(57)【要約】【課題】正転及び逆転においても最大の回転効率で駆動させることができるブラシレスＤＣモータを提供するものである。【解決手段】ブラシレスＤＣモータ１５において、回転軸５６が、回転子５０に固定された第１軸７０と、負荷側に接続される第２軸７２とよりなり、第２軸７２に検出用マグネットが固定され、第２軸７２が、検出用マグネット７４の位置が正転用位置と逆転用位置とになるように、第１軸７０に対し所定角度回転自在になし、回転子５０が正転している時は、第１軸７０の正転により、第２軸７２が正転用位置になるように所定角度回転した位置で固定され、逆転している時は第１軸７０の逆転により、第２軸７２が逆転位置になるように所定角度回転した位置で固定されるものである。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレスＤＣモータへ駆動信号を出力するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御するゲートドライブ回路と、前記ゲートドライブ回路をＰＷＭ制御する演算回路と、前記ブラシレスＤＣモータの回転子の回転位置を検出する磁気検出素子と、前記磁気検出素子からの回転位置を示す回転信号を正逆転の方向を示す回転方向指令信号に基づいて切り替え前記演算回路へ出力する位置検出回路とを有するモータの制御装置であって、
前記回転子が、トルク発生用マグネットを有し、
前記磁気検出素子が前記回転子の回転位置を検出するための円板状の検出用マグネットが、前記トルク発生用マグネットと分離して配され、
前記検出用マグネットが、前記回転子と同軸に配され、かつ、正転用位置と逆転用位置とに所定角度回転自在であり、
前記回転軸の正転により、前記検出用マグネットが正転用位置に回転し、
前記回転軸の逆転により、前記検出用マグネットが逆転用位置に回転する
ことを特徴とするブラシレスＤＣモータ。
【請求項２】
前記回転軸が、前記回転子に固定された第１軸と負荷側に接続される第２軸とよりなり、
前記検出用マグネットが前記第２軸に固定され、
前記検出用マグネットが正転用位置または逆転用位置になるように、前記第２軸が前記第１軸に対し前記所定角度回転自在になし、
前記第１軸の正転により、前記第２軸が前記所定角度回転して正転用位置で固定され、
前記第１軸の逆転により、前記第２軸が前記所定角度回転した逆転用位置で固定される
ことを特徴とする請求項１記載のブラシレスＤＣモータ。
【請求項３】
前記回転軸に対し、前記検出用マグネットが前記所定角度回転自在に配され、
前記回転軸の正転により、前記検出用マグネットが前記所定角度回転した正転用位置で固定され、
前記回転軸の逆転により、前記検出用マグネットが前記所定角度回転した逆転用位置で固定される
ことを特徴とする請求項１記載のブラシレスＤＣモータ。
【請求項４】
前記ブラシレスＤＣモータが、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ）型のブラシレスＤＣモータである
ことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載のブラシレスＤＣモータ。
【請求項５】
前記ブラシレスＤＣモータが、電動ドライバー、または、インパクトドライバー等の電動工具の駆動源である
ことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載のブラシレスＤＣモータ。
【請求項６】
前記ブラシレスＤＣモータが、両回転用ポンプに用いられる
ことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載のブラシレスＤＣ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、ブラシレスＤＣモータの制御装置に関し、正転及び逆転を行う例えば電動ドライバーやインパクトドライバー等の電動工具、または、ポンプ用タービン等に用いられるものに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシレスＤＣモータ（以下、単にモータという）は、ホール素子や、このホール素子を内蔵したホールＩＣ等の磁気検出素子を用いて回転子の回転位置の検出を行い、この検出した回転子の回転位置に応じて該当する固定子コイルに駆動電流を流して回転する。
【０００３】
そして、ブラシレスＤＣモータが正転及び反転を行えるリバーシブルタイプの場合には、磁気検出素子を、ブラシレスＤＣモータの固定子鉄心に対し、次のような２通りの取付け構造が一般的である。
【０００４】
第１の取付け構造は、正転または逆転の一方の方向の回転効率を優先させるような位置に、磁気検出素子を固定子鉄心の歯部に対し電気角で所定角度ずらして取り付けている。
【０００５】
