JP7336329B2 - MOTOR, MOTOR DRIVE CONTROL DEVICE, AND MOTOR DRIVE CONTROL METHOD - Google Patents
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Description
本発明は、モータ、モータ駆動制御装置及びモータ駆動制御方法に関する。 The present invention relates to a motor, a motor drive control device, and a motor drive control method.
一般に、モータにホールＩＣ等のホールセンサを備えて回転軸の位置や速度などモータの回転軸の動作情報を検出し、検出された回転軸の動作情報に基づいて駆動制御装置がモータを駆動制御する方法が知られている。しかし、モータの回転軸の位置や速度を検出するために用いられるホールセンサは、振動や衝撃などへの耐久性（耐環境性）に改善の余地があった。 In general, a motor is provided with a Hall sensor such as a Hall IC to detect operation information of the rotation axis of the motor such as the position and speed of the rotation axis, and a drive control device drives and controls the motor based on the detected operation information of the rotation axis. It is known how to However, there is room for improvement in the durability (environmental resistance) of Hall sensors used to detect the position and speed of the rotating shaft of a motor against vibrations and impacts.
そこで、モータの回転軸の動作を検出するセンサとして、ホールセンサよりも耐環境性が優れると考えられている歪みゲージなどの歪みを検出するセンサ（以下、単に「歪みセンサ」という）を備えるモータが知られている（特許文献１参照）。 Therefore, a motor equipped with a strain gauge or other strain sensor (hereinafter simply referred to as a “strain sensor”) that is considered to have better environmental resistance than a Hall sensor as a sensor that detects the operation of the rotation shaft of the motor. is known (see Patent Document 1).
ところで、特許文献１のモータ駆動システムは、固定子に歪みセンサが取り付けられている。ここで、モータは、マグネットが回転することで固定子が引き付けられ、歪みが発生する。特許文献１のモータ駆動システムにおいて、歪みセンサは、この歪みに応じて電気信号を出力する。 By the way, in the motor drive system of Patent Document 1, a strain sensor is attached to the stator. Here, in the motor, the rotation of the magnet attracts the stator and causes distortion. In the motor drive system of Patent Document 1, the strain sensor outputs an electrical signal according to this strain.
しかしながら、特許文献１のモータ駆動システムにおいて、歪みセンサが出力する電気信号は、例えば、マグネットが２極の場合、１回転（１周期）につき２パルスである。このため、特許文献１のモータ駆動システムは、１回転につき１パルスが出力され、且つ、極性も特定できるホールセンサと同じようなモータの回転軸の動作情報を検出するために用いるのは難しかった。 However, in the motor drive system of Patent Document 1, the electrical signal output by the strain sensor is two pulses per rotation (one cycle) when the magnet has two poles, for example. For this reason, the motor drive system of Patent Document 1 outputs one pulse per rotation and is difficult to use for detecting operation information of the rotating shaft of the motor like a Hall sensor that can also specify the polarity. .
本発明は、上述の課題を一例とするものであり、回転軸の動作を検出可能な歪みセンサを備えるモータ、モータ駆動制御装置及びモータ駆動制御方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a motor, a motor drive control device, and a motor drive control method, which are provided with a strain sensor capable of detecting the motion of a rotating shaft.
上記目的を達成するために、本発明に係るモータは、回転軸を回転させるモータ本体と、前記回転軸の回転を検出するセンサユニットと、を備え、前記センサユニットは、前記回転軸に回転可能に支持されている回転検出マグネットと、前記回転検出マグネットの径方向外周側に設けられていて、前記回転検出マグネットが回転することによる磁極変化に応じて歪みが生じる起歪部と、前記起歪部に設けられていて、前記起歪部の歪みに応じた歪み信号を出力する歪みセンサと、を有している。 To achieve the above object, a motor according to the present invention includes a motor body that rotates a rotating shaft, and a sensor unit that detects rotation of the rotating shaft, the sensor unit being rotatable about the rotating shaft. a rotation detecting magnet supported by a magnet; a strain-generating portion provided on the radially outer peripheral side of the rotation detecting magnet and generating distortion according to a change in magnetic pole due to rotation of the rotation detecting magnet; and a strain sensor provided in the strain-generating portion for outputting a strain signal corresponding to the strain of the strain-generating portion.
本発明の一態様に係るモータにおいて、前記起歪部は、複数個設けられていて、前記歪みセンサは、前記起歪部のそれぞれに設けられている。 In a motor according to an aspect of the present invention, a plurality of strain-generating sections are provided, and the strain sensor is provided for each of the strain-generating sections.
本発明の一態様に係るモータにおいて、複数個の前記歪みセンサのそれぞれから出力される歪み信号を合成した合成信号は、前記回転軸の１回転に対応している。 In the motor according to one aspect of the present invention, a synthesized signal obtained by synthesizing strain signals output from each of the plurality of strain sensors corresponds to one rotation of the rotating shaft.
本発明の一態様に係るモータにおいて、前記起歪部は、前記回転軸の中心に向かって対向する位置に２個が１組として設けられている。 In the motor according to an aspect of the present invention, two strain-generating portions are provided as one set at positions facing each other toward the center of the rotating shaft.
本発明の一態様に係るモータにおいて、前記モータ本体は、前記回転軸と前記回転軸に回転可能に支持されているロータマグネットとを含むロータと、前記ロータに対して径方向に対向して配置されているステータと、前記ロータ及び前記ステータを収容しているケース部と、を有していて、前記起歪部は、径方向外周側から中心に向かって延びるように形成されていて、磁極変化に応じて歪みが生じる起歪部本体と、前記起歪部本体の径方向外周側の外周端部を前記ケース部に支持する支持部と、を有している。 In the motor according to one aspect of the present invention, the motor main body includes a rotor including the rotating shaft and a rotor magnet rotatably supported by the rotating shaft, and arranged to face the rotor in a radial direction. and a case portion that houses the rotor and the stator. It has a strain-flexing portion main body that is distorted according to change, and a support portion that supports the radially outer peripheral end portion of the strain-flexing portion main body on the case portion.
本発明の一態様に係るモータにおいて、前記歪みセンサは、前記起歪部本体の前記外周端部に配置されている。 In the motor according to one aspect of the present invention, the strain sensor is arranged at the outer peripheral end portion of the strain-generating portion main body.
本発明の一態様に係るモータにおいて、前記回転検出マグネットは、径方向の外周部と径方向の内周部とに２極を有している。 In the motor according to one aspect of the present invention, the rotation detection magnet has two poles on a radially outer peripheral portion and a radially inner peripheral portion.
本発明の一態様に係るモータにおいて、前記回転検出マグネットは、回転軸の中心に向かって対向する位置における一方の磁束と他方の磁束が異なっている。 In the motor according to an aspect of the present invention, the rotation detection magnet has one magnetic flux and the other magnetic flux at positions facing each other toward the center of the rotation shaft.
本発明の一態様に係るモータにおいて、前記回転検出マグネットは、複数のマグネットを組み合わせることにより構成されている。 In the motor according to one aspect of the present invention, the rotation detection magnet is configured by combining a plurality of magnets.
本発明の一態様に係るモータにおいて、前記回転検出マグネットは、前記回転軸を中心に１８０度以上の円弧状に形成されている。 In the motor according to one aspect of the present invention, the rotation detection magnet is formed in an arc shape of 180 degrees or more around the rotation shaft.
上記目的を達成するために、本発明に係るモータ駆動制御装置は、モータが備える回転軸の回転位置を示す位置信号を出力する回転位置信号処理回路と、前記位置信号に応じて前記モータの回転数を制御する制御信号を出力する制御部と、を備え、前記回転位置信号処理回路は、前記モータのセンサユニットが有している歪みセンサが出力する歪み信号を処理して前記位置信号を出力する。 In order to achieve the above object, a motor drive control device according to the present invention includes a rotational position signal processing circuit for outputting a position signal indicating the rotational position of a rotary shaft of a motor; and a control unit for outputting a control signal for controlling the number of rotation position signals, wherein the rotation position signal processing circuit processes a strain signal output by a strain sensor included in the sensor unit of the motor and outputs the position signal. do.
上記目的を達成するために、本発明に係るモータ駆動制御方法は、モータが備える回転軸の回転位置を示す位置信号を出力する回転位置信号処理ステップと、前記位置信号に応じて前記モータの回転数を制御する制御信号を出力する制御ステップと、を実行し、前記回転位置信号処理ステップでは、前記モータのセンサユニットが有している歪みセンサが出力する歪み信号を処理して前記位置信号を出力する。 To achieve the above object, a motor drive control method according to the present invention includes a rotational position signal processing step of outputting a position signal indicating the rotational position of a rotary shaft of a motor; and a control step of outputting a control signal for controlling the number, and in the rotational position signal processing step, a strain signal output by a strain sensor included in the sensor unit of the motor is processed to generate the position signal. Output.
