(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子鉄心を有する回転子と、回転磁界を形成するために固定子鉄心に巻線が巻装される固定子とからなるモータにおいて、
前記回転子鉄心の端面部に、該回転子外径よりも小さい内径で回転子軸に平行な円筒状の凹部が形成されるとともに、該凹部の内周側面に凹凸部を形成し、該凹凸部により生じる磁気的または幾何学的な変化を検出するためのセンサを、前記凹部の内側で前記凹凸部に対向させるように固定側に配設し、該センサにより、前記凹凸部の磁気的または幾何学的な変化を検出して、前記回転子の位置を検出することを特徴とするセンサを内蔵するモータ。
【請求項２】
前記回転子鉄心の前記凹部の内周側面は軸方向に複数のブロックに分けられており、各ブロックごとに任意の数の凹凸が任意の位置関係で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサを内蔵するモータ。
【請求項３】
前記固定子は、前記回転子の外周面と対向する面に複数個の固定子極歯が設けられた複数の固定子磁極が放射状に配置された固定子鉄心と、前記固定子磁極にそれぞれ巻装された巻線とからなり、前記回転子の回転子鉄心は、前記固定子磁極と対向する外周面に複数個の回転子極歯が設けられるとともに、前記モータがハイブリッド型ステッピングモータまたはＶＲ型ステッピングモータであることを特徴とする請求項１に記載のセンサを内蔵するモータ。
【請求項４】
前記回転子鉄心の前記凹部の内周面に形成された凹凸部の凹凸の数が、前記回転子極歯の数に等しいか、またはそれよりも多いことを特徴とする請求項３に記載のセンサを内蔵するモータ。
【請求項５】
回転子鉄心を有する回転子と、回転磁界を形成するために固定子鉄心に巻線が巻装される固定子とからなるモータにおいて、
前記回転子鉄心は、その外周面に半径方向に磁化された円筒状の永久磁石が嵌着され 、かつ該回転子鉄心の端面部に、該回転子外径よりも小さい内径で回転子軸に平行な円筒状の凹部が形成されるとともに、該凹部の内周側面に凹凸部を形成し、該凹凸部により生じるインダクタンスの変化を検出するためのセンサを、前記凹部の内側で前記凹凸部に対向させるように固定側に配設し、該センサにより、前記凹凸部のインダクタンスの変化を検出して、前記回転子の位置を検出することを特徴とするセンサを内蔵するモータ。
【請求項６】
前記センサを複数個配置し、前記変化より得られる信号を用いてレゾルバとして機能させることを特徴とする請求項１または請求項５に記載のセンサを内蔵するモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサを内蔵したモータに関するものであり、更に詳しくは、ハイブリッド型ステッピングモータ、ＶＲ型ステッピングモータ、ＤＣブラシレスモータまたはセンサを、レゾルバとして機能させるモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のモータとしては、例えば図１２ないし図１４に示すようなものがある。
同図において、前記モータ１０１は、固定子１０２と、該固定子１０２内の軸心上に回動自在に配設された回転子１０３とからなる。該固定子１０２は、回転磁界を形成するため、その固定子鉄心１０４に巻線１０５が巻装されており、前記回転子１０３は、回転子鉄心１０６および回転軸１０７とともに、軸受１０８を介してフレーム１０９に回動自在に支持されている。
【０００３】
前記回転子鉄心１０６を有する回転子１０３と、回転磁界を形成するために巻装された巻線１０５を備えた固定子１０２からなるモータ１０１であって、該回転子鉄心１０６は、通常、厚さが１ｍｍ以下の電磁鋼板をプレス等により打ち抜き、これらを数枚ないし数十枚積層して形成される。モータの種類により該回転子鉄心１０６の形状は異なる。
【０００４】
例えば、従来のハイブリッド型ステッピングモータの回転子鉄心形状は、用いられる永久磁石の種類により異なり、保磁力の小さい鋳造磁石では図１２に示すように永久磁石１１０ａを取り囲むカップ構造の回転子鉄心１０６が用いられ、保磁力の大きな希土類系磁石では図１３に示すような永久磁石１１０ｂに、塊状の回転子鉄心１０６が用いられている。また、特開昭６３−１２４７６２号公報には、回転子１０３の軽量化による高速応答性の改善と軸方向の長さの短縮化を意図して、図１４に示すような凹状の中空部１１１を有する回転子鉄心１０６が開示されている。
【０００５】
一方、モータの回転子位置を検出する方法としては、ＤＣモータ等で適用されている回転子に装着された永久磁石の磁束を、ホール素子等の磁気センサで検出する方法や、サーボモータに見られるようにモータの出力側と反対側に光学式エンコーダ等の位置検出ユニットを装着するものが一般的に用いられている
【０００６】
他方、レゾルバを内蔵したモータとしては、例えば特許第２５５８１４５号公報、特開平８−１０１０４４号公報および特開平８−１６３８４７号公報などに開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記の回転子に固着された永久磁石を用いて回転子位置を検出する方法では、通常、モータのトルクを生じせしめる永久磁石と、該回転子の位置検出に供される永久磁石とが共用されている。
