JP2012223065A - モータの位置検出装置及びそれを用いたモータ - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化や素子のばらつきなどにより、ホール素子の検出信号が変化してもロータの回転位置を正確に検出する。
【解決手段】ロータに配置された界磁用磁石からの磁界を検出して正弦波状のホール信号Ｕを出力するホール素子と、第１の閾値（０（Ｖ））と、第１の閾値よりも小さい第２の閾値Ｔｈ２と、第１の閾値よりも大きい第３の閾値Ｔｈ３を備え、ホール信号Ｕを閾値と比較してロータの回転位置を示す位置検出信号Ｓｐｕを出力するゼロクロス検出回路と、を備え、ゼロクロス検出回路は、第１の閾値が設定された状態で、ホール信号Ｕが増加し第１の閾値とクロスするタイミングで閾値を第２の閾値に切り替えた後に、所定のタイミングで第１の閾値に復帰させ、ホール信号Ｕが減少し第１の閾値とクロスするタイミングで閾値を第３の閾値に切り替えた後に、所定のタイミングで第１の閾値に復帰させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、モータの可動子の位置を検出するモータの位置検出装置及びそれを用いたモータに関する。

ブラシレスモータは、円筒状のステータと、このステータの内周または外周に対向して設けられ、回転軸を中心にステータに対して回転自在に設けられた円筒状のロータとで構成される。ロータには界磁用マグネットがその周方向に沿って配置されている。ステータのステータコアには巻線が巻回され、巻線に駆動電流を流すことにより発生する電磁界と、界磁用マグネットの磁界の作用でロータは回転する。また、ブラシレスモータでは、ロータの正確な回転制御をするためにロータの回転位置を検出する位置検出センサを備えている。

ところで、ブラシレスモータにおいて、位置検出センサに位置検出誤差が発生すると、ブラシレスモータの正確な回転制御ができなくなり効率が低下する。この位置検出センサは、ホール素子を使用するのが一般的であり、このホール素子から出力される検出信号（以下、「ホール信号」という）のゼロクロスを検出することによってロータの回転位置を検出している。この場合、ゼロクロス検出回路のチャタリングを防止するために、ゼロクロス検出回路にヒステリシス特性をもたせている。しかしながら、このヒステリシスの影響により、ホール信号のゼロクロス検出位置が本来のゼロクロス位置からずれるという問題が発生する。

この問題に対応するために、従来は、界磁用マグネットとは別にホール素子が磁極変化を検出するためのセンサマグネットを設ける。そして、ヒステリシスで発生するゼロクロス検出位置のずれに相当する機械角だけセンサマグネットを界磁用マグネットに対してずらして配置し、これによってゼロクロス検出位置のずれを防止していた（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００４−２３８００号公報

ところで、上述したような従来の方法では、温度や素子ばらつき、ホール素子に供給される電圧、電流のばらつきなどによってホール信号の振幅が変化し、ゼロクロス位置のずれ量が変化する場合には対応が困難となる。

図９及び図１０は、従来のモータの位置検出装置の動作を説明するための図である。図９は、ホール信号Ｕの振幅が大きい場合を示し、図１０は、ホール信号Ｕの振幅が小さい場合を示している。図９に示すように、ゼロクロス検出回路にはヒシテリシス特性をもたせるために、中心電圧０（Ｖ）の正側及び負側にそれぞれ閾値Ｔｈ１及び閾値Ｔｈ２が設定されている。従来のゼロクロス検出回路では、ホール信号Ｕが閾値Ｔｈ１及び閾値Ｔｈ２とクロスするタイミングで、位置検出信号Ｓｐの極性を変化させていた。したがって、ゼロクロス検出位置は、本来のゼロクロス位置の時刻Ｔ０より位置検出誤差Ｔｅだけ遅れた時刻Ｔ０１となる。この位置検出誤差Ｔｅが常に一定であれば、ゼロクロス検出位置から位置検出誤差Ｔｅを差し引くことにより、この位置検出誤差を補正して正しいゼロクロス位置を得ることができる。

