CN102629813A - 能够调整输出信号之间的相位差的马达 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够调整输出信号之间的相位差的马达。该马达能够进行磁检测单元的机械位置调整以调整从两个磁感极各自输出的信号之间的相位差。转子包括轴向端面被磁化为在圆周方向上交替具有不同的极的磁体。定子具有与磁体的外周表面相对的两个外磁极部。两个线圈被通电以励磁外磁极部。磁传感器与磁体的轴向端面相对。磁传感器的磁感极检测由磁体的转动引起的磁场变化。在与磁体的径向方向垂直的方向上挨着配置磁感极。可以在磁体的径向方向上调整磁传感器的位置。

Description

能够调整输出信号之间的相位差的马达

技术领域

本发明涉及用于通过切换线圈的通电状态来转动转子的马达，尤其涉及一种设置有用于检测转子的转动位置的位置检测单元的马达。

背景技术

步进马达具有以下特征：其切换线圈的通电状态，从而能够以针对各步设置的转动角度来转动转子，因此即使在没有用于检测转子的转动位置的单元的情况下也能够容易地进行位置控制。为此，在驱动步进马达时，通常利用以下驱动模式：通过开环控制以预定时间间隔切换线圈的通电状态。

然而，在高速或高负荷条件下驱动步进马达的情况下，转子不能响应以预定时间间隔进行的线圈的通电状态的切换，这可能导致马达的失步。

为了消除该可能性，提出了以下步进马达：其设置有用于检测转子的转动位置的位置检测单元，并且具有可以通过执行用于根据位置检测单元的输出切换线圈的通电状态的反馈控制来实现高速驱动的驱动模式。这种类型的步进马达基于从位置检测单元输出的转子位置信息来进行反馈控制，因此需要正确的转子位置信息。

例如，在日本专利03517548中公开了上述类型的步进马达。在日本专利03517548所公开的步进马达中，在外磁轭的齿之间、与以圆周方向分割的方式被磁化的中空圆筒状磁体的外周表面相对地设置电气元件，并且电气元件检测磁体(转子)的转动位置。

对于如在日本专利03517548中所公开的步进马达中的对以圆周方向分割的方式被磁化的磁体(转子)的转动位置的检测，通常实践为沿圆周方向与磁体相对地设置位置检测单元。

此外，2相驱动步进马达通常设置有两个位置检测单元以便于转动方向控制。以偏移与一个极相对应的转动角的1/2(电气角为90度)的方式、与磁体表面相对地在磁体(转子)的转动方向上并排配置两个位置检测单元。

基于从两个位置检测单元输出至马达控制器的转子位置信息，马达控制器根据步进马达的两个相位来切换线圈的通电状态，从而可以进行2相驱动步进马达的反馈控制。

如果两个位置检测单元在相对位置上相互偏移，则难以将转子位置信息精确地反馈至马达控制器。作为该问题的解决方案，将两个位置检测单元(位置检测传感器)设置在单一芯片中，并且通常，这种单一芯片位置检测传感器产品在市场上流通。

图12是根据现有技术的步进马达中使用的磁体和位置检测传感器的图。

图12仅示意性示出从步进马达轴向观察的由附图标记101表示的磁体和由附图标记102表示的位置检测传感器。磁体101形成为中空圆筒状，并且将磁体101磁化为在其圆周方向上交替具有不同的极(总共8个极，即，4个N极和4个S极)。位置检测传感器102具有在单一芯片(封装)中集成形成的第一传感器部102a和第二传感器部102b，并与磁体101的外周表面相对地设置。

当位置检测传感器102的第一传感器部102a与磁体101的S极和N极之间的边界相对时，第二传感器部102b与磁体101的N极的中心相对。由此以与磁体101相对的方式设置位置检测传感器102，以使得第一传感器部102a和第二传感器部102b关于转子转动轴的轴所形成的角变得等于与一个极相对应的转动角的1/2(电气角为90度)。

简而言之，将从两个位置检测单元(位置检测传感器102的第一传感器部102a和第二传感器部102b)各自输出的信号形成为在电气角方面具有90度的相位差。因此，通过根据各信号的正负状态来切换线圈通电定时，可以获得高效率的步进马达。

然而，在市场上，在两个传感器部之间的间隔方面，如图12所示在单一芯片上内置有两个传感器部的位置检测传感器仅有很少类型。为此，当需要获得位置检测传感器的两个传感器部和步进马达的磁极之间的适当间隔时，仅可以从以下两种方法中选择：机械地调节相互相对的位置检测传感器和磁体之间的距离的方法，以及制造定制两个传感器部之间的间隔的特定位置检测传感器的方法。

然而，在机械地调节相互相对的位置检测传感器和磁体之间的距离的方法的情况下，如果通过使位置检测传感器与磁体的外周表面变得接近来调节距离，则可能使得位置检测传感器与磁体的外周表面接触。另一方面，如果通过使得位置检测传感器远离磁体的外周表面来调节距离，则位置检测传感器的输出减小，导致由于位置检测传感器的灵敏度降低引起检测误差增大。

此外，制造定制两个传感器部之间的间隔的特定位置检测传感器的方法非常昂贵。特别地，在成本限制的情况下，每当开发了磁体的极数和外部尺寸不同的步进马达时就制造定制在两个传感器部之间的间隔的位置检测传感器是不实际的。

