(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁極を備えたロータと各相の励磁コイルを備えたステータとを備えたＤＣブラシレスモータにおいて、
前記ロータの磁極変化を形成する１個のロータ位置検出手段と、
前記ロータを静止状態から始動させる励磁パターンを形成する始動用励磁パターン形成手段と、
前記ロータ位置検出手段の１つの検出信号を用いて各相の励磁コイルを駆動する励磁パターンを形成する励磁パターン形成手段と、
励磁パターン選択手段とを備え、
前記始動用励磁パターン形成手段は励磁間隔を徐々に短くする始動用励磁パターンを形成し、
前記励磁パターン形成手段はロータ位置検出手段から出力される１つの検出信号の１周期前の信号長から次の周期の検出信号の信号長及び位相を予測して疑似信号を形成し、当該疑似信号を各相に励磁コイルに対するロータ位置を表す信号とする励磁パターンを形成し、
前記選択手段は、ロータの始動を確認した後、始動用励磁パターンから励磁パターンに切り換えることを特徴とするＤＣブラシレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＣブラシレスモータの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＣブラシレスモータはＤＣモータの整流とブラシの役目をインバータ等の手段によって電子的に行うモータであり、ロータの磁極位置をステータに取り付けたホール素子によって検出し、各磁極とステータ巻線電流との間のトルクが最大となるように励磁パターンを形成している。
【０００３】
図７は従来のＤＣブラシレスモータの概略構成図であり、４極の磁極を持つロータ１と３相の励磁コイル２を持つステータ４とを備えた例である。このＤＣブラシレスモータでは、ステータ４に３個のホール素子３Ａ，３Ｂ，３Ｃを１２０度間隔（あるいは６０度間隔）で配置し、各ホール素子からのホール素子信号をインバータ５に送り、このインバータ５はホール素子信号を用いてドライブ信号を形成し各励磁コイル２の駆動を行う。
【０００４】
図８はモータおよびインバータの構成を説明する概略ブロック図である。図８に示すモータは３相の励磁コイルＵ，Ｖ，Ｗと３個のホール素子３Ａ，３Ｂ，３Ｃとを備え、インバータ５はホール素子信号を入力してホール素子検出信号を出力するホール素子信号検出手段５１と該ホール素子検出信号によって励磁パターンを形成する励磁パターン形成手段５４と該励磁パターンに従ってドライブ信号を形成するドライブ信号形成手段５６を備える。
【０００５】
図９はホール素子検出信号と励磁パターンとの関係を説明する図である。図９において、ホール素子３Ａ，３Ｂ，３Ｃはロータが回転するとロータ位置に応じて位相のずれたホール素子信号を検出する。位相のずれ角度はホール素子３Ａ，３Ｂ，３Ｃの配置間隔に応じて定まる。インバータ５中のホール素子信号検出手段５１はホール素子信号からホール素子検出信号Ａ，Ｂ，Ｃを形成する。励磁パターン形成手段５４は、このホール素子検出信号を基にしてロータ位置に対して図示するような極性の磁束が形成されるように励磁パターンを形成する。励磁コイルＵ，Ｖ，Ｗは図中の（１）〜（６）に示すタイミングで励磁を切替えることによってロータの駆動を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＤＣブラシレスモータでは、ロータ位置の検出の点で問題がある。従来のＤＣブラシレスモータでは、ロータ位置の検出を行うために、、ホール素子を各相の励磁コイルに対応して配置し、各励磁コイルに対するロータの磁極位置をそれぞれのホール素子によって検出する構成としている。そのため、モータに複数個のホール素子を組み込む必要があり、さらにこれらのホール素子は等間隔に配置する必要がある。このため、構成要素の個数が増加し、また、等間隔に配置するための組み立ての精度が要求されるとうい欠点が生じる。さらに、モータに配置したホール素子の全ての検出信号をインバータ側に取り込むために、モータとインバータとの間に設置する信号線の本数が増加するという欠点も生じる。
【０００７】