しかしながらホール素子周辺の温度変化等によって、ホール信号Ｕの振幅が変化すると、この位置検出誤差Ｔｅが変化する。例えば、図１０に示すように、ホール信号Ｕの振幅が小さくなった場合、ホール信号Ｕのゼロクロス点での正弦波信号の傾斜が小さくなるので、位置検出誤差Ｔｅは図９の場合と比較して大きくなる。このように、温度変化等によって、位置検出誤差Ｔｅの値が変化すると、この誤差の補正は困難となり、ブラシレスモータの正常な回転制御ができなくなるという課題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、温度変化や素子のばらつきなどにより、ホール素子の検出信号が変化してもモータの可動子の位置を正確に検出することができるモータの位置検出装置及びそれを用いたモータを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のモータの位置検出装置は、固定子と、固定子に対向して配置され、移動方向に沿って少なくとも１対のＮ極とＳ極の永久磁石が交互に複数個配置された可動子と、を備えたモータの位置検出装置であって、永久磁石からの磁界を検出して正弦波状の磁気検出信号を出力する磁気センサと、第１の閾値と、第１の閾値よりも小さい第２の閾値と、第１の閾値よりも大きい第３の閾値を備え、磁気検出信号を閾値と比較して可動子の位置を示す位置検出信号を出力するゼロクロス検出回路と、を備え、ゼロクロス検出回路は、第１の閾値が設定された状態で、磁気検出信号が増加し第１の閾値とクロスするタイミングで閾値を第２の閾値に切り替えた後に、所定のタイミングで第１の閾値に復帰させ、磁気検出信号が減少し第１の閾値とクロスするタイミングで閾値を第３の閾値に切り替えた後に、所定のタイミングで第１の閾値に復帰させることを特徴とする。

これにより、可動子の位置の検出を磁気検出信号のゼロクロスタイミングで行うことができるとともに、ゼロクロス検出回路の閾値にヒステリシス特性を持たせてチャタリングの発生を防止できる。これにより、可動子の正確な位置を検出し、可動子の位置制御の精度を上げることができ、モータの高効率を維持することができる。

また、本発明のモータの位置検出装置は、モータは回転型の３相モータであり、閾値を第１の閾値に復帰させる所定のタイミングは、他相の磁気検出信号が第１の閾値とクロスするタイミングとしてもよい。

これにより、第１の閾値への復帰を他相の磁気検出信号のゼロクロスタイミングで行うので、ロータの回転数や回転方向が変化しても確実に閾値を第１の閾値に復帰することが可能となり、ロータの回転位置を確実に検出することができる。また、閾値を第１の閾値に復帰させるための特別なタイミング信号を作成する必要がないので、回路構成を簡単にできる。

また、本発明のモータの位置検出装置は、閾値を第１の閾値に復帰させる所定のタイミングは、磁気検出信号が第１の閾値とクロスするタイミングより、予め設定された所定時間遅れたタイミングとしてもよい。

これにより、閾値の第１の閾値への復帰をゼロクロス検出時点から予め設定した所定時間後に行うので、回転型の３相モータの場合でも、他相の磁気検出信号は不要であり、磁気センサが１個の場合にも適用可能である。また、ロータの回転方向が変化するような場合でも特別な制御が不要である。

また、本発明のモータの位置検出装置は、閾値を第１の閾値に復帰させる所定のタイミングは、磁気検出信号が増加している場合には、第３の閾値とクロスするタイミングであり、磁気検出信号が減少している場合には、第２の閾値とクロスするタイミングとしてもよい。

これにより、閾値の第１の閾値への復帰を磁気検出信号が第２の閾値または第３の閾値とクロスするタイミングで行うので、回転型の３相モータの場合でも、他相の磁気検出信号は不要であり、磁気センサが１個の場合にも適用可能である。また、ロータの回転方向が変化するような場合でも特別な制御が不要である。さらに、閾値を第１の閾値へ復帰させるための特別な回路が一切不要であり、回路を簡単化できコストを下げることができる。

本発明のモータは、上記モータの位置検出装置のいずれかを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、温度変化や素子のばらつきなどにより、ホール素子の検出信号が変化してもモータの可動子の位置を正確に検出することができるモータの位置検出装置及びそれを用いたモータを提供することができる。

本発明の実施の形態１におけるブラシレスモータの断面を示す図 同ブラシレスモータのモータケースの内部を上面から示し、ステータ鉄心と永久磁石との配置関係を示す図 同ブラシレスモータのモータケースの内部を上面から示し、ステータ鉄心と回路基板との配置関係を示す図 同ブラシレスモータの駆動制御回路の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１におけるモータロータ位置検出装置の構成を示す図 同モータロータ位置検出装置の位置検出動作を説明する図 本発明の実施の形態２におけるモータロータ位置検出装置の位置検出動作を説明する図 本発明の実施の形態３におけるモータロータ位置検出装置の位置検出動作を説明する図 従来のモータロータ位置検出装置の位置検出動作を説明する図 従来のモータロータ位置検出装置の位置検出動作を説明する図

以下に、本発明の実施の形態のモータの位置検出装置について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるブラシレスモータ１０の断面を示す図である。本実施の形態では、モータとして、可動子としてのロータが固定子としてのステータの内周側に回転自在に配置されたインナロータ型のブラシレスモータの例を挙げて説明する。図１に示すように、ブラシレスモータ１０は、ステータ１１、ロータ１２、回路基板１３及びモータケース１４を備えている。モータケース１４は密封された円筒形状の金属で形成されており、ブラシレスモータ１０は、このようなモータケース１４内にステータ１１、ロータ１２及び回路基板１３を収納した構成である。

