JPH08205577A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＩｎＳｂ系のホール素子を定電流駆動してロ
ータの回転位置を検出する場合に、周囲温度の変化に対
して検出精度の向上を図る。 【構成】 ＩｎＳｂ系のホール素子１８ａ〜１８ｃは、
並列に接続された状態で、直流電源端子ＶＣから電流制
限抵抗１９，２０を介した状態で定電流給電される。こ
れらのホール素子１８ａ〜１８ｃには並列にダイオード
２１ａ，２１ｂの直列回路が接続されており、ホール素
子への電流を分流するようになっている。ホール素子は
周囲温度の上昇に伴ってホール係数が低下するが、入力
抵抗の低下に伴ってダイオードへの分流成分が流れるよ
うになり、結果として検出電圧の低下を抑制することが
できる。また、ダイオードのＶｆ低下でホール素子の自
己発熱を抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロータの回転位置をイ
ンジウム・アンチモン系のホール素子により検出するよ
うにしたブラシレスモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、インジウム・アンチモン（以下
ＩｎＳｂと略称する）系のホール素子を用いてロータの
位置を検出するようにした位置検出手段を有するブラシ
レスモータとして、図７に示すようなものがある。すな
わち、このものは、モータ１を構成するロータ（図示せ
ず）を回転させるための三相のコイル１ａ〜１ｃに対し
て、ＩＣ化された制御回路２により給電して回転駆動す
るように構成されており、この制御回路２には、６個の
トランジスタ３ａをブリッジ接続してなるインバータ回
路３，位置検出回路４および増幅回路５ａ〜５ｃを含ん
で構成されている。ロータの回転位置を検出する３個の
ホール素子６ａ〜６ｃは、並列に接続された状態でその
一端側は電流制限抵抗７を介して直流電源端子ＶＣに接
続され、他端側は電流制限抵抗８を介してアースされて
いる。また、各ホール素子６ａ〜６ｃの検出端子はそれ
ぞれ増幅回路５ａ〜５ｃを介して位置検出回路４に接続
されている。

【０００３】ホール素子６ａ〜６ｃは、図８に示すよう
に、所定の電圧ＶＣを印加して一定電流Ｉｃが通電され
た状態で、素子の表面を貫く磁束が通るとその磁束密度
Ｂの大きさに応じて検出端子Ｘ−Ｙ間に発生するホール
電圧Ｖｈを得るものである。この場合、ホール電圧Ｖｈ
の大きさは、ホール素子６ａ〜６ｃを構成する材質に応
じた定数であるホール係数Ｒｈに応じて決まるもので、
インジウム・アンチモン系の場合にはそのホール係数Ｒ
ｈが大きいので、高感度・高出力の特性を有する利点が
あり、微弱な磁束の変化を高感度で検出することができ
る。

【０００４】これにより、ロータが回転して永久磁石の
磁界がホール素子６ａ〜６ｃに鎖交すると、その磁束密
度Ｂが変化することによりホール素子６ａ〜６ｃの検出
出力が変化し、位置検出回路４によりロータの回転位置
を検出することができるようになる。そして、ホール素
子６ａ〜６ｃがＩｎＳｂ系のものであることから、ホー
ル係数Ｒｈが大きいので、高感度、高出力の検出出力を
得ることができ、位置検出を正確に行うことができるよ
うになるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
構成ものにおいて、ＩｎＳｂ系のホール素子６ａ〜６ｃ
は、周囲温度の変動に伴う検出出力の変動が大きいとい
う問題がある。これは、例えば、モータ１の運転を行う
ことによりホール素子６ａ〜６ｃの周囲温度Ｔａが上昇
してくると、これに伴ってホール素子６ａ〜６ｃの温度
が上昇するために検出特性が変動してしまい、正確な検
出電圧Ｖｈが得られなくなるということである。

【０００６】この場合、ホール素子６ａ〜６ｃを定電流
で駆動する場合には、周囲温度Ｔａの変動に対してホー
ル素子出力電圧Ｖｈは低下してゆく傾向にあり（図１０
参照）、つまり温度の上昇と共に検出感度が低下してし
まう不具合がある。これは、例えば、同一の磁束密度に
対して、６５℃における検出出力は２０℃のときの検出
出力の約半分のレベルとなってしまうといった程度であ
り実用上の支障を来すものであり、なんらかの温度補償
対策が必要となるものである。

