JP2021048741A - モータ、モータ駆動制御装置及びモータ駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸の動作を検出可能な歪みセンサを備えるモータを提供する。【解決手段】モータ１は、回転軸１１を回転させるモータ本体１０と、回転軸１１の回転を検出するセンサユニット２０と、を備え、センサユニット２０は、回転軸１１に回転可能に支持されている回転検出マグネット２１と、回転検出マグネット２１の径方向外周側に設けられていて、回転検出マグネット２１が回転することによる磁極変化に応じて歪みが生じる起歪部２２ａ，２２ｂと、起歪部２２ａ，２２ｂに設けられていて、起歪部２２ａ，２２ｂの歪みに応じた歪み信号を出力する歪みセンサ２３ａ，２３ｂと、を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、モータ、モータ駆動制御装置及びモータ駆動制御方法に関する。

一般に、モータにホールＩＣ等のホールセンサを備えて回転軸の位置や速度などモータの回転軸の動作情報を検出し、検出された回転軸の動作情報に基づいて駆動制御装置がモータを駆動制御する方法が知られている。しかし、モータの回転軸の位置や速度を検出するために用いられるホールセンサは、振動や衝撃などへの耐久性（耐環境性）に改善の余地があった。

そこで、モータの回転軸の動作を検出するセンサとして、ホールセンサよりも耐環境性が優れると考えられている歪みゲージなどの歪みを検出するセンサ（以下、単に「歪みセンサ」という）を備えるモータが知られている（特許文献１参照）。

国際公開第２０１４／１４７７５７号

ところで、特許文献１のモータ駆動システムは、固定子に歪みセンサが取り付けられている。ここで、モータは、マグネットが回転することで固定子が引き付けられ、歪みが発生する。特許文献１のモータ駆動システムにおいて、歪みセンサは、この歪みに応じて電気信号を出力する。

しかしながら、特許文献１のモータ駆動システムにおいて、歪みセンサが出力する電気信号は、例えば、マグネットが２極の場合、１回転（１周期）につき２パルスである。このため、特許文献１のモータ駆動システムは、１回転につき１パルスが出力され、且つ、極性も特定できるホールセンサと同じようなモータの回転軸の動作情報を検出するために用いるのは難しかった。

本発明は、上述の課題を一例とするものであり、回転軸の動作を検出可能な歪みセンサを備えるモータ、モータ駆動制御装置及びモータ駆動制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るモータは、回転軸を回転させるモータ本体と、前記回転軸の回転を検出するセンサユニットと、を備え、前記センサユニットは、前記回転軸に回転可能に支持されている回転検出マグネットと、前記回転検出マグネットの径方向外周側に設けられていて、前記回転検出マグネットが回転することによる磁極変化に応じて歪みが生じる起歪部と、前記起歪部に設けられていて、前記起歪部の歪みに応じた歪み信号を出力する歪みセンサと、を有している。

本発明の一態様に係るモータにおいて、前記起歪部は、複数個設けられていて、前記歪みセンサは、前記起歪部のそれぞれに設けられている。

本発明の一態様に係るモータにおいて、複数個の前記歪みセンサのそれぞれから出力される歪み信号を合成した合成信号は、前記回転軸の１回転に対応している。

本発明の一態様に係るモータにおいて、前記起歪部は、前記回転軸の中心に向かって対向する位置に２個が１組として設けられている。

本発明の一態様に係るモータにおいて、前記モータ本体は、前記回転軸と前記回転軸に回転可能に支持されているロータマグネットとを含むロータと、前記ロータに対して径方向に対向して配置されているステータと、前記ロータ及び前記ステータを収容しているケース部と、を有していて、前記起歪部は、径方向外周側から中心に向かって延びるように形成されていて、磁極変化に応じて歪みが生じる起歪部本体と、前記起歪部本体の径方向外周側の外周端部を前記ケース部に支持する支持部と、を有している。

本発明の一態様に係るモータにおいて、前記歪みセンサは、前記起歪部本体の前記外周端部に配置されている。

本発明の一態様に係るモータにおいて、前記回転検出マグネットは、径方向の外周部と径方向の内周部とに２極を有している。

本発明の一態様に係るモータにおいて、前記回転検出マグネットは、回転軸の中心に向かって対向する位置における一方の磁束と他方の磁束が異なっている。

本発明の一態様に係るモータにおいて、前記回転検出マグネットは、複数のマグネットを組み合わせることにより構成されている。

本発明の一態様に係るモータにおいて、前記回転検出マグネットは、前記回転軸を中心に１８０度以上の円弧状に形成されている。

上記目的を達成するために、本発明に係るモータ駆動制御装置は、モータが備える回転軸の回転位置を示す位置信号を出力する回転位置信号処理回路と、前記位置信号に応じて前記モータの回転数を制御する制御信号を出力する制御部と、を備え、前記回転位置信号処理回路は、前記モータのセンサユニットが有している歪みセンサが出力する歪み信号を処理して前記位置信号を出力する。

