JP2008003036A - スキュー角測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁極面におけるスキュー角を短時間に、しかも簡易に計測することのできるスキュー角測定装置を提供する。
【解決手段】計測対象物の磁極面に対向配置されて該磁極面と平行な予め定められた基準方向（Ｚ方向）の磁界強度Ｂｚを検出する第１の磁気センサ、および前記磁極面と平行で、且つ上記基準方向に垂直な方向（Ｘ方向）の磁界強度Ｂｘを検出する第２の磁気センサと、これらの第１および第２の磁気センサにてそれぞれ検出された磁界強度Ｂｘ,Ｂｚからその合成磁界の向きを求め、この合成磁界の向きと前記基準方向とがなす角を前記磁極面における磁極のスキュー角γとして求める演算手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータや磁気ヘッドの磁性面における磁極のスキュー角を簡易に計測することのできるスキュー角測定装置に関する。

モータの回転子に組み込まれるマグネット（永久磁石）の磁極は、通常、コギングトルクを軽減するべく、その回転軸と平行な軸に対して所定の角度だけ傾けて形成される。この磁極の傾き角度は、スキュー角と称される。またこのようなスキュー角を有する磁極面の形成は、例えばその着磁対象物（例えば円筒状のヨーク）を回転させながら、同時に軸方向に移動させながら着磁することによって行われる（例えば特許文献１を参照）。

一方、上述したモータ等の磁極面におけるスキュー角を測定する装置として、マグネットと磁気センサとを相対的に移動させながら、複数の検出点において上記磁気センサによりそれぞれ求められる着磁状態のプロファイルを解析して、具体的にはマグネットの回転角度に対する磁極のゼロクロス位置、エネルギ中心位置、磁極のピーク位置等からスキュー角を求めることが提唱されている（例えば特許文献２を参照）。
特開昭６３−２５７４４４号公報 特開平２０００−１９２３７号公報

しかしながら上述した手法においては、マグネットの回転角度に対する磁極のゼロクロス位置等からその着磁状態のプロファイルを解析してスキュー角を求めるので、その解析処理に多大な負担が掛かることが否めない。しかも、例えばマグネットを回転させながら複数の検出点における着磁状態をそれぞれ検出することが必要なので、そのプロファイルの解析までに時間が掛かることが否めない。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、モータの回転子等の磁極面におけるスキュー角を短時間に、しかも簡易に計測することのできるスキュー角測定装置を提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明に係るスキュー角測定装置は、磁極面における磁極のスキュー角を検出するものであって、
<ａ> モータの回転子等の計測対象物の磁極面に対向配置されて該磁極面と平行な予め定められた基準方向の磁界強度を検出する第１の磁気センサ、および前記磁極面と平行で、且つ上記基準方向に垂直な方向の磁界強度を検出する第２の磁気センサと、
<ｂ> これらの第１および第２の磁気センサにてそれぞれ検出された磁界強度からその合成磁界の向きを求め、この合成磁界の向きと前記基準方向とがなす角を前記磁極面における磁極のスキュー角として求める演算手段と
を具備したことを特徴としている。

ちなみに前記磁極面は、例えばモータの回転子のように磁性材により構成されて円筒面をなすものであって、前記基準方向は上記円筒面の軸方向として設定される。また前記第１および第２の磁気センサは、好ましくは前記磁極面に対して垂直に近接配置される棒状のプローブの先端に、該プローブの軸方向に対してその磁界検出方向をそれぞれ直交させて一体に組み込まれた、例えばホール素子からなる。

上記構成のスキュー角測定装置によれば、計測対象物の磁極面に対向配置される第１および第２の磁気センサを用いて上記磁極面と平行な予め定められた基準方向の磁界強度、および前記磁極面と平行で、且つ上記基準方向に垂直な方向の磁界強度をそれぞれ計測するだけで、これらの各磁界強度から求められる合成磁界の向きから簡易に前記磁極面のスキュー角を求めることができる。