本発明に係るモータによれば、回転軸の動作を検出可能な歪みセンサを備えるモータ、モータ駆動制御装置及びモータ駆動制御方法を提供することができる。 According to the motor of the present invention, it is possible to provide a motor equipped with a strain sensor capable of detecting the motion of a rotating shaft, a motor drive control device, and a motor drive control method.
以下、本発明の実施の形態に係るモータ、モータ駆動制御装置及びモータ駆動制御方法について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a motor, a motor drive control device, and a motor drive control method according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[モータの構成]
図１は、本発明の実施の形態に係るモータ１の構成を概略的に示す斜視図である。図２は、モータ１の側面図である。また、図３は、モータ１の上面図である。図４は、モータ１の側面から見たＡ－Ａ断面図である。
[Motor configuration]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the construction of a motor 1 according to an embodiment of the invention. FIG. 2 is a side view of the motor 1. FIG. 3 is a top view of the motor 1. FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of the motor 1 taken along the line AA.
以下の説明では、便宜上、軸線ｘ方向において矢印ａ方向を上側ａとし、矢印ｂ方向を下側ｂとする。また、軸線ｘに垂直な径方向において、軸線ｘから遠ざかる方向（図４の矢印ｃ方向）を外周側ｃとし、軸線ｘに向かう方向（図４の矢印ｄ方向）を内周側ｄとする。以下の説明では、図２に示す方向をモータの側面とする。また、以下の説明では、図３に示すようにモータを上側から下側に向かって見る方向を上面、下側から上側に向かって見る方向を底面とする。 In the following description, for the sake of convenience, the direction of the arrow a in the direction of the axis x is defined as the upper side a, and the direction of the arrow b is defined as the lower side b. In the radial direction perpendicular to the axis x, the direction away from the axis x (the direction of the arrow c in FIG. 4) is defined as the outer peripheral side c, and the direction toward the axis x (the direction of the arrow d in FIG. 4) is defined as the inner peripheral side d. . In the following description, the direction shown in FIG. 2 is the side of the motor. In the following description, as shown in FIG. 3, the direction of viewing the motor from the top to the bottom is the top surface, and the direction of viewing the motor from the bottom to the top is the bottom surface.
図１及び図２に示すように、本実施の形態に係るモータ１は、回転軸１１を回転させるモータ本体１０と、回転軸１１の回転を検出するセンサユニット２０と、を備える。図１及び図３に示すように、センサユニット２０は、回転軸１１に回転可能に支持されている回転検出マグネット２１と、磁性体により形成され、回転検出マグネット２１の径方向外周側に設けられている起歪部２２ａ，２２ｂと、起歪部２２ａ，２２ｂに設けられていて、起歪部２２ａ，２２ｂの歪みに応じた歪み信号を出力する歪みセンサ２３ａ，２３ｂと、を有している。以下、モータ１の構成及び動作を具体的に説明する。 As shown in FIGS. 1 and 2, a motor 1 according to the present embodiment includes a motor body 10 that rotates a rotating shaft 11 and a sensor unit 20 that detects rotation of the rotating shaft 11. As shown in FIGS. As shown in FIGS. 1 and 3, the sensor unit 20 includes a rotation detection magnet 21 rotatably supported by the rotation shaft 11, and a magnetic body. and strain sensors 23a and 23b provided in the strain-generating portions 22a and 22b for outputting strain signals according to the strain of the strain-generating portions 22a and 22b. . The configuration and operation of the motor 1 will be specifically described below.
［モータ本体の構成]
図４に示すように、モータ本体１０は、例えば、回転軸１１と、回転軸１１に取り付けられているロータマグネット１２とがロータを構成するインナーロータ型のブラシレスＤＣ（Direct Current）モータである。モータ１において、モータ本体１０は、上述した回転軸１１及びロータマグネット１２の他に、ステータ１３、軸受部１４ａ，１４ｂ、及び、ケース部１５を有している。
[Configuration of motor body]
As shown in FIG. 4, the motor body 10 is, for example, an inner rotor type brushless DC (Direct Current) motor in which a rotating shaft 11 and a rotor magnet 12 attached to the rotating shaft 11 constitute a rotor. In the motor 1, a motor body 10 has a stator 13, bearing portions 14a and 14b, and a case portion 15 in addition to the rotating shaft 11 and rotor magnet 12 described above.
図４に示すように、ロータマグネット１２は、回転軸１１に対して回転可能に支持されている。ステータ１３は、ロータマグネット１２を含むロータに対して径方向外周側に配置されている。ステータ１３は、その内周面がロータマグネット１２の外周面と対向するように配置されている。 As shown in FIG. 4, the rotor magnet 12 is rotatably supported on the rotating shaft 11 . The stator 13 is arranged on the radially outer peripheral side of the rotor including the rotor magnet 12 . The stator 13 is arranged such that its inner peripheral surface faces the outer peripheral surface of the rotor magnet 12 .
ステータ１３は、ケース部１５の例えば、下側ｂに固定されている。ステータ１３は、具体的には、いずれも不図示の複数の電磁鋼板を積層して形成されたステータコアにインシュレータを介して巻回されたコイルを備えている。 The stator 13 is fixed to, for example, the lower side b of the case portion 15 . Specifically, the stator 13 includes a coil wound around a stator core formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates (not shown) via an insulator.
図４に示すように、軸受部１４ａ，１４ｂは、回転軸１１の軸線ｘ方向に離間して配置されている一対の軸受により構成されている。軸受部１４ａは、回転軸１１の上側ａを支持する。軸受部１４ｂは、回転軸１１の軸受部１４ａよりも下側ｂを支持する。 As shown in FIG. 4, the bearings 14a and 14b are formed of a pair of bearings spaced apart in the axis x direction of the rotating shaft 11. As shown in FIG. The bearing portion 14 a supports the upper side a of the rotating shaft 11 . The bearing portion 14b supports a lower side b of the rotating shaft 11 than the bearing portion 14a.
軸受部１４ａ，１４ｂは、いずれも内輪１４１ａ，１４１ｂ、外輪１４２ａ，１４２ｂ、及び、転動体１４３ａ，１４３ｂを有している。内輪１４１ａ，１４１ｂは、回転軸１１の外周面に装着可能な内周面を有する環状の部材である。内輪１４１ａ，１４１ｂは、回転軸１１の外周面に装着されることにより、回転軸１１とともに回転可能である。外輪１４２ａ，１４２ｂは、内輪１４１ａ，１４１ｂの外周側ｃに設けられている。外輪１４２ａ，１４２ｂは、内輪１４１ａ，１４１ｂと同軸で内輪１４１ａ，１４１ｂよりも大径の環状の部材である。転動体１４３ａ，１４３ｂは、内輪１４１ａ，１４１ｂと外輪１４２ａ、１４２ｂとの間に複数配置されている球状の部材である。 Each of the bearing portions 14a and 14b has inner rings 141a and 141b, outer rings 142a and 142b, and rolling elements 143a and 143b. The inner rings 141 a and 141 b are annular members having inner peripheral surfaces that can be attached to the outer peripheral surface of the rotating shaft 11 . The inner rings 141 a and 141 b are rotatable together with the rotating shaft 11 by being mounted on the outer peripheral surface of the rotating shaft 11 . The outer rings 142a, 142b are provided on the outer peripheral side c of the inner rings 141a, 141b. The outer rings 142a and 142b are annular members coaxial with the inner rings 141a and 141b and having a larger diameter than the inner rings 141a and 141b. The rolling elements 143a, 143b are spherical members arranged between the inner rings 141a, 141b and the outer rings 142a, 142b.
図４に示すように、ケース部１５は、ロータマグネット１２を含むロータ及びステータ１３を収容している。ケース部１５は、第１ケース部１５１と第２ケース部１５２とを有する。第１ケース部１５１は、軸受部１４ａ，１４ｂを介して回転軸１１を支持するとともにモータ本体１０のステータ１３を収容する。第２ケース部１５２は、第１ケース部１５１とセンサユニット２０の後述する起歪部２２ａ，２２ｂとを支持する。 As shown in FIG. 4 , the case portion 15 accommodates the rotor including the rotor magnet 12 and the stator 13 . The case portion 15 has a first case portion 151 and a second case portion 152 . The first case portion 151 supports the rotating shaft 11 via the bearing portions 14 a and 14 b and accommodates the stator 13 of the motor body 10 . The second case portion 152 supports the first case portion 151 and strain-generating portions 22a and 22b of the sensor unit 20, which will be described later.
