JP2004201456A - ブラシレスモータ及びブラシレスモータ制御方法 - Google Patents

ブラシレスモータ及びブラシレスモータ制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】加減速が頻繁に行われるブラシレスモータにて低コストでスムーズなオーバーラップ通電を実現しトルクリップルの低減を図る。
【解決手段】ロータ永久磁石の2倍の磁極数を有するセンサマグネットを設け、その磁気を第1センサの3個のホールセンサHa,Hb,Hcにて検知する。ロータ永久磁石の磁気は第2センサのホールセンサHxにて検知する。ホールセンサHa,Hb,Hcの出力信号に基づいて形成される6個×2組の制御ステージ(1)〜(6)を、ホールセンサHxの出力信号によって12個の制御ステージ(1)〜(12)に分別する。ホールセンサHa,Hb,Hc・Hxの検出結果に基づき、ロータ回転位置を検出して同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行いオーバーラップ通電を行う。
【選択図】 図4

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスモータ及びその制御方法に関し、特に、電動パワーステアリング装置や電子制御式スロットル弁装置に使用されるブラシレスモータに適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、電動パワーステアリング装置やエンジンの電子制御式スロットル弁装置等に使用されるブラシレスモータでは、トルクリップルが操舵フィーリングや弁の応答性に影響を及ぼすため、その低減が求められている。このため、これらのモータでは、ロータ回転位置をレゾルバを用いて精密に検出しつつ、正弦波駆動を行うなどしてトルクリップルの少ない滑らかな回転を実現している。ところが、レゾルバを用いるとそれ自身が高価である上に、その出力信号をデジタル信号に変換するR/D変換器も必要となり、システムが高価格となる。そこで、コスト削減を図るべく、ホール素子等の磁気検出素子を用いてロータ回転位置を検出しつつ、いわゆるオーバーラップ通電を行ってトルクリップルを低減する方式も多く採用されている。
【0003】
このオーバーラップ通電では、例えば、3相のモータにおいて120°矩形波駆動を行いつつ、+方向又は−方向に励磁された相を重複形成しつつ転流を行う。そこでは、例えばU相とV相を切り替える場合、転流時に両相を同時に同極性(+又は−)に通電する時間が設けられる。すなわち、U相の+方向の通電を停止する以前にV相の+方向の通電を開始し、隣接する2相を重複して同極性に励磁しつつ、U相からV相への転流が行われる。オーバーラップ通電では、次相の通電タイミングによりオーバーラップ量が決まり、磁気検出素子にて得たロータ位置情報に基づき、タイマやソフトウエアによるロータ位置推定等により次相の通電タイミングが決定される。
【0004】
【特許文献1】特願2002-70348号
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電動パワーステアリング装置や電子制御式スロットル弁装置では、ステアリング操作やスロットルバルブ開閉動作に伴いモータの正逆転が激しく入れ替わり、また、その加速度の変化も非常に大きい。さらに、ステアリング操作やアクセル操作は個人差が大きく、急ハンドルや急加速なども行われるため、モータの駆動状態を予測することが難しい。このため、ロータ推定位置の誤差が大きくなり、適切な通電タイミングにてオーバーラップ通電を行うことが難しく、トルクリップルを効果的に低減できないという問題があった。
【0006】
一方、電動パワーステアリング装置や電子制御式スロットル弁装置では、急激な変化がある一方、高速道路走行時等、ステアリング操作やスロットルバルブ開閉動作がきわめて緩やかにしか変化しない状態も存在する。このような極低速状態の場合も、急加速時と同様にロータ推定位置に誤差が生じ易く、オーバーラップ通電による制御をスムーズに行うことが難しい。
【0007】
すなわち、オーバーラップ通電は、回転方向や回転数、加速度等の変化が一定のモータには有効であるが、それらが激しく変化する一方で、極低速状態も存在するような使用環境の厳しいモータには不向きである。従って、電動パワーステアリング装置や電子制御式スロットル弁装置のモータでは、高価ではあるもののレゾルバ等を使用せざるを得ず、コストアップの要因となるという問題があった。
【0008】
