JP2012196048A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータマグネットの磁極数に制限無く、広範囲のブラシレスモータの駆動に使用可能なモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】モータ駆動装置は、コイルユニットと回転軸に固定された磁極数ｎのマグネットを有するロータマグネットとを有するモータ本体１０と、磁極検出素子１１，１２，１３とを備えた３相ｎ極構造のＤＣブラシレスモータ１を駆動する。ＤＣブラシレスモータ１を駆動では、例えば、１つの磁極検出素子１１からの出力信号の磁極数ｎの半分のホール信号周期からロータマグネットの１回転周期Ｔを演算し、正弦波駆動信号の１周期ＳをＳ＝Ｔ／（ｎ／２）により求め、正弦波駆動信号の１周期Ｓを１つの磁極検出素子１１の出力信号の１周期毎に更新する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置に関する。

ブラシレスモータを駆動源とする製品に対して、低振動、低騒音、低トルクリップル等の要求が高まっている。このような要求に対応するブラシレスモータの駆動方法として、モータの駆動巻線に正弦波状の駆動電流を与えて駆動する正弦波駆動方式が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

図３は、公知の正弦波駆動方式による駆動波形のタイミングチャートであり、この駆動波形は３相４極のブラシレスＤＣモータの駆動を前提としている。３つの磁極検出素子（不図示）の出力であるホール信号Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３のうち、ホール信号Ｅ１のみを使用し、ホール割込み信号Ｅ４を発生させる。ここで、ホール信号Ｅ１はロータマグネットのＮ極とＳ極を検知することで１周期となるので、ホール信号Ｅ１の１周期毎にホール割込信号Ｅ４が出力される。ホール割込信号Ｅ４は、分割周期演算部（不図示）によって２４分割され、Ｓｉｎθ割込信号Ｅ５が出力される。

Ｓｉｎθ割込信号Ｅ５のタイミングで２４個の正弦波振幅値がＤＡコンバータに供給され、１相分の正弦波駆動信号となるＤＡＣ出力信号Ｅ６となる。また、電気角で６０度遅れた正弦波振幅値と１２０度遅れた正弦波振幅値がそれぞれＤＡコンバータに供給され、ＤＡＣ出力信号Ｅ７とＤＡＣ出力信号Ｅ８となる。こうして、磁極検出素子の搭載位置のばらつきの影響を低減した正弦波駆動信号を出力することが可能になる。

特開平０７−２５０４９２号公報

しかしながら、４極以上のロータマグネットを備える構成では、ロータマグネットが一定速度で回転していても、ロータマグネットの着磁分割精度に依存して、磁極検出素子が検出するホール信号の周期にむらが発生する。そのため、磁極検出素子の１周期から正弦波駆動の１周期を出力する方法では、正弦波駆動信号に周期むらが発生してしまう。また、正弦波振幅値の分解能が小さい場合には、磁極検出素子の１周期毎に正弦波振幅値の変動が大きくなってしまい、これによってトルクリップルが発生してしまう。

これらの問題を解決するためには、ロータマグネットにおける着磁分割精度の高精度化や正弦波振幅値の高分解能化が必要となるが、このような対応には、モータ駆動装置の構成が複雑になり、モータ及びモータ駆動装置のコストアップを招くという問題がある。また、モータ駆動装置をロータマグネットの磁極数に応じた構成とする必要があるために、モータ駆動装置に汎用性を持たせることができないという問題もある。

本発明は、ロータマグネットの磁極数に制限無く、広範囲のブラシレスモータの駆動に使用することができるモータ駆動装置を提供することを目的とする。

本発明のモータ駆動装置は、コイルユニットと、回転軸に固定された磁極数ｎのマグネットとを有するロータマグネットと、前記ロータマグネットの回転位置を検出する３つの磁極検出素子と、を有する３相ｎ極のブラシレスモータを正弦波駆動信号によって駆動するモータ駆動装置であって、前記３つの磁極検出素子のうち１つの磁極検出素子からの出力信号の前記磁極数ｎの半分のホール信号周期から前記ロータマグネットの１回転周期Ｔを演算し、前記正弦波駆動信号の１周期Ｓを、Ｓ＝Ｔ／（ｎ／２）、により求め、前記正弦波駆動信号の１周期Ｓを前記１つの磁極検出素子の出力信号の１周期毎に更新する周期演算手段を備えることを特徴とする。

