JP4796472B2 - ブラシレス直流モータ制御装置、ブラシレス直流モータの制御方法、および、ブラシレス直流モータモジュール - Google Patents

Description

本発明は直流モータに関するものであり、より詳細には、ブラシレス直流モータ（Brushless DC ｍotor）の回転数を制御する装置および方法に関する。

モータ（ｍotor）は電子界現象を媒介として電気エネルギーを回転または直線の運動エネルギーに変換させる一種のエネルギー変換装置である。電気、電子産業や機械産業全般の電子化により応用分野が拡がるに応じて核心駆動源として重要性が増大されている。そして、産業化の高度化に応じて駆動源であるモータは高速化、大容量化されている。

特に、制御用精密モータは、付与された目標入力に対する早い追従応答特性を有して広い速度制御の範囲で精緻に動ける特性を有している。停止、始動、逆転などの動作を繰り返しながら制御信号に応じて運転される。電力電子技術の発展、マイクロコンピュータの発展、精密加工技術、高性能永久磁石の実用化、表面実装技術の発達など技術の発展と応用分野の拡大により制御用精密モータはその重要性が増大している。

制御用精密モータとしては、ステピングモータ（steppingmotor）、ブラシレス直流モータ（Brushlessmotor）などがあり、これらは主に高性能永久磁石を用いている。

位置制御用モータとしてよく使用されるモータはステピングモータである。一般的に、機械的な移動量を精緻に制御する事において、ステピングモータはパルス（pulse）によりデジタル的に制御できるのでマイコン（ｍicoｍ）での使用に適するモータである。ステピングモータは、モータのシャフト（shaft）の位置を検出するためのフィードバックなしに、定められた角度を回転し、非常に高い正確度で停止できる。また、ステッピングモータ（steppingmotor）はオープンルーフ（openloop）の制御が可能であり、デジタル信号への制御が容易く、停止時維持トークを有することができる。

しかし、モータのトークが小さくて高トークを要求する分野では使用されにくい問題点がある。そして、特定周波数では振動、共振現象の発生しやすく、慣性のある負荷に弱くて、高速運転時に脱調しやすい。また、普通のドライバで駆動時には巻線のインダクタンスの影響により巻線に十分な電流を流すことができないのでパルス比の上昇に応じてトークが低下して直流モータと比べて効率の落ちる問題点がある。

これにより、高トークの得ることができるブラシレス直流モータを用いて位置制御または回転数制御をしようとする。ブラシレス直流モータ（Brushlessｍotor）は寿命が長くて効率の高いだけではなく、定速制御または変速制御が容易いという長所がある。

ブラシレス直流モータは、一般的な直流（DC）モータから整流子（commutator）の役目をするブラシ（brush）をとり除き直流モータの性質はそのまま維持するように考案されたもので、回転子の位置を検出しかつ回転速度を検出する検出センサの有無に応じてセンサタイプ（sensortype）とセンサレスタイプ（sensorlesstype）に区分される。

以下の特許文献１によれば、「センサレスビーエルディーシー電動機の位置制御方法」に関して記載されている。電動機の回転子によって固定子から発生する逆起電力を検出してこの逆起電力と基準電圧を比べ、生成されるパルスを多数に分割する。そして、上記パルスをカウントして正常な電動機の回転子の位置を基準として正確な電動機の回転子の位置を判断し、それによる制御信号を出力することにより正確な位置制御を遂行するビーエルディーシー電動機に関する発明である。
韓国公開特許公報第１９９８−０１３９７０号

ここでの制御信号に応ずる位置制御は電動機の回転子の回転位置を制御することで、回転子の所定の回転角度を制御することはできない。

したがって、上述した問題点を解決するために本発明は、ギアボックス（gearbox）を用いて正確な回転角度を制御できるブラシレス直流モータの制御装置および制御方法を提供する。

また、本発明は、センサレスタイプブラシレス直流モータから逆起電力を検出してその数をカウントすることによりデジタル的な方法で回転数が制御できるブラシレス直流モータの制御装置および制御方法を提供する。

また、本発明は、センサタイプブラシレス直流モータからＦＧパルスを検出してその数をカウントすることによりデジタル的な方法で回転数が制御できるブラシレス直流モータの制御装置および制御方法を提供する。

また、本発明は、モータの１回転以外の１／２回転、１／３回転、１゜回転などに対する制御も可能となり、モータを用いた精緻な位置制御が可能なブラシレス直流モータの制御装置および制御方法を提供する。

本発明の以外の目的は下記の説明を通じて易しく理解できるであろう。

上記目的を果たすために、本発明の一の形態によれば、固定子に印加されるｍ個相（ｍは自然数）の印加電流に応じて回転するｎ個極（ｎは自然数）の回転子を有するブラシレス直流モータ（Brushless DC motor）に繋がれた所定の減速比を有するギアボックス（Gearbox）の出力回転数を制御する装置において、上記減速比は（上記ブラシレス直流モータの回転数）／（上記ギアボックスの出力回転数）である上記ブラシレス直流モータから上記回転子の回転に応ずる回転パルス数をカウントする回転検出部、上記出力回転数の入力を受けて相応する要求回転パルス数に変換する要求回転量入力部、上記回転パルス数と上記要求回転パルス数とを比べる比較部、および上記比較部での比較結果に応じて上記ブラシレス直流モータに印加される上記印加電流を制御する電流制御部を含むブラシレス直流モータ制御装置が提供される。

好ましくは、上記電流制御部は、上記回転パルス数が上記要求回転パルス数より小さな場合上記ブラシレス直流モータを回転させるように上記印加電流を制御するし、上記回転パルス数が上記要求回転パルス数と等しい場合上記ブラシレス直流モータを停止させるように上記印加電流を制御することができる。

また、上記ブラシレス直流モータはセンサレスタイプ（sensorlesstype）であり、上記回転検出部は上記固定子の多相コイルに発生する逆起電力の総検出数を上記回転パルス数としてカウントできる。ここで、上記要求回転パルス数は（上記出力回転数）×（上記減速比）×（上記ブラシレス直流モータの１回転時発生する逆起電力の総数）でありうる。

