特開 2024-168473 エンコーダ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024168473

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】エンコーダ

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/245 20060101AFI20241128BHJP

【ＦＩ】

G01D5/245 W

G01D5/245 110M

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023085187

(22)【出願日】2023-05-24

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ＦＲＡＭ

(71)【出願人】

【識別番号】303046277

【氏名又は名称】旭化成エレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】忍田 真一

(72)【発明者】

【氏名】松原 正夫

(72)【発明者】

【氏名】長濱 忍

(72)【発明者】

【氏名】山本 剛生

【テーマコード（参考）】

2F077

【Ｆターム（参考）】

2F077AA37

2F077CC02

2F077NN04

2F077PP01

2F077PP12

2F077PP13

2F077PP14

2F077PP19

2F077QQ13

2F077QQ17

(57)【要約】

【課題】回転体の回転を検知する際に、回転体の軸方向の領域を有効利用する。
【解決手段】回転体の回転を検知するエンコーダであって、前記回転体の軸方向に着磁した中空の多極磁石と、前記多極磁石の回転によって電圧パルスを発生するウィーガンドワイヤと、前記電圧パルスによって前記回転体の回転角度を検知するシングルターン用センサを備え、前記軸方向において、前記ウィーガンドワイヤの少なくとも一部が前記多極磁石と重なっており、前記ウィーガンドワイヤの長手方向が、前記多極磁石と重なる範囲における前記多極磁石の外周のいずれかの接線と平行であるエンコーダを提供する。
【選択図】図２Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転体の回転を検知するエンコーダであって、
前記回転体の軸方向に着磁した中空の多極磁石と、
前記多極磁石の回転によって電圧パルスを発生するウィーガンドワイヤと、
前記電圧パルスによって前記回転体の回転角度を検知するシングルターン用センサと、
を備え、
前記軸方向において、前記ウィーガンドワイヤの少なくとも一部が前記多極磁石と重なっており、
前記ウィーガンドワイヤの長手方向が、前記多極磁石と重なる範囲における前記多極磁石の外周のいずれかの接線と平行である
エンコーダ。

【請求項2】

前記ウィーガンドワイヤの全部が前記多極磁石と重なっている
請求項１に記載のエンコーダ。

【請求項3】

前記多極磁石は前記軸方向から見て４極以上の前記多極磁石であり、
前記エンコーダは、前記電圧パルスによって、前記シングルターン用センサの検知結果から前記回転体の回転数の演算を行う演算部を更に備え、
前記シングルターン用センサは、前記ウィーガンドワイヤが前記電圧パルスを発生する度に前記回転体の回転角度を検知し、
前記演算部は、今回の前記回転角度の検知の結果と前回の前記回転角度の検知の結果を比較して前記回転体の回転方向を算出し、前記回転数を演算する
請求項１または２に記載のエンコーダ。

【請求項4】

前記シングルターン用センサは、回転角度検知用磁石を有し、前記回転角度検知用磁石を用いて前記回転体の回転角度を検知する
請求項３に記載のエンコーダ。

【請求項5】

前記エンコーダは、前記回転角度検知用磁石から出る磁場の少なくとも一部を変化させる磁気スリットを有し、
前記シングルターン用センサは、前記磁気スリットによる前記磁場の変化を用いて前記回転体の回転角度を検知する
請求項４に記載のエンコーダ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンコーダに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、励磁磁石とウィーガンドワイヤを用いたエンコーダが知られている（例えば、特許文献１－３参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
特許文献１ 特開２０２２－１８７９４３号公報
特許文献２ 特開２０２２－７９３２９号公報
特許文献３ 特開２０２２－１８７９４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

回転体の回転を検知する際に、回転体の軸方向の領域を有効利用する。

【課題を解決するための手段】

【0004】

上記課題を解決するために、回転体の回転を検知するエンコーダを提供する。上記エンコーダは、前記回転体の軸方向に着磁した中空の多極磁石を備えてよい。上記いずれかのエンコーダは、前記多極磁石の回転によって電圧パルスを発生するウィーガンドワイヤを備えてよい。上記いずれかのエンコーダは、前記電圧パルスによって前記回転体の回転角度を検知するシングルターン用センサを備えてよい。上記いずれかのエンコーダの前記軸方向において、前記ウィーガンドワイヤの少なくとも一部が前記多極磁石と重なっていてよい。上記いずれかのエンコーダにおいて、前記ウィーガンドワイヤの長手方向が、前記多極磁石と重なる範囲における前記多極磁石の外周のいずれかの接線と平行であってよい。

