JP3395147B2 - 磁極位置検出器 - Google Patents
磁極位置検出器Info
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- JP3395147B2 JP3395147B2 JP2000247737A JP2000247737A JP3395147B2 JP 3395147 B2 JP3395147 B2 JP 3395147B2 JP 2000247737 A JP2000247737 A JP 2000247737A JP 2000247737 A JP2000247737 A JP 2000247737A JP 3395147 B2 JP3395147 B2 JP 3395147B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多相ステップモータを
多相ブラシレスＤＣモータとして駆動するための多極ロ
ータの磁極位置検出方法に関するものである。
多相ブラシレスＤＣモータとして駆動するための多極ロ
ータの磁極位置検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ステップモータの回転運動は、指
令する入力パルスの周波数により規定されるが、大きな
負荷の加速や高速回転するような場合にはロータの回転
運動が指令パルスに正しく追従出来なくなり脱調が生
じ、ロータの回転は異常振動を伴う重大欠点がある。ま
た、近年ステップモータの閉ループ駆動が採用されてい
るがこれらは脱調の発生条件を低減しているのみで原理
的解決には至っていないものが多い。
令する入力パルスの周波数により規定されるが、大きな
負荷の加速や高速回転するような場合にはロータの回転
運動が指令パルスに正しく追従出来なくなり脱調が生
じ、ロータの回転は異常振動を伴う重大欠点がある。ま
た、近年ステップモータの閉ループ駆動が採用されてい
るがこれらは脱調の発生条件を低減しているのみで原理
的解決には至っていないものが多い。
【０００３】上述したステップモータの脱調を避けるた
めに、ステップモータをブラシレスＤＣモータとして運
転できれば両者の長所が生かせ、起動時や急激な負荷変
動時にも安定した回転を確保出来る。
めに、ステップモータをブラシレスＤＣモータとして運
転できれば両者の長所が生かせ、起動時や急激な負荷変
動時にも安定した回転を確保出来る。
【０００４】ステップモータをブラシレスＤＣモータと
して運転するには、ロータの磁極位置を検出し，モータ
巻線に適切な通電角を与えるコミュテーション信号が必
要である。ハイブリッド形のステップモータ軸にエンコ
ーダを直結し、エンコーダ信号をモータのロータ磁極位
置と同期させ，コミュテーション信号とすることでブラ
シレスＤＣモータとして運転する方法が多く提案されて
いる。また、高価なエンコーダでなく、安価なホール素
子をコミュテーションセンサとして用い、多極ロータの
位置を検出する方法が実開昭５７−３４７５８，実開昭
６３−１２４０８３，特開平７−１７４５８３，特開平
９−２０１２０６公報のように提案されている。
して運転するには、ロータの磁極位置を検出し，モータ
巻線に適切な通電角を与えるコミュテーション信号が必
要である。ハイブリッド形のステップモータ軸にエンコ
ーダを直結し、エンコーダ信号をモータのロータ磁極位
置と同期させ，コミュテーション信号とすることでブラ
シレスＤＣモータとして運転する方法が多く提案されて
いる。また、高価なエンコーダでなく、安価なホール素
子をコミュテーションセンサとして用い、多極ロータの
位置を検出する方法が実開昭５７−３４７５８，実開昭
６３−１２４０８３，特開平７−１７４５８３，特開平
９−２０１２０６公報のように提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】モータの低振動化には
ステップ角を非常に小さくすることが有利であるが、ブ
ラシレスＤＣモータとして見るとロータ磁極数が非常に
大きくなる。例えばステップ角0.6゜の３相ステップモ
ータでは200極に相当する。ＤＣブラシレスモータとし
て運転するには、この200極のロータ磁極位置を精度よ
く検出する必要がある。
ステップ角を非常に小さくすることが有利であるが、ブ
ラシレスＤＣモータとして見るとロータ磁極数が非常に
大きくなる。例えばステップ角0.6゜の３相ステップモ
ータでは200極に相当する。ＤＣブラシレスモータとし
