(57)【要約】【課題】トランスの原理を応用した従来のレゾルバをブラシレスモータの回転位置検出に用いる場合は、モータの回転軸とレゾルバのロータ側巻線との機械的位相角を一定の値にするための調整が必要であり、多数のモータの製造においてコストアップの要因となっている。【解決手段】複数のホール素子を用いて、駆動用磁石の主磁極から直接、整流のための位置検出信号を得るブラシレスモータにおいて、ホール素子の検出信号を複数の正弦波とし、これらの検出信号からモータの回転位置情報を得ることを目的とした位置検出装置を提供する。モータの回転軸に固定された駆動用磁石の磁束を直接検出するので、従来のレゾルバで必要であった機械的位相角の調整を不要とした。【選択図】図１
2011182621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のホール素子または磁気抵抗素子を用いて、駆動用磁石の主磁極から直接、整流のための位置検出信号を得るブラシレスモータにおいて、前記位置検出信号を位相の異なる複数の正弦波状信号とし、これらの前記位置検出信号から前記ブラシレスモータの回転軸の任意の回転角度または回転位置情報を得ることを目的とする位置検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の位置検出装置において、前記複数の正弦波状信号から直接または合成により、正弦波および余弦波信号を作成し、これらの正弦、余弦信号から前記回転軸の絶対値角度を求め、前記ブラシレスモータの位置制御または速度制御などを行うことを目的とする位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、ブラシレスモータの回転角度、回転位置または回転速度などの制御を行うための、回転位置の検出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】従来より、非特許文献１に記載されているような、特殊な形状のロータとステータに施された複数巻線間の磁気的相互作用により、複数の回転角度検出信号を得て、回転位置制御に用いられるレゾルバ装置が知られている。また、レゾルバのロータおよびステータに複数の巻線をもつレゾルバ装置も知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】  平成６年電気学会産業応用部門全国大会  論文「新方式ＶＲ形１Ｘレゾルバの理論と特性」
【非特許文献２】  「Ｌｏｗ  Ｃｏｓｔ，Ｃｏｍｐｌｅｔｅ  １２−Ｂｉｔ  Ｒｅｓｏｌｖｅｒ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  ＡＤ２Ｓ９０  ＲＥＶ．Ｄ」ＤＡＴＡ  ＳＨＥＥＴ  Ａｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．，１９９９  （ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｎａｌｏｇ．ｃｏｍ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】トランスの原理を応用した従来のレゾルバを、ブラシレスモータの回転位置検出に用いる場合は、ブラシレスモータのステータコイルの整流タイミングを適正に行うために、ブラシレスモータの回転軸とレゾルバのロータ側巻線との機械的位置関係を、一定の位相角に正確に合わせるための調整が必要である。
非特許文献１に記載のレゾルバ装置の場合は、ブラシレスモータの回転軸とレゾルバのロータコアの機械的位相角を、調整する必要がある。
多数のブラシレスモータを製造する場合は、この調整が生産性を低下させ、コストアップの要因ともなっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】上記課題を解決するために、請求項１の発明は、複数のホール素子または磁気抵抗素子を用いて、駆動用磁石の主磁極から直接、整流のための位置検出信号を得るブラシレスモータにおいて、前記位置検出信号を位相の異なる複数の正弦波状信号とし、これらの前記位置検出信号から前記ブラシレスモータの回転軸の任意の回転角度または回転位置情報を得ることを目的とする。【０００６】また、請求項２の発明は、請求項１記載の位置検出装置において、前記複数の正弦波状信号から直接または合成により、正弦波および余弦波信号を作成し、これらの正弦、余弦信号から前記回転軸の絶対値角度を求め、前記ブラシレスモータの位置制御または速度制御などを行うことを目的とする。
