(57)【要約】【課題】モータから発生する磁界の強度分布を立体的に測定する。【解決手段】モータ２００駆動時の磁界の強度分布の変化を測定する磁界測定装置１００であって、第一ティース２１１に対応する位置に配置される第一磁気光学素子板１１１と、第二ティース２１２に対応する位置に配置され、第一磁気光学素子板１１１と１８０度未満の所定の角度で配置される第二磁気光学素子板１１２と、第一磁気光学素子板１１１、および第二磁気光学素子板１１２に直線偏光の光を出射する投光手段１２０と、第一磁気光学素子板１１１、および第二磁気光学素子板１１２を透過した所定の偏光方向の光を通過させる偏光フィルタ１３０と、偏光フィルタ１３０を通過した光を撮像する撮像手段１４０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ駆動時の磁界の強度分布の変化を測定する磁界測定装置であって、
前記モータのステータの第一ティースに対応する位置に配置される第一磁気光学素子板と、
前記第一ティースとは異なる第二ティースに対応する位置に配置され、前記第一磁気光学素子板と１８０度未満の所定の角度で配置される第二磁気光学素子板と、
前記第一磁気光学素子板、および前記第二磁気光学素子板に直線偏光の光を出射する投光手段と、
前記第一磁気光学素子板、および前記第二磁気光学素子板を透過した、または反射した所定の偏光方向の光を通過させる偏光フィルタと、
前記偏光フィルタを通過した光を撮像する撮像手段と
を備える磁界測定装置。
【請求項２】
前記第一磁気光学素子板、および前記第二磁気光学素子板は、モータの回転軸を含む異なる２面内にそれぞれ配置される
請求項１に記載の磁界測定装置。
【請求項３】
前記第一磁気光学素子板、および前記第二磁気光学素子板は２つの交差する面にそれぞれ配置され、２つの前記面の交線は、前記モータの回転軸と交差する
請求項１に記載の磁界測定装置。
【請求項４】
前記投光手段は、前記第一磁気光学素子板、および前記第二磁気光学素子板に出射するレーザ光を発光するレーザ光源を備え、
前記撮像手段は、前記第一磁気光学素子板、および前記第二磁気光学素子板による磁気光学効果により透過、または反射した前記レーザ光を５００ｆｐｓ以上の速さで撮像する
請求項１から３のいずれか一項に記載の磁界測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動時の磁界の強度分布の変化をリアルタイムで測定する磁界測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、駆動状態のモータから発生している磁界を計測することにより、モータの回転状態を観測する方法が知られている。このようなモータの回転状態を観測する磁界計測装置としては、コイル、ホール素子などのセンサを用いてモータの回転により変化する磁界を測定している。このようなセンサは、所定の点の磁界の変化を測定することはできるが、磁界の強度分布を測定することはできないため、センサを移動させることによって擬似的に磁界の強度分布を測定している。
【０００３】
一方、特許文献１に記載される磁気光学効果素子（ファラデー効果素子）を二次元的に配置し、磁界を二次元的に可視化することなどが試みられている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０３−２１６５６９号公報
【特許文献２】特開２００９−４３９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、提案されている磁気光学効果素子板を用いた装置では、駆動状態のモータの外部に発生する磁界の強度分布を立体的に測定することができない。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み成されたものであり、駆動状態のモータの外部に発生する磁界の強度分布の変動を立体的に観測できる装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の１つである磁界測定装置は、モータ駆動時の磁界の強度分布の変化を測定する磁界測定装置であって、前記モータのステータの第一ティースに対応する位置に配置される第一磁気光学素子板と、前記第一ティースとは異なる第二ティースに対応する位置に配置され、前記第一磁気光学素子板と１８０度未満の所定の角度で配置される第二磁気光学素子板と、前記第一磁気光学素子板、および前記第二磁気光学素子板に直線偏光の光を出射する投光手段と、前記第一磁気光学素子板、および前記第二磁気光学素子板を透過した、または反射した所定の偏光方向の光を通過させる偏光フィルタと、前記偏光フィルタを通過した光を撮像する撮像手段とを備える。
