(57)【要約】【課題】  ロータ磁石近傍の磁束歪みの影響を受けず、また、電気角によらない磁気センサの配置ができるようにすることで実装位置のばらつきの影響を排除できるようにし、高効率および低騒音を実現すること。【解決手段】  磁石３は、ロータ１の回転軸２上の端部に配置され、ロータ１の回転軸２に直交する方向に着磁され、ロータ１と同期して回転する。ロータ１の回転軸２の延長線上に磁石３に対向する位置に、磁石３の回転による磁界の変化を検知する磁気センサと、磁気センサの出力によりロータ１の回転角度を算出する回路が配置され、回転角度に基づきモータコイル電流を制御する。【選択図】  図２
2006081283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータコイルに流れる駆動電流に従って回転軸を中心に回転駆動されるロータを備えたブラシレスモータにおいて、
前記回転軸の軸方向と直交する方向に着磁されて該回転軸の端部に配置され、前記ロータの回転に同期した回転磁界を生成する磁石と、
前記回転軸の延長線上に前記磁石と対向して配置され、前記回転磁界における磁場方向に応じた出力信号を生成する磁気検知手段と
を備えたことを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のブラシレスモータにおいて、
前記磁気検知手段は、前記回転軸の方向と直交する平面上で互いに直交する第一および第二の方向に夫々が感磁方向を持った第一および第二のホール素子が同一チップに配置されてなることを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項３】
請求項２に記載のブラシレスモータにおいて、
前記出力信号に基づいて前記ロータの回転角度信号を算出する角度算出手段を前記同一チップに備えたことを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のブラシレスモータにおいて、
前記磁石は、その径方向に着磁された円柱磁石であることを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項５】
モータコイルと、ロータの回転軸の軸方向と直交する方向に着磁されて該回転軸の端部に配置され、前記ロータの回転に同期した回転磁界を生成する磁石と、前記回転軸の延長線上に前記磁石と対向して配置され、前記回転磁界における磁場方向に応じた出力信号を生成する磁気検知手段とを備えたブラシレスモータの駆動回路において、
前記出力信号に基づいて前記ロータの回転角度信号を算出する角度算出手段と、
該回転角度信号に基づいて前記モータコイルの駆動電流を制御する制御手段とを備え、該制御手段が、
前記ロータの初期位置において算出された回転角度信号を記憶する記憶手段と、
前記記憶した回転角度信号に基づいて前記回転角度信号のオフセットを補正する手段と
を備えることを特徴とするブラシレスモータの駆動回路。
【請求項６】
請求項５に記載のブラシレスモータの駆動回路において、
前記制御手段がさらに、
前記角度算出手段からの前記回転角度信号の変化から前記ロータの回転速度を算出する手段と、
前記回転速度に基づいてモータ電源を調節することで前記モータコイルの駆動電流量を調整し、前記ロータの回転速度を制御する手段と
を備えたことを特徴とするブラシレスモータの駆動回路。
【請求項７】
請求項５または６に記載のブラシレスモータの駆動回路において、
前記磁気検知手段は、前記回転軸の方向と直交する平面上で互いに直交する第一および第二の方向に夫々が感磁方向を持った第一および第二のホール素子が同一チップに配置されてなることを特徴とするブラシレスモータの駆動回路。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれかに記載のブラシレスモータの駆動回路において、
前記磁石は、その径方向に着磁された円柱磁石であることを特徴とするブラシレスモータの駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はブラシレスモータおよびその駆動回路に関し、特に詳細には、磁気センサを用いて駆動するブラシレスモータおよびその駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ブラシレスモータにおいて、ロータ磁石から発生する磁束をホールセンサやホールＩＣ等の磁気センサにより検出し、モータコイルに流す電流を磁気センサからの出力信号に従ってスイッチング素子などにより切り替えることでロータを回転させる駆動方式が使われている。（例えば特許文献１）
