特許 7237641 回転位置検出装置及びモータ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-03

(45)【発行日】2023-03-13

(54)【発明の名称】回転位置検出装置及びモータ装置

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/245 20060101AFI20230306BHJP

   G02B 26/12 20060101ALI20230306BHJP

   H02K 11/225 20160101ALI20230306BHJP

【ＦＩ】

G01D5/245 110M

G02B26/12

H02K11/225

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019029546

(22)【出願日】2019-02-21

(65)【公開番号】P2020134362

(43)【公開日】2020-08-31

【審査請求日】2021-12-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000106944

【氏名又は名称】シナノケンシ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(74)【代理人】

【識別番号】100135622

【弁理士】

【氏名又は名称】菊地 挙人

(72)【発明者】

【氏名】小松 広基

(72)【発明者】

【氏名】水井 茂

【審査官】菅藤 政明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１２４２４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平９－３７５３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ ５／２４５

Ｇ０２Ｂ ２６／１２

Ｈ０２Ｋ １１／２２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転体と共に回転し、前記回転体の回転軸心周りの周方向に等角度間隔でＮ極及びＳ極が交互に着磁されたＦＧマグネットと、
前記ＦＧマグネットの回転により誘起電圧が発生するように前記ＦＧマグネットに対向したＦＧパターンが形成された基板と、を備え、
前記基板は、第１及び第２層を有した多層基板であり、
前記ＦＧパターンは、互いに異なる前記第１及び第２層にそれぞれ設けられた第１及び第２パターンを含み、
前記第１及び第２パターンは、前記回転軸心を中心とする同一の円周上に設けられ、且つ電気角で位相が１８０度ずれており、
前記第１及び第２パターンは、それぞれ、前記回転軸心周りの周方向に円弧状に形成された円弧部、前記回転軸心周りに放射状に延びた複数の放射部、隣接する前記放射部同士を前記回転軸心から離れた側で接続する第１接続部、隣接する前記放射部同士を前記回転軸心に近い側で接続し前記第１接続部と前記周方向で交互に並ぶ第２接続部、を有し、
前記第１パターンの前記放射部と、前記第２パターンの前記放射部とは、前記回転軸心の方向で重なり、
前記第１パターンの前記円弧部と、前記第２パターンの前記円弧部とは、前記回転軸心の方向で重なり、
前記第１パターンの前記第１接続部と、前記第２パターンの前記第１接続部とは、前記周方向で交互に並び、
前記第１パターンの前記第２接続部と、前記第２パターンの前記第２接続部とは、前記周方向で交互に並ぶ、回転位置検出装置。

【請求項2】

前記第１パターンで発生した誘起電圧信号と前記第２パターンで発生した誘起電圧信号との一方から他方を減算する、又は一方を反転させて他方に加算する処理が実行される、請求項１の回転位置検出装置。

【請求項3】

請求項１又は２の前記回転位置検出装置を備えたモータ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転位置検出装置及びモータ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

回転体と共に回転するＦＧマグネットに対向したＦＧパターンで発生する誘起電圧に基づいて、回転体の回転位置を検出する回転位置検出装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１２４２４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

誘起電圧にノイズが重畳すると、回転位置の検出精度が低下する恐れがある。

【0005】

そこで本発明は、回転位置の検出精度が向上した回転位置検出装置及びそれを備えたモータ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的は、回転体と共に回転し、前記回転体の回転軸心周りの周方向に等角度間隔でＮ極及びＳ極が交互に着磁されたＦＧマグネットと、前記ＦＧマグネットの回転により誘起電圧が発生するように前記ＦＧマグネットに対向したＦＧパターンが形成された基板と、を備え、前記基板は、第１及び第２層を有した多層基板であり、前記ＦＧパターンは、前記第１及び第２層にそれぞれ設けられた第１及び第２パターンを含み、前記第１及び第２パターンは、前記回転軸心を中心とする同一の円周上に設けられ、且つ電気角で位相が１８０度ずれている、回転位置検出装置によって達成できる。また、上記目的は、上記の回転位置検出装置を備えたモータ装置によっても達成できる。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、回転位置の検出精度が向上した回転位置検出装置及びそれを備えたモータ装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本実施例に係る回転位置検出装置が搭載されたモータ装置の斜視図である。

