JP7468328B2 - モータ回転角検出装置 - Google Patents

Description

本明細書に記載の開示は、センサ磁石と磁電変換部を備えるモータ回転角検出装置に関するものである。

特許文献１に示されるように、ロータの回転位置を検出する回転位置検出機構が知られている。回転位置検出機構はロータに設けられたロータマグネットの漏れ磁束を検出するホール素子を有している。

特開２０１４－２３０３８７号公報

特許文献１では、ロータマグネットの漏れ磁束をホール素子に導くためのセンサピンがロータマグネットとホール素子との間に設けられている。係る構成のため、ロータマグネット（センサ磁石）とホール素子（磁電変換部）との間の離間距離が延長する虞がある。

本開示の目的は、センサ磁石とホール素子との間の離間距離の延長の抑制されたモータ回転角検出装置を提供することである。

本開示の一態様によるモータ回転角検出装置は、モータ（３００）の回転軸の延びる軸方向で並ぶＮ極（５６ａ）とＳ極（５６ｂ）を形成する磁極（５６）を備え、複数の磁極が軸方向まわりの周方向で隣り合って並ぶように環状に連結され、Ｎ極とＳ極とが周方向で交互に隣り合って並ぶように形成されたセンサ磁石（５２）と、
回転軸の端部に設けられたセンサ磁石の軸方向への投影領域に設けられ、ホール素子（５３，５４，５５）によって磁気信号を電気信号に変換する磁電変換部（５１）と、
センサ磁石の軸方向への投影領域における磁電変換部を貫く透過領域を除く周囲領域に設けられ、センサ磁石の磁束を磁電変換部に導く集磁部（６０）と、を有する。

これによれば、集磁部（６０）のためにセンサ磁石（５２）と磁電変換部（５１）との間の離間距離が延長することが抑制される。また、磁電変換部（５１）を透過する磁束を増大することができる。

なお、上記の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

動力システムを示すブロック図である。 モータを示す断面図である。 インバータとモータを示す回路図である。 回転角度に対するセンサ信号と制御信号の関係を示す図表である。 回転角度に対する制御信号の関係を示す図表である。 センサ磁石、センサ素子、および、集磁部の位置関係を示す上面図である。 磁極、ホール素子、および、集磁部を示す断面図である。 磁極の磁束を説明するための断面図である。 磁極の磁束を説明するための断面図である。 ホール素子を透過する磁束と、ホール素子と磁極との離間距離との関係を説明するためのグラフ図である。 比較対象での、磁極の磁束を説明するための上面図である。 比較対象での、ホール素子を透過する磁束と、ホール素子と磁極との離間距離との関係を説明するためのグラフ図である。 磁極、ホール素子、および、集磁部を示す断面図である。 センサ磁石、センサ素子、および、集磁部の位置関係を示す上面図である。 磁極、ホール素子、および、集磁部を示す断面図である。 磁極、ホール素子、および、集磁部を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。

各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせが可能である。また、特に組み合わせに支障が生じなければ、組み合わせが可能であることを明示していなくても、実施形態同士、実施形態と変形例、および、変形例同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
図１～図１２に基づいてモータ制御装置２００を説明する。このモータ制御装置２００にモータ回転角検出装置が含まれている。

＜動力システム＞
先ず、動力システム１００を説明する。図１に示すように動力システム１００は、モータ制御装置２００、モータ３００、および、内燃機関４００を有する。

モータ制御装置２００はモータ３００と電気的に接続されている。モータ制御装置２００とモータ３００は１つの筐体５００に収納されている。これにより機電一体型ユニットが構成されている。

内燃機関４００にはバルブタイミング変換部４３０、カム角センサ４４０、および、クランク角センサ４５０が設けられている。バルブタイミング変換部４３０を介してモータ３００が内燃機関４００に連結されている。以下においては先ずモータ３００、内燃機関４００、および、バルブタイミング変換部４３０を説明する。その後にモータ制御装置２００を説明する。

＜モータ＞
本実施形態のモータ３００は永久磁石形同期モータである。図２に示すようにモータ３００はロータ３１０とステータ３２０を有する。ロータ３１０の周りにステータ３２０が設けられている。

本実施形態のロータ３１０は埋込磁石形回転子である。ロータ３１０は鉄芯３１１と永久磁石３１２を有する。鉄芯３１１はロータ３１０の出力軸に設けられている。永久磁石３１２は鉄芯３１１に埋め込まれている。

複数の永久磁石３１２は、Ｎ極とＳ極とが交互に隣接するように、出力軸の軸方向まわりの周方向に等間隔で鉄芯３１１に埋め込まれている。隣り合うＮ極とＳ極の最短隣接間隔は４５°になっている。これにより複数の永久磁石３１２から発生される磁束は、ロータ３１０が機械角９０°回転する毎に周期的に変化する。機械角９０°に対して電気角３６０°になっている。

以下においては、出力軸の軸方向を単に軸方向と示す。この軸方向まわりの周方向を単に周方向と示す。図面では軸方向をＡＤと示している。周方向をＣＤと示している。

ステータ３２０は、ケース３２１、突起３２２、および、ステータコイル３２３を有する。ケース３２１は軸方向に延びる円筒形状を成している。突起３２２はこのケース３２１の内側面に設けられている。ステータコイル３２３は突起３２２に巻き回されている。

本実施形態では、ケース３２１の内側面に１２個の突起３２２が周方向に等間隔で設けられている。そのために周方向で隣り合って並ぶ２つの突起３２２の最短隣接間隔は機械角３０°（電気角１２０°）になっている。

