(57)【要約】【課題】  簡単な回路構成で三相ブラシレスモータを効率良く駆動可能にするものである。【解決手段】  三相ブラシレスモータ（１）のシャフト（２）にこれと共に回転する磁石（３）を取り付け、磁気センサ（４）からの信号を利用し、直接アンプ（５）の出力を使えばモータを正弦波リニア駆動することができ、ＰＷＭ変換回路（７）からの信号を三相インバータ（９）に入力すれば簡単な回路構成でＰＷＭ駆動することが可能となる。【選択図】図１
2007221983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相ブラシレスモータ（１）のシャフト（２）にこれと共に回転する磁石（３）を取り付け、このモータの起電力と相似に着磁した磁石（３）がシャフト（２）の回転に伴ってその周囲に発生する正弦波状に変化する磁場の強さをモータの固定子に固定した複数の磁気センサ（４）の出力によってモータ起電力と相似形の電圧が得られる、この複数の磁気センサ（４）はそれぞれの発生する正弦波電圧の位相がモータ起電力と三相共に同期した電気的に互いに１２０度ずれるように配置するものとして、その正弦波電圧をアンプ（５）で増幅し、これによって作られる三相正弦波信号（６）を出力とし、小電力モータの場合にはアンプ（５）からの三相正弦波出力で直接モータを駆動することができる。また、モータの駆動電力が必要な場合には、それぞれの三相正弦波信号（６）をＰＷＭ変換回路（７）に入力し、そのＰＷＭ信号（８）を三相ブラシレスモータを駆動するための三相インバータ（９）に入力し、正弦波ＰＷＭでモータを駆動する、上記に記した正弦波リニア駆動と正弦波ＰＷＭ駆動とを任意に選択してモータを駆動する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は３相ブラシレスモータを効率よく簡易的に駆動する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】マグネット型ブラシレスモータの駆動方法は正弦波駆動と非正弦波駆動に大きく分けることができる。モータ本体もこれらの駆動方法に適応させた設計がなされているため、駆動方法とモータ本体を独立に扱うのは困難である。
非正弦波駆動モータでは電機子巻線に与える電圧は矩形波である。この矩形波は磁極位置センサのアナログ信号をゼロクロス点で二値化してデジタル信号としたものから作られる。一方モータの回転に伴って発生する逆起電力は正弦波である。この波形の不一致によってトルクむらが発生する。また、この不一致によって過大な電機子電流が流れるのを防ぐため電流休止期間を設けたり、電機子巻線の巻き方で対応させている。そのためにモータの効率が落ち、機械的出力が小さくなってしまう。ただし駆動回路は正弦波駆動の場合より小規模であり駆動回路をモータ本体と一体として製造されているものも多い。したがって非正弦波駆動型のブラシレスモータは簡易型であって低コスト、低精度、低効率、小出力の分野に応用されてきた。小型、小出力の物では電機子巻線が三相ではなく二相の物もあるが、それは電力効率が問題にならないからである。
正弦波駆動モータでは電機子巻線に与える電圧はモータの回転に伴って発生する逆起電力と相似な正弦波である。ただし現在では電力効率の良いＰＷＭによる等価的な正弦波が使われることが多い。正弦波駆動では電機子巻線が三相型以外は無いと考えて良い。この正弦波は二種類の回転センサからデジタル処理で作られるのが一般的である。一つのセンサは非正弦波駆動の場合と同様に磁極位置センサである。もう一つのセンサは一回転でなるべく多数のパルスを発生させるインクリメンタルエンコーダである。磁極位置センサは正弦波のゼロクロス点を検出するために使われ、インクリメンタルエンコーダはゼロクロス点から次のゼロクロス点までの間の角度を細かく検出するために使われる。こうして得られた角度とあらかじめ用意しておく正弦波の数値表から正弦波の振幅を決定するのである。なおこの数値表とは電子回路においてはＲＯＭに記録してある数値列である。またインクリメンタルエンコーダは速度検出器としても使用される。正弦波駆動では電機子巻線に与える電圧とモータの回転に伴って発生する逆起電力が相似形である。したがってトルクむらが少なく、過大な電機子電流が流れる危険も減少し、大きな機械的出力を発生させることが可能となる。ただし駆動回路は非正弦波駆動の場合よりもかなり複雑になりモータ本体と一体化することは困難である。しかもモータ本体よりも駆動装置の方が大型になることが多い。このため高コストでも高精度、高出力が求められる分野に応用されてきた。
このように駆動方法から二種類に別れたブラシレスモータは両者の間でコスト、性能面での隔たりが大きく様々な条件の下ではブラシレスモータが最適な選択ではなくなっている。このためブラシレスモータの出現によって存在意義が無くなるかに思われたブラシ付きＤＣモータも依然として多くの分野で使用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】本発明はこのように二極分化してしまったブラシレスモータを、その中間の要求に応えられるようにするものである。