JP2001045788A - ブラシレスモータおよびその回転制御方法 - Google Patents

ブラシレスモータおよびその回転制御方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】ロータマグネットの回転位置検出用の位置セン
サの取付位置のばらつきや取付精度の影響を受けること
なく、精度のよい回転制御が可能なブラシレスモータお
よびその回転制御方法を提供する。 【解決手段】ロータマグネットと、ステータコイルと、
前記ロータマグネットの回転位置を検出するための複数
個の位置センサと、前記位置センサで検出したロータ位
置に応じて前記ステータコイルへの通電を切り替える駆
動回路とを有するブラシレスモータにおいて、前記駆動
回路が複数個の位置センサの特定の１つから出力される
ロータ位置信号のみに基づいてステータコイルへの通電
を切替えるようにした。

Description

【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お
よびその回転制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ブラシレスモータは、基本的には、ロー
タマグネットと、ステータコイルと、ロータマグネット
の回転位置を検出するための位置センサ（多くの場合ホ
ール素子が用いられている）と、位置センサで検出した
ロータ位置に応じてステータコイルへの通電を順次切り
替える駆動回路とにより構成されており、ステータコイ
ルにより生成される磁界とロータマグネットとの間に生
じる磁気力によりロータマグネットが連続回転する。通
常、位置センサはモータの相数に関連し配列や構成もそ
れに応じて変わってゆく。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところでブラシレスモ
ータが小型になると、プリント基板上に位置センサを許
容誤差の範囲内で精度よく配列することが製作上困難に
なるために、位置センサから得られるロータマグネット
の位置信号に基づく駆動制御はモータの回転むらやコギ
ング現象の原因になる。この問題はモータが小型になる
ほどまた極数が多くなるほど深刻になる。
【０００４】本発明は、ロータマグネットの回転位置検
出用の位置センサのプリント基板への取り付け精度や素
子のパッケージ内での位置精度の影響を受けることな
く、精度のよい回転制御が可能なブラシレスモータおよ
びその回転制御方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、ロータマグネットと、ステータコイル
と、前記ロータマグネットの回転位置を検出するための
複数個の位置センサと、前記位置センサにより検出した
ロータ位置に応じて前記ステータコイルへの通電を切り
替える駆動回路とを有するブラシレスモータにおいて、
前記位置センサの特定の１つから出力されるロータ位置
信号のみに基づいてステータコイルへの通電を切替える
ように構成した。
【０００６】本発明においては、位置センサの特定の１
つから出力されるロータ位置信号のみに基づいて、他の
位置センサから出力するロータ位置信号の整数倍高い周
波数でステータコイルへの通電を切替えるようにした。
【０００７】また本発明においては、モータの始動直後
において、複数の位置センサから出力するロータ位置信
号に基づいてモータの回転方向を検出する。
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照して説
明する。
【０００８】図１は本発明を適用するブラシレスモータ
の一例としてのアウタロータ形３相ブラシレスモータの
断面図である。ロータマグネットの位置を検出するため
の位置センサとしてホール素子を用いた例である。
【０００９】ブラシレスモータ１００は、プリント基板
１０上に非磁性材料の円筒１１を取り付け、この円筒１
１の外側にはステータコイル１２が取り付けられてい
る。一方、ステータコイル１２を外側で包むように椀状
のロータケース１３が設けられ、その中心には回転軸１
４が固定され、この回転軸１４は円筒１１の内部上下に
設けられた軸受１５ａ、１５ｂで回転自在に軸受されて
いる。
【００１０】ロータケース１３の内周面には永久磁石か
ら成るＮ、Ｓが交互に配列された永久磁石１６がステー
