JPS61285093A - ブラシレスモ−タ - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、ロータマグネットの位置を検出する位置検出
器を、３相の相寄る駆動コイル間の中心又は駆動コイル
の中心に配置できるようにしたブラシレスモータに関す
る。

（従来の技術） ２ｎ（ｎけ１以上の整数）極に着磁されたロータマグネ
ットと、このロータマグネットを回転付勢する３相の駆
動コイルと、上記ロータマグネットの位置を検出して１
２０°の位相差をもつ略正弦波様の出力信号を発生する
複数の位置検出器と、この位置検出器の出力信号を増幅
して上記駆動コイルに通電駆動する駆動回路とを有して
なるブラシレスモータが知られている。

第７図乃至第９図は、このようなブラシレスモータの従
来例を示すものであって、二つの位置検出器と３相構成
の駆動コイルを有し、１８０°のアナログ通電されるも
のの例を示す。第７図及び第９図において、２ｎ極に着
磁されたロータマグネット１に対向して二つの位置検出
器Ａ、Ｂが配置され、各位置検出器Ａ、Ｂは、ロータマ
グネット１の回転に伴い略正弦波様の検出信号を出力す
るようになっている。各位置検出器Ａ、Ｂけ、互いに位
置がずらされることにより、各出力信号Ａｉｎ、Ｂｉｎ
が第８図（１）に示されているように１２０°の位相差
をもつように設定されている。ＬＡ、ＬＢ、ＬＣは各相
の駆動コイルで、上記各位置検出器Ａ、ＢＨ１相寄る上
記駆動コイル間の中心から電気角で３０°ずれた位置に
配置されている。

第７図に示されているように、位置検出器Ａの出力信号
Ａｉｎはセンサーアンプ３とコイルドライブアンプ７で
なる駆動回路で増幅されると共に、この駆動回路が上記
信号Ａｉｎに応じた信号Ａｏｕｔで第１相の駆動コイル
ＬＡを通電駆動するようになっている。同様に、位置検
出器Ｂの出力信号Ｂｉｎｄセンサーアンプ４とコイルド
ライブアンプ８でなる駆動回路で増幅されると共に、こ
の駆動回路が上記信号Ｂｉｎに応じた信号Ｂｏｕｔで第
２相の駆動コイルＬＢを通電駆動するようになっている
。上記各センサーアンプ３．４の出力は加算器５で加算
されたあと反転アンプ６で反転され、この反転出力はコ
イルドライブアンプ９でなる駆動回路で増幅されると共
に、上記反転出力に応じた信号（ｏｕｔで第３相の駆動
コイルＬＯを通電駆動するようになっている。

上記従来例によれば、第８図（■）に示されているよう
に、各ドライブアンプ７．８．９の出力Ａｏｕｔ　、　
Ｂｏｕｔ　、　Ｃｏｕｔけ互いに電気角で１２０°ずつ
位相がずれた正弦波様の波形となり、これら各出力によ
って各相のコイルＬＡ、ＬＢ、ＬＣが駆動されるため、
トルクリップルが零になってワウ・フラッタ特性がよく
、機械ノイズ、電気ノイズがきわめて小さく、また、二
つのセ／すで３相ドライブが可能である等の多くの利点
を有している。

（考案が解決しようとする問題点） 上記従来例によれば、多くの利点を有する反面、第９図
に示されているように、位置検出器Ａ、　Ｂを、相寄る
駆動コイル間の中心から電気角で３０゜ずらして配置す
る必要があり、相寄る駆動コイル間の中心又は各駆動コ
イルの中心に位置検出器を配置することができないため
、次のような問題点を生ずる。

■小型モータなどでは位置検出器を配置する空間がない
場合があり、小型モータ以外でも位置検出器を配置する
空間が少なく、位置検出器を無理に配置すると、各駆動
コイルの逆起波形と通電波形との位相がずれ、効率が低
下すると共にトルクリップルが大きくなる。