第２の取付け構造は、正転及び逆転共に回転効率は低下するものの、両者の中立点の位置に対応する場所に磁気検出素子を設けている。すなわち、磁気検出素子が回転子の回転位置を検出する場合に、図９のヒステリシスグラフが示すように、正転（ＣＷ）の位置と、逆転（ＣＣＷ）の最高効率で検出できる位置は異なっており、図１０に示すように、回転子の回転軸Ｏを中心としてα°ずれた状態に磁気検出素子を取り付けている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の２通りの取付け構造のどちらであっても、正転及び逆転の方向で最大回転効率でブラシレスＤＣモータを回転さすことはできない。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、正転及び逆転においても最大の回転効率で駆動させることができるブラシレスＤＣモータを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ブラシレスＤＣモータへ駆動信号を出力するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御するゲートドライブ回路と、前記ゲートドライブ回路をＰＷＭ制御する演算回路と、前記ブラシレスＤＣモータの回転子の回転位置を検出する磁気検出素子と、前記磁気検出素子からの回転位置を示す回転信号を正逆転の方向を示す回転方向指令信号に基づいて切り替え前記演算回路へ出力する位置検出回路とを有するモータの制御装置であって、前記回転子が、トルク発生用マグネットを有し、前記磁気検出素子が前記回転子の回転位置を検出するための円板状の検出用マグネットが、前記トルク発生用マグネットと分離して配され、前記検出用マグネットが、前記回転子と同軸に配され、かつ、正転用位置と逆転用位置とに所定角度回転自在であり、前記回転軸の正転により、前記検出用マグネットが正転用位置に回転し、前記回転軸の逆転により、前記検出用マグネットが逆転用位置に回転することを特徴とするブラシレスＤＣモータである。
【０００９】
請求項２の発明は、前記回転軸が、前記回転子に固定された第１軸と負荷側に接続される第２軸とよりなり、前記検出用マグネットが前記第２軸に固定され、前記検出用マグネットが正転用位置または逆転用位置になるように、前記第２軸が前記第１軸に対し前記所定角度回転自在になし、前記第１軸の正転により、前記第２軸が前記所定角度回転して正転用位置で固定され、前記第１軸の逆転により、前記第２軸が前記所定角度回転した逆転用位置で固定されることを特徴とする請求項１記載のブラシレスＤＣモータである。
【００１０】
請求項３の発明は、前記回転軸に対し、前記検出用マグネットが前記所定角度回転自在に配され、前記回転軸の正転により、前記検出用マグネットが前記所定角度回転した正転用位置で固定され、前記回転軸の逆転により、前記検出用マグネットが前記所定角度回転した逆転用位置で固定されることを特徴とする請求項１記載のブラシレスＤＣモータである。
【００１１】
請求項４の発明は、前記ブラシレスＤＣモータが、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ）型のブラシレスＤＣモータであることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載のブラシレスＤＣモータである。
【００１２】
請求項５の発明は、前記ブラシレスＤＣモータが、電動ドライバー、または、インパクトドライバー等の電動工具の駆動源であることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載のブラシレスＤＣモータである。
【００１３】
請求項６の発明は、前記ブラシレスＤＣモータが、両回転用ポンプに用いられることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載のブラシレスＤＣモータである。
【００１４】
【作　用】
本発明のブラシレスＤＣモータであると、回転軸が正転している時は、その回転軸の正転により検出用マグネットの位置が正転用位置に回転し、逆転している時はその回転軸の逆転により、検出用マグネットの位置が逆転用位置に回転するため、正転及び逆転の場合でも最高効率で駆動させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
本発明の第１の実施例を、図１から図４と図７、図８に基づいて説明する。
【００１６】
（１）インパクトドライバー１１の構成
図７は、本実施例を示すインパクトドライバー１１の側面図である。
【００１７】
図７に基づいて、インパクトドライバー１１の構成について説明する。
【００１８】
インパクトドライバー１１は、胴部である略円筒状の外形の本体１２と、本体１２の先端部にドライバー工具が装着されるチャック部１３と、ピストル型になるように形成される把持部１４とを備えている。
【００１９】
