(57)【要約】【課題】加減速が頻繁に行われるブラシレスモータにて低コストでスムーズなオーバーラップ通電を実現しトルクリップルの低減を図る。【解決手段】ロータ永久磁石の２倍の磁極数を有するセンサマグネットを設け、その磁気を第１センサの３個のホールセンサＨａ,Ｈｂ,Ｈｃにて検知する。ロータ永久磁石の磁気は第２センサのホールセンサＨｘにて検知する。ホールセンサＨａ,Ｈｂ,Ｈｃの出力信号に基づいて形成される６個×２組の制御ステージ(1)〜(6)を、ホールセンサＨｘの出力信号によって１２個の制御ステージ(1)〜(12)に分別する。ホールセンサＨａ,Ｈｂ,Ｈｃ・Ｈｘの検出結果に基づき、ロータ回転位置を検出して同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行いオーバーラップ通電を行う。【選択図】      図４
2004201456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相のコイルを備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配設されたロータとを有してなるブラシレスモータであって、
前記永久磁石の磁極数に対し２以上の整数倍の磁極数を有し、前記ロータと共に回転するセンサマグネットと、
前記ステータ側に配置され、前記センサマグネットの磁気を検知する複数の磁気検出素子からなる第１センサと、
前記ステータ側に配置され、前記永久磁石の磁気を検知する１個又は２個以上の磁気検出素子からなる第２センサと、
前記第１センサの出力信号の状態に基づいて形成される制御ステージを前記第２センサの出力信号の状態によって分別し、前記分別された制御ステージに基づいて前記ロータの回転位置検出を行う回転位置検出手段と、
前記ロータの回転位置検出結果に基づき前記コイルを励磁し、同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行う通電制御手段とを有することを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】
請求項１記載のブラシレスモータにおいて、前記ブラシレスモータは３相のコイルと２極の永久磁石を備えると共に、前記センサマグネットは４個の磁極を有し、前記第１センサは３個の磁気検出素子、前記第２センサは１個の磁気検出素子をそれぞれ備え、前記回転位置検出手段は、前記第１センサの出力信号によって前記ロータの電気角１周期毎に得られる６個２組の制御ステージを前記第２センサの出力信号によって１２個の制御ステージに分別することを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項３】
複数相のコイルを備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配設されたロータとを有してなるブラシレスモータであって、
前記永久磁石の磁極数に対し２以上の整数倍の磁極数を有する第１着磁部と、前記永久磁石と同様に着磁された第２着磁部とを備え、前記ロータと共に回転するセンサマグネットと、
前記ステータ側に配置され、前記第１着磁部の磁気を検知する複数の磁気検出素子からなる第１センサと、
前記ステータ側に配置され、前記第２着磁部の磁気を検知する１個又は２個以上の磁気検出素子からなる第２センサと、
前記第１センサの出力信号の状態に基づいて形成される制御ステージを前記第２センサの出力信号の状態によって分別し、前記分別された制御ステージに基づいて前記ロータの回転位置検出を行う回転位置検出手段と、
前記ロータの回転位置検出結果に基づき前記コイルを励磁し、同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行う通電制御手段とを有することを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項４】
請求項３記載のブラシレスモータにおいて、前記ブラシレスモータは３相のコイルと２極の永久磁石を備えると共に、前記第１着磁部は４個の磁極を有し、前記第１センサは３個の磁気検出素子、前記第２センサは１個の磁気検出素子をそれぞれ備え、前記回転位置検出手段は、前記第１センサの出力信号によって前記ロータの電気角１周期毎に得られる６個２組の制御ステージを前記第２センサの出力信号によって１２個の制御ステージに分別することを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項５】
複数相のコイルを備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配設されたロータとを有してなるブラシレスモータの制御方法であって、
前記永久磁石の磁極数に対し２以上の整数倍の磁極数を有し前記ロータと共に回転するセンサマグネットの磁気を、前記ステータ側に配置された複数の磁気検出素子からなる第１センサによって検知し、
