JP2018531570A

JP2018531570A - Ｐｗｍ駆動を伴う多相永久磁石モータのための線形ホール効果センサ

Info

Publication number: JP2018531570A
Application number: JP2018513842A
Authority: JP
Inventors: ウォードアール．ブラウン，; ハワードヘンドリックス，
Original assignee: Microchip Technology Inc
Current assignee: Microchip Technology Inc
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2018-10-25
Also published as: CN108141158A; CN108141158B; US20190149071A1; EP3357156A1; WO2017058983A1; US10135369B2; KR20180059757A; US11018606B2; TW201722060A; US20170093313A1; EP3357156B1

Abstract

低コスト線形ホール効果センサが、モータシャフト位置を決定し、モータシャフト位置に比例して電圧を発生させるために使用される。線形ホール効果センサからの電圧は、三角波形と比較され、ＰＷＭ信号が、それから発生させられる。一定電流ソースおよび一定電流シンクが、三角波形発生器内で使用される。線形ホール効果センサからの電圧は、モータを起動し、その速度を変動させるために使用されるＰＷＭデューティサイクルを変化させるように調節される。コンパレータが、ホール効果センサからの電圧を比較し、モータの電圧駆動要件に比例したデューティサイクルを有するＰＷＭ信号を生産する。

Description

（関連特許出願）
本願は、共有に係る米国仮特許出願第６２／２３４，４５８号（２０１５年９月２９日出願）に対する優先権を主張し、上記出願は、あらゆる目的のために参照により本明細書に援用される。

（技術分野）
本開示は、ブラシレスモータに関し、特に、線形ホール効果センサを伴う多相ブラシレスモータのためのパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動部に関する。

（背景）
永久磁石モータ整流は、デジタルプロセッサおよびソフトウェアプログラムによって決定されるとき、有意な処理時間量を要求する。これは、特に、高モータ回転速度において問題である。整流時間を決定するために十分に迅速に計算を行うことが可能なデジタルプロセッサ、例えば、マイクロコントローラは、比較的高価である。

したがって、高価かつ算出上複雑なデジタル処理を要求せずに、高回転速度で永久磁石モータを整流する方法の必要性が存在する。

ある実施形態によると、３相永久磁石モータとの使用のための制御回路は、その上に磁石を有するモータシャフトの周囲に１２０度の相対的変位で配置されている３つの線形ホール効果センサを備え得、３つの線形ホール効果センサからの電圧信号は、モータを時計回りまたは反時計回り方向に回転させるように適合されている３つのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を発生させるために使用され得る。

さらなる実施形態によると、３つの線形ホール効果センサからの電圧信号は、三角電圧波形と比較され、ＰＷＭ信号を発生させ得る。さらなる実施形態によると、ＰＷＭ信号のデューティサイクルは、３つの線形ホール効果センサからの電圧信号が平均基準電圧に向かって減衰させられ得るにつれて変化し得る。さらなる実施形態によると、平均基準電圧は、２によって除算される三角電圧波形の最高ピーク電圧と最低トラフ電圧との和であり得る。さらなる実施形態によると、ＰＷＭ信号の周期は、モータパラメータの電気時定数（Ｌ／Ｒ）の１／５またはそれ未満であり得る。さらなる実施形態によると、３つの線形ホール効果センサからの電圧信号は、回転するモータシャフトの角度位置を決定するために使用され得る。さらなる実施形態によると、３つの線形ホール効果センサからの電圧信号は、モータシャフトの角度位置を遠隔で監視するために使用され得る。さらなる実施形態によると、磁石は、中心軟磁性コアと、サマリウム磁石またはアルニコ材料の個々の磁性区画とを備え、磁石の温度安定性を向上させ得る。さらなる実施形態によると、磁石の磁場は、線形ホール効果センサからの電圧出力を増加させるように成形され得る。さらなる実施形態によると、成形された磁場は、基本波に加え、基本波磁場の約１／６の強度における第三調波を含む。

別の実施形態によると、２相永久磁石モータとの使用のための制御回路は、その上に磁石を有するモータシャフトの周囲に９０度の相対的変位で配置されている２つの線形ホール効果センサを備え得、２つの線形ホール効果センサからの電圧信号は、モータを時計回りまたは反時計回り方向に回転させるように適合されている２つのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を発生させるために使用され得る。さらなる実施形態によると、２つの線形ホール効果センサからの電圧信号は、回転するモータシャフトの角度位置を決定するために使用され得る。

さらに別の実施形態によると、多相永久磁石モータとの使用のための制御回路は、その上に磁石を有するモータシャフトの周囲に配置されている複数の線形ホール効果センサを備え得、複数の線形ホール効果センサからの電圧信号は、モータを時計回りまたは反時計回り方向に回転させるように適合されている複数のパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を発生させるために使用され得る。さらなる実施形態によると、複数の線形ホール効果センサからの電圧信号は、回転するモータシャフトの角度位置を決定するために使用され得る。

さらに別の実施形態によると、３相永久磁石モータのためのパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動システムは、その回転子シャフト上に磁石を有する３相永久磁石モータに結合するために適合されている３つの半波ブリッジ電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）組と、３つの半波ブリッジ電力ＦＥＴ組のうちのそれぞれのものに結合されている出力を有する不感帯制御を伴う３つの相補的出力ＰＷＭ駆動部と、３つの相補的出力ＰＷＭ駆動部のそれぞれの入力に結合されている出力を有する、第１、第２、および第３の電圧コンパレータと、３相永久磁石モータ回転子シャフトの周囲に配置され、１２０度間隔を置かれるように適合されている第１、第２、および第３の線形ホール効果センサと、各々が第１、第２、および第３の端子を有する第１、第２、および第３の調節可能抵抗器であって、第１および第３の端子は、各調節可能抵抗器の総抵抗値を備え得、第２の端子は、第１の端子と第３の端子との間の抵抗において調節可能であり得、第１、第２、および第３の調節可能抵抗器の第１の端子は、第１、第２、および第３の線形ホール効果センサのうちのそれぞれのものの出力電圧に結合され得、第１、第２、および第３の調節可能抵抗器の第２の端子は、第１、第２、および第３の電圧コンパレータのうちのそれぞれのものの非反転入力に結合され得、第１、第２、および第３の調節可能抵抗器の第３の端子は、第３の電圧基準からの第３の基準電圧に結合され得る、調節可能抵抗器と、第１、第２、および第３の電圧コンパレータの反転入力に結合されている三角波形出力を有するランプ発生器とを備え得、ＰＷＭ信号は、第１、第２、および第３の電圧コンパレータによって発生させられ、ＰＷＭ信号は、第１、第２、および第３の調節可能抵抗器の第２の端子からの電圧に依存するデューティサイクルを有し得る。

さらなる実施形態によると、ランプ発生器は、一定電流ソースと、一定電流シンクと、ランプ発生器の出力に結合されている反転入力を有する第４および第５の電圧コンパレータと、第４の電圧コンパレータの非反転入力に結合されている第１の基準電圧を提供する第１の電圧基準と、第５の電圧コンパレータの非反転入力に結合されている第２の基準電圧を提供する第２の電圧基準とを備え得、ランプ発生器の出力上の電圧が第２の基準電圧に等しいかまたはそれを上回り得るとき、一定電流シンクは、イネーブルにされ得、ランプ発生器の出力上の電圧が第１の基準電圧未満かまたはそれと等しくあり得るとき、一定電流ソースは、イネーブルにされ得る。

別の実施形態によると、２相永久磁石モータのためのパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動システムは、その回転子シャフト上に磁石を有する２相永久磁石モータに結合するために適合されている２つの半波ブリッジ電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）組と、２つの半波ブリッジ電力ＦＥＴ組のうちのそれぞれのものに結合されている出力を有する不感帯制御を伴う２つの相補的出力ＰＷＭ駆動部と、２つの相補的出力ＰＷＭ駆動部のそれぞれの入力に結合されている出力を有する第１および第２の電圧コンパレータと、２相永久磁石モータ回転子シャフトの周囲に配置され、９０度間隔を置かれるように適合されている第１および第２の線形ホール効果センサと、各々が第１、第２、および第３の端子を有する第１および第２の調節可能抵抗器であって、第１および第３の端子は、各調節可能抵抗器の総抵抗値を備え得、第２の端子は、第１の端子と第３の端子との間の抵抗において調節可能であり得、第１および第２の調節可能抵抗器の第１の端子は、第１および第２の線形ホール効果センサのうちのそれぞれのものの出力電圧に結合され得、第１および第２の調節可能抵抗器の第２の端子は、第１および第２の電圧コンパレータのうちのそれぞれのものの非反転入力に結合され得、第１および第２の調節可能抵抗器の第３の端子は、第３の電圧基準からの第３の基準電圧に結合され得る、調節可能抵抗器と、第１および第２の電圧コンパレータの反転入力に結合されている三角波形出力を有するランプ発生器とを備え得、ＰＷＭ信号は、第１および第２の電圧コンパレータによって発生させられ、ＰＷＭ信号は、第１および第２の調節可能抵抗器の第２の端子からの電圧に依存するデューティサイクルを有し得る。