本体１２の後部には、ブラシレスＤＣモータ（以下、単にモータという）１５と、ギアボックスと打撃機構を兼ねた打撃部１６とが内蔵されている。
【００２０】
把持部１４は作業者が手で把持できるように形成され、把持状態で指が位置する個所に引金状のトリガースイッチ１７が配されている。
【００２１】
このトリガースイッチ１７の操作により、モータ１５を所定の回転速度とトルクによって制御する制御装置１８の回路基板が、モータ１５の下方に配されている。
【００２２】
把持部１４の内部には、バッテリー１９と、このバッテリー１９と電気的に並列に接続された大容量の電源電圧平滑用コンデンサ２０が収納されている。
【００２３】
（２）モータ１５の構造
モータ１５は、３スロット２極のＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ）型ブラシレスＤＣモータである。
【００２４】
固定子には３個の歯部が内方に突出し、各歯部にコイル４８が巻き付けられている。そして、この各歯部に巻き付けられたコイル４８は、Ｙ結線されて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相よりなる３相を構成している。なお、図８におけるＮ点で３相の各コイル４８が結線されて中点Ｎとなっている。
【００２５】
（２）回転子５０の構造
次に、回転子５０の構造について図１から図４に基づいて説明する。
【００２６】
回転子５０は、円盤型の鋼板５２を積層し、回転子鉄心５４を形成している。この回転子鉄心５４には、回転軸５６が軸方向に貫通し、また、ＩＰＭ型であるため、トルク発生用マグネット５８を収納するための収納孔６０が周方向に等間隔に４個開口している。トルク発生用マグネット５８は、彎曲した板状であり、Ｎ極とＳ極とＮ極とＳ極が交互に着磁されており、前記４つの収納孔６０に収納され、Ｎ極とＳ極のトルク発生用マグネット５８は９０°毎にそれぞれ配されている。
【００２７】
この固定子鉄心５４の図４における右側には、合成樹脂製のフレーム６２が配されている。この略円柱形のフレーム６２と固定子鉄心５４とを位置決めするために、フレーム６２の左面から凸部６４が突出し、この凸部６４に対応する位置の固定子鉄心５４には、位置決め用孔６６が開口している。また、フレーム６２の右面には、ファン６３が一体に形成されている（図４参照）。
【００２８】
フレーム６２の右側には、回転軸５６を回転自在に支持するベアリング６８が配されている。
【００２９】
回転軸５６は、図１に示すように、第１軸７０と第２軸７２とに分割されている。第１軸７０は、回転子鉄心５４を貫通し、回転子５０に対し固定されている。一方、第２軸７２は負荷側の回転軸であって、負荷に接続されており、また、図１に示すように、円盤型の検出用マグネット７４の中心を貫通し、この検出用マグネット７４に対し固定されている。なお、回転軸２６の詳しい構造については、後から説明する。
【００３０】
円盤型の検出用マグネット７４には、Ｎ極とＳ極のマグネットが９０°毎にそれぞれ配されている。
【００３１】
検出用マグネット７４の左側には、回転軸５６を回転自在に支持するベアリング８８が配されている。
【００３２】
検出用マグネット７４からの磁気を検出するための３個のホール素子Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３を固定した基板９０が、検出用マグネット７４の近傍に配され、この基板９０は、インパクトドライバー１１の本体１２の内部に固定されている。
【００３３】
（３）制御装置１８の構成
次に、図８を参照してモータ１５を制御する制御装置１８について説明する。
【００３４】
図８はモータ１５の制御装置１８を示すブロック図である。
【００３５】
モータ１５のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイル８６へ駆動信号がインバータ回路２１から供給される。インバータ回路２１を構成する６個のスイッチングトランジスタを用い、モータ１５のＹ結線された３相のコイル８６に双方向駆動電流を流して駆動するバイポーラ駆動を行う。バイポーラ駆動の方法としては、１２０°通電矩形波駆動法が挙げられる。
【００３６】
モータ１５の回転子８８の回転位置を検出するホール素子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３からの回転信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は位置検出回路２３へ出力する。
【００３７】
このインバータ回路２１は、バッテリー１９である直流電源が供給されるが、インバータ回路２１とバッテリー１９との間には前記した電源電圧平滑用コンデンサ２０がバッテリー１９と並列に接続されている。
【００３８】