【0005】

上記いずれかのエンコーダにおいて、前記ウィーガンドワイヤの全部が前記多極磁石と重なっていてよい。

【0006】

上記いずれかのエンコーダにおいて、前記多極磁石は前記軸方向から見て４極以上の前記多極磁石であってよい。上記いずれかの前記エンコーダは、前記電圧パルスによって、前記シングルターン用センサの検知結果から前記回転体の回転数の演算を行う演算部を更に備えてよい。上記いずれかのエンコーダにおいて、前記シングルターン用センサは、前記ウィーガンドワイヤが前記電圧パルスを発生する度に前記回転体の回転角度を検知してよい。上記いずれかのエンコーダにおいて、前記演算部は、今回の前記回転角度の検知の結果と前回の前記回転角度の検知の結果を比較して前記回転体の回転方向を算出し、前記回転数を演算してよい。

【0007】

上記いずれかのエンコーダにおいて、前記シングルターン用センサは、回転角度検知用磁石を有してよい。上記いずれかのエンコーダにおいて、前記シングルターン用センサは、前記回転角度検知用磁石を用いて前記回転体の回転角度を検知してよい。

【0008】

上記いずれかのエンコーダは、前記回転角度検知用磁石から出る磁場の少なくとも一部を変化させる磁気スリットを有してよい。上記いずれかのエンコーダにおいて、前記シングルターン用センサは、前記磁気スリットによる前記磁場の変化を用いて前記回転体の回転角度を検知してよい。

【0009】

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴のすべてを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例におけるエンコーダ１０を示す図である。

【図2A】ウィーガンドワイヤ１４と多極磁石２０の配置例を示す図である。

【図2B】ウィーガンドワイヤ１４と多極磁石２０の他の配置例を示す図である。

【図2C】ウィーガンドワイヤ１４と多極磁石２０の他の配置例を示す図である。

【図3A】電圧パルスが発生する多極磁石２０の回転角度を示す図である。

【図3B】多極磁石２０が時計回りに５２．５°地点まで回転した状態を示す図である。

【図3C】多極磁石２０が時計回りに２２５°地点まで回転した状態を示す図である。

【図3D】多極磁石２０が時計回りに５２．５°地点まで回転した後に、反時計回りに２２５°地点まで回転した状態を示す図である。

【図4A】比較例における磁石５０の回転による電圧パルスの発生を示す図である。

【図4B】比較例における磁石５０が１発目の電圧パルスを発生させた後に２２５°地点まで回転した図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。本明細書では、各図における同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。また、説明の便宜上一部の構成を図示しない場合がある。

【0012】

本明細書では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交座標系を用いて技術的事項を説明する場合がある。直交座標系は、構成要素の相対位置を特定するに過ぎず、特定の方向を限定するものではない。例えばＺ軸方向は地面に対する高さ方向を限定して示すものではない。なお、＋Ｚ軸方向と－Ｚ軸方向とは互いに逆向きの方向である。正負を記載せず、Ｚ軸方向と記載した場合、＋Ｚ軸および－Ｚ軸に平行な方向を意味する。

【0013】

本明細書において「同一」、「等しい」、「平行」または「垂直」のように称した場合、製造ばらつき等に起因する誤差を有する場合も含んでよい。当該誤差は、例えば１０％以内である。

【0014】

図１は、実施例におけるエンコーダ１０を示す図である。エンコーダ１０は回転体１２の回転を検知する。エンコーダ１０は回転体１２の回転角度、回転数、回転方向の少なくとも一つを検知する。一例として回転体１２は、モーターの回転軸や、ステージの軸である。図１において、回転体１２は、Ｚ軸方向を軸方向として、ＸＹ平面内で回転する。

【0015】

エンコーダ１０は、多極磁石２０、ウィーガンドワイヤ１４およびシングルターン用センサ１６を備える。エンコーダ１０は、演算部１８、磁気スリット２４、支持台４０および磁性体ディスク４２を備えてよい。図１ではエンコーダ１０および回転体１２のＸＺ断面を示している。回転体１２、多極磁石２０、支持台４０および磁性体ディスク４２の形状は、回転軸を中心にＸＹ平面において円形状であってよい。図１ではシングルターン用センサ１６とウィーガンドワイヤ１４は磁気スリット２４をはさんで同じ側に配置されるが違う側に配置されても良い。その場合、シングルターン用センサ１６とウィーガンドワイヤ１４がＺ軸方向において磁気スリット２４をはさんで配置される。

