JP6406114B2 - Brushless motor - Google Patents
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Description
本発明はブラシレスモータに関し、特に、ロータの回転位置を検出可能なブラシレスモータに関する。 The present invention relates to a brushless motor, and more particularly to a brushless motor capable of detecting the rotational position of a rotor.
近年、パチンコ機等の遊技機には、遊技機内において可動する演出用の可動役物を搭載したものがある。このような可動役物の制御は、可動役物を可動させる役物駆動用モータのロータの位置検出に基づいて行われる。 2. Description of the Related Art In recent years, some gaming machines such as pachinko machines are equipped with a movable accessory for production that is movable in the gaming machine. Such control of the movable accessory is performed based on the position detection of the rotor of the accessory driving motor that moves the movable accessory.
従来、モータにおけるロータの位置検出方法としては、光学式エンコーダや磁気式エンコーダが知られている。 Conventionally, optical encoders and magnetic encoders are known as methods for detecting the position of a rotor in a motor.
例えば特許文献1には、ステータの間にホール素子を備え、当該ホール素子が検出する磁束の変化に応じて、ロータの位置を検出し、回路基板の電子回路が、トルクが最大となるように駆動用コイルへの通電を制御するブラシレスモータが開示されている。 For example, in Patent Document 1, a Hall element is provided between the stators, and the position of the rotor is detected in accordance with a change in magnetic flux detected by the Hall element so that the electronic circuit on the circuit board has the maximum torque. A brushless motor that controls energization of a drive coil is disclosed.
ところで、遊技機における役物駆動用のモータとしては、ロータの位置を細かく検出できるものが望まれる。これは、可動役物を、所定の位置で停止させたり、所定の位置で回転方向を切り換えさせたり、あるいは低速で速度ムラなくゆっくり動かしたりするためである。 By the way, as a motor for driving an accessory in a gaming machine, a motor that can detect the position of the rotor in detail is desired. This is because the movable accessory is stopped at a predetermined position, the direction of rotation is switched at a predetermined position, or is moved slowly at a low speed without uneven speed.
ロータの位置を細かく検出するためには、分解能の高い磁気式エンコーダや光学式エンコーダを搭載させることも考えられる。しかしながら、これらは高額であり、かつ、部品点数も多くなるため、モータに組み込むと大型になってしまう。 In order to detect the position of the rotor finely, it is conceivable to mount a magnetic encoder or optical encoder with high resolution. However, these are expensive and have a large number of parts, so they become large when incorporated in a motor.
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型かつ安価であって、位置検出の分解能が高いブラシレスモータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a brushless motor that is small and inexpensive and has a high position detection resolution.
本発明に係るブラシレスモータは、マグネットが備えられたロータの回転位置を、前記ロータに対して空隙をもって設けられたステータの磁極間に配設されたホール素子で検出し、前記磁極に巻線された駆動コイルへの電流を制御するブラシレスモータであって、各駆動コイルに印加されるN(Nは2以上の整数)相の電流に応じてN個互いに異なる電気角で配設された第1ホール素子と、N個の前記第1ホール素子から出力されるN個の第1信号とは電気角の位相が異なる第2信号を生成する第1信号生成部とを備えることを特徴とする。 The brushless motor according to the present invention detects a rotational position of a rotor provided with a magnet by a Hall element disposed between magnetic poles of a stator provided with a gap with respect to the rotor, and is wound around the magnetic pole. 1 is a brushless motor for controlling the current to the drive coil, and is arranged at N different electrical angles according to N (N is an integer of 2 or more) phase current applied to each drive coil. A hall element and a first signal generation unit that generates a second signal having an electrical angle phase different from that of the N first signals output from the N first hall elements.
さらに、本発明に係るブラシレスモータにおいて、前記第1信号生成部は、前記磁極間であって、前記第1ホール素子と電気角が等しく、機械角が異なる位置に、前記第1ホール素子とは感磁方向が異なるように設けられた少なくとも1個の第2ホール素子であってもよい。 Furthermore, in the brushless motor according to the present invention, the first signal generator is located between the magnetic poles, at a position where the electrical angle is equal to the first Hall element and the mechanical angle is different from the first Hall element. It may be at least one second Hall element provided so that the magnetic sensing directions are different.
または、本発明に係るブラシレスモータにおいて、前記第1信号生成部は、前記N個の第1信号を用いて、前記第2信号を生成してもよい。 Alternatively, in the brushless motor according to the present invention, the first signal generation unit may generate the second signal using the N first signals.
