1.本发明涉及传感器磁铁、转子、马达。
背景技术：2.以往，作为能够准确地控制转子位置的马达，已知有具有光学编码器、旋转变压器等绝对角位置传感器的结构。但是，绝对角位置传感器是大型且高成本的。因此，在专利文献1中公开了不使用绝对角位置传感器而推断马达的转子的旋转位置的方法。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特许第6233532号公报
技术实现要素：6.发明要解决的课题
7.在专利文献1所记载的位置推断方法中，存在在转子角小于1周的范围内无法推断转子的旋转位置的情况。因此，难以应用于不允许为了进行位置推断而使转子旋转的预备动作的用途、例如机器人、搬运车等的驱动用马达。
8.用于解决课题的手段
9.根据本发明的一个方式，提供一种传感器磁铁，其能够绕中心轴线旋转，该传感器磁铁具有沿周向排列的多个极对，所述多个极对具有互不相同的轴向磁场强度。
10.根据本发明的另一个方式，提供一种转子，其能够绕中心轴线旋转，该转子具有：转子铁芯；以及转子磁铁，其固定于所述转子铁芯，所述转子磁铁具有沿周向排列的多个极对，所述多个极对具有互不相同的轴向磁场强度。
11.发明效果
12.根据本发明的一个方式，提供可以不需要用于位置推断的预备的旋转动作的传感器磁铁和转子。
附图说明
13.图1是第一实施方式的马达的概略剖视图。
14.图2是第一实施方式的传感器磁铁的立体图。
15.图3是第一实施方式的马达的功能框图。
16.图4是示出极对编号、区段以及分区的关系的说明图。
17.图5是示出磁传感器的波形与区段的关系的说明图。
18.图6是示出磁传感器的波形的特征点的说明图。
19.图7是位置推断方法的说明图。
20.图8是第一实施方式的位置推断方法的流程图。
21.图9是变形例的传感器磁铁的立体图。
22.图10是使用变形例的传感器磁铁的位置推断方法的说明图。
23.图11是第二实施方式的马达的概略剖视图。
24.图12是第二实施方式的转子的立体图。
25.图13是第二实施方式的马达的功能框图。
具体实施方式
26.以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
27.在以下的说明中，将与中心轴线j平行的方向设为z轴方向，简称为“轴向”。将以中心轴线j为中心的径向简称为“径向”。将以中心轴线j为中心的周向、即绕中心轴线j的方向简称为“周向”。将z轴方向的正侧(+z侧)称为“上侧”，将z轴方向的负侧(-z侧)称为“下侧”。在本实施方式中，z轴方向的负侧相当于“轴向一侧”，z轴方向的正侧相当于“轴向另一侧”。
28.另外，上侧和下侧仅是为了说明而使用的名称，并不限定实际的位置关系和方向。
29.(第一实施方式)
30.图1是示出第一实施方式的马达的剖视图。
31.本实施方式的马达1具有以中心轴线j为中心的转子20、配置于转子20的径向外侧的定子30、控制基板50、壳体11以及多个轴承15、16。马达1是内转子型的马达。转子20相对于定子30以中心轴线j为中心进行旋转。
32.壳体11收纳转子20、定子30以及控制基板50。壳体11呈沿轴向延伸的筒状。壳体11具有周壁部11a、顶壁部11b、底壁部11c以及轴承保持部11d。周壁部11a呈沿轴向延伸的圆筒状。顶壁部11b封闭周壁部11a的上侧的开口。底壁部11c封闭周壁部11a的下侧的开口。底壁部11c保持轴承16。轴承保持部11d固定于周壁部11a的内周面。轴承保持部11d保持轴承15。
33.转子20具有轴21、转子铁芯22、转子磁铁23以及传感器磁铁24。轴21呈沿轴向延伸的圆柱状。轴21也可以呈沿轴向延伸的圆筒状。轴21被多个轴承15、16支承为能够绕中心轴线j旋转。多个轴承15、16在轴向上相互隔开间隔地配置，并支承于壳体11。即，轴21经由多个轴承15、16而支承于壳体11。
34.转子铁芯22呈沿轴向延伸的筒状。转子铁芯22具有比轴21大的外径。转子铁芯22在轴向上比轴21短。转子铁芯22的内周面固定于轴21的外周面。转子铁芯22在轴向上位于一对轴承15、16之间。转子磁铁23固定于转子铁芯22的外周部。
35.传感器磁铁24固定于轴21的上端。如图2所示，传感器磁铁24具有沿绕中心轴线j的周向延伸的圆环状磁铁25和位于圆环状磁铁25的下侧(轴向一侧)的面的轭26a。圆环状磁铁25具有在圆环状磁铁25的上表面沿周向排列的多个磁极。在本实施方式的情况下，在圆环状磁铁25的上表面，n极和s极沿周向交替排列。圆环状磁铁25具有4个极对。
36.轭26a是圆环状的磁性板。轭26a具有沿轴向层叠磁力调整层27a和重量调整层28a而成的结构。在轭26a中，磁力调整层27a位于上表面侧(圆环状磁铁25侧)，重量调整层28a位于下表面侧。磁力调整层27a的上表面从下侧支承圆环状磁铁25的下表面。