図１において、ステータ１１は、ステータ鉄心１５に相ごとの巻線１６を巻回して構成される。本実施の形態では、互いに１２０度位相が異なるＵ相、Ｖ相、Ｗ相とする３つの相に区分した巻線１６をステータ鉄心１５に巻回した一例を挙げて説明する。ステータ鉄心１５は、内周側に突出した複数の突極を有している。また、ステータ鉄心１５の外周側は概略円筒形状である。

ステータ１１の内側には、空隙を介してロータ１２が挿入されている。ロータ１２は、ロータフレーム１７の外周に円筒形状の永久磁石１８を保持し、軸受１９で支持された回転軸２０を中心に回転自在に配置される。すなわち、ステータ鉄心１５の突極の先端面と永久磁石１８の外周面とが対向するように配置されている。

さらに、このブラシレスモータ１０には、各種の回路部品３１を実装した回路基板１３がモータケース１４の内部に内蔵されている。これら回路部品３１によって、モータを制御や駆動するための駆動制御回路が構成される。また、回路基板１３には、ロータ１２の回転位置を検出するために、磁気センサとしてのホール素子３８も実装されている。ステータ鉄心１５には支持部材２１が装着されており、回路基板１３は、この支持部材２１を介してモータケース１４内に固定される。そして、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれの巻線１６の端部が引出線１６ａとしてステータ１１から引き出されており、回路基板１３にそれぞれの引出線１６ａが接続されている。

図２及び図３は、本実施の形態におけるブラシレスモータ１０のモータケース１４の内部を上面から示した図である。なお、図２及び図３では、巻線１６を巻回していない状態でのステータ鉄心１５を示している。また、図２は、ステータ鉄心１５と永久磁石１８との配置関係を示し、図３は、ステータ鉄心１５とホール素子３８との配置関係を示している。

まず、図２に示すように、ステータ鉄心１５は、環状のヨーク１５ａと、突極としてのそれぞれのティース１５ｂとで構成されている。本実施の形態では、突極数を１２極とした１２個のティース１５ｂを有する一例を挙げている。このようなステータ鉄心１５の外周が、モータケース１４の内面に固着される。また、ティース１５ｂのそれぞれは、内周側へと延伸して突出するとともに、ティース１５ｂ間の空間であるスロットを形成しながら周方向に等間隔で配置されている。また、ティース１５ｂは、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかに順番に対応づけられている。そして、Ｕ相のティース１５ｂにはＵ相の巻線１６が巻回され、Ｖ相のティース１５ｂにはＶ相の巻線１６が巻回され、Ｗ相のティース１５ｂにはＷ相の巻線１６が巻回される。

また、このような１２個のティース１５ｂの先端部と対面して、内周側にロータ１２が配置される。ロータ１２が保持する永久磁石１８は、少なくとも一対のＳ極とＮ極とが交互に配置されるように、可動子の移動方向（回転方向）である周方向に等間隔で着磁されている。本実施の形態の永久磁石１８は、図２に示すように、Ｓ極とＮ極とを一対として４対、すなわち、周方向に磁極数が８極となるように着磁されている。以上のように、ブラシレスモータ１０は、８極１２スロットの構成である。

次に、図３に示すように、回路基板１３上には、各種の回路部品３１とともに、ホール素子３８Ｕ、３８Ｖ、３８Ｗとする３つのホール素子３８が実装されている。ホール素子３８Ｕ、３８Ｖ、３８Ｗは、円筒形状の永久磁石１８の一端面に対向するように、回路基板１３上に配置されている。また、回路基板１３上において、ホール素子３８Ｕ、３８Ｖ、３８Ｗはそれぞれに、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するティース１５ｂの延伸方向側に配置される。これにより、ホール素子３８Ｕ、３８Ｖ、３８Ｗは、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して永久磁石１８の磁極を検出する。

なお、本実施の形態のように８極１２スロットの構成とした場合、詳細な説明は省略するが、ホール素子３８Ｕ、３８Ｖ、３８Ｗを、それぞれ機械角での１２０度間隔で配置することにより、ホール素子３８Ｕ、３８Ｖ、３８Ｗからは、それぞれ電気角で１２０度の位相が異なるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の位置検出信号を得ることができる。すなわち、図３に示すように、ｕ軸上に沿ってホール素子３８ＵをＵ相のティース１５ｂに対向させ、ｖ軸上に沿ってホール素子３８ＶをＶ相のティース１５ｂに対向させ、ｗ軸上に沿ってホール素子３８ＷをＷ相のティース１５ｂに対向させて配置する。これによって、図２を参照すれば分かるように、ホール素子３８Ｕ、３８Ｖ、３８Ｗは、永久磁石１８の磁極に対して、電気角で１２０度ごとにずれるように配置されるため、ホール素子３８Ｕ、３８Ｖ、３８ＷからＵ相、Ｖ相、Ｗ相の回転位置が検出できる。