上記の構成によれば、第1ホール素子からN個の信号が出力され、第1信号生成部から第2信号が生成されることで、第1信号と第2信号との間で互いに位相の異なる信号を得ることができる。そのため、ロータの位置検出の分解能が高くなり、ロータの位置を細かく検出することが可能となる。 According to the above configuration, N signals are output from the first Hall element, and the second signal is generated from the first signal generation unit, so that the first signal and the second signal are in phase with each other. Different signals can be obtained. Therefore, the resolution for detecting the position of the rotor is increased, and the position of the rotor can be detected finely.
また、第1信号および第2信号を用いて位置検出の分解能を高めているため、高分解能の大型な部品を搭載する必要がないため、ブラシレスモータの小型化を図ることができる。例えば、第1信号生成部として第2ホール素子を用いた場合、第2ホール素子をステータの磁極間に配置することができるため、ブラシレスモータが大型化することもない。 In addition, since the resolution of position detection is increased using the first signal and the second signal, it is not necessary to mount large parts with high resolution, and thus the brushless motor can be reduced in size. For example, when the second Hall element is used as the first signal generation unit, the second Hall element can be disposed between the magnetic poles of the stator, so that the brushless motor does not increase in size.
さらに、ロータの位置検出の分解能を高めるために必要とされる第1信号生成部としては、例えば、ホール素子、または、第1信号を用いて第2信号を生成する処理を行う第1信号生成部であり、安価にブラシレスモータを提供することができる。 Further, as the first signal generation unit required for increasing the resolution of detecting the position of the rotor, for example, a first signal generation for performing a process of generating a second signal using the Hall element or the first signal is used. The brushless motor can be provided at a low cost.
さらに、本発明に係るブラシレスモータにおいて、N=3であり、前記第2ホール素子は、3個設けられており、前記第1ホール素子は、感磁方向が前記ロータの径方向を向くように配置され、前記第2ホール素子は、感磁方向が前記ロータの周方向を向くように配置されていいてもよい。 Furthermore, in the brushless motor according to the present invention, N = 3, and three second Hall elements are provided, and the first Hall element is arranged such that a magnetic sensitive direction faces a radial direction of the rotor. The second Hall element may be arranged such that a magnetic sensitive direction faces a circumferential direction of the rotor.
上記の構成によれば、第1ホール素子と、第2ホール素子との間で90度位相の異なる信号を出力することができる。そのため、第1ホール素子および第2ホール素子から6個の位相の異なる信号を容易に得ることができる。 According to the above configuration, it is possible to output signals having a phase difference of 90 degrees between the first Hall element and the second Hall element. Therefore, six signals having different phases can be easily obtained from the first Hall element and the second Hall element.
さらに、本発明に係るブラシレスモータにおいて前記N個の第1信号および前記第2信号の少なくとも2つの信号を用いて、前記N個の第1信号および前記第2信号とは電気角の位相が異なる第3信号を生成する第2信号生成部を備えていてもよい。 Furthermore, in the brushless motor according to the present invention, the N first signals and the second signals are different in electrical angle phase by using at least two signals of the N first signals and the second signals. You may provide the 2nd signal production | generation part which produces | generates a 3rd signal.
上記の構成によれば、第2信号生成部が、第1ホール素子から出力されるN個の第1信号と、第2ホール素子から出力される第2信号とを用いて第3信号を生成することにより、さらに位置検出の分解能が高いブラシレスモータを提供することができる。 According to the above configuration, the second signal generation unit generates the third signal using the N first signals output from the first Hall element and the second signal output from the second Hall element. By doing so, it is possible to provide a brushless motor with higher position detection resolution.
