(57)【要約】【課題】簡素な回路構成で単相ＤＣブラシレスモータの効率を向上させ得る単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置を提供する。【解決手段】マグネットロータと、ステータコアと、モータコイル５と、を有する単相ＤＣブラシレスモータを駆動する単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置であって、マグネットロータの磁極位置を検出する磁極位置検出センサ６ａ，６ｂと、モータコイルに接続されたスイッチング素子３ａ，３ｂ，４ａおよび４ｂと、磁極位置検出センサから出力される磁極位置検出信号に基づき、スイッチング素子をオンまたはオフ制御してモータコイルを通電または非通電状態とする制御回路７と、を有し、制御回路７により、ステータコアと対向するマグネットロータの表面磁束密度の変化率の絶対値が所定範囲内にあるとき、モータコイルを通電状態としない。【選択図】図１
2008301603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁極を備え回転自在に支持されたマグネットロータと、前記マグネットロータに対向して配置されたステータコアと、前記ステータコアに擁されたモータコイルと、を有する単相ＤＣブラシレスモータを駆動する単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置であって、
前記マグネットロータの磁極位置を検出する磁極位置検出センサと、
前記モータコイルに接続されたスイッチング素子と、
前記磁極位置検出センサから出力される磁極位置検出信号に基づき、前記スイッチング素子をオンまたはオフ制御して前記モータコイルを通電または非通電状態とする制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記ステータコアと対向する前記マグネットロータの表面磁束密度の変化率の絶対値が所定範囲内にあるとき、前記モータコイルを通電状態としないことを特徴とする単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置。
【請求項２】
前記磁極位置検出センサは、
前記モータコイルに通電を開始する磁極位置を検出するオン磁極位置検出センサと、
前記モータコイルに通電を停止する磁極位置を検出するオフ磁極位置検出センサと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記単相ＤＣブラシレスモータの起動時から所定時間が経過するまでは、前記オフ磁極位置検出センサから出力される磁極位置検出信号に基づき、前記スイッチング素子をオンまたはオフ制御することを特徴とする請求項２に記載の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記単相ＤＣブラシレスモータのロック時には、前記オフ磁極位置検出センサから出力される磁極位置検出信号に基づき、前記スイッチング素子をオンまたはオフ制御することを特徴とする請求項２または請求項３の何れかに記載の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記磁極位置検出センサから磁極位置検出信号が出力された後、所定時間経過後に前記スイッチング素子をオンまたはオフ制御することを特徴とする請求項１に記載の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置に係り、特に、簡素な回路構成で単相ＤＣブラシレスモータの効率を向上させ得る単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置としては、一般的には専用のモータ駆動ＩＣやマイコン等が使用され、また、スイッチング素子として例えばＦＥＴやトランジスタが使用され、ロータの磁極位置を検出するセンサに例えばホール素子が使用されている。センサからの位置検出信号を受けて、モータ駆動ＩＣ内の分配回路からスイッチング素子に対して出力命令を出し、駆動対象のブラシレスモータが単相全波ＤＣブラシレスモータであれば、Ｈブリッジを構成する４個のスイッチング素子の内、対角に位置するスイッチング素子同士を交互に駆動させることで、モータコイルに双方向の電流を流すことで、単相ＤＣブラシレスモータを駆動している。このような単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置の一例として、例えば、特開平９−３３１６９２号公報に開示の「モータの駆動回路」等がある。
【特許文献１】特開平９−３３１６９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した従来の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置においては、マグネットがトルクを発生しない磁極位置においても通電されるため単相ＤＣブラシレスモータの効率が悪く、モータコイルや制御基板の発熱や、消費電力の増加を招くという事情があった。
【０００４】
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、磁極位置の検出に基づきモータコイルの通電を制御して、簡素な回路構成で単相ＤＣブラシレスモータの効率を向上させ得る単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明に係る単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置は、複数の磁極を備え回転自在に支持されたマグネットロータと、前記マグネットロータに対向して配置されたステータコアと、前記ステータコアに擁されたモータコイルと、を有する単相ＤＣブラシレスモータを駆動する単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置であって、前記マグネットロータの磁極位置を検出する磁極位置検出センサと、前記モータコイルに接