JP7344064B2 - 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

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は、１つの歪みセンサにより回転軸の位置を検出した場合に、回転軸とともに回転するロータを含めて回転方向（周方向）における絶対的な位置を検出することが難しかった。

本発明は、上述の課題を一例とするものであり、回転軸の位置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、互いに前記回転軸の周方向において離間した位置に設けられていて、前記回転検出マグネットの回転位置により変化する磁極及び磁力に反応する複数の固定マグネットと、複数の前記固定マグネットに対応して設けられていて、前記固定マグネットの反応に応じて歪みが発生する複数の起歪部と、複数の前記起歪部の歪みに応じた歪み信号をそれぞれ出力する複数の歪みセンサと、を有している。

本発明の一態様に係るモータにおいて、複数の前記起歪部は、平板状に形成されていて、厚み方向において前記回転検出マグネットと対向していて、複数の前記固定マグネットは、それぞれ前記起歪部の前記回転検出マグネットに対向する面に実装されていて、複数の前記歪みセンサは、それぞれ前記起歪部における前記固定マグネットが実装されている面とは反対の面に実装されている。

本発明の一態様に係るモータにおいて、前記固定マグネットは、前記回転軸の軸線方向に着磁されている。

本発明の一態様に係るモータにおいて、複数の前記固定マグネットは、それぞれ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る。

本発明の一態様に係るモータにおいて、複数の前記固定マグネットは、互いに前記回転軸の周方向に９０度回転した位置に設けられていて、複数の前記歪みセンサは、複数の前記固定マグネットのそれぞれに対応して生じる複数の前記起歪部の歪みを検出可能な位置に設けられている。

本発明の一態様に係るモータにおいて、前記回転検出マグネットは、磁極が外周部における前記回転軸の中心に向かって対向する位置に配置されている。

本発明の一態様に係るモータにおいて、複数の前記固定マグネットは、前記回転検出マグネットの回転位置により変化する磁極及び磁力に反応する第１固定マグネットと、前記第１固定マグネットと前記回転軸の周方向において離間した位置に設けられていて、前記回転検出マグネットの回転位置により変化する磁極及び磁力に反応する第２固定マグネットと、を含み、複数の前記起歪部は、前記第１固定マグネットの反応に応じて歪みが発生する第１起歪部と、前記第２固定マグネットの反応に応じて歪みが発生する第２起歪部と、を含み、複数の前記歪みセンサは、前記第１起歪部の歪みに応じた歪み信号を出力する第１歪みセンサと、前記第２起歪部の歪みに応じた歪み信号を出力する第２歪みセンサと、を含む。

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、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複数の前記歪みセンサがそれぞれ出力する複数の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、を実行し、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。

本発明に係るモータによれば、回転軸の位置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に示すモータの分解斜視図である。 図１に示すモータの側面図である。 図１に示すモータの分解側面図である。 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１に示すモータの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歪み量の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。 本発明の実施の形態に係るモータの構成の変形例を概略的に示す斜視図である。 図１０に示すモータの上面図である。

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の分解斜視図である。図３は、モータ１の側面図である。図４は、モータ１の分解側面図である。図５は、モータ１の上面図である。図６は、モータ１の側面から見たＡ－Ａ断面図である。図２及び図４は、ケース部１５の図示が省略されている。

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６の矢印ｃ方向）を外周側ｃとし、軸線ｘに向かう方向（図６の矢印ｄ方向）を内周側ｄとする。以下の説明では、図３に示す方向をモータ１の側面とする。また、以下の説明では、図５に示すようにモータ１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。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２１１と、互いに回転軸１１の周方向において離間した位置に設けられていて、回転検出マグネット２１１の回転位置により変化する磁極及び磁力に反応する複数の固定マグネット２１２ａ，２１２ｂとを有している。また、センサユニット２０は、複数の固定マグネット２１２ａ，２１２ｂに対応して設けられていて、固定マグネット２１２ａ，２１２ｂの反応に応じて歪みが発生する複数の起歪部２２としての起歪部本体２２１ａ，２２１ｂを有している。さらに、センサユニット２０は、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂの歪みに応じた歪み信号をそれぞれ出力する複数の歪みセンサ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２、図４、及び図６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１４、及び、ケース部１５を有している。

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、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１３１にインシュレータ１３２を介して巻回されたコイル１３３を備えている。