タコイル１２とわずかな間隙を隔てて配置されている。
またロータケース１３の下端縁には扁平なリング１７が
固定され、そのリング１７の下面（プリント基板１０に
対向する面）には異なる磁極Ｎ、Ｓが交互に配列された
２列の磁気リング２０、２１が取り付けられている。磁
気リング２０と２１の磁極の配列密度は図３を参照して
後述するように異なっている。
【００１１】一方、プリント基板１０上には外側の磁気
リング２０に対向して１個のホール素子Ｈ１が、また内
側の磁気リング２１に対向して２個のホール素子Ｈ２、
Ｈ３が１２０度で離間配置されている。このことについ
ては図２を参照して後述する。
【００１２】図２は図１に示したブラシレスモータのＡ
−Ａ線に沿ってプリント基板１０上を見た図であり、図
３は図１におけるＢ−Ｂ線に沿って上向きに見た図であ
り、ステータコイル１２は省略してある。
【００１３】図２はプリント基板１０上の３つのホール
素子の位置を示しており、ロータケース１３の回転軸１
４の中心から半径Ｒ１の円上に機械角で１２０度の間隔
で２個のホール素子Ｈ２とＨ３が配列され、同じく回転
軸１４の中心から半径Ｒ２（Ｒ２>Ｒ１）の円上に１個
のホール素子Ｈ１が配置されている。
【００１４】一方、図３からわかるように、リング１７
の下面に設けられた磁気リング２０、２１はいずれも磁
極Ｎ、Ｓが交互に配列された磁極群から成るが、外側の
磁気リング２０は６組のＮ、Ｓ磁極群から成り、内側の
磁気リング２１は２組のＮ、Ｓ磁極群から成り、磁気リ
ング２０は磁気リング２１より磁極群の配列が３倍の密
度になっている。
【００１５】図４（ａ）、（b）、（ｃ）は、ホール素
子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３から出力するアナログの位置信号を
波形整形して得られる２値のロータ位置信号（たとえば
ハイレベルのときＮ極、ローレベルのときＳ極である）
を示すタイミングチャートで、ホール素子Ｈ１から得ら
れるロータ位置信号はホール素子Ｈ２、Ｈ３から得られ
るロータ位置信号の３倍の周波数を有する。それは、ホ
ール素子Ｈ１が磁気リング２１の３倍の磁極密度を有す
る磁気リング２０に対向して配置されているのに対し
て、ホール素子Ｈ２、Ｈ３は磁気リング２１に対向して
配置されているからである。
【００１６】図５はホール素子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３から得
られるロータ位置信号に基づいて作られたコード表であ
り、３ビットでコード化されている。
【００１７】図６はブラシレスモータ１００の駆動回路
を示すブロック線図である。
【００１８】制御回路３０は、ブラシレスモータ１００
のホール素子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３から出力するアナログの
ロータ位置信号を波形整形する波形整形回路と、波形整
形された位置信号をコード化する論理回路を含み、この
コード化された信号に基づいてモータの回転方向を判断
する。通電切替回路３１は６個のパワートランジスタ３
１ａ〜３１ｆで構成され、そのオン、オフが制御回路３
０からの駆動制御信号（たとえばＰＷＭ駆動制御の場合
はパルス幅が変調されたパルス信号）により切替えられ
てブラシレスモータ１００のステータコイル１２に供給
する電流を切替えるようになっている。３２はブラシレ
スモータ１００の駆動用直流電源である。
【００１９】次に本発明によるブラシレスモータの動作
について説明する。
【００２０】ブラシレスモータが始動する前の停止状態
では、ホール素子Ｈ１は外側の磁気リング２０のいずれ
かの磁極と対向し、ホール素子Ｈ２、Ｈ３は内側の磁気
リング２１のいずれかの磁極と対向している。モータ停
止状態におけるロータ位置信号から生成したコードがた
とえば図５のコード表におけるＸ１の状態とする。
【００２１】いま制御回路３０から駆動制御信号が出力
され、これにより通電切替回路３１のパワートランジス
タ３１ａ〜３１ｆが順次オンされ、ステータコイル１２
に順次通電されてロータケース１３が一方向に回転し始
めたとすると、ロータケース１３が最大３０度回転する
うちにホール素子Ｈ１の出力信号は反転するので、ホー
ル素子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３から出力するロータ位置信号に
