JP2019054656A - モータ駆動システムおよびモータの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストの上昇を抑えつつ、ブラシレスモータの極低速時、回転停止時のトルク変動を軽減する。【解決手段】モータ駆動システム１０は、モータ５０と、２軸磁気センサ８０と、交番型磁気センサ７０と、磁極回転角検出部６０と、モータ制御装置２０とを備える。交番型磁気センサ７０および２軸磁気センサ８０は、ステータとの位置関係が固定された基板に配置される。交番型磁気センサ７０は、モータ５０のコイルの相数と同個数以上のホールセンサ７１〜７３を含む。磁極回転角検出部６０は、２軸磁気センサ８０および交番型磁気センサ７０の出力を受けてロータの磁極回転角度を検出する。モータ制御装置２０は、磁極回転角検出部６０によって検出されたロータの磁極回転角度を用いてコイルの電流を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、多相ブラシレスモータを含むモータ駆動システムおよび多相ブラシレスモータの制御方法に関する。

ブラシレスモータの駆動制御方法としては、ロータ回転の電気角６０度ごとに通電パターンを変化させる矩形波駆動方式と、回転に同期した正弦波で駆動する正弦波駆動方式がある。正弦波駆動は矩形波駆動よりも駆動効率が良く、またトルク変動が少ないため低振動低騒音である。これらの駆動制御を行うためには、ロータ回転に同期して駆動電圧を発生するための磁極検出センサを用いる。

ブラシレスモータの磁極検出には、安価なホールＩＣなどの交番型磁気センサ（Ｎ−Ｓスイッチ型）を複数用いることが一般的である。これらのセンサを用いて正弦波駆動を行うには、センサが検出するタイミングからの経過時間をもとにした補間によって磁極位置を推定する必要がある。

特開２００３−００９５７９号公報（特許文献１）では、一定の回転以上で磁極位置を補間演算により推定し、それ未満の極低速時には補間演算を行わず、検出位置における固定の角度数値を用いる。また、特開２００７−１１０７８１号公報（特許文献２）では、極低速時や停止時に電流値を増加補正することでトルクの低下を防止している。

特開２００３−００９５７９号公報 特開２００７−１１０７８１号公報

交番型磁気センサを複数用いる方式およびセンサレス駆動方式では、モータが回転し続ける用途では補間が可能だが、モータを動力とした位置制御やトルク制御などを行うアクチュエータとしての用途などでは、モータの回転が不規則になったり断続的になったりするので、補間が行えない場合がある。このような場合は矩形波駆動を用いることになるが、トルク変動が大きくなる問題がある。

たとえば、特開２００３−００９５７９号公報（特許文献１）に開示される方法では、極低速時には補間演算を行わず、検出位置における固定の角度数値を離散的に用いるため、極低速時のトルク変動を抑えることができない。

また、特開２００７−１１０７８１号公報（特許文献２）に開示される方法では、極低速時や停止時に電流値を増加補正すると、回転位置によっては逆にトルクが増加する問題が残り、電流-トルク特性のリニアリティが確保できない。

トルク変動やリニアリティ不良が許容できないときは、ストール状態から高精度に回転位置検出が可能で、かつ高速なレゾルバなどを用いるのが一般的である。しかし、レゾルバは構造が複雑で、専用の駆動回路も必要なため、モータを含めたシステムが大型で高価になることが避けられない。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、比較的安価かつ小型のセンサを用いつつ、極低速時、回転停止時のトルク変動を軽減することができるモータ駆動システムおよびモータの制御方法を提供することである。

この発明は、要約すると、モータ駆動システムであって、複数相のコイルが巻回されたステータと、ステータに対して回転軸の回りに回転するロータと、ロータに固定され、環状にＮ極とＳ極が交互に位置するように磁石が配置されるパルサリングと、ステータとの位置関係が固定された部材に配置される２軸磁気センサと、部材に配置された、コイルの相数と同個数以上の交番型磁気センサと、２軸磁気センサおよび交番型磁気センサの出力を受けてロータの磁極回転角度を検出する磁極回転角検出部と、磁極回転角検出部によって検出されたロータの磁極回転角度を用いてコイルの電流を制御するモータ制御装置とを備える。

