JP4772146B2

JP4772146B2 - ブラシレスモータ装置

Info

Publication number: JP4772146B2
Application number: JP2009505064A
Authority: JP
Inventors: 敏川村; 綾西川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2027-11-08
Also published as: CN101611528A; DE112007003276T5; US20090302793A1; JPWO2008114473A1; WO2008114473A1; CN101611528B; US8350503B2; KR20090096515A; KR101066749B1

Description

この発明は、直流電流により動作するブラシレスモータ装置に関し、特に、ロータの回転位置検出の分解能をあげる技術に関する。

従来、例えば車用のＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気ガス再循環）バルブ、ＶＧ（ＶａｒｉａｂｌｅＧｅｏｍｅｔｖｉｃ）ターボアクチュエータなどといった排ガス制御用アクチュエータの駆動源としてブラシレスモータ装置が用いられている。このブラシレスモータ装置は、例えば、スロット数が「９」のステータと、極数が「８」のロータと、極数がロータの極数と同じ「８」の磁極位置検出用マグネットと、この磁極位置検出用マグネットの磁気を検出することによりロータの回転位置を検出する３個のホールＩＣ（ホール素子が組み込まれたＩＣ）を備えている。このような、ロータの極数と磁極位置検出用マグネットの極数とが同一であり、かつ３個のホールＩＣを備えたブラシレスモータ装置を、この明細書では「単精度のブラシレスモータ装置」と呼ぶ。

近年は、ロータの回転位置検出の分解能をあげるために、磁極位置検出用マグネットの極数を、従来の２倍の「１６」にしたブラシレスモータ装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。このような、磁極位置検出用マグネットの極数がロータの極数の２倍であり、かつ３個のホールＩＣを備えたブラシレスモータ装置を、この明細書では「２倍精度のブラシレスモータ装置」と呼ぶ。この２倍精度のブラシレスモータ装置によれば、ロータの回転位置検出の分解能を、単精度のブラシレスモータ装置の２倍に向上させることができる。

特開２００２−２５２９５８号公報

ところで、上述した特許文献１に開示された２倍精度のブラシレスモータ装置においては、一定の分解能でロータの回転位置を検出できるが、例えば排ガス制御用アクチュエータなどにおいては、さらに細かい分解能でロータの回転位置を検出することができるブラシレスモータ装置の開発が望まれている。

この発明は、上述した要請に応えるためになされたものであり、その課題は、ロータの回転位置検出の分解能をあげることができるブラシレスモータ装置を提供することにある。

この発明に係るブラシレスモータ装置は、上記課題を解決するために、固定的に配置されたステータと、ステータが複数の励磁パターンによって順次に励磁されることにより回転する、所定の極数を有するロータと、ロータの回転軸に直交する面に固着され、該ロータの２倍の極数を有する磁極位置検出用マグネットと、磁極位置検出用マグネットに対向するように配置されてロータの磁極位置を検出するｎ個のメインホール素子と、磁極位置検出用マグネットに対向し、かつメインホール素子に対して周方向に所定のオフセットを有するように配置されてロータの磁極位置を検出するｎ個のサブホール素子と、メインホール素子の出力パターンの変化に応じて「２」をカウントするメインカウント部と、所定タイミングでメインホール素子の出力パターンとサブホール素子の出力パターンとが同じである場合に「１」をカウントするサブカウント部と、メインカウント部およびサブカウント部でカウントされた値に応じてロータの回転を制御する制御部を備えている。

この発明に係るブラシレスモータ装置によれば、ｎ相のブラシレスモータ装置において、磁極位置検出用マグネットの極数をロータの極数の２倍にし、さらに、ｎ個のメインホール素子の他に、ｎ個のサブホール素子を備えて磁極位置を検出するように構成したので、ロータの回転位置検出の分解能を、従来の２倍精度のブラシレスモータ装置の２倍にすることができる。その結果、４倍精度のブラシレスモータ装置を実現できるので、従来のブラシレスモータ装置に比べて、ロータの回転位置検出の分解能をさらにあげることができる。