前記永久磁石の磁気を前記ステータ側に配置された１個又は２個以上の磁気検出素子からなる第２センサによって検知し、
前記第１センサの出力信号の状態に基づいて形成される制御ステージを前記第２センサの出力信号の状態によって分別し、
前記分別された制御ステージに基づいて前記ロータの回転位置検出を行い、この回転位置検出結果に基づき前記コイルを励磁して同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行うことを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
【請求項６】
複数相のコイルを備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配設されたロータとを有してなるブラシレスモータの制御方法であって、
前記永久磁石の磁極数に対し２以上の整数倍の磁極数を有する第１着磁部と、前記永久磁石と同様に着磁された第２着磁部とを備え、前記ロータと共に回転するセンサマグネットにおける前記第１着磁部の磁気を、前記ステータ側に配置された複数の磁気検出素子からなる第１センサによって検知し、
前記第２着磁部の磁気を前記ステータ側に配置された１個又は２個以上の磁気検出素子からなる第２センサによって検知し、
前記第１センサの出力信号の状態に基づいて形成される制御ステージを前記第２センサの出力信号の状態によって分別し、
前記分別された制御ステージに基づいて前記ロータの回転位置検出を行い、この回転位置検出結果に基づき前記コイルを励磁して同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行うことを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスモータ及びその制御方法に関し、特に、電動パワーステアリング装置や電子制御式スロットル弁装置に使用されるブラシレスモータに適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電動パワーステアリング装置やエンジンの電子制御式スロットル弁装置等に使用されるブラシレスモータでは、トルクリップルが操舵フィーリングや弁の応答性に影響を及ぼすため、その低減が求められている。このため、これらのモータでは、ロータ回転位置をレゾルバを用いて精密に検出しつつ、正弦波駆動を行うなどしてトルクリップルの少ない滑らかな回転を実現している。ところが、レゾルバを用いるとそれ自身が高価である上に、その出力信号をデジタル信号に変換するＲ／Ｄ変換器も必要となり、システムが高価格となる。そこで、コスト削減を図るべく、ホール素子等の磁気検出素子を用いてロータ回転位置を検出しつつ、いわゆるオーバーラップ通電を行ってトルクリップルを低減する方式も多く採用されている。
【０００３】
このオーバーラップ通電では、例えば、３相のモータにおいて１２０°矩形波駆動を行いつつ、＋方向又は−方向に励磁された相を重複形成しつつ転流を行う。そこでは、例えばＵ相とＶ相を切り替える場合、転流時に両相を同時に同極性（＋又は−）に通電する時間が設けられる。すなわち、Ｕ相の＋方向の通電を停止する以前にＶ相の＋方向の通電を開始し、隣接する２相を重複して同極性に励磁しつつ、Ｕ相からＶ相への転流が行われる。オーバーラップ通電では、次相の通電タイミングによりオーバーラップ量が決まり、磁気検出素子にて得たロータ位置情報に基づき、タイマやソフトウエアによるロータ位置推定等により次相の通電タイミングが決定される。
【０００４】
【特許文献１】特願2002-70348号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電動パワーステアリング装置や電子制御式スロットル弁装置では、ステアリング操作やスロットルバルブ開閉動作に伴いモータの正逆転が激しく入れ替わり、また、その加速度の変化も非常に大きい。さらに、ステアリング操作やアクセル操作は個人差が大きく、急ハンドルや急加速なども行われるため、モータの駆動状態を予測することが難しい。このため、ロータ推定位置の誤差が大きくなり、適切な通電タイミングにてオーバーラップ通電を行うことが難しく、トルクリップルを効果的に低減できないという問題があった。
【０００６】
一方、電動パワーステアリング装置や電子制御式スロットル弁装置では、急激な変化がある一方、高速道路走行時等、ステアリング操作やスロットルバルブ開閉動作がきわめて緩やかにしか変化しない状態も存在する。このような極低速状態の場合も、急加速時と同様にロータ推定位置に誤差が生じ易く、オーバーラップ通電による制御をスムーズに行うことが難しい。
【０００７】
