JP7006107B2 - モータ制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、モータを制御するモータ制御装置に関する。
内燃機関の可変バルブタイミング制御装置などは、モータ回転角センサを備え、そのセンサから出力されるセンサ信号に基づいてモータの回転角度を算出し、その算出結果などに基づいてモータの制御を行うようになっている。このようなモータ回転角センサとしては、ホール素子を採用することができる。
現状、このような構成では、回転角度の検出精度を良好にするため、２つまたは３つのセンサが用いられる。それらセンサは、例えば特許文献１に記載されているように、互いに電気角で１２０°異なるようにモータのロータ近くに設けられるとともに回路基板上に搭載されている（例えば特許文献１参照）。
特開２０１６－２２０３２２号公報
上記した従来構成では、各センサ同士の間は他の回路素子を実装することができないデッドスペースとなっており、回路基板に対するセンサの実装部分の占有面積が大きい。その結果、従来構成では、上記装置の小型化が困難になるといった問題が生じる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータの回転角度の検出精度を良好に維持しつつ、回路基板に対するセンサの実装部分の占有面積を小さく抑えることができるモータ制御装置を提供することにある。
請求項１に記載のモータ制御装置（１、７１）は、モータ（２）を制御するものであって、センシング部（１０、７２）およびドライバ部（１１）を備える。センシング部は、モータが有するロータ（２８）の回転と同期して回転するセンサマグネット（１２、６１、７３）と、センサマグネットの回転によって発生する周期的な磁気信号をデジタル信号に変換する第１センサ素子（１３）および第２センサ素子（１４）と、を備える。ドライバ部は、第１センサ素子および第２センサ素子の各出力信号に基づいてモータを制御する。
上記構成において、センサマグネットは、ロータの周方向に沿って複数個の磁極（４３ｎ、４３ｓ、４５ｎ、４５ｓ）が配列された環状の第１着磁帯（４４）および第２着磁帯（４６）を備え、第１着磁帯および第２着磁帯は、互いの磁極の配列が周方向に所定角度だけずれるように同心状に配置されており、第１センサ素子および第２センサ素子は、ロータの径方向に並んで配置されている。センサマグネットは、第１着磁帯が形成された第１リング（４１）と、第２着磁帯が形成された第２リング（４２）と、を備える。第１リングの第２リングと接する側の側面部には凸部（４１ｂ）が設けられ、第２リングの第１リングと接する側の側面部には、凸部を挿入可能な凹部（４２ｂ）が設けられる。凹部に凸部が挿入されることにより第１リングと第２リングとが組み付けられ、第１着磁帯および第２着磁帯が同心状に配置されている。凹部の周方向の長さは、凸部の周方向の長さよりも長くなっている。凹部に凸部が挿入された際に第１着磁帯および第２着磁帯の各磁極の間で作用する磁力により第１リングおよび第２リングが相対的に回転するように凹部および凸部が配置されている。
このような構成によれば、第１センサ素子および第２センサ素子について、例えば互いに電気角で１２０°異ならせるために、互いにある程度離れた位置に配置する必要がなくなる。そのため、第１センサ素子および第２センサ素子を互いに近付けた配置とすることが可能となり、それらの間におけるデッドスペースを小さい面積に抑えることできる。また、この場合、センサマグネット側の構成について上述した工夫が加えられていることから、モータの回転角度の検出精度は、従来の構成と同等となる。したがって、上記構成によれば、モータの回転角度の検出精度を良好に維持しつつ、回路基板に対するセンサの実装部分の占有面積を小さく抑えることができるという優れた効果が得られる。
請求項２に記載のモータ制御装置では、第１センサ素子および第２センサ素子は、１つのパッケージに収容された半導体集積回路により構成されている。このような構成によれば、回路基板に対するセンサの実装部分の占有面積を一層小さく抑えることができるとともに、次のような効果が得られる。すなわち、従来構成では、各センサ間の位置ずれが生じると、回転角度の検出精度が低下することとなる。そのため、従来構成では、各センサ間の位置ずれ精度の管理が必要となり、製造時の工数やコストが増加するといった問題も生じる。これに対し、上記構成のように第１センサ素子および第２センサ素子を１チップ化することが可能となれば、各センサ素子の配置のばらつきに起因する位置ずれの問題が生じるおそれがなくなる。したがって、上記構成によれば、各センサ素子間の位置ずれ精度を管理するための検査工程などを省くことが可能となり、製造時の工数やコストの増加を抑えることができる。