上記目的を達成するために、本発明に係るモータ駆動制御方法は、モータが備える回転軸の回転位置を示す位置信号を出力する回転位置信号処理ステップと、前記位置信号に応じて前記モータの回転数を制御する制御信号を出力する制御ステップと、を実行し、前記回転位置信号処理ステップでは、前記モータのセンサユニットが有している歪みセンサが出力する歪み信号を処理して前記位置信号を出力する。

本発明に係るモータによれば、回転軸の動作を検出可能な歪みセンサを備えるモータ、モータ駆動制御装置及びモータ駆動制御方法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係るモータの構成を概略的に示す斜視図である。 図１に示すモータの側面図である。 図１に示すモータの上面図である。 図１に示すモータの側面から見たＡ−Ａ断面図である。 図３に示すセンサユニットの拡大上面図である。 図５に示す回転検出マグネットの上面図である。 図３に示すセンサユニットと回転軸の回転位置との関係を示す模式図である。 図１に示すモータのセンサユニットが有する歪みセンサが出力する波形と回転軸の回転位置との関係を示す図である。 図８に示す歪みセンサの波形を合成した合成波形と回転軸の回転位置との関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係るモータ駆動制御装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態に係るモータ、モータ駆動制御装置及びモータ駆動制御方法について図面を参照しながら説明する。

[モータの構成]
図１は、本発明の実施の形態に係るモータ１の構成を概略的に示す斜視図である。図２は、モータ１の側面図である。また、図３は、モータ１の上面図である。図４は、モータ１の側面から見たＡ−Ａ断面図である。

以下の説明では、便宜上、軸線ｘ方向において矢印ａ方向を上側ａとし、矢印ｂ方向を下側ｂとする。また、軸線ｘに垂直な径方向において、軸線ｘから遠ざかる方向（図４の矢印ｃ方向）を外周側ｃとし、軸線ｘに向かう方向（図４の矢印ｄ方向）を内周側ｄとする。以下の説明では、図２に示す方向をモータの側面とする。また、以下の説明では、図３に示すようにモータを上側から下側に向かって見る方向を上面、下側から上側に向かって見る方向を底面とする。

図１及び図２に示すように、本実施の形態に係るモータ１は、回転軸１１を回転させるモータ本体１０と、回転軸１１の回転を検出するセンサユニット２０と、を備える。図１及び図３に示すように、センサユニット２０は、回転軸１１に回転可能に支持されている回転検出マグネット２１と、磁性体により形成され、回転検出マグネット２１の径方向外周側に設けられている起歪部２２ａ，２２ｂと、起歪部２２ａ，２２ｂに設けられていて、起歪部２２ａ，２２ｂの歪みに応じた歪み信号を出力する歪みセンサ２３ａ，２３ｂと、を有している。以下、モータ１の構成及び動作を具体的に説明する。

［モータ本体の構成]
図４に示すように、モータ本体１０は、例えば、回転軸１１と、回転軸１１に取り付けられているロータマグネット１２とがロータを構成するインナーロータ型のブラシレスＤＣ（Direct Current）モータである。モータ１において、モータ本体１０は、上述した回転軸１１及びロータマグネット１２の他に、ステータ１３、軸受部１４ａ，１４ｂ、及び、ケース部１５を有している。

図４に示すように、ロータマグネット１２は、回転軸１１に対して回転可能に支持されている。ステータ１３は、ロータマグネット１２を含むロータに対して径方向外周側に配置されている。ステータ１３は、その内周面がロータマグネット１２の外周面と対向するように配置されている。

ステータ１３は、ケース部１５の例えば、下側ｂに固定されている。ステータ１３は、具体的には、いずれも不図示の複数の電磁鋼板を積層して形成されたステータコアにインシュレータを介して巻回されたコイルを備えている。

図４に示すように、軸受部１４ａ，１４ｂは、回転軸１１の軸線ｘ方向に離間して配置されている一対の軸受により構成されている。軸受部１４ａは、回転軸１１の上側ａを支持する。軸受部１４ｂは、回転軸１１の軸受部１４ａよりも下側ｂを支持する。

軸受部１４ａ，１４ｂは、いずれも内輪１４１ａ，１４１ｂ、外輪１４２ａ，１４２ｂ、及び、転動体１４３ａ，１４３ｂを有している。内輪１４１ａ，１４１ｂは、回転軸１１の外周面に装着可能な内周面を有する環状の部材である。内輪１４１ａ，１４１ｂは、回転軸１１の外周面に装着されることにより、回転軸１１とともに回転可能である。外輪１４２ａ，１４２ｂは、内輪１４１ａ，１４１ｂの外周側ｃに設けられている。外輪１４２ａ，１４２ｂは、内輪１４１ａ，１４１ｂと同軸で内輪１４１ａ，１４１ｂよりも大径の環状の部材である。転動体１４３ａ，１４３ｂは、内輪１４１ａ，１４１ｂと外輪１４２ａ、１４２ｂとの間に複数配置されている球状の部材である。