すなわち、オーバーラップ通電は、回転方向や回転数、加速度等の変化が一定のモータには有効であるが、それらが激しく変化する一方で、極低速状態も存在するような使用環境の厳しいモータには不向きである。従って、電動パワーステアリング装置や電子制御式スロットル弁装置のモータでは、高価ではあるもののレゾルバ等を使用せざるを得ず、コストアップの要因となるという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、極低速状態がある上に加減速も頻繁に行われるブラシレスモータにおいて低コストでスムーズなオーバーラップ通電を行いトルクリップルの低減を図ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のブラシレスモータは、複数相のコイルを備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配設されたロータとを有してなるブラシレスモータであって、前記永久磁石の磁極数に対し２以上の整数倍の磁極数を有し、前記ロータと共に回転するセンサマグネットと、前記ステータ側に配置され、前記センサマグネットの磁気を検知する複数の磁気検出素子からなる第１センサと、前記ステータ側に配置され、前記永久磁石の磁気を検知する１個又は２個以上の磁気検出素子からなる第２センサと、前記第１センサの出力信号の状態に基づいて形成される制御ステージを前記第２センサの出力信号の状態によって分別し、前記分別された制御ステージに基づいて前記ロータの回転位置検出を行う回転位置検出手段と、前記ロータの回転位置検出結果に基づき前記コイルを励磁し、同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行う通電制御手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明にあっては、ロータ永久磁石の整数倍の磁極数を有するセンサマグネットを設け、その磁気を第１センサにて検知すると共に、ロータ永久磁石の磁気を第２センサにて検知し、それらの検出結果に基づき、第１センサの出力信号の状態に基づいて形成される制御ステージを、第２センサの出力信号の状態によって分別してロータ回転位置を検出して同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行うようにしたので、センサ数の増加を最小限に抑えつつ、制御ステージを倍増させた状態で推定動作のないオーバーラップ通電を行うことができる。このため、レゾルバやＲ／Ｄ変換器を用いることなく、最小限のセンサによって使用環境の厳しいブラシレスモータにおいてもオーバーラップ通電を採用することができ、トルクリップル低減を図りつつ製品コストの削減が可能となる。
【００１１】
前記ブラシレスモータにおいて、３相のコイルと２極の永久磁石を設けると共に、前記センサマグネットに４個の磁極を形成し、前記第１センサに３個の磁気検出素子、前記第２センサに１個の磁気検出素子をそれぞれ設け、前記回転位置検出手段が、前記第１センサの出力信号によって前記ロータの電気角１周期毎に得られる６個２組の制御ステージを、前記第２センサの出力信号によって１２個の制御ステージに分別するようにしても良い。
【００１２】
また、本発明の他のブラシレスモータは、複数相のコイルを備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配設されたロータとを有してなるブラシレスモータであって、前記永久磁石の磁極数に対し２以上の整数倍の磁極数を有する第１着磁部と、前記永久磁石と同様に着磁された第２着磁部とを備え、前記ロータと共に回転するセンサマグネットと、前記ステータ側に配置され、前記第１着磁部の磁気を検知する複数の磁気検出素子からなる第１センサと、前記ステータ側に配置され、前記第２着磁部の磁気を検知する１個又は２個以上の磁気検出素子からなる第２センサと、前記第１センサの出力信号の状態に基づいて形成される制御ステージを前記第２センサの出力信号の状態によって分別し、前記分別された制御ステージに基づいて前記ロータの回転位置検出を行う回転位置検出手段と、前記ロータの回転位置検出結果に基づき前記コイルを励磁し、同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行う通電制御手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、ロータ永久磁石の磁極数の整数倍の磁極数を有する第１着磁部と、ロータ永久磁石と同様に着磁された第２着磁部とを備えたセンサマグネットを設け、第１着磁部の磁気を第１センサにて検知すると共に、第２着磁部の磁気を第２センサにて検知し、それらの検出結果に基づき、第１センサの出力信号の状態に基づいて形成される制御ステージを、第２センサの出力信号の状態によって分別してロータ回転位置を検出して同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行うようにしたので、センサ数の増加を最小限に抑えつつ、制御ステージを倍増させた状態で推定動作のないオーバーラップ通電を行うことができる。このため、レゾルバやＲ／Ｄ変換器を用いることなく、最小限のセンサによって使用環境の厳しいブラシレスモータにおいてもオーバーラップ通電を採用することができ、トルクリップル低減を図りつつ製品コストの削減が可能となる。