■駆動コイルが発生する磁界によって位置検出器が影響
を受け、位置検出器の出力が歪むことがある。

■位置検出器の位置精度が出しにくい。

■位置検出信号をデジタル的に処理するスイッチング通
電の場合は、位置検出パルスの位相を比較的容易にシフ
トできるため、１２００スイッチング通電の場合は位置
検出器を相寄る駆動コイル間の中心又は各駆動コイルの
中心に位置検出器を配置することが可能であるが、位置
検出器の正弦波様の出力波形を増幅して駆動コイルを駆
動する従来のアナログ通電の場合は位置検出器金相寄る
駆動コイル間の中心又は各駆動コイルの中心に配置でき
ず、１２０°スイッチング通電のモータと共通化できな
い。

本発明の目的は、位置検出器を、１２０°スイッチング
通電の場合と同様Ｋ、相寄る駆動コイル間の中心又は各
駆動コイルの中心に配置することを可能にして、上記従
来の問題点を解消したブラシレスモータを提供すること
にある。

（問題点を解消するだめの手段） 本発明は、２ｎ　（ｎは１以上の整数）極に着磁された
ロータマグネットと、このロータマグネットを回転付勢
する３相の駆動コイルと、上記ロータマグネットの位置
を検出して１２０°の位相差をもつ略正弦波様の出力信
号を発生する複数の位置検出器と、この位置検出器の出
力信号を増幅して上記駆動コイルに通電駆動する駆動回
路とを有するブラシレスモータであって、上記複数の位
置検出器の各出力信号を合成して位相を電気角で３０゜
シフトする位相シフト回路を上記駆動回路に設けると共
に、上記各位置検出器を、相寄る上記駆動コイル間の中
心又は駆動コイルの中心に配置したことを特徴とする特 （作用） 位相シフト回路は、複数の位置検出器の各出力信号を合
成して位相を電気角で３０°シフトする。

この位相シフト回路によって位相が互いに１２０゜ずつ
ずれた３相の略正弦波様の出力信号を取り出すことがで
き、この３相の出力信号により各相の駆動コイルを駆動
することができる。上記位相シフト回路を設けることに
よシ、位置検出器を、相客る駆動コイル間の中心又は駆
動コイルの中心に配置することができる。

（実施例） 第１図乃至第３図は、２センサー、３相、１８０゜アナ
ログ通電方式のブラシレスモータの例を示す。

第１図及び第３図において、２ｎ　（ｎは１以上の整数
）極に着磁されたロータマグネッ）ＩＩＫ対向してこの
ロータマグネット１１を回転付勢する３相の駆動コイル
ＬＡ、　ＬＢ、　ＬＣｔが配置されており、相客る駆動
コイルＬＡ、ＬＢ間の中心及び相客る駆動コイルＬＢ、
　ＬＯ間の中心にはそれぞれ磁気抵抗素子、ホール素子
等でなる位置検出器Ａ、　Ｂがロータマグネットエ１に
対向するように配置されている。位置検出器Ａ、Ｂは上
記の関係で配置されているため、ロータマグネット１１
が回転すると、各位置検出器Ａ、Ｂの出力信号Ａｉｎ、
　１３ｉｎは、第２図（Ｉ）に示されているように、１
２０°の位相差をもつ略正弦波様の信号となる。

第１図において、位置検出器Ａの出力信号Ａｉｎはセン
サーアンプ１３で増幅されて信号ａとなシ、他方の位置
検出器Ｂの出力信号Ｂｉｎけセンサーアンプ１４で増幅
されて信号すとなる。上記信号ａけアンプ１５で２倍に
反転増幅されて信号ｎとされる。また、上記信号すはア
ンプ１６で２倍に増幅されて信号２ｂとなり、また、反
転アンプ１７で反転されて信号百となるっ上記信号ａと
信号百は加算器１８で加算されてａ＋百となり、コイル
ドライブアンプ２１に入力される。上記信号ａと信号２
ｂは加算器１９で加算されてａ　＋　２ｂとなり、コイ
ルドライブアンプ２２に入力される。上記信号バと信号
百は加算器２０で加算されて２ａ＋ｂとなり、コイルド
ライブアンプ２３に入力される。各コイルドライブアン
プ２１．２２．２３は、上記各入力信号に応じた信号Ａ
ｏｕｔ、　Ｂｏｕｔ、　Ｃｏｕｔによｐ各相の駆動コイ
ル［、Ａ、　ＬＢ、　ＬＣｔを駆動するようになってい
る。各駆動コイルＬＡ、ＬＢ、ＬＣからは、ロータマグ
ネット１１の回転に伴い逆起電圧信号ＥＡ、　ＥＢ、　
Ｅｌ：Ｏが得られる。