軸受部１４は、回転軸１１の軸線ｘ方向に離間して配置されている。軸受部１４は、回転軸１１の中央部付近、例えば、軸線ｘ方向において回転検出マグネット２１１とロータマグネット１２との間を支持する。軸受部１４は、不図示の内輪、外輪、及び、転動体を有している。内輪は、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。外輪は、内輪の外周側ｃに設けられている。外輪は、内輪と同軸で内輪よりも大径の環状の部材である。転動体は、内輪と外輪との間に複数配置されている球状の部材である。

図６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、軸受部１４を支持して回転軸１１を収容するとともにセンサユニット２０の後述する回転検出マグネット２１１を収容する。ケース部１５は、例えば回転検出マグネット２１１を収容する回転検出マグネット収容部１５１と、軸受部１４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、センサユニット２０の起歪部２２を支持するベース部１５７とを有する。

軸受ハウジング１５３は、軸線ｘと同軸の中空の筒状部分である。軸受ハウジング１５３は、軸受部１４を介して回転軸１１を回転可能に支持している。ステータ支持部１５４は、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、下側ｂの内周面においてステータ１３を支持している。ベース部１５７は、円筒形状または略円筒形状に形成されているケース部１５の軸線ｘ方向における一方側（上側ａ）に形成されている。ベース部１５７には、後述するセンサユニット２０の起歪部２２が搭載されている。

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］
図１、図２、図４、図５、及び、図６に示すように、センサユニット２０は、上述したように回転検出マグネット２１１が回転軸１１に回転可能に支持されている。また、センサユニット２０は、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂを有する起歪部２２が、上述したようにケース部１５のベース部１５７に支持されている。そして、センサユニット２０は、複数の歪みセンサ２３ａ，２３ｂが複数の起歪部本体２２１ａ，２２１ｂの上側ａの面にそれぞれに設けられている。

図５に示すように、回転検出マグネット２１１は、径方向外周側に向かって磁力を出すように、着磁方向が中心の軸線ｘから外周側、つまり、回転軸１１の軸線ｘ方向となるように構成されている。また、回転検出マグネット２１１は、Ｎ極とＳ極との２つの磁極（２極）が回転軸１１を中心として周方向に対して、例えば、１８０°の範囲に区分して、等分に配置されている。つまり、回転検出マグネット２１１は、その外周部において回転軸１１の中心に向かって対向する位置にＮ極とＳ極との組み合わせが１組配置されている。なお、回転検出マグネット２１１の磁極の数は、上述の例に限定されず、２つの磁極の組み合わせが２組以上あってもよい。

回転検出マグネット２１１は、例えば、回転軸１１を中心とした円環状（ドーナツ状）の１つの磁石により形成されている。なお、回転検出マグネット２１１は、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径方向外周側にＮ極及びＳ極それぞれの磁力を発生していてもよい。

図１、図４、及び、図６に示すように、複数の固定マグネット２１２ａ，２１２ｂは、回転検出マグネット２１１の回転位置により変化する磁極及び磁力に反応するような位置、例えば、回転検出マグネット２１１の径方向外周側に設けられている。固定マグネット２１２ａ，２１２ｂは、回転検出マグネット２１１と軸線ｘ方向において対向するように、起歪部２２の軸線ｘ方向において下側ｂの面に設けられている。固定マグネット２１２ａと固定マグネット２１２ｂは、互いに回転軸１１の周方向において異なる位置、例えば、９０度回転した位置に設けられている。固定マグネット２１２ａは、回転検出マグネット２１１の回転位置により変化する磁極及び磁力に反応する第１固定マグネットとして機能する。また、固定マグネット２１２ａと回転軸１１の周方向において離間した位置に設けられている固定マグネット２１２ｂは、回転検出マグネット２１１の回転位置により変化する磁極及び磁力に反応する第２固定マグネットとして機能する。なお、複数の固定マグネット２１２ａ，２１２ｂの数は、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂの数に対応していればよいため、上述のように２つに限定されない。なお、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂ及び固定マグネット２１２ａ，２１２ｂの位相の相違は上述した９０°には限定されないが、歪みセンサ２３ａ，２３ｂからそれぞれ出力される複数の歪み量の変化を示す波形に基づいて回転軸１１の回転方向(周方向）における絶対位置を特定するためには、０°以上１８０°以下の位相差であることが望ましい。

