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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-25
(45)【発行日】2025-01-09
(54)【発明の名称】ハイブリッド型ステッピングモータ
(51)【国際特許分類】
H02K 11/215 20160101AFI20241226BHJP
H02K 37/04 20060101ALI20241226BHJP
【ＦＩ】
H02K11/215
H02K37/04 501Y
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020135233
(22)【出願日】2020-08-07
(65)【公開番号】P2022030905
(43)【公開日】2022-02-18
【審査請求日】2023-05-10
(73)【特許権者】
【識別番号】000103792
【氏名又は名称】オリエンタルモーター株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100099623
【弁理士】
【氏名又は名称】奥山 尚一
(74)【代理人】
【氏名又は名称】松島 鉄男
(74)【代理人】
【識別番号】100125380
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 綾子
(74)【代理人】
【識別番号】100142996
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 聡二
(74)【代理人】
【識別番号】100166268
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 祐
(74)【代理人】
【識別番号】100170379
【弁理士】
【氏名又は名称】徳本 浩一
(74)【代理人】
【氏名又は名称】有原 幸一
(72)【発明者】
【氏名】寳田 明彦
(72)【発明者】
【氏名】染谷 雅行
(72)【発明者】
【氏名】小関 栄男
【審査官】津久井 道夫
(56)【参考文献】
【文献】実開昭６２－１０７５８４（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２０００－１６１９８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１３／０９４０４２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１７／０４６８５４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１６／０１０１４１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特許第６６４７４７８（ＪＰ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｋ １１／２１５
Ｈ０２Ｋ ３７／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
双方向に回転可能な回転軸と、前記回転軸に取り付けられ双方向に回転可能なロータであって、前記ロータは、軸方向に間隔を置いて配置された軟磁性体製の第１ロータ磁極部及び第２ロータ磁極部と、前記第１ロータ磁極部と前記第２ロータ磁極部とに挟まれ軸方向に着磁された永久磁石とを備え、前記ロータの軸方向両端面のうち一方の軸方向端面に、同形状であり、前記ロータの周方向に沿って１８０度の間隔を置いて配置された軟磁性体製の２つの突起部が設けられ、前記２つの突起部は前記永久磁石により同一磁極に磁化され磁界を発生させる、ロータと、
大バルクハウゼンジャンプを発現する細長の磁性素子と、前記磁性素子に巻回されたコイルとを有する第１磁気センサ及び第２磁気センサであって、前記ロータが回転すると前記２つの突起部により円が描かれ、前記２つの突起部の上面及び側面の単一磁極面からの磁界が前記第１磁気センサ及び第２磁気センサにより検出され、前記第１磁気センサ及び第２磁気センサは、前記第１磁気センサ及び第２磁気センサの出力信号が９０度の位相関係となるように、前記円と同軸となる円のそれぞれの接線と平行に配置されており、前記第１磁気センサ及び第２磁気センサがそれぞれ、前記それぞれの接点と前記円の径方向又は前記回転軸方向に対向し、前記第１磁気センサ及び第２磁気センサの出力信号から前記ロータの回転が検出される、第１磁気センサ及び第２磁気センサと
を備えるハイブリッド型ステッピングモータ。
【請求項2】
双方向に回転可能な回転軸と、
前記回転軸に取り付けられ双方向に回転可能なロータであって、前記ロータは、軸方向に間隔を置いて配置された軟磁性体製の第１ロータ磁極部及び第２ロータ磁極部と、前記第１ロータ磁極部と前記第２ロータ磁極部とに挟まれ軸方向に着磁された永久磁石とを備え、前記ロータの軸方向両端面のうち一方の軸方向端面に、同形状であり、前記ロータの周方向に沿って１８０度の間隔を置いて、かつ前記回転軸からの距離が異なるように配置された軟磁性体製の２つの突起部が設けられ、前記２つの突起部は前記永久磁石により同一磁極に磁化され磁界を発生させる、ロータと、
大バルクハウゼンジャンプを発現する細長の磁性素子と、前記磁性素子に巻回されたコイルとを有する第１磁気センサ及び第２磁気センサであって、前記２つの突起部の上面及び側面の単一磁極面からの磁界が前記第１磁気センサ及び第２磁気センサにより検出され、前記第１磁気センサ及び第２磁気センサは、前記第１磁気センサ及び第２磁気センサの出力信号が１８０度の位相関係となるように、前記ロータが回転すると前記２つの突起部のうち前記回転軸からの距離が大きい突起部により描かれる円と同軸となる円のそれぞれの接線と平行に配置されており、前記第１磁気センサ及び第２磁気センサがそれぞれ、前記それぞれの接点と前記円の径方向又は前記回転軸方向に対向し、前記第１磁気センサ及び第２磁気センサの出力信号から前記ロータの回転が検出される、第１磁気センサ及び第２磁気センサと
を備えるハイブリッド型ステッピングモータ。
【請求項3】
双方向に回転可能な回転軸と、
前記回転軸に取り付けられ双方向に回転可能なロータであって、前記ロータは、軸方向に間隔を置いて配置された軟磁性体製の第１ロータ磁極部及び第２ロータ磁極部と、前記第１ロータ磁極部と前記第２ロータ磁極部とに挟まれ軸方向に着磁された永久磁石とを備え、前記ロータの軸方向両端面のうち一方の軸方向端面に、異なる形状であり、前記ロータの周方向に沿って１８０度の間隔を置いて配置された軟磁性体製の２つの突起部が設けられ、前記２つの突起部は前記永久磁石により同一磁極に磁化され磁界を発生させる、ロータと、