第１実施形態に係るモータ制御装置の構成を模式的に示す図 第１実施形態に係るモータの具体構成を模式的に示す図 第１実施形態に係るセンシング部の具体構成を模式的に示す図 第１実施形態に係るセンサＩＣの具体構成を模式的に示す図 第１実施形態に係るセンサマグネットにおいて他の箇所に比べてＺ軸方向の磁力が弱くなる箇所を説明するための図 第１実施形態に係るセンサＩＣの具体的な配置箇所を示す図 第１実施形態に係る２つのリングの具体構成を模式的に示す図その１ 第１実施形態に係る２つのリングの具体構成を模式的に示す図その２ 第１実施形態に係る２つのリングの具体構成を模式的に示す図その３ 第１実施形態に係る２つのリングの具体構成を模式的に示す図その４ 第１実施形態に係る２つのリングの組み付け時の磁力による動作を説明するための図その１ 第１実施形態に係る２つのリングの組み付け時の磁力による動作を説明するための図 第１実施形態に係る正転時におけるセンサ信号を模式的に示す図 第１実施形態に係る逆転時におけるセンサ信号を模式的に示す図 第２実施形態に係る着磁前におけるリングを模式的に示す図 第２実施形態に係るマスク工程におけるリングを模式的に示す図 第２実施形態に係る第１着磁工程におけるリングを模式的に示す図 第２実施形態に係るマスク回転工程におけるリングを模式的に示す図 第２実施形態に係る第２着磁工程におけるリングを模式的に示す図 第２実施形態に係る完成状態のセンサマグネットを模式的に示す図 第３実施形態に係るモータ制御装置の構成を模式的に示す図 第３実施形態に係るセンシング部の具体構成を模式的に示す図 第３実施形態に係るセンサＩＣの具体構成を模式的に示す図 第３実施形態に係るセンサＩＣの具体的な配置箇所を示す図 第３実施形態に係る第１着磁工程におけるリングを模式的に示す図 第３実施形態に係る第２着磁工程におけるリングを模式的に示す図 第３実施形態に係る完成状態のセンサマグネットを模式的に示す図 第３実施形態に係る正転時におけるセンサ信号を模式的に示す図 第３実施形態に係る逆転時におけるセンサ信号を模式的に示す図
以下、複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図１～図１４を参照して説明する。
＜全体構成＞
図１に示すモータ制御装置１は、車両に搭載されるモータ２を駆動する。なお、図１には、モータ制御装置１およびモータ２の他に、内燃機関３、バルブタイミング変換部４、カム角センサ５およびクランク角センサ６も図示されている。
モータ制御装置１は、モータ２の回転を制御することにより、内燃機関３のカムシャフト７およびクランクシャフト８の位相差を制御する。モータ２は、バルブタイミング変換部４を介して内燃機関３と機械的に連結されている。本実施形態では、モータ２は、永久磁石形同期モータであり、詳細は後述するが、ロータと、そのロータの周りに設けられたステータとを備えたインナーロータ型の構成となっている。
モータ制御装置１は、エンジンＥＣＵ９、センシング部１０およびドライバ部１１などを備えている。エンジンＥＣＵ９は、ドライバ部１１に対し、モータ２の目標回転数を含む指令信号を出力する。エンジンＥＣＵ９には、カムシャフト７の回転角度を検出するカム角センサ５およびクランクシャフト８の回転角度を検出するクランク角センサ６から出力される各検出信号が入力されている。ドライバ部１１は、エンジンＥＣＵ９に対し、モータ２の実回転数を含む回転数信号、モータ２の回転方向を含む回転方向信号およびドライバ部１１の検査結果を含む検査信号を出力する。
エンジンＥＣＵ９は、車両の走行状態を示す各種センサ信号、内燃機関３の回転数、ドライバ部１１から出力される回転数信号に基づいてモータ２の目標回転数を決定する。なお、上記車両の走行状態を示す各種センサ信号としては、例えばユーザのアクセル踏込量を示すアクセル開度センサ、内燃機関３の吸入空気量を計測するエアフロメータなどから出力されるセンサ信号などが挙げられる。
センシング部１０は、モータ２が有するロータの回転と同期して回転するセンサマグネット１２と、センサマグネット１２の回転によって発生する周期的な磁気信号をデジタル信号に変換する第１センサ素子１３および第２センサ素子１４とを備えている。第１センサ素子１３および第２センサ素子１４の各出力信号（デジタル信号）は、モータ２の回転角度に対応するセンサ信号に相当し、ドライバ部１１に与えられる。
ドライバ部１１は、ドライバ１５と、６つのスイッチング素子が３相フルブリッジの回路形態となるように接続されたインバータ１６と、を備えている。ドライバ１５は、エンジンＥＣＵ９から与えられる指令信号およびセンシング部１０から与えられるセンサ信号に基づいてインバータ１６の動作を制御することにより、モータ２の駆動を制御する。
＜モータ２の具体構成＞
モータ２の具体的な構成としては、例えば図２に示すような構成を採用することができる。なお、センシング部１０のセンサマグネット１２は、モータ２の内部に設けられるため、図２では、モータ２の構成要素の他に、センサマグネット１２も図示されている。
図２に示す構成において、ヨークハウジング２１（以下、ヨーク２１と省略する）は、有底円筒状をなしている。ヨーク２１の底部２１ａの径方向の中央部には、ヨーク２１の外側に向かって軸方向に延出された円筒状の軸受収容部（図示略）が設けられている。その軸受収容部の内部には、円環状をなすボールベアリングである軸受２２が収容されている。