第１図において、センサーアンプ１３，１４からコイル
ドライブアンプ２１．２２．２３に至る回路部分は、位
置検出器Ａ、Ｂの出力信号を増幅して駆動コイルＬＡ、
　ＬＢ、　ＬＯを通電駆動する駆動回路を構成しており
、この駆動回路の中でアンプ１５．１６．１７及び加算
器１８、工９．２０を有してなる回路部分は、位置検出
器Ａ、Ｈの各出力信号を合成して位相を電気角で３０°
シフトする位相シフト回路を構成しているう 上記位相シフト回路において合成された各信号（ａ＋ｂ
　）、（ａ＋２ｂ）、（２ａ＋ｂ、）の波形及び位相関
係を見ると、第２図（Ｉｔ）に示されているように、互
いに１２０’の位相差をもつ略正弦波様の出力信号とな
り、また、第２図（Ｉ）１に示されている位置検出器Ａ
、Ｂの出力信号Ａｉｎ、　Ｂｉｎに対し信号（ａ＋ｂ）
、（ａ＋２ｂ）は電気角で位相が３０゜シフトされてお
り、第３相の出力信号（２ａ十ｂ）も、従来のように二
つの位置検出器の出力信号を単に加算し反転しただけの
信号に対して電気角で位相が３０°シフトされている。

各コイルドライブアンプ２１．２２．２３は１２００の
位相差をもつ正弦波様の上記各合成信号（ａ＋ｂ）、（
ａ＋２ｂ）、（２ａ＋ｂ）に応じた出力信号Ａｏｕｔ、
Ｂｏｕｔ、　Ｃｏｕｔによシ各相のコイルＬＡ、ＬＢ、
ＩＣに通電しこれを駆動するため、トルクリップル零の
状態でロータマグネッ）１１を回転駆動することができ
る。第２図（［１）は各相コイルＬＡ、　ＬＢ、　Ｌｃ
の逆起電圧ＥＡ、ＥＢ、　ＥＣの波形を示しておシ、各
コイルドライブアンプ２１．２２．２３による駆動波形
と位相が同じで、正弦波様になっている。

この関係を以下に詳細に説明する。第１図における位置
検出器Ａ、Ｂの出力信号Ａｉｎ、　　Ｂｉｎの位相関係
と、逆起電圧ＥＡ％ＥＢ、ＥＣの位相関係は、となる。

モータを効率よく回転させるためには、コイルへの通電
波形と逆起電圧波形が同相であることが必要であるため
、二つの位置検出器の出力Ａｉｎ、　１３ｉｎのみで逆
起電圧波形と同相の３積圧弦波コイル通電波形を合成し
なければならない。位置検出器の出力Ａｉｎ、　ｇｉｎ
は第１図に示されているように“合成され、コイル通電
波形Ａｏｕｔ、　　３ｏｕｔ、（：：、ｏｕｔ　　とな
る。ここで、 Ａｉｎ　＝　ａ＝　ｓ　ｉｎθ、　Ｂ１ｎ＝　ｂ　＝　
ｓ　ｉｎ（θ−１２０°）であり、コイル通電波形Ａｏ
ｕｔは、 Ａｏｕｔ＝　Ａｉｎ　＋　Ｂｌｎ ＝　ａ　＋　ｂ ＝ｓｉｎθ−５ｉｎ（θ−１２０°） ＝ｓｉｎθ−（ｓｉｎθ・Ｃ０８１２０°−ｃｏｓθ・
５ｉｎ１２０°）＝ｎ（ｃｏｓ３０°ｔＳｌｎθ＋５ｉ
ｎ３０°”ｃｏｓθ）＝１’ｊｓｉｎ（θ±３０°） 、’、Ａｏｕｔ　　　Ｑ〔ＥＡ となる。また、コイル通電波形Ｂｏｕｔは、Ｂｏｕｔ　
＝　Ａｉｎ　＋　２Ｂｉｎ ＝ａ＋２ｂ ＝ｓｉｎθ＋２ｓｉｎ（θ−１２０°）＝ｓｉｎθ＋２
（ｓｉｎθａＣＯ３１２０°−ｃｏｓθ奉５ｉｎ１２（
１°）　　　　　′＝ｓｉｎθ−５ｉｎθ−（ａ　ｃ　
ｏ　ｓθ＝−凸ｃｏｓθ ＝η５ｉｎ（θ−９０°） 、、　Ｂｏｕｔ　ＱＣＥＢ となる。また、コイル通電波形（：ｏｕｔは、Ｃｏｕｔ
＝　２Ａｉｎ　＋　Ｂ１ｎ ＝２ａ＋ｂ ＝−２ｓｉｎθ−５ｉｎ（θ−１２０°）＝ｆ３　（ｃ
ｏｓ２１０’・ｓｉｎθ−５ｉｎ２１０°’ｃｏｓθ）
＝！／′３（Ｓｉｎθ−ｃｏｓ２１０°−ｃｏｓθ・５
ｉｎ２１０°）＝ｌ′３ｓｉｎ（θ−２１０°） 、’、Ｃｏｕｔ　ｏＣＥＣ となる。

