JP3740984B2

JP3740984B2 - 電動機の磁極位置検出装置

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Publication number: JP3740984B2
Application number: JP2001011876A
Authority: JP
Inventors: 祐樹中島
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-02-10
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2021-01-19
Also published as: DE60138325D1; EP1124309B1; US20010015582A1; US6858956B2; JP2001298932A; EP1124309A3; EP1124309A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気感応素子を用いた電動機の磁極位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁気感応素子を用いたブラシレスＤＣモータの駆動装置としては、特開平１１−２１５８８１号公報に記載された図１６に示すブラシレスＤＣモータが知られている。
【０００３】
図１６において、ブラシレスモータ２０１には、３相のステータ巻線２０３（Ｕ，Ｖ，Ｗ）が巻回されたステータ（図示せず）と、このステータ（図示せず）に磁気的結合関係を保ち、近接して配置され、回転自在に支持されたロータ２０５とが設けられている。また、ブラシレスモータ２０１には、ロータ２０５の回転位置を検知するための回転位置検出部２０７が設けられている。
【０００４】
この回転位置検出部２０７は、ロータ２０５と回転中心が同一でロータ２０５と同一の磁極数に外周面が磁化された回転位置検出円盤２０９と、この回転位置検出円盤２０９の外周面に近接してそれぞれ機械角で６０°（磁極数が４であるため、電気角で１２０°）ずつ離れて配置された３つの回転位置信号発生器２１１（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を具備している。回転位置信号発生器２１１は、ホールＩＣで構成され、回転位置信号ＣＳＵ，ＣＳＶ，ＣＳＷをそれぞれ出力する。
【０００５】
また、従来、図１７に示すように、ロータ２５１内の磁石２５３からの磁束を直接検出する構成も知られている。
【０００６】
同図に示すように、ロータ２５１の回転軸方向の端面から所定間隔を開けてホール素子２５５を設け、さらに、磁石２５３からの漏れ磁束をホール素子２５５に集磁するためにホール素子２５５の後部に磁性体片２５７を設け、このホール素子２５５からの出力信号を測定する。
【０００７】
図１８は、３極対モータの磁束分布を示す図であり、同図では、下側の扇形部分を上側の矩形平面部分に展開して、磁束分布を示している。
【０００８】
図１８に示すように、各磁極とも表面が最も磁束密度が高く、ロータの中心部に行くほど漏れ磁束が疎になり、あるところを越えると逆の磁性になる。また、互いに隣り合う磁極は、逆極性とされているので、この磁極により生じる磁束は、互いに引き合い、ロータの表面では、漏れ磁束が少ないことがわかる。
【０００９】
このように、ロータの端面上の漏れ磁束を検出するためにホール素子２５５を配置して、磁極位置を検出する場合には、図１９に示すように、センサ出力はなだらかに変化する。
【００１０】
さらに、ホール素子２５５を３相分所定間隔を開けて配置し、磁極位置を検出する場合には、図２０に示すように、センサ出力は正弦波形状（１），（２），（３）に変化する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電動機の磁極位置検出装置としては、３相Ｕ，Ｖ，Ｗにおいてホール素子のオフセット電圧のばらつきや取付誤差、回転位置検出円盤２０９の磁化のばらつきなどに起因して、回転位置信号ＣＳＵ，ＣＳＶ，ＣＳＷにばらつきが生じることがあった。
【００１２】
このため、このような回転位置信号を利用するモータの制御装置においては、回転位置信号に時間間隔のばらつきや、推定回転角度のふらつきが生じ、トルクリップルが発生するといった問題があった。
【００１３】
また、回転位置検出円盤２０９には、ロータ２０５に設けられた磁極数個の磁石が必要であり、磁石に一定の磁化精度が要求され、コスト上昇の要因となっていった。さらに、回転位置検出円盤そのものが大型化するのでモータを小型化する上で弊害となっていた。
【００１４】
さらに、図１７に示すようなロータ２５１内の磁石２５３より生じる磁束を直接検出する方法にあっては、図２０に示すように、ホール素子２５５の出力は正弦波形状となるため、正弦波形状の変化では０点（出力切り替え点）での傾きが小さいため、センサばらつきや出力電圧のオフセット等によって精度が悪化するので、磁極位置の判別が精度良く行なえないといった問題があった。この結果、磁極位置の精度低下に伴ってモータトルクの精度低下や効率低下を招くことが考えられる。
【００１５】
また、ステータコイルに電流を流していない場合（回転停止時）には、出力波形は比較的精度良く磁極位置を表すが、回転時には、ステータに流した電流により生じる磁束をもホール素子２５５で検出されてしまうので、見かけ上の磁極位置がずれることがあり、磁極位置の検出精度が低下するという問題があった。