本発明は、小型かつ安価であって、位置検出の分解能が高いブラシレスモータを提供することができる。 The present invention can provide a brushless motor that is small and inexpensive and has high position detection resolution.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照し詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
〔実施形態1〕
(ブラシレスモータの構成)
図1は、本実施形態に係るブラシレスモータ100の構成を示す概略図である。本実施形態に係るブラシレスモータ100は、アウターロータ型のブラシレスモータであり、ロータマグネット(ロータ)1と、ステータ2と、信号処理部10(図3参照)と、制御部15(図3参照)とを備える。
Embodiment 1
(Brushless motor configuration)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a
ロータマグネット1は、8つ(4対)の極を有するリング状の永久磁石である。ステータ2は、ステータ磁極に巻線された6つのコイル(駆動コイル)3、および、6つのホール素子4を備える。ロータマグネット1とステータ2とは、ブラシレスモータ100の回転軸を中心とした同心円上に、周方向に対向するように、空隙をもって配置され、ロータマグネット1がステータ2よりも径方向外側に配置される。
The rotor magnet 1 is a ring-shaped permanent magnet having eight (four pairs) poles. The
6つのコイル3は、周方向に等間隔で配置され、そのため、隣接するコイル同士がなす角度は、60度である。6つのコイル3のそれぞれは、制御部15により流れる電流が制御され、回転軸に対して点対称の位置にあるコイル3には等しい電流が流れるように制御される。
The six
6つのホール素子4は、6つのコイル3の中間位置(磁極間)にそれぞれ配設される。6つのホール素子は、磁気を検知する方向(感磁方向)が径方向に向いて配置されている、第1〜第3径方向ホール素子(第1ホール素子)4a〜4cと、磁気を検知する方向が周方向に向いて配置されている、第1〜第3周方向ホール素子(第1信号生成部、第2ホール素子)4d〜4fとからなる。本実施形態に係るブラシレスモータ100においては、第1径方向ホール素子4a、第2径方向ホール素子4b、第3径方向ホール素子4c、第1周方向ホール素子4d、第2周方向ホール素子4e、第3周方向ホール素子4fが時計回りにこの順で並ぶように、機械角60度間隔で配置されている。
The six Hall elements 4 are respectively disposed at intermediate positions (between magnetic poles) of the six
また、第1径方向ホール素子4aからは出力信号Hur(第1信号)が、第2径方向ホール素子4bからは出力信号Hvr(第1信号)が、第3径方向ホール素子4cからは出力信号をHwr(第1信号)が、第1周方向ホール素子4dからは出力信号をHuc(第2信号)が、第2周方向ホール素子4eからは出力信号をHvc(第2信号)が、第3周方向ホール素子4fからは出力信号をHwc(第2信号)がそれぞれ出力される。
Further, an output signal Hur (first signal) is output from the first
図2は、6つのホール素子4の出力と電気角との関係を示す図である。図2から分かるように、第1径方向ホール素子4aの出力信号Hurと、第2径方向ホール素子4bの出力信号Hvrと、第3径方向ホール素子4cの出力信号Hwrとは、位相が120度異なる波形を示す。また同様に、第1周方向ホール素子4dの出力信号Hucと、第2周方向ホール素子4eの出力信号Hvcと、第3周方向ホール素子4fの出力信号Hwcとは、位相が120度異なる波形を示す。すなわち、本実施形態に係るブラシレスモータ100においては、機械角で60度離れた位置にあるホール素子4は、電気角で120度位相の異なる波形を出力する。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the outputs of the six Hall elements 4 and the electrical angles. As can be seen from FIG. 2, the output signal Hur of the first
また、図2に示すように、回転軸に対して点対称の位置、すなわち、電気角で等価な位置にある、第1径方向ホール素子4aおよび第1周方向ホール素子4dそれぞれの出力信号HurとHucとは、位相が電気角で90度異なる波形を示す。同様に、第2径方向ホール素子4bおよび第2周方向ホール素子4e、ならびに、第3径方向ホール素子4cおよび第3周方向ホール素子4fの出力信号も互いに位相が電気角で90度異なる波形を示す。
Further, as shown in FIG. 2, the output signals Hur of the first
図3は、6つのホール素子4から出力された出力信号を処理する信号処理部10の構成を示す概略図である。図3に示すように、6つのホール素子4から出力された出力信号は、それぞれ演算増幅器11を介して論理回路12へと入力される。論理回路12は、方向弁別回路13を備える。論理回路12は、演算増幅器11から入力されたホール素子4の出力信号Hur、Hvr、Hwr、Huc、Hvc、Hwc(以下、Hur〜Hwcと略す)を矩形波に変換する。そして、論理回路12は、矩形波に変換された出力信号Hur〜Hwcを合成し、ロータマグネット1の回転位置を示す位置信号PP1を制御部15に出力する。方向弁別回路13は、矩形波に変換された出力信号Hur〜Hwcに基づいて、ロータマグネット1の回転方向を示す方向信号DIR1を制御部15に出力する。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration of the
図4は、論理回路12により矩形波に変換された出力信号Hur〜Hwc、ならびに、制御部15に出力される位置信号PP1および方向信号DIR1の一例を示す模式図であり、電気角と各信号との関係を示している。なお、図4に「反転」と記した位置でロータマグネット1の回転方向が反転している。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of the output signals Hur to Hwc converted into rectangular waves by the
図4に示すように位置信号PP1は、出力信号Hur〜Hwcにおけるパルスの立ち上がりおよび立ち下がりの電気角と同じ電気角にパルスの立ち上がりまたは立ち下がりを有する信号である。また、方向信号DIR1は、出力信号Hur〜Hwcのパルスの立ち上がりおよび立ち下がりの順列を比較することで定められている。そのためロータマグネット1の回転方向が反転し、その次に出力信号Hur〜Hwcのパルスの立ち下がりおよび立ち下がりが検知された位置において方向信号DIR1が変化している。 As shown in FIG. 4, the position signal PP1 is a signal having a rise or fall of a pulse at the same electrical angle as the rise and fall of the output signals Hur to Hwc. Further, the direction signal DIR1 is determined by comparing the permutation of the rise and fall of the pulses of the output signals Hur to Hwc. Therefore, the rotation direction of the rotor magnet 1 is reversed, and the direction signal DIR1 is changed at the position where the falling and falling of the pulses of the output signals Hur to Hwc are detected.
