JP5551408B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転角度検出装置にかかり、特にモータに設けられるロータの回転角度の検出に用いて有益な回転角度検出装置に関する。

近年、例えば自動車に搭載されるパワーステアリング装置やエアコンなどでは、その駆動源となるモータとして、いわゆるブラシレスモータが使用されることが多い。このブラシレスモータは、一般に、永久磁石によって形成されるロータと通電可能なコイルからなるステータとを有し、ステータに供給される電力に応じた電磁力をロータに作用させることでモータの回転軸を回転させるものである。そして、このブラシレスモータでは、通常、ロータの回転角度を検出する回転角度検出装置が設けられており、この回転角度検出装置を通じて検出されるロータの回転角度に基づいて上記ステータへの給電を制御し、これによってモータの回転軸の回転態様を制御するようにしている。

一方、ロータの回転角度を検出する回転角度検出装置としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。図１１にその斜視構造を示す。同図１１に示されるように、この回転角度検出装置は、大きくは、モータの回転軸５０と一体となって回転する回転体５１、同回転体５１の外周面から所定の間隙を隔てて配置される磁石５２、及び回転体５１の外周面と磁石５２との間に配置される磁気センサ５３を有している。ここで、回転体５１は磁性材料からなる部材であって、その外径が円周方向に沿って徐々に長くなるように形成されている。ちなみに、モータの回転軸５０も同じく磁性材料によって形成されている。一方、磁石５２の回転体５１と対向する面の反対側の面には、同磁石５２から発せられる磁気を回転軸５０の端部に導くためのＪ字状のヨーク５４が設けられており、このヨーク５４と共に回転軸５０及び回転体５１によって磁気回路が形成されている。すなわち、このような磁気回路を通じて磁石５２と回転体５１の外周面との間の隙間に磁界が形成されるとともに、この形成される磁界に応じた電圧信号が上記磁気センサ５３から出力される。

回転角度検出装置としてのこうした構成によれば、モータの回転軸５０の回転に伴って回転体５１が回転すると、同回転体５１の外周面と磁石５２との間の間隙の大きさが変化し、磁気センサ５３に印加される磁界が変化するようになる。したがって、モータの回転軸５０の回転に伴って磁気センサ５３の出力信号が変化するようになる。そしてこの装置では、回転軸５０の回転角度の変化に対して磁気センサ５３の出力信号が直線的に変化するため、この磁気センサ５３の出力信号に基づいて回転軸５０の回転角度を算出すれば、同回転軸５０の回転角度を、換言すればロータの回転角度を高い精度で検出することができるようになる。

特開２００２−３１０６０９号公報

ところで、この特許文献１に記載の回転角度検出装置にあっては、回転体５１のモータの回転軸５０に直交する断面形状が非円形状をなしているため、回転軸５０が回転する際に回転体５１は偏心した状態で回転する。このため、回転体５１が振動するおそれがあり、これに起因してロータの回転角度の検出精度が悪化するおそれがある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロータの回転角度を高い精度で検出することのできる回転角度検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、モータに設けられるロータと一体となって回転するとともに外周面に複数のマークが設けられる円盤状の回転体と、該回転体の回転に伴って前記マークが所定の検出範囲まで回転したときに同検出範囲内での前記マークの回転角度を検出する回転角度検出手段とを備え、前記複数のマークは前記回転体の円周方向に異なる角度間隔を隔てて配置されるとともに、前記回転体の円周方向に異なる角度間隔を隔てて配置される所定のパターンを基準として同基準となるパターンを繰り返す態様にて配置され、前記パターンの繰り返し数が、前記ロータの磁極数に基づいて設定され、前記回転角度検出手段を通じて検出される前記マークの回転角度に基づいて前記検出範囲内に位置する互いに隣接する各マークの角度間隔を求めた上で、求めた各マークの角度間隔に基づいて前記検出範囲内に前記複数のマークのうちのいずれのマークが位置しているかを判定し、判定されたマークの前記検出範囲内での回転角度に基づいて前記ロータの回転角度を算出することを要旨としている。

同構成によれば、ロータの回転に伴って回転体が回転したとすると、同回転体の外周面に設けられているマークも回転し、マークが検出範囲まで回転したときに回転角度検出手段を通じてその回転角度が検出される。ここで、各マークは回転体の円周方向に異なる角度間隔を隔てて配置されているため、検出範囲内に位置する互いに隣接する各マークの間隔を求めれば、求めた各マークの間隔に基づいて検出範囲内に複数のマークのうちのいずれのマークが位置しているかを判定することが可能である。一方、回転体の回転角度は各マークの回転角度から一義的に求めることが可能であるため、検出範囲内に位置するマークを判定することができれば、判定されたマークの検出範囲内の回転角度に基づいて回転体の回転角度を、換言すればロータの回転角度を検出することは可能である。また、ロータと共に回転する回転体を円盤状に形成することとすれば、ロータの回転に伴って回転体が偏心した状態で回転することがないため、回転角度検出手段を通じてマークの回転角度を検出する際にその回転角度を正確に検出することが可能となる。このため、ロータの回転角度を高い精度で検出することができるようになる。

