(57)【要約】システムは、モータの回転子のような移動磁性部材の位置を検出するように、上記移動磁性部材の間近に搭載された検出器アセンブリを有する。この検出器アセンブリは、それぞれが二値的出力を有するホール効果検出器を有し、上記移動磁性部材のそれぞれの位置が、ホール効果検出器の出力の別個のデジタルパターンに対応するように構成される。符号化回路は、上記ホール効果検出器の出力に結合され、多値的アナログ出力を生成する。この多値的アナログ出力のそれぞれ別個の値は、上記ホール効果検出器の出力のそれぞれ別個のデジタルパターンの値を表す。上記符号化回路は、上記コントローラにより検出されるアナログ電流の各々別個の成分に帰着する重み付け抵抗器を有する梯子型回路網を採用してもよい。検出電流は、適当なアナログ／デジタル変換回路を使用して、デジタル位置情報に変換することが可能である。先行技術においては、一つのホール効果検出器あたり、一本の配線を要する。対して、上記多値的アナログ出力は、一本の配線で運ぶことができる。【選択図】図３
2010531998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動磁性部材と、
上記移動磁性部材の位置を検出するために、上記移動磁性部材の間近に搭載された検出器アセンブリを備えて構成される装置であり、
上記検出器アセンブリは、
それぞれが二値的な出力を有する複数のホール効果検出器と、
上記ホール効果検出器に結合された符号化回路を含み、
上記ホール効果検出器は、上記移動磁性部材の各位置が、上記ホール効果検出器の別々の出力パターンに対応するように構成され、
上記符号化回路は、上記検出器アセンブリの多値的なアナログ出力を生成するように作動し、上記多値的アナログ出力の各々個別の値は、上記ホール効果検出器の出力の組のそれぞれ別個の出力パターンうち対応するひとつを表す、装置。
【請求項２】
上記検出器アセンブリの多値的アナログ出力は電流出力から構成され、
上記符号化回路は、それぞれの部位がそれぞれ対応する一つのホール効果検出器に結合する梯子型回路網から構成され、上記梯子型回路網の部位のそれぞれは、上記検出器アセンブリの電流出力の各成分を形成するように機能する重み付け抵抗を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記符号化回路は、それぞれ、対応する一つの上記ホール効果検出器に結合する入力を有し、その出力が一つに結合されて、上記検出器アセンブリの多値的アナログ出力を生成する複数のトランジスタ増幅器を有して構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
上記移動磁性部材は、電気モータの回転子から構成され、上記検出器アセンブリのホール効果検出器は、上記ホール効果検出器の出力の組の各々別個のデジタルパターンが、上記移動磁性部材の各々別個の回転位置に対応するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
上記電気モータは、直径が約１／２インチ未満である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
上記検出器アセンブリとコントローラの結合を行う配線ハーネスをさらに有して構成され、上記配線ハーネスは、供給電流を運ぶための第一、第二配線、及び、上記検出器アセンブリの多値的なアナログ出力を運ぶための第三の配線を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
上記検出器アセンブリは、上記ホール効果検出器と符号化回路が搭載された回路基板から構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
請求項１に記載した装置と、
上記検出器アセンブリのアナログ出力を受信し、上記アナログ出力のそれぞれ個別の値により提供される位置情報を使用して上記移動磁性部材の動作を制御するように結合したコントローラから構成される、装置。
【請求項９】
上記検出器アセンブリの多値的アナログ出力は、電流出力から構成され、
上記符号化回路は、それぞれの部位がそれぞれ対応する一つのホール効果検出器に結合する抵抗器梯子型回路網から構成され、上記梯子型回路網の部位のそれぞれは、上記検出器アセンブリの出力の各成分電流を形成するように機能する重み付け抵抗を有し、
上記コントローラは、