ステータコイル３２３には、図３に示すＵ相ステータコイル３２４、Ｖ相ステータコイル３２５、および、Ｗ相ステータコイル３２６が４つずつ含まれている。図２に記号Ｕ，Ｖ，Ｗで示すように、１２個の突起３２２にＵ相ステータコイル３２４、Ｖ相ステータコイル３２５、および、Ｗ相ステータコイル３２６が順に並ぶように巻き回されている。

係る配置構成のため、周方向で隣り合って並ぶ異種類の相ステータコイルの最短隣接間隔は機械角３０°（電気角１２０°）になっている。周方向で離間して並ぶ同一種類の相ステータコイルの最短隣接間隔は機械角９０°（電気角３６０°）になっている。図２では電気角を括弧つきで図示している。

図３に示すようにＵ相ステータコイル３２４、Ｖ相ステータコイル３２５、および、Ｗ相ステータコイル３２６はＹ結線されている。これらがインバータ４０に接続されている。インバータ４０に含まれるスイッチのオンオフ制御により、相ステータコイルがバッテリ９０の正極端子と負極端子に電気的に接続される。これにより相ステータコイルに電流が流れる。

３つの相ステータコイルに流れる電流の流動方向が順次変化する。これにより相ステータコイルから回転磁界が発生する。この回転磁界がロータ３１０に作用する。この結果、ロータ３１０に周方向の回転トルクが発生する。これによりモータ３００が自律回転する。

＜内燃機関＞
内燃機関４００にカムシャフト４１０とクランクシャフト４２０が含まれている。カムシャフト４１０はバルブタイミング変換部４３０を介してモータ３００の出力軸に連結されている。クランクシャフト４２０は図示しないチェーンを介してバルブタイミング変換部４３０に連結されている。

内燃機関４００の駆動によってクランクシャフト４２０が回転し始めると、それに伴ってバルブタイミング変換部４３０とともにカムシャフト４１０とモータ３００の出力軸も回転し始める。この回転によってカムシャフト４１０のカムジャーナルに設けられたカムロブが回転する。カムロブの回転により吸気弁と排気弁が燃焼室に対して上下動する。吸気弁で燃焼室への吸気が行われる。排気弁で燃焼室からの排気が行われる。

内燃機関４００が例えば４サイクルエンジンの場合、吸気弁若しくは排気弁に対応するカムシャフト４１０のカムロブは、クランクシャフト４２０が２回転すると１回転する。通常、吸気弁と排気弁の位相はカムシャフト４１０の回転角度で換算するとおよそ１８０°ずれている。この吸気弁に対する排気弁の位相差は、カムシャフト４１０のクランクシャフト４２０に対する位相差をモータ制御装置２００、モータ３００、および、バルブタイミング変換部４３０によって制御することで、調整可能になっている。

＜バルブタイミング変換部＞
バルブタイミング変換部４３０は図示しない遊星歯車機構を有する。遊星歯車機構は上記したチェーンを介して伝達されるクランクシャフト４２０の回転トルクをカムシャフト４１０に伝達する。それとともに遊星歯車機構はカムシャフト４１０をクランクシャフト４２０に対して相対的に回転させる。

遊星歯車機構はリングギヤ、バルブギヤ、および、ピニオンギヤを有する。リングギヤは環状を成している。リングギヤの外周面と内周面それぞれに歯が形成されている。

バルブギヤはカムシャフト４１０に連結されている。ピニオンギヤはモータ３００の出力軸に連結されている。これらバルブギヤとピニオンギヤは円盤状を成している。そしてバルブギヤとピニオンギヤそれぞれの外周面に歯が形成されている。

リングギヤの外周面の歯に上記したチェーンが連結される。バルブギヤとピニオンギヤはリングギヤの中に設けられる。リングギヤの内周面とバルブギヤの外周面との間にピニオンギヤが設けられている。ピニオンギヤの歯はリングギヤの内周面の歯とバルブギヤの外周面の歯それぞれとかみ合わさっている。

以上に示した歯のかみ合わせのため、クランクシャフト４２０が回転すると、その回転トルクがチェーンを介してリングギヤに伝達される。これによってリングギヤが回転する。ピニオンギヤがバルブギヤの周りを公転し、バルブギヤが回転する。これにより、クランクシャフト４２０とともにカムシャフト４１０が回転する。

＜位相差の制御＞
カムシャフト４１０のクランクシャフト４２０に対する位相差（以下、単に位相差と示す）を維持する場合、モータ制御装置２００はモータ３００によってピニオンギヤを自転させずにバルブギヤの周りを公転させる。こうすることでバルブギヤとリングギヤを同一の速さで回転させる。

しかしながら位相差を進角若しくは遅角する場合、モータ制御装置２００はモータ３００によってピニオンギヤを自転させつつバルブギヤの周りを公転させる。こうすることでバルブギヤをリングギヤに対して相対的に回転させる。モータ３００の出力軸がクランクシャフト４２０よりも速く公転すると位相差が進角する。出力軸がクランクシャフト４２０よりも遅く公転すると位相差が遅角する。

モータ制御装置２００は位相差が目標とする位相差（以下、目標位相差と示す）に到達すると、モータ３００の出力軸をリングギヤと同一の速さで公転させる。これによって制御後の位相差が維持される。以上に示した位相差の制御によって、吸気タイミングと排気タイミングが制御される。

