(57)【要約】【課題】部品点数の増加を抑え、小型軽量化可能な、エンコーダを備えた３相ブラシレスモータを提供することである。【解決手段】本発明は、電機子コアおよび電機子コイルを有するステータと前記ステータの内径側に空隙を介して設けた永久磁石を有するロータとからなるモータと、前記ロータの回転位置を検出するエンコーダと、を備えた３相ブラシレスモータにおいて、前記ロータの永久磁石は回転軸と直角方向に着磁された複数の磁極をもつ磁石であり、前記ロータの磁界を検出する複数の磁気センサを有し、前記複数の磁気センサのうちの少なくとも２つを並列配置して該２つの磁気センサの出力を合成し、前記エンコーダは前記磁気センサによる合成した出力に基づいて前記ロータの回転位置を検出することを特徴とする。【選択図】図１
2012194086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子コアおよび電機子コイルを有するステータと前記ステータの内径側に空隙を介して設けた永久磁石を有するロータとからなるモータと、
前記ロータの回転位置を検出するエンコーダと、
を備えた３相ブラシレスモータにおいて、
前記ロータの永久磁石は回転軸と直角方向に着磁された複数の磁極をもつ磁石であり、
前記ロータの磁界を検出する複数の磁気センサを有し、
前記複数の磁気センサのうちの少なくとも２つを並列配置して該２つの磁気センサの出力を合成し、
前記エンコーダは前記磁気センサによる合成した出力に基づいて前記ロータの回転位置を検出する
ことを特徴とする３相ブラシレスモータ。
【請求項２】
前記エンコーダは、該３相ブラシレスモータの駆動制御用ロータ位置検出センサを兼ねる
ことを特徴とする請求項１に記載の３相ブラシレスモータ。
【請求項３】
前記磁気センサを周方向に１２０°間隔もしくは６０°間隔で３個配置し、該３個の磁気センサのうちの２個のそれぞれに対し、１８０°で対向する位置にさらに磁気センサを配置し、該１８０°対向する位置に配置した磁気センサ同士の出力を合成して前記ロータの回転位置を検出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の３相ブラシレスモータ。
【請求項４】
前記１８０°対向の位置に配置した磁気センサの出力の直接接続により波形を合成している
ことを特徴とする請求項３に記載の３相ブラシレスモータ。
【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に関し、特に、そのロータの回転位置を検出可能な３相ブラシレスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータの位置決め制御で必要となる位置情報を得るための角度センサとしては、光学式エンコーダや磁気式エンコーダが知られている。
【０００３】
例えば従来の磁気式エンコーダでは、回転子に位置検出用の磁石を設けるとともにその磁石の回転による磁束の変化を検出する磁気センサを設け、この磁気センサの出力によりモータの回転角度を検出する発明が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１５１７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１に記載の磁気式エンコーダや光学式エンコーダの場合、どちらも高分解能品は高額であり、また部品点数も多くなるためモータに組み込むと大型化してしまい、小型のモータに内蔵するのは困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、部品点数の増加を抑え、小型軽量化可能な、エンコーダを備えた３相ブラシレスモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、電機子コアおよび電機子コイルを有するステータと前記ステータの内径側に空隙を介して設けた永久磁石を有するロータとからなるモータと、前記ロータの回転位置を検出するエンコーダと、
を備えた３相ブラシレスモータにおいて、前記ロータの永久磁石は回転軸と直角方向に着磁された複数の磁極をもつ磁石であり、前記ロータの磁界を検出する複数の磁気センサを有し、前記複数の磁気センサのうちの少なくとも２つを並列配置して該２つの磁気センサの出力を合成し、前記エンコーダは前記磁気センサによる合成した出力に基づいて前記ロータの回転位置を検出することを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、前記エンコーダは、該３相ブラシレスモータの駆動制御用ロータ位置検出センサを兼ねることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、前記磁気センサを周方向に１２０°間隔もしくは６０°間隔で３個配置し、該３個の磁気センサのうちの２個のそれぞれに対し、１８０°で対向する位置にさらに磁気センサを配置し、該１８０°対向する位置に配置した磁気センサ同士の出力を合成して前記ロータの回転位置を検出することを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、前記１８０°対向の位置に配置した磁気センサの出力の直接接続により波形を合成していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、部品点数の増加を抑え、小型軽量化可能な、エンコーダを備えた３相ブラシレスモータを提供することができる。
【００１２】
本発明は、駆動制御用と角度検出用とを同時に兼ねることにより、部品点数が少なく、組み付け工数がかからず、小型化軽量化に寄与する。
【００１３】
すなわち、本発明は、エンコーダ用の界磁磁石を別途設けるのではなく、駆動用のロータマグネットの界磁を、エンコーダで利用することにより部品点数の増加を抑えることができる。
【００１４】
また、本発明は、ホール素子を並列接続としたので、複数のオペアンプを配置することなく、２波の合成が容易に行われ、回路が簡素化されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による３相ブラシレスモータの一実施の形態におけるホール素子の配置を示す図である。
【図２】本実施の形態における、図１に示したホール素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄおよび１ｅの配線図である。
【図３】図２に示した配線をした場合の各出力に対して信号処理を施す信号処理回路を示すブロック図である。
【図４】ロータの回転に伴うホール素子１ａの出力信号の波形、ホール素子１ｄの出力信号の波形、およびホール素子１ａの出力とホール素子１ｄの出力とを合成した出力信号の波形を示す図である。
【図５】ロータの実際の回転角度と、図３に示した角度演算処理部３で得た回転角度とを対比させ、角度演算処理部３で得た回転角度の誤差を示すグラフである。
【図６】図２とは別の例の、図１に示したホール素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄおよび１ｅの配線図である。
【図７】図６に示した配線をした場合の各出力に対して信号処理を施す信号処理回路を示すブロック図である。
【図８】ホール素子１ａ、１ｂ、１ｃ（対向配置しない通常配置＝波形を合成しない場合）により角度演算処理を行った場合の誤差を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本発明による３相ブラシレスモータの一実施の形態におけるホール素子の配置を示す図である。
【００１８】
本実施の形態のモータは、３相ブラシレスモータであり、ロータの回転角に応じてステータコイルに流す電流の向きを変えてロータを回転させる駆動制御を行っている。すなわち３相ブラシレスモータのロータ位置確認用Ｕ、Ｖ、Ｗのホール素子（１２０°配置）によって、ロータマグネットの回転による磁束の変化を検出し、この検出結果に応じてステータコイルに流す電流の向きを変えている。
【００１９】
また、本願発明者は、これとは別に、３相ブラシレスモータのロータマグネットをエンコーダ用マグネットと見立て、ホール素子出力をアナログ正弦波出力として、ロータ角度センサとしての位置確認を行うことを考えた。例えば、１２０°位相から９０°位相変換を行い、Ｓｉｎ、Ｃｏｓの関係としてロータ角度換算を行う。この場合、モータのロータマグネットは４極でありロータ１回転で２波の正弦波出力を得られるものであるが、本願発明者は、実験により、ロータ（マグネット外周）の偏心、マグネットの磁束ムラ等の要因で２波の正弦波出力の電圧レベルに差が出てしまい、角度誤差が大きく、単純な適用では、位置検出センサとしては使えないものであることを認識した。
【００２０】
そこで、本実施の形態では、これを解消する構成を備える。
【００２１】
図１に示した本実施の形態のホール素子の配置を参照すると、ロータマグネット１０の周囲には、５個のホール素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄおよび１ｅを配置している。なお、図１中、各ホール素子に対し丸付き数字で示している識別子は、それぞれのホール素子が、他図に同じ丸付き数字で示している構成に対応することを示すものである。
【００２２】
ホール素子１ａ、１ｂおよび１ｃは、ロータマグネット１０による磁束の変化を検出する、３相ブラシレスモータのロータ位置確認用Ｕ、Ｖ、Ｗのホール素子（１２０°配置）である。
【００２３】
