JP2015152531A - 電気モータの回転量検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気モータの励磁終了時に回転子が逆方向に動いてから停止した場合であっても、余分なパルス信号が発生することを防止すること。
【解決手段】電気モータ１１の回転角θとホールＩＣデバイス２２が検出する磁束密度Ｂｓとの関係は、順回転ＣＷする回転検出用永久磁石２１、２１Ｂからの磁束密度に応じてパルス信号がオンレベルからオフレベルに切り替わるときの第１の磁束密度（ＢＳ１）と、逆回転ＣＣＷする回転検出用永久磁石からの磁束密度に応じてパルス信号がオフレベルからオンレベルに切り替わるときの第２の磁束密度ＢＳ２との差Ａｂが、コギングトルクによって回転検出用永久磁石が回転することに伴う磁束密度の変化量よりも大きい。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気モータの回転量検出装置に関し、特に磁気を利用してモータの回転を検出するための技術に関する。

ステッピングモータなどの電気モータの駆動力を利用して駆動する機器がある。このような機器のなかには、電気モータの駆動量を検知するため、磁気を利用して電気モータの出力軸の回転量を検出するものがある。

特許文献１の位置制御装置においては、直流駆動モータの回転軸に円板と検出器とで構成される回転数検出機構が取りつけられている。円板には２つの磁石が装着してあり、検出器を構成するホール素子が、磁気を検出してパルス信号を出力する。ホール素子が出力するパルス信号をカウントすることにより、直流駆動モータの回転した回数を把握することができる。

特開平５−１００７４５号公報

ところで、例えばステッピングモータやその他の様々な電気モータには、コギングトルク（cogging torque）と呼ばれるトルクが作用する。すなわち、励磁コイルが非励磁状態であっても、モータの回転子のコアと、固定子の永久磁石との間に働く磁気吸引力に起因して、トルクが発生する。そして、非励磁状態における回転子の回転方向の位置については、力のバランスが安定した位置と、不安定な位置とがある。これらの位置については、回転子及び固定子の極数に応じて定まる。

このため、電気モータを励磁して回転駆動した後、励磁を終了して電気モータの駆動を停止したとき、回転子の停止位置が不安定な位置であると円周方向にトルクが発生し、その停止位置から正転方向又は逆転方向に更に少し回転して安定な位置で停止する。したがって、励磁を終了したときの回転子の停止位置と、実際の回転子の停止位置とは必ずしも一致しない。

特許文献１のように、電気モータの出力軸と共に回転する永久磁石と、その近傍に配置されたホール素子とを用いて回転量に応じたパルス信号を出力する場合には、電気モータの回転子の回転位置がある位置を横切る時に、ホール素子が磁気を検出してパルス信号が発生する。したがって、ホール素子が発生したパルス信号のパルス数からモータの回転回数を把握できる。

ところが、電気モータの励磁を終了した時に、固定子が不安定な位置にあって、この位置から逆方向に少し回転してから安定な位置に停止した場合には、逆方向に回転する際に回転子の回転位置がある位置を横切り、ホール素子が磁気を検出して余分なパルス信号を発生する場合がある。このため、ホール素子が発生したパルス信号のパルス数からモータの回転回数を把握する場合には、余分に発生したパルスの分だけ、実際の回転回数との間に誤差が生じる。

また、装置を小型化しようとする場合には、例えば特許文献１の場合、円板を小型化する必要があるため、２つの永久磁石を互いに隣接した位置に配置せざるを得ない。このような環境においては、電気モータの励磁を終了したときに回転子が逆方向に回転すると、余分なパルス信号がホール素子から出力される可能性がより高くなる。

例えば、車両用の電動パーキングブレーキ装置を電気モータで駆動する場合、ブレーキをかけた状態と解除した状態との２種類の位置の間で可動機構を動かすために、毎回、同じ回転数だけ電気モータを正転方向及び逆転方向に交互に駆動する必要がある。このような用途において、回転量を表すパルス信号に余分なパルスが含まれていると、パルス数のカウント値と実際の回転量との間に生じる僅かな誤差が累積し、把握されるモータの回転回数が正確なものではなくなる。このため、電動パーキングブレーキ装置の適正な動作に影響を与える可能性がある。

