JP2003204660A - スイッチドリラクタンスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータの回転位置を検出するものでありなが
ら、大型化を抑えることができると共に、構造も簡素化
でき、しかもコストも低減することを可能とする。 【解決手段】 ロータ６の回転位置を検出する位置検出
装置１０を、ロータ６の磁極突起７に対して軸方向から
対向するように配設し、磁極突起７を検出対象とする。
位置検出装置１０は、２組の磁気センサ１１を備えた構
成である。１個の磁極突起７には、他の磁極突起７に対
して軸方向に段差を形成する凸部８を設ける。ロータ６
の回転位置を検出するための検出対象として、磁極突起
７を利用しているので、ロータ６の回転位置を検出する
ものでありながら、専用の被検出体を必要としない。凸
部８により、基準位置も検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロータの回転位置
を検出する位置検出手段を備えたスイッチドリラクタン
スモータ（以下、ＳＲモータという）に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】従来、ＳＲモータにお
いて、ロータの回転位置を検出する位置検出手段として
は、ホール素子や磁気抵抗素子（ＭＲ素子）などが使用
されている。ホール素子を使用する場合、ロータの回転
軸に、当該ロータから軸方向へ離れた部位に位置させ
て、多極に着磁されたリング状の検出用マグネットを取
り付け、その検出用マグネットの回転による磁界変化を
ホール素子にて検出することにより、ロータの回転位置
を検出する構成となっている。また、ＭＲ素子を使用す
る場合、ロータの回転軸に、複数の突起を有する磁性体
製の検出歯車を取り付け、その検出歯車の回転に伴い前
記突起がＭＲ素子に対して接近したり離れたりすること
による磁界変化に起因する電気抵抗の変化に基づき、ロ
ータの回転位置を検出する構成となっている。

【０００３】しかしながら、従来では、ロータの回転位
置を検出するために、被検出体として検出用マグネット
或いは検出歯車を別途必要としている。このため、モー
タに被検出体の取付スペースを確保する必要があり、そ
の分大型化し、しかも構造が複雑になるという問題があ
る。また、その被検出体の部品代及び組み付けが必要と
なるため、その分コストが高くなるという問題もある。

【０００４】本発明は上記した事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、ロータの回転位置を検出するも
のでありながら、大型化を抑えることができると共に、
構造も簡素化でき、しかもコストも低減することが可能
なＳＲモータを提供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、複数の磁極突起を有するステ
ータと、このステータの前記磁極突起に対して径方向か
ら対向する複数の磁極突起を有するロータと、このロー
タの前記磁極突起を検出対象として前記ロータの回転位
置を検出する位置検出手段とを備え、前記ロータにおけ
る前記複数の磁極突起のうちの１個の磁極突起に、他の
磁極突起に対して軸方向に段差を形成する段差形成部を
設けたことを特徴とするものである。

【０００６】この構成によれば、ロータの回転位置を検
出するための検出対象として、ロータの磁極突起を利用
しているので、ロータの回転位置を検出するものであり
ながら、専用の被検出体を必要としない。従って、専用
の被検出体を取り付ける必要がないため、その取付スペ
ースを確保する必要がなく、大型化を抑えることが可能
となると共に、構造を簡素化できる。しかも、専用の被
検出体を必要としない分、部品代を低減できると共に、
組付け工数を低減でき、ひいてはコストを低減できる。
また、ロータにおける複数の磁極突起のうちの１個の磁
極突起に段差形成部を設けたことにより、基準位置の検
出が可能となる。

【０００７】請求項２の発明は、位置検出手段には磁気
の変化を検出する磁気センサを用い、この磁気センサの
検出方向はロータの軸方向であることを特徴としてい
る。この構成によれば、位置検出手段を容易に配置する
ことができ、また、検出もしやすい。

【０００８】請求項３の発明は、上記磁気センサは、２
個一組の磁気抵抗素子と１個のマグネットで構成され、
前記２個の磁気抵抗素子は、このうちの一方の磁気抵抗
素子がロータの１個の磁極突起の中心に対応位置した時
に、他方の磁気抵抗素子が前記磁極突起の隣の溝の中心
に対応位置するように配置されていることを特徴として
いる。この構成によれば、磁気センサにより、ロータの
回転位置を良好に検出することができる。

【０００９】請求項４の発明は、磁気センサの出力信号
と、予め設定されたしきい値とに基づきロータの基準位
置を検出する基準位置検出手段を備えたことを特徴とし
ている。この構成によれば、基準位置を検出するための
専用の磁気センサを必要としなくなる利点がある。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
図面を参照して説明する。まず、図１には、ＳＲモータ
１の概略的な平面図と断面図を示している。この図１に
おいて、ステータ２のステータコア３はリング状をなし
ていて、内周部に、複数この場合３６個の磁極突起４を
有している。各磁極突起４には、コイル５が巻装されて
いる。なお、ステータコア３は、電磁鋼板を多数枚積層
して構成されている。