【0016】

多極磁石２０は、２つ以上の第１の極性部２１および２つ以上の第２の極性部２２を有する。第１の極性部２１および第２の極性部２２は、一方がＮ極であり他方がＳ極である。図中の第１の極性部２１にハッチングを付している。多極磁石２０は、回転体１２の軸方向に着磁している。つまり、本例の多極磁石２０では、第１の極性部２１および第２の極性部２２が回転体１２の軸方向に並んで配置されている。また、多極磁石２０の周方向に沿って、第１の極性部２１および第２の極性部２２が交互に配置されている。例えば図１に示した第２の極性部２２の周方向における隣には第１の極性部２１が配置されており、第１の極性部２１の周方向における隣には第２の極性部２２が配置されている。Ｚ方向からみて周方向に沿って第１の極性部２１、第２の極性部２２がそれぞれ２個以上配置されてよく、３コ以上配置されてもよい。

【0017】

多極磁石２０は、円柱状であってよく、円柱の底面と垂直な方向に空洞が設けられていてよい。つまり多極磁石２０は、円筒状のリング磁石であってよい。本明細書では、円筒状、または、他の筒形状の空洞部分が存在することを中空と称する。本例では、ＸＹ面において空洞部分の周囲を多極磁石２０が囲んでいる。本例の多極磁石２０は、中空である。多極磁石２０は、円筒状の底面と垂直な方向に着磁していてよい。

【0018】

多極磁石２０は、回転体１２に取り付けられる。多極磁石２０の中空部分は、Ｚ軸方向において回転体１２と重なっている。回転体１２も中空である場合、Ｚ軸方向において回転体１２の中空部分と多極磁石２０の中空部分が重なっていてよい。多極磁石２０は、回転体１２とともに回転する。

【0019】

ウィーガンドワイヤ１４は、磁気感度が異なる材料で形成された層が積層されたワイヤである。ウィーガンドワイヤ１４は、第１の材料の中心部の周りを、第２の材料の外周部が覆っている２層構造のワイヤであってよい。中心部の形状は例えば円柱状である。第１の材料と第２の材料とは、透磁率が互いに異なり、保持力が互いに異なる材料である。ウィーガンドワイヤ１４の周りにはコイルが巻かれていてよい。中心部と外周部は磁気感度が異なる。そのため外部磁場の強さが徐々に変化した場合、ある磁場の強さにおいて磁気感度の高い方の磁化の向きだけが変化する。その時、ウィーガンドワイヤ１４に巻かれたコイルに電圧が発生する。ウィーガンドワイヤ１４の中心部の磁気感度が外周部の磁気感度よりも高くてよく、外周部の磁気感度が中心部の磁気感度よりも高くてもよい。

【0020】

ウィーガンドワイヤ１４は、多極磁石２０の回転によって電圧パルスを発生する。ウィーガンドワイヤ１４は、Ｚ軸方向において多極磁石２０と重なって配置されている。そのため、多極磁石２０が回転体１２とともに回転するとウィーガンドワイヤ１４にかかる外部磁場の強さが変化する。この磁場の変化を利用してウィーガンドワイヤ１４は電圧を発生する。

【0021】

シングルターン用センサ１６は、回転体１２の回転角度を検知する。シングルターン用センサ１６は、磁気センサ方式、光学式、容量式、Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ式またはレゾルバ方式のセンサであってよい。一例としてシングルターン用センサ１６は、ホール素子、トンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ）、半導体磁気抵抗素子（ＳＭＲ）、異方性磁気抵抗素子（ＡＭＲ）または巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ）である。

【0022】

本例のシングルターン用センサ１６は、ウィーガンドワイヤ１４が発生した電圧パルスによって回転体１２の回転角度を検知する。本例のシングルターン用センサ１６は、ウィーガンドワイヤ１４を電源として動作する。シングルターン用センサ１６は、ウィーガンドワイヤ１４が電圧パルスを発生する度に回転体１２の回転角度を検知してよい。なお図示していないが、ウィーガンドワイヤ１４とシングルターン用センサ１６は配線で接続されてよい。