例えば３相モータの場合、図１に示すように３つの磁気センサ１５をロータ磁束近傍の異なる位置に配置し、磁気センサ１５からの出力信号を受けて信号処理回路１０によりスイッチング回路１３を切り替え、モータ電源１２からの電源を基にモータコイル１４に電流を流してロータを回転させる。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２７６７２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような駆動方式では回転磁界検出のため磁気センサをロータ磁石の近傍に配置しなければならなかった。このため、ステータコアやモータコイルに流す電流から発生する磁束の影響により磁束が歪み、トルクムラが発生するために効率が低下し、かつ騒音の原因にもなっていた。また、３相モータのように、ロータの回転位置検出用に複数の磁気センサを電気角に合わせて配置する場合、モータコイルに流す電流のスイッチングタイミングが磁気センサ取り付け位置のバラツキにより変動するため、効率の低下や騒音の原因となっていた。
【０００５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ロータの回転位置検出をロータ磁石から離れた位置で行うことでロータ磁石近傍の磁束歪みの影響を受けることがなく、かつ、電気角によらない磁気センサの配置ができるようにして実装位置のばらつきの影響を排除することができ、これにより高効率および低騒音を実現したブラシレスモータおよびその駆動回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために本発明に係るブラシレスモータは、モータコイルに流れる駆動電流に従って回転軸を中心に回転駆動されるロータを備えたブラシレスモータにおいて、前記回転軸の軸方向と直交する方向に着磁されて該回転軸の端部に配置され、前記ロータの回転に同期した回転磁界を生成する磁石と、前記回転軸の延長線上に前記磁石と対向して配置され、前記回転磁界における磁場方向に応じた出力信号を生成する磁気検知手段とを備える。
【０００７】
上記ブラシレスモータにおいて、前記出力信号に基づいて前記ロータの回転角度信号を算出する角度算出手段を前記同一チップに備えることができる。
【０００８】
上記の課題を解決するために本発明に係るブラシレスモータの駆動回路は、モータコイルと、ロータの回転軸の軸方向と直交する方向に着磁されて該回転軸の端部に配置され、前記ロータの回転に同期した回転磁界を生成する磁石と、前記回転軸の延長線上に前記磁石と対向して配置され、前記回転磁界における磁場方向に応じた出力信号を生成する磁気検知手段とを備えたブラシレスモータの駆動回路において、前記出力信号に基づいて前記ロータの回転角度信号を算出する角度算出手段と、該回転角度信号に基づいて前記モータコイルの駆動電流を制御する制御手段とを備え、該制御手段が、前記ロータの初期位置において算出された回転角度信号を記憶する記憶手段と、前記記憶した回転角度信号に基づいて前記回転角度信号のオフセットを補正する手段とを備える。
【０００９】
上記ブラシレスモータの駆動回路において、前記制御手段がさらに、前記角度算出手段からの前記回転角度信号の変化から前記ロータの回転速度を算出する手段と、前記回転速度に基づいてモータ電源を調節することで前記モータコイルの駆動電流量を調整し、前記ロータの回転速度を制御する手段とを備えることができる。
【００１０】
上記ブラシレスモータおよび上記ブラシレスモータの駆動回路において、前記磁気検知手段は、前記回転軸の方向と直交する平面上で互いに直交する第一および第二の方向に夫々が感磁方向を持った第一および第二のホール素子が同一チップに配置されてなることができる。
【００１１】
上記ブラシレスモータおよび上記ブラシレスモータの駆動回路において、前記磁石は、その径方向に着磁された円柱磁石であってよい。
【発明の効果】
【００１２】
以上の構成により、ロータの位置検出をロータ磁石から離れた位置で行うことでロータ磁石近傍の磁束歪みの影響を受けず、また、電気角によらない磁気センサの配置ができるようにすることで実装位置のばらつきの影響を排除することができるようにし、高効率で低騒音のブラシレスモータとその駆動回路を提供することができる。また、このような構成のモータでは、ロータの位置検出には回転軸の端部に配置された磁石による、ロータの回転に同期した回転磁界を検出するため、モータの寸法によらず、前記磁石の寸法を小さくすることができる。そのため、磁気センサ（ホール素子）と磁気センサからの信号に基づいてロータの回転角度を算出する回路を１チップ化した磁気検出手段を磁石と対向配置することができ、それによって、回転角度検出に必要な複数の磁気センサの電気的特性バラツキが小さく、また磁気センサの実装位置ズレがなくなるという効果も得られ、より高効率で低騒音のブラシレスモータを提供することができる。また、ロータの初期位置において算出された回転角度信号を記憶し、この信号に基づいて回転角度信号のオフセットを補正することでロータの絶対的な位置を把握できるため、ＰＷＭ駆動した時などに、モータ電流をより正弦波に近い形に制御することができ、これにより高効率化および低騒音化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の最良の形態を説明する。
＜ブラシレスモータの実施形態＞
図２および図３は共に本発明におけるブラシレスモータ構成の実施形態を示す簡略図であり、図２はインナーロータ形のブラシレスモータの実施形態を、図３はアウターロータ形のブラシレスモータの実施形態を示している。
【００１４】