以上的另一可选方法是对两个传感器部之间的间隔进行作为相位调整的电气调整的方法(电气调整)。然而，当考虑两个传感器部之间的相互位置误差和封装的安装误差等时，需要对每台步进马达进行电气调整。通常将驱动电路与步进马达分离设置。因此，需要对每台步进马达进行电气调整，从而针对各步进马达确定电气调整值，然后，在将步进马达集成到设备中时将调整值写入驱动电路中。

发明内容

与现有技术不同，本发明提供以下马达：能够在防止位置检测传感器与磁体的外周表面接触或者位置检测传感器的灵敏度降低的情况下，进行磁检测单元的机械位置调整从而调整从两个磁感极各自输出的信号之间的相位差。

本发明提供一种马达，包括：转子，其能够绕轴转动，并包括轴向端面被磁化为在圆周方向上交替具有不同的极的磁体；定子，其由软磁性材料形成，并包括与所述磁体的外周面相对的磁极部；多个线圈，用于通电以励磁所述定子的磁极部；磁检测单元，其以与所述磁体的轴向端面相对的方式设置，并具有用于检测由所述磁体的转动引起的磁场变化的第一磁感极和第二磁感极；以及保持构件，用于以与所述磁体的轴向端面相对的方式保持所述磁检测单元，

其中，所述保持构件保持所述磁检测单元，以使得在与所述磁体的径向方向垂直的方向上并排配置所述磁检测单元的第一磁感极和第二磁感极，并且使得能够在所述磁体的径向方向上调整保持所述磁检测单元的位置。

根据本发明，保持构件保持磁检测单元以使得在与磁体的径向方向垂直的方向上并排配置磁检测单元的第一磁感极和第二磁感极，并且使得可以在磁体的径向方向上调整保持磁检测单元的位置。结果，可以提供以下马达：能够进行磁检测单元的机械位置调整，并由此调整从两个磁感极各自输出的信号之间的相位差。

因此，可以解决在针对磁体机械地调整位置检测传感器的位置的传统方法中所涉及的、位置检测传感器与磁体的外周表面接触或位置检测传感器的灵敏度降低的问题。此外，与电气地调整位置检测传感器相对于磁体的位置的传统方法不同，可以节省用于确定马达用的电气调整值并将值写入驱动电路中的时间和劳力。

通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的步进马达的分解立体图。

图2是沿着经由线圈和步进马达的转子轴延伸并与转子轴平行的平面的、步进马达的截面图。

图3是步进马达的磁传感器和马达盖的传感器安装部的放大图。

图4是设置有步进马达的马达驱动装置的控制系统的框图。

图5是用于说明步进马达的定子和磁传感器之间的相位关系的沿轴向的俯视图。

图6A是示出步进马达中的转子转动角和马达转矩之间的关系的图，以及图6B是示出步进马达中的转子转动角和磁传感器输出之间的关系的图。

图7A～7D’是用于说明步进马达的反馈驱动操作的沿轴向的俯视图。

图8A是位置调整之前的步进马达的磁传感器的图，以及图8B是位置调整之后的步进马达的磁传感器的图。

图9是沿着经由步进马达的转子轴延伸并与转子轴平行的平面的、根据本发明第二实施例的步进马达的截面图。

图10是步进马达的磁传感器和B相盖构件的传感器安装部的放大图。

图11是用于说明步进马达的磁传感器和磁体之间的相位关系的沿轴向的俯视图。

图12是根据现有技术的步进马达中的磁体和位置检测传感器的图。

具体实施方式

现在将参考示出本发明实施例的附图在以下详细说明本发明。

首先，将说明本发明的第一实施例。

图1是根据第一实施例的步进马达的分解立体图。图2是沿着经由线圈和步进马达的转子轴延伸并与转子轴平行的平面的、步进马达的截面图。图3是步进马达的磁传感器和马达盖的传感器安装部的放大图。

如图1～3所示，步进马达包括定子2、第一线圈3、第一绕线筒4、第二线圈5、第二绕线筒6、磁体7、芯8、由附图标记9表示的转子轴、轴承10、由附图标记11表示的马达盖和由附图标记12表示的磁传感器。

定子2由软磁性材料形成，并具有第一外磁极部2a、第二外磁极部2b、在第一外磁极部2a和第二外磁极部2b各自的一端连接的平板部2c、以及用于将轴承10安装在其中的轴承安装部2d。将定子2的第一外磁极部2a和第二外磁极部2b各自形成为与转子轴9平行延伸的梳齿形状。

将第一线圈3以缠绕至第一绕线筒4的状态固定至第一绕线筒4，以使得定子2的第一外磁极部2a位于第一绕线筒4的内周侧(参考图2)。当第一线圈3被通电时，对定子2的第一外磁极部2a进行励磁。

将第二线圈5以缠绕至第二绕线筒6的状态固定至第二绕线筒6，以使得定子2的第二外磁极部2b位于第二绕线筒6的内周侧(参考图2)。当第二线圈5被通电时，对定子2的第二外磁极部2b进行励磁。

将第一线圈3和第二线圈5(多个线圈)相互邻近地设置在平板部2c的平面上，其中芯8的一部分和转子轴9介于第一线圈3和第二线圈5之间。这使得可以减小步进马达的轴向长度。

磁体(磁环)7由中空圆筒状永磁体形成。磁体7的外周表面沿圆周方向被分割成多个分割部(在本实施例中为8个分割部)，并且分割部被交替磁化为S极和N极以使得磁极的数量N等于8(N＝8)(参考图5)。