この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置が適用されたＥＧＲバルブの構造を軸方向に切断して示す断面図である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置におけるバルブリフト量−ホールＩＣカウント数特性を示す図である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置のモータシャフト端面から見た平面図である。従来の１２極のロータ１２を用いた単精度および２倍精度のブラシレスモータ装置におけるホールＩＣの配置の例を示す図である。この発明の実施の形態１に係る４倍精度のブラシレスモータ装置におけるホールＩＣの配置の例を示す図である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置で使用されるモータ駆動回路の構成を示すブロック図である。従来のブラシレスモータ装置を動作させるための通電方向、電気角、機械角およびホールＩＣ出力の関係を示す図である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置を動作させるための通電方向、電気角、機械角およびホールＩＣ出力の関係を示す図である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置においてロータの開方向回転時の通電順序と各通電におけるロータのトルク点を示す図（その１）である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置においてロータの開方向回転時の通電順序と各通電におけるロータのトルク点を示す図（その２）である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置においてロータの閉方向回転時の通電順序と各通電におけるロータのトルク点を示す図（その１）である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置においてロータの閉方向回転時の通電順序と各通電におけるロータのトルク点を示す図（その２）である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置においてホールＩＣの出力が順次に切り替わる状態を示す図である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置の動作を、位置制御処理を中心に示すフローチャートである。図１４のフローチャートに示した位置制御処理をブロック図で記述したものである。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置においてバルブの開弁方向にロータを回転させるときの動作を示すタイミングチャートである。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置においてバルブの閉弁方向にロータを回転させるときの動作を示すタイミングチャートである。この発明の実施の形態２に係るブラシレスモータ装置を上面から見た図である。この発明の実施の形態２に係るブラシレスモータ装置を動作させるための通電方向、電気角、機械角およびホールＩＣ出力の関係を示す図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置が適用されたＥＧＲバルブの構造を軸方向に切断して示す断面図である。このＥＧＲバルブは、大きく分けると、ブラシレスモータ装置１とバルブ機構２とから構成されている。

ブラシレスモータ装置１は、モータシャフト１１に螺合された円筒状のロータ１２が、ケース１３に固着されたステータ１４の中空部に挿入されて、ベアリング１５によって回転自在に支持されることにより構成されている。また、ロータ１２には、その軸に垂直な面となるように、磁極位置検出用マグネット１６が固着されている。

また、プリント基板１７にはホールＩＣ１８が搭載されている。ホールＩＣ１８は、ホール素子が組み込まれたＩＣから構成されている。プリント基板１７は、ホールＩＣ１８が磁極位置検出用マグネット１６に対向する位置になるように、ケース１３に取り付けられている。ロータ１２に螺合されるモータシャフト１１は、ロータ１２の回転によって、その軸方向（図１中の上下方向）に移動可能になっており、ロータ１２の１回転当たりのモータシャフト１１の移動量が８ｍｍになるように、モータシャフト１１およびロータ１２にねじが形成されている。

バルブ機構２には、バルブ２１が固着されたバルブシャフト２２が設けられており、その軸はモータシャフト１１の軸と同一位置になるように配置されている。このバルブシャフト２２は、フェイルセーフ機能を実現するために、リターンスプリング２３によって、バルブ２１が閉じる方向（以下、「閉弁方向」という）に付勢されている。バルブシャフト２２は、その一端にモータシャフト１１が当接することにより、その軸方向（図示矢印方向）に移動可能になっている。このバルブシャフト２２のストロークは１０ｍｍであり、バルブ２１が閉じている時に０ｍｍ、最大に開いている時に１０ｍｍになる。

図２は、バルブリフト量−ホールＩＣカウント数特性を示す。バルブ２１の移動量を表すバルブリフト量は、ホールＩＣ１８の出力パターンが変化した数を表すホールＩＣカウント数に比例しており、モータシャフト１１がバルブシャフト２２に当接した直後、つまりバルブリフト量が０ｍｍの状態におけるホールＩＣカウント数を０とした場合に、ホールＩＣのカウント数が２４０になったときに、最大のバルブリフト量である１０ｍｍになるように構成されている。したがって、バルブリフト量は、ホールＩＣカウント数の１カウントで０．０４１６ｍｍになる。

図３は、ブラシレスモータ装置１のモータシャフト端面から見た平面図である。このブラシレスモータ装置１のステータ１４のスロット数は「９」であり、ロータ１２の極数は「１２」であり、磁極位置検出用マグネット１６の極数は「２４」である。磁極位置検出用マグネット１６は、ロータ１２の１極に一対のＮ極およびＳ極が対応するように構成されている。図３において、斜線が施された一対のＮ極およびＳ極がロータ１２のＮ極に対応し、斜線が施されていない一対のＮ極およびＳ極がロータ１２のＳ極に対応する。

磁極位置検出用マグネット１６に対向するように配置されたホールＩＣ１８は、図３に示すように、ＵホールＩＣ、ＶホールＩＣ、ＷホールＩＣ、ＵｐホールＩＣ、ＶｐホールＩＣおよびＷｐホールＩＣといった６個のホールＩＣから構成されている。

図４は、この実施の形態１に係るブラシレスモータ装置と比較するための従来の１２極のロータ１２を用いた単精度および２倍精度のブラシレスモータ装置におけるホールＩＣの配置の例を示す図である。単精度のブラシレスモータ装置の場合は、１２極の磁極位置検出用マグネットおよび３個のホールＩＣが使用されている。この場合、一対のＮ極およびＳ極（電気角３６０°）内にＵ相、Ｖ相およびＷ相にそれぞれ対応するＵホールＩＣ、ＶホールＩＣおよびＷホールＩＣが等角度間隔（電気角１２０°）で配置され、一対のＮ極およびＳ極の１周期（機械角６０°、電気角３６０°）内に３つの状態が存在するようになっている。

