以下に、本発明に係るモータの位置検出� ��法およびモータの駆動装置並びにポンプの� ��施形態について、図面を参照して説明する� ��

〔第1の実施形態〕
 図1は、本発明の第1の実施形態に係る3相の� ��ラシレスモータ(以下「モータ」という。)� �断面図、図2は図1に示したモータ1のA-A矢視� �面図、図3は位置検出用コイルの取り付け例� ��説明するためのモータの概略斜視図である� ��
 図1乃至図3に示されるモータ1は、ステータ2 と、ロータ3とを備えている。ステータ2は、� ��肉の磁性鋼板を多数積層してなる円筒状の� ��テータコア21の内側に、その周方向に所定� �間隔を隔てて設けられた複数のステータテ� �ース22を有している。ステータティース22に� ��、Y結線される3相電機子巻線25(図2参照)が巻 きつけられている。

 ステータ2内には、所定のエアギャップ23� ��あけて、4極の永久磁石24が周方向に向けて� ��置されたロータ3が回転自在に配置されてい る。本実施形態においては、ステータティー ス数=6、ロータ3の磁極数=4の場合を示してい� ��が、ステータティース数、磁極数について� ��これに限定されず、適宜設定することが可� ��である。

 ステータ2のステータコア21の軸方向端面� ��は、ロータ3の軸方向における位置を検出す るための位置検出用コイル5が設けられてい� �。この位置検出用コイル5は、例えば、ステ� ��タコア21の軸方向端面に、その周方向に向� �て設けられた細い鉄心6と、鉄心6に巻きつけ られた巻線7とを備えている。

 鉄心6の長さはとくに限定されないが、好 ましくは、磁極数がNである場合に、ステー� �コア21の周長のN分の1程度の長さ、つまり、� ��実施形態では、ステータコア21の周長の4分� ��1程度の長さとするとよい。このようにする ことで、磁束が通りやすく、より大きな誘起 電圧を発生させることが可能となる。

 図4に示すように、モータ1において、任� �の永久磁石24のN極からでた磁束は、エアギ� �ップ23を通過し、ステータティース22に巻き� ��けられている巻線の外周を経由してエアギ� ��ップ23を再度通過した後、隣接する永久磁� �24のS極に戻る。このエアギャップ23の幅が小 さければ小さいほど永久磁石24から発生する� ��束を有効に活用することができる。

 次に、モータ1の駆動装置について図5を� �照して説明する。図5は、モータ1の駆動装置 の全体概略構成を示した図である。図5に示� �れるように、モータの駆動装置30は、直流電 源31と、コントローラ32と、スイッチング回� �33とを備えている。スイッチング回路33は、� ��6に示されるように、3相ブリッジ接続され� �6つのスイッチング素子41~46を備えている。

 スイッチング素子41~46としては、例えば� �パワートランジスタ、IGBT,パワーFET等が挙げ られる。各スイッチング素子41~46には、パワ� ��ダイオード(図示略)が逆並列接続されてい� �。

 各スイッチング素子41~46は、コントロー� �32からの制御信号、例えば、PWM制御信号に応 じたスイッチング動作を行い、直流電源31か� ��モータ1の各相電機子巻線U,V,Wに電力供給を� ��う。具体的には、スイッチング素子41~46の� �ち、スイッチング素子41、42はU相に対応する ものであり、その接続点にU相の電機子巻線� �一端が接続されている。

 スイッチング素子43、44はW相に対応する� �のであり、その接続点にW相の電機子巻線の� ��端が接続されている。スイッチング素子45� �46はV相に対応するものであり、その接続点� �V相の電機子巻線の一端が接続されている。� ��た、各相電機子巻線の他端は共通接続され� ��いる。

 図1乃至図3に示した位置検出用コイル5を� ��成する巻線7の両端電圧は、図示しない電圧 計測器によって測定され、コントローラ32に� ��力される。コントローラ32は、要求トルク� �たは要求回転数等に基づいてPWM制御信号を� �成し、これをスイッチング回路33に与えると ともに、位置検出用コイル5の両端電圧に基� �いて、ロータ3の軸方向位置を検出する。

 次に、コントローラ32が備えるモータの� �方向位置検出機能について図7及び図8を参照 して説明する。図7は、ロータ3の軸方向変位� ��対する巻線7の両端電圧、即ち、位置検出用 コイル5に発生する誘起電圧VLの振幅変化の一 例を示した図、図8はロータ3の軸方向位置と� ��起電圧VLの振幅との関係を示した図である� �

 図7において、横軸は時間、縦軸は誘起電 圧である。図8において、横軸はロータの軸� �向位置(基準位置からの変位量、換言すると� ��ステータコア21の軸方向中心に対するロー� �3の軸方向中心のズレ量)、縦軸は誘起電圧の 振幅である。

 図7、図8に示すように、ロータ3の軸方向� ��置が変化すると、位置検出用コイル5に発生 する誘起電圧VLの振幅が変化することがわか� ��。これは、図9に示すように、ロータ3の軸� �向位置が移動した場合、移動した側のステ� �タコア21の磁束密度は大きくなり、反対側は 小さくなるからである。

