(57)【要約】【課題】永久磁石を用いない位置センサでロータ位置を検出する。【解決手段】位置センサ１は、ステータ３とロータ２と励磁回路と処理部とを有する。筒状のステータ３はシャフト５の回転中心Ｃと同心配置され、内周面３０ａから回転中心Ｃに向かって突設されて互いに対向配置された一対の磁極３１からなる磁極対３２Ａ，３２Ｂを有する。ロータ２はシャフト５に固定され、回転中心Ｃからの距離が一定の基準円筒面２０ａから径方向外側へ突設された少なくとも一対の凸極２１を有する。励磁回路は、各磁極対３２Ａ，３２Ｂの夫々の磁極３１に巻回されたコイルからなるコイル対４Ａ，４Ｂと、各コイル対４Ａ，４Ｂへの電流のオンオフ切り替え用のスイッチとを有する。処理部は、ロータ２の回転時にスイッチをスイッチングし、コイル対４Ａ，４Ｂのインダクタンスの大小関係に基づきロータ位置を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状に形成され、回転するシャフトの回転中心と同心に配置されるとともに、内周面から前記回転中心に向かって突設されて互いに対向配置された一対の磁極からなる磁極対を複数組有するステータと、
前記シャフトに固定されるとともに、前記回転中心からの距離が一定の基準円筒面から径方向外側へ突設された少なくとも一対の凸極を有するロータと、
直流電源に接続されるとともに各組の前記磁極対の夫々の前記磁極に巻回されたコイルからなるコイル対、及び、各々の前記コイル対への電流のオンオフを切り替えるスイッチを有する励磁回路と、
前記スイッチをスイッチングし、前記複数組の前記コイル対のインダクタンスの大小関係に基づいて前記ロータの回転位置を検出する処理部と、を備えた
ことを特徴とする、位置センサ。
【請求項２】
前記励磁回路は、各組の前記コイル対に対して直列に接続された抵抗を有し、
前記処理部は、前記抵抗にかかる電圧値を前記インダクタンスの代わりに取得する
ことを特徴とする、請求項１記載の位置センサ。
【請求項３】
前記励磁回路は、前記直流電源に直列接続された一つの前記スイッチを有する
ことを特徴する、請求項１又は２記載の位置センサ。
【請求項４】
前記ステータは、Ｎを自然数とするとき、周方向に３６０／４Ｎ度ずつずれて配置された２Ｎ組の前記磁極対を有し、
前記処理部は、２Ｎ組の前記コイル対のうち、互いに３６０／２Ｎ度ずれて配置された二組のコイル対の前記インダクタンスの大小関係を比較し、前記大小関係に応じた出力信号を出力する
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の位置センサ。
【請求項５】
Ｎが２以上の自然数であり、互いに３６０／２Ｎ度ずれて配置された二組ずつの前記コイル対の前記インダクタンスの大小関係をそれぞれ比較し、前記大小関係の組み合わせに基づいて前記回転位置及び前記ロータの回転方向を検出する
ことを特徴とする、請求項４に記載の位置センサ。
【請求項６】
前記ロータは、永久磁石以外の磁性体で形成されている
ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の位置センサ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の位置センサと、
前記シャフトと一体回転し、永久磁石を有さないモータロータと、
ハウジングに固定され、永久磁石を有さないモータステータと、を備えた
ことを特徴とする、モータ。
【請求項８】
前記スイッチのスイッチング周波数は、前記モータの使用回転数の上限値と、前記モータの機械角３６０°あたりの電気角とに基づき、（前記回転数上限値／６０）×（前記電気角／３６０）×５以上に決定する
ことを特徴とする、請求項７に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータのロータ回転位置を検出するインダクタンス式の位置センサと、この位置センサを備えたモータとに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータ（特にブラシレスモータ）には、その回転数や回転角度（回転位置）を検出するための検出器（センサ）が付設される。検出器としては、例えば、モータのロータに備えた永久磁石の磁束によりロータの回転位置を検出するホールセンサがある（例えば特許文献１参照）。ホールセンサを備えたブラシレスモータでは、ホールセンサからの出力信号に基づきロータの回転位置を特定し、最適なタイミングで電流を流すことでロータを回転させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２６３９５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ホールセンサと永久磁石とを用いた位置検出手段の場合、磁石の強度（堅牢性）が鉄などの金属に比べて低いことに加え、磁石の加工精度を高めにくいことから、重量バランスの調整や回転軸への固定などに工夫が必要となる。そのため、このような位置検出手段を高速回転にも耐えうるように構成すると、製造コストが嵩むおそれがある。また、ホールセンサのような電子部品は高温環境に弱いものが多く、自動車のエンジン周辺のような高温環境下では使用できない場合がある。