＜回転角度＞
上記したようにカム角センサ４４０とクランク角センサ４５０が内燃機関４００に設けられている。これらカム角センサ４４０とクランク角センサ４５０によってカムシャフト４１０の回転角度とクランクシャフト４２０の回転角度が検出される。

＜実位相差＞
モータ制御装置２００はカムシャフト４１０の回転角度とクランクシャフト４２０の回転角度とに基づいてカムシャフト４１０とクランクシャフト４２０の位相差（以下、実位相差と示す）を算出する。それとともにモータ制御装置２００は内燃機関４００の回転数を算出する。また後述するようにモータ制御装置２００はモータ３００の回転角度を算出し、算出したモータ３００の回転角度と内燃機関４００の回転数とに基づいてモータ３００を制御する。こうすることでモータ制御装置２００は実位相差を制御する。

なお、実位相差を制御するためには上記の目標位相差を算出しなくてはならない。この目標位相差は、ユーザのアクセル踏込量を示すアクセル開度センサや内燃機関４００の吸入空気量を計測するエアフロメータなどの車両の走行状態を示す各種センサ信号に基づいて、モータ制御装置２００にて算出される。

＜モータ制御装置＞
図１に示すようにモータ制御装置２００は制御基板１０と駆動基板２０を有する。制御基板１０はワイヤハーネス１０１を介して駆動基板２０と電気的に接続されている。駆動基板２０はＵ相ステータ配線１０２、Ｖ相ステータ配線１０３、および、Ｗ相ステータ配線１０４を介してモータ３００と電気的に接続されている。

制御基板１０から駆動基板２０へ、モータ３００の目標とする目標回転数が出力される。これとは逆に、駆動基板２０から制御基板１０へ、モータ３００の実際の回転数と回転方向が出力される。そして、駆動基板２０からモータ３００へ、モータ３００の回転を制御するための回転電流が出力される。

＜制御基板＞
制御基板１０にはエンジンＥＣＵが含まれている。エンジンＥＣＵは上記した車両の走行状態を示す各種センサ信号、内燃機関４００の回転数、および、モータ３００の回転数などに基づいて、車両の走行状態に応じた目標位相差を算出する。その次にエンジンＥＣＵは実位相差を目標位相差とするための目標回転数を算出する。

＜駆動基板＞
駆動基板２０は図６に示す配線基板２１を有する。この配線基板２１に図１に示すドライバ３０、インバータ４０、および、回転角センサ５０のセンサ素子５１が搭載されている。

配線基板２１は表面２１ａとその裏側の裏面２１ｂを有する。表面２１ａにドライバ３０とインバータ４０が搭載されている。裏面２１ｂにセンサ素子５１が搭載されている。以下、ドライバ３０を説明する前に、インバータ４０と回転角センサ５０を説明する。

＜インバータ＞
インバータ４０は図３に示すＵ相上段スイッチ４１～Ｗ相下段スイッチ４６と、平滑コンデンサ４７を有する。またインバータ４０はバッテリ９０の正極端子に電気的に接続されるＰバスバ４８と負極端子に電気的に接続されるＮバスバ４９を有する。Ｕ相上段スイッチ４１～Ｗ相下段スイッチ４６と平滑コンデンサ４７はＰバスバ４８とＮバスバ４９との間で並列接続されている。Ｕ相上段スイッチ４１～Ｗ相下段スイッチ４６はＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴである。

Ｕ相上段スイッチ４１とＵ相下段スイッチ４２はＰバスバ４８からＮバスバ４９へ向かって順に直列接続されている。これら２つのスイッチの間の中点にＵ相ステータコイル３２４が接続されている。

Ｖ相上段スイッチ４３とＶ相下段スイッチ４４はＰバスバ４８からＮバスバ４９へ向かって順に直列接続されている。これら２つのスイッチの間の中点にＶ相ステータコイル３２５が接続されている。

Ｗ相上段スイッチ４５とＷ相下段スイッチ４６はＰバスバ４８からＮバスバ４９へ向かって順に直列接続されている。これら２つのスイッチの間の中点にＷ相ステータコイル３２６が接続されている。

＜回転角センサ＞
回転角センサ５０はセンサ素子５１とセンサ磁石５２を有する。上記したようにセンサ素子５１は配線基板２１の裏面２１ｂに搭載される。この裏面２１ｂにおけるセンサ素子５１の搭載された領域は上記したモータ３００の出力軸の端部と軸方向で離間して並んでいる。この出力軸の端部にセンサ磁石５２が設けられている。センサ磁石５２の軸方向への投影領域にセンサ素子５１が位置している。出力軸が回転軸に相当する。

筐体５００は収納空間をモータ制御装置２００側とモータ３００側とに分ける隔壁５１０を有する。図７に示すように、本実施形態ではセンサ素子５１とセンサ磁石５２との間にこの隔壁５１０が位置している。

そのためにセンサ素子５１とセンサ磁石５２とは直に対向していない。センサ素子５１とセンサ磁石５２との軸方向での離間距離は隔壁５１０の軸方向の厚みよりも長くなっている。

本実施形態の筐体５００はアルミニウムなどの非磁性材料で製造されている。そのためにセンサ磁石５２から発せられた磁束のセンサ素子５１への入力が筐体５００の隔壁５１０によって妨げられることが抑制されている。

センサ素子５１は自身を透過した磁束に応じたアナログの電気信号を生成する。このアナログの電気信号は図示しないＡＤ変換器によってデジタルのセンサ信号に変換される。このデジタルのセンサ信号がドライバ３０に出力される。

