(57)【要約】【課題】  小型高トルクのブラシレスＤＣモータを用いたマッサージ機において、モータの騒音による不快感を低減すると共に、モータの回転速度を正確に制御する。【解決手段】  椅子２０のガイドレール２２に沿って上下動される駆動ユニット３０と、駆動ユニット３０を上下動させる第１モータ１１と、互いに逆方向に往復駆動される一対の施療子ベース３Ａ、３Ｂと、施療子ベースを互いに逆方向に往復駆動させる第２モータ１２と、施療子ベース３Ａ、３Ｂにそれぞれ保持された施療子２と、施療子２を背もたれに対して略直交する面内で駆動させる第３モータ１３と、各モータをそれぞれ独立して駆動する制御回路２５を備え、各モータはブラシレスＤＣモータであり、制御回路２５は、ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流が略正弦波形となるように、ブラシレスＤＣモータにかかる負荷に応じて、ブラシレスＤＣモータの巻線に印加する駆動信号の波形を補正する。【選択図】図１
2006110037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
椅子と、
前記椅子の背もたれに設けられたガイドレールに沿ってそれ自体が上下動する駆動ユニットと、
前記駆動ユニットを前記ガイドレールに沿って上下動させる第１モータと、
前記駆動ユニットに設けられ、前記椅子の幅方向に沿って互いに逆方向に往復駆動される一対の施療子ベースと、
前記一対の施療子ベースを互いに逆方向に往復駆動させる第２モータと、
前記一対の施療子ベースにそれぞれ保持され、その動作の主成分が前記椅子の背もたれに対して略直交する面内で駆動される施療子と、
前記施療子を、その動作の主成分が前記椅子の背もたれに対して略直交するように駆動させる第３モータと、
前記第１モータ、第２モータ及び第３モータをそれぞれ独立して駆動する制御回路を備え、
前記第１モータ、第２モータ及び第３モータの少なくとも１つはブラシレスＤＣモータであり、
前記制御回路は、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流が略正弦波形となるように、前記ブラシレスＤＣモータにかかる負荷に応じて、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に印加する駆動信号の波形を補正することを特徴とするマッサージ機。
【請求項２】
前記制御回路は、
前記ブラシレスＤＣモータに内蔵されているホールＩＣからの出力される信号の間の時間をカウントすることによりモータの回転速度を演算する回転速度演算手段と、
目標回転速度と演算で求めた回転速度を比較し、演算で求めた回転族度を目標回転速度に一致させるための速度制御手段と、
前記ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流を略正弦波形にするために、所定のキャリア周波数を有する三角波形と目標正弦波形を用いて、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に印加されるパルス電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御する電圧制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のマッサージ機。
【請求項３】
前記制御回路は、
前記ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、
前記ブラシレスＤＣモータの巻線に印加されるパルス電圧にデッドタイムを設けると共に、
前記ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流の値が小さいときは、デッドタイムを短くすることを特徴とする請求項２に記載のマッサージ機。
【請求項４】
前記制御回路は、
前記ブラシレスＤＣモータの巻線に印加されるパルス電圧にデッドタイムを設けると共に、
前記ブラシレスＤＣモータの巻線に印加されるパルス電圧をパルス幅に応じてデッドタイムを変化させること特徴とする請求項２に記載のマッサージ機。
【請求項５】
前記制御回路は、
前記ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、
前記ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流の値が小さいときは、前記三角波形のキャリア周波数を下げることを特徴とする請求項２に記載のマッサージ機。
【請求項６】
前記ブラシレスＤＣモータの回転子は、略円柱状の鉄芯の外周面に複数の永久磁石を貼り付けて構成され、
各永久磁石の円周方向の両端部と固定子の鉄芯の円周方向の両端部との間のギャップが他の部分のギャップよりも広くなるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のマッサージ機。
【請求項７】
前記ブラシレスＤＣモータの回転子は、略円弧状断面を有する複数の永久磁石が円周方向に埋め込まれた構成を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のマッサージ機。
【請求項８】
施療子を３次元的な軌跡を描くように駆動させて施療を行うマッサージ機であって、