【０００８】
しかしながら、出力の大きなモータでは、永久磁石の着磁特性の問題に起因して該永久磁石の極数に制限が生じ、高精度の位置検出が困難であるという問題点がある。また、通常のモータでは、固定子に巻装された巻線に通電して回転磁界を生じせしめ、該回転磁界と前記永久磁石による磁界との相互作用によりトルクを発生せしめるが、位置検出のためのセンサ部における前記固定子からの磁界の影響を除去するため、該回転子を固定子より長くするなどの対策が講じられ、このためモータの全長を長くする要因となっている。
【０００９】
一方、前記の光学式エンコーダなどを装着したモータは、エンコーダ分だけモータの全長が長くなり、モータの体積が増加すると同時に、高価なエンコーダを用いることによる大幅なコストアップを引き起こすという問題点があった。モータ内部にエンコーダなどを内蔵した場合では、モータ全長を従来品と同サイズに保持しようとすると、回転子全長を短くすることが避けられず、同一寸法のモータに比べて出力が低下する原因となっていた。
【００１０】
加えて、回転子の外周面に極歯を有するハイブリッド型ステッピングモータまたはＶＲ型ステッピングモータに至っては、該極歯とエンコーダ信号との位置関係を対応させて組み立てるとき、エンコーダ信号を観察しながら回転子に組み付けるという煩雑な工程が必要とされる。更にエンコーダは機械的に堅牢でないため衝撃等により破損するという欠点があった。
【００１１】
他方、レゾルバを内蔵したモータでは、通常、固定子にセンサ用の巻線を施す。センサ用の巻線はセンサ専用の固定子突極に巻装されるか、またはモータの回転子の励磁用突極と同じ突極に巻装されている。しかしながら、いずれの場合においても、本来、固定子の巻線に供される空間の一部をセンサ巻線が占めることになり、該モータが、本来有する特性からの低下を余儀なくされた。
【００１２】
更に、前記ハイブリッド型ステッピングモータ１０１においては、通常、回転子１０３は、回転子極歯が設けられた一対以上の回転子鉄心１０６を有し、一対の該回転子鉄心１０６は、それぞれの回転子極歯が回転軸１０７を中心に電気角で１８０°の角度、ずれるように構成されている。このため、該ハイブリッド型ステッピングモータ１０１の固定子突極にセンサ巻線を施し、かつ回転子極歯を捉えるためには固定子鉄心１０４を軸方向の中央で分割して、センサ巻線を巻装する必要があり、構造や工程の複雑化によるコストアップを招くという問題点があった。
【００１３】
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、そのひとつの目的は前記問題点を解決し、モータの構造や組付工程の単純化を図って、製造コストの安価な、センサを内蔵するモータを提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は前記問題点を解決し、モータの全長を長くすることなく、同一寸法のモータに比べて、その出力や特性を低下させない、センサを内蔵するモータを提供することにある。
【００１５】
本発明のさらに他の目的は前記問題点を解決し、回転子の位置検出が高精度にできるセンサを内蔵するモータを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の構成は、回転子鉄心を有する回転子と、回転磁界を形成するために固定子鉄心に巻線が巻装される固定子とからなるモータにおいて、次のとおりである。
【００１７】
（１）前記回転子鉄心の端面部に、該回転子外径よりも小さい内径で回転子軸に平行な円筒状の凹部が形成されるとともに、該凹部の内周側面に凹凸部を形成し、該凹凸部により生じる磁気的または幾何学的な変化を検出するためのセンサを、前記凹部の内側で前記凹凸部に対向させるように固定側に配設し、該センサにより、前記凹凸部の磁気的または幾何学的な変化を検出して、前記回転子の位置を検出するセンサを内蔵するモータである。
【００１８】
（２）  （１）において、前記回転子鉄心の前記凹部の内周側面は軸方向に複数のブロックに分けられており、各ブロックごとに任意の数の凹凸が任意の位置関係で形成されていることを特徴とする。
【００１９】
（３）  （１）において、前記固定子は、前記回転子の外周面と対向する面に複数個の固定子極歯が設けられた複数の固定子磁極が放射状に配置された固定子鉄心と、前記固定子磁極にそれぞれ巻装された巻線とからなり、前記回転子の回転子鉄心は、前記固定子磁極と対向する外周面に複数個の回転子極歯が設けられるとともに、前記モータがハイブリッド型ステッピングモータまたはＶＲ型ステッピングモータであることを特徴とする。
【００２０】
（４）  （３）において、前記回転子鉄心の前記凹部の内周面に形成された凹凸部の凹凸の数が、前記回転子極歯の数に等しいか、またはそれよりも多いことを特徴とする。
【００２１】
