(57)【要約】【課題】  自己発電によって、発電部が有する回転子の回転方向を正確に検出することができる回転方向検出装置および回転方向検出方法を提供すること。【解決手段】固定子および該固定子に対して回転可能な回転子を有し、前記固定子に対して前記回転子が回転することにより交流電力を発生する発電部２と、前記回転子を前記固定子に対して第１方向または前記第１方向と逆の第２方向に回転させる回転手段３と、発電部２から発生した電力により駆動し、前記回転子の前記固定子に対する回転方向を検出する検出部７とを有している。回転手段３は、前記回転子を前記第１方向へ回転させたときの発電部２の発電量と、前記第２方向へ回転させたときの発電部２の発電量とが異なるように前記回転子を回転させる。また、検出部７は、発電部２の発電量に基づいて、前記固定子に対する前記回転子の回転方向を検出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子および該固定子に対して回転可能な回転子を有し、前記固定子に対して前記回転子が回転することにより交流電力を発生する発電部と、
前記回転子を前記固定子に対して第１方向または前記第１方向と逆の第２方向に回転させる回転手段と、
前記発電部から発生した電力により駆動し、前記回転子の前記固定子に対する回転方向を検出する検出部とを有し、
前記回転手段は、前記回転子を前記第１方向へ回転させたときの前記発電部の発電量と、前記第２方向へ回転させたときの前記発電部の発電量とが異なるように前記回転子を回転させ、
前記検出部は、前記発電部の前記発電量に基づいて、前記固定子に対する前記回転子の回転方向を検出することを特徴とする回転方向検出装置。
【請求項２】
前記回転手段は、前記回転子の前記第１方向への回転と前記第２方向への回転とで前記回転子を回転させるトルクが異なるように構成されている請求項１に記載の回転方向検出装置。
【請求項３】
前記回転手段は、前記回転子の前記第１方向への回転と前記第２方向への回転とで前記回転子の回転角および回転速度の少なくとも一方が異なるように構成されている請求項１または２に記載の回転方向検出装置。
【請求項４】
前記発電部から発生した交流電力を直流電力に変換する整流部を有しており、
前記検出部は、前記整流部によって整流された前記直流電力の大きさに基づいて前記固定子に対する前記回転子の回転方向を検出する請求項１ないし３のいずれかに記載の回転方向検出装置。
【請求項５】
前記検出部は、前記直流電力の大きさが所定の閾値よりも大きいかまたは小さいかに基づいて、前記固定子に対する前記回転子の回転方向を検出する請求項４に記載の回転方向検出装置。
【請求項６】
前記整流部と前記検知部との間に設けられた蓄電部を有している請求項４または５に記載の回転方向検出装置。
【請求項７】
前記回転手段は、第１状態と第２状態とに切り替え可能なスイッチを有し、前記スイッチを前記第１状態から前記第２状態に切り替えると前記回転子が前記固定子に対して前記第１方向に回転し、前記第２状態から前記第１状態に切り替えると前記回転子が前記固定子に対して前記第２方向に回転するよう構成されている請求項１ないし６のいずれかに記載の回転方向検出装置。
【請求項８】
固定子および該固定子に対して第１方向または前記第１方向と逆の第２方向に回転可能な回転子を有し、前記固定子に対して前記回転子が回転することにより交流電力を発生する発電部の、前記固定子に対する前記回転子の回転方向を検出する回転方向検出方法であって、
前記回転子が前記第１方向へ回転したときの前記発電部の発電量と、前記第２方向へ回転したときの前記発電部の発電量とを異ならせ、前記発電部の前記発電量に基づいて、前記固定子に対する前記回転子の回転方向を検出することを特徴とする回転方向検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転方向検出装置および回転方向検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境発電の分野に用いられる発電機としては、例えば、固定子（ステータ）と、回転子（ロータ）とを有し、外力によって、回転子を固定子に対して回転させ、それにより発電を行うモータ型の発電機が用いられる場合がある。このような発電機を用いる場合、固定子に対する回転子の回転方向を検出できることが望まれる。