以上のように構成されたブラシレスモータ１０に対して、外部から電源電圧や制御信号を供給することにより、回路基板１３の制御回路や駆動回路によって巻線１６に駆動電流が流れ、ステータ鉄心１５から磁界が発生する。そして、ステータ鉄心１５からの磁界と永久磁石１８からの磁界とにより、それら磁界の極性に応じて吸引力及び反発力が生じ、これらの力によって回転軸２０を中心にロータ１２が回転する。

次に、回路基板１３上に実装されたホール素子３８や回路部品３１により構成された駆動制御回路について説明する。

図４は、本実施の形態におけるブラシレスモータ１０の駆動制御回路４０の構成を示すブロック図である。

駆動制御回路４０は、３つのホール素子３８とともに、回転制御部４１、駆動波形生成部４２、ＰＷＭ回路４３、インバータ４４、位置データ生成部４５、位相制御部４６、ゼロクロス検出回路５０を備える。ここで、３つのホール素子３８とゼロクロス検出回路５０でモータの位置検出装置としてのモータロータ位置検出装置６０を構成している。駆動制御回路４０には、例えば外部の上位器などから、回転速度や回転位置などを指令する回転指令データＤｒが通知される。

回転指令データＤｒは、回転制御部４１に通知される。また、回転制御部４１には、位置データ生成部４５で生成された検出位置データＤｐが通知される。検出位置データＤｐは、基本的にはロータ１２の回転位置を検出することにより求めたデータである。

ホール素子３８は回転する永久磁石１８の磁極変化を検出し、検出信号はゼロクロス検出回路５０に入力され、ゼロクロス検出回路５０で生成された回転位置検出信号Ｓｐｕ、Ｓｐｖ、Ｓｐｗは位置データ生成部４５及び位相制御部４６に供給される。位置データ生成部４５は回転位置検出信号Ｓｐから回転位置データＤｐを生成する。ゼロクロス検出回路５０の詳細な動作については後ほど説明する。

回転制御部４１は、回転指令データＤｒと検出位置データＤｐとに基づき、巻線１６への駆動量を示す回転制御データＤｄを生成する。

具体的には、ブラシレスモータ１０を速度制御する場合、回転制御部４１は、速度指令を示す回転指令データＤｒと、検出位置データＤｐから微分演算などにより算出した検出速度データとの速度偏差を求める。そして、回転制御部４１は、速度指令に従った実速度となるように、速度偏差に応じたトルク量を示す回転制御データＤｄを生成する。また、ブラシレスモータ１０を位置制御する場合には、回転制御部４１は、位置指令を示す回転指令データＤｒと検出位置データＤｐとの位置偏差を求め、位置指令に従った位置となるように、位置偏差に応じたトルク量を示す回転制御データＤｄを生成する。回転制御部４１は、このような回転制御データＤｄを駆動波形生成部４２に供給する。

駆動波形生成部４２は、巻線１６を駆動するための波形信号Ｗｄを相ごとに生成し、生成した波形信号ＷｄをＰＷＭ回路４３に供給する。巻線１６を正弦波駆動する場合には波形信号Ｗｄは正弦波信号であり、巻線１６を矩形波駆動する場合には波形信号Ｗｄは矩形波信号である。また、波形信号Ｗｄの振幅は、回転制御データＤｄに応じて決定される。そして、波形信号ＷｄをＰＷＭ回路４３に供給するタイミングは、波形信号Ｗｄに基づいて巻線１６を駆動する基準タイミングとなり、この基準タイミングは、位相制御部４６からの位相制御データＤｔｐに応じて決定される。

ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）回路４３は、駆動波形生成部４２から相ごとに供給された波形信号Ｗｄを変調信号として、それぞれにパルス幅変調を行う。ＰＷＭ回路４３は、このように波形信号Ｗｄでパルス幅変調したパルス列の信号である駆動パルス信号Ｐｄを、インバータ４４に供給する。

