特開 2025-21908 回転機械および回転機械における回転子の回転軸方向変位の検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025021908

(43)【公開日】2025-02-14

(54)【発明の名称】回転機械および回転機械における回転子の回転軸方向変位の検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/12 20060101AFI20250206BHJP

   G01D 5/14 20060101ALI20250206BHJP

   G01B 7/00 20060101ALI20250206BHJP

【ＦＩ】

G01D5/12 B

G01D5/14 H

G01B7/00 101H

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023126011

(22)【出願日】2023-08-02

(71)【出願人】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(71)【出願人】

【識別番号】800000068

【氏名又は名称】学校法人東京電機大学

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100146710

【弁理士】

【氏名又は名称】鐘ヶ江 幸男

(74)【代理人】

【識別番号】100186613

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100138759

【弁理士】

【氏名又は名称】大房 直樹

(72)【発明者】

【氏名】落合 章裕

(72)【発明者】

【氏名】杉元 紘也

(72)【発明者】

【氏名】石生田 祥宏

【テーマコード（参考）】

2F063

2F077

【Ｆターム（参考）】

2F063AA02

2F063BA03

2F063CA34

2F063DA01

2F063DA05

2F063GA52

2F063LA16

2F077AA02

2F077CC02

2F077JJ01

2F077JJ03

2F077JJ08

2F077JJ23

(57)【要約】

【課題】ホールセンサのみを用いて、回転子の回転角度だけでなく回転子の回転軸方向への変位も検出する。
【解決手段】複数の磁極を有する回転子と、複数の固定子コイルを有するモータ固定子と、前記モータ固定子上に設けられ、前記回転子からの磁界に応じた電圧信号を出力する複数のホールセンサと、前記複数のホールセンサからの電圧信号に基づいて前記回転子の回転角度を決定するように構成され、さらに、前記複数のホールセンサからの電圧信号に基づいて前記回転子の回転軸方向変位に比例した電圧を算出し、前記算出した電圧に基づいて前記回転子の回転軸方向変位を決定するように構成されたコントローラと、を備える回転機械が提供される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の磁極を有する回転子と、
複数の固定子コイルを有するモータ固定子と、
前記モータ固定子上に設けられ、前記回転子からの磁界に応じた電圧信号を出力する複数のホールセンサと、
前記複数のホールセンサからの電圧信号に基づいて前記回転子の回転角度を決定するように構成され、さらに、前記複数のホールセンサからの電圧信号に基づいて前記回転子の回転軸方向変位に比例した電圧を算出し、前記算出した電圧に基づいて前記回転子の回転軸方向変位を決定するように構成されたコントローラと、
を備える回転機械。

【請求項2】

前記コントローラは、前記回転子の回転軸方向変位に比例した前記電圧を、前記複数のホールセンサからの前記電圧信号の二乗和の平方根として算出するように構成される、請求項１に記載の回転機械。

【請求項3】

前記複数のホールセンサは、対向配置された複数のホールセンサ対を備え、
前記コントローラは、前記ホールセンサ対からの電圧信号を平均化するように構成される、
請求項１または２に記載の回転機械。

【請求項4】

前記コントローラは、異なるホールセンサからの電圧信号の振幅を揃えるための補正を行うように構成される、請求項１または２に記載の回転機械。

【請求項5】

前記コントローラは、異なるホールセンサからの電圧信号の位相差を揃えるための補正を行うように構成される、請求項１または２に記載の回転機械。

【請求項6】

前記複数のホールセンサからの電圧信号は三相の信号であり、
前記コントローラは、前記三相の信号を二相の信号に変換するように構成される、
請求項１または２に記載の回転機械。

【請求項7】

前記複数のホールセンサは、対向配置された複数のホールセンサ対を備え、
前記複数のホールセンサからの電圧信号は三相の信号であり、
前記コントローラは、
前記ホールセンサ対からの電圧信号を平均化し、
異なるホールセンサ対からの前記平均化された電圧信号の振幅および位相差を揃えるための補正を行い、
前記平均化および補正された三相の信号を二相の信号に変換し、
前記二相の信号の二乗和の平方根を算出し、
前記二相の信号の二乗和の平方根に所定の比例係数を乗じさらに所定の定数を加算することによって、前記回転子の回転軸方向変位を決定する、
ように構成される、請求項１に記載の回転機械。