このように、上記実施例によれば、二つの位置検出器Ａ
、Ｂの出力信号を合成することにより、従来の２センサ
ー、３相、１８０°アナログ通電式のものに比べて位相
が３０°ずれた３積圧弦波を得ることができ、これによ
って３相の駆動コイルに通電してこれを駆動することが
可能であり、また、第３図に示されているように、相客
る駆動コイル間の中心位置に位置検出器を配置すること
が可能となった。

また、本発明によれば、第４図に示されているように、
二つの位置検出器Ａ、Ｂを、第３図のような配置位置か
ら電気角で１２０°分移動させて駆動コイルの中心位置
に配置することができる。この場合、３相構成の各駆動
コイルＬＡ、’ＬＢ、　ＬＣを第３図のような配置位置
から電気角で２４０°分ずらして配置し、コイルＩ、Ｂ
の中心位置に位置検出器６．を、ＪイルＬＣの中心位置
に位置検出器Ｂを配置する。そして、位置検出器Ａの信
号と位置検出器Ｂの信号を前記実施例と同様の位相シフ
ト回路によシ合成して位相シフトし、このシフトした信
号に応じて各相の駆動コイルを駆動するようだすること
により、前記実施例と同様の結果を得ることができろう 第６図は、面対向型スロットレスモータに関し、従来の
２センサ一３相式ブラシレスモータにおける位置検出器
の配置位置と、これまで説明した本発明の各実施例にお
ける位置検出器の配置位置との関係を示す。本発明の実
施例の場合は、二つの位置検出器を、Ａ１、Ｂ１で示さ
れているように、相客る駆動コイルＬＡ、ＬＢ間の中心
及び駆動コイルＬＢＳＬＣ間の中心において、基板２５
の外周縁部に配置するか、又はＡ２、Ｂ２で示されてい
るように、駆動コイルＩ、Ａ、　ＬＢ間の中心及び駆動
コイルＬＢ、　ＬＣ間の中心において基板２５の内周縁
部に配置することができ、さらには、これらの位置に代
わり、Ａ３、Ｂ３で示されているように、駆動コイルの
中心に配置することもできる。これに対して従来は、ａ
ｌ、ｂｌ又はａ２、ｂ２で示されているように、位置検
出器を相客る駆動コイル間の中心から電気角で３０°分
だけずらす必要があシ、位置検出器を配置する空間が限
られることになる。

ところで、本出願人は、２ｎ極に着磁されたロータマグ
ネットと、このロータマグネットを回転付勢する３相の
駆動コイルと、ロータマグネットの回転位置を検出して
電気角で１２０°の位相差をもつ出力信号を発生する２
個の位置検出器と、この２個の位置検出器の各出力信号
を加算して第３相の信号を合成する合成器と、この合成
器の出力電圧と前記２個の位置検出器からの出力電圧と
をそれぞれ累乗すると共にこれらの累乗結果の和が一定
値となる偶数に　べき数を設定した３個の累乗演算器と
、この３個の累乗演算器の出力電圧を加算しその和電圧
が一定値となるように前記２個の位置検出器を制御する
手段とを備えたブラシレスモータに関して先に特許出願
した（特願昭５８−２０１８１０号）。本発明は、上記
出願に係る発明にも適用することができ、これにより、
位置検出器のばらつき補正効果を得ることができる。