【００１６】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、磁気感応素子を用いて出力信号の位相ずれを低減することができる電動機の磁極位置検出装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、ステータと、複数の磁極を有し前記ステータに対して回転するロータとを具備した電動機の、前記磁極位置を検出する電動機の磁極位置検出装置において、前記ロータに取り付けられ、該ロータの各磁極毎に設置される磁性体片と、前記ロータ回転時に、順次前記各磁性体片と近接する位置に配置され、当該各磁性体片の磁気的な極性を検知する磁気感応手段と、を具備し、前記磁性体片は、前記磁極に対して隙間を持って配置され、該磁性体片と、磁極との間が磁路にて連結され、前記ロータ回転時に、前記磁気感応手段に順次近接する前記各磁性体片の極性変化を、該磁気感応手段にて検知し、この検知信号に基づいて前記電動機の磁極位置を検出することが特徴である。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、ステータと、互いに逆極性となる磁極が交互に配置され前記ステータに対して回転するロータとを具備した電動機の、前記磁極位置を検出する電動機の磁極位置検出装置において、前記ロータに取り付けられ、該ロータの各磁極毎に設置される磁性体片と、前記ロータ回転時に、順次前記各磁性体片と対向する位置に配置され、当該磁性体片の磁気的な極性を検知する磁気感応手段と、を具備し、前記磁性体片は、前記磁極に対して隙間を持って配置され、該磁性体片と、磁極との間が磁路にて連結され、前記ロータ回転時に、前記磁気感応手段に順次対向する前記各磁性体片の極性変化を、該磁気感応手段にて検知し、この検知信号に基づいて前記電動機の磁極位置を検出することを特徴とする。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、ステータと、互いに逆極性となる磁極が交互に配置され前記ステータに対して回転するロータとを具備した電動機の、前記磁極位置を検出する電動機の磁極位置検出装置において、前記ロータに取り付けられ、該ロータの各磁極毎に設けられる磁性体片を具備した磁性プレートと、前記ロータ回転時に、順次前記各磁性体片と対向する位置に配置され、当該磁性体片の磁気的な極性を検知する磁気感応手段と、を具備し、前記磁性体片は、前記磁極に対して隙間を持って配置され、該磁性体片と、磁極との間が磁路にて連結され、前記ロータ回転時に、前記磁気感応手段に順次対向する前記各磁性体片の極性変化を、該磁気感応手段にて検知し、この検知信号に基づいて前記電動機の磁極位置を検出することを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、互いに隣接する前記磁性体片間には、隙間が設けられ、該隙間に非磁性体を配置することを特徴とする。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、前記ロータの円周方向では、前記磁性体片の方が前記磁極よりも長く、前記非磁性体の方が磁極よりも短いことを特徴とする。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、前記ロータの中心と前記磁極の中心を結ぶ線と、前記ロータの中心と前記磁性体片の中心を結ぶ線とが一致し、且つ、前記ロータの中心と前記磁極間の中心を結ぶ線と、前記ロータの中心と前記非磁性体の中心とを結ぶ線とが一致することを特徴とする。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、互いに隣接する２つの磁極の各中心と、前記ロータの中心とを結ぶ２つの線のなす角度は、互いに隣接する２つの磁極間の各中心と、前記ロータの中心とを結ぶ２つの線のなす角度と同一であることを特徴とする。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、前記磁性体片と前記磁極との間の隙間部分に、非磁性体を設けたことを特徴とする。
【００２５】
請求項９に記載の発明は、前記ロータは、外周が円形状をなす磁性鋼材で構成され、前記磁極は前記磁性鋼材の内部に配置され、前記磁性体片は、前記ロータの外側の周囲部に配置され、互いに隣接する前記磁性体片の端部間は、間隔を有することを特徴とする。
【００３２】
請求項１０に記載の発明は、前記ロータは、前記ステータの内周側に設置され、前記磁性体片は、前記ロータに配置される磁極よりも内側に配置され、該磁性体片と磁極との間を磁路を用いて連結したことを特徴とする。
【００３３】
請求項１１に記載の発明は、前記ロータは、前記ステータの外周側に設置され、前記磁性体片は、前記ロータに配置される磁極よりも外側に配置され、該磁性体片と磁極との間を磁路を用いて連結したことを特徴とする。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１の発明では、ロータに搭載される各磁極毎に磁性体片を設置し、且つ、この磁性体片に生じる磁束の極性を磁気感応手段にて検出している。この際、互いに隣り合う磁性体片の間の部分に、磁束ループが集中するので、磁気感応手段で検出される磁束の大きさが急変することになり、磁気感応手段に近接する磁性体片の移り変わりを高精度に検出することができる。その結果、該磁気感応手段で検出される信号の位相ずれを低減することとができ、ロータの磁極位置を精度良く検出することができるようになる。また、磁極と磁性体片との間を、磁路を用いて連結している。そして、該磁路を用いることにより、磁極と磁性体片との接触面積を狭くすることができるので、磁性体片の間部分に、より集中的に磁束ループを形成することができる。