37.磁力调整层27a具有放大圆环状磁铁25的磁力的功能。作为磁力调整层27a的构成材料，通常使用能够用作轭的磁性材料。磁力调整层27a例如是由具有sus 400系的磁性的不锈钢构成的层。
38.磁力调整层27a具有轴向的厚度沿着周向连续变化的结构。在本实施方式的情况下，磁力调整层27a是在绕中心轴线j的整周范围内厚度连续地变化的层。
39.重量调整层28a由具有比磁力调整层27a弱的磁性体的材料或者非磁性体构成。重量调整层28a例如是由sus 300系的非磁性的不锈钢构成的、具有与磁力调整层27a同等的比重的层。磁力调整层27a的厚度沿着周向变化，因此重量也沿着周向变化。当使仅由磁力调整层27a构成的轭26a旋转时，重心位置偏离中心轴线j，因此振动变大。因此，通过利用重量调整层28a调整轭26a的重量平衡，能够抑制旋转时的振动。
40.重量调整层28a具有在磁力调整层27a较厚的位置处较薄、在磁力调整层27a较薄的位置处较厚的形状。由此，能够使轭26a在周向上形成为同样的厚度。如果轭26a的周向的重量分布能够均匀化，则轭26a的厚度在周向上也可以稍微不均匀。
41.在与传感器磁铁24的上表面相对的位置配置有磁传感器220(磁传感器220-u、220-v、220-w)。磁传感器220-u、220-v、220-w检测传感器磁铁24的轴向磁场。
42.由于传感器磁铁24具有磁力调整层27a，因此对沿周向排列的极对作用的磁力调整层27a的增磁的程度按照每个极对而成为不同的大小。其结果为，传感器磁铁24的多个极对成为具有互不相同的轴向磁场强度的结构。在本实施方式的情况下，磁力调整层27a具有在周向上连续地变化的厚度，因此传感器磁铁24的轴向磁场强度的最大振幅沿着周向连续地变化。
43.在本实施方式中，构成为在轭26a的上表面侧(朝向圆环状磁铁25的一侧)配置有磁力调整层27a，在轭26a的下表面侧配置有重量调整层28a，但也可以调换磁力调整层27a和重量调整层28a的轴向位置。即，轭26a也可以在翻转了上下表面的状态下使用。
44.如图1所示，定子30与转子20在径向上隔开间隙地对置。定子30从径向外侧在周向的整周范围内包围转子20。定子30具有定子铁芯31、绝缘件32以及线圈33。
45.定子铁芯31呈以中心轴线j为中心的环状。定子铁芯31呈沿轴向延伸的筒状。定子铁芯31从径向外侧包围转子20。定子铁芯31例如由沿轴向层叠的多个电磁钢板构成。定子铁芯31固定于壳体11的内周面。
46.定子铁芯31具有铁芯背部31a和多个齿31b。铁芯背部31a呈以中心轴线j为中心的圆筒状。铁芯背部31a的径向外侧面固定于壳体11的周壁部11a的内周面。齿31b从铁芯背部31a的内周面向径向内侧突出。多个齿31b沿周向相互隔开间隔地配置。各齿31b的朝向径向内侧的端面与转子20的径向外侧面隔着间隙而对置。
47.绝缘件32安装于定子铁芯31。绝缘件32由绝缘性的材料构成。绝缘件32例如是树脂制的。绝缘件32呈以中心轴线j为中心的环状。绝缘件32具有至少从上侧与多个齿31b对置的上侧部分32a和至少从下侧与多个齿31b对置的下侧部分32b。上侧部分32a呈以中心轴线j为中心的环状。具体而言，上侧部分32a具有与各齿31b从上侧对置的部分和与各齿31b从周向对置的部分。下侧部分32b呈以中心轴线j为中心的环状。具体而言，下侧部分32b具有与各齿31b从下侧对置的部分和与各齿31b从周向对置的部分。
48.如图1所示，控制基板50位于轴承保持部11d的上侧。在控制基板50上安装有对马达1进行驱动控制的控制ic芯片51等。在本实施方式的情况下，在从轴向观察的中央部安装有磁传感器220。即，控制基板50具有在共用的电路板52上安装有控制ic芯片51和磁传感器220的结构。因此，控制基板50包含具有磁传感器220的检测装置2。
49.如图3所示，马达1具有检测装置2、放大装置3、位置推断装置4、控制装置5以及驱动装置6。在本实施方式中，检测装置2、放大装置3、位置推断装置4、控制装置5以及驱动装置6作为软件或者硬件而安装在控制基板50上。也可以构成为具有检测装置2、或者检测装置2和放大装置3以外的装置作为外部控制装置。在图3中，在定子30的内侧仅图示控制基板50中的检测装置2。在图3中，关于马达1的机械的构成要素，仅图示壳体11、定子30以及传感器磁铁24。
50.定子30具有u相、v相以及w相的多个槽的绕组。定子30具有由4槽的u相的绕组、4槽的v相的绕组、4槽的w相的绕组构成的12槽的绕组。从驱动装置6向定子30输入相位各错开120度的三相电流。定子30通过输入到u相、v相以及w相的各绕组的三相电流，产生作用于转子20的磁场。
51.转子20通过接受定子30的磁力而绕中心轴线旋转。转子20具有沿周向排列的多个磁极。在本实施方式的12槽的定子30中，例如组合了8极、10极、16极等的转子20。
52.传感器磁铁24具有2个以上的极对(n极和s极)。如图2和图3所示，作为一例，传感器磁铁24具有4个极对。传感器磁铁24与转子20一起以中心轴线j为中心进行旋转。在本实施方式中，对传感器磁铁24的极对分配用于位置推断的极对编号。极对编号与区段和分区相对应。