【図2】図２は、ＦＧマグネットとパターンとを示した斜視図である。

【図3】図３は、図２の部分拡大図である。

【図4】図４Ａは、ＦＧマグネットの回転に伴ってパターンのそれぞれで発生した誘起電圧を示したグラフであり、図４Ｂは、本実施例での加算処理後の誘起電圧を示している。

【図5】図５Ａは、比較例での２つのパターンのそれぞれで発生した誘起電圧信号を示したグラフであり、図５Ｂは、比較例での加算処理後の誘起電圧信号を示している。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１は、本実施例に係る回転位置検出装置が搭載されたモータ装置１の斜視図である。モータ装置１は、回転子軸４、回転子ヨーク５、ベースプレート６、プリント基板８、回転子ハブ１３、ＦＧマグネット１６、バックヨーク１７等を備える。回転子軸４は、ベースプレート６にベアリングを介して回転可能に支持されている。回転子ヨーク５は、筒状であって、回転子ハブ１３に対して一体に組み付けられている。回転子ハブ１３には、内部に、回転子軸４が圧入、焼嵌め、接着、溶接等により一体に組み付けられた筒部が設けられている。また、回転子ヨーク５の内周面には、複数の永久磁石が固定されている。複数の永久磁石は、周方向にＮ極及びＳ極が交互に並ぶように配置され、各永久磁石は、回転子ヨーク５内に配置された固定子の各極歯と対向している。固定子の各極歯には、コイルが巻回されており、コイルの通電状態が切り替えられることにより、各極歯と各永久磁石との間に磁気的吸引力又は磁気的反発力が作用して、回転子ヨーク５が回転する。本実施例のモータ装置１は、いわゆるアウターロータ型モータであるが、これに限定されず、インナーロータ型モータであってもよい。

【0010】

プリント基板８は、ベースプレート６上に配置されている。プリント基板８は、各コイルに導通接続されて、各コイルの通電状態を切り替える。バックヨーク１７は、回転子ヨーク５の下端部に設けられ、回転子ヨーク５よりも径が大きく薄い略円板状の磁性体である。ＦＧ（ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ）マグネット１６は、バックヨーク１７の下面に固定されている。従って、回転子ヨーク５の回転に伴って、バックヨーク１７及びＦＧマグネット１６も回転する。ＦＧマグネット１６は、プリント基板８と対向する。プリント基板８には、ＦＧマグネット１６と対向する面に後述するＦＧパターン１９が形成されている。ＦＧマグネット１６の回転に伴ってＦＧパターン１９には誘起電圧が発生する。この電圧信号を検出することにより、ＦＧマグネット１６の回転位置、即ち、回転子ヨーク５の回転位置が検出される。従って、ＦＧマグネット１６と、詳しくは後述するＦＧパターンが形成されたプリント基板８とが、回転位置検出装置に相当する。尚、本実施例では、ＦＧマグネット１６はバックヨーク１７に固定されているが、バックヨーク１７に限定されずに、回転子ヨーク５にＦＧマグネット１６を接続でき、回転子ヨーク５と共にＦＧマグネット１６が回転できる構造であればよい。