別の実施形態によると、３相永久磁石モータのためのパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動力を発生させる方法は、３相永久磁石モータにその上に磁石を有する回転可能モータシャフトを提供するステップと、モータ回転子シャフトの周囲に配置され、１２０度間隔を置かれている３つの線形ホール効果センサを提供するステップと、磁石を有するモータシャフトが回転しているとき、３つの線形ホール効果センサから電圧を発生させるステップと、線形ホール効果センサからの電圧を三角電圧波形と比較するステップと、線形ホール効果センサからの電圧と三角電圧波形の比較から３つのＰＷＭ信号を発生させるステップと、３つのＰＷＭ信号から不感帯制御を伴う相補的ＰＷＭ信号を発生させるステップと、不感帯制御を伴う相補的ＰＷＭ信号を用いて３つの半波ブリッジ電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を駆動するステップと、３つの半波ブリッジ電力ＦＥＴを電源電圧ソースおよび３相永久磁石モータに結合するステップであって、それによって、電源電圧ソースのＰＷＭは、モータに回転させる、ステップとを含み得る。

方法のさらなる実施形態によると、３つの線形ホール効果センサからの電圧は、モータシャフトの角度位置を決定するために使用され得る。方法のさらなる実施形態によると、磁石の磁場を成形し、線形ホール効果センサからの電圧出力を増加させるステップをさらに含み得る。

さらに別の実施形態によると、２相永久磁石モータのためのパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動力を発生させる方法は、２相永久磁石モータにその上に磁石を有する回転可能モータシャフトを提供するステップと、モータ回転子シャフトの周囲に配置され、９０度間隔を置かれている２つの線形ホール効果センサを提供するステップと、磁石を有するモータシャフトが回転しているとき、２つの線形ホール効果センサから電圧を発生させるステップと、線形ホール効果センサからの電圧を三角電圧波形と比較するステップと、線形ホール効果センサからの電圧と三角電圧波形の比較から２つのＰＷＭ信号を発生させるステップと、２つのＰＷＭ信号から不感帯制御を伴う相補的ＰＷＭ信号を発生させるステップと、不感帯制御を伴う相補的ＰＷＭ信号を用いて２つの半波ブリッジ電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を駆動するステップと、２つの半波ブリッジ電力ＦＥＴを電源電圧ソースおよび２相永久磁石モータに結合するステップであって、それによって、電源電圧ソースのＰＷＭは、モータに回転させる、ステップとを含み得る。

さらに別の実施形態によると、モータシャフトの角度位置を決定する方法は、その上に磁石を有する回転可能モータシャフトを有する３相永久磁石モータを提供するステップと、第１、第２、および第３の線形ホール効果センサを提供するステップであって、第１、第２、および第３の線形ホール効果センサは、モータシャフトの周囲に位置し、１２０度間隔を置かれ、それによって、第２のセンサは、第１のセンサより１２０度だけ回転において遅れ、第３のセンサは、第２のセンサより１２０度だけ回転において遅れ得る、ステップと、最大電圧値および最小電圧値を第１の線形ホール効果センサから測定するステップと、測定された最大電圧値および最小電圧値をＭａｘＡおよびＭｉｎＡとして、それぞれ保存するステップと、ピーク値をＰｅａｋＡ＝（ＭａｘＡ−ＭｉｎＡ）／２として計算するステップと、平均値をＡｖｅｒａｇｅＡ＝（ＭａｘＡ＋ＭｉｎＡ）／２として計算するステップと、ある瞬間における第１、第２、および第３の線形ホール効果センサの出力電圧値を測定し、ＭｅａｓＡ、ＭｅａｓＢ、およびＭｅａｓＣとしてそれぞれ保存するステップと、ＳｉｎｅＡ＝（ＭａｘＡ−ＡｖｅｒａｇｅＡ）／ＰｅａｋＡを計算するステップと、ＳｉｎｅＡが正であり得る場合、ＳｉｎｅＡのＡｒｃｓｉｎｅを決定し、ＳｉｎｅＡが負であり得る場合、ＳｉｎｅＡの絶対値のＡｒｃｓｉｎｅを決定し、ＡｒｃｓｉｎｅＡとして保存するステップとを含み得、ＳｉｎｅＡが正であり、ＭｅａｓＣ＞ＭｅａｓＢであり得る場合、モータシャフトの角度位置は、ＡｒｃｓｉｎｅＡであり得、ＳｉｎｅＡが正であり、ＭｅａｓＢ＞ＭｅａｓＣであり得る場合、モータシャフトの角度位置は、１８０−ＡｒｃｓｉｎｅＡであり得、ＳｉｎｅＡが負であり、ＭｅａｓＣ＞ＭｅａｓＢであり得る場合、モータシャフトの角度位置は、ＳｉｎｅＡの絶対値のＡｒｃｓｉｎｅＡであり得、ＳｉｎｅＡが負であり、ＭｅａｓＢ＞ＭｅａｓＣであり得る場合、モータシャフトの角度位置は、１８０−ＳｉｎｅＡの絶対値のＡｒｃｓｉｎｅＡであり得る。

方法のさらなる実施形態によると、ＳｉｎｅＡまたはＳｉｎｅＡの絶対値のＡｒｃｓｉｎｅを決定するステップは、ＳｉｎｅＡまたはＳｉｎｅＡの絶対値のＡｒｃｓｉｎｅを複数のＳｉｎｅ値対Ａｒｃｓｉｎｅ値を備え得るテーブルからルックアップするステップを含み得る。方法のさらなる実施形態によると、Ｓｉｎｅ値対Ａｒｃｓｉｎｅ値のテーブルは、マイクロコントローラのメモリ内のルックアップテーブルとして記憶され得る。方法のさらなる実施形態によると、０〜９０度のＳｉｎｅ値対Ａｒｃｓｉｎｅ値のテーブルは、０．５、１、１．５、２、３、４、および５度の増分から成る群から選択され得る。方法のさらなる実施形態によると、Ａｒｃｓｉｎｅを決定するステップは、ＳｉｎｅＡの絶対値のＡｒｃｓｉｎｅを決定し、ＡｒｃｓｉｎｅＡとして保存するステップを含み得る。

別の実施形態によると、モータシャフトの角度位置を決定する方法は、その上に磁石と第三調波磁石とを有する回転可能モータシャフトを有する３相永久磁石モータを提供するステップと、第１、第２、および第３の線形ホール効果センサを提供するステップであって、第１、第２、および第３の線形ホール効果センサは、モータシャフトの周囲に位置し、１２０度間隔を置かれ、それによって、第２のセンサは、第１のセンサより１２０度だけ回転において遅れ、第３のセンサは、第２のセンサより１２０度だけ回転において遅れ得る、ステップと、第１、第２、および第３の線形ホール効果センサから、電圧値ＭｅａｓＡ、ＭｅａｓＢ、およびＭｅａｓＣをそれぞれ測定するステップと、再構成された電圧値ＭｅａｓＡ’＝ＭｅａｓＡ−ＭｅａｓＢ、ＭｅａｓＢ’＝ＭｅａｓＢ−ＭｅａｓＣ、およびＭｅａｓＣ’＝ＭｅａｓＣ−ＭｅａｓＡを計算するステップと、ＭｅａｓＡ’の最大電圧値および最小電圧値を決定し、それぞれ、ＭａｘＡ’およびＭｉｎＡ’として保存するステップと、ピーク値をＰｅａｋ’＝（ＭａｘＡ’−ＭｉｎＡ’）／２として計算するステップと、平均値をＡｖｅｒａｇｅ’＝（ＭａｘＡ’＋ＭｉｎＡ’）／２として計算するステップと、ある瞬間における第１、第２、および第３の線形ホール効果センサの出力の大きさを測定し、ＭｅａｓＡ、ＭｅａｓＢ、およびＭｅａｓＣとしてそれぞれ保存するステップと、ＳｉｎｅＡ’＝（ＭｅａｓＡ’−Ａｖｅｒａｇｅ’）／Ｐｅａｋ’を計算するステップと、ＳｉｎｅＡ’が正であり得る場合、ＳｉｎｅＡ’のＡｒｃｓｉｎｅまたはＳｉｎｅＡ’が負であり得る場合、ＳｉｎｅＡ’の絶対値のＡｒｃｓｉｎｅを決定し、ＡｒｃｓｉｎｅＡとして保存するステップとを含み得、ＳｉｎｅＡ’が正であり、ＭｅａｓＣ’＞ＭｅａｓＢ’であり得る場合、モータシャフトの角度位置は、ＡｒｃｓｉｎｅＡであり得、ＳｉｎｅＡ’が正であり、ＭｅａｓＢ’＞ＭｅａｓＣ’であり得る場合、モータシャフトの角度位置は、１８０−ＡｒｃｓｉｎｅＡであり得、ＳｉｎｅＡ’が負であり、ＭｅａｓＣ’＞ＭｅａｓＢ’であり得る場合、モータシャフトの角度位置は、ＳｉｎｅＡ’の絶対値のＡｒｃｓｉｎｅＡであり得、ＳｉｎｅＡ’が負であり、ＭｅａｓＢ’＞ＭｅａｓＣ’であり得る場合、モータシャフトの角度位置は、１８０−ＳｉｎｅＡ’の絶対値のＡｒｃｓｉｎｅＡであり得る。