固定マグネット２１２ａ，２１２ｂは、例えば、回転検出マグネット２１１と軸線ｘ方向において対向する下側ｂの面がともにＳ極、その反対側の起歪部２２と対向する軸線ｘ方向において上側ａの面がともにＮ極となるように、回転軸１１の軸線ｘ方向に着磁されている。ここで、複数の固定マグネット２１２ａ，２１２ｂのそれぞれの磁極は、軸線方向に着磁されているものに限らず、回転検出マグネット２１１の磁力に反応することができればよい。固定マグネット２１２ａ，２１２ｂは、例えば、起歪部２２が回転検出マグネット２１１の周方向に配置された場合には径方向に着磁されているものであってもよい。また、固定マグネット２１２ａ，２１２ｂの下側ｂを向いている磁極、つまり回転検出マグネット２１１と対向している磁極は、Ｎ極とＳ極とのいずれであってもよい。固定マグネット２１２は、上述のように磁力を発して回転検出マグネット２１１の回転位置により変化する磁極及び磁力に反応するものであるため、例えば、磁石により構成される。なお、固定マグネット２１２は、磁極及び磁力の変化に反応することができればよいため、コイルによる電磁石により構成されていてもよい。

図１、図２、図５、及び図６に示すように、起歪部２２は、中央部に開口部２２４が形成された円形の平板状に形成されている。起歪部２２は、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂと、支持部２２２とを有する。起歪部２２は、回転軸１１の径方向外周側に位置するように、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂが複数個、例えば、２個設けられている。起歪部２２は、複数の起歪部として機能する起歪部本体２２１ａ，２２１ｂ及び支持部２２２が、一体となって形成されている。つまり、円板状に形成されている起歪部２２は、軸線ｘの位置に相当する径方向の中央部から放射状に形成されている複数の切り欠き部２２５により、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂが支持部２２２から回転軸１１に向かって（回転軸１１の径方向外周側から内周側に向かって）延びる片持ち梁状に形成されている。

起歪部本体２２１ａ，２２１ｂは、上述のように支持部２２２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は起歪部２２の厚み方向において回転検出マグネット２１１と対向している。起歪部本体２２１ａ，２２１ｂの下側ｂの面には、上述のように固定マグネット２１２ａ，２１２ｂが設けられている。起歪部本体２２１ａ，２２１ｂは、固定マグネット２１２ａ，２１２ｂと同様に、回転軸１１の中心に対して回転方向（周方向）において異なる位置、例えば、起歪部本体２２１ａと起歪部本体２２１ｂとが互いに回転軸１１の周方向に９０度回転した位置に設けられている。起歪部本体２２１ａ，２２１ｂは、回転検出マグネット２１１が回転軸１１とともに回転することによる、固定マグネット２１２ａ，２１２ｂの反応に応じて歪みが生じるような材料により形成されている。起歪部本体２２１ａは、固定マグネット２１２ａ（第１固定マグネット）の反応に応じて歪みが発生する第１起歪部として機能する。また、起歪部本体２２１ａと回転軸１１の周方向において離間した位置に設けられている起歪部本体２２１ｂは、固定マグネット２１２ｂ（第２固定マグネット）の反応に応じて歪みが発生する第２起歪部として機能する。

なお、複数の起歪部本体２２１ａ，２２１ｂの数は、固定マグネット２１２ａ，２１２ｂの数に対応していればよいため、上述のように２つに限定されない。また、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂの形状は、固定マグネット２１２ａ，２１２ｂの反応に応じて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２２において、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂの歪み方向は特に限定しない。

支持部２２２は、起歪部２２の径方向外周側の外周端部２２３に設けられている。支持部２２２は、起歪部２２をケース部１５のベース部１５７に支持する。支持部２２２の形状は、起歪部２２をモータ本体１０側に固定可能であればよい。また、支持部２２２の形状は、上述のように円弧状または略円弧状に形成されているものに限定されない。なお、支持部２２２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、歪み出力の位相を調整することができる。