53.图4是示出极对编号、区段以及分区的对应关系的例子的图。极对编号与由多个区段编号构成的区段编号组相对应。区段编号的个数与包含检测装置2的3个磁传感器220的输出信号的大小关系和中间信号的正负(过零)的12种逻辑的数量相等。在图4中，极对编号“0”与从“0”到“11”这12个区段编号相对应。分区编号是表示转子20的机械角的绝对值的固有编号。例如，极对编号“0”的区段编号“0”至“11”与分区编号“0”至“11”相对应。例如，极对编号“1”的区段编号“0”至“11”与分区编号“12”至“23”相对应。表示图4所示的对应关系的数据表例如预先存储在位置推断装置4的后述的存储装置42中。
54.检测装置2是检测磁场强度的装置。检测装置2检测传感器磁铁24的附近的3个部位以上的磁场强度。检测装置2具有3个以上的磁传感器220。如图3所示，检测装置2具有磁传感器220-u、磁传感器220-v以及磁传感器220-w。在本说明书中，在不区分各个磁传感器的情况下，统称为“磁传感器220”。磁传感器220例如是霍尔元件、线性霍尔ic(integrated circuit：集成电路)、磁阻传感器。在本实施方式中，对磁传感器是霍尔元件的情况进行说明。
55.磁传感器220-u是检测u相的磁场强度的传感器。磁传感器220-u将表示u相的磁场强度的差动信号即u相差动信号输出给放大装置3。磁传感器220-v是检测v相的磁场强度的传感器。磁传感器220-v将表示v相的磁场强度的差动信号即v相差动信号输出给放大装置3。磁传感器220-w是检测w相的磁场强度的传感器。磁传感器220-w将表示w相的磁场强度的差动信号即w相差动信号输出给放大装置3。
56.放大装置3是对差动信号的波形的振幅进行放大的装置。放大装置3具有差动放大器300-u、差动放大器300-v以及差动放大器300-w。差动放大器300-u通过对u相差动信号执行放大处理，生成模拟的u相信号hu。差动放大器300-v通过对v相差动信号执行放大处理，生成模拟的v相信号hv。差动放大器300-w通过对w相差动信号执行放大处理，生成模拟的w相信号hw。
57.位置推断装置4是推断马达的转子的旋转位置的信息处理装置。位置推断装置4从放大装置3获取模拟的u相信号hu、模拟的v相信号hv以及模拟的w相信号hw。位置推断装置4根据u相信号hu、v相信号hv以及w相信号hw的各波形的检测值，选择传感器磁铁24的区段编号和极对编号，由此推断转子20的旋转位置。位置推断装置4将旋转位置的推断结果输出给控制装置5。
58.控制装置5是生成控制信号的信息处理装置。控制装置5根据指示信号而生成控制信号。控制信号例如是表示与所指示的旋转方向(cw：顺时针方向(clock wise)、ccw：逆时针方向(counter clock wise))对应的寄存器值的信号、表示从驱动装置6向定子30输出的电流的电流值的信号。
59.驱动装置6是驱动定子30的线圈33的装置。从控制装置5向驱动装置6输入控制信号。驱动装置6将由控制信号表示的电流值的三相电流输入给定子30的各线圈33。驱动装置6通过向定子30的各线圈33输入三相电流，使转子20旋转。在马达1中，在没有从驱动装置6向定子30的各线圈33输入三相电流的状态下，进行转子20的位置推断，详细情况在后面说明。即，位置推断装置4推断停止过程中的转子20的旋转位置。位置推断装置4还能够推断旋转过程中的转子20的旋转位置。
60.外部装置7是生成转子的旋转方向、旋转力(扭矩)、旋转角度、转速等指示信号的信息处理装置。外部装置7将指示信号输出给控制装置5。
61.接着，对位置推断装置4的结构例的详细情况进行说明。如图3所示，位置推断装置4具有转换装置40、运算装置41以及存储装置42。转换装置40是将模拟信号转换为数字信号的装置。转换装置40具有转换部400-u、转换部400-v以及转换部400-w。
62.3个转换部400-u、400-v、400-w是将模拟信号转换为数字信号的器件。转换部400-u将从差动放大器300-u获取的模拟的u相信号转换为数字的u相信号。转换部400-v将从差动放大器300-v获取的模拟的u相信号转换为数字的v相信号。转换部400-w将从差动放大器300-w获取的模拟的w相信号转换为数字的v相信号。
63.运算装置41是执行运算处理的装置。运算装置41的一部分或全部通过cpu(central processing unit：中央处理单元)等处理器执行在存储器中展开的程序来实现。运算装置41的一部分或全部例如也可以使用lsi(large scale integration：大规模集成)、asic(application specific integrated circuit：专用集成电路)等硬件来实现。