センサ素子５１は、Ｕ相ホール素子５３、Ｖ相ホール素子５４、および、Ｗ相ホール素子５５を有する。これら３つのホール素子は周方向で等間隔に並んでいる。周方向で隣り合って並ぶ２つのホール素子の最短離間間隔は機械角３０°（電気角１２０°）になっている。

センサ磁石５２は軸方向で着磁された磁極５６を有する。磁極５６は軸方向で並ぶＮ極５６ａとＳ極５６ｂを有する。そのために１つの磁極５６のＮ極５６ａで発せられた磁束は、軸方向に沿ってＮ極５６ａとＳ極５６ｂそれぞれから離間するように流れた後、その磁極５６のＳ極５６ｂ側へ戻るように流れる。

係る磁束の流れのため、Ｎ極５６ａの上方では、軸方向に沿って磁極５６から離れる向きの磁束が流れる。Ｓ極５６ｂの上方では、軸方向に沿って磁極５６に近づく向きの磁束が流れる。

センサ磁石５２は磁極５６を８つ有する。図６に示すように、これら８つの磁極５６が周方向で並んで一体的に連結されている。周方向で隣り合って並ぶ２つの磁極５６のうちの一方の備えるＮ極５６ａと、他方の備えるＳ極５６ｂとが周方向で隣り合って並んでいる。これら周方向で隣り合って並ぶＮ極５６ａとＳ極５６ｂの軸方向の位置は同一になっている。

なお、図６ではＮ極５６ａとＳ極５６ｂとを区別するためのハッチングをＮ極５６ａに付与している。Ｎ極５６ａとＳ極５６ｂそれぞれとセンサ素子５１と後述の集磁部６０それぞれとの位置関係を明示するために、駆動基板２０におけるセンサ磁石５２との重なり領域を透明にして図示している。

センサ磁石５２では周方向に計４個のＮ極５６ａと計４個のＳ極５６ｂが交互に並んでいる。周方向で隣り合って並ぶ２つの磁極５６のうちの一方の備えるＮ極５６ａと他方の備えるＳ極５６ｂとの最短離間間隔は機械角４５°（電気角１８０°）になっている。周方向で並ぶ２つのＮ極５６ａの最短離間間隔と、周方向で並ぶ２つのＳ極５６ｂの最短離間間隔それぞれは機械角９０°（電気角３６０°）になっている。

上記したようにセンサ磁石５２はモータ３００の出力軸の端部に設けられる。そのために出力軸の回転にともなってセンサ磁石５２も回転する。センサ磁石５２から発せられる磁束（磁気信号）は、出力軸が電気角３６０°回転する毎に周期的に変化する。この周期的に変化する磁束が３つのホール素子それぞれを透過する。

上記したように周方向で隣り合って並ぶ２つのホール素子の最短離間間隔は電気角１２０°になっている。このためにこれら２つのホール素子を透過するセンサ磁石５２の磁束は電気角１２０°ずれている。これら２つのホール素子から出力される検知信号の位相も１２０°ずれている。３つのホール素子から出力される検知信号の位相は電気角１２０°、電気角２４０°ずれている。

以上に示した３つのホール素子の離間間隔とセンサ磁石５２から出力される磁束の周期的な変化のため、モータ３００が電気角６０°回転すると、３つのホール素子のうちの少なくとも１つを透過する磁束の方向が、軸方向で反対向きに反転する。

図４に、３つのホール素子から出力されるセンサ信号とモータ３００の回転角度の関係を示す。この関係がドライバ３０に記憶されている。図面ではＵ相ホール素子５３から出力されるセンサ信号をＵＳと表記している。Ｖ相ホール素子５４から出力されるセンサ信号をＶＳと表記している。Ｗ相ホール素子５５から出力されるセンサ信号をＷＳと表記している。制御信号をＣＳと表記している。Ｈｉｇｈレベルのセンサ信号をＨｉと表記している。Ｌｏｗレベルのセンサ信号をＬｏと表記している。回転角度の増加する回転方向を正転とし、それをＦＲと表記している。回転角度の減少する回転方向を逆転とし、それをＢＲと表記している。

＜ドライバ＞
上記したようにドライバ３０にセンサ信号が入力される。ドライバ３０はこの入力されたセンサ信号と、図４に示す関係とに基づいてモータ３００の回転角度を算出する。ドライバ３０は入力されるセンサ信号の時間変化と図４に示す関係に基づいてモータ３００の回転方向を算出する。そしてドライバ３０は入力されるセンサ信号のパルスの立ち上がりエッジと立ち下がりエッジのうちの少なくとも一方をカウントする。こうすることでドライバ３０はモータ３００の回転数を算出する。

ドライバ３０は、制御基板１０から入力される目標回転数と、算出したモータ３００の回転数と回転方向に基づいて回転トルクの増減方向とその発生量を決定する。ドライバ３０はモータ３００の目標回転数が実際の回転数よりも高い場合、回転トルクの増減方向をモータ３００の回転が促進される方向にすることを決定する。その反対にモータ３００の目標回転数が実際の回転数よりも低い場合、ドライバ３０は回転トルクの発生方向をモータ３００の回転が妨げられる方向にすることを決定する。

またドライバ３０は、目標回転数と実回転数との乖離幅に基づいて回転トルクの発生量を算出する。この発生量は、モータ３００が電気角６０°回転する間にインバータ４０の備える３つの下段スイッチをオン状態とする時間（パルス幅）で制御することができる。パルス幅が長くなると回転トルクの発生量が増大する。パルス幅が短くなると回転トルクの発生量が減少する。