本発明の目的は、極低速状態がある上に加減速も頻繁に行われるブラシレスモータにおいて低コストでスムーズなオーバーラップ通電を行いトルクリップルの低減を図ることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明のブラシレスモータは、複数相のコイルを備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配設されたロータとを有してなるブラシレスモータであって、前記永久磁石の磁極数に対し2以上の整数倍の磁極数を有し、前記ロータと共に回転するセンサマグネットと、前記ステータ側に配置され、前記センサマグネットの磁気を検知する複数の磁気検出素子からなる第1センサと、前記ステータ側に配置され、前記永久磁石の磁気を検知する1個又は2個以上の磁気検出素子からなる第2センサと、前記第1センサの出力信号の状態に基づいて形成される制御ステージを前記第2センサの出力信号の状態によって分別し、前記分別された制御ステージに基づいて前記ロータの回転位置検出を行う回転位置検出手段と、前記ロータの回転位置検出結果に基づき前記コイルを励磁し、同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行う通電制御手段とを有することを特徴とする。
【0010】
本発明にあっては、ロータ永久磁石の整数倍の磁極数を有するセンサマグネットを設け、その磁気を第1センサにて検知すると共に、ロータ永久磁石の磁気を第2センサにて検知し、それらの検出結果に基づき、第1センサの出力信号の状態に基づいて形成される制御ステージを、第2センサの出力信号の状態によって分別してロータ回転位置を検出して同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行うようにしたので、センサ数の増加を最小限に抑えつつ、制御ステージを倍増させた状態で推定動作のないオーバーラップ通電を行うことができる。このため、レゾルバやR/D変換器を用いることなく、最小限のセンサによって使用環境の厳しいブラシレスモータにおいてもオーバーラップ通電を採用することができ、トルクリップル低減を図りつつ製品コストの削減が可能となる。
【0011】
前記ブラシレスモータにおいて、3相のコイルと2極の永久磁石を設けると共に、前記センサマグネットに4個の磁極を形成し、前記第1センサに3個の磁気検出素子、前記第2センサに1個の磁気検出素子をそれぞれ設け、前記回転位置検出手段が、前記第1センサの出力信号によって前記ロータの電気角1周期毎に得られる6個2組の制御ステージを、前記第2センサの出力信号によって12個の制御ステージに分別するようにしても良い。
【0012】
また、本発明の他のブラシレスモータは、複数相のコイルを備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配設されたロータとを有してなるブラシレスモータであって、前記永久磁石の磁極数に対し2以上の整数倍の磁極数を有する第1着磁部と、前記永久磁石と同様に着磁された第2着磁部とを備え、前記ロータと共に回転するセンサマグネットと、前記ステータ側に配置され、前記第1着磁部の磁気を検知する複数の磁気検出素子からなる第1センサと、前記ステータ側に配置され、前記第2着磁部の磁気を検知する1個又は2個以上の磁気検出素子からなる第2センサと、前記第1センサの出力信号の状態に基づいて形成される制御ステージを前記第2センサの出力信号の状態によって分別し、前記分別された制御ステージに基づいて前記ロータの回転位置検出を行う回転位置検出手段と、前記ロータの回転位置検出結果に基づき前記コイルを励磁し、同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行う通電制御手段とを有することを特徴とする。
【0013】
本発明にあっては、ロータ永久磁石の磁極数の整数倍の磁極数を有する第1着磁部と、ロータ永久磁石と同様に着磁された第2着磁部とを備えたセンサマグネットを設け、第1着磁部の磁気を第1センサにて検知すると共に、第2着磁部の磁気を第2センサにて検知し、それらの検出結果に基づき、第1センサの出力信号の状態に基づいて形成される制御ステージを、第2センサの出力信号の状態によって分別してロータ回転位置を検出して同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行うようにしたので、センサ数の増加を最小限に抑えつつ、制御ステージを倍増させた状態で推定動作のないオーバーラップ通電を行うことができる。このため、レゾルバやR/D変換器を用いることなく、最小限のセンサによって使用環境の厳しいブラシレスモータにおいてもオーバーラップ通電を採用することができ、トルクリップル低減を図りつつ製品コストの削減が可能となる。
【0014】
前記ブラシレスモータにおいて、3相のコイルと2極の永久磁石を設けると共に、前記第1着磁部に4個の磁極を形成し、前記第1センサに3個の磁気検出素子、前記第2センサに1個の磁気検出素子をそれぞれ設け、前記回転位置検出手段が、前記第1センサの出力信号によって前記ロータの電気角1周期毎に得られる6個2組の制御ステージを、前記第2センサの出力信号によって12個の制御ステージに分別するようにしても良い。