インバータ４４は、駆動パルス信号Ｐｄに基づいて、相ごとに巻線１６への通電を行い、巻線１６を駆動する。インバータ４４は、電源の正極側に接続されたスイッチ素子と負極側に接続されたスイッチ素子とを、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれに備えている。また、正極側と負極側との両スイッチ素子の反電源側は互いに接続されており、この接続部がインバータ４４から巻線１６を駆動する駆動出力端部４ｄとなる。Ｕ相の駆動出力端部４ｄｕは巻線１６Ｕに、Ｖ相の駆動出力端部４ｄｖは巻線１６Ｖに、そして、Ｗ相の駆動出力端部４ｄｗは巻線１６Ｗに、それぞれ引出線１６ａを介して接続される。そして、それぞれの相において、駆動パルス信号Ｐｄによりスイッチ素子がオンオフされると、電源からオンのスイッチ素子を介し、駆動出力端部４ｄから巻線１６に駆動電流が流れる。ここで、駆動パルス信号Ｐｄは波形信号Ｗｄをパルス幅変調した信号であるため、各スイッチ素子がこのようにオンオフされることにより、波形信号Ｗｄに応じた駆動電流でそれぞれの巻線１６が通電される。

以上のような構成により、回転指令データＤｒに従ってロータ１２の回転速度や回転位置を制御するフィードバック制御ループが形成され、ブラシレスモータ１０は、ホール素子３８及びゼロクロス検出回路５０により構成されたモータロータ位置検出装置６０からの位置検出信号Ｓｐにより回転駆動される。

次に、本実施の形態のモータロータ位置検出装置６０の動作を詳細に説明する。図５は、本実施の形態のモータロータ位置検出装置６０の構成を示す図である。図５では、説明の簡略化のために、ロータ１２の外周に沿って配置された永久磁石１８は４極とし、永久磁石１８に対向して磁気センサとしての３つのホール素子３８Ｕ、３８Ｖ、３８Ｗがそれぞれ電気角１２０度の位置に配置されているとして説明する。ホール素子３８Ｕ、３８Ｖ、３８Ｗからは、電気角１２０度の位相差を有する正弦波形の磁気検出信号としてのホール信号が出力される。ホール信号は正相及び逆相の２相の信号から構成されている。そして、ホール素子３８Ｕ、３８Ｖ、３８Ｗからのホール信号はそれぞれゼロクロス検出回路５０Ｕ、５０Ｖ、５０Ｗに入力されて、位置検出信号Ｓｐｕ、Ｓｐｖ、Ｓｐｗが出力される。ゼロクロス検出回路５０Ｕ、５０Ｖ、５０Ｗには、チャタリングを防止するためにヒステリシス特性を持たせている。ホール素子３８Ｕ、３８Ｖ、３８Ｗは同じ位置検出動作をするので、ホール素子３８Ｕを例にモータロータ位置検出装置６０の動作を説明する。

図６は、本発明の実施の形態１におけるモータロータ位置検出装置６０の位置検出動作を説明する図である。図６において、（ａ）はホール信号Ｕの信号波形、（ｂ）はゼロクロス検出回路５０Ｕの閾値の時間変化、（ｃ）はゼロクロス検出回路５０Ｕから出力される位置検出信号Ｓｐｕを示している。図５において、ロータ１２が１回転すると、ホール素子３８Ｕは永久磁石１８からＮ極→Ｓ極→Ｎ極→Ｓ極の順で磁界を検出し、図６に示すように２周期分の正弦波形のホール信号Ｕ（Ｕ＝（Ｕ＋）−（Ｕ−））が発生する。ゼロクロス検出回路５０Ｕには、第１の閾値Ｔｈ０、第１の閾値より小さい第２の閾値Ｔｈ１、及び第１の閾値よりも大きい第３の閾値Ｔｈ２が設定されている。第１の閾値Ｔｈ０は任意の電圧に設定することが可能であるが、ここでは説明を簡単にするために閾値Ｔｈ０は０（Ｖ）として以下説明する。閾値Ｔｈ１及び閾値Ｔｈ２は、ホール信号Ｕに重畳するノイズの最大振幅よりも大きくなるように設定するのが望ましい。これは、ゼロクロス検出回路のチャタリングを確実に防止するためである。まず、ゼロクロス検出回路５０Ｕの閾値Ｔｈを０（Ｖ）に設定する。ロータ１２が回転してホール素子３８Ｕの検出点をＮ極１８ｄからＳ極１８ａが通過し、ホール信号Ｕの振幅が正弦波の負のピークから増加してゼロクロスするタイミング（時刻Ｔ０）において、位置検出信号ＳｐｕはＬ（ローレベル）からＨ（ハイレベル）へ変化する。それと同時に、閾値Ｔｈを負側の閾値Ｔｈ１に切り替える。このとき、ホール信号Ｕの振幅は増加する方向に変化しているために、ノイズが重畳していても閾値Ｔｈ１を下回ることがなく、チャタリングは発生しない。その後、Ｕ相よりも１２０度進んだＷ相のホール信号Ｗが、時刻Ｔ０後の最初にゼロクロスする時刻Ｔ０ｗで閾値Ｔｈを０（Ｖ）に復帰させる。時刻Ｔ０ｗは、時刻Ｔ０よりも電気角で６０度に相当する時間だけ遅れた時刻である。