前記施療子を駆動させるモータのうち、前記施療子が前記３次元的な軌跡を１回描く間に少なくとも１回正転と反転が切り換えられるモータとしてブラシレスＤＣモータを使用し、
前記ブラシレスＤＣモータを駆動する制御回路は、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流が略正弦波形となるように、前記ブラシレスＤＣモータにかかる負荷に応じて、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に印加する駆動信号の波形を補正することを特徴とするマッサージ機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、施療子を３次元的な軌跡を描くように駆動させてさまざまな施療を行うマッサージ機に関する。
【背景技術】
【０００２】
もみ球と呼ばれる略球状の施療子を３次元的な軌跡を描くように駆動させるマッサージ機では、例えば独立して駆動される３つのモータを用い、施療子の椅子の背もたれに沿った上下動、椅子の幅方向の往復動（幅調節）及び椅子の背もたれに略直交する面での旋回動（前後動）を組み合わせて、指圧、もみ及び背筋伸ばしなどの施療を行っている。さらに、近年では、施療子の３次元動作（手技と呼ばれる）が複雑になり、それに伴って、モータを短時間のうちに低速回転と高速回転の間で切り換えたり、頻繁に正転と反転を切り換えたりする必要が生じている。
【０００３】
このようなマッサージ機の負荷は人体ということになるが、ユーザの体格や座り方などにより負荷が大きく変動する。さらに、施療中にユーザが体を動かしたりすると、それに伴って体重移動が起こるので、施療中における負荷変動も大きい。そのため、従来から、短時間のうちに回転速度や正転／反転の切り替えが可能であり、かつ高トルクのモータとして、ＤＣモータ、特にブラシ付きＤＣモータが広く用いられていた。一般的に、高トルクのブラシ付きＤＣモータは、その外形が大きく、かつ重量も重くなるという性質を有している。そのため、マッサージ機自体の小型軽量化は困難であった。また、小型のブラシ付きＤＣモータを用いたマッサージ機も存在するが、モータのトルクが小さく、十分な施療効果が得られにくいという問題がある。
【０００４】
一方で、メンテナンス性、耐久性及び小型化の面から、ブラシレスＤＣモータの使用も検討されている。ブラシレスＤＣモータは、小型で高トルク（大出力）のモータを実現することができる反面、負荷変動の大きなマッサージ機に使用すると新たな問題が生じる。具体的には、３相４極の一般的なブラシレスモータの場合、コギングによるトルク変動が大きいので、１２０度通電矩形波駆動を行うと、モータの騒音が大きくなる。この騒音は施療子を介して人体に伝わるため、特に首筋や肩など頭部に近い部分に施療する場合に、ユーザに不快感を与えることになる。一方、低騒音、低振動を重視する場合、正弦波駆動を行うことも考えられるが、ブラシレスＤＣモータのロータの回転角度を高精度に検出しなければならず、エンコーダなどを必要とするため、コストダウン及び小型軽量化を妨げる要因となる。また、正弦波駆動でブラシレスＤＣモータの制御を行う場合、電気角で１８０度刻みに通電しなければならないが、上記のようにマッサージ機に使用した場合は負荷が一定でないため、正弦波駆動ではブラシレスＤＣモータを起動させることができないか又はスムーズに起動させることが困難である。特に、モータの正転と反転の切り替えがスムーズに行われない場合、施療子の動きが瞬間的に停止するが、ユーザは敏感に施療子が停止したことを認識する。さらに、施療子が所定の３次元的軌跡を描くように駆動する場合、３つのモータを同期させて駆動させなければならないが、負荷変動などによってモータの出力軸の回転速度（以下、単にモータの回転速度とする）が所定の速度から外れると、施療子が本来の軌跡と異なる軌跡を描くように駆動される。そのため、ユーザにとって気持ちのよいマッサージ効果が得られない可能性がある。
【０００５】
なお、特許文献１は、省エネルギー化を目的として、空気調和機の圧縮機を高効率で駆動するためのブラシレスＤＣモータの駆動方法について開示している。だたし、空気調和機は、マッサージ機に比べて負荷変動が非常に小さいため、上記のような問題は生じない。
【特許文献１】特開２０００−３３３４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、特に重負荷がかかる駆動軸を駆動するために小型高トルクのブラシレスＤＣモータを用いたマッサージ機において、モータの騒音による不快感を低減すると共に、施療子が手技に応じた本来の軌跡を描くようにモータの回転速度をできる限り正確に制御して、気持ちのよいマッサージ効果が得られるマッサージ機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】
【０００７】