図１，図２、及び図５に示すように、歪みセンサ２３ａ，２３ｂは、起歪部２２における起歪部本体２２１ａ，２２１ｂのそれぞれに設けられている。図４、及び図６に示すように、歪みセンサ２３ａ，２３ｂは、起歪部２２において磁極変化に応じて歪みが生じ、この歪みが検出可能な箇所、例えば、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂにおいて固定マグネット２１２ａ，２１２ｂが設けられている下側ｂの面と反対側の面である上側ａの面に実装されている。歪みセンサ２３ａ，２３ｂは、具体的には、固定マグネット２１２ａ，２１２ｂが回転検出マグネット２１１の磁力線の中心にあるときに、歪みが最大となるような位置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。歪みセンサ２３ａは、起歪部本体２２１ａの歪みに応じた歪み信号を出力する第１歪みセンサとして機能する。また、歪みセンサ２３ｂは、起歪部本体２２１ｂの歪みに応じた歪み信号を出力する第２歪みセンサとして機能する。

なお、歪みセンサ２３ａ，２３ｂは、起歪部２２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２２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起歪部及び歪みセンサの数は、２つに限定されず、例えば、周方向に所定の距離または角度離間した位置に３個以上の複数個の起歪部及び歪みセンサが設けられているものであってもよい。

［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６に示すように、軸受ハウジング１５３に装着された軸受部１４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２１１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２１１も軸線ｘを中心に回転する。

図７は、モータ１のセンサユニット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の固定マグネット２１２ａのＳ極が回転検出マグネット２１１のＳ極に近接している状態を回転角θ＝０°とする。図７において、固定マグネット２１２ａ，２１２ｂの磁極は図示を省略しているが、いずれもＳ極が回転検出マグネット２１１と面する側（下側ｂ）を向いている。

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２１１のＳ極の中点付近が、固定マグネット２１２ａのＳ極と径方向において対向している。このとき、回転検出マグネット２１１の径方向外周側から、Ｓ極の磁力が、起歪部２２の起歪部本体２２１ａの軸線ｘ方向下側ｂの面に取り付けられている固定マグネット２１２ａに向かって発生している。固定マグネット２１２ａは、上述のように下側ｂに向かってＳ極が配置されているため、回転検出マグネット２１１のＳ極に反応して反発する。起歪部本体２２１ａは、固定マグネット２１２ａが回転検出マグネット２１１から受けた磁力に反応して反発することにより軸線ｘ方向上側ａに向かって歪みが生じる。

起歪部本体２２１ａ及び固定マグネット２１２ａは、回転角θ＝９０°，２７０°のとき、回転検出マグネット２１１のＳ極とＮ極との境界部付近が、固定マグネット２１２ａのＳ極と径方向において対向している。このとき、回転検出マグネット２１１の径方向外周側から発生する磁力は、Ｎ極及びＳ極ともに固定マグネット２１２ａからは離れた方向に向かって発生している。このため、固定マグネット２１２ａは、回転検出マグネット２１１のＳ極に反応して反発する磁力が弱い、または磁力が発生していない。従って、起歪部本体２２１ｂは、回転角θ＝９０°，２７０°のとき、歪みが極小、または生じていない。

また、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２１１のＮ極の中点付近が、固定マグネット２１２ａのＳ極と径方向において対向している。このとき、回転検出マグネット２１１の外周部から、Ｎ極の磁力が、起歪部本体２２１ａの軸線ｘ方向下側ｂの面に取り付けられている固定マグネット２１２ａに向かって発生している。固定マグネット２１２ａは、上述のように下側ｂの面にＳ極が配置されているため、回転検出マグネット２１１のＮ極に吸引される。起歪部本体２２１ａは、固定マグネット２１２ａが回転検出マグネット２１１から受けた磁力に反応することにより軸線ｘ方向下側ｂに向かって歪みが生じる。

一方、起歪部本体２２１ｂ及び固定マグネット２１２ｂは、起歪部本体２２１ａ及び固定マグネット２１２ａとは異なる位相、具体的には、周方向に９０°異なる位置に設けられている。このため、起歪部本体２２１ｂ及び固定マグネット２１２ｂは、回転角θ＝０°，３６０°のとき、回転検出マグネット２１１のＳ極とＮ極との境界部付近が、固定マグネット２１２ｂのＳ極と径方向において対向している。このとき、回転検出マグネット２１１の径方向外周側から発生する磁力は、Ｎ極及びＳ極ともに固定マグネット２１２ｂからは離れた方向に向かって発生している。このため、固定マグネット２１２ｂは、回転検出マグネット２１１のＳ極に反応して反発する磁力は弱い、または磁力が発生していない。従って、起歪部本体２２１ｂは、回転角θ＝０°，３６０°のとき、歪みが極小、または生じていない。

