JP4758012B2

JP4758012B2 - ダイレクトドライブ・ブラシレスモータ

Info

Publication number: JP4758012B2
Application number: JP2001061338A
Authority: JP
Inventors: 司守乙顔
Original assignee: 株式会社甲府明電舎
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2021-03-06
Also published as: JP2002272076A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイレクトドライブ・ブラシレスモータに関する。詳しくは、多機能エンコーダを内蔵したダイレクトドライブ・ブラシレスモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
低速で大トルクを必要とし、簡易的サーボ運転（低精度で良い速度、位置、制御）をする用途の一例として自動ドア開閉用モータがある。
この自動ドア開閉用モータとして、従来ではＤＣモータに少パルスエンコーダを取り付け、減速機を介してタイミングベルトに固定されたドアを動かすシステムが広く使われてきた。
一例として自動ドア開閉用モータを取り挙げたが、それ以外の用途も十分あり得る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ＤＣモータ、エンコーダ及び減速機を組み合わせたシステムでは、ギア騒音、ブラシ保守、グリース漏れ等の問題がある。
また、ギア騒音を低減させるために減速比を少なく、つまり、モータ回転数を低くすると効率が低下し、体格が大となり、更に、コスト高となる不具合がある。
一方、ＯＡ用モータ等には、ＦＧ（Frequency Generator ）として多パルス検出する機能を内蔵したモータが使われているが、多パルスＦＧを得る方法として次の２つが従来の方法である。
【０００４】
その一つは、等方性又は異方性フェライト磁石を多パルス着磁し、対向するセンサー基板内に矩形状のＦＧパターンを設けてパターンに誘起する起電力を波形整形回路で矩形波にする方法である。
しかし、この方法では、２チャンネル信号を得ることが困難であり、正転、逆転の検出が出来ないという不都合がある。
【０００５】
他の一つは、等方性又は異方性フェライト磁石を多パルス着磁し、対向するセンサー基板９にホールセンサー１０を１ケ設けてＦＧ信号を得る方法である。
しかし、この方法では、ホールセンサーを２個として、位相をずらして配置すると２チャンネルが原理的に得られるが、着磁ピッチ１ｍｍ前後まで多極着磁すると、センサー部磁束密度が低くなり、センサーの感度バラツキ、取付精度との関係から２チャンネルの位相差が不正確となることが避けられず、このため多パルス化が困難となる不都合がある。
【０００６】
本発明は、グリース漏れ、騒音等のために、特に減速機を使いたくない用途に適するダイレクトドライブモータにおいて、簡易サーボ制御をする場合に、小型化、コスト安を目的としてモータにエンコーダ機能を内蔵させ、且つ多機能化させたダイレクトドライブ・ブラシレスモータを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係るダイレクトドライブ・ブラシレスモータは、ブラシレスモータにおいて、ティース部（２）は方向性珪素鋼板を使用し、アウターローター（３）にはセンサー用磁石（１１）が１個設けられ、また、前記ティース部（２）にはエンコーダ機能を持つセンサー基板（９）を介してホールセンサー(１０)が前記センサー用磁石（１１）と対向するように１２個設けられ、多パルス検出することを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