上記目的を達成するために請求項１の発明はマッサージ機に関し、椅子と、前記椅子の背もたれに設けられたガイドレールに沿ってそれ自体が上下動する駆動ユニットと、前記駆動ユニットを前記ガイドレールに沿って上下動させる第１モータと、前記駆動ユニットに設けられ、前記椅子の幅方向に沿って互いに逆方向に往復駆動される一対の施療子ベースと、前記一対の施療子ベースを互いに逆方向に往復駆動させる第２モータと、前記一対の施療子ベースにそれぞれ保持され、その動作の主成分が前記椅子の背もたれに対して略直交する面内で駆動される施療子と、前記施療子を、その動作の主成分が前記椅子の背もたれに対して略直交するように駆動させる第３モータと、前記第１モータ、第２モータ及び第３モータをそれぞれ独立して駆動する制御回路を備え、前記第１モータ、第２モータ及び第３モータの少なくとも１つはブラシレスＤＣモータであり、前記制御回路は、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流が略正弦波形となるように、前記ブラシレスＤＣモータにかかる負荷に応じて、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に印加する駆動信号の波形を補正することを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１のマッサージ機において、前記制御回路は、前記ブラシレスＤＣモータに内蔵されているホールＩＣからの出力される信号の間の時間をカウントすることによりモータの回転速度を演算する回転速度演算手段と、目標回転速度と演算で求めた回転速度を比較し、演算で求めた回転族度を目標回転速度に一致させるための速度制御手段と、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流を略正弦波形にするために、所定のキャリア周波数を有する三角波形と目標正弦波形を用いて、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に印加されるパルス電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御する電圧制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２のマッサージ機において、前記制御回路は、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に印加されるパルス電圧にデッドタイムを設けると共に、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流の値が小さいときは、デッドタイムを短くすることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項２のマッサージ機において、前記制御回路は、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に印加されるパルス電圧にデッドタイムを設けると共に、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に印加されるパルス電圧をパルス幅に応じてデッドタイムを変化させること特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項２のマッサージ機において、前記制御回路は、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流の値が小さいときは、前記三角波形のキャリア周波数を下げることを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかのマッサージ機において、前記ブラシレスＤＣモータの回転子は、略円柱状の鉄芯の外周面に複数の永久磁石を貼り付けて構成され、各永久磁石の円周方向の両端部と固定子の鉄芯の円周方向の両端部との間のギャップが他の部分のギャップよりも広くなるように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項１乃至５のいずれかのマッサージ機において、前記ブラシレスＤＣモータの回転子は、略円弧状断面を有する複数の永久磁石が円周方向に埋め込まれた構成を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項８の発明は、施療子を３次元的な軌跡を描くように駆動させて施療を行うマッサージ機であって、前記施療子を駆動させるモータのうち、前記施療子が前記３次元的な軌跡を１回描く間に少なくとも１回正転と反転が切り換えられるモータとしてブラシレスＤＣモータを使用し、前記ブラシレスＤＣモータを駆動する制御回路は、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流が略正弦波形となるように、前記ブラシレスＤＣモータにかかる負荷に応じて、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に印加する駆動信号の波形を補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、第１モータ、第２モータ及び第３モータをそれぞれ独立して駆動することにより、施療子が３次元的な任意の軌跡を描くように駆動することができる。そして、第１モータ、第２モータ及び第３モータの少なくとも１つ、好ましくは負荷変動の大きい駆動軸を駆動するモータとしてブラシレスＤＣモータを使用しているので、モータの小型軽量化と大出力化を同時に達成することができる。さらに、制御回路により、ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流が略正弦波形となるように、ブラシレスＤＣモータにかかる負荷に応じて、ブラシレスＤＣモータの巻線に印加する駆動信号の波形を補正しているので、負荷変動にかかわらず、ブラシレスＤＣモータが略正弦波駆動され、モータの低騒音及び低振動が実現される。