【０００３】
特許文献１には、モータの回転方向を検出するモータ回転方向検出装置が開示されている。特許文献１に記載の装置は、モータの筐体に角速度センサと磁気センサとを取り付け、これら２つのセンサの検出結果に基づいてモータ（回転子）の回転方向を検出するように構成されている。
【０００４】
このような装置では、例えば、モータを発電部として用い、回転子を外力によって回転させ、それにより発生した電力を用いて回転子の回転方向を検知することも可能である。しかしながら、そのような構成とした場合、次のような問題が生じる。
【０００５】
すなわち、特許文献１の装置が有する各種センサは、電力が供給されてからスタンバイ状態（物理量を検出できる状態）となるまでの時間（起動時間）が長いため、モータが回転した直後の回転方向を検出することができない。特に、環境発電の分野では、回転子が回転するのは、ごくわずかな時間（例えば、数１０ｍｓｅｃ）であるため、上記のようなセンサを用いる場合には、回転方向を検出できる状態となったときには、既に、回転子の回転が止まっており、回転子の回転方向を検出することができないことも考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２５１７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、自己発電によって、発電部が有する回転子の回転方向を正確に検出することができる回転方向検出装置および回転方向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】
【０００８】
このような目的は、下記（１）〜（８）の本発明により達成される。
（１）  固定子および該固定子に対して回転可能な回転子を有し、前記固定子に対して前記回転子が回転することにより交流電力を発生する発電部と、
前記回転子を前記固定子に対して第１方向または前記第１方向と逆の第２方向に回転させる回転手段と、
前記発電部から発生した電力により駆動し、前記回転子の前記固定子に対する回転方向を検出する検出部とを有し、
前記回転手段は、前記回転子を前記第１方向へ回転させたときの前記発電部の発電量と、前記第２方向へ回転させたときの前記発電部の発電量とが異なるように前記回転子を回転させ、
前記検出部は、前記発電部の前記発電量に基づいて、前記固定子に対する前記回転子の回転方向を検出することを特徴とする回転方向検出装置。
【０００９】
（２）  前記回転手段は、前記回転子の前記第１方向への回転と前記第２方向への回転とで前記回転子を回転させるトルクが異なるように構成されている上記（１）に記載の回転方向検出装置。
【００１０】
（３）  前記回転手段は、前記回転子の前記第１方向への回転と前記第２方向への回転とで前記回転子の回転角および回転速度の少なくとも一方が異なるように構成されている上記（１）または（２）に記載の回転方向検出装置。
【００１１】
（４）  前記発電部から発生した交流電力を直流電力に変換する整流部を有しており、
前記検出部は、前記整流部によって整流された前記直流電力の大きさに基づいて前記固定子に対する前記回転子の回転方向を検出する上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の回転方向検出装置。
【００１２】
（５）  前記検出部は、前記直流電力の大きさが所定の閾値よりも大きいかまたは小さいかに基づいて、前記固定子に対する前記回転子の回転方向を検出する上記（４）に記載の回転方向検出装置。
【００１３】
（６）  前記整流部と前記検知部との間に設けられた蓄電部を有している上記（４）または（５）に記載の回転方向検出装置。
【００１４】
（７）  前記回転手段は、第１状態と第２状態とに切り替え可能なスイッチを有し、前記スイッチを前記第１状態から前記第２状態に切り替えると前記回転子が前記固定子に対して前記第１方向に回転し、前記第２状態から前記第１状態に切り替えると前記回転子が前記固定子に対して前記第２方向に回転するよう構成されている上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の回転方向検出装置。