次に、ホール素子３８Ｕの検出点がＳ極１８ａからＮ極１８ｂが通過し、ホール信号Ｕの振幅が正弦波の正のピークから減少してゼロクロスするタイミング（時刻Ｔ１）において、位置検出信号ＳｐｕはＨからＬへ変化する。それと同時にゼロクロス検出回路５０Ｕの閾値Ｔｈを今度は正側の閾値Ｔｈ２に切り替える。このとき、ホール信号Ｕの振幅は減少する方向に変化しているために、ノイズが重畳していても閾値Ｔｈ２を上回ることがなく、チャタリングは発生しない。その後、Ｗ相のホール信号Ｗがゼロクロスするタイミング（時刻Ｔ１ｗ）で閾値Ｔｈを０（Ｖ）に復帰させる。時刻Ｔ１ｗは、時刻Ｔ１よりも電気角で６０度に相当する時間だけ遅れた時刻である。以後、この動作を繰り返す。閾値Ｔｈを０（Ｖ）に復帰させるタイミングはＵ相よりも１２０度遅れたＶ相のホール信号Ｖがゼロクロスする時刻Ｔ０ｖ、Ｔ１ｖでもよいが、ロータ１２の回転数や回転方向が切り替わった場合にできるだけ早く変化に追従させるためにはＷ相を使うのが好ましい。

このように、本実施の形態のモータロータ位置検出装置６０によれば、ロータ１２の回転位置の検出をホール信号Ｕのゼロクロスタイミングで行うことができるとともに、ゼロクロス検出回路５０の閾値にヒステリシス特性を持たせてチャタリングの発生を防止できる。これにより、ロータ１２の正確な回転位置を検出し、ロータ１２の回転制御の精度を上げることができ、ブラシレスモータ１０の高効率を維持することができる。また、閾値Ｔｈの０（Ｖ）への復帰を他相のホール信号のゼロクロスタイミングで行うので、ロータ１２の回転数や回転方向が変化しても確実に閾値Ｔｈを０（Ｖ）に復帰することが可能となり、ロータ１２の回転位置を確実に検出することができる。また、閾値Ｔｈを０（Ｖ）に復帰させるための特別なタイミング信号を作成する必要がないので、回路構成を簡単にできる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２のモータロータ位置検出装置６０について図７を用いて説明する。本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、閾値Ｔｈを０（Ｖ）へ復帰させるためのタイミング生成方法のみであり、その他は実施の形態１と同様のため重複する部分の説明は省略する。

図７は、本発明の実施の形態２におけるモータロータ位置検出装置６０の位置検出動作を説明する図である。図７に示すように、本実施の形態においては、まずゼロクロス検出回路５０Ｕの閾値Ｔｈは０（Ｖ）に設定する。ホール信号Ｕの振幅が正弦波の負のピークから増加してゼロクロスするタイミング（時刻Ｔ０）において、閾値Ｔｈを負側の閾値Ｔｈ１に切り替える。このとき、ホール信号Ｕの振幅は増加する方向に変化しているために、ノイズが重畳していても閾値Ｔｈ１を下回ることがなく、チャタリングは発生しない。その後、時刻Ｔ０２で閾値Ｔｈを０（Ｖ）に復帰させる。時刻Ｔ０２は、時刻Ｔ０から予め設定した所定時間ｔｑだけ遅れた時刻である。そして、この所定時間ｔｑは、時刻Ｔ０からホール信号Ｕが正側の閾値Ｔｈ２とクロスする時刻Ｔ０１までの時間ｔｐよりも長く、ホール信号Ｕの周期の１／２以下に設定するのが望ましい。このように設定することにより、閾値Ｔｈの０（Ｖ）への復帰後、確実にチャタリングを防止することができる。また、時間ｔｐはロータ１２の回転数により変化するので、ロータ１２の回転数に連動してｔｑ＞ｔｐの関係を満たすようにｔｑを変化させるのが望ましい。これは、回転数（回転周期）と所定時間ｔｑの対応テーブルを予め用意しておき、回転数が変化したときには、このテーブルを参照して所定時間ｔｑを決定してもよい。また、ホール信号Ｕの振幅の変化によっても、時間ｔｐが変化するので、この振幅に応じて所定時間ｔｐを補正するようにしてもよい。