【００１４】
前記ブラシレスモータにおいて、３相のコイルと２極の永久磁石を設けると共に、前記第１着磁部に４個の磁極を形成し、前記第１センサに３個の磁気検出素子、前記第２センサに１個の磁気検出素子をそれぞれ設け、前記回転位置検出手段が、前記第１センサの出力信号によって前記ロータの電気角１周期毎に得られる６個２組の制御ステージを、前記第２センサの出力信号によって１２個の制御ステージに分別するようにしても良い。
【００１５】
一方、本発明のブラシレスモータの制御方法は、複数相のコイルを備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配設されたロータとを有してなるブラシレスモータの制御方法であって、前記永久磁石の磁極数に対し２以上の整数倍の磁極数を有し前記ロータと共に回転するセンサマグネットの磁気を、前記ステータ側に配置された複数の磁気検出素子からなる第１センサによって検知し、前記永久磁石の磁気を前記ステータ側に配置された１個又は２個以上の磁気検出素子からなる第２センサによって検知し、前記第１センサの出力信号の状態に基づいて形成される制御ステージを前記第２センサの出力信号の状態によって分別し、前記分別された制御ステージに基づいて前記ロータの回転位置検出を行い、この回転位置検出結果に基づき前記コイルを励磁して同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行うことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の他のブラシレスモータの制御方法は、複数相のコイルを備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配設されたロータとを有してなるブラシレスモータの制御方法であって、前記永久磁石の磁極数に対し２以上の整数倍の磁極数を有する第１着磁部と、前記永久磁石と同様に着磁された第２着磁部とを備え、前記ロータと共に回転するセンサマグネットにおける前記第１着磁部の磁気を、前記ステータ側に配置された複数の磁気検出素子からなる第１センサによって検知し、前記第２着磁部の磁気を前記ステータ側に配置された１個又は２個以上の磁気検出素子からなる第２センサによって検知し、前記第１センサの出力信号の状態に基づいて形成される制御ステージを前記第２センサの出力信号の状態によって分別し、前記分別された制御ステージに基づいて前記ロータの回転位置検出を行い、この回転位置検出結果に基づき前記コイルを励磁して同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行うことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態１であるブラシレスモータ１（以下、モータ１と略記する）の構成を示す説明図である。当該モータ１は、電動パワーステアリング装置の駆動源として使用され、図１に示すように、ロータマグネット２（永久磁石、以下、マグネット２と略記する）を備えたロータ３の周囲にステータ４を配したインナーロータ型の装置構成となっている。そして、運転者がハンドルを操作すると操舵角や走行速度等に従ってモータ１が制御駆動され、図示しない減速ギアを介してステアリングコラム軸に対し操舵補助力が供給されるようになっている。
【００１８】
ロータ３は、金属製のシャフト５に取り付けられたロータコア６と、ロータコア６の外周に固定された２極のマグネット２とから構成されている。マグネット２はフェライト磁石からなる２個のセグメントに１８０°ずつ分割形成されている。ステータ４は、ハウジング７と、ハウジング７の内周側に固定されたステータコア８と、ステータコア８に巻装されたコイル９とから構成されている。図２は、ステータコア８の構成を示す説明図である。ステータコア８には内周側に複数個のティース１１が突設され、そこに導線が分布巻又は集中巻にて巻回されコイル９が形成される。コイル９は、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相の巻線を形成している。
【００１９】
ティース１１の先端部１１ａには補助溝１２が２本形成されている。補助溝１２は、マグネット２とティース１１先端部との間に形成されるエアギャップに臨んで開口し、径方向に向かって凹設されている。補助溝１２によってティース１１の先端部１１ａは三股形状となり、サブティース１３が３個形成される。補助溝１２の中心位置Ｏ1は、ティース基部１１ｂの周方向端面Ｐと同じ位置若しくは周方向端面Ｐからティース１１の幅ＷTの１/８の位置の間に配置される。この端面Ｐの延長位置は、先端部１１ａにおいて磁束密度が高い部分であり、ここに補助溝１２を設けることにより電機子反作用磁束の磁路抵抗が大きくなる。従って、電機子反作用磁束がティース１１内を流れにくくなり、電機子反作用の影響を低減することが可能となる。