係るダイレクトドライブ・ブラシレスモータは、前記ティース部（２）は、コア部（１）の外周に一体的に締結されることを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係るダイレクトドライブ・ブラシレスモータは、請求項１又は２において、前記センサー基板（９）は、前記センサー（１０）の出力である１２種の転流信号(ＳＡ０，ＳＢ０，ＳＣ０，ＳＡ１，ＳＢ１，ＳＣ１，ＳＡ２，ＳＢ２，ＳＣ２，ＳＡ３，ＳＢ３，ＳＣ３)を論理回路（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６，Ｇ７，Ｇ８，Ｇ９，Ｇ１０，Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ１３，Ｇ１４，Ｇ１５，Ｇ１６，Ｇ１７，Ｇ１８）にて論理演算して得られた２チャンネルエンコーダパルス（ＱＥ，ＱＦ）を簡易サーボ制御ヘ合成出力する機能を有することを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する本発明の請求項４に係るダイレクトドライブ・ブラシレスモータは、請求項１又は２において、前記センサー基板（９）は、前記センサー（１０）の出力である１２種の転流信号（ＳＡ０，ＳＢ０，ＳＣ０，ＳＡ１，ＳＢ１，ＳＣ１，ＳＡ２，ＳＢ２，ＳＣ２，ＳＡ３，ＳＢ３，ＳＣ３)を論理回路（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６，Ｇ７，Ｇ８，Ｇ９，Ｇ１０，Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ１３，Ｇ１４，Ｇ１５，Ｇ１６，Ｇ１７，Ｇ１８，Ｇ１９，Ｇ２０，Ｇ２１）にて論理演算して正転、逆転（Ｆ／Ｒ）検出と２又は４逓倍パルス（ＱＧ）を簡易サーボ制御ヘ合成出力する機能を有することを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する本発明の請求項５に係るダイレクトドライブ・ブラシレスモータは、請求項１又は２において、前記センサー基板（９）は、正転、逆転（Ｆ／Ｒ）で前記センサー（１０）の出力である転流信号(ＳＡ２，ＳＢ２，ＳＣ２，ＳＡ３，ＳＢ３，ＳＣ３)を切り換えて簡易サーボ制御ヘ出力する機能を有し、電気角で１５°の進み角運転することを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する本発明の請求項６に係るダイレクトドライブ・ブラシレスモータは、請求項１，２，３，４又は５において、前記機能を個々に又は同時に集積化したもの、又ＣＭＯＳ構成以外の論理回路により実現したことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、図面に示す実施例を参照して詳細に説明する。
本発明の一実施例に係るダイレクトドライブ・ブラシレスモータを図１〜図３に示す。
本実施例は、自動ドア開閉用モータに関するものであり、小型化、低速大トルク化のため、アウターロータ型ネオジウム系多極ブラシレスモータとし、プーリ４とアウターロータ３とを一体化することにより偏平且つ小型としたものである。
【００１４】
即ち、コア部１の中央部には軸１４が一体的に固着されると共にコア部１の外周にはティース部２が一体的に締結され、更に、軸１４にはベアリング７を介してプーリ４が回転自在に嵌合している。
ティース部２は、飽和磁束密度の高い方向性珪素鋼板が用いられ、スロットの巻線スペースを広くとり、太線の巻き込みを容易とした。従って、小型大トルクで効率の良いモータとなった。
また、多極とすることにより（図２では２０極−１８スロット集中巻化）、コイルエンド出張り寸法を短縮すると共に、低インピーダンス化を図り、効率を上げ特性を向上させた。