制御部15は、論理回路12から入力された位置信号PPおよび方向信号DIR1に基づいて、ロータマグネット1の回転位置および回転方向を検出し、ブラシレスモータ100の各部の動作を制御する。
The
(従来技術との対比)
次に、本実施形態の効果について説明する。
(Contrast with conventional technology)
Next, the effect of this embodiment will be described.
図9の(a)は、従来用いられているブラシレスモータ200の構造を示す概略図であり、図9の(b)はブラシレスモータ200が備える信号処理部210の構成を示す概略図である。ブラシレスモータ200は、第1〜第3周方向ホール素子4d〜4fを備えていない点、および、信号処理部10とは異なる信号処理部210を備えている点以外は、図1に示した実施形態1に係るブラシレスモータ100と略同一の構造を有する。そのため、以下では、説明の便宜上、上述した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
9A is a schematic diagram showing the structure of a conventionally used
信号処理部210は、3つの演算増幅器11と、方向弁別回路13を有する論理回路12とを備える。論理回路12には、第1〜第3径方向ホール素子4a〜4cから出力された出力信号Hur、Hvr、Hwr(以下、Hur〜Hwrと略す)が入力され、入力された出力信号Hur〜Hwrは、矩形波に変換される。そして論理回路12は、矩形波に変換された出力信号Hur〜Hwrに基づいてロータマグネット1の回転位置を示す位置信号PP2、および、ロータマグネット1の回転方向を示す方向信号DIR2を生成し、生成した位置信号PP2および方向信号DIR2を制御部15に出力する。
The
図10は、従来用いられているブラシレスモータ200における、第1〜第3径方向ホール素子4a〜4cの出力信号Hur〜Hwr、ならびに、位置信号PP2および方向信号DIR2の一例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of output signals Hur to Hwr of the first to third
図10に示すように、従来用いられているブラシレスモータ200における位置信号PP2も、実施形態1に係るブラシレスモータ100の位置信号PP1(図4参照)と同様に、ホール素子4の出力信号Hur〜Hwrパルスの立ち上がりおよび立ち下がりの電気角と同じ電気角にパルスの立ち上がりまたは立ち下がりを有する信号である。また、方向信号DIR2も、本実施形態に係るブラシレスモータ100の方向信号DIR1と同様に、出力信号Hur〜Hwrのパルスの立ち上がりおよび立ち下がりの順列を比較することで定められている。
As shown in FIG. 10, the position signal PP2 in the conventionally used
ここで、図4と図10とを比較すると、従来用いられているブラシレスモータ200における位置信号PP2は、電気角360度当たりパルスの立ち上がりおよび立ち下がりが6回有る。これは、ロータマグネット1の1回転(機械角360度)当たり、パルスの立ち上がりおよび立ち下がりが24回有るということである。これに対して、本実施形態に係るブラシレスモータ100の位置信号PP1は、電気角360度当たりパルスの立ち上がりおよび立ち下がりが12回有る。これは、ロータマグネット1の1回転(機械角360度)当たり、パルスの立ち上がりおよび立ち下がりが48回有るということである。すなわち、本実施形態に係るブラシレスモータ100は、従来用いられているブラシレスモータ200に比べて、ロータマグネット1の回転位置検出の分解能が高く(2倍の分解能)、ロータマグネット1の位置を細かく検出することが可能である。そのため、本実施形態に係るブラシレスモータ100では、ロータマグネット1を低速で速度ムラなく回転させることができる。
Here, comparing FIG. 4 with FIG. 10, the position signal PP2 in the
さらに、ブラシレスモータ100における方向信号DIR1と、ブラシレスモータ200における方向信号DIR2を比較すると分かるように、ロータマグネット1の回転方向を切り替えたタイミングは同じであっても、ブラシレスモータ100では、出力信号Hurが立ち下がる前に、出力信号Hvcが立ち上がり、出力信号Hvcの立ち上がりによって、ロータマグネット1の回転方向が反転したことを検出することができる。すなわち、本実施形態に係るブラシレスモータ100は、位置信号の場合と同様に、従来用いられているブラシレスモータ200よりもロータマグネット1の回転方向検出の分解能が高いと言える。
