(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸周りに回転可能な円筒状のアウターロータと、該アウターロータの内周面に沿って等間隔に配置される複数のマグネットと、前記アウターロータの内部に収容されて前記中心軸から放射状に突出する複数のステータとを備えるモータにおいて、
前記複数のマグネットに対向するように配置される３つのホール素子を備え、
前記アウターロータが回転する際、前記３つのホール素子は、各前記ホール素子の近傍を通過する各前記マグネットの移動による磁極の切り替わりを検出し、
少なくとも１つの前記ホール素子は各前記マグネットの移動による磁束密度の変化をリニアに示す信号を出力するリニア型ホール素子からなり、
少なくとも１つの前記マグネットは他の前記マグネットに比して前記中心軸に沿ってオフセットして配置されるオフセットマグネットからなることを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記オフセットマグネットは、他の前記マグネットよりも前記リニア型ホール素子へ近付くように配置されることを特徴とする請求項１記載のモータ。
【請求項３】
前記リニア型ホール素子は、他の前記ホール素子よりも他の前記マグネットから前記中心軸に沿って離れるようにオフセットして配置されることを特徴とする請求項２記載のモータ。
【請求項４】
各前記ホール素子及び各前記マグネットの間には集磁プレートが配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモータ。
【請求項５】
少なくとも２つの前記マグネットが前記オフセットマグネットからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモータ。
【請求項６】
前記少なくとも２つのオフセットマグネットの前記中心軸に沿ったオフセットの量が互いに異なることを特徴とする請求項５記載のモータ。
【請求項７】
前記磁束密度の変化をリニアに示す信号を分析する分析回路をさらに備え、
前記分析回路は複数のコンパレータを有し、
前記複数のコンパレータのそれぞれには前記磁束密度の変化をリニアに示す信号と、閾値とが入力され、
前記複数のコンパレータのそれぞれに入力される前記閾値は互いに異なることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のモータ。
【請求項８】
中心軸周りに回転可能な円筒状のアウターロータと、該アウターロータの内周面に沿って等間隔に配置される複数のマグネットと、前記アウターロータの内部に収容されて前記中心軸から放射状に突出する複数のステータとを備えるモータにおいて、
前記複数のマグネットに対向するように配置される３つのホール素子を備え、
前記アウターロータが回転する際、前記３つのホール素子は、各前記ホール素子の近傍を通過する各前記マグネットの移動による磁極の切り替わりを検出し、
少なくとも１つの前記ホール素子は各前記マグネットの移動による磁束密度の変化をリニアに示す信号を出力するリニア型ホール素子からなり、
少なくとも１つの前記マグネットの磁力の絶対値が、他の前記マグネットの磁力の絶対値よりも大きく設定されることを特徴とするモータ。
【請求項９】
中心軸周りに回転可能な円筒状のアウターロータと、該アウターロータの内周面に沿って等間隔に配置される複数のマグネットと、前記アウターロータの内部に収容されて前記中心軸から放射状に突出する複数のステータと、前記複数のマグネットに対向するように配置される３つのホール素子を備え、前記アウターロータが回転する際、前記３つのホール素子は各前記マグネットの移動による磁極の切り替わりを検出し、少なくとも１つの前記ホール素子は各前記マグネットの移動による磁束密度の変化をリニアに示す信号を出力するリニア型ホール素子からなり、少なくとも１つの前記マグネットは他の前記マグネットに比して前記中心軸に沿ってオフセットして配置されるオフセットマグネットからなるモータの回転周期検出方法であって、
前記磁束密度の変化をリニアに示す信号を２つの閾値を用いて分析することを特徴とするモータの回転周期検出方法。
【請求項１０】
中心軸周りに回転可能な円筒状のアウターロータと、該アウターロータの内周面に沿って等間隔に配置される複数のマグネットと、前記アウターロータの内部に収容されて前記中心軸から放射状に突出する複数のステータとを備え、少なくとも１つの前記マグネットは他の前記マグネットに比して前記中心軸に沿ってオフセットして配置されるオフセットマグネットからなるモータにおいて用いられるセンサアセンブリであって、
前記複数のマグネットに対向するように配置される３つのホール素子と、
２つのコンパレータを有する分析回路とを備え、
前記アウターロータが回転する際、前記３つのホール素子は各前記マグネットの移動による磁極の切り替わりを検出し、
少なくとも１つの前記ホール素子は各前記マグネットの移動による磁束密度の変化をリニアに示す信号を出力するリニア型ホール素子からなり、
前記２つのコンパレータは前記リニア型ホール素子に接続され、各前記コンパレータのそれぞれには前記磁束密度の変化をリニアに示す信号と、閾値とが入力され、各前記コンパレータのそれぞれに入力される前記閾値は互いに異なり、
前記分析回路は前記磁束密度の変化をリニアに示す信号を、各前記閾値を用いて分析することを特徴とするセンサアセンブリ。
【請求項１１】
前記リニア型ホール素子は、他の前記ホール素子よりも前記オフセットマグネットへ前記中心軸に沿って近付くようにオフセットして配置されることを特徴とする請求項１０記載のセンサアセンブリ。
【請求項１２】
各前記ホール素子及び各前記マグネットの間には集磁プレートが配置されることを特徴とする請求項１０又は１１記載のセンサアセンブリ。
【請求項１３】
中心軸周りに回転可能な円筒状のアウターロータと、該アウターロータの内周面に沿って等間隔に配置される複数のマグネットと、前記アウターロータの内部に収容されて前記中心軸から放射状に突出する複数のステータとを備える発電機において、
前記複数のマグネットに対向するように配置される３つのホール素子を備え、
前記アウターロータが回転する際、前記３つのホール素子は、各前記ホール素子の近傍を通過する各前記マグネットの移動による磁極の切り替わりを検出し、
少なくとも１つの前記ホール素子は各前記マグネットの移動による磁束密度の変化をリニアに示す信号を出力するリニア型ホール素子からなり、
