JP2008185512A - Ｓｒモータの回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータおよびステータを小型化する場合でも、コイルが形成する磁場の影響を低減し、ロータの正確な位置を検出するＳＲモータの回転角度検出装置を提供する。
【解決手段】ＳＲモータユニット１０は、ロータ４０の回転角度を検出するための角度検出マグネット６１およびロータ４０の位置を検出するための位置検出マグネット６２を備えている。ＳＲモータユニット１０の小型化にともない、位置検出マグネット６２は角度検出マグネット６１よりも径方向外側へ突出する。そのため、位置検出マグネット６２の磁場を検出する位置検出ホールＩＣ７２は、ステータ５０のコイル５２に接近し、コイル５２が形成する磁場の影響を受けやすくなる。ロータ４０の周方向において突極部４２の間に永久磁石８０を配置することにより、コイル５２が位置検出ホールＩＣ７２の近傍に形成する磁場は永久磁石８０が形成する磁場によって打ち消される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＳＲ（スイッチトリラクタンス）モータの回転角度検出装置に関する。

永久磁石を用いることなく、駆動力を発生するモータとしてＳＲモータが知られている。ＳＲモータのロータは、径方向外側に突出する突極部を周方向へ複数有している。また、ＳＲモータのステータは、径方向内側に突出するコイルを周方向へ複数有している。ロータの突極部とステータのコイルとの数は、相互に倍数関係とならない異なる数に設定される。例えばロータの突極部の数が４に対しステータのコイルの数は６、ロータの突極部の数が６に対しステータのコイルの数は８などに設定されている。

このようなＳＲモータでは、ロータに設けられている永久磁石の磁場の変化を検出することにより、ロータの回転角度およびロータの位置を検出している。そのため、ＳＲモータには、ロータの回転角度を検出する回転角度検出装置が設けられている。このような回転角度検出装置は、ロータの回転角度を検出するための角度検出用永久磁石、ロータの位置を検出するための位置検出用永久磁石、ならびに角度検出用永久磁石および位置検出用永久磁石の磁場の変化を検出するホールＩＣを備えている（例えば、特許文献１参照）。

角度検出用永久磁石は、ロータの周方向へ等間隔で設けられている。また、位置検出用永久磁石は、ロータの突極部にそれぞれ設けられている。ここで、角度検出用永久磁石は、例えば周方向へ４８極などのように複数設けられている。そのため、所定の角度検出精度すなわちロータの角度検出分解能を確保するためには、角度検出用永久磁石は所定の径を必要とする。

ところで、近年では、ＳＲモータおよびその回転角度検出装置の径の小型化が要求されている。そのため、ロータの外径の小型化が図られている。一方、角度検出用永久磁石の外径は、上述の通り分解能を確保するため、所定の径を確保しなければならない。その結果、角度検出用永久磁石は、一部がロータの突極部よりも径方向外側に位置することとなる。すなわち、従来、角度検出用永久磁石の径方向内側に設けられていた位置検出用永久磁石は、ロータの径の縮小にともない、角度検出用永久磁石よりも径方向外側に設ける必要がある。

しかしながら、角度検出用永久磁石から径方向外側へ突出する突極部に位置検出用永久磁石を設けると、この位置検出用永久磁石が形成する磁場の変化を検出するホールＩＣは、ステータのコイルが形成する磁場の影響を受けやすくなる。そのため、位置検出用永久磁石が形成する磁場の変化を検出するホールＩＣから誤った信号が出力され、ロータの正確な位置の検出が困難になるおそれがある。

特開２００４−１２２９９号公報

そこで、本発明の目的は、ロータおよびステータを小型化する場合でも、コイルが形成する磁場の影響を低減し、ロータの正確な位置を検出するＳＲモータの回転角度検出装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、磁場調整手段を備えている。磁場調整手段は、位置検出用永久磁石が形成する磁場の変化を検出するホールＩＣの近傍において、コイルによって形成される磁場を所定の磁束以下にする。そのため、ロータの小型化にともない位置検出用永久磁石が角度検出用永久磁石の径方向外側まで突出している場合でも、ホールＩＣの近傍においてコイルが形成する磁場を、ホールＩＣが信号を出力する所定の磁束以下にする。したがって、コイルが形成する磁場の影響を低減することができ、ロータの正確な位置を検出することができる。

