(57)【要約】【解決課題】モータのコイルへ供給される励磁信号を制御することにより、運転効率に優れたモータを提供する。【解決手段】本発明のモータは、複数のコイルの組と永久磁石の組み合せを備え、このコイルの組は、交互の異極に励磁されるように駆動回路から励磁信号が供給されるとともに、前記永久磁石は複数の磁極要素が交互に異極になるように配置された構造からなり、前記駆動回路は前記コイル組に所定の周波数を持った励磁信号を供給して、前記コイルと永久磁石間の磁気的吸引―反発によって前記コイル組と永久磁石とを相対的に移動させるように構成されてなり、さらに、前記駆動回路は前記コイル組に、当該コイル組と永久磁石間の相対移動に応じて発生する逆起電圧のパターンに相当する波形信号を当該コイル組に供給するように構成されてなる。【選択図】図１
2006187194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコイルの組と永久磁石の組み合せを備え、このコイルの組は、交互の異極に励磁されるように駆動回路から励磁信号が供給されるとともに、前記永久磁石は複数の磁極要素が交互に異極になるように配置された構造からなり、
前記駆動回路は前記コイル組に所定の周波数を持った励磁信号を供給して、前記コイルと永久磁石間の磁気的吸引―反発によって前記コイル組と永久磁石とを相対的に移動させるように構成されてなり、さらに、
前記駆動回路は前記コイル組に、当該コイル組と永久磁石間の相対移動に応じて発生する逆起電圧のパターンに相当する波形信号を当該コイル組に供給するように構成されてなるモータ。
【請求項２】
前記駆動回路は、前記永久磁石の磁気変動を検出するホール素子センサを備え、このホール素子センサは前記磁気変化に対応した波形を出力するものであり、当該駆動回路はこのホールセンサの出力を前記コイル組に直接供給するように構成されてなる請求項１記載のモータ。
【請求項３】
前記コイル組として複数の相を備えるとともに、各相毎にホール素子センサを配置してなる請求項２記載のモータ。
【請求項４】
前記複数相のコイル組間のコイル配置を互いにシフトしてなり、かつ前記複数相間のホール素子センサの配置もシフトしてなる請求項３記載のモータ。
【請求項５】
前記駆動回路への電源供給時に、前記ホール素子からの出力が前記複数相のコイル組に供給すると前記永久磁石が回転できるように、前記複数相のコイル組のコイル位置のシフト量が決定されてなる請求項４記載のモータ。
【請求項６】
環状になった前記複数のコイル相間に前記永久磁石からなるロータが配置されてなる請求項３又は4記載のモータ。
【請求項７】
モータの始動時には矩形波を前記駆動回路が前記各相コイルに供給し、モータの安定動作時には前記逆起電圧波形を前記各相コイルに供給するようにした請求項２−６のいずれか１項記載のモータ。
【請求項８】
前記駆動回路は、前記永久磁石の磁気変動を検出するセンサを備え、このセンサは前記逆起電圧のパターンに相当する検出信号パターンを発生し、このセンサ出力を前記コイル組に直接供給するように構成されてなる請求項１記載のモータ。
【請求項９】
前記駆動回路は前記センサ出力をＰＭＷ制御するＰＭＷ制御部を備える請求項８記載のモータ。
【請求項１０】
交流電動モータの駆動システムであって、前記交流電動モータが固有に持つ逆起電力波形と同一波形を電磁コイルに励磁させることを特徴とする駆動システム。
【請求項１１】
前記波形をホール素子センサにより形成させたことを特徴とする請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記ホール素子センサにより形成された波形をＰＷＭ制御手段を介して形成した請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