64.运算装置41具有区段选择部412和推断部413。区段选择部412与转换装置40连接。推断部413与区段选择部412连接。推断部413与控制装置5连接。
65.区段选择部412获取转子20的3个部位以上的磁场强度的检测值。区段选择部412获取由转换装置40进行了数字转换的u相信号hu、v相信号hv以及w相信号hw。
66.推断部413从区段选择部412获取磁场强度的检测值和与传感器磁铁24的当前位置对应的区段编号。推断部413计算对磁场强度的检测值进行三相二相转换而得到的合成矢量的长度作为极对特征量，并将计算出的极对特征量与预先学习到的、转子20的极对编号与极对特征量的关系进行对照。推断部413向控制装置5输出转子20的旋转位置的推断结果。
67.存储装置42例如优选具有闪存、hdd(hard disk drive：硬盘驱动器)等非易失性的记录介质(非暂时性的记录介质)。存储装置42也可以具有ram(random access memory：
随机存取存储器)等易失性的记录介质。存储装置42存储程序、学习值等数据表。
68.接着，对学习动作进行说明。
69.图5是示出磁场强度的波形的一例的图。在本实施方式的情况下，按照每个分区计算对磁场强度的检测值进行三相二相转换而得到的合成矢量的长度作为极对特征量。在第一实施方式的情况下，将计算出的极对特征量与传感器磁铁24的各分区对应起来并作为学习值。
70.事先生成极对特征量的学习值。极对特征量的学习值的事先生成处理例如在马达1出厂前实施。极对特征量的学习值的事先生成处理例如通过如下方式进行：在将外部位置传感器连接于转子20的状态下使转子20以恒定的速度进行旋转，利用放大装置3对从检测装置2输出的波形进行放大，然后在位置推断装置4中计算出极对特征量。
71.图5所示的波形是在极对特征量的学习值的事先生成处理中转子20旋转的情况下的、与转子20的转子角对应的磁场强度的波形。在图5中，示出了u相信号hu的波形的学习值、v相信号hv的波形的学习值以及w相信号hw的波形的学习值与区段的对应关系作为各磁场强度的波形的学习值与区段的对应关系的例子。作为一例，作为正值的振幅的数字值表示n极的磁场强度的数字值。作为一例，作为负值的振幅的数字值表示s极的磁场强度的数字值。
72.如图5所示，将3个波形的多个过零点和波形彼此的多个交点中的相邻配置的2点之间的区间设定为区段。在图5所示的例子中，将从u相信号hu的过零点到u相信号hu与w相信号hw的交点的区间设定为区段“0”，将从u相信号hu与w相信号hw的交点到w相信号hw的过零点的区间设定为区段“1”。以下，按照通过波形彼此的交点或过零点为止的每个区间设定区段。
73.这里，对磁场强度的检测值的三相二相转换进行说明。
74.在图6的上段示出了传感器磁铁24的磁场强度的波形。如图2所示，传感器磁铁24具有厚度沿着周向连续变化的磁力调整层27a，由此具有最大振幅沿着周向连续变化的轴向磁场强度。因此，如图6所示，由磁传感器220检测出的传感器磁铁24的轴向磁场强度成为在旋转方向上最大振幅连续地变化的波形。
75.位置推断装置4在由转换装置40将从放大装置3输入的u相信号hu、v相信号hv以及w相信号hw转换为数字值之后，通过图6中段所示的行列式执行三相二相转换。通过三相二相转换，u相信号hu、v相信号hv以及w相信号hw被转换为二相坐标系的α轴、β轴的信号。转换后的信号hα、hβ如图6下段所示那样，能够表现为正交坐标系的合成矢量(hα，hβ)。
76.如图6下段所示那样，合成矢量(hα，hβ)的前端位置随着转子20的旋转而呈以原点为中心的螺旋状移动。即，合成矢量(hα，hβ)的大小随着转子20的旋转而连续变化。合成矢量(hα，hβ)的大小与传感器磁铁24的轴向磁场强度对应。位置推断装置4计算合成矢量(hα，hβ)的大小作为极对特征量。
77.在学习动作中，制作出表示作为合成矢量(hα，hβ)的大小的极对特征量与传感器磁铁24的分区编号的对应关系的数据表。由此，例如制作出在图4所示的48个分区中分别对应有极对特征量的数据表。所制作的数据表例如预先存储在存储装置42中。
78.接着，参照图7和图8对位置推断装置4的动作例进行说明。
79.图7是示出磁场强度的波形的检测例的图。在图7所示的检测时，转子20的旋转处
于停止的状态，检测装置2被通电。图7所示的标号“kt”表示磁场强度的波形中的检测值被区段选择部412采样的时刻的转子20的转子角(旋转位置)。
80.位置推断装置4通过执行图8所示的步骤s101～s106，推断转子20的当前位置，并输出给控制装置5。
81.在步骤s101中，向区段选择部412输入v相信号hv的校正波形的采样点100的检测值、w相信号hw的校正波形的采样点110的检测值以及u相信号hu的校正波形的采样点120的检测值。
82.在步骤s102中，区段选择部412从在图5所示的极对编号中预先确定的多个区段中根据u相信号hu、v相信号hv以及w相信号hw的各磁场强度的检测值来选择区段。