【０００５】
また、永久磁石を使用しないモータ（例えばスイッチトリラクタンスモータ、以下「ＳＲモータ」という）は、マグネットレスにより高い堅牢性や耐熱性といったメリットを有しているが、このＳＲモータに永久磁石を用いた位置検出手段を装備してしまうと、せっかくのメリットが失われてしまうという課題がある。したがって、永久磁石を用いずに、ロータの回転位置を検出可能なセンサの開発が望まれている。
【０００６】
本件は、このような課題に鑑み案出されたもので、ステータに対するロータの回転位置を、永久磁石を用いない位置センサによって検出することを目的の一つとする。また、本件のモータは、永久磁石を用いない位置センサによって回転位置を検出することで、マグネットレスのメリットを活かすことを目的の一つとする。なお、これらの目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）ここで開示する位置センサは、筒状に形成され、回転するシャフトの回転中心と同心に配置されるとともに、内周面から前記回転中心に向かって突設されて互いに対向配置された一対の磁極からなる磁極対を複数組有するステータと、前記シャフトに固定されるとともに、前記回転中心からの距離が一定の基準円筒面から径方向外側へ突設された少なくとも一対の凸極を有するロータと、直流電源に接続されるとともに各組の前記磁極対の夫々の前記磁極に巻回されたコイルからなるコイル対、及び、各々の前記コイル対への電流のオンオフを切り替えるスイッチを有する励磁回路と、前記スイッチをスイッチングし、前記複数組の前記コイル対のインダクタンスの大小関係に基づいて前記ロータの回転位置を検出する処理部と、を備えている。
【０００８】
（２）前記励磁回路は、各組の前記コイル対に対して直列に接続された抵抗を有し、前記処理部は、前記抵抗にかかる電圧値を前記インダクタンスの代わりに取得することが好ましい。
（３）前記励磁回路は、前記直流電源に直列接続された一つの前記スイッチを有することが好ましい。
（４）前記ステータは、Ｎを自然数とするとき、周方向に３６０／４Ｎ度ずつずれて配置された２Ｎ組の前記磁極対を有し、前記処理部は、２Ｎ組の前記コイル対のうち、互いに３６０／２Ｎ度ずれて配置された二組のコイル対の前記インダクタンスの大小関係を比較し、前記大小関係に応じた出力信号を出力することが好ましい。
【０００９】
（５）Ｎが２以上の自然数であり、互いに３６０／２Ｎ度ずれて配置された二組ずつの前記コイル対の前記インダクタンスの大小関係をそれぞれ比較し、前記大小関係の組み合わせに基づいて前記回転位置及び前記ロータの回転方向を検出することが好ましい。
（６）前記ロータは、永久磁石以外の磁性体で形成されていることが好ましい。
【００１０】
（７）また、ここで開示するモータは、上記（１）〜（６）のいずれか一つに記載の位置センサと、前記シャフトと一体回転し、永久磁石を有さないモータロータと、ハウジングに固定され、永久磁石を有さないモータステータと、を備えている。
（８）前記スイッチのスイッチング周波数は、前記モータの使用回転数の上限値と、前記モータの機械角３６０°あたりの電気角とに基づき、（前記上限値／６０）×（前記電気角／３６０）×５以上に決定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
開示の位置センサによれば、複数組のコイル対のインダクタンスの大小関係を比較することで、永久磁石を有しないロータを用いてステータに対するロータの回転位置を検出することができる。また、開示の位置センサによれば、相対比較によってロータの回転位置を検出できるため、例えば位置センサの大元の電源電圧が変動したとしても、検出精度を保つことができる。
また、開示のモータによれば、永久磁石を用いない位置センサによって回転位置を検出することで、マグネットレスのメリットを活かすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る位置センサの磁気回路部を軸方向から見た模式図である。
【図２】図１に示す位置センサの電気回路部を例示する図である。
【図３】ロータの回転によって変化するインダクタンスと、スイッチングにより変化するシャント電圧と、処理部で行われる信号処理の内容とを併せて例示する図であり、機械角９０度の範囲を示す。