ヨーク２１の開口部２１ｂには、ヨーク２１の径方向外側に延出され鍔状をなすフランジ部２１ｃが形成されている。フランジ部２１ｃには、周方向の複数箇所（本実施形態では３箇所）に径方向外側に突出したヨーク側取付部２１ｄが形成されている。ヨーク側取付部２１ｄは、モータ２を外部、つまり車両におけるモータ２の取付け場所に固定するためのものである。各ヨーク側取付部２１ｄには、図示しない固定用のねじが挿通される取付孔２１ｅが形成されている。
ヨーク２１の内周面には、円筒状をなすステータ２３が固定される。ステータ２３は、径方向に延びる複数（本実施形態では１２個）のティース２４ａを有するステータコア２４と、各ティース２４ａにインシュレータ２５を介して巻回された巻線２６と、を有する。ステータ２３の内側には、円柱状をなすシャフト２７が回転可能に配置される。シャフト２７は、ヨーク２１の径方向の中央部に配置され、その先端側の部分が軸受２２にて回転可能に支持される。
シャフト２７には、円盤状をなすロータ２８が一体回転可能に外嵌固定される。シャフト２７に固定されたロータ２８は、ステータ２３と径方向に対向する。ロータ２８は、シャフト２７に一体回転可能に外嵌されたロータコア２８ａと、ロータコア２８ａにより保持された永久磁石２８ｂと、を有する。ロータ２８の回路部３１側の面には、センサマグネット１２が、例えば接着により取り付けられている。センサマグネット１２は、径方向に直交し且つ周方向に直交する軸方向（以下、Ｚ方向と称す）に磁力を発するようになっている。
回路部３１は、ヨーク２１の開口部２１ｂを閉塞するベース部材３２と、ベース部材３２に固定されるカバー部材３３と、ベース部材３２に配置された回路基板３４と、を有する。図示は省略されているが、回路基板３４のロータ２８側の面には、第１センサ素子１３および第２センサ素子１４などの回路素子が実装されている。第１センサ素子１３および第２センサ素子１４は、センサマグネット１２が発するＺ方向の磁力を受けることができるように、センサマグネット１２と対向して配置されている。
＜センシング部１０の具体構成＞
センシング部１０の具体的な構成としては、例えば図３に示すような構成を採用することができる。図３に示す構成において、センサマグネット１２は、同心状に配置された第１リング４１および第２リング４２を備えている。この場合、第１リング４１が径方向の内側に配置されるとともに、第２リング４２が径方向の外側に配置されている。第１リング４１および第２リング４２は、例えば接着により、互いに固定されている。
第１リング４１には、ロータ２８の周方向に沿って複数個の磁極４３ｎ、４３ｓが交互に配列された環状の第１着磁帯４４が形成されている。第２リング４２には、ロータ２８の周方向に沿って複数個の磁極４５ｎ、４５ｓが配列された環状の第２着磁帯４６が形成されている。なお、磁極４３ｎ、４５ｎはＮ極であり、磁極４３ｓ、４５ｓはＳ極である。また、以下の説明において、磁極４３ｎ、４３ｓおよび磁極４５ｎ、４５ｓについて、極性を区別する必要が無い場合には、それぞれ磁極４３および磁極４５と総称する。
本実施形態では、第１着磁帯４４の磁極４３の数および第２着磁帯４６の磁極４５の数は、いずれも８個となっている。第１着磁帯４４および第２着磁帯４６は、互いの磁極４３、４５の配列が周方向に所定角度だけずれるように同心状に配置されている。本実施形態では、上記所定角度は、電気角で１２０°であり、また機械角で３０°となっている。
第１センサ素子１３および第２センサ素子１４は、ロータ２８の径方向に並んで配置されている。第１センサ素子１３および第２センサ１４は、いずれもホール素子であり、１つのパッケージ４７に収容された半導体集積回路４８により構成されている。なお、以下では、半導体集積回路４８のことをセンサＩＣ４８とも呼ぶ。
＜センサＩＣ４８の具体構成＞
センサＩＣ４８の具体的な構成としては、例えば図４に示すような構成を採用することができる。図４に示すように、センサＩＣ４８は、第１センサ素子１３および第２センサ素子１４が形成されたセンサチップ４９と、センサチップ４９を支持するとともに外部配線との接続を行うリードフレーム５０と、センサチップ４９などを封止する樹脂モールド５１と、を備えている。
図４に示す構成では、第１センサ素子１３および第２センサ素子１４は、例えば横方向（図４における左右方向）の寸法が０．３ｍｍであり、縦方向（図４における上下方向）の寸法が０．３ｍｍである。センサチップ４９は、例えば横方向の寸法が１ｍｍであり、縦方向の寸法が５ｍｍである。リードフレーム５０は、例えば横方向の寸法が１．４ｍｍであり、縦方向の寸法が５．４ｍｍである。樹脂モールド５１は、例えば横方向の寸法が２．４ｍｍであり、縦方向の寸法が６．４ｍｍである。
このような構成のセンサＩＣ４８が回路基板３４に実装される場合、回路基板３４において、その実装部分が専有する面積、つまり基板専有部５２は、横方向の寸法が５．４ｍｍとなり、縦方向の９．４ｍｍとなる。したがって、この場合、センサＩＣ４８の基板専有部５２の面積としては、５０．７６ｍｍ２となる。
＜センサＩＣ４８の配置＞
図５に示すように、センサマグネット１２において、Ｓ極およびＮ極が接する箇所（図５において太い実線で示す箇所）では、他の箇所に比べてＺ方向の磁力が弱くなる。この点を考慮し、本実施形態では、センサＩＣ４８の配置、つまり第１センサ素子１３および第２センサ素子１４の配置に工夫が加えられている。
