(57)【要約】【課題】モータ出力が異なる複数の仕様を容易に実現できるモータ及びモータの制御方法を提供する。【解決手段】モータ１は、電機子コイル２２と、電機子コイル２２に対して重ねて配置された複数のサーチコイル２４ａと、を備えたモータ部１ａと、電機子コイル２２に通電することでモータ部１ａを制御する制御部１ｂと、を備える。制御部１ｂは、予め電機子コイル２２に通電した際のサーチコイル２４ａの出力に基づいて設定された電機子コイル２２の制御用パラメータに応じて、モータ部１ａを制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子コイルと、該電機子コイルに対して重ねて配置された複数のサーチコイルと、を備えたモータ部と、
前記電機子コイルに通電することで前記モータ部を制御する制御部と、を備えたモータであって、
前記制御部は、予め前記電機子コイルに通電した際の複数の前記サーチコイルの出力に基づいて設定された前記電機子コイルの制御用パラメータに応じて、前記モータ部を制御するモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のモータであって、
前記電機子コイルは、複数のプリントコイルを積層して構成されており、
前記制御部は、複数の前記サーチコイルの出力に基づいて前記プリントコイルの積層数を判断し、該判断された積層数に応じて前記モータ部を制御するモータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のモータであって、
前記モータ部は、前記電機子コイルと軸方向に対向して配置されたロータを備え、
前記ロータは、複数の磁石を備えており、
前記制御部は、複数の前記サーチコイルの出力に基づいて前記ロータの前記磁石の数を判断し、該判断された磁石の数に応じて前記モータ部を制御するモータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータであって、
複数の前記サーチコイルは、前記電機子コイルに重ねて配置された基板上に形成されたプリントコイルからなり、周方向に等間隔で形成されている、モータ。
【請求項５】
電機子コイルと、該電機子コイルに対して重ねて配置された複数のサーチコイルと、を備えたモータ部を制御する、モータの制御方法であって、
予め前記電機子コイルに通電し、
前記電機子コイルに通電した際の複数の前記サーチコイルの出力に基づいて前記電機子コイルの制御用パラメータを設定し、
該制御用パラメータに応じて前記モータ部を制御する、モータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ出力が異なる複数の仕様に適用されるモータ及びモータの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、同じシリーズとしてモータ出力が異なる複数の仕様のモータを提供する場合がある。例えば、特許文献１に示されるようなアキシャルギャップ型のモータでは、ロータに設けられる磁石の数を変更したり、電機子コイルを構成するプリントコイルの積層数を変更することにより、モータ出力が異なる複数の仕様を提供することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−９８８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、モータ出力を変えた複数の仕様のモータを製造する場合、それぞれの仕様に対応する複数種類の駆動ソフトを用意するとともに、各モータの制御装置にその仕様に対応する駆動ソフトを個別に書き込む必要があるので、製造工程の管理やソフトの管理が煩雑になり、生産効率が低下してしまう虞がある。
【０００５】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータ出力が異なる複数の仕様を容易に実現できるモータ及びモータの制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
電機子コイル（例えば、後述の実施形態の電機子コイル２２）と、該電機子コイルに対して重ねて配置された複数のサーチコイル（例えば、後述の実施形態のサーチコイル２４ａ）と、を備えたモータ部（例えば、後述の実施形態のモータ部１ａ）と、
前記電機子コイルに通電することで前記モータ部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態の制御部１ｂ）と、を備えたモータ（例えば、後述の実施形態のモータ１）であって、
前記制御部は、予め前記電機子コイルに通電した際の複数の前記サーチコイルの出力に基づいて設定された前記電機子コイルの制御用パラメータに応じて、前記モータ部を制御する。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載のモータであって、
前記電機子コイルは、複数のプリントコイル（例えば、後述の実施形態のプリントコイル２３ａ）を積層して構成されており、
前記制御部は、複数の前記サーチコイルの出力に基づいて前記プリントコイルの積層数を判断し、該判断された積層数に応じて前記モータ部を制御する。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、