【図４】実施形態に係るモータを例示する模式的な分解斜視図である。
【図５】第一変形例に係る位置センサの磁気回路部を軸方向から見た模式図である。
【図６】第二変形例に係る位置センサの磁気回路部を軸方向から見た模式図である。
【図７】図６に示す位置センサの電気回路部を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面を参照して、実施形態としての位置センサ及びモータについて説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
【００１４】
［１．構成］
図１は、本実施形態に係る位置センサ１をシャフト５（回転軸）の軸方向から見た（軸方向視の）模式図である。本実施形態の位置センサ１は、永久磁石を有しないものであり、シャフト５に固定されたロータ２の回転によるインダクタンスＬの変化から、ステータ３に対するロータ２の回転位置（以下「ロータ位置」という）を検出する。
【００１５】
本実施形態では、ロータ２が一回転すると（機械角３６０度のあいだに）２パルスを出力する位置センサ１を例示する。すなわち、本実施形態の位置センサ１は、ロータ位置が、機械角３６０度を４等分した９０度ごとの範囲（例えば０〜９０度，９０〜１８０度，１８０〜２７０度，２７０〜３６０度の４つの範囲）のうち、第一及び第三の範囲（０〜９０度及び１８０〜２７０度）に属するのか、あるいは、第二及び第四の範囲（９０〜１８０度及び２７０〜３６０度）に属するのかを検出（特定）する。なお、ロータ２の一回転でのパルス数は２パルスに限られない。この変形例については後述する。
【００１６】
位置センサ１は、例えば図４に示すようなモータ９に組み込まれる。モータ９は、永久磁石を有していないスイッチトリラクタンスモータ（以下「ＳＲモータ９」という）であり、図示しないハウジングに固定されるモータステータ９Ａと、シャフト５と一体回転するモータロータ９Ｂとを備えている。なお、図４では、位置センサ１のロータ２とステータ３とを分解して示すとともに、ＳＲモータ９のモータステータ９Ａ及びモータロータ９Ｂも分解して示す。モータステータ９Ａには四つのモータティース部９Ｃが設けられており、各モータティース部９Ｃにはインシュレータ９Ｄを介してモータコイル９Ｅが巻回されている。
【００１７】
位置センサ１は、ＳＲモータ９のシャフト５上に配置され、ステータ３がハウジングに固定されるとともにロータ２がシャフト５に固定される。位置センサ１は、図１に示す磁気回路部１Ｍと図２に示す電気回路部１Ｅとから構成され、ロータ位置を検出することで、ＳＲモータ９の回転位置（モータ回転角度）を検出する。磁気回路部１Ｍは、ロータ２，ステータ３及び二組のコイル対４Ａ，４Ｂを有し、電気回路部１Ｅは、処理部６及び励磁回路１０を有する。なお、後述するように、コイル対４Ａ，４Ｂは励磁回路１０にも含まれる要素である。本実施形態のロータ２は、永久磁石以外の磁性体（例えばケイ素鉄やソフトフェライトのような強磁性かつ軟磁性の材料）で形成されている。磁性体は強磁性かつ軟磁性であるとよい。
【００１８】
図１に示すように、ロータ２は、シャフト５の回転中心Ｃからの距離が一定の円筒部２０と、円筒部２０の基準円筒面２０ａから径方向外側へ突設された一対の凸極２１とを有する。一対の凸極２１は同一形状をなし、周方向に互いに１８０度ずれて設けられる。本実施形態の凸極２１は、軸方向視で基準円筒面２０ａに沿う円弧状であり、凸極２１の周方向における両端には角部が設けられる。なお、凸極２１の形状は図１に示すものに限られない。本実施形態のＳＲモータ９は、図４に示すように、ロータ２とモータロータ９Ｂとが同一のシャフト５に固定されており、ロータ２の凸極２１とモータロータ９Ｂの凸極９１とが位相差を保って回転するように配置されている。
【００１９】
図１に示すように、ステータ３は環状（筒状）に形成されており、シャフト５の回転中心Ｃと同心に配置される。本実施形態のステータ３は、軸方向視で円環状の筒部３０と、筒部３０の内周面３０ａから回転中心Ｃに向かって（すなわち径方向内側へ）突設されて互いに対向配置された一対の磁極３１からなる磁極対３２を複数組有する。本実施形態では、周方向に互いに９０度ずれて配置された二組の磁極対３２を有するステータ３を例示する。以下、二組の磁極対３２のうちの一方を第一磁極対３２Ａと呼び、他方を第二磁極対３２Ｂと呼ぶ。なお、四つの磁極３１は、全て同一形状に形成されている。
【００２０】
本実施形態では、二組の磁極対３２Ａ，３２Ｂが位相を９０度ずらして配置される。つまり、ステータ３には、同一形状の四つの磁極３１が周方向に互いに９０度ずれて（すなわち等間隔に）配置される。各磁極３１は、ステータ３の内周面３０ａから径方向に延びるティース３１ａと、ティース３１ａの径方向内側の端部に設けられた羽根状に広がった壁部（以下「羽根３１ｂ」という）とを有し、軸方向視で略Ｔ字状をなす。ティース表面とコイル対４Ａ，４Ｂとはインシュレータ（図示略）により電気的に絶縁される。