少なくとも１つの前記マグネットは他の前記マグネットに比して前記中心軸に沿ってオフセットして配置されるオフセットマグネットからなることを特徴とする発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ、その回転周期検出方法、モータ回転周期検出センサアッセンブリ及び発電機に関し、特に三相ブラシレスモータ及びその回転周期検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車やモーターサイクルにおいて発電機と兼用される駆動用のモータが多く用いられている。このようなモータとしては三相ブラシレスモータが多用されている。三相ブラシレスモータは、図１６に示すように、一端が開放された円筒状のアウターロータ１６０と、該アウターロータ１６０の内部に収容されてアウターロータ１６０の中心軸から放射状に突出する複数のステータ１６１と、アウターロータ１６０の内周面に沿って等間隔に配置される複数のマグネット１６２とを備える。複数のマグネット１６２は交互に異なる磁極を有する。
【０００３】
三相ブラシレスモータをモータとして機能させるには三相交流電圧を各ステータ１６１のコイルに印加する必要があるため、三相ブラシレスモータにおける三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を検出し、例えば、バッテリの印加電圧から三相交流電圧への変換に用いる。これに対応して、三相ブラシレスモータではＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに対応して３つのパルス型ホール素子１６３を各ステータ１６１の間に配置し、各パルス型ホール素子１６３は、各パルス型ホール素子１６３に対して相対的に移動する各マグネット１６２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の磁極の切り替わりのタイミングをパルス状の信号で出力する。
【０００４】
また、三相ブラシレスモータでは、アウターロータ１６０がクランク軸に結合されるため、クランク軸の回転周期に一致するエンジンの点火周期が検出される。エンジンの点火周期はアウターロータ１６０の１回転につき１回検出される必要があるため、三相の周期と異なる。そこで、アウターロータ１６０の例えば、外周面へ１つの回転周期検出用マグネット１６４を設け、回転周期検出用のパルス型ホール素子１６５を回転周期検出用マグネット１６４に対向させ、パルス型ホール素子１６５は回転周期検出用マグネット１６４による磁束密度の変化を検出することによってアウターロータ１６０の回転周期をパルス状の信号で出力する。
【０００５】
ところで、上述した三相ブラシレスモータでは、エンジンの点火周期を検出するために、回転周期検出用マグネット１６４を各マグネット１６２とは別個に設けたが、コスト低減を目的とした部品点数削減や省スペース化を実現するために、回転周期検出用マグネット１６４を廃止した三相ブラシレスモータが提案されている。この三相ブラシレスモータは、図１７に示すように、三相検出用のパルス型ホール素子１６３だけでなく回転周期検出用のパルス型ホール素子１６５も各ステータ１６１の間に配置する。このとき、図１８に示すように、パルス型ホール素子１６５のみをアウターロータ１６０の中心軸方向にオフセットして配置するとともに、１つのマグネット１６２をパルス型ホール素子１６５とは反対方向にオフセットして配置する。具体的には、各マグネット１６２に対するパルス型ホール素子１６５の相対的な移動軌跡（図中破線で示す。）がオフセットしたマグネット１６２以外のマグネット１６２にのみ対向する一方、各マグネット１６２に対するパルス型ホール素子１６３の相対的な移動軌跡（図中一点鎖線で示す。）は全てのマグネット１６２に対向する。これにより、三相検出用のパルス型ホール素子１６３は各マグネット１６２の移動による磁極の切り替わりを漏れなく検出できるのに対し、パルス型ホール素子１６５はオフセットしたマグネット１６２による磁極の切り替わりを検出することができない。その結果、図１９に示すように、各パルス型ホール素子１６３は各マグネット１６２の三相の磁極の切り替わりを漏れなく網羅したパルス状の信号を出力する一方、パルス型ホール素子１６５はオフセットしたマグネット１６２による磁極の切り替わりが欠けたパルス状の信号を出力する。すなわち、パルス型ホール素子１６５のパルス状の信号における磁極の切り替わりが欠けた部分は、パルス型ホール素子１６５がオフセットしたマグネット１６２に対向するときに該当するので、パルス型ホール素子１６５のパルス状の信号における磁極の切り替わりが欠けた部分を三相の磁極の切り替わりを参照して検出し、アウターロータ１６０の回転周期、すなわち、エンジンの点火周期を検出する。三相検出用のパルス型ホール素子１６３の数は異なるが、このような１つのマグネットをオフセットさせてエンジンの点火周期を検出する三相ブラシレスモータとしての車両用発電装置が、例えば、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許４７６６５６３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図１６や図１７に示す三相ブラシレスモータは、三相検出用の３つのパルス型ホール素子１６３の他に回転周期検出用のパルス型ホール素子、すなわち、４つのパルス型ホール素子を必要とするため、さらなる省スペース化やコスト低減が実現することができないという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、さらなる省スペース化やコスト低減を実現することができるモータ、その回転周期検出方法、モータ回転周期検出センサアッセンブリ及び発電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のモータは、中心軸周りに回転可能な円筒状のアウターロータと、該アウターロータの内周面に沿って等間隔に配置される複数のマグネットと、前記アウターロータの内部に収容されて前記中心軸から放射状に突出する複数のステータとを備えるモータにおいて、前記複数のマグネットに対向するように配置される３つのホール素子を備え、前記アウターロータが回転する際、前記３つのホール素子は、各前記ホール素子の近傍を通過する各前記マグネットの移動による磁極の切り替わりを検出し、少なくとも１つの前記ホール素子は各前記マグネットの移動による磁束密度の変化をリニアに示す信号を出力するリニア型ホール素子からなり、少なくとも１つの前記マグネットは他の前記マグネットに比して前記中心軸に沿ってオフセットして配置されるオフセットマグネットからなることを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のモータは、中心軸周りに回転可能な円筒状のアウターロータと、該アウターロータの内周面に沿って等間隔に配置される複数のマグネットと、前記アウターロータの内部に収容されて前記中心軸から放射状に突出する複数のステータとを備えるモータにおいて、前記複数のマグネットに対向するように配置される３つのホール素子を備え、前記アウターロータが回転する際、前記３つのホール素子は、各前記ホール素子の近傍を通過する各前記マグネットの移動による磁極の切り替わりを検出し、少なくとも１つの前記ホール素子は各前記マグネットの移動による磁束密度の変化をリニアに示す信号を出力するリニア型ホール素子からなり、少なくとも１つの前記マグネットの磁力の絶対値が、他の前記マグネットの磁力の絶対値よりも大きく設定されることを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明のモータの回転周期検出方法は、中心軸周りに回転可能な円筒状のアウターロータと、該アウターロータの内周面に沿って等間隔に配置される複数のマグネットと、前記アウターロータの内部に収容されて前記中心軸から放射状に突出する複数のステータと、前記複数のマグネットに対向するように配置される３つのホール素子を備え、前記アウターロータが回転する際、前記３つのホール素子は各前記マグネットの移動による磁極の切り替わりを検出し、少なくとも１つの前記ホール素子は各前記マグネットの移動による磁束密度の変化をリニアに示す信号を出力するリニア型ホール素子からなり、少なくとも１つの前記マグネットは他の前記マグネットに比して前記中心軸に沿ってオフセットして配置されるオフセットマグネットからなるモータの回転周期検出方法であって、前記磁束密度の変化をリニアに示す信号を２つの閾値を用いて分析することを特徴とする。
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明のセンサアセンブリは、中心軸周りに回転可能な円筒状のアウターロータと、該アウターロータの内周面に沿って等間隔に配置される複数のマグネットと、前記アウターロータの内部に収容されて前記中心軸から放射状に突出する複数のステータとを備え、少なくとも１つの前記マグネットは他の前記マグネットに比して前記中心軸に沿ってオフセットして配置されるオフセットマグネットからなるモータにおいて用いられるセンサアセンブリであって、前記複数のマグネットに対向するように配置される３つのホール素子と、２つのコンパレータを有する分析回路とを備え、前記アウターロータが回転する際、前記３つのホール素子は各前記マグネットの移動による磁極の切り替わりを検出し、少なくとも１つの前記ホール素子は各前記マグネットの移動による磁束密度の変化をリニアに示す信号を出力するリニア型ホール素子からなり、前記２つのコンパレータは前記リニア型ホール素子に接続され、各前記コンパレータのそれぞれには前記磁束密度の変化をリニアに示す信号と、閾値とが入力され、各前記コンパレータのそれぞれに入力される前記閾値は互いに異なり、前記分析回路は前記磁束密度の変化をリニアに示す信号を、各前記閾値を用いて分析することを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の発電機は、中心軸周りに回転可能な円筒状のアウターロータと、該アウターロータの内周面に沿って等間隔に配置される複数のマグネットと、前記アウターロータの内部に収容されて前記中心軸から放射状に突出する複数のステータとを備える発電機において、前記複数のマグネットに対向するように配置される３つのホール素子を備え、前記アウターロータが回転する際、前記３つのホール素子は、各前記ホール素子の近傍を通過する各前記マグネットの移動による磁極の切り替わりを検出し、少なくとも１つの前記ホール素子は各前記マグネットの移動による磁束密度の変化をリニアに示す信号を出力するリニア型ホール素子からなり、少なくとも１つの前記マグネットは他の前記マグネットに比して前記中心軸に沿ってオフセットして配置されるオフセットマグネットからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数のマグネットに対向するように配置される３つのホール素子の少なくとも１つのホール素子は各マグネットの移動による磁束密度の変化をリニアに示す信号を出力するリニア型ホール素子からなり、少なくとも１つのマグネットは他のマグネットに比して円筒状のアウターロータの中心軸に沿ってオフセットして配置されるオフセットマグネットからなる。すなわち、オフセットマグネットがリニア型ホール素子の近傍を通過する際のオフセットマグネットからリニア型ホール素子までの距離は、他のマグネットがリニア型ホール素子の近傍を通過する際の他のマグネットからリニア型ホール素子までの距離と異なる。若しくは、少なくとも１つのマグネットの磁力の絶対値が、他のマグネットの磁力の絶対値よりも大きく設定される。その結果、リニア型ホール素子における、オフセットマグネットの移動による磁束密度の変化の態様や磁力の絶対値が大きく設定されるマグネットの移動による磁束密度の変化の態様は、他のマグネットの移動による磁束密度の変化の態様と異なり、磁束密度の変化をリニアに示す信号において変化の態様の特異点となって現れる。したがって、磁束密度の変化をリニアに示す信号において変化の態様の特異点を検出することにより、オフセットして配置されるマグネットや磁力の絶対値が大きく設定されるマグネットがリニア型ホール素子の近傍を通過するタイミングを検出することができる。ここで、オフセットして配置されるマグネットや磁力の絶対値が大きく設定されるマグネットの回転周期はアウターロータの回転周期に他ならないので、３つのホール素子で各マグネットの移動による磁極の切り替わり（三相）を検出できるだけでなく、アウターロータの回転周期も検出することができる。その結果、さらなる省スペース化やコスト低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係るモータの主要構成部を示す分解斜視図である。
【図２】図１におけるアウターロータの斜視図である。
【図３】アウターロータの開放端側を上にしてアウターロータの中心軸からアウターロータの内周面を眺めたときの各マグネットの配置と各ホール素子の配置とを説明するための図である。
【図４】集磁プレートの配置状況を説明するための平面図である。