次にホール信号Ｕの振幅が正弦波の正のピークから減少してゼロクロスするタイミング（時刻Ｔ１）において、ゼロクロス検出回路５０Ｕの閾値Ｔｈを今度は正側の閾値Ｔｈ２に切り替える。このとき、ホール信号Ｕの振幅は減少する方向に変化しているために、ノイズが重畳していても閾値Ｔｈ２を上回ることがなく、チャタリングは発生しない。その後、時刻Ｔ１２で閾値Ｔｈを０（Ｖ）に復帰させる。時刻Ｔ１２は、時刻Ｔ１から予め設定した所定時間ｔｑだけ遅れた時刻である。

このように、本実施の形態のモータロータ位置検出装置６０によれば、ロータ１２の回転位置の検出をホール信号Ｕのゼロクロスタイミングで行うことができるとともに、ゼロクロス検出回路５０の閾値にヒステリシス特性を持たせてチャタリングの発生を防止できる。これにより、ロータ１２の正確な回転位置を検出し、ロータ１２の回転制御の精度を上げることができ、ブラシレスモータ１０の高効率を維持することができる。また、閾値Ｔｈの０（Ｖ）への復帰をゼロクロス検出時点から予め設定した所定時間後に行うので、他相のホール信号は不要であり、ホール素子が１個の場合にも適用可能である。また、ロータ１２の回転方向が変化するような場合でも特別な制御が不要である。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３のモータロータ位置検出装置６０について図８を用いて説明する。本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、閾値Ｔｈを０（Ｖ）へ復帰するためのタイミングの作成方法のみであり、その他は実施の形態１と同じであるので重複する部分の説明は省略する。

図８は、本発明の実施の形態３におけるモータロータ位置検出装置６０の位置検出動作を説明する図である。図８に示すように、本実施の形態においては、まずゼロクロス検出回路５０Ｕの閾値Ｔｈは０（Ｖ）に設定する。ホール信号Ｕの振幅が正弦波の負のピークから増加してゼロクロスするタイミング（時刻Ｔ０）において、閾値Ｔｈを負側の閾値Ｔｈ１に切り替える。このとき、ホール信号Ｕの振幅は増加する方向に変化しているために、ノイズが重畳していても閾値Ｔｈ１を下回ることがなく、チャタリングは発生しない。その後、時刻Ｔ０１で閾値Ｔｈを０（Ｖ）に復帰させる。時刻Ｔ０１は、ホール信号Ｕが正側の閾値Ｔｈ２とクロスする時刻であり、その後ホール信号Ｕは閾値Ｔｈ２よりも大きくなるので、閾値Ｔｈの０（Ｖ）への復帰後、確実にチャタリングを防止することができる。

次にホール信号Ｕの振幅が正弦波の正のピークから減少してゼロクロスするタイミング（時刻Ｔ１）において、ゼロクロス検出回路５０Ｕの閾値Ｔｈを今度は正側の閾値Ｔｈ２に切り替える。このとき、ホール信号Ｕの振幅は減少する方向に変化しているために、ノイズが重畳していても閾値Ｔｈ２を上回ることがなく、チャタリングは発生しない。その後、時刻Ｔ１１で閾値Ｔｈを０（Ｖ）に復帰させる。時刻Ｔ１１は、ホール信号Ｕが負側の閾値Ｔｈ１とクロスする時刻であり、その後ホール信号Ｕは閾値Ｔｈ１よりも小さくなるので、閾値Ｔｈの０Ｖへの復帰後、確実にチャタリングを防止することができる。

このように、本実施の形態のモータロータ位置検出装置６０によれば、ロータ１２の回転位置の検出をホール信号Ｕのゼロクロスタイミングで行うことができるとともに、ゼロクロス検出回路５０の閾値にヒステリシス特性を持たせてチャタリングの発生を防止できる。これにより、ロータ１２の正確な回転位置を検出し、ロータ１２の回転制御の精度を上げることができ、ブラシレスモータ１０の高効率を維持することができる。また、閾値Ｔｈの０（Ｖ）への復帰を正側の閾値Ｔｈ２または負側の閾値Ｔｈ１で行うので、他相のホール信号は不要であり、ホール素子が１個の場合にも適用可能である。また、ロータ１２の回転方向が変化するような場合でも特別な制御が不要である。さらに、閾値を０（Ｖ）へ復帰させるための特別な回路が一切不要であり、回路を簡単化できコストを下げることができる。

以上説明したように、本発明のモータの位置検出装置によれば、位置検出をホール信号のゼロクロスタイミングを使うことができ、合わせて閾値にヒステリシス特性を持たせてチャタリングの発生を防止できる。これにより、ロータの正確な回転位置を検出し、ロータの回転制御の精度を上げることができるので、モータの高効率を維持できる。また、特に高温時の効率変化を抑制でき、モータ特性の向上が見込める。さらに、ホール信号の出力振幅への配慮を緩和できるので、ホール素子電流低減、周辺回路の電流能力低減、界磁用の永久磁石との距離の条件の緩和も可能である。