（５）前記回転子鉄心は、その外周面に半径方向に磁化された円筒状の永久磁石が嵌着され、かつ該回転子鉄心の端面部に、該回転子外径よりも小さい内径で回転子軸に平行な円筒状の凹部が形成されるとともに、該凹部の内周側面に凹凸部を形成し、該凹凸部により生じるインダクタンスの変化を検出するためのセンサを、前記凹部の内側で前記凹凸部に対向させるように固定側に配設し、該センサにより、前記凹凸部のインダクタンスの変化を検出して、前記回転子の位置を検出するセンサを内蔵するモータである。
【００２２】
（６） （１）または（５）において、前記センサを複数個配置し、前記変化より得られる信号を用いてレゾルバとして機能させるセンサを内蔵するモータである。
【００２３】
本発明は、請求項１から４に記載（特に、回転子）のように構成されているので、モータの回転子鉄心の凹部内周側面近傍において、該側面に形成された凹凸部によるモータの軸方向およびモータの軸に垂直な方向の磁気的および幾何学的な変化が、回転子の回転に伴い生じる。該磁気的変化、すなわち磁束の変化を検出する方法はモータの構成により様々であるが、センサとして、例えばホール素子、ホールＩＣ、ＭＲ素子、コイル等で検出することができる。
【００２４】
図５に、回転子が回転し、回転子鉄心凹部内周側面の凹凸部の凹凸で磁束の変化が生じる場合のセンサ信号を示す。例えば、該側面の凸部が、センサと対向した時にセンサが感知する磁束が大きくなり、凹部がセンサと対向した時にセンサが感知する磁束は小さくなる。
また、センサとしてコイルを用いる場合は、インダクタンスの変化として該側面に設けた凹凸を検出することができる。
【００２５】
固定子の巻線による磁界は、主としてモータの軸方向に対して垂直な方向に生じ、回転子位置を磁気的に検出する場合には該磁界が悪影響を及ぼす。
しかしながら、本発明の回転子鉄心の端面部は凹状に形成されているので、磁気遮蔽と同様の効果により、該凹部内周側面内側では、固定子巻線による磁界は該回転子鉄心の外周側に比べて低減することができる。
【００２６】
一方、該回転子鉄心凹部内周側面に形成された凹凸部の凹凸を幾何学的に検出することで、前記の磁気的な位置検出と同様の回転子の位置検出が可能である。幾何学的な変化を検出する方法としては、触子による方法、赤外線等の光学素子を用いた方法、超音波素子を用いた方法などが挙げられる。
しかしながら、触子の摩耗や該摩耗粉のモータへの影響を考えると、接触式による該凹凸部の幾何学的な変化を検出よりは、光学素子、超音波素子等による非接触式にて前記変化を検出する方が好ましい。
更に、前記のセンサを複数個用いることで、レゾルバとして機能させることも可能である。
【００２７】
回転子鉄心凹部内周側面に形成される凹凸は、複数個の回転子鉄心を有するモータにおいても、該モータの少なくとも１つの回転子鉄心に形成されていれば、本発明の効果が得られる。該側面に形成される凹凸の数は特に制約はないが、該数を増すことでより高精度な回転子の位置検出が可能となる。特にハイブリッド型ステッピングモータやＶＲ型ステッピングモータでは、本発明の請求項４に記載した条件を満足することが望ましい。すなわち、該凹凸の数が回転子鉄心の極歯の数よりも少ない場合で、かつセンサが単一の場合は、モータの分解能に対応した回転子の位置検出が不可能になるためである。
しかしながら、センサを複数個用いる場合や回転子のある一点の位置を検出する場合などでは、必ずしも本発明の請求項４を満足する必要はない。
【００２８】
また、モータの固定側に配設されるセンサの配置については、特別な制約はないが、図１または図２のセンサ１３ａまたは２３ａに示すようにモータ軸に平行な方向の磁気的変化あるいは幾何学的変化を検出するように配置するか、図１または図２のセンサ１３ｂまたは２３ｂに示すようにモータ軸に垂直な方向の磁気的変化または幾何学的変化を検出するように配置することが好ましい。
【００２９】
加えて、本発明の請求項２に記載のような構成により、固定子の巻線により生じる磁界の影響をより低減することや、回転子の絶対位置検出が可能となる。
【００３０】
回転子の絶対位置検出は図６を用いて説明する。回転子鉄心の凹部内周側面の凹凸をモータ軸方向に対して、例えば図６のように構成することで、アブソリュート型エンコーダと同様の構成にすることが可能となる。すなわち、図６では、第１ブロックから第４ブロックの信号を２n （２のｎ乗）の重みを付加して加え合わせることにより、すなわち、第１ブロックの信号に対しては２0 、第２ブロックの信号に対しては２1 、第３ブロックの信号に対しては２2 、第４ブロックの信号に対しては２3 の重みを付加して加えあわせることにより、回転子位置が２進数で表現でき、０から１５までの回転子位置の絶対位置検出が可能となる。
【００３１】
更に、本発明は、請求項５に記載（特に、回転子）のように構成されているので、モータの回転子鉄心の凹部内側底面に形成された凹凸部の凹凸によりインダクタンスの変化を生み出すことができる。
【００３２】
図１１に、センサ巻線を通電し、かつ回転子が回転したときの、該センサ巻線のインダクタンスの変化を示す。該センサ巻線が巻装されているセンサ鉄心は、回転子鉄心の凹部内周側面の凸部と同程度の突極を有する。