芯8由软磁性材料形成，并且将芯8的中空部刚性地固定在转子轴9上。通过接合或嵌入成形将如图2所示的芯8的上部的外周表面和磁体7的内周表面刚性固定为相互紧密接触(参考图2)。

转子轴9由轴承10和马达盖11的轴承部11a可转动地支撑。如图2所示的芯8的下部以相互邻近的方式设置在第一线圈3和第二线圈5之间(参考图2)。磁体7、芯8和转子轴9形成转子。

以间隔预定间隙的方式与磁体7的外周表面相对地设置定子2的第一外磁极部2a和第二外磁极部2b。与定子2的第一外磁极部2a相对的芯8的部分和与第一线圈3的外周相邻的芯8的部分形成第一内磁极部。同样，与定子2的第二外磁极部2b相对的芯8的部分和与第二线圈5的外周相邻的芯8的部分形成第二内磁极部。由于包括芯8的转子转动，因而在芯8上所限定的第一内磁极部和第二内磁极部根据转子的转动轮换其在芯8上的实际位置。

当第一线圈3被通电时，定子2的第一外磁极部2a和第一内磁极部被励磁。结果，在两个极之间生成穿过磁体7的磁通量并且磁通量有效作用于磁体7。在该情况下，定子2的第一外磁极部2a和第一内磁极部被励磁为相互相反的极性。

同样，当第二线圈5被通电时，定子2的第二外磁极部2b和第二内磁极部被励磁。结果，在两个极之间生成穿过磁体7的磁通量并且磁通量有效作用于磁体7。在该情况下，定子2的第二外磁极部2b和第二内磁极部被励磁为相互相反的极性。

轴承10由软磁性材料形成，并通过例如压合被固定至定子2的轴承安装部2d。将轴承10固定在转子轴9轴向的一个端部上，从而以转子轴9可以转动的方式支撑转子轴9。

马达盖11形成有轴承部11a和传感器安装部11b，并被固定至定子2。将马达盖11的轴承部11a固定在转子轴9轴向的另一端部上，从而以转子轴9可以转动的方式支撑转子轴9。马达盖11的传感器安装部11b保持磁传感器12。换句话说，马达盖11用作保持构件。

在将马达盖11固定至定子2的状态下，由磁体7、芯8和转子轴9构成的转子以设置在马达盖11内的状态由马达盖11可转动地支撑，同时，将转子的轴向移动限制在预定范围内。

在该状态下，在转子的磁体7的外周表面与定子2的第一外磁极部2a以及第二外磁极部2b之间形成预定间隙(参考图2)。此外，在转子的磁体7轴向的一个端部和马达盖11的内表面之间维持预定间隔，并且还在转子的磁体7轴向的另一端部与缠绕有第一线圈3的第一绕线筒4以及缠绕有第二线圈5的第二绕线筒6之间维持预定间隔。

换句话说，将磁体7设置得与第一线圈3和第二线圈5轴向相邻。此外，第一线圈3和第二线圈5被设置为在与轴向方向垂直的平面上相互邻近。这使得可以构造具有减小的轴向长度的步进马达。

磁传感器12是用于检测来自磁体7的磁通量的非接触磁检测单元，并被构造为例如霍尔元件。磁传感器12在单一传感器(芯片)中具有第一磁感极12a和第二磁感极12b(参考图3)。磁传感器12的第一磁感极12a和第二磁感极12b检测由磁体7的转动引起的磁场变化。

磁传感器12设置有分别与第一磁感极12a和第二磁感极12b相关联的两个输出端子。磁传感器12经由输出端子分别输出各自与流过相关联的第一磁感极12a或第二磁感极12b的磁通量的密度成比例的电压。当与流过磁感极的磁通量的方向相对应的极性是N时，从相关联的输出端子输出正电压，而当极性是S时，从相关联的输出端子输出负电压。

将磁传感器12固定在马达盖11的传感器安装部11b中(参考图1)。假定并排配置第一磁感极12a和第二磁感极12b的方向是横向方向，磁传感器12具有由A表示的横向长度和由B2表示的纵向长度(参考图3)。马达盖11的传感器安装部11b具有比A长装配公差的横向长度、以及由B1表示的纵向长度。纵向长度B1和纵向长度B2的关系是B1＞B2。

利用上述配置，允许磁传感器12在如图3所示的纵向方向上移动。作为磁传感器12的第一磁感极12a和第二磁感极12b之间的中间线的纵向中心线15经由转子轴9的中心延伸。更具体地，磁传感器12的纵向方向与沿着从转子轴9的中心经过磁传感器12的中心延伸的线的磁体7的径向方向相对应，并且磁传感器12的横向方向对应于与磁体7的径向方向垂直的方向(参考图3和5)。

磁传感器12在纵向方向上(即，在磁体7的径向方向上)调整其位置之后，例如通过接合被固定至马达盖11的传感器安装部11b。以下将详细说明调整磁传感器12的位置的方法。以从磁体7的轴向上端面隔开预定间隔的方式设置磁传感器12(参考图2)。

将定子2的第一外磁极部2a和第二外磁极部2b形成为具有被设置成各外磁极的轴向上端面低于磁体7的轴向上端面的轴向长度(参考图2)。更具体地，如图2所示，沿着转子轴9的轴向方向突出磁体的轴向上端面以使其比第一外磁极部2a和第二外磁极部2b各自的端面更接近磁传感器12。

利用该配置，在转子轴9的轴向方向上生成作用于磁体7的吸引力，以使得总是将磁体7拉向轴承10。更具体地，即使在转子的转动期间，磁体7的轴向上端面和磁传感器12之间的距离也不改变。这使得可以获得来自磁传感器12的稳定的输出。