また、上述したモータでは、通常、ロータの外周面が円周方向に沿ってＮ極及びＳ極に交互に着磁されて、その磁極数が２ｎ個に設定されている（但し、ｎは「１」以上の整数である）。そしてこのような構成からなるロータにあっては、同ロータの回転に伴ってその磁極位置が「３６０°／ｎ」周期で変化する。この点、上記構成によるように、複数のマークを、基準となる配置パターンを繰り返す態様にて回転体の円周方向に異なる角度間隔を隔てて配置するとともに、配置パターンの繰り返し数をロータの磁極数に基づいて設定することとすれば、上記算出されるロータの回転角度はロータの磁極位置に応じて周期的に変化するようになるため、ロータの磁極位置を検出することができるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転角度検出装置において、前記検出範囲の幅は、前記各マークの角度間隔のうちの最大の角度間隔と同等の幅に設定されていることを要旨としている。

回転角度検出手段は、各マークの角度間隔のうちの最大の角度間隔を検出することのできる能力があれば必要十分である。このため、上記構成によるように、検出範囲の幅を各マークのうちの最大の角度間隔と同等の幅に設定することとすれば、回転角度検出手段の検出範囲を必要最小限の幅に設定することができるため、回転角度検出手段として必要十分な位置検出機能を確保しながらも、そのコンパクト化を図ることができるようになる。
請求項３に記載の発明は、モータに設けられるロータと一体となって回転するとともに外周面に複数のマークが設けられる円盤状の回転体と、該回転体の回転に伴って前記マークが所定の検出範囲まで回転したときに同検出範囲内での前記マークの回転角度を検出する回転角度検出手段とを備え、前記複数のマークは前記回転体の円周方向に異なる角度間隔を隔てて配置されており、前記回転角度検出手段を通じて検出される前記マークの回転角度に基づいて前記検出範囲内に位置する互いに隣接する各マークの角度間隔を求めた上で、求めた各マークの角度間隔に基づいて前記検出範囲内に前記複数のマークのうちのいずれのマークが位置しているかを判定するとともに、判定されたマークの前記検出範囲内での回転角度に基づいて前記ロータの回転角度を算出し、前記検出範囲の幅は、前記各マークの角度間隔のうちの最大の角度間隔と同等の幅に設定されてなることを要旨としている。
この構成によれば、請求項２に記載の発明と同様の効果及び作用を得ることができる。

そしてこの場合、具体的には請求項４に記載の発明によるように、前記回転角度検出手段として、前記マークが近接したことを検知する複数の近接センサを有して、該複数の近接センサを前記回転体の外周に沿って前記検出範囲に対応するかたちで円弧状に複数個並設した構成からなるセンサアレイを採用することが有効である。このような構成を採用すれば、マークが所定の検出範囲まで回転したときにその回転位置を容易に検出することができるようになる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の回転角度検出装置において、前記回転体が導電性材料からなるとともに、前記マークが凹状の溝からなり、前記近接センサが、前記回転体の外周面に交番磁界を付与することにより同外周面に渦電流を発生させる励磁コイルと、前記回転体の外周面に発生した渦電流に起因して生じる磁界の変化を検出する検出コイルとを備え、該検出コイルを通じて検出される磁界の変化に基づいて前記マークの近接を検知する渦電流探傷センサであることを要旨としている。

同構成によれば、回転体の外周面に凹状の溝を設けるだけでよいため、例えば凸部を検出対象とするような近接センサを用いるために回転体の外周面に複数の凸部を設ける場合と比較すると、回転体を容易に加工することができるようになる。

本発明にかかる回転角度検出装置によれば、ロータの回転角度を高い精度で検出することができるようになる。

本発明にかかる回転角度検出装置の一実施形態について同装置が搭載されるブラシレスモータの部分断面構造を示す断面図。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面構造を示す断面図。 図１のＢ−Ｂ線に沿った断面構造を示す断面図 同実施形態の回転角度検出装置についてその回転体の外周面を直線状に展開した展開図。 渦電流探傷センサの構造を模式的に示す斜視図。 （ａ），（ｂ）は、同渦電流探傷センサの動作例、及びその出力信号の波形を示す図。 同実施形態の回転角度検出装置によるロータ回転角度検出処理の処理手順を示すフローチャート。 （ａ）〜（ｄ）は、同実施形態の回転角度検出装置によるロータの回転角度の算出態様を示す断面図。 （ａ），（ｂ）は、同実施形態の回転角度検出装置によるロータの回転角度の算出態様を示す断面図。 同実施形態の回転角度検出装置の変形例についてその断面構造を示す断面図。 従来の回転角度検出装置についてその斜視構造を示す斜視図。

以下、本発明にかかる回転角度検出装置の一実施形態について図１〜図９を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかる回転角度検出装置を搭載したブラシレスモータの部分断面構造を、また、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面構造をそれぞれ示したものであり、はじめに、同図１及び図２を参照してブラシレスモータの概略構成について説明する。