上記検出器アセンブリの電流出力に対応するアナログ電圧を形成する上記抵抗器梯子型回路網に結合された検出抵抗と、
上記アナログ電圧を対応するデジタル値に変換するように機能する変換回路を有し、
上記デジタル値は、上記コントローラのデジタル制御回路が上記移動磁性部材の動作を制御するのに使用する、請求項８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホール効果検出器を用いたモータ位置検出の分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ブラシレスのＤＣモータ等のモータの回転位置を検出するのに、ホール効果検出器が使用されている。一般的な構成において、３つかそれ以上のホール効果検出器が、モータの動作中に回転する回転子磁石の磁場内に配置したモータ固定子に搭載される。このホール効果検出器は、上記モータの速度、かつ／または、位置の制御を行う制御回路に対して、回転位置情報を提供する二値的な出力を行う。この制御には、上記モータのそれぞれの巻線に供給する電流の「整流」、あるいは、「シーケンス制御」を含むものである。
【０００３】
このような構成において、各ホール効果検出器からの出力信号を送信するため、それぞれ別個の配線を使用することが知られている。よって、例えば、３つのホール効果検出器を有する応用例において、ホール効果出力信号を生成し、この生成された出力信号をコントローラに送信するには、典型的には、少なくとも５本の配線が必要である。すなわち、２本の電源用配線（ホール励起用、及び戻り用）とホール効果検出器のそれぞれの出力を送信するための３本の配線である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
応用例によっては、ホール効果検出器の出力を制御回路に供給するにあたって、さらに効率を向上させる必要がある。例えば、最近のモータは大変小さく（例えば、直径１／２インチ未満である）、それゆえ、ホール効果検出器と多数の配線末端間用に利用でき、モータ間近の空間も小さなものとなる。その他の応用例においては、モータと制御回路間に延びる配線は、かなりの距離に及び、それゆえ、余計な空間、かつ／または、重量を要してしまう。特に、これらの要求について厳しい応用例、例えば、宇宙分野や航空分野における応用例においては、これが顕著である。従来のやり方におけるその他の問題では、例えば、モータとコントローラ間の接続に使用される配線ハーネスのコストや複雑さの問題や、ホール効果検出器の比較的高い出力インピーダンスに起因する出力信号上のノイズによる悪影響の可能性等が挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ホール効果検出器による位置情報をアナログ符号化することにより、必要とされる配線を減らすシステムを開示する。ある態様によれば、このシステムはモータシステムであるが、より一般的には、開示する技術は移動する磁性部材の位置を検出し、その位置情報を作成し、さらに、この作成した位置情報をコントローラに送るシステムに利用することができる。検出器アセンブリは、この移動する磁性部材のすぐ側に隣接して搭載され、この磁性部材の位置を検出する。検出器アセンブリは、それぞれが二値的出力を行うホール効果検出器を複数有しており、これらの複数のホール効果検出器は、上記、移動する磁性部材がとる各々異なる位置が、これらホール効果検出器の出力からなる出力パターンのそれぞれに対応するように構成される。ある構成においては、３つのホール効果検出器が使用される。この構成においては、デジタルパターンは、００１、０１０等の３ビット値のうち、いずれかである。各パターンは、上記磁性部材のそれぞれ対応する位置を示すものである。
【発明の効果】
【０００６】
ホール効果検出器の出力に接続される符号化回路は、この検出器アセンブリにおける多値アナログ出力を発生する。ここで、それぞれの多値アナログ出力は、上記ホール効果検出器の出力におけるデジタルパターンのうち、対応するものを表す。ある態様において、符号化回路は、コントローラにより検出される全アナログ電流のそれぞれの成分に帰着する重み付け抵抗を有する梯子形回路網を使用する。この検出電流は、適当なアナログ／デジタル変換回路を使用して、デジタル位置情報に逆変換することが可能である。先行技術においては、ホール効果検出器１個あたり１本の配線が必要であったが、この多値アナログ出力は１本だけの配線で済む。それゆえ、余分な配線に起因するコスト高やその他の不利益を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