【０００７】一方、ＩｎＳｂ系のホール素子６ａ〜６ｃ
は周囲温度Ｔａの上昇に伴って入力抵抗Ｒｉｎの値が低
下する負特性の傾向にあり、したがって、ホール素子６
ａ〜６ｃを定電圧駆動で使用する場合には、周囲温度Ｔ
ａの上昇に伴って入力抵抗Ｒｉｎが低下すると、自動的
に入力電流Ｉｃの値が増大する傾向となるので、検出電
圧Ｖｈの特性は、周囲温度Ｔａの変動に大きく悪影響を
受けることがなくなり、精度良くロータの回転位置を検
出することができるようになる。

【０００８】しかしながら、このような定電圧駆動で
は、周囲温度Ｔａの上昇に伴って入力抵抗Ｒｉｎが低下
して入力電流Ｉｃが増大すると、自己発熱が大となって
さらに温度上昇し、結果として熱暴走による破壊が発生
する虞がある。したがって、このような温度特性の入力
抵抗Ｒｉｎを有するホール素子６ａ〜６ｃを定電圧駆動
により使用することは、なんらかの保護回路を設ける必
要があり、装置が大形化すると共にコスト高となる不具
合がある。

【０００９】そこで、主磁界用マグネットの他に検出用
マグネットを設け、磁束量を増やすなどの処置を講ずる
ことによりＩｎＳｂ系のホール素子６ａ〜６ｃよりも温
度特性が優れたホール素子を用いて対策することができ
るが、これでは、モータの構造が複雑になるのでコスト
アップにつながる問題がある。

【００１０】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、インジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）
系のホール素子を用いる構成でも、その温度特性を改善
して使用可能な温度範囲を広くすることができるように
した位置検出装置を備えたブラシレスモータを提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、ロータの回転
位置をインジウム・アンチモン系のホール素子を定電流
駆動して検出するようにしたブラシレスモータを対象と
するものであり、前記ホール素子への給電経路に直列に
接続された電流制限抵抗と、前記ホール素子に並列に且
つ前記給電経路に対して順方向に接続され、そのホール
素子への電流を分流するように設けられたダイオードと
を設けて構成したところに特徴を有する（請求項１）。

【００１２】また、前記ダイオードを、前記ホール素子
の動作電圧に対応した個数だけ配設した構成とすること
ができる（請求項２）。

【００１３】そして、前記ホール素子を、前記ロータに
対応して複数個並列に接続する構成とすると共に、前記
ダイオードを、それらのホール素子に並列に接続する構
成とすることもできる（請求項３）。

【００１４】さらに、前記ダイオードを、前記ロータの
回転駆動用の制御回路を構成する集積回路に一体に形成
することが好ましい（請求項４）。

【００１５】

【作用】請求項１記載のブラシレスモータによれば、ホ
ール素子は、電流制限抵抗を介して略一定の電流が供給
された状態とされている。この場合、電流はホール素子
とこれに並列に順方向に接続されているダイオードとに
分流されている。そして、ロータが回転してホール素子
に鎖交する磁束が変化すると、ホール素子に発生する検
出電圧が変化するようになる。このとき、ホール素子が
インジウム・アンチモン系の素子であるから、磁束の変
化に対して高感度で高出力の検出を行うことができるよ
うになる。

【００１６】このような状態において、モータの温度が
上昇するなどでホール素子の周囲温度が上昇すると、ホ
ール素子は入力抵抗が小さくなるためにダイオードに分
流している電流成分を流すようになって全体として電流
が増大するようになる。これにより、温度が上昇して感
度が低下するのを電流を増大させることで補うようにな
り、検出精度の低下を防止することができるようにな
る。

【００１７】さらに、ダイオードにおいては、温度上昇
に伴ってその順方向電圧降下分が小さくなるので、全体
としてホール素子の端子間電圧も低下するようになり、
この結果、ホール素子の電流が増えた場合でも端子電圧
を低下させることにより全体としての発熱量を低減させ
る方向に作用させることができるようになり、熱暴走等
による破壊に至るのを防止することができるようにな
る。

【００１８】請求項２記載のブラシレスモータによれ
ば、ホール素子の動作電圧に対応してダイオードの個数
を設定しているので、常にホール素子に適した電圧を印
加することができるようになる。

【００１９】請求項３記載のブラシレスモータによれ
ば、並列に接続するホール素子の個数が増える場合で
も、それらに並列に接続されるダイオードの順方向電圧
により印加電圧が決まり、それによってすべてのホール
素子に一定の電流を流すことができるようになる。

【００２０】請求項４記載のブラシレスモータによれ
ば、上述のようにホール素子の順方向電圧を適切に調整
して一定の電流を流すためのダイオードを制御回路に一
体に形成しているので、全体として小形化を図ることが
できるようになる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例について図１な
いし図４を参照して説明する。電気的構成を示す図１に
おいて、モータ本体１１は、図示しない永久磁石を有す
るロータとステータから構成され、ステータにはスター
結線されたコイル１２ａ〜１２ｃが設けられている。制
御回路１３は、各コイル１２ａ〜１２ｃに給電するため
のインバータ回路１４および位置検出手段としての位置
検出回路１５を一体に備えたＩＣ（集積回路）から構成
されるもので、直流電源端子ＶＣから給電されるように
なっている。

【００２２】インバータ回路１４は、６個のトランジス
タ１６ａ〜１６ｆをブリッジ接続してなる回路で、各ト
ランジスタ１６ａ〜１６ｆのベースに制御信号を与えて
オンオフ動作させることにより、所定周波数の交流出力
を生成し、コイル１２ａ〜１２ｃに給電するようになっ
ている。インバータ回路１４は、位置検出回路１５から
与えられる位置信号に応じて制御信号を出力するように
なっている。

【００２３】位置検出回路１５の入力端子には、３個の
増幅回路１７ａ〜１７ｃが接続されている。この増幅回
路１７ａ〜１７ｃは、ステータに配設された３個のホー
ル素子１８ａ〜１８ｃの出力端子から検出信号が入力さ
れるようになっている。ホール素子１８ａ〜１８ｃは、
ＩｎＳｂ系の材質を用いたホール素子で、ホール係数Ｒ
ｈが他のものに比べて高く、微弱な磁束の変動に追随し
て高感度の検出出力Ｖｈが得られるようになっている。
なお、このＩｎＳｂ系のホール素子１８ａ〜１８ｃは、
従来例の項で説明したように、定電流駆動での使用状態
では周囲温度Ｔａの上昇に伴って検出電圧Ｖｈが小さく
なるという温度変動特性（図１０参照）を有している。

【００２４】ホール素子１８ａ〜１８ｃは並列に接続さ
れた状態で、それらの一端側は電流制限抵抗１９を介し
て直流電源端子ＶＣに接続され、他端側は電流制限抵抗
２０を介してアースされている。また、ホール素子１８
ａ〜１８ｃの両端子間には、２個のダイオード２１ａ，
２１ｂを順方向に接続した直列回路が接続されている。
この場合、２個のダイオード２１ａ，２１ｂは、それぞ
れ、順方向電流電圧特性が図２に示すようになってお
り、周囲温度Ｔａ（＝−２５℃、２５℃、１００℃の場
合を示す）の変動に伴って、ダイオード順方向電圧ＶＦ
に対する順方向電流ＩＦの特性曲線がシフトする一般的
な特性を示している。

【００２５】次に本実施例の作用について図３および図
４をも参照して説明する。直流電源端子ＶＣに給電され
るようになると、その端子電圧ＶＣが抵抗１９，２０を
介した状態でホール素子１８ａ〜１８ｃおよびダイオー
ド２１ａ，２１ｂのそれぞれに印加されるようになる。
これにより、直流電源端子ＶＣからは、電流制限抵抗１
９側に略一定の電流ＩＣを通電するようになる。この場
合、ホール素子１８ａ〜１８ｃのそれぞれには、ダイオ
ード２１ａ，２１ｂの直列回路に分流される電流（Ｉｃ
−Ｉｆ）がホール素子１８ａ〜１８ｃの内部抵抗の逆比
に応じて流れることになる。