また、例えば、永久磁石の磁気を検出するホール素子の数を増やして、複数のホール素子を互いにずれた位置に配置すれば、余分に発生するパルスの影響を排除することも可能であるが、部品数が増え構造が複雑になるのでコストの増大に繋がる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気モータの励磁終了時に回転子が逆方向に動いてから停止した場合であっても、余分なパルス信号が発生することを防止することが可能な電気モータの回転量検出装置を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る電気モータの回転量検出装置は、下記（１）〜（７）を特徴としている。
（１） 電気モータの出力軸を挟むようにＮ極及びＳ極が配置された磁石と、
前記出力軸の回転に伴って回転する前記磁石から放射される磁気の磁束密度を検出し、検出した磁束密度に応じたパルス信号を出力する磁気検出デバイスと、
を備え、
前記電気モータの回転角と前記磁気検出デバイスが検出する磁束密度との関係は、順回転する前記磁石からの磁束密度に応じて前記パルス信号が第１レベルから第２レベルに切り替わるときの第１の磁束密度と、逆回転する前記磁石からの磁束密度に応じて前記パルス信号が前記第２レベルから前記第１レベルに切り替わるときの第２の磁束密度との差が、コギングトルクによって前記磁石が回転することに伴う磁束密度の変化量よりも大きいものである、
ことを特徴とする電気モータの回転量検出装置。
（２） 前記磁石が、前記関係を満たす磁気を放射する、
ことを特徴とする上記（１）に記載の電気モータの回転量検出装置。
（３） 前記磁石は、前記関係を満たす形状である、
ことを特徴とする上記（２）に記載の電気モータの回転量検出装置。
（４） 前記磁石は、前記出力軸の軸心方向に沿う方向に視たときに楕円形状であって、Ｎ極及びＳ極が並ぶ方向に沿う長さが、該並ぶ方向に直交する方向に沿う長さよりも長い、
ことを特徴とする上記（３）に記載の電気モータの回転量検出装置。
（５） 前記磁石には、前記関係を満たすように着磁が施されている、
ことを特徴とする上記（２）に記載の電気モータの回転量検出装置。
（６） 前記磁石は、前記出力軸の軸心方向に沿う方向に視たときに真円形状または楕円形状であって、Ｎ極及びＳ極が並ぶ方向に位置する各極の頂点部が、他の部分よりも強い着磁が施されている、
ことを特徴とする上記（５）に記載の電気モータの回転量検出装置。
（７） 電気モータの出力軸を挟むようにＮ極及びＳ極が配置された磁石と、
前記出力軸の回転に伴って回転する前記磁石から放射される磁気の磁束密度を検出し、検出した磁束密度に応じたパルス信号を出力する磁気検出デバイスと、
を備え、
前記電気モータの回転角に対する前記磁気検出デバイスが検出する磁束密度の関係は、順回転する前記磁石からの磁束密度に応じて前記パルス信号が第１レベルから第２レベルに切り替わるときの前記電気モータの第１の回転角と、逆回転する前記磁石からの磁束密度に応じて前記パルス信号が前記第２レベルから前記第１レベルに切り替わるときの前記電気モータの第２の回転角との差θｈが、コギングトルクによって前記電気モータが回転する回転角θｃよりも大きいものである、
ことを特徴とする電気モータの回転量検出装置。

上記（１）の構成の電気モータの回転量検出装置によれば、第１の磁束密度と第２の磁束密度の差（ヒステリシスの範囲）がコギングトルクによって磁石が回転することに伴う磁束密度の変化量よりも大きいことにより、余分なパルスが生じることを防止することができる。このため、モータの回転回数をより正確に把握することができる。
上記（２）の構成の電気モータの回転量検出装置によれば、上述した電気モータの回転角と磁気検出デバイスが検出する磁束密度との関係を、磁石単体で実現することができる。つまり、他の部品を改良することも、新たな部材を追加する必要もない。また、簡易な構成によってヒステリシス範囲を変化させることができる。このため、電気モータの回転量検出装置の性能をコストの増大を抑えつつ向上させることができる。
上記（３）及び（４）の構成の電気モータの回転量検出装置によれば、磁石の形状を変更するだけで、上述した電気モータの回転角と磁気検出デバイスが検出する磁束密度との関係を実現することができる。
上記（５）及び（６）の構成の電気モータの回転量検出装置によれば、既存の磁石の形状を変更することなく、上記の関係を満たす着磁を既存の磁石に施すことにより、既存の磁石をも利用しつつ、電気モータの回転量検出装置の性能を向上させることができる。

上記（７）の構成の電気モータの回転量検出装置によれば、第１の回転角と第２の回転角との差θｈがコギングトルクによって電気モータが回転する回転角θｃよりも大きいことにより、余分なパルスが生じることを防止することができる。このため、モータの回転回数をより正確に把握することができる。

本発明の電気モータの回転量検出装置によれば、電気モータの励磁終了時に回転子が逆方向に動いてから停止した場合であっても、余分なパルス信号が発生するのを防止することが可能である。したがって、電気モータの回転回数を正しく把握することが可能になる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１（Ａ）は代表的な電動アクチュエータの構成を示す、概略的な断面図、図１（Ｂ）は、この電動アクチュエータの一部分を拡大した拡大図である。 図２（Ａ）は図１（Ｂ）の一部分を表す側面図、図２（Ｂ）は回転検出用永久磁石の形状の具体例を示す正面図である。 図３は、本実施形態の電気モータの回転量検出装置における出力信号、コギングトルク、モータ回転角と磁束密度との関係を表す波形図である。 図４は、回転検出用永久磁石の形状の具体例を示す正面図である。 図５（Ａ）、（Ｂ）は、回転検出用永久磁石の着磁パターンの例を示す模式図である。 図６は、一般的な電気モータの回転量検出装置における出力信号、コギングトルク、モータ回転角と磁束密度との関係を表す波形図である。 図７Ａは、２極６スロット構成の電気モータにおける回転角と状態変化との関係を表す状態遷移図である。 図７Ｂは、２極６スロット構成の電気モータにおける回転角と状態変化との関係を表す状態遷移図である。 図８は、電気モータの回転角の変化と出力信号との関係を示す状態遷移図である。 図９は、電気モータの回転角の変化と出力信号との関係を示す状態遷移図である。