83.具体而言，区段选择部412根据图7所示的3个采样点100、110、120的检测值的相互的大小关系和中间的大小的检测值即采样点110的正负来选择区段。如图5所示，在区段与磁场强度的波形之间存在一定的关系，能够根据3个采样点的检测值的大小关系和中间位置的采样点的正负来选择旋转位置的区段。在图7所示的波形的情况下，区段选择部412选择区段编号“8”。区段选择部412将所选择的区段编号与磁场强度的检测值一起输出给推断部413。
84.在步骤s103中，推断部413针对从区段选择部412输入的磁场强度的检测值，通过图6中段所示的行列式来执行三相二相转换。推断部413计算通过三相二相转换而得到的合成矢量(hα，hβ)的长度作为极对特征量。
85.在步骤s104中，推断部413从存储装置42读出极对特征量的学习值。推断部413获取与从区段选择部412输入的区段编号对应的极对特征量。在本实施方式的情况下，推断部413获取4个学习值作为分别属于4个极对编号“0”、“1”、“2”、“3”的区段编号“8”的极对特征量。
86.在步骤s105中，推断部413将在步骤s103中计算出的极对特征量的计算值与在步骤s104中获取的极对特征量的4个学习值进行比较。
87.在步骤s106中，推断部413确定极对特征量的4个学习值中的与计算值最接近的值的学习值。推断部413选择与所确定的学习值对应的极对编号。在本实施方式的情况下，推断部413选择4个极对编号“0”、“1”、“2”、“3”中的任意一个作为旋转位置的极对编号。
88.通过以上的动作，位置推断装置4能够选择转子20的当前的旋转位置处的传感器磁铁24的区段编号和极对编号。由此，位置推断装置4能够确定图4所示的分区编号。位置推断装置4将所确定的分区编号作为转子20的旋转位置而输出给控制装置5。
89.从位置推断装置4向控制装置5输出的信息不限于分区编号。例如，也可以从位置推断装置4向控制装置5输出区段编号和极对编号。并且，在位置推断装置4能够执行再公表wo2016/104378号公报(日本特愿2016-566319号)所记载的位置推断处理的情况下，能够根据所选择的分区编号和磁场强度的检测值，以更高的分辨率计算出转子20的机械角。位置推断装置4也可以将计算出的高分辨率的机械角输出给控制装置5。
90.如上所述，第一实施方式的位置推断装置4具有区段选择部412和推断部413。无论转子20的旋转状态如何，区段选择部412都获取转子20的3个部位以上的磁场强度的检测值。区段选择部412从在转子20的极对编号中预先确定的多个区段中根据磁场强度的检测值来选择区段。推断部413通过对磁场强度的检测值进行三相二相转换来计算极对特征量，
并按照与所选择的区段对应的每个极对来判定是否与预先学习到的极对特征量一致。推断部413选择与最接近计算值的值的极对特征量对应的极对编号，推断为转子20的旋转位置。
91.由此，第一实施方式的位置推断装置4能够在不使转子20旋转的情况下推断转子20的旋转位置。具有位置推断装置4的马达1也可以在接通电源时不调整转子20的旋转位置的原点。马达1不需要进行用于原点调整的预备动作，因此也能够适当地用于不允许预备动作的机器人、搬运车等的驱动用马达用途。由于马达1不需要进行用于原点调整的预备动作，因此能够减少预备动作所需的驱动时间、消耗电力。
92.(变形例)
93.图9是示出传感器磁铁24的变形例的图。图9所示的传感器磁铁24具有与第一实施方式不同的构造的轭26b。轭26b是圆环状的磁性板。轭26b具有沿轴向层叠磁力调整层27b和重量调整层28b而成的结构。在轭26b中，磁力调整层27b位于上表面侧(圆环状磁铁25侧)，重量调整层28b位于下表面侧。磁力调整层27b的上表面从下侧支承圆环状磁铁25的下表面。
94.磁力调整层27b具有放大圆环状磁铁25的磁力的功能。作为磁力调整层27b的构成材料，能够使用与第一实施方式的磁力调整层27a同样的材料。磁力调整层27b具有轴向的厚度沿着周向呈阶梯状变化的结构。在本实施方式的情况下，磁力调整层27a按照圆环状磁铁25的每两个磁极而具有不同的厚度。
95.重量调整层28b由具有比磁力调整层27b弱的磁性体的材料或非磁性体构成，是具有与磁力调整层27b同等的比重的层。重量调整层28b的构成材料与第一实施方式的重量调整层28a相同。
96.重量调整层28b在磁力调整层27b较厚的位置处较薄，在磁力调整层27b较薄的位置处较厚。由此，能够使轭26b的厚度在周向上均匀化。通过利用重量调整层28b来调整轭26b的重量平衡，能够抑制旋转时的振动。如果轭26b的周向的重量分布能够均匀化，则轭26b的厚度在周向上也可以稍微不均匀。
97.变形例的传感器磁铁24具有磁力调整层27b，因此对沿周向排列的极对作用的磁力调整层27b的增磁的程度按照每个极对而成为不同的大小。其结果为，传感器磁铁24的多个极对构成为具有互不相同的轴向磁场强度。在本实施方式的情况下，磁力调整层27b具有沿着周向呈阶梯状变化的厚度，因此传感器磁铁24的轴向磁场强度沿着周向呈阶梯状变化。