【００２６】これにより、ロータが回転してその磁石の
磁束がホール素子１８ａ〜１８ｃのそれぞれに鎖交する
と、その磁束密度Ｂの大きさに対応して次式で表される
ホール検出電圧Ｖｈが発生するようになる。 Ｖｈ＝Ｒｈ・Ｉｃ・Ｂ …（１） ここで、Ｒｈはホール係数、Ｉｃは通電電流、Ｂは素子
に鎖交する磁束密度である。

【００２７】そして、モータ１１の温度が上昇するなど
してホール素子１８ａ〜１８ｃの周囲温度Ｔａが上昇す
ると、ホール素子１８ａ〜１８ｃのホール係数Ｒｈが低
下すると共に入力抵抗Ｒｉｎが低下するようになる。こ
のとき、直流電源端子ＶＣからの給電している電流は、
電流制限抵抗１９，２０により略一定電流ＩＣとなるよ
うに設定されているが、ホール素子１８ａ〜１８ｃの入
力抵抗Ｒｉｎが低下した分だけダイオード２１ａ，２１
ｂに分流する電流Ｉｆが少なくなり、全体として、各ホ
ール素子１８ａ〜１８ｃに流れる電流Ｉｃが増加するよ
うになる。

【００２８】これにより、ホール素子１８ａ〜１８ｃの
それぞれは、ホール係数Ｒｈが低下したことに引き替え
て電流Ｉｃが大きくなるので、全体として式（１）に示
した検出電圧Ｖｈが低下するのを防止して検出感度の低
下が少なくなる。この結果、検出電圧Ｖｈの特性は、周
囲温度Ｔａの変動に対して図３に示すようになり、例え
ば、周囲温度Ｔａ＝７０℃において検出電圧Ｖｈの値が
従来のものに比べて約５０％大きくなっていることがわ
かり、従来のものに比べて大きく改善されている。

【００２９】図４はホール素子１８ａ〜１８ｃの回路印
加電圧を変化させた場合の検出電圧Ｖｈの推移を示すも
ので、図からわかるように、電圧変動に対する検出電圧
Ｖｈの変動が少なく、安定した検出動作が行えることが
わかった。

【００３０】一方、周囲温度Ｔａの変動に伴って、ホー
ル素子１８ａ〜１８ｃに並列に接続されている分流用の
ダイオード２１ａ，２１ｂの直列回路においては、周囲
温度Ｔａが高温側に変化すると順方向電圧降下Ｖｆが低
くなるため、ホール素子１８ａ〜１８ｃの端子電圧もこ
れに伴って低くなる。これにより、ホール素子１８ａ〜
１８ｃの通電電流Ｉｃが増加された状態では、印加電圧
がわずかに低下することになり、自己発熱が抑制されて
熱暴走が起こりにくい安定な動作状態を得ることができ
るようになる。

【００３１】このような本実施例によれば、ホール素子
１８ａ〜１８ｃに並列にダイオード２１ａ，２１ｂの直
列回路を接続して定電流駆動する構成としたので、周囲
温度Ｔａの変動に対する検出電圧Ｖｈの変動を極力抑制
して広い温度範囲で安定した動作を行なわせることがで
き、高精度で回転位置の検出動作を行なわせることがで
きる。

【００３２】図５は本発明の第２の実施例を示すもの
で、第１の実施例と異なるところは、ＩＣチップに形成
された制御回路１３に代えて、ダイオード２１ａ，２１
ｂに対応するダイオード２２ａ，２２ｂをＩＣチップ内
部に一体に形成した制御回路２３を設けたところであ
る。これにより、第１の実施例の作用効果に加えて、ホ
ール素子１８ａ〜１８ｃに並列に別途にダイオードを接
続する必要がなくなって、コンパクトな構成とすること
ができる。

【００３３】図６は本発明の第３の実施例を示すもの
で、第２の実施例と異なるところは、ＩＣチップに形成
された制御回路２３に代えて、電流制限抵抗１９，２０
に対応する抵抗体２４，２５をＩＣチップ内部に一体に
形成した制御回路２６を設けたところである。これによ
り、第２の実施例の作用効果に加えて、電流制限抵抗の
接続をも省略したコンパクトな構成とすることができる
ようになる。