【0015】
一方、本発明のブラシレスモータの制御方法は、複数相のコイルを備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配設されたロータとを有してなるブラシレスモータの制御方法であって、前記永久磁石の磁極数に対し2以上の整数倍の磁極数を有し前記ロータと共に回転するセンサマグネットの磁気を、前記ステータ側に配置された複数の磁気検出素子からなる第1センサによって検知し、前記永久磁石の磁気を前記ステータ側に配置された1個又は2個以上の磁気検出素子からなる第2センサによって検知し、前記第1センサの出力信号の状態に基づいて形成される制御ステージを前記第2センサの出力信号の状態によって分別し、前記分別された制御ステージに基づいて前記ロータの回転位置検出を行い、この回転位置検出結果に基づき前記コイルを励磁して同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行うことを特徴とする。
【0016】
また、本発明の他のブラシレスモータの制御方法は、複数相のコイルを備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配設されたロータとを有してなるブラシレスモータの制御方法であって、前記永久磁石の磁極数に対し2以上の整数倍の磁極数を有する第1着磁部と、前記永久磁石と同様に着磁された第2着磁部とを備え、前記ロータと共に回転するセンサマグネットにおける前記第1着磁部の磁気を、前記ステータ側に配置された複数の磁気検出素子からなる第1センサによって検知し、前記第2着磁部の磁気を前記ステータ側に配置された1個又は2個以上の磁気検出素子からなる第2センサによって検知し、前記第1センサの出力信号の状態に基づいて形成される制御ステージを前記第2センサの出力信号の状態によって分別し、前記分別された制御ステージに基づいて前記ロータの回転位置検出を行い、この回転位置検出結果に基づき前記コイルを励磁して同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行うことを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の実施の形態1であるブラシレスモータ1(以下、モータ1と略記する)の構成を示す説明図である。当該モータ1は、電動パワーステアリング装置の駆動源として使用され、図1に示すように、ロータマグネット2(永久磁石、以下、マグネット2と略記する)を備えたロータ3の周囲にステータ4を配したインナーロータ型の装置構成となっている。そして、運転者がハンドルを操作すると操舵角や走行速度等に従ってモータ1が制御駆動され、図示しない減速ギアを介してステアリングコラム軸に対し操舵補助力が供給されるようになっている。
【0018】
ロータ3は、金属製のシャフト5に取り付けられたロータコア6と、ロータコア6の外周に固定された2極のマグネット2とから構成されている。マグネット2はフェライト磁石からなる2個のセグメントに180°ずつ分割形成されている。ステータ4は、ハウジング7と、ハウジング7の内周側に固定されたステータコア8と、ステータコア8に巻装されたコイル9とから構成されている。図2は、ステータコア8の構成を示す説明図である。ステータコア8には内周側に複数個のティース11が突設され、そこに導線が分布巻又は集中巻にて巻回されコイル9が形成される。コイル9は、U,V,Wの3相の巻線を形成している。
【0019】
ティース11の先端部11aには補助溝12が2本形成されている。補助溝12は、マグネット2とティース11先端部との間に形成されるエアギャップに臨んで開口し、径方向に向かって凹設されている。補助溝12によってティース11の先端部11aは三股形状となり、サブティース13が3個形成される。補助溝12の中心位置O1は、ティース基部11bの周方向端面Pと同じ位置若しくは周方向端面Pからティース11の幅WTの1/8の位置の間に配置される。この端面Pの延長位置は、先端部11aにおいて磁束密度が高い部分であり、ここに補助溝12を設けることにより電機子反作用磁束の磁路抵抗が大きくなる。従って、電機子反作用磁束がティース11内を流れにくくなり、電機子反作用の影響を低減することが可能となる。
【0020】
電機子反作用の影響が低減すると、減磁が抑えられ主磁束の減少による出力低下を防止できる。また、進角なし(0°)の状態で使用することが可能となり、しかも、トルク変動や振動も抑えられる。特に、EPS用モータのように正逆回転するものは機械的な進角設定が難しく、複雑な制御によって進角を実現しているが、モータ1ではかかる制御も必要なく、制御形態を簡素化しCPUの負担を軽減することが可能となる。
【0021】