98.在上述变形例中，构成为在轭26b的上表面侧(朝向圆环状磁铁25的一侧)配置有磁力调整层27b，在轭26b的下表面侧配置有重量调整层28b，但也可以调换磁力调整层27b和重量调整层28b的轴向位置。即，轭26b也可以在翻转了上下表面的状态下使用。
99.参照图10对具有变形例的传感器磁铁24的马达1中的极对特征量的计算进行说明。
100.在图10的上段示出了变形例的传感器磁铁24的磁场强度的波形。如图9所示，变形例的传感器磁铁24具有最大振幅沿着周向呈阶梯状变化的轴向磁场强度。因此，如图10所示，由磁传感器220检测出的传感器磁铁24的轴向磁场强度成为在旋转方向上最大振幅呈阶梯状变化的波形。
101.位置推断装置4在通过转换装置40将从放大装置3输入的u相信号hu、v相信号hv以
及w相信号hw转换为数字值之后，通过图10中段所示的行列式来执行三相二相转换。通过三相二相转换，u相信号hu、v相信号hv以及w相信号hw转换为二相坐标系的信号hα、hβ。如图10下段所示，信号hα、hβ能够在正交坐标系中表现为合成矢量(hα，hβ)。
102.合成矢量(hα，hβ)的大小与传感器磁铁24的轴向磁场强度对应，因此合成矢量(hα，hβ)的大小随着转子20的旋转而呈阶梯状变化。如图10下段所示，合成矢量(hα，hβ)的前端位置随着转子20的旋转而呈以原点为中心的同心圆状移动。在图10中，合成矢量(hα，hβ)的前端位置的轨迹由3个同心圆表示，但在具有4个极对的传感器磁铁24的情况下，合成矢量(hα，hβ)的前端位置的轨迹由4个同心圆表示。
103.在变形例的传感器磁铁24中，由于磁力调整层27b的厚度按照每个极对而不同，因此合成矢量(hα，hβ)的大小也与极对的位置对应地变化。合成矢量(hα，hβ)的大小在磁力调整层27b的厚度变化的位置以外成为大致恒定的值。在使用了具有4个极对的传感器磁铁24的情况下，合成矢量(hα，hβ)的大小在大部分的旋转位置处成为4个值中的任一个。
104.位置推断装置4计算合成矢量(hα，hβ)的大小作为极对特征量。在学习动作中，制作表示作为合成矢量(hα，hβ)的大小的极对特征量与传感器磁铁24的极对编号的对应关系的数据表。由此，例如制作图4所示的4个极对分别对应有极对特征量的数据表。所制作的数据表例如预先存储在存储装置42中。
105.在位置推断装置4的位置推断动作中，使用将上述的极对特征量与极对编号对应起来的数据表。
106.在图8所示的流程图中，步骤s101～步骤s103与第一实施方式是相同的。
107.在步骤s104中，推断部413从存储装置42读出与极对编号“0”“1”“2”“3”对应的极对特征量的4个学习值。
108.在步骤s105中，推断部413将极对特征量的计算值与读出的4个学习值进行比较。
109.在步骤s106中，推断部413选择与最接近计算值的值的学习值对应的极对编号。
110.如上所述，在具有变形例的传感器磁铁24的马达1中，也能够在不使转子20旋转的情况下选择传感器磁铁24的区段编号和极对编号。由此，能够选择传感器磁铁24的分区编号，因此能够在不使转子20旋转的情况下推断转子20的旋转位置。
111.根据变形例的结构，只要在数据表中仅保持与极对编号对应的学习值即可，因此具有能够缩小数据表的优点。
112.(第二实施方式)
113.图11是示出第二实施方式的马达的剖视图。
114.第二实施方式的马达1a的基本结构与第一实施方式的马达1相同。第二实施方式的马达1a在转子20、检测装置2a、控制基板50a的结构中与第一实施方式不同。图12是示出第二实施方式的转子20的立体图。图13是第二实施方式的马达1a的功能框图。
115.如图11所示，转子20具有轴21、转子铁芯22以及转子磁铁23。在本实施方式的情况下，在轴21上不设置传感器磁铁。转子磁铁23固定于转子铁芯22的外周部。
116.如图12所示，转子磁铁23由沿周向排列的4个磁铁件23a、23b、23c、23d构成。在图12中，省略了转子铁芯22的图示。各个磁铁件23a～23d呈中心角为大致90
°
的扇状。各个磁铁件23a～23d在周向上被着磁。因此，在转子磁铁23的上表面，n极和s极沿周向交替排列。转子磁铁23具有4个极对。
117.如图12所示，磁铁件23a～23d配置于互不相同的轴向位置。从上侧观察时，在顺时针方向上配置有磁铁件23a、23b、23c、23d。磁铁件23a～23d中的磁铁件23a位于最靠上侧的位置。按照磁铁件23b、23c、23d的顺序，轴向位置逐渐位于下侧。因此，转子磁铁23的上表面在周向的多个部位具有阶梯状的台阶。
118.在与转子磁铁23的上表面对置的位置配置有磁传感器220(磁传感器220-u、220-v、220-w)。磁传感器220-u、220-v、220-w检测转子磁铁23的轴向磁场。