方法のさらなる実施形態によると、ＳｉｎｅＡ’またはＳｉｎｅＡ’の絶対値のＡｒｃｓｉｎｅを決定するステップは、ＳｉｎｅＡ’またはＳｉｎｅＡ’の絶対値のＡｒｃｓｉｎｅを複数のＳｉｎｅ値対Ａｒｃｓｉｎｅ値を備え得るテーブルからルックアップするステップを含み得る。方法のさらなる実施形態によると、Ｓｉｎｅ値対Ａｒｃｓｉｎｅ値のテーブルは、マイクロコントローラのメモリ内のルックアップテーブルとして記憶され得る。

別の実施形態によると、モータシャフトの角度位置を決定する方法は、その上に磁石を有する回転可能モータシャフトを有する２相永久磁石モータを提供するステップと、第１および第２の線形ホール効果センサを提供するステップであって、第１および第２の線形ホール効果センサは、モータシャフトの周囲に位置し、９０度間隔を置かれ、それによって、第２のセンサは、第１のセンサより９０度だけ回転において遅れ得る、ステップと、最大電圧値および最小電圧値を第１の線形ホール効果センサから測定するステップと、測定された最大電圧値および最小電圧値をＭａｘＡおよびＭｉｎＡとしてそれぞれ保存するステップと、平均値を平均＝（ＭａｘＡ＋ＭｉｎＡ）／２として計算するステップと、ある瞬間における第１および第２の線形ホール効果センサの出力電圧値を測定し、ＭｅａｓＡおよびＭｅａｓＢとしてそれぞれ保存するステップと、Ａ＝（ＭａｘＡ−Ａｖｅｒａｇｅ）およびＢ＝（ＭａｘＢ−Ａｖｅｒａｇｅ）を計算するステップと、ＴａｎｇｅｎｔＸ＝Ｂによって除算されるＡを計算するステップとを含み得、ＴａｎｇｅｎｔＸおよびＡが正であり得る場合、モータシャフトの角度位置は、ＴａｎｇｅｎｔＸのＡｒｃｔａｎｇｅｎｔであり得、ＴａｎｇｅｎｔＸが負であり、Ａが正であり得る場合、モータシャフトの角度位置は、１８０−ＴａｎｇｅｎｔＸの絶対値のＡｒｃｔａｎｇｅｎｔであり得、ＴａｎｇｅｎｔＸおよびＡの両方が負であり得る場合、モータシャフトの角度位置は、ＴａｎｇｅｎｔＸの絶対値のＡｒｃｔａｎｇｅｎｔの負の値であり得、ＴａｎｇｅｎｔＸが正であり、Ａが負であり得る場合、モータシャフトの角度位置は、１８０−ＴａｎｇｅｎｔＸのＡｒｃｔａｎｇｅｎｔの負の値であり得る。

方法のさらなる実施形態によると、ＴａｎｇｅｎｔＸまたはＴａｎｇｅｎｔＸの絶対値のＡｒｃｔａｎｇｅｎｔを決定するステップは、ＴａｎｇｅｎｔＸまたはＴａｎｇｅｎｔＸの絶対値のＡｒｃｔａｎｇｅｎｔを複数のＴａｎｇｅｎｔ値対Ａｒｃｔａｎｇｅｎｔ値を備え得るテーブルからルックアップするステップを含み得る。方法のさらなる実施形態によると、Ｔａｎｇｅｎｔ値対Ａｒｃｔａｎｇｅｎｔ値のテーブルは、マイクロコントローラのメモリ内のルックアップテーブルとして記憶され得る。

本開示のより完全な理解は、添付の図面と併せて検討される以下の説明を参照することによって得られ得る。

図１は、本開示の具体的例示的実施形態による、３相永久磁石モータと、線形ホール効果センサと、関連付けられたモータＰＷＭ駆動および整流構成要素との概略ブロック図を図示する。図２は、本開示の教示による、完全基準から完全ホール効果センサ出力の範囲にわたる、モータの単相に対する線形ホール効果センサ出力と結果として生じるＰＷＭ信号の概略グラフを図示する。図３は、本開示の教示による、３相モータに対する複数の線形ホール効果センサ出力と結果として生じるＰＷＭ信号の概略グラフを図示する図４は、本開示の教示による、その性能を改良するために成形される磁場を有する複数の線形ホール効果センサの概略グラフを図示する。図５は、本開示の教示による、基本波および第三調波磁石の概略図を図示する。図６は、本開示の別の具体的例示的実施形態による、２相永久磁石モータと、線形ホール効果センサと、関連付けられたモータＰＷＭ駆動および整流構成要素との概略ブロック図を図示する。

本開示は、種々の修正および代替形態を受け入れる余地があるが、その具体的例示的実施形態が、図面に示されており、本明細書に詳細に説明されている。しかしながら、具体的例示的実施形態の本明細書における説明は、本開示を本明細書に開示される特定の形態に限定することを意図するものではないことを理解されたい。

モータ産業は、現在、ホール効果センサを使用して、ブラシレスモータに関する整流情報を決定しているが、このタイプのシステムは、排除されることができない誤差を有する。これは、ホール効果センサをオンに励起し、次いで、センサをオフにすることがより大きいレベルの磁束を要求するという事実によって引き起こされる。これは、ホール効果センサがゼロモードにあるとき、次いで、あるモードにあるとき、同等でない信号をもたらす。以降に提示されるそれに対する解決策は、この誤差を解決し、追加の使用のために角度情報を供給可能である。加えて、電界配向制御を使用して、正弦波電流を発達させるための回路が存在するが、これらは、個々のコイル電流の電流感知を要求する。ブラシレスモータ設計が有する他の問題は、従来の６ステップ整流スキームを使用すると、整流がピーク逆起電力（ＢＥＭＦ）電圧が巻線から導出される前後＋／−３０度で生じ、したがって、モータの整流中、駆動電流中に１２回のスパイクが存在することである。

モータシャフト位置を決定するために好適な低コスト線形ホール効果センサは、比較的に新しい。全ての要求される回路機能を伴うマイクロコントローラも、現時点で利用可能になったばかりである。歴史的には、モータシャフト位置センサを排除し、コストを低減させることに重点が置かれてきたが、そうすることは、より高価なデジタルプロセッサおよびソフトウェアプログラムを要求する。本明細書に開示される種々の実施形態によると、この傾向は、超低コストデジタルプロセッサ、例えば、マイクロコントローラと組み合わせて線形ホール効果センサを利用し、アナログおよびデジタル能力の両方を有することによって逆転され得、それは、前述の従来の技術問題および全てのソフトウェアプログラム整流処理要件を排除し得る。

ここで図面を参照すると、例示的実施形態の詳細が、図式的に図示される。図面内の同様の要素は、同様の番号によって表され、類似要素は、異なる小文字添字を伴う同様の番号によって表されるであろう。

図１を参照すると、描写されるのは、本開示の具体的例示的実施形態による、３相永久磁石モータと、線形ホール効果センサと、関連付けられたモータＰＷＭ駆動および整流構成要素との概略ブロック図である。種々の実施形態によると、３つの線形ホール効果センサＱ１、Ｑ２、およびＱ３が、図１に示されるように、互いから１２０度の電気的相対的変位において線形ホール効果センサＱ１、Ｑ２、およびＱ３を配置することによって、モータ１０２の回転シャフトの角度位置を決定するために使用され得る。極対の数は、電気的角度の機械的角度に対する比率を決定する。例えば、１対の極（２つの極）を伴うモータは、１対１の比率を有する。言い換えると、それは、各３６０度電気的回転に対して１周３６０度機械的に回転する。２対の極（４極）を伴うモータは、１対２の比率を有し、２周の電気的回転毎または７２０度に対して１周３６０度機械的に回転することを意味する。３対の極（６極）を伴うモータは、１対３の比率を有する等。