【００１５】
（８）  固定子および該固定子に対して第１方向または前記第１方向と逆の第２方向に回転可能な回転子を有し、前記固定子に対して前記回転子が回転することにより交流電力を発生する発電部の、前記固定子に対する前記回転子の回転方向を検出する回転方向検出方法であって、
前記回転子が前記第１方向へ回転したときの前記発電部の発電量と、前記第２方向へ回転したときの前記発電部の発電量とを異ならせ、前記発電部の前記発電量に基づいて、前記固定子に対する前記回転子の回転方向を検出することを特徴とする回転方向検出方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にかかる回転方向検出装置および回転方向検出方法によれば、発電部から発生した電力によって速やかに検出部が作動するため、回転子の回転方向を精度よく検出することができる。また、外部電源を必要としないため、環境に優しい装置（方法）とすることができる。また、回転方向を発電部の発電量の差に基づいて検出するため、精度よく、回転子の回転方向を検出することができる。特に、回転子の第１方向への回転と第２方向への回転とで、回転子の回転角および回転速度の少なくとも一方が異なるように構成されていることにより、簡単かつ確実に、回転子が第１方向へ回転したときと第２方向へ回転したときの発電量を異ならせることができる。また、スイッチの操作に対応して、回転子が回転することにより、回転方向検出装置を各種スイッチとして利用することができ、その利便性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の回転方向検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す回転手段の具体的な構成を示す平面図である。
【図３】図１に示す整流部の一例を示す回路図である。
【図４】図１に示す発電部から発生する電圧を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の回転方向検出装置および回転方向検出方法の好適な実施形態を説明する。なお、以下では、本発明の回転方向検出装置を用いて送信器を構成した場合について説明する。
【００１９】
図１は、本発明の回転方向検出装置の構成を示すブロック図、図２は、図１に示す回転手段の具体的な構成を示す平面図、図３は、図１に示す整流部の一例を示す回路図、図４は、図１に示す発電部から発生する電圧を示す図である。
【００２０】
図１に示す送信器（回転方向検出装置）１は、外部機器に対して所定の信号を無線送信するエネルギー自給式の装置である。この送信器１は、主に、発電部２と、回転手段３と、整流部（整流回路）４と、蓄電部５と、変圧部６と、検出部（メイン回路）７と、放電部８と、ＲＦコントローラ９と、アンテナ１０とを有している。
【００２１】
以下、これらについて順次、詳細に説明する。
−発電部−
図２に示すように、発電部２は、筐体１００に収容されている。発電部２は、自己発電により交流電力を発生させることが可能であり、例えば、外から力（物理的な力、磁力等）が付与された際に前記電力を発生することができる。したがって、この発電部２は、連続してではなく、一過性（一時的）に電力を発生させる。かかる発電部２を用いることにより、送信器１の小型化を図ることができるとともに、環境に優しい発電（環境発電）が可能となる。
【００２２】
発電部２は、図示しない固定子（ステータ）と、固定子に対して回転可能な図示しない回転子（ロータ）とを有しており、外力によって、前記回転子を前記固定子に対して回転させることにより発電する。このような発電部２としては、例えば、ステッピングモータ、ＤＣモータ等の各種モータを用いることができる。
【００２３】
発電部２の１回の発電量は、特に限定されないが、５００〜１５００μＪ／５〜２０ｍｓｅｃ程度であるのが好ましい。
【００２４】
−回転手段３−
回転手段３は、発電部２の前記回転子を前記固定子に対して回転させる機能を有している。図２に示すように、回転手段３は、筐体１００に設けられたスイッチ３１を有しており、このスイッチ３１を操作すると、それに対応して、発電部２の前記回転子が前記固定子に対して回転する。すなわち、スイッチ３１を操作することにより、発電部２から電力が発生する。