具体的には、センサＩＣ４８は、図６に示すような配置となっている。これにより、第１センサ素子１３は、第１着磁帯４４と対向する位置であり、且つ第１着磁帯４４の径方向の中心より第１リング４１の外側、つまり径方向の内側に配置される。また、第２センサ素子１４は、第２着磁帯４６と対向する位置であり、且つ第２着磁帯４６の径方向の中心より第２リング４２の外側、つまり径方向の外側に配置される。
＜第１リング４１および第２リング４２の具体構成＞
第１リング４１および第２リング４２の具体的な構成としては、例えば図７に示すような構成を採用することができる。図７に示す構成では、第１リング４１の第２リング４２と接する側（径方向の外側）の側面部４１ａには、径方向の外側に突出する凸部４１ｂが２つ設けられている。なお、２つの凸部４１ｂ同士は、径方向において対向する位置に設けられている。
第２リング４２の第１リング４１と接する側（径方向の内側）の側面部４２ａには、径方向の外側に凹む凹部４２ｂが設けられている。なお、２つの凹部４２ｂ同士は、径方向において対向する位置に設けられている。凹部４２ｂは、凸部４１ｂを挿入可能な形状となっている。
この場合、凹部４２ｂは、第２リング４２の表面（図７中の上面）まで延びる挿入部４２ｃと、挿入部４２ｃの軸方向の下側から周方向に沿って延びる固定部４２ｄと、から構成されている。このような構成により、凹部４２ｂの軸方向における下側の部位の周方向の長さは、凸部４１ｂの周方向の長さよりも長くなっている。
上記構成によれば、凹部４２ｂに凸部４１ｂが挿入されることにより、第１リング４１と第２リング４２とが組み付けられ、第１着磁帯４４および第２着磁帯４６が同心状に配置されることになる。具体的には、図８および図９に示すように、最初に凹部４２ｂの挿入部４２ｃから凸部４１ｂが挿入される。その後、凸部４１ｂが凹部４２ｂの固定部４２ｄへと移動するように、第１リング４１および第２リング４２が周方向に相対的に回転されることにより、図１０に示すように、第１リング４１および第２リング４２が組み付けられる。
さらに、この場合、凹部４２ｂに凸部４１ｂが挿入された際に第１着磁帯４４および第２着磁帯４６の各磁極４３、４５の間で作用する磁力により第１リング４１および第２リング４２が相対的に回転するように凹部４２ｂおよび凸部４１ｂが配置されている。具体的には、図１１に示すように、第１リング４１の凸部４１ｂが第２リング４２の挿入部４２ｃに位置する状態では、磁極４３および４５の配列が、周方向に前述した所定角度（電気角で１２０°且つ機械角で３０°）よりも大きい角度だけずれている。
これにより、磁極４３、４５の間で作用する磁力による反発力によって、凸部４１ｂが固定部４２ｄへと移動するように第１リング４１および第２リング４２が相対的に回転する。その結果、図１２に示すように、凸部４１ｂが固定部４２ｄに突き当たる（ぶつかる）形となり、これにより第１リング４１および第２リング４２の周方向の位置が拘束（固定）される。
＜センサ信号について＞
上記構成によれば、第１センサ素子１３および第２センサ素子１４から出力される各センサ信号は、図１３および図１４に示すように、２つのセンサ素子を互いに電気角で１２０°異ならせて配置した従来の構成（例えば、特開２０１６－２２０３２２号公報の構成）と同様の信号となる。なお、図１３は、モータ２が一方向へ回転している正回転時の各センサ信号を示し、図１４は、モータ２が他方向へ回転している逆回転時の各センサ信号を示している。また、図１３および図１４では、第１センサ素子１３および第２センサ素子１４から出力される各センサ信号は、実線で示している。
したがって、上記構成においても、特開２０１６－２２０３２２号公報に開示された手法と同様の手法を適用することができる。詳細な説明は省略するが、この場合、ドライバ部１１は、第１センサ素子１３の出力信号および第２センサ素子１４の出力信号の各信号レベルが同一である場合の時間を計測し、その計測時間および第１センサ素子の出力信号および第２センサ素子の出力信号の各信号レベルに基づいてモータ２の回転角度を推定すればよい。このようにすれば、２つのセンサ素子１３およびセンサ素子１４を用いてモータ２の回転角度を検出する構成であっても、モータ２の回転角度を精度良く検出することができる。
以上説明した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
本実施形態のモータ制御装置１において、センサマグネット１２は、ロータ２８の周方向に沿って８個の磁極４３、４５が配列された環状の第１着磁帯４４および第２着磁帯４６を備えている。第１着磁帯４４および第２着磁帯４６は、互いの磁極４３、４５の配列が周方向に所定角度だけずれるように同心状に配置されており、第１センサ素子１３および第２センサ素子１４は、ロータ２８の径方向に並んで配置されている。