請求項２記載の発明では、磁場調整手段は永久磁石を有している。永久磁石は、ロータの周方向において突極部の間に設けられている。Ｓ極に着磁されている永久磁石は、ホールＩＣの近傍にＳ極の磁場を形成する。そのため、コイルによってホールＩＣの近傍に形成されるＮ極の磁場は、永久磁石が形成する磁場によって打ち消される。これにより、コイルが形成する磁場によるホールＩＣからの信号の出力は低減される。したがって、ロータの正確な位置を検出することができる。

請求項３記載の発明では、磁場調整手段は、支持手段を有している。支持手段は、位置検出用永久磁石を支持している。Ｓ極に着磁されている永久磁石は、ホールＩＣの近傍にＳ極の磁場を形成する。そのため、コイルによってホールＩＣの近傍に形成されるＮ極の磁場は、支持手段が形成する磁場によって打ち消される。これにより、コイルが形成する磁場によるホールＩＣからの信号の出力は低減される。したがって、ロータの正確な位置を検出することができる。

請求項４記載の発明では、磁場調整手段はコイルから発生する磁場を調整する。磁場調整手段は、例えばコイルの通電方向またはコイルの巻線方向を逆転することにより、ホールＩＣの近傍に形成される磁場を逆転すなわちＳ極にする。そのため、ホールＩＣの近傍には、Ｓ極の磁場が形成される。これにより、コイルが形成する磁場によるホールＩＣからの信号の出力は低減される。したがって、ロータの正確な位置を検出することができる。

以下、本発明によるＳＲモータの回転角度検出装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による回転角度検出装置を適用したＳＲモータユニットを図１および図２に示す。図１および図２に示すＳＲモータユニット１０は、例えば電子制御による自動変速機のシフトレンジを切り換えるシフトバイワイヤシステムの駆動部として適用される。図３に示すように、シフトバイワイヤシステム１００は、ＳＲモータユニット１０により自動変速機のマニュアルバルブ１０１を駆動する。ＳＲモータユニット１０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１１を備えている。ＥＣＵ１１は、ＳＲモータユニット１０へ駆動信号を出力する。これにより、ＳＲモータユニット１０は、ＥＣＵ１１から入力された駆動信号にしたがって回転する。ＳＲモータユニット１０の回転運動は、駆動力伝達部１０２に伝達される。駆動力伝達部１０２は、ＳＲモータユニット１０から出力された回転駆動力をマニュアルバルブ１０１に伝達する。

駆動力伝達部１０２は、駆動軸部材１０３、ディテントプレート１０４およびストッパ１０５などを有している。駆動軸部材１０３は、ＳＲモータユニット１０に接続し、ＳＲモータユニット１０によって回転駆動される。ディテントプレート１０４は、駆動軸部材１０３から径方向外側に伸びて駆動軸部材１０３と一体に回転可能に構成されている。これにより、ディテントプレート１０４は、駆動軸部材１０３と一体にＳＲモータユニット１０によって回転駆動される。ディテントプレート１０４は、駆動軸部材１０３と平行に突出するピン１０６が設けられている。ピン１０６は、マニュアルバルブ１０１と接続している。その結果、ディテントプレート１０４が駆動軸部材１０３とともに回転することにより、マニュアルバルブ１０１は軸方向へ往復移動する。すなわち、駆動力伝達部１０２は、ＳＲモータユニット１０の回転駆動力を直線運動に変換してマニュアルバルブ１０１に伝達する。

ディテントプレート１０４は、径方向において駆動軸部材１０３と反対側に複数の凹部１０７を有している。凹部１０７は、それぞれ図示しない自動変速機のシフトレンジである「Ｐレンジ」、「Ｒレンジ」、「Ｎレンジ」および「Ｄレンジ」に対応している。ストッパ１０５は、板ばね１０８の先端に支持されている。ストッパ１０５がディテントプレート１０４の凹部１０７のいずれかと噛み合うことによって、マニュアルバルブ１０１の軸方向の位置は決定される。駆動軸部材１０３を経由してディテントプレート１０４に回転力が加わると、ストッパ１０５は隣接する他の凹部１０７へ移動する。その結果、ＳＲモータユニット１０によって駆動軸部材１０３を回転させることにより、マニュアルバルブ１０１の軸方向の位置が変化し、自動変速機のシフトレンジが変更される。