【0023】

演算部１８は、ウィーガンドワイヤ１４の電圧パルスによって、前記シングルターン用センサの検知結果から回転体１２の回転数の演算を行う。回転数の演算方法は後述する。演算部１８は、演算結果を保存してよい。一例として演算部１８は、記憶素子にＦＲＡＭ（低消費電力不揮発性メモリ）を用いる。演算部１８は、ウィーガンドワイヤ１４の電圧パルスを整流してもよい。本例では、ウィーガンドワイヤ１４、シングルターン用センサ１６および演算部１８は支持台４０に取り付けられているが、演算部１８は後述する磁場検知素子３４と同一パッケージで構成されてもよい。本例では、支持台４０は回転しない。支持台４０の形状は、回転軸を中心にＸＹ平面において円形状であってよく、中空であってよい。Ｚ軸方向において支持台４０の中空部分と多極磁石２０の中空部分が重なっていてよい。

【0024】

エンコーダ１０には外部から電源が供給されてよい。その場合、シングルターン用センサ１６および演算部１８は、外部電源からの電力によって動作してよい。エンコーダ１０はシングルターン機能およびマルチターン機能を有する。シングルターン機能とは回転体が１周内のどの角度にあるかを検知する機能のことをいう。マルチターン機能は、外部電源オフ時においても回転体の回転数を記録する機能のことをいう。

【0025】

一例として、マルチターン機能は、外部電源とは別個にバッテリを用いることで実現することができる。しかしその場合にはバッテリのメンテナンスが必要となる。また、歯車等の状態により機械的に回転数を記録する方式もあるが、機構が複雑になること、および、機構の摩耗等により長期的な信頼性の点で課題がある。

【0026】

本例のエンコーダ１０は、ウィーガンドワイヤ１４を電源として用いることでマルチターン機能を実現している。また後述するように本例のエンコーダ１０は、シングルターン用センサ１６の検知結果を用いてシングルターン機能およびマルチターン機能の両方を実現している。すなわち、１つのセンサでシングルターン機能およびマルチターン機能の両方を実現している。これによりエンコーダ１０の部品点数を削減しエンコーダ１０をシンプルな構成にできる。

【0027】

シングルターン用センサ１６は、回転角度検知用磁石３０を有してよい。回転角度検知用磁石３０は、第１の極性部３１および第２の極性部３２を有する。第１の極性部３１および第２の極性部３２は、一方がＮ極であり他方がＳ極である。図中では、第１の極性部３１にハッチングを付している。

【0028】

シングルターン用センサ１６は、回転角度検知用磁石３０を用いて回転体１２の回転角度を検知してよい。回転角度検知用磁石３０と、磁気スリット２４との間に、磁場検知素子３４を有してよい。磁場検知素子３４は、回転体１２の回転による、回転角度検知用磁石３０からの磁場の変化を検知することで回転体１２の回転角度を検知してよい。

【0029】

磁気スリット２４は、回転角度検知用磁石３０から出る磁場の少なくとも一部を変化させる。本例の磁気スリット２４は、磁性体ディスク４２に構成される。磁性体ディスク４２は回転体１２に取り付けられており、回転体１２とともに回転する。回転体１２が回転し、磁気スリット２４がシングルターン用センサ１６の上方に来ることで回転角度検知用磁石３０から出る磁場を変化させる。磁性体ディスク４２の形状は、回転軸を中心にＸＹ平面において円形状であってよく、中空であってよい。Ｚ軸方向において支持台４０の中空部分と多極磁石２０の中空部分が重なっていてよい。

【0030】

シングルターン用センサ１６は、磁気スリット２４による磁場の変化を用いて回転体１２の回転角度を検知してよい。シングルターン用センサ１６の検知結果と、磁気スリット２４の取り付けられている角度から、回転体１２の回転角度を検知することができる。磁気スリット２４は、回転体１２の外部の円周方向に複数設けられてよい。図１のＸＺ断面においては、多極磁石２０よりもＸ軸方向負側の磁性体ディスク４２に取り付けられた他の磁気スリット２４を示している。