具体的には磁極面の近傍における磁界は、該磁極面を構成するＮ極とＳ極との境界線に対して直交する向きに生じる。従って前述した第１および第２の磁気センサを用いて基準方向およびこの基準方向に直交する方向の磁界強度をそれぞれ求めれば、これらの各方向の磁界強度のベクトル合成成分として上記Ｎ極とＳ極との間に生じた磁界の向きを検出することができる。そしてこの磁界は上述したようにＮ極とＳ極との境界線に対して直交する向きに生じるものであるので、その磁界の向きから上記Ｎ極とＳ極との境界線の向き、つまり磁極面における磁極のスキュー角を簡易に検出することが可能となる。

従って本装置によれば、基本的には第１および第２の磁気センサを先端部に組み込んだプローブを磁極面と垂直に近接配置するだけで、該磁極面に対してプローブ（第１および第２の磁気センサ）を相対的に移動させることなく、簡易に、しかも短時間に効率的に磁極面のスキュー角を計測することができる。
また第１および第２の磁気センサを、前記磁極面に対して垂直に近接配置される棒状のプローブの先端に、該プローブの軸方向に対してその磁界検出方向をそれぞれ直交させて一体に組み込んでおけば、磁極面に対する第１および第２の磁気センサの位置合わせを簡易に行うことができるので、その計測作業を簡易に行い得る等の利点がある。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係るスキュー角測定装置について、スキュー角測定機能を備えたガウスメータを例に説明する。
図１はこの実施形態に係るスキュー角測定機能を備えたガウスメータ（スキュー角測定装置）の概略構成図で、１は測定対象物の一例であるモータの回転子（ロータ）を示している。この回転子（測定対象物）１は、円筒状に成形された磁性体からなり、その円筒面に複数のＮ極とＳ極とをその周方向に交互に配置して構成される。これらのＮ極およびＳ極は、回転子１の軸方向に対してそれぞれ所定の傾きをなして形成されており、この傾きがスキュー角と称される。

ガウスメータ（スキュー角測定装置）は、上記回転子（測定対象物）１の磁性面（円筒面）に対して垂直に近接配置される扁平棒状のプローブ２と、このプローブ２の先端部に組み込まれた磁気センサを介して検出される前記磁性面近傍の磁界強度から、前記磁性面における磁極のスキュー角等を検出する測定装置本体３とからなる。ちなみにプローブ２は、例えば図２に示すように３つの磁気センサ２ｘ,２ｙ,２ｚの磁気検出方向を互いに直交させてその先端部に一体に組み込んだ３次元型のものからなる。具体的には上記３つの磁気センサ２ｘ,２ｙ,２ｚは、棒状のプローブ２の軸方向をＹ方向としたとき、該プローブ２の幅方向（水平方向）をＸ方向、およびその厚み方向（垂直方向）をＺ方向として、これらの各方向にそれぞれ沿って設けられており、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向の磁界強度Ｂｘ,Ｂｙ,Ｂｚをそれぞれ独立に検出し得るように構成されている。これらの磁気センサ２ｘ,２ｙ,２ｚは、例えばホール効果素子からなる。

本装置においては、プローブ２の先端部の扁平な面を上下面とし、その上下方向を前記回転子（測定対象物）１の軸方向に合わせて該プローブ２を磁性面（円筒面）に対して垂直に近接配置することで、上述したＺ方向の磁界強度Ｂｚを検出する磁気センサ２ｚを、前記磁極面に対向配置されて該磁極面と平行な予め定められた基準方向（軸方向）の磁界強度を検出する第１の磁気センサとし、またＸ方向の磁界強度Ｂｘを検出する磁気センサ２ｘを、前記磁極面と平行で、且つ上記基準方向に垂直な方向（周方向）の磁界強度を検出する第２の磁気センサとしてそれぞれ用いるものとなっている。尚、プローブ２は、前記回転子（測定対象物）１の周面における磁界が最も安定していると看做し得る該周面の中腹部（中央部領域）に近接させて対向配置される。