大バルクハウゼンジャンプを発現する細長の磁性素子と、前記磁性素子に巻回されたコイルとを有する第１磁気センサ及び第２磁気センサであって、前記ロータが回転すると前記２つの突起部により円が描かれ、前記２つの突起部の上面及び側面の単一磁極面からの磁界が前記第１磁気センサ及び第２磁気センサにより検出され、前記第１磁気センサ及び第２磁気センサは、前記第１磁気センサ及び第２磁気センサの出力信号が１８０度の位相関係となるように、前記円と同軸となる円のそれぞれの接線と平行に配置されており、前記第１磁気センサ及び第２磁気センサがそれぞれ、前記それぞれの接点と前記円の径方向又は前記回転軸方向に対向し、前記第１磁気センサ及び第２磁気センサの出力信号から前記ロータの回転が検出される、第１磁気センサ及び第２磁気センサと
を備えるハイブリッド型ステッピングモータ。
【請求項4】
前記磁性素子の長手方向の中心と前記接線上の接点とが、一致している、請求項１から３のいずれか一項に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
【請求項5】
前記２つの磁気センサの各々が、前記磁性素子の両端部に設けられた軟磁性部材をさらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、多回転計数機能を備えたハイブリッド型ステッピングモータシステムの技術に関するものである。
【背景技術】
【0002】
大バルクハウゼンジャンプを発現する磁性素子が特許文献１及び特許文献２に記載されている。特許文献１に記載の磁性素子は、結晶質金属からなるワイヤ形状をしたものでウィーガンドワイヤとして知られる。特許文献２に記載の磁性素子は、非結晶質金属からなるワイヤ形状又はリボン形状をなしている。
【0003】
大バルクハウゼンジャンプを発現する磁性素子を回転検出に用いた技術が特許文献３～６に記載されている。特許文献３においては、１つの磁石の単一磁極面の中心から放射線状に伸びる磁束線が、１つの磁性素子により検出される。特許文献４によれば、１つの磁性素子、１つの励磁器磁石、正転反転を識別する追加センサ要素（例えばホール素子）が設けられる。特許文献５によれば、磁性素子に巻かれたコイルに電流を流す励磁機能によって磁性素子の磁区方向を識別し、補正が行われる。特許文献６によれば、磁性素子とコイルとによる３つの磁気検出部と、１回転で２周期の交番磁界を印加するための４つの磁気発生部とが設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開昭５３－１３７６４１号公報
【文献】特開平５－１９５１７０号公報
【文献】特開２０００－１６１９８９号公報
【文献】特許第４７１２３９０号公報
【文献】特開２０１２－２２５９１７号公報
【文献】特許第５５１１７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来技術によれば、回転方向の検出は可能であっても回転数を正確に検出できない場合がある。あるいは、回転方向及び回転数を検出できたとしても、部品点数が比較的多くなったり、識別に必要な要素（ホール素子、励磁機能）に電力を供給しなければいけないことから構造が複雑になる傾向がある。
【0006】
従来技術に鑑み、本発明は、回転方向及び回転数の正確な検出が可能かつ比較的簡単な構造のハイブリッド型ステッピングモータ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】
上記目的を達成するために、本発明に係るハイブリッド型ステッピングモータは、双方向に回転可能な回転軸と、前記回転軸に取り付けられ双方向に回転可能なロータであって、前記ロータは、軸方向に間隔を置いて配置された軟磁性体製の第１ロータ磁極部及び第２ロータ磁極部と、前記第１ロータ磁極部と前記第２ロータ磁極部とに挟まれ軸方向に着磁された永久磁石とを備え、前記ロータの軸方向両端面のうち一方の軸方向端面に、同形状であり、前記ロータの周方向に沿って１８０度の間隔を置いて配置された軟磁性体製の２つの突起部が設けられ、前記２つの突起部は前記永久磁石により同一磁極に磁化され磁界を発生させる、ロータと、大バルクハウゼンジャンプを発現する細長の磁性素子と、前記磁性素子に巻回されたコイルとを有する第１磁気センサ及び第２磁気センサであって、前記ロータが回転すると前記２つの突起部により円が描かれ、前記２つの突起部の上面及び側面の単一磁極面からの磁界が前記第１磁気センサ及び第２磁気センサにより検出され、前記第１磁気センサ及び第２磁気センサは、前記第１磁気センサ及び第２磁気センサの出力信号が９０度の位相関係となるように、前記円と同軸となる円のそれぞれの接線と平行に配置されており、前記第１磁気センサ及び第２磁気センサがそれぞれ、前記それぞれの接点と前記円の径方向又は前記回転軸方向に対向し、前記第１磁気センサ及び第２磁気センサの出力信号から前記ロータの回転が検出される、第１磁気センサ及び第２磁気センサとを備える。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、回転方向及び回転数の正確な検出が可能かつ比較的簡単な構造のハイブリッド型ステッピングモータが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1A】ハイブリッド型ステッピングモータの斜視断面図である。
【図1B】ハイブリッド型ステッピングモータの斜視断面図である。
【図2A】第１実施形態に基づくハイブリッド型ステッピングモータの斜視図である。
【図2B】第１実施形態に基づくハイブリッド型ステッピングモータの上面図である。
【図2C】第１実施形態に基づくハイブリッド型ステッピングモータの正面図である。
【図2D】第１実施形態に基づくハイブリッド型ステッピングモータの上面図である。
【図3A】（Ａ）及び（Ｂ）は、第１実施形態の変形例に基づくロータの斜視図である。
【図3B】第１実施形態の変形例に基づくロータの上面図である。
【図3C】第１実施形態の変形例に基づくロータの正面図である。
【図3D】第１実施形態の変形例に基づくハイブリッド型ステッピングモータの斜視図である。
【図4A】第２実施形態に基づくハイブリッド型ステッピングモータの斜視図である。
【図4B】第２実施形態に基づくハイブリッド型ステッピングモータの平面図である。
【図5A】第３実施形態に基づくハイブリッド型ステッピングモータの斜視図である。
【図5B】第３実施形態に基づくハイブリッド型ステッピングモータの正面図である。
【図5C】第３実施形態に基づくハイブリッド型ステッピングモータの上面図である。
【図6A】（Ａ）は、第３実施形態の第１変形例に基づくロータの斜視図である。（Ｂ）は、第３実施形態の第１変形例に基づくロータの上面図である。
【図6B】（Ａ）は、第３実施形態の第２変形例に基づくロータの斜視図である。（Ｂ）は、第３実施形態の第２変形例に基づくロータの上面図である。
【図7A】（Ａ）は、第３実施形態の第３変形例に基づくロータの斜視図である。（Ｂ）は、第３実施形態の第３変形例に基づくロータの上面図である。
【図7B】（Ａ）は、第３実施形態の第４変形例に基づくロータの斜視図である。（Ｂ）は、第３実施形態の第４変形例に基づくロータの上面図である。