このような構成によれば、第１センサ素子１３および第２センサ素子１４について、従来の構成のように例えば互いに電気角で１２０°異ならせるために、互いにある程度離れた位置に配置する必要がなくなる。そのため、第１センサ素子１３および第２センサ素子１４を互いに近付けた配置とすることが可能となり、それらの間におけるデッドスペースを小さい面積に抑えることできる。また、この場合、センサマグネット１２側の構成について上述した工夫が加えられていることから、モータ２の回転角度の検出精度は、従来の構成と同等となる。したがって、上記構成によれば、モータ２の回転角度の検出精度を良好に維持しつつ、回路基板３４に対するセンサ素子１３およびセンサ素子１４の実装部分の占有面積を小さく抑えることができるという優れた効果が得られる。
また、モータ制御装置１では、第１センサ素子１３および第２センサ素子１４は、１つのパッケージ４７に収容されたセンサＩＣ４８により構成されている。このような構成によれば、回路基板３４に対するセンサＩＣ４８の実装部分の占有面積を一層小さく抑えることができるとともに、次のような効果が得られる。
すなわち、従来構成では、各センサ間の位置ずれが生じると、回転角度の検出精度が低下することとなる。そのため、従来構成では、各センサ間の位置ずれ精度の管理が必要となり、製造時の工数やコストが増加するといった問題も生じる。これに対し、上記構成のように第１センサ素子１３および第２センサ素子１４を１チップ化することが可能となれば、第１センサ素子１３および第２センサ素子１４の配置のばらつきに起因する位置ずれの問題が生じるおそれがなくなる。したがって、上記構成によれば、第１センサ素子１３および第２センサ素子１４間の位置ずれ精度を管理するための検査工程などを省くことが可能となり、製造時の工数やコストの増加を抑えることができる。
センサＩＣ４８の基板専有面積を小さくするためには、可能な限りチップサイズを縮小することが望ましいが、チップサイズを縮小し過ぎると、センサマグネット１２においてＺ軸方向の磁力が比較的弱い箇所に対向する位置に第１センサ素子１３および第２センサ素子１４が配置されるおそれがある。このような配置になった場合、モータ２の回転角度の誤検出が生じる可能性がある。
そこで、本実施形態では、第１センサ素子１３が第１着磁帯４４と対向する位置であり且つ第１着磁帯４４の径方向の中心より径方向の内側に配置されるとともに、第２センサ素子１４が第２着磁帯４６と対向する位置であり且つ第２着磁帯４６の径方向の中心より径方向の外側に配置されるように、センサＩＣ４８が配置されている。このようにすれば、センサマグネット１２においてＺ軸方向の磁力が比較的弱い箇所に対向する位置に第１センサ素子１３および第２センサ素子１４が配置されることがなくなり、その結果、モータ２の回転角度の誤検出の発生を防止することができる。
本実施形態では、センサマグネット１２は、第１リング４１および第２リング４２から構成されている。このような構成では、第１リング４１および第２リング４２が組み付けられる際、同極性の磁極４３、４５同士が隣接する箇所があり、それら同極性の磁極４３、４５間で作用する磁力による反発力の影響により、第１リング４１および第２リング４２の位置が定まらない、という事態が発生するおそれがある。
そこで、本実施形態では、第２リング４２の凹部４２ｂに第１リング４１の凸部４１ｂが挿入された際に第１着磁帯４４および第２着磁帯４６の各磁極４３、４５の間で作用する磁力により第１リング４１および第２リング４２が相対的に回転するように凹部４２ｂおよび凸部４１ｂを配置した。
このようにすれば、磁極４３、４５の間で作用する磁力による反発力によって、凸部４１ｂが固定部４２ｄへと移動するように第１リング４１および第２リング４２が相対的に回転して凸部４１ｂが固定部４２ｄに突き当たり、第１リング４１および第２リング４２の周方向の位置が拘束される。したがって、上記構成によれば、第１リング４１および第２リング４２の位置が定まれないといった問題の発生を防止し、その組み付け作業を容易にすることができる。
（第２実施形態）
以下、第２実施形態について図１５～図２０を参照して説明する。
第１実施形態では、センサマグネット１２は、２つのリング（第１リング４１および第２リング４２）により構成されていた。このような構成では、「２つのリングを作成」→「２つのリングのそれぞれに着磁」→「２つのリングを組み付け」→「２つのリングを接着固定」といった各工程を経てセンサマグネット１２が製造されることになり、製造時における工数が比較的多いという点において改善の余地があった。
そこで、本実施形態のセンサマグネット６１は、図２０に示すように、第１着磁帯４４および第２着磁帯４６のそれぞれが着磁のパターンにより形成された１つのリング６２を備えた構成となっている。以下、このようなセンサマグネット６１の製造工程について図１５～図２０を参照して説明する。なお、図１５～図２０において、上側の図はリング６２を上側、つまり回路部３１側の表面を示す平面図であり、下側の図はリング６２などの断面を示す図である。
＜センサマグネット６１の製造工程＞
図１５に示すように、センサマグネット６１を製造する際に用いられる１つのリング６２は、第１実施形態の第１リング４１および第２リング４２が組み付けられた状態と同様の形状をなしている。続いて、図１６に示すように、リング６２の各表面（図１６の上下両面）に、着磁マスク６３（磁気シールド）が配置される。着磁マスク６３は、リング６２の上面において第１着磁帯４４の磁極４３ｎとなる箇所および第２着磁帯４６の磁極４５ｎとなる箇所を覆う形状となっている。