【図５】図３における各ホール素子が出力する信号を説明するための図である。
【図６】図１のモータが備える分析回路の構成を示す回路図である。
【図７】ホール素子を有するセンサアセンブリの構成を概略的に示す斜視図である。
【図８】本実施の形態の第１の変形例に係るモータにおけるアウターロータの中心軸からアウターロータの内周面を眺めたときの各マグネットの配置と各ホール素子の配置とを説明するための図である。
【図９】図８における各ホール素子が出力する信号を説明するための図である。
【図１０】本実施の形態の第２の変形例に係るモータにおけるアウターロータの中心軸からアウターロータの内周面を眺めたときの各マグネットの配置と各ホール素子の配置とを説明するための図である。
【図１１】図１０における各ホール素子が出力する信号を説明するための図である。
【図１２】本実施の形態の第３の変形例に係るモータにおけるアウターロータの中心軸からアウターロータの内周面を眺めたときの各マグネットの配置と各ホール素子の配置とを説明するための図である。
【図１３】図１２における各ホール素子が出力する信号を説明するための図である。
【図１４】本実施の形態の第４の変形例に係るモータにおけるアウターロータの中心軸からアウターロータの内周面を眺めたときの各マグネットの配置と各ホール素子の配置とを説明するための図である。
【図１５】図１４における各ホール素子が出力する信号を説明するための図である。
【図１６】三相ブラシレスモータの主要構成部を概略的に示す正面図である。
【図１７】回転周期検出用マグネットを廃止した三相ブラシレスモータの主要構成部を概略的に示す正面図である。
【図１８】三相ブラシレスモータにおけるアウターロータの内周面を眺めたときの各マグネットの配置と各パルス型ホール素子の配置とを説明するための図である。
【図１９】図１８における各パルス型ホール素子が出力する信号を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態に係るモータの主要構成部を示す分解斜視図であり、図２は、図１におけるアウターロータの斜視図である。
【００１８】
図１において、モータ１０は三相ブラシレスモータからなり、一端が開放された円筒状のアウターロータ１１と、該アウターロータ１１の内部に収容されてアウターロータ１１の中心軸ＣＬから放射状に突出する複数のステータ１２と、アウターロータ１１の内周面に沿って等間隔に配置される複数のマグネット１３とを備える。
【００１９】
各ステータ１２は鉄心であるステータコアと、該ステータコアに巻回されたコイルからなり、アウターロータ１１の中心軸ＣＬと同軸に配置される環状のベース１４の周縁から外方へ向けて林立する。ベース１４はエンジン本体構造物（図示しない）、例えば、シリンダブロックに固定される。
【００２０】
アウターロータ１１は中心軸ＣＬに沿って配置される軸（図示しない）、例えば、クランク軸に結合されてクランク軸とともに回転する。各マグネット１３は略矩形の磁石板からなり、アウターロータ１１の内周面において交互に異なる磁極を有する。
【００２１】
モータ１０では、複数のステータ１２の各々のコイルへ三相交流電圧を印加することにより、アウターロータ１１を電磁力によって回転駆動させてクランク軸の回転トルクを生じさせる。一方、クランク軸によってアウターロータ１１を回転させることにより、電磁誘導によって複数のステータ１２のコイルに電流を生じさせて発電する。
【００２２】
また、モータ１０は、各マグネット１３に対向するように各ステータ１２の間に配置される３つのホール素子１５〜１７を備える。アウターロータ１１が回転する際、各ホール素子１５〜１７の近傍を各マグネット１３が通過するが、上述したように、各マグネット１３は交互に異なる磁極を有するため、各ホール素子１５〜１７が検出する磁束密度は周期的に変化する。ホール素子１５，１６はパルス型ホール素子からなり、検出した磁束密度における磁極の切り替わりのタイミングをパルス状の信号で出力する。ホール素子１７はリニア型ホール素子からなり、検出した磁束密度の変化をリニアに示す信号を出力する。各ホール素子１５〜１７は１つのＮ極のマグネット１３及び１つのＳ極のマグネット１３からなる１対のマグネット組が生じさせる１周期の磁束密度の変化を、それぞれ１２０°ずらして検出するように互いに離間して配置される。具体的に、ホール素子１５はＶ相を検出し、ホール素子１６はＷ相を検出し、ホール素子１７はＵ相を検出する。
【００２３】
図３は、アウターロータ１１の開放端側を上にしてアウターロータ１１の中心軸ＣＬからアウターロータ１１の内周面を眺めたときの各マグネット１３の配置と各ホール素子１５〜１７の配置とを説明するための図である。
【００２４】
図３において、各マグネット１３のうち、１つのＳ極のマグネット１３が他のマグネット１３に比して中心軸ＣＬに沿う方向（以下、「中心軸方向」という。）に関し、アウターロータ１１の開放端側（図中上方）へオフセットして配置される。なお、アウターロータ１１の開放端側へオフセットして配置されたマグネット１３を、以下「オフセットマグネット１３」と称する。オフセットマグネット１３は１つのみ存在するので、アウターロータ１１が回転する際、オフセットマグネット１３の移動による磁束密度の変化のタイミングとアウターロータ１１の回転周期とは一致する。したがって、オフセットマグネット１３の移動による磁束密度の変化のタイミングを検出することにより、アウターロータ１１の回転周期を検出することができる。
【００２５】
また、中心軸方向に関し、ホール素子１５，１６は同じ位置に配置されるが、ホール素子１７はホール素子１５，１６に比してアウターロータ１１の開放端側へオフセットして配置されてオフセットしていないマグネット１３（以下、「他のマグネット１３」という。）から中心軸方向に関してホール素子１５，１６よりも離れるように配置される。すなわち、オフセットマグネット１３及びホール素子１７は同じアウターロータ１１の開放端側へオフセットすることになるため、ホール素子１７は、ホール素子１５，１６よりもオフセットマグネット１３へ近付き、オフセットマグネット１３は他のマグネット１３よりもホール素子１７へ近付く。具体的に、アウターロータ１１が回転する際、移動する各マグネット１３に対してホール素子１５，１６が描く相対的な移動軌跡（図中一点鎖線で示す。）は、全てのマグネット１３に対向するのに対し、移動する各マグネット１３に対してホール素子１７が描く相対的な移動軌跡（図中破線で示す。）は、オフセットマグネット１３のみに対向し、他のマグネット１３に対向しない。なお、各ホール素子１５〜１７と、各マグネット１３との間には、図４に示すように、集磁プレート１８が配置されて各ホール素子１５〜１７による磁束密度の検出感度を向上させる。