【図7C】（Ａ）は、第３実施形態の第５変形例に基づくロータの斜視図である。（Ｂ）は、第３実施形態の第５変形例に基づくロータの上面図である。
【図7D】第３実施形態の第５変形例に基づくハイブリッド型ステッピングモータの斜視図である。
【図8A】第４実施形態に基づくハイブリッド型ステッピングモータの斜視図である。
【図8B】第４実施形態に基づくハイブリッド型ステッピングモータの上面図である。
【図9】磁気センサの他の実施形態を示す説明図である。
【図10A】第１実施形態及び第２実施形態に基づくモータの正転時における回転位置と検出磁界との関係を示すグラフである。
【図10B】第１実施形態及び第２実施形態に基づくモータの反転時における回転位置と検出磁界との関係を示すグラフである。
【図11A】第３実施形態及び第４実施形態に基づくモータの正転時における回転位置と検出磁界との関係を示すグラフである。
【図11B】第３実施形態及び第４実施形態に基づくモータの反転時における回転位置と検出磁界との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。
【0011】
［ハイブリッド型ステッピングモータ］
図１Ａに、ハイブリッド型ステッピングモータ１０を示す。ハイブリッド型ステッピングモータ１０は、ステータ１１とロータ１２と回転軸１２ｃとを有する。ロータ１２は、回転軸１２ｃに取り付けられており、軟磁性体製のＡロータ１２ａ及びＢロータ１２ｂと、永久磁石１２ｄとを備える。Ａロータ１２ａとＢロータ１２ｂとは軸方向に間隔を置いて配置されており、Ａロータ１２ａとＢロータ１２ｂとに挟まれるように永久磁石１２ｄが配置されている。永久磁石１２ｄは軸方向に着磁されている。
図１Ａに、ハイブリッド型ステッピングモータ１０を示す。ハイブリッド型ステッピングモータ１０は、ステータ１１とロータ１２と回転軸１２ｃとを有する。ロータ１２は、回転軸１２ｃに取り付けられており、軟磁性体製のＡロータ１２ａ及びＢロータ１２ｂと、永久磁石１２ｄとを備える。Ａロータ１２ａとＢロータ１２ｂとは軸方向に間隔を置いて配置されており、Ａロータ１２ａとＢロータ１２ｂとに挟まれるように永久磁石１２ｄが配置されている。永久磁石１２ｄは軸方向に着磁されている。
【0012】
Ａロータ１２ａ及びＢロータ１２ｂは永久磁石１２ｄによって軸方向に磁化されており、Ａロータ１２ａがＮ極の場合、Ｂロータ１２ｂがＳ極となる。Ａロータ１２ａ及びＢロータ１２ｂの外周面には複数の小歯が周方向等間隔に形成されており、Ａロータ１２ａの小歯とＢロータ１２ｂの小歯とは機械的に１／２ピッチずれている。
なお、Ａロータ１２ａ及びＢロータ１２ｂをそれぞれ、第１ロータ磁極部１２ａ及び第２ロータ磁極部１２ｂと呼ぶこともできる。
なお、Ａロータ１２ａ及びＢロータ１２ｂをそれぞれ、第１ロータ磁極部１２ａ及び第２ロータ磁極部１２ｂと呼ぶこともできる。
【0013】
ステータ１１は、略円筒状であり、内周面には径方向内側に向かって突出した複数の磁極部が周方向等間隔に形成されている。各磁極部の、ロータ１２と対向する面には、複数の小歯が形成されている。各磁極部には巻線（不図示）が巻かれている。径方向に向かい合う２つの磁極部には同一の巻線が巻かれており、その巻線に電流を流すと両磁極部が同じ極性に磁化される。このように、向かい合う２つの磁極部により１つの相が構成される。
【0014】
Ａ相からＥ相までの５つの相があるタイプは５相ステッピングモータと呼ばれ、Ａ相とＢ相の２つの相があるタイプは２相ステッピングモータと呼ばれる。
【0015】
Ａロータ１２ａ、Ｂロータ１２ｂの外周面の小歯から径方向の磁界が発生する。さらに、ロータ１２の軸方向両端面（具体的には、Ａロータ１２ａの上面及びＢロータ１２ｂの下面）からも図中の矢印方向に漏れ磁界が発生する。以下に述べる実施形態は漏れ磁界を利用するものである。“漏れた”磁界はモータ設計によっては小さすぎて検出に十分な磁界とならないこともあるため、十分な磁界を得るために、Ａロータ及びＢロータの軸方向の全長をステータの軸方向の全長に対して長くしたり短くしたりするなどして、意図的に漏れ磁界を増やすことも有効である。
【0016】
なお、図１Ｂに示すように、複数のロータ１２が回転軸方向に配置されてなるロータスタックを採用することも可能である。
【0017】
［第１実施形態］
図２Ａ～図２Ｄに、第１実施形態に基づくハイブリッド型ステッピングモータ１０を示す。
ハイブリッド型ステッピングモータ１０は、図１Ａに示した構成に加え、第１磁気センサ２０と、第２磁気センサ３０と、Ａロータ１２ａの軸方向上端面に設けられた２つの突起部４０ａ及び４０ｂを備えている。
第１磁気センサ２０は、大バルクハウゼンジャンプを発現する細長の磁性素子２１と、この磁性素子に巻回されたコイル２２とを備えている。同様に、第２磁気センサ３０は、大バルクハウゼンジャンプを発現する細長の磁性素子３１と、この磁性素子に巻回されたコイル３２とを備えている。
図２Ａ～図２Ｄに、第１実施形態に基づくハイブリッド型ステッピングモータ１０を示す。
ハイブリッド型ステッピングモータ１０は、図１Ａに示した構成に加え、第１磁気センサ２０と、第２磁気センサ３０と、Ａロータ１２ａの軸方向上端面に設けられた２つの突起部４０ａ及び４０ｂを備えている。
第１磁気センサ２０は、大バルクハウゼンジャンプを発現する細長の磁性素子２１と、この磁性素子に巻回されたコイル２２とを備えている。同様に、第２磁気センサ３０は、大バルクハウゼンジャンプを発現する細長の磁性素子３１と、この磁性素子に巻回されたコイル３２とを備えている。
【0018】
突起部４０ａ、４０ｂは、同じ形状で軟磁性体製である。これらの突起部は、回転軸１２ｃに関して１８０度をなすように配置されている。突起部４０ａ、４０ｂは、円柱状の形状を成し、Ａロータ１２ａに設けた穴に圧入等で固定されている。突起部４０ａ、４０ｂの軸方向は回転軸と平行である。ロータの外周部に小歯が形成されている関係上、突起部をＡロータの小歯部の歯底から間隔を置いて配置し、鉄損の発生を抑制することが好ましい。
【0019】
磁化されたＡロータ１２ａの端面外周に突起部４０ａ、４０ｂを設けたことで、両突起部は、磁界発生部となり、Ａロータ１２ａと同じＮ極（又はＳ極）の単一磁極に磁化される。突起部４０ａ，４０ｂは同じ形状、材質であることから、大きさも方向も同じ磁界が両突起部の上面より発生する。図２Ｂに、突起部４０ａ及び４０ｂの上面から漏洩する磁束線の方向を矢印により示している。突起部４０ａ、４０ｂの上面はそれぞれ、単一磁極面となり、漏洩する磁束線は、その中心より放射状に延びる。矢印のグラデーションは磁束密度を表し、濃いほど磁束密度が大きいことを示す。後述する円５０上では、単一磁極面の中心にて互いに逆方向の磁束線が延びていることが分かる。突起部による、円５０上の磁界強度は、最大で、安定化磁界以上である。安定化磁界については後述説明する。
【0020】