また、補助溝12の幅WAはスロット14の幅WSと同幅又はWSよりもやや広くになっており、隣接するティース11との間で、サブティース13が周方向に沿って等間隔又はほぼ等間隔に並ぶ。すなわち、補助溝12によりステータコア8のスロット数が擬似的に増加する形となり、コギングの低減が図られると共に、インダクタンスや電機子反作用も低減する。なお、補助溝12及びスロット14はスキュー角20°にて1/2スロット分スキューされて設けられている。
【0022】
ロータ3にはさらにセンサマグネット15が固定されている。センサマグネット15は、マグネット2の2倍(N=2)の磁極数、すなわち4極に着磁されている。4極の磁極は90°ずつ等分に形成されており、例えばマグネット2のN極部分(180°)に対応してN極(90°)とS極(90°)が来るように配置されている。
【0023】
ハウジング7内には、マグネット2の磁極の変化を捉える第1センサ16と、センサマグネット15の磁極の変化を捉える第2センサ17が配設されている。第1センサ16は、3個のホールセンサ(磁気検出素子)Ha,Hb,Hcから構成される。第2センサ17は、1個のホールセンサ(磁気検出素子)Hxから構成される。図3は、ホールセンサHa,Hb,Hc・Hxの配置を示す説明図である。図3に示すように、第1センサ16では、ホールセンサHa,Hb,Hcが等分に120°間隔にて配置されている。一方、第2センサ17のホールセンサHxは、ホールセンサHaと15°ずれた位置に基板18を挟んで背中合わせに配置されている。
【0024】
ホールセンサHa,Hb,Hc・Hxの検出信号はコントローラ19に送られる。コントローラ19は、ホールセンサHa,Hb,Hc・Hxの検出信号からロータ3の回転位置を検出する回転位置検出手段、及び、ロータ3の回転位置検出結果に基づきコイル9を励磁し、同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行う通電制御手段として機能する。すなわち、コントローラ19によりホールセンサHa,Hb,Hc・Hxの検出信号に基づいてコイル9への電流が適宜切り替えられ、ロータ3を回転駆動させる回転磁界が形成される。
【0025】
図4は、第1センサ16と第2センサ17を図3のように配置した場合におけるモータ1の駆動制御形態を示すタイムチャートであり、上段はホールセンサHa,Hb,Hc・Hxの信号出力、下段はコイル9に対する印加電圧波形を示している。なお、図4は、図3においてロータが矢示Y方向に回転する場合を示している。
【0026】
モータ1では、ロータ3が回転すると、第1センサ16の3個のホールセンサHa,Hb,Hcと第2センサ17のホールセンサHxから合計4個の信号が得られる。第1センサ16では、ホールセンサHa(以下、各ホールセンサはHaのように符号のみにて示す)がHIとなった後ロータ3が図2において半時計回りに30°回転するとHcがLOとなり、さらに30°回転すると今度はHbがHIとなる。センサマグネット15は4極構成のため、Ha,Hb,Hcの信号は、図4に示すように、ロータ1回転に当たり同じパターンを2回繰り返し、立ち上がりが2回、立ち下がりが2回出現する。そこで、Ha,Hb,HcがHI又はLOとなる時点を区切りとすると、第1センサ16の出力信号は、図4に示した(1)〜(6)の6個×2組の制御ステージ(以下、ステージと略記する)に分割される。
【0027】
一方、第2センサ17では、HxがHIとなった後ロータ3が図2において半時計回りに180°回転するとマグネット2の極性が変わりHxがLOとなる。さらに180°回転すると元に戻りHxがHIとなる。HxのHIとLOの切り替わりは、図4に示すように、Ha,Hb,Hc信号の2組のステージの切り替わりと対応する。Ha,Hb,Hc信号の前半の(1)〜(6)のステージはHx=HIに対応し、Ha,Hb,Hc信号の後半の(1)〜(6)のステージはHx=LOに対応する。図5は、Ha,Hb,Hc信号とHx信号の関係を示す表であり、HIを1,LOを0にて示したいる。図4,5から分かるように、Ha,Hb,Hc信号をHxの状態と合わせて判定すると、ロータ電気角1周期は12のステージに分割できる。
【0028】
なお、Hxの位置は図3のようにHaから15°ずれた位置には限られず、例えば、Hbから5°ずれた位置など、Ha,Hb,Hc信号を2組に分別できる位置であれば何れの場所でも良い。但し、センシングの容易性から、Ha,Hb,Hc信号のHI/LO切り替え位置、すなわち、Ha,Hb,Hcと同じ位置は避ける方が好ましい。また、Hxの波形がHI・LO逆の場合も同様に12ステージに分割可能である。
【0029】
このようなセンサを有するモータ1では、各相のコイル9は、150°正方向通電→30°非通電→150°負方向通電→30°非通電を繰り返し、図4に示すように、通電時間の始期と終期が他相と重複している。つまり、モータ1では、前述のオーバーラップ通電が実施されている。そこで、次にこのようなモータ1の制御形態について図4を参照しつつ説明する。