【００３８】
請求項２の発明では、ロータに搭載される各磁極毎に磁性体片を設置し、且つ、この磁性体片に生じる磁束の極性を磁気感応手段にて検出している。この際、互いに隣り合う磁性体片は、互いに逆極性に磁化されており、この間の部分に、磁束ループが集中するので、磁気感応手段で検出される磁束の大きさが急変することになる。よって、磁気感応手段に対向する磁性体片の移り変わりを高精度に検出することができ、その結果、ロータの磁極位置を精度良く検出することができるようになる。
【００３９】
請求項３の発明では、ロータに搭載される各磁極毎に磁性体片を設置し、且つ、この磁性体片に生じる磁束の極性を磁気感応手段にて検出している。この際、互いに隣り合う磁性体片は、互いに逆極性に磁化されており、この間の部分に、磁束ループが集中するので、磁気感応手段で検出される磁束の大きさが急変することになる。よって、磁気感応手段に対向する磁性体片の移り変わりを高精度に検出することができ、その結果、ロータの磁極位置を精度良く検出することができるようになる。また、各磁性体片は、一つの磁性プレートに形成されているので、ロータに磁性体片を取り付ける作業を簡素化することができる。
【００４０】
請求項４の発明では、互いに隣接する磁性体片の間の隙間部分に非磁性体を設ける構成としているので、磁性体片の間部分に、より集中的に磁束ループを形成することができる。
【００４１】
請求項５の発明では、ロータの円周方向について、磁性体片の方が磁極よりも長く、非磁性体（磁性体どうしの間隔）の方が磁極よりも短くなるように構成しているので、磁性体片の間部分に、より集中的に磁束ループを形成することができる。
【００４２】
請求項６の発明では、磁極の中心と磁性体片の中心とが一致し、且つ、磁性体片間の中心と非磁性体の中心とが一致するので、磁気感応手段による検出精度を向上させることができる。
【００４３】
請求項７の発明では、２つの磁極の中心線が成す角度と、２つの磁極間の中心正が成す角度とが一致するように構成しているので、磁気感応手段による検出精度を向上させることができる。
【００４５】
請求項８の発明では、磁性体片と磁極との間の隙間部分に、非磁性体を設けるように構成しているので、磁性体片の間部分に、より集中的に磁束ループを形成することができる。
【００５２】
請求項１０の発明では、ロータがステータの内周側に設置され、且つ磁性体片が、ステータから離れたロータの内周側に設置されるので、該磁性体片がステータの界磁巻き線にて発生する磁界により受ける影響を低減することができ、高精度な磁極位置の検出が可能となる。
【００５３】
請求項１１の発明では、ロータがステータの外周側に設置され、且つ磁性体片が、ステータから離れたロータの外周側に設置されるので、該磁性体片がステータの界磁巻き線にて発生する磁界により受ける影響を低減することができ、高精度な磁極位置の検出が可能となる。
【００５７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００５８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電動機の磁極位置検出装置１１と、その周辺部の構成を示す図である。
【００５９】
電動機１３は、磁極となる逆極性の磁石１５が交互に配置されたロータ１７と、ロータ１７の外周側に設けられ、界磁巻線を有するステータ１９と、ロータ１７の回転軸２１方向の端面となるエンドプレート２３に設けられ、ロータ１７に設けられた磁石１５（磁極）からの磁束により磁化される磁性体片となる鉄片２５とから構成されている。エンドプレート２３は、非磁性体で形成される。
【００６０】
また、電動機１３のケース（図示せず）内には、鉄片２５（磁性体片）と対峙して鉄片２５からの磁束に感応する磁気感応素子（磁気感応手段）２７が固定されている。なお、磁気感応素子２７としては、ホール素子やＭＲ素子やＧＭＲ素子が利用される。
【００６１】
そして、磁気感応素子２７からの出力信号は電動機の駆動装置（図示せず）に出力され、この出力信号によりロータ１７の磁極位置を検出して、各相分の必要トルクに対応する界磁電流を生成し、ステータ１９に設けられた各界磁巻線に出力する。
【００６２】
以下、図２〜図６を参照して、第１の実施の形態に係る電動機の磁極位置検出装置１１の動作を説明する。図２は、ロータ１７の構成を模式的に示す説明図であり、（ａ）はロータ１７を回転軸方向から見た断面図、（ｂ）はロータ１７上に設けられた鉄片２５を直線状に引き延ばした側面図である。
【００６３】
同図において、ロータ１７内部に設けられた磁石１５からの漏れ磁束により、直上に配置された鉄片２５が磁化される。さらに、ロータ１７には逆極性の磁石１５が交互に配置されているので、隣り合った鉄片２５同士が逆極性に磁化されて引き合い、鉄片２５の端部に磁束が集中することとなる。
【００６４】