基づいて生成される３ビットのコードは変化し、たとえ
ば図５のＸ２の状態になる。ロータケース１３が回転す
るにつれて、ホール素子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３から出力する
ロータ位置信号の状態が順次変化していくので、生成さ
れるコードも変化していく。制御回路３０では、こうし
て生成されるコードのパターンを予め定めた基準コード
パターンと比較し、両者が同じであればその回転方向が
予期した方向（たとえばＣＣＷ）であると判断する。
【００２２】回転方向の判断ができた段階（これはモー
タの始動直後の極めて短い時点である）で、制御回路３
０はモータの回転制御を特定のホール素子であるホール
素子Ｈ１から出力するロータ位置信号だけによる回転制
御に切替える。
【００２３】すなわち制御回路３０はホール素子Ｈ１の
出力信号だけに基づいて駆動制御信号（たとえば所定の
時間間隔で所定時間持続するパルス信号の繰り返し）を
生成し、その駆動制御信号により通電切替回路３１のパ
ワートランジスタ３１ａ〜３１ｆを順次切替えてオンす
る。ホール素子Ｈ１の出力信号の周波数はホール素子Ｈ
２、Ｈ３の出力信号の周波数の３倍となっているので、
パワートランジスタ３１ａ〜３１ｆを順次オンするタイ
ミング（たとえばＰＷＭ駆動制御の場合はパルス信号の
周期）は３個のホール素子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３すべての出
力信号を用いて駆動制御する際のタイミングと同じにな
る。
【００２４】このように本発明では特定の１つのホール
素子Ｈ１の出力信号だけに基づいてモータの駆動制御信
号を生成しているので、他のホール素子Ｈ２やＨ３の影
響、特にプリント基板１０上におけるホール素子の取付
位置のずれや取付精度のばらつきあるいは素子のパッケ
ージ内の位置精度の影響を全く受けることがなく、精度
の高い回転制御が可能となる。
【００２５】ホール素子Ｈ１の出力信号だけに基づく回
転制御は、モータ始動直後にモータの回転方向が確認で
きてから停止に至るまでの間を通して行うことができ
る。モータ始動前の状態においては、すべてのホール素
子の出力信号を検出できる状態になっていることが必要
である。なお、モータ始動後の加速制御や減速制御は従
来知られている方法で行われる。
【００２６】上記実施の形態においては３相アウタロ−
タ形ブラシレスモータを例示したが、相数が異なる場合
は、配列や構成もそれに応じて変わる。またモータの極
数は特に問題にすることなく本発明を適用することがで
きる。インナロータ形ブラシレスモータにももちろん適
用することができる。また、モータに設けられる複数個
のホール素子のうちの特定の１つのホール素子から得ら
れるロータ位置信号の周波数を他のホール素子から得ら
れるロータ位置信号の周波数の整数倍とする手段とし
て、上記実施の形態で用いた磁気配列密度の異なる磁気
リングの他に、前もって定めた１つのホール素子の出力
信号の周波数だけを逓倍する周波数逓倍器を用いると
か、デジタルスイッチを用いてもよい。
【００２７】磁極配列の異なる磁気リングは磁性材料へ
の着磁により実現することもできる。磁気リングは１個
または２個で形成してもよい。またモータ始動直後のモ
ータ回転方向の確認は、回転につれて生成されるコード
パターンを所定数個のコード分について順次基準パター
ンと比較して行ってもよいし、始動後の所定時間に亘り
両者を比較して行ってもよい。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、ブラシレスモータに設けられるロータ位置検出用の
複数個の位置センサのうちの特定の１つの位置センサか
らの位置信号に基づいてステータコイルへの通電を切替
えて回転制御するようにしたので、モータの回転制御に
当たり位置センサの取付位置のばらつきや取付け精度の
影響を受けることがなくなり、精度の高い回転制御が可
能になる。この点は小型モータ、特に極度に小型化され
たモータや極数の多い小型モータにとって有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるブラシレスモータの一例の軸断面
図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿って見た基板上のホール素