本発明の電気モータの回転量検出装置に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。

＜第１実施形態＞
本実施形態では、図１及び図２に示した電動アクチュエータ１０に本発明を適用する場合について説明する。

＜機構部の構成の説明＞
図１（Ａ）は代表的な電動アクチュエータ１０の構成を示す概略的な断面図、図１（Ｂ）は、電動アクチュエータ１０の一部分を拡大した拡大図である。また、図２（Ａ）は図１（Ｂ）の一部分を表す側面図、図２（Ｂ）は回転検出用永久磁石の形状の具体例を示す正面図である。この電動アクチュエータ１０は、例えば自動車の電動パーキングブレーキ装置を駆動するために利用することができる。

図１（Ａ）に示すように、電動アクチュエータ１０には電気モータ１１、減速機１２、コイルばね１３、及びアクチュエータ出力軸１５が備わっている。また、図１（Ｂ）に示すように、電気モータ１１の駆動により回転するモータ出力軸１１ａにはギヤ１６ａが装着され、このギヤ１６ａが中間ギア１６ｂを介して減速機１２と連結されている。

したがって、電気モータ１１の駆動によりモータ出力軸１１ａが回転すると、この駆動力がギヤ１６ａ及び中間ギヤ１６ｂを介して減速機１２に伝達され、図１（Ｂ）に示すねじ機構１４が駆動する。このねじ機構１４の駆動により、アクチュエータ出力軸１５が軸方向に沿って図１における左右方向に移動する。そのため、電気モータ１１を駆動する際の回転回数に基づき、アクチュエータ出力軸１５の軸方向に沿う移動量を把握することができる。

電気モータ１１の回転回数を検出するために、図１（Ｂ）、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、モータ出力軸１１ａには回転検出用永久磁石２１が固定されている。この回転検出用永久磁石２１は、モータ出力軸１１ａと共に回動する。また、回転検出用永久磁石２１と対向する位置には、ホールＩＣデバイス２２が固定されている。ホールＩＣデバイス２２は支持部材１７で電気モータ１１の筺体に支持されている。

また、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、ホールＩＣデバイス２２は回転検出用永久磁石２１に近接した状態で配置されているので、回転検出用永久磁石２１の磁気を検出することができる。また、回転検出用永久磁石２１の回転に伴ってホールＩＣデバイス２２と対向するＮ極２１ｎ、Ｓ極２１ｓが切り替わる時に、ホールＩＣデバイス２２から出力される出力信号ＳＧ１（図３参照）が二値的に変化する。したがって、出力信号ＳＧ１のパルスのエッジをカウントすることにより、電気モータ１１の回転回数を把握することができる。

＜回転検出用永久磁石２１の形状の説明＞
回転検出用永久磁石２１は、図２（Ｂ）に示すように、互いに隣接する状態で配置されたＮ極２１ｎ、Ｓ極２１ｓで構成されている。回転検出用永久磁石２１は、モータ出力軸１１ａの軸心方向に沿う方向に視たときに楕円形状に近い断面を有しており、Ｎ極２１ｎ及びＳ極２１ｓが並ぶ方向に沿う長さが、該並ぶ方向に直交する方向に沿う長さよりも長い。このため、回転検出用永久磁石２１は、Ｎ極２１ｎ、Ｓ極２１ｓの中央部Ｐｃは外側に突出しており、Ｎ極２１ｎ、Ｓ極２１ｓの境目に位置する境界部Ｐｂは相対的に寸法が小さくなっている。このような回転検出用永久磁石２１の形状は、回転検出用永久磁石２１が放射する磁気の磁束密度の分布を考慮して設計されている。回転検出用永久磁石２１を上述の形状にすることにより、ホールＩＣデバイス２２は、図３の下段に示す、電気モータ１１の回転角θとホールＩＣデバイス２２が検出する磁束密度Ｂｓとの関係を満たす磁束密度Ｂｓを検出することができる。電気モータ１１の回転角θとホールＩＣデバイス２２が検出する磁束密度Ｂｓとの関係については後で詳細に説明する。

＜コギングトルクの説明＞
様々な電気モータにおいては、コギングトルク（cogging torque）と呼ばれるトルクが作用する。すなわち、電気モータの励磁コイルが非励磁状態であっても、モータの回転子（ロータ）のコアと、固定子（ステータ）の永久磁石との間に働く磁気吸引力に起因して、トルクが発生する。そして、非励磁状態における回転子の回転方向の位置については、力のバランスが安定した位置と、不安定な位置とがある。これらの位置については、回転子及び固定子の極数に応じて定まる。

このため、電気モータを励磁して回転駆動した後、励磁を終了して電気モータの駆動を停止したとき、回転子の停止位置が不安定な位置であると円周方向にトルクが発生し、その停止位置から正転方向又は逆転方向に更に少し回転して安定な位置で停止する。したがって、励磁を終了したときの回転子の停止位置と、実際の回転子の停止位置とは必ずしも一致しない。