Further, as can be seen from a comparison between the direction signal DIR1 in the
次に、従来用いられているブラシレスモータ200において、ロータマグネット1の位置検出の分解能を高めるために、ホール素子4を増設する場合について考える。ブラシレスモータ200を大型化しないためには、ホール素子4をデッドスペース、すなわち、ステータ2における6つのコイル3の間に配置する必要が有る。そのため、ホール素子4を配置することができる位置は、ブラシレスモータ100において第1〜第3周方向ホール素子4d〜4fが配置されている位置に限られる。しかしながら、上述したように、回転軸に対して点対称の位置は、電気角が等しい位置であるために、ブラシレスモータ100において第1〜第3周方向ホール素子4d〜4fが配置されている位置に径方向ホール素子を追加したところで、ロータマグネット1の位置検出の高分解能化には寄与しない。
Next, in the conventionally used
これに対して、実施形態1に係るブラシレスモータ100は、ホール素子4を90度自転させた状態で電気角が等しい位置に配置し、磁気を検出する角度を周方向と径方向との2方向とすることで、同じ電気角であっても位相の異なる出力信号を取り出すことができる。そのため、本実施形態に係るブラシレスモータ100は、従来用いられているブラシレスモータ200に比べて、大型化することなく、ロータマグネット1の位置検出および回転方向検出を高分解能化することができる。
On the other hand, in the
また、高分解能化の精度は、ホール素子4が設けられる機械的な位置のみに依存するため、精度良く高分解能化することができる。さらに、高分解能化に必要な回路も、簡易な論理回路12のみであり、安価に高分解能化を実現することができる。ここで、例えば、電気的な方法で位相の異なる信号を生成し、高分解能化を行う場合を考えると、ホール素子4の出力信号にノイズが混入した場合に、当該出力信号に基づいて生成した信号にもノイズが混入し、ノイズが重畳してしまう。これに対して、本実施形態に係るブラシレスモータ100は、ホール素子4のそれぞれから異なる位相の信号が出力されるため、ノイズの影響を受けにくく、精度の良い位置検出を行うことができる。
Further, since the accuracy of increasing the resolution depends only on the mechanical position where the Hall element 4 is provided, it is possible to increase the resolution with high accuracy. Furthermore, only a
なお、本実施形態においては、第1〜第3径方向ホール素子4a〜4cと、第1〜第3周方向ホール素子4d〜4fとが、互いに電気角が同じで機械角が異なる位置に配置されているブラシレスモータ100について述べたが、第1〜第3径方向ホール素子4a〜4cと、第1〜第3周方向ホール素子4d〜4fとは、電気角が同じ位置に設けられていればよい。換言すれば、第1〜第3径方向ホール素子4a〜4cと、第1〜第3周方向ホール素子4d〜4fとが、電気角が同じで機械角が同じ位置に設けられていてもよく、すなわち、コイル3同士の間の1カ所に、周方向ホール素子と径方向ホール素子とが設けられている構成であってもよい。
In the present embodiment, the first to third
(変形例)
次に、本実施形態に係るブラシレスモータ100の変形例について説明する。
(Modification)
Next, a modified example of the
図5は、本変形例に係るブラシレスモータ101の構成を示す概略図である。本変形例に係るブラシレスモータ101は、16個の極を有するロータマグネット1’と、12個のコイル3を有するステータ2’とを備える。そして、12個のコイル3の中間位置には、それぞれホール素子4が配置されている。
FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the
図5に、それぞれのホール素子4の感磁方向を矢印で示している。図5に示すように、ブラシレスモータ101は、感磁方向が径方向に向いて配置されている3つの径方向ホール素子4a〜4cと、感磁方向が周方向に向いて配置されている3つの周方向ホール素子4d〜4fとに加えて、径方向ホール素子を時計回りに45度自転して配置した3つのホール素子4g〜4iと、径方向ホール素子を半時計回りに45度自転して配置した3つのホール素子4j〜4lとを備える。なお、感磁方向が同じ方向を向くように配置されているホール素子4は、それぞれ電気角が120度異なる位置に配置されている。