【００３３】
例えば、回転子の回転に伴い、該凹部内周側面に形成された凸部が前記センサ鉄心の突極と対向したとき、前記回転子鉄心と該センサ鉄心等で構成される磁気回路の磁気抵抗は小さくなり、前記センサ巻線のインダクタンスは大きくなる。また、回転子の回転に伴い、該凹部内周側面の凹部が前記センサ鉄心の突極と対向した時、前記回転子鉄心と該センサ鉄心等で構成される磁気回路の磁気抵抗は大きくなり、前記センサ巻線のインダクタンスは小さくなる。
【００３４】
本発明の前記請求項にある回転子鉄心の凹部内周側面の凹凸の形状は、前記インダクタンスの変化が検出できればいかなる形状であっても構わない。回転子鉄心端面部に形成される凹部の形状についても、本発明の構成を可能にする形状であれば任意に選択できる。
【００３５】
更に、本発明の前記凹凸部は、モータの軸方向に複数個のブロックに分けられ、また、それぞれのブロックにおける凹凸の数が異なっていても構わない。同様に、該凹凸部は、凹部内周側面の円周方向に複数個のブロックに分けられ、また、それぞれのブロックにおける凹凸の数が異なっていても構わない。
【００３６】
前記凹凸部を複数個のブロックに分割する場合、該それぞれのブロックに形成する凹凸の数やセンサを適切に配置することで、回転子の絶対位置検出も可能となる。その詳細は、前述のように、図６を用いて説明したとおりである。
【００３７】
一方、前記回転子鉄心の凹部内周側面に形成された凹凸により生じるインダクタンスの変化を検出するセンサとしては、例えば図８や図９に示すとおりであるが、これもまた形状、構成等に特に制限はない。しかしながら、前記センサを複数個配置し、該変化より得られる信号を用いてレゾルバとして機能させるのがより好ましい。
【００３８】
以上のように、本発明は、光学式エンコーダを使用しないため、モータの構造が、従来のものに比較して単純化され、回転子の組み付けに際し、煩雑な工程がなくなる。また、モータの全長を長くすることなく、同一寸法のモータに比べて、モータが本来有する、出力や特性を低下させないですむ。さらに、精度良く回転子の位置検出が可能となる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好適な発明の実施の形態を、各実施例について、詳しく説明する。
各実施例は、全てハイリブッド型ステッピングモータおよびブラシレスＤＣモータの例を示すが、ＶＲ型ステッピングモータや、他の回転子鉄心を有する回転子と回転磁界を形成するために巻装された巻線を備えた固定子とからなるモータについては、以下の実施例と類似して実現できる。
【００４０】
（第１実施例）  図１は、本発明のセンサを内蔵するモータの第１実施例を示すハイブリッド型ステッピングモータの構成説明図で、図１（ａ）は、回転子の構造の理解を容易くするために、回転子のみ半断面にした縦断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のモータ軸方向より見た回転子鉄心の左側面図である。
【００４１】
図１において、前記ステッピングモータ１は、固定子２と、該固定子２内の軸心上に回動自在に配設された回転子３とからなる。
該固定子２は、その固定子鉄心４に、内側に向かって放射状に複数個の磁極が配設されており、それぞれの磁極の内周面には円周方向に複数個の固定子極歯４ａが等ピッチで形成されている。そして、該固定子２は、回転磁界を形成するため前記固定子鉄心４のそれぞれの磁極に巻線５が巻装されるとともに、フレーム９，９に、図示しないねじ等により、締結、支持されている。
【００４２】
前記回転子３は、回転子鉄心６ａ，６ｂおよび軸７とともに、軸受８を介して前記フレーム９，９に回動自在に支持されている。該回転子３には、軸７上に前記２個の回転子鉄心６ａ，６ｂと、該回転子鉄心６ａ，６ｂの中間に挟持され、かつ軸方向に磁化されたリング状の永久磁石１０が配設されている。また、前記回転子鉄心６ａ，６ｂの外周面には、前記固定子極歯４ａに対向して円周方向に同一等ピッチで、複数個の回転子極歯６ｃが形成されている。
【００４３】
前記回転子３の前記回転子鉄心６ａ，６ｂの端面部には、該回転子３の外径よりも小さい径で、該軸７に平行な円筒状の凹部１１が形成されている。前記回転子鉄心６ａ，６ｂの一方の回転子鉄心６ａに形成された前記凹部１１内の前記軸７に対向する内周側面には、凹凸を施した凹凸部１２が形成されている。（他方の回転子鉄心６ｂに形成された凹部１１には、凹凸部１２は形成されていない）
【００４４】
１３ａおよび１３ｂは、前記凹部１１内の内周面に形成された凹凸部１２の磁気的または幾何学的な変化を検出できるセンサで、該凹凸部１２に対向して、該モータ１の固定側、例えば固定子２またはフレーム９側に、公知の固定手段にて配設されている。
該センサ１３ａを図１のように配置する場合、前記凹凸部１２の磁気的または幾何学的な変化は、モータ軸７に対して垂直な方向の変化として検出できる。検出された磁気的または幾何学的な変化を電圧信号に変換すると、例えば図５のようになる。更に、センサを図１の点線で示したように全体として複数個、適当に配置することにより、位相のずれた電圧信号を検出することが可能となる。