【０００８】
これによれば、ステータの異なる２箇所のティースにそれぞれ対応する位置の磁界の強度分布、およびモータの駆動に伴う磁界の変化を立体的に測定することが可能となる。
【０００９】
また、前記第一磁気光学素子板、および前記第二磁気光学素子板は、モータの回転軸を含む異なる２面内にそれぞれ配置されてもよい。
【００１０】
これによれば、モータから発生する磁界の測定に適した磁気光学素子板の配置にすることができる。また、モータから発生する磁界の強度分布を等高線のようにして立体的に表現することも可能となる。
【００１１】
また、前記第一磁気光学素子板、および前記第二磁気光学素子板は２つの交差する面にそれぞれ配置され、２つの前記面の交線は、前記モータの回転軸と交差するように配置されてもよい。
【００１２】
これによれば、モータの第一ティース、および第二ティース近傍の磁界の強度を広範囲、かつ立体的に測定することができる。
【００１３】
また、前記投光手段は、前記第一磁気光学素子板、および前記第二磁気光学素子板に出射するレーザ光を発光するレーザ光源を備え、前記撮像手段は、前記第一磁気光学素子板、および前記第二磁気光学素子板による磁気光学効果により透過、または反射した前記レーザ光を５００ｆｐｓ以上の速さで撮像してもよい。
【００１４】
これによれば、高速で回転するモータにより変化する磁界の強度分布を光量不足になることなく高い時間分解能で測定することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、駆動するモータの磁界の強度分布を近似的な三次元で測定することができ、モータの最適設計に寄与することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】モータの近傍に配置された磁界測定装置を示す斜視図である。
【図２】磁気光学素子板をモータの内部構造と共に示す平面図である。
【図３】磁界測定装置により取得された１つの像を可視化して示す図である。
【図４】磁界測定装置により取得された１つの像を換算して立体的に示した断面斜視図である。
【図５】モータの近傍に配置された磁界測定装置の別例１を示す斜視図である。
【図６】別例１に係る磁界測定装置の磁気光学素子板の近傍を示す側面図である。
【図７】別例１に係る磁気光学素子板をモータの内部構造と共に示す平面図である。
【図８】モータの近傍に配置された磁界測定装置の別例２を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明に係る磁界測定装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１８】
また、図面は、本発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。
【００１９】
図１は、モータの近傍に配置された磁界測定装置を示す斜視図である。同図に示すように、磁界測定装置１００は、駆動状態のモータ２００の外部に発生している磁界の強度分布の変化を近似的な三次元で測定することができる装置であって、第一磁気光学素子板１１１と、第二磁気光学素子板１１２と、投光手段１２０と、偏光フィルタ１３０と、撮像手段１４０とを備えている。
【００２０】
第一磁気光学素子板１１１、および第二磁気光学素子板１１２を含む磁気光学素子板は、磁気光学効果を発揮しうる素子（結晶）を二次元的に配置して膜状にした部材である。磁気光学効果とは、磁気の強度に対応して入射した光の偏光方向が変化する効果であり、例えばファラデー効果、磁気カー効果などが含まれる。ファラデー効果とは、直線偏光の光を磁気光学素子板に照射し磁気光学素子板に磁界を印加させた場合、透過する光の偏光方向（旋光度）が磁界の強さに応じて回転する、または楕円になる現象である。磁気カー効果とは、直線偏光の光を磁気光学素子板に照射し磁気光学素子板に磁界を印加させた場合、反射する光の偏光方向（旋光度）が磁界の強さに応じて回転する、または楕円になる現象である。
【００２１】
本実施の形態の場合、磁気光学素子板としてガラスなどの透明な基板の表面にファラデー効果素子がコーティングされたものが採用されている。ファラデー効果素子の種類は、特に限定されるものではないが、可視光領域で透明かつ最もファラデー回転角が大きな材料が好ましい。本実施の形態の場合、ファラデー効果素子としてビスマス置換磁性ガーネットが採用されている。
【００２２】