磁石１２２が、モータ１０２のシャフトに取り付けられ、３つの線形ホール効果センサＱ１、Ｑ２、およびＱ３を磁気的に励起させるために使用される。ホール効果センサＱ１、Ｑ２、およびＱ３の回転磁気励起は、これらの３つのセンサからの正弦波の電気信号（３つ）の組を提供し、電気信号は、モータシャフト角度の相対的位置、例えば、ホール効果センサＱ１、Ｑ２、およびＱ３を励起する磁石１２２からの磁束の関係に依存する。得られた正弦波信号は、電気永久磁石同期モータ、例えば、モータ１０２のための適切な電気整流信号を決定するために使用され得る。これらの３つの発生させられる正弦波信号は、個々に、パルス幅変調された（ＰＷＭ）信号に変換され、モータコイル駆動電力トランジスタ１０４および１０６に送信され、ＰＷＭ信号は、３相永久磁石同期モータ、例えば、モータ１０２のための正しい巻線電圧要件を提供する３相関係において、オンおよびオフパルス持続時間を有する。

前述のように、３つの線形ホール効果センサＱ１、Ｑ２、およびＱ３は、モータ１０２が回転（スピン）しているとき、モータ１０２の３相電圧の各々と同相の３相正弦波の波形を提供し得る。各ホール効果センサからの信号は、それぞれの可変抵抗器１１４、例えば、ポテンショメータ（３端子可変抵抗器）を通して、それぞれのコンパレータ１１２の非反転入力に印加され得、三角波形が、ランプ発生器１２４によって、コンパレータ１１２の反転入力に供給され得る。３つのコンパレータ１１２の出力は、不感帯制御１０８を有する相補的駆動部を通して、３つの半ブリッジ電力段、例えば、電力トランジスタ１０４および１０６を駆動し得る。３つの半ブリッジ電力段１０４および１０６の各々は、それが同相であるホール効果センサと対応する、モータ１０２の各巻線を駆動する。モータ速度は、可変抵抗器１１４を用いて、ホール効果センサ出力の振幅を調節することによって制御される。モータ方向は、コンパレータ１１２の出力を反転させることによって（図示せず）、逆転され得る。モータシャフト上の磁石１２２は、線形ホール効果センサＱ１、Ｑ２、およびＱ３が検出するための磁束を提供する。この磁石１２２は、モータ回転子磁石またはモータシャフト（図示せず）に取り付けられる別個の磁石のいずれかであり得る。

線形ホール効果センサＱ１、Ｑ２、およびＱ３は、例えば、限定ではないが、ＡｌｌｅｇｒｏＡ１３２４ＬＵＡ−Ｔであり得る。線形ホール効果センサは、磁場に比例した線形電圧の出力を提供し、それは、線形ホール効果センサからの出力によって提供される。磁場、例えば、モータシャフト上で回転する磁石の存在下では、電圧出力は、正弦波である。ホール効果センサＱ１、Ｑ２、およびＱ３は、ホール効果センサ出力電圧が逆起電力（ＢＥＭＦ）とも称されるモータ発生電圧と同相であるように、モータ磁石と整列され得る。

可変抵抗器１１４は、マイクロコントローラ（図示せず）によって制御されるデジタル的にプログラム可能な可変抵抗器であり得る。これらの可変抵抗器１１４は、コンパレータ１１２の非反転入力に結合されている、ホール効果センサＱ１、Ｑ２、およびＱ３からの出力信号の電圧振幅を変動させ得る。可変抵抗器１１４摺動子（可変抵抗中心ノード）が、バッファ増幅器１１８からの基準電圧に完全に向かうと、コンパレータ１１２出力は、実質的に、５０パーセント（５０％）デューティサイクル方形波となるであろう。抵抗器１１４摺動子が、ホール効果センサＱ１、Ｑ２、およびＱ３からの電圧に完全に向かうと、コンパレータ１１２は、ホール効果センサＱ１、Ｑ２、およびＱ３信号出力に比例したデューティサイクルを伴うＰＷＭ信号を出力するであろう。

ランプ発生器１２４は、三角波発生器として動作する。ランプ発生器１２４は、一定電流ソースと、一定電流シンクとを備え得る。一方のみが、一度にアクティブである。一定電流値は、調節可能であり、それによって、立ち上がりおよび立ち下がりランプ率を調節可能にし得る。電流値およびトリップ点は、三角周期がモータ電気時定数より小さいように調節され得る。

電圧コンパレータ１２６および１２８は、ランプ発生器１２４からの電圧ランプの方向を変化させるために使用され得る。ランプ発生器１２４出力が、デジタル／アナログコンバータ（ＤＡＣ）１３２からの基準電圧以上であると、ランプ発生器１２４電流ソースは、ディスエーブルにされ、電流シンクが、イネーブルにされ、立ち下がりランプ出力をもたらす。ランプ発生器１２４出力が、ＤＡＣ１３０からの基準電圧以下であると、ランプ発生器電流シンクは、ディスエーブルにされ、電流ソースが、イネーブルにされ、立ち上がりランプ出力をもたらす。

ＤＡＣ１３０および１３２は、ランプ発生器１２４ランプ出力が方向を変化させる値を設定するために使用され得る。ＤＡＣ１３０は、低電圧（Ｌｖ）値を設定し、ＤＡＣ１３２は、高電圧（Ｈｖ）値を設定する。演算増幅器１１６は、コンパレータ１１２反転入力へのランプ発生器１２４出力をバッファするために使用され得る。演算増幅器１１８が、調節可能（プログラム可能）抵抗器１１４への基準電圧をバッファするために使用され得る。ＤＡＣ１２０は、この基準電圧を設定するために使用され得る。ＤＡＣ１２０からの電圧出力は、抵抗器１１４摺動子が演算増幅器１１８の出力からの基準電圧（Ｒｅｆ）に完全に向かうとき、発生させられるＰＷＭデューティサイクルが５０パーセント（５０％）であるように調節され得る。ＤＡＣ１２０からの出力電圧は、（Ｈｖ＋Ｌｖ）／２であり得る。

コンパレータ１１２は、ホール効果センサ出力電圧をＰＷＭ信号に変換するために使用され得る。ＰＷＭ信号の周期は、コンパレータ１１２反転入力上に存在するランプ発生器１２４出力によって設定される。ＰＷＭ信号（３相）のデューティサイクルは、それぞれのコンパレータ非反転入力上に存在するホール効果センサ電圧に比例する。

不感帯制御を有する相補的駆動部１０８は、コンパレータ１１２ＰＷＭ出力を調節可能不感帯を有する相補的ＰＷＭ信号に変換するために使用され得る（不感帯は、両出力がオフであるときである）。不感帯時間は、トランジスタ１０４がオフになり、トランジスタ１０６がオンになる間またはその逆の間に所望される。電力トランジスタ、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１０４、１０６のオンおよびオフ遷移の間の不感帯時間は、それぞれ、高および低側電力ＦＥＴ１０４、１０６の両方が、同時に伝導する可能性を防止する（シュートスルー電流を防止する）。

電力ＦＥＴ１０４および１０６は、相補的駆動部１０８からの相補的ＰＷＭ出力電圧を高電圧高電流モータ電圧に変換する。永久磁石モータ１０２がスピンすると、それは、モータの速度に比例した電圧を発生させる。この発生させられる電圧の波形は、モータ構造によって決定され、特に、永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ）の場合、通常、正弦波であり、通常、ブラシレス直接電流（ＢＬＤＣ）モータの場合に該当する。この発生させられる電圧相は、回転子磁極より９０度の電気角度だけ遅れている。このオフセットは、正に、モータを稼働させるための電圧を印加するときに必要とされるものである。

可変抵抗器１１４摺動子が全て、演算増幅器１１８の出力からの基準電圧に完全に向かうとき、コンパレータ１１２の中への電圧信号は、基準電圧において一定であり、全３つのＰＷＭデューティサイクルは、下側の電圧波形２５０によって図２に示されるように、５０パーセント（５０％）である。モータ端子を横断する結果として生じる電圧差は、ゼロであり、したがって、電流は、流動せず、モータは、静止したままである。可変抵抗器１１４摺動子が、基準電圧から線形ホール効果センサＱ１、Ｑ２、およびＱ３からのそれぞれの電圧に向かって移動させられるにつれて、コンパレータ１１２に印加される電圧信号は、可変抵抗器１１４によって減衰させられたホール効果センサ出力電圧である。ここで、ＰＷＭデューティサイクルは、中央の電圧波形２５２によって図２に示されるように、ホール効果センサ電圧に従って変動するであろう。

図６を参照すると、描写されるのは、本開示の別の具体的例示的実施形態による、２相永久磁石モータと、線形ホール効果センサと、関連付けられたモータＰＷＭ駆動および整流構成要素との概略ブロック図である。この２相永久磁石モータ実施形態は、図１に示される３相の２永久磁石モータ実施形態と実質的に同一方法で機能するが、１相少なく、２つの位相は、１２０度の代わりに、９０度離れている。２つのみの線形ホール効果センサＱ１およびＱ２と、２つの調節可能（プログラム可能）抵抗器１１４と、２つのコンパレータ１１２と、不感帯制御１０８を有する相補的駆動部を通る２対の電力トランジスタ１０４および１０６とが、要求される。