尚、２０極−１８スロット構成は、コギングトルクが少ないことが知られている（特公平８−８７６４号）。
【００１５】
プーリ４にはアウターロータ３が一体的に固着され、このアウターロータ３の周面内側には駆動磁石６が全周にわたって設けられ、更に、この駆動磁石６の近傍にはセンサー用磁石１１が設けられている。
センサー用磁石１１は、駆動磁石６とは別に設けられ、駆動磁石６と同種に着磁する。
センサー用磁石１１としては、フェライト異方性プラスチック磁石が用いられる。
一方、ティース部２の側面にはコイル５が装着されると共に支柱８を介してセンサー基板９が取り付けられ、このセンサー基板９にはホールセンサー１０が配置されている。
【００１６】
ホールセンサー１０は、上述したセンサー用磁石１１に対し内側に位置するよう１２個配置している。
即ち、２０極ロータの場合において、図４に示す１２種の転流信号（パルス）ＳＡ０，ＳＢ０，ＳＣ０，ＳＡ１，ＳＢ１，ＳＣ１，ＳＡ２，ＳＢ２，ＳＣ２，ＳＡ３，ＳＢ３，ＳＣ３が得られるように、１２個のホールセンサが図３に示すように中心軸に対して非対称的に配置されている。
つまり、通常のブラシレスモータ（３組）において、３個のホールセンサ（ＳＡ０，ＳＢ０，ＳＣ０）を使うと共に図４に示すタイミングとなるように９個のホールセンサ（ＳＡ１，ＳＢ１，ＳＣ１，ＳＡ２，ＳＢ２，ＳＣ２，ＳＡ３，ＳＢ３，ＳＣ３）を追加したものである。
【００１７】
本実施例では、２０極の場合であるから、７２０°／Ｐ＝３６°となり、３６°シフトしても同位相になるように配置されている。
例えば、図３に示すように、転流信号ＳＡ０とＳＡ１を出力するホールセンサ１０の中心軸に対してなす角度は、１２°＋１５°＝２７°であり、図４に示すように、転流信号ＳＡ０とＳＡ１との位相差は、１．５°×６＝９°であるから、両者を足し合わせると、２７°＋９°＝３６°となる。
また、図３に示すように、転流信号ＳＡ０とＳＡ２を出力するホールセンサ１０の中心軸に対してなす角度は、１２°＋１２°＋８°＋５．５°＝３７．５°であり、図４に示すように、転流信号ＳＡ０とＳＡ２との位相差は、１．５°であるから、両者の差は、３７．５°−１．５°＝３６°となる。
その他の転流信号ＳＡ０〜ＳＣ３の関係についても同様である。
【００１８】
このように、各転流信号ＳＡ０〜ＳＣ３は、各々機械角で、７２０℃／Ｐ（Ｐは極数）シフトしても同位相になるようにすれば、各ホールセンサー１０の配置は図３に示すものに限られない。
尚、ホールセンサー１０は、図１に示すようにセンサー用磁石１１に対し内面側に配置するものに限らず、その端面側に設けてもよい。
センサー基板９内には、図５に示すように多機能エンコーダ機能を実現するための回路が設けられ、Ａ、Ｂ２チャンネル３×Ｐ（Ｐは極数）パルス／ｒｅｖ（１回転当たり）のエンコーダ信号を得ることができる。
即ち、転流信号ＳＡ０，ＳＢ０，ＳＣ０は、それらの二つがそれぞれＡＮＤ回路Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３に入力し、それらの出力がＯＲ回路Ｇ４に入力して、図４に示すパルスＱＡとして出力される。
同様に、転流信号ＳＡ１，ＳＢ１，ＳＣ１は、それらの二つがそれぞれＡＮＤ回路Ｇ５，Ｇ６，Ｇ７に入力し、それらの出力がＯＲ回路Ｇ８に入力して、図４に示すパルスＱＢとして出力される。
【００１９】
また、転流信号ＳＡ２，ＳＢ２，ＳＣ２は、それらの二つがそれぞれＡＮＤ回路Ｇ９，Ｇ１０，Ｇ１１に入力し、それらの出力がＯＲ回路Ｇ１２に入力して、図４に示すパルスＱＣとして出力される。
また、転流信号ＳＡ３，ＳＢ３，ＳＣ３は、それらの二つがそれぞれＡＮＤ回路Ｇ１３，Ｇ１４，Ｇ１５に入力し、それらの出力がＯＲ回路Ｇ１６に入力して、図４に示すパルスＱＤとして出力される。