ロータ１２が回転すると、突起部４０ａ及び４０ｂの単一磁極面により第１の円が描かれる。この第１の円を軸方向上方に平行移動させた後の第２の円を符号５０により示す（図２Ｂ及び図２Ｃ）。第２の円５０は第１の円と同軸である。図２Ｄに示すように、第１磁気センサ２０及び第２磁気センサ３０は、各出力信号が電気角で９０°の位相関係となるよう、回転軸１２ｃを基準とした円５０上の２つの位置５０ａ及び５０ｂにそれぞれ配置されている。回転軸の上方から両磁気センサを見たときに、回転軸１２ｃを基準として第１磁気センサ２０を機械角で反時計回りに９０°回転させると、第２磁気センサ３０と重なる。また、第１磁気センサ２０及び第２磁気センサ３０は、長手方向が、位置５０ａ及び５０ｂを通る円５０の接線５１及び５２と平行になるように配置されている。位置５０ａ及び５０ｂを接点と呼ぶこともできる。
【0021】
磁性素子２１は、例えばワイヤ形状、リボン状、成膜タイプとすることができるが、これらに限定されず、大バルクハウゼンジャンプを発現する磁性体であればよい。磁性素子２１の長手方向を、磁気異方性の磁化容易方向とすることができる。磁性素子２１は、芯部とその芯部を取り囲むように設けられた表皮部とを備えている。一例として、芯部は弱い磁界でも磁化方向の反転が起きるソフト層であり、表皮部は強い磁界を与えないと磁化方向が反転しないハード層である。コイル２２には、磁性素子２１に大バルクハウゼンジャンプが発現したときにパルス信号が誘発される。
磁性素子３１も磁性素子２１と同様である。コイル３２には、磁性素子３１に大バルクハウゼンジャンプが発現したときにパルス信号が誘発される。
磁性素子３１も磁性素子２１と同様である。コイル３２には、磁性素子３１に大バルクハウゼンジャンプが発現したときにパルス信号が誘発される。
【0022】
なお、コイル２２及び３２は、両コイルに生じた信号を処理する回路（不図示）に接続され、回転検出に使われる。
【0023】
磁性素子２１の長手方向は、図２Ｄの紙面上下方向と平行である。磁性素子２１の長手方向に関して、図２Ｄの紙面下方向をプラス方向と呼び、紙面上方向をマイナス方向と呼ぶ。
磁性素子３１の長手方向は、図２Ｄの紙面左右方向と平行である。磁性素子３１の長手方向に関して、図２Ｄの紙面右方向をプラス方向と呼び、紙面左方向をマイナス方向と呼ぶ。
ハード層とソフト層の磁化方向が同方向（例えば、マイナス方向）であるときに、その方向とは反対方向（例えば、プラス方向）の外部磁界強度が増加してソフト層の磁化方向が反転する磁界強度に達すると、ソフト層の磁化方向が反転する。このとき、大バルクハウゼンジャンプが発現し、当該磁性素子に巻かれたコイルにパルス信号が誘発される。ソフト層の磁化方向が反転するときの磁界強度を「動作磁界」と呼ぶ。
磁性素子３１の長手方向は、図２Ｄの紙面左右方向と平行である。磁性素子３１の長手方向に関して、図２Ｄの紙面右方向をプラス方向と呼び、紙面左方向をマイナス方向と呼ぶ。
ハード層とソフト層の磁化方向が同方向（例えば、マイナス方向）であるときに、その方向とは反対方向（例えば、プラス方向）の外部磁界強度が増加してソフト層の磁化方向が反転する磁界強度に達すると、ソフト層の磁化方向が反転する。このとき、大バルクハウゼンジャンプが発現し、当該磁性素子に巻かれたコイルにパルス信号が誘発される。ソフト層の磁化方向が反転するときの磁界強度を「動作磁界」と呼ぶ。
【0024】
上述の外部磁界強度がさらに増加し、ハード層の磁化方向が反転する磁界強度に達すると、ハード層の磁化方向も反転する。ハード層の磁化方向が反転するときの磁界強度を「安定化磁界」と呼ぶ。
【0025】
大バルクハウゼンジャンプが発現するためには、ハード層とソフト層の磁化方向が一致していることを前提として、ソフト層のみ磁化方向が反転することが必要である。ハード層とソフト層の磁化方向が単一磁区を形成していない不一致の状態で、ソフト層のみ磁化反転したとしても、パルス信号は生じないか、あるいは生じたとしても非常に小さく、上記回路が回転検出に用いることは困難である。
【0026】
Ａロータ１２ａに設けられた突起部４０ａ及び４０ｂの一方の単一磁極面が磁気センサ付近を通過するときに、磁性素子に対しその延伸方向に安定化磁界が印加され、磁性素子が単一磁区に磁化する。その後、回転が続き、突起部４０ａ及び４０ｂの他方の単一磁極面が磁気センサに近づくと、単一磁区の磁化方向とは逆方向の動作磁界が磁性素子の延伸方向に印加され、大バルクハウゼン現象が発現する。ロータ１２が回転するときの、突起部の単一磁極面から印加される磁界と２つの磁気センサ２０、３０の出力信号の関係を詳しく説明する。
【0027】
図１０Ａに、正転時の回転位置と、第１磁気センサ２０に印加される磁界Ｈａ及び第２磁気センサ３０に印加される磁界Ｈｂとの関係を示す。また、図１０Ｂに、反転時の回転位置と磁界Ｈａ及び磁界Ｈｂとの関係を示す。正転及び反転はそれぞれ、ハイブリッド型ステッピングモータ１０を軸方向上方から見たときの右回転及び左回転のことである。両図とも、突起部４０ａから第１磁気センサ２０に印加される磁界Ｈａを実線で示し、突起部４０ｂから第１磁気センサ２０に印加される磁界Ｈａを一点鎖線で示す。また、突起部４０ａから第２磁気センサ３０に印加される磁界Ｈｂを破線で示し、突起部４０ｂから第２磁気センサ３０に印加される磁界Ｈｂを二点鎖線で示す。±Ｈ１は動作磁界強度、±Ｈ２は安定化磁界強度である。
【0028】
図１０Ａにおいて、正転時に第１磁気センサ２０に生じる正パルス信号を符号Ａで示し、信号Ａの出力の前提となる安定化磁界を符号Ａｓで示す。さらに、第２磁気センサ３０に生じる正パルス信号を符号Ｂで示し、信号Ｂの出力の前提となる安定化磁界を符号Ｂｓで示す。
図１０Ｂにおいて、反転時に第１磁気センサ２０に生じる負パルス信号を符号Ｃで示し、信号Ｃの出力の前提となる安定化磁界を符号Ｃｓで示す。さらに、第２磁気センサ３０に生じる負パルス信号を符号Ｄで示し、信号Ｄの出力の前提となる安定化磁界を符号Ｄｓで示す。
図１０Ｂにおいて、反転時に第１磁気センサ２０に生じる負パルス信号を符号Ｃで示し、信号Ｃの出力の前提となる安定化磁界を符号Ｃｓで示す。さらに、第２磁気センサ３０に生じる負パルス信号を符号Ｄで示し、信号Ｄの出力の前提となる安定化磁界を符号Ｄｓで示す。
【0029】
第１磁気センサ２０及び第２磁気センサ３０には、互いに１８０度の等間隔をもった位置にある突起部４０ａと突起部４０ｂの磁界が印加され、第１磁気センサ２０と第２磁気センサ３０の信号は、電気角の設置位置の関係から９０度の位相関係となる。各磁気センサからは正転１回転で同じ符号の信号が２回出力され、反転１回転では、正転時とは異なる符号で同じ信号が２回出力される。２つの磁気センサから、正転１回転で信号Ａ、Ｂが２回ずつ出力され、反転１回転で信号Ｃ、Ｄが２回ずつ出力される。磁気センサ２０の磁性素子２１の中心を位置５０ａに一致させ、磁気センサ３０の磁性素子３１の中心を位置５０ｂに一致させれば、正反転の出力信号の波形品位（波高と半値幅）が同じとなる。
【0030】