図４に示すように、ケース部１５は、ロータマグネット１２を含むロータ及びステータ１３を収容している。ケース部１５は、第１ケース部１５１と第２ケース部１５２とを有する。第１ケース部１５１は、軸受部１４ａ，１４ｂを介して回転軸１１を支持するとともにモータ本体１０のステータ１３を収容する。第２ケース部１５２は、第１ケース部１５１とセンサユニット２０の後述する起歪部２２ａ，２２ｂとを支持する。

第１ケース部１５１は、例えば回転軸１１及び軸受部１４ａ，１４ｂを収容する軸受ハウジング１５３と、ステータ１３を支持するステータ支持部１５４とを有する。軸受ハウジング１５３は、第２ケース部１５２の軸線ｘと同軸または略同軸の中心軸に支持される中空の筒状部分である。軸受ハウジング１５３は、一対の軸受部１４ａ，１４ｂを介して回転軸１１を回転可能に支持している。軸受ハウジング１５３は、軸線ｘ方向の一端（上側ａ）に軸受部１４ａを支持する軸受支持部１５５ａと、軸線ｘ方向の他端（下側ｂ）に軸受部１４ｂを支持する軸受支持部１５５ｂとを備える。軸受支持部１５５ａ，１５５ｂは、それぞれ、軸受ハウジング１５３の内周面に形成されている。ステータ支持部１５４は、軸受支持部１５５ｂが設けられている軸受ハウジング１５３の軸線ｘ方向の他端側（下側ｂ）と連接して形成されている。ステータ支持部１５４は、軸受ハウジング１５３よりも径方向外周側に拡径されたような筒状または略円筒形状に形成されている。ステータ支持部１５４は、その下側ｂの内周面にステータ１３が支持されている。

第２ケース部１５２は、円筒形状または略円筒形状に形成されている第２ケース部本体１５６の軸線ｘ方向における一方側（上側ａ）に、センサユニット２０の起歪部２２ａ，２２ｂを支持するベース部１５７が形成されている。ベース部１５７は、軸線ｘに対応する位置に、回転軸１１の一端部を挿通可能な軸孔部１５８が形成されている。また、第２ケース部１５２は、第２ケース部本体１５６の内周面に第１ケース部１５１の軸受ハウジング１５３を収容する軸受ハウジング収容部１５９を有する。

なお、本実施の形態に係るモータ１は、インナーロータ型またはアウターロータ型、あるいはＤＣモータまたはＡＣモータなどの種類、及び、相数、極数などの仕様に限定されない。

［センサユニットの構成］
センサユニット２０は、図１乃至図４に示すように、回転検出マグネット２１が回転軸１１に回転可能に支持されている。また、図３に示すように、センサユニット２０は、歪みセンサ２３ａ，２３ｂが設けられている起歪部２２ａ，２２ｂが、上述したように第２ケース部１５２のベース部１５７に支持されている。

図５は、センサユニット２０の拡大上面図である。図５に示すように、回転検出マグネット２１は、マグネット部２１１、及び、マグネットカバー２１２を有する。回転検出マグネット２１は、径方向外周側に向かって磁束を出すように、着磁方向がマグネット部２１１の中心の軸線ｘから外周側となるように構成されている。このため、回転検出マグネット２１は、回転軸１１の中心に向かって対向する位置に２極、すなわち、外周部２１６にＮ極、回転軸１１に面している内周部２１７にＳ極がそれぞれ配置されている。

図６は、回転検出マグネット２１の上面図である。図６に示すように、マグネット部２１１は、複数個のマグネット２１１１により構成されている。マグネット２１１１は、上述のように複数個、例えば、４つに分割されているものを組み合わせることにより回転検出マグネット２１において径方向外周側と内周側とに磁束を発生しているマグネット部２１１を構成している。

マグネット２１１１は、上述のように複数個のいずれもが外周側と内周側とが同極（例えば、外周側がＮ極、内周側がＳ極）となるように構成されている。マグネット２１１１は、中心角β１で等分に分割されている。マグネット２１１１は、回転軸１１に取り付けられて回転させる際に抵抗となりにくいように、例えば、それぞれ外周側の形状が円弧形状に形成されている。また、マグネット２１１１は、それぞれ内周側の内周部２１７が形成されている位置に回転軸１１を挿通するための円弧状の切り欠きが形成されている。このため、マグネット２１１１は、それぞれ扇形に形成されている。