更に、パルスＱＡ，ＱＢは、ＥｘＯＲ回路Ｇ１７を経て、図４に示すパルスＱＥが得られ、また、パルスＱＣ，ＱＤは、ＥｘＯＲ回路Ｇ１８を経て、図４に示すパルスＱＦが得られる。
つまり、図５に示す回路では、パルスＱＥ、ＱＦがＡ、Ｂ２チャンネルエンコーダ信号となる。
【００２０】
そして、パルスＱＥ，ＱＦは、ＥｘＯＲ回路Ｇ１９，Ｇ２０，Ｇ２１を経て、図４に示すパルスＱＧが得られる。
パルスＱＧは、図４に示すように、パルスＱＥ，ＱＦを組み合わせた４逓倍信号ＦＧとして出力され、各パルスの間隔は１．５°機械角（２０極のとき）である。
一方、パルスＱＥ，ＱＦはフリップフロップ回路２０に入力され、正転／逆転（Ｆ／Ｒ）検出が行われる。
正転時には、転流信号ＳＡ０，ＳＢ０，ＳＣ０に代えて、ＳＣ３，ＳＡ３，ＳＢ３を出力し、逆転時にはＳＡ２，ＳＢ２，ＳＣ２を転流信号として出力するスイッチ３０が設けられている。
【００２１】
この時、進み角は１５電気角となる。１５°進み角は停止時にも特性の低下が４％以下と少なく、中低速回転時には高効率運転が可能となる角度であるが、あまり高速回転のものでは１５゜では少ないので不適となる。
つまり、フリップフロップ回路２０で正転又は逆転を検出し、スイッチ３０で使用するセンサーを切り換えることにより、進み角０°に対して、正転又は逆転共に進み角制御が行え、高効率運転が可能となる。
進み角を使用しない場合には、スイッチ３０は使用しない。
【００２２】
このように、本実施例では、自動ドア開閉用モータにおいて、プーリ４とアウターロータ３とを一体化して小型、高効率なモータを減速機を使わずに実現できた。
従って、従来技術におけるギア騒音、ブラシ保守、グリース漏れの問題点を解決することが可能となった。
また、コア部１とティース部２よりなる分割コアとし、ティース部２として飽和磁束密度の高い方向性珪素鋼板を用い、スロットの巻線スペースを広くとり、太線の巻き込みを容易としたので、小型大トルクで効率の良いモータとすることができた。
【００２３】
また、通常の多パルスエンコーダは構造上アウターロータへの取付が困難であるが、本実施例では、センサー基板９内でエンコーダ機能を持たせることにより低コスト、偏平、小型モータがエンコーダ付きで実現できた。
更に、センサー基板９には、正転／逆転検出、転流信号切り換え、４逓倍パルスを合成出力する機能を持つ多機能エンコーダを実現する回路を設けたため、多機能化、高効率運転を可能にした。
【００２４】
センサー用磁石１１は、フェライトプラスチック磁石としたため、２０極着磁程度では多極着磁とはいえないことにより、センサー部の磁束密度を高くとることができる。
そのため、ホールセンサー１０の感度バラツキによるパルス位相の誤差が少ないため、２チャンネル位相差の誤差が少なく実現できた。
上述したセンサー基板９における回路は、別途ハイブリッドＩＣやゲートアレイ等により集積化することで、小型化、低コスト化する事は容易である。
【００２５】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、アウクーロータとプーリを−体化させた小型、高効率なモータを減速機を使わずに実現でき、小型化、高効率化、低騒音化、クリーン化などを達成できた。また、ティース部とコア部とからなる分割コアとし、ティース部は方向性珪素鋼板とすることにより飽和磁束密度を高くとれ、スロットスペースを広くとれることになり太線巻き込みが可能で低インピーダンス巻線となり高効率、小型大トルクモータとなった。更に、モータセンサー基板内でエンコーダ機能を持たせることにより低コスト、偏平、小型モータがエンコーダ付きで実現できた。特に、センサー基板内エンコーダで正転／逆転検出、転流信号切り換え、４逓倍機能を持たせることにより多機能化、高効率運転を可能にした。センサー用フェライトプラスチック磁石にとっては、２０極着磁程度では多極着磁とはいえないことにより、センサー部の磁束密度を高くとることができ、ホールセンサーの感度バラツキによるパルス位相の誤差が少ないため２チャンネル位相差の誤差が少なく実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るダイレクトドライブ・ブラシレスモータの全体断面図である。