インバータ回路２１の各スイッチングトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のゲート端子へゲート信号を送るゲートドライブ回路２８が設けられ、このゲートドライブ回路２８に対しＰＷＭ（パルス幅変調）信号を供給する演算回路２２が設けられている。この演算回路２２は、位置検出回路２３からの位置信号と、速度指令回路２４からの速度指令信号と、回転方向指令回路２５からの回転方向指令信号に基づいて、ＰＷＭ信号をゲートドライブ回路２８に出力する。
【００３９】
速度指令信号を出力する速度指令回路２４には、前記で説明したトリガースイッチ１７が接続され、このトリガースイッチ１７の作業者による押圧状態によって速度指令回路２４が演算回路２２に速度指令信号を出力する。すなわち、トリガースイッチ１７を多く引くことによってより早く回転するように速度指令信号が出力される。
【００４０】
本体１２には、図７に示すように回転方向切替スイッチ２６が設けられ、この回転方向切替スイッチ２６を正転または逆転に切替えることによって、その回転方向に応じた回転方向指令信号を回転方向指令回路２５が、演算回路２２と位置検出回路２３へ出力する。
【００４１】
ゲートドライブ回路２８と演算回路２２との間にはロック保護回路２７が設けられている。このロック保護回路２７は、駆動信号がモータ１５に出力されているにも係わらず、モータ１５の回転がホール素子Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３からの回転信号によっては検出されないことを位置検出回路２３が検知すると、演算回路２２からのゲートドライブ回路２８への信号を強制的に遮断する回路である。
【００４２】
バッテリー１９から出力される駆動電流を検出するための抵抗３２が接続され、この抵抗３２を流れる駆動電流を検出する過電流保護回路２９が設けられている。過電流保護回路２９は、抵抗３２を流れる駆動電流が設定値以上になった場合には過電流であると判断して演算回路２２に回転速度またはトルクを落とすように指示する制御信号を出力する。この制御信号が出力されると、演算回路２２は、ＰＷＭ波形のパルス幅を強制的に狭め、モータ１５の出力を低下させる。これにより、モータ１５のそれ以上の発熱が抑制され、温度上昇も起こることがなく制御装置１８の熱による損傷を防止できる。
【００４３】
（４）回転軸５６の構造
次に回転軸５６の構造について説明する。
【００４４】
まず、回転軸５６の第１軸７０と第２軸７２が係合する部分について説明する。
【００４５】
第１軸７０の端部から雄部７６が突出している。この雄部７６の構造は、図１から図３に示すように、第１軸７０と同軸に突出した中心軸７８の両側から、一対の扇状の押圧部８０，８０が突出している。
【００４６】
第２軸７２の端部には、前記雄部７６が嵌まり込むように凹部状の雌部８２が形成されている。この雌部８２の内周側には一対の受圧部８４，８４が突出している。第１軸の雄部７６の中心軸７８が雌部８２に係合すると、一対の押圧部８０が、この一対の受圧部８４を周方向に押圧する。
【００４７】
また、雄部７６と雌部８２との係合部分には、係合をスムーズにするためにグリースを塗布しておく。
【００４８】
本実施例の最もポイントとなる点が、図２に示すように、受圧部８４と押圧部８０との間に間隙８６が存在することである。この間隙８６は、角度にして（Ｃ＋Ｃ′）°である。すなわち、従来技術の欄の図１０で説明したように、中立点Ｏを中心に角度α°だけ正転の位置と逆転の位置の最大効率の位置はずれているので、中立点Ｏを中心に、角度Ｃ°だけずれた位置に逆転用の最大効率の位置があり、中立点Ｏの位置より角度Ｃ′°の位置だけずれた位置に正転用の最大の効率の位置がある。そのため、図２に示すように、間隙８６の角度を（Ｃ＋Ｃ′）°の分だけ空けておき、この角度の分だけ第１軸７０が第２軸７２に対しカラ回りできるようにしておく。
【００４９】
このようにすることで、第１軸７０が逆転方向に回転すると、第２図に示すように、第１軸７０の押圧部８０が逆転（ＣＣＷ）方向に回転して受圧部８４を押圧し、トルク発生用マグネット５８に対し検出用マグネット７４が角度Ｃ°だけずれた状態となる。これにより、逆転場合にホール素子は最大効率でその位置を検出することができる。
【００５０】
正転（ＣＷ）方向に回転する場合には、図３に示すように、押圧部８０が角度（Ｃ＋Ｃ′）°の分だけ正転方向にカラ回りして受圧部８４を押圧し、検出用マグネット７４がトルク発生用マグネット５８に対し角度Ｃ′°の分だけ回転して固定される。これによって、正転の場合でも最大効率で回転子５０の位置を検出することができる。
【００５１】
なお、図２及び図３において、トルク発生用マグネット５８のＮ極とＳ極の境目及びＳ極とＮ極の境目をメイン磁極の境目として表現している。
【００５２】
上記構成のモータ１５であると、逆転方向に回転させると、第２軸７２には負荷がかかっているためその反力として、第１軸７０の押圧部８０が第２軸７２の受圧部８４に当たり相対角度Ｃ°だけずれた状態を保持しつつ検出用マグネット７４が回転するため、３個のホール素子Ｈ１〜Ｈ３は最大効率で回転子５０の位置を検出することができる。