【００２５】
図２に示すように、スイッチ３１は、例えば、２つの押圧部３１１、３１２を有しており、押圧部３１１を筐体１００側に押し込んだＯＮ状態（図２中実線で示す状態；第１状態）と、押圧部３１２を筐体１００側に押し込んだＯＦＦ状態（図２中鎖線で示す状態；第２状態）とを切り替えることができる。
【００２６】
そして、スイッチ３１をＯＦＦ状態からＯＮ状態へ操作すると、それに伴って、発電部２の前記回転子が前記固定子に対して順方向（例えば、図２中時計まわり；第１方向）に一時的に回転する。反対に、スイッチ３１をＯＮ状態からＯＦＦ状態へ操作すると、それに伴って、発電部２の前記回転子が前記固定子に対して逆方向（例えば、図２中反時計回り；第２方向）に一時的に回転する。
【００２７】
このようなスイッチ３１の操作によって前記回転子を前記固定子に対して回転させる機構としては、特に限定されないが、例えば、次のような機構とすることができる。例えば、筐体１００内に設置され、前記回転子に直接または間接的に接続された２つのバネ部材（第１バネ部材および第２バネ部材）を用意する。第１バネ部材は、前記回転子を順方向に回転させるためのものであり、第２バネ部材は、前記回転子を逆方向に回転させるためのものである。
【００２８】
そして、ＯＦＦ状態からＯＮ状態へと切り替える際のスイッチ３１の変位（スイッチ３１の筐体１００に対する姿勢の変化）を利用して第１バネ部材を伸張させ、スイッチ３１がＯＮ状態となったと同時に前記伸張を解除することにより第１バネ部材を収縮させ、この収縮力を利用して前記回転子を前記固定子に対して順方向に回転させる。反対に、ＯＮ状態からＯＦＦ状態へと切り替える際のスイッチ３１の変位を利用して第２バネ部材を伸張させ、スイッチ３１がＯＦＦ状態となったと同時に前記伸張を解除することにより第２バネ部材を収縮させ、この収縮力を利用して前記回転子を前記固定子に対して逆方向に回転させる。
【００２９】
このような機構によれば、簡単な構成で、スイッチ３１を操作することにより前記回転子を前記固定子に対して回転させることができる。また、このような機構は、物理的な機構であるため、誤作動等を効果的に防止することもできる。
【００３０】
このように、送信器１では、スイッチ３１をＯＮ状態およびＯＦＦ状態のどちらの状態からどちらの状態へ切り替えるかによって、回転子の回転方向が異なるため、回転子の回転方向を検出することにより、スイッチ３１の状態、すなわち、ＯＮ状態かＯＦＦ状態かを検出することが可能となる。
【００３１】
さらに、回転手段３は、スイッチ３１をＯＦＦ状態からＯＮ状態へ操作することによって発電部２が発電する電力量と、ＯＮ状態からＯＦＦ状態へ操作することによって発電部２が発電する電力量とが異なるように構成されている。すなわち、送信器１は、前記回転子が前記固定子に対して順方向に回転したときと逆方向に回転したときとで、発電部２が発電する電力量が異なるように構成されている。
【００３２】
なお、以下では、説明の便宜上、前記回転子が前記固定子に対して順方向に回転したときに発電部２が発電する電力量の方が、逆方向に回転したときよりも多い場合について代表して説明する。
【００３３】
このような構成とするためには、例えば、前記回転子が前記固定子に対して順方向に回転したときと逆方向に回転したときとで、前記回転子に加わるトルクを異ならせることが好ましい。
【００３４】
例えば、前記回転子が前記固定子に対して順方向に回転するときのトルクを逆方向に回転したときよりも大きく設計すれば、比較的簡単に、前記回転子が前記固定子に対して順方向に回転したときに発電部２が発電する電力量を、逆方向に回転したときよりも多くすることができる。
【００３５】
また、上述の構成とするためには、例えば、前記回転子が前記固定子に対して順方向に回転したときと逆方向に回転したときとで、前記回転子の回転速度（角速度）および回転角の少なくとも一方を異ならせることが好ましく、さらには、両方を異ならせることがより好ましい。
【００３６】