次に、図１７に示すように、リング６２の上面側がＳ極になるとともに下面側がＮ極となるような磁界が発生され、第１の着磁が行われる。なお、このような着磁は、一般的な着磁装置などを用いて行うことができる。これにより、リング６２の上面側に、第１着磁帯４４の磁極４３ｓおよび第２着磁帯４６の磁極４５ｓが形成される。続いて、着磁マスク６３が４５度回転される。これにより、図１８に示すように、着磁マスク６３によって、リング６２の上面における第１着磁帯４４の磁極４３ｓおよび第２着磁帯４６の磁極４５ｓが覆われる。
次に、図１９に示すように、リング６２の上面側がＮ極になるとともに下面側がＳ極となるような磁界が発生され、第２の着磁が行われる。これにより、リング６２の上面側に、第１着磁帯４４の磁極４３ｎおよび第２着磁帯４６の磁極４５ｎが形成される。このような各工程が実行された結果、図２０に示すように、第１着磁帯４４および第２着磁帯４６のそれぞれが着磁のパターンにより形成された１つのリング６２からなるセンサマグネット６１の完成品が出来上がる。
以上説明した本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。さらに、本実施形態では、センサマグネット６１は、第１実施形態のセンサマグネット１２と同様の第１着磁帯４４および第２着磁帯４６が形成された１つのリング６１により構成されている。そのため、センサマグネット６１を製造する際、第１実施形態で必要であった２つのリングを組み付ける工程を省くことが可能となる。したがって、本実施形態によれば、センサマグネット６１の製造が容易になるとともに、その製造時の工数やコストを低減することができるという効果が得られる。
（第３実施形態）
以下、第３実施形態について図２１～図２９を参照して説明する。
＜全体構成＞
図２１に示すように、本実施形態のモータ制御装置７１のセンシング部７２は、第１実施形態のセンシング部１０に対し、センサマグネット１２に代えてセンサマグネット７３を備えている点、第３センサ素子７４が追加されている点などが異なる。
第３センサ素子７４は、第１センサ素子１３および第２センサ素子１４と同様、センサマグネット７３の回転によって発生する周期的な磁気信号をデジタル信号に変換する。第３センサ素子７４の出力信号（デジタル信号）は、モータ２の回転角度に対応するセンサ信号に相当し、ドライバ部１１に与えられる。
＜センサマグネット７３の具体構成＞
センサマグネット７３の具体的な構成としては、例えば図２２に示すような構成を採用することができる。図２２に示す構成において、センサマグネット７３は、１つのリング７５を備えた構成となっている。そのリング７５には、着磁のパターンにより、第１着磁帯４４および第２着磁帯４６に加え、周方向に沿って複数個の磁極７６ｎ、７６ｓが交互に配列された環状の第３着磁帯７７が形成されている。なお、磁極７６ｎはＮ極であり、磁極７６ｓはＳ極である。また、以下の説明において、磁極７６ｎ、７６ｓについて、極性を区別する必要が無い場合には、磁極７６と総称する。
本実施形態では、第３着磁帯７７の磁極７６の数は、８個となっている。第１着磁帯４４、第２着磁帯４６および第３着磁帯７７は、互いの磁極４３、４５、７６の配列が周方向に所定角度だけずれるように同心状に配置されている。この場合、径方向の最も外側に第２着磁帯４６が配置されるとともに、径方向の最も内側に第３着磁帯７７が配置される。本実施形態では、上記所定角度は、電気角で１２０°であり、また機械角で３０°となっている。
第１センサ素子１３、第２センサ素子１４および第３センサ素子７４は、ロータ２８の径方向に並んで配置されている。この場合、径方向の最も外側に第２センサ素子１４が配置されるとともに、径方向の最も内側に第３センサ素子７４が配置される。第１センサ素子１３、第２センサ１４および第３センサ素子７４は、いずれもホール素子であり、１つのパッケージ７８に収容された半導体集積回路７９により構成されている。なお、以下では、半導体集積回路７９のことをセンサＩＣ７９とも呼ぶ。
＜センサＩＣ７９の具体構成＞
センサＩＣ７９の具体的な構成としては、例えば図２３に示すような構成を採用することができる。図２３に示すように、センサＩＣ７９は、第１センサ素子１３、第２センサ素子１４および第３センサ素子７４が形成されたセンサチップ８０と、センサチップ８０を支持するとともに外部配線との接続を行うリードフレーム８１と、センサチップ８０などを封止する樹脂モールド８２と、を備えている。
図２３に示す構成では、第１センサ素子１３、第２センサ素子１４および第３センサ素子７４は、例えば横方向（図２３における左右方向）の寸法が０．３ｍｍであり、縦方向（図２３における上下方向）の寸法が０．３ｍｍである。センサチップ８０は、例えば横方向の寸法が１ｍｍであり、縦方向の寸法が９．３ｍｍである。リードフレーム８１は、例えば横方向の寸法が１．４ｍｍであり、縦方向の寸法が９．７ｍｍである。樹脂モールド８２は、例えば横方向の寸法が２．４ｍｍであり、縦方向の寸法が１０．７ｍｍである。