＜実際のコギングトルクとモータ回転角との関係＞
２極６スロット構成の電気モータにおける実際の回転角と状態変化との関係を図７Ａ、図７Ｂに示す。

例えば、電気モータ１１を励磁して順方向（時計回り：ＣＷ）に駆動し、ロータ１１ｒの回転角が０度、＋１５度、＋３０度と増大する際に、ロータ１１ｒが丁度＋３０度の位置で励磁を終了して停止した場合、＋３０度の位置では不安定な状態であるため円周方向にトルクが発生する。このため、ロータ１１ｒは、円周方向のトルクに従い、安定した位置である＋４５度、又は＋１５度の位置に非励磁のまま自然に移動する。＋４５度の位置に移動する場合は駆動方向に対して順方向であるのに対し、＋１５度の位置に移動する場合は駆動方向と逆方向（反時計回り：ＣＣＷ）に戻ることになる。同様に、丁度＋６０度の位置で励磁を終了して停止した場合、＋６０度の位置では不安定な状態であるため円周方向にトルクが発生する。このため、ロータ１１ｒは、円周方向のトルクに従い、安定した位置である＋７５度、又は＋４５度の位置に非励磁のまま自然に移動する。＋７５度の位置に移動する場合は駆動方向に対して順方向であるのに対し、＋４５度の位置に移動する場合は駆動方向と逆方向（反時計回り：ＣＣＷ）に戻ることになる。

＜電気モータの回転角の変化と出力信号との関係＞
電気モータの回転角の変化と、ホールＩＣデバイス２２から出力される出力信号ＳＧ１との関係を図８及び図９に示す。図８に示すように、電気モータ１１を駆動するとモータ出力軸１１ａが回転し、それに伴って回転検出用永久磁石２１が回転する。そして、回転検出用永久磁石２１に近接した位置に配置されているホールＩＣデバイス２２に回転検出用永久磁石２１が及ぼす磁気が変化するため、ホールＩＣデバイス２２の出力信号ＳＧ１がオン（ＯＮ）レベルからオフ（ＯＦＦ）レベルに、又はオフレベルからオンレベルに二値的に変化する。具体的には、図８のように、回転検出用永久磁石２１のＮ極、Ｓ極の境目に位置する境界部がホールＩＣデバイス２２を横切る時に、出力信号ＳＧ１がオン（ＯＮ）レベルからオフ（ＯＦＦ）レベルに、又はオフレベルからオンレベルに切り替わる。

尚、本実施形態では、回転検出用永久磁石２１の境界部がホールＩＣデバイス２２を横切る場合であって、回転検出用永久磁石２１のＮ極がホールＩＣデバイス２２から遠ざかり回転検出用永久磁石２１のＳ極がホールＩＣデバイス２２に近づくとき、ホールＩＣデバイス２２の出力信号ＳＧ１がオンレベルからオフレベルに切り替わり、他方、回転検出用永久磁石２１のＳ極がホールＩＣデバイス２２から遠ざかり回転検出用永久磁石２１のＮ極がホールＩＣデバイス２２に近づくとき、ホールＩＣデバイス２２の出力信号ＳＧ１がオフレベルからオンレベルに切り替わる。この出力信号ＳＧ１の切り替わりは、ホールＩＣデバイス２２の設計により、オンレベルとオフレベルの関係を逆に設計することもできる。すなわち、回転検出用永久磁石２１の境界部がホールＩＣデバイス２２を横切る場合であって、回転検出用永久磁石２１のＮ極がホールＩＣデバイス２２から遠ざかり回転検出用永久磁石２１のＳ極がホールＩＣデバイス２２に近づくとき、ホールＩＣデバイス２２の出力信号ＳＧ１がオフレベルからオンレベルに切り替わり、他方、回転検出用永久磁石２１のＳ極がホールＩＣデバイス２２から遠ざかり回転検出用永久磁石２１のＮ極がホールＩＣデバイス２２に近づくとき、ホールＩＣデバイス２２の出力信号ＳＧ１がオンレベルからオフレベルに切り替わるようにしてもよい。

ところで、図９に示すようにＮ極、Ｓ極の境界部がホールＩＣデバイス２２を横切って出力信号ＳＧ１が切り替わった直後に励磁が停止し、コギングトルクの影響により回転検出用永久磁石２１が逆方向に回転した場合には、Ｎ極、Ｓ極の境界部がホールＩＣデバイス２２を再度、横切る可能性がある。従来は、図９に示すように、Ｎ極、Ｓ極の境界部がホールＩＣデバイス２２を再度、横切ったときに、出力信号ＳＧ１に余分なレベルの切り替わりが発生し、電気モータ１１が回転していないにもかかわらず余分なパルスが現れてしまい、回転回数を正しく把握できないことがあった。一方、本実施形態では、回転検出用永久磁石２１の形状に特別な工夫が施されている。このため、以下に説明するように、コギングトルクの影響により回転検出用永久磁石２１が逆方向に回転した場合であっても、余分なパルスが現れないようにすることができる。