 即ち、ロータ3の軸方向位置が位置検出用 コイル5の配置されている側に移動した場合� �は、位置検出用コイル5に発生する誘起電圧V Lの振幅は大きくなり、逆に、ロータ3の位置� ��位置検出用コイル5の配置されていない側に 移動した場合には、位置検出用コイル5に発� �する誘起電圧VLの振幅は小さくなる。

 このことから、ロータ3の軸方向の位置と 誘起電圧VLの振幅とを対応付けたテーブル、� ��えば、図8に示すようなテーブルをコントロ ーラ32(図5参照)に予め登録しておけば、モー� ��1の駆動時において、位置検出用コイル5に� �生する誘起電圧の振幅に対応するロータ3の� ��方向位置を図8に示したテーブルから取得す ることにより、ロータ3の軸方向における位� �を容易に検出することが可能となる。

 以上説明してきたように、本実施形態に� ��るモータの位置検出方法及びモータの駆動� ��置によれば、ステータコア21の軸方向一端� �に位置検出用コイル5を配置し、この位置検� ��用コイル5に発生した誘起電圧VLに基づいて� ��ータ3の軸方向位置を検出するので、センサ を用いることなく、ロータ3の軸方向位置を� �易に検出することが可能となる。また、位� �検出用コイル5が設けられるスペースは、も� ��もと空きスペースであることから、従来用� ��られていないスペースを有効活用すること� ��可能となる。

〔第2の実施形態〕
 次に、本発明の第2の実施形態について、図 10を用いて説明する。
 上述した第1の実施形態にかかる位置検出方 法及びモータの駆動装置においては、位置検 出用コイル5をステータコア21の軸方向片側端 面にのみ配置していたが、本実施形態では、 ステータコア21の軸方向両端面に位置検出用� ��イル5,5´を設けている。以下、本実施形態� �位置検出方法及びモータの駆動装置につい� �、第1の実施形態と共通する点については説� ��を省略し、異なる点について主に説明する� ��

 図10に示すように、ステータコアの両端� �に位置検出用コイル5,5´を配置した場合、位 置検出用コイル5に発生する誘起電圧VLと、位 置検出用コイル5´に発生する誘起電圧VL´と� �、図11に示すように、ロータの基準位置(ス� �ータコアの軸方向中心とロータの軸方向中� �とを一致させた位置)を中心として対称とな� ��。

 このため、誘起電圧VLの電圧を正として� �えた場合、図12に示されるように、誘起電圧 VLとVL´との電圧差δV=VL-VL´は基準位置でゼロ� ��なり、位置検出用コイル5が設けられている 側にロータ3が移動するほど、大きな正の値δ V=VL-(-VL´)=VL+VL´をとり、逆に、位置検出用コ� ��ル5が設けられていない側に移動するほど大 きな負の値δV=-VL-(+VL´)=-(VL+VL´)をとることと� ��る。

 したがって、本実施形態では、図12に示� �ようなロータ3の軸方向位置と誘起電圧VL,VL´ の電圧差との関係をコントローラ32が予め保� ��しておき、モータ1の駆動時においては、電 圧計測器(図示略)から入力される誘起電圧VL,V L´の計測値の差分に対応するロータ軸方向位 置を図12に示したテーブルから取得すること� ��、ロータの軸方向位置を検出する。

 以上説明してきたように、本実施形態に� ��るモータの位置検出方法およびモータの駆� ��装置によれば、ステータコア32の軸方向両� �面に位置検出用コイル5,5´を設け、これら位 置検出用コイル5,5´に発生する誘起電圧の電� ��差δVに基づいてロータ3の軸方向位置を検出 するので、ロータ3の軸方向位置の検出感度� �高めることができ、位置検出精度の更なる� �上を図ることが可能となる。

 更に、中心位置の出力が0V(ゼロボルト)と なるため、位置と出力電圧の関係のテーブル を参照することなく中心位置及び変位の方向 を検出することが可能となる。

〔第3の実施形態〕
 次に、本発明の第3の実施形態について、図 13を用いて説明する。
 上述した第1の実施形態に係るモータの位置 検出方法及びモータの駆動装置においては、 ステータコア21の軸方向片端面に位置検出用� ��イル5を設けることでロータ3の軸方向位置� �出を行っていたが、本実施形態では、U,V,W相 のいずれかの相に発生する誘起電圧を測定す ることでロータ3の軸方向位置検出を行うこ� �としている。

 以下、本実施形態に係るモータの位置検� ��方法及びモータの駆動装置について、第1の 実施形態と共通する点については説明を省略 し、異なる点について主に説明する。

 図13は、本実施形態に係る電機子巻線の� �線の一例を示した図、図14は本実施形態に係 るモータの横断面図、図15は図14に示したモ� �タのB-B矢視断面図である。

