に適用して好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係るＰＭモータの実施形態の一例を示すものであり、（ａ）は、ＰＭモータのロータ部分の側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図２】本発明に係るＰＭモータの実施形態の他の一例を示すものであり、（ａ）は、ＰＭモータのロータ部分の側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図３】図２（ｂ）におけるロータの中央部分の拡大図である。
【図４】本発明に係るＰＭモータの実施形態の他の一例を示すものであり、（ａ）は、ＰＭモータのロータ部分の側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ線矢視断面図、（ｃ）は、（ａ）のＤ−Ｄ線矢視断面図、（ｄ）は、（ａ）のＥ−Ｅ線矢視断面図である。
【図５】本発明に係るＰＭモータの実施形態の他の一例を示すものであり、（ａ）は、ＰＭモータのロータ部分の側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＧ−Ｇ線矢視断面図、（ｃ）は、（ａ）のＦ−Ｆ線矢視断面図、（ｄ）は、（ａ）のＨ−Ｈ線矢視断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１、１１  ロータ
２    回転軸
３ａ、３ｂ  永久磁石
４    光ファイバ
５    光源
６    受光素子
７    受光素子列
８    光ファイバ列
【図１】
2008289269.tif 000003
【図２】
2008289269.tif 000004
【図３】
2008289269.tif 000005
【図４】
2008289269.tif 000006
【図５】
2008289269.tif 000007