【００５３】
また、正転方向に回転させる場合でも同様にトルク発生用マグネット５８に対し検出用マグネット７４が相対角度Ｃ′°だけずれた状態で回転するため、正転用の場合であっても最大効率で回転子５０の位置を検出することができる。
【００５４】
なお、回転軸５６に対し衝撃荷重が働いて押圧部８０が受圧部８４を押圧せず所定の角度を保持できない場合であっても、低速時は負荷が軽く回転が増すにつれて負荷がかかってくるため前記の状態を保持することができる。
【００５５】
（第２の実施例）
次に、モータ１５の第２の実施例について図５から図６に基づいて説明する。本実施例と第１の実施例の異なる点は、回転軸５６と検出用マグネット７４の取付け構造にある。
【００５６】
本実施例では、回転軸５６は第１の実施例のように第１軸７０と第２軸７２のように分離されておらず一本の軸で構成され、円盤状の検出用マグネット７４に対応する位置に円筒状のブッシュ９２が嵌め込まれている。このブッシュ９２の外周面から一対の押圧部９４が突出している。
【００５７】
一方、検出用マグネット７４の中心には、回転軸５６とブッシュ９２が貫通する貫通孔９６が開口し、この貫通孔９６の内周面には一対の受圧部９８が突出している。
【００５８】
この押圧部９４と受圧部９８は、図２に示すように、角度（Ｃ＋Ｃ′）°の分だけ間隙１００を有している。
【００５９】
回転子５０が正転（ＣＷ）方向に回転する場合には、第１の実施例と同様に、押圧部９４が受圧部９８を押圧することにより検出用マグネット７４がトルク発生用マグネット５８に対し角度Ｃ′°だけずれた状態で回転し、最高効率で回転状態を検出できる。
【００６０】
逆転（ＣＣＷ）方向に回転する場合には、押圧部９４が受圧部９８を押圧することにより検出用マグネット７４がトルク発生用マグネット５８に対しＣ°だけずれた状態で回転するので、逆転の場合でも最高効率で回転子５０の位置を検出することができる。
【００６１】
（変更例１）
第１の実施例では、第１軸７０に雄部７６を設けて押圧部８０を設け、第２軸７２に雌部８２を設けて受圧部８４を設けたが、これに代えて、第１軸７０に雌部８２を設けて受圧部８４を設け、第２軸７２に雄部７６を設けて押圧部８０を設けてもよい。
【００６２】
（変更例２）
上記実施例では、インパクトドライバー１１で説明したがこれに代えて、電動ドライバーやコードレス電動ドライバーやコードレスインパクトドライバー等の電動工具の駆動源としてモータ１５を用いてもよく、また、両回転用ポンプの駆動源として用いてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上により本発明のブラシレスＤＣモータであると、正逆転共に高効率で運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例のモータの回転子の一部欠載斜視図である。
【図２】トルク発生用マグネットと検出用マグネットの逆転時の関係図である。
【図３】トルク発生用マグネットと検出用マグネットの正転時の関係図である。
【図４】第１の実施例のモータの回転子の断面図である。
【図５】本発明の第２の実施例のモータの回転子の一部欠載斜視図である。
【図６】トルク発生用マグネットと回転軸との関係図である。
【図７】第１、２の実施例を示すインパクトドライバーの側面図である。
【図８】第１、２の実施例を示すインパクトドライバーのモータの制御装置のブロック図である。
【図９】ホール素子が回転子の回転位置を検出する場合に、正転（ＣＷ）の位置と、逆転（ＣＣＷ）の最高効率で検出できる位置を示すヒステリシスグラフである。
【図１０】正転時と逆転時のホール素子の位置を示す図である。
【符号の説明】
１１　インパクトドライバー
１５　モータ
１７　トリガスイッチ
１８　制御装置
２１　インバータ回路
２２　演算回路
２３　位置検出回路
２４　速度指令回路
２５　回転方向指令回路
２６　回転方向切替スイッチ
２８　ゲートドライブ回路
２９　過電流保護回路
５０　固定子
５４　固定子鉄心
５６　回転軸
５８　トルク発生用マグネット
７０　第１軸
７２　第２軸
７４　検出用マグネット
７６　雄部
７８　中心軸
８０　押圧部
８２　雌部
８４　受圧部
８６　間隙
【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】
2004048829.tif 000007
【図６】
2004048829.tif 000008
【図７】
2004048829.tif 000009
【図８】
2004048829.tif 000010
【図９】
2004048829.tif 000011
【図１０】
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