本実施の形態では、このホール素子１ａ、１ｂおよび１ｃのほかに、ホール素子１ｄおよび１ｅを新たに設けている。ホール素子１ｄは、ホール素子１ａに対し１８０°で対向する位置に配置し、また、ホール素子１ｅは、ホール素子１ｂに対し１８０°で対向する位置に配置している。
【００２４】
図２は、本実施の形態における、図１に示したホール素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄおよび１ｅの配線図である。
【００２５】
図２に示すように、本実施の形態では、ホール素子１ａのプラス側出力端子とホール素子１ｄのプラス側出力端子とを直接接続し、ホール素子１ａのマイナス側出力端子とホール素子１ｄのマイナス側出力端子とを直接接続しており、さらにホール素子１ｂのプラス側出力端子とホール素子１ｅのプラス側出力端子とを直接接続し、ホール素子１ｂのマイナス側出力端子とホール素子１ｅのマイナス側出力端子とを直接接続している。
【００２６】
図３は、図２に示した配線をした場合の各出力に対して信号処理を施す信号処理回路を示すブロック図である。
【００２７】
ホール素子１ａのプラス側出力端子とホール素子１ｄのプラス側出力端子とを直接した出力端子と、ホール素子１ａのマイナス側出力端子とホール素子１ｄのマイナス側出力端子とを直接した出力端子とから得られる出力は、オペアンプ２ａを介して角度演算処理部３に入力され、また、ホール素子１ｂのプラス側出力端子とホール素子１ｅのプラス側出力端子とを直接した出力端子と、ホール素子１ｂのマイナス側出力端子とホール素子１ｅのマイナス側出力端子とを直接した出力端子とから得られる出力は、オペアンプ２ｂを介して角度演算処理部３に入力される。角度演算処理部３は、従来の磁気式エンコーダによる角度位置を求めるのと同様の処理によって、角度演算を行い出力する。
【００２８】
また、ホール素子１ａのプラス側出力端子とホール素子１ｄのプラス側出力端子とを直接した出力端子と、ホール素子１ａのマイナス側出力端子とホール素子１ｄのマイナス側出力端子とを直接した出力端子とから得られる出力は、オペアンプ２ｃを介して角度演算処理部３に入力され、また、ホール素子１ｂのプラス側出力端子とホール素子１ｅのプラス側出力端子とを直接した出力端子と、ホール素子１ｂのマイナス側出力端子とホール素子１ｅのマイナス側出力端子とを直接した出力端子とから得られる出力は、オペアンプ２ｄを介して角度演算処理部３に入力され、さらに、ホール素子１ｃのプラス側出力端子と、ホール素子１ｃのマイナス側出力端子とから得られる出力は、オペアンプ２ｅを介してモータ駆動制御部４に入力される。モータ駆動制御部４は、従来のモータ駆動制御と同様の処理によって、ステータコイルに流す電流の向きを決定し出力する。
【００２９】
図４は、ロータの回転に伴うホール素子１ａの出力信号の波形、ホール素子１ｄの出力信号の波形、およびホール素子１ａの出力とホール素子１ｄの出力とを合成した出力信号の波形を示す図である。
【００３０】
図４に示すように、ホール素子１ａの出力信号の波形やホール素子１ｄの出力信号の波形では、プラス側ピーク、マイナス側ピークにバラツキがあり、正確な角度位置の検出が困難である。これに対して、ホール素子１ａの出力とホール素子１ｄの出力とを合成した出力信号の波形（すなわち、図２に示した配線において、ホール素子１ａのプラス側出力端子とホール素子１ｄのプラス側出力端子とを直接した出力端子と、ホール素子１ａのマイナス側出力端子とホール素子１ｄのマイナス側出力端子とを直接した出力端子とから得られる出力の波形）を参照すると、プラス側ピーク、マイナス側ピークにバラツキが解消され、正確な角度位置の検出に利用可能である。
【００３１】
すなわち、本実施の形態では、出力電圧レベル変動の抑制を目的とし、ロータ偏心や、磁束ムラ等による誤差をキャンセルするために、２つのホール素子を対面配置し出力合成し平均化をしてレベル変動を抑える。
【００３２】
ホール素子の対面配置は、図１に示したように、ロータ中心を基準に等間隔でホール素子を配置する。
【００３３】
出力は、例えば、２つのホール素子出力同士を図２に示したように並列接続する。
【００３４】
図５は、ロータの実際の回転角度と、図３に示した角度演算処理部３で得た回転角度とを対比させ、角度演算処理部３で得た回転角度の誤差を示すグラフである。
【００３５】
図中、横軸はロータの実際の回転角度であり、左側縦軸は角度演算処理部３で得た回転角度であり、右側縦軸は角度誤差を示す。また、図中、右肩上がりの破線の細線は、ロータの実際の回転角度と角度演算処理部３で得た回転角度との関係を示し、太い曲線は右側の目盛りで角度誤差を示す。
【００３６】
図５を参照してわかるように、本実施の形態によれば、決定係数Ｒ２＝１．００００となり、精度の高い角度位置検出が可能であることがわかる。