【0031】

例えば磁気スリット２４は、磁性体ディスク４２の他の部分とは、磁気抵抗が異なる部分である。この場合、磁場検知素子３４と向かい合う位置に磁気スリット２４が配置された状態と、配置されていない状態とでは、磁場検知素子３４が検知する磁場の強度が変化する。磁性体ディスク４２の周方向における、磁気スリット２４どうしの間隔、または、磁気スリット２４の開口長さは、一定でなくてよい。磁性体ディスク４２の径方向における磁気スリット２４の開口幅は、一定でなくてよい。周方向の磁気スリット２４どうしの間隔、または、磁気スリット２４の開口長さは、一定で、円周方向にスリット数の異なる別の周方向の磁気スリット２４を用意してもよい。図１では、径方向の内側に磁気スリット２４－１が設けられ、径方向外側に磁気スリット２４－２が設けられている。磁気スリット２４－１の１周内の総数は、磁気スリット２４－２の１周内の総数よりも少なくてよい。磁性体ディスク４２の複数の磁気スリット２４と磁場検知素子３４の位置関係に基づいて磁場検知素子３４が検知する磁場強度分布における1周内の位置が定まる。シングルターン用センサ１６は、磁場検知素子３４が検知する磁場強度分布における1周内の位置を示す電気信号に基づいて、回転体１２の回転角度を検出してよい。

【0032】

図２Ａは、ウィーガンドワイヤ１４と多極磁石２０の配置例を示す図である。図２Ａは、図１におけるＺ軸負側からウィーガンドワイヤ１４と多極磁石２０を見た場合の配置例を示している。図２Ａにおいては、説明のため他の構成は図示していない。またウィーガンドワイヤ１４は外枠のみを点線で図示している。当該点線は、ウィーガンドワイヤ１４の外形であってよく、ウィーガンドワイヤ１４の周りに巻かれたコイルの外形であってよく、その他パッケージ等も含めたウィーガンドワイヤ１４を含むモジュールの外形であってもよい。

【0033】

本例の多極磁石２０は、ＸＹ平面における円周上に２つの第１の極性部２１と、２つの第２の極性部２２を有する。本例の多極磁石２０は、円周方向に９０°毎に第１の極性部２１と第２の極性部２２を有する。

【0034】

本例のウィーガンドワイヤ１４は長手を有する。例えば円柱状のウィーガンドワイヤ１４の長手方向は、円状の断面と垂直な方向である。図２Ａにおいて、ウィーガンドワイヤ１４はＹ軸方向に長手を有する。本例では、軸方向（Ｚ軸方向）において、ウィーガンドワイヤ１４の少なくとも一部が多極磁石２０と重なっている。これによってウィーガンドワイヤ１４と多極磁石２０の中空部分２６が重なる範囲を少なくすることができ、中空部分２６を配線を通すなどの他の用途のために有効利用することができる。ＸＹ平面におけるウィーガンドワイヤ１４の面積の内、１０％以上が多極磁石２０と重なっていてよく、３０％以上が多極磁石２０と重なっていてよく、５０％以上が多極磁石２０と重なっていてよく、７０％以上が多極磁石２０と重なっていてよく、９０％以上が多極磁石２０と重なっていてよく、１００％が多極磁石２０と重なっていてもよい。

【0035】

ウィーガンドワイヤ１４の長手方向は、多極磁石２０と重なる範囲における多極磁石２０の外周のいずれかの接線と平行であってよい。重なる範囲とは、軸方向においてウィーガンドワイヤ１４と多極磁石２０の重なる範囲から中空部分２６を除いた範囲である。図中に重なる範囲の長手方向における一方の端から他方の端までの幅をＡで示している。重なる範囲における外周とは、上記重なる範囲にある多極磁石２０の外周を指す。言い換えると幅Ａに含まれる多極磁石２０の外周を指す。つまり図２Ａにおいてウィーガンドワイヤ１４の長手方向は、幅ＡのＹ軸正側の端における多極磁石２０の外周の接線から、幅Ａの中央における外周の接線（Ｙ軸と平行）を経て、幅ＡのＹ軸負側の端における外周の接線までのいずれかの接線と平行であってよい。本例のウィーガンドワイヤ１４の長手方向は、幅Ａの中央における多極磁石２０の外周の接線と平行である。

【0036】

図２Ｂは、ウィーガンドワイヤ１４と多極磁石２０の他の配置例を示す図である。本例では、軸方向においてウィーガンドワイヤ１４と多極磁石２０の中空部分２６は重なっていない。軸方向における、中空部分２６におけるウィーガンドワイヤ１４の割合を中空活用率とする。
中空活用率＝（中空部分２６の面積－中空部分２６と重なるウィーガンドワイヤ１４の面積）÷（中空部分２６の面積）
中空活用率は５０％以上であってよく、７０％以上であってよく、９０％以上であってよい。本例の中空活用率は１００％である。これにより、中空部分２６を他の用途のために有効利用することができる。