て運転するには、この200極のロータ磁極位置を精度よ
く検出する必要がある。
【０００６】上述のステップモータとエンコーダのシス
テムでは、エンコーダ信号をコミュテーション信号に利
用するためエンコーダの出力パルス位置とモータのロー
タ磁極位置を一致させる必要がある。しかしながら、磁
極数が非常に大きくなると、モータのロータ軸とエンコ
ーダ連結の機械角度の位置決め精度が出ない。また，ス
テップ角の比較的大きなモータでも調整に時間がかか
る。
テムでは、エンコーダ信号をコミュテーション信号に利
用するためエンコーダの出力パルス位置とモータのロー
タ磁極位置を一致させる必要がある。しかしながら、磁
極数が非常に大きくなると、モータのロータ軸とエンコ
ーダ連結の機械角度の位置決め精度が出ない。また，ス
テップ角の比較的大きなモータでも調整に時間がかか
る。
【０００７】図８はホール素子を用いる上述の特開平７
−１７４５８３公報の概要である。モータ軸１０２にス
テップモータ１０３の磁極数に等しい極数の着磁を外周
に施した磁気ドラム１０１をモータ軸１０２に固定し，
角度をずらした２個のセンサコア１０４，１０５で集磁
しホール素子１０６で磁束変化を検出している。この方
式でも、磁気ドラム１０１の磁極とモータロータ磁極位
置を一致させる必要があり機械角度位置決め精度の問題
が残る。また、２個の磁性体１０７，１０８の位置合わ
せも煩わしい。その他の考案，実開昭５７−３４７５
８，実開昭６３−１２４０８３，特開平９−２０１２０
６も上述と同じようにＮＳ多極のマグネットが必要であ
り，何らかの形でモータロータとの位置合わせ調整が必
要である。本発明は上述の問題を解決して、精度良いコ
ミュテーション信号を得る磁極位置検出器を安価に提供
することにある。
−１７４５８３公報の概要である。モータ軸１０２にス
テップモータ１０３の磁極数に等しい極数の着磁を外周
に施した磁気ドラム１０１をモータ軸１０２に固定し，
角度をずらした２個のセンサコア１０４，１０５で集磁
しホール素子１０６で磁束変化を検出している。この方
式でも、磁気ドラム１０１の磁極とモータロータ磁極位
置を一致させる必要があり機械角度位置決め精度の問題
が残る。また、２個の磁性体１０７，１０８の位置合わ
せも煩わしい。その他の考案，実開昭５７−３４７５
８，実開昭６３−１２４０８３，特開平９−２０１２０
６も上述と同じようにＮＳ多極のマグネットが必要であ
り，何らかの形でモータロータとの位置合わせ調整が必
要である。本発明は上述の問題を解決して、精度良いコ
ミュテーション信号を得る磁極位置検出器を安価に提供
することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に成る磁極位置検
出器は、検出対象のハイブリッド形多相ステップモータ
に使用されているロータ部分構造と等価なロータコア
と，ステータ部分構造と等価に製作した固定子主磁極
を，ロータコア外周突起と空隙を介して対向させる。ロ
ータコア外周突起部と固定子主磁極の先端突起の重なり
具合による磁気抵抗変化を利用して，固定子主磁極に生
じる磁束変化を，磁気変換素子に与え、電気信号として
検出するものである。
出器は、検出対象のハイブリッド形多相ステップモータ
に使用されているロータ部分構造と等価なロータコア
と，ステータ部分構造と等価に製作した固定子主磁極
を，ロータコア外周突起と空隙を介して対向させる。ロ
ータコア外周突起部と固定子主磁極の先端突起の重なり
具合による磁気抵抗変化を利用して，固定子主磁極に生
じる磁束変化を，磁気変換素子に与え、電気信号として
検出するものである。
【０００９】磁気変換素子にホール素子を使用すると，
回転子外周突起から出る磁力は回転子磁極が単極である
ためＤＣ電圧が重畳した電圧出力となる。この重畳電圧
は，ホール素子の温度特性により大きく変化するため，
そのままロータの位置センサとして使用することは不可
能である。そこで電気角で１８０°位相のずれた第二の
ホール素子を配置し，基準となる第一のホール素子と第
二のホール素子の出力電圧を比較することで，余分な重
畳電圧を除去する方法が考えられる。
回転子外周突起から出る磁力は回転子磁極が単極である
ためＤＣ電圧が重畳した電圧出力となる。この重畳電圧
は，ホール素子の温度特性により大きく変化するため，
そのままロータの位置センサとして使用することは不可
能である。そこで電気角で１８０°位相のずれた第二の
ホール素子を配置し，基準となる第一のホール素子と第