マグネットカバー２１２は、径方向外周側の周方向の形状が、円形状に形成されていて、中心部に回転軸１１を挿通可能な挿通孔２１４が形成されている。マグネットカバー２１２は、回転検出マグネット２１における複数個のマグネット２１１１を複数個組み合わせて回転軸１１を中心とした中心角β２の扇状のマグネット部２１１を構成することができるように、マグネット２１１１を上記扇状の形状に収容してマグネット部２１１を構成する収容部２１５を有する。なお、収容部２１５の形状は、収容するマグネット部２１１の形状に対応して定められているため、上述の形状には限定されない。

回転検出マグネット２１は、以上のように、例えば、中心角β１で等分に分割されている扇形に形成されている複数個のマグネット２１１１を組み合わせてマグネットカバー２１２に保持されてマグネット部２１１を構成している。このため、回転検出マグネット２１においてマグネット部２１１は、回転軸１１を中心に中心角β２＝１８０°以上の扇形状に形成されている。ここで、回転検出マグネット２１において、円弧状に配置されているマグネット部２１１の中心角β２のうち１８０°を超える両端部の角度の範囲をオーバーラップ角αという。また、マグネット部２１１において、オーバーラップ角αに対応する弧の範囲をオーバーラップ部２１３とする。マグネット部２１１は、例えば、β２＝２１０°である場合、そのオーバーラップ角α＝１５°となる。なお、マグネット２１１１の中心角β１、マグネット部２１１の中心角β２、及びオーバーラップ角αは、上述の値には限定されない。

以上のように構成されていることにより、回転検出マグネット２１は、Ｎ極とＳ極との２極のうち、外周面においてＮ極の磁束の方がＳ極の磁束よりも強くなっている。つまり、回転検出マグネット２１は、一方の磁束と他方の磁束が径方向において異なっている。回転検出マグネット２１は、強い磁極であるＮ極の磁極幅が、弱い磁極であるＳ極の磁極幅よりもオーバーラップ部２１３の範囲に対応して所定倍、好ましくは１．２５倍以上広い。また、回転検出マグネット２１は、弱い磁極部の磁束は限りなくゼロに近い方が望ましい。

図１乃至図３、及び、図５に示すように、センサユニット２０において、起歪部２２ａ，２２ｂは、回転軸１１の全周を分割するように複数個、例えば、２個設けられている。具体的には、起歪部２２ａ，２２ｂは、回転軸１１の中心に向かって対向する位置に２個が１組として設けられている。歪みセンサ２３ａ，２３ｂは、起歪部２２ａ，２２ｂのそれぞれに設けられている。起歪部２２ａ，２２ｂは、それぞれ、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂと、支持部２２２ａ，２２２ｂとを有する。図３において、破線は、起歪部２２ａ，２２ｂにおける、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂとして機能する部位を図示している。起歪部２２ａ，２２ｂは、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂ及び支持部２２２ａ，２２２ｂが、磁性体により一体となって形成されている。なお、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂ及び支持部２２２ａ，２２２ｂは、必ずしも一体に形成されている必要はなく、支持部２２２ａ，２２２ｂが起歪部本体２２１ａ，２２１ｂを支持する構造を有していれば、別体であってもよい。

起歪部本体２２１ａ，２２１ｂは、支持部２２２ａ，２２２ｂの径方向外周側から回転軸１１の中心に向かって延びるように形成されている。起歪部本体２２１ａ，２２１ｂは、回転検出マグネット２１が回転軸１１とともに回転することによる磁極変化に応じて歪みが生じるように、磁石によって引き寄せられる（磁気吸引される）磁性体としての性質を有している。起歪部本体２２１ａ，２２１ｂは、先端部２２４ａ，２２４ｂが回転検出マグネット２１の外周面の形状に対応して円弧状または略円弧状に形成されていてもよい。なお、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂの形状は、回転検出マグネット２１の磁気吸引により歪みを生じうる形状であれば、図１乃至図３などに示した形状には限定されない。さらに、起歪部２２ａ，２２ｂは、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂの歪み方向は特に限定しない。

支持部２２２ａ，２２２ｂは、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂの径方向外周側の外周端部２２３ａ，２２３ｂをケース部１５の第２ケース部１５２のベース部１５７に支持する。支持部２２２ａ，２２２ｂの形状は、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂをモータ本体１０側に固定可能であればよい。また、支持部２２２ａ，２２２ｂの形状は、上述のように円弧状または略円弧状に分割されて形成されているものに限定されず、支持部２２２ａ，２２２ｂが一体に形成されているものであってもよい。なお、支持部２２２ａ，２２２ｂは、分割されて形成されている場合、ベース部１５７への取り付け位置を調整することにより、それぞれの歪み出力の位相を調整することができる。