そこで、本発明は前記した従来のＤＣブラシレスモータの問題点を解決し、１個の検出素子でロータ位置の検出を行い、モータの駆動を行うことができるＤＣブラシレスモータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、磁極を備えたロータと各相の励磁コイルを備えたステータとを備えたＤＣブラシレスモータにおいて、ステータ側に１個のロータ位置検出手段を設け、ロータ位置検出手段の１つの検出信号を用いて各相の励磁コイルを駆動する励磁パターンを形成する励磁パターン形成手段を備えることによって、前記目的を達成する。
【０００９】
本発明のＤＣブラシレスモータにおいて、ロータが回転すると、ロータ位置検出手段はロータの磁極による磁極変化を検出し検出信号を出力する。この検出信号は、ロータ位置検出手段が設置されている励磁コイルに対するロータの磁極位置を表している。励磁パターン形成手段は、このロータ位置検出手段からの１つの検出信号を用いて、ロータ位置検出手段が設置れていない励磁コイルに対するロータの磁極位置を予測し、モータが備える各相の励磁コイルを駆動する励磁パターンを形成する。ＤＣブラシレスモータは、形成した励磁パターンに従って励磁コイルを励磁してロータの駆動を行う。
【００１０】
本発明の第１の実施態様では、ロータ位置検出手段はホール素子を含むものであり、ホール素子やホールＩＣ等によってロータの磁極による磁極変化を検出し、ロータ位置の検出を行うことができる。
本発明の第２の実施態様では、励磁パターン形成手段はロータ位置検出手段から出力される１つの検出信号から各相の励磁コイルに対するロータ位置を表す疑似信号を予測して形成するものであり、これによって、１個のロータ位置検出手段によって、各相の励磁コイルに対するロータ位置を表す信号を求めることができる。
【００１１】
本発明の第３の実施態様は、励磁パターン形成手段はロータ位置検出手段から出力される１つの検出信号を用い、該検出信号の１周期前の信号長から次の周期の検出信号の信号長および位相を予測して疑似信号を形成し、該疑似信号を各相の励磁コイルに対するロータ位置を表す信号とするものであり、これによって、１個のロータ位置検出手段によって、各相の励磁コイルに対するロータ位置を表す信号を求めることができる。
【００１２】
本発明の第４の実施態様は、始動用励磁パターン形成手段を備えるものであり、始動用励磁パターンを励磁コイルに供給することによって、励磁パターン形成手段からの励磁パターンを用いることなくロータの始動を行うことができる。  本発明の第５の実施態様は、始動用励磁パターン形成手段は励磁間隔が徐々に短くなる励磁パターンを形成するものであり、これによって、ロータ位置に無関係にロータの始動を行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照しながら詳細に説明する。
本発明の実施の形態の構成例について、図１，２を用いて説明する。図１は本発明のＤＣブラシレスモータの一実施形態の構成を説明するブロック図であり、モータおよびインバータの構成を示している。図１において、示すモータは３相の励磁コイルＵ，Ｖ，Ｗと１個のロータ位置検出手段３とを備える。なお、以下ょ説明ではロータ位置検出手段３としてホール素子を例として説明するが、ホール素子に限らずホールＩＣ等の磁極変化を検出する手段を用いることができる。
【００１４】
また、インバータ５はホール素子信号を入力してホール素子検出信号を出力するホール素子信号検出手段５１と、ホール素子検出信号の周期間隔を測定するタイマ手段５２と、静止状態のロータを始動させるための励磁パターンを形成する始動用励磁パターン形成手段５３と、ホール素子検出信号および疑似信号によって励磁パターンを形成する励磁パターン形成手段５４と、始動用励磁パターン形成手段５３からの始動用励磁パターンと励磁パターン形成手段５４からの励磁パターンの選択を行う励磁パターン選択手段５５と、選択された励磁パターンに従ってドライブ信号を形成するドライブ信号形成手段５６を備える。なお、タイマ手段５２，始動用励磁パターン形成手段５３，励磁パターン形成手段５４，および励磁パターン選択手段５５等の各手段は必要に応じてマイクロコンピュータ内に選択的に設けることができる。
【００１５】
図２はロータ位置検出手段のモータにおける配置を説明する図である。図２に示すモータの構成は、前記図７と同様に、４極の磁極を持つロータ１と３相の励磁コイル２を持つステータ４とを備えた例である。本発明のＤＣブラシレスモータでは、ステータ２にロータ位置検出手段として１個のホール素子３を配置し、該ホール素子３からのホール素子信号をインバータ５に送り、インバータ５はホール素子信号を用いてドライブ信号を形成し各相の励磁コイル２の駆動を行う。