請求項２記載のモータであって、前記出力波形が正弦波様波形又は三角波形であるモータ。
【請求項１４】
複数のコイルからなるコイル体と永久磁石との組み合せを備え、この前記コイル体の複数のコイルは交互の異極に励磁されるように駆動回路から励磁信号が前記コイル体に供給され、前記永久磁石は複数の磁極要素が交互に異極になるように配置された構造からなるとともに、複数相からなる前記コイル体に前記複数相に位相差を設けてなり、各相の前記コイル体の駆動回路は配置された前記永久磁石の同異極間は磁束密度が零となり、その同異極間を２πとした位相に対しホール素子センサの出力最大値となると共に、前記２π間のπとした位相に前記ホール素子センサの出力最小値となるように前記ホール素子センサを配置し、各相として設けられた前記ホール素子センサからのアナログ出力信号を各相に対応した前記コイル体に前記π間のπ／２とした位相を未励磁期間とし、且つ前記π／２を境に電流の正極性／負極性とする切替点を設け増幅し励磁信号として供給することにより可動部を正方向に移動させ、更に前記電流の前記正極性／負極性を負極性／正極性に切り替え前記コイル体に増幅し励磁信号として供給することにより前記可動部を逆方向に移動させてなる正逆方向制御できる電動モータ。
【請求項１５】
各相の前記ホール素子センサからのアナログ出力信号を各相の前記コイル体に対してＰＷＭ波形に形成し前記励磁信号として供給し高効率なトルク駆動制御できる請求項１４記載の電動モータ
【請求項１６】
前記ホール素子センサからのアナログ出力信号を前記２πの位相と前記πの位相基準とした±位相量を任意に設定しＰＷＭ２波形を形成し前記励磁信号として供給し任意のトルク駆動制御できる請求項１４記載または請求項１５記載の電動モータ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁極を発生するコイルを線状に並べ、コイルに流す電流を順次切り替えることで、永久磁石や強磁性体からなるロータを回転させ、或いはスライダを移動させる各種モータに関し、さらに、このモータに利用される磁気構造体に係わり、さらに、このモータを駆動源として利用した駆動体に関するものである。本発明は、このような駆動体としての電気自動車、電動カート、電動車椅子等や、その他電動玩具、電動飛行機、小型電動機器、ＭＥＭＳに利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
交流などの周波数信号によって駆動されるＡＣモータには、大きく分けるとシンクロナス（同期）モータとインダクション（誘導）モータの２種類がある。シンクロナスモータは、ロータに永久磁石や鉄などの強磁性体の積層コアを使い、電源周波数によって決まる回転磁界の速さと同じ回転速度で回転するモータである。
【０００３】
ロータの違いによって永久磁石を使ったマグネット型とコイルが巻いてある巻線型、鉄などの強磁性体を使ったリアクタンス形がある。このうちマグネット型は、ロータの永久磁石がステータの回転磁界に引かれて回転する。一方、インダクションモータは、導線がカゴのような形のロータに、電磁誘導作用によって別の磁界を発生させることで回転するモータである。
【０００４】
このようなモータの中には、回転しないで直線状に動いたり、平面を自由に動けるモータも存在する。この種のモータは、広くリニアモータと呼ばれ、磁極を発生するコイルを直線状に並べ、流す電流を順次切替えることで、その上に載った永久磁石や強磁性体を移動させている。直線状に配置されたコイル列はステータであって、ロータは平たくなってその上を滑動するのでスライダに相当する。
【０００５】
前記マグネット型のシンクロナスモータとして、例えば、特開平８−５１７４５号公報（特許文献１）に記載された小型同期モータが存在する。この小型同期モータは、特許文献１の図１に示されるように、励磁コイル７を巻回したステータコア６と、内部にマグネット１を内蔵し周面にＮＳ極が等間隔に配列されたロータコア２を有するロータ３とを備えた構成を持っている。