歪みセンサ２３ａ，２３ｂは、起歪部２２ａ，２２ｂにおいて磁極変化に応じて歪みが生じる箇所、例えば、支持部２２２ａ，２２２ｂの外周端部２２３ａ，２２３ｂに配置されている。歪みセンサ２３ａ，２３ｂは、具体的には、一方の歪みセンサ２３ａが強い磁極（本実施の形態においてＮ極）部の中心にあるときに、他方の歪みセンサ２３ｂが弱い磁極（本実施の形態においてＳ極）の中心に位置するようにそれぞれ支持部２２２ａ及び支持部２２２ｂに取り付けるのが望ましい。歪みセンサ２３ａ，２３ｂは、取り付けられている部材に生じる歪みを検出し、検出した歪みに応じて変化する電気信号を出力する歪みゲージ、圧電素子などのセンサである。

なお、歪みセンサ２３ａ，２３ｂは、起歪部２２ａ，２２ｂにおいて磁極変化に応じて所望の歪みを生じる箇所に取り付ければよく、上述の箇所に限定されない。また、歪みセンサ２３ａ，２３ｂは、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂなど起歪部２２ａ，２２ｂに生じる歪みの方向により、取り付ける方向を合わせることが可能である。また、歪みセンサ２３ａ，２３ｂは、歪みに応じて変化する電気信号を出力することができれば歪みゲージに限定されない。また、センサユニット２０において、取り付けられている歪みセンサの数は、２つに限定されない。

［モータの動作］
次に、以上説明した構成を備えるモータ１の動作について説明する。

モータ１は、駆動電流が流れることで、回転軸１１が回転する。モータ１の回転軸１１は、図１乃至図４に示すように、軸受ハウジング１５３に装着された一対の軸受部１４ａ，１４ｂによって回転可能に支持されている。センサユニット２０の回転検出マグネット２１は、回転軸１１とともに回転可能に取り付けられている。このため、モータ１が駆動されることによって回転軸１１が軸線ｘを中心に回転し、それに伴って回転検出マグネット２１も軸線ｘを中心に回転する。

図７は、センサユニット２０と回転軸１１の回転位置との関係を示す模式図である。図７は、モータ１が備えるモータ本体１０の回転軸１１、及び、センサユニット２０のみを図示している。以下の説明において、センサユニット２０の歪みセンサ２３ａが回転検出マグネット２１の強い磁極であるＮ極に近接している状態を回転角θ＝０°とする。

図７に示すように、センサユニット２０は、回転角θ＝０°，３６０°のとき、回転検出マグネット２１のマグネット部２１１の中心角β２の中点付近が、起歪部本体２２１ａの先端部２２４ａ（図５参照）と径方向において対向している。このとき、マグネット部２１１の径方向外周側から、強い磁極（Ｎ極）の磁束が、起歪部２２ａの起歪部本体２２１ａに向かって発生している。起歪部本体２２１ａを含めて起歪部２２ａは、上述のように磁性体により形成されているため、回転検出マグネット２１のマグネット部２１１から発生する磁束により吸引される。

図８は、モータ１のセンサユニット２０が有する歪みセンサ２３ａ及び歪みセンサ２３ｂが出力する波形と回転軸１１の回転位置との関係を示す図である。図８において、横軸は、回転軸１１及び回転検出マグネット２１の回転角θを示している。また、図８において、縦軸は、歪みセンサ２３ａが出力する歪み量ε１及び歪みセンサ２３ｂが出力する歪み量ε２を示している。

図８に示すように、歪みセンサ２３ａ，２３ｂは、上述した回転軸１１に取り付けられている回転検出マグネット２１の回転位置と起歪部２２ａ，２２ｂとの位置の関係により、それぞれの位置に対応した歪み量を示す電気信号（歪み信号）を出力する。具体的には、起歪部２２ａが回転検出マグネット２１のマグネット部２１１に吸引されることにより、回転角θ＝０°，３６０°のとき、起歪部本体２２１ａに取り付けられている歪みセンサ２３ａが出力する歪み量ε１は、最も大きな値となる。

一方、回転角θ＝０°，３６０°のとき、起歪部本体２２１ｂを含めて起歪部２２ｂは、マグネット部２１１の径方向外周側から発生する磁束から離間している。このため、起歪部本体２２１ｂを含めて起歪部２２ｂは、回転検出マグネット２１のマグネット部２１１から発生する磁束により吸引される力が弱まる。そして、歪みセンサ２３ｂが出力する歪み量ε２は、最も小さくなる。

図７に示すように、センサユニット２０は、回転角θ＝１８０°のとき、回転検出マグネット２１のマグネット部２１１の中心角β２の中点付近が、起歪部本体２２１ｂの先端部２２４ｂ（図５参照）と径方向において対向している。このとき、マグネット部２１１の径方向外周側から、強い磁極（Ｎ極）の磁束が、起歪部２２ｂの起歪部本体２２１ｂに向かって発生している。起歪部本体２２１ｂを含めて起歪部２２ｂも、起歪部２２ａと同様に磁性体により形成されているため、回転検出マグネット２１のマグネット部２１１から発生する磁束により最も強く吸引される。