【0030】
まず、センサマグネット15のN極がHaにかかりHaがHIとなると、U相が+通電される。この際、W相では、図4に示すように、Hb→HIに伴う+通電が継続されており、W相からU相への切り替えに際しオーバーラップ通電が行われる。このような同極性の重複通電状態はセンサマグネット15のN極が30°回転してHcがLOとなるまで続けられる(ステージ(1))。ステージ(1)(2)ではV相のみが−通電状態にあり、ステージ(1)においてはU,W相が+通電、V相が−通電の状態、ステージ(2)においてはU相が+通電、V相が−通電の状態となる。
【0031】
さらにセンサマグネット15が回転してステージ(3)となると、HbがHIとなりW相が−通電される。この際、V相の−通電は継続されており、−のオーバーラップ通電はHaがLOとなるまで続けられる。HaがLOとなってV相が非通電状態となりステージ(4)に入ると、U相が+通電、W相が−通電の状態となる。HcがHIとなりステージ(5)に進むとV相が+通電される。このときU相の+通電は継続されており、+のオーバーラップ通電はHbがLOとなるまで続けられる。HbがLOとなるとU相は非通電状態となり、V相が+通電、W相が−通電の状態となって(ステージ(6))、+通電の相がU相からV相に切り替えられる。
【0032】
このようにしてステージ(1)〜(6)が終了するとステージ(7)に移行する。ステージ(7)ではHaがHIとなり、第1センサ16の状況はステージ(1)と同様となる。すなわち、Ha,Hb,Hc信号はロータ電気角1周期で同一パターンを2回繰り返し、これを見るだけではロータ回転角は特定できない。ところが、Hx信号は前述のようにロータ電気角半周期で変化することから、両信号を合わせて見ることにより、同一パターンの2組を別個に取り扱うことが可能となる。従って、Ha,Hb,Hc信号とHx信号により、ロータ3の回転角を特定することができる。つまり、ステージ(1)とステージ(7)はHxのHI/LOによって区別され、「Ha=HI,Hx=HI」の場合にはステージ(1)、「Ha=HI,Hx=LO」の場合にはステージ(7)、と判断される。
【0033】
そして、ステージ(7)では、HaがHIとなるのに伴って、U相が−通電される。この際、W相の−通電は継続されており、−のオーバーラップ通電はHcがLOとなるまで続けられる。以下、同様にして各ホールセンサHa,Hb,HcのHI/LOに伴い、Hxを参照しつつ現ステージが判定されて各相の通電状態が切り替えられロータ3が回転する。
【0034】
このようにモータ1では、奇数番号のステージにてオーバーラップ通電が行われ、相の切り替え、すなわち転流が実施される。従って、転流が急激に行われず、相の切り替わりがスムーズとなりトルクリップルの低減が図られる。しかも、3相ブラシレスモータの駆動に際し通常使用される3個のホールセンサに加えて、ホールセンサを1個加えただけで、通常6ステージしかない制御形態を、推定を加えることなく12ステージとすることができる。従って、センサ数の増加を最小限に抑えつつ、ロータ位置検出精度を向上させることができ、電動パワーステアリング装置のような正逆転が激しく入れ替わり、加速度の変化も非常に大きい環境においても、オーバーラップ通電を採用することができる。このため、電動パワーステアリング装置等においてもレゾルバやR/D変換器を用いることなく、しかもホールセンサを1個追加するだけでブラシレスモータのオーバラップ駆動制御が可能となり、製品コストの削減が可能となる。
【0035】
(実施の形態2)
図6は本発明の実施の形態2であるブラシレスモータ21(以下、モータ21と略記する)の構成を示す説明図、図7は図6のモータ21に使用するセンサマグネット22の構成を示す説明図である。なお、実施の形態1のモータ1と同様の部材、部分については同一の符号を付しその説明は省略する。
【0036】
モータ21の基本構成は先のモータ1と同様であり、そこで使用されるセンサマグネット22の形態と第1及び第2センサ16,17の配置がモータ1と異なっている。センサマグネット22は、図6,6に示すように、軸方向に2層構造となっている。センサマグネット22の図6,6において左側の面はマグネット2の2倍の磁極数、すなわち4極に着磁された第1着磁部22aとなっている。第1着磁部22aは、先のセンサマグネット15と同様、4極の磁極が90°ずつ等分に着磁されている。一方、センサマグネット22の右側の面は、マグネット2と同一パターンに着磁された第2着磁部22bとなっている。第1着磁部22aでは、この第2着磁部22bの各磁極を半分に分割した形でN極とS極が配置されている。
【0037】