または、上記ブラシレス直流モータはセンサタイプ（sensortype）であり、上記回転検出部は上記回転子の回転に応じて発生したＦＧパルス（F／G Pulse）を感知する磁気センサを含み、上記ＦＧパルスの総検出数を上記回転パルス数としてカウントできる。ここで、上記要求回転量は（上記出力回転数）×（上記減速比）×（上記ブラシレス直流モータの１回転時発生するＦＧパルスの総数）でありうる。

また、上記電流制御部は、上記要求回転量入力部に上記出力回転数が入力された後に上記ブラシレス直流モータを駆動させる上記印加電流を印加できる。

また、上記電流制御部は、上記ブラシレス直流モータに上記ｍ個相の印加電流を印加するための多相インバータを含むことができる。

上記目的を果たすために、本発明の他の形態によれば、固定子のスロットに印加されるｍ個相（ｍは自然数）の印加電流に応じて回転するｎ個極（ｎは自然数）の回転子を有するブラシレス直流モータ（Brushless DC motor）に繋がれた所定の減速比を有するギアボックス（Gearbox）の出力回転数を制御する方法において、上記減速比は（上記ブラシレス直流モータの回転数）／（上記ギアボックスの出力回転数）であり、（ａ）上記出力回転数の入力を受ける段階、（ｂ）上記出力回転数を相応する要求回転パルス数に変換する段階、（ｃ）上記ブラシレス直流モータを駆動させる第１印加電流を印加する段階、（ｄ）上記ブラシレス直流モータの回転に応ずる回転パルス数をカウントする段階、（ｅ）上記要求回転パルス数と上記回転パルス数とを比べる段階、および（ｆ）上記（ｅ）段階での比較結果に応じて上記ブラシレス直流モータに第２印加電流を印加する段階を含むブラシレス直流モータの制御方法が提供される。

好ましくは、上記（ｆ）段階は、上記回転パルス数が上記要求回転パルス数より小さな場合上記ブラシレス直流モータを回転させる上記第２印加電流を印加して上記（ｄ）段階乃至（ｅ）段階を繰り返すし、上記回転パルス数が上記要求回転パルス数と等しい場合上記ブラシレス直流モータを停止させる上記第２印加電流を印加することができる。

また、上記ブラシレス直流モータはセンサレスタイプ（sensorlesstype）であり、上記（ｄ）段階は上記固定子の多相コイルに発生する逆起電力の総検出数を上記回転パルス数としてカウントできる。ここで、上記要求回転量は（上記出力回転数）×（上記減速比）×（上記ブラシレス直流モータの１回転時発生する逆起電力の総数）でありうる。

または、上記ブラシレス直流モータはセンサタイプ（sensor type）であり、上記（ｄ）段階は上記回転子の回転に応じて発生したＦＧパルスの総検出数を上記回転パルス数としてカウントできる。ここで、上記要求回転量は（上記出力回転数）×（上記減速比）×（上記ブラシレス直流モータの１回転時発生するＦＧパルスの総数）でありうる。

上記目的を果たすために、本発明のさらに他の形態によれば、固定子に印加されるｍ個相（ｍは自然数）の印加電流に応じて回転するｎ個極（ｎは自然数）の回転子を有するブラシレス直流モータ、上記ブラシレス直流モータに繋がれて所定の減速比を有するギアボックス、および、上記回転子の回転に応ずる回転パルス数をカウントして上記ギアボックスの出力回転数を制御するブラシレス直流モータ制御装置を含み、上記減速比は（上記ブラシレス直流モータの回転数）／（上記ギアボックスの出力回転数）であるブラシレス直流モータモジュールが提供される。

以下に、本発明の好ましい実施例を例示する。したがって、当業者はたとえ本明細書に明確に説明または図示されてはいないが、本発明の好ましい実施例を具現して本発明の概念と範囲に含まれる多様な方法およびこれを用いる装置を発明できるだろう。また、本発明の好ましい実施例、観点および実施例だけではなく、特定実施例を列挙するすべての詳細な説明は、構造的および機能的均等物を含むように意図されることとして理解されるべきである。

本発明の他の目的、特定の長所および新規の特徴は、添付された図面と連関される以下の詳細な説明と好ましい実施例からより明らかになる。本発明を説明するにおいて、係わる公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を却って曖昧にすると判断される場合その詳細な説明を略する。本明細書の説明過程で利用される数字（例えば、第１、第２等）は同一または類似の個体を順次に区分するための識別記号に過ぎない。

以下、添付された図面を参照して本発明による好ましい実施例を詳しく説明する。

図１は、本発明の好ましい一実施例によるセンサレスタイプブラシレス直流モータ（Sensorlesstype Brushless DC motor）の横断面図である。図１を参照すれば、３相２極を有する内部回転子型（innerrotortype）の基本的なセンサレスタイプブラシレス直流モータを示す。

センサレスタイプブラシレス直流モータ１００はケーシング１１０、固定子１２０、回転子１３０、回転軸１４０を含んで構成される。

ケーシング１１０は、円筒状であるがこれに限定されず、他の形態でもよい。

固定子（stator）１２０は、ケーシング１１０の内部に位置し、複数（本例では三つ）のＴ型歯（１２５ｕ、１２５ｖ、１２５ｗ、以下１２５とする）に３相コイル（Ｕ相コイル１５０ｕ、Ｖ相コイル１５０ｖ、Ｗ相コイル１５０ｗ）が巻線されて成り立つ。複数の歯１２５は軸方向に延長されているし、各歯１２５の間に同数のスロット穴（slotopening）があってその間に３相コイルを巻線する構造である。

回転子（rotor）１３０は、ケーシング１１０の内部に位置して固定子１２０の各歯１２５の内側に回転可能に挿入固定されるし、回転軸１４０を中心として互いに異なる磁性（本例ではＮ極とＳ極）が交互に配置された永久磁石より成る。

３相コイル、すなわち、Ｕ相コイル１５０ｕ、Ｖ相コイル１５０ｖ、Ｗ相コイル１５０ｗに３相の印加電流が印加されると磁性を有した永久磁石から成った回転子１３０は、フレミングの左手法則によりトークが発生して回転軸１４０を中心として回転する。