【００２０】
電機子反作用の影響が低減すると、減磁が抑えられ主磁束の減少による出力低下を防止できる。また、進角なし（０°）の状態で使用することが可能となり、しかも、トルク変動や振動も抑えられる。特に、ＥＰＳ用モータのように正逆回転するものは機械的な進角設定が難しく、複雑な制御によって進角を実現しているが、モータ１ではかかる制御も必要なく、制御形態を簡素化しＣＰＵの負担を軽減することが可能となる。
【００２１】
また、補助溝１２の幅ＷAはスロット１４の幅ＷSと同幅又はＷSよりもやや広くになっており、隣接するティース１１との間で、サブティース１３が周方向に沿って等間隔又はほぼ等間隔に並ぶ。すなわち、補助溝１２によりステータコア８のスロット数が擬似的に増加する形となり、コギングの低減が図られると共に、インダクタンスや電機子反作用も低減する。なお、補助溝１２及びスロット１４はスキュー角２０°にて１/２スロット分スキューされて設けられている。
【００２２】
ロータ３にはさらにセンサマグネット１５が固定されている。センサマグネット１５は、マグネット２の２倍（Ｎ＝２）の磁極数、すなわち４極に着磁されている。４極の磁極は９０°ずつ等分に形成されており、例えばマグネット２のＮ極部分（１８０°）に対応してＮ極（９０°）とＳ極（９０°）が来るように配置されている。
【００２３】
ハウジング７内には、マグネット２の磁極の変化を捉える第１センサ１６と、センサマグネット１５の磁極の変化を捉える第２センサ１７が配設されている。第１センサ１６は、３個のホールセンサ（磁気検出素子）Ｈａ,Ｈｂ,Ｈｃから構成される。第２センサ１７は、１個のホールセンサ（磁気検出素子）Ｈｘから構成される。図３は、ホールセンサＨａ,Ｈｂ,Ｈｃ・Ｈｘの配置を示す説明図である。図３に示すように、第１センサ１６では、ホールセンサＨａ,Ｈｂ,Ｈｃが等分に１２０°間隔にて配置されている。一方、第２センサ１７のホールセンサＨｘは、ホールセンサＨａと１５°ずれた位置に基板１８を挟んで背中合わせに配置されている。
【００２４】
ホールセンサＨａ,Ｈｂ,Ｈｃ・Ｈｘの検出信号はコントローラ１９に送られる。コントローラ１９は、ホールセンサＨａ,Ｈｂ,Ｈｃ・Ｈｘの検出信号からロータ３の回転位置を検出する回転位置検出手段、及び、ロータ３の回転位置検出結果に基づきコイル９を励磁し、同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行う通電制御手段として機能する。すなわち、コントローラ１９によりホールセンサＨａ,Ｈｂ,Ｈｃ・Ｈｘの検出信号に基づいてコイル９への電流が適宜切り替えられ、ロータ３を回転駆動させる回転磁界が形成される。
【００２５】
図４は、第１センサ１６と第２センサ１７を図３のように配置した場合におけるモータ１の駆動制御形態を示すタイムチャートであり、上段はホールセンサＨａ,Ｈｂ,Ｈｃ・Ｈｘの信号出力、下段はコイル９に対する印加電圧波形を示している。なお、図４は、図３においてロータが矢示Ｙ方向に回転する場合を示している。
【００２６】
モータ１では、ロータ３が回転すると、第１センサ１６の３個のホールセンサＨａ,Ｈｂ,Ｈｃと第２センサ１７のホールセンサＨｘから合計４個の信号が得られる。第１センサ１６では、ホールセンサＨａ(以下、各ホールセンサはＨａのように符号のみにて示す）がＨＩとなった後ロータ３が図２において半時計回りに３０°回転するとＨｃがＬＯとなり、さらに３０°回転すると今度はＨｂがＨＩとなる。センサマグネット１５は４極構成のため、Ｈａ,Ｈｂ,Ｈｃの信号は、図４に示すように、ロータ１回転に当たり同じパターンを２回繰り返し、立ち上がりが２回、立ち下がりが２回出現する。そこで、Ｈａ,Ｈｂ,ＨｃがＨＩ又はＬＯとなる時点を区切りとすると、第１センサ１６の出力信号は、図４に示した(1)〜(6)の６個×２組の制御ステージ（以下、ステージと略記する）に分割される。
【００２７】
一方、第２センサ１７では、ＨｘがＨＩとなった後ロータ３が図２において半時計回りに１８０°回転するとマグネット２の極性が変わりＨｘがＬＯとなる。さらに１８０°回転すると元に戻りＨｘがＨＩとなる。ＨｘのＨＩとＬＯの切り替わりは、図４に示すように、Ｈａ,Ｈｂ,Ｈｃ信号の２組のステージの切り替わりと対応する。Ｈａ,Ｈｂ,Ｈｃ信号の前半の(1)〜(6)のステージはＨｘ＝ＨＩに対応し、Ｈａ,Ｈｂ,Ｈｃ信号の後半の(1)〜(6)のステージはＨｘ＝ＬＯに対応する。図５は、Ｈａ,Ｈｂ,Ｈｃ信号とＨｘ信号の関係を示す表であり、ＨＩを１，ＬＯを０にて示したいる。図４，５から分かるように、Ｈａ,Ｈｂ,Ｈｃ信号をＨｘの状態と合わせて判定すると、ロータ電気角１周期は１２のステージに分割できる。
【００２８】
なお、Ｈｘの位置は図３のようにＨａから１５°ずれた位置には限られず、例えば、Ｈｂから５°ずれた位置など、Ｈａ,Ｈｂ,Ｈｃ信号を２組に分別できる位置であれば何れの場所でも良い。但し、センシングの容易性から、Ｈａ,Ｈｂ,Ｈｃ信号のＨＩ／ＬＯ切り替え位置、すなわち、Ｈａ,Ｈｂ,Ｈｃと同じ位置は避ける方が好ましい。また、Ｈｘの波形がＨＩ・ＬＯ逆の場合も同様に１２ステージに分割可能である。