このような構成のセンサＩＣ７９が回路基板３４に実装される場合、回路基板３４において、その実装部分が専有する面積、つまり基板専有部８３は、横方向の寸法が５．４ｍｍとなり、縦方向の１３．７ｍｍとなる。したがって、この場合、センサＩＣ７９の基板専有部８３の面積としては、７３．９８ｍｍ２となる。
＜センサＩＣ７９の配置＞
センサＩＣ７９は、図２４に示すような配置となっている。これにより、第１センサ素子１３は、第１着磁帯４４と対向する位置であり、且つ第１着磁帯４４の径方向のほぼ中心に配置される。また、第２センサ素子１４は、第２着磁帯４６と対向する位置であり、且つ第２着磁帯４６の径方向の中心よりリング７５の外側、つまり径方向の外側に配置される。また、第３センサ素子７４は、第３着磁帯７７と対向する位置であり、且つ第３着磁帯７７の径方向の中心よりリング７５の外側、つまり径方向の内側に配置される。
＜センサマグネット７３の製造工程＞
本実施形態のセンサマグネット７３は、第１着磁帯４４、第２着磁帯４６および第３着磁帯７７のそれぞれが着磁のパターンにより形成された１つのリング７５を備える構成であるため、第２実施形態のセンサマグネット６１と同様の方法で製造することができる。
すなわち、図２５に示すように、リング７５の各表面（図２５の上下両面）に、着磁マスク８４（磁気シールド）が配置される。着磁マスク８４は、リング７５の上面において第１着磁帯４４の磁極４３ｎとなる箇所、第２着磁帯４６の磁極４５ｎとなる箇所および第３着磁帯７７の磁極７６ｎとなる箇所を覆う形状となっている。
このように着磁マスク８４が配置された状態で、リング７５の上面側がＳ極になるとともに下面側がＮ極となるような磁界が発生され、第１の着磁が行われる。なお、このような着磁は、一般的な着磁装置などを用いて行うことができる。これにより、リング７５の上面側に、第１着磁帯４４の磁極４３ｓ、第２着磁帯４６の磁極４５ｓおよび第３着磁帯７７の磁極７６ｓが形成される。
続いて、着磁マスク８４が４５度回転される。これにより、図２６に示すように、着磁マスク８４によって、リング７５の上面における第１着磁帯４４の磁極４３ｓ、第２着磁帯４６の磁極４５ｓおよび第３着磁帯７７の磁極７６ｓが覆われる。このように着磁マスク８４が配置された状態で、リング７５の上面側がＮ極になるとともに下面側がＳ極となるような磁界が発生され、第２の着磁が行われる。
これにより、リング７５の上面側に、第１着磁帯４４の磁極４３ｎ、第２着磁帯４６の磁極４５ｎおよび第３着磁帯７７の磁極７６ｎが形成される。このような各工程が実行された結果、図２７に示すように、第１着磁帯４４、第２着磁帯４６および第３着磁帯７７のそれぞれが着磁のパターンにより形成された１つのリング７５からなるセンサマグネット７３の完成品が出来上がる。
＜センサ信号について＞
上記構成によれば、第１センサ素子１３、第２センサ素子１４および第３センサ素子７４から出力される各センサ信号は、図２８および図２９に示すように、３つのセンサ素子を互いに電気角で１２０°異ならせて配置した従来の構成と同様の信号となる。なお、図２８は、モータ２が一方向へ回転している正回転時の各センサ信号を示し、図２９は、モータ２が他方向へ回転している逆回転時の各センサ信号を示している。また、図２８および図２９では、第１センサ素子１３、第２センサ素子１４および第３センサ素子７４から出力される各センサ信号は、実線で示している。したがって、上記構成によれば、３つのセンサ素子を互いに電気角で１２０°異ならせた配置した従来の構成と同様、一般的な検出手法でもって、モータ２の回転角度を精度良く検出することができる。
以上説明した本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。なお、本実施形態では、第１センサ素子１３、第２センサ素子１４および第３センサ素子７４という３つのセンサ素子が必要となる分だけ、センサＩＣ７９の回路基板３４に対する占有面積が大きくなる。しかし、本実施形態によれば、第１実施形態のように、モータ２の回転角度を検出する際に時間計測を行う必要がなく、その分だけ、モータ制御装置７１における処理負荷を軽減することができるという効果が得られる。
また、本実施形態では、第２センサ素子１４が第２着磁帯４６の径方向の中心より径方向の外側に配置されるとともに、第３センサ素子７４が第３着磁帯７７の径方向の中心より径方向の内側に配置されるようにセンサＩＣ７９が配置されている。ただし、この場合、第１センサ素子１３は、第１着磁帯４４の径方向のほぼ中心に配置せざるを得ない。そこで、特に第１着磁帯４４の径方向の幅寸法を出来る限り大きくするとよい。このようにすれば、センサマグネット７３においてＺ軸方向の磁力が比較的弱い箇所に対向する位置に第１センサ素子１３、第２センサ素子１４および第３センサ素子７４が配置されることがなくなり、その結果、モータ２の回転角度の誤検出の発生を防止することができる。
（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各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任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