続されたスイッチング素子と、前記磁極位置検出センサから出力される磁極位置検出信号に基づき、前記スイッチング素子をオンまたはオフ制御して前記モータコイルを通電または非通電状態とする制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記ステータコアと対向する前記マグネットロータの表面磁束密度の変化率の絶対値が所定範囲内にあるとき、前記モータコイルを通電状態としないことを第１の特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係る単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置は、前記磁極位置検出センサは、前記モータコイルに通電を開始する磁極位置を検出するオン磁極位置検出センサと、前記モータコイルに通電を停止する磁極位置を検出するオフ磁極位置検出センサと、を備えることを第２の特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置は、前記制御手段は、前記単相ＤＣブラシレスモータの起動時から所定時間が経過するまでは、前記オフ磁極位置検出センサから出力される磁極位置検出信号に基づき、前記スイッチング素子をオンまたはオフ制御することを第３の特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置は、前記制御手段は、前記単相ＤＣブラシレスモータのロック時には、前記オフ磁極位置検出センサから出力される磁極位置検出信号に基づき、前記スイッチング素子をオンまたはオフ制御することを第４の特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明に係る単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置は、前記制御手段は、前記磁極位置検出センサから磁極位置検出信号が出力された後、所定時間経過後に前記スイッチング素子をオンまたはオフ制御することを第５の特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る第１の特徴の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置では、ステータコアと対向するマグネットロータの表面磁束密度の変化率の絶対値が所定範囲内にあるとき、モータコイルを通電状態としないよう制御するので、マグネットロータがトルクを発生しない磁極位置において通電されることがなくなり、単相ＤＣブラシレスモータの効率を向上させることができ、従来のようにモータコイルや制御基板の発熱、或いは消費電力の増加といった事態を避けることができ、結果として簡素な回路構成で単相ＤＣブラシレスモータの効率を向上させ得る単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置を実現できる。
【００１１】
また、本発明に係る第２の特徴の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置では、モータコイルに通電を開始する磁極位置を検出するオン磁極位置検出センサと、モータコイルに通電を停止する磁極位置を検出するオフ磁極位置検出センサと、を備えた構成とするので、単相ＤＣブラシレスモータの回転数によらず単相ＤＣブラシレスモータの効率を上げることができる。
【００１２】
また、本発明に係る第３の特徴の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置では、制御手段により、単相ＤＣブラシレスモータの起動時から所定時間が経過するまでは、オフ磁極位置検出センサから出力される磁極位置検出信号に基づき、スイッチング素子をオンまたはオフ制御し、モータコイルを通電または非通電状態とする制御を所定時間行うので、モータ起動時のマグネットロータの磁極位置によらず確実且つ安定して単相ＤＣブラシレスモータを起動させることができる。
【００１３】
また、本発明に係る第４の特徴の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置では、制御手段により、単相ＤＣブラシレスモータの起動時から所定時間が経過するまでは、オフ磁極位置検出センサから出力される磁極位置検出信号に基づき、スイッチング素子をオンまたはオフ制御し、モータコイルを通電または非通電状態とする制御を行うので、モータロック時のマグネットロータの磁極位置によらず確実且つ安定して単相ＤＣブラシレスモータを起動させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る第５の特徴の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置では、制御手段により、磁極位置検出センサから磁極位置検出信号が出力された後、所定時間経過後にスイッチング素子をオンまたはオフ制御するので、所望の回転数において単相ＤＣブラシレスモータの効率を向上させ得る単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置の実施例について、〔実施例１〕、〔実施例２〕の順に図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
〔実施例１〕
図１は本発明の実施例１に係る単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置の構成図であり、図２は単相ＤＣブラシレスモータにおける主要構成要素の相対的位置関係の時間的推移を説明する説明図である。
【００１７】
図１および図２において、本実施例の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置が駆動対象とする単相ＤＣブラシレスモータは、複数の磁極を備えマグネット面をステータコア９ａ，９ｂに対向して回転自在に支持されたマグネットロータ１０と、マグネットロータ１０に対向して配置されたステータコア９ａ，９ｂと、ステータコア９ａ，９ｂに擁され各々巻き方向が逆になるように巻かれたモータコイル５と、を備えた構成である。