すなわち、ハイブリッド型ステッピングモータの基幹部品であるロータに、その一部として突起部を設けることで、大バルクハウゼン効果を利用した磁気センサにて直接、モータの磁石磁界が検出可能となる。磁性素子の磁化の状態によっては、大きさが小さく評価困難なパルス信号が生じうるが、このようなパルス信号に依存することなく、多回転の計数が可能となる。また、ロータ１２の永久磁石１２ｄの他に永久磁石がないため、ロータ１２以外の漏洩磁界の磁気センサへの影響を低減する手段を講じる必要性がないことも利点となる。従って、安価で安定性のある構成となる。
【0031】
このように、本実施形態によれば、回転方向及び回転数の正確な検出が可能かつ比較的簡単な構造のハイブリッド型ステッピングモータが提供される。
【0032】
［第１実施形態の変形例］
突起部は、同形状で、ロータの軸方向端面に等間隔に設けられ、軟磁性体製であれば、その形状は円柱状に限定されず、また固定方法も圧入に限定されない。突起部の変形例を図３Ａ～図３Ｄに示す。
図３Ａ（Ａ）に示すように、ロータ１２の軸方向端面に、軟磁性体製の複数の薄板を積み重ねてもよい。各薄板は、回転軸１２ｃが貫通する穴が設けられたリング部と、リング部から径方向外側に延びる２つの延伸部とを備えている。両延伸部は一直線上にある。両延伸部をそれぞれ、突起部４０ａ及び４０ｂと呼ぶことができる。
なお、図３Ａ（Ｂ）に示すようにリング部と２つの延伸部とを、積層型ではなく、単一部材で構成してもよい。
突起部は、同形状で、ロータの軸方向端面に等間隔に設けられ、軟磁性体製であれば、その形状は円柱状に限定されず、また固定方法も圧入に限定されない。突起部の変形例を図３Ａ～図３Ｄに示す。
図３Ａ（Ａ）に示すように、ロータ１２の軸方向端面に、軟磁性体製の複数の薄板を積み重ねてもよい。各薄板は、回転軸１２ｃが貫通する穴が設けられたリング部と、リング部から径方向外側に延びる２つの延伸部とを備えている。両延伸部は一直線上にある。両延伸部をそれぞれ、突起部４０ａ及び４０ｂと呼ぶことができる。
なお、図３Ａ（Ｂ）に示すようにリング部と２つの延伸部とを、積層型ではなく、単一部材で構成してもよい。
【0033】
図３Ｂに示すように、突起部４０ａ及び４０ｂの上面に単一磁極面が形成され、漏洩する磁束線は、突起部４０ａ及び４０ｂから外側に延びる。Ａロータ、Ｂロータが積層薄板で構成される場合は、同じ積層の工程を経ることができ手間を要することなく製造できる利点がある。さらに突起部はロータと一体化され、単一磁極面の磁力が高まり、磁気センサの設置許容範囲が広がる利点がある。
【0034】
この形状の他の利点として、図３Ｃに示すように各突起部の側面（軸方向に平行な面）にも単一磁極面が形成され、漏洩する磁束線は、各突起部から外側に延びる。図３Ｄに示すように突起部４０ａ、４０ｂの側面の単一磁極面に対して、２つの磁気センサ２０、３０を、磁界強度が最大で安定化磁界の強度以上になる間隔で径方向に対向させる。第１磁気センサ２０と第２磁気センサ３０の各出力信号が電気角で９０°位相になるよう、回転軸１２ｃを基準とした円５０上の２つの位置５０ａと５０ｂに両磁気センサを配置する。これにより、磁気センサを突起部の上方向ではなく外周に配置することができ、軸方向寸法（モーター長さ）をより小さくすることができる。
【0035】
［第２実施形態］
第１実施形態では突起部を２つとしたが、第２実施形態では４つの突起部が設けられる。図４Ａ及び図４Ｂを参照しながら以下に説明する。図４Ａに示すように、Ａロータ１２ａの上面に同形状の４つの突起部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄが設けられ、これらの４つの突起部は回転軸１２ｃに関して周方向９０度間隔で配置されている。それに伴い、図４Ｂに示すように回転軸の上方から両磁気センサを見たときに、回転軸１２ｃを基準として第２磁気センサ３０は、第１磁気センサ２０を反時計回りに機械角で４５°または（４５°＋１８０°＝２２５°）回転させた位置にある。図４Ｂでは２２５°である。これにより、第１磁気センサ２０と第２磁気センサ３０の各出力信号が電気角で９０°位相になる。
第１実施形態では突起部を２つとしたが、第２実施形態では４つの突起部が設けられる。図４Ａ及び図４Ｂを参照しながら以下に説明する。図４Ａに示すように、Ａロータ１２ａの上面に同形状の４つの突起部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄが設けられ、これらの４つの突起部は回転軸１２ｃに関して周方向９０度間隔で配置されている。それに伴い、図４Ｂに示すように回転軸の上方から両磁気センサを見たときに、回転軸１２ｃを基準として第２磁気センサ３０は、第１磁気センサ２０を反時計回りに機械角で４５°または（４５°＋１８０°＝２２５°）回転させた位置にある。図４Ｂでは２２５°である。これにより、第１磁気センサ２０と第２磁気センサ３０の各出力信号が電気角で９０°位相になる。
【0036】
４つの突起部が設けられ、図１０Ａ及び図１０Ｂにおける出力信号の３６０°が本実施例では１８０°に相当することから、磁気センサからは正転１回転で同じ符号の信号が４回出力され、反転１回転では、正転とは異なる符号で同じ信号が４回出力される。２つの磁気センサから、正転１回転でＡ、Ｂ、反転１回転でＣ、Ｄの４種類信号が４回出力される。第１実施形態に比べて、出力信号の分解能が２倍となり、回転検出の精度が向上する。
【0037】
突起部からの磁界が互いに干渉しない間隔で周方向に配置されていれば、突起部の数をさらに増すことが可能である。また、第１実施形態の突起部の変形例は第２実施形態にも適応可能である。
【0038】
［第３実施形態］
図５Ａ～図５Ｃに示すように、ハイブリッド型ステッピングモータ１０は、第１磁気センサ２０及び第２磁気センサ３０と、Ａロータ１２ａの軸方向上端面に設けられた突起部４０ａ及び４０ａ’を備えている。突起部４０ａ、４０ａ’は、軟磁性体製であり、回転軸１２ｃに関して１８０度間隔で配置されている。突起部４０ａ、４０ａ’は、いずれも円柱状であるが、図５Ｂに示すように突起部４０ａ’の高さｈ’は、突起部４０ａの高さｈよりも小さい。磁化されたＡロータ１２ａの端面外周に突起部４０ａ、４０ａ‘を設けたことで、突起部は磁界発生部となり、Ａロータ１２ａと同じＮ極（又はＳ極）の単一磁極に磁化される。突起部４０ａ，４０ａ’は高さが異なる（ｈ＞ｈ‘）ことから、磁気センサに対して印加される磁界強度の最大値が異なる。
図５Ａ～図５Ｃに示すように、ハイブリッド型ステッピングモータ１０は、第１磁気センサ２０及び第２磁気センサ３０と、Ａロータ１２ａの軸方向上端面に設けられた突起部４０ａ及び４０ａ’を備えている。突起部４０ａ、４０ａ’は、軟磁性体製であり、回転軸１２ｃに関して１８０度間隔で配置されている。突起部４０ａ、４０ａ’は、いずれも円柱状であるが、図５Ｂに示すように突起部４０ａ’の高さｈ’は、突起部４０ａの高さｈよりも小さい。磁化されたＡロータ１２ａの端面外周に突起部４０ａ、４０ａ‘を設けたことで、突起部は磁界発生部となり、Ａロータ１２ａと同じＮ極（又はＳ極）の単一磁極に磁化される。突起部４０ａ，４０ａ’は高さが異なる（ｈ＞ｈ‘）ことから、磁気センサに対して印加される磁界強度の最大値が異なる。
【0039】