【0037】

本例のウィーガンドワイヤ１４の短辺は多極磁石２０の外周と交わらず、ウィーガンドワイヤ１４の少なくとも１つの長辺が多極磁石２０の外周と交わっている。そのため幅Ａは、ウィーガンドワイヤ１４の長辺のうち、中空部分２６に近い方の長辺が多極磁石２０の外周と交わる部分で規定される。

【0038】

図２Ｃは、ウィーガンドワイヤ１４と多極磁石２０の他の配置例を示す図である。本例では、軸方向においてウィーガンドワイヤ１４の全部が多極磁石２０と重なっている。本例の中空活用率も１００％である。本例において重なる範囲の外周を規定する場合、ウィーガンドワイヤ１４の一方の短辺を延長した線が多極磁石２０の外周と交わるところから、他方の短辺を延長した線が多極磁石２０の外周と交わるところまでとしてよい。

【0039】

図３Ａは、電圧パルスが発生する多極磁石２０の回転角度を示す図である。図３Ａも同様に、図１におけるＺ軸負側からウィーガンドワイヤ１４と多極磁石２０を見た図を示しており、他の構成は省略している。本例のウィーガンドワイヤ１４は、多極磁石２０のＸ軸方向の中央よりもＸ軸方向負側において多極磁石２０と重なっている。ウィーガンドワイヤ１４の長手方向（Ｙ軸方向）の中央と、多極磁石２０のＹ軸方向の中央は一致している。

【0040】

本例の多極磁石２０も、ＸＹ平面における円周上に２つの第１の極性部２１と、２つの第２の極性部２２を有する。本例の多極磁石２０も、円周方向に９０°毎に第１の極性部２１と第２の極性部２２を有する。図３Ａに示した状態における多極磁石２０の回転角度を０°とする。回転角度が０°の場合、ウィーガンドワイヤ１４の長手方向の中央は、第１の極性部２１と第２の極性部２２の境界と重なっている。

【0041】

図中の角度の数値は、０°からの時計回りの角度を示している。多極磁石２０が回転し、回転角度が、図中に示した角度（ただし０°以外）のうち、回転方向に対応する角度になるとウィーガンドワイヤ１４が電圧パルスを発生する。図中のＣＷは時計回りを意味し、ＣＣＷは反時計回りを意味している。ＣＷの後に記載した角度は、多極磁石２０が時計回りに回転しているときに、ウィーガンドワイヤ１４が電圧パルスを発生する角度を示しており、ＣＣＷの後に記載した角度は、多極磁石２０が反時計回りに回転しているときに、ウィーガンドワイヤ１４が電圧パルスを発生する角度を示している。ＣＷおよびＣＣＷの後のカッコ内のプラスとマイナスの記号は、ウィーガンドワイヤ１４が発生する電圧パルスの正負を示している。五角形で囲まれた数字は、多極磁石２０が０°から時計回りに回転したときの電圧パルスが発生する順番を表している。三角形で囲まれた数字は、多極磁石２０が５２．５°を超えて時計回りに回転した後に、反時計回りに回転したときの電圧パルスが発生する順番を表している。五角形および三角形の頂点の向きが電圧パルスの正負を表している。

【0042】

図３Ａにおける０°の配置から多極磁石２０が時計回りに回転した場合、ウィーガンドワイヤ１４は多極磁石２０が５２．５°回転した地点、１４２．５°回転した地点、２３２．５°回転した地点、３２２．５°回転した地点でそれぞれ電圧パルスを発生する。０°の配置から多極磁石２０が反時計回りに回転した場合、ウィーガンドワイヤ１４は多極磁石２０が３０７．５°回転した地点、２１７．５°回転した地点、１２７．５°回転した地点、３７．５°回転した地点でそれぞれ電圧パルスを発生する。

【0043】

本例の多極磁石２０は、軸方向（Ｚ軸方向）から見て２つの第１の極性部２１と、２つの第２の極性部２２を有する。つまり軸方向から見て４極の多極磁石２０である。そのため、多極磁石２０が一回転する間に電圧パルスが４回発生する。ただし、電圧パルスが発生する角度および回数は、ウィーガンドワイヤ１４と多極磁石２０の配置や形状、構成によって変化する。多極磁石２０は軸方向から見て４極以上の多極磁石２０であってよい。