【００２１】
二組のコイル対４Ａ，４Ｂは、電流が印加される入力コイルであり、各磁極対３２Ａ，３２Ｂのそれぞれの対向する磁極３１に互いに反対方向に巻回されたコイルからなる。具体的には、第一のコイル対４Ａ（以下「第一コイル対４Ａ」ともいう）は、第一磁極対３２Ａの一方の磁極３１に対して巻回されたコイル４１ａと、他方の磁極３１に対して巻回されたコイル４２ａとから構成される。同様に、第二のコイル対４Ｂ（以下「第二コイル対４Ｂ」ともいう）は、第二磁極対３２Ｂの一方の磁極３１に対して巻回されたコイル４１ｂと、他方の磁極３１に対して巻回されたコイル４２ｂとから構成される。コイル４１ａ，４２ａは、通電時に互いに反対磁極となるように巻回される。図１のように直列接続で連続して巻回される場合、コイル４１ａ，４２ａは回転中心Ｃから各磁極３１を見たときの巻回方向が互いに反対であり、コイル４１ｂ，４２ｂも同様に巻回方向が互いに反対である。なお、隣り合うコイル４１ａ及び４１ｂの巻回方向は同一でもあってもよいし、反対であってもよい。また、これら全てのコイル４１ａ，４２ａ，４１ｂ，４２の巻数は同一である。
【００２２】
図２に示すように、本実施形態の励磁回路１０には、直流電源１１と、スイッチ１２と、上記した二組のコイル対４Ａ，４Ｂと、二つの抵抗１３Ａ，１３Ｂと、ダイオード１４と、二つの出力端子１５Ａ，１５Ｂとが設けられる。スイッチ１２は各コイル対４Ａ，４Ｂへの電流のオンオフを切り替えるものであり、直流電源１１に対して直列に接続される。二組のコイル対４Ａ，４Ｂは互いに並列接続されるとともに、いずれも直流電源１１に対して直列に接続される。また、二つの抵抗１３Ａ，１３Ｂのそれぞれは、各コイル対４Ａ，４Ｂに対して直列に接続される。ダイオード１４は直流電源１１に対して直列に接続される。また、二つの出力端子１５Ａ，１５Ｂは、各コイル対４Ａ，４Ｂと各抵抗１３Ａ，１３Ｂとの間にそれぞれ設けられる。以下、二つの出力端子１５Ａ，１５Ｂを区別する場合には、第一コイル対４Ａ側の一方を第一出力端子１５Ａと呼び、第二コイル対４Ｂ側の他方を第二出力端子１５Ｂと呼ぶ。
【００２３】
より具体的には、第一コイル対４Ａの一端４Ａ1はスイッチ１２を介して直流電源１１のプラス端子に接続され、第一コイル対４Ａの他端４Ａ2は抵抗１３Ａを介して直流電源１１のマイナス端子に接続される。また、第二コイル対４Ｂの一端４Ｂ1はスイッチ１２を介して直流電源１１のプラス端子に接続され、第二コイル対４Ｂの他端４Ｂ2は抵抗１３Ｂを介して直流電源１１のマイナス端子に接続される。スイッチ１２がオンになると、両方のコイル対４Ａ，４Ｂに電流が流れ、出力端子１５Ａ，１５Ｂのそれぞれから抵抗１３Ａ，１３Ｂにかかる電圧値ＶA，ＶBを検出可能となる。以下、二つの電圧値ＶA，ＶBを区別する場合には、第一出力端子１５Ａ側を第一電圧値ＶAともいい、第二出力端子１５Ｂ側を第二電圧値ＶBともいう。
【００２４】
処理部６は、ロータ２の回転時にスイッチ１２を高周波でスイッチングし、二組のコイル対４Ａ，４ＢのインダクタンスＬの大小関係に基づいて、ステータ３に対するロータ位置を検出する処理を行う。処理部６は、例えば信号処理回路で構成される。スイッチングの周波数は少なくともロータ２の回転数よりも十分に高く設定される。例えば、図４に示したＳＲモータ９を120000[rpm]で回転させる場合、２極４スロットのモータであるから、モータ回転の周波数2[kHz]及び１回転２回のスイッチングから、最低4[kHz]が必要である。ただし、モータ制御に十分な角度分解能を考慮してその５倍以上のスイッチング周波数があることが望ましいため、スイッチングの周波数は20[kHz]以上であることが望ましく、本実施例では50[kHz]を採用している。本実施形態の処理部６は、各コイル対４Ａ，４ＢのインダクタンスＬの代わりに、各抵抗１３Ａ，１３Ｂにかかる電圧値ＶA，ＶBを各出力端子１５Ａ，１５Ｂから取得し、各電圧値ＶA，ＶBを処理して出力信号（パルス信号）に変換する。
【００２５】
図３は、ロータ２の回転によって変化するインダクタンスＬと、スイッチングにより変化する電圧値ＶA，ＶB（シャント電圧）と、処理部６で行われる信号処理の内容とを併せて例示する図であり、機械角９０度の範囲を示す。図３の横軸はロータ２の機械角である。図３には、機械角９０度の範囲で変化するインダクタンスＬと、スイッチ１２に入力されるクロック（オンオフ信号）と、電圧値ＶA，ＶB（シャント電圧）と、二つの電圧値ＶA，ＶBの大小関係の比較結果と、サンプリングタイミングと、出力信号とを示す。インダクタンスＬ及び電圧値ＶA，ＶBの変化を示す波形（電圧波形）は、実線が第一コイル対４Ａのものに対応し、破線が第二コイル対４Ｂのものに対応する。なお、図３では、一点鎖線で示すように電圧波形の一部を拡大して例示する。