【特許文献１】特開平８−５１７４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の技術で説明したモータのコイルに矩形波を供給すると、モータの運転効率が大きく低下することを、本願発明者は新たに見出すにいたった。そこで、この発明は、モータのコイルへ供給される励磁信号を制御することにより、運転効率に優れたモータを提供することを目的とするものである。さらに、本発明の他の目的は発生トルク特性にも優れたモータを提供することを目的とするものである。さらに、本発明は、掛るモータの駆動回路を提供すことを目的とするものである。さらに本発明は、モータの運転効率に優れたモータの駆動制御方法を提供するものである。さらに本発明は、このモータを利用した各種駆動体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明は、複数のコイルの組と永久磁石の組み合せを備え、このコイルの組は、交互の異極に励磁されるように駆動回路から励磁信号が供給されるとともに、前記永久磁石は複数の磁極要素が交互に異極になるように配置された構造からなり、前記駆動回路は前記コイル組に所定の周波数を持った励磁信号を供給して、前記コイルと永久磁石間の磁気的吸引―反発によって前記コイル組と永久磁石とを相対的に移動させるように構成されてなり、さらに、前記駆動回路は前記コイル組に、当該コイル組と永久磁石間の相対移動に応じて発生する逆起電力のパターンに相当する波形信号を当該コイル組に供給するように構成されてなるモータであることを特徴とする。
【０００８】
本発明の実施形態では、前記駆動回路は、前記永久磁石の磁気変動を検出するホール素子センサを備え、このホールセンサは前記磁気変化に対応した波形、例えば、正弦波様出力又は三角波をするものであり、当該駆動回路はこのホールセンサの出力を前記コイル組に直接供給するように構成されてなる。前記コイル組として複数の相を備えるとともに、各相毎にホール素子センサを配置してなる。前記複数相のコイル組間のコイル配置を互いにシフトしてなり、かつ前記複数相間のホール素子センサの配置もシフトしてなる。前記駆動回路への電源供給時に、前記ホール素子からの出力が前記複数相のコイル組に供給すると前記永久磁石が回転できるように、前記複数相のコイル組のコイル位置のシフト量が決定されてなる。環状になった前記複数のコイル相間に前記永久磁石からなるロータが配置されてなる。モータの始動時には矩形波を前記駆動回路が前記各相コイルに供給し、モータの安定動作時には前記逆起電圧波形を前記各相コイルに供給するようにした。
【０００９】
また、本発明は、交流電動モータの駆動システムであって、前記交流電動モータが固有に持つ逆起電力波形と同一波形を電磁コイルに励磁させることを特徴とするものである。前記波形は、好適にはホール素子センサにより形成させる。さらに、好適には、前記ホール素子センサにより形成された波形をＰＷＭ制御手段を介して形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１及び図２は、本発明に係わるモータの動作原理を示したものである。このモータは、第１のコイル組（Ａ相コイル）１０及び第２のコイル組（Ｂ相コイル）１２の間に第３の永久磁石１４を介在した構成を備えている。これらコイルと永久磁石は環状（円弧状、円状）或いは直線状のいずれに構成されても良い。これら環状に形成された場合は、永久磁石又はコイル相のいずれかがロータとして機能し、これらがリニアに形成された場合には、いずれかがスライダとなる。
【００１１】