上述した、あるいは、その他の目的、特徴、及び効果は、以下の添付した図面に図解して後述する本発明の特定の実施例より明らかになるであろう。上記図面において、異なる図においても、同様な部品を同様の参照文字で示している。図面においては、縮尺があっているとは限らない。本発明の種々の実施例において、原理を描く場合は、強調して表示している。
【図１】本発明の一つの実施例に関わる、モータ、検出器アセンブリ、及びコントローラを持つシステムのブロック図である。
【図２】検出器アセンブリの機械的な概略図である。
【図３】検出器アセンブリの電気的な概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１に、配線ハーネス１２によってコントローラ１４に連結されたモータアセンブリ１０を有するシステムを示す。モータアセンブリ１０はブラシレスＤＣモータ等のモータ１６と、モータ１６の一端に接続された検出器アセンブリ１８とを有する。配線ハーネス１２の一端は、検出器アセンブリ１８の端末となる。
【０００９】
コントローラ１４は、モータ１０の動作、具体的には、応用例によるが、その回転位置、かつ／または、速度を制御する。ある応用例において、モータ１６は、航空機内等の機械的な構成要素の位置を制御するために利用される電磁アクチュエータの一部である。
【００１０】
コントローラ１４はモータ１６の回転位置を、検出器アセンブリ１８（後述する）に位置するホール効果検出器を介して監視し、モータ１６の巻き線へ流れる電流を制御し、アクチュエータの望ましい動作を得るための望ましいモータ位置、かつ／または速度を実現する。他の形式のモータ制御構成や技術を、別の実施例において使用してもよく、例えば、巻線の電流を制御するための特定の回路に使用してもよい。本記載においては、第１には、モータ搭載の検出器（例えば検出器アセンブリ１８に搭載されているような）から、コントローラ１４のような、離れたコントローラへのモータ位置情報の伝達に関するものである。
【００１１】
図２に検出器アセンブリ１８の機械的配置例を示す。三つのホール効果検出器、Ｈ１、Ｈ２及びＨ３は円盤状回路基板２０の周囲に配置される。その基板は配線ハーネス１２の三本の配線用の三つの端末Ｊ１を含む。個々の端末はＰ、Ｓ及びＧとそれぞれ表示されている。これらについて以下に説明する。点線２２は回路基板２０に備わりうる他の電気回路網（回路基板２０の中心領域に限定する必要は無い）、例えば別個の、かつ／または集積化された電子部品を示す。以下にその例を示す。
【００１２】
複数のホール効果検出器もしくは他の位置検出器を利用し、これらを違った角度の位置に配置して、モータ位置に対応する部分的な情報を得、さらに、これら全ての出力を使用して、より完全な位置情報を得るために利用することが有益であることは、当該技術において一般に良く知られている。とりわけ、位置情報は、ブラシレスＤＣモータにおいて電気的整流を行うためや、モータによって作動させる機械的構成要素の位置を制御するため等に使用されてもよい。例えばいくつかのモータ整流アプリケーション等、多くの応用例において、例えば、いくつかのモータ整流アプリケーション等においては、図２に示すように、わずか三つのホール効果検出器を利用すれば十分であろう。以下に簡単に説明するように、三つのホール効果検出器のセットは、正確な整流を行うべきタイミングを示すことができる。もし、そうでないなら、モータ位置の表示の精密さが不足しているということである。他の応用例において、例えば精密な位置情報を得るために、さらに多くの検出器を利用することが望ましい場合もあるかもしれない。
【００１３】
先行技術においては、二値的出力をコントローラへ伝達するために、それぞれのホール効果検出器に対して別個の配線を使用することが必要である。また、コントローラはホール効果検出器の二値的出力のセットを解釈し、総合的なモータ位置情報を得る。それ故、例えば、三つのホール効果検出器を使用したシステムには、検出器のセットとコントローラの間に少なくとも五本の配線が必要である。なお、そのうち二本は電源用で、三本はホール効果検出器の個々の出力状態の信号を送るための配線である。それぞれの配線は、モータにおいて配線の端末（ターミナルジャックのような）等に必要とされる空間を占有し、また、これら配線は、モータコントローラシステム全体の重量に加算される。モータが小型化し、軽量化されてくるに従って、配線によって占有される空間と重量はより大きくなる。ある応用例（例えば航空もしくは宇宙応用例）において、モータ位置情報をコントローラに伝達することのみに使用される空間と重量を削減することは望ましいことである。