請求項１又は２に記載のモータであって、
前記モータ部は、前記電機子コイルと軸方向に対向して配置されたロータ（例えば、後述の実施形態のロータ１１）を備え、
前記ロータは、複数の磁石（例えば、後述の実施形態の永久磁石１４）を備えており、
前記制御部は、複数の前記サーチコイルの出力に基づいて前記ロータの前記磁石の数を判断し、該判断された磁石の数に応じて前記モータ部を制御する。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータであって、
複数の前記サーチコイルは、前記電機子コイルに重ねて配置された基板上に形成されたプリントコイルからなり、周方向に等間隔で複数形成されている。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、
電機子コイル（例えば、後述の実施形態の電機子コイル２２）と、該電機子コイルに対して重ねて配置された複数のサーチコイル（例えば、後述の実施形態のサーチコイル２４ａ）と、を備えたモータ部（例えば、後述の実施形態のモータ部１ａ）を制御する、モータの制御方法であって、
予め前記電機子コイルに通電し、
前記電機子コイルに通電した際の複数の前記サーチコイルの出力に基づいて前記電機子コイルの制御用パラメータを設定し、
該制御用パラメータに応じて、前記モータ部を制御する。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１及び５の発明によれば、予め電機子コイルに通電した際の複数のサーチコイルの出力に基づいて電機子コイルの制御用パラメータを設定し、該制御用パラメータに応じてモータ部を制御するので、モータ出力が異なる複数の仕様に適用する場合であっても、その仕様に対応するモータ制御を行うことが可能となる。その結果、各モータの制御部にその仕様に対応する駆動ソフトを個別に書き込む場合に比べ、製造工程の管理やソフトの管理を簡略化し、生産効率を向上させることができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、電機子コイルを構成するプリントコイルの積層数が変わった場合であっても、そのプリントコイルの仕様に基づく制御用パラメータを使用することができるため、複数のプリントコイルの仕様に対応してモータ部を制御することが可能となる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、ロータに配置される磁石の個数が変わった場合であっても、その磁石の個数の仕様に基づく制御用パラメータを使用することができるため、磁石の個数の異なる複数の仕様に対応してモータ部を制御することが可能となる。
【００１４】
請求項４の発明によれば、より高精度に電機子コイルの制御用パラメータを設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るモータのモータ部及び制御部を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係るモータのモータ部を示す概略断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るモータのモータ部を構成するロータを示す図であり、（ａ）は永久磁石が取付けられる前のロータを示す平面図、（ｂ）はロータに取付けられる永久磁石の平面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るモータの電機子コイル構造を示す図であり、（ａ）は１層目のプリントコイルを示す平面図、（ｂ）は２層目のプリントコイルを示す平面図、（ｃ）は３層目のプリントコイルを示す平面図、（ｄ）は４層目のプリントコイルを示す平面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るモータのサーチコイル層を示す平面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るモータにおけるサーチコイルの出力波形の例を示す説明図であり、（ａ）は電機子コイルの判定用通電パターン及びサーチコイルの出力波形を示す概略説明図、（ｂ）はサーチコイルの出力波形の判定要素を示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態に係るモータの制御例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のモータの一実施形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【００１７】
［モータ］
図１に示すように、本発明の実施形態に係るモータ１は、モータ部１ａと、モータ部１ａを制御する制御部１ｂとを備えて構成されている。
【００１８】
［モータ部］
図２に示すように、モータ部１ａは、軸周りに回転可能に設けられたロータ１１と、軸方向の両側からロータ１１を挟み込むように対向配置され、ロータ１１の回転磁界を発生する３相の電機子コイル２２（図４参照）を有する一対の第１及び第２ステータ２１Ａ、２１Ｂと、ロータ１１と第１及び第２ステータ２１Ａ、２１Ｂとを覆うケース３１と、軸方向に沿ってケース３１内に架設された固定軸４１とを備えて構成されている。
【００１９】