此外，在与定子2的第一外磁极部2a和第二外磁极部2b各自的上端部分隔的位置处设置的磁传感器12难以被励磁第一外磁极部2a和第二外磁极部2b时所生成的磁通量影响。因此，可以获得来自磁传感器12的稳定输出。

图4是设置有步进马达的马达驱动装置的控制系统的框图。

如图4所示，马达驱动装置的控制系统包括磁传感器信号处理电路21、控制器22、反馈驱动电路23、开环驱动电路24和马达驱动器25。

磁传感器信号处理电路21处理从具有参考图1～3所述的结构的步进马达1的磁传感器的输出。控制器22选择反馈控制和开环控制之一并执行所选择的控制。

当控制器22选择反馈控制时，反馈驱动电路23生成用于驱动步进马达1的驱动信号。当控制器22选择开环控制时，开环驱动电路24生成用于驱动步进马达1的驱动信号。马达驱动器25根据从反馈驱动电路23或开环驱动电路24输出的驱动信号来驱动步进马达1。

接着将说明利用马达驱动装置的步进马达1的开环驱动。

可以使用开环驱动电路24和马达驱动器25来进行步进马达1的开环驱动。这里提到的开环驱动与用于控制一般步进马达的开环控制相同，并基于以预定时间间隔切换第一线圈3和第二线圈5的通电状态的驱动方法来进行开环驱动。

更具体地，开环驱动电路24和马达驱动器25根据所输入的驱动脉冲间隔(驱动频率)和转动方向来交替切换第一线圈3和第二线圈5的通电状态。这使得可以以期望速度转动转子(速度控制)。此外，可以根据所输入的驱动脉冲的数量以期望角度转动转子(位置控制)。

在开环驱动时，以预定时间间隔(驱动脉冲间隔)切换第一线圈3和第二线圈5的通电状态。因此，可以在不被用于检测磁体7的转动所引起的磁场变化的磁传感器12的检测结果所影响的情况下，控制切换第一线圈3和第二线圈5的通电状态的定时。

然而，当增大驱动步进马达1的驱动速度时(即，当减小驱动脉冲间隔时)，转子变得不能响应第一线圈3和第二线圈5的通电状态的切换，从而马达失步发生的可能性增大。为此，需要调整用于驱动步进马达1的脉冲的驱动脉冲间隔，因此限制了高速驱动。

接着将说明利用马达驱动装置的步进马达1的反馈驱动。

可以使用反馈驱动电路23和马达驱动器25来进行步进马达1的反馈驱动。基于根据磁传感器12的输出来切换第一线圈3和第二线圈5的通电状态的驱动方法来进行这里提到的反馈驱动。

更具体地，反馈驱动电路23和马达驱动器25根据基于所输入的驱动脉冲数和转动方向以及从磁传感器12所输出的检测信号所生成的信号，交替切换第一线圈3和第二线圈5的通电状态。这使得可以以期望角度转动转子(位置控制)。此外，通过控制要供给至第一线圈3和第二线圈5的电流或电压，可以以期望转矩转动转子(电流/电压控制)。

在反馈驱动中，根据位置检测元件(在本实施例中为磁传感器12)的输出来切换第一线圈3和第二线圈5的通电状态。由于根据转子的位置切换第一线圈3和第二线圈5的通电状态，因而可以抑制由于转子的响应延迟所引起的马达的失步的发生，并实现步进马达1的高速驱动。

接着将说明步进马达1的定子2和磁传感器12之间的相位关系。

图5是用于说明步进马达1的定子2和磁传感器12之间的相位关系的沿轴向的俯视图。

为了简化，图5仅示出定子2的第一外磁极部2a和第二外磁极部2b、磁体7、芯8、转子轴9和磁传感器12之间的位置关系。将如图5所示的逆时针方向称为“正方向”。

磁传感器12被设置得与芯8的轴向端面相对，以使得在与磁体7的径向方向垂直的前述方向上并排配置第一磁感极12a和第二磁感极12b(参考图2)。此外，当从转子轴观察时，磁传感器12被设置在第一外磁极部2a和第二外磁极部2b之间所限定的两个间隔(圆周方向间隔)中较宽的间隔(在图5中从转子轴9观察的上部空间)中。

与第一外磁极部2a和第二外磁极部2b分离设置的磁传感器12难以被励磁第一外磁极部2a和第二外磁极部2b时所生成的磁通量影响。因此，可以获得磁传感器12的稳定输出。

在本实施例中，如图5所示，磁体7具有8个极，并且磁化角P在机械角方面为45度。此外，以第一外磁极部2a为基准，第二外磁极部2b相对于磁体7具有P/2的相位偏移，即-22.5度的机械角。

当第一外磁极部2a与磁体7的N极的中心相对时，第二外磁极部2b与磁体7的S极和N极之间的边界相对。此时，磁传感器12的第一磁感极12a与磁体7的S极和N极之间的边界相对，并且磁传感器12的第二磁感极12b与磁体7的N极的中心相对。

以下将使用电气角说明步进马达的操作。在假定磁力的一个周期与360度的电气角相对应的情况下表示电气角。假定转子的极数由M表示，并且各极的实际角度(机械角)由θ₀表示，可以通过以下等式(1)表示电气角θ：

θ＝θ₀×M/2...(1)