【発明の効果】
【０００７】請求項１の発明では、ホール素子または磁気抵抗素子は、ブラシレスモータの回転軸に固定された駆動用磁石の主磁極と同一の磁束を検出するのであるから、受信側であるホール素子または磁気抵抗素子が、ブラシレスモータのステータコイルと一定の位置関係にあれば、従来のレゾルバ装置における設置に際しての機械的位相角の調整は不要である。
検出する磁束は、ブラシレスモータに本来備わっている駆動用磁石から得られるので、別途検出用磁石を設置する必要がない。
以上により本発明によれば、構造が簡単で、調整不要であることから、多数のブラシレスモータを製造する場合は、生産性向上とローコスト化が可能である。【０００８】請求項２の発明では、請求項１の位置検出装置の出力として、正弦、余弦信号が得られるので、これらの信号をレゾルバ／デジタル変換器の入力に加えることにより、ブラシレスモータの回転軸の絶対値角度を求め、速度制御および位置制御などが可能となる。
前記レゾルバ／デジタル変換器は様々な方式が従来から提案されており、公知であるレゾルバ／デジタル変換器の方式の一例を非特許文献２に示す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の請求項１の一実施例である。
【図２】本発明の請求項１を含む請求項２の一実施例である。
【図３】本発明の請求項１および２の動作波形である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】本発明による位置検出装置の好適実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。
【実施例１】
【００１１】図１は本発明の請求項１の一実施例としての、位置検出装置の主要部品の構造図である。
図１には、回転軸１と平行な面の断面、回転軸１の回転方向および回転角度θなどが示されている。【００１２】回転軸１にロータコア７が固定され、ロータコア７にＮ極駆動用磁石６ａおよびＳ極駆動用磁石６ｂが取り付けられている。この２個の駆動用磁石の代わりに、Ｎ極およびＳ極が同様に着磁された１個の駆動用磁石としてもよい。
回転軸１は、ケース３に対して、２か所の軸受２ａ、２ｂにより固定され、図１に示すＣＷまたはＣＣＷいずれの回転方向へも、自在に回転することができる。
回転軸１、ロータコア７および駆動用磁石６ａ、６ｂなどを含む回転体をロータと呼ぶ。【００１３】３個のステータコア５ａ、５ｂ、５ｃは、互いの境界線が角度１２０°をなすようにケース３に固定されている。３個のステータコア５ａ、５ｂ、５ｃには、それぞれコイルを巻くためのスロットが設けられており、ステータコア５ａのスロットにはコイル４ａが、ステータコア５ｂのスロットにはコイル４ｂが、ステータコア５ｃのスロットにはコイル４ｃが、それぞれ巻かれている。
この３個のステータコア５ａ、５ｂ、５ｃの代わりに、同様の位置に３個のコイル４ａ、４ｂ、４ｃを巻くためのスロットが設けられた１個のステータコアとしてももよい。
コイル４ａ、４ｂ、４ｃに通電する所定の位相差をもつコイル電流と、駆動用磁石６ａ、６ｂとの間に働く磁気的吸引力および反発力によって、ブラシレスモータの回転軸は回転する。
ステータコア５ａ、５ｂ、５ｃ、コイル４ａ、４ｂ、４ｃおよびケース３などを含む非回転体をステータと呼ぶ。【００１４】ホール素子８ａ、８ｂはプリント基板９に固定されたうえで、ケース３に固定される。２個のホール素子８ａ、８ｂは図１に示すように互いに角度９０°をなすように固定されている。
ホール素子８ａ、８ｂは、駆動用磁石６ａ、６ｂの主磁束の一部を検出するので、他の検出用磁石を設ける必要がない。【００１５】ホール素子８ａ、８ｂの電気的接続を図２に示す。抵抗１１ａ、１１ｂを通じて、ＤＣ電源１２から、ホール素子８ａ、８ｂに動作用ＤＣ電源が供給される。ホール素子８ａ、８ｂからは、出力信号１０ａ、１０ｂが得られる。【００１６】回転軸１がＣＷ方向に回転している場合の出力信号波形について、以下に説明する。
θ＝０°のとき、ホール素子８ａの検出磁束はほぼ０すなわちホール素子８ａの出力信号１０ａもほぼ０となる。
同じくθ＝０°のとき、ホール素子８ｂはＳ極駆動用磁石６ｂの磁束の一部を検出し、検出磁束は最大となり、ホール素子８ｂの出力信号１０ｂの振幅も最大となる。このとき、出力信号１０ｂの極性は正になるものとする。【００１７】θ＝９０°のとき、ホール素子８ａはＮ極駆動用磁石６ａの磁束の一部を検出し、検出磁束は最大となり、ホール素子８ａの出力信号１０ａの振幅も最大となる。このとき、出力信号１０ａの極性は正になるものとする。