Ｕ相コイル１５０ｕの巻かれた歯１２５ｕは、回転子１３０の１回転することに応じてＮ極とＳ極を一度ずつ向い合うことになり、これによってＵ相コイル１５０ｕには２回の逆起電力が発生する。これはＶ相コイル１５０ｖ、Ｗ相コイル１５０ｗにおいても同じである。

したがって、回転子１３０が１回転する間にＵ相コイル１５０ｕ、Ｖ相コイル１５０ｖ、Ｗ相コイル１５０ｗから発生する逆起電力の数は総６回となる。すなわち、センサレスブラシレス直流モータ１００の回転子１３０の回転数は、Ｕ相コイル１５０ｕ、Ｖ相コイル１５０ｖ、Ｗ相コイル１５０ｗから発生する逆起電力の数をすべて加えて６で割ると確認が可能となる。

固定子１２０は３相誘導電流の使用に応じて複数の歯１２５は３の倍数に形成されるし、回転子１３０は永久磁石のＮ極およびＳ極が交互に形成されて２の倍数に形成される。すなわち、固定子１２０の歯１２５と回転子１３０の極数の割合は３ａ：２ｂ（ａ、ｂは自然数）となる。固定子１２０の各歯１２５は、回転子１３０の１回転に応じて２ｂだけの逆起電力が発生し、固定子１２０の歯１２５の個数は３ａであるので、回転子１３０の１回転に応じてセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００から発生する逆起電力数は６ａｂとなる。

図２は本発明の好ましい他の実施例によるセンサタイプブラシレス直流モータ（Sensortype Brushless DC motor）の横断面図である。図２を参照すれば、３相２極を有する内部回転子型の基本的なセンサタイプブラシレス直流モータが示されている。

センサタイプブラシレス直流モータ２００は、ケーシング１１０、固定子１２０、回転子１３０、回転軸１４０および磁気センサ２１０で構成される。

ケーシング１１０は、円筒状であるがこれに限定されず、他の形態でもよい。

固定子１２０は、ケーシング１１０の内部に位置して複数（本例では三つ）のＴ型の歯１２５に３相コイル（Ｕ相コイル１５０ｕ、Ｖ相コイル１５０ｖ、Ｗ相コイル１５０ｗ）が巻線されて成り立つ。複数の歯１２５は軸方向に延長されていて、各歯１２５の間に同数のスロット穴があってその間に３相コイルを巻線する構造である。

回転子１３０はケーシング１１０の内部に位置して固定子１２０の各歯１２５の内側に回転可能に挿入固定されるし、回転軸１４０を中心として互いに異なる磁性（本例ではＮ極とＳ極）が交互に配置された永久磁石より成る。

３相コイル、すなわち、Ｕ相コイル１５０ｕ、Ｖ相コイル１５０ｖ、Ｗ相コイル１５０ｗに３相の印加電流が印加されると磁性を有する永久磁石から成った回転子１３０はフレミングの左手法則によりトークが発生して回転軸１４０を中心として回転する。

磁気センサ２１０は、ケーシング１１０の内部にて回転子１３０の位置を検出する。図２に示されているように、二つの歯１２５の間に配置されるか各歯１２５上に配置され得る。磁気センサ２１０は配置された位置から回転子１３０の回転に応ずるＮ極およびＳ極の近接を感知し、ＦＧパルス（F／G Pulse：Frequency Generator Pulse）を生成する。本例ではＮ極とＳ極を一度ずつ向い合うことになり、これによってＦＧパルスは１回生成される。

すなわち、ＦＧパルスが１回感知される度にセンサタイプブラシレス直流モータ２００の回転子１３０は１回転したことが分かる。

固定子１２０は、３相誘導電流の使用に応じて複数の歯１２５は３の倍数に形成されるし、回転子１３０は永久磁石のＮ極およびＳ極が交互に形成されて２の倍数に形成される。すなわち、固定子１２０の歯１２５と回転子１３０の極数の割合は３ａ：２ｂ（ａ、ｂは自然数）となる。磁気センサ２１０は回転子１３０の１回転に応じてｂだけのＦＧパルスを生成させる。

ここで、磁気センサ２１０はホール（hall）素子でありうる。

本発明において、ブラシレス直流モータはギアボックス（gearbox）３６０および４６０を含む（図３乃至図４参照）。ギアボックス（gearbox）は、ブラシレス直流モータ１００および２００に繋がれてブラシレス直流モータ１００および２００の回転出力を減速して出力部（未図示）に伝達する。所定の減速比に応じてブラシレス直流モータ１００および２００の回転数に比例して回転角も制御が可能となる。

ギアボックスの減速比がｋ：１（ｋは自然数）である場合、ブラシレス直流モータ１００および２００の１回転時ギアボックスにより１／ｋ回転した効果が現われる。例えば、ｋが３６０である場合ブラシレス直流モータ１００および２００の１回転が１゜に該当し、ｋが７２０である場合はブラシレス直流モータ１００および２００の１回転が０．５゜に該当して精緻な角度の制御が成り立つ。

本発明で、上述したギアボックス３６０および４６０を含むブラシレス直流モータ制御装置は、ブラシレス直流モータの回転数を制御する。ブラシレス直流モータの制御装置は、回転検出部、要求回転量入力部、比較部および電流制御部を含む。

回転検出部は、ブラシレス直流モータから回転子の回転に応ずる回転パルス数をカウントする。ブラシレス直流モータがセンサレスタイプの場合回転パルス数は多相コイルから検出される逆起電力の数となり、センサタイプの場合回転パルス数は磁気センサから検出されるＦＧパルスの数となる。

要求回転量入力部は、使用者から所望の出力回転数の入力を受ける。出力回転数とは、ギアボックス３６０および４６０により減速された回転数を意味する。そして入力された出力回転数を相応する要求回転パルス数に変換する。変換式に対しては追後図３乃至図４を参照して詳しく説明する。

比較部は上記回転検出部での回転パルス数と上記要求回転量入力部からの要求回転パルス数を比較する。

電流制御部は比較部での比較結果に応じてブラシレス直流モータに印加される印加電流を制御する。印加電流に応じてブラシレス直流モータは一定速度で回転を続くかまたは停止することになる。