ドライバ３０は図４に示す関係の他に、図５に示す回転角度と制御信号との関係を記憶している。ドライバ３０はモータ３００の回転方向を検出すると、その回転方向と算出した回転トルクの増減方向（トルク方向）とを比較する。

図面では制御信号をＣＳと表記している。Ｕ相上段スイッチ４１をＵＨＳと表記している。Ｖ相上段スイッチ４３をＶＨＳと表記している。Ｗ相上段スイッチ４５をＷＨＳと表記している。Ｕ相下段スイッチ４２をＵＬＳと表記している。Ｖ相下段スイッチ４４をＶＬＳと表記している。Ｗ相下段スイッチ４６をＷＬＳと表記している。そして、これらスイッチを導通状態にする信号をＨｉ、遮断状態にする信号をＬｏ、導通状態と遮断状態とに繰り返し切り換える信号をＰと表記している。

回転方向とトルク方向の両者が一致する場合、ドライバ３０は回転トルクの発生量が増大するようにインバータ４０の駆動を制御する。具体的に言えば、例えばモータ３００が正転している場合、ドライバ３０は制御信号をＩからＶＩへと順次変化させるとともに、パルス幅を増大する。こうすることでロータ３１０に発生する回転トルクの発生量が増大し、モータ３００の回転速度が速くなる。

回転方向とトルク方向の両者が相違する場合、ドライバ３０は回転トルクの発生量が減少するようにインバータ４０の駆動を制御する。具体的に言えば、例えばモータ３００が正転している場合、ドライバ３０は制御信号をＩからＶＩへと順次変化させるとともに、パルス幅を減少する。こうすることでロータ３１０に発生する回転トルクの発生量が減少し、モータ３００の回転速度が遅くなる。

なお、モータ３００を逆転させる場合、ドライバ３０は制御信号をＶＩからＩへと正転時とは逆に順次変化させる。

＜集磁部＞
モータ制御装置２００はこれまでに説明した各種構成要素の他に集磁部６０を有する。集磁部６０と回転角センサ５０とがモータ回転角検出装置に含まれている。

集磁部６０は高透磁率材料を含有している。本実施形態の集磁部６０はＮｉＦｅを主構成材料としている。このＮｉＦｅには、ＮｉがＦｅよりも多く含有されている。Ｎｉ含有量が５０％を超えている。

これにより集磁部６０の線膨張係数が増大している。線膨張係数はおよそ１０ｐｐｍ／℃になっている。なお、集磁部６０を構成する高透磁率材料には、数％程度の微量なＣｕやＭｏなどが含まれてもよい。

図６に示すように集磁部６０は配線基板２１に半田などを介して搭載される。配線基板２１は樹脂材料などからなる絶縁基板と、この絶縁基板に設けられた導電材料からなる配線パターンと、を有する。

この配線パターンはＣｕを主構成材料としている。このＣｕの線膨張係数はおよそ１０～２０ｐｐｍ／℃となっている。このように配線パターンに含まれるＣｕと集磁部６０に含まれるＮｉＦｅの線膨張係数差が数ｐｐｍ／℃程度になっている。

集磁部６０は、Ｕ相集磁部６１、Ｖ相集磁部６２、および、Ｗ相集磁部６３を有する。これら３つの相集磁部は軸方向に開口する環状を成している。相集磁部は軸方向で並ぶ上環状面６０ａと下環状面６０ｂを有する。相集磁部は上環状面６０ａと下環状面６０ｂとを連結する内環状面６０ｃと外環状面６０ｄを有する。内環状面６０ｃによって相集磁部の中空が区画されている。内環状面６０ｃが区画面に相当する。以下においては相集磁部の中空を貫通孔６０ｅと示す。

これら３つの相集磁部の上環状面６０ａ側が配線基板２１の裏面２１ｂに連結される。係る構成により、相集磁部の上環状面６０ａ側の開口が配線基板２１によって閉塞されている。

３つの相集磁部は周方向で等間隔に並んでいる。周方向で隣り合って並ぶ２つの相集磁部の最短離間間隔は機械角３０°（電気角１２０°）になっている。これら３つの相集磁部それぞれの貫通孔６０ｅに、３つのホール素子それぞれが個別に設けられている。

具体的に言えば、Ｕ相集磁部６１の貫通孔６０ｅにＵ相ホール素子５３が設けられている。Ｖ相集磁部６２の貫通孔６０ｅにＶ相ホール素子５４が設けられている。Ｗ相集磁部６３の貫通孔６０ｅにＷ相ホール素子５５が設けられている。

これら３つの相集磁部の体格は同等になっている。３つの相集磁部それぞれは３つのホール素子それぞれとともに、軸方向においてセンサ磁石５２と並んでいる。３つの相集磁部はセンサ磁石５２の軸方向への投影領域における３つのホール素子を貫く透過領域を除く領域（周囲領域）に位置している。

図７に３つの相集磁部と３つのホール素子それぞれの代表としてＵ相集磁部６１とＵ相ホール素子５３を図示している。以下においては、これらＵ相集磁部６１とＵ相ホール素子５３を説明する。他のＶ相とＷ相の集磁部とホール素子は、Ｕ相の集磁部とホール素子と同等なので、その記載を省略する。

また、図７などの断面図では縦方向に直交する方向として周方向を示している。本来、周方向は曲線なので直線で表すのは適当ではない。しかしながら、説明と表記を簡便とするために、断面図では周方向を直線で示している。