同じくθ＝９０°のとき、ホール素子８ｂの検出磁束はほぼ０すなわちホール素子８ｂの出力信号１０ｂもほぼ０となる。【００１８】以上のような状況のもとで、回転軸１が図１に示すＣＷ方向に回転しているときの、ホール素子８ａ、８ｂの出力信号波形を、図３のθ−ｙ平面に示す。
ホール素子８ａの出力信号１０ａ：ｙ１＝Ａｓｉｎθ
ホール素子８ｂの出力信号１０ｂ：ｙ２＝Ａｃｏｓθ
である。ここで、Ａは定数であり、波形の振幅を表す。【００１９】ホール素子８ａ、８ｂが機械的に９０°をなすように固定されているので、その出力信号１０ａ、１０ｂの位相差も９０°となる。
ホール素子８ａ、８ｂとプリント基板９およびプリント基板９とケース３、それぞれの相互機械的位置関係を一定にすることは容易であり、かつホール素子８ａ、８ｂはブラシレスモータの回転軸に固定された駆動用磁石６ａ、６ｂの主磁束を直接検出するのであるから、出力信号１０ａ、１０ｂの位相θを、回転軸の回転角度θに一致させることができる。【００２０】実施例１においては、ロータの駆動用磁石が２極、ステータのコイルが３個のブラシレスモータの例を示しているが、それぞれの数がより大きい場合も、請求項１の発明が適用できる。
また、実施例１においては、ロータがステータの内側を回転するインナーロータ型ブラシレスモータの例を示しているが、ロータがステータの外側を回転するアウターロータ型ブラシレスモータの場合も、請求項１の発明が適用できる。
【実施例２】
【００２１】図２は本発明の請求項２の一実施例としての、電気的接続を示す。
ホール素子８ａ、８ｂは、請求項１の発明が適用され、かつ出力信号１０ａ、１０ｂとして正弦信号、余弦信号がそれぞれ得られているものとする。
出力信号１０ａ、１０ｂは、レゾルバ／デジタル変換器１３の入力端子ｙ１、ｙ２にそれぞれ接続されている。【００２２】レゾルバ／デジタル変換器１３はロータの回転角度θに比例する演算出力を出力ｎから供給する。さらに、入力端子ｙ１、ｙ２に与えられる信号からロータの回転方向を求め、出力ｒｏｔから供給する。【００２３】出力ｎは、、下記の演算結果を供給する。
ｎ＝（Ｎ／３６０）θ
ここで、Ｎは定数であり、回転角度θが０°〜３６０°の範囲における最大値である。
ｎはアナログ信号またはデジタル符号のいずれも出力可能である。
回転角度θが、０°以下および３６０°以上においては、０°〜３６０°の演算値を繰り返すとした場合の、アナログ信号波形の例を、図３のθ−ｎ平面に示す。【００２４】出力ｒｏｔ信号がデジタル符号で、回転方向ＣＷ時はＨｉレベル、ＣＣＷ時はＬｏレベルとした場合の例を、図２に示す。【００２５】出力ｎ信号および出力ｒｏｔ信号を用いて制御回路を構成することにより、ブラシレスモータの回転角度制御や回転位置制御などの回転制御が可能である。
また、出力ｎ信号からは、回転数に比例した情報が取り出せるので、ブラシレスモータの回転速度制御も可能である。
さらに、ブラシレスモータの回転角度情報から、ステータのコイル４ａ、４ｂ、４ｃそれぞれに通電すべき電流位相等の駆動信号も容易に得られる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】ブラシレスモータは広汎な産業分野で使われているが、多くの場合、単に一定回転速度で連続運転されるだけでなく、産業用ロボットなどに代表されるような搭載システムが要求する、様々な回転制御のために、回転角度や回転位置の検出手段が必要である。
本発明は、上記目的の検出手段として好適に利用することができる。
本発明による位置検出装置によれば、従来装置に比べ、構成する部品点数が少なく、構造が簡単で調整不要であることなどから、小型化およびローコスト化が可能である。
【符号の説明】
【００２７】１：回転軸
２ａ、２ｂ：軸受
３：ケース
４ａ、４ｂ、４ｃ：コイル
５ａ、５ｂ、５ｃ：ステータコア
６ａ、６ｂ：駆動用磁石
７：ロータコア
８ａ、８ｂ：ホール素子
９：プリント基板
１０ａ：ホール素子８ａの出力信号、１０ｂ：ホール素子８ｂの出力信号
１１ａ、１１ｂ：抵抗
１２：ＤＣ電源
１３：レゾルバ／デジタル変換器
【図１】
2011182621.tif 000003
【図２】
2011182621.tif 000004
【図３】
2011182621.tif 000005