二のホール素子の出力電圧を比較することで，余分な重
畳電圧を除去する方法が考えられる。
【００１０】モータのロータと磁極位置検出器の回転子
の部品は同一であり，モータ軸に対して同一角度に容易
に保持できる。また，モータの固定子と磁極位置検出器
の固定子主磁極の部品は同一であり，ある基準点に対し
て同一角度に容易に保持できる。上記の様にモータと磁
極位置検出器は高精度に位置決めでき，モータの通電相
切換位置を一致させる調整作業は不要となる。
の部品は同一であり，モータ軸に対して同一角度に容易
に保持できる。また，モータの固定子と磁極位置検出器
の固定子主磁極の部品は同一であり，ある基準点に対し
て同一角度に容易に保持できる。上記の様にモータと磁
極位置検出器は高精度に位置決めでき，モータの通電相
切換位置を一致させる調整作業は不要となる。
【００１１】
【実施例】以下図面によって本発明の第一の実施例につ
いて説明する。図１は，モータと一体に搭載した本発明
の磁極位置検出器の断面図であり，Ａ部が磁極位置検出
器であり，Ｂ部はハイブリッド形のステップモータ（以
下モータと称する）である。Ｂ部のモータのロータ部構
造は，外周に歯状突起を備えた第一のモータロータコア
１２と，外周の歯状突起の凹凸位置を逆にした第二のモ
ータロータコア１３との間に単極着磁したモータ永久磁
石１４を挟持した構成となっている。１５はモータ巻
線，１６はモータステータコアであり巻線１５が施され
ている。５はモータ回転軸４を保持するボールベアリン
グ，１１はモータハウジング，１７はモータ組み立て用
のネジである。
いて説明する。図１は，モータと一体に搭載した本発明
の磁極位置検出器の断面図であり，Ａ部が磁極位置検出
器であり，Ｂ部はハイブリッド形のステップモータ（以
下モータと称する）である。Ｂ部のモータのロータ部構
造は，外周に歯状突起を備えた第一のモータロータコア
１２と，外周の歯状突起の凹凸位置を逆にした第二のモ
ータロータコア１３との間に単極着磁したモータ永久磁
石１４を挟持した構成となっている。１５はモータ巻
線，１６はモータステータコアであり巻線１５が施され
ている。５はモータ回転軸４を保持するボールベアリン
グ，１１はモータハウジング，１７はモータ組み立て用
のネジである。
【００１２】本発明に係わるＡ部の磁極位置検出部にお
いて，１は軸方向に単極着磁された検出器永久磁石，２
は外周に歯状突起の凹凸を有する検出器ロータコア，３
はロータプレート，モータ回転軸４に検出器永久磁石１
と検出器ロータコア２とロータプレート３を固定したも
のが回転子である。また，６は内周に歯状突起の凹凸を
有する検出器ステータコアの主磁極となる固定子主磁極
である。また，８は磁性材料からなる集磁チップ，９は
磁界強度を電気信号に変換するホール素子群，１０はホ
ール素子群９を搭載するプリント基板である。磁極位置
検出部の検出器ロータコアとモータ部の第一のモータロ
ータコア１２，第二のモータロータコア１３とは同一金
型でプレス加工したもので，厚さは異なるが平面形状は
全く同一である。また同じように、磁極位置検出部の固
定子主磁極６とモータ部のモータステータコア１６は同
一金型でプレス加工したもので，厚さは異なるが平面形
状は全く同一である。
いて，１は軸方向に単極着磁された検出器永久磁石，２
は外周に歯状突起の凹凸を有する検出器ロータコア，３
はロータプレート，モータ回転軸４に検出器永久磁石１
と検出器ロータコア２とロータプレート３を固定したも
のが回転子である。また，６は内周に歯状突起の凹凸を
有する検出器ステータコアの主磁極となる固定子主磁極
である。また，８は磁性材料からなる集磁チップ，９は
磁界強度を電気信号に変換するホール素子群，１０はホ
ール素子群９を搭載するプリント基板である。磁極位置
検出部の検出器ロータコアとモータ部の第一のモータロ
ータコア１２，第二のモータロータコア１３とは同一金
型でプレス加工したもので，厚さは異なるが平面形状は
全く同一である。また同じように、磁極位置検出部の固
定子主磁極６とモータ部のモータステータコア１６は同
一金型でプレス加工したもので，厚さは異なるが平面形
状は全く同一である。
【００１３】図２は，３相の磁極位置検出器であり，外
周に歯状突起の凹凸を有する検出器ロータコア２からな
る回転子と，空隙を介して円環状検出器ステータコアの
内周に歯状突起の凹凸を有する固定子主磁極６とホール
素子群９の位置関係を示すものである。２０は検出ステ