図７に示すように、Ｕ相集磁部６１の周方向での内環状面６０ｃ間の離間距離は、Ｕ相ホール素子５３の周方向の長さよりも長くなっている。しかしながら、周方向におけるＵ相集磁部６１の内環状面６０ｃとＵ相ホール素子５３との離間距離は、Ｕ相ホール素子５３の周方向の長さよりも短くなっている。

そして、Ｕ相集磁部６１の周方向での内環状面６０ｃと外環状面６０ｄとの間の離間距離は、Ｕ相集磁部６１の周方向での内環状面６０ｃ間の離間距離よりも長くなっている。そのため、Ｕ相集磁部６１の下環状面６０ｂの面積は、Ｕ相集磁部６１の貫通孔６０ｅの下環状面６０ｂ側の開口の軸方向に直交する平面での開口面積よりも広くなっている。

また、Ｕ相集磁部６１の周方向での外環状面６０ｄ間の離間距離は、センサ磁石５２の備える１つの磁極５６の周方向の長さよりも短くなっている。簡単に言い換えれば、Ｕ相集磁部６１は、磁極５６の備えるＮ極５６ａおよびＳ極５６ｂのいずれよりも周方向の長さが短くなっている。

係る大きさの関係のため、例えば図７に示すように、軸方向においてＵ相集磁部６１の下環状面６０ｂ側の全面が磁極５６と並んでいる。

＜磁束＞
次に、Ｕ相集磁部６１を透過する磁束を図８～図１０に基づいて説明する。これら図８～図１０では表記を簡明とするために隔壁５１０を除去している。

上記したようにＵ相ホール素子５３およびＵ相集磁部６１それぞれとｚ方向で並んで配置されるセンサ磁石５２の備える１つの磁極５６は軸方向で並ぶＮ極５６ａとＳ極５６ｂを有する。そのため、磁極５６から離れる向きの磁束がＮ極５６ａから発せられる。磁極５６に近づく向きの磁束がＳ極５６ｂに流れ込む。これら磁束は磁極５６の近くでは軸方向に沿っている。

係る磁束の流れのため、例えば図８に示すようにＵ相集磁部６１が配線基板２１に設けられていない場合、Ｕ相ホール素子５３には、Ｎ極５６ａにおけるＵ相ホール素子５３との対向領域から発せられた磁束が透過する。図示しないが、Ｕ相ホール素子５３がＳ極５６ｂと対向する場合、Ｕ相ホール素子５３には、Ｓ極５６ｂにおけるＵ相ホール素子５３との対向領域に向かう磁束が透過する。このように１つのホール素子には、磁極５６におけるこのホール素子との対向領域から発せられる磁束、若しくは、この対向領域に流れ込む磁束が透過する。

これに対して、例えば図９に示すようにＵ相集磁部６１が配線基板２１に設けられている場合、磁極５６の磁束がＵ相集磁部６１へ向かって流れようとする。換言すれば、磁極５６の磁束が、Ｕ相集磁部６１の貫通孔６０ｅに設けられたＵ相ホール素子５３に向かって流動しようとする。このため、Ｕ相ホール素子５３には、磁極５６におけるＵ相ホール素子５３との対向領域から発せられる磁束、若しくは、この対向領域に流れ込む磁束だけではなく、Ｕ相集磁部６１に向かって流動した磁束の一部が透過する。

＜作用効果＞
図１０にセンサ素子５１を透過する磁束と、センサ素子５１とセンサ磁石５２との軸方向での離間距離の関係を示すグラフ図を示す。図１０では縦軸がセンサ素子５１を透過する磁束を示している。横軸がセンサ素子５１とセンサ磁石５２との軸方向での離間距離を示している。図面では磁束をＢで示し、離間距離をＤで示している。磁束と離間距離は任意単位で示している。

図１０では集磁部６０がない場合の磁束と離間距離の関係を実線で示している。集磁部６０がある場合の磁束と離間距離の関係を破線で示している。図１０からも明らかなように、集磁部６０があると、センサ素子５１とセンサ磁石５２との離間距離にかかわらずに、センサ素子５１を透過する磁束が増大する。

集磁部６０はセンサ素子５１とセンサ磁石５２との間に設けられていない。そのため、集磁部６０のためにセンサ素子５１とセンサ磁石５２との間の離間距離が延長することが抑制される。

また、図１０に示すように、センサ素子５１とセンサ磁石５２との間の離間距離が延長したとしても、センサ素子５１を透過する磁束の減少が抑制される。そのため、例えば図７に示すように、センサ素子５１とセンサ磁石５２との間に隔壁５１０が位置するために、センサ素子５１とセンサ磁石５２との軸方向の離間距離が延長したとしても、センサ素子５１を透過する磁束が減少することが抑制される。

また、隔壁５１０の厚みを薄くして、センサ素子５１とセンサ磁石５２との軸方向の離間距離を短くしなくとも、センサ素子５１を透過する磁束が減少することが抑制される。このために隔壁５１０の厚みを薄く加工しなくともよくなる。この結果、筐体５００の加工費の増大が抑制される。

さらに言えば、隔壁５１０に孔を形成して、センサ素子５１とセンサ磁石５２との軸方向の離間距離を短くしなくともよくなる。このため、この隔壁５１０の孔を介して、駆動基板２０側の構成材料がモータ３００側に落ちることが抑制される。例えば、配線基板２１の裏面２１ｂ側と隔壁５１０との間に介在された、駆動基板２０で発生した熱を筐体５００に熱伝導するためのジェル状の導電部材が、モータ３００側に落ちることが抑制される。