好ましくは、磁極回転角検出部は、ロータの回転速度がしきい値より低い場合には、２軸磁気センサの出力を用いてロータの磁極回転角度を算出し、ロータの回転速度がしきい値より高い場合には、交番型磁気センサの出力を用いてロータの磁極回転角度を算出する。

好ましくは、磁極回転角検出部は、２軸磁気センサと交番型磁気センサのいずれか一方が異常で、他方が正常である場合には、正常である方の磁気センサの出力を用いてロータの磁極回転角度を算出する。

この発明は、他の局面ではモータの制御方法である。モータは、複数相のコイルが巻回されたステータと、ステータに対して回転軸の回りに回転するロータと、ロータに固定され、環状にＮ極とＳ極が交互に位置するように磁石が配置されるパルサリングと、ステータと位置関係が固定された部材に配置される２軸磁気センサと、部材に配置された、コイルの相数と同個数以上の交番型磁気センサとを備える。制御方法は、ロータの回転速度がしきい値より低い場合には、２軸磁気センサの出力を用いてロータの磁極回転角度を算出し、ロータの回転速度がしきい値より高い場合には、交番型磁気センサの出力を用いてロータの磁極回転角度を算出するステップと、検出されたロータの磁極回転角度を用いてコイルの電流を制御するステップとを備える。

本発明によれば、多相ブラシレスモータにおいて、コストの増加を抑えつつ極低速時、回転停止時のトルク変動を軽減することができる。

実施の形態１に係る多相ブラシレスモータの概略構成を示すブロック図である。 モータ５０の主要部品を示した投影図である。 モータ５０の主要部品の展開図である。 基板５４の形状を示す図である。 ２軸磁気センサの検出するベクトルを説明するための図である。 ２軸磁気センサの出力波形の第１例を示す図である。 ２軸磁気センサの出力波形の第２例を示す図である。 パルサリング５３の一部を拡大して示した図である。 パルサリング５３に沿って２軸磁気センサ８０の相対位置が変化する様子を示した模式図である。 磁極回転角と２軸磁気センサ８０の検出角の関係の一例を示す図である。 ストール状態でのモータ回転位置によるトルク変動特性について、正弦波駆動と矩形波駆動で比較して示した図である。 同じモータにおいて、磁極検出に２軸磁気センサを使用した場合と交番型磁気センサを使用した場合とのＮ−Ｔ特性を比較して示した図である。 実施の形態１の磁極回転角検出部６０の切替え処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２の磁極回転角検出部６０の切替え処理を説明するためのフローチャートである。 モータ駆動システムの応用例を示した図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に係る多相ブラシレスモータの概略構成を示すブロック図である。図１を参照して、モータ駆動システム１０は、モータ制御装置２０と、ドライブ回路３０と、インバータ４０と、三相ブラシレスＤＣモータ（以下、「モータ」と）５０と、磁極回転角検出部６０と、交番型磁気センサ７０と、２軸磁気センサ８０と、電流センサ９０とを含む。

モータ制御装置２０は、電流センサ９０が検出したモータ５０の各相コイルの電流値と、磁極回転角検出部６０が検出したモータ５０のロータの磁極回転角と、与えられた指令値とに基づいて、ドライブ回路３０を制御する。モータ制御装置２０は、回転数、トルク、モータのロータに連動する被駆動体の位置などに基づいて与えられる指令値から電流指令値を生成し、ＰＷＭ処理を行なってドライブ回路３０の駆動信号を生成する。

ドライブ回路３０は、モータ制御装置２０から受信したＰＷＭ信号に基づき、インバータ４０内の６つのパワースイッチング素子をそれぞれオン／オフ作動させるための制御パルスを発生させて、インバータ４０に送信する。インバータ４０内の６つのパワースイッチング素子がオン／オフ作動することによって、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の通電路からステータコイルに駆動電流が流れ、モータ５０が回転駆動される。

交番型磁気センサ７０は、ホールセンサ７１〜７３を含む。ホールセンサ７１〜７３の各々は、磁極のＮ極、Ｓ極により出力が２値に切り替わる。２軸磁気センサ８０は、後述するように、モータ５０内で磁界の方向を検出する。磁極回転角検出部６０は、交番型磁気センサ７０の出力および２軸磁気センサ８０の出力を受ける。