【００３７】
なお、本実施の形態では、図２に示したように、対向配置したホール素子の出力同士を直接接続し、ホール素子を並列接続するようにしたが、これとは別の例を図６に示す。
【００３８】
図６は、図２とは別の例の、図１に示したホール素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄおよび１ｅの配線図である。
【００３９】
図６に示すように、この例では、ホール素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄおよび１ｅのそれぞれについて、ホール素子の出力同士の直接接続をせずに、個別に出力端子を設けている。
【００４０】
図７は、図６に示した配線をした場合の各出力に対して信号処理を施す信号処理回路を示すブロック図である。
【００４１】
ホール素子１ａのプラス側出力端子とホール素子１ａのマイナス側出力端子とから得られる出力は、オペアンプ１２ｆを介してオペアンプ１２ａに入力され、ホール素子１ｄのプラス側出力端子とホール素子１ｄのマイナス側出力端子とから得られる出力は、オペアンプ１２ｇを介してオペアンプ１２ａに入力され、オペアンプ１２ａの出力は角度演算処理部１３に入力され、また、ホール素子１ｂのプラス側出力端子とホール素子１ｂのマイナス側出力端子とから得られる出力は、オペアンプ１２ｈを介してオペアンプ１２ｂに入力され、ホール素子１ｅのプラス側出力端子とホール素子１ｅのマイナス側出力端子とから得られる出力は、オペアンプ１２ｉを介してオペアンプ１２ｂに入力され、オペアンプ１２ｂの出力は角度演算処理部１３に入力される。角度演算処理部１３は、従来の磁気式エンコーダによる角度位置を求めるのと同様の処理によって、角度演算を行い出力する。
【００４２】
また、ホール素子１ａのプラス側出力端子と、ホール素子１ａのマイナス側出力端子とから得られる出力は、オペアンプ１２ｃを介してモータ駆動制御部１４に入力され、ホール素子１ｂのプラス側出力端子と、ホール素子１ｂのマイナス側出力端子とから得られる出力は、オペアンプ１２ｄを介してモータ駆動制御部１４に入力され、さらに、ホール素子１ｃのプラス側出力端子と、ホール素子１ｃのマイナス側出力端子とから得られる出力は、オペアンプ１２ｅを介してモータ駆動制御部１４に入力される。モータ駆動制御部１４は、従来のモータ駆動制御と同様の処理によって、ステータコイルに流す電流の向きを決定し出力する。
【００４３】
この例では、図３の例と比べてオペアンプの数が増加する。
【００４４】
図８は、ホール素子１ａ、１ｂ、１ｃ（ホール素子を１８０°対向配置しない通常配置つまり対向したホール素子より出力される波形を合成しない場合）により角度演算処理を行った場合の誤差を示すグラフである。
【００４５】
図中、横軸はロータの実際の回転角度であり、左側縦軸は角度演算処理部で得た回転角度であり、右側縦軸は角度誤差を示す。また、図中、右肩上がりの破線の細線は、ロータの実際の回転角度と角度演算処理部で得た回転角度との関係を示し、太い曲線は右側の目盛りで角度誤差を示す。
【００４６】
図８を参照してわかるように、この例によれば、決定係数Ｒ２＝０．９５２６となり、図５の例と比べれば低い精度であり、角度位置検出としては使用できないレベルである。
【００４７】
図５の例によれば、ホール素子を並列接続としたので、複数段のオペアンプを配置することなく、２波の合成が容易に行われ、回路が簡素化され、部品点数、構造が簡略できてコストメリットがある。
【００４８】
以上、本発明による３相ブラシレスモータを説明したが、本発明は、この説明に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で数々の変形および組み合わせが出来ることは勿論であり、各実施の形態の構成の各種組合せも本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４９】
１０  ロータマグネット
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ  ホール素子
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ  オペアンプ
３  角度演算処理部
４  モータ駆動制御部
【図１】
2012194086.tif 000003
【図２】
2012194086.tif 000004
【図３】
2012194086.tif 000005
【図４】
2012194086.tif 000006
【図５】
2012194086.tif 000007
【図６】
2012194086.tif 000008
【図７】
2012194086.tif 000009
【図８】
2012194086.tif 000010