第１ケース部１５１は、例えば回転軸１１及び軸受部１４ａ，１４ｂを収容する軸受ハウジング１５３と、ステータ１３を支持するステータ支持部１５４とを有する。軸受ハウジング１５３は、第２ケース部１５２の軸線ｘと同軸または略同軸の中心軸に支持される中空の筒状部分である。軸受ハウジング１５３は、一対の軸受部１４ａ，１４ｂを介して回転軸１１を回転可能に支持している。軸受ハウジング１５３は、軸線ｘ方向の一端（上側ａ）に軸受部１４ａを支持する軸受支持部１５５ａと、軸線ｘ方向の他端（下側ｂ）に軸受部１４ｂを支持する軸受支持部１５５ｂとを備える。軸受支持部１５５ａ，１５５ｂは、それぞれ、軸受ハウジング１５３の内周面に形成されている。ステータ支持部１５４は、軸受支持部１５５ｂが設けられている軸受ハウジング１５３の軸線ｘ方向の他端側（下側ｂ）と連接して形成されている。ステータ支持部１５４は、軸受ハウジング１５３よりも径方向外周側に拡径されたような筒状または略円筒形状に形成されている。ステータ支持部１５４は、その下側ｂの内周面にステータ１３が支持されている。 The first case portion 151 has, for example, a bearing housing 153 that accommodates the rotary shaft 11 and the bearing portions 14 a and 14 b, and a stator support portion 154 that supports the stator 13 . The bearing housing 153 is a hollow cylindrical portion supported by a central axis that is coaxial or substantially coaxial with the axis x of the second case portion 152 . The bearing housing 153 rotatably supports the rotary shaft 11 via a pair of bearings 14a and 14b. The bearing housing 153 has a bearing support portion 155a that supports the bearing portion 14a at one end (upper side a) in the direction of the axis x, and a bearing support portion 155b that supports the bearing portion 14b at the other end (lower side b) in the direction of the axis x. Prepare. The bearing support portions 155a and 155b are formed on the inner peripheral surface of the bearing housing 153, respectively. The stator support portion 154 is formed so as to be connected to the other end side (lower side b) of the bearing housing 153 in the direction of the axis x where the bearing support portion 155b is provided. The stator support portion 154 is formed in a tubular or substantially cylindrical shape having a diameter that is expanded radially outward from the bearing housing 153 . The stator 13 is supported on the inner peripheral surface of the lower side b of the stator support portion 154 .
第２ケース部１５２は、円筒形状または略円筒形状に形成されている第２ケース部本体１５６の軸線ｘ方向における一方側（上側ａ）に、センサユニット２０の起歪部２２ａ，２２ｂを支持するベース部１５７が形成されている。ベース部１５７は、軸線ｘに対応する位置に、回転軸１１の一端部を挿通可能な軸孔部１５８が形成されている。また、第２ケース部１５２は、第２ケース部本体１５６の内周面に第１ケース部１５１の軸受ハウジング１５３を収容する軸受ハウジング収容部１５９を有する。 The second case portion 152 supports the strain-generating portions 22a and 22b of the sensor unit 20 on one side (upper side a) in the direction of the axis x of the second case portion main body 156 formed in a cylindrical shape or a substantially cylindrical shape. A base portion 157 is formed. The base portion 157 has a shaft hole portion 158 formed at a position corresponding to the axis x, through which one end portion of the rotating shaft 11 can be inserted. Further, the second case portion 152 has a bearing housing accommodating portion 159 that accommodates the bearing housing 153 of the first case portion 151 on the inner peripheral surface of the second case portion main body 156 .
なお、本実施の形態に係るモータ１は、インナーロータ型またはアウターロータ型、あるいはＤＣモータまたはＡＣモータなどの種類、及び、相数、極数などの仕様に限定されない。 The motor 1 according to the present embodiment is not limited to the inner rotor type or outer rotor type, DC motor or AC motor, and specifications such as the number of phases and the number of poles.
［センサユニットの構成］
センサユニット２０は、図１乃至図４に示すように、回転検出マグネット２１が回転軸１１に回転可能に支持されている。また、図３に示すように、センサユニット２０は、歪みセンサ２３ａ，２３ｂが設けられている起歪部２２ａ，２２ｂが、上述したように第２ケース部１５２のベース部１５７に支持されている。
[Configuration of sensor unit]
As shown in FIGS. 1 to 4, the sensor unit 20 has a rotation detecting magnet 21 rotatably supported on the rotating shaft 11. As shown in FIGS. Further, as shown in FIG. 3, in the sensor unit 20, the strain generating portions 22a and 22b provided with the strain sensors 23a and 23b are supported by the base portion 157 of the second case portion 152 as described above. .
図５は、センサユニット２０の拡大上面図である。図５に示すように、回転検出マグネット２１は、マグネット部２１１、及び、マグネットカバー２１２を有する。回転検出マグネット２１は、径方向外周側に向かって磁束を出すように、着磁方向がマグネット部２１１の中心の軸線ｘから外周側となるように構成されている。このため、回転検出マグネット２１は、回転軸１１の中心に向かって対向する位置に２極、すなわち、外周部２１６にＮ極、回転軸１１に面している内周部２１７にＳ極がそれぞれ配置されている。 FIG. 5 is an enlarged top view of the sensor unit 20. FIG. As shown in FIG. 5 , the rotation detection magnet 21 has a magnet portion 211 and a magnet cover 212 . The rotation detection magnet 21 is configured such that the magnetization direction is the outer peripheral side from the axis x at the center of the magnet portion 211 so as to emit magnetic flux toward the outer peripheral side in the radial direction. For this reason, the rotation detecting magnet 21 has two poles at positions facing toward the center of the rotating shaft 11 , that is, an outer peripheral portion 216 having an N pole and an inner peripheral portion 217 facing the rotating shaft 11 having an S pole. are placed.
図６は、回転検出マグネット２１の上面図である。図６に示すように、マグネット部２１１は、複数個のマグネット２１１１により構成されている。マグネット２１１１は、上述のように複数個、例えば、４つに分割されているものを組み合わせることにより回転検出マグネット２１において径方向外周側と内周側とに磁束を発生しているマグネット部２１１を構成している。 FIG. 6 is a top view of the rotation detection magnet 21. FIG. As shown in FIG. 6 , the magnet section 211 is composed of a plurality of magnets 2111 . By combining a plurality of magnets 2111, for example, four divided magnets 2111 as described above, the magnet portion 211 generating magnetic fluxes on the radially outer and inner peripheral sides of the rotation detecting magnet 21 is formed. Configure.
マグネット２１１１は、上述のように複数個のいずれもが外周側と内周側とが同極（例えば、外周側がＮ極、内周側がＳ極）となるように構成されている。マグネット２１１１は、中心角β１で等分に分割されている。マグネット２１１１は、回転軸１１に取り付けられて回転させる際に抵抗となりにくいように、例えば、それぞれ外周側の形状が円弧形状に形成されている。また、マグネット２１１１は、それぞれ内周側の内周部２１７が形成されている位置に回転軸１１を挿通するための円弧状の切り欠きが形成されている。このため、マグネット２１１１は、それぞれ扇形に形成されている。 As described above, the magnets 2111 are configured such that all of the magnets 2111 have the same poles on the outer peripheral side and the inner peripheral side (for example, the N pole on the outer peripheral side and the S pole on the inner peripheral side). The magnet 2111 is equally divided at a central angle β1. The magnets 2111 are each formed, for example, in an arc shape on the outer peripheral side so as not to cause resistance when attached to the rotating shaft 11 and rotated. Also, the magnet 2111 is formed with an arc-shaped notch for inserting the rotating shaft 11 at the position where the inner peripheral portion 217 is formed on the inner peripheral side. Therefore, the magnets 2111 are each formed in a sector shape.
マグネットカバー２１２は、径方向外周側の周方向の形状が、円形状に形成されていて、中心部に回転軸１１を挿通可能な挿通孔２１４が形成されている。マグネットカバー２１２は、回転検出マグネット２１における複数個のマグネット２１１１を複数個組み合わせて回転軸１１を中心とした中心角β２の扇状のマグネット部２１１を構成することができるように、マグネット２１１１を上記扇状の形状に収容してマグネット部２１１を構成する収容部２１５を有する。なお、収容部２１５の形状は、収容するマグネット部２１１の形状に対応して定められているため、上述の形状には限定されない。 The magnet cover 212 has a circular circumferential shape on the radially outer side, and an insertion hole 214 through which the rotary shaft 11 can be inserted is formed in the center. The magnet cover 212 has the magnets 2111 arranged in a sector shape so that a plurality of the magnets 2111 in the rotation detection magnet 21 can be combined to form a sector-shaped magnet portion 211 with a central angle β2 around the rotation shaft 11 . It has an accommodation portion 215 that accommodates the magnet portion 211 in a shape of . Note that the shape of the accommodation portion 215 is determined in accordance with the shape of the magnet portion 211 to be accommodated, and is not limited to the shape described above.