＜実施形態の電気モータの回転量検出装置の動作＞
本実施形態の電気モータの回転量検出装置における出力信号、コギングトルク、モータ回転角と磁束密度との関係を図３に示す。また、本発明と従来例との対比を容易にするために、一般的な電気モータの回転量検出装置における出力信号、コギングトルク、モータ回転角と磁束密度との関係を図６に示す。

図３の中段に示すように、コギングトルクＴｃは電気モータ１１の回転角θに応じて周期的に変化する。そして、コギングトルクＴｃが最低になる安定点Ｐｓ以外の位置でロータ１１ｒが停止した場合には、隣接するいずれかの安定点Ｐｓに向かって順方向又は逆方向に更に自然に回転する。例えば、図７Ａ、図７Ｂに示した各角度＋１５度、＋４５度、＋７５度が安定点Ｐｓに相当する位置である。安定点Ｐｓに相当する位置は、回転子及び固定子の極数に応じて定まる。

一方、回転検出用永久磁石２１は、電気モータ１１及び回転検出用永久磁石２１が回転したときには、ホールＩＣデバイス２２が検出する磁束密度Ｂｓが図３の下段に示すように回転角θに応じて変動する。一般的な電気モータの回転量検出装置の場合は、図６の下段に示すようにホールＩＣデバイスが検出する磁束密度Ｂｓ’が正弦波状の波形になるが、本実施形態の電気モータの回転量検出装置の場合は、次の点で一般的な電気モータの回転量検出装置の場合と異なる。

本実施形態の電気モータの回転量検出装置において、電気モータ１１の回転角θとホールＩＣデバイス２２が検出する磁束密度Ｂｓとの関係は、図３に示すように、順方向に回転する回転検出用永久磁石２１からの磁束密度Ｂｓに応じてパルス信号がオンレベルからオフレベルに切り替わるときの第１の磁束密度Ｂｓ１と、逆回転する回転検出用永久磁石２１からの磁束密度Ｂｓに応じてパルス信号がオフレベルからオンレベルに切り替わるときの第２の磁束密度Ｂｓ２との差Ａｂ（以下、ヒステリシスの範囲Ａｂと称する。）が、コギングトルクによって回転検出用永久磁石２１が回転することに伴う磁束密度の変化量よりも大きいものである。

この関係は、次のように言い換えることができる。すなわち、電気モータ１１の回転角θとホールＩＣデバイス２２が検出する磁束密度Ｂｓとの関係は、図３に示すように、順方向に回転する回転検出用永久磁石２１からの磁束密度Ｂｓに応じてパルス信号がオンレベルからオフレベルに切り替わるときの電気モータ１１の第１の回転角θ１と、逆回転する回転検出用永久磁石２１からの磁束密度Ｂｓに応じてパルス信号がオフレベルからオンレベルに切り替わるときの電気モータ１１の第２の回転角θ２との差θｈ（以下、ヒステリシス回転角θｈと称する。）が、コギングトルクによって回転検出用永久磁石２１が回転する回転角θｃよりも大きいものである。ヒステリシス回転角θｈは、ホールＩＣデバイス２２が検出する磁束密度Ｂｓの変化が、ヒステリシスの範囲（ヒステリシスの範囲Ａｂ）内に抑制される回転角の範囲である。また、θｃは、コギングトルクの波形における山から谷までの角度である。

電気モータ１１の回転角θとホールＩＣデバイス２２が検出する磁束密度Ｂｓとの関係が上述したものである場合、出力信号ＳＧ１のオンレベルからオフレベルへの立ち下がりの後、次に出力信号ＳＧ１がオフレベルからオンレベルへ立ち上がるためには、図３の下段に示したヒステリシスの範囲Ａｂを越える磁束密度の変化をホールＩＣデバイス２２が検出することが必要になる。同様に、出力信号ＳＧ１のオフレベルからオンレベルへの立ち上がりの後、次に出力信号ＳＧ１がオンレベルからオフレベルへ立ち下がる場合にも、ヒステリシスの範囲Ａｂを越える磁束密度の変化をホールＩＣデバイス２２が検出することが必要になる。

したがって、図３の上段に示すように、電気モータ１１が順方向に回転する時の出力信号ＳＧ１（ＣＷ）と、逆方向に回転する時の出力信号ＳＧ１（ＣＣＷ）とでは、オンレベルからオフレベル又はオフレベルからオンレベルに切り替わる立ち上がりの位置及び立ち下がりの位置にヒステリシス回転角θｈ分の違いが生じる。

ところで、一般的な電気モータの回転量検出装置の場合、図６に示すように上記のヒステリシス回転角θｈが非常に小さいものである。このため、電気モータ１１を励磁して順方向に駆動し、点Ｐ０１の回転位置で励磁を終了し、ロータ１１ｒが逆方向に回転角θｃ回転して隣接する安定点Ｐｓ１まで移動する過程において、励磁を終了する直前に出力信号ＳＧ１（ＣＷ）が立ち下がり、その後の逆方向への回転によりホールＩＣデバイス２２が検出する磁束密度Ｂｓが大きく変動するため出力信号ＳＧ１（ＣＣＷ）の立ち上がりが発生する。つまり、コギングトルクによってロータ１１ｒが逆方向へ回転したことにより、出力信号ＳＧ１（ＣＷ）の立ち下がりと出力信号ＳＧ１（ＣＣＷ）の立ち上がりとが連続的に発生してしまう。これにより、パルスエッジのカウントの際に誤差が生じる。

