説明

ブラシレスDCモータの回転子位置検出方法とその装置

【課題】 3つのホールセンサの信号出力とパルス交番信号の、合計4つの信号の値から、2相エンコーダの出力に相当する信号を生成することによって、モータ回転子の回転方向を判別することができるブラシレスDCモータの回転子位置検出方法とその装置を提供する。
【解決手段】 3つのホールセンサ2,2,2信号の現在値と、その1つ前の値とから、前記回転子の回転方向を判別し、前記3つのホールセンサ2,2,2のうち、いずれか1つの立ち上がりエッジまたは、立ち下がりエッジを基準位置とし、かつ、この基準位置として立ち上がりエッジを選択するか、あるいは、立ち下がりエッジを選択するかは、前記回転子の回転方向によって決定して、前記基準位置を通過する度に交番する交番信号を生成し、前記3つのホールセンサ2,2,2の信号と、前記交番信号とから、2相エンコーダ出力相当のパルス信号を生成し、このパルス信号によって前記回転子位置を検出する方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はブラシレスDCモータの回転子位置検出方法とその装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、この種のブラシレスDCモータの回転子位置を検出するには、ロータリーエンコーダを用いるのが一般的であった。
ロータリーエンコーダはデジタル信号を出力するため制御性に優れる。しかし、その反面、高価という問題がある。また、エンコーダ本体に加えて信号線等のスペースも必要になるため、装置の小型化にはマイナスとなる。
このような問題を解決するため、特許文献1では、ブラシレスDCモータを制御するための3相の磁極検出用ホールセンサの信号から、6逓倍化手段と2相化手段とを用いて、2相エンコーダ相当の信号を生成する回転角度検出装置を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平10−111304号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1の発明にあっては、2相エンコーダ相当の信号とはいうものの、B相の信号は単にA相の信号を電気角で90°遅らせただけの信号であって、実質的には1相であるため、エンコーダの出力信号からモータ回転子の回転方向を判別することができないという問題がある。
【0005】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、3つのホールセンサの信号出力とパルス交番信号の、合計4つの信号の値から、2相エンコーダの出力に相当する信号を生成することによって、モータ回転子の回転方向を判別することができるブラシレスDCモータの回転子位置検出方法とその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、上記課題を解決するため、ブラシレスDCモータの固定子に、一定間隔で3つのホールセンサを配置し、前記ブラシレスDCモータの回転子の磁気を前記ホールセンサで検出し、前記ホールセンサの信号によって前記ブラシレスDCモータの回転子位置を検出する方法であって、前記3つのホールセンサ信号の現在値と、その1つ前の値とから、前記回転子の回転方向を判別し、前記3つのホールセンサのうち、いずれか1つの立ち上がりエッジまたは、立ち下がりエッジを基準位置とし、かつ、この基準位置として立ち上がりエッジを選択するか、あるいは、立ち下がりエッジを選択するかは、前記回転子の回転方向によって決定して、前記基準位置を通過する度に交番する交番信号を生成し、前記3つのホールセンサの信号と、前記交番信号とから、2相エンコーダ出力相当のパルス信号を生成し、このパルス信号によって前記回転子位置を検出することにある。
また、本発明は、前記3つのホールセンサ信号の現在値の1つ前の値が無い場合には、現在値に基づいて、回転方向と前記現在値の1つ前の値とが合致するように、前記現在値の1つ前の値を設定することにある。
さらに、本発明は、ブラシレスDCモータと、このブラシレスDCモータの固定子に、一定間隔で配置され、前記ブラシレスDCモータの回転子の磁気を検出する3つのホールセンサと、前記ブラシレスDCモータの3つのホールセンサ信号をサンプリングし、現在値とその1つ前の値とから、前記ブラシレスDCモータの回転子の回転方向を判別する回転方向判別部と、得られた回転方向情報と前記3つのホールセンサの信号とから、前記ホールセンサ信号の2倍の周期の交番信号を生成する交番信号生成部と、前記3つのホールセンサ信号と前記交番信号とに基づき2相エンコーダ相当の信号を生成する2相エンコーダ信号生成部とを備え、前記2相エンコーダ相当の信号から回転子位置を検出することにある。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、ロータリーエンコーダなどを取り付けることなく、既存のブラシレスDCモータに取り付けられたホールセンサ出力を位置検出装置に入力することで回転子の位置をカウントする信号を得ることが可能となる。また回転方向を知ることもできる。