そのため、首筋や肩など頭部に近い部分に施療する場合であっても、ユーザに不快感を与えることはない。さらに、大出力のブラシレスＤＣモータを使用することにより、施療子が手技に応じた本来の軌跡を描くようにモータの回転速度をできる限り正確に制御することが可能であり、気持ちのよいマッサージ効果が得られる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、制御回路は、ブラシレスＤＣモータに内蔵されているホールＩＣからの出力される信号の間の時間をカウントすることによりモータの回転速度を演算するので、エンコーダなどを用いることなく、上記マッサージ機を実現することができる。さらに、目標回転速度と演算で求めた回転速度を比較し、演算で求めた回転族度を目標回転速度に一致させるように制御することができるので、施療子が手技に応じた本来の軌跡を描くようにモータの回転速度をできる限り正確に制御することが可能となる。さらに、所定のキャリア周波数を有する三角波形と目標正弦波形を用いて、ブラシレスＤＣモータの巻線に印加されるパルス電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御することにより、ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流を略正弦波形にしているので、ＣＰＵなどを用いた一般的な回路構成により制御回路を実現することができる。そのため、マッサージ機のコストアップを防止することができる。
【００１７】
ブラシレスＤＣモータでＰＷＭ制御を行う場合、巻線のＨ側に所定のパルス信号を印加すると共に、Ｌ側にその反転信号が印加される。ところで、Ｈ側とＬ側が同時にオンするのを防止するために、Ｈ側及びＬ側が同時にオフするデッドタイムを設けている。一方、ブラシレスＤＣモータを低速で回転させる場合、特に、さらに負荷が小さい場合、ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流を小さくするために、ブラシレスＤＣモータの巻線に印加されるパルス電圧のパルス幅が非常に短くなってしまう。このような場合にも一律に同じデッドタイムを設定すれば、デッドタイムによって、パルスが実質的になくなってしまい、ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流が正弦波形から大きくずれ、騒音の原因となる。請求項３の発明によれば、ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流の値が小さいときは、デッドタイムを短くするように構成されているので、デッドタイムの設定によってパルスが実質的になくなってしまうような事態を防止することができ、騒音の発生を低減させることができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、ブラシレスＤＣモータの巻線に印加されるパルス電圧をパルス幅に応じてデッドタイムを変化させているので、電流検出手段（電流センサ）を用いることなく、上記と同様の効果を得ることができる。特に、電流検出に関する処理が簡略化されるため、ＣＰＵにかかる負担を低減することができる。その結果、低コストのＣＰＵを用いることも可能であり、マッサージ機のコストダウンが可能になる。
【００１９】
請求項５の発明によれば、ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流の値が小さいときは、三角波形のキャリア周波数を下げるように構成されているので、請求項２又は３の場合とは逆に、パルス信号のパルス幅が広くなる。その結果、一律に同じデッドタイムを設定しても、デッドタイムの設定によってパルスが実質的になくなってしまうような事態を防止することができ、騒音の発生を低減させることができる。
【００２０】
請求項６の発明によれば、ブラシレスＤＣモータの回転子が、略円柱状の鉄芯の外周面に複数の永久磁石を貼り付けて構成され、各永久磁石の円周方向の両端部と固定子の鉄芯の円周方向の両端部との間のギャップが他の部分のギャップよりも広くなるように構成されているので、モータの巻線に生じる逆起電圧が略正弦波形状となり、モータの巻線に流れる略正弦波形状の電流と相まって、ブラシレスＤＣモータの高効率化及び低騒音化を実現することができる。
【００２１】
請求項７の発明によれば、ブラシレスＤＣモータの回転子が、略円弧状断面を有する複数の永久磁石が円周方向に埋め込まれて構成されているため、請求項６の場合と同様に、モータの巻線に生じる逆起電圧が略正弦波形状となり、モータの巻線に流れる略正弦波形状の電流と相まって、ブラシレスＤＣモータの高効率化及び低騒音化を実現することができる。
【００２２】
請求項８の発明によれば、施療子を３次元的な軌跡を描くように駆動させて施療を行うマッサージ機であって、施療子を駆動させるモータのうち、施療子が３次元的な軌跡を１回描く間に少なくとも１回正転と反転が切り換えられるモータとしてブラシレスＤＣモータを使用し、ブラシレスＤＣモータを駆動する制御回路は、ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流が略正弦波形となるように、ブラシレスＤＣモータにかかる負荷に応じて、ブラシレスＤＣモータの巻線に印加する駆動信号の波形を補正しているので、マッサージ機の構成にかかわらず、上記請求項１の場合と同様の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の一実施の形態に係るマッサージ機について説明する。本実施の形態に係るマッサージ機の背もたれの後側から見た構成を図１に示す、また、マッサージ機の駆動ユニットの構成を図２に示す。