【００２６】
ロータ２が回転すると、各磁極対３２Ａ，３２Ｂとロータ２の外周面との距離が変化する。例えば、ロータ位置が図１に示す状態である場合、第一磁極対３２Ａとロータ２の外周面との距離は、凸極２１の突出量の分だけ、第二磁極対３２Ｂとロータ２の外周面との距離よりも短くなる。このため、第一コイル対４Ａの磁気抵抗が第二コイル対４Ｂの磁気抵抗よりも小さくなり、励磁による発生磁束量は第一コイル対４Ａの方が第二コイル対４Ｂよりも多くなる。すなわち、図１に示すロータ位置の場合、第一コイル対４Ａの方が第二コイル対４ＢよりもインダクタンスＬが大きくなる。この状態でスイッチ１２がオンになると、インダクタンスＬの大きな第一コイル対４Ａの方が第二コイル対４Ｂよりも電流の立ち上がりが遅くなる。
【００２７】
また、ロータ２が図１の状態から４５度を越えて回転すると、凸極２１は第一磁極対３２Ａから離れて第二磁極対３２Ｂに接近することから、励磁による発生磁束量は、第一コイル対４Ａの方が第二コイル対４Ｂよりも少なくなり、第一コイル対４Ａの方が第二コイル対４ＢよりもインダクタンスＬが小さくなる。そのため、この状態でスイッチ１２がオンになると、インダクタンスＬの小さな第一コイル対４Ａの方が第二コイル対４Ｂよりも電流の立ち上がりが早くなる。
【００２８】
つまり、二組のコイル対４Ａ，４Ｂのうち、電流値が小さい一方が巻回された磁極対３２Ａ，３２Ｂにロータ２の外周面がより近接していることになる。そのため、スイッチ１２のオンオフを高速で繰り返し、スイッチ１２がオンのときの任意のタイミングにおける、二組のコイル対４Ａ，４Ｂの電流値の大小関係を比較することで、ロータ２の凸極２１の位置（すなわちロータ位置）を判断可能となる。本実施形態の励磁回路１０は、図３中に実線及び破線で示すように、電流値の代わりに抵抗１３Ａ，１３Ｂにかかる電圧値ＶA，ＶBを出力端子１５Ａ，１５Ｂのそれぞれから出力するため、処理部６は電圧値ＶA，ＶBの大小関係を比較する。
【００２９】
また、インダクタンスＬは、図３中に実線及び破線で示すように、一方が大きいと他方が小さく、かつ、一方が減少し始めると他方が増加し始め、ある角度で大小関係が逆転する特性を持っている。インダクタンスＬの大小関係が逆転する位置（機械角）は、図１のロータ位置から４５度だけ回転した位置、すなわち、周方向に隣接する二つの磁極３１の中央に凸極２１が位置する機械角である。処理部６は、このインダクタンスＬの変化（特性）を直接的に検出する代わりに、上述した処理を行うことで電圧波形を出力信号に変換し、ロータ位置を検出（特定）する。
【００３０】
処理部６は、図３に示すように、所定の周期（例えば50[kHz]）でオンオフを繰り返すクロック信号をスイッチ１２に入力する。すなわち、クロックがオンのときにスイッチ１２がオンになるため、コイル対４Ａ，４Ｂに電流が流れ、各出力端子１５Ａ，１５Ｂから電圧が出力される。このときの電圧（電流）の立ち上がりは、コイル対４Ａ，４Ｂの各インダクタンスＬに応じて決まる。例えば、第一コイル対４ＡのインダクタンスＬが大きい場合、図中に拡大して示すように、クロック（スイッチ１２）がオンであるときの電圧の立ち上がりは、第二電圧値ＶBの方が第一電圧値ＶAよりも早い（すなわち、第二電圧値ＶBの方が大きな傾きとなる）。
【００３１】
処理部６は、二つの電圧値ＶA，ＶBをコンパレータ（図示略）に入力することで、図中の比較波形（比較のオンオフ信号）を取得する。本実施形態のコンパレータは、「第一電圧値ＶA≧第二電圧値ＶB」であるときにオン信号を出力し、「第一電圧値ＶA＜第二電圧値ＶB」であるときにオフ信号を出力する。なお、「第一電圧値ＶA≧第二電圧値ＶB」であるときにオフ信号を出力し、「第一電圧値ＶA＜第二電圧値ＶB」であるときにオン信号を出力するようにしてもよい。サンプリングタイミングは、比較のオンオフ信号を抽出するタイミングを決める信号であり、クロックに同期している。サンプリングタイミングは、例えばクロックがオフからオンまたはオンからオフに切り替わった瞬間と同時であってもよいし、切り替えの瞬間から数μ秒後といった任意のタイミングであってもよい。
【００３２】