子を示す平面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿って上方を見た図である。
【図４】（ａ）、（b）、（ｃ）はそれぞれホール素子
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３から出力するロータ位置信号を波形整
形して示すタイミングチャートである。
【図５】波形整形されたロータ位置信号から生成された
コード表を示す。
【図６】図１に示したブラシレスモータの駆動回路のブ
ロック線図を示す。
【符号の説明】
１０ プリント基板 １２ ステータコイル １３ ロータケース １４ 回転軸 １５ａ、１５b 軸受 １６ 永久磁石 １７ リング ２０、２１ 磁気リング ３０ 制御回路 ３１ 通電切替回路 ３２ 直流電源 Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３ ホール素子

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ロータマグネットと、ステータコイル
    と、前記ロータマグネットの回転位置を検出するための
    複数個の位置センサと、前記位置センサにより検出した
    ロータ位置に応じて前記ステータコイルへの通電を切り
    替える駆動回路とを有するブラシレスモータにおいて、
    前記駆動回路が始動後前記複数個の位置センサの特定の
    １つから出力されるロータ位置信号のみに基づいてステ
    ータコイルへの通電を切替えるように該駆動回路を制御
    する制御回路を設けたことを特徴とするブラシレスモー
    タ。
  2. 【請求項２】 位置センサの前記特定の１つから出力さ
    れるロータ位置信号の周波数が他の位置センサから出力
    されるロータ位置信号の周波数のＮ（正の整数）倍大き
    い請求項１に記載のブラシレスモータ。
  3. 【請求項３】 前記Ｎがモータの相数に等しい請求項２
    に記載のブラシレスモータ。
  4. 【請求項４】 前記ロータマグネットは前記位置センサ
    との対向部に磁極配列密度が異なる２列の磁気リングを
    有し、前記ステータコイルへの通電の切替えに用いられ
    る前記特定の１つの位置センサが磁気配列密度の大きい
    方の磁気リングに対向して配置された請求項１または２
    に記載のブラシレスモータ。
  5. 【請求項５】 前記制御回路が前記特定の１つの位置セ
    ンサから出力されるロータ位置信号の周波数を逓倍する
    周波数逓倍器を有し、前記駆動回路が該周波数逓倍器に
    より周波数が逓倍された信号に基づいてステータコイル
    への通電を切替えるようにした請求項１に記載のブラシ
    レスモータ。
  6. 【請求項６】 前記位置センサの特定の１つから出力さ
    れるロータ位置信号のみに基づくステータコイルへの通
    電切替えに先立ち、前記複数の位置センサから出力する
    ロータ位置信号に基づいてモータの回転方向を検出する
    請求項１ないし５のいずれか１項に記載のブラシレスモ
    ータ。
  7. 【請求項７】 ロータマグネットと、ステータコイル
    と、前記ロータマグネットの回転位置を検出するための
    複数個の位置センサと、前記位置センサで検出したロー
    タ位置に応じて前記ステータコイルへの通電を切り替え
    る駆動回路とを有するブラシレスモータの回転制御方法
    において、前記駆動回路が、始動後前記位置センサの特
    定の１つから出力されるロータ位置信号のみに基づい
    て、他の位置センサから出力するロータ位置信号の整数
    倍高い周波数でステータコイルへの通電を切替えるよう
    にしたことを特徴とするブラシレスモータの回転制御方
    法。
  8. 【請求項８】 前記複数の位置センサから出力するロー
    タ位置信号に基づいてモータの回転方向を検出した後、
    前記位置センサの特定の１つから出力されるロータ位置
    信号のみに基づいてステータコイルへの通電を切替える
    請求項７に記載のブラシレスモータの回転制御方法。
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