ケース３１は、軸方向に対向配置され、固定軸４１を介して一体に連結される一対のケース部材３２を備えている。各ケース部材３２は、円筒部３２ａと、円筒部３２ａの一端側を塞ぐ底板部３２ｂとを一体に有しており、円筒部３２ａの他端側同士が間隙部Ｇを介して対向している。
【００２０】
ケース３１は、ロータ１１と第１及び第２ステータ２１Ａ、２１Ｂを覆うにあたり、ロータ１１の外周部を間隙部Ｇを介してケース３１の外周側に突出させている。つまり、本実施形態のモータ１は、ロータ１１の外周部がモータ動力の出力部となっており、ロータ１１の外周部に設けられる伝動部材（ギヤ、プーリなど）を介してモータ動力が取り出される。
【００２１】
図３も参照して、ロータ１１は、回転軸１２と、回転軸１２を中心として軸回りに回転する円板１３と、円板１３に取付けられる複数の永久磁石１４とを備えている。
【００２２】
回転軸１２は、中空に形成されたパイプ軸であり、その内周側が一対の軸受５０を介して固定軸４１に回転可能に支持されている。円板１３は、その中心部に形成された軸貫通孔１３ａと、周方向に所定の間隔で形成された複数の磁石取付孔１３ｂとを有している。軸貫通孔１３ａは、回転軸１２が貫通する孔であり、回転軸１２の外周面部と溶接等により一体に結合される。
【００２３】
複数の永久磁石１４は、円板１３の各磁石取付孔１３ｂに取付けられ、その表裏両面が第１及び第２ステータ２１Ａ、２１Ｂと対向している。ロータ１１に取付けられる永久磁石１４の個数は、モータ１の仕様に応じて変更される。つまり、モータ１には、同じケース３１（サイズ）を用いるものであっても、モータ出力が異なる複数の仕様があり、各仕様毎に永久磁石１４の個数（例えば、８個、１２個、１６個等）が定められている。本実施形態では、永久磁石１４の個数が８個の場合を例示している。
【００２４】
図１及び図４に示すように、第１及び第２ステータ２１Ａ、２１Ｂは、複数のプリント基板２３を積層して構成されている。積層されるプリント基板２３の少なくとも一方側の表面には、複数相（例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電機子コイル２２の一部を形成するプリントコイル２３ａが銅パターンとしてプリントされており、これらのプリントコイル２３ａをプリント基板２３に形成されるスルーホール２３ｂを介して導通させることにより、複数相の電機子コイル２２が３次元で構成される。そして、プリントコイル２３ａ（プリント基板２３）の積層数も、モータ１の仕様に応じて変更される。本実施形態では、プリント基板２３の積層枚数が４個の場合を例示している。
【００２５】
第２ステータ２１Ｂには、電機子コイル２２と軸方向に重なるようにサーチコイル層２４が配置されている。本実施形態のモータ１では、第２ステータ２１Ｂの最も外側の層がサーチコイル層２４となっている。サーチコイル層２４は、プリント基板２３上に周方向に所定の間隔で配置された複数（本実施形態では３つ）のサーチコイル２４ａが銅パターンとしてプリントされている。
【００２６】
本実施形態のサーチコイル２４ａは、例えば、２次元に展開形成された渦巻コイルとして形成されている。そして、通常のモータ駆動制御時には、サーチコイル２４ａに発生する誘起電圧に基づいてロータ１１の回転位置が検出される。また、詳しくは後述するが、モータ１の出荷時には、サーチコイル２４ａに発生する誘起電圧に基づいて電機子コイル２２の制御用パラメータが設定される。
【００２７】
［制御部］
図１に示すように、モータ１の制御部１ｂは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータなどを備えるマイコン５１と、増幅回路及びフィルタ回路を備えて構成され、各サーチコイル２４ａの誘起電圧をマイコン５１に入力する複数の位置検出回路５２と、マイコン５１からの制御指令に応じて各相の電機子コイル２２に通電するモータ駆動回路５３とを備えている。そして、制御部１ｂは、第１及び第２ステータ２１Ａ、２１Ｂに設けられた複数相の電機子コイル２２に、サーチコイル２４ａにより検出されるロータ１１の回転位相に応じた交流電流を流すことにより、ロータ１１の回転に必要な回転磁界を発生させる。
【００２８】
制御部１ｂが備えるモータ部１ａの駆動ソフトは、電機子コイル２２の制御用パラメータ（駆動電流の周波数、最大電流値等）の変更に基づいて、永久磁石１４の個数やプリントコイル２３ａの積層数が異なる複数の仕様に対応したモータ制御を行うことが可能である。また、制御部１ｂのマイコン５１は、サーチコイル２４ａの出力波形に基づいて、永久磁石１４の個数及びプリントコイル２３ａの積層数を自動的に判定する仕様自動判定機能と、該判定結果に基づいて電機子コイル２２の制御用パラメータを自動的に設定するパラメータ自動設定機能とを備えている。以下、両機能について、図６及び図７を参照して説明する。
【００２９】
図６（ａ）の上段に示すように、サーチコイル２４ａの出力波形に基づいて、永久磁石１４の個数及びプリントコイル２３ａの積層数を判定する場合は、各相の電機子コイル２２に対し、仕様判定用の通電パターンで通電を行う。このとき、電機子コイル２２に通電される電流は、ロータ１１を回転させないように、通常のモータ駆動時に通電する電流よりも低く設定される。
【００３０】