上記各実施形態で示した数値などは例示であり、それに限定されるものではない。
モータ制御装置１、７１が制御するモータとしては、インナーロータ型のモータ２に限らず、アウターロータ型のモータであってもよい。
第１および第２実施形態における第１センサ素子１３および第２センサ素子１４は、半導体集積回路４８として構成されるものに限らずともよく、ディスクリート部品として構成されていてもよい。また、第３実施形態における第１センサ素子１３、第２センサ素子１４および第３センサ素子７４は、半導体集積回路７９として構成されるものに限らずともよく、ディスクリート部品として構成されていてもよい。
第３実施形態のセンサマグネット７３は、第１着磁帯４４が形成されたリング、第２着磁帯４６が形成されたリングおよび第３着磁帯７７が形成されたリングを備えた構成、つまり３つのリングを備えた構成であってもよい。
第１リング４１および第２リング４２の具体的な構成は、適宜変更することができる。例えば、第１リング４１の側面部４１ａに凹部４２ｂと同様の凹部を設け、第２リング４２の側面部４２ａに凸部４１ｂと同様の凸部を設けた構成としてもよい。このような構成であっても、第１実施形態で説明した方法によって第１リング４１および第２リング４２を組み付けることができる。
第１センサ素子１３、第２センサ素子１４および第３センサ素子７４は、センサマグネット１２、６１、７３が発するＺ方向の磁力を受けることができる位置に設ければよく、それらの配置は適宜変更することができる。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
１、７１…モータ制御装置、２…モータ、１０、７２…センシング部、１１…ドライバ部、１２、６１、７３…センサマグネット、１３…第１センサ素子、１４…第２センサ素子、２８…ロータ、４１…第１リング、４１ｂ…凸部、４２…第２リング、４２ｂ…凹部、４３ｎ、４３ｓ、４５ｎ、４５ｓ、７６ｎ、７６ｓ…磁極、４４…第１着磁帯、４６…第２着磁帯、４７、７８…パッケージ、４８、７９…センサＩＣ、６２、７５…リング、７４…第３センサ素子、７７…第３着磁帯。

Claims (4)

  1. モータ（２）を制御するモータ制御装置（１、７１）であって、
    前記モータが有するロータ（２８）の回転と同期して回転するセンサマグネット（１２、６１、７３）と、前記センサマグネットの回転によって発生する周期的な磁気信号をデジタル信号に変換する第１センサ素子（１３）および第２センサ素子（１４）と、を備えるセンシング部（１０、７２）と、
    前記第１センサ素子および前記第２センサ素子の各出力信号に基づいて前記モータを制御するドライバ部（１１）と、
    を備え、
    前記センサマグネットは、前記ロータの周方向に沿って複数個の磁極（４３ｎ、４３ｓ、４５ｎ、４５ｓ）が配列された環状の第１着磁帯（４４）および第２着磁帯（４６）を備え、
    前記第１着磁帯および前記第２着磁帯は、互いの磁極の配列が周方向に所定角度だけずれるように同心状に配置されており、
    前記第１センサ素子および前記第２センサ素子は、前記ロータの径方向に並んで配置されており、
    前記センサマグネットは、前記第１着磁帯が形成された第１リング（４１）と、前記第２着磁帯が形成された第２リング（４２）と、を備え、
    前記第１リングの前記第２リングと接する側の側面部には凸部（４１ｂ）が設けられ、
    前記第２リングの前記第１リングと接する側の側面部には、前記凸部を挿入可能な凹部（４２ｂ）が設けられ、
    前記凹部に前記凸部が挿入されることにより前記第１リングと前記第２リングとが組み付けられ、前記第１着磁帯および前記第２着磁帯が同心状に配置されており、
    前記凹部の周方向の長さは、前記凸部の周方向の長さよりも長くなっており、
    前記凹部に前記凸部が挿入された際に前記第１着磁帯および前記第２着磁帯の各磁極の間で作用する磁力により前記第１リングおよび前記第２リングが相対的に回転するように前記凹部および前記凸部が配置されているモータ制御装置。
  2. 前記第１センサ素子および前記第２センサ素子は、１つのパッケージ（４７）に収容された半導体集積回路（４８）により構成されている請求項１に記載のモータ制御装置。
  3. 前記第１センサ素子は、前記第１着磁帯と対向する位置であり且つ前記第１着磁帯の径方向の中心より内側に配置され、
    前記第２センサ素子は、前記第２着磁帯と対向する位置であり且つ前記第２着磁帯の径方向の中心より外側に配置されている請求項１または２に記載のモータ制御装置。
  4. 前記ドライバ部は、前記第１センサ素子の出力信号および前記第２センサ素子の出力信号の各信号レベルが同一である場合の時間を計測し、その計測時間および前記第１センサ素子の出力信号および前記第２センサ素子の出力信号の各信号レベルに基づいて前記モータの回転角度を推定する請求項１から３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
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