ータコアの外周円環状ヨークである。本図では，固定子
主磁極６の磁極数は１２であり，固定子主磁極位置はａ
〜ｌとなっている。回転子の回転により，固定子磁極位
置ａに対してｂでは，上述の空隙の磁気抵抗変化が電気
角で６０°遅れて現れる。同様に固定子主磁極位置ｃ〜
ｌは順次電気角６０°遅れている。したがって，電気角
１２０°位相差の３相信号Ｕ，Ｖ，Ｗを検出するには，
固定子主磁極位置ａにＵ相ホール素子９−ｕを，固定子
主磁極位置ｃにＶ相ホール素子９−ｖを，固定子主磁極
位置ｅにＷ相ホール素子９−ｗを配置すればよい。
周に歯状突起の凹凸を有する検出器ロータコア２からな
る回転子と，空隙を介して円環状検出器ステータコアの
内周に歯状突起の凹凸を有する固定子主磁極６とホール
素子群９の位置関係を示すものである。２０は検出ステ
ータコアの外周円環状ヨークである。本図では，固定子
主磁極６の磁極数は１２であり，固定子主磁極位置はａ
〜ｌとなっている。回転子の回転により，固定子磁極位
置ａに対してｂでは，上述の空隙の磁気抵抗変化が電気
角で６０°遅れて現れる。同様に固定子主磁極位置ｃ〜
ｌは順次電気角６０°遅れている。したがって，電気角
１２０°位相差の３相信号Ｕ，Ｖ，Ｗを検出するには，
固定子主磁極位置ａにＵ相ホール素子９−ｕを，固定子
主磁極位置ｃにＶ相ホール素子９−ｖを，固定子主磁極
位置ｅにＷ相ホール素子９−ｗを配置すればよい。
【００１４】図３−１，３−２は，検出器永久磁石１か
らの磁束ループを示すもので，検出器永久磁石１から出
た磁束は，ロータプレート３を通り，固定子主磁極６上
に配置された集磁チップ８に集中する。更に、内周先端
に歯状突起を有する第一の固定子主磁極６を通り、空隙
を介し検出器ロータコア２の外周歯状突起を通り，検出
器永久磁石１に戻る。また、ホール素子９を集磁チップ
８上で空隙を介してロータプレート３に対向させる。図
３−１，３−２は検出器ロータコアと固定子主磁極間の
空隙の磁気抵抗が最も小さい状態を示し，磁性体円板の
回転移動に従って，空隙の磁気抵抗は大小に変化し，そ
の結果としてホール素子９に印加される磁界強度も大小
に変化する。図３−３は固定子主磁極を電磁鋼板の積層
構造で製作し、積層用のハーフパンチ凸部を集磁チップ
として使用する一体化構造を示すもので、組み立てが容
易に出来る。
らの磁束ループを示すもので，検出器永久磁石１から出
た磁束は，ロータプレート３を通り，固定子主磁極６上
に配置された集磁チップ８に集中する。更に、内周先端
に歯状突起を有する第一の固定子主磁極６を通り、空隙
を介し検出器ロータコア２の外周歯状突起を通り，検出
器永久磁石１に戻る。また、ホール素子９を集磁チップ
８上で空隙を介してロータプレート３に対向させる。図
３−１，３−２は検出器ロータコアと固定子主磁極間の
空隙の磁気抵抗が最も小さい状態を示し，磁性体円板の
回転移動に従って，空隙の磁気抵抗は大小に変化し，そ
の結果としてホール素子９に印加される磁界強度も大小
に変化する。図３−３は固定子主磁極を電磁鋼板の積層
構造で製作し、積層用のハーフパンチ凸部を集磁チップ
として使用する一体化構造を示すもので、組み立てが容
易に出来る。
【００１５】図４は，ホール素子９−ｕの出力電圧波形
からＵ相のコミュテーション信号を生成する方法であ
る。４１はホール素子９−ｕの出力電圧波形，４２はあ
る基準電圧であり，４３はＵ相のコミュテーション信号
である。このように，検出器永久磁石１が単極に着磁さ
れているため出力電圧波形４１はＤＣ電圧が重畳した波
形となる。出力電圧波形４１と基準電圧４２を比較回路
で処理することでコミュテーション信号４３が得られ
る。
からＵ相のコミュテーション信号を生成する方法であ
る。４１はホール素子９−ｕの出力電圧波形，４２はあ
る基準電圧であり，４３はＵ相のコミュテーション信号
である。このように，検出器永久磁石１が単極に着磁さ
れているため出力電圧波形４１はＤＣ電圧が重畳した波
形となる。出力電圧波形４１と基準電圧４２を比較回路
で処理することでコミュテーション信号４３が得られ
る。
【００１６】しかしながら，ホール素子群９は温度特性
が悪く，周囲温度の変化で出力電圧が大きく変動する。
図４の４４は温度変化した場合のホール素子の出力電圧
であり，４５は比較回路出力のコミュテーション信号で
ある。このように，温度によりコミュテーション信号の
Ｈ・Ｌのデューティ比が変化してコミュテーションの精
度を悪化させてしまう。
が悪く，周囲温度の変化で出力電圧が大きく変動する。