【0044】

図３Ｂは、多極磁石２０が時計回りに５２．５°地点まで回転した状態を示す図である。上述のように、多極磁石２０が０°の状態から５２．５°地点まで回転すると、ウィーガンドワイヤ１４が電圧パルスを発生する。５２．５°地点は、内部に１の数字が表示された下向きの五角形で表されている。この時の電圧パルスの極性を負とし、図中の下向きのパルスで表している。

【0045】

図３Ｃは、多極磁石２０が時計回りに２２５°地点まで回転した状態を示す図である。上述の通り５２．５°地点で負の電圧パルスが発生する。その後、多極磁石２０がさらに回転し、１４２．５°地点（内部に２の数字が表示された上向きの五角形）まで達すると２発目の電圧パルスが発生する。この時の電圧パルスの極性は正である。

【0046】

その後さらに回転し、２２５°地点に達する。しかし２３２．５°地点（内部に３の数字が表示された下向きの五角形）には達していないため、３発目の電圧パルスは発生しない。

【0047】

図３Ｄは、多極磁石２０が時計回りに５２．５°地点まで回転した後に、反時計回りに２２５°地点まで回転した状態を示す図である。上述の通り時計回りに５２．５°地点まで回転するとウィーガンドワイヤ１４は負の電圧パルスを発生する。本例ではその後１４２．５°地点に達する前に、多極磁石２０が反時計回りに回転し始める。そして反時計回りに回転しながら、３７．５°地点（内部に１の数字が表示された上向きの三角形）に達すると正の電圧パルスが発生する。ただし、時計回りに５２．５°地点を超えてからの移動角度が少ないと、ウィーガンドワイヤ１４が十分磁化されない。その場合は、反時計回りに回り始めた後の３７．５°地点での電圧パルスは発生しない。

【0048】

その後、多極磁石２０は反時計回りに回転し、０°地点を超え、３０７．５°地点（内部に２の数字が表示された下向きの三角形）に達すると負の電圧パルスが発生する。３７．５°地点で電圧パルスが発生していない場合、これが２発目の電圧パルス（反時計回りに回り始めた後では１発目の電圧パルス）となる。

【0049】

その後さらに回転し、２２５°地点に達する。しかし２１７．５°地点（内部に３の数字が表示された上向きの三角形）には達していないため、３発目の電圧パルスは発生していない。

【0050】

外部電源オフ時において、シングルターン用センサ１６は、ウィーガンドワイヤ１４が発生する電圧パルスによって回転体１２の回転角度を検知する。すなわち、５２．５°地点で電圧パルスが発生した場合、シングルターン用センサ１６が検知する回転体１２の回転角度は５２．５°となる。シングルターン用センサ１６が検知した回転体１２の回転角度は演算部に記録される。

【0051】

演算部１８は、今回の回転角度の検知の結果と、前回の回転角度の検知の結果を比較して回転体１２の回転方向を算出し、回転数を演算してよい。演算部１８は、時計回りにおける所定の回転量を検知した場合にカウント値をプラス１し、反時計回りにおける所定の回転量を検知した場合にカウント値をマイナス１することで、回転数を演算してよい。図３Ａ等に示すように、円周方向に４極を有する多極磁石２０を用いる場合、当該所定の回転量は３６０°を４分割した９０°である。この場合、カウント値が４に達した場合に時計回りに１回転したと判定でき、カウント値が－４に達した場合に反時計回りに１回転したと判定できる。演算部１８は、カウント値が設定値（例えば＋４または－４）に達する毎に回転数を更新するとともに、カウント値を０にリセットしてよい。

【0052】

図３Ａ等では、シングルターン用センサ１６が今回の電圧パルスに応じて検出した回転角度から、前回の電圧パルスに応じて検出した回転角度を減算した値が、９０°または－２７０°の場合は、回転体１２が時計回りに９０°回転したと判定する。この場合、演算部１８は、カウント値をプラス１してよい。また、当該減算した値が２７０°または－９０°の場合は、回転体１２が反時計回りに９０°回転したと判定する。この場合、演算部１８は、カウント値をマイナス１してよい。当該減算した値の絶対値が９０°より小さい（本例では減算した値が－１５°または１５°）場合、回転体１２はほぼ回転していないと判定してよい。この場合、演算部１８はカウント値を変更しない。