回転検出マグネット２１は、以上のように、例えば、中心角β１で等分に分割されている扇形に形成されている複数個のマグネット２１１１を組み合わせてマグネットカバー２１２に保持されてマグネット部２１１を構成している。このため、回転検出マグネット２１においてマグネット部２１１は、回転軸１１を中心に中心角β２＝１８０°以上の扇形状に形成されている。ここで、回転検出マグネット２１において、円弧状に配置されているマグネット部２１１の中心角β２のうち１８０°を超える両端部の角度の範囲をオーバーラップ角αという。また、マグネット部２１１において、オーバーラップ角αに対応する弧の範囲をオーバーラップ部２１３とする。マグネット部２１１は、例えば、β２＝２１０°である場合、そのオーバーラップ角α＝１５°となる。なお、マグネット２１１１の中心角β１、マグネット部２１１の中心角β２、及びオーバーラップ角αは、上述の値には限定されない。 As described above, the rotation detection magnet 21 is held by the magnet cover 212 by combining a plurality of sector-shaped magnets 2111 equally divided by the central angle β1, for example, to form the magnet portion 211. are doing. For this reason, the magnet portion 211 of the rotation detection magnet 21 is formed in a fan shape centered on the rotation shaft 11 with a central angle β2=180° or more. Here, in the rotation detecting magnet 21, the angle range of both ends exceeding 180° in the center angle β2 of the magnet portion 211 arranged in an arc shape is called an overlap angle α. Also, in the magnet portion 211 , an arc range corresponding to the overlap angle α is defined as an overlapping portion 213 . For example, when β2=210°, the magnet portion 211 has an overlap angle α=15°. Note that the central angle β1 of the magnet 2111, the central angle β2 of the magnet portion 211, and the overlap angle α are not limited to the values described above.
以上のように構成されていることにより、回転検出マグネット２１は、Ｎ極とＳ極との２極のうち、外周面においてＮ極の磁束の方がＳ極の磁束よりも強くなっている。つまり、回転検出マグネット２１は、一方の磁束と他方の磁束が径方向において異なっている。回転検出マグネット２１は、強い磁極であるＮ極の磁極幅が、弱い磁極であるＳ極の磁極幅よりもオーバーラップ部２１３の範囲に対応して所定倍、好ましくは１．２５倍以上広い。また、回転検出マグネット２１は、弱い磁極部の磁束は限りなくゼロに近い方が望ましい。 With the above configuration, the rotation detection magnet 21 has two poles, the N pole and the S pole, and the magnetic flux of the N pole is stronger than the magnetic flux of the S pole on the outer peripheral surface. That is, in the rotation detection magnet 21, one magnetic flux and the other magnetic flux are different in the radial direction. In the rotation detection magnet 21, the magnetic pole width of the N pole, which is a strong magnetic pole, is wider than the magnetic pole width of the S pole, which is a weak magnetic pole, by a predetermined amount corresponding to the range of the overlapping portion 213, preferably 1.25 times or more. Further, it is desirable that the magnetic flux of the weak magnetic pole portion of the rotation detection magnet 21 is as close to zero as possible.
図１乃至図３、及び、図５に示すように、センサユニット２０において、起歪部２２ａ，２２ｂは、回転軸１１の全周を分割するように複数個、例えば、２個設けられている。具体的には、起歪部２２ａ，２２ｂは、回転軸１１の中心に向かって対向する位置に２個が１組として設けられている。歪みセンサ２３ａ，２３ｂは、起歪部２２ａ，２２ｂのそれぞれに設けられている。起歪部２２ａ，２２ｂは、それぞれ、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂと、支持部２２２ａ，２２２ｂとを有する。図３において、破線は、起歪部２２ａ，２２ｂにおける、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂとして機能する部位を図示している。起歪部２２ａ，２２ｂは、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂ及び支持部２２２ａ，２２２ｂが、磁性体により一体となって形成されている。なお、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂ及び支持部２２２ａ，２２２ｂは、必ずしも一体に形成されている必要はなく、支持部２２２ａ，２２２ｂが起歪部本体２２１ａ，２２１ｂを支持する構造を有していれば、別体であってもよい。 As shown in FIGS. 1 to 3 and 5, in the sensor unit 20, a plurality of, for example, two, strain-generating portions 22a and 22b are provided so as to divide the entire circumference of the rotating shaft 11. . Specifically, the strain-generating portions 22 a and 22 b are provided as a pair at positions facing each other toward the center of the rotating shaft 11 . The strain sensors 23a and 23b are provided in the strain generating portions 22a and 22b, respectively. The strain-flexing portions 22a and 22b respectively have strain-flexing portion bodies 221a and 221b and support portions 222a and 222b. In FIG. 3, dashed lines indicate portions of the strain-flexing portions 22a and 22b that function as the strain-flexing portion main bodies 221a and 221b. The strain-generating portions 22a and 22b are formed by integrally forming strain-generating portion main bodies 221a and 221b and supporting portions 222a and 222b from a magnetic material. The strain-generating portion main bodies 221a and 221b and the support portions 222a and 222b do not necessarily need to be integrally formed. Alternatively, they may be separate bodies.
起歪部本体２２１ａ，２２１ｂは、支持部２２２ａ，２２２ｂの径方向外周側から回転軸１１の中心に向かって延びるように形成されている。起歪部本体２２１ａ，２２１ｂは、回転検出マグネット２１が回転軸１１とともに回転することによる磁極変化に応じて歪みが生じるように、磁石によって引き寄せられる（磁気吸引される）磁性体としての性質を有している。起歪部本体２２１ａ，２２１ｂは、先端部２２４ａ，２２４ｂが回転検出マグネット２１の外周面の形状に対応して円弧状または略円弧状に形成されていてもよい。なお、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂの形状は、回転検出マグネット２１の磁気吸引により歪みを生じうる形状であれば、図１乃至図３などに示した形状には限定されない。さらに、起歪部２２ａ，２２ｂは、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂの歪み方向は特に限定しない。 The strain-generating portion main bodies 221a and 221b are formed so as to extend toward the center of the rotating shaft 11 from the radially outer peripheral sides of the support portions 222a and 222b. The strain-generating portion main bodies 221 a and 221 b have properties as magnetic bodies that are attracted (magnetically attracted) by magnets so that strain is generated according to magnetic pole changes caused by the rotation of the rotation detecting magnet 21 together with the rotating shaft 11 . are doing. The strain-generating part main bodies 221 a and 221 b may have distal ends 224 a and 224 b formed in an arc shape or a substantially arc shape corresponding to the shape of the outer peripheral surface of the rotation detection magnet 21 . The shape of the strain-generating portion main bodies 221a and 221b is not limited to the shapes shown in FIGS. Further, the strain-flexing portion main bodies 221a and 221b of the strain-flexing portions 22a and 22b are not particularly limited in the strain direction.
支持部２２２ａ，２２２ｂは、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂの径方向外周側の外周端部２２３ａ，２２３ｂをケース部１５の第２ケース部１５２のベース部１５７に支持する。支持部２２２ａ，２２２ｂの形状は、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂをモータ本体１０側に固定可能であればよい。また、支持部２２２ａ，２２２ｂの形状は、上述のように円弧状または略円弧状に分割されて形成されているものに限定されず、支持部２２２ａ，２２２ｂが一体に形成されているものであってもよい。なお、支持部２２２ａ，２２２ｂは、分割されて形成されている場合、ベース部１５７への取り付け位置を調整することにより、それぞれの歪み出力の位相を調整することができる。 The supporting portions 222 a and 222 b support radially outer peripheral end portions 223 a and 223 b of the strain-generating portion bodies 221 a and 221 b on the base portion 157 of the second case portion 152 of the case portion 15 . The support portions 222a and 222b may have any shape as long as the strain generating portion main bodies 221a and 221b can be fixed to the motor main body 10 side. Further, the shape of the support portions 222a and 222b is not limited to those formed by being divided into circular or substantially circular arc shapes as described above, and the support portions 222a and 222b may be integrally formed. may When the support portions 222a and 222b are divided and formed, the phase of each distortion output can be adjusted by adjusting the attachment position to the base portion 157. FIG.