【請求項8】

前記コントローラは、前記二相の信号に基づいて前記回転子の前記回転角度を算出するように構成される、請求項７に記載の回転機械。

【請求項9】

回転機械における回転子の回転軸方向変位の検出方法であって、
前記回転機械は、
複数の磁極を有する回転子と、
複数の固定子コイルを有するモータ固定子と、
前記モータ固定子上に設けられ、前記回転子からの磁界に応じた電圧信号を出力する複数のホールセンサと、を備え、
前記検出方法は、
前記複数のホールセンサからの電圧信号に基づいて前記回転子の回転軸方向変位に比例した電圧を算出するステップと、
前記算出した電圧に基づいて前記回転子の回転軸方向変位を決定するステップと、
を含む、検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転機械および回転機械における回転子の回転軸方向変位の検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ブラシレスモータ等の回転機械において、モータの回転制御を行うために、回転子の回転角度および回転子の回転軸方向への変位を検出することが重要である。従来、回転子の回転角度の検出にはホールセンサが用いられ（例えば特許文献１参照）、回転子の回転軸方向への変位の検出には渦電流センサが用いられていた。また、回転子の回転軸方向への変位を検出する方法として、磁気回路に流れる電流の変化から変位量を求める方法が知られている（例えば特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－２０７７７９号公報

【特許文献2】特開２０１９－１５２５９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

回転子の回転軸方向への変位の検出に関し、渦電流センサは高価であるという問題がある。また、渦電流センサや特許文献２の磁気回路は、それらを設置するためのスペースが必要となり、装置の設計レイアウトの自由度が制限されるという欠点もある。そこで、ホールセンサのみを用いて、回転子の回転角度だけでなく回転子の回転軸方向への変位も検出することが望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

［形態１］形態１によれば、複数の磁極を有する回転子と、複数の固定子コイルを有するモータ固定子と、前記モータ固定子上に設けられ、前記回転子からの磁界に応じた電圧信号を出力する複数のホールセンサと、前記複数のホールセンサからの電圧信号に基づいて前記回転子の回転角度を決定するように構成され、さらに、前記複数のホールセンサからの電圧信号に基づいて前記回転子の回転軸方向変位に比例した電圧を算出し、前記算出した電圧に基づいて前記回転子の回転軸方向変位を決定するように構成されたコントローラと、を備える回転機械が提供される。

【0006】

［形態２］形態２によれば、形態１の回転機械において、前記コントローラは、前記回転子の回転軸方向変位に比例した前記電圧を、前記複数のホールセンサからの前記電圧信号の二乗和の平方根として算出するように構成される。

【0007】

［形態３］形態３によれば、形態１または２の回転機械において、前記複数のホールセンサは、対向配置された複数のホールセンサ対を備え、前記コントローラは、前記ホールセンサ対からの電圧信号を平均化するように構成される。

【0008】

［形態４］形態４によれば、形態１または２の回転機械において、前記コントローラは、異なるホールセンサからの電圧信号の振幅を揃えるための補正を行うように構成される。

【0009】

［形態５］形態５によれば、形態１または２の回転機械において、前記コントローラは
、異なるホールセンサからの電圧信号の位相差を揃えるための補正を行うように構成される。

【0010】

［形態６］形態６によれば、形態１または２の回転機械において、前記複数のホールセンサからの電圧信号は三相の信号であり、前記コントローラは、前記三相の信号を二相の信号に変換するように構成される。

【0011】

［形態７］形態７によれば、形態１の回転機械において、前記複数のホールセンサは、対向配置された複数のホールセンサ対を備え、前記複数のホールセンサからの電圧信号は三相の信号であり、前記コントローラは、前記ホールセンサ対からの電圧信号を平均化し、異なるホールセンサ対からの前記平均化された電圧信号の振幅および位相差を揃えるための補正を行い、前記平均化および補正された三相の信号を二相の信号に変換し、前記二相の信号の二乗和の平方根を算出し、前記二相の信号の二乗和の平方根に所定の比例係数を乗じさらに所定の定数を加算することによって、前記回転子の回転軸方向変位を決定する、ように構成される。