第１のコイル組１０は、交互に異極に励磁可能なコイル１６が、所定間隔、好適には、均等間隔を介して順番に配列された構成を備えている。この第１のコイル組の等価回路図を図５に示す。図１及び図２によれば、後述のとおり、２相の励磁コイルには、始動回転中（２π）中常時全コイルを既述した極性で交互励磁させている。したがって、ロータやスライダ等の被駆動手段を高トルクで回転・駆動することが可能となる。
【００１２】
図３（１）に示すように、交互に異極に励磁される、複数の電磁コイル１６（磁性単位）が等間隔に直列に接続されている。符号１８Ａはこの磁気コイルに周波数パルス信号を印加する駆動回路を示すブロックである。この駆動回路から電磁コイル１６にコイルを励磁させるための励磁信号を流したとき、隣接するコイル間で交互に磁極の向きが変わるように、各コイルが励磁されるように予め設定されている。図３（２）に示すように、電磁コイル１６が並列に接続されていても良い。このコイルの構造は、Ａ，Ｂ相コイルについて同様である。
【００１３】
この励磁回路１８Ａから電磁コイル１６に、供給される励磁電流の極性の方向を所定の周期で交互に切り替えるための周波数を持った信号を印加すると、図１及び図２に示すように、ロータ１４と面する側の極性がＮ極→Ｓ極→Ｎ極と交互に変化する磁気パターンがＡ相コイル組１０に形成される。周波数信号が逆極性になると、第１磁性体の第３磁性体側の極性がＳ極→Ｎ極→Ｓ極と交互に変化する磁気パターンが発生する。この結果、Ａ相コイル組１０に現れる励磁パターンは周期的に変化する。
【００１４】
Ｂ相コイル組の構造は、Ａ相コイル組と同様であるが、Ｂ相コイル組の電磁コイル１８はＡ相コイル組の１６に対して位置的にずれて配列されている点が異なる。すなわち、Ａ相コイル組におけるコイルの配列ピッチとＢ相コイル組の配列ピッチとが所定のピッチ差（角度差）を持つようにオフセット配置されている。このピッチ差は、永久磁石１４がコイル１６,１８に対して励磁電流の周波数の１周期（２π）に対応して動く角度の（１回転）、例えば、π／（２／Ｍ）：Ｍは永久磁石（Ｎ＋Ｓ）のセット数でＭ＝３である、π／６が好適である。
【００１５】
次に永久磁石について説明する。図１及び図２に示されるように、永久磁石からなるロータ１４は、二相のコイル組間に配置されており、交互に逆の極性を持った複数の永久磁石２０（黒く塗り潰されている。）が線状（円弧状）に、所定間隔、好適には均等間隔を介して配列されている。円弧状とは、完全な円、楕円など閉じられたループの他、不特定環状構造や、半円、扇型をも包含する。
【００１６】
Ａ相コイル組１０とＢ相コイル組１２とは等距離を介して配置されており、Ａ相コイル組とＢ相コイル組との中間に第３の磁性体１４が配置されている。永久磁石２０の永久磁石の配列ピッチは、殆どＡ相コイル１０及びＢ相コイル１２における磁気コイルの配列ピッチと同じである。
【００１７】
次に第１磁性体１０と第２磁性体１２との間に既述の第３磁性体１４が配置された磁気体構造の動作を、図1及び図２を利用して説明する。既述の励磁回路（図３の１８である。後に説明する。）によって、ある瞬間においてＡ相コイルとＢ相コイルの電磁コイル１６,１８には、図１（１）に示すような励磁パターンが発生しているとする。
【００１８】
この時、Ａ相コイル１０の永久磁石１４側に臨む表面の各コイル１６には、→Ｓ→Ｎ→Ｓ→Ｎ→Ｓ→のパターンで磁極が生じ、Ｂ相コイル１２の永久磁石１４側に臨む表面のコイル１８には、→Ｎ→Ｓ→Ｎ→Ｓ→Ｎ→のパターンで磁極が生じる。永久磁石と各相コイルとの磁気的な関係が図示されており、同極間では反発力が発生し、異極間では吸引力が働く。
【００１９】
次の瞬間、（２）に示すように、Ａ相コイルに駆動回路１８を介して印加されるパルス波の極性が反転すると、（１）のＡ相コイル１０のコイル１６に発生する磁極と永久磁石２０の磁極との間に反発力が発生し、一方、Ｂ相コイル１２のコイル１８に発生している磁極と永久磁石２０の表面の磁極との間に引力が発生しているために、図１（１）乃至図２（５）に示すように、永久磁石１４は、図示右方向に順次移動する。