なお、上記実施の形態では、ゼロクロス検出回路５０の中心閾値を０（Ｖ）として説明したが、中心閾値は任意の電圧でよい。閾値Ｔｈ１及び閾値Ｔｈ２は中心閾値の上下に略同じ電圧差で設定すればよい。

また、上記実施の形態１〜３で説明した３つの方法を組み合わせて、閾値Ｔｈを０（Ｖ）に復帰するタイミングで最も早いタイミングを使って、閾値を０（Ｖ）に復帰させてもよい。

また、上記実施の形態では、ホール素子３８はロータ１２に配置された界磁用の永久磁石の磁界を検出するとしたが、回転位置の検出用に別な磁石（サブマグネット）を配置してもよい。

また、上記実施の形態では、８極１２スロットのロータを備えたブラシレスモータを例に説明したが、本発明はこの構造に限定されるものではない。また、本発明は、可動子が回転する回転型モータのロータの回転位置検出のみならず、可動子が直線運動をするリニアモータの可動子の位置検出にも適用可能である。

また、上記実施の形態３では、閾値を第１の閾値Ｔｈ０へ復帰させるタイミングをホール信号Ｕが第２の閾値Ｔｈ１及び第３の閾値Ｔｈ２とクロスするタイミングとしたが、第２及び第３の閾値に代えて新たな第４及び第５の閾値を設定してもよい。

本発明のモータの位置検出装置及びそれを用いたモータは、温度や素子ばらつきによりホール素子の検出信号の振幅が変化した場合でも、ロータの回転位置を正確に検出することができるので、家電製品や電装品など、高出力で高効率が要求されるモータに広く適用可能である。

４ｄ 駆動出力端部
１０ ブラシレスモータ
１１ ステータ
１２ ロータ
１３ 回路基板
１４ モータケース
１５ ステータ鉄心
１５ａ ヨーク
１５ｂ ティース
１６，１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗ 巻線
１６ａ 引出線
１７ ロータフレーム
１８ 永久磁石
１９ 軸受
２０ 回転軸
２１ 支持部材
３１ 回路部品
３８，３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ ホール素子
４０ 駆動制御回路
４１ 回転制御部
４２ 駆動波形生成部
４３ ＰＷＭ回路
４４ インバータ
４５ 位置データ生成部
４６ 位相制御部
５０，５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗ ゼロクロス検出回路
６０ モータロータ位置検出装置

Claims (5)

1. 固定子と、
   前記固定子に対向して配置され、移動方向に沿ってすくなくとも一対のＮ極とＳ極の永久磁石が交互に配置された可動子と、を備えたモータの位置検出装置であって、
   前記永久磁石からの磁界を検出して正弦波状の磁気検出信号を出力する磁気センサと、
   第１の閾値と、前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値と、前記第１の閾値よりも大きい第３の閾値を備え、前記磁気検出信号を前記閾値と比較して前記可動子の位置を示す位置検出信号を出力するゼロクロス検出回路と、を備え、
   前記ゼロクロス検出回路は、前記第１の閾値が設定された状態で、前記磁気検出信号が増加し前記第１の閾値とクロスするタイミングで前記閾値を前記第２の閾値に切り替えた後に、所定のタイミングで前記第１の閾値に復帰させ、
   前記磁気検出信号が減少し前記第１の閾値とクロスするタイミングで前記閾値を前記第３の閾値に切り替えた後に、所定のタイミングで前記第１の閾値に復帰させることを特徴とするモータの位置検出装置。
2. 前記モータは回転型の３相モータであり、前記閾値を前記第１の閾値に復帰させる前記所定のタイミングは、他相の前記磁気検出信号が前記第１の閾値とクロスするタイミングであることを特徴とする請求項１に記載のモータの位置検出装置。
3. 前記閾値を前記第１の閾値に復帰させる前記所定のタイミングは、前記磁気検出信号が前記第１の閾値とクロスするタイミングより、予め設定された所定時間遅れたタイミングであることを特徴とする請求項１に記載のモータの位置検出装置。
4. 前記閾値を前記第１の閾値に復帰させる前記所定のタイミングは、前記磁気検出信号が増加している場合には、前記第３の閾値とクロスするタイミングであり、前記磁気検出信号が減少している場合には、前記第２の閾値とクロスするタイミングであることを特徴とする請求項１に記載のモータの位置検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータの位置検出装置を用いたことを特徴とするモータ。

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