＜比較構成＞
なお、上記した作用効果を得ることができるのは、これまでに説明したように、センサ素子５１と軸方向で対向配置される磁極５６に含まれるＮ極５６ａとＳ極５６ｂが軸方向で並び、センサ素子５１の周りに集磁部６０が設けられるからである。

例えば図１１に示す構成では、係る作用効果を得ることができない。この構成では、センサ磁石５２が軸方向に直交する横方向で並ぶＮ極５６ａとＳ極５６ｂを有する。センサ素子５１は軸方向において、Ｎ極５６ａとＳ極５６ｂの境界の中心と対向配置される。そしてこのセンサ素子５１の周囲に環状の集磁部６０が設けられる。

この比較構成においては、図１１に曲線で示すように、センサ素子５１を透過しようとする磁束の一部が集磁部６０側に引き寄せられる。そのためにセンサ素子５１を透過する磁束が減少する。

この比較構成における、センサ素子５１を透過する磁束と、センサ素子５１とセンサ磁石５２との軸方向での離間距離の関係を示すグラフ図を図１２に示す。図１２では、集磁部６０がない場合の磁束と離間距離の関係を実線で示し、集磁部６０がある場合の磁束と離間距離の関係を破線で示している。図１２からも明らかなように、比較構成では、センサ素子５１とセンサ磁石５２との離間距離にかかわらずに、集磁部６０があると、センサ素子５１を透過する磁束が減少する。

上記作用効果の他に、以下の作用効果がある。

集磁部６０はセンサ素子５１とともに配線基板２１に搭載されている。これによれば集磁部６０が他の場所に搭載される構成と比べて、集磁部６０とセンサ素子５１との相対位置にずれが生じることが抑制される。

集磁部６０の主構成材料のＮｉＦｅには、ＮｉがＦｅよりも多く含有されている。そのために集磁部６０の線膨張係数はおよそ１０ｐｐｍ／℃になっている。この集磁部６０の搭載される配線基板２１の配線パターンの主構成材料にはＣｕが含まれている。そのために配線パターンの線膨張係数はおよそ１０～２０ｐｐｍ／℃になっている。

このように集磁部６０のＮｉ含有量をＦｅ含有量よりも多くすることで、ＮｉＦｅとＣｕとの線膨張係数差が狭められている。そのため、熱膨張と熱収縮とによって、集磁部６０と配線基板２１との連結個所に応力の作用することが抑制される。集磁部６０と配線基板２１との連結状態が不安定になることが抑制される。

なお、本実施形態ではＵ相集磁部６１、Ｖ相集磁部６２、および、Ｗ相集磁部６３それぞれが別体である例を示した。しかしながらこれら３つの相集磁部は図示しない連結部を介して、一体的に連結されていてもよい。これによれば、３つの相集磁部における３つのホール素子を設ける孔の相対位置がずれることが抑制される。

また、本実施形態ではＵ相集磁部６１、Ｖ相集磁部６２、および、Ｗ相集磁部６３それぞれが環状である例を示した。しかしながらＵ相集磁部６１、Ｖ相集磁部６２、および、Ｗ相集磁部６３それぞれは、ギャップのある環状でもよい。この場合、相集磁部の貫通孔６０ｅはこのギャップを介して周方向で外部空間と連通する。

さらに言えば、Ｕ相集磁部６１、Ｖ相集磁部６２、および、Ｗ相集磁部６３それぞれが複数の小集磁部を有し、これら複数の小集磁部によってホール素子の周囲が囲まれた構成を採用することもできる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図１３と図１４に基づいて説明する。

第１実施形態では集磁部６０が配線基板２１に搭載される例を示した。これに対して、本実施形態では集磁部６０が筐体５００の隔壁５１０に設けられている。

図１３に示すように集磁部６０は軸方向の厚さの薄い平板形状を成している。そして図１４に示すように集磁部６０は周方向を円弧の延長方向とする扇形を成している。ただし、この扇の中心点付近は除去されている。集磁部６０は中心点から延びる２つの線分と、この中心点を中心とする半径の異なる２つの円弧とによって囲まれた形状を成している。

集磁部６０は軸方向で並ぶ上面６０ｆと下面６０ｇを有する。集磁部６０にはこの上面６０ｆと下面６０ｇとに開口する貫通孔６０ｅが３つの形成されている。３つの貫通孔６０ｅは周方向で並んでいる。周方向で隣り合って並ぶ２つの貫通孔６０ｅの最短離間間隔は機械角３０°（電気角１２０°）になっている。

図１３に示すように、この貫通孔６０ｅの中心とＵ相ホール素子５３とがｚ方向で並ぶ。係る構成においても、磁極５６から発せられた磁束の一部が集磁部６０に向かって流動し、その磁束の一部がＵ相ホール素子５３を透過する。センサ素子５１を透過する磁束が増大する。

上記したように１つの集磁部６０に３つの貫通孔６０ｅが形成される。そのため、３つの貫通孔６０ｅを個別に有する３つの集磁部６０が筐体５００に設けられる構成と比べて、３つの貫通孔６０ｅの相対位置にずれが生じることが抑制される。

なお、図１３と図１４に示す貫通孔６０ｅの周方向の長さは、１つのホール素子の周方向の長さよりも長くともよいし、等しくともよいし、短くともよい。そしてこの貫通孔６０ｅは、例えば図１５に示すように、非磁性材料から成る閉塞部７０で閉塞されてもよい。