In FIG. 5, the magnetic sensitive direction of each Hall element 4 is indicated by an arrow. As shown in FIG. 5, the
本変形例に係るブラシレスモータ101は、実施形態1に係るブラシレスモータ100と比べて、感磁方向を変化させたホール素子4をさらに6つ備える。これにより、ブラシレスモータ101において、ロータマグネット1’の回転位置を示す位置信号は、電気角360度当たりパルスの立ち上がりおよび立ち下がりを24回有する。これは、ロータマグネット1’の一回転(機械角360度)当たり、パルスの立ち上がりおよび立ち下がりが192回有るということである。このように、ステータの極数、すなわち、コイル3同士の間のスロットが6つよりも多い場合には、ホール素子4の感磁方向を変化させて当該スロットにホール素子4を配置することにより、ロータマグネット1の位置検出および回転方向検出をさらに高分解能化することができる。
Compared with the
なお、本実施形態においては、3相の電流で駆動するブラシレスモータ100について述べたが、これに限られるものでは無く、N相(Nは2以上の整数)の電流で駆動してもよい。ブラシレスモータがN相の電流で駆動する場合には、径方向ホール素子をN個備え、さらに、N個の径方向ホール素子とは、電気角の位相が異なる出力信号を生成するように、感磁方向を径方向ホール素子とは異ならせて配置した、N個のホール素子とを備えていればよい。このような構成とすることで、互いに電気角の位相が異なる2N個の出力信号を生成することができ、ロータマグネット1の回転位置検出および回転方向検出を高分解能化することができる。
In the present embodiment, the
〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態について、図6および図7に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
図6の(a)は、本実施形態に係るブラシレスモータ102の構造を示す概略図であり、図6の(b)はブラシレスモータ102が備える信号処理部20の構成を示す概略図である。
FIG. 6A is a schematic diagram illustrating the structure of the
本実施形態に係るブラシレスモータ101は、第1〜第3周方向ホール素子4d〜4fを備えていない点、および、信号処理部10とは異なる信号処理部20を備えている点以外は、図1に示した実施形態1に係るブラシレスモータ100と略同一の構造を有する。
The
信号処理部20は、3つの演算増幅器21と、第1〜第3比較器(第1信号生成部)22a〜22cと、論理回路12とを備える。3つの演算増幅器21のそれぞれには、第1〜第3径方向ホール素子4a〜4cの出力信号Hur〜Hwrが入力される。演算増幅器21から出力された出力信号Hur〜Hwrは、論理回路12および第1〜第3比較器22a〜22cへと入力される。
The
第1比較器22aには、+端子に出力信号Hurが、−端子に出力信号Hvrが入力される。そのため、第1比較器22aからは、出力信号Hurと出力信号Hvrの大小が入れ替わる電気角にパルスの立ち上がりおよび立ち下がりを有する、出力信号Hur−Hvr(第2信号)が論理回路12へと入力される。同様に、第2比較器22bは、+端子に出力信号Hvrが、−端子に出力信号Hwrが入力され、出力信号Hvrと出力信号Hwrの大小が入れ替わる電気角にパルスの立ち上がりおよび立ち下がりを有する、出力信号Hvr−Hwr(第2信号)を出力する。また、第3比較器22cは、+端子に出力信号Hwrが、−端子に出力信号Hurが入力され、出力信号Hwrと出力信号Hurの大小が入れ替わる電気角にパルスの立ち上がりおよび立ち下がりを有する、出力信号Hwr−Hur(第2信号)を出力する。
The
論理回路12は、第1〜第3径方向ホール素子4a〜4cの出力信号Hur〜Hwr(正弦波)を矩形波に変換し、矩形波に変換された出力信号Hur〜Hwr、および出力信号Hvr−Hwr、Hwr−Hurに基づいてロータマグネット1の回転位置を示す位置信号PP3、および、ロータマグネット1の回転方向を示す方向信号DIR3を生成し、生成した位置信号PP3および方向信号DIR3を制御部15に出力する。
The
図7は、出力信号Hur〜Hwr、出力信号Hur−Hvr、Hvr−Hwr、Hwr−Hur、位置信号PP3および方向信号DIR3と、電気角との関係を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the electrical angle and the output signals Hur to Hwr, the output signals Hur-Hvr, Hvr-Hwr, Hwr-Hur, the position signal PP3, and the direction signal DIR3.