図８に示すように、起歪部２２ｂが回転検出マグネット２１のマグネット部２１１に吸引されることにより、回転角θ＝１８０°のとき、起歪部本体２２１ｂに取り付けられている歪みセンサ２３ｂが出力する歪み量ε２は、最も大きな値となる。

一方、起歪部本体２２１ａを含めて起歪部２２ａは、マグネット部２１１の径方向外周側から発生する磁束から離間している。このため、起歪部本体２２１ａを含めて起歪部２２ａは、回転検出マグネット２１のマグネット部２１１から発生する磁束により吸引される力が弱まる。そして、歪みセンサ２３ａが出力する歪み量ε２は、最も小さくなる。

センサユニット２０は、回転角θ＝９０°，２７０°のとき、回転検出マグネット２１のマグネット部２１１の中心角β２の中点付近が、起歪部本体２２１ａと起歪部本体２２１ｂとの周方向において中間位置にある。このとき、マグネット部２１１の径方向外周側から発生する強い磁極の磁束は、上記中間位置に向かって発生している。このため、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂを含めて起歪部２２ａ，２２ｂは、いずれも回転角θ＝０°，１８０°，３６０°のときよりも弱い磁束により吸引される。

図８において、一点鎖線で示す「Mg Edge」で示す範囲は、回転検出マグネット２１のマグネット部２１１のオーバーラップ部２１３に相当する範囲である。このオーバーラップ部２１３に相当する範囲において、歪みセンサ２３ａ，２３ｂが出力する歪み量ε１，ε２は、いずれも回転角θ＝０°，１８０°，３６０°のときよりも小さい。また、歪み量ε１，ε２は、同じ値または近似した値を取る。

図９は、歪みセンサ２３ａが出力する歪み量ε１の波形と歪みセンサ２３ｂが出力する歪み量ε２の波形を正負反転させた波形とを合成した合成波形と回転軸１１の回転位置との関係を示す図である。

図９に示すように、モータ１は、歪みセンサ２３ａが出力する歪み量ε１及び歪みセンサ２３ｂが出力する歪み量ε２を上記のように合成することにより、センサユニット２０が有する歪みセンサ２３ａ，２３ｂ全体の歪み量εの変化を示す合成波形（合成信号）を生成することができる。ここで、歪み量ε１，ε２の波形は、図８で示したオーバーラップ部２１３において歪み量ε１，と歪み量ε２とが同じ値または近似した値を取るため、このオーバーラップ部２１３の値に基づいて２つの波形を合成することができる。この合成波形は、回転軸１１が１回転するごとに１８０度間隔で２回ゼロクロスする信号として認識することができる。なお、歪み量ε１と歪み量ε２のオーバーラップ部２１３における値は、必ずしも同じ値でなくてもよく、２つの波形を合成することにより、回転軸１１が１回転するごとに１８０度間隔で２回ゼロクロスする信号として認識することができればよい。

図１０は、本発明の実施の形態に係るモータ駆動制御装置３０の構成を概略的に示す機能ブロック図である。モータ駆動制御装置３０は、以上説明したモータ１の駆動を制御する方法（モータ駆動制御方法）を実行する。モータ駆動制御装置３０は、例えば、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）のように、本発明に係るモータ駆動制御装置による下記の機能ブロックを実現するためのプログラムを含む各種コンピュータプログラムを実行可能な情報処理装置と、コンピュータプログラムやプログラム実行時のデータなどを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）のような記憶装置とにより実現される。

図１０に示すように、モータ駆動制御装置３０は、回転位置信号処理回路３１と、制御部３２と、ＰＷＭ信号生成回路３３と、モータ駆動部３４とを備える。

回転位置信号処理回路３１は、モータ１のセンサユニット２０が有している歪みセンサ２３ａ，２３ｂが出力する、起歪部２２ａ，２２ｂに生じる歪み量（図５参照）ε１，ε２に応じた歪み信号を増幅する。また、回転位置信号処理回路３１は、歪みセンサ２３ａ，２３ｂが出力したアナログ信号である歪み信号をＡ／Ｄ変換処理してデジタル信号にする。回転位置信号処理回路３１は、歪みセンサ２３ａ，２３ｂが出力した歪み信号を図９に示したように合成して１つの波形の信号（合成信号）を生成する。合成された波形は、上述のようにモータ１のモータ本体１０が有する回転軸１１が１回転するごとに１つのパルスを出力する信号である。つまり、回転位置信号処理回路３１は、回転軸１１の回転位置を示す位置信号を出力する。