また、センサユニット２０は、回転角θ＝９０°のとき、回転検出マグネット２１１のＳ極の中点付近が、固定マグネット２１２ａのＳ極と径方向において対向している。このとき、回転検出マグネット２１１の径方向外周側から、Ｓ極の磁力が、起歪部２２の起歪部本体２２１ｂの軸線ｘ方向下側ｂの面に取り付けられている固定マグネット２１２ｂに向かって発生している。固定マグネット２１２ｂは、上述のように下側ｂに向かってＳ極が配置されているため、回転検出マグネット２１１のＳ極に反応して反発する。起歪部本体２２１ｂは、固定マグネット２１２ｂが回転検出マグネット２１１から受けた磁力に反応することにより軸線ｘ方向上側ａに向かって歪みが生じる。

また、センサユニット２０は、回転角θ＝２７０°のとき、回転検出マグネット２１１のＮ極の中点付近が、固定マグネット２１２ｂのＳ極と径方向において対向している。このとき、回転検出マグネット２１１の外周部から、Ｎ極の磁力が、起歪部本体２２１ｂの軸線ｘ方向下側ｂの面に取り付けられている固定マグネット２１２ｂに向かって発生している。固定マグネット２１２ｂは、上述のように下側ｂの面にＳ極が配置されているため、回転検出マグネット２１１のＮ極に吸引される。起歪部本体２２１ｂは、固定マグネット２１２ｂが回転検出マグネット２１１から受けた磁力に反応することにより軸線ｘ方向下側ｂに向かって歪みが生じる。

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，２３ｂが出力する歪み量ε１，ε２の波形と回転軸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２１１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，２３ｂが出力する歪み量ε１，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２１１の回転位置と固定マグネット２１２ａ，２１２ｂ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ε１，ε２を示す電気信号（歪み信号）を出力する。

具体的には、起歪部本体２２１ａに取り付けられている固定マグネット２１２ａが回転検出マグネット２１１の磁力に反応して反発することにより、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、延び方向（プラス方向）に最も大きな値となる。一方、起歪部本体２２１ｂに取り付けられている固定マグネット２１２ｂが回転検出マグネット２１１の磁力に反応して反発することにより、回転角θ＝９０°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、延び方向（プラス方向）に最も大きな値となる。

また、起歪部本体２２１ａに取り付けられている固定マグネット２１２ａが回転検出マグネット２１１の磁力に反応して吸引されることにより、回転角θ＝１８０°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、引っ張り方向（マイナス方向）に最も大きな値となる。一方、起歪部本体２２１ｂに取り付けられている固定マグネット２１２ｂが回転検出マグネット２１１の磁力に反応して吸引されることにより、回転角θ＝２７０°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、引っ張り方向（マイナス方向）に最も大きな値となる。

モータ１は、回転角θ＝９０°，２７０°のとき、回転検出マグネット２１１のＮ極またはＳ極の中点付近が、周方向において固定マグネット２１２ａから離間した位置にある。このとき、回転検出マグネット２１１の径方向外周側から発生する強い磁極の磁力は、上記中間位置に向かって発生している。このため、起歪部２２に取り付けられている固定マグネット２１２ａは、いずれも回転角θ＝０°，１８０°，３６０°のときよりも弱い磁力により吸引または反発し、起歪部本体２２１ａにはその磁力に応じた歪みが生じる。また、モータ１は、回転角θ＝０°，１８０°，３６０°のとき、回転検出マグネット２１１のＮ極またはＳ極の中点付近が、周方向において固定マグネット２１２ｂから離間した位置にある。このため、起歪部２２に取り付けられている固定マグネット２１２ｂは、いずれも回転角θ＝９０°，２７０°のときよりも弱い磁力により吸引または反発し、起歪部本体２２１ｂにはその磁力に応じた歪みが生じる。

図８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により、回転軸１１の１回転（３６０°）の１周期に応じてセンサユニット２０が有する歪みセンサ２３ａ，２３ｂの歪み量ε１，２の変化を示す波形を取得することができる。この波形は、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、すなわち、歪み信号として認識することができる。また、この歪みセンサ２３ａ，２３ｂが出力する歪み量ε１，ε２の信号（歪み信号）の波形は、回転検出マグネット２１１の等分に配置されている磁極の極数分に応じた信号である。