【００１８】
また、図１において、本実施例の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置は、マグネットロータ１０の磁極位置を検出する磁極位置検出センサ６ａ，６ｂと、モータコイル５に接続されたスイッチング素子３ａ，３ｂ，４ａおよび４ｂを持つＨブリッジ回路と、制御回路７と、起動時間指示回路４１と、ロック検出回路４２と、を備えて構成されている。
【００１９】
磁極位置検出センサ６ａ，６ｂには例えばホールＩＣが使用され、モータコイル５に通電を開始する磁極位置を検出するオン磁極位置検出センサ６ａと、モータコイル５に通電を停止する磁極位置を検出するオフ磁極位置検出センサ６ｂと、を備える。なお、オン磁極位置検出センサ６ａおよびオフ磁極位置検出センサ６ｂは、マグネットロータ１０近傍の磁界範囲内に取り付けられ、マグネットロータ１０の磁極位置を磁極位置検出信号により制御回路７に通知する。
【００２０】
また、Ｈブリッジ回路は、スイッチング素子３ａ，３ｂ，４ａおよび４ｂとしてのｐチャネル型ＦＥＴ３ａ，３ｂと、ｎチャネル型ＦＥＴ４ａ，４ｂと、抵抗Ｒ１〜Ｒ４と、を備える。
【００２１】
モータ駆動用電源（正電位）１にｐチャネル型ＦＥＴ３ａ，３ｂのソース端子がそれぞれ接続され、ｐチャネル型ＦＥＴ３ａのドレイン端子にはｎチャネル型ＦＥＴ４ａのドレイン端子が接続され、ｐチャネル型ＦＥＴ３ｂのドレイン端子にはｎチャネル型ＦＥＴ４ｂのドレイン端子が接続され、ｎチャネル型ＦＥＴ４ａ，４ｂのソース端子はモータ駆動用電源（負電位）２に接続されている。また、ｐチャネル型ＦＥＴ３ａのゲート端子は抵抗Ｒ１を介してモータ駆動用電源（正電位）１に接続され、且つｎチャネル型ＦＥＴ４ｂのドレイン端子にも接続される。また、ｐチャネル型ＦＥＴ３ｂのゲート端子も抵抗Ｒ２を介してモータ駆動用電源（正電位）１に接続され、且つｎチャネル型ＦＥＴ４ａのドレイン端子にも接続される。
【００２２】
さらに、このような接続関係を持つＨブリッジ回路において、ｐチャネル型ＦＥＴ３ａとｎチャネル型ＦＥＴ４ａの接続点と、ｐチャネル型ＦＥＴ３ｂとｎチャネル型ＦＥＴ４ｂの接続点との間にモータコイル５が接続されている。
【００２３】
また、制御回路７は、磁極位置検出センサ（オン磁極位置検出センサ６ａおよびオフ磁極位置検出センサ６ｂ）から出力される磁極位置検出信号に基づき、Ｈブリッジ回路のスイッチング素子３ａ，３ｂ，４ａおよび４ｂをオンまたはオフ制御してモータコイル５を通電または非通電状態とする。具体的には、制御回路７が出力する制御信号はそれぞれｎチャネル型ＦＥＴ４ａ，４ｂのゲート端子に接続され、制御信号はそれぞれ抵抗Ｒ３，Ｒ４を介して制御電源８に接続されている。また特に、ステータコア９ａ，９ｂと対向するマグネットロータ１０の表面磁束密度の変化率の絶対値が所定範囲内にあるとき、モータコイル５を通電状態としない点に特徴がある。
【００２４】
また、起動時間指示回路４１は、コンデンサと抵抗とによって決まる時定数を持つＣＲ回路や、タイマーＩＣ等によって実現され、単相ＤＣブラシレスモータの起動時から所定時間が経過したか否かを制御回路７に通知する。
【００２５】
なお、制御回路７は、起動時間指示回路４１からの出力を参照して、単相ＤＣブラシレスモータの起動時から所定時間が経過するまでは、オフ磁極位置検出センサ６ｂから出力される磁極位置検出信号に基づき、スイッチング素子３ａ，３ｂ，４ａおよび４ｂをオンまたはオフ制御する。
【００２６】
さらに、ロック検出回路４２は、単相ＤＣブラシレスモータがロック状態にあるか否かを検出して制御回路７に通知するもので、オン磁極位置検出センサ６ａおよびオフ磁極位置検出センサ６ｂからの磁極位置検出信号を参照してオン／オフ出力の切り替わりが無いことをトランジスタとコンデンサによるＡＣカップリング回路により検出する構成、また直接マイコンによって回転数の変化が無いことを検知する構成、或いは、ロック時の過電流をシャント抵抗によって検出する構成等で実現される。
【００２７】
なお、制御回路７は、ロック検出回路４２からの出力を参照して、単相ＤＣブラシレスモータのロック時には、オフ磁極位置検出センサ６ｂから出力される磁極位置検出信号に基づき、スイッチング素子３ａ，３ｂ，４ａおよび４ｂをオンまたはオフ制御する。
【００２８】
次に、以上の構成を備えた本実施例の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置における動作について、図２、図３および図４を参照して詳細に説明する。ここで、図３は、単相ＤＣブラシレスモータのマグネットコア表面磁束密度と通電タイミングの関係を説明するタイムチャートであり、図４はオン磁極位置検出センサ６ａおよびオフ磁極位置検出センサ６ｂが検知する磁極位置とモータコイル５の通電状態を説明する説明図である。
【００２９】
まず図２を参照して、マグネットロータ１０の磁極位置の変化に応じて制御回路７が行うモータコイル５の通電／非通電制御について説明する。ここで、図２では、単相ＤＣブラシレスモータにおけるモータコイル５、ステータコア９ａ，９ｂ、マグネットロータ１０、オン磁極位置検出センサ６ａおよびオフ磁極位置検出センサ６ｂの相対的位置関係を示すと共に、ステップＳ１〜ステップＳ６にマグネットロータ１０の磁極位置の時間的推移（時間の経過と共にステップＳ１からステップＳ６へ推移）を例示している。
【００３０】
まず、ステップＳ１では、マグネットロータ１０のＮ極の中心がステータコア９ａの中心軸を所定の角度（α°）通り過ぎたときに、オン磁極位置検出センサ６ａはマグネットロータ１０の磁極の切り替わり（Ｎ極からＳ極へ）を検知する。またこのとき、オフ磁極位置検出センサ６ｂはマグネットロータ１０のＳ極を検知する。
【００３１】