本発明は、着磁分割精度に起因する磁極検出素子が検出するホール信号の周期むらをキャンセルすることができるため、ロータマグネットの磁極数に制限無く、広範囲のブラシレスモータの駆動に使用することができる。

本発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置の制御系を示すブロック図である。 図１のモータ駆動装置による、ＤＣブラシレスモータを駆動するための正弦波駆動信号の波形図である。 公知の正弦波駆動方式による駆動信号のタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態について，添付図面を参照して詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置の制御系を示すブロック図である。モータ駆動装置が駆動するＤＣブラシレスモータ１は、３相ｎ極の構造を有するモータ本体１０と、磁極検出素子１１，１２，１３とを備えている。

モータ本体１０の詳細な構成は図示していないが、モータ本体１０は、複数のスロットを有する積層コアの各スロットにコイルが巻回されているコイルユニットと、回転軸に固定されたｎ極（磁極数：ｎ）のマグネットを有するロータマグネットとを有している。具体的には、コイルユニットとして、１２スロットの積層コアに１相あたり４スロットのコイルが巻回された構造のものが挙げられる。また、コイルユニットとして、回転軸に固定された８極のマグネットを有する構造のものが挙げられる。

磁極検出素子１１，１２，１３は、磁極検出用のホール素子であり、ロータマグネットの回転位置を検出する。磁極検出素子１１，１２，１３は、本実施形態では、電気角で１２０度間隔に磁極を検出できる位置に配置されている。

図１のモータ駆動装置は、ＤＣブラシレスモータ１に電力を供給する６個のＦＥＴで構成されたインバータ２と、これら６個のＦＥＴを駆動するためのゲート信号を出力するプリアンプ３とを備えている。モータ駆動装置はまた、駆動電流としての３相の正弦波駆動信号を出力する駆動信号演算装置４と、正弦波駆動信号の周期を演算する周期演算装置５と、ＤＣブラシレスモータ１に対する速度指令値と実際の速度を比較する比較演算装置６とを備えている。

なお、不図示であるが、モータ駆動装置は、ＤＣブラシレスモータ１の磁極数ｎを設定するスイッチ等の磁極数選択手段を備えており、このスイッチで設定された磁極数ｎは周期演算装置５に入力される。また、ＤＣブラシレスモータ１に対する回転速度を指示する速度指令値（信号）は、不図示の速度指令設定手段から比較演算装置６へ入力される。

図２は、ＤＣブラシレスモータ１の起動後、モータ駆動装置によるＤＣブラシレスモータ１を駆動するための正弦波駆動信号の波形図である。磁極検出素子１１，１２，１３は、ホール信号を出力信号として周期演算装置５に送る。ＤＣブラシレスモータ１の起動には、磁極検出素子１１，１２，１３が検出したロータマグネットの回転位置の情報に基づいて設定された回転方向、回転速度が得られるように起動電流が制御され、この起動電流の制御には周知技術を用いることができる。

ＤＣブラシレスモータ１の起動後、周期演算装置５では、図２に示すように、磁極数ｎの半分のホール信号周期［Ｔ１，Ｔ２，・・・，Ｔ（ｎ／２）］からロータマグネットの１回転周期Ｔを演算し、比較演算装置６に出力する。また、周期演算装置５は、ロータマグネットの１回転周期Ｔと磁極数ｎとから、正弦波駆動信号の１周期Ｓを、“Ｓ＝Ｔ／（ｎ／２）”の式により演算し、駆動信号演算装置４に出力する。