ブラシレス直流モータを停止させるためには印加電流をゼロ（０）にするかまたはブラシレス直流モータを構成する各固定子に印加される多相の電流をすべて等しい電流で印加して回転子の回転にブレーキをかければ良い。

センサレスタイプに対しては図３を参照し、センサタイプに対しては図４を参照してブラシレス直流モータ制御装置に対して詳しく説明する。

図３は本発明の好ましい一実施例によるセンサレスタイプブラシレス直流モータの制御装置の概略的なブロック図である。図３を参照すれば制御装置は、センサレスタイプブラシレス直流モータ１００、電流制御部３２０、要求回転量入力部３３０、比較部３４０、逆起電力検出部３５０およびギアボックス３６０を含む。

センサレスタイプブラシレス直流モータ１００は、図１に示されているように固定子１２０と回転子１３０を含んでおり、フレミングの左手法則によって電流制御部３２０から印加される多相の印加電流を用いて回転子１３０を回転させる。固定子１２０に巻かれた多相コイルには、回転子１３０の回転に応じて逆起電力が発生する。固定子１２０は三つの相（phase）の印加電流をａ対受信し、回転子１３０は二つの極がｂ対存在するなど多様な形態のセンサレスブラシレス直流モータの形態が可能である。

以下、図１に図示された基本的な３相２極形態を基準として説明する。しかし、これが本発明の権利範囲を限定しないことは勿論である。

逆起電力検出部３５０は回転検出部に該当する。逆起電力検出部３５０はセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００から発生する逆起電力を検出する。逆起電力は、上記センサレスタイプブラシレス直流モータ１００の固定子のうち三つのＴ型の歯１２５からそれぞれ２回ずつ発生する。Ｕ相コイル１５０ｕの巻かれた歯１２５ｕは回転子１３０の１回転に応じて回転子１３０のＮ極とＳ極を一度ずつ向い合うことになり、これによってＵ上コイル１５０ｕには２回の逆起電力が発生する。これはＶ相コイル１５０ｖ、Ｗ相コイル１５０ｗでも同じである。

したがって、回転子１３０の１回転の間に、Ｕ相コイル１５０ｕ、Ｖ相コイル１５０ｖ、Ｗ相コイル１５０ｗから発生する逆起電力の数は総６回となる。

Ｎ極とＳ極の移動に応じてＵ相コイル１５０ｕ、Ｖ相コイル１５０ｖ、Ｗ相コイル１５０ｗから発生する逆起電力には時間差が発生することになり、逆起電力は時間差を置いて順次に発生することになる。

逆起電力検出部３５０は、逆起電力の発生する度に測定逆起電力パルス数を増加させて現在まで測定された逆起電力の数を測定逆起電力パルス数として計算する。そして、センサレスタイプブラシレス直流モータ１００が停止した場合には測定逆起電力パルス数をまた初期値で設定した後、センサレスタイプブラシレス直流モータ１００がまた回転することになると新たに増加させて新しい測定逆起電力パルス数をカウントすることが好ましい。

要求回転量入力部３３０は、使用者から所定の減速比を有するギアボックス３６０を含むセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００に要求される出力回転数の入力を受ける。ここで、減速比は（センサレスタイプブラシレス直流モータ１００の回転数）／（出力回転数）を意味する。図１に図示されたセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００は、１回転時６回の逆起電力の発生が等しい時間間隔を有して順次に感知される。したがって、要求回転量入力部３３０は、要求される出力回転数の入力を受けた後に比較部３４０での比較のために要求逆起電力パルス数に変換する。要求逆起電力パルス数は、（出力回転数）×（減速比）×（現在センサレスタイプブラシレス直流モータの１回転時感知される総逆起電力の数）である。以外の他の公式によることもできる。

上記変換は、要求回転量入力部３３０以外に比較部３４０からなされることもできる。

比較部３４０は、逆起電力検出部３２０から測定逆起電力パルス数の入力を受け、要求回転量入力部３３０から要求逆起電力パルス数の入力を受けて互いに比較する。

電流制御部３２０は、比較部３４０から比較結果の入力を受けてセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００の回転を制御する印加電流をセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００に印加する。

比較部３４０での比較結果、測定逆起電力パルス数が要求逆起電力パルス数より小さければセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００はまだ使用者の要求分の回転ができない状況であって、電流制御部３４０はセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００が続いて回転するように印加電流をセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００に印加する。

比較部３４０での比較結果、測定逆起電力パルス数が要求逆起電力パルス数より大きいか等しいとセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００は使用者の要求分回転した状況であるので、電流制御部３４０はセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００が直ちに停止するように停止電流をセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００に印加するか、印加されていた印加電流を中止させる。これによりセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００は回転を止めて直ちにその場に止まることとなる。

電流制御部３２０は多相インバータ３１０を含むことができる。多相インバータ３１０は、電流制御部３２０からセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００に印加電流または停止電流を出力する時、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相コイルにそれぞれ相（phase）の異なる電流が入るように各電流の相を可変させる部分である。

電流制御部３２０は、使用者からの回転数の入力がある場合センサレスタイプブラシレス直流モータ１００を最初に駆動させて回転させる。

ギアボックス３６０は所定の減速比に応じてセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００の回転数に比例して回転角も制御が可能となる。ギアボックス３６０の減速比がｋ：１（ｋは自然数）である場合、センサレスタイプブラシレス直流モータ１００の１回転時ギアボックスにより１／ｋ回転した効果が現われる。例えば、ｋが３６０の場合はセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００の１回転が１゜に該当し、ｋが７２０の場合はセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００の１回転が０．５゜に該当して精緻な角度制御が成り立つ。

本発明の好ましい一実施例による制御装置により使用者の所望の回転角度だけの回転出力を得るためにセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００は変換式に応じた回転数だけ回転するように制御される。

ギアボックス３６０の減速比がｋ：１、すなわち、ｋである場合、ギアボックス３６０の回転出力が１回転の場合センサレスタイプブラシレス直流モータ１００はｋ回転する。したがって、使用者の所望の回転出力がｘ（ｘは０より大きい実数）回転の場合、センサレスタイプブラシレス直流モータ１００はｘ×ｋ回転するように制御される。