歪みセンサ２３ａ，２３ｂは、起歪部２２ａ，２２ｂにおいて磁極変化に応じて歪みが生じる箇所、例えば、支持部２２２ａ，２２２ｂの外周端部２２３ａ，２２３ｂに配置されている。歪みセンサ２３ａ，２３ｂは、具体的には、一方の歪みセンサ２３ａが強い磁極（本実施の形態においてＮ極）部の中心にあるときに、他方の歪みセンサ２３ｂが弱い磁極（本実施の形態においてＳ極）の中心に位置するようにそれぞれ支持部２２２ａ及び支持部２２２ｂに取り付けるのが望ましい。歪みセンサ２３ａ，２３ｂは、取り付けられている部材に生じる歪みを検出し、検出した歪みに応じて変化する電気信号を出力する歪みゲージ、圧電素子などのセンサである。 The strain sensors 23a and 23b are arranged at locations where strain occurs in the strain-generating portions 22a and 22b according to changes in the magnetic poles, for example, at the outer peripheral end portions 223a and 223b of the support portions 222a and 222b. Specifically, when one strain sensor 23a is at the center of a strong magnetic pole (N pole in this embodiment), the other strain sensor 23b is at a weak magnetic pole (N pole in this embodiment). It is desirable to attach them to the support portion 222a and the support portion 222b so as to be positioned at the center of the S pole at the bottom. The strain sensors 23a and 23b are sensors, such as strain gauges and piezoelectric elements, that detect strain occurring in members to which they are attached and output electrical signals that change according to the detected strain.
なお、歪みセンサ２３ａ，２３ｂは、起歪部２２ａ，２２ｂにおいて磁極変化に応じて所望の歪みを生じる箇所に取り付ければよく、上述の箇所に限定されない。また、歪みセンサ２３ａ，２３ｂは、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂなど起歪部２２ａ，２２ｂに生じる歪みの方向により、取り付ける方向を合わせることが可能である。また、歪みセンサ２３ａ，２３ｂは、歪みに応じて変化する電気信号を出力することができれば歪みゲージに限定されない。また、センサユニット２０において、取り付けられている歪みセンサの数は、２つに限定されない。 The strain sensors 23a and 23b are not limited to the locations described above, as long as they are attached to the strain-generating portions 22a and 22b at locations where desired strain is generated in accordance with changes in the magnetic poles. Moreover, the strain sensors 23a and 23b can be attached in the same direction depending on the direction of strain generated in the strain-generating portions 22a and 22b such as the strain-generating portion main bodies 221a and 221b. Moreover, the strain sensors 23a and 23b are not limited to strain gauges as long as they can output electrical signals that change according to strain. Also, the number of strain sensors attached to the sensor unit 20 is not limited to two.
［モータの動作］
次に、以上説明した構成を備えるモータ１の動作について説明する。
[Motor operation]
Next, the operation of the motor 1 having the configuration described above will be described.
モータ１は、駆動電流が流れることで、回転軸１１が回転する。モータ１の回転軸１１は、図１乃至図４に示すように、軸受ハウジング１５３に装着された一対の軸受部１４ａ，１４ｂによって回転可能に支持されている。センサユニット２０の回転検出マグネット２１は、回転軸１１とともに回転可能に取り付けられている。このため、モータ１が駆動されることによって回転軸１１が軸線ｘを中心に回転し、それに伴って回転検出マグネット２１も軸線ｘを中心に回転する。 Motor 1 rotates rotary shaft 11 when drive current flows. A rotating shaft 11 of the motor 1 is rotatably supported by a pair of bearings 14a and 14b mounted in a bearing housing 153, as shown in FIGS. A rotation detection magnet 21 of the sensor unit 20 is attached rotatably along with the rotating shaft 11 . Therefore, when the motor 1 is driven, the rotary shaft 11 rotates about the axis x, and accordingly the rotation detecting magnet 21 also rotates about the axis x.
図７は、センサユニット２０と回転軸１１の回転位置との関係を示す模式図である。図７は、モータ１が備えるモータ本体１０の回転軸１１、及び、センサユニット２０のみを図示している。以下の説明において、センサユニット２０の歪みセンサ２３ａが回転検出マグネット２１の強い磁極であるＮ極に近接している状態を回転角θ＝０°とする。 FIG. 7 is a schematic diagram showing the relationship between the sensor unit 20 and the rotational position of the rotary shaft 11. As shown in FIG. FIG. 7 shows only the rotary shaft 11 of the motor body 10 and the sensor unit 20 provided in the motor 1. FIG. In the following description, the state in which the strain sensor 23a of the sensor unit 20 is close to the strong magnetic pole of the rotation detection magnet 21, ie, the rotation angle θ=0°.
図７に示すように、センサユニット２０は、回転角θ＝０°，３６０°のとき、回転検出マグネット２１のマグネット部２１１の中心角β２の中点付近が、起歪部本体２２１ａの先端部２２４ａ（図５参照）と径方向において対向している。このとき、マグネット部２１１の径方向外周側から、強い磁極（Ｎ極）の磁束が、起歪部２２ａの起歪部本体２２１ａに向かって発生している。起歪部本体２２１ａを含めて起歪部２２ａは、上述のように磁性体により形成されているため、回転検出マグネット２１のマグネット部２１１から発生する磁束により吸引される。 As shown in FIG. 7, in the sensor unit 20, when the rotation angle θ is 0° and 360°, the vicinity of the middle point of the center angle β2 of the magnet portion 211 of the rotation detection magnet 21 is the tip portion of the strain-generating portion main body 221a. 224a (see FIG. 5) in the radial direction. At this time, a strong magnetic pole (N pole) magnetic flux is generated from the radially outer peripheral side of the magnet portion 211 toward the strain-generating portion body 221a of the strain-generating portion 22a. Since the strain-generating portion 22 a including the strain-generating portion main body 221 a is made of a magnetic material as described above, it is attracted by the magnetic flux generated from the magnet portion 211 of the rotation detecting magnet 21 .
図８は、モータ１のセンサユニット２０が有する歪みセンサ２３ａ及び歪みセンサ２３ｂが出力する波形と回転軸１１の回転位置との関係を示す図である。図８において、横軸は、回転軸１１及び回転検出マグネット２１の回転角θを示している。また、図８において、縦軸は、歪みセンサ２３ａが出力する歪み量ε１及び歪みセンサ２３ｂが出力する歪み量ε２を示している。 FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the waveforms output by the strain sensors 23a and 23b of the sensor unit 20 of the motor 1 and the rotational position of the rotating shaft 11. As shown in FIG. In FIG. 8, the horizontal axis indicates the rotation angle .theta. In FIG. 8, the vertical axis indicates the strain amount ε1 output by the strain sensor 23a and the strain amount ε2 output by the strain sensor 23b.
図８に示すように、歪みセンサ２３ａ，２３ｂは、上述した回転軸１１に取り付けられている回転検出マグネット２１の回転位置と起歪部２２ａ，２２ｂとの位置の関係により、それぞれの位置に対応した歪み量を示す電気信号（歪み信号）を出力する。具体的には、起歪部２２ａが回転検出マグネット２１のマグネット部２１１に吸引されることにより、回転角θ＝０°，３６０°のとき、起歪部本体２２１ａに取り付けられている歪みセンサ２３ａが出力する歪み量ε１は、最も大きな値となる。 As shown in FIG. 8, the strain sensors 23a and 23b correspond to respective positions according to the positional relationship between the rotational position of the rotation detection magnet 21 attached to the rotating shaft 11 and the strain-generating portions 22a and 22b. An electrical signal (distortion signal) indicating the amount of distortion applied is output. Specifically, when the strain-generating portion 22a is attracted to the magnet portion 211 of the rotation detecting magnet 21, the strain sensor 23a attached to the strain-generating portion main body 221a is pulled when the rotation angle θ is 0° and 360°. The distortion amount ε1 output by is the largest value.
一方、回転角θ＝０°，３６０°のとき、起歪部本体２２１ｂを含めて起歪部２２ｂは、マグネット部２１１の径方向外周側から発生する磁束から離間している。このため、起歪部本体２２１ｂを含めて起歪部２２ｂは、回転検出マグネット２１のマグネット部２１１から発生する磁束により吸引される力が弱まる。そして、歪みセンサ２３ｂが出力する歪み量ε２は、最も小さくなる。 On the other hand, when the rotation angles θ=0° and 360°, the strain-generating portion 22b including the strain-generating portion main body 221b is separated from the magnetic flux generated from the radially outer peripheral side of the magnet portion 211 . Therefore, the force of attraction by the magnetic flux generated from the magnet portion 211 of the rotation detecting magnet 21 is weakened in the strain-generating portion 22b including the strain-generating portion main body 221b. Then, the strain amount ε2 output by the strain sensor 23b is the smallest.
図７に示すように、センサユニット２０は、回転角θ＝１８０°のとき、回転検出マグネット２１のマグネット部２１１の中心角β２の中点付近が、起歪部本体２２１ｂの先端部２２４ｂ（図５参照）と径方向において対向している。このとき、マグネット部２１１の径方向外周側から、強い磁極（Ｎ極）の磁束が、起歪部２２ｂの起歪部本体２２１ｂに向かって発生している。起歪部本体２２１ｂを含めて起歪部２２ｂも、起歪部２２ａと同様に磁性体により形成されているため、回転検出マグネット２１のマグネット部２１１から発生する磁束により最も強く吸引される。 As shown in FIG. 7, in the sensor unit 20, when the rotation angle θ=180°, the vicinity of the midpoint of the center angle β2 of the magnet portion 211 of the rotation detection magnet 21 is the tip end portion 224b (Fig. 5) in the radial direction. At this time, a magnetic flux of a strong magnetic pole (N pole) is generated from the radially outer peripheral side of the magnet portion 211 toward the strain-generating portion main body 221b of the strain-generating portion 22b. Since the strain-generating portion 22b including the strain-generating portion main body 221b is also formed of a magnetic material like the strain-generating portion 22a, it is most strongly attracted by the magnetic flux generated from the magnet portion 211 of the rotation detecting magnet 21. FIG.