図４の４４は温度変化した場合のホール素子の出力電圧
であり，４５は比較回路出力のコミュテーション信号で
ある。このように，温度によりコミュテーション信号の
Ｈ・Ｌのデューティ比が変化してコミュテーションの精
度を悪化させてしまう。
【００１７】そこで図２に示すように，各相の第一のホ
ール素子群９−ｕ，９−ｖ，９−ｗに対して電気角で１
８０°位相のずれた第二のホール素子群９−ｕ’，９−
ｖ’，９−ｗ’を図２のように配置し，各相の第一のホ
ール素子群と第二のホール素子群の出力電圧を比較する
ことで，余分な重畳電圧を除去することが可能となる。
ール素子群９−ｕ，９−ｖ，９−ｗに対して電気角で１
８０°位相のずれた第二のホール素子群９−ｕ’，９−
ｖ’，９−ｗ’を図２のように配置し，各相の第一のホ
ール素子群と第二のホール素子群の出力電圧を比較する
ことで，余分な重畳電圧を除去することが可能となる。
【００１８】図５は，ホール素子９−ｕ’の出力電圧波
形４６とホール素子９−ｕの出力電圧波形４１との交点
からＵ相のコミュテーション信号４３を生成するもの
で，この場合，周囲温度変化に対してホール素子の出力
電圧波形は４４，４７のようになるが両者の交点位置の
変化はなく，温度変化に対してコミュテーション信号４
３のデューティは変化しない。
形４６とホール素子９−ｕの出力電圧波形４１との交点
からＵ相のコミュテーション信号４３を生成するもの
で，この場合，周囲温度変化に対してホール素子の出力
電圧波形は４４，４７のようになるが両者の交点位置の
変化はなく，温度変化に対してコミュテーション信号４
３のデューティは変化しない。
【００１９】図６は，３相分のコミュテーション信号を
示すもので，４８はＶ相のコミュテーション信号，４９
はＷ相のコミュテーション信号を表し，それぞれ電気角
で１２０°の位相差信号が生成される。
示すもので，４８はＶ相のコミュテーション信号，４９
はＷ相のコミュテーション信号を表し，それぞれ電気角
で１２０°の位相差信号が生成される。
【００２０】また，図１において，モータと磁極位置検
出器を組み立てる際に，第一のモータロータコア１２と
検出器ロータコア２の外周歯状突起の凹凸位置を一致さ
せる。また、モータステータコア１６と第一の固定子主
磁極６の内周歯状突起凹凸位置，更にＵ，Ｖ，Ｗ相の巻
線のあるモータステータコア主磁極とホール素子９−
ｕ，９−ｖ，９−ｗを一致させて配置することで，モー
タが回転することにより生じる誘起電圧とコミュテーシ
ョン信号の位相関係は図７のようになる。ここで４３は
Ｕ相のコミュテーション信号出力，５０はＵ相のモータ
誘起電圧波形である。このように，誘起電圧に対して得
られるコミュテーション信号は電気角９０°の位相差が
あり，モータ駆動回路内で位相シフト処理を行い最適な
通電位置を決めてモータ巻線に通電する。
出器を組み立てる際に，第一のモータロータコア１２と
検出器ロータコア２の外周歯状突起の凹凸位置を一致さ
せる。また、モータステータコア１６と第一の固定子主
磁極６の内周歯状突起凹凸位置，更にＵ，Ｖ，Ｗ相の巻
線のあるモータステータコア主磁極とホール素子９−
ｕ，９−ｖ，９−ｗを一致させて配置することで，モー
タが回転することにより生じる誘起電圧とコミュテーシ
ョン信号の位相関係は図７のようになる。ここで４３は
Ｕ相のコミュテーション信号出力，５０はＵ相のモータ
誘起電圧波形である。このように，誘起電圧に対して得
られるコミュテーション信号は電気角９０°の位相差が
あり，モータ駆動回路内で位相シフト処理を行い最適な
通電位置を決めてモータ巻線に通電する。
【００２１】また，図３−１において，ホール素子９の
上部にロータプレート３の外周があり，この外周部に検
出器ロータコア２が先端に持つ歯状突起と同数のスリッ
トを設けることで，ホール素子９を通過する磁束変化量
が増加して検出精度があがる。
上部にロータプレート３の外周があり，この外周部に検
出器ロータコア２が先端に持つ歯状突起と同数のスリッ
トを設けることで，ホール素子９を通過する磁束変化量
が増加して検出精度があがる。
【００２２】また，本発明の実施例では，検出器ロータ
コアとモータロータコア，検出器ステータコアとモータ
ステータコアが同一金型のプレス品で説明したが，モー
タ用と検出器用の部品は大きさが異なっても相似形状に
なっていれば使用可能であることは言うまでもない。
コアとモータロータコア，検出器ステータコアとモータ
ステータコアが同一金型のプレス品で説明したが，モー