本発明において、各構成要素は互いに統合されたり分離されて上述したような機能を遂行することもできるが、これが本発明の思想内に含まれることは勿論のことである。

図４は本発明の好ましい他の実施例によるセンサタイプブラシレス直流モータの制御装置の概略的なブロック図である。図４を参照すれば、制御装置は、センサタイプブラシレス直流モータ２００、電流制御部４２０、要求回転量入力部４３０、比較部４４０、ＦＧパルス検出部４５０およびギアボックス４６０を含む。

センサタイプブラシレス直流モータ２００は、図２に図示されているように固定子１２０と回転子１３０を含んでおり、フレミングの左手法則によって電流制御部４２０から印加される多相の印加電流を用いて回転子１３０を回転させる。磁気センサ２１０は、回転子１３０の回転に応じてＦＧパルスを生成する。固定子１２０は三つの相（phase）の印加電流をａ対受信し、回転子１３０は二つの極がｂ対存在するなど多様な形態のセンサタイプブラシレス直流モータ形態が可能である。

以下、図２に図示された基本的な３相２極形態を基準として説明する。しかし、これが本発明の権利範囲を限定しないことは勿論である。

ＦＧパルス検出部４５０は、回転検出部に該当する。ＦＧパルス検出部４５０はセンサタイプブラシレス直流モータ２００から生成されるＦＧパルスを検出する。ＦＧパルスは、磁気センサ２１０が回転子１３０の回転に応じてＮ極およびＳ極をそれぞれ１回ずつ向い合う度に１回生成される。したがって、本例では、回転子１３０の１回転に応じて一つのＦＧパルスが生成される。

ＦＧパルス検出部４５０は、ＦＧパルスが検出される度に測定ＦＧパルス数を増加させて現在まで測定されたＦＧパルスの数を測定ＦＧパルス数として計算する。そして、センサタイプブラシレス直流モータ２００が停止した場合には測定ＦＧパルス数をまた初期値で設定した後、センサタイプブラシレス直流モータ２００がまた回転することになると新たに増加させて新しい測定ＦＧパルス数をカウントすることが好ましい。

要求回転量入力部４３０は、使用者からギアボックス４６０を含むセンサタイプブラシレス直流モータ２００に要求される出力回転数の入力を受ける。図２に図示されたセンサタイプブラシレス直流モータ２００は、１回転時１回のＦＧパルスの発生が感知される。したがって、要求回転量入力部４３０は、要求される出力回転数の入力を受けた後比較部４４０での比較のために要求ＦＧパルス数に変換する。要求ＦＧパルス数は（入力された出力回転数）×（減速比）×（現在センサタイプブラシレス直流モータの１回転時感知される総ＦＧパルスの数）である。以外の他の公式によることもできる。

上記変換は、要求回転量入力部４３０以外に比較部４４０からなされることもできる。

比較部４４０は、ＦＧパルス検出部４５０から測定ＦＧパルス数の入力を受け、要求回転量入力部４３０から要求ＦＧパルス数の入力を受けて互いに比較する。

電流制御部４２０は、比較部４４０から比較結果の入力を受けてセンサタイプブラシレス直流モータ２００の回転を制御する印加電流をセンサタイプブラシレス直流モータ２００に印加する。

比較部４４０での比較結果、測定ＦＧパルス数が要求ＦＧパルス数より小さいと、センサタイプブラシレス直流モータ２００はまだ使用者の要求だけの回転ができない状況であって、電流制御部４２０はセンサタイプブラシレス直流モータ２００が続いて回転するように印加電流をセンサタイプブラシレス直流モータ２００に印加する。

比較部４４０での比較結果、測定ＦＧパルス数が要求ＦＧパルス数より大きいか等しいとセンサタイプブラシレス直流モータ２００は使用者の要求だけ回転した状況であるので、電流制御部４２０はセンサタイプブラシレス直流モータ２００が直ちに停止するように停止電流をセンサタイプブラシレス直流モータ２００に印加したり、印加されていた印加電流を停止させる。これによりセンサタイプブラシレス直流モータ２００は回転を止めて直ちにその場に停止することとなる。

電流制御部４２０は、多相インバータ３１０を含むことができる。多相インバータ４１０は、電流制御部４２０からセンサタイプブラシレス直流モータ２００に印加電流または停止電流を出力する時、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相コイルにそれぞれ相（phase）の異なる電流が入るように各電流の相を可変させる部分である。

電流制御部４２０は、使用者からの回転数の入力がある場合センサタイプブラシレス直流モータ２００を最初に駆動させて回転させる。

ギアボックス４６０は所定の減速比に応じてセンサタイプブラシレス直流モータ２００の回転数に比例して回転角も制御が可能となる。ギアボックス４６０の減速比がｋ：１（ｋは自然数）の場合、センサタイプブラシレス直流モータ２００の１回転時ギアボックスにより１／ｋの回転の効果が現われる。例えば、ｋが３６０である場合センサタイプブラシレス直流モータ２００の１回転が１゜に該当し、ｋが７２０の場合はセンサタイプブラシレス直流モータ２００の１回転が０．５゜に該当して精緻な角度制御が成り立つ。

本発明の好ましい他の実施例による制御装置により使用者の所望の回転角度だけの回転出力を得るためにセンサタイプブラシレス直流モータ２００は変換式に応ずる回転数だけ回転するように制御される。

ギアボックス４６０の減速比がｋ：１の場合、ギアボックス４６０の回転出力の１回転時センサタイプブラシレス直流モータ２００はｋ回転する。したがって、使用者の所望の回転出力がｘ（ｘは０より大きい実数）回転の場合、センサタイプブラシレス直流モータ２００はｘ×ｋ回転するように制御される。

本発明で各構成要素は互いに統合されるかまたは分離されて上述したような機能を遂行することもできるが、これは本発明の思想内に含まれることは勿論のことである。

図５は本発明の好ましい一実施例による図１に図示されたセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００の制御方法のフローチャートである。

図５を参照すれば、段階Ｓ５０５で、使用者は要求回転量入力部３３０を通じて最終的所望の回転量、すなわち、出力回転数を入力する。ここで、回転量はギアボックス３６０を経ったセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００の出力回転数を意味する。ここで逆起電力検出部３５０の測定逆起電力パルス数は基本値で設定されることが好ましい。