第一外磁极部2a和第二外磁极部2b之间的相位差、第一磁感极12a和第二磁感极12b之间的相位差、第一外磁极部2a和第一磁感极12a之间的相位差、以及第二外磁极部2b和第二磁感极12b之间的相位差均等于90度的电气角。

注意，在图5中，第一外磁极部2a的中心和作为磁体7的一个分割部的N极的中心相互相对，并且将该状态定义为具有0度的电气角的转子初始状态。

接着将参考图6A和6B说明步进马达的转子转动位置和马达转矩之间的关系、以及转子转动位置和磁传感器输出之间的关系。

图6A是示出步进马达中的转子转动角度和马达转矩之间的关系的图，以及图6B是示出步进马达中的转子转动角度和磁传感器输出之间的关系的图。

在图6A中，横轴表示电气角，并且纵轴表示由T表示的步进马达转矩。步进马达转矩在使转子逆时针转动时为正。注意，图5的状态与0度的电气角相对应。由图6A中(1)、(2)、(3)和(4)表示的转子转动位置分别与图7A、7B、7C和7D中所示的各转子转动位置相对应。

当正方向上的电流通过步进马达的第一线圈3时，定子2的第一外磁极部2a被励磁、即被磁化为N极，从而在第一外磁极部2a和磁体7的磁极之间生成磁力。此外，当正方向上的电流通过步进马达的第二线圈5时，定子2的第二外磁极部2b被励磁、即被磁化为N极，从而在第二外磁极部2b和磁体7的磁极之间生成磁力。

当合成磁体7中所生成的两个磁力时，获得根据转子的转动具有大致正弦波形的转矩(转矩曲线A+B+)。同样，在其它通电状态下，获得各自具有大致正弦波形的其它类型的转矩(转矩曲线A+B-、A-B-和A-B+)。由于以从第二外磁极部2b在相位上偏移90度的电气角的方式设置定子2的第一外磁极部2a，因而4种类型的转矩中相邻的转矩之间具有90度电气角的相位差。

在图6B中，横轴表示电气角，并且纵轴表示从步进马达的磁传感器12的第一磁感极12a和第二磁感极12b各自输出的磁传感器信号A和磁传感器信号B。

步进马达的磁体7被磁化以使得其磁力在径向方向上的强度相对于电气角具有大致正弦波形。因此，从定子2的磁感极12a获得具有大致正弦波形的信号(磁传感器信号A)。注意，在本实施例中，第一磁感极12a在与磁体7的N极相对时输出正值。

此外，以从第一磁感极12a在相位上偏移90度的电气角的方式设置磁传感器12的第二磁感极12b。因此，从第二磁感极12b获得具有大致余弦波形的信号(磁传感器信号B)。注意，在本实施例中，第二磁感极12b在极性上与第一磁感极12a相反，因此第二磁感极12b在与磁极7的S极相对时输出正值。

接着将说明在用于驱动步进马达的反馈驱动中的通电状态切换。

在反馈驱动中，基于通过二值化图6B中的磁传感器信号A而获得的二值信号A来切换第一线圈3的通电状态，并且基于通过二值化图6B中的磁传感器信号B而获得的二值信号B来切换第二线圈5的通电状态。

更具体地，当二值信号A为正时，正方向上的电流通过第一线圈3，而当二值信号A为负时，反方向上的电流通过第一线圈3。此外，当二值信号B为正时，正方向上的电流通过第二线圈5，而当二值信号B为负时，反方向上的电流通过第二线圈5。

图7A、7B、7B’、7C、7D和7D’是用于说明步进马达的反馈驱动操作的沿轴向的俯视图。

如图5中那样，为了简化，在图7A～7D’中，仅示出定子2的第一外磁极部2a和第二外磁极部2b、磁极7、芯8、转子轴9和磁传感器12之间的位置关系。将如图7A～7D’所示的逆时针方向称为“正方向”。如上所述，图7A、7B、7C和7D所示的转子转动位置分别与图6A和6B中由(1)、(2)、(3)和(4)所示的转子转动位置相对应。

图7A示出转子从图5的状态转动了135度的电气角的状态。二值信号A是正值，并且二值信号B是负值。磁传感器12的第二磁感极12b在极性上与第一磁感极12a相反。

因此，正方向上的电流流过步进马达的第一线圈3，并且定子2的第一外磁极部2a被磁化为N极。另一方面，反方向上的电流流过第二线圈5，并且定子2的第二外磁极部2b被磁化为S极。此时，与图6中的转矩曲线A+B-相对应的逆时针转矩作用于转子上，从而在逆时针方向转动转子。

图7B示出转子从图5的状态转动了180度的电气角的状态。磁传感器12的第一磁感极12a与磁体7的N极和S极之间的边界相对。因此，当转子从图5的状态在电气角方面转动了180度时，二值信号A从正值改变为负值，从而将第一线圈3的通电方向从正方向切换为负方向。该电气角与在转矩曲线A+B-和转矩曲线A-B-之间的交点处的电气角相对应。

图7B’示出转子从图5的状态转动了180度的电气角并且刚刚切换了第一线圈3的通电方向的状态。

在该状态下，反方向中的电流流过第一线圈3，并且定子2的第一外磁极部2a被磁化为S极。此外，反方向上的电流流过第二线圈5，并且第二外磁极部2b被磁化为S极。此时，与图6A中的转矩曲线A-B-相对应的逆时针转矩作用于转子上，从而在逆时针方向转动转子。