 図13乃至図15に示すように、本実施形態で は、U相の電機子巻線の一部(上流側)Upが巻き� ��けられる第1ティース53のロータの軸方向に� ��ける一端部55を非磁性体材料で構成する。� �た、第1ティース53に巻きつけられている電� �子巻線Upと同相の電機子巻線の一部(下流側)U dが巻きつけられる第2ティース54のロータの� �方向における一端部56を非磁性体材料で構成 する。

 ここで、非磁性体材料で構成される一端� ��55,56は、第1ティース53と第2ティース54とで� �対称とされている。上記非磁性体材料とし� �は、樹脂或いはセラミックス、アルミ、銅� �が挙げられる。

 図13及び図14に示すように、第1ティース53 に巻きつけられた電機子巻線Upに生ずる誘起� ��圧Vpは第1電圧計測器51により計測され、コ� �トローラに出力される。また、第2ティース5 4に巻きつけられた電機子巻線Udに生ずる誘起 電圧Vdは、第2電圧計測器52により計測され、� ��ントローラに出力される。

 コントローラは、第1電圧計測器51及び第2 電圧計測器52から入力される誘起電圧Vpと誘� �電圧Vdとの電圧差δV´を算出し、この電圧差� �V´に基づいてロータ3の軸方向位置を検出す� ��。

 例えば、図15に示されるように、上流側� �ィース53の非磁性体材料が設けられている方 向を負、下流側ティース54の非磁性体材料が� ��けられている方向を正と定義する。このと� ��、U相の電機子巻線Up及び電機子巻線Udには� �ータ3の軸方向位置に応じた誘導電圧Vp,Vdが� �生する。

 具体的には、ロータ3が基準位置で回転し ている場合は、上側巻線Upおよび下側巻線Ud� �同等の大きさの誘起電圧Vp,Vdが発生する。こ れに対し、ロータ3が正側に移動した場合に� �、電機子巻線Udを通る磁束密度が小さくなる ことから電機子巻線Udの誘起電圧Vdが小さく� �り、逆に、電機子巻線Upを通る磁束密度は大 きくなることから電機子巻線Upの誘起電圧Vp� �大きくなる。

 U相に発生する誘導電圧は、U相に対応す� �スイッチング素子41,42(図6参照)が両方ともオ フである期間、つまりU相の非通電期間に計� �するのが計測精度の面から好ましいため、� �えば、コントローラは、図16に示すように、 U相に対応するスイッチング素子41,42をオフか らオンに切り替えるときに、第1電圧計測器51 及び第2電圧計測器52から入力される誘起電圧 VpとVdとの電圧差δV´を求め、この電圧差δV´� ��基づいてロータ3の位置を検出する。

 具体的には、上述した第2の実施形態と同 じように、電圧差δV´とロータ3の軸方向位置 とを対応付けたテーブルを予めコントローラ が保有しており、モータの駆動期間中におい ては、電圧差δV´に対応するロータの軸方向� ��置を該テーブルから抽出することでロータ3 の軸方向位置を検出する。

 以上説明してきたように、本実施形態に� ��るモータの位置検出方法及びモータの駆動� ��置によれば、第1ティース53及び第2ティース 54の一端部55,56を非磁性体材料で構成し、更� �、非磁性体材料で構成する端部を非対称と� �ることにより、ロータ3が軸方向に移動した� ��合に、第1ティース53に巻きつけられている� ��機子巻線Upに生ずる誘起電圧Vpと第2ティー� �54に巻きつけられている電機子巻線Udに生ず� ��誘起電圧Vdとを異ならせることが可能とな� �。

 これにより、電機子巻線Upに生じる誘起� �圧Vpと、電機子巻線Udに生じる誘起電圧Vdと� �電圧差δV´に基づいてロータ3の軸方向位置� �検出することが可能となる。この結果、ロ� �タ3の位置検出用センサを設けることなく、� ��易にロータ3の位置検出を実施することがで き、また、省スペース化を期待することがで きる。

 なお、本実施形態においては、U相に発生 する誘起電圧に基づいてロータ3の位置検出� �行うこととしたが、U相に代えて、W相或いは V相に発生する誘起電圧に基づいてロータの� �置検出を実施することとしてもよい。

 また、本実施形態においては、6つのステ ータティースを有する場合について説明した が、それ以上のステータティースを有する場 合、即ち、各相の巻線が3つ以上のティース� �それぞれ巻きつけられる場合には、それら� �ィースの中から同相の電機子巻線が巻きつ� �られている2つのティースを第1ティース及び 第2ティースとして選択し、ロータの軸線方� �における端部を非対称となるように非磁性� �材料で構成し、更に、これらティースに巻� �つけられた電機子巻線に発生する誘起電圧� �差分からロータ3の軸方向位置検出を行うこ� ��とすればよい。

 また、各相の電機子巻線が巻きつけられ� ��いるステータティースの数が偶数個であっ� ��場合には、ステータの中心軸を挟んで対向� ��て配置されている2つのティースを第1ティ� �ス及び第2ティースとして選択するとよい。� ��れにより、位置検出精度を向上させること� ��可能となる。