【００２４】
図１に示すように、本実施の形態に係るマッサージ機１は、椅子２０と、椅子２０の背もたれ２１に設けられたガイドレール２２に沿ってそれ自体が上下動する駆動ユニット３０と、肘掛け２３に設けられた操作スイッチ２４及び制御回路２５などを備えている。
【００２５】
駆動ユニット３０は、図示しない歯車機構を介して、第１駆動軸２６を回転駆動させる第１モータ１１を備えている。第１駆動軸２６には、ガイドレール２２のラック（図示せず）と噛み合うピニオン２７が固着されている。そのため、第１モータ１１の正転と逆転を切り換えることにより、駆動ユニット３０の全体がガイドレール２２に沿って上下動される。
【００２６】
駆動ユニット３０には、椅子２０の幅方向に沿って互いに逆方向に往復駆動される一対の施療子ベース３Ａ、３Ｂが、略水平に設けられた第２駆動軸３１に支持されている。例えば、第２駆動軸３１の外周面で、かつ各施療子ベース３Ａ、３Ｂが往復駆動される範囲には、それぞれ逆方向のおねじが形成されており、各施療子ベース３Ａ、３Ｂには、第２駆動軸３１のおねじ螺合される互いに逆向きのめねじが形成されている。第２駆動軸３１は、ベルト３２及びプーリ３３などを介して第２モータ１２により回転駆動される。第２モータ１２の正転と逆転を切り換えることにより、一対の施療子ベース３Ａ、３Ｂは、互いに逆方向に往復駆動される。
【００２７】
各施療子ベース３Ａ、３Ｂには、アーム５の先端に装着された施療子（もみ球）２が支持されている。各アーム５は、第２駆動軸３１を中心として旋回する１対の扇形歯車１４にリンクされており、各扇形歯車１４の旋回に連動して、椅子２０の背もたれ２１に対して略直交する面内で変位する。各扇形歯車１４は、略水平に設けられた第３駆動軸１５の両端近傍に固着された駆動力伝達用の歯車１６と螺合され、第３駆動軸１５の回転によって旋回される。第３モータ１３は、図示しない歯車機構を介して第３駆動軸１５に連結されており、第３モータの正転と逆転を切り換えることにより、扇形歯車１４が所定の範囲で往復旋回される。それに応じて、アーム５の先端に装着された施療子２が、その動作の主成分が椅子２０の背もたれ２１に対して略直交するように駆動される。なお、例えばアーム５が途中で曲がっている場合など、アーム５の形状又は構造によっては、施療子２は、必ずしも背もたれ２１に対して直交する面内のみで変位されるとは限らず、背もたれ２１に対して直交しない方向成分に変位することもあり得る。従って、上記のように、施療子２は、その動作の主成分が椅子２０の背もたれ２１に対して略直交する面内で駆動されていればよい。
【００２８】
第２駆動軸３１には、扇形歯車１４を介して、アーム５の変位、すなわち椅子２０の背もたれ２１に対して略直交する面における施療子２の位置を検出するための第１位置検出センサ１７が設けられている。また、施療子ベース３Ａ、３Ｂの背面近傍には、各施療子ベース３Ａ、３Ｂの位置を検出するための第２センサ１８が設けられている。さらに、駆動ユニット３０の側部近傍には、椅子２０の背もたれ２１に設けられたガイドレール２２に沿った駆動ユニット３０の上下位置を検出するための第３センサ１９が設けられている。
【００２９】
制御回路２５は、第１モータ１１、第２モータ１２及び第３モータ１３をそれぞれ独立して駆動する。それによって、各施療子２は、それぞれ所定の３次元的な軌跡を描くように駆動される。第１センサ１７、第２センサ１８及び第３センサ１９の各出力は制御回路２５に入力されるので、制御回路は、各センサ１７〜１９からの出力をモニタしながら、予め定められた手技に対応する施療子２の３次元的な軌跡と、各センサ１７〜１９からの出力から演算された施療子２の現在の位置情報を比較する。そして、各施療子２ができるだけ、予め定められた手技に対応する軌跡に近い軌跡を描くように、各モータの回転速度や回転方向などを制御する。
【００３０】
ここで、本実施の形態では、第１モータ１１、第２モータ１２及び第３モータ１３として、小型で高トルクのブラシレスＤＣモータを使用している。制御回路２５は、ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流が略正弦波形（なるべく正弦波に近い形状）となるように、ブラシレスＤＣモータにかかる負荷に応じて、ブラシレスＤＣモータの巻線に印加する駆動信号の波形を補正する。
【００３１】
制御回路２５の基本的なブロック構成を図３に示す。交流入力電源２５１より供給される電圧は、整流ダイオード、アルミ電解コンデンサなどで構成された整流・平滑回路部２５２で電圧変動の少ない直流電圧に変換され、パワー回路部２５３に供給される。パワー回路部２５３は、ＩＧＢＴ、ＦＥＴなどのフリーホィーリング用としての高周波ダイオードが逆並列に接続され、ブリッジ回路を構成している。制御回路部２５５は、マイクロコンピュータなどで構成されており、回転数検出回路部２５４で得られた情報を演算処理し、駆動信号を生成し、パワー回路部２５３にその駆動信号を伝達する。モータ１１、１２及び１３は、この伝達信号に基づき駆動される。制御回路部２５５は、全体を統括するマイクロコンピュータから目標回転速度データテーブルが指定され、所定の回転数毎にテーブル内の記載の回転速度を目標回転速度にすることで、各モータ１１、１２及び１３速度変化をさせている。