图7C示出转子从图5的状态转动了225度的电气角的状态。磁传感器信号A和B取如图6B中的(3)所示的值，并且二值信号A和B都是负值。

在该状态下，反方向上的电流流过第一线圈3，并且定子2的第一外磁极部2a被磁化为S极。此外，反方向上的电流流过第二线圈5，并且定子2的第二外磁极部2b被磁化为S极。此时，与图6A中的转矩曲线A-B-相对应的逆时针转矩作用于转子上，从而在逆时针方向转动转子。

图7D示出转子从图5的状态转动了270度的电气角的状态。磁传感器12的第二磁极部12b与磁体7的N极和S极之间的边界相对。因此，当转子从图5的状态在电气角方面转动了270度时，二值信号B从负值改变为正值，由此将第二线圈5的通电方向从反方向切换为正方向。该电气角与转矩曲线A-B-和转矩曲线A-B+的交点处的电气角相对应。

图7D’示出转子从图5的状态转动了270度的电气角并且刚刚切换了第二线圈5的通电方向的状态。

在该状态下，正方向上的电流流过第二线圈5，并且定子2的第二外磁极部2b被磁化为N极。此外，反方向上的电流流过第一线圈3，并且第一外磁极部2a被磁化为S极。此时，与图6A中的转矩曲线A-B+相对应的逆时针转矩作用于转子上，从而在逆时针方向转动转子。

通过重复进行上述操作，可以使步进马达的转子持续转动。还可以通过相对于以上情况反转二值信号A和B的正负值，使步进马达反向转动。

接着将说明本实施例的步进马达的磁传感器12的位置的调整。

期望将磁传感器12的第一磁感极12a和第二磁感极12b设置为离磁体7尽可能最近，以增强磁传感器信号的输出并减少噪声的影响。在本实施例中，以距磁体7的轴向端面大约0.5mm的间隔设置磁传感器12，以确保不与磁体7接触(参考图2)。

如上所述，磁体7的中空圆筒状主体的外周表面沿圆周方向被分割成多个分割部(在本实施例中为8个分割部)并且这些分割部被磁化。结果，还沿圆周方向将磁体7的轴向端面分割成被磁化的多个分割部。磁体7的轴向端面具有略微低于外周表面但足够用于利用磁传感器12的检测的表面磁通量密度。

如果增大了磁传感器12的第一磁感极12a和第二磁感极12b之间的间隔，则磁传感器的大小变大，这妨碍了步进马达的小型化。为了解决这个问题，即为了防止增大磁传感器的大小，需要选择磁传感器的两个磁感极之间的适当间隔。在市售的磁传感器中，两个磁感极之间的间隔仅限于几种类型。

为此，即使需要根据步进马达的磁体直径和磁极数来选择具有适当间隔的磁感极的磁传感器，也难以找到满足选择条件的磁传感器，因此需要机械位置调整或电气相位调整。在本实施例中，进行机械位置调整。

图8A是位置调整之前的步进马达的磁传感器的图，以及图8B是位置调整之后的步进马达的磁传感器的图。

如图8A和8B所示，磁传感器12如上所述在单一传感器(芯片)中设置有第一磁感极12a和第二磁感极12b，并且将第一磁感极12a和第二磁感极12b之间的距离设置为L。

在位置调整之前，由于部件的尺寸公差或安装位置误差而使得磁传感器12的第一磁感极12a和第二磁感极12b之间的相位不总是等于P/2(在电气角方面为90度)。在磁传感器12的位置调整之前，在磁传感器12的第一磁感极12a和第二磁感极12b之间的间隔与磁体7的P/2角度(参考图5)之间，生成位置误差α(参考图8A)。

如果基于在该状态下从磁传感器12输出的磁传感器信号来切换线圈通电的方向，则在通电切换期间发生大的转矩变化，引起步进马达的输出功率下降。

磁体7不仅其外周表面而且其轴向端面沿圆周方向被分割成多个分割部，并且这些分割部被磁化(参考图5)，以使得当在磁体7的径向方向上移动磁传感器12时，第一磁感极12a和第二磁感极12b之间的相位差改变。

在进行磁传感器12的机械位置调整时，磁传感器12在监视磁传感器12的第一磁感极12a和第二磁感极12b的输出的同时在磁体7的径向方向上移动。然后，在第一磁感极12a和第二磁感极12b之间的相位差变得等于90度的电气角的位置处，通过接合来将磁传感器12固定至马达盖11(参考图8B)。这完成了磁传感器12的位置调整。

如上所述，在磁体7的径向方向上机械调整与磁体7的轴向端面相距预定间隔地设置的磁传感器12的位置，从而可以将第一磁感极12a和第二磁感极12b之间的相位差在电气角方面设置为90度。

换句话说，即使在使用第一磁感极和第二磁感极之间的间隔预定的市售的磁传感器来代替制造作为定制产品的磁传感器的情况下，也可以进行磁传感器的机械位置调整，从而适当调整磁传感器的位置以使得两个磁感极各自的输出信号在电气角方面具有90度的相位差。

这使得可以解决机械地调整位置检测传感器相对于磁体的位置的传统方法中涉及的以下问题：位置检测传感器与磁体的外周表面接触或者位置检测传感器的灵敏度降低。此外，与电气调整位置检测传感器相对于磁体的位置的传统方法不同，可以节省用于确定马达用的电气调整值并将该值写入驱动电路中的时间和劳力。