制御部３２は、位置信号に応じてモータ１の回転数を制御する制御信号（ＰＷＭデータ）、つまりモータ１を所望の回転数で駆動するのに必要なパルス幅を設定するための信号を出力する。

ＰＷＭ信号生成回路３３は、制御部３２から出力された制御信号に基づいてＰＷＭ信号をモータ駆動部３４に出力する。

モータ駆動部３４は、ＰＷＭ信号生成回路３３から出力されたＰＷＭ信号に基づいてモータ１を駆動するための駆動信号を出力する。

以上のように、モータ１は、モータ本体１０の回転軸１１の回転を検出するセンサユニット２０が、回転軸１１に回転可能に支持されている回転検出マグネット２１と、磁性体により形成され、回転検出マグネット２１の径方向外周側に設けられている起歪部２２ａ，２２ｂと、起歪部２２ａ，２２ｂの歪みに応じた歪み信号を出力する歪みセンサ２３ａ，２３ｂとを有する。このように構成されているモータ１によれば、回転検出マグネット２１により、回転軸１１の回転に応じて歪みセンサ２３ａ，２３ｂを有する起歪部２２ａ，２２ｂに周期的に歪みが生じることで、回転軸１１の位置、及び、この位置に基づいて回転軸１１の速度を検出することができる。

モータ１は、起歪部２２ａ，２２ｂが、複数個、例えば、回転軸１１の中心に向かって対向する位置に２個が１組として設けられていて、歪みセンサ２３ａ，２３ｂが、起歪部２２ａ，２２ｂのそれぞれに設けられている。このため、モータ１によれば、歪み量ε１、歪み量ε２それぞれに応じた２つの歪み信号を検出することができる。また、モータ１によれば、回転軸１１の回転角θについて位相差が１８０°の歪み信号を検出することができる。なお、起歪部２２ａ，２２ｂの数及び配置は、それぞれの周方向における位置関係が対応付けられていれば、上述の例には限定されない。

モータ１は、回転検出マグネット２１のマグネット部２１１が、径方向の外周部と回転軸１１を囲む内周部とにＮ極とＳ極との２極を有している、つまりマグネット部２１１は、着磁方向が外周部２１６に向かっている。回転検出マグネット２１のマグネット部２１１は、着磁方向が外周部２１６に向かっているように構成するために、扇形に形成されている複数個のマグネット２１１１を組み合わせて１つの扇形のマグネット部２１１を構成するようにしている。

以上のように構成されていることにより、モータ１は、回転検出マグネット２１が回転軸１１とともに回転する際に、起歪部２２ａ，２２ｂが吸引される磁極を一方の磁極（例えば、Ｎ極）に維持することができ、２極のうち他方の磁極（例えば、Ｓ極）により吸引されてしまうことを抑制することができる。

モータ１は、回転検出マグネット２１のマグネット部２１１が、回転軸１１を中心に円弧状に形成されている。換言すれば、回転検出マグネット２１において周方向の他の領域にはマグネット部２１１が配置されていない。

そして、このような回転検出マグネット２１を有するモータ１によれば、回転軸１１とともに回転検出マグネット２１が回転する際に、２つの磁極のうち一方の磁極が近づいたときにのみ起歪部２２ａ，２２ｂが吸引される。このため、モータ１によれば、回転軸１１の中心に向かって対向する位置に配置されている歪みセンサ２３ａ，２３ｂを用いて回転軸１１の回転位置を検出することができる。

回転検出マグネット２１のマグネット部２１１は、回転軸１１を中心に１８０度以上の円弧状に形成されていて、オーバーラップ部２１３が設けられている。これにより、モータ１は、オーバーラップ部２１３における値に基づいて、図５、図６に示したように歪みセンサ２３ａ，２３ｂが出力する歪み量ε１，ε２の波形を１つの波形に容易に合成することができる。従って、モータ１によれば、１回転１パルスの回転パルス信号を生成することができるため、モータ１の回転軸１１の回転位置を容易に検出し、モータ駆動制御装置３０による適切な駆動制御を行うことができる。

その他、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明のモータの構成を適宜改変することができる。かかる改変によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

例えば、マグネット２１１１は、回転検出マグネット２１の中心角β１を４つに分割するように形成されているのが好ましいが、分割の数は限定しない。例えば、回転検出マグネット２１においてマグネット２１１１の数が２つまたは３つの場合、出力波形を回路側で補正することで使用可能と考えられる。

また、複数の歪みセンサ２３ａ，２３ｂが出力した歪み量ε１，ε２の値を比較することで、歪み量ε１，ε２の値に含まれるノイズのキャンセル処理、あるいは歪み量ε１，ε２の値に対する温度補償処理などを行うことができる。