同図１に示されるように、このブラシレスモータは、大きくは、中空箱状に形成されたハウジング１１と、同ハウジング１１の内周壁に固定されるステータ１２と、同ステータ１２の径方向の内側に配設されるロータ１３とから構成されている。ここで、ロータ１３は、ハウジング１１に設けられた軸受け１１ａ，１１ｂによって両端部が回転可能に支持される回転軸１３ａと、同回転軸１３ａと一体となって回転する円柱状のモータコア１３ｂと、同モータコア１３ｂに外嵌される円環状のリングマグネット１３ｃとを有している。ちなみに、図２に示されるように、このリングマグネット１３ｃは、その周方向に沿って「４５°」の角度間隔をもってＮ極及びＳ極に交互に着磁されており、これによりロータ１３の磁極数が８極に設定されている。そして、図１に示されるように、このブラシレスモータでは、上記ステータ１２への通電を通じて形成される回転磁界がリングマグネット１３ｃに付与されるときに同マグネット１３ｃに働く電磁力によってロータ１３が回転軸１３ａを中心に回転する。また、このときにロータ１３に生じるトルクは回転軸１３ａを介して外部機器に伝達される。ちなみに、ロータ１３の回転方向は、図２に示される矢印ａで示す方向となっている。

一方、図１に示されるように、上記回転軸１３ａにおいて上記モータコア１３ｂが取り付けられる部分よりも軸受け１１ａ側の部分には、回転軸１３ａと一体となって回転する円盤状の回転体２１が組み付けられている。この回転体２１は、金属などの導電性材料によって形成されるとともに、その外周面に円周方向に異なる角度間隔を隔てて凹状の複数の溝Ｄが形成されている。また、この回転体２１の外周面が対向するハウジング１１の内壁面には、同回転体２１の外周面と所定の間隙を隔てて回転センサ２２が固定して設けられており、この回転センサ２２を通じて回転体２１の外周面に形成された溝Ｄの回転角度が検出される。そして、このブラシレスモータでは、この回転センサ２２の出力信号が、マイクロコンピュータを中心に構成される制御装置３０に取り込まれる。制御装置３０では、回転センサ２２の出力信号に基づいて上記溝Ｄの回転角度を検出するとともに、検出された溝Ｄの回転角度に基づいてロータ１３の回転角度を、換言すればロータの磁極位置を検出する。ちなみに、図２に示されるように、また上述のように、ロータ１３の磁極数は８極に設定されているため、ロータ１３が回転するとき、ロータ１３の磁極位置は「９０°」周期で変化することとなる。このため、本実施形態では、ロータ１３の磁極位置が図中の位置であるときを基準位置として、この基準位置からのロータ１３の回転角度φを「０°≦φ＜９０°」の範囲で表すようにしている。そして、上記制御装置３０は、図１に示されるように、回転センサ２２を通じて検出されたロータ１３の回転角度に基づいてドライバ回路３１を介して上記ステータ１２への給電を制御することにより、ロータ１３の回転態様を制御する。このように、本実施形態では、回転体２１、回転センサ２２、及び制御装置３０によって、ロータ１３の回転角度φを検出するための回転角度検出装置が構成されている。

次に、図３及び図４を参照して、回転体２１、及び回転センサ２２の構造について詳述する。図３は、図１のＢ−Ｂ線に沿った断面構造を示したものであり、また図４は、回転体２１の外周面を図３のＡ点から矢印ａで示す方向に直線状に展開した図である。

同図３に示されるように、回転体２１の外周面には、以下の（ａ１）〜（ａ４）に示す態様にて溝Ｄ１〜Ｄ４が各４個、合計１６の溝Ｄが形成されている。
（ａ１）上記ロータ１３の磁極が矢印ａで示す方向にＳ極からＮ極に切り替わる角度に対応して溝Ｄ１が形成されている。

（ａ２）溝Ｄ２は、溝Ｄ１から矢印ａで示す方向に「６°」ずれた位置にそれぞれ形成されている。
（ａ３）溝Ｄ３は、溝Ｄ２から矢印ａで示す方向に「１２°」ずれた位置に形成されている。

（ａ４）溝Ｄ４は、溝Ｄ３から矢印ａで示す方向に「２４°」ずれた位置に形成されている。
これにより、図４に示されるように、矢印ａで示す方向に隣接する溝との角度間隔が「１：２：４：８」の比率で変化する溝の配置パターンを基準の配置パターンとするとき、回転体２１の外周面には、この基準となる配置パターンが円周方向に「９０°」の角度間隔をおいて合計４つ設けられるようになる。本実施形態では、このように溝Ｄ１〜Ｄ４の配置パターンをロータ１３の磁極数の半分の数だけ回転体２１の外周面に設けることにより、ロータ１３のＮ極及びＳ極の一対の磁極が配置される角度範囲に溝Ｄ１〜Ｄ４を配置するようにしている。