同様に、２倍精度のブラシレスモータ装置の場合は、２４極の磁極位置検出用マグネットおよび３個のホールＩＣが使用されている。この場合、一対のＮ極およびＳ極（電気角３６０°）内にＵ相、Ｖ相およびＷ相にそれぞれ対応するＵホールＩＣ、ＶホールＩＣおよびＷホールＩＣが等角度間隔（電気角１２０°）で配置され、一対のＮ極およびＳ極の１周期（機械角３０°、電気角３６０°）内に３つの状態が存在するようになっている。単精度および２倍精度のいずれの場合も、ホールＩＣは、ＤＣモータにおけるブラシの役割を果たすものである。

図５は、この発明の実施の形態１に係る４倍精度のブラシレスモータ装置におけるホールＩＣ１８の配置の例を示す図である。この場合、６個のホールＩＣが使用される。図４に示した２倍精度のブラシレスモータ装置で配置されているＵホールＩＣ、ＶホールＩＣおよびＷホールＩＣ（以下、これらを「メインホールＩＣ１８ａ」と総称する）に対し、所定のオフセットだけずらした位置に、ＵｐホールＩＣ、ＶｐホールＩＣおよびＷｐホールＩＣ（以下、これらを「サブホールＩＣ１８ｂ」と総称する）がそれぞれ配置されている。オフセットの量は、磁極位置検出用マグネット１６を構成する一対のＮ極およびＳ極の角度（機械角３０°、電気角３６０°）の１／１２であり、機械角２．５°（電気角１５°）となる。なお、メインホールＩＣ１８ａは、この発明のメインホール素子に対応し、サブホールＩＣ１８ｂは、この発明のサブホール素子に対応する。

図６は、ブラシレスモータ装置１で使用されるモータ駆動回路の構成を示すブロック図である。このモータ駆動回路は、この発明の制御部に対応し、例えば別体の制御装置（図示しない）に搭載される。モータ駆動回路は、ホールＩＣインタフェース３１、マイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略する）３２、ハイサイドＦＥＴドライブ回路３３₁〜３３₃、ローサイドＦＥＴドライブ回路３４₁〜３４₃、ハイサイドＦＥＴ３５₁〜３５₃、ローサイドＦＥＴ３６₁〜３６₃、第１過電流検出回路３７、第２過電流検出回路３８およびラッチ回路３９から構成されている。

ホールＩＣインタフェース３１は、メインホールＩＣ１８ａを構成するＵホールＩＣからホールＩＣ端子（Ｕ）を介して送られてくる信号、ＶホールＩＣからホールＩＣ端子（Ｖ）を介して送られてくる信号およびＷホールＩＣからホールＩＣ端子（Ｗ）を介して送られてくる信号、ならびに、サブホールＩＣ１８ｂを構成するＵｐホールＩＣからホールＩＣ端子（Ｕｐ）を介して送られてくる信号、ＶｐホールＩＣからホールＩＣ端子（Ｖｐ）を介して送られてくる信号およびＷｐホールＩＣからホールＩＣ端子（Ｗｐ）を介して送られてくる信号を入力し、所定の増幅等を行った後に、マイコン３２に送る。

マイコン３２は、この発明のメインカウント部、サブカウント部および制御部に対応し、ホールＩＣインタフェース３１から送られてくる信号に基づき、モータ制御信号を生成し、ＰＷＭ出力ポートからハイサイドＦＥＴドライブ回路３３₁〜３３₃およびローサイドＦＥＴドライブ回路３４₁〜３４₃に送る。また、マイコン３２は、ラッチ回路３９からの駆動停止信号が送られてきた場合に、モータ制御信号の生成を停止する。

ハイサイドＦＥＴドライブ回路３３₁〜３３₃は、ラッチ回路３９から駆動停止信号が送られてきていない場合に、マイコン３２から送られてくるモータ制御信号に基づき駆動信号を生成し、ハイサイドＦＥＴ３５₁〜３５₃のゲートにそれぞれ送る。ハイサイドＦＥＴ３５₁〜３５₃は、ハイサイドＦＥＴドライブ回路３３₁〜３３₃から所定のタイミングで送られてくる駆動信号に応じてターンオンし、電源から第１過電流検出回路３７の抵抗Ｒ１を経由して送られてくる電流を、モータ端子（Ｕ）、モータ端子（Ｖ）またはモータ端子（Ｗ）をそれぞれ経由してステータ１４の巻線に送る。