さらに、ブラシレスDCモータの駆動回路に本発明の装置が装備されている場合、そのまま回転子の位置をエンコーダカウンタでカウントできる。
ホールセンサと本発明の位置検出装置をバッテリーバックアップすることで、停電時の回転子位置情報を保持できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の実施の形態によるブラシレスDCモータの回転子位置検出装置を示す概念図である。
【図2】2相エンコーダ相当の信号A,Bを生成する手順を示すフローチャートである。
【図3】ホールセンサ出力の位相が120度で回転方向が時計方向であるときの3個のホールセンサ2,2,2からの出力と、エンコーダ信号を示すタイミングパルス波形である。
【図4】ホールセンサ出力の位相が120度で回転方向が反時計方向であるときの3個のホールセンサ2,2,2からの出力と、エンコーダ信号を示すタイミングパルス波形である。
【図5】図1の回転子位置検出装置のブロック図である。
【図6】ホールセンサ出力の位相が60度で回転方向が時計方向であるときの3個のホールセンサ2,2,2からの出力と、エンコーダ信号を示すタイミングパルス波形である。
【図7】ホールセンサ出力の位相が60度で回転方向が反時計方向であるときの3個のホールセンサ2,2,2からの出力と、エンコーダ信号を示すタイミングパルス波形である。
【図8】本発明の他の実施の形態を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態によるブラシレスDCモータの回転子位置検出装置を示す概念図で、ブラシレスDCモータ1には、回転子の位置を検出する3つのホールセンサ2,2,2が内蔵されている。ホールセンサ2,2,2は、固定子の内側に一定間隔で3個配置され、例えば120度の位相でそれぞれ配置されている。この位相は60度の位相で3個配置することもできる。
ブラシレスDCモータ1は、固定子を構成する固定子鉄心に巻線を巻装して一定間隔で例えば6つの磁極が設けられている。これら磁極には、デルタ結線またはスター結線により、それぞれU相巻線、V相巻線、W相巻線を構成するように固定子巻線が巻装されている。
【0010】
3はブラシレスDCモータ1を駆動する駆動回路であり、この駆動回路3は、例えば、対をなすスイッチング素子を三組、並列接続して構成されるもので、電源から流れる電流を、スイッチング素子をON、OFF制御して前記固定子巻線に駆動電流を流して駆動制御するものである。
【0011】
4は前記3つのホールセンサ2,2,2から回転子の位置情報が入力され、回転子位置を検出する回転子位置検出装置である。この回転子位置検出装置4は、回転方向判別部41と、交番信号生成部42と、2相エンコーダ信号生成部43とを備えている。前記回転方向判別部41は、前記3つのホールセンサ2,2,2信号の現在値U,V,W相信号と、その1つ前の値Un-1,Vn-1,Wn-1相信号から回転子の回転方向を判別するものである。前記交番信号生成部42は、前記回転方向判別部41で得られた回転方向情報と、前記3つのホールセンサ2,2,2のU,V,W相信号とから前記ホールセンサ信号の2倍の周期の交番信号を生成するものである。前記2相エンコーダ信号生成部43は、前記3つのホールセンサ2,2,2のU,V,W相信号と、前記交番信号生成部42からの交番信号Pとに基づき2相エンコーダ相当のA相,B相信号を生成するものである。このA相,B相信号はエンコーダカウンタ5に入力されてブラシレスDCモータ1の回転子位置が検出される。
【0012】
次に、2相エンコーダ相当の信号A,Bを生成する手順を図2のフローチャートを用いて説明する。
始めにホールセンサ2,2,2信号の現在値U,V,W相信号から電気角1周期中の位置情報を得る(ステップ1)。
次にホールセンサ2,2,2信号の現在値U,V,W相信号とその1つ前の値Un-1,Vn-1,Wn-1相信号と、から回転方向情報を得る(ステップ2)。
次に、3つのホールセンサ2,2,2のうちのどれか1つを選択し、選択したホールセンサの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジを基準位置とし、基準位置を通過するごとに交番するパルス交番信号を生成する(ステップ3)。
この際、回転方向によって立ち上がりエッジか、立ち下がりエッジかを決定する。
たとえば回転方向が時計回り方向のときに立ち上がりエッジを基準位置にするように決めた場合、回転方向が反時計回り方向になったら、今度は立ち下がりエッジを基準位置としてパルス交番信号を生成するように変更する(ステップ4)。
そして、3つのホールセンサ2,2,2の信号出力とパルス交番信号の、合計4つの信号の値から、2相エンコーダの出力A,Bに相当する信号を生成する(ステップ5)。
【0013】