ここで、歪みセンサ２３ａ，２３ｂの歪み量ε１，ε２の変化を示す波形は、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂ、固定マグネット２１２ａ，２１２ｂ、及び歪みセンサ２３ａ，２３ｂの周方向における取り付け位置の相違に起因して、位相が、例えば、９０°異なっている。モータ１によれば、センサユニット２０の複数の歪みセンサ２３ａ，２３ｂから出力される歪み量ε１，ε２の変化を示す波形の位相の相違を利用して、回転検出マグネット２１１、つまり、回転軸１１の周方向（回転方向）における絶対位置を検出することができる。

なお、起歪部２２における起歪部本体２２１ａ，２２１ｂ及び固定マグネット２１２ａ，２１２ｂの位相の相違は、上述のように９０°に限定されない。つまり、センサユニット２０において、歪みセンサ２３ａ，２３ｂが取り付けられている起歪部本体２２１ａ，２２１ｂの位相差（０°～１８０°）に応じて出力される歪み信号を用いて回転軸１１の絶対位置を取得することができる。

図９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９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、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂに生じる歪み量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。それぞれの歪み信号は、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、回転軸１１を中心として周方向に対してＮ極とＳ極との磁極が等分に配置されている回転検出マグネット２１１の周方向における回転位置により変化する磁極及び磁力に応じて変化する。そして、複数の歪み信号は、図６に示したように１回転ごとに１つの周期のパルス波形が所定（例えば、９０°）の位相のずれが生じて出力される。そして、回転位置信号処理回路３１は、これらの位相の異なる複数の歪み信号と位相差とに基づいて回転軸１１の回転方向の絶対的な位置を示す位置信号を算出して出力する。なお、回転軸１１の回転方向の絶対的な位置の算出は、回転位置信号処理回路３１の代わりに、制御部３２で行うようにしてもよい。

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２１１と、回転検出マグネット２１１の回転位置により変化する磁極及び磁力に反応する複数の固定マグネット２１２ａ，２１２ｂと、固定マグネット２１２ａ，２１２ｂの反応に応じて歪みが発生する複数の起歪部本体２２１ａ，２２１ｂと、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂ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２１１及び固定マグネット２１２により、回転軸１１の回転位置により変化する磁極及び磁力に応じて歪みセンサ２３ａ，２３ｂが取り付けられている起歪部本体２２１ａ，２２１ｂに、回転軸１１の１回転に応じて位相の異なる１パルスの周期的な歪みが生じることで、回転軸１１の絶対的な位置、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。また、モータ１によれば、回転軸１１に取り付けられている回転検出マグネット２１１と、その径方向外周側に取り付けられている固定マグネット２１２ａ，２１２ｂの回転検出マグネット２１１に対する磁力による反発または吸引に応じて起歪部２２に生じる歪みに応じて歪み信号を出力する歪みセンサ２３ａ，２３ｂという簡易な構成により、回転軸１１の絶対的な位置を算出することができる。

すなわち、モータ１は、固定マグネット２１２ａ，２１２ｂが取り付けられている起歪部本体２２１ａ，２２１ｂが、例えば、互いに前記回転軸の周方向に９０度回転した位置に設けられている。このため、モータ１によれば、このように設けられている起歪部本体２２１ａ，２２１ｂに生じる歪み量ε１，ε２に応じて出力される位相の異なる複数の歪み信号により、回転軸１１の絶対的な位置を算出することができる。

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、回転検出マグネット２１１は、上述のように円環状に形成されているのが好ましいが、その形状は限定されない。

また、例えば、起歪部２２及び歪みセンサ２３ａ，２３ｂを複数有するように構成した場合は、複数の歪みセンサ２３ａ，２３ｂ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ε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、例えば、起歪部２２は、図１乃至図６に示したように磁石またはコイルによる電磁石により形成されている固定マグネット２１２ａ，２１２ｂとは別体で構成されているものには限定されず、例えば、起歪部２２全体が磁石またはコイルによる電磁石により形成されているものであってもよい。