図３は、ロータ１７の機械角（θ）と、磁気感応素子２７で検出される磁束強度（ｍＴ；ミリテスラ）の関係を示す特性図であり、ロータ端面から磁気感応素子２７の端面までの距離ｄを３種類設定している。なお、この特性図に示すデータは、図２に示す４極対の同期式磁気モータの例である。同図において、ロータ端面からセンサ端面までの距離ｄを、３mm，５mm，８mmとしている。
【００６５】
ここで、電源（図示せず）からアイドリング抵抗ｒ（図示せず）を介して磁気感応素子２７に電流を与えると、電流方向と磁束方向に直交する方向に磁気感応素子２７から電圧信号が出力される。
【００６６】
図３において、Ｓ極とＮ極との中央点（Ｐ点）となる機械角（θ＝２２．５°）では、磁気感応素子２７からの出力信号は０［ｍＴ］となり、この中央点の前後角で急峻に出力信号が変化することが観察できる。
【００６７】
このため、Ｎ極の磁石１５の直上にある鉄片２５のエッジ部（端部）で磁気感応素子２７からの出力信号が最大となる。また、図２に示すように、非磁性体もしくは空隙を挟んで隣接する反対極性に磁化された鉄片２５のエッジ部で、出力信号が最小となるような出力特性（図３）が得られる。
【００６８】
この場合、従来の技術では正弦波形状になっていた磁束分布、すなわち、磁石の中心でもっとも強かった（磁石に最も近い）磁束が、本実施の形態では、鉄片２５の両側エッジ部に集中して偏ることとなる。この結果、磁気感応素子２７からの出力信号が急峻に変化するようになる。従って、極性が切り換わる点において、出力信号が急激に変化するので、磁気感応素子２７の取り付け誤差等のばらつきや、オフセットの影響を受け難くなる。
【００６９】
次に、図４は、ロータ１７及び磁気感応素子２７の検出信号を示す説明図であり、（ａ）はロータ１７の断面図、（ｂ）は磁気感応素子２７の出力信号、（ｃ）はこの出力信号を矩形波に変換して得られる信号を示している。
【００７０】
図４は、ロータ１７上の磁石１５と鉄片２５の位置関係を回転軸方向から見た断面図（ａ）と、ロータ１７上に設けられた鉄片２５の位置と対応する出力信号を直線状に引き延ばした側面図（ｂ）と、磁気感応素子２７からの出力信号を矩形波信号に変換した図（ｃ）である。
【００７１】
ここで、鉄片２５の回転方向の間隔毎に急変する出力信号を例えばコンパレータ（図示せず）に入力して所定レベルと比較することで、図４（ｃ）に示すように、１８０度毎の矩形波信号を得ることができる。
【００７２】
従って、図５（ａ）に示すように、３つの磁気感応素子２７を同一円周上で例えば３０度角度を開けて所定間隔毎にロータ１７の端面と対峙する位置（１），（２），（３）に配置すれば、図５（ｂ）に示すように、それぞれの出力信号（１），（２），（３）の立上がりエッジ、立ち下がりエッジにより６０度毎の基準となる磁極位置を設定することができる。
【００７３】
このように、ロータ１７上に設けられた鉄片２５のエッジ部からエンドプレート２３（非磁性体）を通過する隣の鉄片２５のエッジ部において、磁気感応素子２７からの出力信号が急峻に変化するように構成するので、ステータ１９に設けられた界磁巻線による磁束の影響により磁気感応素子２７の出力信号の形状が、ピーク位置で変化するなどの影響はあるが、検出したい鉄片２５同士の間で磁気感応素子２７からの出力信号が急変することに変りはなく、磁極位置の検出精度には影響を及ぼすことがない。
【００７４】
従って、必要トルクに応じて変化するステータの励磁状態に依存することなく、精度よくロータの磁極位置を検出することができる。
【００７５】
図６は、ロータの端面の構成の変形例を示す説明図であり、第１の実施の形態に示す電動機の磁極位置検出装置にて適応可能である。
【００７６】
同図は、詳しくはロータ１７の端面上にエンドプレート２３を介して配置された鉄片２５ａ，２５ｂ，２５ｃの側面断面図（ａ），（ｂ），（ｃ）である。
【００７７】
図１においては、鉄片２５の全体がエンドプレート２３内に埋め込むように構成したが、図６（ａ）に示すように、鉄片２５ａの全体がエンドプレート２３上に表出するように構成してもよい。また、図６（ｂ）に示すように、鉄片２５ｂの全体の半分がエンドプレート２３内に埋め込むように構成してもよく、図６（ｃ）に示すように、鉄片２５ｃの全体がエンドプレート２３上の外周端に沿って表出するように構成してもよい。図６（ｃ）に示すように構成すれば、外周半径方向から磁気感応素子２７により磁束を検出可能となる。
【００７８】
本発明の第１の実施の形態に関する効果としては、図２に示すように、逆極性の磁石１５が交互に配置されたロータ１７の磁石毎の磁束により磁化されロータの回転軸方向の端面に鉄片（磁性体片）２５を設け、図１に示すように、この鉄片２５と対峙して鉄片２５からの磁束に感応する磁気感応素子２７を装置ケース内に固定させ、隣り合う鉄片２５に対向するそれぞれの鉄片２５の端部に、磁束ループを集中的に形成することで、隣り合う鉄片２５間で磁気感応素子２７から急峻な変化を示す出力信号を得ることができ、出力信号の位相ずれを低減することができる。
【００７９】
なお、図２において、隣り合う鉄片２５の端部の間に空隙（又は非磁性体）を配置することで、互いに隣り合うそれぞれの鉄片２５を逆極性に磁化するようにしているので、隣り合う鉄片２５に対向するそれぞれの鉄片２５の端部に、磁束ループを集中的に形成することができる。
【００８０】
また、図２及び図４に示すように、ロータ１７の中心点から磁石１５と鉄片２５を通る中心線が一致し、ロータ１７の中心点から磁石１５間と空隙（又は非磁性体）を通る中心線が一致することで、ロータ１７の磁極位置を精度よく表すことができる出力信号を磁気感応素子２７から得ることができる。