図２は、モータ５０の主要部品を示した投影図である。図３は、モータ５０の主要部品の展開図である。図２、図３を参照して、モータ５０は、ステータ５１と、ステータ５１に対して回転軸の回りに回転するロータ５２と、ロータ５２に固定され、環状にＮ極とＳ極が交互に位置するように磁石が配置されるパルサリング５３と、ステータ５１と位置関係が固定された部材（たとえばステータ５１が固定される図示しないモータケースに固定された基板５４）とを含む。

ステータ５１は、電磁鋼板等の磁性体で形成されたステータコア５１Ａと、ステータコア５１Ａに巻回されているスター結線された３つの信号相であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータコイル５１Ｂとを含む。ロータ５２は、ロータコア５２Ａと、ロータコア５２Ａの外周に配置された永久磁石５２Ｂとを含む。

パルサリング５３は、ロータの永久磁石５２Ｂと同数のＮ極、Ｓ極に磁石が配置され、基板５４との距離が一定となるように配置されている。

なお、図２および図３に例示したのは、中空のロータ５２を有するモータであるが、ロータ５２は必ずしも中空でなくてもよく、モータの出力軸である回転シャフトに固定されているものでも良い。

図４は、基板５４の形状を示す図である。図４に示すように、基板５４には、図１の交番型磁気センサ７０と、２軸磁気センサ８０とが配置されている。

交番型磁気センサ７０は、ホールセンサ７１〜７３によって、ロータ５２の回転に伴って回転するパルサリング５３上の磁石の位置を検出し、所定の角度（たとえば６０°）ごとに磁極位置情報としての位置検出信号ＰＵ、ＰＶ、ＰＷを出力する。

磁極回転角検出部６０は、ホールセンサ７１〜７３から受けた位置検出信号ＰＵ、ＰＶ、ＰＷの信号レベルの組み合せに基づいて６つの検出パルスを発生させ、各検出パルスに基づいて磁極位置を検出するように構成される。ホールセンサ７１〜７３は交番検知、すなわち磁極の極性の切り替わりに応じて出力のハイレベル／ローレベルが切り替わる。ホールセンサ７１〜７３は磁石が離れた後も最後に接近していた磁極の極性を覚えている。このようなホールセンサは、ブラシレスモータのコイル切替えに従来から用いられている。

一方、２軸磁気センサ８０は、被検出点となる空間中のある点における磁界を検出する。このような磁気センサは、それぞれが直交した検出軸の数によって検出する空間の次数が定まり、２軸では２次元平面、３軸では３次元空間におけるベクトルとして磁界を検出できる。本実施の形態では、回転磁界を検出するために、図１のように２軸磁気センサ８０を用いる。

図５は、２軸磁気センサの検出するベクトルを説明するための図である。図６は、２軸磁気センサの出力波形の第１例を示す図である。図７は、２軸磁気センサの出力波形の第２例を示す図である。図５のようにマグネットＭが２軸磁気センサ８０の近くに配置されると、被検出点Ｐにおける磁界の向きと大きさが２軸磁気センサ８０から出力される。２軸磁気センサ８０は、ＸＹ平面におけるベクトルＤを示す情報を出力する。マグネットＭがＺ軸を回転軸として回転するとベクトルＤも磁界の向きに合わせて回転する。

２軸磁気センサは、例えば複数のホール素子と信号処理回路とが集積されたＩＣとして提供され、図６に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸のそれぞれの磁界強度を出力するタイプ（タイプＡ）と、図７に示すように、内部演算によって磁界ベクトルの角度θを出力するタイプ（タイプＢ）がある。一定の角速度で回転する磁界に対し、タイプＡのセンサの出力は正弦波（sin波）と余弦波（cos波）であり、タイプＢのセンサの出力はのこぎり波となる。Ｘ軸、Ｙ軸のそれぞれの磁界強度を出力する場合（タイプＡ）は、センサの後段で検出した磁界のベクトルを演算により求める必要がある。磁界ベクトルの角度を出力する場合（タイプＢ）、演算はセンサ内部の信号処理回路で行われ、出力のスカラ量が角度そのものを表すので、センサの後段で演算を行う必要がない。また、リニアリティの補正を行えるセンサも市販されている。ただし、このタイプでは演算のための検出遅延が発生する。