一方、図３に示されるように、上記回転センサ２２は、いわゆる渦電流探傷法によって溝Ｄの近接を検知する渦電流探傷センサＳ１〜Ｓｍを回転体２１の外周面に沿って円弧状に複数並設したセンサアレイである。なお、ｍは「２」以上の整数である。そしてこの回転センサ２２では、各センサＳ１〜Ｓｍが並設されている範囲を検出範囲として、この検出範囲内に位置する溝Ｄの回転位置に応じた電圧信号を各センサＳ１〜Ｓｍから上記制御装置３０にそれぞれ出力する。ちなみに回転センサ２２は、各溝Ｄ１〜Ｄ４の角度間隔のうちの最大の角度間隔を検出することのできる能力があれば必要十分であるため、本実施形態では、検出範囲の幅を、各溝Ｄの角度間隔のうちの最大の角度間隔と同等の幅に、すなわち「４８°」の幅に設定するようにしている。これにより、回転センサ２２として必要十分な検出機能を確保しながらも、そのコンパクト化を図ることができるようになる。

続いて、図５及び図６を参照して、渦電流探傷センサの構造、並びにその検出原理について説明する。
同図５に示されるように、この渦電流探傷センサには、一定の周波数の交流電流が流れる励磁コイル４０が設けられており、交流電流が流れるときに励磁コイル４０に誘起される交番磁界Ｂを被検出体に付与することによって同外周面に渦電流Ｉｗを発生させる。また、この渦電流探傷センサには、この渦電流Ｉｗによって誘起される磁界と上記励磁コイル４０に誘起される交番磁界Ｂとに応じた交流電圧が誘起される検出コイル４１も設けられている。

そして、渦電流探傷センサでは、励磁コイル４０に誘起される交番磁界Ｂが常に一定の状態に保たれているため、同センサの直下に溝Ｄなどの欠陥が存在しない場合には、上記渦電流Ｉｗの流れは一定の状態に保たれる。すなわちこの場合には、上記検出コイル４１に誘起される交流電圧は一定の状態に保たれる。一方、渦電流探傷センサの直下に溝Ｄなどの欠陥が存在している場合には、上記渦電流Ｉｗの流れに変化が生じるとともに、同渦電流Ｉｗによって誘起される磁界にも変化が生じるようになる。すなわちこの場合には、上記検出コイル４１に誘起される交流電流に変化が生じるようになる。そして、渦電流探傷センサでは、このような検出コイル４１に誘起される交流電圧の変化を検出することによって溝Ｄの近接を検出する。

ちなみに、本実施形態の渦電流探傷センサＳ１〜Ｓｍには、検出コイル４１から出力される電圧信号に対して適宜の信号処理を施すための信号処理回路が内蔵されており、各センサは検出コイル４１に誘起される交流電圧の変化だけを抽出して上記制御装置３０に出力する。具体的には、図６（ａ）に示すように、各センサＳ１〜Ｓｍによって被検出体の表面を矢印Ｓで示す方向に走査しているときに同センサの直下に溝が位置したとすると、各センサから図６（ｂ）に示すような波形を有する信号が制御装置３０に出力されるようになっている。

このような渦電流探傷センサＳ１〜Ｓｍを用いるようにすれば、回転体２１の外周面に溝を設けるだけでよいため、例えば凸部を検出対象とするような近接センサを用いるために回転体２１の外周面に複数の凸部を設ける場合と比較すると、回転体２１を容易に加工することができるようになる。

そして、制御装置３０では、各センサＳ１〜Ｓｍから出力されるそれぞれの電圧信号の波形を監視することによって上記溝Ｄが各センサＳ１〜Ｓｍのいずれに近接しているかを検出し、その検出結果に基づいて上記検出範囲内に位置する溝Ｄの回転角度（回転位置）θを検出する。ちなみに、本実施形態では、先の図３に示されるように、渦電流探傷センサＳ１に近接する溝の位置を基準位置として、この基準位置からの溝Ｄの回転角度θを「０°≦θ≦４８°」の範囲で表すようにしている。したがって、図中に示されるように、例えば渦電流探傷センサＳ１，Ｓｍに対向するように溝Ｄ４，Ｄ１が位置している場合には、制御装置３０は、検出範囲内に位置する溝の回転角度は「０°」及び「４８°」であることを検出する。

ところで、上記各溝Ｄ１〜Ｄ４は回転体２１の円周方向に異なる角度間隔を隔てて配置されているため、回転センサ２２の検出範囲内に位置する互いに隣接する各溝Ｄの間隔を求めれば、求めた各溝Ｄの間隔に基づいて検出範囲内に上記溝Ｄ１〜Ｄ４のうちのいずれの溝が位置しているかを判定することが可能である。一方、回転体２１の回転角度は各溝Ｄ１〜Ｄ４の回転角度から一義的に求めることが可能であるため、検出範囲内に位置する溝を判定することができれば、判定された溝の検出範囲内の回転角度に基づいて回転体２１の回転角度を、換言すれば上記ロータ１３の回転角度φを検出することは可能である。