【0053】

図３Ａから図３Ｄに示した例においては、シングルターン用センサ１６が前回の電圧パルスに応じて回転角度５２．５°を検知したあとに、今回の電圧パルスに応じて回転角度１４２．５°を検知すると、演算部１８はカウントを１プラスする。シングルターン用センサ１６が前回の電圧パルスに応じて回転角度５２．５°を検知したあとに、今回の電圧パルスに応じて回転角度３７．５°を検知すると、演算部１８はカウントを変更しない。シングルターン用センサ１６が前回の電圧パルスに応じて回転角度５２．５°を検知したあとに、今回の電圧パルスに応じて回転角度３０７．５°を検知すると、演算部１８はカウントを１マイナスする。

【0054】

演算部１８は、上記カウントが１プラスされた場合、回転体１２の回転方向を時計回りと判断してよい。演算部１８は、上記カウントが１マイナスされた場合、回転体１２の回転方向を反時計回りと判断してよい。演算部１８は、上記カウントが変更されなかった場合、回転体１２の回転方向を前回の検知結果から判断した回転方向と反対の回転方向であると判断してよい。

【0055】

このような動作によって演算部１８は回転数を演算する。これによって、エンコーダ１０は、１つのセンサ（シングルターン用センサ１６）で回転角度を検知でき、外部電源がオフの場合でも回転数を記録することができる。エンコーダ１０は、シングルターン用センサ１６以外の回転角センサを備えなくてよい。

【0056】

本例のエンコーダ１０は、外部電源がオフの状態からオンした場合に、回転体１２の回転方向を検出することができる。図３Ｃおよび図３Ｄに示した例においては、時計回りに２２５°の地点に達したのか、反時計回りに２２５°の地点に達したのかを、直前の検知の結果を基に判別することができる。そのため、電源オン時に回転数を補正することができる。

【0057】

上記説明においては、電圧パルスが発生する角度を小数点以下１桁まで検知していたが、シングルターン用センサ１６の測定精度はそこまで高くなくてよい。図３Ａから図３Ｄに示した例では、９０°以内で回転体１２の回転角度を検知できれば上述の手順で回転数および回転方向を検知することができる。

【0058】

図４Ａは、比較例における磁石５０の回転による電圧パルスの発生を示す図である。磁石５０は、第１の極性部２１と第２の極性部を１つずつ有する棒磁石である。つまり磁石５０は、軸方向から見て２極磁石である。また、磁石５０は中空ではない。図４Ａにおいては、ウィーガンドワイヤ１４と磁石５０の位置をＹ軸方向にずらして図示してあるが、実際には重なっていてよい。

【0059】

磁石５０が１回転する間に電圧パルスは２回発生する。電圧パルスの発生を示す図４Ａ中の五角形および三角形の表記は、図３Ａと同様である。図４Ａでは、磁石５０が時計回りに回転し、１発目の電圧パルスが発生している。

【0060】

図４Ｂは、比較例における磁石５０が１発目の電圧パルスを発生させた後に２２５°地点まで回転した図である。図３Ｃと同様に、磁石５０が１発目の電圧パルスを発生させた後に時計回りに回転して２２５°に達した場合、一度もパルスを発生させることなく図４Ｂの状態になる。

【0061】

図３Ｄにおいて説明した通り、磁石５０の回転方向が反対になるタイミングによっては、最初の電圧パルスは発生しない場合がある。すなわち磁石５０は、１８０°回転しても電圧パルスが発生しない場合がある。そのため、磁石５０が１発目の電圧パルスを発生させた後に反時計回りに回転しても一度もパルスを発生させることなく図４Ｂの状態になりうる。

【0062】

そのため磁石５０の回転角度が２２５°で電源がオンになった場合、磁石５０の回転方向を判別することができない。よって比較例では回転数を補正することができない。

【0063】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【符号の説明】

【0064】

１０・・・エンコーダ、１２・・・回転体、１４・・・ウィーガンドワイヤ、１６・・・シングルターン用センサ、１８・・・演算部、２０・・・多極磁石、２１・・・第１の極性部、２２・・・第２の極性部、２４・・・磁気スリット、２６・・・中空部分、３０・・・回転角度検知用磁石、３１・・・第１の極性部、３２・・・第２の極性部、３４・・・磁場検知素子、４０・・・支持台、４２・・・磁性体ディスク、５０・・・磁石

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4A】

【図4B】