【0012】

［形態８］形態８によれば、形態７の回転機械において、前記コントローラは、前記二相の信号に基づいて前記回転子の前記回転角度を算出するように構成される。

【0013】

［形態９］形態９によれば、回転機械における回転子の回転軸方向変位の検出方法であって、前記回転機械は、複数の磁極を有する回転子と、複数の固定子コイルを有するモータ固定子と、前記モータ固定子上に設けられ、前記回転子からの磁界に応じた電圧信号を出力する複数のホールセンサと、を備え、前記検出方法は、前記複数のホールセンサからの電圧信号に基づいて前記回転子の回転軸方向変位に比例した電圧を算出するステップと、前記算出した電圧に基づいて前記回転子の回転軸方向変位を決定するステップと、を含む、検出方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】回転機械（ポンプ装置）の一実施形態を示す断面図である。

【図2A】モータ固定子の一実施例を示す平面図である。

【図2B】回転子の一実施例を示す平面図である。

【図2C】モータ固定子の別の実施例を示す平面図である。

【図2D】モータ固定子の別の実施例を示す平面図である。

【図3】コントローラ３０の機能ブロック図である。

【図4】回転子の回転角度および回転軸方向変位を検出する処理における例示的な信号を示す図である。

【図5】回転子の回転軸方向変位Δｚと電圧ｖ_ｚの関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下で説明する図面において、同一の又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

【0016】

図１は、本発明の一実施形態に係るポンプ装置の断面図である。このポンプ装置は、モータとポンプとが一体的に構成されたモータポンプ５０を備えている。ポンプ装置およびポンプ装置に含まれるモータは、回転機械の一例である。以下において、ポンプ装置を参照して本発明の実施形態が説明されるが、本発明は、ポンプ装置に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、ポンプ装置以外の回転機械（例えば、モータ単体、ファン、コンプレッサ等）にも適用することが可能である。

【0017】

図１に示すモータポンプ５０はアキシャルギャップ型ＰＭモータを搭載したキャンドモ
ータポンプである。図１に示すように、モータポンプ５０は、複数の永久磁石５が埋設された羽根車１と、これらの永久磁石５に作用する磁力を発生するモータ固定子６と、羽根車１を収容するポンプケーシング２と、モータ固定子６を収容するモータケーシング３と、モータケーシング３の開口端を閉じるエンドカバー４と、羽根車１のラジアル荷重およびスラスト荷重を支持する軸受組立体１０とを備えている。

【0018】

モータ固定子６および軸受組立体１０は、羽根車１の吸込側に配置されている。本実施形態では、複数の永久磁石５が設けられているが、本発明は本実施形態に限定されず、複数の磁極が着磁された１つの永久磁石を用いてもよい。具体的には、Ｓ極とＮ極とが交互に着磁された、複数の磁極を有する１つの環状の永久磁石を用いてもよい。

【0019】

ポンプケーシング２とモータケーシング３との間にはシール部材としてのＯリング９が設けられている。Ｏリング９を設けることにより、ポンプケーシング２とモータケーシング３との間から液体が漏洩することを防止することができる。

【0020】

モータケーシング３には、吸込口１５ａを有する吸込ポート１５が液密的に連結されている。この吸込ポート１５はフランジ形状を有しており、図示しない吸込ラインに接続される。吸込ポート１５、モータケーシング３、および軸受組立体１０の中心部には、それぞれ液体流路１５ｂ，３ａ，１０ａが形成されている。これら液体流路１５ｂ，３ａ，１０ａは一列に連結され、吸込口１５ａから羽根車１の液体入口まで延びる１つの液体流路を構成する。液体流路１５ｂ，３ａ，１０ａは、羽根車１の液体入口に連通している。

【0021】

本実施形態に係るモータポンプ５０は、永久磁石５およびモータ固定子６がこれら液体流路１５ｂ，３ａ，１０ａに沿って配置されるアキシャルギャップ型ＰＭモータを搭載したキャンドモータポンプである。