ここで、図7に示すように、第1比較器22aの出力信号Hur−Hvrは、実施形態1の図4に示した、第3周方向ホール素子4fの出力信号Hwcと同位相の波形を示す。同様に、第2比較器22bの出力信号Hvr−Hwrは、第1周方向ホール素子4dの出力信号Hucと同位相の波形を示し、第3比較器22cの出力信号Hwr−Hurは、第2周方向ホール素子4dの出力信号Hvcと同位相の波形を示す。
Here, as shown in FIG. 7, the output signal Hur-Hvr of the
そのため、本実施形態に係るブラシレスモータ102の制御部15が生成する位置信号PP3および方向信号DIR3は、実施形態1に係るブラシレスモータ100の信号処理部10が生成する位置信号PP1および方向信号DIR1と同一である。
Therefore, the position signal PP3 and the direction signal DIR3 generated by the
このように、本実施形態に係るブラシレスモータ102は、電気的に信号を生成する処理(以下、逓倍処理と称す)を行う信号処理部20を備えており、そのため、従来用いられているブラシレスモータ200に比べて、ホール素子4を増設することなくロータマグネット1の回転位置および回転方向の検出を高分解能化することが可能である。
As described above, the
(変形例)
次に、本実施形態に係るブラシレスモータ102の変形例について説明する。
(Modification)
Next, a modified example of the
本変形例に係るブラシレスモータ103は、実施形態1に係るブラシレスモータ100と同様に、第1〜第3径方向ホール素子4a〜4cと、第1〜第3周方向ホール素子4d〜4fとを備える。
Similarly to the
図8は、本変形例に係る信号処理部30の構成を示す概略図であり、信号処理部30は、第1〜第3径方向ホール素子4a〜4c、および、第1〜第3周方向ホール素子4d〜4fから入力された出力信号Hur〜Hwcの逓倍処理を行う。図8に示すように、信号処理部30は、方向弁別回路13を有する論理回路12に加えて、6つの演算増幅器31と、3つの反転増幅器33と、6つの比較器(第2信号生成部)32とを備える。3つの反転増幅器33には出力信号Hur〜Hwrが入力され、これにより、3つの反転増幅器33からは、出力信号Hur〜Hwrの反転信号である−Hur〜−Hwrが出力される。
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a configuration of the signal processing unit 30 according to the present modification. The signal processing unit 30 includes the first to third
6つの比較器32には、6つの演算増幅器31からの出力信号Hur〜Hwcと、3つの反転増幅器33からの反転信号−Hur〜−Hwrが、図8に示すように、位相が電気角で90度異なるもの同士の組み合わせでそれぞれ入力される。これにより、6つの比較器32からは、出力信号Huc−Hur、Huc+Hur、Hvc−Hvr、Hvc+Hvr、Hwc−Hwr、Hwc+Hwr(第3信号)が出力される。 The six comparators 32 include output signals Hur to Hwc from the six operational amplifiers 31 and inverted signals -Hur to -Hwr from the three inverting amplifiers 33, as shown in FIG. Each of them is inputted in a combination of things different by 90 degrees. As a result, output signals Huc-Hur, Huc + Hur, Hvc-Hvr, Hvc + Hvr, Hwc-Hwr, Hwc + Hwr (third signal) are output from the six comparators 32.
論理回路12には、6つの演算増幅器31から出力された出力信号Hur〜Hwcと、6つの比較器32から出力された出力信号Huc−Hur、Huc+Hur、Hvc−Hvr、Hvc+Hvr、Hwc−Hwr、Hwc+Hwrとの計12個の出力信号が入力される。論理回路12に入力されるこれらの出力信号は、それぞれ位相が異なり、そのため、論理回路12は、電気角360度当たりパルスの立ち上がりおよび立ち下がりを24回有する位置信号PP4を出力することができる。これは、上述したように、ロータマグネット1の1回転(機械角360度)当たり、パルスの立ち上がりおよび立ち下がりが192回有るということである。
The
このように、本変形例に係るブラシレスモータ103は、電気的逓倍処理を行う信号処理部30を備えることにより、ホール素子4を増設することなく、実施形態1に係るブラシレスモータ100よりも、ロータマグネット1の回転位置検出の分解能を高めることができる。また、論理回路に入力される各出力信号の順列を比較することで定められる方向信号DIR4も同様に、高分解能化することができる。
As described above, the brushless motor 103 according to the present modification includes the signal processing unit 30 that performs the electrical multiplication process, so that the rotor is more effective than the
なお、本変形例では、実施形態1に係るブラシレスモータ100と同様に、ロータマグネット1が8つの極を有し、ステータ2が6つのコイル3を有するブラシレスモータ103について述べたが、実施形態1の変形例に係るブラシレスモータ101と同様に、ロータマグネットが16個の極を有し、ステータが12個のコイルを有するブラシレスモータに適応することもできる。そのような場合には、実施形態1に係るブラシレスモータ101において、径方向ホール素子を時計回りに45度自転して配置した3つのホール素子4g〜4iと、径方向ホール素子を半時計回りに45度自転して配置した3つのホール素子4j〜4lとを備えず、感磁方向が径方向に向いて配置されている3つの径方向ホール素子4a〜4cと、感磁方向が周方向に向いて配置されている3つの周方向ホール素子4d〜4fとのみを備える構成とし、さらに、本変形例に係るブラシレスモータ103と同様の信号処理部30を備える構成とすればよい。このような構成とすることで、備えるホール素子4の数が半分であっても、実施形態1の変形例に係るブラシレスモータ101と同様の位置信号および方向信号を、備え出力することができる。
In this modification, the brushless motor 103 in which the rotor magnet 1 has eight poles and the
また、本実施形態では、信号処理部20が行う逓倍処理の倍率が2倍である構成について述べたが、信号処理部20が行う逓倍処理の倍率はこれに限られるものでは無く、ブラシレスモータの101の制御に必要な分解能に応じて適宜定めればよい。
Further, in the present embodiment, the configuration in which the magnification of the multiplication process performed by the
〔まとめ〕
以上のように、本発明に係るブラシレスモータは、大型化することなくロータマグネットの回転位置検出の分解能を高めることができる。そのため、例えば、遊技機の役物駆動用モータといった、回転位置検出に高分解能が必要であり、また、大きな駆動トルクが必要であるが、大型化することができない場所に設けられるブラシレスモータに好適に利用することができる。
[Summary]
As described above, the brushless motor according to the present invention can increase the resolution of detecting the rotational position of the rotor magnet without increasing the size. For this reason, for example, a motor for driving an accessory of a gaming machine, which requires high resolution for rotational position detection, and requires a large driving torque, but is suitable for a brushless motor provided in a place where the size cannot be increased. Can be used.