ここで図３を参照すると、描写されるのは、本開示の教示による、３相モータに対する複数の線形ホール効果センサ出力と結果として生じるＰＷＭ信号との概略グラフである。起動時、３つのＰＷＭデューティサイクルは、モータ回転子極から９０度のモータ位相において３つの電圧を生成する。図３は、選択された１つの可能性に対するＰＷＭデューティサイクルに関するホール効果センサ出力可能性の完全範囲を図示する。図３に示される３つのＰＷＭ波形デューティサイクルは、全出力におけるものあり、各ＰＷＭ出力間の差異を強調している。実際の起動は、モータ１０２を回転させるために十分な電力およびトルクのみを達成するための減衰させられたホール効果センサ出力（可変抵抗器１１４を用いた）を伴って生じるであろう。

モータ１０２は、起動時には旋回しておらず、したがって、印加される相巻線電圧へのインピーダンスのみが、モータ巻線レジスタンスである。永久磁石では、モータトルクは、モータ電流に比例する。巻線レジスタンスによって除算されるモータ相間の電圧差と等しい電流が、流動し、モータを回転させるであろう。モータ１０２が応答して加速するにつれて、それは、逆ＥＭＦを発生させ、ＰＷＭ入力が、ホール効果センサ１１４に応答して変化し、印加される電圧をモータ発生電圧と同相に保つ。モータ速度は、印加される電圧から、巻線と各モータ巻線の電流経路内の他の回路との抵抗損失を差し引いたものと逆ＥＭＦが等しくなるまで増加する。

永久磁石では、モータ速度は、印加される電圧に比例する。可変抵抗器１１４摺動子が、ホール効果センサ１１４電圧に向かってより移動させられるほど、より高い電圧がモータ１０２に印加され、より高速でモータ１０２がスピンする。静止から全速力までのこの応答における全ての点において、モータ端子に印加される電圧は、回転子極から必要とされる９０度である。

図４を参照すると、描写されるのは、本開示の教示による、それらの性能を改良するために成形される磁場を有する複数の線形ホール効果センサの概略グラフである。前述の実施形態の性能は、ホール効果センサに印加される磁場を成形することによって向上させられることができる。印加される３相正弦波の波形のためのモータ端子間の最大電圧は、供給電圧の１．７３２倍である。これは、そうでなければ正弦波の波形に、第三調波を追加するためにホール効果センサ磁石１２２を修正することによって、ピーク電圧の２倍まで上昇させられることができる。１／６強度における第三調波は、０．８６６だけピークを抑制するであろう。ランプ発生器ピークは、ホール効果センサ波形の新しいピークと対応するように下げられる。結果として生じるホール効果センサ波形は、基本波に第三調波を加えたものである。ＰＷＭ出力の任意の２相間の差異は、１．１５だけ増加させられたピークを伴う正弦波であり、モータ供給レベルの２倍のピーク間駆動レベルをもたらす。

第三（３）調波の波動は、基本波の波動の振幅の１／６における基本波周波数の第三調波を表す。相１波は、基本波の波動と第三調波の波動との和を表す、ホール効果センサのうちの１つの出力である。相２波は、相１波ホール効果センサから１２０度の電気角度に設置された第２のホール効果センサの出力であり、相１波ホール効果センサから１２０度の電気角度に設置された基本波の波動と第三調波の波動との和でもある。第三調波の波動の１周期は、１２０度の電気角度にあるので、１２０度の電気角度オフセットは、明白ではない。相１波から相２波を差し引いたもの（Ｐｈ１−Ｐｈ２波）は、相１波と相２波との間の差異である。言い換えると、相１波の全ての点を求め、その同一時点における相２波の値を減算する場合、結果は、その同一時点におけるＰｈ１−Ｐｈ２波の値である。これは、相１および相２波が交差し、Ｐｈ１−Ｐｈ２波値がゼロである点において検証することを最も容易にする。図４は、便宜上、３相のうちの２つのみを示す。第３の相は、示される２つの波のうちの一方の１２０度前の電気角度にあり、かつ他方の１２０度後の電気角度にあり、したがって、それと２つの波のいずれかとの間の関係は、示されるものと同じであろう。

さらなる実施形態によると、パルス幅変調器周波数の周期は、モータパラメータの電気時定数（Ｌ／Ｒ）の１／５またはそれ未満であり得る（モータ巻線は、低域通過フィルタとして作用し、ＰＷＭパルスをＤＣ電流に平滑化する）。

クラークおよびパーク変換が、永久磁石モータ回転子位置を決定することにおいて使用されているが、これらの変換は、計算集約的である。より単純な方法として、さらなる実施形態によると、モータシャフトの角度位置を遠隔で監視するために、線形ホール効果センサＱ１、Ｑ２、およびＱ３によって発生させられる３つの信号を使用し得、相Ｂ（センサＱ２）は、相Ａ（センサＱ１）から１２０度だけ遅延し、相Ｃ（センサＱ３）は、相Ｂ（センサＱ２）から１２０度だけ遅延する。ここで図３を参照して、線形ホール効果センサＡ（Ｑ１）入力のＡｒｃｓｉｎｅが、角度位置を表すとする。Ｓｉｎｅ値の１つの象限のルックアップテーブルが、０〜９０度の範囲内のＡｒｃｓｉｎｅを決定するために使用され得る。ルックアップテーブル内の値の数は、角度分解能を決定し得る。例えば、５度の分解能に対して、１９のＳｉｎｅ値がルックアップテーブル内に存在し、それは、５度の増分における０〜９０度のＳｉｎｅの事前に計算された値である。他の増分度およびその分数が、使用され得、本明細書で請求され、例えば、０．５、１、１．５、２、３、４等であり、このＳｉｎｅ／Ａｒｃｓｉｎｅルックアップテーブルは、マイクロコントローラメモリ（図示せず）内に記憶され得ることが検討され、これも本開示の範囲内である。

Ｓｉｎｅ値のＡｒｃｓｉｎｅは、最も近いＳｉｎｅ値×分解能を包含するテーブル位置である。Ｓｉｎｅは、以下のように計算される：ホール効果センサＡの最大および最小値が、測定され、ＭａｘＡおよびＭｉｎＡとして保存され得る。相Ａのピーク値は、（ＭａｘＡ−ＭｉｎＡ）／２である。相Ａの平均値は、（ＭａｘＡ＋ＭｉｎＡ）／２である。任意の瞬間における角度位置が、ある瞬間における３つのホール効果センサ出力の大きさを測定および記憶することによって決定され得る。これらのセンサ出力の大きさの測定は、変数ＭｅａｓＡ、ＭｅａｓＢ、およびＭｅａｓＣとして保存され得る。角度ＡのＳｉｎｅは、（ＭｅａｓＡ−Ａｖｅｒａｇｅ）／Ｐｅａｋである。この値をＳｉｎｅＡとする。ＳｉｎｅＡが正であり、かつＭｅａｓＣ＞ＭｅａｓＢである場合、角度は、ＳｉｎｅＡのＡｒｃｓｉｎｅをルックアップテーブルから見つけることの直接の結果である。ＳｉｎｅＡが正であり、かつＭｅａｓＢ＞ＭｅａｓＣの場合、角度は、１８０度−ルックアップ値である。ＳｉｎｅＡが負であり、かつＭｅａｓＣ＞ＭｅａｓＢの場合、ＳｉｎｅＡの絶対値が、ルックアップテーブルから角度を見つけるために使用され、Ａｒｃｓｉｎｅは、その角度の負の値である。ＳｉｎｅＡが負であり、かつＭｅａｓＢ＞ＭｅａｓＣの場合、ＳｉｎｅＡの絶対値が、ルックアップテーブルから角度を見つけるために使用され、Ａｒｃｓｉｎｅは、１８０−その角度の負の値である。類似方式で、相Ｂのためのホール効果センサＱ２または相Ｃのためのホール効果センサＱ３が、Ａｒｃｓｉｎｅルックアップのために使用され得、全てのセンサ出力の大きさの比較は、適宜、交換される。