制御回路７では、これらオン磁極位置検出センサ６ａおよびオフ磁極位置検出センサ６ｂからの磁極位置検出信号を受けて、ｎチャネル型ＦＥＴ４ｂのゲート端子への制御信号をアクティブとして該ｎチャネル型ＦＥＴ４ｂをオン制御し、またｎチャネル型ＦＥＴ４ａのゲート端子への制御信号をノンアクティブとして該ｎチャネル型ＦＥＴ４ａをオフ制御する。ｎチャネル型ＦＥＴ４ｂのオン制御により、ｐチャネル型ＦＥＴ３ａのゲート端子がモータ駆動用電源（負電位）２に接続されることとなって該ｐチャネル型ＦＥＴ３ａもオン制御され、モータコイル５は通電状態となる（図４；ステップＳ１参照）。このとき、ステータコア９ａはＮ極に、またステータコア９ｂはＳ極に着磁され、マグネットロータ１０に回転トルクを与える。
【００３２】
次に、ステップＳ２では、オン磁極位置検出センサ６ａおよびオフ磁極位置検出センサ６ｂが検知するマグネットロータ１０の磁極は（Ｓ極のまま）変化していないので、モータコイル５の通電状態はステップＳ１と同様に維持される（図４；ステップＳ２参照）。
【００３３】
次に、ステップＳ３では、マグネットロータ１０のＳ極の中心とステータコア９ａの中心軸までの角度が所定の角度（β°）となったときに、オフ磁極位置検出センサ６ｂはマグネットロータ１０の磁極の切り替わり（Ｓ極からＮ極へ）を検知する。またこのとき、オン磁極位置検出センサ６ａはマグネットロータ１０のＳ極を検知する。
【００３４】
制御回路７では、これらオン磁極位置検出センサ６ａおよびオフ磁極位置検出センサ６ｂからの磁極位置検出信号を受けて、ｎチャネル型ＦＥＴ４ａ，４ｂのゲート端子への制御信号をノンアクティブとして該ｎチャネル型ＦＥＴ４ａ，４ｂをオフ制御する。ｎチャネル型ＦＥＴ４ｂのオフ制御により、ｐチャネル型ＦＥＴ３ａのゲート端子が抵抗Ｒ１を介してモータ駆動用電源（正電位）１に接続されることとなって該ｐチャネル型ＦＥＴ３ａもオフ制御され、モータコイル５は非通電状態となる（図４；ステップＳ３参照）。
【００３５】
次に、ステップＳ４では、マグネットロータ１０のＳ極の中心がステータコア９ａの中心軸を所定の角度（α°）通り過ぎたときに、オン磁極位置検出センサ６ａはマグネットロータ１０の磁極の切り替わり（Ｓ極からＮ極へ）を検知する。またこのとき、オフ磁極位置検出センサ６ｂはマグネットロータ１０のＮ極を検知する。
【００３６】
制御回路７では、これらオン磁極位置検出センサ６ａおよびオフ磁極位置検出センサ６ｂからの磁極位置検出信号を受けて、ｎチャネル型ＦＥＴ４ａのゲート端子への制御信号をアクティブとして該ｎチャネル型ＦＥＴ４ａをオン制御し、またｎチャネル型ＦＥＴ４ｂのゲート端子への制御信号をノンアクティブとして該ｎチャネル型ＦＥＴ４ｂをオフ制御する。ｎチャネル型ＦＥＴ４ａのオン制御により、ｐチャネル型ＦＥＴ３ｂのゲート端子がモータ駆動用電源（負電位）２に接続されることとなって該ｐチャネル型ＦＥＴ３ｂもオン制御され、モータコイル５はステップＳ１のときとは逆方向の通電状態となる（図４；ステップＳ４参照）。このとき、ステータコア９ａはＳ極に、またステータコア９ｂはＮ極に着磁され、マグネットロータ１０に回転トルクを与える。
【００３７】
次に、ステップＳ５では、オン磁極位置検出センサ６ａおよびオフ磁極位置検出センサ６ｂが検知するマグネットロータ１０の磁極は（Ｎ極のまま）変化していないので、モータコイル５の逆向き通電状態はステップＳ４と同様に維持される（図４；ステップＳ５参照）。
【００３８】
次に、ステップＳ６では、マグネットロータ１０のＮ極の中心とステータコア９ａの中心軸までの角度が所定の角度（β°）となったときに、オフ磁極位置検出センサ６ｂはマグネットロータ１０の磁極の切り替わり（Ｎ極からＳ極へ）を検知する。またこのとき、オン磁極位置検出センサ６ａはマグネットロータ１０のＮ極を検知する。
【００３９】
制御回路７では、これらオン磁極位置検出センサ６ａおよびオフ磁極位置検出センサ６ｂからの磁極位置検出信号を受けて、ｎチャネル型ＦＥＴ４ａ，４ｂのゲート端子への制御信号をノンアクティブとして該ｎチャネル型ＦＥＴ４ａ，４ｂをオフ制御する。ｎチャネル型ＦＥＴ４ａのオフ制御により、ｐチャネル型ＦＥＴ３ｂのゲート端子が抵抗Ｒ２を介してモータ駆動用電源（正電位）１に接続されることとなって該ｐチャネル型ＦＥＴ３ｂもオフ制御され、モータコイル５は非通電状態となる（図４；ステップＳ６参照）。
【００４０】
以後、ステップＳ１からステップＳ６までの動作を繰り返す。
【００４１】
ステップＳ１、ステップＳ３、ステップＳ４およびステップＳ６において、所定の角度（α°）および（β°）が所定の値以下の場合、つまり、ステータコア９ａ，９ｂの中心軸と対向するマグネットロータ１０の表面磁束密度がピーク値近傍であるときにモータコイル５に通電しても、マグネットロータ１０と、ステータコア９ａ，９ｂとの間に働く反発力はモータの回転軸中心に向かって働くために、モータのトルクとして出力されない。
【００４２】
また、ステータコア９ａ，９ｂの前を横切るマグネットロータ１０の磁束の変化量が小さいため、モータコイル５に誘起される電圧も小さく、モータコイル５に加わる見かけの電圧値は大きくなり、その結果として、大きな電流がモータコイル５に流れることとなる。この電流はモータトルクに寄与しないため、全て無駄な電力となり、単相ＤＣブラシレスモータの効率を下げる原因となる。
【００４３】
本実施例の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置では、図３に示すように、ステップＳ１、ステップＳ３、ステップＳ４およびステップＳ６において、所定の角度（α°）および（β°）を設けてモータコイル５の通電／非通電状態を制御することで、単相ＤＣブラシレスモータの効率を上げている。
【００４４】
ここで、所定の角度（α°）および（β°）は、マグネットロータ１０の表面磁束密度の傾きの絶対値が「表面磁束最大値×ＳＩＮ（４５deg）」以下となる角度であり、Ｍ極（Ｍは正整数）の単相ＤＣブラシレスモータであれば、「４５／（Ｍ／２）deg」以下である。より好ましくは、「表面磁束最大値×ＳＩＮ（１５deg）＜傾きの絶対値＜表面磁束最大値×ＳＩＮ（３６deg）」となる角度であり、Ｍ極の単相ＤＣブラシレスモータであれば、「１５／（Ｍ／２）deg＜α，βdeg＜３６／（Ｍ／２）deg」以下である。
【００４５】