【００８１】
また、図２及び図４に示すように、ロータ１７の中心点から隣り合う鉄片２５の中心線がなす角度は、ロータの中心点から隣り合う空隙（又は非磁性体）の中心線がなす角度と同一であるので、ロータ１７の磁極位置を精度よく表すことができる出力信号を磁気感応素子２７から得ることができる。
【００８２】
また、図２及び図４に示すように、ロータ１７の円周方向では、鉄片２５の方が磁石１５よりも長く、空隙（又は非磁性体）の方が磁石１５よりも短いので、隣り合う鉄片２５間で磁気感応素子２７から急峻な変化を示す出力信号を得ることができ、出力信号の位相ずれを低減することができる。
【００８３】
図７は、鉄片２５の変形例を示す説明図である。本実施形態では、各磁石１５毎に、鉄片２５を設置する例について説明したが、これらを一体化して構成することも可能である。即ち、図７に示すように、半径方向に複数のスリット３０１が形成された円盤形状の磁性プレート３０２を用意し、該磁性プレート３０２外周部の、スリット３０１により仕切られる部分を鉄片２５′として、この鉄片２５′を前述の磁石１５に近接して配置することにより、第１の実施形態に係る磁極位置検出装置１１と同様の効果を得ることができる。
【００８４】
更に、本実施形態では、１つの磁石１５を用いて磁極を形成する例について説明したが、図８に示すように、２つの磁石１５ａの同一極性部分を向かい合わせて、１つの磁極を構成することも可能である。この際、互いに隣り合う磁石の間隔は、図８のθ１に示す角度となる。同図より、隣り合う磁極を形成する磁石の間隔よりも、鉄片２５の間隔の方が狭くなっていることが理解される。また、図示を省略するが、３個以上の磁石を用いて、１つの磁極を構成しても良い。
【００８５】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る電動機の磁極位置検出装置は、図１に示す磁極位置検出装置１１と同様の基本的構成を有しており、ロータ部分が異なる構成を有している。
【００８６】
図９は、本発明の第２の実施の形態に係る電動機の磁極位置検出装置に用いられる内側ロータの構成を示す図であり、内側ロータ３１を磁気感応素子２７側から見た上面図である。
【００８７】
同図において、内側ロータ３１は、外周面が円形状をなす磁性鋼板で構成されており、その内部には、複数の磁石１５が配置されている。この際、互いに隣り合う磁石１５は、極性が異なるようになっている。また、内側ロータ３１の内周面には、各磁石１５に対応した鉄片３３が配置されており、鉄片３３と磁石１５とは磁路３５で連結されている。これにより、内側ロータ３１に設けられた磁石１５から磁路３５に磁束を誘導し、磁路３５から鉄片３３まで磁束を誘導するように構成されている。
【００８８】
以下、図１、図９を参照して、第２の実施の形態に係る電動機の磁極位置検出装置の動作を説明する。
【００８９】
内側ロータ３１の回転軸２１方向の端部に設けられ、内側ロータ３１に交互に設けられた逆極性の磁石（磁極）１５により磁性体片からなる鉄片３３が磁化される。そして、装置ケース内に固定され、鉄片３３と対峙して鉄片３３からの磁束に磁気感応素子２７が、鉄片３３より生じる磁束に感応するので、磁気感応素子２７からの出力信号により内側ロータ３１の磁極位置を検出することができるようになる。
【００９０】
本発明の第２の実施の形態に関する効果としては、図９に示すように、鉄片３３は、内側ロータ３１に設けられた磁石１５よりもステータ１９から遠い内周に配置し、内側ロータに設けられた磁石１５から鉄片３３まで磁束を誘導するための磁路３５を設けたので、内側ロータ３１に設けられた磁石１５から磁路を介して鉄片３３まで磁束を誘導することができ、ステータ１９にて生じる磁束が鉄片３３に及ぼす影響を低減することができる。すなわち、ステータに設けられたコイルから磁気感応素子２７を遠ざけることができ、ステータ１９のコイルに流れる電流の影響を小さく抑えることができる。
【００９１】
（第３の実施の形態）
図１０は、本発明の第３の実施の形態に係る電動機の磁極位置検出装置の構成を示す図である。同図に示す電動機５１は、磁極となる磁石５３が配置された外側ロータ５５と、外側ロータ５５の内周に設けられ界磁巻線を有するステータ５７と、外側ロータ５５の回転軸５９方向の端面となるエンドプレート６１に設けられ、外側ロータ５５に設けられた磁石５３により磁化され磁性体片となる鉄片６３と、外側ロータ５５に設けられた磁石５３から鉄片６３まで磁束を誘導する磁路６５とから構成されている。
【００９２】
また、電動機５１のケース内には、外側ロータ５５の端面に設けられた鉄片６３と対峙して鉄片６３にて生じる磁束に感応する磁気感応素子２７が固定されている。
【００９３】
そして、磁気感応素子２７より出力される出力信号は電動機５１の駆動装置（図示せず）に出力され、この出力信号により外側ロータ５５の磁極位置を検出して、各相分の必要トルクに対応する界磁電流を生成し、ステータ５７に設けられた各界磁巻線に出力する。
【００９４】
次に、図１１は、図１０に示す外側ロータ５５を磁気感応素子２７側から見た上面図である。同図において、外側ロータ５５は、外周面が円形状をなす磁性鋼板で構成されており、その内部には、複数の磁石５３が配置されている。この際、互いに隣り合う磁石５３は、極性が異なるようになっている。また、外側ロータ５５の外周面には、各磁石５３に対応した鉄片６３が配置されており、鉄片６３と磁石５３とは磁路６５で連結されている。これにより、外側ロータ５５に設けられた磁石５３から磁路６５に磁束を誘導し、磁路６５から鉄片６３まで磁束を誘導するように構成されている。