ローサイドＦＥＴドライブ回路３４₁〜３４₃は、ラッチ回路３９から駆動停止信号が送られてきていない場合に、マイコン３２から送られてくるモータ制御信号に基づき駆動信号を生成し、ローサイドＦＥＴ３６₁〜３６₃のゲートにそれぞれ送る。ローサイドＦＥＴ３６₁〜３６₃は、ローサイドＦＥＴドライブ回路３４₁〜３４₃から所定のタイミングで送られてくる駆動信号に応じてターンオンし、ステータ１４の巻線からモータ端子（Ｕ）、モータ端子（Ｖ）またはモータ端子（Ｗ）をそれぞれ経由して送られてくる電流を、第２過電流検出回路３８の抵抗Ｒ２を経由してグランドに流す。

第１過電流検出回路３７は、抵抗Ｒ１と、この抵抗Ｒ１の両端の電圧を検出する演算増幅器ＡＭＰ１とから構成されており、電源からハイサイドＦＥＴ３５₁〜３５₃を経由してステータ１４の巻線に流れる電流が所定値以上になったことを検出した場合に、過電流である旨を表す過電流信号を生成し、ラッチ回路３９に送る。第２過電流検出回路３８は、抵抗Ｒ２と、この抵抗Ｒ２の両端の電圧を検出する演算増幅器ＡＭＰ２とから構成されており、ステータ１４の巻線からローサイドＦＥＴ３６₁〜３６₃を経由してグランドに流れる電流が所定値以上になったことを検出した場合に、過電流である旨を表す過電流信号をラッチ回路３９に送る。

ラッチ回路３９は、第１過電流検出回路３７および第２過電流検出回路３８から送られてくる過電流信号をラッチし、駆動停止信号としてハイサイドＦＥＴドライブ回路３３₁〜３３₃およびローサイドＦＥＴドライブ回路３４₁〜３４₃に送るとともに、マイコン３２に送る。これにより、ハイサイドＦＥＴドライブ回路３３₁〜３３₃およびローサイドＦＥＴドライブ回路３４₁〜３４₃における駆動信号の生成が停止されるとともに、マイコン３２によるモータ制御信号の生成が停止される。

上記のように構成されるモータ駆動回路においては、通電方向がＶ→Ｕの場合は、ハイサイドＦＥＴ３５₂およびローサイドＦＥＴ３６₁がターンオンされる。これにより、電源→第１過電流検出回路３７→ハイサイドＦＥＴ３５₂→モータ端子（Ｖ）→ステータ１４の巻線→モータ端子（Ｕ）→ローサイドＦＥＴ３６₁→第２過電流検出回路３８→グランドといった経路で電流が流れ、ステータ１４の巻線が励磁される。通電方向がＷ→Ｕの場合は、ハイサイドＦＥＴ３５₃およびローサイドＦＥＴ３６₁がターンオンされる。これにより、電源→第１過電流検出回路３７→ハイサイドＦＥＴ３５₃→モータ端子（Ｗ）→ステータ１４の巻線→モータ端子（Ｕ）→ローサイドＦＥＴ３６₁→第２過電流検出回路３８→グランドといった経路で電流が流れ、ステータ１４の巻線が励磁される。

通電方向がＷ→Ｖの場合は、ハイサイドＦＥＴ３５₃およびローサイドＦＥＴ３６₂がターンオンされる。これにより、電源→第１過電流検出回路３７→ハイサイドＦＥＴ３５₃→モータ端子（Ｗ）→ステータ１４の巻線→モータ端子（Ｖ）→ローサイドＦＥＴ３６₂→第２過電流検出回路３８→グランドといった経路で電流が流れ、ステータ１４の巻線が励磁される。通電方向がＵ→Ｖの場合は、ハイサイドＦＥＴ３５₁およびローサイドＦＥＴ３６₂がターンオンされる。これにより、電源→第１過電流検出回路３７→ハイサイドＦＥＴ３５₁→モータ端子（Ｕ）→ステータ１４の巻線→モータ端子（Ｖ）→ローサイドＦＥＴ３６₂→第２過電流検出回路３８→グランドといった経路で電流が流れ、ステータ１４の巻線が励磁される。

通電方向がＵ→Ｗの場合は、ハイサイドＦＥＴ３５₁およびローサイドＦＥＴ３６₃がターンオンされる。これにより、電源→第１過電流検出回路３７→ハイサイドＦＥＴ３５₁→モータ端子（Ｕ）→ステータ１４の巻線→モータ端子（Ｗ）→ローサイドＦＥＴ３６₃→第２過電流検出回路３８→グランドといった経路で電流が流れ、ステータ１４の巻線が励磁される。通電方向がＶ→Ｗの場合は、ハイサイドＦＥＴ３５₂およびローサイドＦＥＴ３６₃がターンオンされる。これにより、電源→第１過電流検出回路３７→ハイサイドＦＥＴ３５₂→モータ端子（Ｖ）→ステータ１４の巻線→モータ端子（Ｗ）→ローサイドＦＥＴ３６₃→第２過電流検出回路３８→グランドといった経路で電流が流れ、ステータ１４の巻線が励磁される。

