JPS5886412A - 複数点の磁界の検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は複数点の磁界の検出装置に関するものである
。

複数点の磁界の検出が望まれる装置の一例として・無整
流子電“動機・・ブラシレスＤＣモータ・・サイリスタ
モータ・・トランジスタモータ・などと呼ばれている自
制式同期モータがある。この種の電動機装置（以下モー
タという）は、速度制御を行なって使用する場合、複数
点で作動する位置の検出や速度の検出をすることが多い
。上記位置の検出々力信号はモータへ供給する電気を制
御するのに利用され、多相形モータでは複数点で作動す
る位置の検出が必要とされる。

上記の例の如き、検出に際して、ホール素子群を用いて
複数点の磁界を検出する場合、従来は、各ホール素子に
個別に夫々制御電流を与えていた。

コノ場合、各ホール素子のホール係数のバラツキを夫々
の制御電流の個別調整により補正する（ホール出力対磁
界の強さの比例係数を合せる）一方法であった。しかし
、消費゛、置方の節減が要請される小形モータや電池で
作動する電気品にあっては。

電子回路の低消費電力化が進んでいる中で、複数のホー
ル素子への制御電流の並列供給は問題であった。即ち、
従来の装置では、消費電力が大きくなる欠点があった。

この発明は、複数点の磁界をホール素子群により検出す
る装置の節電を目的とする。

以下、代表的応用例として、電動機装置における一実施
例で、この発明の作用を詳細に説明するので、この一実
施例の説明に先立ち、複数点の磁界の検出が必要とされ
る具体的な物理的空間の実態につき一例をもって説明す
る。

第１図はこの発明が応用され得るモータにおけるホール
素子の配置に係る一例を示す構成図である。

第１図において、＋１）は速度検出用歯車であり、規則
正しい速度信号を得るため、等ピッチ歯車ではなくむし
ろ変則的歯車を用いる。（２）はロータの界磁にあたる
永久磁石であり、４６度ピッチで８極に着磁されている
。（３）はステータ磁路材、（ロ）〜−は電機子巻線で
あり、ヨークに６０度ピッチで設けられた６個の平型電
機子巻線構造である。

闘〜關はホール素子取付は台座、旬〜−は位置速度信号
を一つの要素として磁束密度で検出するホール素子群で
あり、８つのホール素子−〜畷は１２０度ピッチ毎に配
置されている。なお、台座１５１１〜−のコの字状のピ
ッチτは、円板ｆｉｌの外周の凹凸の歯車ピッチにほぼ
一致しているものとする。

第１図（ｃ）　＊　（ｄ）は、ホール素子とその取付は
台座の部分を抜き出して描いたものである。ホール素子
−は第１図（ｃ）に示すように台座１６１１に置く。今
、第１図（ｄ）に示すように界磁永久磁石の着磁々極の
中央部にあたる円板＋１１の歯車の凹部が、ホール素子
−に対向するように配置すると１台座間は磁性材である
ため、同図の矢印の磁路が形成される。

すなわち、界磁永久磁石のＮ極から台座の舌部べ入り、
コの字型の部分から歯車の凸部を通り、界磁永久磁石の
Ｓ極へ至る磁路ができる。ホール素子−の上部に歯車１
１）の凸部が来るか来ないかにより、この磁路の磁気抵
抗が変化するが、それによりホール素子−を通る磁束量
が変化し、入力電流を通電しているホール素子βｌ）の
出力起電流が変化する。したがって、ホール素子−の起
電力には、ロータの回転につれてその回転速度に比例し
た交流成分が重畳されてくる。また、磁石（２）の極性
が反転すると出力電圧が反転する。これにより、ホール
素子−と対向している界磁４石の極性を検知することが
できる。ところで磁性材でできた台座ｆｉｌυ〜−は必
ずしも必要ではないプラスチック等の非磁性材でホール
素子を機械的に保持しておくのみで良い。即ち界磁々行
端部よりローターの凸部へ漏れる磁束をホール素子で検
知することによっても同様の磁束の疎密検知作用を持つ
ことができる。

第２図は仁の発明が応用され得るモータにおける制御回
路の一例を示す構成図である。ホール素子−〜−の出力
信号は前記第１図の構造と配置の結果二つの情報を持つ
こととなる。その一方の情報である位置信号゛はインバ
ータ制御回路（１０５）を作動させ　ｍ機子巻線帥へ制
御された電気を供給する駆動回路Ｃ主回路）（−のトラ
ンジスタＵ、Ｖ。

Ｗとｘ、ｙ、ｚを位相差をもって各々１２０°ずつ通電
させるべく、上記トランジスタ群のベースを制御する−
０これは、ホール素子が自らと対向する磁石の極性がＮ
極かＳ極かによって、出力極性が反転することに基づい
てロータの位置信号とし、この信号に基づいて自動的に
インバーターのトランジスタを順次通電するものであり
、この基本原理は一般に周知な方法である故、説明は省
略する。