図７は、制御装置３０を通じて実行される、検出範囲内に位置する溝Ｄの回転角度θに基づいて上記ロータの回転角度φを検出するロータ回転角度検出処理の処理手順をフローチャートとして示したものである。なお、この図７に示す処理は、実際には、所定の演算周期をもって繰り返し実行される。

同図７に示されるように、この制御では、まず、上記回転センサ２２の出力信号に基づいて検出範囲内に位置する溝の回転角度θが検出されるとともに（ステップＳ１）、その検出結果に基づいて検出範囲内に溝が２個以上存在するか否かが判断される（ステップＳ２）。この処理を通じて検出範囲内に溝が２個以上存在する旨が判断された場合には（ステップＳ２：ＹＥＳ）、ステップＳ１の処理を通じて検出される溝の回転角度θに基づいて上記矢印ａで示す方向に互いに隣接する溝との角度間隔が算出される（ステップＳ３）。また、このステップＳ３の処理に続いて、検出された溝の角度間隔に基づいて検出範囲内に位置する溝が上記溝Ｄ１〜Ｄ４のいずれであるかが判定される（ステップＳ４）。具体的には、以下の（ｂ１）〜（ｂ４）に示すように、上記ステップＳ３を通じて算出される各溝の角度間隔のうちの最小の角度間隔に基づいて、上記検出範囲内に位置する回転角度の最も小さい溝が上記溝Ｄ１〜Ｄ４のいずれであるかが判定される。

（ｂ１）算出される最小の角度間隔が「６°」であるとき。このとき、上記検出範囲内に位置する回転角度の最も小さい溝は溝Ｄ１であると判定する。
（ｂ２）算出される最小の角度間隔が「１２°」であるとき。このとき、上記検出範囲内に位置する回転角度の最も小さい溝は溝Ｄ２であると判定する。

（ｂ３）算出される最小の角度間隔が「２４°」であるとき。このとき、上記検出範囲内に位置する回転角度の最も小さい溝は溝Ｄ３であると判定する。
（ｂ４）算出される最小の角度間隔が「４８°」であるとき。このとき、上記検出範囲内に位置する回転角度の最も小さい溝は溝Ｄ４であると判定する。

そして、このステップＳ４の処理に続いて、検出範囲内に位置する回転角度の最も小さい溝が上記溝Ｄ１〜Ｄ４のいずれであるかに応じて回転角度補正値αの値が設定される（ステップＳ５）。具体的には、この回転角度補正値αの値は以下の（ｃ１）〜（ｃ４）に示すように設定される。

（ｃ１）検出範囲内に位置する回転角度の最も小さい溝が溝Ｄ１であるとき。このとき回転角度補正値αは「４２°」に設定される。
（ｂ２）検出範囲内に位置する回転角度の最も小さい溝が溝Ｄ２であるとき。このとき回転角度補正値αは「３６°」に設定される。

（ｂ３）検出範囲内に位置する回転角度の最も小さい溝が溝Ｄ３であるとき。このとき回転角度補正値αは「２４°」に設定される。
（ｂ４）検出範囲内に位置する回転角度の最も小さい溝が溝Ｄ４であるとき。このとき回転角度補正値αは「０°」に設定される。

そして、ステップＳ５の処理に続いて、回転角度補正値αの値が同制御装置３０に内蔵されるメモリに記憶されるととともに（ステップＳ６）、検出範囲内に位置する溝の回転角度θ、及び回転角度補正値αに基づいてロータ１３の回転角度φが算出される（ステップＳ６）。具体的には、ステップＳ１の処理を通じて検出される溝の回転角度θのうちの最小の回転角度に回転角度補正値αを加算することによってロータ１３の回転角度φが算出される。

一方、ステップＳ２の判断処理を通じて、回転センサ２２の検出範囲内に溝が２個存在しない旨が判断された場合には（ステップＳ２：ＮＯ）、すなわち検出範囲内に溝が１個のみ存在する場合には、上記ステップＳ５の処理を通じてメモリに記憶される回転角度補正値αの値が読み込まれる（ステップＳ７）。そして、上記検出された１つの溝の回転角度θに回転角度補正値αを加算することによってロータ１３の回転角度φが算出される。

次に、図８及び図９を参照して、このロータ回転角度検出処理を通じてロータ１３の回転角度φが算出される様子について説明する。図８及び図９は、先の図３に対応する図として、先の図１のＢ−Ｂ線に沿った断面構造を示したものである。なお、図８及び図９では、便宜上、上記回転センサ２２の検出範囲から外れている溝を破線で示すようにしている。

同図８（ａ）に示されるように、例えばいま、ロータ１３の回転角度φが「０°」であったとすると、回転センサ２２の検出範囲には上記溝Ｄ４，Ｄ１が位置することとなる。このため、制御装置３０は、それらの角度間隔に基づいて回転角度補正値αの値を「０°」に設定するとともに、溝Ｄ４の回転角度θ１に回転角度補正値αを加算することによりロータ１３の回転角度φを算出する。この場合には、検出範囲内での溝Ｄ４の回転角度θ４は「０°」であるため、算出されるロータ１３の回転角度φの値は「０°」となる。