センサマグネット22の両側には、第1センサ16と第2センサ17がそれぞれ配置されている。第1着磁部22a側には、第1センサ16が第1着磁部22aと対向配置されている。第1センサ16は、3個のホールセンサHa,Hb,Hcから構成されている。第2着磁部22b側には、第2センサ17が第2着磁部22bと対向配置されている。第2センサ17は、1個のホールセンサHxから構成されている。
【0038】
このような構成を有するモータ21においても、実施の形態1モータ1と同様に、ロータ3が回転すると、Ha,Hb,Hc及びHxから合計4個の信号が得られる。この場合、第2着磁部22bはマグネット2と同一形態に着磁されているため、Hx信号はロータ3が180°回転する毎に極性がHIとLOに変化する。そこで、実施の形態1と同様に、このHx信号とHa,Hb,Hc信号を組み合わせることにより、ロータ電気角1周期を12ステージに分割することができ、先のモータ1と同様の制御形態を採ることが可能となる。
【0039】
(実施の形態3)
本発明の制御方法においては、センサマグネット15や第1着磁部22aの磁極数はマグネット2の磁極数の2倍には限定されず、その3倍、4倍等の整数倍に設定することもできる。図8は、センサマグネット15や第1着磁部22aの磁極数と、第1,2センサ16,17の個数、ステージ数及びステージ角度の関係を示した表である。表中Nは、センサマグネット15や第1着磁部22aの磁極数とマグネット2の磁極数の関係を示し、センサマグネット15等の磁極数がマグネット2の磁極数のN倍であることを意味している。
【0040】
そこで、N=4、すなわち、センサマグネット15を8極構成とした場合の制御形態について説明する。図9はN=4の場合のタイムチャート、図10はその場合の第1センサ信号と第2センサ信号の関係を示す表である。ここでは、第2センサ17として2個のホールセンサHx,Hyが使用される。ホールセンサHx,Hyは電気角90°離れた位置に配置される。前述のようにホールセンサHx,Hyの位置は特に限定されないが、Ha,Hb,Hc信号のHI/LO切り替わりポイントは避ける方が好ましい。また、ホールセンサHa,Hb,Hcは、センサマグネット15の極数がマグネット2の4倍となるので、ロータ3の電気角に対し120°/N=120°/4=30°間隔にて配置する。
【0041】
N=4の場合、Hx,Hyの値の組み合わせは、図10に示すように(0,0)(1,0)(1,1)(0,1)の4通りがある。一方、Ha,Hb,Hc信号は6個×4組の制御ステージを持つ。そこで、Hx,Hyの値とHa,Hb,Hc信号を組み合わせることにより、ロータ電気角1周期は角度15°ずつの24ステージに分割される。なお、電気角15°の中で認識結果に支障がない範囲でHx,Hyの位置を適宜調整することもできる。
【0042】
図11はN=3の場合の第1センサ信号と第2センサ信号の関係を示す表である。N=3の場合もN=4と同様に第1センサ16は2個必要とされ、Hx,Hyは電気角90°離れた位置に配置される。Ha,Hb,Hcは、120°/3=40°間隔にて配置する。Hx,Hyの値の組み合わせは4種あるが、そのうち3個を使用して、6個×3組の制御ステージを18個に分別する。この場合も、電気角20°の中で認識結果に支障がない範囲でHx,Hyの位置を適宜調整できる。N=3の場合はN=4のときとセンサ数は変わらないが、センサマグネット15等の径が小さく、N=4ではセンサマグネット15等の着磁や、Ha,Hb,Hcの配置が難しい場合などには有効である。
【0043】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施の形態では3相のブラシレスモータに本発明を適用したものについて説明したが、U,V,W,X,Yからなる5相のモータなど、他の多相ブラシレスモータに本発明を適用することも可能である。また、前述のモータ1,21はインナーロータ型のブラシレスモータであるが、本発明をアウタロータ型のブラシレスモータにも適用することも可能である。さらに、本発明は正逆転を行うモータにも、正逆転を行わない一方向のみに回転するブラシレスモータにも共に適用可能である。
【0044】
一方、前述の実施の形態は、本発明をコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置に適用した例を示したが、ラックアシスト型等の他の方式の電動パワーステアリング装置にも適用可能である。また、電動パワーステアリング装置のみならず、特開平10-184401号公報や特開平10-252510号公報に示されているようなエンジンの電子制御式スロットル弁装置に適用することも可能である。これにより、電子制御式スロットル弁装置のように動作が激しく、モータの正逆転が激しく入れ替わり、加速度の変化も非常に大きい使用環境においても、オーバーラップ通電を採用することができる。このため、電子制御式スロットル弁装置においてもレゾルバやR/D変換器を用いることなく、ホールセンサによってブラシレスモータの駆動制御が可能となり、エンジンの制御応答性を損なうことなく製品コストの削減が可能となる。