円５０は、突起部４０ａの単一磁極面の軌道と同軸の円である。図５Ｃに示すように、第１磁気センサ２０及び第２磁気センサ３０は、各出力信号が電気角で１８０°の位相関係となるよう、回転軸１２ｃを基準とした円５０上の２つの位置５０ａと５０ｂに配置される。回転軸の上方から両磁気センサを見たときに、第２磁気センサ３０は、回転軸１２ｃを基準として第１磁気センサ２０を反時計回りに機械角で１８０°回転させた位置にある。また、両磁気センサは、そしてその位置を通る各接線５１、５２においてその接線方向と平行になるように配置される。
【0040】
突起部４０ａ、４０ａ’の上面である単一磁極面からの漏洩する磁束線は、その中心より互いに逆方向に延びる。しかし、突起部の高さの違いにより、突起部４０ａと磁気センサとの最小間隔は、突起部４０ａ’と磁気センサとの最小間隔よりも小さい。このような最小間隔の差によって、磁気センサに印加される磁界が調整される。突起部４０ａから磁気センサに対し、最大で、安定化磁界以上の磁界が印加されるように、突起部４０ａが構成されている。突起部４０ａ’から磁気センサに対しては、最大で、動作磁界以上かつ安定化磁界を下回る磁界が印加されるよう、突起部４０ａ’が構成されている。
【0041】
ロータ１２が回転し、一組の突起部のうち、一方の突起部４０ａが磁気センサを通過したときに、安定化磁界により当該磁気センサの磁性素子が単一磁区に磁化する。その後、他方の突起部４０ａ’が当該磁気センサに近づくと単一磁区の磁化方向とは逆方向の動作磁界が印加され、大バルクハウゼン現象が発現する。このとき、安定化磁界は印加されないことから磁性素子は単一磁区にならない。そのため、一方の突起部４０ａが再び当該磁気センサに近づいて動作磁界が印加されても、大バルクハウゼン現象が発現されることはない。以下、ロータが回転したときの、突起部から印加される磁界と２つの磁気センサ２０、３０の出力信号の関係を説明する。
【0042】
図１１Ａに、正転時の回転位置と磁界Ｈａ及びＨｂとの関係を示し、図１１Ｂに、反転時の回転位置と磁界Ｈａ及びＨｂとの関係を示す。両図とも、第１磁気センサ２０に対し、突起部４０ａから印加される磁界Ｈａを実線で示し、突起部４０ａ’から印加される磁界Ｈａを一点鎖線で示す。また、第２磁気センサ３０に対し、突起部４０ａから印加される磁界Ｈｂを破線で示し、突起部４０ａ’から印加される磁界Ｈｂを二点鎖線で示す。±Ｈ１は動作磁界強度であり、±Ｈ２は安定化磁界強度である。
【0043】
図１１Ａにおいて、正転時に第１磁気センサ２０に生じる正パルス信号を符号Ａで示し、信号Ａの出力の前提となる安定化磁界を符号Ａｓで示す。さらに、第２磁気センサ３０に生じる正パルス信号を符号Ｂで示し、信号Ｂの出力の前提となる安定化磁界を符号Ｂｓで示す。
図１１Ｂにおいて、反転時に第１磁気センサ２０に生じる負パルス信号を符号Ｃで示し、信号Ｃの出力の前提となる安定化磁界を符号Ｃｓで示す。さらに、第２磁気センサ３０に生じる負パルス信号を符号Ｄで示し、信号Ｄの出力の前提となる安定化磁界を符号Ｄｓで示す。
図１１Ｂにおいて、反転時に第１磁気センサ２０に生じる負パルス信号を符号Ｃで示し、信号Ｃの出力の前提となる安定化磁界を符号Ｃｓで示す。さらに、第２磁気センサ３０に生じる負パルス信号を符号Ｄで示し、信号Ｄの出力の前提となる安定化磁界を符号Ｄｓで示す。
【0044】
第１磁気センサ２０及び第２磁気センサ３０には、１８０度間隔で配置された突起部４０ａと突起部４０ａ’の磁界が印加され、第１磁気センサ２０と第２磁気センサ３０の信号は、設置位置の関係から電気角で１８０度の位相関係となる。各磁気センサからは正転１回転で同じ符号の信号が１回出力され、反転１回転では、正転とは異なる符号で同じ信号が１回出力される。２つの磁気センサから、正転１回転でＡ、Ｂ、反転１回転でＣ、Ｄの４種類の信号が１回出力される。第１実施形態と同様、磁気センサ２０の磁性素子２１の中心を位置５０ａに、磁気センサ３０の磁性素子３１の中心を位置５０ｂに一致させることで、正反転の出力信号の波形品位（波高と半値幅）同じにすることができる。
【0045】
すなわち、ハイブリッド型ステッピングモータの基幹部品であるロータに、その一部として突起部を設けることで、大バルクハウゼン効果を利用した磁気センサにて直接、ロータの磁石磁界が検出可能となる。磁性素子の磁化の状態によっては、大きさが小さく評価困難なパルス信号が生じうるが、このようなパルス信号に依存することなく、多回転の計数が可能となる。また、ロータ１２の永久磁石１２ｄの他に永久磁石がないため、ロータ１２以外の漏洩磁界の磁気センサへの影響を低減する手段を講じる必要性がないことも利点となる。従って、安価で安定性のある構成となる。
【0046】
［第３実施形態の変形例］
一組の突起部は、形状が互いに異なり、異なる磁界を磁気センサに印加できる軟磁性体製のものであれば、前述の形状以外の形状を採用することもできる。突起部４０ａ及び４０ａ’の変形例を以下に示す。図６Ａに示すように、両突起部は円柱状で同じ高さではあるが径が異なる。突起部４０ａ’の径ｒ’は、突起部４０ａの径ｒよりも小さい。突起部４０ａ’は突起部４０ａに比べ、単一磁極面から漏洩する磁束密度が小さいことから、磁気センサとの間隔が同じでも磁気センサに印加される磁界強度が異なる。
図６Ｂに示すように、両突起部４０ａ及び４０ａ’は全く同じ円柱形状であるが、突起部４０ａ’の回転軸１２ｃからの距離ｌ’は、突起部４０ａの回転軸１２ｃからの距離ｌよりも小さい。突起部４０ａと磁気センサとの最小間隔は、突起部４０ａ’と磁気センサとの最小間隔よりも小さい。この最小間隔の差によって、磁気センサに印加される磁界が調整される。
図７Ａ～図７Ｃに、図３Ａに類似するリング部と２つの延伸部とを示す。２つの延伸部を突起部４０ａ及び４０ａ’と呼ぶことができる。図７Ａに示すように、突起部４０ａ’の高さＨ’は突起部４０ａの高さＨよりも小さい。また、図７Ｂに示すように、突起部４０ａ’の幅（接線方向の寸法）Ｒ’は突起部４０ａの幅Ｒよりも小さい。さらに、図７Ｃに示すように、突起部４０ａ’の回転軸１２ｃからの距離Ｌ’は、突起部４０ａの回転軸１２ｃからの距離Ｌよりも小さい。この構造では突起部４０ａ、４０ａ’は軟磁性の積層薄板でも構成できる。
一組の突起部は、形状が互いに異なり、異なる磁界を磁気センサに印加できる軟磁性体製のものであれば、前述の形状以外の形状を採用することもできる。突起部４０ａ及び４０ａ’の変形例を以下に示す。図６Ａに示すように、両突起部は円柱状で同じ高さではあるが径が異なる。突起部４０ａ’の径ｒ’は、突起部４０ａの径ｒよりも小さい。突起部４０ａ’は突起部４０ａに比べ、単一磁極面から漏洩する磁束密度が小さいことから、磁気センサとの間隔が同じでも磁気センサに印加される磁界強度が異なる。
図６Ｂに示すように、両突起部４０ａ及び４０ａ’は全く同じ円柱形状であるが、突起部４０ａ’の回転軸１２ｃからの距離ｌ’は、突起部４０ａの回転軸１２ｃからの距離ｌよりも小さい。突起部４０ａと磁気センサとの最小間隔は、突起部４０ａ’と磁気センサとの最小間隔よりも小さい。この最小間隔の差によって、磁気センサに印加される磁界が調整される。