【0022】

ポンプケーシング２の側面には、吐出口１６ａを有する吐出ポート１６が設けられており、回転する羽根車１によって昇圧された液体は、吐出口１６ａを通って吐き出される。なお、本実施形態に係るモータポンプ５０は、吸込口１５ａと吐出口１６ａが直交する、いわゆるエンドトップ型モータポンプである。

【0023】

羽根車１は、滑りやすく、かつ摩耗しにくい非磁性材料から形成されている。例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）などの樹脂や、セラミックが好適に使用される。ポンプケーシング２およびモータケーシング３（エンドカバー４を含む）も羽根車１と同じ材料から形成することができる。

【0024】

羽根車１は単一の軸受組立体１０によって回転自在に支持されている。この軸受組立体１０は流体の動圧を利用した滑り軸受（動圧軸受）である。この軸受組立体１０は、互いに緩やかに係合する回転側軸受１１と固定側軸受１２の組み合わせから構成される。回転側軸受１１は、羽根車１に固定されており、羽根車１の流体入口を囲むように配置されている。固定側軸受１２は、モータケーシング３に固定されており、回転側軸受１１の吸込側に配置されている。この固定側軸受１２は、円筒状の円筒部１３と、円筒部１３から外側に突出するフランジ部１４とを有している。円筒部１３は回転側軸受１１の軸方向に延びている。円筒部１３およびフランジ部１４は一体的に構成されている。

【0025】

円筒部１３は羽根車１のラジアル荷重を支持するラジアル面（外周面）１２ａを有しており、フランジ部１４は羽根車１のスラスト荷重を支持するスラスト面（側面）１２ｂを有している。ラジアル面１２ａは羽根車１の軸心と平行であり、スラスト面１２ｂは羽根車１の軸心に対して垂直である。回転側軸受１１は固定側軸受１２の円筒部１３の周囲に配置されている。

【0026】

回転側軸受１１は、固定側軸受１２のラジアル面１２ａに対向する内面１１ａと、内面１１ａとは反対側の外面１１ｂと、内面１１ａと外面１１ｂとの間を延びる側面１１ｃとを有している。回転側軸受１１の側面１１ｃは、固定側軸受１２のスラスト面１２ｂに対向している。回転側軸受１１の内面１１ａとラジアル面１２ａとの間、および回転側軸受１１の側面１１ｃとスラスト面１２ｂとの間には微小な隙間が形成されている。回転側軸受１１と羽根車１との間には図示しないシール部材が設けられており、回転側軸受１１は羽根車１に液密的に固定されている。同様に、固定側軸受１２とモータケーシング３との間には図示しないシール部材が設けられており、固定側軸受１２はモータケーシング３に液密的に固定されている。

【0027】

羽根車１から吐き出された流体の一部は、羽根車１とモータケーシング３との間の微小な隙間を通って軸受組立体１０に導かれる。回転側軸受１１が羽根車１とともに回転すると、回転側軸受１１と固定側軸受１２との間に流体の動圧が発生し、これにより羽根車１が軸受組立体１０によって非接触に支持される。固定側軸受１２は、直交するラジアル面１２ａおよびスラスト面１２ｂにより回転側軸受１１を支持しているので、羽根車１の傾動は軸受組立体１０により制限される。

【0028】

モータ固定子６は、固定子コア６Ａと、複数の固定子コイル６Ｂとを有している。これら複数の固定子コイル６Ｂは環状に配列されている。羽根車１およびモータ固定子６は、軸受組立体１０および吸込口１５ａと同心状に配列されている。

【0029】

固定子コイル６Ｂには、リード線２５が接続されており、モータケーシング３の外面には、コネクタ２７が取り付けられている。固定子コイル６Ｂは、リード線２５およびコネクタ２７を介してインバータ装置２６に接続されている。インバータ装置２６は、電源２８に接続されている。

【0030】

このインバータ装置２６は、電流をモータ固定子６の固定子コイル６Ｂに供給して、モータ固定子６に回転磁界を発生させる。この回転磁界は羽根車１に埋設されている永久磁石５に作用し、羽根車１を回転駆動する。羽根車１のトルクはモータ固定子６に供給される電流の大きさに依存する。羽根車１にかかる負荷が一定である限り、モータ固定子６に供給される電流は概ね一定である。