タ用と検出器用の部品は大きさが異なっても相似形状に
なっていれば使用可能であることは言うまでもない。
【００２３】また、本発明では，電気角９０°位相差の
２相モータ，電気角３６°位相差の５相モータでも上述
した３相モータの実施例と同様に適用可能であることも
言うまでもない。
２相モータ，電気角３６°位相差の５相モータでも上述
した３相モータの実施例と同様に適用可能であることも
言うまでもない。
【００２４】上記実施例の形態に例示した本発明の磁極
位置検出器の特徴について列挙する。 （ａ）多相ハイブリド形ステップモータの磁極位置をホ
ール素子で安価に検出可能である。 （ｂ）本発明の磁極位置検出器の主要部品は，ハイブリ
ッド形ステップモータの部品と等価であり安価に構成さ
れる。 （ｃ）各固定子主磁極に集磁チップを配置することで，
各固定子主磁極相互間での磁路が形成されず，ホール素
子に磁束が集中し，コミュテーション信号としての精度
が良い。 （ｄ）各相に電気角１８０°位相差のホール素子を付加
配置し，各相ホール素子出力の交点を検出することで，
ゼロクロス検出と等価になり，温度に対して精度の良い
コミュテーション信号が得られる。 （ｇ）本発明の磁極位置検出器の主要部品は，ハイブリ
ッド形ステップモータの部品と等価であり，位置合わせ
の組み立てが容易であり，モータ誘起電圧との位置合わ
せの後作業が不要である。 （ｈ）本発明に係わる電気部品（ホール素子，ＩＣ，抵
抗等）は全て一枚のプリント基板上に配置され接続が容
易であり，小型化されてモータ内に内蔵可能である。 （ｉ）本発明の磁極位置検出器は簡略化された構造で，
高精度に位置を検出可能である。
位置検出器の特徴について列挙する。 （ａ）多相ハイブリド形ステップモータの磁極位置をホ
ール素子で安価に検出可能である。 （ｂ）本発明の磁極位置検出器の主要部品は，ハイブリ
ッド形ステップモータの部品と等価であり安価に構成さ
れる。 （ｃ）各固定子主磁極に集磁チップを配置することで，
各固定子主磁極相互間での磁路が形成されず，ホール素
子に磁束が集中し，コミュテーション信号としての精度
が良い。 （ｄ）各相に電気角１８０°位相差のホール素子を付加
配置し，各相ホール素子出力の交点を検出することで，
ゼロクロス検出と等価になり，温度に対して精度の良い
コミュテーション信号が得られる。 （ｇ）本発明の磁極位置検出器の主要部品は，ハイブリ
ッド形ステップモータの部品と等価であり，位置合わせ
の組み立てが容易であり，モータ誘起電圧との位置合わ
せの後作業が不要である。 （ｈ）本発明に係わる電気部品（ホール素子，ＩＣ，抵
抗等）は全て一枚のプリント基板上に配置され接続が容
易であり，小型化されてモータ内に内蔵可能である。 （ｉ）本発明の磁極位置検出器は簡略化された構造で，
高精度に位置を検出可能である。
【００２５】
【発明の効果】以上詳細に説明したごとく，本発明の磁
極位置検出器は，小ステップ角仕様のハイブリド形ステ
ップモータをブラシレスＤＣモータとして運転する際の
ロータの磁極位置検出を，安価で，組み立て性が良く，
位置検出の精度向上が図れ，簡素化された構造で実現可
能となる。本磁極位置検出器を搭載したモータは，回転
ムラ低減・動作範囲拡大・高効率運転が可能となり用途
を大幅に拡大できる。
極位置検出器は，小ステップ角仕様のハイブリド形ステ
ップモータをブラシレスＤＣモータとして運転する際の
ロータの磁極位置検出を，安価で，組み立て性が良く，
位置検出の精度向上が図れ，簡素化された構造で実現可
能となる。本磁極位置検出器を搭載したモータは，回転
ムラ低減・動作範囲拡大・高効率運転が可能となり用途
を大幅に拡大できる。
【００２６】
【図１】本発明に成る３相磁極位置検出器とハイブリッ
ド形ステップモータの構造図
ド形ステップモータの構造図
【図２】本発明に成る３相磁極位置検出器の平面構造図
【図３】本発明に成る磁極位置検出器の磁束ループを示
す構造図
す構造図
【図４】本発明に成る磁極位置検出器のホール素子の出
力電圧波形図
力電圧波形図
【図５】本発明に成る磁極位置検出器の第一のホール素
子と第二のホール素子の出力電圧波形図
子と第二のホール素子の出力電圧波形図
【図６】本発明に成る磁極位置検出器から生成したコミ
ュテーション信号図
ュテーション信号図
【図７】本発明に成る磁極位置検出器から生成したコミ
ュテーション信号図とモータ誘起電圧の関係図
ュテーション信号図とモータ誘起電圧の関係図
【図８】従来の磁極位置検出器