図７Ａ～図７Ｃに、図３Ａに類似するリング部と２つの延伸部とを示す。２つの延伸部を突起部４０ａ及び４０ａ’と呼ぶことができる。図７Ａに示すように、突起部４０ａ’の高さＨ’は突起部４０ａの高さＨよりも小さい。また、図７Ｂに示すように、突起部４０ａ’の幅（接線方向の寸法）Ｒ’は突起部４０ａの幅Ｒよりも小さい。さらに、図７Ｃに示すように、突起部４０ａ’の回転軸１２ｃからの距離Ｌ’は、突起部４０ａの回転軸１２ｃからの距離Ｌよりも小さい。この構造では突起部４０ａ、４０ａ’は軟磁性の積層薄板でも構成できる。
【0047】
図７Ｃに示した突起部の形状の他の利点として、各突起部の側面にも単一磁極面が形成され、漏洩する磁束線は、各突起部から外側に延びる。図７Ｄに示すように突起部４０ａ，４０ａ’の側面の単一磁極面が描く円に対して、２つの磁気センサ２０、３０を径方向に対向させる。第１磁気センサ２０と第２磁気センサ３０の各出力信号が電気角で１８０°の位相関係になるよう、回転軸１２ｃを基準とした円５０上の２つの位置５０ａと５０ｂに両磁気センサを配置する。これにより、磁気センサを突起部の上方向ではなく外周に配置することができ、軸方向寸法（モーター長さ）をより小さくすることができる。
【0048】
［第４実施形態］
図８Ａに示すように、Ａロータ１２ａの軸方向上端面に、突起部４０ａ、４０ａ’からなる第１の組と突起部４０ｂ、４０ｂ’からなる第２の組とが設けられている。上方からロータ１２を見たときに、突起部４０ａ、４０ａ’、４０ｂ、４０ｂ’が順に反時計回りで周方向等間隔に配置されている。突起部４０ａ及び突起部４０ｂは円柱状で高さも同じであり、突起部４０ａ’及び４０ｂ’も円柱状で高さも同じであるが、突起部４０ａ’及び４０ｂ’の高さは、突起部４０ａ及び突起部４０ｂの高さよりも小さい。４つの突起部はいずれも軟磁性体製で磁界発生部となり、Ａロータ１２ａと同じＮ極（又はＳ極）の単一磁極に磁化される。突起部４０ａ及び４０ａ’と突起部４０ｂ及び４０ｂ’とでは高さが異なることから、磁気センサに異なる磁界強度が印加される。
図８Ａに示すように、Ａロータ１２ａの軸方向上端面に、突起部４０ａ、４０ａ’からなる第１の組と突起部４０ｂ、４０ｂ’からなる第２の組とが設けられている。上方からロータ１２を見たときに、突起部４０ａ、４０ａ’、４０ｂ、４０ｂ’が順に反時計回りで周方向等間隔に配置されている。突起部４０ａ及び突起部４０ｂは円柱状で高さも同じであり、突起部４０ａ’及び４０ｂ’も円柱状で高さも同じであるが、突起部４０ａ’及び４０ｂ’の高さは、突起部４０ａ及び突起部４０ｂの高さよりも小さい。４つの突起部はいずれも軟磁性体製で磁界発生部となり、Ａロータ１２ａと同じＮ極（又はＳ極）の単一磁極に磁化される。突起部４０ａ及び４０ａ’と突起部４０ｂ及び４０ｂ’とでは高さが異なることから、磁気センサに異なる磁界強度が印加される。
【0049】
第１磁気センサ２０及び第２磁気センサ３０はそれぞれ、円５０上の２つの位置５０ａ及び５０ｂにおいて、接線５１及び５２と平行になるように配置されている。２つの位置５０ａ及び５０ｂは、第１磁気センサ２０と第２磁気センサ３０の各出力信号が電気角で１８０°の位相関係になるような位置である。図８Ｂに示すように回転軸の上方から両磁気センサを見たときに、回転軸１２ｃを基準として第１磁気センサ２０を反時計回りに機械角で９０°回転させると、第２磁気センサ３０と重なる。
【0050】
４つの突起部はいずれも同じ材質である。しかし、突起部の高さの違いより突起部４０ａ、４０ｂは磁気センサとの間隔が狭く、突起部４０ａ’、４０ｂ’は磁気センサとの間隔が広くなる。この間隔の差によって、磁気センサに印加される磁界が調整される。突起部４０ａ、４０ｂは磁気センサに対して最大で安定化磁界以上の磁界を印加する。突起部４０ａ’、４０ｂ’は、磁気センサに対して、最大で、動作磁界以上かつ安定化磁界を下回る磁界を印加する。
ロータ１２が回転し突起部４０ａが磁気センサ付近を通過したときに安定化磁界によって磁性素子が単一磁区に磁化する。その後、突起部４０ａ’が当該磁気センサに近づくと単一磁区の磁化方向とは逆方向の動作磁界が印加され、大バルクハウゼン現象が発現する。突起部４０ａ’が当該磁気センサを通過しても安定化磁界が印加されることはなく、磁性素子は単一磁区にならない。そのため、突起部４０ｂが磁気センサに近づいて動作磁界を上回る安定化磁界が印加されても大バルクハウゼン現象が発現されない。この安定化磁界によって磁性素子が単一磁区に磁化する。その後、突起部４０ｂ’が当該磁気センサに近づくと単一磁区の磁化方向とは逆方向の動作磁界が印加され、大バルクハウゼン現象が発現する。
すなわち、本実施形態では４つの突起部を有することから、図１１Ａ及び図１１Ｂにおける出力信号の３６０°が本実施例では１８０°に相当する。そのため、磁気センサからは正転１回転で同じ符号の信号が２回出力され、反転１回転では、正転とは異なる符号で同じ信号が２回出力される。２つの磁気センサからは正反転１回転でＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４種類の信号が２回出力される。第３実施形態に比べて出力信号の分解能が２倍となり回転検出の精度が向上する。
ロータ１２が回転し突起部４０ａが磁気センサ付近を通過したときに安定化磁界によって磁性素子が単一磁区に磁化する。その後、突起部４０ａ’が当該磁気センサに近づくと単一磁区の磁化方向とは逆方向の動作磁界が印加され、大バルクハウゼン現象が発現する。突起部４０ａ’が当該磁気センサを通過しても安定化磁界が印加されることはなく、磁性素子は単一磁区にならない。そのため、突起部４０ｂが磁気センサに近づいて動作磁界を上回る安定化磁界が印加されても大バルクハウゼン現象が発現されない。この安定化磁界によって磁性素子が単一磁区に磁化する。その後、突起部４０ｂ’が当該磁気センサに近づくと単一磁区の磁化方向とは逆方向の動作磁界が印加され、大バルクハウゼン現象が発現する。
すなわち、本実施形態では４つの突起部を有することから、図１１Ａ及び図１１Ｂにおける出力信号の３６０°が本実施例では１８０°に相当する。そのため、磁気センサからは正転１回転で同じ符号の信号が２回出力され、反転１回転では、正転とは異なる符号で同じ信号が２回出力される。２つの磁気センサからは正反転１回転でＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４種類の信号が２回出力される。第３実施形態に比べて出力信号の分解能が２倍となり回転検出の精度が向上する。
【0051】
突起部からの磁界が互いに干渉しない間隔で周方向に配置されていれば、突起部の数をさらに増やすことが可能である。また第３実施形態の変形例も第４実施形態に適用可能である。
【0052】
［磁気センサの他の実施形態］
