JP5101309B2 - モータの位置検出方法およびモータの駆動装置並びにポンプ - Google Patents
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Description
ロータの軸方向の位置検出方法としては、例えば、汎用の変位センサ(光学式、渦電流式、静電容量式等)を設置し、このセンサからの信号に基づいてロータの位置を検出する方法が知られている。また、例えば、軸流型人工心臓ポンプに組み込まれ、ロータが支持管内を流れる流体と相互作用するように構成されたモータにおいて、ロータの軸方向の運動を検出するセンサを有する調整装置と少なくとも1つの電磁コイルとを設け、磁気コイルの磁場を調整装置が調整することにより、モータの脱調等を防止する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
本発明の参考例としての一態様は、ロータと、複数相の電機子巻線が巻きつけられたステータとを有するモータの位置検出方法であって、ステータコアの軸方向一端面に位置検出用コイルを配置し、該位置検出用コイルに発生する誘起電圧を検出し、この検出結果に基づいて前記ロータの軸方向の位置を検出するモータの位置検出方法である。
また、上記態様は、可能な範囲で組み合わせて利用することができるものである。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る3相のブラシレスモータ(以下「モータ」という。)の断面図、図2は図1に示したモータ1のA−A矢視断面図、図3は位置検出用コイルの取り付け例を説明するためのモータの概略斜視図である。
図1乃至図3に示されるモータ1はステータ2と、ロータ3とを備えている。ステータ2は、薄肉の磁性鋼板を多数積層してなる円筒状のステータコア21の内側に、その周方向に所定の間隔を隔てて設けられた複数のステータティース22を有している。ステータティース22には、Y結線される3相電機子巻線25(図2参照)が巻きつけられている。
図7において、横軸は時間、縦軸は誘起電圧である。図8において、横軸はロータの軸方向位置(基準位置からの変位量、換言すると、ステータコア21の軸方向中心に対するロータ3の軸方向中心のズレ量)、縦軸は誘起電圧の振幅である。
次に、本発明の第2の実施形態について、図10を用いて説明する。
上述した第1の実施形態にかかる位置検出方法及びモータの駆動装置においては、位置検出用コイル5をステータコア21の軸方向片側端面にのみ配置していたが、本実施形態では、ステータコア21の軸方向両端面に位置検出用コイル5,5´を設けている。以下、本実施形態の位置検出方法及びモータの駆動装置について、第1の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
このため、誘起電圧VLの電圧を正として考えた場合、図12に示されるように、誘起電圧VLとVL´との電圧差ΔV=VL−VL´は基準位置でゼロとなり、位置検出用コイル5が設けられている側にロータ3が移動するほど、大きな正の値ΔV=VL−(−VL´)=VL+VL´をとり、逆に、位置検出用コイル5が設けられていない側に移動するほど大きな負の値ΔV=−VL−(+VL´)=−(VL+VL´)をとることとなる。
また、更に、中心位置の出力が0V(ゼロボルト)となるため、位置と出力電圧の関係のテーブルを参照することなく中心位置及び変位の方向を検出することが可能となる。
次に、本発明の第3の実施形態について、図13を用いて説明する。
上述した第1の実施形態に係るモータの位置検出方法及びモータの駆動装置においては、ステータコア21の軸方向片端面に位置検出用コイル5を設けることでロータ3の軸方向位置検出を行っていたが、本実施形態では、U,V,W相のいずれかの相に発生する誘起電圧を測定することでロータ3の軸方向位置検出を行うこととしている。
以下、本実施形態に係るモータの位置検出方法及びモータの駆動装置について、第1の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
図13乃至図15に示すように、本実施形態では、U相の電機子巻線の一部(上流側)Upが巻きつけられる第1ティース53のロータの軸方向における一端部55を非磁性体材料で構成する。また、第1ティース53に巻きつけられている電機子巻線Upと同相の電機子巻線の一部(下流側)Udが巻きつけられる第2ティース54のロータの軸方向における一端部56を非磁性体材料で構成する。
ここで、非磁性体材料で構成される一端部55,56は、第1ティース53と第2ティース54とで非対称とされている。上記非磁性体材料としては、樹脂或いはセラミックス、アルミ、銅等が挙げられる。
コントローラは、第1電圧計測器51及び第2電圧計測器52から入力される誘起電圧Vpと誘起電圧Vdとの電圧差ΔV´を算出し、この電圧差ΔV´に基づいてロータ3の軸方向位置を検出する。
これにより、電機子巻線Upに生じる誘起電圧Vpと、電機子巻線Udに生じる誘起電圧Vdとの電圧差ΔV´に基づいてロータ3の軸方向位置を検出することが可能となる。この結果、ロータ3の位置検出用センサを設けることなく、容易にロータ3の位置検出を実施することができ、また、省スペース化を期待することができる。
また、各相の電機子巻線が巻きつけられているステータティースの数が偶数個であった場合には、ステータの中心軸を挟んで対向して配置されている2つのティースを第1ティース及び第2ティースとして選択するとよい。これにより、位置検出精度を向上させることが可能となる。
2 ステータ
3 ロータ
5,5´ 位置検出用コイル
6 鉄心
7 巻線
21 ステータコア
22 ステータティース
23 エアギャップ
24 永久磁石
30 モータの駆動装置
31 直流電源
32 コントローラ
33 スイッチング回路
41〜46 スイッチング素子
Up 上流側巻線
Ud 下流側巻線
Claims (4)
- ロータと、複数相の電機子巻線が巻きつけられたステータとを有するモータの位置検出方法であって、
同相の電機子巻線が巻きつけられている第1ティース及び第2ティースにおいて、前記第1ティースの前記ロータの回転軸方向における一端部を非磁性材料で構成するとともに、前記第2ティースの前記ロータの回転軸方向における他端部を非磁性体材料で構成し、
前記第1ティースに巻きつけられた前記電機子巻線に生ずる誘起電圧と、前記第2ティースに巻きつけられた前記電機子巻線に生ずる誘起電圧との差分に基づいて前記ロータの軸方向の位置を検出するモータの位置検出方法。 - 前記第1ティースと前記第2ティースとは、前記ステータの中心軸を挟んで対向して配置されている請求項1に記載のモータの位置検出方法。
- ロータと、複数相の電機子巻線が巻きつけられたステータとを有するモータの駆動装置であって、
同相の電機子巻線が巻きつけられている第1ティース及び第2ティースにおいて、前記第1ティースの前記ロータの回転軸方向における一端部を非磁性材料で構成するとともに、前記第2ティースの前記ロータの回転軸方向における他端部を非磁性体材料で構成し、
前記第1ティースに巻きつけられた前記電機子巻線に生ずる誘起電圧と、前記第2ティースに巻きつけられた前記電機子巻線に生ずる誘起電圧との差分に基づいて前記ロータの軸方向の位置を検出するモータの駆動装置。 - 請求項3に記載のモータの駆動装置を備えるポンプ。
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