これまで述べた実施例は、何れも２センサ一３相方式の
ものであり、２センサ一３相方式であればその形状は問
わない。例えば、コア付、コアレス、スロットレス、面
対向、周対向、その他各種の形態のものに適用できる。

本発明はまた、３センサ一３相方式のブラシレスモータ
にも適用可能であるう第５図はその実施例を示しており
、３個の位置検出器Ａ、Ｂ、Ｃの出力信号はセンサーア
ンプ３１．３２．３３で増幅されて信号ａ、ｂ、ｃとさ
れたのち、反転アンプ３４．３５．３６と加算器３７．
３８．３９でなる位相シフト回路により合成されて位相
シフトされ、Ａｏｕｔ＝ａ＋ｂ Ｂｏｕｔ　＝　ｂ　＋　ｃ （：：ｏｕｔ　＝　ｃ　＋　ａ の各信号が取り出され、これら各信号に応じて各相の駆
動コイルを駆動するようになっている。この場合も、合
成された信号は位相が電気角で３０゜シフトされるため
、位置検出器Ａ、Ｂ、Ｃを相客る駆動コイル間の中心又
は駆動コイルの中心に配置することができる。

（発明の効果） 本発明によれば、複数の位置検出器の各出力信号を合成
して位相を電気角で３０°シフトする位相ソフト回路を
設け、この位相シフト回路で位相シフトした信号に応じ
て駆動コイルを駆動するようにしたから、位置検出器を
相客る駆動コイル間の中心位置又は駆動コイルの中心位
置に配置することが可能となった。これにより、次の効
果を派生する。

■位置検出器の配置空間が充分に大きく、小型モータ等
でも位置検出器を無理に配置する必要がないので、逆起
電圧波形と通電波形との位相ずれがなく、効率がよくト
ルクリップルも小さくなる。

■位置検出器は、駆動コイルが発生する磁界の影響を受
は難い。

■位置検出器の位置精度を目視により確認することがで
き、位置精度を出し易い。

■位置検出器の配置位置は、１２０°スイッチング通電
方式の場合と共通しており、部品の共通化を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は同上
実施例における各部の信号波形を示す波形図、第３図は
同上実施例における位置検出器と駆動コイルとの配置関
係を示す展開図、第４図は本発明の別の実施例を第３図
に準じて示す展開図、第５図は本発明のさらに別の実施
例を示す回路図、第６図は位置検出素子の配置位置の例
を本発明の場合と従来の場合とを比較して示す平面図、
第７図は従来のブラシレスモータの例を示す回路図、第
８図は同上従来例における各部の信号波形を示す波形図
、第９図は同上実施例における位置検出器と駆動コイル
との配置関係を示す展開図である。 １１・・・ロータマグネット、　ＬＡ、　ＬＢ、　ＬＯ
・・・駆動コイル、Ａ、　Ｂ、　Ｃ・・・位置検出器、
１５．１６．１７・・・位相シフト回路を構成するアン
プ、１８．１９．２０・・・位相シフト回路を構成する
加算器、２１．２２．２３・・・駆動回路を構成するコ
イルドライブアンプウ（ほか１名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２ｎ（ｎは１以上の整数）極に着磁されたロータマグネ
   ットと、このロータマグネットを回転付勢する３相の駆
   動コイルと、上記ロータマグネットの位置を検出して１
   ２０°の位相差をもつ略正弦波様の出力信号を発生する
   複数の位置検出器と、この位置検出器の出力信号を増幅
   して上記駆動コイルに通電駆動する駆動回路とを有する
   ブラシレスモータであって、上記複数の位置検出器の各
   出力信号を合成して位相を電気角で３０°シフトする位
   相シフト回路を上記駆動回路に設けると共に、上記各位
   置検出器を、相寄る上記駆動コイル間の中心又は駆動コ
   イルの中心に配置したことを特徴とするブラシレスモー
   タ。