Ａ・・・磁極位置検出器
Ｂ・・・ハイブリッド形ステップモータ
ａ〜ｌ・・・固定子主磁極位置を示す
１・・・検出器永久磁石
２・・・検出器ロータコア
３・・・ロータプレート
４・・・モータ回転軸
５・・・ボールベアリング
６・・・第一の固定子主磁極
８・・・集磁チップ
９・・・ホール素子群
１０・・・プリント基板
１１・・・モータハウジング
１２・・・第一のモータロータコア
１３・・・第二のモータロータコア
１４・・・モータ永久磁石
１５・・・モータ巻線
１６・・・モータステータコア
１７・・・ネジ
２０・・・円環状ヨーク部
４１・・・ホール素子９−ｕの出力電圧波形
４２・・・基準電圧
４３・・・Ｕ相コミュテーション信号
４４・・・周囲温度変化によるホール素子９−ｕの出力
電圧波形 ４５・・・周囲温度変化によるＵ相コミュテーション信
号 ４６・・・ホール素子９−ｕ’の出力電圧波形 ４７・・・周囲温度変化によるホール素子９−ｕ’の出
力電圧波形 ４８・・・Ｖ相コミュテーション信号 ４９・・・Ｗ相コミュテーション信号 ５０・・・Ｕ相モータ巻線の誘起電圧波形 ５１・・・ホール素子９−ｕの出力電圧波形 ５２・・・Ｕ相コミュテーション信号 ５３・・・周囲温度変化によるホール素子９−ｕの出力
電圧波形 １０１・・・磁気ドラム １０２・・・モータ軸 １０３・・・モータ １０４・・・第一のセンサコア １０５・・・第二のセンサコア １０６・・・ホール素子 １０７・・・第一の磁性体 １０８・・・第二の磁性体
電圧波形 ４５・・・周囲温度変化によるＵ相コミュテーション信
号 ４６・・・ホール素子９−ｕ’の出力電圧波形 ４７・・・周囲温度変化によるホール素子９−ｕ’の出
力電圧波形 ４８・・・Ｖ相コミュテーション信号 ４９・・・Ｗ相コミュテーション信号 ５０・・・Ｕ相モータ巻線の誘起電圧波形 ５１・・・ホール素子９−ｕの出力電圧波形 ５２・・・Ｕ相コミュテーション信号 ５３・・・周囲温度変化によるホール素子９−ｕの出力
電圧波形 １０１・・・磁気ドラム １０２・・・モータ軸 １０３・・・モータ １０４・・・第一のセンサコア １０５・・・第二のセンサコア １０６・・・ホール素子 １０７・・・第一の磁性体 １０８・・・第二の磁性体
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 鵜木 洋治
群馬県桐生市相生町３−93 日本サーボ
株式会社桐生工場内
(56)参考文献 特開 昭57−7562（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−288113（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−209018（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−261532（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−174583（ＪＰ，Ａ)
実開 平３−114012（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01D 5/00 - 5/62
G01B 7/00 - 7/30
H02K 11/00
H02K 37/04 501
H02K 24/00
H02P 8/00 303
Claims (10)
- 【請求項１】 外周に複数の歯状突起を設けたロータコ
アとロータコアよりも外径が大きく磁性材料から成る円
形のロータプレート間に，回転軸方向にＮＳと磁化され
た永久磁石を挟持して回転軸に固着し，ロータコアの外
周にラジアル空隙を介して，その先端に複数個の歯状突
起を備え，歯状突起に発生した磁束を集束させる複数個
の固定子主磁極を円環状ヨークの内周に等間隔に設けた
ステータコアを具備し，固定子主磁極とロータプレート
とを軸方向にスラスト空隙を設けて対向させ配置し，ス
ラスト空隙に磁束を電気信号に変換する磁気変換素子を
軸方向に配置し、ロータコアの回転に応じて変化する固
定子主磁極を通る磁束変化を検出することで検出器ロー
タコアの位置を検出することを特徴とした磁極位置検出
器。 - 【請求項２】 スラスト空隙に配置された磁気変換素子
の軸方向に，磁性材料からなる集磁チップを配置したこ
とを特徴とする請求項１に記載の磁極位置検出器。 - 【請求項３】 ロータコアの外周歯状突起の凹凸と，固
定子主磁極先端の歯状突起の凹凸によるラジアル空隙の