各相の電機子コイル２２に対し、仕様判定用の通電パターン（周期ｆ）で通電を行うと、図６（ａ）の下段に示すように、各サーチコイル２４ａの誘起電圧波形が得られる。各サーチコイル２４ａの誘起電圧波形は、通電する電機子コイル２２の近傍における永久磁石１４の有無によって変化するため、各サーチコイル２４ａの誘起電圧波形の差に基づいて、永久磁石１４の位置及び個数を判定することが可能になる。
【００３１】
また、同じ通電パターンであっても、プリントコイル２３ａの積層数によって各サーチコイル２４ａの誘起電圧波形に差が生じるので、誘起電圧波形の高さＨや幅Ｗに基づいて、プリントコイル２３ａの積層数も判定することが可能になる。
【００３２】
そして、永久磁石１４の個数及びプリントコイル２３ａの積層数を判定した後は、予め設定されるパラメータテーブルを参照することにより、永久磁石１４の個数及びプリントコイル２３ａの積層数に適合した電機子コイル２２の制御用パラメータを決定する。
【００３３】
さらに、各サーチコイル２４ａの誘起電圧波形において、永久磁石１４の個数及びプリントコイル２３ａの積層数を判定するための具体的な判定要素について、図６（ｂ）を参照して説明する。図６（ｂ）に示すように、誘起電圧波形の電圧が所定の電圧Ｖ１を超える場合は、誘起電圧波形の電圧Ｖ１レベルにおける時間軸の横幅ｔ１を計測し、誘起電圧波形の電圧が所定の電圧Ｖ２（Ｖ２＞Ｖ１）を超える場合は、誘起電圧波形の電圧Ｖ２レベルにおける時間軸の横幅ｔ２を計測する。また、すべての誘起電圧波形において、その最大電圧Ｖ３を計測するとともに、波形の積分により面積Ｓを求める。
【００３４】
そして、面積Ｓが所定値以上で、且つ、ｔ１、ｔ２が所定値以上の場合、当該信号を出力しているサーチコイル２４ａの近傍に永久磁石１４があると判定し、また、最大電圧Ｖ３が所定値以下、面積Ｓが所定値以上で、且つ、ｔ２＝０の場合、当該信号を出力しているサーチコイル２４ａの近傍には永久磁石１４がないと判定することができる。また、上記の２波形が相互に現れる頻度回数に基づいて、永久磁石１４の個数を推定することが可能であり、さらには、上記の２波形の面積の大きさに基づいて、プリントコイル２３ａの積層数を推定することが可能になる。
【００３５】
図７は、モータ１の制御例を示しており、この図に示すように、制御部１ｂは、起動すると、制御用パラメータが設定済であるか否かを判断する（Ｓ１）。ここで、制御用パラメータが既に設定されていると判断した場合は（Ｓ１：ＹＥＳ）、既に設定されている制御用パラメータに基づき、通常のモータ駆動制御を繰り返し実行する（Ｓ２）。一方、制御用パラメータが設定されていないと判断した場合は（Ｓ１：ＮＯ）、判定用の通電パターンで各相の電機子コイル２２に通電を行いつつ、各サーチコイル２４ａの誘起電圧波形を取得する（Ｓ３）。つぎに、取得した誘起電圧波形に基づいて、永久磁石１４の個数を判定するとともに（Ｓ４）、プリントコイル２３ａの積層数を判定した後（Ｓ５）、パラメータテーブルを参照し、永久磁石１４の個数及びプリントコイル２３ａの積層数に適合する制御用パラメータを設定する（Ｓ６）。その後、制御用パラメータを設定済とし（Ｓ７）、通常のモータ駆動制御に移行する（Ｓ２）。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態のモータ１によれば、予め電機子コイル２２に通電した際のサーチコイル２４ａの出力に基づいて電機子コイル２２の制御用パラメータを設定し、該制御用パラメータに応じてモータ部１ａを制御するので、モータ出力が異なる複数の仕様に適用する場合であっても、その仕様に対応するモータ制御を行うことが可能となる。その結果、各モータ１の制御部１ｂにその仕様に対応する駆動ソフトを個別に書き込む場合に比べ、製造工程の管理やソフトの管理を簡略化し、生産効率を向上させることができる。
【００３７】
また、電機子コイル２２を構成するプリントコイル２３ａの積層数が変わった場合であっても、そのプリントコイル２３ａの仕様に基づく制御用パラメータを使用することができるため、複数のプリントコイル２３ａの仕様に対応してモータ部１ａを制御することが可能となる。
【００３８】
また、ロータ１１に配置される永久磁石１４の個数が変わった場合であっても、その永久磁石１４の個数の仕様に基づく制御用パラメータを使用することができるため、永久磁石１４の個数の異なる複数の仕様に対応してモータ部１ａを制御することが可能となる。
【００３９】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、前記実施形態では、サーチコイル２４ａの個数を３つとしているが、サーチコイル２４ａの個数を３つ以上（例えば、６個、１２個等）としてもよい。この場合、永久磁石１４の個数やプリントコイル２３ａの積層数の判定精度を上げることが可能となる。
【符号の説明】
【００４０】
１      モータ
１ａ    モータ部
１ｂ    制御部
１１    ロータ
１４    永久磁石（磁石）
２１Ａ  第１ステータ
２１Ｂ  第２ステータ
２２    電機子コイル
２３ａ  プリントコイル
２４    サーチコイル層
２４ａ  サーチコイル
【図１】
2017050960.tif 000003
【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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