次にホール素子の出力信号の他方の情報つまり速度信号
について述べる。

速度検出器００４）により分離された速度信号は、その
検知出力Ｖｆ　　として設定速度信号Ｖｓ　　に加算さ
れ、その偏差はアンプ（１０８）で増幅される。その出
力Ｉｓは電流指令信号として作用し、主回路出力電流を
抵抗器Ｒｅ　　にて検知し、増幅器（１０１）を介して
帰還した信号Ｉｆ　　と代数的に加算（減算を含む）さ
れる。ζ５の偏差がアンプ（１０２）で増幅され、トラ
ンジスタＴＲを制御し、これを流れる電流Ｉｔ　　が所
定値に制御される。電流Ｉｔ　　はトランジスタＵＮＺ
で構成されるインバータ電流、つまりモータの電機子巻
線を流れる電流に一致し、この電流が制御される結果、
モータの出力トルクが制御される。

次に前記制御回路の構成図で説明した基本的作用を行わ
せるための、ホール素子の出力波形にっいて説明する。

第１図のように歯車（１）の下部には、モータ界磁を形
成するトロイダル状ロータ磁石が固定されるが、本磁石
は８極に着磁され、歯車１１）はその外周部が波形に凹
凸を持っていて、ロータ磁石のＮ、　Ｓ極が切換わる毎
にその凹凸波形が反転する。

第８図（ａ）はホール素子に作用するロータ磁石’Ｉ）
磁束を示したものであり、同図（ｂ）はロータの回転と
共に、歯車によりホール素子を通る磁束の磁路の磁気抵
抗が変化する様子（変化分）を示したものである。第８
図（ｂ）において磁気抵抗は正で高く、負で低いものと
する。第８図の乙）と（ｂ）の（４係に１づいて、ホー
ル素子１１Ｂ’−の電圧波形は第８図（Ｃ）。

（ｄＬ　（ｅ）のようになる。これら波形は、低周波成
分に高周波数成分が重畳されているが、低周波数成分は
位置信号にあたり、高周波数成分は速度信号となる。位
置信号は波形整形され、駆動回路１ＪＩ４の制御信号と
なる。また、速度信号は波形整形され速度に比例したパ
ルス信号となる。ホール素子の出力信号（ｃ）、　（ｄ
）、　（ｅ）を８つ加算することにより。

（ｆ）の信号を得、（ｇ）のような速１ｉに比例したパ
ルス信号を得ることができるのである。同数ならば。

ホール素子を通る磁束のうち、前記低周波成分である位
置信号成分がほぼ正弦波状の波形であると仮定すると、
これら８つのホール出力を加算した結果、ロータがどの
位置にきてもこの低周波成分が０となり、歯車外周の凹
凸に対応した高周波成分の出力のみが残るからである。

速度信号は、以上のようにホール素子の出力信号の加算
により得るが、歯車をなぜ図のように極毎に反転させな
ければならないのかを説明する。

これは、もし反転せず等間隔ピッチで歯が作られていた
とすると、磁石のＮ極とＳ極の反転のため、歯車の凹凸
に応じて周波数成分の位相が反転し、パルスで取出す時
に、ロータ磁石の極性の切り換わり毎にパルス幅に長短
ができて、速麿君号として不適当となるからである。他
方、一つのホール素子出力信号を整流し、高域フィルタ
を通して波形整形すれば、歯車での位相反転をすること
なく希望するパルス信号が得られる。

また磁石のＮ、Ｓ極に応じて歯車の外周の凹凸の位相を
反転させたときは、このホール素子の出力を、そのまま
フィルタにかければ上記と同様の速度に比例する周波数
をもったパルス列が得られる。

歯車の凹凸によるリラクタンス変化で速度信号用交流成
分を作成するにあたっては、その交流振巾が起磁力に比
例することはいうまでもない。従って界磁４束の大きい
部分での、その交流振巾は大キく、また磁束が少い。つ
まり起磁力の小さい所でのそれは小さくなるが、８つの
素子の出力を加算すると結果として起磁力は平均化され
、はぼ振巾の一定な交流会が得られる。つまり複数素子
の出力を加算することによって安定な速度信号が得られ
るといえる。

以上、複数点の磁界を検−出する電動１機装置への応用
例で、ホール素子群の配置や機能について一例をもって
説明した。次に、この発明の上記応用例に相応しい一実
施例について説明する。