磁気抵抗変化が電気角６０°毎の位相差となるように，
固定子主磁極数を３ｎ（ｎは２以上の偶数）とし，基準
とする固定子主磁極から電気角で６０°，１２０°，１
８０°，２４０°，３００°となる位置のスラスト空隙
に６個の磁気変換素子を配置する請求項２に記載の磁極
位置検出器。 - 【請求項４】 ロータコアの外周歯状突起の凹凸と，固
定子主磁極先端の歯状突起の凹凸によるラジアル空隙の
磁気抵抗変化が電気角９０°毎の位相差となるように，
固定子主磁極数を２ｎ（ｎは２以上の偶数）とし，基準
とする固定子主磁極から電気角で９０°，１８０°，２
７０°となる位置のスラスト空隙に４個の磁気変換素子
を配置する請求項２に記載の磁極位置検出器。 - 【請求項５】 ロータコアの外周歯状突起の凹凸と，固
定子主磁極先端の歯状突起の凹凸によるラジアル空隙の
磁気抵抗変化が電気角３６°毎の位相差となるように，
固定子主磁極数を５ｎ（ｎは２以上の偶数）とし，基準
とする固定子主磁極から電気角で３６°，７２°，１０
８°，１４４°，１８０°、２１６°，２５２°，２８
８°，３２４°となる位置のスラスト空隙に１０個の磁
気変換素子を配置する請求項２に記載の磁極位置検出
器。 - 【請求項６】 請求項３，４，５において，電気角が１
８０°異なる磁気変換素子の各々をペアとし、そのペア
である２個の磁気変換素子の出力電圧波形を比較しクロ
ス点を検出することを特徴とする磁極位置検出器。 - 【請求項７】 請求項２において，検出器ステータコア
を電磁鋼板の積層で構成し、積層用のハーフパンチ凸部
を集磁チップ部として、固定子磁極と集磁チップを一体
化したことを特徴とする磁極位置検出器。 - 【請求項８】 前記磁気変換素子を１枚のプリント基板
上に配置し，各固定子磁極間の隙間に，磁気変換素子の
出力処理回路用の電子部品を搭載すること，を特徴とす
る請求項１〜７に記載の磁極位置検出器。 - 【請求項９】 請求項１〜８に記載の磁極位置検出器を
モータと一体化して組み込んだことを特徴とする磁極位
置検出器。 - 【請求項１０】 請求項１〜５において，円形のロータ
プレート外周が磁気変換素子上になるように設定し、ロ
ータプレート外周にロータコアと同数の歯状スリットを
設けたことを特徴とする磁極位置検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000247737A JP3395147B2 (ja) | 2000-08-17 | 2000-08-17 | 磁極位置検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000247737A JP3395147B2 (ja) | 2000-08-17 | 2000-08-17 | 磁極位置検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002062162A JP2002062162A (ja) | 2002-02-28 |
| JP3395147B2 true JP3395147B2 (ja) | 2003-04-07 |
Family
ID=18737771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000247737A Expired - Fee Related JP3395147B2 (ja) | 2000-08-17 | 2000-08-17 | 磁極位置検出器 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3395147B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007028811A (ja) * | 2005-07-19 | 2007-02-01 | Hitachi Ltd | ブレーキ制御装置 |
| JP5759867B2 (ja) | 2011-10-28 | 2015-08-05 | 山洋電気株式会社 | 磁気エンコーダ |
-
2000
- 2000-08-17 JP JP2000247737A patent/JP3395147B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002062162A (ja) | 2002-02-28 |
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