一方、測定装置本体３は、その入力インターフェースとして前記各磁気センサ２ｘ,２ｙ,２ｚをそれぞれ介して測定対象物１の磁界強度を、前述したＸ方向，Ｙ方向，およびＺ方向毎にそれぞれ分解して検出する３つのセンシングアンプ３ｘ,３ｙ,３ｚと、これらの各方向毎に検出された磁界強度Ｂｘ,Ｂｙ,Ｂｚを互いに関連付けて記憶するメモリ４とを備える。また前述した回転子（測定対象物）１が回転機構５により支持され、その回転軸を中心に回転可能に設けられている場合には、前記測定装置本体３は上記回転機構５による回転子（測定対象物）１の回転角θを検出し（回転角検出手段６）、検出した回転角を前述した磁界強度Ｂｘ,Ｂｙ,Ｂｚに関連付けて前記メモリ４に記憶する機能を備える。このようにしてメモリ４に、その回転角θと共に磁界強度Ｂｘ,Ｂｙ,Ｂｚを対応付けて書き込むことで、回転子（測定対象物）１の周方向における各位置での磁界強度がそれぞれ求められる。

また測定装置本体３は、例えばマイクロプロセッサを主体として構成されるものであって、上述した如く検出した前記回転子（測定対象物）１の各回転位置での磁界強度Ｂｘ,Ｂｙ,Ｂｚから各回転位置での真の磁界強度Ｂを求める磁界計算部１１、上記磁界の偏角αを求める偏角計算部１２、上記磁界の伏角βを求める伏角計算部１３、そして前記回転子（測定対象物）１の磁性面における磁極のスキュー角γを求めるスキュー角計算部１４を備える。

尚、これらの計算部１１,１２,１３,１４は、予め設定された動作プログラムに従って比較・演算処理を実行する前記マイクロプロセッサの演算処理機能により実現される。また測定装置本体３には、前述した磁気センサ２ｘ,２ｙ,２ｚの検出感度を設定したり、更には各種の測定モードを選択指定する為の操作部１５が設けられると共に、上記各計算部１１,１２,１３,１４によりそれぞれ求められた処理結果を表示する為の出力部（例えばディスプレイ）１６が設けられる。

さて上述した如く構成されたガウスメータ（スキュー角測定装置）を用いた回転子（測定対象物）１の磁性面における磁極のスキュー角γの測定は、図３に上記回転子（測定対象物）１の磁性面を展開して示すように該磁性面の中央部領域に対して前述したプローブ２を垂直に近接配置し、第１の磁気センサ２ｚを上記磁性面と平行にして前記回転子１の軸方向（Ｚ方向；基準方向）に沿って位置付けると共に、第２の磁気センサ２ｘを前記磁性面と平行で、且つ上記基準方向と直交する方向（Ｘ方向）に位置付けて行われる。そして第１の磁気センサ２ｚにて前記磁性面の近傍におけるＺ方向の磁界強度Ｂｚを検出すると共に、第２の磁気センサ２ｘにて前記磁性面の近傍におけるＸ方向の磁界強度Ｂｘを検出することによって行われる。この際、本発明に係るスキュー角γの測定とは直接関係はないが、第３の磁気センサ２ｙを用いて前記磁性面と垂直な方向（Ｙ方向）の磁界強度Ｂｙも同時に検出される。