図１０は、本発明の実施の形態に係る変形例の構成のモータ１Ａを概略的に示す斜視図である。図１１は、モータ１Ａの上面図である。

図１０及び図１１に示すように、モータ１Ａのセンサユニット２０Ａは、モータ１Ａにおいて、起歪部本体２２１ａＡ，２２１ｂＡは、支持部２２２Ａ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２２１ａＡ，２２１ｂＡの径方向内周側の先端部には、固定マグネット２１２ａＡ，２１２ｂＡが取り付けられている。そして、歪みセンサ２３ａ，２３ｂは、支持部２２２Ａの外周端部２２３Ａに取り付けられて起歪部本体２２１ａＡ，２２１ｂＡに生じる歪みを検出する。

以上のように、モータ１Ａのセンサユニット２０Ａは、起歪部本体２２１ａＡ，２２１ｂＡ及び支持部２２２Ａが、必ずしも一体に形成されている必要はない。支持部２２２Ａは、例えば、モータ１Ａのように、複数の起歪部本体２２１ａＡ，２２１ｂＡを支持する構造を有していれば、別体であってもよい。また、モータ１Ａにおいて、起歪部本体２２１ａＡ，２２１ｂＡの形状は、特に限定されず、例えば、ケース部１５の外周部から内周側に向かって延びる棒状に形成されていてもよい。

１，１Ａ…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、１４…軸受部、１５…ケース部、２０，２０Ａ…センサユニット、２２…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、１３１…ステータコア、１３２…インシュレータ、１３３…コイル、１５１…回転検出マグネット収容部、１５３…軸受ハウジング、１５４…ステータ支持部、１５７，１５７Ａ…ベース部、２１１…回転検出マグネット、２１２ａ，２１２ｂ，２１２ａＡ，２１２ｂＡ…固定マグネット、２２１ａ，２２１ｂ，２２１ａＡ，２２１ｂＡ…起歪部本体、２２２，２２２Ａ…支持部、２２３，２２３Ａ…外周端部、２２４…開口部、２２５…切り欠き部

Claims (8)

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、
   互いに前記回転軸の周方向において離間した位置に設けられていて、前記回転検出マグネットの回転位置により変化する磁極及び磁力に反応する複数の固定マグネットと、
   複数の前記固定マグネットに対応して設けられていて、前記固定マグネットの反応に応じて歪みが発生する複数の起歪部と、
   複数の前記起歪部の歪みに応じた歪み信号をそれぞれ出力する複数の歪みセンサと、
   を有していて、
   複数の前記固定マグネットは、
   前記回転検出マグネットの回転位置により変化する磁極及び磁力に反応する第１固定マグネットと、前記第１固定マグネットと前記回転軸の周方向において離間した位置に設けられていて、前記回転検出マグネットの回転位置により変化する磁極及び磁力に反応する第２固定マグネットと、を含み、
   複数の前記起歪部は、
   前記第１固定マグネットの反応に応じて歪みが発生する第１起歪部と、前記第１起歪部と前記回転軸の周方向において離間した位置に設けられていて、前記第２固定マグネットの反応に応じて歪みが発生する第２起歪部と、を含み、
   複数の前記歪みセンサは、
   前記第１起歪部の歪みに応じた歪み信号を出力する第１歪みセンサと、前記第２起歪部の歪みに応じた歪み信号を出力する第２歪みセンサと、を含む、モータ。
2. 複数の前記起歪部は、平板状に形成されていて、厚み方向において前記回転検出マグネットと対向していて、
   複数の前記固定マグネットは、それぞれ前記起歪部の前記回転検出マグネットに対向する面に実装されていて、
   複数の前記歪みセンサは、それぞれ前記起歪部における前記固定マグネットが実装されている面とは反対の面に実装されている、
   請求項１に記載のモータ。
3. 前記固定マグネットは、前記回転軸の軸線方向に着磁されている、
   請求項１または２に記載のモータ。
4. 複数の前記固定マグネットは、それぞれ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る、
   請求項１に記載のモータ。
5. 複数の前記固定マグネットは、互いに前記回転軸の周方向に９０度回転した位置に設けられていて、
   複数の前記歪みセンサは、複数の前記固定マグネットのそれぞれに対応して生じる複数の前記起歪部の歪みを検出可能な位置に設けられている、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモータ。
6. 前記回転検出マグネットは、磁極が外周部における前記回転軸の中心に向かって対向する位置に配置されている、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載のモータ。
7. 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６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複数の前記歪みセンサがそれぞれ出力する複数の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。
8. 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６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。