処理部６は、クロックに同期したサンプリングタイミングで比較のオンオフ信号を抽出し、比較のオン信号及びオフ信号と同じオンオフ状態の出力信号を出力する。すなわち、処理部６は、比較がオン信号である場合には出力信号をオンとし、比較がオフ信号である場合には出力信号をオフとする。図３に示す例では、二つの電圧波形が略重なる機械角θ1のときに、出力信号がオフからオンへと切り替わっている。この切り替えタイミング（すなわち機械角θ1）は、インダクタンスＬの大小関係が逆転する角度であり、本実施形態では図１に示すロータ位置から４５度回転した位置となる。なお、図３には機械角９０度の範囲のみを図示しているが、９０〜１８０度，１８０〜２７０度，２７０〜３６０度の各範囲においても、図３と同様の出力信号が出力される。このように、インダクタンスＬを直接的に検出できなくても、電圧波形からインダクタンスＬの大小関係を求めることができ、ロータ位置の検出（特定）が可能である。
【００３３】
なお、位置センサ１のロータ２とＳＲモータ９のモータロータ９Ｂとはいずれもシャフト５に回転不能に固定されている。このため、処理部６から出力される出力信号（オン又はオフ）に基づきロータ位置が検出（特定）され、さらにこの出力信号（あるいはロータ位置情報）に基づいてモータロータ９Ｂを回転させるための電流制御が実施可能である。
【００３４】
［２．効果］
（１）上述した位置センサ１では、一対の凸極２１を有するロータ２の回転位置によって各コイル対４Ａ，４ＢのインダクタンスＬが変化し、このインダクタンスＬの変化に伴って各コイル対４Ａ，４Ｂの電流の立ち上がりに差が生じることを利用してロータ位置を検出する。すなわち、上述した位置センサ１によれば、コイル対４Ａ，４Ｂのインダクタンスの大小関係を比較することで、永久磁石を有しないロータ２を用いてステータ３に対するロータ位置を検出することができる。
【００３５】
また、上述した位置センサ１によれば、相対比較によってロータ位置を検出できるため、例えば直流電源１１の電圧が変動した場合であっても、検出精度を保つことができる。さらに、上述した位置センサ１によれば、磁気回路部１Ｍ及び電気回路部１Ｅの構成をいずれもシンプルにすることができる。
【００３６】
（２）上述した位置センサ１では、励磁回路１０に抵抗１３Ａ，１３Ｂが設けられ、処理部６が出力端子１５Ａ，１５Ｂから出力される電圧値ＶA，ＶBを電流の代わりに取得する。すなわち、電流に代えて電圧値の大小関係を比較するため、簡単にロータ位置を検出することができる。
（３）また、上述した励磁回路１０では、スイッチ１２は直流電源１１に対して並列接続されず、直列に接続されているため、コイル対４Ａ，４Ｂの全体に流す電流を一箇所で切り替えることができ、構成を簡素化することができる。
【００３７】
（４）上述した位置センサ１は、ステータ３が二組の磁極対３２Ａ，３２Ｂを有し、処理部６が二組のコイル対４Ａ，４Ｂのうちの一方の電流（本実施形態では電圧値ＶA）が他方の電流（電圧値ＶB）以上である場合に、オン信号（出力信号）を出力するものであるため、簡素な構成でロータ位置を検出することができる。また、上述した位置センサ１は一回転に２パルスを出力するため、パルス数をカウントすることでＳＲモータ９の回転数を検出することもできる。
【００３８】
（５）上述した位置センサ１のように、ロータ２が永久磁石以外の磁性体で形成されていれば、ケイ素鉄のような安価で比較的加工しやすい材料を使用できるため、ロータ２のコストを低減すことができる。
（６）また、位置センサ１が永久磁石を用いていないため、この位置センサ１によって回転位置を検出することで、上述したＳＲモータ９が持つ高い堅牢性や耐熱性といったメリットを活かすことができる。さらに、上述したＳＲモータ９によれば、位置センサ１が上述したように直流電源１１の電圧変動によらず検出精度を保つことができるため、モータロータ９Ｂを回転させるための電流制御を安定して実施することができる。
【００３９】
［３．その他］
上述した実施形態では、一回転で２パルスを出力する位置センサ１を例示したが、位置センサ１の構成はこれに限られない。例えば、図５に示すように、一対の凸極２１を三組有するロータ２ｘを備えた位置センサ１ｘであってもよい。なお、図５の位置センサ１ｘ（磁気回路部１Ｍｘ）は、上記実施形態の位置センサ１に対し、ロータ２ｘの形状及びステータ３ｘの羽根３１ｂの回転方向長さが異なり、その他の構成（励磁回路１０の構成，処理部６での処理内容等）は同一である。
【００４０】
位置センサ１ｘは、同一形状の六つの凸極２１がロータ２ｘの周方向に６０度ずつずれて配置されている。また、ステータ３ｘの磁極３１の羽根３１ｂの回転方向の長さがロータ２ｘの凸極２１の回転方向の長さと同程度となっている。羽根３１ｂの回転方向長さが長くなるとインダクタンスＬの変化が小さくなるため、羽根３１ｂと凸極２１との長さ関係は、羽根３１ｂの中央位置と凸極２１の中央位置とを合わせたときに、羽根３１ｂの回転方向両端部が凸極２１ｂ間の凹部の１／４以内であることが望ましい。
【００４１】