図７は、この実施の形態１に係るブラシレスモータ装置と比較するために、従来の単精度のブラシレスモータ装置および２倍精度のブラシレスモータ装置の通常運転時の通電方向、電気角、機械角およびホールＩＣの出力の関係を説明するための図である。

図７（ａ）は、１２極の磁極位置検出用マグネットを有する単精度のブラシレスモータ装置の通常運転時の通電方向、電気角、機械角およびホールＩＣの出力の関係を示す図である。バルブ２１の開弁方向（開方向）にロータ１２を回転させる場合は、ステータ１４のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各巻線に対して、Ｖ→Ｕ、Ｗ→Ｕ、Ｗ→Ｖ、Ｕ→Ｖ、Ｕ→Ｗ、Ｖ→Ｗの順番で通電が繰り返される。一方、閉弁方向（閉方向）にロータ１２を回転させる場合は、ステータ１４のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各巻線に対して、Ｗ→Ｖ、Ｗ→Ｕ、Ｖ→Ｕ、Ｖ→Ｗ、Ｕ→Ｗ、Ｕ→Ｖの順番で通電が繰り返される。これらの通電パターンを「正規の通電パターン」と呼び、この正規の通電パターンによりステータ１４を励磁する励磁パターンを「正規の励磁パターン」と呼ぶ。

図７（ｂ）は、２４極の磁極位置検出用マグネットを有する２倍精度のブラシレスモータ装置の通常運転時の通電方向、電気角、機械角およびホールＩＣの出力との関係を示す図である。磁極位置検出用マグネットが２４極の場合は、１つの通電方向に対して、ホールＩＣの出力パターンは２種類になる。したがって、ホールＩＣからは、開方向の通電方向がＶ→Ｕ、Ｗ→ＵおよびＷ→Ｖ（閉方向の通電方向がＶ→Ｗ、Ｕ→ＷおよびＵ→Ｖ）であるＡ領域と、開方向の通電方向がＵ→Ｖ、Ｕ→ＷおよびＶ→Ｗ（閉方向の通電方向がＷ→Ｖ、Ｗ→ＵおよびＶ→Ｕ）であるＢ領域とで同一の出力パターンが出現する。

図８は、２４極の磁極位置検出用マグネット１６を有する、この発明の実施の形態１に係る４倍精度のブラシレスモータ装置の通常運転時の通電方向、電気角、機械角およびホールＩＣの出力との関係を示す図である。磁極位置検出用マグネットが２４極の場合は、１つの通電方向に対して、ホールＩＣ１８の出力パターンは４種類になる。したがって、ホールＩＣ１８からは、開方向の通電方向がＶ→Ｕ、Ｗ→ＵおよびＷ→Ｖ（閉方向の通電方向がＶ→Ｗ、Ｕ→ＷおよびＵ→Ｖ）であるＡ領域と、開方向の通電方向がＵ→Ｖ、Ｕ→ＷおよびＶ→Ｗ（閉方向の通電方向がＷ→Ｖ、Ｗ→ＵおよびＶ→Ｕ）であるＢ領域とで同一の出力パターンが出現する。

図９および図１０は、ロータ１２を正規の通電パターンによって開弁方向に回転させる場合の通電順序と、各通電におけるロータ１２のトルク点を示す図である。つまり、ロータ１２を開弁方向に進角させるためには、通電パターンを、図中の括弧付き数字で示されるモータ通電番号（１）→（２４）の順番で切り替えなければならない。

図１１および図１２は、ロータ１２を正規の通電パターンによって閉弁方向に回転させる場合の通電順序と、各通電におけるロータ１２のトルク点を示す図である。つまり、ロータ１２を閉弁方向に進角させるためには、通電パターンを、図中の括弧付き数字で示されるモータ通電番号（２４）→（１）の順番で切り替えなければならない。

図１３は、磁極位置検出用マグネット１６がロータ１２と一体となって回転することによりホールＩＣ１８（メインホールＩＣ１８ａおよびサブホールＩＣ１８ｂ）から出力される信号の論理値が順次に切り替わる状態を示す図である。ホールＩＣ１８の各々は、磁極位置検出用マグネット１６の１つの磁極（Ｎ極またはＳ極）に対応している間、換言すれば、機械角で１５°だけ進角する毎に、高レベル（Ｈレベル）の信号と低レベル（Ｌレベル）の信号を交互に出力する。

また、メインホールＩＣ１８ａを構成するＵホールＩＣ、ＶホールＩＣおよびＷホールＩＣは、相互に位相が機械角で５°だけずれた信号を出力する。同様に、サブホールＩＣ１８ｂを構成するＵｐホールＩＣ、ＶｐホールＩＣおよびＷｐホールＩＣは、相互に位相が機械角で５°だけずれた信号を出力する。さらに、サブホールＩＣ１８ｂを構成するＵｐホールＩＣ、ＶｐホールＩＣおよびＷｐホールＩＣが出力する信号の位相は、メインホールＩＣ１８ａを構成するＵホールＩＣ、ＶホールＩＣおよびＷホールＩＣが出力する信号の位相とカウント期間（機械角２．５°）だけずれている。したがって、カウント期間の１つおき毎に、メインホールＩＣ１８ａが出力する信号の位相と、サブホールＩＣ１８ｂが出力する信号の位相は同じになる。