モータ回転子位置の前述の決定は、第三調波磁石が存在しないときに使用され得る。第三調波磁石が存在するとき、ホール効果センサからの３つの正弦波電圧が、対のこれらのセンサ出力電圧間の差異を見つけることによって数学的に再構成されるべきである。言い換えると、角度計算において使用される３つの測定は、したがって、ＭｅａｓＡ’、ＭｅａｓＢ’、およびＭｅａｓＣ’であり、ＭｅａｓＡ’＝ＭｅａｓＡ−ＭｅａｓＢ、ＭｅａｓＢ’＝ＭｅａｓＢ−ＭｅａｓＣ、およびＭｅａｓＣ’＝ＭｅａｓＣ−ＭｅａｓＡである。この構成では、再構成されたセンサＡ（ＭｅａｓＡ’）の最大および最小値は、ＭａｘＡ’およびＭｉｎＡ’として測定され、保存され得る。再構成された相Ａのピーク値は、Ｐｅａｋ’＝（ＭａｘＡ’−ＭｉｎＡ’）／２である。再構成された相Ａの平均値は、Ａｖｅｒａｇｅ’＝（ＭａｘＡ’＋ＭｉｎＡ’）／２である。再構成された測定を使用することによって得られる角度（角度Ａ’と呼ぶ）は、３０度の電気角度だけ第三調波磁石を伴わずに得られるであろう角度より遅れている。角度Ａ’のＳｉｎｅは、（ＭｅａｓＡ’−Ａｖｅｒａｇｅ’）／Ｐｅａｋ’である。この値をＳｉｎｅＡ’とする。ＳｉｎｅＡ’が正であり、かつＭｅａｓＣ’＞ＭｅａｓＢ’である場合、角度は、ルックアップテーブルからＳｉｎｅＡ’のＡｒｃｓｉｎｅを見つけることの直接結果である。ＳｉｎｅＡ’が正であり、かつＭｅａｓＢ’＞ＭｅａｓＣ’である場合、角度は、１８０度−ルックアップ値である。ＳｉｎｅＡ’が負であり、かつＭｅａｓＣ’＞ＭｅａｓＢ’である場合、ＳｉｎｅＡ’の絶対値が、ルックアップテーブルから角度を見つけるために使用され、Ａｒｃｓｉｎｅは、その角度の負の値である。ＳｉｎｅＡ’が負であり、かつＭｅａｓＢ’＞ＭｅａｓＣ’である場合、ＳｉｎｅＡ’の絶対値が、ルックアップテーブルから角度を見つけるために使用され、Ａｒｃｓｉｎｅは、１８０−その角度の負の値である。類似方式において、ＭｅａｓＢ’から導出されるＳｉｎｅＢ’またはＭｅａｓＣ’から導出されるＳｉｎｅＣ’が、Ａｒｃｓｉｎｅルックアップのために使用され得、全てのセンサ出力の大きさ比較は、適宜、交換される。

ここで図６を参照して、線形ホール効果センサＢ（Ｑ２）のＣｏｓｉｎｅによって除算される線形ホール効果センサＡ（Ｑ１）のＳｉｎｅのＡｒｃｔａｎｇｅｎｔが、２相構成の角度位置を表すとする。Ｔａｎｇｅｎｔ値の１つの象限のルックアップテーブルが、０〜９０度の範囲内のＡｒｃｔａｎｇｅｎｔを決定するために使用され得る。ホール効果センサＡの最大および最小値は、ＭａｘＡおよびＭｉｎＡとして測定し、保存され得る。相Ａの平均値は、（ＭａｘＡ＋ＭｉｎＡ）／２である。相Ｂの最大および最小値は、設計上、相Ａのものに等しい。したがって、相Ｂの平均値は、相Ａの平均値に等しい。ホールセンサＢは、ホールセンサＡに９０度だけ先行するので、ホールセンサＢは、角度のＣｏｓｉｎｅを表し、ホールセンサＡは、角度のＳｉｎｅを表す。角度のＴａｎｇｅｎｔは、Ｓｉｎｅ／Ｃｏｓｉｎｅである。任意の瞬間における角度位置Ｘは、ある瞬間における２つのホール効果センサ出力の大きさを測定し、記憶することによって決定され得る。これらのセンサ出力の大きさの測定は、変数ＭｅａｓＡおよびＭｅａｓＢとして保存され得る。角度ＸのＳｉｎｅは、（ＭｅａｓＡ−Ａｖｅｒａｇｅ）／Ｐｅａｋである。この値をＳｉｎｅＸとする。角度ＸのＣｏｓｉｎｅは、（ＭｅａｓＢ−Ａｖｅｒａｇｅ）／Ｐｅａｋである。この値をＣｏｓｉｎｅＸとする。角度ＸのＴａｎｇｅｎｔは、ＳｉｎｅＸ／ＣｏｓｉｎｅＸである。この値をＴａｎｇｅｎｔＸとする。Ｐｅａｋ値は、相殺され、計算される必要はない。したがって、ＴａｎｇｅｎｔＸは、（ＭｅａｓＢ−Ａｖｅｒａｇｅ）によって除算される（ＭｅａｓＡ−Ａｖｅｒａｇｅ）と等しい。ＴａｎｇｅｎｔＸが正であり、ＳｉｎｅＸが正である場合、角度Ｘは、ルックアップテーブルからのＴａｎｇｅｎｔＸのＡｒｃｔａｎｇｅｎｔを見つけることの直接結果である。ＴａｎｇｅｎｔＸが負であり、ＳｉｎｅＸが正である場合、ＴａｎｇｅｎｔＸの絶対値が、ルックアップテーブルから角度を見つけるために使用され、角度Ｘは、１８０度−その値である。ＴａｎｇｅｎｔＸが負であり、ＳｉｎｅＸが負である場合、ＴａｎｇｅｎｔＸの絶対値が、ルックアップテーブルから角度を見つけるために使用され、ＸのＡｒｃｔａｎｇｅｎｔは、その角度の負の値である。ＴａｎｇｅｎｔＸが正であり、ＳｉｎｅＸが負である場合、ＴａｎｇｅｎｔＸの値は、ルックアップテーブルから角度を見つけるために使用され、ＸのＡｒｃｔａｎｇｅｎｔは、１８０−その角度の負の値である。第三調波磁石は、２相構成では使用されることができない。

さらなる実施形態によると、磁石アセンブリの励起は、中心軟磁性コアと、磁石回路の温度安定性を向上させるためのサマリウム磁石またはアルニコ材料の個々の磁性区画とを備え得る。なぜなら、ネオジムおよびセラミックの磁束強度が、サマリウムコバルトに対する０．０２５％／℃およびアルニコ磁石材料に対する０．０１％／℃に対して、０．１１％／℃の負の温度係数を有し、温度に対する速度の比例的により小さい相違をもたらすからである。

図５を参照すると、描写されるのは、本開示の教示による、基本波および第三調波磁石の概略図である。図５（ａ）は、基本波を示し、図５（ｂ）は、第三調波磁石を示す。これらの２つの磁気源が互いに重ねられると、集約磁場が、図４に示されるように、相１波および相２波ホール効果センサ出力応答を産生するであろう。