次に、図3および図4には、ホールセンサ2,2,2の位相が120度位相で、回転方向が時計回り方向(CW方向)、回転方向が反時計回り方向(CCW方向)に回転しているブラシレスDCモータに取り付けられた3個のホールセンサ2,2,2からの出力を示す。
図3は時計回り方向(CW方向)に回転しているブラシレスDCモータに取り付けられた3個のホールセンサ2,2,2からの出力を示す。
【0014】
算出したいエンコーダ信号A,Bの一例は、図3の下部のとおりである。
ホールセンサ2,2,2の出力は1周期6箇所の位置情報が検出可能である。一方、エンコーダA,Bから得られる位置情報は4種類である。このため、ホールセンサ出力が区間0から5まで経過すると区間0の出力に戻るが、エンコーダ出力は同一とはならない。
【0015】
このことを、表1,2を使って説明する。この表1は、図3の信号を数値で表したものである。ただし、説明の都合上UDカウンタは除いてある。
【0016】
【表1】



【0017】
区間「0」のホールセンサ信号値は「101」で、エンコーダ値は「10」である。
区間「6」のホールセンサ信号値は区間「0」と同じく「101」であるが、エンコーダ値は「01」である。
【0018】
このように、ホールセンサ信号値とエンコーダ値が一意対応になっていないため、3つのホールセンサ信号値から2相エンコーダの信号を直接生成することはできない。
そこで本実施例においては、図5に示すように、前記交番信号生成部42にアップダウンカウンタ(UDカウンタ)42UDを用いて、表2のように、ホールセンサ信号の他に、新たにもう1つの信号を生成することにした。
【0019】
【表2】

【0020】
アップダウンカウンタ42UDの出力信号の生成方法について、表2を用いて以下に説明する。この表は、図3の信号を数値で表したものである。
便宜上、左から右へ進むのをCW方向、その逆をCCW方向とする。
本実施例では、CW方向に回転した時のホールUの立ち上がりエッジを基準位置として、交番信号生成部42でパルス交番信号を生成することとする。
【0021】
CW方向に回転していてホールUの信号が立ち上がりエッジとなるのは、ホールUの信号値が0から1に変わる区間「5」から「6」の間と、区間「11」から「0」の間である。
よって表2のように、アップダウンカウンタ42UDの出力値は、区間「5」と区間「11」を通過する度に0→1→0→1…と交番するパルス信号となる。
【0022】
次に、図4のように回転方向がCCW方向に変わった場合について説明する。
モータ回転子の回転方向については、3つのホールセンサ2,2,2の値から判別可能である。ただし、現在値U,V,Wだけからでの判別は不可能で、現在値U,V,Wとその1つ前の値Un-1,Vn-1,Wn-1とを比較することによって回転方向を判別する。
たとえばホールセンサ2,2,2の現在値U,V,Wが「100」で、その前の値Un-1,Vn-1,Wn-1が「110」だったとする。現在値U,V,Wが「100」ということは区間でいうと「1」か「7」ということになる。その前Un-1,Vn-1,Wn-1は「110」であるから、区間でいうと「2」か「8」ということになる。したがって、現在値U,V,Wの如何に係わらず回転方向はCCW方向であると判別できる。このように、3つのホールセンサ2,2,2の現在値U,V,Wとその1つ前の値Un-1,Vn-1,Wn-1から回転方向の判別が可能である。
【0023】
そして、回転方向がCCW方向になった場合には、パルス交番信号の基準位置をホールUの立ち下がりエッジに変更する。
ただしこれは、基準位置自体を別の位置に移してしまうという意味ではない。
表2を用いて具体的に説明すると、区間「5」から「6」に移る際はホールUの値は「0」から「1」になる。すなわち、立ち上がりエッジとなる。逆に区間「6」から「5」に移る際はホールUの値は「1」から「0」になる。これは立ち下がりエッジということになる。
このように回転方向によって立ち上がり/立ち下がりが逆転してしまうため、回転方向によって立ち上がりエッジでカウントするか、立ち下がりエッジでカウントするかを変更する必要がある。
【0024】
本実施例では、時計(CW)方向の回転時のホールUの立ち上がりエッジを基準位置とし、基準位置から1周期を1bitのアップダウンカウンタ42UDでカウントした。このときCW方向回転の場合にはアップカウント、反時計(CCW)方向の回転の場合にはダウンカウントするようにした。
以上のようにして、図3のUDカウンタ42UDの出力信号を生成した。
【0025】
なお、上記実施例のホールセンサ2,2,2の信号に対応するエンコーダ信号出力はー例であり、区間単位でずれる分には一向に問題はない。これは本発明に係わるエンコーダ相当出力信号が、インクリメンタルタイプであるためである。
【0026】
ここで、初期設定について説明する。
電源投入直後は、当然であるが、現在値の1つ前の値が存在しない。
そこで、電源投入後の初期値は、現在値と1bitカウンタの値を0もしくは1とし、CW方向回転もしくはCCW回転時の正常な1つ前の値を選択し、エンコーダ出力を決定するようにする。