次に、２軸磁気センサ８０を用いてパルサリング５３による磁極位置検出を行う原理を解説する。図８は、パルサリング５３の一部を拡大して示した図である。図９は、パルサリング５３に沿って２軸磁気センサ８０の相対位置が変化する様子を示した模式図である。

図８、図９に示すように周方向に沿って磁石のＮ極とＳ極が交互に並んでいるとき、ロータ５２が回転すると磁石の並びの方向に沿って２軸磁気センサ８０が相対移動する。磁界の方向を磁力線で表すと、２軸磁気センサ８０の検出点Ｐ１〜Ｐ５おける磁力線の方向は、センサと磁石の相対移動によってＮ極とＳ極の１対分が通過すると１回転する。通常の交番型磁力センサ（Ｎ−Ｓスイッチ）に用いるのと同様にパルサリング５３の磁極をロータの磁極と同期して円周状に配置し、さきほどの例と同様に磁界の方向を検出すると、この周期はモータの電気角の周期と一致する。すなわち、ロータ５２が１極対分回転移動すると電気角が１回転し、これに同期して２軸磁気センサ８０による検出角も１回転する。このようにして、２軸磁気センサ８０により電気角を検出できる。

再び図３、図４を参照して本実施の形態に係る３相ブラシレスモータの構成を説明する。磁極検出における被検出体であるパルサリング５３がロータ５２とともに回転し、検出部である３相の交番型磁気センサ７０（３個のホールセンサ７１〜７３）と１個の２軸磁気センサ８０がパルサリング５３に正対して基板５４に固定されている。基板５４は、ステータ５１とともに図示しないモータケースに固定されている。このように検出部と被検出部がスラスト方向に配置された場合、２軸磁気センサは、パルサリング５３により発生する磁界のうち、パルサリング５３の表面に直交し円周接線と平行な平面上の成分（図９に矢印で示す）を検出する。

２軸磁気センサ８０によって検出される磁界の向きは３６０°の回転角度で表され、ロータ５２が１回転すると極対数の回数だけ回転する。図３の例では、極対数は６であるので、ロータ５２が１回転すると２軸磁気センサ８０の検出角は６回転する。また、ロータの機械角１回転に対し電気角は極対数の回数だけ回転し、この電気角を正確に検出することでトルク変動の少ないモータ制御を実現できる。パルサリング５３の磁石の配置をロータ５２の磁石の配置に対応させておけば、検出される磁界の向きは電気角の回転に一意に対応し、検出された磁界の向きを電気角に変換することで、電気角を正確に算出することができる。

なお、図３、図４、図９で示されるパルサリング５３と２軸磁気センサ８０の位置関係では、磁極回転角と２軸磁気センサ８０の検出角の周期は一致するものの、磁極回転角と２軸磁気センサ８０の検出角は直線関係にはならない。図１０は、磁極回転角と２軸磁気センサ８０の検出角の関係の一例を示す図である。図１０のようにそれぞれの角度の推移は一致しないので、検出角から電気角を求める変換が必要である。この変換は２軸磁気センサ８０のリニアリティ補正機能を用いて行ってもよいし、２軸磁気センサ８０の後段で演算を行ってもよい。

２軸磁気センサ８０を使用することによって、ストール時や極低速時にも電気角を知ることができるので、ストール時や極低速時にも正弦波駆動を行なうことができる。図１１は、ストール状態でのモータ回転位置によるトルク変動特性について、正弦波駆動と矩形波駆動で比較して示した図である。図１１に示すように、正弦波駆動の方が矩形波駆動のときよりもストールトルクの変動が抑えられている。したがって、正弦波駆動を行なうことによって、ストール時や極低速時にトルク変動が低減する。

また、２軸磁気センサ８０は、既存の基板５４に実装すれば良いので、レゾルバなどを追加する場合のように出力軸のレイアウトを制限しない。本実施の形態のモータ駆動システムによれば、安価な２軸磁気センサ８０を使用して、ストール状態でも正弦波駆動を用いることが可能となり、交番型磁気センサを使用するよりもトルク変動を改善することができる。