ここで前記回転子（測定対象物）１の磁性面の近傍に発生する磁界について簡単に説明すると、上記磁界は図４に模式的に示すようにＮ極からＳ極に向けて上記磁性面と垂直な方向（Ｙ方向）に円弧を描くように生じる。従って磁性面に近接配置されたプローブ２の先端部に設けられた３つの磁気センサ２ｘ,２ｙ,２ｚにて前述したＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向の各磁界強度Ｂｘ,Ｂｙ,Ｂｚをそれぞれ検出すれば、図５に示すようにこれらの磁界強度Ｂｘ,Ｂｙ,Ｂｚのベクトル合成成分として、その検出位置における磁界強度Ｂとその向きとをそれぞれ求めることができる。

前述した磁界計算部１１は、このようなＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向の各磁界強度Ｂｘ,Ｂｙ,Ｂｚをベクトル合成処理することで、その磁界強度Ｂを
Ｂ＝（Ｂｘ^２＋Ｂｙ^２＋Ｂｚ^２）^１／２
として求めている。またこの磁界の向きは、例えばＸ方向に対する偏角αと、Ｘ-Ｙ平面に対する伏角βとにより示され、前述した偏角計算部１２は上記偏角αを
α＝tan^−１（Ｂｘ／Ｂｙ）
として、また伏角計算部１３は上記伏角βを
β＝tan^−１［Ｂｚ／（Ｂｘ^２＋Ｂｙ^２）^１／２］
としてそれぞれ算出するものとなっている。

また前述した磁性面（Ｘ-Ｚ平面）と平行な面における上記磁界の向きは前述した図３に示すようにＮ極とＳ極との境界線に対して垂直である。換言すればプローブ２が受ける磁界の大きさ（強度）とその向きは、該プローブ２が位置付けられる磁性面上の位置に応じて３次元的に変化するが、上述した磁性面（Ｘ-Ｚ平面）と平行な面における上記磁界の向きだけに着目すれば、その磁界の向きはＮ極とＳ極との境界線の向きに対して直角であると言える。

従って或る位置において前記プローブ２を介して検出される前述したＸ方向およびＺ方向の磁界強度Ｂｘ,Ｂｚから、図６に示すように前記磁性面（Ｘ-Ｚ平面）における磁界の向きを求めれば、この磁界の向きと直角な方向を前記Ｎ極とＳ極との境界線の向きとして、つまり磁極のスキュー角γとして検出することが可能となる。具体的には前述したスキュー角計算部１４は、Ｎ極とＳ極との境界線の向きと基準方向（Ｚ方向）とがなす角が、上記磁界の向きと上記基準方向に直交する向き（Ｘ方向）とのなす角に等しいことから、磁極のスキュー角γを
α＝tan^−１（Ｂｚ／Ｂｘ）
として計算している。

尚、前記磁性面（Ｘ-Ｚ平面）と平行な面における磁界の強度はＮ極とＳ極との境界線上において最も強くなり、またＮ極およびＳ極の各磁極中心点において実質的に零（０）となる。従って前述したプローブ２を介して検出されるＸ方向およびＺ方向の磁界強度Ｂｘ,Ｂｚが零（０）となるような場合には、その検出位置を若干ずらし、Ｘ方向およびＺ方向の磁界強度Ｂｘ,Ｂｚがそれぞれ検出し得るように調整するだけで、磁極のスキュー角γを容易に検出することが可能となる。またＸ方向またはＺ方向の磁界強度Ｂｘ,Ｂｚが最大となるように位置調整すれば、その検出位置をＮ極とＳ極との境界線上に位置付けることが可能となるので、その計測精度を十分に高めることが可能となる。