119.上述结构的转子20由于磁铁件23a～23d的轴向位置互不相同，因此磁铁件23a～23d与磁传感器220的间隔按照每个磁铁件而不同。由此，转子磁铁23的多个极对构成为相对于磁传感器220具有互不相同的轴向磁场强度。在本实施方式的情况下，转子磁铁23的上表面位置在周向上呈阶梯状变化，因此由磁传感器220检测出的轴向磁场强度的最大振幅沿着周向呈阶梯状变化。
120.在第二实施方式的马达1a中，磁传感器220检测转子磁铁23的轴向磁场，因此如图11所示，具有磁传感器220的检测装置2a位于转子20与轴承保持部11d之间。在本实施方式的情况下，检测装置2a位于定子30的径向内侧。
121.控制基板50a位于轴承保持部11d的上侧。控制基板50a和检测装置2a经由未图示的线缆而连接。在控制基板50a上安装有对马达1a进行驱动控制的控制ic芯片51等。在控制基板50a上安装有例如图13所示的放大装置3、位置推断装置4、控制装置5以及驱动装置6。放大装置3也可以安装在与检测装置2a共同的基板上。控制基板50a的一部分或全部也可以构成为外部控制装置。
122.如图13所示，检测装置2a的磁传感器220-u、220-v、220-w检测转子磁铁23的磁通。放大装置3、位置推断装置4、控制装置5以及驱动装置6的结构与第一实施方式相同。
123.第二实施方式的马达1a中的位置推断动作与具有图9所示的变形例的传感器磁铁24的马达1相同。在第二实施方式的马达1a中，如图10上段所示的波形那样，由磁传感器220检测出的磁场强度的波形成为最大振幅沿着周向呈阶梯状变化的波形。在位置推断动作中，对转子磁铁23设定图4所示的极对编号、区段编号以及分区编号。
124.在学习动作中，与变形例同样地，制作表示作为合成矢量(hα，hβ)的大小的极对特征量与转子磁铁23的极对编号的对应关系的数据表。由此，例如制作图4所示的4个极对分别对应有极对特征量的数据表。所制作的数据表例如预先存储在存储装置42中。
125.在位置推断装置4的位置推断动作中，使用将上述的极对特征量与极对编号对应起来的数据表。
126.在图8所示的流程图中，步骤s101～步骤s103与第一实施方式相同。
127.在步骤s104中，推断部413从存储装置42读出与极对编号“0”“1”“2”“3”对应的极对特征量的4个学习值。
128.在步骤s105中，推断部413将极对特征量的计算值与读出的4个学习值进行比较。
129.在步骤s106中，推断部413选择与最接近计算值的值的学习值对应的极对编号。
130.如上所述，在第二实施方式的马达1a中，也能够在不使转子20旋转的情况下选择转子磁铁23的区段编号和极对编号。由此，能够确定转子磁铁23的分区编号，因此能够在不使转子20旋转的情况下推断转子20的旋转位置。
131.根据第二实施方式的马达1a，能够在不在转子20设置传感器磁铁的情况下推断转
子20的旋转位置。根据第二实施方式的马达1a，能够得到与第一实施方式和变形例的马达1同样的作用效果，并且，还能够实现部件数量的减少以及小型轻量化。
132.在第二实施方式中，构成为通过使磁铁件23a～23d的轴向位置互不相同来调整转子20的轴向磁场强度，但也可以通过在转子20设置磁力调整部件来调整转子20的轴向磁场强度。例如，也可以将具有与第一实施方式的磁力调整层27a或变形例的磁力调整层27b共同的结构的磁力调整部件设置在转子磁铁23的上表面或下表面。作为磁力调整部件，也可以是局部地屏蔽转子磁铁23的轴向磁场的部件。
133.以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细说明，但具体的结构并不限于该实施方式，也包含不脱离本发明的主旨的范围的设计等。另外，各实施方式的结构能够在相互不矛盾的范围内进行组合。
134.另外，也可以将用于实现本发明中的位置推断装置的功能的程序记录在未图示的计算机可读取的记录介质中，通过使计算机系统读入记录在该记录介质中的程序并执行而进行各处理的过程。另外，这里所说的“计算机系统”包括os、周边设备等硬件。另外，“计算机系统”也包括具有主页提供环境(或者显示环境)的www系统。另外，“计算机可读取的记录介质”是指软盘、光磁盘、rom、cd-rom等可移动介质、内置于计算机系统的硬盘等存储装置。并且，“计算机可读取的记录介质”也包括如作为经由互联网等网络或电话线路等通信线路发送程序的情况下的服务器或客户端的计算机系统内部的易失性存储器(ram)那样将程序保持一定时间的介质。
135.另外，上述程序也可以从将该程序保存在存储装置等中的计算机系统经由传送介质、或者通过传送介质中的传送波向其他计算机系统传送。这里，传送程序的“传送介质”是指像互联网等网络(通信网)、电话线路等通信线路(通信线)那样具有传送信息的功能的介质。另外，上述程序也可以用于实现上述的功能的一部分。并且，也可以是能够通过与已经记录在计算机系统中的程序的组合来实现上述的功能的所谓的差分文件(差分程序)。
136.标号说明