図８に示すように、起歪部２２ｂが回転検出マグネット２１のマグネット部２１１に吸引されることにより、回転角θ＝１８０°のとき、起歪部本体２２１ｂに取り付けられている歪みセンサ２３ｂが出力する歪み量ε２は、最も大きな値となる。 As shown in FIG. 8, when the strain-generating portion 22b is attracted to the magnet portion 211 of the rotation detecting magnet 21, the strain sensor 23b attached to the strain-generating portion main body 221b is moved when the rotation angle θ=180°. The distortion amount ε2 to be output is the largest value.
一方、起歪部本体２２１ａを含めて起歪部２２ａは、マグネット部２１１の径方向外周側から発生する磁束から離間している。このため、起歪部本体２２１ａを含めて起歪部２２ａは、回転検出マグネット２１のマグネット部２１１から発生する磁束により吸引される力が弱まる。そして、歪みセンサ２３ａが出力する歪み量ε２は、最も小さくなる。 On the other hand, the strain-generating portion 22 a including the strain-generating portion main body 221 a is separated from the magnetic flux generated from the radially outer peripheral side of the magnet portion 211 . Therefore, the force of attraction by the magnetic flux generated from the magnet portion 211 of the rotation detecting magnet 21 is weakened in the strain-generating portion 22a including the strain-generating portion main body 221a. Then, the strain amount ε2 output by the strain sensor 23a becomes the smallest.
センサユニット２０は、回転角θ＝９０°，２７０°のとき、回転検出マグネット２１のマグネット部２１１の中心角β２の中点付近が、起歪部本体２２１ａと起歪部本体２２１ｂとの周方向において中間位置にある。このとき、マグネット部２１１の径方向外周側から発生する強い磁極の磁束は、上記中間位置に向かって発生している。このため、起歪部本体２２１ａ，２２１ｂを含めて起歪部２２ａ，２２ｂは、いずれも回転角θ＝０°，１８０°，３６０°のときよりも弱い磁束により吸引される。 In the sensor unit 20, when the rotation angles θ=90° and 270°, the vicinity of the midpoint of the center angle β2 of the magnet portion 211 of the rotation detection magnet 21 is in the circumferential direction between the strain-generating portion main body 221a and the strain-generating portion main body 221b. in the middle position. At this time, a strong magnetic pole magnetic flux generated from the radially outer peripheral side of the magnet portion 211 is generated toward the intermediate position. Therefore, the strain-generating portions 22a and 22b, including the strain-generating portion main bodies 221a and 221b, are attracted by weaker magnetic flux than when the rotation angles θ=0°, 180° and 360°.
図８において、一点鎖線で示す「Mg Edge」で示す範囲は、回転検出マグネット２１のマグネット部２１１のオーバーラップ部２１３に相当する範囲である。このオーバーラップ部２１３に相当する範囲において、歪みセンサ２３ａ，２３ｂが出力する歪み量ε１，ε２は、いずれも回転角θ＝０°，１８０°，３６０°のときよりも小さい。また、歪み量ε１，ε２は、同じ値または近似した値を取る。 In FIG. 8 , a range indicated by “Mg Edge” indicated by a dashed line is a range corresponding to the overlapping portion 213 of the magnet portion 211 of the rotation detection magnet 21 . In the range corresponding to the overlapping portion 213, the strain amounts ε1 and ε2 output by the strain sensors 23a and 23b are smaller than when the rotation angles θ=0°, 180° and 360°. Also, the strain amounts ε1 and ε2 take the same value or approximate values.
図９は、歪みセンサ２３ａが出力する歪み量ε１の波形と歪みセンサ２３ｂが出力する歪み量ε２の波形を正負反転させた波形とを合成した合成波形と回転軸１１の回転位置との関係を示す図である。 FIG. 9 shows the relationship between the combined waveform obtained by synthesizing the waveform of the amount of strain ε1 output by the strain sensor 23a and the waveform of the amount of strain ε2 output by the strain sensor 23b with the polarity reversed, and the rotational position of the rotating shaft 11. FIG. 4 is a diagram showing;
図９に示すように、モータ１は、歪みセンサ２３ａが出力する歪み量ε１及び歪みセンサ２３ｂが出力する歪み量ε２を上記のように合成することにより、センサユニット２０が有する歪みセンサ２３ａ，２３ｂ全体の歪み量εの変化を示す合成波形（合成信号）を生成することができる。ここで、歪み量ε１，ε２の波形は、図８で示したオーバーラップ部２１３において歪み量ε１，と歪み量ε２とが同じ値または近似した値を取るため、このオーバーラップ部２１３の値に基づいて２つの波形を合成することができる。この合成波形は、回転軸１１が１回転するごとに１８０度間隔で２回ゼロクロスする信号として認識することができる。なお、歪み量ε１と歪み量ε２のオーバーラップ部２１３における値は、必ずしも同じ値でなくてもよく、２つの波形を合成することにより、回転軸１１が１回転するごとに１８０度間隔で２回ゼロクロスする信号として認識することができればよい。 As shown in FIG. 9, the motor 1 combines the strain amount .epsilon.1 output by the strain sensor 23a and the strain amount .epsilon.2 output by the strain sensor 23b. It is possible to generate a composite waveform (composite signal) that indicates changes in the overall distortion amount ε. Here, the waveforms of the distortion amounts ε1 and ε2 are the same or similar values in the overlap portion 213 shown in FIG. Two waveforms can be synthesized based on This composite waveform can be recognized as a signal that crosses zero twice at intervals of 180 degrees each time the rotating shaft 11 rotates once. It should be noted that the values of the strain amount ε1 and the strain amount ε2 in the overlapping portion 213 may not necessarily be the same value. It suffices if it can be recognized as a signal that crosses zero times.
図１０は、本発明の実施の形態に係るモータ駆動制御装置３０の構成を概略的に示す機能ブロック図である。モータ駆動制御装置３０は、以上説明したモータ１の駆動を制御する方法（モータ駆動制御方法）を実行する。モータ駆動制御装置３０は、例えば、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）のように、本発明に係るモータ駆動制御装置による下記の機能ブロックを実現するためのプログラムを含む各種コンピュータプログラムを実行可能な情報処理装置と、コンピュータプログラムやプログラム実行時のデータなどを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）のような記憶装置とにより実現される。 FIG. 10 is a functional block diagram schematically showing the configuration of motor drive control device 30 according to the embodiment of the present invention. The motor drive control device 30 executes the method of controlling the drive of the motor 1 (motor drive control method) described above. The motor drive control device 30 is, for example, an MCU (Micro Controller Unit), an information processing device capable of executing various computer programs including programs for realizing the following functional blocks by the motor drive control device according to the present invention. and a storage device such as a ROM (Read Only Memory) that stores computer programs and data when the programs are executed.
図１０に示すように、モータ駆動制御装置３０は、回転位置信号処理回路３１と、制御部３２と、ＰＷＭ信号生成回路３３と、モータ駆動部３４とを備える。 As shown in FIG. 10, the motor drive control device 30 includes a rotation position signal processing circuit 31, a control section 32, a PWM signal generation circuit 33, and a motor drive section .
回転位置信号処理回路３１は、モータ１のセンサユニット２０が有している歪みセンサ２３ａ，２３ｂが出力する、起歪部２２ａ，２２ｂに生じる歪み量（図５参照）ε１，ε２に応じた歪み信号を増幅する。また、回転位置信号処理回路３１は、歪みセンサ２３ａ，２３ｂが出力したアナログ信号である歪み信号をＡ／Ｄ変換処理してデジタル信号にする。回転位置信号処理回路３１は、歪みセンサ２３ａ，２３ｂが出力した歪み信号を図９に示したように合成して１つの波形の信号（合成信号）を生成する。合成された波形は、上述のようにモータ１のモータ本体１０が有する回転軸１１が１回転するごとに１つのパルスを出力する信号である。つまり、回転位置信号処理回路３１は、回転軸１１の回転位置を示す位置信号を出力する。 The rotational position signal processing circuit 31 outputs strain corresponding to the strain amounts ε1 and ε2 generated in the strain generating portions 22a and 22b (see FIG. 5) output by the strain sensors 23a and 23b of the sensor unit 20 of the motor 1. Amplify the signal. Further, the rotational position signal processing circuit 31 converts the distortion signals, which are analog signals output from the distortion sensors 23a and 23b, into digital signals by A/D conversion processing. The rotational position signal processing circuit 31 combines the strain signals output from the strain sensors 23a and 23b as shown in FIG. 9 to generate a single waveform signal (composite signal). The synthesized waveform is a signal that outputs one pulse each time the rotating shaft 11 of the motor body 10 of the motor 1 rotates once, as described above. That is, the rotational position signal processing circuit 31 outputs a position signal indicating the rotational position of the rotating shaft 11 .