【図２】分割コア方式を示す説明図である。
【図３】ホールセンサーの配置を示す説明図である。
【図４】各信号のタイムチャートである。
【図５】センサー基板に搭載される機能を実現する回路のブロック図である。
【符号の説明】
１コア部
２ティース部
３アウターロータ
４プーリ
５コイル
６駆動磁石
７ベアリング
８支柱
９センサー基板
１０ホールセンサー
１１センサー用磁石
１２インシュレータ
１３スプリングピン
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ５，Ｇ６，Ｇ７，Ｇ９，Ｇ１０，Ｇ１１，Ｇ１３，Ｇ１４，Ｇ１５ＡＮＤ回路
Ｇ４，Ｇ８，Ｇ１６ＯＲ回路
Ｇ１７，Ｇ１８，Ｇ１９，Ｇ２０，Ｇ２１ＥｘＯＲ回路
２０フリップフロップ回路
３０スイッチ回路

Claims

ブラシレスモータにおいて、ティース部（２）は方向性珪素鋼板を使用し、アウターローター（３）にはセンサー用磁石（１１）が１個設けられ、また、前記ティース部（２）にはエンコーダ機能を持つセンサー基板（９）を介してホールセンサー(１０)が前記センサー用磁石（１１）と対向するように１２個設けられ、多パルス検出することを特徴とするダイレクトドライブ・ブラシレスモータ。
前記ティース部（２）は、コア部（１）の外周に一体的に締結されることを特徴とする請求項１記載のダイレクトドライブ・ブラシレスモータ。
前記センサー基板（９）は、前記センサー（１０）の出力である１２種の転流信号（ＳＡ０，ＳＢ０，ＳＣ０，ＳＡ１，ＳＢ１，ＳＣ１，ＳＡ２，ＳＢ２，ＳＣ２，ＳＡ３，ＳＢ３，ＳＣ３）を論理回路（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６，Ｇ７，Ｇ８，Ｇ９，Ｇ１０，Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ１３，Ｇ１４，Ｇ１５，Ｇ１６，Ｇ１７，Ｇ１８）にて論理演算して得られた２チャンネルエンコーダパルス（ＱＥ，ＱＦ）を簡易サーボ制御ヘ合成出力する機能を有することを特徴とする請求項１又は２記載のダイレクトドライブ・ブラシレスモータ。
前記センサー基板（９）は、前記センサー（１０）の出力である１２種の転流信号（ＳＡ０，ＳＢ０，ＳＣ０，ＳＡ１，ＳＢ１，ＳＣ１，ＳＡ２，ＳＢ２，ＳＣ２，ＳＡ３，ＳＢ３，ＳＣ３)を論理回路（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６，Ｇ７，Ｇ８，Ｇ９，Ｇ１０，Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ１３，Ｇ１４，Ｇ１５，Ｇ１６，Ｇ１７，Ｇ１８，Ｇ１９，Ｇ２０，Ｇ２１）にて論理演算して正転、逆転（Ｆ／Ｒ）検出と２又は４逓倍パルス（ＱＧ）を簡易サーボ制御ヘ合成出力する機能を有することを特徴とする請求項１又は２記載のダイレクトドライブ・ブラシレスモータ。
前記センサー基板（９）は、正転、逆転（Ｆ／Ｒ）で前記センサー（１０）の出力である転流信号(ＳＡ２，ＳＢ２，ＳＣ２，ＳＡ３，ＳＢ３，ＳＣ３)を切り換えて簡易サーボ制御ヘ出力する機能を有し、電気角で１５°の進み角運転することを特徴とする請求項１又は２記載のダイレクトドライブ・ブラシレスモータ。
前記機能を個々に又は同時に集積化したもの、又ＣＭＯＳ構成以外の論理回路により実現したことを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載のダイレクトドライブ・ブラシレスモータ。