【００４５】
（第２実施例）  図２は、本発明のセンサを内蔵するモータの第２実施例を示すハイブリッド型ステッピングモータ２１の構成説明図で、図２（ａ）は、回転子の構造の理解を容易くするために、回転子のみ半断面にした縦断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のモータ軸方向より見た回転子鉄心の左側面図である。図２において、図１と同一部材には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００４６】
図２において、前記一方の回転子鉄心６ａに代えて、その凹凸部１２のみ異なる回転子鉄心２６ａを配設し、該回転子鉄心２６ａに形成された前記凹部１１内の、前記軸７に対向する内周面には、ただ１個の凸部２２ａを施した凹凸部２２が形成されている。（他方の回転子鉄心６ｂに形成された凹部１１には、凹凸部２２は形成されていない）
【００４７】
２３ａおよび２３ｂは、前記凹部１１内の内周面に、ただ１個の凸部２２ａが形成された凹凸部２２の磁気的または幾何学的な変化を検出できるセンサで、該凹凸部２２に対向して、該モータ１の固定側、例えば固定子２またはフレーム９側に配設されている。
該センサ２３ａを図２のように配置する場合、磁気的または幾何学的な変化は、モータ軸７と同じ方向の変化が検出できる。一方、センサ２３ｂを図２のように配置する場合は、磁気的または幾何学的な変化はモータ軸７に対して垂直な方向の変化として検出できる。検出された磁気的または幾何学的な変化による信号は回転子の１回転に対して１つとなり、回転子３の原点検出が、本実施例により可能である。
【００４８】
（第３実施例）  図３は、本発明のセンサを内蔵するモータの第３実施例を示すハイブリッド型ステッピングモータ３１の構成説明図で、図３（ａ）は、回転子の構造の理解を容易くするために、回転子のみ半断面にした縦断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のモータ軸方向より見た回転子鉄心の左側面図である。図３において、図１と同一部材には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００４９】
図３において、前記一方の回転子鉄心６ａに代えて、その凹凸部１２のみ異なる回転子鉄心３６ａを配設し、該回転子鉄心３６ａに形成された前記凹部１１内の、前記軸７に対向する内周面には、凹凸を施していない（凹凸の数が零である）無凹凸部３２ａと、凹凸を施した凹凸部３２ｂとが、軸７方向に並んで形成されている。（他方の回転子鉄心６ｂに形成された凹部１１には、凹凸部１２は形成されていない）
【００５０】
３３は、前記凹部１１内の内周面に凹凸が施された凹凸部３２ｂの磁気的または幾何学的な変化を検出できるセンサで、該凹凸部３２ｂに対向して、該モータの固定側に配設されている。
この場合、磁気的または幾何学的な変化は、モータ軸７と同じ方向およびモータ軸７に対して垂直な方向のいずれでも検出できる。さらに、センサ３３を図３の点線で示したように全体として複数個、適当に配置することにより、位相のずれた信号を検出することが可能となる。
【００５１】
（第４実施例）  図４は、本発明の第４実施例を示すハイブリッド型ステッピングモータ４１の構成説明図で、図４（ａ）は、回転子のみ半断面にした縦断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のモータ軸方向より見た回転子鉄心の左側面図である。図４において、図１と同一部材には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００５２】
図４において、前記一方の回転子鉄心６ａに代えて、その凹凸部１２のみ異なる回転子鉄心４６ａを配設し、該回転子鉄心４６ａに形成された前記凹部１１内の、前記軸７に対向する内周面には、軸７方向に複数個（本実施例では、４）のブロックの分割され、それぞれのブロックに凹凸を施した凹凸部４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄが順に形成されている。（他方の回転子鉄心６ｂに形成された凹部１１には、凹凸部は形成されていない）
【００５３】
前記４分割されたそれぞれの凹凸部４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄの配置は、図６のようにモータの軸７方向に対して、施された凹凸が一定ではなく、２n （２のｎ乗）のべき乗部ｎに対応するようにした形成されている。
図４と図６を用いて、前記凹凸の構成を更に詳しく説明する。例えば、図４の回転子鉄心４６ａの凹部１１内周面に形成される凹凸部４２ａは、図６の第１ブロックに対応するように構成し、続いて該鉄心４６ａの凹凸部４２ｂは、図６の第２段ブロック対応するように構成する。以下、同様に、該鉄心４６の凹凸部４２ｃは、図６の第３ブロックに、凹凸部４２ｄは、図６の第４ブロックに対応するように構成し、各ブロックより生じる信号をより明確するために、各ブロックの間に凹凸のない部分を挿入するように形成しておくとよい。