しかし、２軸磁気センサ８０は、演算処理をセンサ内で行なう場合は検出に遅れが発生したり、後段で行なう場合は演算に時間がかかることにより、高速回転時のモータ性能の劣化を引き起こしたりする可能性がある。

図１２は、同じモータにおいて、磁極検出に２軸磁気センサを使用した場合と交番型磁気センサを使用した場合とのＮ−Ｔ特性を比較して示した図である。図１２に示されるように、回転速度とトルクの関係を示すＮ−Ｔ特性は、ストールから回転速度Ｎ１までの低回転領域では２軸磁気センサ８０を用いる方（Ｗ８０）が良く、回転速度Ｎ１を超えた高回転領域では交番型磁気センサ７０を用いる方（Ｗ７０）が良い。

そこで、一定の回転数を超えたとき、従来から用いられている３相交番型磁気センサ７０による検出方法に切り替えることが好ましい。２種類の磁気センサを使用することによって、高速回転時においてもモータ性能が劣化することを防止することができる。

図１２における回転速度Ｎ１を境にして２種類のセンサを切り替えることで、ストール状態から高回転まで良好なモータ特性を得ることができる。図１３は、実施の形態１の磁極回転角検出部６０の切替え処理を説明するためのフローチャートである。図１３を参照して、ステップＳ１において、磁極回転角検出部６０は、現在の回転速度がＮ１より低いか否かを判断する。回転速度がＮ１より低ければ（Ｓ１でＹＥＳ）、磁極回転角検出部６０は、２軸磁気センサ８０の出力から磁極位置を検出する。一方、回転速度がＮ１以上であれば（Ｓ１でＮＯ）、磁極回転角検出部６０は、交番型磁気センサ７０の出力から磁極位置を検出する。ステップＳ２、Ｓ３のいずれかで磁極位置が検出されたら、ステップＳ４に処理が進められる。図１のモータ制御装置２０では、検出された磁極位置を使用したモータ制御が実行される。

なお、このとき、３相交番型ホールセンサの代わりにセンサレス制御を用いることもできる。一般的にセンサレス制御では、モータ回転開始時の制御が複雑でモータ性能も限定されるが、回転開始時に２軸磁気センサ８０による磁極検出を併用することで、これらの欠点を補うことができる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、２種類の磁気センサを回転速度に応じて切換えて使用することについて説明した。実施の形態２では、信頼性を向上させるために冗長構成とした２種類の磁気センサを使用する。

図１２のＮ‐Ｔ特性に見られるように、モータ性能が多少低下する領域があるが、どちらかのセンサのみでも一定の性能を満たしたモータ作動に問題はない。この冗長性により、例えば車載用途において、故障発生時に縮退運転を行なう事が可能となり、安全性の向上を得ることができる。

図１４は、実施の形態２の磁極回転角検出部６０の切替え処理を説明するためのフローチャートである。図１４を参照して、ステップＳ１１において、磁極回転角検出部６０は、現在の回転速度がＮ１より低いか否かを判断する。回転速度がＮ１より低ければ（Ｓ１１でＹＥＳ）、ステップＳ１２において、磁極回転角検出部６０は、２軸磁気センサ８０の出力が正常であるか否かを判断する。たとえば、２軸磁気センサ８０の出力が０Ｖに固定されたような場合には断線が疑われるので、磁極回転角検出部６０は２軸磁気センサ８０の出力が正常でないと判断する。ステップＳ１２において２軸磁気センサ８０の出力が異常であると判断された場合（Ｓ１２でＮＯ）、ステップＳ１３において磁極回転角検出部６０は、交番型磁気センサ７０の出力が正常であるか否かを判断する。

一方、ステップＳ１１において回転速度がＮ１以上であれば（Ｓ１１でＮＯ）、ステップＳ１４において磁極回転角検出部６０は交番型磁気センサ７０の出力が正常であるか否かを判断する。たとえば、交番型磁気センサ７０の出力の少なくとも１つが０Ｖに固定されたような場合には、断線が疑われるので磁極回転角検出部６０は、交番型磁気センサ７０の出力が正常でないと判断する。ステップＳ１４において交番型磁気センサ７０の出力が異常であると判断された場合（Ｓ１４でＮＯ）、ステップＳ１５において磁極回転角検出部６０は、２軸磁気センサ８０の出力が正常であるか否かを判断する。