【００９５】
以下、図１０，図１１を参照して、第３の実施の形態に係る電動機の磁極位置検出装置の動作について説明する。
【００９６】
外側ロータ５５の回転軸５９方向の端部に設けられ、外側ロータ５５に交互に設けられた逆極性の磁石５３により、磁性体片からなる鉄片６３が磁化される。そして、装置ケース内に固定された磁気感応素子２７により、鉄片６３にて生じた磁束が感応するので、該磁気感応素子２７の出力信号により、外側ロータ５５の磁極位置を検出することができるようになる。
【００９７】
本発明の第３の実施の形態に関する効果としては、図１０及び図１１に示すように、鉄片６３は、外側ロータ５５に設けられた磁石５３よりもステータ５７から遠い外周に配置し、外側ロータ５５に設けられた磁石から鉄片６３まで磁束を誘導する磁路６５を設けたので、外側ロータ５５に設けられた磁石５３から磁路６５を介して鉄片６３まで磁束を誘導することができ、ステータ５７の磁束が鉄片６３に及ぼす影響を低減することができる。すなわち、ステータ５７に設けられたコイルから磁気感応素子２７を遠ざけることができ、ステータ５７のコイルに流れる電流の影響を小さく抑えることができる。
【００９８】
また、図１１に示すように、ステータ５７の外周に設けられ逆極性の磁石６５が交互に配置された外側ロータ５５の磁石５３毎の磁束により磁化され外側ロータ５５の回転軸方向の端面に鉄片６３を設け、図１０に示すように、この鉄片６３と対峙して鉄片６３からの磁束に感応する磁気感応素子２７を装置ケース内に固定させ、隣り合う鉄片６３に対向するそれぞれの鉄片６３の端部に、磁束ループを集中的に形成することで、隣り合う鉄片６３間で磁気感応素子２７から急峻な変化を示す出力信号を得ることができ、出力信号の位相ずれを低減することができる。
【００９９】
さらに、図１１に示すように、外側ロータ５５の中心点から磁石５３と鉄片６３を通る中心線が一致し、外側ロータ５５の中心点から磁石間と空隙（又は非磁性体）を通る中心線が一致することで、外側ロータ５５の磁極位置を精度よく表すことができる出力信号を磁気感応素子２７から得ることができる。
【０１００】
また、図１１に示すように、外側ロータ５５の中心点から隣り合う鉄片６３の中心線がなす角度は、外側ロータの中心点から隣り合う空隙（又は非磁性体）の中心線がなす角度とそれぞれ同一であるので、外側ロータ５５の磁極位置を精度よく表すことができる出力信号を磁気感応素子２７から得ることができる。
【０１０１】
さらに、図１１に示すように、外側ロータ５５の円周方向では、鉄片６３の方が磁石５３よりも長く、空隙（又は非磁性体）の方が磁石５３よりも短いので、隣り合う鉄片６３間で磁気感応素子２７から急峻な変化を示す出力信号を得ることができ、出力信号の位相ずれを低減することができる。
【０１０２】
（第４の実施の形態）
図１２は、本発明の第４の実施の形態に係る電動機の磁極位置検出装置の一部構成を示す図であり、図１２（ａ），（ｂ）に示すロータの端面の構成は、第１、第２及び第３の実施の形態に示す電動機の磁極位置検出装置に適応可能である。
【０１０３】
まず、図１２（ａ）において、ロータ７１には、積層された磁性鋼板７３の内部に磁石７５が設けられており、磁石７５の直上部に積層された磁性鋼板７３の上部に磁性鋼板７３と狭面で接続される磁路７９を有するＴ字形状の鉄片７７が設けられている。この鉄片７７の下部で磁路７９を除く部分には空隙８１が設けられており、ロータ７１の隣り合う鉄片７７同士の間にも空隙８３が設けられている。
【０１０４】
次に、図１２（ｂ）において、ロータ９１には、積層された磁性鋼板７３の内部に磁石７５が設けられており、磁石７５の直上部の空隙９３の上部に狭面で接続される磁路７９を有するＴ字形状の鉄片７７が設けられている。この鉄片７７の下部で磁路７９を除く部分には非磁性体からなるエンドプレート９５が設けられており、ロータ７１の隣り合う鉄片７７同士の間にも空隙８３が設けられている。
【０１０５】
本発明の第４の実施の形態に関する効果としては、図１２に示すように、ロータ７１に設けられた磁石７５に接続される磁性鋼板７３と鉄片７７との間に、ロータ７１に設けられた磁石７５から磁束を誘導する磁路７９と、磁路７９を除く部分に空隙８１又はエンドプレート９５などの非磁性体を配置することで、ロータ９１に設けられた磁石７５に接続される磁性鋼板７３から磁路７９を介して鉄片７７まで磁束を誘導することができ、さらに、隣り合う鉄片７７に対向するそれぞれの鉄片７７の端部に、磁束ループを集中的に形成することができる。
【０１０６】
また、図１２に示すように、鉄片７７は、ロータ９１に設けられた磁石７５から磁束が集中する端部に空隙（非磁性体）を配置することで、隣り合うそれぞれの鉄片７７を逆極性に磁化するようにしているので、隣り合う鉄片７７に対向するそれぞれの鉄片７７の端部に、磁束ループを集中的に形成することができる。
【０１０７】
（第５の実施の形態）
図１３は、本発明の第５の実施の形態に係る電動機の磁極位置検出装置の一部構成を示す図であり、図１３（ａ）〜（ｄ）に示すロータ１０１の端面の構成は、第１、第２及び第３の実施の形態に示す電動機の磁極位置検出装置にも適応可能である。
【０１０８】