段階Ｓ５１０で、要求回転量入力部３３０は，上記出力回転数をセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００に要求される回転数に変換する。センサレスタイプブラシレス直流モータ１００はギアボックス３６０を含んでいて、ギアボックス３６０の減速比に応じて一定に減速されて上記出力回転数を出すことになる。したがって、センサレスタイプブラシレス直流モータ１００の回転数は、所望の出力回転数に減速比を掛けた値である。ここで、減速比は（ギアボックス３６０を経る前のセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００の回転数）：（ギアボックス３６０を経った後のセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００の回転数）である。

そして、要求回転量入力部３３０は変換された回転数をセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００の特性に応じて定められた公式により要求逆起電力パルス数に変換する。要求逆起電力パルス数は（変換された回転数）×（センサレスタイプブラシレス直流モータ１００の１回転時感知される逆起電力の総数）でありうる。以外の他の公式によることもできる。上記変換は要求回転量入力部３３０以外に比較部３４０からなされることもできる。

段階Ｓ５１５で、電流制御部３２０は使用者から回転量の入力がある場合センサレスタイプブラシレス直流モータ１００を最初に駆動させて回転させる。

段階Ｓ５２０で、逆起電力検出部３５０はセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００の回転に応じて発生する逆起電力を検出し、現在まで発生され測定された測定逆起電力パルス数を計算する。

段階Ｓ５２５で、比較部３４０は要求逆起電力パルス数と測定逆起電力パルス数とを比べる。

比較結果、測定逆起電力パルス数が要求逆起電力パルス数と等しければセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００は使用者の要求分回転した状況であるので、段階Ｓ５３０に進行する。電流制御部３４０はセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００が直ちに停止するように停止電流をセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００に印加するか印加されていた印加電流を中止させる。これによりセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００は回転を止めて直ちにその場に止まることとなる。

しかし、比較結果、測定逆起電力パルス数が要求逆起電力パルス数より小さければ、センサレスタイプブラシレス直流モータ１００はまだ使用者の要求分回転してない状況であるので段階Ｓ５１５に戻って、電流制御部３４０は、センサレスタイプブラシレス直流モータ１００が続いて回転するように印加電流をセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００に印加する。そして段階Ｓ５１５乃至段階Ｓ５２５を繰り返す。

図６は本発明の好ましい他の実施例による図２に図示されたセンサタイプブラシレス直流モータ２００の制御方法のフローチャートである。

図６を参照すれば、段階Ｓ６０５で、使用者は要求回転量入力部４３０を通じて最終的所望の回転量、すなわち、出力回転数を入力する。ここで、回転量はギアボックス４６０を経ったセンサタイプブラシレス直流モータ２００の回転数を意味する。ここでＦＧパルス検出部４５０の測定ＦＧパルス数は基本値で設定されることが好ましい。

段階Ｓ６１０で、要求回転量入力部４３０は、上記出力回転数をセンサタイプブラシレス直流モータ２００に要求される回転数に変換する。センサタイプブラシレス直流モータ２００はギアボックス４６０を含んでいて、ギアボックス４６０の減速比に応じて一定に減速されて上記出力回転数を出すこととなる。したがって、センサタイプブラシレス直流モータ２００の回転数は所望の出力回転数に減速比を掛けた値である。ここで、減速比は（ギアボックス４６０を経る前のセンサタイプブラシレス直流モータ２００の回転数）：（ギアボックス４６０を経った後のセンサタイプブラシレス直流モータ２００の回転数）である。

そして、要求回転量入力部４３０は変換された回転数をセンサタイプブラシレス直流モータ２００の特性に応じて定められた公式により要求ＦＧパルス数に変換する。要求ＦＧパルス数は（変換された回転数）×（センサタイプブラシレス直流モータ２００の１回転時感知されるＦＧパルスの総数）でありうる。以外の他の公式によることもできる。上記変換は要求回転量入力部４３０以外に比較部４４０からなされることもできる。

段階Ｓ６１５で、電流制御部４２０は使用者から回転数の入力がある場合センサタイプブラシレス直流モータ２００を最初に駆動させて回転させる。

段階Ｓ６２０で、ＦＧパルス検出部４５０はセンサタイプブラシレス直流モータ２００の回転に応じて発生するＦＧパルスを検出し、現在まで発生され測定された測定ＦＧパルス数を計算する。

段階Ｓ６２５で、比較部４４０は要求ＦＧパルス数と測定ＦＧパルス数とを比べる。

比較結果、測定ＦＧパルス数が要求ＦＧパルス数と等しければ、センサタイプブラシレス直流モータ２００は使用者の要求分回転した状況であるので、段階Ｓ６３０に進行する。電流制御部４４０はセンサタイプブラシレス直流モータ２００が直ちに停止するように停止電流をセンサタイプブラシレス直流モータ２００に印加するか、印加されていた印加電流を中止させる。これによりセンサタイプブラシレス直流モータ２００は回転を止めて直ちにその場に止まることとなる。

しかし、比較結果、測定ＦＧパルス数が要求ＦＧパルス数より小さければ、センサタイプブラシレス直流モータ２００はまだ使用者の要求分回転してない状況であるので、段階Ｓ６１５に戻って電流制御部４４０は、センサタイプブラシレス直流モータ２００が続いて回転するように印加電流をセンサタイプブラシレス直流モータ２００に印加する。そして段階Ｓ６１５乃至段階Ｓ６２５を繰り返す。

上述したように、本発明によるブラシレス直流モータの制御装置および制御方法はギアボックス（gearbox）を用いて正確な回転角度を制御できる。

また、センサレスタイプブラシレス直流モータから逆起電力を検出してその数をカウントすることによりデジタル的な方法で回転数が制御できるし、センサタイプブラシレス直流モータからＦＧパルスを検出してその数をカウントすることによりデジタル的な方法で回転数が制御できる。

また、モータの１回転以外に１／２回転、１／３回転、１゜回転などに対する精密制御も可能であってモータを用いて精緻な位置制御が可能である。

上記では本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、当該技術分野で通常の知識を持った者であれば下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から脱しない範囲内で本発明を多様に修正および変更させ得ることを理解できるだろう。