【００１１】上記ステータ２の内部の空間部に、ロータ
６が回転可能に配設されている。このロータ６は、図２
にも示すように、リング状をなしていて、外周部に、複
数この場合２４個の磁極突起７を有している。ロータ６
の磁極突起７とステータコア３の磁極突起４とは、所定
の隙間を存した状態で径方向から対向している。ロータ
６の磁極突起７のうち、１個の磁極突起７の軸方向の端
部には、段差形成部として凸部８を設けている。この凸
部８は、ロータ６の他の磁極突起７の軸方向の端面に対
して高くなっていて、軸方向に段差を形成している。ロ
ータ６は、ステータコア３と同様に、電磁鋼板を多数枚
積層して構成されている。凸部８も、電磁鋼板を複数枚
積層して構成されている。

【００１２】そして、上記ロータ６の軸方向の端面と対
向する側（図１（ｂ）の上側）には、ロータ６の磁極突
起７を検出対象とする位置検出装置１０（位置検出手段
に相当）が固定状態に配設されている。

【００１３】この位置検出装置１０は、２組の磁気セン
サ１１，１１を組み込んで構成されている。各磁気セン
サ１１は、同一の構成で、図６に示すように、２個一組
の半導体磁気抵抗素子（ＭＲ素子）１２，１３と、これ
ら磁気抵抗素子１２，１３の裏側に配置された１個のマ
グネット１４とから構成されていて、３本の端子１５
ａ，１５ｂ，１５ｃを有している。２個の磁気抵抗素子
１２，１３は、２本の端子１５ａ，１５ｂ間に直列に接
続されている。そのうちの一方の端子１５ａにはプラス
の電圧が印加され、他方の端子１５ｂはアース接続され
るようになっている。残りの端子１５ｃは出力端子とな
っていて、２個の磁気抵抗素子１２，１３の共通接続点
に接続されている。

【００１４】磁気抵抗素子１２，１３は、周知のよう
に、磁界の強さに比例して電気抵抗値が高くなる磁電変
換する素子である。磁気センサ１１は、両磁気抵抗素子
１２，１３の後に配置されたマグネット１４から発する
磁束に被検出体（磁性体の突起）を作用させ、磁束を変
化させることにより、磁気抵抗素子１２，１３の抵抗が
変化し、この抵抗変化に応じた電圧信号が出力される。
この場合、両磁気抵抗素子１２，１３の抵抗の差に基づ
いた信号が端子１５ｃから出力される。

【００１５】図３には、位置検出装置１０の磁気センサ
１１とロータ６の磁極突起７との位置関係が示されてい
る。一方の磁気センサ１１（図３の左側の磁気センサ１
１）において、２個の磁気抵抗素子１２，１３は、左側
の磁気抵抗素子１２の中心が、１個の磁極突起７の中心
に対応位置した時に、右側の磁気抵抗素子１３の中心
は、その磁極突起７の隣の溝７ａの中心に対応位置する
ように配置されている。そして、一方の磁気センサ１１
と、他方の磁気センサ１１とは、電気角で９０度ずらし
て配置されている。

【００１６】ここで、磁気センサ１１の検出原理につい
て、図７及び図８を参照して説明する。なお、図７にお
いて、磁気センサ１１は固定で、ロータ６の磁極突起７
が矢印Ｃ方向（右方向）へ移動（回転）するものとす
る。図７（ａ）に示すように、２個の磁極突起，間
の溝７ａの中心が、磁気センサ１１における２個の磁気
抵抗素子１２，１３間の中心に対応した状態では、各磁
気抵抗素子１２，１３と磁極突起，との位置関係が
同じ条件であるため、磁気抵抗素子１２と１３間の抵抗
の差がなく、磁気センサ１１の出力は０となる（図８の
（ａ）参照）。

【００１７】この状態から磁極突起７が矢印Ｃ方向へ移
動することに伴い、磁極突起が右側の磁気抵抗素子１
３から次第に離れると共に、磁極突起が左側の磁気抵
抗素子１２に一層近付くようになる。これに伴い、磁気
抵抗素子１２と１３間の抵抗の差が次第に大きくなり、
磁気センサ１１の出力がプラス方向に大きくなる。

【００１８】図７（ｂ）に示すように、磁極突起の中
心が左側の磁気抵抗素子１２の中心に位置した時には、
磁極突起，間の溝７ａの中心が、右側の磁気抵抗素
子１３の中心に位置するようになり、この状態で、磁気
抵抗素子１２と１３間の抵抗の差が最も大きくなり、磁
気センサ１１の出力が最大となる（図８の（ｂ）参
照）。