【００２６】
図５は、図３における各ホール素子１５〜１７が出力する信号を説明するための図である。
【００２７】
図５において、アウターロータ１１が回転する際、ホール素子１５はＶ相の磁極の切り替わりのタイミングをパルス状の信号で出力し、ホール素子１６はＷ相の磁極の切り替わりのタイミングをパルス状の信号で出力する。
【００２８】
一方、ホール素子１７は各マグネット１３の移動による磁束密度の変化をリニアに示す信号（以下、「リニア信号」という。）を出力する。他のマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過する際、各マグネット１３からホール素子１７までの距離は変わらないので、ホール素子１７が検出する磁束密度の絶対値は変わらない。一方、オフセットマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過する際のオフセットマグネット１３からホール素子１７までの距離は、他のマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過する際の他のマグネット１３からホール素子１７までの距離よりも短いので、オフセットマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過する際にホール素子１７が検出する磁束密度（以下、「オフセットマグネット１３の磁束密度」という。）の絶対値は、他のマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過する際にホール素子１７が検出する磁束密度（以下、「他のマグネット１３の磁束密度」という。）の絶対値よりも大きくなる。
【００２９】
本実施の形態では、これに対応して、２つの閾値を用いたリニア信号からのＵ相の磁極の切り替わりのタイミング及びアウターロータ１１の回転周期の検出を行う。具体的には、Ｕ相の磁極の切り替わりのタイミングを検出するための閾値として、他のマグネット１３の磁束密度の絶対値、且つオフセットマグネット１３の磁束密度の絶対値よりも小さい値（以下、「Ｕ相閾値」という。図中一点鎖線で示す。）、例えば、０レベルの値を設定する。また、アウターロータ１１の回転周期を検出するための閾値として、他のマグネット１３の磁束密度の絶対値よりも大きく、且つオフセットマグネット１３の磁束密度の絶対値よりも小さい値（以下、「回転閾値」という。図中破線で示す。）を設定する。
【００３０】
リニア信号が上昇、若しくは下降するときは、ホール素子１７が検出する磁束密度の磁極が切り替わるときに他ならず、リニア信号が上昇、若しくは下降するとリニア信号はＵ相閾値を超え、若しくは下回るため、本実施の形態では、リニア信号がＵ相閾値を超え、若しくは下回るときを、ホール素子１７が検出する磁束密度の磁極が切り替わるタイミング、すなわち、Ｕ相の磁極が切り替わるタイミングとみなす。また、上述したように、オフセットマグネット１３の磁束密度の絶対値は、他のマグネット１３の磁束密度の絶対値よりも大きくなるため、本実施の形態では、リニア信号が回転閾値を超えたときを、オフセットマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過するタイミング、すなわち、回転周期とみなす。
【００３１】
モータ１０では、リニア信号に基づくＵ相の磁極が切り替わるタイミング及び回転周期の検出を以下に説明する分析回路１９によって行う。
【００３２】
図６は、モータ１０が備える分析回路１９の構成を示す回路図である。
【００３３】
図６において、分析回路１９は、ホール素子１５〜１７と、ホール素子１７の出力端にそれぞれ接続される２つのコンパレータ２０，２１とを有する。ホール素子１５，１６はＶ相，Ｗ相の磁極の切り替わりのタイミングをパルス状の信号で出力する。一方、ホール素子１７はリニア信号を出力し、コンパレータ２０にはリニア信号の他にＵ相閾値が入力され、コンパレータ２０はリニア信号がＵ相閾値を超えるときに、例えば、０を出力し、リニア信号がＵ相閾値を下回るときに、例えば、１を出力する。すなわち、コンパレータ２０はリニア信号がＵ相閾値を超え、若しくは下回るタイミングであるＵ相の磁極が切り替わるタイミングをパルス状の信号で出力する。コンパレータ２１にはリニア信号の他に回転閾値が入力され、コンパレータ２１はリニア信号が回転閾値を超えるときに、例えば、１を出力し、リニア信号が回転閾値を下回るときに、例えば、０を出力する。すなわち、コンパレータ２１はリニア信号が回転閾値を超えるタイミングである回転周期をパルス状の信号で出力する。なお、本実施の形態において、分析回路１９は後述するセンサアセンブリ２２の基板２３に設けられる。
【００３４】
また、モータ１０では、組み立て作業性等を考慮してホール素子１５〜１７がアセンブリされる。
【００３５】
図７は、ホール素子１５〜１７を有するセンサアセンブリの構成を概略的に示す斜視図である。図中上方はアウターロータ１１の開放端側であり、図中上下方向は中心軸方向と一致する。
【００３６】
図７において、センサアセンブリ２２は、中心軸方向に対して同軸方向又は水平に配置され、且つ各ステータ１２よりもアウターロータ１１の開放端側に配置される基板２３と、該基板２３からアウターロータ１１の開放端側とは反対側へ突出するホール素子１５〜１７を有する。ホール素子１５〜１７は図示しない各ステータ１２の間に進入して各マグネット１３に対向する。ホール素子１７の基板２３からの突出量は、ホール素子１５，１６の基板２３からの突出量よりも小さいため、ホール素子１７はホール素子１５，１６に比してアウターロータ１１の開放端側へオフセットして配置される。
【００３７】
モータ１０によれば、アウターロータ１１が回転する際、ホール素子１７のリニア信号を分析回路１９によって分析し、分析回路１９は、２つのコンパレータ２０，２１を用いることにより、リニア信号がＵ相閾値を超え、若しくは下回るタイミングを検出してＵ相の磁極が切り替わるタイミングをパルス状の信号で出力し、リニア信号が回転閾値を超えるタイミングを検出して回転周期をパルス状の信号で出力する。すなわち、１つのホール素子１７によってＵ相の磁極が切り替わるタイミング及び回転周期の両方を検出することができる。その結果、３つのホール素子１５〜１７により、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の磁極が切り替わるタイミング、並びに回転周期を検出することができ、ホール素子の数を削減することができる。また、センサアセンブリ２２においても、各ホール素子を取り付けるための基板２３の大きさを縮小することができる。これにより、さらなる省スペース化やコスト低減を実現することができる。