137.1、1a：马达；2、2a：检测装置；3：放大装置；4：位置推断装置；5：控制装置；6：驱动装置；7：外部装置；11：壳体；15、16：轴承；20：转子；21：轴；22：转子铁芯；23：转子磁铁；23a、23b、23c、23d：磁铁件；24：传感器磁铁；25：圆环状磁铁；26a、26b：轭；27a、27b：磁力调整层；28a、28b：重量调整层；30：定子；31：定子铁芯；31a：铁芯背部；31b：齿；32：绝缘件；33：线圈；40：转换装置；41：运算装置；42：存储装置；50、50a：控制基板；51：控制ic芯片；52：电路板；220、220-u、220-v、220-w：磁传感器；300-u、300-v、300-w：差动放大器；400-u、400-v、400-w：转换部；412：区段选择部；413：推断部；hu：u相信号；hv：v相信号；hw：w相信号；hα、hβ：信号；j：中心轴线。
技术特征：1.一种传感器磁铁，其能够绕中心轴线旋转，其中，该传感器磁铁具有沿周向排列的多个极对，所述多个极对具有互不相同的轴向磁场强度。2.根据权利要求1所述的传感器磁铁，其中，该传感器磁铁具有在周向上连续变化的轴向磁场强度。3.根据权利要求1所述的传感器磁铁，其中，该传感器磁铁具有在周向上呈阶梯状变化的轴向磁场强度。4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的传感器磁铁，其中，该传感器磁铁具有：圆环状磁铁，其沿周向延伸；以及轭，其位于所述圆环状磁铁的轴向一侧的面，所述轭具有厚度根据周向位置而变化的磁力调整层。5.根据权利要求4所述的传感器磁铁，其中，所述轭具有：所述磁力调整层；以及重量调整层，其由比所述磁力调整层弱的磁性体或者非磁性体构成，所述磁力调整层层叠在所述重量调整层的所述圆环状磁铁这一侧的面上。6.根据权利要求4所述的传感器磁铁，其中，所述轭具有：所述磁力调整层；以及重量调整层，其由比所述磁力调整层弱的磁性体或者非磁性体构成，所述重量调整层层叠在所述磁力调整层的所述圆环状磁铁这一侧的面上。7.根据权利要求5或6所述的传感器磁铁，其中，所述轭在周向上具有同样的厚度。8.一种转子，其能够绕中心轴线旋转，其中，该转子具有：转子铁芯；以及转子磁铁，其固定于所述转子铁芯，所述转子磁铁具有沿周向排列的多个极对，所述多个极对具有互不相同的轴向磁场强度。9.根据权利要求8所述的转子，其中，所述转子磁铁具有沿周向排列的多个磁铁件，所述多个磁铁件配置于互不相同的轴向位置。10.根据权利要求8所述的转子，其中，该转子具有磁力调整部件，该磁力调整部件将所述转子磁铁的轴向磁场局部放大或屏蔽。11.一种马达，其具有：转子，其能够绕中心轴线旋转；定子，其与所述转子在径向上对置；
权利要求1至7中的任意一项所述的传感器磁铁，其安装在所述转子的轴上；以及3个以上的磁传感器，其检测所述传感器磁铁的磁场。12.根据权利要求11所述的马达，其中，该马达具有推断所述转子的旋转位置的位置推断装置，所述位置推断装置具有：区段选择部，其经由所述磁传感器获取所述传感器磁铁的3个部位以上的磁场强度的检测值，从在所述传感器磁铁的极对编号中预先确定的多个区段中根据所述磁场强度的检测值来选择所述区段；以及推断部，其计算对所述磁场强度的检测值进行三相二相转换而得到的合成矢量的长度作为极对特征量，通过将计算出的所述极对特征量与预先学习到的、所述传感器磁铁的极对编号与极对特征量的关系进行对照，来推断所述转子的旋转位置的极对编号。13.一种马达，其具有：权利要求8至10中的任意一项所述的转子；定子，其与所述转子在径向上对置；以及3个以上的磁传感器，其检测所述转子磁铁的磁场。14.根据权利要求13所述的马达，其中，该马达具有推断所述转子的旋转位置的位置推断装置，所述位置推断装置具有：区段选择部，其经由所述磁传感器获取所述转子磁铁的3个部位以上的磁场强度的检测值，从在所述转子磁铁的极对编号中预先确定的多个区段中根据所述磁场强度的检测值来选择所述区段；以及推断部，其计算对所述磁场强度的检测值进行三相二相转换而得到的合成矢量的长度作为极对特征量，通过将计算出的所述极对特征量与预先学习到的、所述转子磁铁的极对编号与极对特征量的关系进行对照，来推断所述转子的旋转位置的极对编号。
技术总结在现有的位置推断方法中，存在在转子角小于1周的范围内无法推断转子的旋转位置的情况。因此，难以应用于不允许为了进行位置推断而使转子旋转的预备动作的用途、例如机器人、搬运车等的驱动用马达。是能够绕中心轴线旋转的传感器磁铁。该传感器磁铁具有沿周向排列的多个极对，多个极对具有互不相同的轴向磁场强度。根据本发明，提供可以不需要用于位置推断的预备的旋转动作的传感器磁铁和转子。的预备的旋转动作的传感器磁铁和转子。的预备的旋转动作的传感器磁铁和转子。
技术研发人员：藤田淳
受保护的技术使用者：日本电产株式会社
技术研发日：2020.12.15
技术公布日：2022/11/1