また、モータ起動時に、マグネットロータ１０の表面磁束密度のピーク値近傍がステータコア９ａ，９ｂの中心軸近傍に位置している場合は、オフ磁極位置検出センサ６ｂから出力される磁極位置検出信号のみに基づいて、スイッチング素子３ａ，３ｂ，４ａおよび４ｂをオンまたはオフ制御し、モータコイル５を通電／非通電状態とする制御を所定時間行うことにより、安定して単相ＤＣブラシレスモータを起動できる。ここで、所定時間は起動時間指示回路４１によって制御回路７に指示され、所定時間とは各単相ＤＣブラシレスモータの負荷に対して安定して駆動が確保される時間である。
【００４６】
さらに、モータロック時には、オフ磁極位置検出センサ６ｂから出力される磁極位置検出信号のみに基づいて、スイッチング素子３ａ，３ｂ，４ａおよび４ｂをオンまたはオフ制御し、モータコイル５を通電／非通電状態とする制御を所定時間行うことにより、マグネットロータ１０の表面磁束密度のピーク値とステータコア９ａ，９ｂの中心軸との相対位置の関係にかかわらず、安定して単相ＤＣブラシレスモータを起動できる。モータロックの検出はロック検出回路４２によって行われ、制御回路７は、モータロック検出時には、オフ磁極位置検出センサ６ｂから出力される磁極位置検出信号のみに基づきモータコイル５の通電／非通電制御を行い、モータロック解除後には、オフ磁極位置検出センサ６ａ，６ｂから出力される磁極位置検出信号に基づきモータコイル５の通電／非通電制御を行う。
【００４７】
以上説明したように、本実施例の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置では、複数の磁極を備え回転自在に支持されたマグネットロータ１０と、マグネットロータ１０に対向して配置されたステータコア９ａ，９ｂと、ステータコア９ａ，９ｂに擁されたモータコイル５と、を有する単相ＤＣブラシレスモータを駆動する単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置であって、マグネットロータ１０の磁極位置を検出する磁極位置検出センサ６ａ，６ｂと、モータコイル５に接続されたスイッチング素子３ａ，３ｂ，４ａおよび４ｂと、磁極位置検出センサ６ａ，６ｂから出力される磁極位置検出信号に基づき、スイッチング素子３ａ，３ｂ，４ａおよび４ｂをオンまたはオフ制御してモータコイル５を通電または非通電状態とする制御回路７と、を有し、制御回路７により、ステータコア９ａ，９ｂと対向するマグネットロータ１０の表面磁束密度の変化率の絶対値が所定範囲内にあるとき、モータコイル５を通電状態としないようにしている。なお、磁極位置検出センサは、モータコイル５に通電を開始する磁極位置を検出するオン磁極位置検出センサ６ａと、モータコイル５に通電を停止する磁極位置を検出するオフ磁極位置検出センサ６ｂと、を備えた構成とする。
【００４８】
このように、ステータコア９ａ，９ｂと対向するマグネットロータ１０の表面磁束密度の変化率の絶対値が所定範囲内にあるとき、モータコイル５を通電状態としないよう制御するので、マグネットロータ１０がトルクを発生しない磁極位置において通電されることがなくなり、単相ＤＣブラシレスモータの効率を向上させることができ、従来のようにモータコイル５や制御基板の発熱、或いは消費電力の増加といった事態を避けることができ、結果として簡素な回路構成で単相ＤＣブラシレスモータの効率を向上させ得る単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置を実現できる。
【００４９】
また、本実施例の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置では、制御回路７により、単相ＤＣブラシレスモータの起動時から所定時間が経過するまでは、オフ磁極位置検出センサ６ｂから出力される磁極位置検出信号に基づき、スイッチング素子３ａ，３ｂ，４ａおよび４ｂをオン／オフ制御し、モータコイル５を通電／非通電状態とする制御を所定時間行うので、モータ起動時のマグネットロータ１０の磁極位置によらず確実且つ安定して単相ＤＣブラシレスモータを起動させることができる。
【００５０】
さらに、本実施例の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置では、制御回路７により、単相ＤＣブラシレスモータのロック時には、オフ磁極位置検出センサ６ｂから出力される磁極位置検出信号に基づき、スイッチング素子３ａ，３ｂ，４ａおよび４ｂをオン／オフ制御し、モータコイル５を通電／非通電状態とする制御を行うので、モータロック時のマグネットロータ１０の磁極位置によらず確実且つ安定して単相ＤＣブラシレスモータを起動させることができる。
【００５１】
〔実施例２〕
次に、図５は本発明の実施例２に係る単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置の構成図であり、図６は単相ＤＣブラシレスモータにおける主要構成要素の相対的位置関係の時間的推移を説明する説明図である。
【００５２】
図５および図６において、本実施例の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置が駆動対象とする単相ＤＣブラシレスモータは、複数の磁極を備えマグネット面をステータコア１９ａ，１９ｂに対向して回転自在に支持されたマグネットロータ２０と、マグネットロータ２０に対向して配置されたステータコア１９ａ，１９ｂと、ステータコア１９ａ，１９ｂに擁され各々巻き方向が逆になるように巻かれたモータコイル１５と、を備えた構成である。
【００５３】
また、図５において、本実施例の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置は、マグネットロータ２０の磁極位置を検出する磁極位置検出センサ１６ｂと、モータコイル１５に接続されたスイッチング素子１３ａ，１３ｂ，１４ａおよび１４ｂを持つＨブリッジ回路と、制御回路１７と、を備えて構成されている。
【００５４】