制御部３２は、位置信号に応じてモータ１の回転数を制御する制御信号（ＰＷＭデータ）、つまりモータ１を所望の回転数で駆動するのに必要なパルス幅を設定するための信号を出力する。 The control unit 32 outputs a control signal (PWM data) for controlling the rotation speed of the motor 1 according to the position signal, that is, a signal for setting the pulse width necessary to drive the motor 1 at a desired rotation speed. do.
ＰＷＭ信号生成回路３３は、制御部３２から出力された制御信号に基づいてＰＷＭ信号をモータ駆動部３４に出力する。 The PWM signal generation circuit 33 outputs a PWM signal to the motor drive section 34 based on the control signal output from the control section 32 .
モータ駆動部３４は、ＰＷＭ信号生成回路３３から出力されたＰＷＭ信号に基づいてモータ１を駆動するための駆動信号を出力する。 The motor drive section 34 outputs a drive signal for driving the motor 1 based on the PWM signal output from the PWM signal generation circuit 33 .
以上のように、モータ１は、モータ本体１０の回転軸１１の回転を検出するセンサユニット２０が、回転軸１１に回転可能に支持されている回転検出マグネット２１と、磁性体により形成され、回転検出マグネット２１の径方向外周側に設けられている起歪部２２ａ，２２ｂと、起歪部２２ａ，２２ｂの歪みに応じた歪み信号を出力する歪みセンサ２３ａ，２３ｂとを有する。このように構成されているモータ１によれば、回転検出マグネット２１により、回転軸１１の回転に応じて歪みセンサ２３ａ，２３ｂを有する起歪部２２ａ，２２ｂに周期的に歪みが生じることで、回転軸１１の位置、及び、この位置に基づいて回転軸１１の速度を検出することができる。 As described above, in the motor 1, the sensor unit 20 for detecting the rotation of the rotating shaft 11 of the motor main body 10 is formed by the rotation detection magnet 21 rotatably supported by the rotating shaft 11 and the magnetic material, and the sensor unit 20 detects the rotation of the rotating shaft 11. It has strain-generating portions 22a and 22b provided on the radially outer peripheral side of the detection magnet 21, and strain sensors 23a and 23b that output strain signals corresponding to strains of the strain-generating portions 22a and 22b. According to the motor 1 configured in this manner, the rotation detection magnet 21 periodically distorts the strain-generating portions 22a and 22b having the strain sensors 23a and 23b in accordance with the rotation of the rotating shaft 11. The position of the rotating shaft 11 and the speed of the rotating shaft 11 can be detected based on this position.
モータ１は、起歪部２２ａ，２２ｂが、複数個、例えば、回転軸１１の中心に向かって対向する位置に２個が１組として設けられていて、歪みセンサ２３ａ，２３ｂが、起歪部２２ａ，２２ｂのそれぞれに設けられている。このため、モータ１によれば、歪み量ε１、歪み量ε２それぞれに応じた２つの歪み信号を検出することができる。また、モータ１によれば、回転軸１１の回転角θについて位相差が１８０°の歪み信号を検出することができる。なお、起歪部２２ａ，２２ｂの数及び配置は、それぞれの周方向における位置関係が対応付けられていれば、上述の例には限定されない。 The motor 1 has a plurality of strain-generating portions 22a and 22b, for example, two sets of which are provided at positions facing each other toward the center of the rotating shaft 11. 22a and 22b. Therefore, according to the motor 1, two strain signals corresponding to the strain amount ε1 and the strain amount ε2 can be detected. Further, according to the motor 1 , a distortion signal with a phase difference of 180° can be detected for the rotation angle θ of the rotary shaft 11 . Note that the number and arrangement of the strain-generating portions 22a and 22b are not limited to the above example as long as their positional relationships in the circumferential direction are associated with each other.
モータ１は、回転検出マグネット２１のマグネット部２１１が、径方向の外周部と回転軸１１を囲む内周部とにＮ極とＳ極との２極を有している、つまりマグネット部２１１は、着磁方向が外周部２１６に向かっている。回転検出マグネット２１のマグネット部２１１は、着磁方向が外周部２１６に向かっているように構成するために、扇形に形成されている複数個のマグネット２１１１を組み合わせて１つの扇形のマグネット部２１１を構成するようにしている。 In the motor 1, the magnet portion 211 of the rotation detection magnet 21 has two poles, an N pole and an S pole, on the radially outer peripheral portion and the inner peripheral portion surrounding the rotating shaft 11. That is, the magnet portion 211 , the magnetization direction is toward the outer peripheral portion 216 . The magnet portion 211 of the rotation detection magnet 21 is configured such that the magnetization direction is directed toward the outer peripheral portion 216, so that a plurality of fan-shaped magnets 2111 are combined to form one fan-shaped magnet portion 211. I am trying to configure.
以上のように構成されていることにより、モータ１は、回転検出マグネット２１が回転軸１１とともに回転する際に、起歪部２２ａ，２２ｂが吸引される磁極を一方の磁極（例えば、Ｎ極）に維持することができ、２極のうち他方の磁極（例えば、Ｓ極）により吸引されてしまうことを抑制することができる。 With the configuration described above, the motor 1 rotates the rotation detecting magnet 21 together with the rotating shaft 11 so that the magnetic poles to which the strain-generating portions 22a and 22b are attracted are set to one of the magnetic poles (for example, the N pole). can be maintained, and attraction by the other magnetic pole (for example, the S pole) of the two poles can be suppressed.
モータ１は、回転検出マグネット２１のマグネット部２１１が、回転軸１１を中心に円弧状に形成されている。換言すれば、回転検出マグネット２１において周方向の他の領域にはマグネット部２１１が配置されていない。 In the motor 1 , the magnet portion 211 of the rotation detection magnet 21 is formed in an arc shape around the rotating shaft 11 . In other words, the magnet portion 211 is not arranged in other regions in the rotation detection magnet 21 in the circumferential direction.
そして、このような回転検出マグネット２１を有するモータ１によれば、回転軸１１とともに回転検出マグネット２１が回転する際に、２つの磁極のうち一方の磁極が近づいたときにのみ起歪部２２ａ，２２ｂが吸引される。このため、モータ１によれば、回転軸１１の中心に向かって対向する位置に配置されている歪みセンサ２３ａ，２３ｂを用いて回転軸１１の回転位置を検出することができる。 According to the motor 1 having such a rotation detection magnet 21, when the rotation detection magnet 21 rotates together with the rotation shaft 11, only when one of the two magnetic poles approaches, the strain-generating portions 22a and 22a are generated. 22b is aspirated. Therefore, according to the motor 1 , the rotational position of the rotating shaft 11 can be detected using the strain sensors 23 a and 23 b arranged at positions facing each other toward the center of the rotating shaft 11 .
回転検出マグネット２１のマグネット部２１１は、回転軸１１を中心に１８０度以上の円弧状に形成されていて、オーバーラップ部２１３が設けられている。これにより、モータ１は、オーバーラップ部２１３における値に基づいて、図５、図６に示したように歪みセンサ２３ａ，２３ｂが出力する歪み量ε１，ε２の波形を１つの波形に容易に合成することができる。従って、モータ１によれば、１回転１パルスの回転パルス信号を生成することができるため、モータ１の回転軸１１の回転位置を容易に検出し、モータ駆動制御装置３０による適切な駆動制御を行うことができる。 A magnet portion 211 of the rotation detecting magnet 21 is formed in an arc shape of 180 degrees or more around the rotating shaft 11 and has an overlapping portion 213 . As a result, the motor 1 can easily combine the waveforms of the strain amounts ε1 and ε2 output by the strain sensors 23a and 23b into one waveform as shown in FIGS. can do. Therefore, according to the motor 1, since a rotation pulse signal of one pulse per rotation can be generated, the rotational position of the rotating shaft 11 of the motor 1 can be easily detected, and appropriate drive control by the motor drive control device 30 can be performed. It can be carried out.
その他、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明のモータの構成を適宜改変することができる。かかる改変によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。 In addition, those skilled in the art can appropriately modify the configuration of the motor of the present invention according to conventionally known knowledge. As long as the configuration of the present invention is still provided even with such modification, it is, of course, included in the scope of the present invention.