その後、ロータ１３が矢印ａで示す方向に回転して同ロータ１３の回転角度φが「０°＜φ＜２４°」の範囲で変化しているときには、図８（ｂ）に示されるように、回転センサ２２の検出範囲には溝Ｄ４のみが位置することとなる。このとき、制御装置３０は、内蔵するメモリから回転角度補正値α（＝「０°」）を読み込むとともに、溝Ｄ４の回転角度θ４に回転角度補正値αを加算することによりロータ１３の回転角度φを算出する。したがって、ロータ１３の回転に伴って検出範囲内での溝Ｄ４の回転角度θ４が「０°＜θ４＜２４°」の範囲で変化するとき、制御装置３０を通じて算出されるロータ１３の回転角度φは溝Ｄ４の回転角度θ４と同じ値となる。

またその後、ロータ１３が矢印ａで示す方向に更に回転して同ロータ１３の回転角度φが「２４°≦φ＜３６°」の範囲で変化するときには、図８（ｃ）に示されるように、回転センサ２２の検出範囲には溝Ｄ３，Ｄ４が位置することとなる。このため、制御装置３０は、それらの角度間隔に基づいて回転角度補正値αの値を「２４°」に設定するとともに、溝Ｄ３の回転角度θ３に回転角度補正値αを加算することによりロータ１３の回転角度φを算出する。したがって、ロータ１３の回転に伴って検出範囲内での溝Ｄ３の回転角度θ３が「０°≦θ３＜１２°」の範囲で変化するとき、制御装置３０を通じて算出されるロータ１３の回転角度φは「２４°≦φ＜３６°」の範囲の値となる。

さらにその後、ロータ１３が矢印ａで示す方向に更に回転して同ロータ１３が「３６°≦φ＜４２°」の範囲で回転しているときには、図８（ｄ）に示されるように、回転センサ２２の検出範囲には溝Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４が位置することとなる。すなわちこの場合には、各溝の最小の角度間隔が「１２°」となるため、制御装置３０は、回転角度補正値αを「３６°」に設定するとともに、溝Ｄ２の回転角度θ２に回転角度補正値αを加算することによりロータ１３の回転角度φを算出する。したがって、ロータの回転に伴って検出範囲内での溝Ｄ２の回転角度θ２が「０°≦θ２＜６°」の範囲で変化するとき、制御装置３０を通じて算出されるロータ１３の回転角度φは「３６°≦φ＜４２°」の範囲の値となる。

そしてその後、ロータ１３が矢印ａで示す方向に更に回転して同ロータ１３の回転角度φが「４２°≦φ＜８４°」の範囲で変化しているときには、図９（ａ）に示されるように、回転センサ２２の検出範囲には溝Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３が位置することとなる。すなわちこの場合には、各溝の最小の角度間隔が「６°」となるため、制御装置３０は、回転角度補正値αを「４２°」に設定するとともに、溝Ｄ１の回転角度θ１に回転角度補正値αを加算することによりロータ１３の回転角度φを算出する。したがって、ロータ１３の回転に伴って検出範囲内での溝Ｄ１の回転角度θ１が「０°≦θ１＜４２°」の範囲で変化するとき、制御装置３０を通じて算出されるロータ１３の回転角度φは「４２°≦φ＜８２°」の範囲の値となる。

さらにその後、ロータ１３が矢印ａで示す方向に更に回転して同ロータ１３の回転角度φが「８４°≦φ＜９０°」の範囲で変化しているときには、図９（ｂ）に示されるように、回転センサ２２の検出範囲には溝Ｄ１のみが位置することとなる。このとき、制御装置３０は、内蔵するメモリから回転角度補正値α（＝「４２°」）を読み込むとともに、溝Ｄ１の回転角度θ１に回転角度補正値αを加算することによりロータ１３の回転角度φを算出する。すなわちこの場合には、ロータ１３の回転に伴って検出範囲内での溝Ｄ１の回転角度θ１が「４２°≦θ１＜４８°」の範囲で変化するとき、制御装置３０を通じて算出されるロータ１３の回転角度φは「８４°≦φ＜９０°」の範囲の値となる。

このように、回転角度検出装置としてのこうした構成によれば、ロータ１３の回転角度φを「０°≦φ＜９０°」の範囲で精度良く検出することができるようになる。また、回転体２１が円盤状に形成されているため、ロータ１３の回転に伴って回転体２１が偏心した状態で回転することがない。このため、回転センサ２２を通じて溝Ｄ１〜Ｄ４の回転角度を検出する際にその回転角度を正確に検出することが可能となる。したがって、ロータ１３の回転角度φを、換言すればロータ１３の磁極位置を高い精度で検出することができるようになる。