例えば、前記回転子が前記固定子に対して順方向に回転するときの回転速度および回転角を共に逆方向に回転したときよりも高く（大きく）設計すれば、比較的簡単に、前記回転子が前記固定子に対して順方向に回転したときに発電部２が発電する電力量を、逆方向に回転したときよりも多くすることができる。
【００３７】
なお、回転手段３の機構が、前述したような第１バネ部材および第２バネ部材を用いる構成である場合には、例えば、第１バネ部材の弾性力を第２バネ部材の弾性力よりも強くすれば、前記回転子の順方向に回転する際の回転速度およびトルクが逆方向に回転する際の回転速度よりも速くなる。さらに、第１バネ部材を伸張する際の伸張率を第２バネ部材の伸張率よりも高くすれば、前記回転子の順方向に回転する際の回転角およびトルクが逆方向に回転する際の回転角よりも大きくなる。
【００３８】
このように、前述したような機構によれば、簡単な構成で、前記回転子が前記固定子に対して順方向に回転したときと、逆方向に回転してときとで発電部２が発電する電力量を異ならせることができる。
【００３９】
−整流部４−
整流部（整流回路）４は、発電部２に接続されている。整流部４は、発電部２により発生した交流電力を直流電力に整流する機能を有している。整流部４の構成としては、このような機能を発揮することができる限り、特に限定されず、例えば、図３に示すような回路を用いることができる。
【００４０】
−蓄電部５−
蓄電部５は、整流部４に接続されている。蓄電部５は、例えば、コンデンサ等で構成されており、所定の容量の電力を蓄電することができる。これにより、発電部２により発生した電力を蓄えることができ、後述するように、検出部７およびＲＦコントローラ９に安定的に電力を供給することができる。蓄電部５の容量としては、特に限定されないが、５０〜８０μＦ程度とすることができる。
【００４１】
−変圧部６−
変圧部（ＤＣ／ＤＣコンバータ）６は、整流部４および蓄電部５にそれぞれ接続されている。変圧部６は、整流部４から入力された直流電圧を所定の電圧値に調整する機能を有している。このような変圧部６から出力された直流電圧は、検出部７およびＲＦコントローラ９に供給され、これにより、検出部７およびＲＦコントローラ９がそれぞれ作動する。なお、変圧部６によって調整すべき電圧値は、特に限定されないが、２〜３Ｖ程度とされる。
【００４２】
−検出部７−
検出部７は、変圧部６に接続されている。検出部７は、例えば、マイクロコントローラ（マイコン）で構成されている。このような検出部７は、変圧部６で調整された直流電圧によって駆動する。また、検出部７には、発電部２から発生し、整流部４によって整流された直流電圧が入力される。
【００４３】
検出部７は、入力された直流電圧の大きさ、すなわち発電部２の発電量に基づいて、前記固定子に対する前記回転子の回転方向を検出する機能を有している。
【００４４】
前述したように、発電部２が発電する電力量は、前記回転子が前記固定子に対して順方向に回転したときの方が、逆方向に回転したときよりも多い。そのため、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、前記回転子が前記固定子に対して順方向に回転することにより発電部２から発生し、整流部４によって整流された直流電圧の大きさと、前記回転子が前記固定子に対して逆方向に回転することにより発電部２から発生し、整流部４によって整流された直流電圧の大きさとが異なっている。
【００４５】
なお、図４（ａ）には、前記回転子が前記固定子に対して順方向に回転することにより発電部２から発生した交流電圧Ｖ１と、整流部４によって整流された直流電圧Ｖ２とを示しており、図４（ｂ）には、前記回転子が前記固定子に対して逆方向に回転することにより発電部２から発生した交流電圧Ｖ１’と、整流部４によって整流された直流電圧Ｖ２’とを示している。
【００４６】
本実施形態では、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、直流電圧Ｖ２の最大値と、直流電圧Ｖ２’の最大値との間に位置するように、電圧値の閾値Ｖｔが設定されており、検出部７は、入力された直流電圧の大きさ（最大値）が、この閾値Ｖｔを超えるか否かを検知することにより、前記回転子の回転方向を検出する。