次に、ＳＲモータユニット１０について説明する。
ＳＲモータユニット１０は、図２に示すようにモータ２０とエンコーダ６０とから構成されている。モータ２０は、ハウジング３０、ロータ４０およびステータ５０を備えている。ハウジング３０は、ハウジング本体３１とカバー３２とから構成されている。ハウジング本体３１は、内側にステータ５０を収容している。ステータ５０は、図１および図２に示すように積層プレート５１およびコイル５２を有している。積層プレート５１は、磁性材料により略円環状に形成され、板厚方向に複数積層されている。コイル５２は、積層プレート５１の径方向内側に突出して設けられ、積層プレート５１に支持されている。これにより、ステータ５０は、積層プレート５１から径方向内側へ突出するコイル５２を有している。コイル５２は、例えば銅線などの導電体が複数回巻かれて形成されている。コイル５２は、通電することにより磁場を形成する。コイル５２は、ステータ５０の周方向へ所定の間隔で複数設けられている。第１実施形態の場合、コイル５２は、ステータ５０の周方向へ等間隔で十二個設けられている。

ロータ４０は、ステータ５０の内周側に設けられている。ロータ４０は、ハウジング３０に収容され、ハウジング３０およびステータ５０に対し、回転可能に支持されている。ロータ４０は、図１に示すように円筒状の本体４１、および本体４１から径方向外側へ突出する突極部４２を有している。ロータ４０は、本体４１と本体４１から径方向へ突出する突極部４２とが一体に形成された薄板が複数積層されている。ロータ４０の中心部分には、一体に回転軸部４３が形成されている。

突極部４２は、本体４１から径方向外側へ突出している。突極部４２は、ロータ４０の周方向へ所定の間隔で複数設けられている。第１実施形態の場合、突極部４２は、ロータ４０の周方向へ等間隔で八個設けられている。突極部４２は、本体４１から径方向外側へ突出しており、ステータ５０のコイル５２と対向している。但し、コイル５２はステータ５０の周方向へ所定の角度間隔で十二個設けられているのに対し、突極部４２はロータ４０の周方向へ所定の角度間隔で八個設けられている。

ＳＲモータユニット１０のエンコーダ６０は、ロータ４０に設けられている永久磁石、およびハウジング３０に設けられているホールＩＣを備えている。ロータ４０に設けられている永久磁石は、図１に示すように角度検出用永久磁石としての角度検出マグネット６１と、位置検出用永久磁石としての位置検出マグネット６２とから構成されている。

角度検出マグネット６１は、図１に示すようにロータ４０と一体に円環状に設けられている。角度検出マグネット６１は、ロータ４０の周方向へ所定の角度間隔でＳ極およびＮ極の永久磁石を交互に有している。第１実施形態の場合、角度検出マグネット６１は、７．５°間隔で４８極の永久磁石を有している。一方、位置検出マグネット６２は、突極部４２にそれぞれ設けられている。そのため、第１実施形態のように八個の突極部４２を有する場合、位置検出マグネット６２もロータ４０に八個設けられている。角度検出マグネット６１および位置検出マグネットは６２、ロータ４０の軸方向においてカバー３２側の端面に設けられている。

ハウジング３０のカバー３２には、図２に示すように角度検出ホールＩＣ７１および位置検出ホールＩＣ７２が設けられている。角度検出ホールＩＣ７１は、ＳＲモータユニット１０の軸方向において角度検出マグネット６１と対向して設けられている。また、位置検出ホールＩＣ７２は、ＳＲモータユニット１０の軸方向において位置検出マグネット６２と対向して設けられている。すなわち、ハウジング３０のカバー３２に設けられている角度検出ホールＩＣ７１および位置検出ホールＩＣ７２は、ロータ４０に設けられている角度検出マグネット６１または位置検出マグネット６２とそれぞれ対向している。

角度検出ホールＩＣ７１および位置検出ホールＩＣ７２は、いずれも磁場が変化することによって信号を出力する。すなわち、角度検出ホールＩＣ７１および位置検出ホールＩＣ７２は、付近の磁場がＳ極からＮ極に変化すると信号を出力する。これらの構成により、角度検出ホールＩＣ７１は、角度検出マグネット６１が形成する磁場の変化からロータ４０の回転角度を検出するＡ相およびＢ相の信号を出力する。一方、位置検出ホールＩＣ７２は、位置検出マグネット６２が形成する磁場の変化からロータ４０の突極部４２の位置を検出するＺ相の信号を出力する。