駆動信号演算装置４では、正弦波駆動信号の振幅値を４８０分割した振幅値と回転方向の指令値とから、電気角で６０度位相のずれた３相の正弦波駆動信号をプリアンプ３に出力する。一方、比較演算装置６では、ロータマグネットの１回転周期Ｔと速度指令値を比較し、補正値をプリアンプ３に出力する。プリアンプ３では、駆動信号演算装置４から入力された３相の正弦波駆動信号と比較演算装置６から入力された補正値より、適正なＰＷＭ駆動のデューティー比となるＦＥＴのゲート信号をインバータ２へ出力する。

インバータ２の６個のＦＥＴは、プリアンプ３から受信したゲート信号により駆動され、ＤＣブラシレスモータ１へ電力を供給する。比較演算装置６は、ロータマグネットの１回転周期Ｔをホール信号の１周期毎に更新し、同時に正弦波駆動信号の１周期Ｓを更新する。

このようにしてＤＣブラシレスモータ１を駆動することにより、ロータマグネットの着磁分割精度に起因する磁極検出素子が検出するホール信号の周期むらをキャンセルすることができる。ロータマグネットの磁極数を設定可能な構成にすることにより、ロータマグネットの磁極数に制限無く、広範囲のブラシレスモータの駆動に使用することができる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、磁極検出素子１１，１２，１３のいずれか１つの磁極検出素子からの出力信号（ホール信号）を用いて、ロータマグネットの１回転周期Ｔを求めた。ロータマグネットの１回転周期Ｔを求める方法は、これに限られず、ＤＣブラシレスモータ１にロータマグネットの回転周期を検出するエンコーダを設けることによって行ってもよい。

エンコーダには、光透過式や光反射式、磁気式等の種々の方法があるが、特に制限無く用いることができる。この場合、エンコーダからの信号からロータマグネットが１回転を検出したことを示す１回転周期Ｔを求める。正弦波駆動信号の１周期Ｓの演算や更新の方法は第１実施形態の場合と同様であるので、ここでの説明を省略する。本実施形態でも、第１実施形態と同じ効果を得ることができる。

＜その他の実施形態＞
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。さらに、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

本発明は以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）をネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムコードを読み出して実行する処理である。この場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

１ ＤＣブラシレスモータ
１０ モータ本体
１１，１２，１３ 磁極検出素子
２ インバータ
３ プリアンプ
４ 駆動信号演算装置
５ 周期演算装置
６ 比較演算装置

Claims (3)

1. コイルユニットと、回転軸に固定された磁極数ｎのマグネットとを有するロータマグネットと、前記ロータマグネットの回転位置を検出する３つの磁極検出素子と、を有する３相ｎ極のブラシレスモータを正弦波駆動信号によって駆動するモータ駆動装置であって、
   前記３つの磁極検出素子のうち１つの磁極検出素子からの出力信号の前記磁極数ｎの半分のホール信号周期から前記ロータマグネットの１回転周期Ｔを演算し、前記正弦波駆動信号の１周期Ｓを、Ｓ＝Ｔ／（ｎ／２）、により求め、前記正弦波駆動信号の１周期Ｓを前記１つの磁極検出素子の出力信号の１周期毎に更新する周期演算手段を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
2. コイルユニットと、回転軸に固定された磁極数ｎのマグネットを有するロータマグネットと、前記ロータマグネットの回転位置を検出する３つの磁極検出素子と、を有する３相ｎ極のブラシレスモータを正弦波駆動信号によって駆動するモータ駆動装置であって、
   前記ロータマグネットの回転周期を検出するエンコーダと、
   前記エンコーダにより検出されるの前記ロータマグネットの１回転周期Ｔを用いて前記正弦波駆動信号の１周期Ｓを、Ｓ＝Ｔ／（ｎ／２）、により求め、前記正弦波駆動信号の１周期Ｓを前記３つの磁極検出素子のうちの１つの磁極検出素子の出力信号の１周期毎に更新する周期演算手段と、を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
3. 前記磁極数ｎを設定する磁極数選択手段を備え、
   前記磁極数選択手段で設定された磁極数ｎが前記周期演算手段に入力されることを特徴とする請求項１又は２記載のモータ駆動装置。

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