第４図は、この発明の一実施例を示すホール素子式検出
回路図である。

上述の実施例では％　１２０？ツチで配置された８つの
ホール素子を備え、そのホール素子群の制卸４流１ｃの
供給法とし、この発明では制御″（流Ｉｃを淀す制御［
流端子対群を夫々直列接続している。

この実施例の直列式はホール素子の制御電流（バイアス
電流）　　Ｉｃを共通にすることができる。又個別に出
力振幅の異なる点を浦正す−るためには、並列抵抗Ｒｐ
１　、　Ｒ戸Ｒｐｓによってホール素子の制御電流値を
不平衡とすることでホールの出力の振幅を揃えられる。

第４図の（ａｌｔ）〜Ｑｌ　１　Ｂ＞　は差動増幅入力
端子対を持つコンパレータで、ホール素子の出力信号の
歯車Ｉｌ＋による周波数成分を無視して、磁石のＮ、　
Ｓ極性を判別する位１ｊ検知信号を出力する回路である
。このコンパレータ出力が最終的にモータを駆ｒ助する
駆動回路（−の切換信号となる。

差動増幅付コンパレータ（８１１）〜（８１８）の入力
前段でホール素子の同極性出力端子の各々に抵抗が結線
しであるが、これが速度信号を収り出すための８信号加
１回鴎でふス　ｒ小ｆ□ｎ・νｈｆ脅ｄ仕田＋Ｊ＆　−
＋イルタを通して希望の周波数範囲の信号を取出す様に
している。これは８信子が持つ低周波成分が８相関係で
みることを利用して、８信号の加算によりその中に含ま
れる低周波成分を除去し、歯車の凹凸数に対応した所定
の周波数帯域の信号を取出すものである。

さて、第４図に示した、この発明による一実施例にあっ
ては、互に異なる空間の磁界中に設けられたホール素子
群（！Ｉ　０１）〜（８０８）の各々の制御電流端子対
を直列接続した。この結果、制御電流の供給に要する電
流が節減される。更に、直列接続した結果、各々のホー
ル素子の小→ル出力端子対の動作電位（ホール出力が零
の時のホール出力端子対の電位）が夫々異なることとな
る。この新たな問題に対し、この発明の実施例では、差
動入力端子対を備えた増幅手段を持つ差動比較形増幅要
素（ωｎ）、　（８ｔ２）−（８ｔ８Ｌ　（８２０）ｌ
の各々の差動入力端子対へホール出力端子対を接続した
。これにより。

上記動作点電位差があっても、各々のホール素子のホー
ル出力端子対の各々に現われる動作点電位が差動入力関
係で打ち消し合うので、各ホール素子に対応した差動増
幅出力端子の動作点１位には電位差が現われない。即ち
、入力端子対では存在していた直流的゛（位差が、増幅
後の出力端子へは影響しない。従って、各々のホール素
子のホール出力成分、ひいては各々の被検出磁界に応答
した出力が差動増幅後の出力として得られる。

又、加算器（８２０）を設けることにより、更に複合的
な磁界検出に利用できる。

以上、この発明によれば、ホール素子群の制御電流端子
対を直列接続した直列式制御電流供給手段と、各々のホ
ール出力端子対を接続する差動入力端子対を持つ差動増
幅手段群とを設けることにより、複数点の磁界検出に際
して各ホール素子のホール出力端子対の動作点電位の差
の悪影響を解消しつつ、制御電流の供給源の電流の節減
ひいては消費電力の節減ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一応用対象の一例を示す自制式同
期モータの構成図、第２図はこの発明の一応用対象であ
る電動機装置の制御及び駆動１可路の構成図、第８図（
ａ）〜Ｑ）は第１図及び第２図で示される一応用対象の
動作を説明するための図、第４図はこの発明による複数
点の磁界の検出装置の一実施例を示す回路図である。 図において（１）・・・歯車、（２）・・・界磁手段、
（３）・・・ステータ磁路材、輔・・・電機子巻線、旬
〜−及び（８０１Ｌω０の、　（８０８）・・・ホール
素子、（８１１）　ｅ　（８１２）　＊　（８１Ｂ）　
＊（８０）・・・差動入力端子対を持つ増幅手段、（−
・・・駆動回路（インバータなど）である。 図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　葛野信− 第１図 （ａ） Ｃｂ） 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）互に異なる空間の磁界に夫々設けられるホール素
   子群、このホール素子群の制御電流端子対群を互に直列
   接続して上記ホール素子群へ制御電流を与える直列接続
   式制御電流供給手段、及び上記ホール素子群の各々のホ
   ール出力端子対が接続される差動入力端子対を持つ差動
   増幅手段群を備え上記差動増幅手段群の各々の増幅出力
   端子群から上記互に異なる空間の磁界の夫々に応答した
   出力信号群を導出することを特徴とする複数点の磁界の
   検出装置。