第１実施形態の場合、図１に示すようにロータ４０の本体４１の外径は小さい。すなわち、突極部４２と突極部４２との間に設けられる径方向の凹部４４の底が角度検出マグネット６１側に位置している。そのため、突極部４２に設けられている位置検出マグネット６２は、円環状の角度検出マグネット６１よりも径方向外側に設けられている。その結果、位置検出マグネット６２および位置検出マグネット６２に対向する角度検出ホールＩＣ７２と、ステータ５０のコイル５２との間の距離は小さくなる。これにより、角度検出ホールＩＣ７２は、ステータ５０のコイル５２が形成する磁場の影響を受けやすい。

コイル５２へ通電することにより、位置検出ホールＩＣ７２の近傍にＮ極の磁場が形成されると、位置検出ホールＩＣ７２はＮ極に着磁された位置検出マグネット６２と対向していない所定の時期以外でも、コイル５２が形成するＮ極の磁場を検出し、検出信号を出力する。位置検出ホールＩＣ７２から所定の時期以外に検出信号が出力されると、ロータ４０の正確な位置を検出できないおそれがある。

そこで、第１実施形態では、ロータ４０の周方向において、突極部４２に対応して設けられる位置検出マグネット６２の間に永久磁石８０を配置している。すなわち、ロータ４０の周方向において、突極部４２の間に永久磁石８０が設けられる。永久磁石８０は、Ｓ極に着磁されており、位置検出ホールＩＣ７２の近傍にＳ極の磁場を形成する。このように永久磁石８０を配置することにより、コイル５２への通電によって位置検出ホールＩＣ７２の近傍にコイル５２からＮ極の磁場が形成されても、コイル５２が形成する磁場は永久磁石８０が形成するＳ極の磁場によって打ち消される。その結果、位置検出ホールＩＣ７２は、位置検出マグネット６２が形成する磁場の変化を正確に検出する。

例えば図４に示すように、ロータ４０の回転にともなって位置検出ホールＩＣ７２からはＺ相に対応する信号が出力される。位置検出ホールＩＣ７２は、Ｎ極の磁場が例えば５ｍＴ程度の所定の値Ｓ１に達すると検出信号を出力し、所定の値Ｓ２に達すると検出信号の出力を停止する。永久磁石８０がない場合、コイル５２によって位置検出ホールＩＣ７２の近傍にＮ極の磁場が形成され、磁場の大きさが所定の値Ｓ１に達すると、コイル５２によって形成された磁場がノイズとなり、位置検出ホールＩＣ７２からは誤信号が出力される。一方、永久磁石８０を配置することにより、コイル５２によって位置検出ホールＩＣ７２の近傍にＮ極の磁場が形成されても、その磁場は永久磁石８０によって打ち消され、位置検出ホールＩＣ７２近傍の磁場は所定の値Ｓ１に達しない。その結果、位置検出ホールＩＣ７２からの誤信号の出力は低減される。このように、第１実施形態では、永久磁石８０は特許請求の範囲の磁場調整手段を構成している。

以上のように、第１実施形態では、ロータ４０に永久磁石８０を配置している。永久磁石８０は、コイル５２が位置検出ホールＩＣ７２の近傍に形成する磁場を打ち消す磁場を形成する。そのため、位置検出ホールＩＣ７２は、コイル５２が形成する磁場の影響を受けることなく検出信号を出力する。その結果、ロータ４０の小型化にともなって角度検出マグネット６１よりも径方向外側に位置検出マグネット６２を配置する場合でも、位置検出マグネット６２の磁場を検出する位置検出ホールＩＣ７２はコイル５２が形成する磁場の影響を受けにくい。したがって、ＳＲモータユニット１０の小型化を図ることができるとともに、ロータ４０の位置を正確に検出することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるＳＲモータユニットの要部を図５に示す。
第２実施形態では、コイル５２は図５の矢印で示すように位置検出ホールＩＣ７２の近傍にＳ極の磁場を形成する。なお、図５の矢印の向きは磁場の方向を示す。すなわち、コイル５２が形成する磁場によって、位置検出ホールＩＣ７２の近傍にＮ極の磁場が形成されると、位置検出ホールＩＣ７２の検出信号に誤りが生じやすくなる。そこで、第２実施形態では、コイル５２は、通電したとき、位置検出ホールＩＣ７２の近傍にＳ極の磁場を形成する。例えばコイル５２を構成する銅線の巻線方向を逆にしたり、コイル５２への通電方向を逆にすることにより、位置検出ホールＩＣ７２の近傍に形成される磁場の向きは調整することができる。すなわち、第２実施形態では、コイル５２自身が特許請求の範囲の磁場調整手段を構成している。そのため、位置検出マグネット６２と位置検出ホールＩＣ７２との位置関係が決定したとき、コイル５２の通電方向または巻線方向を設定することにより、位置検出ホールＩＣ７２の近傍にＳ極の磁場を形成可能である。その結果、位置検出ホールＩＣ７２は、コイル５２が形成する磁場の影響を受けにくくなる。したがって、ＳＲモータユニット１０のロータ４０の位置を正確に検出することができる。