【００１６】
図３はホール素子検出信号と疑似信号と励磁パターンとの関係を説明する図である。図１，図２，図３において、ロータが回転すると、ホール素子３はロータ位置に応じてホール素子信号を検出し、インバータ５中のホール素子信号検出手段５１に送る。ホール素子信号検出手段５１はホール素子信号を波形処理してホール素子検出信号を形成し、タイマ手段５２および始動用励磁パターン形成手段５３に送る。
【００１７】
ホール素子信号検出手段５１が形成するホール素子信号は、ホール素子３が設置されいる励磁コイルに対する磁極変化のみを検出しており、その他のホール素子が設置されていない励磁コイルに対する磁極変化は検出されない。そこで、本発明では、タイマ手段５２によって検出されない信号について予測し疑似信号を形成する。
【００１８】
タイマ手段５２は、ホール素子検出信号の周期間隔を測定し、ロータのＮ極およびＳ極が検出されている時間間隔を測定する。この時間間隔は例えば該時間間隔内で計数する計数値として出力される。このタイマ手段５２が求めるホール素子検出信号の周期間隔は、ホール素子３が設置されている励磁コイルに対する磁極変化であり、他のホール素子が設置されていない励磁コイルに対する磁極変化は測定されない。そこで、タイマ手段５２は求めたホール素子検出信号の周期間隔を基にして、実際には測定していないホール素子検出信号を予測し、疑似信号ａ，ｂ，ｃとして形成する。なお、疑似信号ａはホール素子検出信号そのものを用いることができる。
【００１９】
励磁パターン作成手段５４は、この疑似信号ａ，ｂ，ｃを基にしてロータ位置に対して図３に示すような極性の磁束が形成されるように励磁パターンを形成する。励磁コイルＵ，Ｖ，Ｗは図中の（１）〜（６）に示すタイミングで励磁を切替えることによってロータの駆動を行う。
【００２０】
また、本発明の実施の形態において、始動用励磁パターン形成手段５３はロータを静止状態から始動させるための励磁パターンを形成する手段である。この始動用励磁パターンおよび励磁パターン形成手段５４からの励磁パターンは、励磁パターン選択手段５５で選択されてドライブ信号形成手段５６に送られる。ドライブ信号形成手段５６は送られた励磁パターンに従ってドライブ信号を形成し、励磁電流を各相の励磁コイル２に供給して駆動を行う。
【００２１】
次に、本発明のＤＣブラシレスモータの動作について説明する。図４は、本発明のＤＣブラシレスモータの動作を説明するためのフローチャートであり、図５は始動時における動作を説明する図であり、図６は始動後の動作を説明する図である。
はじめに、始動用励磁パターンによる励磁コイルの駆動によって、モータの始動を行う。このとき、励磁パターン選択手段５５は、始動用励磁パターン形成手段５３から励磁パターン選択信号を受け、始動用励磁パターン形成手段５３からの始動用励磁パターンを選択してドライブ信号形成手段５６に送る。始動用励磁パターンは、図５は始動用励磁パターンを示すように、徐々に励磁間隔が短くなる励磁パターンにより構成することができる。図５では励磁間隔をＴＡからＴＤまで順に短く形成している。この始動用励磁パターンは、ロータ位置に無関係に励磁コイルに供給される。ＤＣブラシレスモータは基本的には同期駆動により駆動されるが低速の場合には非同期による駆動が可能であり、長い励磁間隔から短い励磁間隔に徐々に変化する始動用励磁パターンで励磁を行うことによってロータの回転を開始することができる。このロータの開始は、タイマ手段５２が計数するパルス長Ｔｎが所定の値Ｔ０より短くなったことによって確認することができる（ステップＳ１，２）。
【００２２】
ロータが回転を開始した後、ホール素子信号の変化を検出し（ステップＳ３）、タイマをスタートさせる。例えば、静止時におけるロータ位置によりホール素子信号がＳとなっている場合には、ホール素子検出信号がＳからＮに変化したときにタイマをスタートさせ、パルスの計数を開始する（ステップＳ４）。
【００２３】
次にホール素子の信号が変化する時点を検出してこの区間における周期をパルス長として求める。図６の場合にはホール素子検出信号はＮからＳに変化した時点を検出する（ステップＳ５）。この時点で、疑似信号ａ，ｂ，ｃの初期化を行う。この時点における疑似信号の初期化は、疑似信号ａをオフとし、疑似信号ｂをオンとし、疑似信号ｃをオフとｃとすることにより行うことができる（ステップＳ６）。また、ステップＳ５の時点においてタイマが計数したパルス長Ｔａを求める。このパルス長Ｔａは初期化前の周期における周期間隔である。なお、タイマはパルス長の取得の後、リセット等によって現在の周期間隔を測定を開始する（ステップＳ７）。