【００１９】磁極突起７がさらに矢印Ｃ方向へ移動する
ことに伴い、磁極突起が左側の磁気抵抗素子１２から
次第に離れると共に、右側の磁気抵抗素子１３に次第に
近付くようになる。これに伴い、磁気抵抗素子１２と１
３間の抵抗の差が次第に小さくなり、磁気センサ１１の
出力が次第に小さくなる。

【００２０】図７（ｃ）に示すように、磁極突起の中
心が左右の磁気抵抗素子１２，１３間の中心に位置した
時には、各磁気抵抗素子１２，１３と磁極突起との位
置関係が同じ条件となるため、磁気抵抗素子１２と１３
間の抵抗の差がなくなり、磁気センサ１１の出力は０と
なる（図８の（ｃ）参照）。

【００２１】磁極突起７がさらに矢印Ｃ方向へ移動する
ことに伴い、磁極突起が左側の磁気抵抗素子１２から
さらに離れると共に、右側の磁気抵抗素子１３に一層近
付くようになる。これに伴い、磁気抵抗素子１２と１３
間の抵抗の差が次第に大きくなり、磁気センサ１１の出
力はマイナス方向に大きくなる。

【００２２】図７（ｄ）に示すように、磁極突起の中
心が右側の磁気抵抗素子１３の中心に位置した時には、
磁極突起，間の溝７ａの中心が、左側の磁気抵抗素
子１２の中心に位置するようになり、この状態で、磁気
抵抗素子１２と１３間の抵抗の差が逆方向に最も大きく
なり、磁気センサ１１の出力がマイナス方向に最大とな
る（図８の（ｄ）参照）。

【００２３】磁極突起７がさらに矢印Ｃ方向へ移動する
ことに伴い、磁極突起が右側の磁気抵抗素子１３から
次第に離れると共に、磁極突起が左側の磁気抵抗素子
１２に次第に近付くようになる。これに伴い、磁気抵抗
素子１２と１３間の抵抗の差が次第に小さくなり、磁気
センサ１１の出力は０に近付くようになる。そして、磁
極突起，間の溝７ａの中心が、磁気センサ１１にお
ける２個の磁気抵抗素子１２，１３間の中心に対応した
状態となると、図７の（ａ）と同じ状態となる。従っ
て、磁極突起７が移動することに伴い、磁気センサ１１
からは図８に示すような検出信号が出力されることにな
る。

【００２４】図４には、ＳＲモータ１に関係した電気的
構成が概略的に示されている。この図４において、制御
装置１７には、位置検出装置１０における各磁気センサ
（Ａ相用磁気センサ、Ｂ相用磁気センサ）１１，１１か
らの検出信号が入力される。制御装置１７は、制御用の
マイクロコンピュータと演算回路などを備えていて、こ
れら磁気センサ１１の検出信号に基づきロータ６の回転
位置などを検出し、これに基づきＳＲモータ１の各コイ
ル５に通電してロータ６を回転させる。

【００２５】ロータ６の回転時には、磁気センサ１１か
らは図５（ａ）に示すような検出信号が出力される。図
５（ａ）の信号を、例えばＡ相用磁気センサ１１の検出
信号であるとすると、Ｂ相用磁気センサ１１の検出信号
は、Ａ相用磁気センサ１１の検出信号に対して電気角で
９０度ずれたものとなる。制御装置１７は、Ａ相用磁気
センサ１１の検出信号とＢ相用磁気センサ１１の検出信
号とを比較することにより、ロータ６の回転方向も認識
する。

【００２６】ここで、磁気センサ１１に対して、凸部８
がない磁極突起７が近付いたり遠ざかったりする場合に
は、磁気センサ１１の検出信号は、予め設定されたしき
い値＋Ｄ，−Ｄの範囲内であるが、凸部８がある磁極突
起７が近付いたり遠ざかったりする際には、磁気センサ
１１と凸部８との検出距離が他の場合よりも短くなり、
絶対磁束量が増加するため、検出信号Ｓ１の出力（振
幅）が他の場所の検出信号Ｓ０よりも大きくなる。

【００２７】そこで、制御装置１７は、例えばＡ相用磁
気センサ１１の検出信号と、上記しきい値＋Ｄ，−Ｄと
を比較し、検出信号がしきい値＋Ｄを越えた時にオン、
しきい値−Ｄよりも小さくなった時にオフする回路構成
を備えた構成とすることにより、（ｂ）に示すような基
準位置信号を求め、基準位置を認識する。従って、制御
装置１７は、ロータ６の基準位置を検出する基準位置検
出手段の機能を備えている。この基準位置信号の立上が
りと立下がりの幅Ｅは、磁極突起７の磁極幅に相当す
る。

【００２８】以上のことから、制御装置１７は、ロータ
６の回転位置を認識できるため、始動時の位置決めを行
わなくても正逆回転の制御が可能である。また、基準位
置も認識できる。