ステップＳ１２またはステップＳ１５において、２軸磁気センサ８０の出力が正常と判断された場合、磁極回転角検出部６０は２軸磁気センサ８０の出力から磁極位置を検出する（Ｓ１６）。一方ステップＳ１３またはステップＳ１４において、交番型磁気センサ７０の出力が正常と判断された場合、磁極回転角検出部６０は交番型磁気センサ７０の出力から磁極位置を検出する（Ｓ１７）。

ステップＳ１６、Ｓ１７のいずれかで磁極位置が検出されたら、ステップＳ１８に処理が進められる。図１のモータ制御装置２０では、検出された磁極位置を使用したモータ制御が実行される。

一方、交番型磁気センサ７０の出力が正常でないと判断された場合（Ｓ１３でＮＯ）または２軸磁気センサ８０の出力が正常でないと判断された場合（Ｓ１５でＮＯ）、磁極回転角検出部６０は磁気センサ不良エラー表示を出力し（Ｓ１９）、モータ制御装置にモータを停止させ（Ｓ２０）、磁極回転角の検出処理を終了する（Ｓ２１）。

［応用例］
図１５は、モータ駆動システムの応用例を示した図である。図１５を参照して、モータ駆動システム１１０は、図１のモータ駆動システム１０に直動機構１３０を組み込んだものである。モータ駆動システム１１０は、モータ駆動システム１０の構成に加えて、モータ５０のロータの回転を減速させる減速機１２０と、直動機構１３０と、ストロークセンサ１４０とをさらに備える。

直動機構１３０は、減速機１２０に連結されたボールねじナット１３１と回転が規制されたボールねじシャフト１３２とを含む。減速機１２０によってボールねじナット１３１が回転されると、ボールねじシャフト１３２が回転方向に応じて前進または後退をするようにストローク量Ｘが変化する。ストロークセンサ１４０は、ボールねじシャフト１３２のストローク量Ｘを検出し、モータ制御装置２０Ａに出力する。モータ制御装置２０Ａは、ストローク量Ｘが指令値と一致するようにモータ５０の回転を制御する。

このような用途では、モータ５０は常時回転しているわけではなく、回転と停止とを頻繁に繰り返すことが多い。このような用途では、本実施の形態のモータ駆動システムを用いることにより、直動機構においても安定した推力を得ることが可能となる。

最後に、再び図面を参照して、実施の形態１，２について総括する。図１〜図４を参照して、モータ駆動システム１０は、複数相のステータコイル５１Ｂが巻回されたステータ５１と、ステータ５１に対して回転軸の回りに回転するロータ５２と、ロータ５２に固定され、環状にＮ極とＳ極が交互に位置するように磁石が配置されるパルサリング５３と、２軸磁気センサ８０と、交番型磁気センサ７０と、磁極回転角検出部６０と、モータ制御装置２０とを備える。２軸磁気センサ８０は、ステータ５１との位置関係が固定された基板５４に配置される。交番型磁気センサ７０は、基板５４に配置された、ステータコイル５１Ｂの相数と同個数以上のホールセンサ７１〜７３を含む。磁極回転角検出部６０は、２軸磁気センサ８０および交番型磁気センサ７０の出力を受けてロータの磁極回転角度を検出する。モータ制御装置２０は、磁極回転角検出部６０によって検出されたロータ５２の磁極回転角度を用いてコイルの電流を制御する。

好ましくは、図１３に示すように、磁極回転角検出部６０は、ロータ５２の回転速度がしきい値Ｎ１より低い場合には、２軸磁気センサ８０の出力を用いてロータ５２の磁極回転角度を算出し、ロータ５２の回転速度がしきい値Ｎ１より高い場合には、交番型磁気センサ７０の出力を用いてロータ５２の磁極回転角度を算出する。

好ましくは、図１４に示すように、磁極回転角検出部６０は、２軸磁気センサ８０と交番型磁気センサ７０のいずれか一方が異常で、他方が正常である場合には、正常である方の磁気センサの出力を用いてロータ５２の磁極回転角度を算出する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ブラシレスモータがストール状態から高回転状態にわたって効率やトルク変動において優れる正弦波駆動を行うために、比較的安価で小型なセンサを用いて、出力軸のレイアウトを制限することなく磁極回転位置を検出する方法を提供することができる。