注意，在本发明的马达中，还可以使用各自在相关联的单一传感器(芯片)中具有单一磁感极的两个磁传感器，但期望使用在单一传感器(芯片)中具有两个磁感极的磁传感器。即，期望在单一芯片中设置第一磁感极12a和第二磁感极12b。这使得可以抑制两个传感器(两个磁感极)的特性的变化。

此外，可以作为部件的尺寸确定两个磁感极之间的间隔，因此可以获得难以被安装误差影响并且质量稳定的步进马达。此外，与使用各自在单一传感器中具有单一磁感极的两个磁传感器的情况相比，可以减少部件和配线的数量，从而实现整个步进马达的小型化。

如上所述，根据本实施例，由于磁传感器12被构造为在磁体7的径向方向上可移动(位置可调整)，因而可以调整从单一芯片中所设置的第一磁感极12a和第二磁感极12b各自输出的信号之间的相位差。

因此，即使使用市售的磁传感器来代替制造定制两个传感器部之间的间隔的特定磁传感器，也可以进行磁传感器的机械位置调整，从而适当地调整磁传感器的位置以使得两个磁感极各自的输出信号在电气角方面具有90度的相位差。

此外，可以作为组件内的尺寸确定磁传感器12的第一磁感极12a和第二磁感极12b之间的间隔，便于用于使两个磁感极各自的输出信号在电气角方面具有90度的相位差的机械位置调整。

在本实施例中，在与磁体7的径向方向垂直的方向上并排配置磁传感器12的第一磁感极12a和第二磁感极12b，以使得可以在磁体7的径向方向上进行磁传感器12的机械位置调整。这使得可以提供以下步进马达：能够在避免位置检测传感器与磁体的外周表面接触并防止位置检测传感器的灵敏度降低的情况下，进行磁传感器12的机械位置调整，从而调整从两个磁感极各自输出的信号之间的相位差。

接着将说明本发明的第二实施例。

图9是沿着经由步进马达的转子轴延伸并与转子轴平行的平面的、根据第二实施例的步进马达的截面图。图10是步进马达的磁传感器和B相盖构件的传感器安装部的放大图。图11是用于说明步进马达的磁传感器和磁体之间的相位关系的沿轴向的俯视图。

如图9～11所示，由附图标记30表示的步进马达包括磁体31、由附图标记32表示的转子轴、线圈33和34、定子35、36、37和38、外圆筒壳39、A相盖构件40、由附图标记42表示的B相盖构件、以及由附图标记45表示的磁传感器。

磁体31被形成为圆筒形状，并且其外周表面沿圆周方向被分割成多个分割部且这些分割部被磁化。通过压合或接合，转子轴32刚性地固定至磁体31的中心部分。在磁体31的外周侧上，以在转子轴32的轴向上相互分离并与磁体31的外周表面相对的方式配置两个线圈33和34。

以形成预定相位角度的方式将一对定子35和36固定至线圈33。定子35和36各自由软磁性材料形成并具有磁极齿。定子35和36形成励磁磁性回路的一部分。

以形成预定相位角度的方式将一对定子37和38固定至线圈34。定子37和38各自由软磁性材料形成并具有磁极齿。定子37和38形成励磁磁性回路的一部分。

在具有由软磁性材料形成的外周的外筒壳39中支撑线圈33和34。围绕线圈33和34的定子35、36、37和38以及外筒壳39限定由两个闭磁路分别定义的A相和B相励磁相位。当线圈33被通电时，励磁定子35和36，并且当线圈34被通电时，励磁定子37和38。

A相盖构件40位于步进马达30的A相侧端部。以嵌合在外筒壳39中的方式支撑A相盖构件40。在A相盖构件40的中心部，刚性地固定了A相轴承41。A相轴承41以转子轴32可以转动的方式支撑转子轴32的A相侧端部。

磁体31具有即使在磁体31的转动期间也与A相轴承41的轴向端面恒定保持接触的轴向端面。这使得磁体31可以在不在轴向上摆动的情况下稳定地转动。

B相盖构件42位于步进马达30的B相侧端部。以嵌合在外筒壳39中的方式支撑B相盖构件42。在B相盖构件42的中心部，刚性地固定了B相轴承43。B相轴承43以转子轴32可以转动的方式支撑转子轴32的B相侧端部。在B相盖构件42中形成的传感器安装部42a中安装磁传感器45。B相盖构件42由例如聚碳酸酯树脂形成。

将板簧44固定至B相盖构件42，用于在轴向方向上对转动轴32和磁体31施力。

磁传感器45是用于检测磁体31的磁通量的非接触磁检测单元，并被构造为例如霍尔元件。磁传感器45具有内置在单一传感器(芯片)中的第一磁感极45a和第二磁感极45b。磁传感器45的第一磁感极45a和第二磁感极45b检测由磁体31的转动引起的磁场变化。

磁传感器45设置有各自与第一磁感极45a和第二磁感极45b相关联的两个输出端子。磁传感器45经由输出端子中各自相关联的输出端子分别输出各自与流过第一磁感极45a和第二磁感极45b的磁通量密度成比例的电压。当流过磁感极的磁通量的极性是N时，磁传感器45输出正电压，而当极性是S时，磁传感器45输出负电压。

在B相盖构件42的传感器安装部42a中固定磁传感器45。假定并排配置第一磁感极45a和第二磁感极45b的方向是横向方向，磁传感器45具有由A’表示的横向长度和由B2’表示的纵向长度(参考图10)。B相盖构件42的传感器安装部42a具有比A’大装配公差的横向长度以及由B1’表示的纵向长度。纵向长度B1’和纵向长度B2’的关系是B1’＞B2’。