磁極位置検出センサ１６ｂは例えばホールＩＣが使用され、モータコイル５に通電を停止する磁極位置を検出するオフ磁極位置検出センサ１６ｂである。なお、オフ磁極位置検出センサ１６ｂは、マグネットロータ２０近傍の磁界範囲内に取り付けられ、マグネットロータ２０の磁極位置を磁極位置検出信号により制御回路１７に通知する。なお、磁極位置検出センサにオン磁極位置検出センサを具備しない点が本実施例の実施例１とは異なる特徴の１つである。
【００５５】
また、Ｈブリッジ回路は、スイッチング素子１３ａ，１３ｂ，１４ａおよび１４ｂとしてのｐチャネル型ＦＥＴ１３ａ，１３ｂと、ｎチャネル型ＦＥＴ１４ａ，１４ｂと、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４と、コンデンサＣ１１，Ｃ１２と、を備える。
【００５６】
モータ駆動用電源（正電位）１１にｐチャネル型ＦＥＴ１３ａ，１３ｂのソース端子がそれぞれ接続され、ｐチャネル型ＦＥＴ１３ａのドレイン端子にはｎチャネル型ＦＥＴ１４ａのドレイン端子が接続され、ｐチャネル型ＦＥＴ１３ｂのドレイン端子にはｎチャネル型ＦＥＴ１４ｂのドレイン端子が接続され、ｎチャネル型ＦＥＴ１４ａ，１４ｂのソース端子はモータ駆動用電源（負電位）１２に接続されている。また、ｐチャネル型ＦＥＴ１３ａのゲート端子は抵抗Ｒ１１を介してモータ駆動用電源（正電位）１１に接続され、且つｎチャネル型ＦＥＴ１４ｂのドレイン端子にも接続される。また、ｐチャネル型ＦＥＴ１３ｂのゲート端子も抵抗Ｒ１２を介してモータ駆動用電源（正電位）１１に接続され、且つｎチャネル型ＦＥＴ１４ａのドレイン端子にも接続される。
【００５７】
なお、ｎチャネル型ＦＥＴ１４ａ，１４ｂのゲート端子がそれぞれコンデンサＣ１１，Ｃ１２を介してモータ駆動用電源（負電位）１２に接続されている点が本実施例の実施例１とは異なる特徴の１つである。
【００５８】
さらに、このような接続関係を持つＨブリッジ回路において、ｐチャネル型ＦＥＴ１３ａとｎチャネル型ＦＥＴ１４ａの接続点と、ｐチャネル型ＦＥＴ１３ｂとｎチャネル型ＦＥＴ１４ｂの接続点との間にモータコイル１５が接続されている。
【００５９】
また、制御回路１７は、オフ磁極位置検出センサ１６ｂから出力される磁極位置検出信号に基づき、Ｈブリッジ回路のスイッチング素子１３ａ，１３ｂ，１４ａおよび１４ｂをオンまたはオフ制御してモータコイル１５を通電または非通電状態とする。具体的には、制御回路１７が出力する制御信号はそれぞれｎチャネル型ＦＥＴ１４ａ，１４ｂのゲート端子に接続され、制御信号はそれぞれ抵抗Ｒ１３，Ｒ１４を介して制御電源１８に接続されている。
【００６０】
このように、各制御信号は、それぞれ抵抗Ｒ１４およびコンデンサＣ１１、並びに抵抗Ｒ１３およびコンデンサＣ１２と接続されており、制御信号をアクティブとしたときには、該制御信号（ｎチャネル型ＦＥＴ１４ａ，１４ｂのゲート端子の電位）は、それぞれ抵抗Ｒ１４およびコンデンサＣ１１または抵抗Ｒ１３およびコンデンサＣ１２による時定数によって決まるディレー時間（γsec）をもって上昇することとなる。また特に、ステータコア１９ａ，１９ｂと対向するマグネットロータ２０の表面磁束密度の変化率の絶対値が所定範囲内にあるとき、モータコイル１５を通電状態としない点に特徴がある。
【００６１】
次に、以上の構成を備えた本実施例の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置における動作について、図６、図７および図８を参照して詳細に説明する。ここで、図７は、単相ＤＣブラシレスモータのマグネットコア表面磁束密度と通電タイミングの関係を説明するタイムチャートであり、図８はオフ磁極位置検出センサ１６ｂが検知する磁極位置とモータコイル１５の通電状態を説明する説明図である。
【００６２】
まず図６を参照して、マグネットロータ２０の磁極位置の変化に応じて制御回路１７が行うモータコイル１５の通電／非通電制御について説明する。ここで、図６では、単相ＤＣブラシレスモータにおけるモータコイル１５、ステータコア１９ａ，１９ｂ、マグネットロータ２０、オフ磁極位置検出センサ１６ｂの相対的位置関係を示すと共に、ステップＳ１１〜ステップＳ１７にマグネットロータ２０の磁極位置の時間的推移（時間の経過と共にステップＳ１１からステップＳ１７へ推移）を例示している。
【００６３】
まず、ステップＳ１１では、マグネットロータ２０のＮ極の中心とステータコア１９ａの中心軸までの角度が所定の角度（β°）となったときに、オフ磁極位置検出センサ１６ｂはマグネットロータ２０の磁極の切り替わり（Ｎ極からＳ極へ）を検知する。
【００６４】
制御回路１７では、このオフ磁極位置検出センサ１６ｂからの磁極位置検出信号を受けて、ｎチャネル型ＦＥＴ１４ａのゲート端子への制御信号をノンアクティブとして該ｎチャネル型ＦＥＴ１４ａをオフ制御し、またｎチャネル型ＦＥＴ１４ｂのゲート端子への制御信号をアクティブとして該ｎチャネル型ＦＥＴ１４ｂをオン制御する。このとき、ｎチャネル型ＦＥＴ１４ｂのゲート端子は、抵抗Ｒ１３およびコンデンサＣ１２による時定数によって決まるディレー時間（γsec）をもって上昇することとなる。
【００６５】
次に、ステップＳ１２では、マグネットロータ２０のＮ極の中心がステータコア１９ａの中心軸を所定の角度（α°）通り過ぎたときに、ｎチャネル型ＦＥＴ１４ｂがオン状態となり、ｐチャネル型ＦＥＴ１３ａのゲート端子がモータ駆動用電源（負電位）１２に接続されることとなって該ｐチャネル型ＦＥＴ１３ａもオン制御され、モータコイル１５は通電状態となる（図８；ステップＳ１２参照）。このとき、ステータコア１９ａはＮ極に、またステータコア１９ｂはＳ極に着磁され、マグネットロータ２０に回転トルクを与える。
【００６６】
次に、ステップＳ１３では、オフ磁極位置検出センサ１６ｂが検知するマグネットロータ２０の磁極は（Ｓ極のまま）変化していないので、モータコイル１５の通電状態はステップＳ１２と同様に維持される（図４；ステップＳ１３参照）。
【００６７】
次に、ステップＳ１４では、マグネットロータ２０のＳ極の中心とステータコア１９ａの中心軸までの角度が所定の角度（β°）となったときに、オフ磁極位置検出センサ１６ｂはマグネットロータ２０の磁極の切り替わり（Ｓ極からＮ極へ）を検知する。
【００６８】