【００１４】
図３は、検出器アセンブリ１８とコントローラ１４に関連する構成部品の概略図である。
【００１５】
配線ハーネス１２と端末Ｊ１のセット（図１?２）による三カ所の接続部、すなわち、電源端子（ＰＯＷＥＲ）、検出端子（ＳＥＮＳＥ）、設置端子（ＧＮＤ）が、それぞれ、Ｐ、Ｓ、Ｇとして示される。
【００１６】
コントローラ１４は電源Ｖ１の他に検出抵抗Ｒ７、増幅器Ｕ１そして整流制御回路（ＣＯＭＭ  ＣＴＲＬ）２４を含む。また、図示されたように、検出器アセンブリ１８は、ホール効果検出器Ｈ１からＨ３、トランジスタＱ１からＱ３、そして抵抗Ｒ１からＲ６を含む。検出器アセンブリ１８の電気回路の全体的な構造は、それぞれが、対応するホール効果検出器とそれに関連するトランジスタと抵抗（例えば、脚１においては、Ｈ１、Ｑ１、Ｒ１とＲ２のセット）を含む段や脚を有する“梯子状”構造である。また、図には、ホール効果検出器への励磁（ＨＡＬＬ  ＥＸＣ）手段も示されている。簡略化のため上記励磁手段は一つの要素として示されているが、実際はこの一つの要素は、３つの励磁手段（それぞれの励磁手段が対応する一つのホール効果検出器用に設置されている）に対応することが理解できるであろう。
【００１７】
抵抗Ｒ２、Ｒ４そしてＲ６の値は、ホール効果検出器Ｈ１からＨ３の二値的状態のパターンを対応する多値のアナログ信号（図示した実施例における電流）へと符号化するための重み付け組み合わせに従って選択される。例えば、抵抗の値（Ｒ２：Ｒ４：Ｒ６）は、（１：２：４）の比率で二値的重み付け組み合わせを行っても良く、この場合、伝導状態の時、トランジスタ（Ｑ１：Ｑ２：Ｑ４）を流れる電流比が（４：２：１）となる。個々の電流成分（多値のアナログ信号を形成する）の合計は、検出抵抗Ｒ７を流れる。三つのホール効果検出器の一般的な一つの使用法において、二値的ホール出力のセットは六つの別々の位置の値を反映している。次に掲げる表はこれらの二値的ホール出力の値と対応する抵抗Ｒ７を流れる検出電流の値（任意の単位）を示す。
【００１８】
【表１】
2010531998.tif 000003
【００１９】
上記のように、隣接するホール状態（例えば００１→１０１）間の移行は正確な地点で起こり、よって整流を行うために使用することができる。それに加えて、それぞれのホール状態は、単一でも、精度は比較的低いが、位置情報（例えば、或る６０°領域の中）を提供する。
【００２０】
検出抵抗Ｒ７は検出電流を対応した電圧に変換する。その電流は増幅器Ｕ１で増幅され、増幅電流は、整流制御回路２４へ供給される。典型的には、整流制御回路２４は、Ｕ１からのアナログ電圧信号により送信されるアナログ位置情報を、その後の整流処理に使用される２値のデジタル値に変換するための或る形態のアナログデジタル変換回路を有するであろう。
【００２１】
上記においては、３つのホール効果検出器と対応する回路、及び位置の値を使用しているが、ここに開示した技術は、他の実施例で望ましいように、より多くのホール効果検出器と併せて（適当な改変を加えて）、利用されても良いことは、理解されるであろう。それに加え、この開示された、少ない配線を利用する技術は、モータ位置情報のコントローラへの伝達に必要とされる空間や重量の値を削減しうるという理由で、この開示された技術は、そのような空間／重量に関する要求が厳しい、かつ／または、より高い精度の位置情報のため、より多くのホール効果検出器を必要とする応用例に特に有用であろう。空間／重量に関する要求に関して、この開示された技術は、例えば０．５インチ以下の直径を持つモータにおいて、特に有用でありうる。
【００２２】
本発明の様々な実施例を特定して示し解説したが、添付の特許請求の範囲により定義される本発明の精神と範囲から逸脱することなく、形態や詳細の様々な改変が当該技術の当業者により成されうるということは理解できよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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