制御回路部２５５は、ブラシレスＤＣモータ（モータ１１、１２及び１３）に内蔵されているホールＩＣ（回転数検出回路部２５４）からの出力される信号の間の時間をカウントすることによりモータの回転速度を演算する回転速度演算手段と、目標回転速度と演算で求めた回転速度を比較し、演算で求めた回転族度を目標回転速度に一致させるための速度制御手段と、ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流を略正弦波形にするために、所定のキャリア周波数を有する三角波形と目標正弦波形を用いて、ブラシレスＤＣモータの巻線に印加されるパルス電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御する電圧制御手段として機能する。
【００３２】
各モータ１１、１２及び１３として３相４極のブラシレスＤＣモータを使用した場合のパワー回路部２５３の構成を図４に示す。上記回転速度検出回路部２５４として、各モータ１１、１２及び１３の内部に配置された３個のホールＩＣを使用し、ホールＩＣからの信号を制御回路部２５５内に取り込むことにより、電気角１２０度刻みにロータの位置を特定することができる。制御回路部２５５は、ホールＩＣからの信号をもとに、パワー回路部２５３の各スイッチング素子Ｕ−Ｈ、Ｕ−Ｌ、Ｖ−Ｈ、Ｖ−Ｌ、Ｗ−Ｈ及びＷ−Ｌを制御する信号を出力し、通電するタイミングを制御している。
【００３３】
また、制御回路部２５５は、各モータ１１、１２及び１３の３つのホールＩＣからの各信号間の時間をカウントすることにより回転速度を演算により求めるプログラムと、目標回転速度と計測された回転速度を比較し、目標回転速度にする速度制御プログラムと、各モータ１１、１２及び１３の巻線に流れる電流を略正弦波状にするために、各モータの各巻線に印加される電圧を制御するプログラムを有している。なお、この制御を正弦波駆動と呼ぶ。
【００３４】
次に、１２０度矩形波駆動されたモータの各ホールＩＣからの信号と通電のタイミングと、正弦波駆動されたモータの各ホールＩＣからの信号と通電のタイミングを図５に示す。実際に正弦波駆動を行うためには、図５に示すように、電気角で１８０度刻みで通電しなければならないが、通電のタイミングをホールＩＣでは直接測定できない。そのため、制御回路部２５５では、演算により求めた回転速度から推測して通電開始タイミングを決定する。
【００３５】
制御回路部２５５は、各モータ１１、１２及び１３の巻線に流れる電流を略正弦波形にするために、所定のキャリア周波数（例えば２０ｋＨｚ）を有する三角波形と目標正弦波形を用いて、各モータの巻線に印加されるパルス電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御する。例えば図６に示すように、所定のキャリア周波数の三角波と目標正弦波を重ね合わせ、両者が交差してから次に交差するまでの時間をパルス信号のパルス幅とする。このようにすれば、各モータ１１、１２及び１３の巻線に印加されるパルス電圧のパルス幅が正弦波的に変調されるので、各モータ１１、１２及び１３の巻線に流れる電流も略正弦波形となるように制御される。なお、目標正弦波としては、例えば制御回路部２５５のメモリなどに予め記憶されている正弦波形をロータの位置に対応するデータに書き換え、さらに速度制御プログラムから指令される電圧振幅指令値を掛けた波形とする。
【００３６】
マッサージ機１の場合、ユーザの体格や座り方などにより負荷が大きく変動し、さらに、施療中にユーザが体を動かしたりすると、それに伴って体重移動が起こり、施療中においても負荷が変動する。負荷が変動すると、それに応じて各モータ１１、１２及び１３の回転速度も変化するが、回転速度の変化は、各モータ１１、１２及び１３に設けられているホールＩＣ（回転速度検出回路部２５４）からの信号の変化として、制御回路部２５５により検出される。そして、制御回路部２５５は、各モータ１１、１２及び１３の回転数が所定の回転数となるように、パワー回路部２５３の各スイッチング素子Ｕ−Ｈ、Ｕ−Ｌ、Ｈ−Ｈ、Ｖ−Ｌ、Ｗ−Ｈ及びＷ−Ｌをオン／オフ制御するタイミングをフィードバック制御している。そのため、各モータ１１、１２及び１３にかかる負荷に応じて、各モータ１１、１２及び１３に印加する駆動信号の波形が補正されるので、負荷変動にかかわらず、ブラシレスＤＣモータが略正弦波駆動され、モータの低騒音及び低振動が実現される。特に、首筋や肩など頭部に近い部分に施療する場合であっても、モータの騒音を小さくすることができるので、騒音が施療子を介してユーザに伝わったとしても、ユーザに不快感を与える可能性を低減することができる。
【００３７】
なお、図６に示すように、例えばＵ−Ｌ側には、Ｕ−Ｈ側に印加される信号の反転信号が印加される。その際、図７に示すように、Ｕ−Ｈ側及びＵ−Ｌ側が同時にオフとなる時間（デッドタイム）を設けることにより、Ｕ−Ｈ側及びＵ−Ｌ側が同時にオンすることを防止することができる。
【００３８】