一方、本実施形態の電気モータの回転量検出装置の場合、図３の下段に示すように、回転検出用永久磁石２１の形状の影響により、ヒステリシス回転角θｈの範囲内では、磁束密度Ｂｓの変化が非常に小さくなっている。具体的には、ホールＩＣデバイス２２の出力がヒステリシスとなるヒステリシスの範囲Ａｂよりも、コギングトルクによって回転検出用永久磁石２１が回転することに伴う磁束密度Ｂｓの変化量が小さくなっている。言い換えれば、コギングトルクの影響により逆方向の回転が発生する回転角θｃよりも、ヒステリシス回転角θｈが大きくなっている（θｃ＜θｈ）。したがって、電気モータ１１の励磁終了後にロータ１１ｒが逆方向に回転した場合であっても、逆方向への回転の影響は出力信号ＳＧ１には現れない。つまり、余分なパルスが出力信号ＳＧ１に生じるのを防止することができる。

以上、本実施形態の電気モータの回転量検出装置によれば、ヒステリシスの範囲Ａｂよりもコギングトルクによって回転検出用永久磁石２１が回転することに伴う磁束密度Ｂｓの変化量が小さい、言い換えれば、回転角θｃよりもヒステリシス回転角θｈを大きくする（θｃ＜θｈ）ことにより、余分なパルスが出力信号ＳＧ１に生じることを防止することができる。このため、モータの回転回数をより正確に把握することができる。

また、本実施形態の電気モータの回転量検出装置では、回転検出用永久磁石２１の形状を図２（Ｂ）に示すものとした。これにより、図３の下段に示す、電気モータ１１の回転角θとホールＩＣデバイス２２が検出する磁束密度Ｂｓとの関係を、回転検出用永久磁石２１単体で実現することができる。つまり、回転検出用永久磁石２１の形状を設計変更するのみで本発明を実現することができ、他の部品を改良することも、新たな部材を追加する必要もない。このため、電気モータの回転量検出装置の性能をコストの増大を抑えつつ向上させることができる。本実施形態の電気モータの回転量検出装置は、モータの回転回数をより正確に把握するためにソフトウェアによってコギングトルクの影響を排除するアプローチと比して極めて簡便なアプローチであり、様々な電気モータへ適用することができるものである。このような本実施形態の電気モータの回転量検出装置は、汎用性が高く有用なものである。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は、前述の第１実施形態の変形例である。第１実施形態では、図３の下段に示す、電気モータ１１の回転角θとホールＩＣデバイス２２が検出する磁束密度Ｂｓとの関係を実現するにあたって、図２（Ｂ）に示す形状の回転検出用永久磁石２１を用いた。第２実施形態では、回転検出用永久磁石２１Ｂの形状及び着磁パターンが変更されている。回転検出用永久磁石２１Ｂ以外については第１実施形態と同様であるため、第２実施形態での説明を省略する。

第２実施形態で使用する回転検出用永久磁石２１Ｂの形状を図４に示す。図４は、回転検出用永久磁石の形状の具体例を示す正面図である。図４に示すように、回転検出用永久磁石２１Ｂは、モータ出力軸１１ａの軸心方向に沿う方向に視たときに真円形状に近い断面を有している。また、回転検出用永久磁石２１ＢはＮ極２１ｎを形成する断面が半円形の領域と、Ｓ極２１ｓを形成する半円形の領域とで構成されている。尚、回転検出用永久磁石２１Ｂは、モータ出力軸１１ａの軸心方向に沿う方向に視たときに楕円形状に近い断面を有していてもよい。この場合、回転検出用永久磁石２１ＢはＮ極２１ｎを形成する断面が楕円を半割りした領域と、Ｓ極２１ｓを形成する断面が楕円を半割りした領域とで構成される。

また、本実施形態の回転検出用永久磁石２１ＢにＮ極２１ｎ及びＳ極２１ｓを形成する際には、次の着磁パターンになるようにする。すなわち、Ｎ極及びＳ極が並ぶ方向に位置する各極の頂点部に、他の部分よりも強い着磁を施す。具体的には、Ｎ極２１ｎの中央部Ｐｃ及びＳ極２１ｓの中央部Ｐｃが局所的に、それ以外の領域よりも強い磁性となるように着磁する。この結果、境界部Ｐｂに近い箇所は、中央部Ｐｃよりも弱い磁性となる。

回転検出用永久磁石の着磁パターンに関する磁束密度分布の例を図５（Ａ）、（Ｂ）に示す。図５（Ａ）は本実施形態で利用する着磁パターンを表し、図５（Ｂ）は一般的な着磁パターンを表している。すなわち、一般的な着磁パターンの場合は図５（Ｂ）に示すように磁極の全体にわたって均等な磁性となるように着磁されるのに対し、本実施形態の回転検出用永久磁石２１Ｂにおいては、中央部Ｐｃに近い位置の磁束密度が高く、境界部Ｐｂに近い位置の磁束密度が低くなっている。