利用上述配置，允许磁传感器45在纵向方向上移动。作为磁传感器45的第一磁感极45a和第二磁感极45b之间的中间线的纵向中心线46延伸通过转子轴32的中心。更具体地，磁传感器45的纵向方向与沿着从转子轴32的中心经过磁传感器45的中心延伸的线的磁体31的径向方向相对应，并且磁传感器45的纵向方向对应于与磁体31的径向方向垂直的方向(参考图10和11)。

在磁体31的径向方向上调整磁传感器45的位置，然后通过例如接合将其固定至B相盖构件42的传感器安装部42a。以下将详细说明用于调整磁传感器45的位置的方法。以与磁体7的轴向端面隔开预定间隔的方式设置磁传感器45(参考图9)。

板簧44对转子轴32和磁体31在轴向施力，并且即使在磁体31的转动期间也使磁体31的轴向端面与A相轴承41的轴向端面恒定保持接触。因此，甚至在磁体31的转动期间，磁体31的轴向端面与磁传感器45之间的距离也不改变。这使得可以获得来自磁传感器45的稳定输出功率。由此构造本实施例的步进马达30。

如图11所示，以与磁体31的轴向端面相对的方式在与磁体31的径向方向垂直的方向上并排配置磁传感器45的第一磁感极45a和第二磁感极45b。在图11中，为了简化，仅示出磁体31、转子轴32和磁传感器45之间的位置关系。

在本实施例中，如图11所示，磁体31具有8个磁极，并且磁化角P在机械角方面是45度。当磁传感器45的第一磁感极45a与磁体31的S极和N极之间的边界相对时，磁传感器45的第二磁感极45b与磁体31的N极的中心相对。更具体地，根据上述等式(1)：θ＝θ₀×M/2，磁传感器45的第一磁感极45a和第二磁感极45b之间的相位差在电气角方面等于90度。

接着将说明根据本实施例的步进马达30的磁传感器45的位置调整。

将磁传感器45的第一磁感极45a和第二磁感极45b之间的相位差在电气角方面设置为90度，但当考虑部件公差和安装位置的变化时，如上述第一实施例中一样，难以在没有任何机械调整的情况下使得相位差等于90度的电气角。

如上所述，磁体31的圆筒状主体的外周表面沿圆周方向被分割成多个分割部(在本实施例中为8个分割部)并且分割部被磁化，结果，还沿圆周方向将磁体31的轴向端面分割成被磁化的多个分割部。磁体31的轴向端面具有略低于外周表面但足够用于利用磁传感器45的检测的表面磁通量密度。

磁体31的外周表面沿圆周方向被分割并被磁化，并且如图11所示，其轴向端面沿圆周方向被分割成多个分割部，各分割部从内周向外周以扇形形状扩展并被磁化。因此，当在磁体31的径向方向上移动磁传感器45时，第一磁感极45a和第二磁感极45b之间的相位差改变。

在进行磁传感器45的位置调整时，在监视磁传感器45的第一磁感极45a和第二磁感极45b的输出的同时，在磁体31的径向方向上移动磁传感器45。然后，在第一磁感极45a和第二磁感极45b之间的相位差变得等于90度的电气角的位置处通过接合将磁传感器45固定至B相盖构件42。这完成了磁传感器45的位置调整。

如上所述，通过在磁体31的径向方向上调整磁传感器45的位置，可以将第一磁感极45a和第二磁感极45b之间的相位差在电气角方面设置为90度。换句话说，即使使用市售的磁传感器来代替制造定制了两个传感器部之间的间隔的特定磁传感器，也可以进行磁传感器的机械位置调整，从而适当调整磁传感器的位置以使得两个磁感极各自的输出信号在电气角方面具有90度的相位差。

如上所述，根据本实施例，在与磁体31的径向方向垂直的方向上并排配置磁传感器45的第一磁感极45a和第二磁感极45b以使得可以在磁体31的径向方向上进行磁传感器45的机械位置调整。这使得可以提供以下步进马达：能够在避免位置检测传感器与磁体的外周表面接触并防止位置检测传感器的灵敏度降低的情况下，进行磁传感器45的机械位置调整从而调整从两个磁感极分别输出的信号之间的相位差。

尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。

本申请要求于2011年2月4日提交的日本专利申请2011-022657的优先权，其全部内容通过引用包含于此。

Claims (3)

1.一种马达，包括：

转子，其能够绕轴转动，并包括轴向端面被磁化为在圆周方向上交替具有不同的极的磁体；

定子，其由软磁性材料形成，并包括与所述磁体的外周面相对的磁极部；

多个线圈，用于通电以励磁所述定子的磁极部；

磁检测单元，其以与所述磁体的轴向端面相对的方式设置，并具有用于检测由所述磁体的转动引起的磁场变化的第一磁感极和第二磁感极；以及

保持构件，用于以与所述磁体的轴向端面相对的方式保持所述磁检测单元，

其中，所述保持构件保持所述磁检测单元，以使得在与所述磁体的径向方向垂直的方向上并排配置所述磁检测单元的第一磁感极和第二磁感极，并且使得能够在所述磁体的径向方向上调整保持所述磁检测单元的位置。

2.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，所述磁体的轴向端面沿着所述转子的轴向方向向所述磁检测单元突出，以使得所述磁体的轴向端面比所述磁极部的各端面更接近所述磁检测单元。

3.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，所述磁检测单元具有在单一芯片中设置的所述第一磁感极和所述第二磁感极。

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