この位置センサ１ｘでは、二組のコイル対４Ａ，４ＢのインダクタンスＬが上述した実施形態よりも短い周期（機械角）でその大小関係が逆転する。この位置センサ１ｘであれば、一回転で６パルス出力するため、機械角３６０度を１２等分した３０度ごとにロータ位置を特定可能である。したがって、本変形例の位置センサ１ｘであっても、上述した実施形態と同様の構成からは同様の効果を得ることができる。さらに、ロータ２ｘの凸極数を増やした本位置センサ１ｘであれば、より細かい角度ごとにロータ位置を特定する必要があるモータの制御を行うことができる。
【００４２】
また、上述した実施形態の位置センサ１のステータ３は、二組の磁極対３２Ａ，３２Ｂを有しているが、磁極対の組数はこれに限られない。例えば、Ｎを自然数とするとき、周方向に３６０／４Ｎ度ずつずれて配置された２Ｎ組の磁極対を有するステータを備えた位置センサであってもよい。この場合、処理部は、２Ｎ組のコイル対のうち、互いに３６０／２Ｎ度ずれて配置された二組のコイル対のインダクタンスの大小関係を比較し、その大小関係に応じた出力信号を出力する。上述した実施形態のステータ３はＮ＝１であり、図６に例示するステータ３ｙはＮ＝２である。
【００４３】
すなわち、図６に示すように、一対の磁極３１からなる磁極対３２が四組設けられたステータ３ｙを備えた位置センサ１ｙ（磁気回路部１Ｍｙ）であってもよい。ステータ３ｙは、周方向に４５度ずつずれて配置された四組の磁極対３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄを有する。また、この位置センサ１ｙには、四組のコイル対４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが設けられる。上述した実施形態と同様に、各コイル対４Ａ〜４Ｄは、各磁極対３２Ａ〜３２Ｄのそれぞれの磁極３１に巻回されたコイル４１ａ及び４２ａ，コイル４１ｂ及び４２ｂ，コイル４１ｃ及び４２ｃ，コイル４１ｄ及び４２ｄから構成される。なお、図６の位置センサ１ｙは、上述した実施形態と同一のロータ２を備える。
【００４４】
図６の位置センサ１ｙが備える電気回路部１Ｅｙの一例を図７に示す。なお、図７では信号線は省略している。処理部６は、四組のコイル対４Ａ〜４Ｄのうち、互いに９０度ずれて配置された二組ずつのコイル対のインダクタンスＬの大小関係をそれぞれ比較する。そして、その大小関係に応じた出力信号を出力し、二つの出力信号に基づいてロータ位置及びロータ２の回転方向を検出（特定）する。なお、本変形例においても、図７に示すように、各コイル対４Ａ〜４Ｄには抵抗１３Ａ〜１３Ｄが直列に接続されており、各出力端子１５Ａ〜１５Ｄから出力される電圧値を取得することで、インダクタンスＬの代わりとする。
【００４５】
具体的には、処理部６は、二組のコイル対４Ａ，４ＢのインダクタンスＬ（又は電圧値）の大小関係を比較するとともに、二組のコイル対４Ｃ，４ＤのインダクタンスＬ（又は電圧値）の大小関係を比較し、各大小関係に応じた出力信号を二つ出力する。例えば、「コイル対４ＡのインダクタンスＬ≧コイル対４ＢのインダクタンスＬ」であるときに「第一出力信号＝オン」とし、「コイル対４ＡのインダクタンスＬ＜コイル対４ＢのインダクタンスＬ」であるときに「第一出力信号＝オフ」として出力する。また、例えば「コイル対４ＣのインダクタンスＬ≧コイル対４ＤのインダクタンスＬ」であるときに「第二出力信号＝オン」とし、「コイル対４ＣのインダクタンスＬ＜コイル対４ＤのインダクタンスＬ」であるときに「第二出力信号＝オフ」として出力する。
【００４６】
本変形例の処理部６は、第一出力信号及び第二出力信号のオンオフ状態に基づき、ロータ位置を検出する。また、本変形例に係る位置センサ１ｙであれば、第一出力信号と第二出力信号との位相が異なることから、ロータ２の回転方向も検出することができる。つまり、本変形例に係る位置センサ１ｙのように、Ｎを２以上の自然数とするとき、互いに３６０／２Ｎ度ずれて配置された二組ずつのコイル対を持つ位置センサであれば、二組ずつのコイル対のインダクタンスＬの大小関係をそれぞれ比較し、大小関係の組み合わせに基づいてロータ位置及びロータの回転方向を検出することができる。
【００４７】
上述した実施形態では、処理部６がスイッチ１２のスイッチングと、出力された電圧値に基づく信号処理との両方を実施する場合を例示したが、処理部６の機能（スイッチング及び信号処理）を二つの要素に分けて設けてもよい。また、スイッチ１２のスイッチング周波数は50[kHz]に限られない。スイッチング周波数は、モータの使用回転数の上限値（上限回転数）とモータの機械角３６０°あたりの電気角とに基づき、「スイッチング周波数≧（上限回転数／６０）×（電気角／３６０）×５」に設定されることが好ましい。
【００４８】