【００２９】上記した実施例によれば、次のような効果
を得ることができる。ＳＲモータ１において、ロータ６
の回転位置を検出するための検出対象として、ロータ６
の磁極突起７を利用しているので、ロータ６の回転位置
を検出するものでありながら、検出用マグネットや検出
歯車などの専用の被検出体を必要としない。従って、専
用の被検出体を取り付ける必要がないため、その取付ス
ペースを確保する必要がなく、大型化を抑えることが可
能となると共に、構造を簡素化できる。しかも、専用の
被検出体を必要としない分、部品代を低減できると共
に、組付け工数を低減でき、ひいてはコストを低減でき
る。また、ロータ６における複数の磁極突起７のうちの
１個の磁極突起７に凸部８を設けたことにより、基準位
置の検出が可能となる。

【００３０】位置検出手段には磁気センサ１１を用い、
この磁気センサ１１の検出方向はロータ６の軸方向とし
ているので、位置検出手段を容易に配置することがで
き、また、検出もしやすい。

【００３１】磁気センサ１１は、２個一組の磁気抵抗素
子１２，１３と１個のマグネット１４で構成され、それ
ら２個の磁気抵抗素子１２，１３は、このうちの一方の
磁気抵抗素子１２がロータ６の１個の磁極突起７の中心
に対応位置した時に、他方の磁気抵抗素子１３がその磁
極突起７の隣の溝７ａの中心に対応位置するように配置
する構成とした。この構成によれば、磁気センサ１１に
より、ロータ６の回転位置を良好に検出することができ
る。

【００３２】磁気センサ１１の出力信号と、予め設定さ
れたしきい値±Ｄとに基づきロータ６の基準位置を検出
する構成としたので、基準位置を検出するための専用の
磁気センサを必要としないようにできる。

【００３３】本発明は、上記した実施例にのみ限定され
るものではなく、次のように変形または拡張することが
できる。位置検出手段は、磁気センサ１１に代えて、例
えば反射型の光センサを用いることもできる。ロータ６
の磁極突起７における段差形成部としては、凸部８に代
えて、他の磁極突起に比べて軸方向に低くなるような窪
みとすることもできる。ロータ６は、電磁鋼板を積層し
たものに代えて、一体物で構成することもできる。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ＳＲモータにおいて、ロータの回転位置を検
出するものでありながら、大型化を抑えることができる
と共に、構造も簡素化でき、しかもコストも低減するこ
とが可能となる、という優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、（ａ）はＳＲ
モータの平面図、（ｂ）は縦断正面図

【図２】ロータの斜視図

【図３】位置検出装置の磁気センサとロータの磁極突起
との位置関係を示す図

【図４】電気的構成を示すブロック図

【図５】（ａ）は磁気センサの出力波形図、（ｂ）は
（ａ）の出力波形から求めた基準位置信号を示す波形図

【図６】磁気センサの構成図

【図７】磁気センサの検出原理説明図

【図８】磁気センサの出力波形図

【符号の説明】

図面中、１はＳＲモータ、２はステータ、３はステータ
コア、４は磁極突起、５はコイル、６はロータ、７は磁
極突起、８は凸部（段差形成部）、１０は位置検出装置
（位置検出手段）、１１は磁気センサ、１２，１３は磁
気抵抗素子、１４はマグネット、１７は制御装置（基準
位置検出手段）を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の磁極突起を有するステータと、 このステータの前記磁極突起に対して径方向から対向す
   る複数の磁極突起を有するロータと、 このロータの前記磁極突起を検出対象として前記ロータ
   の回転位置を検出する位置検出手段とを備え、 前記ロータにおける前記複数の磁極突起のうちの１個の
   磁極突起に、他の磁極突起に対して軸方向に段差を形成
   する段差形成部を設けたことを特徴とするスイッチドリ
   ラクタンスモータ。
2. 【請求項２】 位置検出手段には磁気の変化を検出する
   磁気センサを用い、この磁気センサの検出方向はロータ
   の軸方向であることを特徴とする請求項１記載のスイッ
   チドリラクタンスモータ。
3. 【請求項３】 磁気センサは、２個一組の磁気抵抗素子
   と１個のマグネットで構成され、前記２個の磁気抵抗素
   子は、このうちの一方の磁気抵抗素子がロータの１個の
   磁極突起の中心に対応位置した時に、他方の磁気抵抗素
   子が前記磁極突起の隣の溝の中心に対応位置するように
   配置されていることを特徴とする請求項２記載のスイッ
   チドリラクタンスモータ。
4. 【請求項４】 磁気センサの出力信号と、予め設定され
   たしきい値とに基づきロータの基準位置を検出する基準
   位置検出手段を備えたことを特徴とする請求項２または
   ３記載のスイッチドリラクタンスモータ。