次に、上記のように構成される、この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置の動作を説明する。

図１４は、このブラシレスモータ装置の動作を、位置制御処理を中心に示すフローチャートである。この位置制御処理は、図６に示すモータ駆動回路のマイコン３２によって実行される。この位置制御処理を機能的なブロックで表すと、メインカウント部４１とサブカウント部４２とに分けることができる。

最初に、メインカウント部４１における動作を説明する。このメインカウント部４１は、メインホールＩＣ１８ａを構成するＵホールＩＣ、ＶホールＩＣまたはＷホールＩＣのいずれかから出力される信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジが検出されることにより起動される。メインカウント部４１が起動されると、まず、メインホールＩＣの読み込みが行われる（ステップＳＴ１１）。具体的には、マイコン３２は、メインホールＩＣ１８ａを構成するＵホールＩＣ、ＶホールＩＣおよびＷホールＩＣから出力される信号を、ホールＩＣインタフェース３１を介して読み込む。

次いで、メインホールＩＣの位相が検出される（ステップＳＴ１２）。すなわち、マイコン３２は、ステップＳＴ１１で読み込んだ信号からメインホールＩＣの出力パターンを検出する。例えば、図１３に示すカウント期間Ｔ１においては、“ＵＶＷ＝ＨＬＨ”という出力パターンが得られる。

次いで、実位置が計算される（ステップＳＴ１３）。すなわち、ロータ１２の実際の位置が計算される。この実位置の計算は、詳細は省略するが、従来の２倍精度のブラシレスモータ装置における実位置の計算と同様の方法で行うことができる。今、このステップＳＴ１３において計算された実位置を「Ａ」とする。その後、シーケンスは、サブカウント部４２のステップＳＴ２３に分岐する。

次に、サブカウント部４２における動作を説明する。このサブカウント部４２は、図示しないタイマから例えば４ｍｓ毎に送られてくる割り込み信号により起動される。サブカウント部４２が起動されると、まず、サブホールＩＣの読み込みが行われる（ステップＳＴ２１）。具体的には、マイコン３２は、サブホールＩＣ１８ｂを構成するＵｐホールＩＣ、ＶｐホールＩＣおよびＷｐホールＩＣから出力される信号を、ホールＩＣインタフェース３１を介して読み込む。

次いで、サブホールＩＣの位相が検出される（ステップＳＴ２２）。すなわち、マイコン３２は、ステップＳＴ２１で読み込んだ信号からサブホールＩＣの出力パターンを検出する。例えば、図１３に示すカウント期間Ｔ２においては、“ＵＶＷ＝ＨＬＨ”という出力パターンが得られる。

次いで、メインホールＩＣの位相とサブホールＩＣの位相とが同じであるかどうかが調べられる（ステップＳＴ２３）。すなわち、マイコン３２は、メインカウント部４１のステップＳＴ１２で検出されたメインホールＩＣ１８ａの出力パターンと、ステップＳＴ２２で検出された出力パターンとが同じであるかどうかを調べる。このステップＳＴ２３において、メインホールＩＣの位相とサブホールＩＣの位相とが同じでないことが判断されると、メインカウント部４１のステップＳＴ１３で計算された実位置が２倍にされる（ステップＳＴ２４）。すなわち、マイコン３２は、「２」をカウントし、実位置を「２Ａ」とする。その後、シーケンスはステップＳＴ２６に進む。

上記ステップＳＴ２３において、メインホールＩＣの位相とサブホールＩＣの位相とが同じであることが判断されると、メインカウント部４１のステップＳＴ１３で計算された実位置が２倍にされた後に「１」が加えられる（ステップＳＴ２５）。すなわち、マイコンは、「１」をカウントし、実位置を「２Ａ＋１」とする。その後、シーケンスはステップＳＴ２６に進む。

ステップＳＴ２６においては、詳細は省略するが、従来の２倍精度のブラシレスモータ装置と同様に、図示しない目標値指令に含まれる指令値によって指示された目標位置までロータ１２を回転させるためのフィードバック制御が行われる。なお、この場合の指令値としては、単精度のブラシレスモータ装置における指令値の４倍の値を有する指令値が使用される。以上により、位相制御処理は終了する。