本発明の好ましい実施例によるセンサレスタイプブラシレス直流モータ（Sensorlesstype Brushless DC motor）の横断面図である。 本発明の好ましい他の実施例によるセンサタイプブラシレス直流モータ（Sensorlesstype Brushless DC motor）横断面図である。 本発明の好ましい実施例によるセンサレスタイプブラシレス直流モータの制御装置の概略的なブロック図である。 本発明の好ましい他の実施例によるセンサタイプブラシレス直流モータの制御装置の概略的なブロック図である。 本発明の好ましい実施例による図１に図示されているセンサレスタイプブラシレス直流モータ１００の制御方法のフローチャートである。 本発明の好ましい他の実施例による図２に図示されているセンサタイプブラシレス直流モータ２００の制御方法のフローチャートである。

符号の説明

１００ センサレスタイプブラシレス直流モータ
２００ センサタイプブラシレス直流モータ
１２０ 固定子
１３０ 回転子
１２５ｕ、１２５ｖ、１２５ｗ 歯
３２０、４２０ 電流制御部
３３０、４３０ 要求回転量入力部
３４０、４４０ 比較部
３５０逆起電力検出部
４５０ ＦＧパルス検出部
３６０、４６０ ギアボックス

Claims (6)

1. 固定子に印加されるｍ個相（ｍは自然数）の印加電流に応じて回転または停止するｎ個極（ｎは自然数）の回転子を有するブラシレス直流モータ（Brushless DC motor）に繋がれた所定の減速比を有するギアボックス（Gearbox）の出力回転数を制御するブラシレス直流モータ制御装置であって、
   前記ブラシレス直流モータから前記回転子の回転に応ずる回転パルス数をカウントする回転検出部、
   前記出力回転数の入力を受けてそれに相応する要求回転パルス数に変換する要求回転量入力部、
   前記回転パルス数と前記要求回転パルス数とを比べる比較部、および
   前記比較部での比較結果に応じて前記ブラシレス直流モータに印加される前記印加電流を制御する電流制御部を含み、
   前記印加電流は第１印加電流と第２印加電流に区分され、
   前記電流制御部は、前記回転パルス数が前記要求回転パルス数より小さな場合、前記ブラシレス直流モータに前記第１印加電流を供給し、前記回転パルス数が前記要求回転パルス数と等しい場合、前記ブラシレス直流モータに、前記固定子のそれぞれに印加される多相の電流をすべて等しい電流で印加する第２印加電流を供給し、
   前記ブラシレス直流モータは、前記第１印加電流が供給されると一定の速度で回転し、前記第２印加電流が供給されると停止し、
   前記減速比は（前記ブラシレス直流モータの回転数）／（前記ギアボックスの出力回転数）であり、
   前記ブラシレス直流モータはセンサレスタイプ（Sensorless type）であり、
   前記回転検出部は前記固定子の多相コイルに発生する逆起電力の総検出数を前記回転パルス数としてカウントし、
   前記要求回転パルス数は（前記出力回転数）×（前記減速比）×（前記ブラシレス直流モータの１回転時発生する逆起電力の総数）であるブラシレス直流モータ制御装置。
2. 固定子に印加されるｍ個相（ｍは自然数）の印加電流に応じて回転または停止するｎ個極（ｎは自然数）の回転子を有するブラシレス直流モータ（Brushless DC motor）に繋がれた所定の減速比を有するギアボックス（Gearbox）の出力回転数を制御するブラシレス直流モータ制御装置であって、
   前記ブラシレス直流モータから前記回転子の回転に応ずる回転パルス数をカウントする回転検出部、
   前記出力回転数の入力を受けてそれに相応する要求回転パルス数に変換する要求回転量入力部、
   前記回転パルス数と前記要求回転パルス数とを比べる比較部、および
   前記比較部での比較結果に応じて前記ブラシレス直流モータに印加される前記印加電流を制御する電流制御部を含み、
   前記印加電流は第１印加電流と第２印加電流に区分され、
   前記電流制御部は、前記回転パルス数が前記要求回転パルス数より小さな場合、前記ブラシレス直流モータに前記第１印加電流を供給し、前記回転パルス数が前記要求回転パルス数と等しい場合、前記ブラシレス直流モータに、前記固定子のそれぞれに印加される多相の電流をすべて等しい電流で印加する第２印加電流を供給し、
   前記ブラシレス直流モータは、前記第１印加電流が供給されると一定の速度で回転し、前記第２印加電流が供給されると停止し、
   前記減速比は（前記ブラシレス直流モータの回転数）／（前記ギアボックスの出力回転数）であり、
   前記ブラシレス直流モータはセンサタイプ（Sensor type）であり、
   前記回転検出部は前記回転子の回転に応じて発生したＦＧパルス（F／G Pulse）を感知する磁気センサを含み、
   前記ＦＧパルスの総検出数を前記回転パルス数としてカウントし、
   前記要求回転量は（前記出力回転数）×（前記減速比）×（前記ブラシレス直流モータの１回転時発生するＦＧパルスの総数）であるブラシレス直流モータ制御装置。
3. 固定子のスロットに印加されるｍ個相（ｍは自然数）の印加電流に応じて回転または停止するｎ個極（ｎは自然数）の回転子を有するブラシレス直流モータ（Brushless DC motor）に繋がれた所定の減速比を有するギアボックス（Gearbox）の出力回転数を制御する方法であって、
   前記減速比は（前記ブラシレス直流モータの回転数）／（前記ギアボックスの出力回転数）であり、
   （ａ）前記出力回転数の入力を受ける段階、
   （ｂ）前記出力回転数をそれに相応する要求回転パルス数に変換する段階、
   （ｃ）前記ブラシレス直流モータを駆動させる第１印加電流を印加する段階、
   （ｄ）前記ブラシレス直流モータの回転に応ずる回転パルス数をカウントする段階、
   （ｅ）前記要求回転パルス数と前記回転パルス数とを比べる段階
   （ｆ）前記回転パルス数が前記要求回転パルス数と等しくなるまで段階（ｄ）と段階（ｅ）を繰り返す段階、および