【0011】

図２は、ＦＧマグネット１６とパターン１９Ａ及び１９Ｂとを示した斜視図である。パターン１９Ａ及び１９Ｂは、ＦＧパターンの一例である。尚、図２には、プリント基板８の図示は省略してあり、また、パターン１９Ａ及び１９Ｂに導通接続された信号処理部１００を模式的に示している。図３は、図２の部分拡大図である。ＦＧマグネット１６は、周方向に等角度間隔でＮ極及びＳ極が交互に着磁された環状である。ここで、互いに隣接する一対のＮ極及びＳ極の、回転子軸４の中心軸心Ｃに対する角度をθａとする。パターン１９Ａは、ＦＧマグネット１６に対向するプリント基板８の最外層に形成されており、パターン１９Ｂは、プリント基板８の内層に形成されている。即ち、プリント基板８は多層基板である。パターン１９Ａ及び１９Ｂは、ＦＧマグネット１６と同心状に形成されており、具体的には、中心軸心Ｃを中心とする同一の円周上の、それぞれの層において形成されている。即ち、仮に中心軸心Ｃの方向から見た場合、パターン１９Ａ及び１９Ｂは互いに重なる位置に形成されている。

【0012】

パターン１９Ａ及び１９Ｂのそれぞれは、互いに直列に導通した円弧部１９１、放射部１９３、第１接続部１９５、及び第２接続部１９７を含む。円弧部１９１は、中心軸心Ｃを中心とした円弧状である。放射部１９３、第１接続部１９５、及び第２接続部１９７は、円弧部１９１よりも径方向外側に位置している。放射部１９３は、中心軸心Ｃを中心として放射状に延びている。第１接続部１９５は、隣接する２つの放射部１９３に連続して、周方向に沿うように略直線状に形成されている。第２接続部１９７も、隣接する２つの放射部１９３に連続して、周方向に沿うように略直線状に形成されている。パターン１９Ａ及び１９Ｂのそれぞれの第１接続部１９５及び第２接続部１９７は、周方向に交互に並ぶように形成されている。第１接続部１９５は中心軸心Ｃから離れており、第２接続部１９７は中心軸心Ｃの近くであり円弧部１９１近傍に形成されている。上述したように円弧部１９１は円弧状であるが、放射部１９３、第１接続部１９５、及び第２接続部１９７はそれぞれ略直線状である。これら複数の放射部１９３、第１接続部１９５、及び第２接続部１９７は全体で矩形波状となるように連続している。

【0013】

パターン１９Ａ及び１９Ｂは、略同じ形状であり、電気角で１８０度の位相分だけずれて設けられている。具体的には、以下のようにして設けられている。パターン１９Ａ及び１９Ｂの円弧部１９１は、中心軸心Ｃの方向で重なるように設けられ、パターン１９Ａ及び１９Ｂの放射部１９３も同様に、中心軸心Ｃで重なるように設けられている。パターン１９Ａの第１接続部１９５とパターン１９Ｂの第１接続部１９５とは、互いに異なる平面上に設けられるが、周方向に交互に並ぶように設けられている。同様に、パターン１９Ａの第２接続部１９７とパターン１９Ｂの第２接続部１９７とは、周方向に交互に並ぶように設けられている。

【0014】

ここで、上述したＦＧマグネット１６の互いに隣接する一対のＮ極及びＳ極の角度θａ［ｄｅｇ］は、電気角で３６０度に対応した機械角である。また、パターン１９Ａの、隣接する２つの第１接続部１９５及び第２接続部１９７を挟む２つの放射部１９３同士の間の角度もθａである。パターン１９Ｂも同様である。上述したように、パターン１９Ａ及び１９Ｂは、電気角で１８０度ずれているため、図３に示すように、ＦＧマグネット１６の回転に伴ってパターン１９Ａ及び１９Ｂで発生する起電力は、大きさが略同じであるが方向が逆である。詳しくは後述する。

【0015】

図２に示すように、パターン１９Ａは、円弧部１９１の始端部１９１ｅから中心軸心Ｃを中心として反時計方向に円弧状に略一周に亘って延びて、放射部１９３ｅから反対方向に折り返して矩形波状に第２接続部１９７の終端部１９７ｅまで延びている。パターン１９Ｂは、円弧部１９１の始端部１９１ｅから中心軸心Ｃを中心として円弧上に時計方向に略一周に亘って延びて、放射部１９３ｅから反対方向に折り返して矩形波状に第２接続部１９７の終端部１９７ｅまで延びている。パターン１９Ａの始端部１９１ｅは、円弧部１９１の端部であり、パターン１９Ａの端部でもある。パターン１９Ｂの終端部１９７ｅは、第２接続部１９７の端部でもありパターン１９Ａの端部でもある。パターン１９Ａの始端部１９１ｅ及び終端部１９７ｅは互いに近傍に位置している。パターン１９Ｂの始端部１９１ｅ及び終端部１９７ｅも同様である。