また、センサユニット２０が有する回転検出マグネット２１において、マグネットカバー２１２は必須ではない。マグネット部２１１を構成する複数個のマグネット２１１１を保持することができれば、他の形態を採用してもよい。さらに、センサユニット２０において、起歪部２２ａ，２２ｂと回転検出マグネット２１とのギャップの値は、特に限定されない。

１…モータ、１０…モータ本体、１１…回転軸、１２…ロータマグネット、１３…ステータ、１４ａ，１４ｂ…軸受部、１５…ケース部、２０…センサユニット、２１…回転検出マグネット、２２ａ，２２ｂ…起歪部、２３ａ，２３ｂ…歪みセンサ、３０…モータ駆動制御装置、３１…回転位置信号処理回路、３２…制御部、３３…信号生成回路、３４…モータ駆動部、１４１ａ，１４１ｂ…内輪、１４２ａ，１４２ｂ…外輪、１４３ａ，１４３ｂ…転動体、１５１…第１ケース部、１５２…第２ケース部、１５３…軸受ハウジング、１５４…ステータ支持部、１５５ａ，１５５ｂ…軸受支持部、１５６…第２ケース部本体、１５７…ベース部、１５８…軸孔部、１５９…軸受ハウジング収容部、２１１…マグネット部、２１２…マグネットカバー、２１３…オーバーラップ部、２１４…挿通孔、２１５…収容部、２１６…外周部、２１７…内周部、２２１ａ，２２１ｂ…起歪部本体、２２２ａ，２２２ｂ…支持部、２２３ａ，２２３ｂ…外周端部、２２４ａ，２２４ｂ…先端部、２１１１…マグネット

Claims (12)

1. 回転軸を回転させるモータ本体と、前記回転軸の回転を検出するセンサユニットと、を備えるモータであって、
   前記センサユニットは、
   前記回転軸に回転可能に支持されている回転検出マグネットと、
   前記回転検出マグネットの径方向外周側に設けられていて、前記回転検出マグネットが回転することによる磁極変化に応じて歪みが生じる起歪部と、
   前記起歪部に設けられていて、前記起歪部の歪みに応じた歪み信号を出力する歪みセンサと、
   を有している、モータ。
2. 前記起歪部は、複数個設けられていて、
   前記歪みセンサは、前記起歪部のそれぞれに設けられている、
   請求項１に記載のモータ。
3. 複数個の前記歪みセンサのそれぞれから出力される歪み信号を合成した合成信号は、前記回転軸の１回転に対応している、
   請求項２に記載のモータ。
4. 前記起歪部は、前記回転軸の中心に向かって対向する位置に２個が１組として設けられている、
   請求項２または３に記載のモータ。
5. 前記モータ本体は、
   前記回転軸と前記回転軸に回転可能に支持されているロータマグネットとを含むロータと、
   前記ロータに対して径方向に対向して配置されているステータと、
   前記ロータ及び前記ステータを収容しているケース部と、
   を有していて、
   前記起歪部は、
   径方向外周側から中心に向かって延びるように形成されていて、磁極変化に応じて歪みが生じる起歪部本体と、
   前記起歪部本体の径方向外周側の外周端部を前記ケース部に支持する支持部と、
   を有している、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモータ。
6. 前記歪みセンサは、前記起歪部本体の前記外周端部に配置されている、
   請求項５に記載のモータ。
7. 前記回転検出マグネットは、径方向の外周部と径方向の内周部とに２極を有している、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載のモータ。
8. 前記回転検出マグネットは、前記回転軸の中心に向かって対向する位置における一方の磁束と他方の磁束が異なっている、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載のモータ。
9. 前記回転検出マグネットは、複数のマグネットを組み合わせることにより構成されている、
   請求項１乃至８のいずれか１項に記載のモータ。
10. 前記回転検出マグネットは、前記回転軸を中心に１８０度以上の円弧状に形成されている、
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載のモータ。
11. モータが備える前記回転軸の回転位置を示す位置信号を出力する回転位置信号処理回路と、
    前記位置信号に応じて前記モータの回転数を制御する制御信号を出力する制御部と、
    を備えるモータ駆動制御装置であって、
    前記モータは、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のモータであり、
    前記回転位置信号処理回路は、前記モータの前記センサユニットが有している前記歪みセンサが出力する歪み信号を処理して前記位置信号を出力する、
    モータ駆動制御装置。
12. モータが備える前記回転軸の回転位置を示す位置信号を出力する回転位置信号処理ステップと、
    前記位置信号に応じて前記モータの回転数を制御する制御信号を出力する制御ステップと、
    を実行するモータ駆動制御方法であって、
    前記モータは、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のモータであり、
    前記回転位置信号処理ステップでは、前記モータの前記センサユニットが有している前記歪みセンサが出力する歪み信号を処理して前記位置信号を出力する、
    モータ駆動制御方法。

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