すなわち非正弦波駆動と同程度の回路規模で効率の良い正弦波駆動を可能とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】三相ブラシレスモータ（１）のシャフト（２）にこれと共に回転する磁石（３）を取り付け、このモータの起電力と相似に着磁した磁石（３）がシャフト（２）の回転に伴ってその周囲に発生する正弦波状に変化する磁場の強さをモータの固定子に固定した複数の磁気センサ（４）出力によってモータ起電力と相似形の電圧が得られる、この複数の磁気センサ（４）はそれぞれの発生する正弦波電圧の位相がモータ起電力と同期した電気的に互いに１２０度ずれるように配置するものとして、その正弦波電圧をアンプ（５）で増幅し、これによって作られる三相正弦波信号（６）を出力とし、小電力モータの場合にはアンプ（５）からの三相正弦波出力で直接モータを駆動することができる。また、モータの駆動電力が必要な場合には、それぞれの三相正弦波信号（６）をＰＷＭ変換回路（７）に入力し、そのＰＷＭ信号（８）を三相ブラシレスモータを駆動するための三相インバータ（９）に入力し、正弦波ＰＷＭでモータを駆動する、上記に記した正弦波リニア駆動と正弦波ＰＷＭ駆動とを任意に選択してモータを駆動できる。
【発明の効果】
【０００５】本発明の装置を三相ブラシレスモータに使えば、ＤＣモータのように電源電圧を変えることで、回転速度を可変でき、磁気センサに流す電流の向きを変えることで回転方向を変えることができるために、複雑な専用駆動回路が不要になる。
本発明の出力信号をリニアアンプから直接モータに接続すればノイズがなく、静かにモータを駆動することができる。また、正弦波ＰＷＭ信号に変換してインバータ回路で駆動した場合には、モータを効率良く駆動でき、消費電力の低減とモータの小型化が可能となり、モータ組み込み型機器の用途では、機器全体の小型高効率化が可能である。さらに、モータにブラシがないため、モータのメンテナンスが不要になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】  本発明においては磁気センサ（４）の出力はそのゼロクロス点で二値化してデジタル信号として利用していた従来の方法と異なり、アナログ信号として正弦波のまま利用する。デジタル処理を経ないため回路規模は大幅に縮小される。三相ブラシレスモータ（１）を駆動するためにはモータ磁極と相似な電気的に１２０度ずつ位相のずれた三つの正弦波すなわち三相正弦波が必要である。このために三個の磁気センサ（４）を適切な位置に配置する。あるいは三相正弦波の一相は他の二つの相の和の正負を反転したものであることを利用して二個の磁気センサ（４）を適切な位置に配置し電子回路で合成して第三の相を作ることもできる。このようにして得られた三相正弦波はそのまま電力増幅すれば三相ブラシレスモータ（１）を駆動することができる。
今日では電力増幅にはリニアアンプよりも電力効率の良いＰＷＭインバータが使用されることが多い。そこで本発明ではＰＷＭ変換回路までを内蔵して駆動回路の汎用性を増している。
本発明では正弦波の振幅に応じてＰＷＭのデューティをほぼ０％から１００％に変調する。したがってモータの回転速度を変えるためには、ＤＣモータ同様ＰＷＭインバータに供給する電源電圧を可変するか、アンプ（５）のゲインを調節するか磁気センサ（４）の電流を調整することで回転速度が変わる。モータの回転方向の切り替えは磁気センサ（４）に流す電流の向きを変えることで対応できる。
【実施例１】
【０００７】三相ブラシレスモータ（１）のシャフト（２）にこれと共に回転するディスク型磁石（１３）を取り付け、このモータの起電力と相似に着磁したディスク型磁石（１３）がシャフト（２）の回転に伴ってその周囲に発生する正弦波状に変化する磁場の強さをモータの固定子に固定した複数の磁気センサ（４）によってモータ起電力と相似形の電圧に変換し、この複数の磁気センサ（４）はそれぞれの発生する正弦波電圧の位相がモータ起電力と同期した、電気的に互いに１２０度ずれるように配置するものとして、その正弦波電圧をアンプ（５）で増幅し、これによって作られる三相正弦波信号（６）を出力とし、小電力モータの場合にはアンプ（５）からの正弦波出力で直接モータを駆動することができる。また、モータの駆動電力が必要な場合には、それぞれの三相正弦波信号（６）をＰＷＭ変換回路（７）に入力し、そのＰＷＭ信号（８）を三相ブラシレスモータを駆動するための三相インバータ（９）に入力し、ＰＷＭでモータを駆動する装置。
【実施例２】
【０００８】三相ブラシレスモータ（１）と一体型のセンサケース（１６）内部でモータのシャフト（２）とディスク型磁石（１３）を固定し、このモータの起電力と相似に着磁したディスク型磁石（１３）がシャフト（２）の回転に伴ってその周囲に発生する正弦波状に変化する磁場の強さをセンサケース（１６）に固定したセンサ基板（１５）にある複数の磁気センサ（４）が検出して、正弦波を出すので、これを利用することで、直接モータを駆動する、この時センサ基板内部でリニア出力とＰＷＭ出力を任意に切り替えることによって、使用用途に適した駆動方法を選ぶことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】  本発明のブロック図である。
【図２】  本発明の実施例１のブロック図である。
【図３】  本発明の実施例２の斜視図である。
【符号の説明】
【００１０】１    三相ブラシレスモータ
２    シャフト
３    磁石
４    磁気センサ
５    アンプ
６    三相正弦波信号
７    ＰＷＭ変換回路
８    ＰＷＭ信号
９    三相インバータ
１３  ディスク型磁石
１５  センサ基板
１６  センサケース
【図１】
2007221983.tif 000003
【図２】
2007221983.tif 000004
【図３】
2007221983.tif 000005