【0016】

図４Ａは、ＦＧマグネット１６の回転に伴ってパターン１９Ａ及び１９Ｂのそれぞれで発生した誘起電圧信号を示したグラフである。本実施例では、パターン１９Ａ及び１９Ｂは電気角で１８０度分の位相がずれているため、パターン１９Ａ及び１９Ｂのそれぞれで発生する誘起電圧信号の位相も１８０度ずれる。ここで、図４の例では、パターン１９Ａ及び１９Ｂの誘起電圧信号に同一のタイミングでノイズが重畳した場合を示している。パターン１９Ａ及び１９Ｂでそれぞれ発生した誘起電圧信号は、信号処理部１００に入力され、信号処理部１００はこの誘起電圧信号を加工し、それをモータの駆動を制御するＣＰＵに出力したり、又は信号処理の判定結果をＣＰＵに通知したりする。

【0017】

本実施例では、信号処理部１００は、パターン１９Ａ及び１９Ｂでそれぞれ発生した誘起電圧信号の一方を反転させた上で他方に加算する処理が実行される。図４Ｂは、本実施例での加算処理後の誘起電圧信号を示している。このように反転された誘起電圧信号では、ノイズも反転されるため、反転された誘起電圧信号と反転されていない誘起電圧信号とを加算することにより、ノイズは打ち消し合う。また、２つの誘起電圧信号の位相は１８０度ずれているため、一方のみを反転して他方に加算することにより、誘起電圧信号の振幅が２倍に増幅される。このように、ノイズを低減しつつ誘起電圧信号の振幅を増幅させることができ、回転位置の検出精度が向上している。

【0018】

図５Ａは、比較例での２つのパターン１９Ａｘ及び１９Ｂｘのそれぞれで発生した誘起電圧信号を示したグラフである。パターン１９Ａｘ及び１９Ｂｘは、電気角で互いに同じ位相である。従って、位相が同じ誘起電圧信号が発生する。各誘起電圧信号にノイズが重畳した場合を示している。比較例では、パターン１９Ａｘ及び１９Ｂｘでそれぞれ発生した誘起電圧信号が入力される制御回路により、２つの誘起電圧信号を加算する処理が実行される。図５Ｂは、比較例での加算処理後の誘起電圧信号を示している。位相が同じである２つの誘起電圧信号を加算することにより、誘起電圧信号の振幅が２倍に増幅される。しかしながら、ノイズも同様に倍増し、回転位置の検出精度が低下する場合がある。本実施例ではノイズを低減しつつ誘起電圧信号の振幅を増大させることができるため、比較例よりも優れた効果を奏する。

【0019】

上記実施例及び変形例においては、回転位置検出装置はモータ装置に組み込まれているが、このような構成に限定されない。例えば、モータ装置とは別体に構成された回転位置検出装置であってもよい。

【0020】

信号処理部１００は、パターン１９Ａ及び１９Ｂでそれぞれ発生した誘起電圧信号の一方から他方を減算してもよい。この場合も、２つの誘起電圧信号の位相は１８０度ずれているため、ノイズを低減しつつ誘起電圧信号の振幅を増大させることができる。

【0021】

パターン１９Ａ及び１９Ｂは、それぞれプリント基板８の最外層及び内層に設けられているが、双方とも内層に設けられていてもよい。

【0022】

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0023】

１ モータ装置
１６ ＦＧマグネット
１９Ａ、１９Ｂ パターン
１９１ 円弧部
１９３ 放射部
１９５ 第１接続部
１９７ 第２接続部
Ｃ 中心軸心

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】