【００２４】
この時点のホール素子信号の変化がＮからＳの場合には以下のステップＳ９からステップＳ１２の処理により疑似信号を順次形成し、またホール素子信号の変化がＳからＮの場合には以下のステップＳ９，ステップＳ１４，ステップＳ１１，ステップＳ１５の処理により疑似信号を順次形成する（ステップＳ８）。
【００２５】
図６の場合はホール素子信号の変化がＮからＳの場合であるため、先に取得したパルス長Ｔａの１／３の時間Ｔａ／３だけ経過させ、この経過時点で疑似信号ｃをオンさせる（ステップＳ１０）。さらに、Ｔａ／３時間経過時点からＴａ／３時間経過した後、つまり初期化時点から２Ｔａ／３時間経過した後に疑似信号ｂをオフさせる。これによって、ホール素子検出信号がＳである区間での疑似信号ｂ，ｃを形成することができる（ステップＳ１１，１２）。
【００２６】
次に、ホール素子信号の変化を検出する。現在検出しているホール素子検出信号はＳであるため、Ｎとなる時点を検出する（ステップＳ１３）。ホール素子検出信号がＳからＮに変化したとき、再びステップＳ７に戻り周期間隔を表すパルス長Ｔｂを取得する（ステップＳ７）。このときホール素子信号の変化はＳからＮとなるため（ステップＳ８）、取得したパルス長Ｔｂの１／３の時間Ｔｂ／３だけ経過させ、この経過時点で疑似信号ｃをオフさせ（ステップＳ１４）、さらに、Ｔｂ／３時間経過時点からＴｂ／３時間経過した後、つまりホール素子検出信号がＳからＮに変化した時点から２Ｔｂ／３時間経過した後に疑似信号ｂをオンさせる。これによって、ホール素子検出信号がＮである区間での疑似信号ｂ，ｃを形成することができる（ステップＳ１１，１５）。
【００２７】
以下、順に１つ前の周期間隔を基にして次の周期における疑似信号を形成し、この疑似信号を基にして励磁パターンの形成を行う。
上記実施の形態によれば、１個のロータ位置検出手段によって各相の励磁コイルに対応したロータ位置を表す疑似信号を得ることができる。また、始動用励磁パターンによりモータの始動を行うことができ、さらに始動用励磁パターンと疑似信号に基づく励磁パターンとの切替えを行うことができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、１個の検出素子でロータ位置の検出を行い、モータの駆動を行うことができるＤＣブラシレスモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＤＣブラシレスモータの一実施形態の構成を説明するブロック図である。
【図２】本発明のロータ位置検出手段のモータにおける配置を説明する図である。
【図３】本発明のホール素子検出信号と疑似信号と励磁パターンとの関係を説明する図である。
【図４】本発明のＤＣブラシレスモータの動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明のＤＣブラシレスモータの始動時における動作を説明する図である。
【図６】本発明のＤＣブラシレスモータの始動後の動作を説明する図である。
【図７】従来のＤＣブラシレスモータの概略構成図である。
【図８】従来のＤＣブラシレスモータのモータおよびインバータの構成を説明する概略ブロック図である。
【図９】従来のＤＣブラシレスモータのホール素子検出信号と励磁パターンとの関係を説明する図である。
【符号の説明】
１…ロータ、２…励磁コイル、３…ホール素子（ロータ位置検出手段）、４…ステータ、５…インバータ、５１…ホール素子信号検出手段、５２…タイマ手段、５３…始動用励磁パターン形成手段、５４…励磁パターン形成手段、５５励磁パターン選択手段、５６…ドライブ信号形成手段。
【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】
0003541861.tif 000008
【図８】
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【図９】
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