【００２９】
このようなセンサを有するモータ１では、各相のコイル９は、１５０°正方向通電→３０°非通電→１５０°負方向通電→３０°非通電を繰り返し、図４に示すように、通電時間の始期と終期が他相と重複している。つまり、モータ１では、前述のオーバーラップ通電が実施されている。そこで、次にこのようなモータ１の制御形態について図４を参照しつつ説明する。
【００３０】
まず、センサマグネット１５のＮ極がＨａにかかりＨａがＨＩとなると、Ｕ相が＋通電される。この際、Ｗ相では、図４に示すように、Ｈｂ→ＨＩに伴う＋通電が継続されており、Ｗ相からＵ相への切り替えに際しオーバーラップ通電が行われる。このような同極性の重複通電状態はセンサマグネット１５のＮ極が３０°回転してＨｃがＬＯとなるまで続けられる（ステージ(1)）。ステージ(1)(2)ではＶ相のみが−通電状態にあり、ステージ(1)においてはＵ,Ｗ相が＋通電、Ｖ相が−通電の状態、ステージ(2)においてはＵ相が＋通電、Ｖ相が−通電の状態となる。
【００３１】
さらにセンサマグネット１５が回転してステージ(3)となると、ＨｂがＨＩとなりＷ相が−通電される。この際、Ｖ相の−通電は継続されており、−のオーバーラップ通電はＨａがＬＯとなるまで続けられる。ＨａがＬＯとなってＶ相が非通電状態となりステージ(4)に入ると、Ｕ相が＋通電、Ｗ相が−通電の状態となる。ＨｃがＨＩとなりステージ(5)に進むとＶ相が＋通電される。このときＵ相の＋通電は継続されており、＋のオーバーラップ通電はＨｂがＬＯとなるまで続けられる。ＨｂがＬＯとなるとＵ相は非通電状態となり、Ｖ相が＋通電、Ｗ相が−通電の状態となって（ステージ(6)）、＋通電の相がＵ相からＶ相に切り替えられる。
【００３２】
このようにしてステージ(1)〜(6)が終了するとステージ(7)に移行する。ステージ(7)ではＨａがＨＩとなり、第１センサ１６の状況はステージ(1)と同様となる。すなわち、Ｈａ,Ｈｂ,Ｈｃ信号はロータ電気角１周期で同一パターンを２回繰り返し、これを見るだけではロータ回転角は特定できない。ところが、Ｈｘ信号は前述のようにロータ電気角半周期で変化することから、両信号を合わせて見ることにより、同一パターンの２組を別個に取り扱うことが可能となる。従って、Ｈａ,Ｈｂ,Ｈｃ信号とＨｘ信号により、ロータ３の回転角を特定することができる。つまり、ステージ(1)とステージ(7)はＨｘのＨＩ／ＬＯによって区別され、「Ｈａ＝ＨＩ，Ｈｘ＝ＨＩ」の場合にはステージ(1)、「Ｈａ＝ＨＩ，Ｈｘ＝ＬＯ」の場合にはステージ(7)、と判断される。
【００３３】
そして、ステージ(7)では、ＨａがＨＩとなるのに伴って、Ｕ相が−通電される。この際、Ｗ相の−通電は継続されており、−のオーバーラップ通電はＨｃがＬＯとなるまで続けられる。以下、同様にして各ホールセンサＨａ,Ｈｂ,ＨｃのＨＩ／ＬＯに伴い、Ｈｘを参照しつつ現ステージが判定されて各相の通電状態が切り替えられロータ３が回転する。
【００３４】
このようにモータ１では、奇数番号のステージにてオーバーラップ通電が行われ、相の切り替え、すなわち転流が実施される。従って、転流が急激に行われず、相の切り替わりがスムーズとなりトルクリップルの低減が図られる。しかも、３相ブラシレスモータの駆動に際し通常使用される３個のホールセンサに加えて、ホールセンサを１個加えただけで、通常６ステージしかない制御形態を、推定を加えることなく１２ステージとすることができる。従って、センサ数の増加を最小限に抑えつつ、ロータ位置検出精度を向上させることができ、電動パワーステアリング装置のような正逆転が激しく入れ替わり、加速度の変化も非常に大きい環境においても、オーバーラップ通電を採用することができる。このため、電動パワーステアリング装置等においてもレゾルバやＲ／Ｄ変換器を用いることなく、しかもホールセンサを１個追加するだけでブラシレスモータのオーバラップ駆動制御が可能となり、製品コストの削減が可能となる。
【００３５】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２であるブラシレスモータ２１（以下、モータ２１と略記する）の構成を示す説明図、図７は図６のモータ２１に使用するセンサマグネット２２の構成を示す説明図である。なお、実施の形態１のモータ１と同様の部材、部分については同一の符号を付しその説明は省略する。
【００３６】
モータ２１の基本構成は先のモータ１と同様であり、そこで使用されるセンサマグネット２２の形態と第１及び第２センサ１６，１７の配置がモータ１と異なっている。センサマグネット２２は、図６，６に示すように、軸方向に２層構造となっている。センサマグネット２２の図６，６において左側の面はマグネット２の２倍の磁極数、すなわち４極に着磁された第１着磁部２２ａとなっている。第１着磁部２２ａは、先のセンサマグネット１５と同様、４極の磁極が９０°ずつ等分に着磁されている。一方、センサマグネット２２の右側の面は、マグネット２と同一パターンに着磁された第２着磁部２２ｂとなっている。第１着磁部２２ａでは、この第２着磁部２２ｂの各磁極を半分に分割した形でＮ極とＳ極が配置されている。