なお、図１５は、参考のために、図１４のフローチャートに示した処理をブロック図で記述したものである。

図１６は、バルブ２１の開弁方向にロータ１２を回転させるときの通電方向とホールＩＣ１８から出力される信号との関係を示すタイミングチャートである。マイコン３２が、メインホールＩＣ１８ａおよびサブホールＩＣ１８ｂから送られてくる信号に基づき、ハイサイドＦＥＴ３５₁（ハイサイドＦＥＴＵ）、ハイサイドＦＥＴ３５₂（ハイサイドＦＥＴＶ）、ハイサイドＦＥＴ３５₃（ハイサイドＦＥＴＷ）、ローサイドＦＥＴ３６₁（ローサイドＦＥＴＵ）、ローサイドＦＥＴ３６₂（ローサイドＦＥＴＶ）およびローサイドＦＥＴ３６₃（ローサイドＦＥＴＷ）を、図示するタイミングでモータ通電番号の昇順に順次オン／オフさせることにより、ロータ１２が開弁方向に回転される。

図１７は、バルブ２１の閉弁方向にロータ１２を回転させるときの通電方向とホールＩＣ１８から出力される信号との関係を示すタイミングチャートである。マイコン３２が、メインホールＩＣ１８ａおよびサブホールＩＣ１８ｂから送られてくる信号に基づき、ハイサイドＦＥＴ３５₁（ハイサイドＦＥＴＵ）、ハイサイドＦＥＴ３５₂（ハイサイドＦＥＴＶ）、ハイサイドＦＥＴ３５₃（ハイサイドＦＥＴＷ）、ローサイドＦＥＴ３６₁（ローサイドＦＥＴＵ）、ローサイドＦＥＴ３６₂（ローサイドＦＥＴＶ）およびローサイドＦＥＴ３６₃（ローサイドＦＥＴＷ）を、図示するタイミングでモータ通電番号の降順に順次オン／オフさせることにより、ロータ１２が閉弁方向に回転される。

以上説明したように、この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置によれば、３相のブラシレスモータ装置において、磁極位置検出用マグネット１６の極数をロータ１２の極数の２倍である２４にし、さらに、３個のメインホールＩＣ１８ａの他に、３個のサブホールＩＣ１８ｂを備えて磁極位置を検出するように構成したので、ロータ１２の回転位置検出の分解能を、従来の２倍精度のブラシレスモータ装置の２倍にすることができる。その結果、４倍精度のブラシレスモータ装置を実現できるので、従来の２倍精度のブラシレスモータ装置に比べて、ロータの回転位置検出の分解能をさらにあげることができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るブラシレスモータ装置は、従来の単精度のブラシレスモータ装置に備えられている３個のホールＩＣをメインホールＩＣとし、さらに３個のサブホールＩＣを追加して、上述した実施の形態１に係るブラシレスモータ装置と同様の制御を行うことにより、２倍精度のブラシレスモータ装置を構成したものである。

図１８は、ブラシレスモータ装置１を上面から見た図である。このブラシレスモータ装置１のステータ１４のスロット数は「９」であり、ロータ１２の極数は「１２」であり、磁極位置検出用マグネット１６の極数は「１２」である。磁極位置検出用マグネット１６の各極は、ロータ１２の各極に対応するように構成されている。

磁極位置検出用マグネット１６に対向するように配置されたホールＩＣ１８は、ＵホールＩＣ、ＶホールＩＣ、ＷホールＩＣ、ＵｐホールＩＣ、ＶｐホールＩＣおよびＷｐホールＩＣといった６個のホールＩＣから構成されている。この場合、ＵホールＩＣ、ＶホールＩＣおよびＷホールＩＣ（以下、これらを「メインホールＩＣ１８ａ」と総称する）に対し、所定のオフセットだけずらした位置に、ＵｐホールＩＣ、ＶｐホールＩＣおよびＷｐホールＩＣ（以下、これらを「サブホールＩＣ１８ｂ」と総称する）がそれぞれ配置されている。オフセットの量は、磁極位置検出用マグネット１６を構成する一対のＮ極およびＳ極の角度（機械角６０°、電気角３６０°）の１／１２であり、機械角５°（電気角３０°）となる。なお、メインホールＩＣ１８ａは、この発明のメインホール素子に対応し、サブホールＩＣ１８ｂは、この発明のサブホール素子に対応する。

図１９（ａ）は、通常運転時の通電方向、電気角、機械角およびホールＩＣ１８の出力の関係を示す図である。バルブ２１の開弁方向にロータ１２を回転させる場合は、ステータ１４のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各巻線に対して、Ｖ→Ｕ、Ｗ→Ｕ、Ｗ→Ｖ、Ｕ→Ｖ、Ｕ→Ｗ、Ｖ→Ｗの順番で通電が繰り返される。一方、閉弁方向にロータ１２を回転させる場合は、ステータ１４のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各巻線に対して、Ｕ→Ｖ、Ｕ→Ｗ、Ｖ→Ｗ、Ｖ→Ｕ、Ｗ→Ｕ、Ｗ→Ｖの順番で通電が繰り返される。