以上説明したように本発明に係るガウスメータ（スキュー角測定装置）によれば、磁極面に対向配置されて該磁極面と平行な予め定められた基準方向（軸方向；Ｚ方向）の磁界強度Ｂｚを検出する第１の磁気センサ２ｚと、前記磁極面と平行で、且つ上記基準方向に垂直な方向（周方向；Ｘ方向）の磁界強度Ｂｘを検出する第２の磁気センサ２ｘとを備えたプローブ２を用いて上記磁極面近傍の磁界を検出するので、上記基準方向（軸方向；Ｚ方向）の磁界強度Ｂｚと、該基準方向に垂直な方向（周方向；Ｘ方向）の磁界強度Ｂｘとから容易に磁極のスキュー角γを測定することができる。しかも測定対象物１とプローブ２とを相対的に移動させることなく、静的に上記測定対象物１における磁極のスキュー角γを簡易に測定することができる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば前述したように円筒状の測定対象物１が回転自在に設けられているような場合には、測定対象物１を回転させてプローブ２による磁界検出位置をその周方向に走査しながら、磁界面における周方向の各位置にてそれぞれ検出されるスキュー角γを平均化して、その磁極のスキュー角γを求めるようにしても良い。またプローブ２を円筒状の測定対象物１における磁界面（周面）沿わせてその軸方向に移動させることで、Ｎ極とＳ極との境界線の全域に亘るスキュー角γの変化を求めることも可能である。

またここではＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の３つの磁気センサ２ｘ,２ｙ,２ｚを備えたプローブ２を用いたが、スキュー角γだけを検出するのであれば、Ｘ方向およびＺ方向の２つの磁気センサ２ｘ,２ｚを備えるだけで十分である。またプローブ２が１個の磁気センサ２ｘしか備えていない場合には、該プローブ２をそのＹ軸（プローブの軸方向）を中心に９０°回転させ、水平状態および垂直状態において磁界検出をそれぞれ実行することで上記１個の磁気センサ２ｘを第１の磁気センサおよび第２の磁気センサとして兼用することの可能である。またここでは円筒状の磁極面における磁極のスキュー角を検出する例について説明したが、平板状の磁極面や所定の円弧面をなす磁極面における磁極のスキュー角を検出する場合にも同様に適用することができる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態に係るガウスメータ（スキュー角測定装置）の要部概略構成図。 ３つの磁気センサを先端部に一体に組み込んだプローブの要部概略構成を示す図。 円筒状の検出対象物の展開した磁性面と、この磁性面の近傍の磁界を検出するプローブとの関係を示す図。 円筒状の検出対象物の磁性面の近傍に発生する磁界の様子を模式的に示す図。 検出対象物の磁性面の近傍に発生する磁界Ｂと、３つの磁気センサによりそれぞれ検出される磁界Ｂｘ,Ｂｙ,Ｂｚとの関係を示す図。 磁性面における磁極のスキュー角γと第１および第２の磁気センサによりそれぞれ検出される磁界Ｂｘ,Ｂｚとの関係を示す図。

符号の説明

１ 検出対象物（モータの回転子）
２ プローブ
２ｘ,２ｙ,２ｚ 磁気センサ（ホール効果素子）
３ 測定装置本体（マイクロプロセッサ）
４ メモリ
１１ 磁界計算部
１２ 偏角計算部
１３ 伏角計算部
１４ スキュー角計算部

Claims (3)

1. 磁極面に対向配置されて該磁極面と平行な予め定められた基準方向の磁界強度を検出する第１の磁気センサ、および前記磁極面と平行で、且つ上記基準方向に垂直な方向の磁界強度を検出する第２の磁気センサと、
   これらの第１および第２の磁気センサにてそれぞれ検出された磁界強度からその合成磁界の向きを求め、この合成磁界の向きと前記基準方向とがなす角を前記磁極面における磁極のスキュー角として求める演算手段と
   を具備したことを特徴とするスキュー角測定装置。
2. 前記磁極面は、磁性材により構成されて円筒面をなすものであって、前記基準方向は上記円筒面の軸方向として設定されるものである請求項１に記載のスキュー角測定装置。
3. 前記第１および第２の磁気センサは、前記磁極面に対して垂直に近接配置される棒状のプローブの先端に、該プローブの軸方向に対してその磁界検出方向をそれぞれ直交させて一体に組み込まれたものである請求項１に記載のスキュー角測定装置。

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