以上説明したように、本実施形態にかかる回転角度検出装置によれば、以下のような効果が得られるようになる。
（１）ロータ１３と一体となって回転するとともに外周面に複数の溝Ｄ１〜Ｄ４が形成される円盤状の回転体２１を設けるとともに、回転体２１の回転に伴って溝Ｄ１〜Ｄ４が検出範囲まで回転したときに同検出範囲内での溝Ｄ１〜Ｄ４の回転角度を検出する回転センサ２２を設けるようにした。また、溝Ｄ１〜Ｄ４を回転体の外周面に設けるにあたり、溝Ｄ１〜Ｄ４を回転体２１の円周方向に異なる角度間隔を隔てて配置するとともに、この溝Ｄ１〜Ｄ４の配置パターンをロータ１３の磁極数の半分の数だけ設けるようにした。そして、検出範囲内に位置する互いに隣接する溝Ｄ１〜Ｄ４の角度間隔を求めた上で、各溝の角度間隔に基づいて検出範囲内に溝Ｄ１〜Ｄ４のうちのいずれの溝が位置しているかを判定し、判定された溝の検出範囲内での回転角度に基づいてロータ１３の回転角度φを算出するようにした。これにより、ロータ１３の回転角度φを、換言すればロータ１３の磁極位置を高い精度で検出することができるようになる。

（２）回転センサ２２の検出範囲を、各溝Ｄ１〜Ｄ４の角度間隔のうちの最大の角度間隔と同等の幅に設定するようにした。これより、回転センサ２２として必要十分な検出機能を確保しながらも、そのコンパクト化を図ることができるようになる。

（３）回転センサ２２を、渦電流探傷センサＳ１〜Ｓｍを回転体２１の外周に沿って検出範囲に対応するかたちで円弧状に複数個並設したセンサアレイとして構成するようにした。これにより、溝Ｄ１〜Ｄ４が検出範囲に位置したときにその回転位置を容易に検出することができるようになる。また、例えば凸部を検出対象とするような近接センサを用いる場合と比較すると、回転体２１の加工が容易となる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、回転センサ２２の検出範囲の幅を、各溝Ｄ１〜Ｄ４のうちの最大の角度間隔と同等の幅、すなわち「４８°」に設定するようにした。これに代えて、例えば図１０に示されるように、溝Ｄ３，Ｄ４の間の角度間隔と、溝Ｄ４，Ｄ１の間の角度間隔とを加算して求められる幅、すなわち「７２°」に設定するようにしてもよい。このように回転センサ２２の検出範囲の幅を「７２°」に設定することとすれば、回転センサ２２の検出範囲内に２個以上の溝が必ず存在するようになるため、先の図７に例示したロータ回転角度検出処理においてステップＳ２，Ｓ６，Ｓ８の処理を割愛することができる。このため、制御装置３０の処理負担を軽減することができるようになる。

・上記実施形態では、回転センサ２２を通じて検出される溝の回転角度θに基づいて各溝の角度間隔を算出するとともに、それらのうちの最小の角度間隔に基づいて検出範囲内に位置する溝を判定した上で、判定された溝の検出範囲内での回転角度からロータ１３の回転角度φを算出するようにした。これに代えて、例えば最大の角度間隔に基づいて検出範囲内に位置する溝を判定するとともに、判定された溝の検出範囲内での回転角度、並びにその溝に対応する回転角度補正値αに基づいてロータ１３の回転角度φを算出するようにしてもよい。

・上記実施形態では、本発明にかかる回転角度検出装置を、ロータの磁極数が８極のブラシレスモータに適用するようにしたが、２極や４極のブラシレスモータ、あるいは１０極以上のブラシレスモータに適用することも可能である。ここで、ロータ１３の磁極数を２ｎ極とするとき、溝Ｄ１〜Ｄ４の配置パターンの繰り返し数をｎ個に設定すれば、ロータ１３の磁極位置を適切に検出することが可能となる（但し、ｎは「１」以上の整数である）。なお、配置パターンの繰り返し数に応じて、各溝Ｄ１〜Ｄ４の角度間隔を適宜変更する必要があることは言うまでもない。

・上記実施形態では、各溝Ｄ１〜Ｄ４の角度間隔を「１：２：４：８」の比率となるように設定したが、例えば「１：２：４：６」の比率となるように、あるいは「８：２：４：１」の比率となるように設定してもよい。なお、各溝Ｄ１〜Ｄ４の角度間隔を「８：２：４：１」の比率となるように設定した場合には、次のようにしてロータ１３の回転角度を算出することが有効である。すなわち、回転センサ２２を通じて検出される溝の回転角度θに基づいて各溝の角度間隔を算出するとともに、それらのうちの最小、あるいは最大の角度間隔に基づいて検出範囲内に位置する溝を判定する。そして、判定された溝の検出範囲内での回転角度、並びにその溝に対応する回転角度補正値αに基づいてロータ１３の回転角度φを算出する。要は、回転体２１の外周面に異なる角度間隔を隔てて複数の溝が設けられていればよい。