ところで、モータが低速で回転するような場合（特に、さらに負荷が小さい場合）、速度制御プログラムからの指令として、電圧振幅指令値を小さくして各巻線に流れる電流を低減させようとする。その際、上記のようにしてＰＷＭされたパルス電圧のパルス幅自体が小さくなるので、一定値のデットタイムを設ける処理を行うと、パルス幅がデッドタイムよりも短くなると、パルスが消滅してしまう可能性がある。その場合、例えば図８に示すように、モータの巻線に流れる電流の波形が正弦波から外れた波形となってしまい、モータ騒音につながる。これを防止するため、単にデットタイムを小さく設定すると、負荷が大きいときや速度いときには、モータの巻線に流れる電流が大きくなる。実際のパワー素子では、電流を完全にオフするのに要する時間が長いので、電流が大きい時に貫通電流が流れ、パワー素子の破壊やパワー素子の発熱などが生じる。
【００３９】
そこで、モータの巻線に流れる電流を検出する回路など別途に設け、制御回路部２５５において、電流値に応じてデットタイムを小さく設定する処理を行ってもよい。例えば、モータの巻線に流れる電流値に閾値を設定し、検出された電流値が閾値よりも大きいか否かでデッドタイムの長さを変化させてもよい。さらに、閾値を複数設定して、多段階にデッドタイムの長さを変化させてもよい。このような構成により、モータが低速回転しているときやモータの負荷が小さいときであっても、モータの巻線に流れる電流を正弦波状することができ、ユーザの体格や姿勢などにかかわらず、いつも静かなマッサージ機を提供することができる。
【００４０】
一方、上記方法では、少なくとも電流検出回路を必要とするため、制御回路２５の回路構成が複雑化すると共に、コストアップの要因となる。そのため、例えば、電圧振幅指令値を元に電流を推定することも可能である。その場合、電流検出回路が不要になるため、コストダウンが可能であるが、制御回路部２５５を構成するマイクロコンピュータの処理負荷が増大するため、高速演算処理が可能な高価なマイクロコンピュータを必要とする。従って、これら２つの場合は、高機能で高価なマッサージ機に適する。これに対して、図６に示すようにして生成されたパルス幅に合わせてデットタイムを変化させてもよい。例えば、パルス幅が予め設定されている閾値（例えば、第１デットタイム）以下になったときに、デットタイムを第１デッドタイムよりも短い第２デッドタイムに設定し直すことにより実現することができる。但し、デットタイムを０にはできないので、下限値を設ける必要がある。このような構成により、電流検出回路を不要にするだけでなく、マイクロコンピュータが処理すべき負荷を軽減させることができるので、演算処理速度の遅い安価なマイクロコンピュータを使用して、上記と同様の効果を得ることが可能になる。この場合は、比較的機能が限定され、安価なマッサージ機に適する。さらに、モータの回転速度を元に電流を推定することも可能である。この場合も、電流検出回路が不要になるため、コストダウンが可能であり、かつ、モータの回転速度は制御回路部２２５において定期的に演算処理により求められているため、制御回路部２５５を構成するマイクロコンピュータの処理負荷を増大させることもない。
【００４１】
また、モータの巻線に流れる電流が小さいときに、三角波のキャリア周波数を下げるように構成してもよい。例えば、図６に示す三角波のキャリア周波数を２０ｋＨｚから１０ｋＨｚに１／２にすると、図９に示すように、生成されるパルス電圧のパルス幅は２倍に拡げられる。そのため、デットタイムを一定値に設定しても、パルスの消滅を防止することができる。なお、キャリア周波数を下げると、可聴領域に近い騒音が回路などから出力されるため、キャリア周波数をなるべく高い設定することが好ましい。そのため、電流量に応じて徐々にキャリア周波数を下げるように構成してもよい。さらに、回路のばらつきなどに起因する信号遅延量のばらつきを考慮すると、デットタイムそのものを小さくしすぎると、パワー素子などに貫通電流を流してしまう危険性が高い。それに対して、デッドタイムを変化させずに、キャリア周波数を変えることにより、危惧される危険を回避して、より安全にモータを駆動させることができる。
【００４２】
次に、マッサージ機に適したブラシレスＤＣモータについて説明する。図１０は、そのようなブラシレスＤＣモータ９０として、３相４極の表面磁石形モータにおける磁気回路の一部を概略的に示す。また、図１１は、図１０に示すブラシレスＤＣモータの磁気回路の磁気解析を行って求めた逆起電圧を示す。
【００４３】
図１０に示すように、ブラシレスＤＣモータ９０の回転子９１は、略円柱状の鉄芯９２の外周面に複数の略円弧状の永久磁石９３を貼り付けて構成されている。各永久磁石９３の円周方向の両端部９３Ａは、中央部近傍などに比べて厚みが薄くなるように形成されている。一方、固定子９５の鉄芯９６は、回転子９１側に向かって突出したＴ字状部分９６Ａを有し、コイル９７はＴ字状部分９６Ａの幹部９６Ｂに巻回されている。このような構成により、回転子９１の永久磁石９３の両端部９３Ａと固定子９５の鉄芯９６のＴ字状部分９６ＡとのギャップＷ１は、回転子９１の永久磁石９３の中央部分９３Ｂと固定子９５の鉄芯９６のＴ字状部分９６ＡとのギャップＷ２よりも広く（大きく）なる。このように、回転子９１の永久磁石９３と固定子９５の鉄芯９６のＴ字状部分９６Ａとのギャップうぃ不均一にすることにより、略円弧状の永久磁石の厚みを均一にしてギャップを均一にした場合に比べて、永久磁石９３の端部９３Ａに集中する磁束を緩和することができる。永久磁石９３の端部９３Ａの磁束集中が緩和されると、Ｎ極とＳ極の磁束の切り替わりがなめらかになるので、図１１に示すように、逆起電圧が正弦波形状に近付く。その結果、モータの巻線に印加される正弦波状の電圧と相俟って、高効率で低騒音の駆動を実現することができる。
【００４４】