【００３８】
モータ１０では、オフセットマグネット１３が、ホール素子１７へ他のマグネット１３よりも近付くとともに、ホール素子１７は、ホール素子１５，１６よりもオフセットマグネット１３へ近付く。さらに、ホール素子１７はホール素子１５，１６よりも他のマグネット１３から中心軸方向に関して離れるように配置される。これにより、ホール素子１７が検出するオフセットマグネット１３の磁束密度の絶対値は、他のマグネット１３の磁束密度の絶対値よりも確実に大きくなる。その結果、オフセットマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過するタイミング、すなわち、回転周期を確実に検出することができる。
【００３９】
パルス型ホール素子はノイズの影響を受けて波形割れやタイミング（デューティ）乱れを起こしやすく、回転周期の検出のためにパルス型ホール素子を用いると、正確な回転周期を検出することができず、特に、回転周期をエンジンの点火制御に用いる場合、回転周期がずれると点火タイミングの進角や遅角制御に影響を及ぼす。これに対し、モータ１０では、回転周期の検出のためにリニア型ホール素子を用いる。リニア型ホール素子はリニア信号を出力するが、リニア信号で発生するノイズは異常値（例えば、局所的なピーク値や不自然な変曲点）として検知されやすいため、ノイズを取り除く処理をリニア信号に施すのが好ましく、例えば、図６の分析回路１９においてコンパレータ２０，２１のそれぞれに並行に配置される帰還抵抗をそれぞれ設けてコンパレータ２０，２１をヒステリシス作動させることによってコンパレータ２０，２１の出力波形の成形前に異常値を取り除く処理をリニア信号に施すことにより、ノイズを除去することができる。
【００４０】
以上、本発明について、上記実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。
【００４１】
例えば、上述したモータ１０では、マグネット１３がアウターロータ１１の開放端側へオフセットして配置されたが、マグネット１３をアウターロータ１１の開放端側の反対側へオフセットして配置してもよい。
【００４２】
図８は、本実施の形態の第１の変形例に係るモータにおけるアウターロータ１１の中心軸ＣＬからアウターロータ１１の内周面を眺めたときの各マグネット１３の配置と各ホール素子１５〜１７の配置とを説明するための図である。
【００４３】
図８において、各マグネット１３のうち、１つのＳ極のマグネット１３が他のマグネット１３に比して中心軸方向に関し、アウターロータ１１の開放端側の反対側へオフセットして配置され、結果として、オフセットされたマグネット１３は他のマグネット１３よりもホール素子１７から遠ざかる。なお、アウターロータ１１の開放端側の反対側へオフセットして配置されたマグネット１３を、以下「第２のオフセットマグネット１３」と称する。
【００４４】
図９は、図８における各ホール素子１５〜１７が出力する信号を説明するための図である。
【００４５】
図９において、第２のオフセットマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過する際の第２のオフセットマグネット１３からホール素子１７までの距離は、他のマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過する際の他のマグネット１３からホール素子１７までの距離よりも長いので、第２のオフセットマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過する際にホール素子１７が検出する磁束密度（以下、「第２のオフセットマグネット１３の磁束密度」という。）の絶対値は、他のマグネット１３の磁束密度の絶対値よりも小さくなる。
【００４６】
本変形例では、これに対応して、Ｕ相の磁極の切り替わりのタイミングを検出するための閾値として、図５と同様のＵ相閾値（図中一点鎖線で示す。）、例えば、０レベルの値を設定するとともに、アウターロータ１１の回転周期を検出するための閾値として、他のマグネット１３の磁束密度の絶対値よりも小さく、且つ第２のオフセットマグネット１３の磁束密度の絶対値よりも大きい値（以下、「第２の回転閾値」という。図中破線で示す。）を設定する。
【００４７】
本変形例では、図５と同様に、リニア信号がＵ相閾値を超え、若しくは下回るときを、ホール素子１７が検出する磁束密度の磁極が切り替わるタイミング、すなわち、Ｕ相の磁極が切り替わるタイミングとみなす。また、第２のオフセットマグネット１３の磁束密度の絶対値は、０レベルのＵ相閾値よりも大きくなるものの、上述したように、他のマグネット１３の磁束密度の絶対値よりも小さくなる。したがって、第２のオフセットマグネット１３の磁束密度に対応するリニア信号は第２の回転閾値を超える事が無い。ここで、図６に示す分析回路１９のコンパレータ２１に第２の回転閾値を入力すると、アウターロータ１１の一回転において、コンパレータ２１は、コンパレータ２０が出力するパルス状の信号と比較して１パルス分少ないパルス状の信号を出力する。そこで、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のパルス状の信号と、コンパレータ２１が出力するパルス状の信号とを比較し、図９に示す「Ａ」の期間を論理的に判定することにより、アウターロータ１１の回転周期を検出することが可能となる。
【００４８】
また、例えば、上述したモータ１０では、オフセットマグネット１３は１つのみであったが、複数のオフセットマグネット１３を中心軸方向にオフセットさせてもよい。
【００４９】
図１０は、本実施の形態の第２の変形例に係るモータにおけるアウターロータ１１の中心軸ＣＬからアウターロータ１１の内周面を眺めたときの各マグネット１３の配置と各ホール素子１５〜１７の配置とを説明するための図である。
【００５０】
図１０において、各マグネット１３のうち、２つのマグネット１３が他のマグネット１３に比して中心軸方向に関し、アウターロータ１１の開放端側へオフセットして配置され、結果として、２つのオフセットマグネット１３は他のマグネット１３よりもホール素子１７に近付く。
【００５１】
図１１は、図１０における各ホール素子１５〜１７が出力する信号を説明するための図である。
【００５２】