【００３７】
センサマグネット２２の両側には、第１センサ１６と第２センサ１７がそれぞれ配置されている。第１着磁部２２ａ側には、第１センサ１６が第１着磁部２２ａと対向配置されている。第１センサ１６は、３個のホールセンサＨａ,Ｈｂ,Ｈｃから構成されている。第２着磁部２２ｂ側には、第２センサ１７が第２着磁部２２ｂと対向配置されている。第２センサ１７は、１個のホールセンサＨｘから構成されている。
【００３８】
このような構成を有するモータ２１においても、実施の形態１モータ１と同様に、ロータ３が回転すると、Ｈａ,Ｈｂ,Ｈｃ及びＨｘから合計４個の信号が得られる。この場合、第２着磁部２２ｂはマグネット２と同一形態に着磁されているため、Ｈｘ信号はロータ３が１８０°回転する毎に極性がＨＩとＬＯに変化する。そこで、実施の形態１と同様に、このＨｘ信号とＨａ,Ｈｂ,Ｈｃ信号を組み合わせることにより、ロータ電気角１周期を１２ステージに分割することができ、先のモータ１と同様の制御形態を採ることが可能となる。
【００３９】
（実施の形態３）
本発明の制御方法においては、センサマグネット１５や第１着磁部２２ａの磁極数はマグネット２の磁極数の２倍には限定されず、その３倍、４倍等の整数倍に設定することもできる。図８は、センサマグネット１５や第１着磁部２２ａの磁極数と、第１，２センサ１６，１７の個数、ステージ数及びステージ角度の関係を示した表である。表中Ｎは、センサマグネット１５や第１着磁部２２ａの磁極数とマグネット２の磁極数の関係を示し、センサマグネット１５等の磁極数がマグネット２の磁極数のＮ倍であることを意味している。
【００４０】
そこで、Ｎ＝４、すなわち、センサマグネット１５を８極構成とした場合の制御形態について説明する。図９はＮ＝４の場合のタイムチャート、図１０はその場合の第１センサ信号と第２センサ信号の関係を示す表である。ここでは、第２センサ１７として２個のホールセンサＨｘ,Ｈｙが使用される。ホールセンサＨｘ,Ｈｙは電気角９０°離れた位置に配置される。前述のようにホールセンサＨｘ,Ｈｙの位置は特に限定されないが、Ｈａ,Ｈｂ,Ｈｃ信号のＨＩ／ＬＯ切り替わりポイントは避ける方が好ましい。また、ホールセンサＨａ,Ｈｂ,Ｈｃは、センサマグネット１５の極数がマグネット２の４倍となるので、ロータ３の電気角に対し１２０°／Ｎ＝１２０°／４＝３０°間隔にて配置する。
【００４１】
Ｎ＝４の場合、Ｈｘ,Ｈｙの値の組み合わせは、図１０に示すように(0,0)(1,0)(1,1)(0,1)の４通りがある。一方、Ｈａ,Ｈｂ,Ｈｃ信号は６個×４組の制御ステージを持つ。そこで、Ｈｘ,Ｈｙの値とＨａ,Ｈｂ,Ｈｃ信号を組み合わせることにより、ロータ電気角１周期は角度１５°ずつの２４ステージに分割される。なお、電気角１５°の中で認識結果に支障がない範囲でＨｘ,Ｈｙの位置を適宜調整することもできる。
【００４２】
図１１はＮ＝３の場合の第１センサ信号と第２センサ信号の関係を示す表である。Ｎ＝３の場合もＮ＝４と同様に第１センサ１６は２個必要とされ、Ｈｘ,Ｈｙは電気角９０°離れた位置に配置される。Ｈａ,Ｈｂ,Ｈｃは、１２０°／３＝４０°間隔にて配置する。Ｈｘ,Ｈｙの値の組み合わせは４種あるが、そのうち３個を使用して、６個×３組の制御ステージを１８個に分別する。この場合も、電気角２０°の中で認識結果に支障がない範囲でＨｘ,Ｈｙの位置を適宜調整できる。Ｎ＝３の場合はＮ＝４のときとセンサ数は変わらないが、センサマグネット１５等の径が小さく、Ｎ＝４ではセンサマグネット１５等の着磁や、Ｈａ,Ｈｂ,Ｈｃの配置が難しい場合などには有効である。
【００４３】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施の形態では３相のブラシレスモータに本発明を適用したものについて説明したが、Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙからなる５相のモータなど、他の多相ブラシレスモータに本発明を適用することも可能である。また、前述のモータ１，２１はインナーロータ型のブラシレスモータであるが、本発明をアウタロータ型のブラシレスモータにも適用することも可能である。さらに、本発明は正逆転を行うモータにも、正逆転を行わない一方向のみに回転するブラシレスモータにも共に適用可能である。
【００４４】