【0045】
さらに、本発明のブラシレスモータを電動パワーステアリング装置や電子制御式スロットル弁装置以外の用途、例えば、ロボット等の産業用機械やパソコン等のIT機器などにも適用可能である。
【0046】
【発明の効果】
本発明によれば、ロータ永久磁石の2倍の磁極数を有するセンサマグネットを設け、その磁気を第1センサにて検知すると共に、ロータ永久磁石の磁気を第2センサにて検知し、それらの検出結果に基づき、第1センサの出力信号の状態に基づいて形成される制御ステージを、第2センサの出力信号の状態によって分別してロータ回転位置を検出して同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行うようにしたので、センサ数の増加を最小限に抑えつつ、制御ステージを倍増させた状態で推定動作のないオーバーラップ通電を行うことができる。このため、レゾルバやR/D変換器を用いることなく、最小限のセンサによって使用環境の厳しいブラシレスモータにおいてもオーバーラップ通電を採用することができ、トルクリップル低減を図りつつ製品コストの削減が可能となる。
【0047】
また、本発明によれば、ロータ永久磁石の磁極数の2倍の磁極数を有する第1着磁部と、ロータ永久磁石と同様に着磁された第2着磁部とを備えたセンサマグネットを設け、第1着磁部の磁気を第1センサにて検知すると共に、第2着磁部の磁気を第2センサにて検知し、それらの検出結果に基づき、第1センサの出力信号の状態に基づいて形成される制御ステージを、第2センサの出力信号の状態によって分別してロータ回転位置を検出して同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行うようにしたので、センサ数の増加を最小限に抑えつつ、制御ステージを倍増させた状態で推定動作のないオーバーラップ通電を行うことができる。このため、レゾルバやR/D変換器を用いることなく、最小限のセンサによって使用環境の厳しいブラシレスモータにおいてもオーバーラップ通電を採用することができ、トルクリップル低減を図りつつ製品コストの削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1であるブラシレスモータの構成を示す説明図である。
【図2】図1のブラシレスモータにおけるステータコアの構成を示す説明図である。
【図3】ホールセンサの配置を示す説明図である。
【図4】第1センサと第2センサを図3のように配置した場合における図1のブラシレスモータの駆動制御形態を示すタイムチャートである。
【図5】図1のブラシレスモータにおけるHa,Hb,Hc信号とHx信号の関係を示す表である。
【図6】本発明の実施の形態2であるブラシレスモータの構成を示す説明図である。
【図7】図6のモータに使用するセンサマグネットの構成を示す説明図である。
【図8】センサマグネットや第1着磁部の磁極数と、第1,2センサの個数、ステージ数及びステージ角度の関係を示した表である。
【図9】センサマグネットを8極構成とした場合(N=4)のタイムチャートである。
【図10】図9の場合の第1センサ信号と第2センサ信号の関係を示す表である。
【図11】センサマグネットを6極構成とした場合(N=3)の第1センサ信号と第2センサ信号の関係を示す表である。
【符号の説明】
1 ブラシレスモータ
2 ロータマグネット
3 ロータ
4 ステータ
5 シャフト
6 ロータコア
7 ハウジング
8 ステータコア
9 コイル
11 ティース
11a 先端部
11b 基部
12 補助溝
13 サブティース
14 スロット
15 センサマグネット
16 第1センサ
17 第2センサ
18 基板
19 コントローラ
21 ブラシレスモータ
22 センサマグネット
22a 第1着磁部
22b 第2着磁部
Ha,Hb,Hc ホールセンサ
Hx ホールセンサ
1 補助溝中心位置
P ティース周方向端面
A 補助溝幅
S スロット幅
T ティース周方向幅

Claims (6)

  1. 複数相のコイルを備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配設されたロータとを有してなるブラシレスモータであって、
    前記永久磁石の磁極数に対し2以上の整数倍の磁極数を有し、前記ロータと共に回転するセンサマグネットと、
    前記ステータ側に配置され、前記センサマグネットの磁気を検知する複数の磁気検出素子からなる第1センサと、
    前記ステータ側に配置され、前記永久磁石の磁気を検知する1個又は2個以上の磁気検出素子からなる第2センサと、
    前記第1センサの出力信号の状態に基づいて形成される制御ステージを前記第2センサの出力信号の状態によって分別し、前記分別された制御ステージに基づいて前記ロータの回転位置検出を行う回転位置検出手段と、