一般的な真円形状の回転検出用永久磁石２１Ｂを利用する場合であっても、図５（Ａ）に示すような着磁パターンを適用することにより、図３の下段に示した、電気モータ１１の回転角θとホールＩＣデバイス２２が検出する磁束密度Ｂｓとの関係を満たす回転検出用永久磁石２１Ｂを実現することができる。

以上、本実施形態の電気モータの回転量検出装置によれば、第１実施形態と同様、ヒステリシスの範囲Ａｂよりもコギングトルクによって回転検出用永久磁石２１Ｂが回転することに伴う磁束密度Ｂｓの変化量が小さい、言い換えれば回転角θｃよりもヒステリシス回転角θｈを大きくする（θｃ＜θｈ）ことにより、余分なパルスが出力信号ＳＧ１に生じることを防止することができる。このため、モータの回転回数をより正確に把握することができる。

また、本実施形態の電気モータの回転量検出装置では、回転検出用永久磁石２１Ｂの形状及び及び着磁パターンを図４及び図５（Ａ）に示すものとした。これにより、図３の下段に示す、電気モータ１１の回転角θとホールＩＣデバイス２２が検出する磁束密度Ｂｓとの関係を、回転検出用永久磁石２１Ｂ単体で実現することができる。つまり、回転検出用永久磁石２１Ｂを設計変更するのみで本発明を実現することができ、他の部品を改良することも、新たな部材を追加する必要もない。また、本実施形態のように回転検出用永久磁石２１Ｂの着磁パターンを変更する形態であれば、既存の回転検出用永久磁石の形状を変更することなく、図３に下段に示す、電気モータ１１の回転角θとホールＩＣデバイス２２が検出する磁束密度Ｂｓとの関係を満たす着磁を既存の回転検出用永久磁石に施すことにより、本発明を実施することができる。このため、既存の回転検出用永久磁石をも利用しつつ、電気モータの回転量検出装置の性能を向上させることができる。このように、本実施形態の電気モータの回転量検出装置では、回転検出用永久磁石２１Ｂの形状及び及び着磁パターンにより、簡易な構成によってヒステリシス範囲を変化させることができる。このため、電気モータの回転量検出装置の性能をコストの増大を抑えつつ向上させることができる。

尚、上述した第１実施形態及び第２実施形態では、回転検出用永久磁石２１、２１Ｂの形状及び着磁パターンの一方、または両方を適宜設計して、図３に下段に示す、電気モータ１１の回転角θとホールＩＣデバイス２２が検出する磁束密度Ｂｓとの関係を満たす磁気を回転検出用永久磁石２１、２１Ｂが放射する形態について説明したが、本発明は、上記の関係を満たす磁気を回転検出用永久磁石２１、２１Ｂが放射する形態に限られるものではない。本発明は、ホールＩＣデバイス２２が電気モータ１１の回転角θに応じて上記の関係を満たす磁束密度Ｂｓを検出することができる構成であればよい。例えば、磁気を遮蔽または強度を減衰させる遮蔽部材を回転検出用永久磁石に張り付けて、回転検出用永久磁石の磁性を局所的に弱めるようにしてもよい。この構成の場合、遮蔽部材を用意する必要があるが、モータの回転回数をより正確に把握することができるという所望の効果を得ることができる。また、例えば、ホールＩＣデバイス２２と回転検出用永久磁石２１、２１Ｂのギャップ（距離）を調整することや、ホールＩＣデバイス２２自体をヒステリシス特性の大きい物に設計することによっても、ホールＩＣデバイス２２が電気モータ１１の回転角θに応じて上記の関係を満たす磁束密度Ｂｓを検出することができる。この構成の場合であっても、モータの回転回数をより正確に把握することができるという所望の効果を得ることができる。