【００３４】本発明は、上記した実施例に限定されるも
のではなく、以下のように変形あるいは拡張することが
できるものである。ダイオードの個数はホール素子の定
格に応じて適宜直列に接続して使用することができる。
電流制限用抵抗は適宜設けることができる。複数個のホ
ール素子を直列に接続して使用する構成のものにも適用
することができる。ダイオードは、トランジスタのコレ
クタ・ベース間を短絡するなどして実質的にダイオード
として用いる構成としても良い。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のブラシレ
スモータによれば、以下のような効果を得ることができ
る。すなわち、請求項１記載のブラシレスモータによれ
ば、インジウム・アンチモン系のホール素子に並列にダ
イオードを接続して電流を分流した状態で定電流駆動す
る構成としたので、モータの温度が上昇するなどでホー
ル素子の周囲温度が上昇したときに入力抵抗が低下する
ことによってダイオードに分流している電流成分を流す
ことができるようになって全体として電流が増大させる
ことができ、これにより、検出精度の低下を防止するこ
とができ、さらに、温度上昇によるダイオードの順方向
電圧降下の低下を利用してホール素子の自己発熱を抑制
して熱暴走の発生を極力防止することができるという優
れた効果を奏する。

【００３６】請求項２記載のブラシレスモータによれ
ば、ホール素子の動作電圧に対応してダイオードの個数
を設定しているので、常にホール素子に適した電圧を印
加することができるようになる。

【００３７】請求項３記載のブラシレスモータによれ
ば、並列に接続するホール素子の個数が増える場合で
も、それらに並列に接続されるダイオードの順方向電圧
により印加電圧が決まり、それによってすべてのホール
素子に一定の電流を流すことができるようになる。

【００３８】請求項４記載のブラシレスモータによれ
ば、上述のようにホール素子の順方向電圧を適切に調整
して一定の電流を流すためのダイオードを制御回路に一
体に形成しているので、全体として小形化を図ることが
できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す電気的構成図

【図２】ダイオードの順方向電流電圧特性図

【図３】周囲温度に対するホール素子の検出電圧の特性
図

【図４】印加電圧に対するホール素子の検出電圧の特性
図

【図５】本発明の第２の実施例を示す図１相当図

【図６】本発明の第３の実施例を示す図１相当図

【図７】従来例を示す図１相当図

【図８】ホール素子の検出動作接続構成図

【図９】周囲温度に対するホール素子の入力抵抗の特性
図

【図１０】周囲温度に対するホール素子の検出電圧の特
性図

【符号の説明】

１１はモータ、１２ａ〜１２ｃはコイル、１３，２３，
２６は制御回路、１４はインバータ回路、１５は位置検
出回路、１８ａ〜１８ｃはＩｎＳｂ系のホール素子、１
９，２０，２４，２５は電流制限抵抗、２１ａ，２１
ｂ，２２ａ，２２ｂはダイオードである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータの回転位置をインジウム・アンチ
   モン系のホール素子を定電流駆動して検出するようにし
   たブラシレスモータにおいて、 前記ホール素子への給電経路に直列に接続された電流制
   限抵抗と、 前記ホール素子に並列に且つ前記給電経路に対して順方
   向に接続され、そのホール素子への電流を分流するよう
   に設けられたダイオードとを具備したことを特徴とする
   ブラシレスモータ。
2. 【請求項２】 前記ダイオードは、前記ホール素子の動
   作電圧に対応した順方向電圧となる個数だけ直列に配設
   されていることを特徴とする請求項１記載のブラシレス
   モータ。
3. 【請求項３】 前記ホール素子は、前記ロータに対応し
   て複数個並列に接続された構成とされ、 前記ダイオードは、それらのホール素子に並列に接続さ
   れていることを特徴とする請求項１または２記載のブラ
   シレスモータ。
4. 【請求項４】 前記ダイオードは、前記ロータの回転駆
   動用の制御回路を構成する集積回路に一体に形成されて
   いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記
   載のブラシレスモータ。