また、例えば図１６に示すように、筐体５００が集磁部６０と同等の材料で構成されてもよい。この場合、集磁部６０は筐体５００の一部になる。

この磁性の筐体５００の隔壁５１０には、図１３と図１４に示す貫通孔６０ｅと同等の孔５１０ａが形成される。係る構成においても、図１６に示すように、孔５１０ａが閉塞部７０で閉塞されてもよい。

本実施形態に記載のモータ制御装置２００には、第１実施形態に記載のモータ制御装置２００と同等の構成要素が含まれている。そのために本実施形態のモータ制御装置２００が第１実施形態に記載のモータ制御装置２００と同等の作用効果を奏することは言うまでもない。そのためにその記載を省略する。

（その他の変形例）
各実施形態ではバルブタイミング変換部４３０に設けられるモータ３００をモータ制御装置２００が制御する例を示した。しかしながらモータ制御装置２００が制御対象とするモータ３００としては上記例に限定されない。モータ制御装置２００の回転角センサ５０と集磁部６０とを含むモータ回転角検出装置の採用されるモータ３００としては、上記例に限定されない。

各実施形態では制御基板１０のエンジンＥＣＵから駆動基板２０へ目標回転数が入力される例を示した。しかしながら目標回転数を駆動基板２０へ出力する電子制御装置としては上記例に限定されない。例えばハイブリッドＥＣＵから駆動基板２０へ目標回転数が入力される構成を採用することもできる。

各実施形態ではセンサ素子５１がホール素子を有する例を示した。しかしながらセンサ素子５１が備える素子としては上記例に限定されない。素子としては、磁気信号を電気信号に変換する磁電変換素子であれば適宜採用することができる。センサ素子５１が磁電変換部に相当する。

各実施形態では筐体５００の収納空間にモータ制御装置２００とモータ３００それぞれが収納され、両者の間に隔壁５１０がある例を示した。しかしながら筐体５００の収納空間にモータ３００が収納され、モータ制御装置２００が収納空間の外に設けられた構成を採用することもできる。この変形例の場合、モータ３００とモータ制御装置２００との間に筐体５００の外壁が位置する。

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が本開示に示されているが、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。

２１…配線基板、５０…回転角センサ、５１…センサ素子、５２…センサ磁石、５３…Ｕ相ホール素子、５４…Ｖ相ホール素子、５５…Ｗ相ホール素子、５６…磁極、５６ａ…Ｎ極、５６ｂ…Ｓ極、６０…集磁部、６０ａ…上環状面、６０ｂ…下環状面、６０ｃ…内環状面、６０ｄ…外環状面、６０ｅ…貫通孔、６０ｆ…上面、６０ｇ…下面、６１…Ｕ相集磁部、６２…Ｖ相集磁部、６３…Ｗ相集磁部、７０…閉塞部、１００…動力システム、２００…モータ制御装置、３００…モータ、４００…内燃機関、４３０…バルブタイミング変換部、５００…筐体、５１０…隔壁、５１０ａ…孔

Claims (11)

1. モータ（３００）の回転軸の延びる軸方向で並ぶＮ極（５６ａ）とＳ極（５６ｂ）を形成する磁極（５６）を備え、複数の前記磁極が前記軸方向まわりの周方向で隣り合って並ぶように環状に連結され、前記Ｎ極と前記Ｓ極とが前記周方向で交互に隣り合って並ぶように形成されたセンサ磁石（５２）と、
   前記回転軸の端部に設けられた前記センサ磁石の前記軸方向への投影領域に設けられ、ホール素子（５３，５４，５５）によって磁気信号を電気信号に変換する磁電変換部（５１）と、
   前記センサ磁石の前記軸方向への投影領域における前記磁電変換部を貫く透過領域を除く周囲領域に設けられ、前記センサ磁石の磁束を前記磁電変換部に導く集磁部（６０）と、を有するモータ回転角検出装置。
2. 前記集磁部には前記軸方向に貫通する貫通孔（６０ｅ）が形成され、
   前記貫通孔の前記軸方向への投影領域に前記磁電変換部が位置する請求項１に記載のモータ回転角検出装置。
3. 前記磁電変換部は前記貫通孔を区画する区画面（６０ｃ）と前記周方向で離間しつつ対向している請求項２に記載のモータ回転角検出装置。
4. 前記区画面と前記磁電変換部との間の前記周方向の離間距離が、前記磁電変換部の前記周方向の長さよりも短くなっている請求項３に記載のモータ回転角検出装置。
5. 前記磁電変換部と前記集磁部それぞれを搭載する配線基板（２１）を有する請求項３または請求項４に記載のモータ回転角検出装置。
6. 前記集磁部の主構成材料はＮｉ含有量がＦｅ含有量よりも多いＮｉＦｅであり、前記配線基板の配線パターンの主構成材料はＣｕである請求項５に記載のモータ回転角検出装置。
7. 前記センサ磁石と前記磁電変換部との間に、前記モータを収納する非磁性の筐体（５００）の一部が設けられている請求項３～６いずれか１項に記載のモータ回転角検出装置。
8. 前記磁電変換部は前記貫通孔を区画する区画面（６０ｃ）と前記周方向で離間するとともに、前記軸方向で離間している請求項２に記載のモータ回転角検出装置。
9. 前記貫通孔を閉塞する非磁性の閉塞部（７０）を有する請求項８に記載のモータ回転角検出装置。
10. 前記集磁部は、前記モータを収納する非磁性の筐体（５００）に設けられている請求項８または請求項９に記載のモータ回転角検出装置。
11. 前記集磁部は、前記モータを収納する磁性の筐体の一部である請求項８または請求項９に記載のモータ回転角検出装置。

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