図２は、第一磁気光学素子板と第二磁気光学素子板をモータの内部構造と共に示す平面図である。同図に示すように、第一磁気光学素子板１１１は、測定対象であるモータ２００のステータ２１０の第一ティース２１１に対応する位置に配置されている。第二磁気光学素子板１１２は、第一ティース２１１とは異なる第二ティース２１２に対応する位置に配置されている。ここで、「ティースに対応する位置」との文言は、図２に示すようにティースの直上にある場合ばかりでなく、ティースの近傍、または隣り合うティースの間に配置される場合も含む意味で用いている。
【００２３】
第一磁気光学素子板１１１を含む面と第二磁気光学素子板１１２を含む面とは、１８０度未満の所定の角度で配置されている。具体的な角度は特に限定されるものではなく、例えば、同じ方向で同程度の強度の磁界が発生する異なる２箇所を通過する様な角度に配置してもよく、また相互に逆方向で同程度の強度の磁界が発生する異なる２箇所を通過する様な角度に配置してもかまわない。また、第一磁気光学素子板１１１、第二磁気光学素子板１１２のそれぞれが、光源１２１から出射される光と平行な方向に対する角度は、本実施の形態では等しいが、異なっていてもかまわない。
【００２４】
また本実施の形態の場合、第一磁気光学素子板１１１、および第二磁気光学素子板１１２は、モータ２００の回転軸を含む異なる２面内にそれぞれ配置されている。つまり、モータ２００の回転軸を中心として放射方向に第一磁気光学素子板１１１と第二磁気光学素子板１１２が配置されている。なお、各磁気光学素子板をモータ２００に対して位置決めするために、モータ２００の出力軸体２２０を刺し通すことができ出力軸体２２０の回転に伴って回転しない第一軸受１１３が第一磁気光学素子板１１１に取り付けられ、第二軸受１１４が第二磁気光学素子板１１２に取り付けられている。
【００２５】
投光手段１２０は、第一磁気光学素子板１１１、および第二磁気光学素子板１１２に直線偏光の光を出射する装置である。本実施の形態の場合、投光手段１２０は、光源１２１と、光源１２１から出射された光を直線偏光に変換する偏光部材１２２とを備えている。
【００２６】
光源１２１の種類は特に限定されるものではなく、撮像手段１４０が撮像できる光を出射するものであればよい。光源１２１が出射する光も特に限定されるものではなく、白色光など複数の波長の光を含んだものや、単色光でもかまわない。本実施の形態の場合、磁界測定装置１００は、高速に回転するモータ２００による磁界の変化を時間分解可能に測定するため、光源１２１から出射される光は強い光が好ましい。具体的には、強い光が出射可能な光源１２１としてレーザ光源が採用されている。
【００２７】
光源１２１から出射される光は、第一磁気光学素子板１１１、および第二磁気光学素子板１１２の両方に照射する必要がある。本実施の形態の場合、レーザ光源から出射されたレーザ光をレーザービームエキスパンダにより広げて磁気光学素子板に照射している。なお、光源１２１は１つばかりでなく、第一磁気光学素子板１１１、および第二磁気光学素子板１１２にそれぞれ光源１２１を備えてもよい。さらに、レーザ光源アレイを用いて広い面状の光を出射してもかまわない。
【００２８】
偏光部材１２２は、光源１２１から出射された光を直線偏光に変換する部材である。偏光部材１２２の種類は特に限定されるものではなく、例えば偏光板や、グラントムソン偏光プリズムなどを例示することができる。また、光源１２１から出射した光を広げた後に偏光部材１２２で直線偏光に変換してもよく、また広げる前に直線偏光してもかまわない。なお、光源１２１から出射された光が既に直線偏光であった場合、偏光部材１２２は不要となる。
【００２９】
偏光フィルタ１３０は、第一磁気光学素子板１１１、および第二磁気光学素子板１１２を透過した、または反射した所定の偏光方向の光を通過させる光学フィルタである。偏光フィルタ１３０の種類は、偏光部材１２２と同様、特に限定されるものではない。また、第一磁気光学素子板１１１、および第二磁気光学素子板１１２を透過した、または第一磁気光学素子板１１１、および第二磁気光学素子板１１２で反射した光を偏光フィルタ１３０に透過させてもよく、またレンズなどにより集光した光を偏光フィルタ１３０に透過させてもかまわない。
【００３０】
偏光フィルタ１３０が通過を許容する偏光方向は、調整可能であることが好ましい。つまり、偏光フィルタ１３０は、撮像手段１４０の光軸を中心として回転するフィルタ回転機構を備えることが好ましい。これにより、磁気光学素子板が偏光方向を回転させる角度に応じて偏光フィルタ１３０を回転させることで、強度の強い光を用いて磁界の強度分布を測定することが可能となる。
【００３１】