Claims

多相永久磁石モータとの使用のための制御回路であって、前記制御回路は、その上に磁石を有するモータシャフトの周囲に配置されている複数の線形ホール効果センサを備え、前記複数の線形ホール効果センサからの電圧信号は、前記モータを時計回りまたは反時計回り方向に回転させるように適合されている複数のパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を発生させるために使用される、制御回路。
前記複数の線形ホール効果センサからの前記電圧信号は、前記回転するモータシャフトの角度位置を決定するために使用される、請求項１に記載の制御回路。
３相永久磁石モータに対して、その上に磁石を有するモータシャフトの周囲に１２０度の相対的変位で配置されている３つの線形ホール効果センサを備え、前記３つの線形ホール効果センサからの電圧信号は、前記モータを時計回りまたは反時計回り方向に回転させるように適合されている３つのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を発生させるために使用される、請求項１または２に記載の制御回路。
前記３つの線形ホール効果センサからの前記電圧信号は、前記ＰＷＭ信号を発生させるために三角電圧波形と比較される、請求項３に記載の制御回路。
前記ＰＷＭ信号のデューティサイクルは、前記３つの線形ホール効果センサからの前記電圧信号が平均基準電圧に向かって減衰させられるにつれて変化する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御回路。
平均基準電圧は、２によって除算される三角電圧波形の最高ピーク電圧と最低トラフ電圧との和である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の制御回路。
前記ＰＷＭ信号の周期は、前記モータパラメータの電気時定数（Ｌ／Ｒ）の１／５またはそれ未満である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の制御回路。
前記３つの線形ホール効果センサからの前記電圧信号は、前記回転するモータシャフトの角度位置を決定するために使用される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の制御回路。
前記３つの線形ホール効果センサからの前記電圧信号は、前記モータシャフトの角度位置を遠隔で監視するために使用される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の制御回路。
前記磁石は、中心軟磁性コアと、サマリウム磁石またはアルニコ材料の個々の磁性区画とを備えていることにより、前記磁石の温度安定性を向上させる、請求項１〜９のいずれか１項に記載の制御回路。
前記磁石の磁場は、前記線形ホール効果センサからの電圧出力を増加させるように成形される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の制御回路。
前記成形された磁場は、基本波に加え、前記基本波磁場の約１／６の強度における第三調波を含む、請求項１１に記載の制御回路。
２相永久磁石モータに対して、その上に磁石を有するモータシャフトの周囲に９０度の相対的変位で配置されている２つの線形ホール効果センサを備え、前記２つの線形ホール効果センサからの電圧信号は、前記モータを時計回りまたは反時計回り方向に回転させるように適合されている２つのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を発生させるために使用される、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の制御回路。
前記２つの線形ホール効果センサからの前記電圧信号は、前記回転するモータシャフトの角度位置を決定するために使用される、請求項１３に記載の制御回路。
前記３相永久磁石モータのためのパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動システムを備え、前記ＰＷＭ駆動システムは、
その回転子シャフト上に磁石を有する３相永久磁石モータに結合するために適合されている３つの半波ブリッジ電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）組と、
前記３つの半波ブリッジ電力ＦＥＴ組のうちのそれぞれのものに結合されている出力を有する不感帯制御を伴う３つの相補的出力ＰＷＭ駆動部と、
前記３つの相補的出力ＰＷＭ駆動部のそれぞれの入力に結合されている出力を有する第１、第２、および第３の電圧コンパレータと、
前記３相永久磁石モータ回転子シャフトの周囲に配置され、１２０度間隔を置かれるように適合されている第１、第２、および第３の線形ホール効果センサと、
第１、第２、および第３の調節可能抵抗器であって、各々は、第１、第２、および第３の端子を有し、前記第１および第３の端子は、各調節可能抵抗器の総抵抗値を備え、前記第２の端子は、前記第１の端子と第３の端子との間の抵抗において調節可能であり、
前記第１、第２、および第３の調節可能抵抗器の前記第１の端子は、前記第１、第２、および第３の線形ホール効果センサのうちのそれぞれのものの出力電圧に結合され、
前記第１、第２、および第３の調節可能抵抗器の前記第２の端子は、前記第１、第２、および第３の電圧コンパレータのうちのそれぞれのものの非反転入力に結合され、
前記第１、第２、および第３の調節可能抵抗器の前記第３の端子は、第３の電圧基準からの第３の基準電圧に結合されている、調節可能抵抗器と、
前記第１、第２、および第３の電圧コンパレータの反転入力に結合されている三角波形出力を有するランプ発生器と
を備え、
ＰＷＭ信号が、前記第１、第２、および第３の電圧コンパレータによって発生させられ、前記ＰＷＭ信号は、前記第１、第２、および第３の調節可能抵抗器の前記第２の端子からの電圧に依存するデューティサイクルを有する、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の制御回路。
前記ランプ発生器は、
一定電流ソースと、
一定電流シンクと、
前記ランプ発生器の出力に結合されている反転入力を有する第４および第５の電圧コンパレータと、
前記第４の電圧コンパレータの非反転入力に結合されている第１の基準電圧を提供する第１の電圧基準と、
前記第５の電圧コンパレータの非反転入力に結合されている第２の基準電圧を提供する第２の電圧基準と
を備え、
前記ランプ発生器の出力上の電圧が前記第２の基準電圧以上のとき、前記一定電流シンクが、イネーブルにされ、前記ランプ発生器の出力上の電圧が前記第１の基準電圧以下のとき、前記一定電流ソースが、イネーブルにされる、請求項１５に記載の制御回路。
２相永久磁石モータのためのパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動システムを備え、前記ＰＷＭ駆動システムは、
その回転子シャフト上に磁石を有する２相永久磁石モータに結合するために適合されている２つの半波ブリッジ電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）組と、
前記２つの半波ブリッジ電力ＦＥＴ組のうちのそれぞれのものに結合されている出力を有する不感帯制御を伴う２つの相補的出力ＰＷＭ駆動部と、
前記２つの相補的出力ＰＷＭ駆動部のそれぞれの入力に結合されている出力を有する第１および第２の電圧コンパレータと、
前記２相永久磁石モータ回転子シャフトの周囲に配置され、９０度間隔を置かれるように適合されている第１および第２の線形ホール効果センサと、
第１および第２の調節可能抵抗器であって、各々は、第１、第２、および第３の端子を有し、前記第１および第３の端子は、各調節可能抵抗器の総抵抗値を備え、前記第２の端子は、前記第１の端子と第３の端子との間の抵抗において調節可能であり、
前記第１および第２の調節可能抵抗器の前記第１の端子は、前記第１および第２の線形ホール効果センサのうちのそれぞれのものの出力電圧に結合され、
前記第１および第２の調節可能抵抗器の前記第２の端子は、前記第１および第２の電圧コンパレータのうちのそれぞれのものの非反転入力に結合され、
前記第１および第２の調節可能抵抗器の前記第３の端子は、第３の電圧基準からの第３の基準電圧に結合されている、調節可能抵抗器と、
前記第１および第２の電圧コンパレータの反転入力に結合されている三角波形出力を有するランプ発生器と
を備え、
ＰＷＭ信号が、前記第１および第２の電圧コンパレータによって発生させられ、前記ＰＷＭ信号は、前記第１および第２の調節可能抵抗器の第２の端子からの電圧に依存するデューティサイクルを有する、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の制御回路。
３相永久磁石モータのためのパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動力を発生させる方法であって、前記方法は、
３相永久磁石モータにその上に磁石を有する回転可能モータシャフトを提供するステップと、
前記モータ回転子シャフトの周囲に配置され、１２０度間隔を置かれている３つの線形ホール効果センサを提供するステップと、
前記磁石を有する前記モータシャフトが回転しているとき、前記３つの線形ホール効果センサから電圧を発生させるステップと、
前記線形ホール効果センサからの前記電圧を三角電圧波形と比較するステップと、
前記線形ホール効果センサからの前記電圧と前記三角電圧波形の比較から３つのＰＷＭ信号を発生させるステップと、
前記３つのＰＷＭ信号から不感帯制御を伴う相補的ＰＷＭ信号を発生させるステップと、
不感帯制御を伴う前記相補的ＰＷＭ信号を用いて３つの半波ブリッジ電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を駆動するステップと、