また、高速高精度の高価なレゾルバなどに比べて安価な２軸磁気センサを用いて、交番型磁気センサ（Ｎ−Ｓ極スイッチ型）を用いた一般的なブラシレスモータと同様のパルサリングを被検出体とすることで、モータ出力軸のレイアウトを制限せず、磁極角度を高分解能に検出することができる。

また、高速回転時に２軸磁気センサの遅延や演算時間がモータ性能の劣化を引き起こす場合は、同じパルサリングを被検出体とした交番型磁気センサ（Ｎ−Ｓ極スイッチ型）を実装し、従来通りの手法であるスイッチの切り替わりのタイミングからの経過時間をもとにした補間による位置推定を行なうことで、モータ性能の劣化を防止する。これらのセンサは被検出体である単一のパルサリングに対向する基板の円周上に実装できるため、モータサイズの増大を避けることができる。また、２軸磁気センサと交番型磁気センサのどちらかのみを用いても、一定の性能を確保したモータ回転は可能なので、磁極検出センサの二重化による故障時の安全性の向上も期待できる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０，１１０ モータ駆動システム、２０，２０Ａ モータ制御装置、３０ ドライブ回路、４０ インバータ、５０ モータ、５１ ステータ、５１Ａ ステータコア、５１Ｂ ステータコイル、５２ ロータ、５２Ａ ロータコア、５２Ｂ 永久磁石、５３ パルサリング、５４ 基板、６０ 磁極回転角検出部、７０ 交番型磁気センサ、７１，７３ ホールセンサ、８０ ２軸磁気センサ、９０ 電流センサ、１２０ 減速機、１３０ 直動機構、１３１ ボールねじナット、１３２ ボールねじシャフト、１４０ ストロークセンサ。

Claims (4)

1. 複数相のコイルが巻回されたステータと、
   前記ステータに対して回転軸の回りに回転するロータと、
   前記ロータに固定され、環状にＮ極とＳ極が交互に位置するように磁石が配置されるパルサリングと、
   前記ステータとの位置関係が固定された部材に配置される２軸磁気センサと、
   前記部材に配置された、前記コイルの相数と同個数以上の交番型磁気センサと、
   前記２軸磁気センサおよび前記交番型磁気センサの出力を受けて前記ロータの磁極回転角度を検出する磁極回転角検出部と、
   前記磁極回転角検出部によって検出された前記ロータの磁極回転角度を用いて前記コイルの電流を制御するモータ制御装置とを備える、モータ駆動システム。
2. 前記磁極回転角検出部は、前記ロータの回転速度がしきい値より低い場合には、前記２軸磁気センサの出力を用いて前記ロータの磁極回転角度を算出し、前記ロータの回転速度がしきい値より高い場合には、前記交番型磁気センサの出力を用いて前記ロータの磁極回転角度を算出する、請求項１に記載のモータ駆動システム。
3. 前記磁極回転角検出部は、前記２軸磁気センサと前記交番型磁気センサのいずれか一方が異常で、他方が正常である場合には、正常である方の磁気センサの出力を用いて前記ロータの磁極回転角度を算出する、請求項１または２に記載のモータ駆動システム。
4. モータの制御方法であって、
   前記モータは、
   複数相のコイルが巻回されたステータと、
   前記ステータに対して回転軸の回りに回転するロータと、
   前記ロータに固定され、環状にＮ極とＳ極が交互に位置するように磁石が配置されるパルサリングと、
   前記ステータと位置関係が固定された部材に配置される２軸磁気センサと、
   前記部材に配置された、前記コイルの相数と同個数以上の交番型磁気センサとを備え、
   前記制御方法は、
   前記ロータの回転速度がしきい値より低い場合には、前記２軸磁気センサの出力を用いて前記ロータの磁極回転角度を算出し、前記ロータの回転速度がしきい値より高い場合には、前記交番型磁気センサの出力を用いて前記ロータの磁極回転角度を算出するステップと、
   検出された前記ロータの磁極回転角度を用いて前記コイルの電流を制御するステップとを備える、モータの制御方法。