一方、前述の実施の形態は、本発明をコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置に適用した例を示したが、ラックアシスト型等の他の方式の電動パワーステアリング装置にも適用可能である。また、電動パワーステアリング装置のみならず、特開平10-184401号公報や特開平10-252510号公報に示されているようなエンジンの電子制御式スロットル弁装置に適用することも可能である。これにより、電子制御式スロットル弁装置のように動作が激しく、モータの正逆転が激しく入れ替わり、加速度の変化も非常に大きい使用環境においても、オーバーラップ通電を採用することができる。このため、電子制御式スロットル弁装置においてもレゾルバやＲ／Ｄ変換器を用いることなく、ホールセンサによってブラシレスモータの駆動制御が可能となり、エンジンの制御応答性を損なうことなく製品コストの削減が可能となる。
【００４５】
さらに、本発明のブラシレスモータを電動パワーステアリング装置や電子制御式スロットル弁装置以外の用途、例えば、ロボット等の産業用機械やパソコン等のＩＴ機器などにも適用可能である。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、ロータ永久磁石の２倍の磁極数を有するセンサマグネットを設け、その磁気を第１センサにて検知すると共に、ロータ永久磁石の磁気を第２センサにて検知し、それらの検出結果に基づき、第１センサの出力信号の状態に基づいて形成される制御ステージを、第２センサの出力信号の状態によって分別してロータ回転位置を検出して同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行うようにしたので、センサ数の増加を最小限に抑えつつ、制御ステージを倍増させた状態で推定動作のないオーバーラップ通電を行うことができる。このため、レゾルバやＲ／Ｄ変換器を用いることなく、最小限のセンサによって使用環境の厳しいブラシレスモータにおいてもオーバーラップ通電を採用することができ、トルクリップル低減を図りつつ製品コストの削減が可能となる。
【００４７】
また、本発明によれば、ロータ永久磁石の磁極数の２倍の磁極数を有する第１着磁部と、ロータ永久磁石と同様に着磁された第２着磁部とを備えたセンサマグネットを設け、第１着磁部の磁気を第１センサにて検知すると共に、第２着磁部の磁気を第２センサにて検知し、それらの検出結果に基づき、第１センサの出力信号の状態に基づいて形成される制御ステージを、第２センサの出力信号の状態によって分別してロータ回転位置を検出して同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行うようにしたので、センサ数の増加を最小限に抑えつつ、制御ステージを倍増させた状態で推定動作のないオーバーラップ通電を行うことができる。このため、レゾルバやＲ／Ｄ変換器を用いることなく、最小限のセンサによって使用環境の厳しいブラシレスモータにおいてもオーバーラップ通電を採用することができ、トルクリップル低減を図りつつ製品コストの削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１であるブラシレスモータの構成を示す説明図である。
【図２】図１のブラシレスモータにおけるステータコアの構成を示す説明図である。
【図３】ホールセンサの配置を示す説明図である。
【図４】第１センサと第２センサを図３のように配置した場合における図１のブラシレスモータの駆動制御形態を示すタイムチャートである。
【図５】図１のブラシレスモータにおけるＨａ,Ｈｂ,Ｈｃ信号とＨｘ信号の関係を示す表である。
【図６】本発明の実施の形態２であるブラシレスモータの構成を示す説明図である。
【図７】図６のモータに使用するセンサマグネットの構成を示す説明図である。
【図８】センサマグネットや第１着磁部の磁極数と、第１，２センサの個数、ステージ数及びステージ角度の関係を示した表である。
【図９】センサマグネットを８極構成とした場合（Ｎ＝４）のタイムチャートである。
【図１０】図９の場合の第１センサ信号と第２センサ信号の関係を示す表である。
【図１１】センサマグネットを６極構成とした場合（Ｎ＝３）の第１センサ信号と第２センサ信号の関係を示す表である。
【符号の説明】
１    ブラシレスモータ
２    ロータマグネット
３    ロータ
４    ステータ
５    シャフト
６    ロータコア
７    ハウジング
８    ステータコア
９    コイル
１１    ティース
１１ａ  先端部
１１ｂ  基部
１２    補助溝
１３    サブティース
１４    スロット
１５    センサマグネット
１６    第１センサ
１７    第２センサ
１８    基板
１９    コントローラ
２１    ブラシレスモータ
２２    センサマグネット
２２ａ  第１着磁部
２２ｂ  第２着磁部
Ｈａ,Ｈｂ,Ｈｃ    ホールセンサ
Ｈｘ    ホールセンサ
Ｏ1     補助溝中心位置
Ｐ      ティース周方向端面
ＷA     補助溝幅
ＷS     スロット幅
ＷT     ティース周方向幅
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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