【００５４】
４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄは、前記凹部１１内の内周側面に凹凸が施された凹凸部４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄの磁気的または幾何学的な変化を検出できるセンサで、該凹凸部４２ａ，‥‥，４２ｄのそれぞれに対向して、該モータ４１の固定側に配設されている。
前記センサ４３ａ，‥‥の数は、前記鉄心４６ａの凹部１１内周面に形成た凹凸部４２ａ，‥‥のモータ軸７方向の変化、すなわち２n のべき乗部ｎに１を加えた数にする。この構成により得られる信号波形の例を図７に示す。各センサ４３ａ，‥‥，４３ｄの出力を、重み付けを行って加えあわせることにより、回転子位置の絶対位置検出が可能となる。
【００５５】
本実施例の場合、４個のセンサ４３ａ，‥‥，４３ｄにそれぞれ４３ａは２0 、センサ４３ｂは２1 、センサ４３ｃは２2 、そしてセンサ４３ｄは２3 の重みをつけ、得られた信号に掛け合わせることにより、回転子３位置の絶対位置検出が行える。例えば、回転子位置が１０の場合は、
０×２0 ＋１×２1 ＋０×２2 ＋１×２3 ＝１０
となる。
【００５６】
（第５実施例）  図８は、本発明の第５実施例を示すハイブリッド型ステッピングモータ５１の構成説明図で、図８（ａ）は、回転子のみ半断面にした縦断面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のモータ軸方向より見た回転子鉄心のセンサ断面を含む左側面図である。図８において、図１と同一部材には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００５７】
図８において、前記一方の回転子鉄心６ａに代えて、その凹凸部１２のみ異なる回転子鉄心５６ａを配設し、該回転子鉄心５６ａに形成された前記凹部１１内の前記軸７に対向する内周面には、凹凸を施した凹凸部５２が形成されている。（他方の回転子鉄心６ｂに形成された凹部１１には、凹凸部は形成されていない）
５３は、前記凹部１１内の内周面に形成された凹凸部５２の磁気的または幾何学的な変化を検出できるセンサで、該センサ５３は、その凹凸を検出するためのセンサ鉄心５３ａと、該鉄心５３ａに巻装されたセンサ巻線５３ｂから成り、前記凹凸部５２に対向して、該モータ５１の固定側、例えば固定子２またはフレーム９側に配設されている。
【００５８】
本実施例のモータ５１では、回転子３の回転に伴い前記センサ５３のセンサ巻線５３ｂのインダクタンスが、例えば図１１のように変化し、回転子３の位置を検出することが可能となる。
【００５９】
（第６実施例）  図９は、本発明の第６実施例を示すブラシレスＤＣモータ６１の構成説明図で、図９（ａ）は、回転子のみ半断面にした該モータの縦断面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のモータ軸方向より見た回転子鉄心のセンサ断面を含む左側面図である。
【００６０】
図９において、前記ブラシレスＤＣモータ６１は、固定子６２と、該固定子６２内の軸心上に回動自在に配設された回転子６３とからなる。
該固定子６２は、その固定子鉄心６４に、内側に向かって放射状に複数個の磁極が配設されており、回転磁界を形成するため前記それぞれの磁極に巻線６５が巻装されるとともに、フレーム６９，６９に、図示しないねじ等により、締結、支持されている。
【００６１】
前記回転子６３は、回転子鉄心６６および軸６７とともに、軸受６８を介して前記フレーム６９，６９に回動自在に支持されている。該回転子６３は、その外周面に半径方向に磁化された円筒状の永久磁石７０が嵌着されている。
前記回転子６３の前記回転子鉄心６６の両端面部に、該回転子６３の外径よりも小さい径で、該軸６７に平行で円筒状に凹部７１が形成されている。そして、前記回転子鉄心６６の一方の端面部に形成された前記凹部７１内の前記軸６７に対向する内周面には、凹凸を施した凹凸部７２が形成されている。（他方の端面部に形成された凹部７１には、凹凸部は形成されていない）
【００６２】
７３は、前記凹部７１内の内周面に形成された凹凸部７２のインダクタンス変化を検出できるセンサで、該凹凸部７２に対向して、該モータ６１の固定側、例えば固定子６２またはフレーム６９側に、公知の固定手段にて配設されている。前記センサ７３は、外周面に複数個のセンサ極歯７３ａが設けられた複数個のセンサ磁極７３ｂが放射状に配設されたセンサ鉄心７３ｃと、該センサ磁極７３ｂにそれぞれ巻装されたセンサ巻線７３ｄとからなっている。
【００６３】
該センサ７３のセンサ鉄心７３ｃは、隣り合う磁極７３ｂのセンサ極歯７３ａのピッチがそれぞれ電気角で９０°となるように形成されており、前記センサ巻線７３ｄの回巻方向および結線を適切にすることにより、前記回転子６３の回転に伴い、該センサ７３から得られるインダクタンスの変化の信号は、９０°の位相差を有するレゾルバ信号となり、回転子６３の回転方向および位置を検出することが可能となる。