（その他の実施形態）
上述の第１実施形態では、ロータ４０の突極部４２との間にＳ極に着磁された永久磁石８０を配置する例について説明した。しかし、ロータ４０に位置検出マグネット６２を支持する支持部材を設け、この支持部材の全体をＳ極に着磁する構成としてもよい。すなわち、位置検出マグネット６２を支持する支持部材を、特許請求の範囲の磁場調整手段として構成する。このように支持部材の全体をＳ極に着磁することにより、位置検出マグネット６２に対向する位置検出ホールＩＣ７２の近傍には支持部材によってＳ極の磁場が形成される。したがって、ＳＲモータユニット１０のロータ４０の位置を正確に検出することができる。

また、上述の複数の実施形態では、ＳＲモータユニット１０をシフトバイワイヤシステムに適用する例について説明した。しかし、ＳＲモータユニット１０は、シフトバイワイヤシステムに限らず、ＳＲモータユニット１０を用いる種々の機能部分に適用することができる。
以上の通り、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

図２のＩ−Ｉ線における断面を示す断面図であって、要部を拡大した図。 本発明の第１実施形態によるＳＲモータユニットの概略を示す断面図。 本発明の第１実施形態によるＳＲモータユニットを適用したシフトバイワイヤシステムを示す概略図。 本発明の第１実施形態によるＳＲモータユニットにおいて、Ｚ相の磁束とＡ相出力波形、Ｂ相出力波形およびＺ相出力波形との関係を示す模式図。 本発明の第２実施形態によるＳＲモータユニットを、図２のＩ−Ｉ線に対応する線で切断し要部を拡大した断面図。

符号の説明

１０：ＳＲモータユニット、２０：モータ（ＳＲモータ）、４０：ロータ、４２：突極部、５０：ステータ、５２：コイル（磁場調整手段）、６０：エンコーダ（回転角度検出装置）、６１：角度検出マグネット（角度検出用永久磁石）、６２：位置検出マグネット（位置検出用永久磁石）、７２：位置検出ホールＩＣ、８０：永久磁石（磁場調整手段）

Claims (4)

1. 径方向外側へ突出する突極部が周方向へ複数設けられているロータと、
   前記ロータの径方向外側に設けられ、前記突極部と対向して径方向内側に突出する複数のコイルを有し、前記コイルの数が前記突極部と数の異なるステータと、を備えるＳＲモータの回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
   前記ロータの周方向へ所定の間隔で配置され、前記ロータの回転角度を検出するための角度検出用永久磁石と、
   前記突極部において前記角度検出用永久磁石の径方向外側まで突出して設けられ、前記ロータの位置を検出するための位置検出用永久磁石と、
   前記ロータの軸方向において前記位置検出用永久磁石と対向して設けられ、前記ロータの回転にともない前記位置検出用永久磁石が形成する磁場の変化を検出するホールＩＣと、
   前記ホールＩＣの近傍において、前記コイルによって形成される磁場を所定の磁束以下にする磁場調整手段と、
   を備える回転角度検出装置。
2. 前記磁場調整手段は、前記ロータの周方向において前記突極部間に設けられ、Ｓ極に着磁されている永久磁石を有する請求項１記載の回転角度検出装置。
3. 前記磁場調整手段は、前記ロータに設けられ、Ｓ極に着磁され前記位置検出用永久磁石を支持する支持手段を有する請求項１記載の回転角度検出装置。
4. 前記磁場調整手段は、前記コイルから発生する磁場を調整し、前記ホールＩＣ近傍にＳ極の磁場を形成する請求項１記載の回転角度検出装置。

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