それは例えば、ホールセンサ信号の現在値が「100」で、回転方向をCW方向とする場合、1つ前の値を「101」に選択する、ということである。
【0027】
図6と図7は、本発明の他の実施の形態で、図3と図4では、120度位相のホールセンサ2,2,2を使用した場合について説明したが、ブラシレスDCモータでは、ホールセンサ2,2,2の位相が60度で使用される場合もある。このときのCW方向回転時のホールセンサ2,2,2と1bitアップダウンカウンタ42UD、エンコーダ出力の関係を示したのが図6である。
また、回転方向CCW時のホールセンサ2,2,2と1bitアップダウンカウンタ42UD、エンコーダ出力の関係を示したのが図7である。
このようにホールセンサ2,2,2の位相が60度であっても、120度位相の場合と同様に、2相エンコーダ相当の信号を生成することが可能である。
【0028】
本願発明における回転位置検出装置4は、前記実施の形態では、ブラシレスDCモータの駆動回路装置とは別体に設けたが、図8に示すように、ブラシレスDCモータの駆動回路装置に内蔵させることもできる。
なお、上記実施の形態では、交番信号生成部42で、交番信号を生成するのにアップダウンカウンタを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の素子を使用して交番信号を生成しても良い。
【0029】
以上説明したように、上記実施の形態によれば、以下に列挙する効果が得られる。
ロータリーエンコーダなどを取り付けることなく、既存のブラシレスDCモータに取り付けられたホールセンサ2,2,2の出力を位置検出装置4に入力することで回転子の位置をカウントする信号を得ることが可能となる。また回転方向を知ることもできる。
さらに、ブラシレスDCモータ1の駆動回路3に本発明の装置が装備されている場合、そのまま回転子の位置をエンコーダカウンタ5でカウントできる。
ホールセンサ2,2,2と本発明の位置検出装置4をバッテリーバックアップすることで、停電時の回転子位置情報を保持できる。
【符号の説明】
【0030】
1 ブラシレスDCモータ
,2,2 ホールセンサ
3 駆動回路
4 回転子位置検出装置
41 回転方向判別部
42 交番信号生成部
42UD アップダウンカウンタ
43 2相エンコーダ信号生成部
5 エンコーダカウンタ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ブラシレスDCモータの固定子に、一定間隔で3つのホールセンサを配置し、前記ブラシレスDCモータの回転子の磁気を前記ホールセンサで検出し、前記ホールセンサの信号によって前記ブラシレスDCモータの回転子位置を検出する方法であって、
前記3つのホールセンサ信号の現在値と、その1つ前の値とから、前記回転子の回転方向を判別し、
前記3つのホールセンサのうち、いずれか1つの立ち上がりエッジまたは、立ち下がりエッジを基準位置とし、かつ、この基準位置として立ち上がりエッジを選択するか、あるいは、立ち下がりエッジを選択するかは、前記回転子の回転方向によって決定して、前記基準位置を通過する度に交番する交番信号を生成し、
前記3つのホールセンサの信号と、前記交番信号とから、2相エンコーダ出力相当のパルス信号を生成し、
このパルス信号によって前記回転子位置を検出することを特徴とするブラシレスDCモータの回転子位置検出方法。
【請求項2】
前記3つのホールセンサ信号の現在値の1つ前の値が無い場合には、現在値に基づいて、回転方向と前記現在値の1つ前の値とが合致するように、前記現在値の1つ前の値を設定することを特徴とする請求項1に記載のブラシレスDCモータの回転子位置検出方法。
【請求項3】
ブラシレスDCモータと、このブラシレスDCモータの固定子に、一定間隔で配置され、前記ブラシレスDCモータの回転子の磁気を検出する3つのホールセンサと、
前記ブラシレスDCモータの3つのホールセンサ信号をサンプリングし、現在値と、その1つ前の値とから、前記ブラシレスDCモータの回転子の回転方向を判別する回転方向判別部と、
得られた回転方向情報と前記3つのホールセンサの信号とから、前記ホールセンサ信号の2倍の周期の交番信号を生成する交番信号生成部と、
前記3つのホールセンサ信号と前記交番信号とに基づき2相エンコーダ相当の信号を生成する2相エンコーダ信号生成部と、
を備え、前記2相エンコーダ相当の信号から回転子位置を検出することを特徴とするブラシレスDCモータの回転子位置検出装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2013−90478(P2013−90478A)
【公開日】平成25年5月13日(2013.5.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−229703(P2011−229703)
【出願日】平成23年10月19日(2011.10.19)
【出願人】(000103792)オリエンタルモーター株式会社 (150)
【Fターム(参考)】