【００６４】
（第７実施例）  図１０は、本発明の第７実施例を示すハイブリッド型ステッピングモータ８１の構成説明図で、図１０（ａ）は、回転子のみ半断面にした該モータの縦断面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のモータ軸方向より見た回転子鉄心のセンサ断面を含む左側面図である。図１０において、図１と同一部材には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００６５】
図８において、前記一方の回転子鉄心６ａに代えて、その凹凸部１２のみ異なる回転子鉄心８６ａを配設し、該回転子鉄心８６ａに形成された前記凹部１１内の底部近傍に段部１１ａを形成し、該段部１１ａの前記軸７に対向する内周面には、該凹部１１開口側に向けて、凹凸を施した凹凸部８２が形成されている。（他方の回転子鉄心６ｂに形成された凹部１１には、凹凸部は形成されていない）
【００６６】
８３は、前記凹部１１内の底部近傍の段部１１ａに形成された凹凸部８２のインダクタンス変化を検出できるセンサで、該凹凸部８２に対向して、該モータ８１の固定側、例えば固定子２またはフレーム９側に、公知の固定手段にて配設されている。
前記センサ８３は、外周面に複数個のセンサ極歯８３ａが設けられた複数個のセンサ磁極８３ｂが放射状に配設されたセンサ鉄心８３ｃと、該センサ鉄心８３ｃにそれぞれ巻装されたセンサ巻線８３ｄとからなっている。
【００６７】
該センサ８３のセンサ鉄心８３ｃは、隣り合う磁極８３ｂのセンサ極歯８３ａのピッチがそれぞれ電気角で９０°となるように形成されており、前記センサ巻線８３ｄの回巻方向および結線を適切にすることにより、前記回転子３の回転に伴い該センサ８３から得られるインダクタンスの変化の信号は、９０°の位相差を有するレゾルバ信号となり、回転子３の回転方向および位置を検出することが可能となる。
【００６８】
なお、本発明の技術は前記実施例における技術に限定されるものではなく、同様な機能を果たす他の態様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記構成の範囲内において種々の変更、付加が可能である。
【００６９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のセンサを内蔵するモータによれば、請求項１ないし４については、回転子鉄心の端面部に、回転子外径よりも小さい内径で回転子軸に平行な円筒状の凹部が形成されるとともに、該凹部の内周側面に凹凸部を形成し、該凹凸部により生じる磁気的または幾何学的な変化を検出するためのセンサを、前記凹部の内側で前記凹凸部に対向させるように固定側に配設し、該センサにより、前記凹凸部の磁気的または幾何学的な変化を検出して、前記回転子の位置を検出するので、モータの構造や組付工程を比較的単純化して、製造コストを安価にし、加えて外形寸法の変更を生じることなく、トルク、出力および特性を低下させずに、回転子位置を高精度で検出することができる。 さらに、凹状の回転子鉄心構造を採用しているので高速応答性の改善及びモータ全長の短縮化を図ることが可能となる。
【００７０】
また、本発明のセンサを内蔵するモータによれば、請求項５については、回転子鉄心は、その外周面に半径方向に磁化された円筒状の永久磁石が嵌着され、かつ該回転子鉄心の端面部に、該回転子外径よりも小さい内径で回転子軸に平行な円筒状の凹部が形成されるとともに、該凹部の内周側面に凹凸部を形成し、該凹凸部により生じるインダクタンスの変化を検出するためのセンサを、前記凹部の内側で前記凹凸部に対向させるように固定側に配設し、該センサにより、前記凹凸部のインダクタンスの変化を検出して、前記回転子の位置を検出するので、モータの構造や組付工程を比較的単純化して、製造コストを安価にし、加えて外形寸法の変更を生じることなく、トルク、出力および特性を低下させずに、回転子位置を高精度で検出することができる。
【００７１】
更に、センサ信号と回転子位置は一対一に対応しているので、センサ組付け後の位置調整が不要となる。加えて、凹状の回転子鉄心構造を採用しているので高速応答性の改善及びモータ全長の短縮化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセンサを内蔵するモータの第１実施例を示すハイブリッド型ステッピングモータの構成説明図で、図１（ａ）は、回転子の構造の理解を容易くするために、回転子のみ半断面にした縦断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のモータ軸方向より見た回転子鉄心の左側面図である。
【図２】本発明のセンサを内蔵するモータの第２実施例を示すハイブリッド型ステッピングモータの構成説明図で、図２（ａ）は、回転子のみ半断面にした縦断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のモータ軸方向より見た回転子鉄心の左側面図である。