   （ｇ）前記回転パルス数が前記要求回転パルス数と等しくなると、前記ブラシレス直流モータに、前記固定子のそれぞれに印加される多相の電流をすべて等しい電流で印加する第２印加電流を印加する段階を含み、
   前記ブラシレス直流モータは、前記第１印加電流が供給されると一定の速度で回転し、前記第２印加電流が供給されると停止し、
   前記ブラシレス直流モータはセンサレスタイプ（Sensorless type）であり、
   前記（ｄ）段階は前記固定子の多相コイルに発生する逆起電力の総検出数を前記回転パルス数としてカウントし、
   前記要求回転パルス数は（前記出力回転数）×（前記減速比）×（前記ブラシレス直流モータの１回転時発生する逆起電力の総数）であるブラシレス直流モータの制御方法。
4. 固定子のスロットに印加されるｍ個相（ｍは自然数）の印加電流に応じて回転または停止するｎ個極（ｎは自然数）の回転子を有するブラシレス直流モータ（Brushless DC motor）に繋がれた所定の減速比を有するギアボックス（Gearbox）の出力回転数を制御する方法であって、
   前記減速比は（前記ブラシレス直流モータの回転数）／（前記ギアボックスの出力回転数）であり、
   （ａ）前記出力回転数の入力を受ける段階、
   （ｂ）前記出力回転数をそれに相応する要求回転パルス数に変換する要求回転量入力段階、
   （ｃ）前記ブラシレス直流モータを駆動させる第１印加電流を印加する段階、
   （ｄ）前記ブラシレス直流モータの回転に応ずる回転パルス数をカウントする段階、
   （ｅ）前記要求回転パルス数と前記回転パルス数とを比べる段階
   （ｆ）前記回転パルス数が前記要求回転パルス数と等しくなるまで段階（ｄ）と段階（ｅ）を繰り返す段階、および
   （ｇ）前記回転パルス数が前記要求回転パルス数と等しくなると、前記ブラシレス直流モータに、前記固定子のそれぞれに印加される多相の電流をすべて等しい電流で印加する第２印加電流を印加する段階を含み、
   前記ブラシレス直流モータは、前記第１印加電流が供給されると一定の速度で回転し、前記第２印加電流が供給されると停止し、
   前記ブラシレス直流モータはセンサタイプ（Sensor type）であり、
   前記（ｄ）段階は前記回転子の回転に応じて発生したＦＧパルスの総検出数を前記回転パルス数としてカウントし、
   前記要求回転量は（前記出力回転数）×（前記減速比）×（前記ブラシレス直流モータの１回転時発生するＦＧパルスの総数）であるブラシレス直流モータの制御方法。
5. 固定子に印加されるｍ個相（ｍは自然数）の印加電流に応じて回転するｎ個極（ｎは自然数）の回転子を有するブラシレス直流モータ、
   前記ブラシレス直流モータに繋がれて所定の減速比を有するギアボックス、
   前記ブラシレス直流モータから前記回転子の回転に応ずる回転パルス数をカウントする回転検出部、
   前記ギアボックスの出力回転数の入力を受けてそれに相応する要求回転パルス数に変換する要求回転量入力部、
   前記回転パルス数と前記要求回転パルス数とを比べる比較部、および
   前記比較部での比較結果に応じて前記ブラシレス直流モータに印加される前記印加電流を制御する電流制御部を含み、
   前記印加電流は第１印加電流と第２印加電流に区分され、
   前記電流制御部は、前記回転パルス数が前記要求回転パルス数より小さな場合、前記ブラシレス直流モータに前記第１印加電流を供給し、前記回転パルス数が前記要求回転パルス数と等しい場合、前記ブラシレス直流モータに、前記固定子のそれぞれに印加される多相の電流をすべて等しい電流で印加する第２印加電流を供給し、
   前記ブラシレス直流モータは、前記第１印加電流が供給されると一定の速度で回転し、前記第２印加電流が供給されると停止し、
   前記減速比は（前記ブラシレス直流モータの回転数）／（前記ギアボックスの出力回転数）であり、
   前記ブラシレス直流モータはセンサレスタイプ（Sensorless type）であり、
   前記回転検出部は前記固定子の多相コイルに発生する逆起電力の総検出数を前記回転パルス数としてカウントし、
   前記要求回転パルス数は（前記出力回転数）×（前記減速比）×（前記ブラシレス直流モータの１回転時発生する逆起電力の総数）であるブラシレス直流モータモジュール。
6. 固定子に印加されるｍ個相（ｍは自然数）の印加電流に応じて回転するｎ個極（ｎは自然数）の回転子を有するブラシレス直流モータ、
   前記ブラシレス直流モータに繋がれて所定の減速比を有するギアボックス、
   前記ブラシレス直流モータから前記回転子の回転に応ずる回転パルス数をカウントする回転検出部、
   前記ギアボックスの出力回転数の入力を受けてそれに相応する要求回転パルス数に変換する要求回転量入力部、
   前記回転パルス数と前記要求回転パルス数とを比べる比較部、および
   前記比較部での比較結果に応じて前記ブラシレス直流モータに印加される前記印加電流を制御する電流制御部を含み、
   前記印加電流は第１印加電流と第２印加電流に区分され、
   前記電流制御部は、前記回転パルス数が前記要求回転パルス数より小さな場合、前記ブラシレス直流モータに前記第１印加電流を供給し、前記回転パルス数が前記要求回転パルス数と等しい場合、前記ブラシレス直流モータに、前記固定子のそれぞれに印加される多相の電流をすべて等しい電流で印加する第２印加電流を供給し、
   前記ブラシレス直流モータは、前記第１印加電流が供給されると一定の速度で回転し、前記第２印加電流が供給されると停止し、
   前記減速比は（前記ブラシレス直流モータの回転数）／（前記ギアボックスの出力回転数）であり、
   前記ブラシレス直流モータはセンサタイプ（Sensor type）であり、
   前記回転検出部は前記回転子の回転に応じて発生したＦＧパルス（F／G Pulse）を感知する磁気センサを含み、
   前記ＦＧパルスの総検出数を前記回転パルス数としてカウントし、
   前記要求回転量は（前記出力回転数）×（前記減速比）×（前記ブラシレス直流モータの１回転時発生するＦＧパルスの総数）であるブラシレス直流モータモジュール。