制御回路１７では、このオフ磁極位置検出センサ１６ｂからの磁極位置検出信号を受けて、ｎチャネル型ＦＥＴ１４ｂのゲート端子への制御信号をノンアクティブとして該ｎチャネル型ＦＥＴ１４ｂをオフ制御する。ｎチャネル型ＦＥＴ１４ｂのオフ制御により、ｐチャネル型ＦＥＴ１３ａのゲート端子が抵抗Ｒ１１を介してモータ駆動用電源（正電位）１１に接続されることとなって該ｐチャネル型ＦＥＴ１３ａもオフ制御され、モータコイル１５は非通電状態となる（図８；ステップＳ１４参照）。またこのとき、ｎチャネル型ＦＥＴ１４ａのゲート端子への制御信号をアクティブとして該ｎチャネル型ＦＥＴ１４ａをオン制御する。このとき、ｎチャネル型ＦＥＴ１４ａのゲート端子は、抵抗Ｒ１４およびコンデンサＣ１１による時定数によって決まるディレー時間（γsec）をもって上昇することとなる。
【００６９】
次に、ステップＳ１５では、マグネットロータ２０のＳ極の中心がステータコア１９ａの中心軸を所定の角度（α°）通り過ぎたときに、ｎチャネル型ＦＥＴ１４ａがオン状態となり、ｐチャネル型ＦＥＴ１３ｂのゲート端子がモータ駆動用電源（負電位）１２に接続されることとなって該ｐチャネル型ＦＥＴ１３ｂもオン制御され、モータコイル１５は逆方向の通電状態となる（図８；ステップＳ１５参照）。このとき、ステータコア１９ａはＳ極に、またステータコア１９ｂはＮ極に着磁され、マグネットロータ２０に回転トルクを与える。
【００７０】
次に、ステップＳ１６では、オフ磁極位置検出センサ６ｂが検知するマグネットロータ２０の磁極は（Ｎ極のまま）変化していないので、モータコイル１５の逆向き通電状態はステップＳ１５と同様に維持される（図８；ステップＳ１６参照）。
【００７１】
次に、ステップＳ１７では、ステップＳ１１と同様に、マグネットロータ２０のＮ極の中心とステータコア１９ａの中心軸までの角度が所定の角度（β°）となったときに、オフ磁極位置検出センサ１６ｂはマグネットロータ２０の磁極の切り替わり（Ｎ極からＳ極へ）を検知する。
【００７２】
制御回路１７では、このオフ磁極位置検出センサ１６ｂからの磁極位置検出信号を受けて、ｎチャネル型ＦＥＴ１４ａのゲート端子への制御信号をノンアクティブとして該ｎチャネル型ＦＥＴ１４ａをオフ制御する。ｎチャネル型ＦＥＴ１４ａのオフ制御により、ｐチャネル型ＦＥＴ１３ｂのゲート端子が抵抗Ｒ１２を介してモータ駆動用電源（正電位）１１に接続されることとなって該ｐチャネル型ＦＥＴ１３ｂもオフ制御され、モータコイル１５は非通電状態となる（図８；ステップＳ１７参照）。またこのとき、ｎチャネル型ＦＥＴ１４ｂのゲート端子への制御信号をアクティブとして該ｎチャネル型ＦＥＴ１４ｂをオン制御する。このとき、ｎチャネル型ＦＥＴ１４ｂのゲート端子は、抵抗Ｒ１３およびコンデンサＣ１２による時定数によって決まるディレー時間（γsec）をもって上昇することとなる。
【００７３】
以後、ステップＳ１２からステップＳ１７までの動作を繰り返す。
【００７４】
ステップＳ１１、ステップＳ１２、ステップＳ１４、ステップＳ１５およびステップＳ１７において、所定の角度（α°）および（β°）が所定の値以下の場合、つまり、ステータコア１９ａ，１９ｂの中心軸と対向するマグネットロータ２０の表面磁束密度がピーク値近傍であるときにモータコイル１５に通電しても、マグネットロータ２０と、ステータコア１９ａ，１９ｂとの間に働く反発力はモータの回転軸中心に向かって働くために、モータのトルクとして出力されない。
【００７５】
また、ステータコア１９ａ，１９ｂの前を横切るマグネットロータ２０の磁束の変化量が小さいため、モータコイル１５に誘起される電圧も小さく、モータコイル１５に加わる見かけの電圧値は大きくなり、その結果として、大きな電流がモータコイル１５に流れることとなる。この電流はモータトルクに寄与しないため、全て無駄な電力となり、単相ＤＣブラシレスモータの効率を下げる原因となる。
【００７６】
本実施例の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置では、図７に示すように、ステップＳ１１、ステップＳ１２、ステップＳ１４、ステップＳ１５およびステップＳ１７において、所定の角度（α°）および（β°）並びにディレー時間（γsec）を設けてモータコイル１５の通電／非通電状態を制御することで、単相ＤＣブラシレスモータの効率を上げている。
【００７７】
ここで、所定の角度（α°）および（β°）は、マグネットロータ２０の表面磁束密度の傾きの絶対値が「表面磁束最大値×ＳＩＮ（４５deg）」以下となる角度であり、Ｍ極（Ｍは正整数）の単相ＤＣブラシレスモータであれば、「４５／（Ｍ／２）deg」以下である。より好ましくは、「表面磁束最大値×ＳＩＮ（１５deg）＜傾きの絶対値＜表面磁束最大値×ＳＩＮ（３６deg）」となる角度であり、Ｍ極の単相ＤＣブラシレスモータであれば、「１５／（Ｍ／２）deg＜α，βdeg＜３６／（Ｍ／２）deg」以下である。
【００７８】
また、ディレー時間（γsec）は、マグネットロータ２０が（α＋β）degだけ回転する時間であり、例えばｎ回転［１／ｍｉｎ］している単相ＤＣブラシレスモータであれば、「（α＋β）／（３６０×（ｎ／６０））sec」である。
【００７９】
以上説明したように、本実施例の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置では、複数の磁極を備え回転自在に支持されたマグネットロータ２０と、マグネットロータ２０に対向して配置されたステータコア１９ａ，１９ｂと、ステータコア１９ａ，１９ｂに擁されたモータコイル１５と、を有する単相ＤＣブラシレスモータを駆動する単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置であって、マグネットロータ２０の磁極位置を検出するオフ磁極位置検出センサ１６ｂと、モータコイル１５に接続されたスイッチング素子１３ａ，１３ｂ，１４ａおよび１４ｂと、オフ磁極位置検出センサ１６ｂから出力される磁極位置検出信号に基づき、スイッチング素子１３ａ，１３ｂ，１４ａおよび１４ｂをオンまたはオフ制御してモータコイル１５を通電または非通電状態とする制御回路１７と、を有し、制御回路１７により、ステータコア１９ａ，１９ｂと対向するマグネットロータ２０の表面磁束密度の変化率の絶対値が所定範囲内にあるとき、モータコイル１５を通電状態としないようにしている。