【図３】本発明のセンサを内蔵するモータの第３実施例を示すハイブリッド型ステッピングモータの構成説明図で、図３（ａ）は、回転子のみ半断面にした縦断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のモータ軸方向より見た回転子鉄心の左側面図である。
【図４】本発明の第４実施例を示すハイブリッド型ステッピングモータの構成説明図で、図４（ａ）は、回転子のみ半断面にした縦断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のモータ軸方向より見た回転子鉄心の左側面図である。
【図５】回転子鉄心の凹部に形成される凹凸部と、回転子の回転に伴い、前記凹凸部の凹凸に対応してセンサから出力される検出信号電圧を示す図である。
【図６】回転子鉄心の凹部に形成される凹凸部が、軸方向に複数個（４個）のブロックの分割され、それぞれのブロックに施された凹凸の配置例を示す図である。
【図７】回転子の回転に伴い、図６の凹凸部の、それぞれのブロックに施された凹凸に対応して配置された、それぞれのセンサから出力される検出信号を示す図である。
【図８】本発明の第５実施例を示すハイブリッド型ステッピングモータの構成説明図で、図８（ａ）は、回転子のみ半断面にした縦断面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のモータ軸方向より見た回転子鉄心のセンサ断面を含む左側面図である。
【図９】本発明の第６実施例を示すブラシレスＤＣモータの構成説明図で、図９（ａ）は、回転子のみ半断面にした該モータの縦断面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のモータ軸方向より見た回転子鉄心のセンサ断面を含む左側面図である。
【図１０】本発明の第７実施例を示すハイブリッド型ステッピングモータの構成説明図で、図１０（ａ）は、回転子のみ半断面にした該モータの縦断面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のモータ軸方向より見た回転子鉄心のセンサ断面を含む左側面図である。
【図１１】回転子の回転に伴い生じるインダクタンスの変化を説明する図で、図１１（ａ）は、回転子鉄心の凹部に形成される凹凸部とセンサとの位置関係図、図１１（ｂ）は、回転子の回転に伴い、前記凹凸部の凹凸に対応してセンサが検出するインダクタンスの変化を示す図である。
【図１２】回転子の永久磁石に保磁力の小さい鋳造磁石を用いた従来のハイブリッド型ステッピングモータの構成説明図で、回転子のみ半断面にした該モータの縦断面図である。
【図１３】回転子の永久磁石に保磁力の大きい希土類磁石を用いた従来のハイブリッド型ステッピングモータの構成説明図で、回転子のみ半断面にした該モータの縦断面図である。
【図１４】回転子鉄心の両端部に凹部が形成された従来のハイブリッド型ステッピングモータの構成説明図で、図１４（ａ）は、回転子のみ半断面にした該モータの縦断面図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のモータ軸方向より見た回転子鉄心の左側面図である。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１，５１，８１  ステッピングモータ
２，６２  固定子
３，６３  回転子
４，６４  固定子鉄心
４ａ  固定子極歯
５，６５  巻線
６，６ａ，６ｂ，２６ａ，３６ａ，４６ａ，５６ａ，６６，８６ａ  回転子鉄心
６ｃ  回転子極歯
７，６７  軸
９，６９  フレーム
１０，７０  永久磁石
１１，７１  凹部
１１ａ  段部
１２，２２，３２ｂ，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，５２，７２，８２凹凸部
１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ，３３，４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，５３，７３，８３  センサ
６１  ブラシレスＤＣモータ
【図１】
0004050359.tif 000002
【図２】
0004050359.tif 000003
【図３】
0004050359.tif 000004
【図４】
0004050359.tif 000005
【図５】
0004050359.tif 000006
【図６】
0004050359.tif 000007
【図７】
0004050359.tif 000008
【図８】
0004050359.tif 000009
【図９】
0004050359.tif 000010
【図１０】
0004050359.tif 000011
【図１１】
0004050359.tif 000012
【図１２】
0004050359.tif 000013
【図１３】
0004050359.tif 000014
【図１４】
0004050359.tif 000015