図１１において、各オフセットマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過する際の各オフセットマグネット１３からホール素子１７までの距離は、他のマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過する際の他のマグネット１３からホール素子１７までの距離よりも短いので、図５と同様に、各オフセットマグネット１３の磁束密度の絶対値は、他のマグネット１３の磁束密度の絶対値よりも大きくなる。
【００５３】
本変形例では、これに対応して、Ｕ相の磁極の切り替わりのタイミングを検出するための閾値として、図５と同様のＵ相閾値（図中一点鎖線で示す。）、例えば、０レベルの値を設定する一方、アウターロータ１１の回転周期を検出するための閾値として、図５と同様の回転閾値（図中破線で示す。）を設定する。
【００５４】
本変形例では、図５と同様に、リニア信号がＵ相閾値を超え、若しくは下回るときを、ホール素子１７が検出する磁束密度の磁極が切り替わるタイミング、すなわち、Ｕ相の磁極が切り替わるタイミングとみなす。また、図５と同様に、リニア信号が回転閾値を超えたときを、オフセットマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過するタイミング、すなわち、回転周期とみなす。これにより、１つのホール素子１７によってＵ相の磁極が切り替わるタイミング及び回転周期の両方を検出することができる。
【００５５】
また、各オフセットマグネット１３の磁束密度は、それぞれのオフセットマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過する際に変化するため、リニア信号にはそれぞれのオフセットマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過するタイミングに対応してオフセットマグネット１３の磁束密度の絶対値が他のマグネット１３の磁束密度の絶対値よりも大きくなるときが異なるタイミングで２つ存在する。したがって、リニア信号が回転閾値を超えたときを検出することにより、各オフセットマグネット１３の回転周期、すなわち、異なるタイミングの２つの回転周期を１つのホール素子１７によって検出することができる。
【００５６】
さらに、複数のマグネット１３を中心軸方向にオフセットさせる場合、第３のオフセットマグネット１３及び第４のオフセットマグネット１３のオフセット量を互いに異ならせてもよい。
【００５７】
図１２は、本実施の形態の第３の変形例に係るモータにおけるアウターロータ１１の中心軸ＣＬからアウターロータ１１の内周面を眺めたときの各マグネット１３の配置と各ホール素子１５〜１７の配置とを説明するための図である。
【００５８】
図１２において、各マグネット１３のうち、２つのマグネット１３が他のマグネット１３に比して中心軸方向に関し、アウターロータ１１の開放端側へオフセットして配置され、結果として、２つのオフセットマグネット１３は他のマグネット１３よりもホール素子１７に近付く。また、２つのオフセットマグネット１３のそれぞれの開放端側へのオフセット量は異なる。以下、最も開放端側へのオフセットしたオフセットマグネット１３を「第３のオフセットマグネット１３」と称し、第３のオフセットマグネット１３よりも開放端側の反対側に位置するオフセットマグネット１３を「第４のオフセットマグネット１３」と称する。
【００５９】
図１３は、図１２における各ホール素子１５〜１７が出力する信号を説明するための図である。
【００６０】
図１３において、第３のオフセットマグネット１３及び第４のオフセットマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過する際の第３のオフセットマグネット１３及び第４のオフセットマグネット１３からホール素子１７までの距離は、他のマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過する際の他のマグネット１３からホール素子１７までの距離よりも短いので、図５と同様に、第３のオフセットマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過する際にホール素子１７が検出する磁束密度（以下、「第３のオフセットマグネット１３の磁束密度」という。）の絶対値や第４のオフセットマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過する際にホール素子１７が検出する磁束密度（以下、「第４のオフセットマグネット１３の磁束密度」という。）の絶対値は、他のマグネット１３の磁束密度の絶対値よりも大きくなる。また、第３のオフセットマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過する際の第３のオフセットマグネット１３からホール素子１７までの距離は、第４のオフセットマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過する際の第４のオフセットマグネット１３からホール素子１７までの距離よりも短いので、第３のオフセットマグネット１３の磁束密度の絶対値は、第４のオフセットマグネット１３の磁束密度の絶対値よりも大きくなる。
【００６１】
本変形例では、これに対応して、Ｕ相の磁極の切り替わりのタイミングを検出するための閾値として、図５と同様のＵ相閾値（図中一点鎖線で示す。）、例えば、０レベルの値を設定する一方、アウターロータ１１の回転周期を検出するための閾値として、他のマグネット１３の磁束密度の絶対値及び第４のオフセットマグネット１３の磁束密度の絶対値よりも大きく、且つ第３のオフセットマグネット１３の磁束密度の絶対値よりも小さい値（以下、「第３の回転閾値」という。図中二点鎖線で示す。）を設定し、さらに、他のマグネット１３の磁束密度の絶対値よりも大きく、且つ第４のオフセットマグネット１３の磁束密度の絶対値及び第３のオフセットマグネット１３の磁束密度の絶対値よりも小さい値（以下、「第４の回転閾値」という。図中破線で示す。）を設定する。
【００６２】