また、本実施の形態の場合、投光手段１２０から出射された光が第一磁気光学素子板１１１、および第二磁気光学素子板１１２を透過することなく撮像手段１４０に直接入射することを防止するため、第一磁気光学素子板１１１と第二磁気光学素子板１１２の間の対応する位置に、遮蔽部材１５０を備えている。本実施の形態では、偏光フィルタ１３０の一部を黒色に塗りつぶすことにより遮蔽部材１５０を実現している。
【００３２】
撮像手段１４０は、偏光フィルタ１３０を通過した光を撮像する装置である。撮像手段１４０の種類は特に限定されるものではなく、スチルカメラでもよいが、磁界の強度分布の変動を測定する場合には、ビデオカメラが採用される。また、測定対象のモータ２００を高速回転させた際の磁界の強度分布の変動を時間分解したい場合などにおいては、撮像手段１４０は、５００ｆｐｓ以上の速さで撮像するいわゆる高速度カメラを採用することが好ましい。本実施の形態の場合、撮像手段１４０は、撮像画素をマトリクス状に並べて備える撮像素子を備えたいわゆるデジタルビデオカメラである。
【００３３】
図３は、磁界測定装置により取得された１つの像を可視化して示す図である。同図に示す上下方向に延在する黒い帯は、遮蔽部材１５０に対応する部分を示している。また、曲線は、撮像手段１４０が取得した画像データに基づき、同じ輝度、例えば最も明るいピクセルを示している。本願発明では、図３に示すような画像を形成することができる画像データを１秒間に５００枚以上取得している。従って、モータ２００による磁界の強度分布の変化を高い時間分解能で測定することができる。
【００３４】
さらに、撮像手段１４０が取得した画像データに基づき、図４に示すように、立体的な磁界の強度分布を換算により導出することも可能である。
【００３５】
以上説明した実施の形態にかかる磁界測定装置１００によれば、モータ２００の出力軸体２２０から放射方向に広がる磁界であって、ステータ２１０の異なる２箇所の第一ティース２１１、および第二ティース２１２に対応する位置の磁界の強度分布の時間的変化を同時に測定することができる。従って、得られたデータに基づきモータ２００の性能を適切に評価することができ、モータの最適設計に寄与することができる。
【００３６】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。
【００３７】
例えば、図５、図６、図７に示すように、第一磁気光学素子板１１１、および第二磁気光学素子板１１２は、それぞれを含む２つの面の交線がモータ２００の回転軸と交差するように配置されてもよい。これによれば、磁界の強度分布を広範囲に測定することが可能となる。
【００３８】
また、第一磁気光学素子板１１１、および第二磁気光学素子板１１２は、ファラデー効果素子を備えるものばかりでなく、カー効果素子を備えるものでもない。この場合、撮像手段１４０は、第一磁気光学素子板１１１、および第二磁気光学素子板１１２から反射する光を撮像することになるため、図８に示すように、磁界測定装置１００は、ハーフミラ１６０を備えてもよい。ハーフミラ１６０は、第一磁気光学素子板１１１、および第二磁気光学素子板１１２から反射する光の方向を撮像手段１４０に入射するように変換する。
【００３９】
また、第一磁気光学素子板１１１、および第二磁気光学素子板１１２をモータ２００の出力軸体２２０の近傍に配置したが、第一磁気光学素子板１１１、および第二磁気光学素子板１１２をモータ２００に対して出力軸体２２０の反対側に配置してもかまわない。
【００４０】
また、第一磁気光学素子板１１１、および第二磁気光学素子板１１２を出力軸体２２０から放射方向に沿うように配置したが、第一磁気光学素子板１１１、および第二磁気光学素子板１１２を放射方向と直交、または交差するように配置してもかまわない。これにより、モータ２００の周方向における磁界の強度分布を測定することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明はモータから発生する磁界の強度分布の測定に利用でき、特に車両の操舵のパワーアシストに用いられるモータ、車両の操舵を行うモータ、車両を駆動するためのモータなど高出力のモータの磁界の強度分布の測定に利用できる。
【符号の説明】
【００４２】
１００：磁界測定装置、１１１：第一磁気光学素子板、１１２：第二磁気光学素子板、１１３：第一軸受、１１４：第二軸受、１２０：投光手段、１２１：光源、１２２：偏光部材、１３０：偏光フィルタ、１４０：撮像手段、１５０：遮蔽部材、１６０：ハーフミラ、２００：モータ、２１０：ステータ、２１１：第一ティース、２１２：第二ティース、２２０：出力軸体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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