【0031】

羽根車１が回転すると、液体は吸込口１５ａから羽根車１の液体入口に導入される。液体は羽根車１の回転によって昇圧され、吐出口１６ａから吐き出される。羽根車１が液体を移送している間、羽根車１の背面は昇圧された液体によって吸込側に（すなわち吸込口１５ａに向かって）押圧される。軸受組立体１０は、羽根車１の吸込側に配置されているので、羽根車１のスラスト荷重を吸込側から支持する。

【0032】

図２Ａは、モータ固定子６の一実施例を示す平面図であり、羽根車１の回転軸に平行な方向から（すなわち図１において右方向または左方向から）モータ固定子６を見た様子を示している。この例では、モータ固定子６は、固定子コア６Ａの周方向に沿って６０度間隔で配置された６個の固定子コイル６Ｂ_１～６Ｂ_６を備える。これら６個の固定子コイル６Ｂ_１～６Ｂ_６は、上述したようにインバータ装置２６に接続されている。固定子コイル６Ｂ_１および固定子コイル６Ｂ_１に対向して配置された固定子コイル６Ｂ_４にはＵ相の正弦波電流が、固定子コイル６Ｂ_２および固定子コイル６Ｂ_２に対向して配置された固定子コイル６Ｂ_５にはＶ相の正弦波電流が、固定子コイル６Ｂ_３および固定子コイル６Ｂ_３に対向して配置された固定子コイル６Ｂ_６にはＷ相の正弦波電流が、それぞれインバータ装置２６から供給される。これにより、羽根車１を回転駆動するための回転磁界が発生する。

【0033】

モータ固定子６は、さらに、複数のホールセンサ６Ｃを備える。例えば、図２Ａに示されるように、隣り合う固定子コイル６Ｂの間に１つずつ、すなわち固定子コア６Ａの周方向に沿って６０度間隔で、全部で６個のホールセンサ６Ｃ_１～６Ｃ_６が配置される。各ホールセンサ６Ｃ_１～６Ｃ_６は、コントローラ３０に接続されており、羽根車１に設けられた永久磁石（以下、回転子という）５からの磁界に比例した電圧信号をコントローラ３０へ出力する。

【0034】

図２Ｂは、羽根車１に設けられた回転子５の一実施例を示す平面図であり、羽根車１の回転軸に平行な方向から回転子５を見た様子を示す。この例における回転子５は、羽根車１と同心のリング形状の磁石から構成され、リングの周方向に沿ってＳ極とＮ極が交互に配置された８個の磁極を有している（すなわち、極数は８、極対数は４である）。したがって、各ホールセンサ６Ｃ_１～６Ｃ_６から出力される電圧信号は、羽根車１が１回転する間に４周期を有する信号となる。

【0035】

モータ固定子６と回転子５の構成は、図２Ａおよび２Ｂの例に限定されない。モータ固定子６における固定子コイル６Ｂおよびホールセンサ６Ｃの数、ならびに回転子５における磁極の数は、任意であってよい。例えば、モータ固定子６は、図２Ｃに示されるように、６個の固定子コイル６Ｂと４個のホールセンサ６Ｃを備えるのであってもよいし、図２Ｄに示されるように、１２個の固定子コイル６Ｂと１２個のホールセンサ６Ｃを備えるのであってもよい。

【0036】

以下、図２Ａおよび２Ｂに示されるモータ固定子６と回転子５の構成例に関して、本発明の実施形態をさらに説明する。

【0037】

図３は、回転子５の回転角度および回転軸方向変位を検出するための、コントローラ３０の機能ブロック図である。図４は、回転子５の回転角度および回転軸方向変位を検出する処理の各段階における例示的な信号を示す図である。

【0038】

各ホールセンサ６Ｃ_１～６Ｃ_６からの電圧信号ｖ_１～ｖ_６は、差動演算部３１へ入力される。差動演算部３１は、対向する位置に配置されたホールセンサ（すなわち、ホールセンサ６Ｃ_１と６Ｃ_４、ホールセンサ６Ｃ_２と６Ｃ_５、ホールセンサ６Ｃ_３と６Ｃ_６）からの信号を、それぞれ次式（１）にしたがって平均化し、差動信号ｖ_ａ、ｖ_ｂ、ｖ_ｃを出力する。