前記３つの半波ブリッジ電力ＦＥＴを電源電圧ソースおよび前記３相永久磁石モータに結合するステップであって、それによって、前記電源電圧ソースのＰＷＭは、前記モータに回転させる、ステップと
を含む、方法。
前記３つの線形ホール効果センサからの前記電圧は、前記モータシャフトの角度位置を決定するために使用される、請求項１８に記載の方法。
前記磁石の磁場を成形し、前記線形ホール効果センサからの電圧出力を増加させるステップをさらに含む、請求項１８または１９に記載の方法。
２相永久磁石モータのためのパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動力を発生させる方法であって、前記方法は、
２相永久磁石モータにその上に磁石を有する回転可能モータシャフトを提供するステップと、
前記モータ回転子シャフトの周囲に配置され、９０度間隔を置かれている２つの線形ホール効果センサを提供するステップと、
前記磁石を有する前記モータシャフトが回転しているとき、前記２つの線形ホール効果センサから電圧を発生させるステップと、
前記線形ホール効果センサからの前記電圧を三角電圧波形と比較するステップと、
前記線形ホール効果センサからの前記電圧と前記三角電圧波形の比較から２つのＰＷＭ信号を発生させるステップと、
前記２つのＰＷＭ信号から不感帯制御を伴う相補的ＰＷＭ信号を発生させるステップと、
不感帯制御を伴う前記相補的ＰＷＭ信号を用いて２つの半波ブリッジ電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を駆動するステップと、
前記２つの半波ブリッジ電力ＦＥＴを電源電圧ソースおよび前記２相永久磁石モータに結合するステップであって、それによって、前記電源電圧ソースのＰＷＭは、前記モータに回転させる、ステップと
を含む、方法。
モータシャフトの角度位置を決定する方法であって、前記方法は、
その上に磁石を有する回転可能モータシャフトを有する３相永久磁石モータを提供するステップと、
第１、第２、および第３の線形ホール効果センサを提供するステップであって、前記第１、第２、および第３の線形ホール効果センサは、前記モータシャフトの周囲に位置し、１２０度間隔を置かれ、前記第２のセンサは、前記第１のセンサより１２０度だけ回転において遅れ、前記第３のセンサは、前記第２のセンサより１２０度だけ回転において遅れている、ステップと、
最大電圧値および最小電圧値を前記第１の線形ホール効果センサから測定するステップと、
前記測定された最大電圧値および最小電圧値をＭａｘＡおよびＭｉｎＡとしてそれぞれ保存するステップと、
ピーク値をＰｅａｋＡ＝（ＭａｘＡ−ＭｉｎＡ）／２として計算するステップと、
平均値をＡｖｅｒａｇｅＡ＝（ＭａｘＡ＋ＭｉｎＡ）／２として計算するステップと、
ある瞬間における前記第１、第２、および第３の線形ホール効果センサの出力電圧値を測定し、ＭｅａｓＡ、ＭｅａｓＢ、およびＭｅａｓＣとしてそれぞれ保存するステップと、
ＳｉｎｅＡ＝（ＭａｘＡ−ＡｖｅｒａｇｅＡ）／ＰｅａｋＡを計算するステップと、
ＳｉｎｅＡが正である場合、ＳｉｎｅＡのＡｒｃｓｉｎｅを決定し、ＳｉｎｅＡが負である場合、ＳｉｎｅＡの絶対値のＡｒｃｓｉｎｅを決定し、ＡｒｃｓｉｎｅＡとして保存するステップと
を含み、
ＳｉｎｅＡが正であり、かつＭｅａｓＣ＞ＭｅａｓＢである場合、前記モータシャフトの角度位置は、ＡｒｃｓｉｎｅＡであり、
ＳｉｎｅＡが正であり、かつＭｅａｓＢ＞ＭｅａｓＣである場合、前記モータシャフトの角度位置は、１８０−ＡｒｃｓｉｎｅＡであり、
ＳｉｎｅＡが負であり、かつＭｅａｓＣ＞ＭｅａｓＢである場合、前記モータシャフトの角度位置は、前記ＳｉｎｅＡの絶対値のＡｒｃｓｉｎｅＡであり、
ＳｉｎｅＡが負であり、かつＭｅａｓＢ＞ＭｅａｓＣである場合、前記モータシャフトの角度位置は、１８０−前記ＳｉｎｅＡの絶対値のＡｒｃｓｉｎｅＡである、
方法。
ＳｉｎｅＡまたはＳｉｎｅＡの絶対値のＡｒｃｓｉｎｅを決定する前記ステップは、ＳｉｎｅＡまたはＳｉｎｅＡの絶対値のＡｒｃｓｉｎｅを複数のＳｉｎｅ値対Ａｒｃｓｉｎｅ値を備えているテーブルからルックアップするステップを含む、請求項２２に記載の方法。
前記Ｓｉｎｅ値対Ａｒｃｓｉｎｅ値のテーブルは、マイクロコントローラのメモリ内のルックアップテーブルとして記憶されている、請求項２３に記載の方法。
０〜９０度の前記Ｓｉｎｅ値対Ａｒｃｓｉｎｅ値のテーブルは、０．５、１、１．５、２、３、４、および５度の増分から成る群から選択される、請求項２３または２４に記載の方法。
Ａｒｃｓｉｎｅを決定する前記ステップは、ＳｉｎｅＡの絶対値のＡｒｃｓｉｎｅを決定し、ＡｒｃｓｉｎｅＡとして保存するステップを含む、請求項２２−２５のいずれか１項に記載の方法。
モータシャフトの角度位置を決定する方法であって、前記方法は、
その上に磁石と第三調波磁石とを有する回転可能モータシャフトを有する３相永久磁石モータを提供するステップと、
第１、第２、および第３の線形ホール効果センサを提供するステップであって、前記第１、第２、および第３の線形ホール効果センサは、前記モータシャフトの周囲に位置し、１２０度間隔を置かれ、それによって、前記第２のセンサは、前記第１のセンサより１２０度だけ回転において遅れ、前記第３のセンサは、前記第２のセンサより１２０度だけ回転において遅れている、ステップと、
前記第１、第２、および第３の線形ホール効果センサから、それぞれ、電圧値ＭｅａｓＡ、ＭｅａｓＢ、およびＭｅａｓＣを測定するステップと、
再構成された電圧値ＭｅａｓＡ’＝ＭｅａｓＡ−ＭｅａｓＢ、ＭｅａｓＢ’＝ＭｅａｓＢ−ＭｅａｓＣ、およびＭｅａｓＣ’＝ＭｅａｓＣ−ＭｅａｓＡを計算するステップと、
ＭｅａｓＡ’の最大電圧値および最小電圧値を決定し、それぞれ、ＭａｘＡ’およびＭｉｎＡ’として保存するステップと、
ピーク値をＰｅａｋ’＝（ＭａｘＡ’−ＭｉｎＡ’）／２として計算するステップと、
平均値をＡｖｅｒａｇｅ’＝（ＭａｘＡ’＋ＭｉｎＡ’）／２として計算するステップと、
ある瞬間における前記第１、第２、および第３の線形ホール効果センサの出力の大きさを測定し、ＭｅａｓＡ、ＭｅａｓＢ、およびＭｅａｓＣとしてそれぞれ保存するステップと、
ＳｉｎｅＡ’＝（ＭｅａｓＡ’−Ａｖｅｒａｇｅ’）／Ｐｅａｋ’を計算するステップと、
ＳｉｎｅＡ’が正である場合、ＳｉｎｅＡ’のＡｒｃｓｉｎｅを決定し、ＳｉｎｅＡ’が負である場合、ＳｉｎｅＡ’の絶対値のＡｒｃｓｉｎｅを決定し、ＡｒｃｓｉｎｅＡとして保存するステップと
を含み、
ＳｉｎｅＡ’が正であり、かつＭｅａｓＣ’＞ＭｅａｓＢ’である場合、前記モータシャフトの角度位置は、ＡｒｃｓｉｎｅＡであり、
ＳｉｎｅＡ’が正であり、かつＭｅａｓＢ’＞ＭｅａｓＣ’である場合、前記モータシャフトの角度位置は、１８０−ＡｒｃｓｉｎｅＡであり、
ＳｉｎｅＡ’が負であり、かつＭｅａｓＣ’＞ＭｅａｓＢ’である場合、前記モータシャフトの角度位置は、前記ＳｉｎｅＡ’の絶対値のＡｒｃｓｉｎｅＡであり、
ＳｉｎｅＡ’が負であり、かつＭｅａｓＢ’＞ＭｅａｓＣ’である場合、前記モータシャフトの角度位置は、１８０−前記ＳｉｎｅＡ’の絶対値のＡｒｃｓｉｎｅＡである、
方法。
ＳｉｎｅＡ’またはＳｉｎｅＡ’の絶対値のＡｒｃｓｉｎｅを決定する前記ステップは、ＳｉｎｅＡ’またはＳｉｎｅＡ’の絶対値のＡｒｃｓｉｎｅを複数のＳｉｎｅ値対Ａｒｃｓｉｎｅ値を備えているテーブルからルックアップするステップを含む、請求項２７に記載の方法。
前記Ｓｉｎｅ値対Ａｒｃｓｉｎｅ値のテーブルは、マイクロコントローラのメモリ内のルックアップテーブルとして記憶されている、請求項２８に記載の方法。
モータシャフトの角度位置を決定する方法であって、前記方法は、
その上に磁石を有する回転可能モータシャフトを有する２相永久磁石モータを提供するステップと、
第１および第２の線形ホール効果センサを提供するステップであって、前記第１および第２の線形ホール効果センサは、前記モータシャフトの周囲に位置し、９０度間隔を置かれ、それによって、前記第２のセンサは、前記第１のセンサより９０度だけ回転において遅れている、ステップと、
最大電圧値および最小電圧値を前記第１の線形ホール効果センサから測定するステップと、
前記測定された最大電圧値および最小電圧値をＭａｘＡおよびＭｉｎＡとしてそれぞれ保存するステップと、
平均値をＡｖｅｒａｇｅ＝（ＭａｘＡ＋ＭｉｎＡ）／２として計算するステップと、
ある瞬間における前記第１および第２の線形ホール効果センサの出力電圧値を測定し、ＭｅａｓＡおよびＭｅａｓＢとしてそれぞれ保存するステップと、
Ａ＝（ＭａｘＡ−Ａｖｅｒａｇｅ）およびＢ＝（ＭａｘＢ−Ａｖｅｒａｇｅ）を計算するステップと、
ＴａｎｇｅｎｔＸ＝Ｂによって除算されるＡを計算するステップと、
ＴａｎｇｅｎｔＸおよびＡが正である場合、前記モータシャフトの角度位置は、ＴａｎｇｅｎｔＸのＡｒｃｔａｎｇｅｎｔであり、
ＴａｎｇｅｎｔＸが負であり、Ａが正である場合、前記モータシャフトの角度位置は、１８０-ＴａｎｇｅｎｔＸの絶対値のＡｒｃｔａｎｇｅｎｔであり、
ＴａｎｇｅｎｔＸおよびＡの両方が負である場合、前記モータシャフトの角度位置は、ＴａｎｇｅｎｔＸの絶対値のＡｒｃｔａｎｇｅｎｔの負の値であり、
ＴａｎｇｅｎｔＸが正であり、Ａが負である場合、前記モータシャフトの角度位置は、１８０-ＴａｎｇｅｎｔＸのＡｒｃｔａｎｇｅｎｔの負の値である、
方法。
ＴａｎｇｅｎｔＸまたはＴａｎｇｅｎｔＸの絶対値のＡｒｃｔａｎｇｅｎｔを決定する前記ステップは、ＴａｎｇｅｎｔＸまたはＴａｎｇｅｎｔＸの絶対値のＡｒｃｔａｎｇｅｎｔを複数のＴａｎｇｅｎｔ値対Ａｒｃｔａｎｇｅｎｔ値を備えているテーブルからルックアップするステップを含む、請求項３０に記載の方法。
前記Ｔａｎｇｅｎｔ値対Ａｒｃｔａｎｇｅｎｔ値のテーブルは、マイクロコントローラのメモリ内のルックアップテーブルとして記憶されている、請求項３１に記載の方法。