ここで、上述した本発明に係る電気モータの回転量検出装置の実施形態の特徴をそれぞれ以下（１）〜（７）に簡潔に纏めて列記する。
（１） 電気モータ（１１）の出力軸（モータ出力軸１１ａ）を挟むようにＮ極（２１ｎ）及びＳ極（２１ｓ）が配置された磁石（回転検出用永久磁石２１，２１Ｂ）と、
前記出力軸の回転に伴って回転する前記磁石から放射される磁気の磁束密度（Ｂｓ）を検出し、検出した磁束密度に応じたパルス信号（ＳＧ１）を出力する磁気検出デバイス（ホールＩＣデバイス２２）と、
を備え、
前記電気モータの回転角（θ）と前記磁気検出デバイスが検出する磁束密度との関係は、順回転（ＣＷ）する前記磁石からの磁束密度に応じて前記パルス信号が第１レベル（オンレベル）から第２レベル（オフレベル）に切り替わるときの第１の磁束密度（ＢＳ１）と、逆回転（ＣＣＷ）する前記磁石からの磁束密度に応じて前記パルス信号が前記第２レベルから前記第１レベルに切り替わるときの第２の磁束密度（ＢＳ２）との差（Ａｂ）が、コギングトルクによって前記磁石が回転することに伴う磁束密度の変化量よりも大きいものである、
ことを特徴とする電気モータの回転量検出装置。
（２） 前記磁石が、前記関係を満たす磁気を放射する、
ことを特徴とする上記（１）に記載の電気モータの回転量検出装置。
（３） 前記磁石は、前記関係を満たす形状である、
ことを特徴とする上記（２）に記載の電気モータの回転量検出装置。
（４） 前記磁石は、前記出力軸の軸心方向に沿う方向に視たときに楕円形状であって、Ｎ極及びＳ極が並ぶ方向に沿う長さが、該並ぶ方向に直交する方向に沿う長さよりも長い、
ことを特徴とする上記（３）に記載の電気モータの回転量検出装置。
（５） 前記磁石には、前記関係を満たすように着磁が施されている、
ことを特徴とする上記（２）に記載の電気モータの回転量検出装置。
（６） 前記磁石は、前記出力軸の軸心方向に沿う方向に視たときに真円形状または楕円形状であって、Ｎ極及びＳ極が並ぶ方向に位置する各極の頂点部（中央部Ｐｃ）が、他の部分（境界部Ｐｂ）よりも強い着磁が施されている、
ことを特徴とする上記（５）に記載の電気モータの回転量検出装置。
（７） 電気モータ（１１）の出力軸（モータ出力軸１１ａ）を挟むようにＮ極（２１ｎ）及びＳ極（２１ｓ）が配置された磁石（回転検出用永久磁石２１，２１Ｂ）と、
前記出力軸の回転に伴って回転する前記磁石から放射される磁気の磁束密度（Ｂｓ）を検出し、検出した磁束密度に応じたパルス信号（ＳＧ１）を出力する磁気検出デバイス（ホールＩＣデバイス２２）と、
を備え、
前記電気モータの回転角（θ）に対する前記磁気検出デバイスが検出する磁束密度の関係は、順回転（ＣＷ）する前記磁石からの磁束密度に応じて前記パルス信号が第１レベル（オンレベル）から第２レベル（オフレベル）に切り替わるときの前記電気モータの第１の回転角（θ１）と、逆回転（ＣＣＷ）する前記磁石からの磁束密度に応じて前記パルス信号が前記第２レベルから前記第１レベルに切り替わるときの前記電気モータの第２の回転角（θ２）との差（ヒステリシス回転角θｈ）が、コギングトルクによって前記電気モータが回転する回転角（θｃ）よりも大きいものである、
ことを特徴とする電気モータの回転量検出装置。

本発明の電気モータの回転量検出装置によれば、電気モータの励磁終了時に回転子が逆方向に動いてから停止した場合であっても、余分なパルス信号が発生するのを防止することが可能である。この効果を奏する本発明は、磁気を利用してモータの回転を検出するための技術に関する分野において有用である。

１０ 電動アクチュエータ
１１ 電気モータ
１１ａ モータ出力軸
１１ｒ ロータ
１１ｓ ステータ
１２ 減速機
１３ コイルばね
１４ ねじ機構
１５ アクチュエータ出力軸
１６ａ ギヤ
１６ｂ 中間ギヤ
１７ 支持部材
２１，２１Ｂ 回転検出用永久磁石
２１ｎ Ｎ極
２１ｓ Ｓ極
２２ ホールＩＣデバイス
Ｂｓ 磁束密度
Ｐｃ 中央部
Ｐｂ 境界部
ＳＧ１ 出力信号
Ｔｃ コギングトルク

Claims (6)

1. 電気モータの出力軸を挟むようにＮ極及びＳ極が配置された磁石と、
   前記出力軸の回転に伴って回転する前記磁石から放射される磁気の磁束密度を検出し、検出した磁束密度に応じたパルス信号を出力する磁気検出デバイスと、
   を備え、
   前記電気モータの回転角と前記磁気検出デバイスが検出する磁束密度との関係は、順回転する前記磁石からの磁束密度に応じて前記パルス信号が第１レベルから第２レベルに切り替わるときの第１の磁束密度と、逆回転する前記磁石からの磁束密度に応じて前記パルス信号が前記第２レベルから前記第１レベルに切り替わるときの第２の磁束密度との差が、コギングトルクによって前記磁石が回転することに伴う磁束密度の変化量よりも大きいものである、
   ことを特徴とする電気モータの回転量検出装置。
2. 前記磁石が、前記関係を満たす磁気を放射する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気モータの回転量検出装置。
3. 前記磁石は、前記関係を満たす形状である、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電気モータの回転量検出装置。
4. 前記磁石は、前記出力軸の軸心方向に沿う方向に視たときに楕円形状であって、Ｎ極及びＳ極が並ぶ方向に沿う長さが、該並ぶ方向に直交する方向に沿う長さよりも長い、
   ことを特徴とする請求項３に記載の電気モータの回転量検出装置。
5. 前記磁石には、前記関係を満たすように着磁が施されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電気モータの回転量検出装置。
6. 前記磁石は、前記出力軸の軸心方向に沿う方向に視たときに真円形状または楕円形状であって、Ｎ極及びＳ極が並ぶ方向に位置する各極の頂点部が、他の部分よりも強い着磁が施されている、
   ことを特徴とする請求項５に記載の電気モータの回転量検出装置。

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