次に、マッサージ機に適した別のブラシレスＤＣモータの構成を図１２（ａ）に示す。また、図１２（ｂ）は、このブラシレスＤＣモータで使用される永久磁石の形状を示す。さらに、図１３は、図１２に示すブラシレスＤＣモータの磁気回路の磁気解析を行って求めた逆起電圧を示す。
【００４５】
図１２（ａ）に示すように、ブラシレスＤＣモータの回転子１００は、埋込み磁石形（ＩＰＭ：interior permanent-magnet）構造を有し、図１２（ｂ）に示すような略円弧状断面を有する複数の永久磁石１０１が円周方向に埋め込まれた構成を有する。回転子１００は回転軸１０３を軸にして回転する。また、回転子１００の鉄芯１０２には、略円弧状の穴が４カ所に設けられており、それぞれに対して略円弧状の永久磁石１０１が埋め込まれている。
【００４６】
鉄心の表面に磁石を貼り付けた表面磁石形（ＳＰＭ：suface permanent-magnet）構造のものと比較すると、ＳＰＭ構造のものでは、磁石端部に磁束が集中することが原因で図１３に示すように、逆起電力が乱れていた。これに対して、図１２に示すような適当なＩＰＭ構造をとることにより、磁石端部に集中する磁束を抑制でき、逆起電圧を正弦波形状に近付けることができる。その結果、モータの巻線に印加される正弦波状の電圧と相俟って高効率で低騒音の駆動を実現することができる。さらに、磁気の力だけでなくリアクタンス力も利用して回るため、駆動効率を高くすることも可能である。
【００４７】
なお、上記実施の形態では、３つのモータの全てにブラシレスＤＣモータを使用した例を示したが、本発明は、これに限定されるものではなく、手技に寄与しない駆動軸を駆動するためのモータとして、ブラシ付きＤＣモータなどを使用してもよい。
【００４８】
さらに、本発明は、上記実施の形態のような独立して駆動される３つのモータを使用したマッサージ機に限定されるものではなく、施療子を３次元的な軌跡を描くように駆動させて施療を行うマッサージ機全般に適用することが可能である。そして、施療子を駆動させるモータのうち、施療子が３次元的な軌跡を１回描く間に少なくとも１回正転と反転が切り換えられるモータとしてブラシレスＤＣモータを使用し、ブラシレスＤＣモータを駆動する制御回路は、ブラシレスＤＣモータの巻線に流れる電流が略正弦波形となるように、ブラシレスＤＣモータにかかる負荷に応じて、ブラシレスＤＣモータの巻線に印加する駆動信号の波形を補正することにより、マッサージ機の構成にかかわらず、上記と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施の形態に係るマッサージ機の背もたれの後側から見た構成を示す斜視図。
【図２】上記マッサージ機における駆動ユニットの構成を示す斜視図。
【図３】上記マッサージ機における制御回路の基本的な構成を示すブロック図。
【図４】３相４極のブラシレスＤＣモータを使用した場合のパワー回路部の構成を示す回路図。
【図５】１２０度矩形波駆動されたモータの各ホールＩＣからの信号と通電のタイミングと、正弦波駆動されたモータの各ホールＩＣからの信号と通電のタイミングを示す波形図。
【図６】所定のキャリア周波数を有する三角波形と目標正弦波形を用いて、各モータの巻線に印加されるパルス幅変調（ＰＷＭ）制御されたパルス電圧を発生させる原理を示す波形図。
【図７】ＰＷＭされたパルス電圧のパルス波形にデッドタイムを設けた場合の波形を示す波形図。
【図８】ＰＷＭされたパルス電圧のパルス幅自体が小さいときに一定値のデットタイムを設ける処理を行った場合のモータの巻線に流れる電流の波形を示すグラフ。
【図９】三角波のキャリア周波数を下げることにより、生成されるパルス電圧のパルス幅が拡げられることを説明するための波形図。
【図１０】上記実施の形態に係るマッサージ機に適したブラシレスＤＣモータの一部分の構成を示す図。
【図１１】図１０に示すブラシレスＤＣモータの磁気回路の磁気解析を行って求めた逆起電圧を示す。
【図１２】（ａ）は上記実施の形態に係るマッサージ機に適した別のブラシレスＤＣモータの構成示す断面図、（ｂ）はそのブラシレスＤＣモータで使用される永久磁石の形状を示す斜視図。
【図１３】図１２に示すブラシレスＤＣモータの磁気回路の磁気解析を行って求めた逆起電圧を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５０】
１  マッサージ機
２  施療子（もみ球）
３Ａ、３Ｂ  施療子ベース
５  アーム
１１  第１モータ
１２  第２モータ
１３  第３モータ
２０  椅子
２１  背もたれ
２２  ガイドレール
２５  制御回路
９０  ブラシレスＤＣモータ
９１  回転子
９２  （回転子の）鉄芯
９３  永久磁石
９３Ａ  永久磁石の両端部
９５  固定子
９６  （固定子の）鉄芯
９６Ａ  Ｔ字状部分
９７  コイル
１００  回転子
１０１  永久磁石
１０２  鉄芯
２５１  交流入力電源
２５２  整流・平滑回路部
２５３  パワー回路部
２５４  回転速度検出回路部
２５５  制御回路部（回転速度演算手段、速度制御手段、電圧制御手段）
【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】
2006110037.tif 000010
【図９】
2006110037.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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