例えば、マグネット２１１１は、回転検出マグネット２１の中心角β１を４つに分割するように形成されているのが好ましいが、分割の数は限定しない。例えば、回転検出マグネット２１においてマグネット２１１１の数が２つまたは３つの場合、出力波形を回路側で補正することで使用可能と考えられる。 For example, the magnet 2111 is preferably formed so as to divide the central angle β1 of the rotation detection magnet 21 into four, but the number of divisions is not limited. For example, when the number of magnets 2111 in the rotation detecting magnet 21 is two or three, it can be used by correcting the output waveform on the circuit side.
また、複数の歪みセンサ２３ａ，２３ｂが出力した歪み量ε１，ε２の値を比較することで、歪み量ε１，ε２の値に含まれるノイズのキャンセル処理、あるいは歪み量ε１，ε２の値に対する温度補償処理などを行うことができる。 Further, by comparing the values of the strain amounts ε1 and ε2 output by the plurality of strain sensors 23a and 23b, noise contained in the strain amounts ε1 and ε2 can be canceled or the temperature can be calculated for the strain amounts ε1 and ε2. Compensation processing and the like can be performed.
また、センサユニット２０が有する回転検出マグネット２１において、マグネットカバー２１２は必須ではない。マグネット部２１１を構成する複数個のマグネット２１１１を保持することができれば、他の形態を採用してもよい。さらに、センサユニット２０において、起歪部２２ａ，２２ｂと回転検出マグネット２１とのギャップの値は、特に限定されない。 Further, the magnet cover 212 is not essential in the rotation detection magnet 21 included in the sensor unit 20 . Other forms may be employed as long as they can hold a plurality of magnets 2111 constituting the magnet portion 211 . Furthermore, in the sensor unit 20, the value of the gap between the strain-generating portions 22a and 22b and the rotation detecting magnet 21 is not particularly limited.
１…モータ、１０…モータ本体、１１…回転軸、１２…ロータマグネット、１３…ステータ、１４ａ，１４ｂ…軸受部、１５…ケース部、２０…センサユニット、２１…回転検出マグネット、２２ａ，２２ｂ…起歪部、２３ａ，２３ｂ…歪みセンサ、３０…モータ駆動制御装置、３１…回転位置信号処理回路、３２…制御部、３３…信号生成回路、３４…モータ駆動部、１４１ａ，１４１ｂ…内輪、１４２ａ，１４２ｂ…外輪、１４３ａ，１４３ｂ…転動体、１５１…第１ケース部、１５２…第２ケース部、１５３…軸受ハウジング、１５４…ステータ支持部、１５５ａ，１５５ｂ…軸受支持部、１５６…第２ケース部本体、１５７…ベース部、１５８…軸孔部、１５９…軸受ハウジング収容部、２１１…マグネット部、２１２…マグネットカバー、２１３…オーバーラップ部、２１４…挿通孔、２１５…収容部、２１６…外周部、２１７…内周部、２２１ａ，２２１ｂ…起歪部本体、２２２ａ，２２２ｂ…支持部、２２３ａ，２２３ｂ…外周端部、２２４ａ，２２４ｂ…先端部、２１１１…マグネット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Motor 10... Motor main body 11... Rotating shaft 12... Rotor magnet 13... Stator 14a, 14b... Bearing part 15... Case part 20... Sensor unit 21... Rotation detection magnet 22a, 22b... Strain-generating portion 23a, 23b Strain sensor 30 Motor drive control device 31 Rotation position signal processing circuit 32 Control unit 33 Signal generation circuit 34 Motor drive unit 141a, 141b Inner ring 142a , 142b... Outer ring 143a, 143b... Rolling element 151... First case part 152... Second case part 153... Bearing housing 154... Stator support part 155a, 155b... Bearing support part 156... Second case Part body 157 Base portion 158 Shaft hole portion 159 Bearing housing accommodating portion 211 Magnet portion 212 Magnet cover 213 Overlap portion 214 Insertion hole 215 Accommodating portion 216 Outer periphery Part 217... Inner peripheral part 221a, 221b... Strain generating part main body 222a, 222b... Support part 223a, 223b... Outer peripheral end part 224a, 224b... Tip part 2111... Magnet
Claims (11)
前記センサユニットは、
前記回転軸に回転可能に支持されている回転検出マグネットと、
前記回転検出マグネットの径方向外周側に設けられていて、前記回転検出マグネットが回転することによる磁極変化に応じて歪みが生じる起歪部と、
前記起歪部に設けられていて、前記起歪部の歪みに応じた歪み信号を出力する歪みセンサと、
を有していて、
前記モータ本体は、
前記回転軸と前記回転軸に回転可能に支持されているロータマグネットとを含むロータと、
前記ロータに対して径方向に対向して配置されているステータと、
前記ロータ及び前記ステータを収容しているケース部と、
を有していて、
前記起歪部は、
径方向外周側から中心に向かって延びるように形成されていて、磁極変化に応じて歪みが生じる起歪部本体と、
前記起歪部本体の径方向外周側の外周端部を前記ケース部に支持する支持部と、
を有している、モータ。 A motor comprising a motor body that rotates a rotating shaft and a sensor unit that detects rotation of the rotating shaft,
The sensor unit is
a rotation detection magnet rotatably supported by the rotating shaft;
a strain-generating portion provided on the radially outer peripheral side of the rotation detection magnet and generating strain in accordance with a change in magnetic pole due to rotation of the rotation detection magnet;
a strain sensor provided in the strain-generating portion and configured to output a strain signal corresponding to the strain of the strain-generating portion;
and
The motor body is
a rotor including the rotating shaft and a rotor magnet rotatably supported by the rotating shaft;
a stator disposed radially facing the rotor;
a case portion housing the rotor and the stator;
and
The strain-generating portion is
a strain-generating portion main body formed so as to extend toward the center from the radially outer peripheral side, and which is distorted according to a change in the magnetic pole;
a support portion that supports the radially outer peripheral end portion of the strain-generating portion main body on the case portion;
a motor .
前記歪みセンサは、前記起歪部のそれぞれに設けられている、
請求項１に記載のモータ。 A plurality of the strain-generating portions are provided,
The strain sensor is provided in each of the strain-generating parts,
A motor according to claim 1.
請求項２に記載のモータ。 A synthesized signal obtained by synthesizing the strain signals output from each of the plurality of strain sensors corresponds to one rotation of the rotating shaft.
A motor according to claim 2.
請求項２または３に記載のモータ。 Two of the strain-generating portions are provided as a set at positions facing each other toward the center of the rotation shaft,
A motor according to claim 2 or 3.
請求項１に記載のモータ。 The strain sensor is arranged at the outer peripheral end of the strain-generating portion main body,
A motor according to claim 1 .
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のモータ。 The rotation detection magnet has two poles on a radially outer peripheral portion and a radially inner peripheral portion.
A motor according to any one of claims 1 to 5 .
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のモータ。 In the rotation detection magnet, one magnetic flux and the other magnetic flux are different at positions facing toward the center of the rotation axis.
A motor according to any one of claims 1 to 6 .
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のモータ。 The rotation detection magnet is configured by combining a plurality of magnets,
A motor according to any one of claims 1 to 7 .
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のモータ。 The rotation detection magnet is formed in an arc shape of 180 degrees or more around the rotation axis,
A motor according to any one of claims 1 to 8 .
前記位置信号に応じて前記モータの回転数を制御する制御信号を出力する制御部と、
を備えるモータ駆動制御装置であって、
前記モータは、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のモータであり、
前記回転位置信号処理回路は、前記モータの前記センサユニットが有している前記歪みセンサが出力する歪み信号を処理して前記位置信号を出力する、
モータ駆動制御装置。 a rotational position signal processing circuit that outputs a position signal indicating the rotational position of the rotary shaft of the motor;
a control unit that outputs a control signal for controlling the rotation speed of the motor according to the position signal;
A motor drive control device comprising
The motor is the motor according to any one of claims 1 to 9 ,
The rotational position signal processing circuit processes a strain signal output by the strain sensor included in the sensor unit of the motor and outputs the position signal.
Motor drive controller.
前記位置信号に応じて前記モータの回転数を制御する制御信号を出力する制御ステップと、
を実行するモータ駆動制御方法であって、
前記モータは、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のモータであり、
前記回転位置信号処理ステップでは、前記モータの前記センサユニットが有している前記歪みセンサが出力する歪み信号を処理して前記位置信号を出力する、
モータ駆動制御方法。 a rotational position signal processing step of outputting a position signal indicating the rotational position of the rotary shaft of the motor;
a control step of outputting a control signal for controlling the rotation speed of the motor according to the position signal;
A motor drive control method for executing
The motor is the motor according to any one of claims 1 to 9 ,
In the rotational position signal processing step, the strain signal output by the strain sensor included in the sensor unit of the motor is processed and the position signal is output.
Motor drive control method.
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