・溝Ｄ１〜Ｄ４の各４つの溝に代えて、各３つの溝、あるいは各５つ以上の溝を設けるようにしてもよい。
・上記実施形態では、回転体２１の外周面にマークとしての複数の溝Ｄ１〜Ｄ４を設けた上で、この溝の近接を検出することのできる複数の渦電流探傷センサＳ１〜Ｓｍによって回転角度検出手段としての回転センサ２２を構成するようにした。これに代えて、溝Ｄ１〜溝Ｄ４の検出を例えばホールセンサやＭＲセンサなどを利用して行う場合には、これらのセンサを複数並設することによって上記回転センサ２２を構成するようにしてもよい。また、例えば回転体２１の外周面に凸部を設けた上で、この凸部の近接を検出することのできる適宜の近接センサを複数並設することによって回転センサ２２を構成するようにしてもよい。
（付記）
次に、上記実施形態及びその変形例から把握できる技術的思想について追記する。

（イ）前記ロータの磁極数が２ｎ極であるとき、前記配置パターンの繰り返し数がｎ個に設定されてなる請求項４に記載の回転角度検出装置。同構成によるように、ロータの磁極数が２ｎ個であるとき、配置パターンの繰り返し数をｎ個に設定すれば、ロータの磁極位置を適切に検出することができるようになる。

（ロ）前記複数のマークには、前記回転体の外周面に配置されている位置に応じて回転角度補正値が各別に設定されており、前記ロータの回転角度の算出が、前記判定されたマークの前記検出範囲内の回転角度を、同判定されたマークに対応する前記回転角度補正値で補正することで行われることを特徴とする回転角度検出装置。同構成によれば、回転体の外周面に配置されているマークの位置に応じて一義的に回転角度補正値を設定することが可能であり、しかも検出範囲内のマークの回転角度を回転角度補正値で補正するだけでロータの回転角度を算出することができる。したがって、ロータの回転角度を容易に算出することができるようになる。

Ｄ１〜Ｄ４…溝、Ｓ１〜Ｓｍ…渦電流探傷センサ、１１…ハウジング、１１ａ，１１ｂ…軸受け、１２…ステータ、１３…ロータ、１３ａ，５０…回転軸、１３ｂ…モータコア、１３ｃ…リングマグネット、２１，５１…回転体、２２…回転センサ、３０…制御装置、３１…ドライバ回路、４０…励磁コイル、４１…検出コイル、５２…磁石、５３…磁気センサ、５４…ヨーク。

Claims (5)

1. モータに設けられるロータと一体となって回転するとともに外周面に複数のマークが設けられる円盤状の回転体と、該回転体の回転に伴って前記マークが所定の検出範囲まで回転したときに同検出範囲内での前記マークの回転角度を検出する回転角度検出手段とを備え、
   前記複数のマークは、前記回転体の円周方向に異なる角度間隔を隔てて配置されるとともに、前記回転体の円周方向に異なる角度間隔を隔てて配置される所定のパターンを基準として同基準となるパターンを繰り返す態様にて配置され、
   前記パターンの繰り返し数が、前記ロータの磁極数に基づいて設定され、
   前記回転角度検出手段を通じて検出される前記マークの回転角度に基づいて前記検出範囲内に位置する互いに隣接する各マークの角度間隔を求めた上で、求めた各マークの角度間隔に基づいて前記検出範囲内に前記複数のマークのうちのいずれのマークが位置しているかを判定し、判定されたマークの前記検出範囲内での回転角度に基づいて前記ロータの回転角度を算出する
   ことを特徴とする回転角度検出装置。
2. 前記検出範囲の幅は、前記各マークの角度間隔のうちの最大の角度間隔と同等の幅に設定されてなる
   請求項１に記載の回転角度検出装置。
3. モータに設けられるロータと一体となって回転するとともに外周面に複数のマークが設けられる円盤状の回転体と、該回転体の回転に伴って前記マークが所定の検出範囲まで回転したときに同検出範囲内での前記マークの回転角度を検出する回転角度検出手段とを備え、
   前記複数のマークは前記回転体の円周方向に異なる角度間隔を隔てて配置されており、
   前記回転角度検出手段を通じて検出される前記マークの回転角度に基づいて前記検出範囲内に位置する互いに隣接する各マークの角度間隔を求めた上で、求めた各マークの角度間隔に基づいて前記検出範囲内に前記複数のマークのうちのいずれのマークが位置しているかを判定し、判定されたマークの前記検出範囲内での回転角度に基づいて前記ロータの回転角度を算出し、
   前記検出範囲の幅は、前記各マークの角度間隔のうちの最大の角度間隔と同等の幅に設定されてなる
   ことを特徴とする回転角度検出装置。
4. 前記回転角度検出手段は、前記マークが近接したことを検知する複数の近接センサを有して、該複数の近接センサを前記回転体の外周に沿って前記検出範囲に対応するかたちで円弧状に複数個並設したセンサアレイである
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。
5. 前記回転体が導電性材料からなるとともに、前記マークが凹状の溝からなり、
   前記近接センサが、前記回転体の外周面に交番磁界を付与することにより同外周面に渦電流を発生させる励磁コイルと、前記回転体の外周面に発生した渦電流に起因して生じる磁界の変化を検出する検出コイルとを備え、該検出コイルを通じて検出される磁界の変化に基づいて前記マークの近接を検知する渦電流探傷センサである
   請求項４に記載の回転角度検出装置。

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