まず、図１３（ａ）において、ロータ１０１には、積層された磁性鋼板１０３の内部に磁石１０５が設けられており、磁石１０５の直上部に接続される鉄片１０７が設けられている。ロータ１０１の隣り合う鉄片１０７同士の間には空隙１０９が設けられており、空隙１０９の下部には、空隙１０９より広く隣り合う磁石１０５間の距離よりも狭い非磁性体又は空隙１１１が設けられている。
【０１０９】
次に、図１３（ｂ）において、ロータ１２１には、積層された磁性鋼板１２３の内部に磁石１０５が設けられており、磁石１０５の直上部には積層された磁性鋼板１２３を介して接続される鉄片１０７が設けられている。ロータ１０１の隣り合う鉄片１０７同士の間には空隙１０９が設けられており、空隙１０９の下部には、空隙１０９より広く隣り合う磁石１０５間の距離よりも狭い非磁性体又は空隙１１１が設けられている。
【０１１０】
次に、図１３（ｃ）において、ロータ１３１には、積層された磁性鋼板１３３の内部に磁石１０５が設けられており、磁石１０５及び最上部の磁性鋼板１３３の直上部には非磁性体１３５が設けられている。そして、この非磁性体１３５の上部には鉄片１０７が設けられている。ロータ１３１の隣り合う鉄片１０７同士の間には空隙１０９が設けられている。
【０１１１】
次に、図１３（ｄ）において、ロータ１４１には、積層された磁性鋼板１４３の内部に磁石１０５が設けられており、磁石１０５の直上部には積層された磁性鋼板１４３を介して非磁性体１３５が設けられている。そして、この非磁性体１３５の上部には鉄片１０７が設けられている。ロータ１３１の隣り合う鉄片１０７同士の間には空隙１０９が設けられている。
【０１１２】
本発明の第５の実施の形態に関する効果としては、図１３に示すように、鉄片１０７は、ロータ１０１に設けられた磁石１０５から磁束が集中する端部に空隙（又は非磁性体）を配置することで、隣り合うそれぞれの鉄片１０７を逆極性に磁化するようにしているので、隣り合う鉄片１０７に対向するそれぞれの鉄片１０７の端部に、磁束ループを集中的に形成することができる。
【０１１３】
（第６の実施の形態）
次に、第６の実施形態について説明する。図１４は、第６の実施形態に係る磁極位置検出装置、及び該磁極位置検出装置の検出対象となる電動機の構成を示す説明図である。同図に示す電動機は、ステータ３１１と、該ステータ３１１に対して回転駆動するロータ３１２とを有し、該ステータ３１１、及びロータ３１２は、略同一の外周径とされている。そして、ステータ３１１の端面とロータ３１２の端面とが相対峙して配置されている。
【０１１４】
図１５は、図１４に示すＡ−Ａ断面図であり、同図に示すように、ロータ３１２の外周面には、非磁性体で構成されるエンドプレート３１３が取り付けられている。更に、ロータ３１２の内部には、複数個（図では８個）の磁石３１４が設置され、各磁石３１４に対応して、エンドプレート３１３の外面側には、磁性体片としての鉄片３１５が取り付けられている。
【０１１５】
そして、図１４に示すように、ロータ３１２の外周部近傍には、磁気感応素子３１６が設置されているので、ロータ３１２が、回転軸３１８を中心として回転した際の、磁束の変化を該磁気感応素子３１６で感知することにより、電動機３１７の磁極位置を検知することができる。
【０１１６】
このようにして、第６の実施形態に係る磁極位置検出装置では、ステータ３１１と、ロータ３１２とが、それぞれの端面を向き合わせて構成されるタイプの電動機３１７についても、前述した各実施形態と同様に、電動機３１７の磁極位置を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電動機の磁極位置検出装置の構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係るロータを回転軸方向から見た断面図（ａ）と、ロータ上に設けられた鉄片を直線状に引き延ばした側面図（ｂ）である。
【図３】ロータの機械角と磁気感応素子の出力信号との関係を示す特性図である。
【図４】ロータ上の磁石と鉄片の位置関係を回転軸方向から見た断面図（ａ）と、ロータ上に設けられた鉄片の位置と対応する出力信号を直線状に引き延ばした側面図（ｂ）と、磁気感応素子からの出力信号を矩形波信号に変換した図（ｃ）である。
【図５】３つの磁気感応素子２７を所定間隔毎にロータの端面と対峙する位置（１），（２），（３）に配置した図（ａ）と、それぞれの出力信号（１），（２），（３）を表す図（ｂ）である。
【図６】ロータの端面上にエンドプレートを介して配置された鉄片２５ａ，２５ｂ，２５ｃの側面断面図（ａ），（ｂ），（ｃ）である。
【図７】複数の鉄片（磁性体片）を、１つの磁性プレートで構成した例を示す説明図である。
【図８】２個の磁石を用いて１つの磁極を形成する例を示す説明図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る電動機の磁極位置検出装置に用いられる内側ロータの構成を示す図であり、内側ロータを磁気感応素子側から見た上面図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る電動機の磁極位置検出装置の構成を示す図である。
【図１１】外側ロータを磁気感応素子側から見た上面図である。
【図１２】本発明の第１、第２及び第３の実施の形態に係る電動機の磁極位置検出装置に利用可能なロータの端面の構成を示す図である。
【図１３】本発明の第１、第２及び第３の実施の形態に係る電動機の磁極位置検出装置に利用可能なロータの端面の構成を示す図（ａ）〜（ｄ）である。