【００４７】
具体的には、検出部７は、入力された直流電圧の大きさが閾値Ｖｔを超えれば、前記回転子が前記固定子に対して順方向に回転し、スイッチ３１がＯＦＦ状態からＯＮ状態となったことを検出し、入力された直流電圧の大きさが閾値Ｖｔを超えなければ、前記回転子が前記固定子に対して逆方向に回転し、スイッチ３１がＯＮ状態からＯＦＦ状態となったことを検出する。
【００４８】
このように、予め設定された閾値Ｖｔと比較することにより、より精度よく、前記回転子の回転方向を検出することができる。なお、閾値Ｖｔは、例えば、検出部７の図示しない記憶部に記憶させておくことができる。
【００４９】
ここで、直流電圧Ｖ２の最大値と、直流電圧Ｖ２’の最大値の差としては、特に限定されないが、０．５〜２．０Ｖ程度であるのが好ましい。これにより、直流電圧Ｖ２、Ｖ２’の差が充分大きくなり、閾値Ｖｔと直流電圧Ｖ２の最大値との差および閾値Ｖｔと直流電圧Ｖ２’の最大値との差をそれぞれ充分に確保することができる。そのため、より正確に、前記回転子の回転方向を検出することができる。
【００５０】
このような検出部７は、マイクロコントローラで構成されているため、電力供給からの起動がすばやく、電力供給から上述のような検出を行うことができる状態となるまでの時間（起動時間）が極めて短く、通常、１ｍｓｅｃ以下である。ここで、図４（ａ）および（ｂ）に示すような直流電圧Ｖ２、Ｖ２’の波形が現れるのが、通常、数１０ｍｓｅｃと比較的短いため、本実施形態のように、起動時間が早い検出部７を用いることにより、確実に、検出部７に入力された直流電圧と閾値Ｖｔとを比較することができ、回転子の回転方向を正確に検出することができる。すなわち、検出部７によれば、発電部２以外の外部電源からの電力供給がなくても、前記回転子の回転方向を精度よく検出することができる。
【００５１】
−ＲＦコントローラ９−
ＲＦコントローラ９は、変圧部６および検出部７に接続されている。このようなＲＦコントローラ９は、変圧部６から供給される電力によって駆動し、例えば、検出部７の制御により、検出部７が検出した回転子の回転方向に関する信号（スイッチ３１の状態に関する信号）を、所定の周波数の信号として発振する。
【００５２】
−アンテナ１０−
ＲＦコントローラ９には、アンテナ１０が接続されており、アンテナ１０は、ＲＦコントローラ９が発振した信号を外部機器に対して無線送信する。
【００５３】
−放電部８−
放電部８は、蓄電部５および検出部７に接続されている。このような放電部８は、前述のようなアンテナ１０からの信号の送信を終え、それ以上の電力供給が必要なくなった後に、蓄電部５に蓄電された電力を放電する。なお、放電部８は、必要に応じて設ければよく、例えば、発電部２から発生した電力のほぼ全部が、検出部７およびＲＦコントローラ９の駆動に用いられるような場合には、放電部８は、省略してもよい。
【００５４】
以上、送信器１について詳細に説明した。このような送信器１によれば、外部電源等を用いなくても、回転子の回転方向を正確に検出することができる。
【００５５】
以上、本発明の回転方向検出装置および回転方向検出方法について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の回転方向検出装置では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
【００５６】
また、前述した実施形態では、回転子の回転方向に関する信号を無線で送信しているが、有線で送信してもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１‥‥回転方向検出装置（送信器）
２‥‥発電部
３‥‥回転手段
３１‥‥スイッチ
３１１、３１２‥‥押圧部
４‥‥整流部
５‥‥蓄電部
６‥‥変圧部
７‥‥検出部
８‥‥放電部
９‥‥ＲＦコントローラ
１０‥‥アンテナ
１００‥‥筐体
【図１】
2012145417.tif 000003
【図２】
2012145417.tif 000004
【図３】
2012145417.tif 000005
【図４】
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