本変形例では、図５と同様に、リニア信号がＵ相閾値を超え、若しくは下回るときを、ホール素子１７が検出する磁束密度の磁極が切り替わるタイミング、すなわち、Ｕ相の磁極が切り替わるタイミングとみなす。また、上述したように、第３のオフセットマグネット１３の磁束密度の絶対値は、第４のオフセットマグネット１３の磁束密度の絶対値よりも大きくなるため、リニア信号が第３の回転閾値を超えたとき（図中「Ｂ」の期間）を、第３のオフセットマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過するタイミングとみなす。さらに、上述したように、第４のオフセットマグネット１３の磁束密度の絶対値は、他のマグネット１３の磁束密度の絶対値よりも大きくなる一方、第３のオフセットマグネット１３の磁束密度の絶対値よりも小さくなるため、リニア信号が第４の回転閾値を超え、且つ第３の回転閾値を超えないとき（図中「Ｃ」の期間）を、第４のオフセットマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過するタイミングとみなす。第３のオフセットマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過するタイミング及び第４のオフセットマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過するタイミングはいずれもアウターロータ１１の回転周期に該当するので、これにより、１つのホール素子１７によってＵ相の磁極が切り替わるタイミング及び回転周期の両方を検出することができる。
【００６３】
また、図１３に示すように、「Ｂ」の期間と「Ｃ」の期間は異なるタイミングで生じるため、第３のオフセットマグネット１３の回転周期及び第４のオフセットマグネット１３の回転周期、すなわち、異なるタイミングの２つの回転周期を１つのホール素子１７によって検出することができる。
【００６４】
また、例えば、上述したモータ１０では、１つのマグネット１３がオフセットされたが、１つのマグネット１３の磁力を他のマグネット１３の磁力と異ならせてもよい。
【００６５】
図１４は、本実施の形態の第４の変形例に係るモータにおけるアウターロータ１１の中心軸ＣＬからアウターロータ１１の内周面を眺めたときの各マグネット１３の配置と各ホール素子１５〜１７の配置とを説明するための図である。
【００６６】
図１４において、各マグネット１３のうち、１つのＳ極のマグネット１３の磁力の絶対値が、他のマグネット１３の磁力の絶対値よりも大きく設定される。なお、磁力の絶対値が大きく設定されたマグネット１３を、以下「磁力変更マグネット１３」と称する（図中においてハッチングを附して示す。）。磁力変更マグネット１３は１つのみ存在するので、磁力変更マグネット１３の移動による磁束密度の変化のタイミングを検出することにより、アウターロータ１１の回転周期を検出することができる。
【００６７】
図１５は、図１４における各ホール素子１５〜１７が出力する信号を説明するための図である。
【００６８】
図１５において、他のマグネット１３がホール素子１７の近傍を通過する際、各マグネット１３の磁力は変わらないので、ホール素子１７が検出する磁束密度の絶対値は変わらない。一方、磁力変更マグネット１３がホール素子１７の近傍を通過する際、磁力変更マグネット１３の磁力の絶対値は他のマグネット１３の磁力の絶対値よりも大きいので、磁力変更マグネット１３がホール素子１７の近傍を通過する際にホール素子１７が検出する磁束密度（以下、「磁力変更マグネット１３の磁束密度」という。）の絶対値は、他のマグネット１３の磁束密度の絶対値よりも大きくなる。
【００６９】
本変形例では、これに対応して、Ｕ相の磁極の切り替わりのタイミングを検出するための閾値として、図５と同様のＵ相閾値（図中一点鎖線で示す。）、例えば、０レベルの値を設定する一方、アウターロータ１１の回転周期を検出するための閾値として、他のマグネット１３の磁束密度の絶対値よりも大きく、且つ磁力変更マグネット１３の磁束密度の絶対値よりも小さい値（以下、「第５の回転閾値」という。図中破線で示す。）を設定する。
【００７０】
本変形例では、図５と同様に、リニア信号がＵ相閾値を超え、若しくは下回るときを、ホール素子１７が検出する磁束密度の磁極が切り替わるタイミング、すなわち、Ｕ相の磁極が切り替わるタイミングとみなす。また、上述したように、磁力変更マグネット１３の磁束密度の絶対値は、他のマグネット１３の磁束密度の絶対値よりも大きくなるため、本実施の形態では、リニア信号が第５の回転閾値を超えたときを、磁力変更マグネット１３がホール素子１７の近傍を通過するタイミング、すなわち、回転周期とみなす。これにより、１つのホール素子１７によってＵ相の磁極が切り替わるタイミング及び回転周期の両方を検出することができる。
【００７１】
なお、上述した本実施の形態に係るモータ１０は、発電機と兼用される駆動用のモータ（モータジェネレータ）だけでなくスタータ交流発電機に適用してもよく、凡そ、発電機としても機能する三相ブラシレスモータであれば適用することができる。
【００７２】
また、本実施の形態に係るモータ１０で検出される回転周期は、エンジンの点火制御だけでなく、クランク軸の回転周期を利用する他の制御に用いてもよい。
【００７３】
さらに、本実施の形態に係るモータ１０では、ホール素子１７をリニア型ホール素子で構成したが、ホール素子１５やホール素子１６をリニア型ホール素子で構成し、ホール素子１５やホール素子１６によってアウターロータ１１の回転周期を検出してもよい。
【符号の説明】
【００７４】
ＣＬ  中心軸
１０  モータ
１１  アウターロータ
１２  ステータ
１３  マグネット
１５〜１７  ホール素子
１９  分析回路
２０，２１  コンパレータ
２２  センサアセンブリ
２３  基板
【図１】
0006490528.tif 000002
【図２】
0006490528.tif 000003
【図３】
0006490528.tif 000004
【図４】
0006490528.tif 000005
【図５】
0006490528.tif 000006
【図６】
0006490528.tif 000007
【図７】
0006490528.tif 000008
【図８】
0006490528.tif 000009
【図９】
0006490528.tif 000010
【図１０】
0006490528.tif 000011
【図１１】
0006490528.tif 000012
【図１２】
0006490528.tif 000013
【図１３】
0006490528.tif 000014
【図１４】
0006490528.tif 000015
【図１５】
0006490528.tif 000016
【図１６】
0006490528.tif 000017
【図１７】
0006490528.tif 000018
【図１８】
0006490528.tif 000019
【図１９】
0006490528.tif 000020