図９に、第１磁気センサ２０の他の実施形態を示す。大バルクハウゼンジャンプを発現する細長い磁性素子２１にコイル２２が巻かれている。。さらに、磁性素子２１の両端部に対し、軟磁性材料からなる部品２３ａ及び２３ｂが磁性素子２１に接触しないように装着されている。部品２３ａ及び２３ｂから磁性素子の両端部が同じ長さで露出していることが好ましい。また、部品２３ａ及び２３ｂは、材質、形状、位置に関して等価であることが好ましい。部品例として、一般的に市販されているＥＭＳ（電磁感受性、Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ）対策用のフェライトコアが利用可能である。
第２磁気センサ３０についても同様に、磁性素子３１にコイル３２を巻き、磁性素子の両端部に軟磁性材料の部品３３ａ、３３ｂを装着する。
この軟磁性部材の集磁機能により、磁性素子の端部の発生する反磁界が抑制され、出力信号（電力量）を大きくすることができる。換言すれば、磁性素子の線長も短くできることになり、磁気センサが小型となる利点がある。
図９に、第１磁気センサ２０の他の実施形態を示す。大バルクハウゼンジャンプを発現する細長い磁性素子２１にコイル２２が巻かれている。。さらに、磁性素子２１の両端部に対し、軟磁性材料からなる部品２３ａ及び２３ｂが磁性素子２１に接触しないように装着されている。部品２３ａ及び２３ｂから磁性素子の両端部が同じ長さで露出していることが好ましい。また、部品２３ａ及び２３ｂは、材質、形状、位置に関して等価であることが好ましい。部品例として、一般的に市販されているＥＭＳ（電磁感受性、Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ）対策用のフェライトコアが利用可能である。
第２磁気センサ３０についても同様に、磁性素子３１にコイル３２を巻き、磁性素子の両端部に軟磁性材料の部品３３ａ、３３ｂを装着する。
この軟磁性部材の集磁機能により、磁性素子の端部の発生する反磁界が抑制され、出力信号（電力量）を大きくすることができる。換言すれば、磁性素子の線長も短くできることになり、磁気センサが小型となる利点がある。
【0053】
これまでに説明した実施形態に関し、以下の付記を開示する。
［付記１］
回転軸と、
前記回転軸に取り付けられたロータであって、前記ロータは、軸方向に間隔を置いて配置された軟磁性体製の第１ロータ磁極部及び第２ロータ磁極部と、前記第１ロータ磁極部と前記第２ロータ磁極部とに挟まれた永久磁石とを備え、前記ロータの軸方向両端面のうち一方の軸方向端面に、軟磁性体製の複数の突起部が設けられている、ロータと、
大バルクハウゼンジャンプを発現する細長の磁性素子と、前記磁性素子に巻回されたコイルとを備え、前記ロータが回転すると前記突起部により描かれる円の近傍に配置されている２つの磁気センサと
を備えるハイブリッド型ステッピングモータ。
［付記２］
前記複数の突起部が、同形状であり、前記ロータの周方向に沿って等間隔に配置され、
前記２つの磁気センサは、前記２つの磁気センサの出力信号が９０度の位相関係となるように、前記円と同軸となる円の接線と平行に配置されている、
付記１に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
［付記３］
前記複数の突起部が、異なる形状であり、前記ロータの周方向に沿って等間隔に配置され、
前記２つの磁気センサは、前記２つの磁気センサの出力信号が１８０度の位相関係となるように、前記円と同軸となる円の接線と平行に配置されている、
付記１に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
［付記４］
前記磁性素子の長手方向の中心と前記接線上の接点とが、一致している、付記２又は３に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
［付記５］
前記２つの磁気センサの各々が、前記磁性素子の両端部に設けられた軟磁性部材をさらに備える、付記１から４のいずれか一項に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
［付記１］
回転軸と、
前記回転軸に取り付けられたロータであって、前記ロータは、軸方向に間隔を置いて配置された軟磁性体製の第１ロータ磁極部及び第２ロータ磁極部と、前記第１ロータ磁極部と前記第２ロータ磁極部とに挟まれた永久磁石とを備え、前記ロータの軸方向両端面のうち一方の軸方向端面に、軟磁性体製の複数の突起部が設けられている、ロータと、
大バルクハウゼンジャンプを発現する細長の磁性素子と、前記磁性素子に巻回されたコイルとを備え、前記ロータが回転すると前記突起部により描かれる円の近傍に配置されている２つの磁気センサと
を備えるハイブリッド型ステッピングモータ。
［付記２］
前記複数の突起部が、同形状であり、前記ロータの周方向に沿って等間隔に配置され、
前記２つの磁気センサは、前記２つの磁気センサの出力信号が９０度の位相関係となるように、前記円と同軸となる円の接線と平行に配置されている、
付記１に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
［付記３］
前記複数の突起部が、異なる形状であり、前記ロータの周方向に沿って等間隔に配置され、
前記２つの磁気センサは、前記２つの磁気センサの出力信号が１８０度の位相関係となるように、前記円と同軸となる円の接線と平行に配置されている、
付記１に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
［付記４］
前記磁性素子の長手方向の中心と前記接線上の接点とが、一致している、付記２又は３に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
［付記５］
前記２つの磁気センサの各々が、前記磁性素子の両端部に設けられた軟磁性部材をさらに備える、付記１から４のいずれか一項に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
【0054】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【0055】
１０ ハイブリッド型ステッピングモータ
１１ ステータ
１２ ロータ
１２ａ Ａロータ
１２ｂ Ｂロータ
１２ｃ 回転軸
１２ｄ 磁石
２０、３０ 磁気センサ
２１、３１ 磁性素子
２２、３２ コイル
２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂ 軟磁性部材
４０ａ、４０ａ’、４０ｂ、４０ｂ’、４０ｃ、４０ｄ 突起部
５０ 円
５０ａ、５０ｂ 接点
５１，５２ 接線
１１ ステータ
１２ ロータ
１２ａ Ａロータ
１２ｂ Ｂロータ
１２ｃ 回転軸
１２ｄ 磁石
２０、３０ 磁気センサ
２１、３１ 磁性素子
２２、３２ コイル
２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂ 軟磁性部材
４０ａ、４０ａ’、４０ｂ、４０ｂ’、４０ｃ、４０ｄ 突起部
５０ 円
５０ａ、５０ｂ 接点
５１，５２ 接線
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