上述した励磁回路１０，１０ｙの構成は一例であって、上述したものに限られない。例えば、抵抗１３Ａ等を省略して電流値を検出してもよいし、スイッチ１２の個数を増やしてもよい。また、図１及び図２においてコイル４１ａとコイル４２ａ、コイル４１ｂとコイル４２ｂとはそれぞれ直列に接続されているが、これらは並列接続でもよい。並列とすることでこれらのコイル対４Ａ，４ＢのインダクタンスＬの絶対値が変わるため、相に流れる電流が増えることになる。しかし、コイル対４Ａと４Ｂの間のインダクタンスＬの大小関係は変わらないので、直列接続の場合と同じ出力が得られる。この関係は図６及び図７の場合においても同様である。
【００４９】
また、上述した実施形態及び各変形例で示したロータ２，２ｘ及びステータ３，３ｙの形状は一例であって、上述したものに限られない。ロータは、回転中心からの距離が一定の基準円筒面から径方向外側へ突設された少なくとも一対の凸極を有するものであればよく、例えば楕円形状であってもよい。また、ステータの軸方向視での外形状が円環状ではなく角部を有する形状（例えば矩形や八角形等）であってもよい。また、上述した位置センサ１，１ｘ，１ｙは上記のＳＲモータ９に専用のものではなく、例えば、ＳＲモータ９以外のブラシレスモータやジェネレータ等に設けてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１，１ｘ，１ｙ  位置センサ
２，２ｘ  ロータ
３，３ｙ  ステータ
４Ａ  第一コイル対（コイル対）
４Ｂ  第二コイル対（コイル対）
４Ｃ，４Ｄ  コイル対
５  シャフト（回転軸）
６  処理部
９  ＳＲモータ（モータ）
９Ａ  モータステータ
９Ｂ  モータロータ
１０，１０ｙ  励磁回路
１１  直流電源
１２  スイッチ
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ  抵抗
１５Ａ  第一出力端子（出力端子）
１５Ｂ  第二出力端子（出力端子）
１５Ｃ，１５Ｄ  出力端子
２０ａ  基準円筒面
２１  凸極
３０ａ  内周面
３１  磁極
３２  磁極対
３２Ａ  第一磁極対（磁極対）
３２Ｂ  第二磁極対（磁極対）
３２Ｃ，３２Ｄ  磁極対
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ  コイル
Ｃ  回転中心
ＶA  第一電圧値（電圧値）
ＶB  第二電圧値（電圧値）
【図１】
2019033575.tif 000003
【図２】
2019033575.tif 000004
【図３】
2019033575.tif 000005
【図４】
2019033575.tif 000006
【図５】
2019033575.tif 000007
【図６】
2019033575.tif 000008
【図７】
2019033575.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成30年8月8日(2018.8.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
Ｎを自然数とするとき、
前記ステータは、周方向に３６０／４Ｎ度ずつずれて配置された２Ｎ組の前記磁極対を有し、
前記励磁回路は、２Ｎ組の前記コイル対を有し、
前記処理部は、２Ｎ組の前記コイル対の前記インダクタンスの大小関係を比較し、前記大小関係に応じた出力信号を出力する
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の位置センサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
（２）前記励磁回路は、各組の前記コイル対に対して直列に接続された抵抗を有し、前記処理部は、前記抵抗にかかる電圧値を前記インダクタンスの代わりに取得することが好ましい。
（３）前記励磁回路は、前記直流電源に直列接続された一つの前記スイッチを有することが好ましい。
（４）Ｎを自然数とするとき、前記ステータは、周方向に３６０／４Ｎ度ずつずれて配置された２Ｎ組の前記磁極対を有し、前記励磁回路は、２Ｎ組の前記コイル対を有し、前記処理部は、２Ｎ組の前記コイル対の前記インダクタンスの大小関係を比較し、前記大小関係に応じた出力信号を出力することが好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
また、上述した実施形態の位置センサ１のステータ３は、二組の磁極対３２Ａ，３２Ｂを有しているが、磁極対の組数はこれに限られない。例えば、Ｎを自然数とするとき、周方向に３６０／４Ｎ度ずつずれて配置された２Ｎ組の磁極対を有するステータを備えた位置センサであってもよい。この場合、励磁回路には、２Ｎ組のコイル対が設けられる。処理部は、２Ｎ組のコイル対のインダクタンスの大小関係を比較し、その大小関係に応じた出力信号を出力する。上述した実施形態のステータ３はＮ＝１であり、図６に例示するステータ３ｙはＮ＝２である。