回転軸２とロータ１は同期して回転するように構成し、回転軸２の先端に磁石３を固定して配置する。したがって、ロータ１の回転と磁石３の回転は同期する。円柱状の磁石３は回転軸２の軸方向と直交する方向に、すなわち、図４に示すように円柱の径方向に２極着磁されている。ロータ１および回転軸２が回転すると磁石３も回転し、これにより、ロータ１の回転と同期した回転磁界が回転軸２の先端の近傍位置に生成される。
【００１５】
回転軸２の延長線上の、磁石３により回転磁界が生成される位置に、角度検出用素子５が磁石３と対向して配置される。角度検出用素子５は、２つの磁気センサであるホールセンサと、ホールセンサからの信号に基づき回転角度を算出する角度算出回路が１チップ化された素子である。なお、上記２つのホールセンサを１チップ化することは実装精度を緩和するための主たる要件であるが、角度算出回路を併せて１チップ化することは従たる要件である。
【００１６】
上記２つのホールセンサは、回転軸２の軸方向と直交する平面（図２および図３に示さない仮想平面）上で互いに直交する第一および第二の方向に夫々が感磁方向を持つように配置される。図５は、このようなホールセンサの配置を示したものである。図５において、ホールセンサ５０，５１はＸY平面上で互いに直交する向きに配置され、夫々の感磁方向は直交するＸ方向およびY方向とされている。
【００１７】
角度検出用素子５は、磁石３による回転磁界における磁場方向に応じた出力信号を生成してロータ１の回転角を検出する。すなわち、磁石３による回転磁界における磁場Ｍに応じたホールセンサ５０および５１の出力信号に基づき、ベクトル和を演算することによって磁場方向θを得ることができる。
【００１８】
上記実施形態のブラシレスモータによれば、磁石と１チップ化された角度検出用素子をロータやステータから離れた位置に配置したことからモータ構成部品から発生する磁束の影響が少ない、ロータの回転と同期した回転磁界が生成される。よって、トルクムラを小さくすることができる。また、ロータ位置検出を上記角度検出用素子１個で行うため、複数のセンサを電気角に合わせて配置することによりロータ位置検出を行う従来の方式に比べ、センサバラツキの影響のないロータ位置検出を実現することができる。
【００１９】
＜ブラシレスモータの駆動回路の実施形態＞
図６は本発明に係る３相モータドライブ回路の一実施形態を示すブロック図である。
【００２０】
前述した２つのホールセンサと角度算出回路を１チップ化した構成の角度検出用素子５はロータ回転位置に対応した出力信号を信号処理回路６０に送る。信号処理回路６０は、この信号から３相駆動信号を発生してスイッチング回路１３を切り替え、モータコイル１４に電流を流してモータを回転駆動する。信号処理回路６０はさらに、角度検出用素子５の出力信号の変化からロータの回転速度を算出し、回転速度に基づいてモータ電源６２の出力を調節することでモータコイル１４の電流量を調整し、これによりロータの回転速度を制御する。
【００２１】
信号処理回路６０にはメモリ６１が結合されており、メモリ６１には、ロータの駆動開始前の停止位置である初期位置での角度検出用素子５からの出力信号が記憶される。そして、初期位置における出力信号値を０とし、ロータが初期位置から回転したときに出力信号が回転角度に応じた値をとるように、信号処理回路６０によりオフセット補正を行う。
【００２２】
信号処理回路６０がこのような機能を備えた図６の回路構成を採ることでロータとステータの絶対位置がわかるため、ＰＷＭ駆動した時などに、モータ電流をより正弦波に近い形に制御することができ、これにより高効率化および低騒音化が可能になる。なお、信号処理回路６０に角度算出回路を含めてもよい。
【００２３】
＜他の実施形態＞
上記実施形態のモータドライブ回路を、角度検出用素子５とともに１チップ化することもできる。この際、上記モータドライブ回路のすべての要素をホールセンサとともに１チップ化して配置することも、その任意の要素を１チップ化して配置することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来のブラシレスモータの駆動回路の一例のブロック図である。
【図２】本発明に係るブラシレスモータの一実施形態を簡略に示す斜視図である。
【図３】本発明に係るブラシレスモータの別の実施形態を簡略に示す斜視図である。
【図４】本発明に係るブラシレスモータの一実施形態における磁石構造の斜視図である。
【図５】本発明に係るブラシレスモータにおける磁気センサの配置の一例を示す簡略図である。
【図６】本発明に係るブラシレスモータの駆動回路の一実施形態のブロック図である。
【符号の説明】
【００２５】
１    ロータ
２    回転軸
３    磁石
４    ステータ
５    角度検出用素子
１３    スイッチング回路
１４    モータコイル
６０    信号処理回路
６１    メモリ
６２    モータ電源
【図１】
2006081283.tif 000003
【図２】
2006081283.tif 000004
【図３】
2006081283.tif 000005
【図４】
2006081283.tif 000006
【図５】
2006081283.tif 000007
【図６】
2006081283.tif 000008