【0039】

【数1】

【0040】

ここで、各ホールセンサ６Ｃ_１～６Ｃ_６は固定子コア６Ａの周方向に沿って６０度間隔で配置されているので、各ホールセンサ６Ｃ_１～６Ｃ_６からの電圧信号ｖ_１～ｖ_６は、図４（Ａ）に示されるように、互いに位相が６０度ずれている。また、回転子５の極数は８（極対数は４）であり、磁極の配置が点対称であるので、対向する位置に配置されたホールセンサからの電圧信号（例えばｖ_１とｖ_４）は、図４（Ａ）に示されるように同位相となる。したがって、上記の式（１）を用いることで、対向するホールセンサの出力信号の平均を表す信号ｖ_ａ、ｖ_ｂ、ｖ_ｃが得られることになる。一般に、回転子５の極対数が偶
数の場合は、同様に式（１）を用いればよい。一方、回転子５の極対数が奇数の場合には、Ｓ極とＮ極が線対称に配置されているので、対向位置にあるホールセンサの出力信号は逆位相となる。よって、式（１）の代わりに次式（２）を用いることで、ホールセンサからの信号の平均である差動信号ｖ_ａ、ｖ_ｂ、ｖ_ｃを求めることができる。

【0041】

【数2】

【0042】

このように、対向する位置に配置されたホールセンサからの出力信号を平均化することにより、モータ固定子６と回転子５の偏心（モータ固定子６の中心と回転子５の回転中心との不一致）による影響をキャンセルし、このステップ以降の処理において計算される回転子５の位置精度を向上することができる。

【0043】

ホールセンサ６Ｃは、磁界に比例した電圧信号を出力するが、磁界の検出感度、すなわち同じ大きさの磁界に対して出力される電圧値の大きさには、ホールセンサ毎の個体差がある場合がある。また、各ホールセンサ６Ｃのモータ固定子６への取り付け位置がモータ固定子６の径方向にばらつく（つまり、各ホールセンサ６Ｃと回転子５との距離がばらつく）ことでも、各ホールセンサ６Ｃから出力される電圧値には差が生じ得る。ゲイン・オフセット調整部３２は、これらの影響を次式（３）にしたがって補正（ゲイン補正）し、補正済み差動信号ｖ_ａ’、ｖ_ｂ’、ｖ_ｃ’を算出する。

【0044】

【数3】

【0045】

ただし、ａ、ｂ、およびｃは、ホールセンサの検出感度の個体差および／または径方向における取り付け位置ばらつきを考慮した補正係数であり、あらかじめ測定等によって求めておくことができる。

【0046】

さらに、各ホールセンサ６Ｃのモータ固定子６への取り付け位置がモータ固定子６の周方向にずれる（つまり、各ホールセンサ６Ｃの配置間隔が等間隔（６０度）でなくなる）と、各ホールセンサからの電圧信号ｖ_１～ｖ_６（および差動信号ｖ_ａ～ｖ_ｃ）の位相差も６０度からずれる。ゲイン・オフセット調整部３２は、上記のゲイン補正に加えて、この位相ずれを修正するための補正（オフセット補正）を行ってもよい。図４（Ｂ）に、図４（Ａ）の電圧信号ｖ_１～ｖ_６から計算された、ゲイン補正およびオフセット補正済みの差動信号ｖ_ａ’、ｖ_ｂ’、ｖ_ｃ’を示す。このように、補正済み差動信号ｖ_ａ’、ｖ_ｂ’、ｖ_ｃ’は、振幅がほぼ等しく、信号間の位相はほぼ６０度となっている。

【0047】

なお、各ホールセンサ６Ｃの検出感度に個体差がなく、またその取り付け位置にも誤差がない理想的な場合には、ゲイン・オフセット調整部３２の処理を省略してもよい。

【0048】

三相二相変換部３３は、三相の信号である補正済み差動信号ｖ_ａ’、ｖ_ｂ’、ｖ_ｃ’を次式（４）にしたがって三相二相変換し、二相の信号ｖ_α、ｖ_βを算出する。図４（Ｃ）
に、算出された信号ｖ_α、ｖ_βを示す。なお、モータ固定子６が図２Ａとは異なる数のホールセンサ６Ｃを備えるように構成されている場合（図２Ｃ、２Ｄ参照）は、式（４）に代えて適宜の座標変換式が用いられるのであってよい。