なお、図１９（ｂ）は、比較のために、磁極位置検出用マグネットが１２極、ホールＩＣが３個の単精度のブラシレスモータ装置の通常運転時の通電方向、電気角、機械角およびホールＩＣの出力との関係を示している。この場合、ロータ１２の回転位置を、実施の形態２に係るブラシレスモータ装置の２倍の機械角１０°の分解能でしか制御することができない。

以上のように構成される、この発明の実施の形態２に係るブラシレスモータ装置の動作は、メインホールＩＣ１８ａおよびサブホールＩＣ１８ｂから得られる信号が実施の形態１に係るブラシレスモータ装置の２倍の間隔（機械角で３０°毎）で変化することを除けば、実施の形態１に係るブラシレスモータ装置の動作と同じであるので、詳細な説明は省略する。

以上説明したように、この発明の実施の形態２に係るブラシレスモータ装置によれば、３相のブラシレスモータ装置において、磁極位置検出用マグネット１６の極数は、従来の単精度のブラシレスモータ装置と同様に、ロータ１２の極数と同じであるが、３個のメインホールＩＣの他に、さらに、３個のサブホールＩＣを備えて磁極位置を検出するように構成したので、ロータ１２の回転位置検出の分解能を、従来の単精度のブラシレスモータ装置の２倍にすることができる。その結果、２倍精度のブラシレスモータ装置を実現できるので、従来の単精度のブラシレスモータ装置に比べて、ロータの回転位置検出の分解能をさらにあげることができる。なお、上述した実施の形態２に係るブラシレスモータ装置においては、磁極位置検出用マグネット１６の極数とロータ１２の極数は同じであるので、ロータ１２のマグネットを磁極位置検出用マグネットとして兼用することもできる。

以上のように、この発明に係るブラシレスモータ装置は、ｎ相のブラシレスモータ装置において、磁極位置検出用のマグネットの極数をロータの極数の２倍にし、ｎ個のメインホール素子の他にｎ個のサブホール素子を備えた構成として、ロータの回転位置検出の分解能を向上させたので、車の排ガス制御用アクチュエータの駆動源などに用いるのに適している。

Claims

ｎ相（ｎは正の整数）のブラシレスモータ装置において、
固定的に配置されたステータと、
前記ステータが複数の励磁パターンによって順次に励磁されることにより回転する、所定の極数を有するロータと、
前記ロータの回転軸に直交する面に固着され、該ロータの２倍の極数を有する磁極位置検出用マグネットと、
前記磁極位置検出用マグネットに対向するように配置されて前記ロータの磁極位置を検出するｎ個のメインホール素子と、
前記磁極位置検出用マグネットに対向し、かつ前記メインホール素子に対して周方向に所定のオフセットを有するように配置されて前記ロータの磁極位置を検出するｎ個のサブホール素子と、
前記メインホール素子の出力パターンの変化に応じて「２」をカウントするメインカウント部と、
所定タイミングで前記メインホール素子の出力パターンと前記サブホール素子の出力パターンとが同じである場合に「１」をカウントするサブカウント部と、
前記メインカウント部および前記サブカウント部でカウントされた値に応じて前記ロータの回転を制御する制御部
とを備えたブラシレスモータ装置。
メインホール素子に対するサブホール素子のオフセットの量は、磁極位置検出用マグネットの一対のＳ極およびＮ極が形成する機械角の１／４である
ことを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ装置。
ｎは「３」であり、ロータの極数は「１２」であり、メインホール素子に対するサブホール素子のオフセットの量は機械角で「２．５°」
であることを特徴とする請求項２記載のブラシレスモータ装置。
メインカウント部は、メインホール素子の出力信号の立ち上がりおよび立ち下がりのエッジでカウントを行い、
サブカウント部は、所定時間間隔でカウントを行うことを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ装置。
ｎ相（ｎは正の整数）のブラシレスモータ装置において、
固定的に配置されたステータと、
前記ステータが複数の励磁パターンによって順次に励磁されることにより回転する、所定の極数を有するロータと、
前記ロータの回転軸の周囲に形成された、または、前記ロータの回転軸に直交する面に固着された前記ロータの極数と同じ極数を有する磁極位置検出用マグネットと、
前記磁極位置検出用マグネットに対向するように配置されて前記ロータの磁極位置を検出するｎ個のメインホール素子と、
前記磁極位置検出用マグネットに対向し、かつ前記メインホール素子に対して周方向に所定のオフセットを有するように配置されて前記ロータの磁極位置を検出するｎ個のサブホール素子と、
前記メインホール素子の出力パターンの変化に応じて２をカウントするメインカウント部と、
所定タイミングで前記メインホール素子の出力パターンと前記サブホール素子の出力パターンとが同じである場合に１をカウントするサブカウント部と、
前記メインカウント部および前記サブカウント部でカウントされた値に応じて前記ロータの回転を制御する制御部
とを備えたブラシレスモータ装置。