【図１４】本発明の第６の実施形態に係る磁極位置検出装置、及びその周辺機器の様子を示す説明図である。
【図１５】図１４におけるＡ−Ａ断面図である。
【図１６】従来のブラシレスＤＣモータを示す図である。
【図１７】従来の電動機の磁極位置検出装置を示す図である。
【図１８】３極対モータの磁束分布を示す図である。
【図１９】従来の電動機の磁極位置検出装置において、センサ出力の変化を示す図である。
【図２０】従来の電動機の磁極位置検出装置において、３相分のセンサ出力を示す図である。
【符号の説明】
１３，５１電動機
１５，５３磁石
１７ロータ
１９，５７ステータ
２３，６１エンドプレート
２５，６３鉄片
２７磁気感応素子
５５外側ロータ
６５磁路
３０１スリット
３０２磁性プレート
３１１ステータ
３１２ロータ
３１３エンドプレート
３１４磁石
３１５鉄片
３１６磁気感応素子
３１７電動機
３１８回転軸

Claims

ステータと、複数の磁極を有し前記ステータに対して回転するロータとを具備した電動機の、前記磁極位置を検出する電動機の磁極位置検出装置において、
前記ロータに取り付けられ、該ロータの各磁極毎に設置される磁性体片と、
前記ロータ回転時に、順次前記各磁性体片と近接する位置に配置され、当該各磁性体片の磁気的な極性を検知する磁気感応手段と、を具備し、
前記磁性体片は、前記磁極に対して隙間を持って配置され、該磁性体片と、磁極との間が磁路にて連結され、
前記ロータ回転時に、前記磁気感応手段に順次近接する前記各磁性体片の極性変化を、該磁気感応手段にて検知し、この検知信号に基づいて前記電動機の磁極位置を検出することを特徴とする電動機の磁極位置検出装置。
ステータと、互いに逆極性となる磁極が交互に配置され前記ステータに対して回転するロータとを具備した電動機の、前記磁極位置を検出する電動機の磁極位置検出装置において、
前記ロータに取り付けられ、該ロータの各磁極毎に設置される磁性体片と、
前記ロータ回転時に、順次前記各磁性体片と対向する位置に配置され、当該磁性体片の磁気的な極性を検知する磁気感応手段と、を具備し、
前記磁性体片は、前記磁極に対して隙間を持って配置され、該磁性体片と、磁極との間が磁路にて連結され、
前記ロータ回転時に、前記磁気感応手段に順次対向する前記各磁性体片の極性変化を、該磁気感応手段にて検知し、この検知信号に基づいて前記電動機の磁極位置を検出することを特徴とする電動機の磁極位置検出装置。
ステータと、互いに逆極性となる磁極が交互に配置され前記ステータに対して回転するロータとを具備した電動機の、前記磁極位置を検出する電動機の磁極位置検出装置において、
前記ロータに取り付けられ、該ロータの各磁極毎に設けられる磁性体片を具備した磁性プレートと、
前記ロータ回転時に、順次前記各磁性体片と対向する位置に配置され、当該磁性体片の磁気的な極性を検知する磁気感応手段と、を具備し、
前記磁性体片は、前記磁極に対して隙間を持って配置され、該磁性体片と、磁極との間が磁路にて連結され、
前記ロータ回転時に、前記磁気感応手段に順次対向する前記各磁性体片の極性変化を、該磁気感応手段にて検知し、この検知信号に基づいて前記電動機の磁極位置を検出することを特徴とする電動機の磁極位置検出装置。
互いに隣接する前記磁性体片間には、隙間が設けられ、該隙間に非磁性体を配置することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電動機の磁極位置検出装置。
前記ロータの円周方向では、前記磁性体片の方が前記磁極よりも長く、前記非磁性体の方が磁極よりも短いことを特徴とする請求項４に記載の電動機の磁極位置検出装置。
前記ロータの中心と前記磁極の中心を結ぶ線と、前記ロータの中心と前記磁性体片の中心を結ぶ線とが一致し、且つ、前記ロータの中心と前記磁極間の中心を結ぶ線と、前記ロータの中心と前記非磁性体の中心とを結ぶ線とが一致することを特徴とする請求項４または請求項５のいずれかに記載の電動機の磁極位置検出装置。
互いに隣接する２つの磁極の各中心と、前記ロータの中心とを結ぶ２つの線のなす角度は、互いに隣接する２つの磁極間の各中心と、前記ロータの中心とを結ぶ２つの線のなす角度と同一であることを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか１項に記載の電動機の磁極位置検出装置。
前記磁性体片と前記磁極との間の隙間部分に、非磁性体を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の磁極位置検出装置。
前記ロータは、外周が円形状をなす磁性鋼材で構成され、前記磁極は前記磁性鋼材の内部に配置され、前記磁性体片は、前記ロータの外側の周囲部に配置され、互いに隣接する前記磁性体片の端部間は、間隔を有することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の磁極位置検出装置。
前記ロータは、前記ステータの内周側に設置され、前記磁性体片は、前記ロータに配置される磁極よりも内側に配置され、該磁性体片と磁極との間を磁路を用いて連結したことを特徴とする請求項１に記載の電動機の磁極位置検出装置。
前記ロータは、前記ステータの外周側に設置され、前記磁性体片は、前記ロータに配置される磁極よりも外側に配置され、該磁性体片と磁極との間を磁路を用いて連結したことを特徴とする請求項１に記載の電動機の磁極位置検出装置。