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、ブラシレスモータに利用することができる。 The present invention can be used for a brushless motor.
1 ロータマグネット(ロータ)
2 ステータ
3 コイル(駆動コイル)
4 ホール素子
4a〜4c 第1〜第3径方向ホール素子(第1ホール素子)
4d〜4f 第1〜第3周方向ホール素子(第1信号生成部、第2ホール素子)
10、20、30、210 信号処理部
22a〜22c 第1〜第3比較器(第1信号生成部)
32 比較器(第2信号生成部)
100、101、102、103、200 ブラシレスモータ
1 Rotor magnet (rotor)
2
4
4d to 4f First to third circumferential Hall elements (first signal generation unit, second Hall element)
10, 20, 30, 210
32 comparator (second signal generator)
100, 101, 102, 103, 200 Brushless motor
Claims (4)
各駆動コイルに印加されるN(Nは2以上の整数)相の電流に応じてN個互いに異なる電気角で配設された第1ホール素子と、
N個の前記第1ホール素子から出力されるN個の第1信号とは電気角の位相が異なる第2信号を生成する第1信号生成部とを備え、
前記第1信号生成部は、前記磁極間であって、前記第1ホール素子と電気角が等しく、機械角が異なる位置に、前記第1ホール素子とは感磁方向が異なるように設けられた少なくとも1個の第2ホール素子であることを特徴とするブラシレスモータ。 The rotational position of the rotor equipped with the magnet is detected by a Hall element arranged between the magnetic poles of the stator provided with a gap with respect to the rotor, and the current to the drive coil wound around the magnetic pole is controlled. A brushless motor that
First Hall elements disposed at N different electrical angles in accordance with N (N is an integer of 2 or more) phase current applied to each drive coil;
A first signal generation unit that generates a second signal having an electrical angle phase different from that of the N first signals output from the N first Hall elements;
The first signal generation unit is provided between the magnetic poles, at a position where the electrical angle is equal to the first Hall element and the mechanical angle is different from the first Hall element so that the direction of magnetic sensitivity is different from that of the first Hall element. A brushless motor comprising at least one second hall element .
前記第1ホール素子は、感磁方向が前記ロータの径方向を向くように配置され、
前記第2ホール素子は、感磁方向が前記ロータの周方向を向くように配置されていることを特徴とする請求項1に記載のブラシレスモータ。 N = 3, and three second Hall elements are provided,
The first Hall element is disposed such that a magnetic sensitive direction faces a radial direction of the rotor,
2. The brushless motor according to claim 1 , wherein the second Hall element is arranged such that a magnetic sensing direction faces a circumferential direction of the rotor.
各駆動コイルに印加されるN(Nは2以上の整数)相の電流に応じてN個互いに異なる電気角で配設された第1ホール素子と、
N個の前記第1ホール素子から出力されるN個の第1信号とは電気角の位相が異なる第2信号を生成する第1信号生成部とを備え、
前記第1信号生成部は、前記N個の第1信号を用いて、前記第2信号を生成することを特徴とするブラシレスモータ。 The rotational position of the rotor equipped with the magnet is detected by a Hall element arranged between the magnetic poles of the stator provided with a gap with respect to the rotor, and the current to the drive coil wound around the magnetic pole is controlled. A brushless motor that
First Hall elements disposed at N different electrical angles in accordance with N (N is an integer of 2 or more) phase current applied to each drive coil;
A first signal generation unit that generates a second signal having an electrical angle phase different from that of the N first signals output from the N first Hall elements;
The first signal generator, the N by using the first signal, the second signal generating means generates the to lube Rashiresumota.
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