【００８０】
このように、ステータコア１９ａ，１９ｂと対向するマグネットロータ２０の表面磁束密度の変化率の絶対値が所定範囲内にあるとき、モータコイル１５を通電状態としないよう制御するので、マグネットロータ２０がトルクを発生しない磁極位置において通電されることがなくなり、単相ＤＣブラシレスモータの効率を向上させることができ、従来のようにモータコイル１５や制御基板の発熱、或いは消費電力の増加といった事態を避けることができ、結果として簡素な回路構成で単相ＤＣブラシレスモータの効率を向上させ得る単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置を実現できる。
【００８１】
また、本実施例の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置では、制御回路１７により、オフ磁極位置検出センサ１６ｂから磁極位置検出信号が出力された後、所定時間（ディレー時間：γsec）経過後にスイッチング素子１４ａおよび１４ｂをオンまたはオフ制御するので、所望の回転数において単相ＤＣブラシレスモータの効率を向上させ得る単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置を実現できる。
【００８２】
〔変形例〕
以上説明した実施例１および実施例２では、単相ＤＣブラシレスモータをＨブリッジタイプの単相全波ＤＣブラシレスモータとしたが、単相半波ＤＣブラシレスモータであっても、ステータコアに対するマグネットコアの磁束密度の変化率に応じてモータコイルの通電を制御することで、実施例と同様に簡素な回路構成で高効率に単相半波ＤＣブラシレスモータを駆動し得る単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置を実現できる。
【００８３】
また、実施例では、スイッチング素子としてＦＥＴを使用したが、バイポーラ・トランジスタとしても、同様に簡素な回路構成で単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置を実現できる。
【００８４】
また、実施例のように、ｐチャネル型ＦＥＴのゲート端子を対向するｎチャネル型ＦＥＴのドレイン端子に直接接続する構成とせず、抵抗またはダイオード等を介して接続する構成としても、同様に簡素な回路構成で単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置を実現できる。
【００８５】
さらに、実施例では、磁極位置検出センサとしてホールＩＣを使用したが、ホール素子を使用して構成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
以上説明した本発明の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置を単相ＤＣブラシレスモータに組み込めば、単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置における回路設計の自由度や単相ＤＣブラシレスモータを使用する機器の出力性能を大いに高めることができる。
【００８７】
特に、本発明の単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置は、例えば燃料電池やヒートポンプ装置等に使用される様々な液体供給装置のモータ制御への応用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の実施例１に係る単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置の構成図である。
【図２】実施例１の単相ＤＣブラシレスモータにおける主要構成要素の相対的位置関係の時間的推移を説明する説明図である。
【図３】実施例１の単相ＤＣブラシレスモータのマグネットコア表面磁束密度と通電タイミングの関係を説明するタイムチャートである。
【図４】実施例１のオン磁極位置検出センサ６ａおよびオフ磁極位置検出センサ６ｂが検知する磁極位置とモータコイル５の通電状態を説明する説明図である。
【図５】本発明の実施例２に係る単相ＤＣブラシレスモータの駆動装置の構成図である。
【図６】実施例２の単相ＤＣブラシレスモータにおける主要構成要素の相対的位置関係の時間的推移を説明する説明図である。
【図７】実施例２の単相ＤＣブラシレスモータのマグネットコア表面磁束密度と通電タイミングの関係を説明するタイムチャートである。
【図８】実施例２のオフ磁極位置検出センサ１６ｂが検知する磁極位置とモータコイル１５の通電状態を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００８９】
１，１１  モータ駆動用電源（正電位）
２，１２  モータ駆動用電源（負電位）
３ａ，３ｂ，１３ａ，１３ｂ  ｐチャネル型ＦＥＴ（スイッチング素子）
４ａ，４ｂ，１４ａ，１４ｂ  ｎチャネル型ＦＥＴ（スイッチング素子）
５，１５  モータコイル
６ａ，１６ａ  オン磁極位置検出センサ
６ｂ，１６ｂ  オフ磁極位置検出センサ
７，１７  制御回路
８，１８  制御電源
９ａ，９ｂ，１９ａ，１９ｂ  ステータコア
１０，２０  マグネットロータ
４１  起動時間指示回路
４２  ロック検出回路
Ｒ１〜Ｒ４，Ｒ１１〜Ｒ１４  抵抗
Ｃ１１，Ｃ１２  コンデンサ
【図１】
2008301603.tif 000003
【図２】
2008301603.tif 000004
【図３】
2008301603.tif 000005
【図４】
2008301603.tif 000006
【図５】
2008301603.tif 000007
【図６】
2008301603.tif 000008
【図７】
2008301603.tif 000009
【図８】
2008301603.tif 000010