【0049】

【数4】

【0050】

図４（Ｃ）に示されるように、二相信号ｖ_α、ｖ_βは互いに位相が９０度ずれた正弦波信号であるので、その比ｖ_β／ｖ_αは、回転子５の回転角度θの正接を表す信号となる。したがって、逆正接演算部３４は、次式（５）のように二相信号の比ｖ_β／ｖ_αの逆正接を用いて、回転子５の回転角度θを算出することができる。

【0051】

【数5】

【0052】

ここで、各ホールセンサからの電圧信号ｖ_１～ｖ_６の振幅（図４（Ａ）参照）は、回転子５の回転軸方向変位に依存する。具体的に、羽根車１（回転子５）がその回転軸に沿ってモータ固定子６に近づく方向に変位すると、各ホールセンサ６Ｃ_１～６Ｃ_６と回転子５との距離が一様に小さくなり、電圧信号ｖ_１～ｖ_６の振幅は増大する。また羽根車１が反対方向（モータ固定子６から離れる方向）に変位すれば、各ホールセンサと回転子５との距離が遠くなるので、電圧信号ｖ_１～ｖ_６の振幅は減少する。そして、電圧信号ｖ_１～ｖ_６のこのような振幅変化に応じて、二相信号ｖ_α、ｖ_βの振幅も増減する。したがって、二乗和平方根演算部３５は、次式（６）のように二相信号ｖ_α、ｖ_βの二乗和の平方根を計算することによって、回転子５の回転軸方向変位に比例した電圧ｖ_ｚを求めることができる。

【0053】

【数6】

【0054】

図５は、回転子５の回転軸方向変位Δｚと、上記の式（６）にしたがって算出された電圧ｖ_ｚの関係を示すグラフである。例えば、図５のグラフはあらかじめ実験によって求めておくことができる。なお、回転軸方向変位Δｚは、回転子５がモータ固定子６から離れる方向の変位を正とする。また、回転軸方向変位Δｚの位置の基準（すなわちΔｚ＝０である位置）は任意であるが、例えば、回転子５が停止している時の変位を０とすることができる。回転軸方向変位Δｚと電圧ｖ_ｚの関係式は、次式（７）のように表すことができる。

【0055】

【数7】

【0056】

ただし、ｋおよびＣは実験により図５のグラフから決定される定数である。回転軸方向
変位算出部３６は、この関係式（７）を用いて、電圧ｖ_ｚから回転軸方向変位Δｚを算出することができる。

【0057】

このように、本発明の実施形態によれば、ホールセンサからの出力信号を利用することで、回転子５の回転角度θに加えて回転子５の回転軸方向変位Δｚも算出することが可能である。したがって、渦電流センサが不要となることにより、装置の低コスト化と設計レイアウトの自由度の向上を図ることができる。

【0058】

以上、いくつかの例に基づいて本発明の実施形態について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明には、その均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。

【符号の説明】

【0059】

１ 羽根車
２ ポンプケーシング
３ モータケーシング
３ａ 液体流路
４ エンドカバー
５ 永久磁石（回転子）
６ モータ固定子
６Ａ 固定子コア
６Ｂ 固定子コイル
６Ｃ ホールセンサ
９ Ｏリング
１０ 軸受組立体
１０ａ 液体流路
１１ 回転側軸受
１２ 固定側軸受
１２ａ ラジアル面
１２ｂ スラスト面
１３ 円筒部
１４ フランジ部
１５ 吸込ポート
１５ａ 吸込口
１５ｂ 液体流路
１６ 吐出ポート
１６ａ 吐出口
２５ リード線
２６ インバータ装置
２７ コネクタ
２８ 電源
３０ コントローラ
３１ 差動演算部
３２ ゲイン・オフセット調整部
３３ 三相二相変換部
３４ 逆正接演算部
３５ 二乗和平方根演算部
３６ 回転軸方向変位算出部
５０ モータポンプ

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3】

【図4】

【図5】