    前記ロータの回転位置検出結果に基づき前記コイルを励磁し、同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行う通電制御手段とを有することを特徴とするブラシレスモータ。
  2. 請求項1記載のブラシレスモータにおいて、前記ブラシレスモータは3相のコイルと2極の永久磁石を備えると共に、前記センサマグネットは4個の磁極を有し、前記第1センサは3個の磁気検出素子、前記第2センサは1個の磁気検出素子をそれぞれ備え、前記回転位置検出手段は、前記第1センサの出力信号によって前記ロータの電気角1周期毎に得られる6個2組の制御ステージを前記第2センサの出力信号によって12個の制御ステージに分別することを特徴とするブラシレスモータ。
  3. 複数相のコイルを備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配設されたロータとを有してなるブラシレスモータであって、
    前記永久磁石の磁極数に対し2以上の整数倍の磁極数を有する第1着磁部と、前記永久磁石と同様に着磁された第2着磁部とを備え、前記ロータと共に回転するセンサマグネットと、
    前記ステータ側に配置され、前記第1着磁部の磁気を検知する複数の磁気検出素子からなる第1センサと、
    前記ステータ側に配置され、前記第2着磁部の磁気を検知する1個又は2個以上の磁気検出素子からなる第2センサと、
    前記第1センサの出力信号の状態に基づいて形成される制御ステージを前記第2センサの出力信号の状態によって分別し、前記分別された制御ステージに基づいて前記ロータの回転位置検出を行う回転位置検出手段と、
    前記ロータの回転位置検出結果に基づき前記コイルを励磁し、同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行う通電制御手段とを有することを特徴とするブラシレスモータ。
  4. 請求項3記載のブラシレスモータにおいて、前記ブラシレスモータは3相のコイルと2極の永久磁石を備えると共に、前記第1着磁部は4個の磁極を有し、前記第1センサは3個の磁気検出素子、前記第2センサは1個の磁気検出素子をそれぞれ備え、前記回転位置検出手段は、前記第1センサの出力信号によって前記ロータの電気角1周期毎に得られる6個2組の制御ステージを前記第2センサの出力信号によって12個の制御ステージに分別することを特徴とするブラシレスモータ。
  5. 複数相のコイルを備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配設されたロータとを有してなるブラシレスモータの制御方法であって、
    前記永久磁石の磁極数に対し2以上の整数倍の磁極数を有し前記ロータと共に回転するセンサマグネットの磁気を、前記ステータ側に配置された複数の磁気検出素子からなる第1センサによって検知し、
    前記永久磁石の磁気を前記ステータ側に配置された1個又は2個以上の磁気検出素子からなる第2センサによって検知し、
    前記第1センサの出力信号の状態に基づいて形成される制御ステージを前記第2センサの出力信号の状態によって分別し、
    前記分別された制御ステージに基づいて前記ロータの回転位置検出を行い、この回転位置検出結果に基づき前記コイルを励磁して同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行うことを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
  6. 複数相のコイルを備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配設されたロータとを有してなるブラシレスモータの制御方法であって、
    前記永久磁石の磁極数に対し2以上の整数倍の磁極数を有する第1着磁部と、前記永久磁石と同様に着磁された第2着磁部とを備え、前記ロータと共に回転するセンサマグネットにおける前記第1着磁部の磁気を、前記ステータ側に配置された複数の磁気検出素子からなる第1センサによって検知し、
    前記第2着磁部の磁気を前記ステータ側に配置された1個又は2個以上の磁気検出素子からなる第2センサによって検知し、
    前記第1センサの出力信号の状態に基づいて形成される制御ステージを前記第2センサの出力信号の状態によって分別し、
    前記分別された制御ステージに基づいて前記ロータの回転位置検出を行い、この回転位置検出結果に基づき前記コイルを励磁して同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行うことを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
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