【００２０】
Ｂ相コイル１２のコイル１８に、Ａ相コイルの励磁電流とは位相がずれたパルス波が印加されており、図２の（６）乃至（８）に示すように、Ｂ相コイル１２のコイル１８の磁極と永久磁石２０の表面の磁極とが反発して永久磁石１４をさらに右方向に移動させる。（１）乃至（８）はロータ１４がπに対応する回転をした場合を示し、（９）以降は同様にして残りのπ→2πに対応する回転をする。このようにロータはＡ相コイル列とＢ相コイル列に位相がずれた所定周波数の駆動電流（電圧）信号を供給することにより、回転するようになる。
【００２１】
なお、Ａ相コイル列、Ｂ相コイル列、及び永久磁石を円弧状にすると、図１に示す磁気構造は回転モータを構成するものとなり、これらを直線状に形成すると、この磁気構造はリニアモータを構成するものとなる。ケース、ロータ等の永久磁石と電磁コイルを除く部分は、非磁性体である樹脂（カーボン系含み）、セラミックス系により軽量化し、ヨークを用いないで磁気回路の開放状態にすることにより鉄損失を発生させずパワー・ウエイト比に優れた回転駆動体が実現できる。
【００２２】
この構造によれば、永久磁石にはＡ相コイル及びＢ相コイルから磁力を受けて動くことができるために、永久磁石が発生するトルクが大きくなり、トルク／重量バランスに優れ、したがって高トルクで駆動可能な小型軽量モータを提供することが可能となる。
【００２３】
図４はＡ相コイル列の磁性体の電磁コイル１６、及びＢ相コイル列の電磁コイル１８に励磁電流を印加するための励磁回路１８Ａの一例を示すブロック図である。この励磁回路は、Ａ相電磁コイル１６及びＢ相電磁コイル１８にそれぞれ制御されたパルス周波数信号を供給するように構成されている。符号３０は水晶発振器であり、符号３１はこの発振周波数信号をＭ分周して基準パルス信号を発生させるためのＭ−ＰＬＬ回路３1である。
【００２４】
符号３４は永久磁石からなるロータ１４の回転速度に対応した位置検出信号を発生するセンサ（例えば、後述のように永久磁石の磁界変化を検出するホール素子センサ）である。符合３４Ａは、Ａ相電磁コイルのドライバ回路に検出信号を供給するためのＡ相側センサであり、符号３４Ｂは、Ｂ相電磁コイルのドライバ回路に検出信号を供給するためのＢ相側センサである。
【００２５】
このセンサ３４Ａ，Ｂからの検出信号はそれぞれ、各相コイル列に励磁電流を供給するためのドライバ３２に出力されている。符号３３はＣＰＵであり、Ｍ―ＰＬＬ回路３１及びドライバ３２に所定の制御信号を出力する。前記ドライバ３２はセンサからの検出信号を直接又はＰＷＭ制御して電磁コイルに供給するように構成されている。符号３１ＡはドライバにＰＷＭ制御用の基準波を供給するための制御部である。Ａ相コイル列用の磁気センサ３４ＡとＢ相コイル列用の磁気センサ３４Ｂは既述のとおり位相差を設けて永久磁石の磁界をそれぞれ検出しているが、必要におうじて検出信号の位相制御がされて、ドライバ３２に供給される。符号３５はセンサ位相制御部である。
【００２６】
図５はモータの斜視図であり、（１）は当該モータの斜視図、（２）はロータの概略平面図、（３）はその側面図、（４）はＡ相電磁コイル列（５）はＢ相電磁コイル列を示したものである。付された符号は、既述の図において対応する構成部分と同じものである。
【００２７】
このモータは、ステータに相当する一対のＡ相コイル列１０とＢ相コイル列１２を備え、そしてロータを構成する既述の永久磁石１４とを備え、Ａ相コイル列とＢ相コイル列との間にロータ１４が軸３７を中心に回転自在に配置されている。ロータと回転軸は一体に回転するように、回転軸３７はロータの中心にある回転軸用開口孔に圧入されている。図５の（２）、（４）、（５）に示すように、ロータには６つの永久磁極要素２０が円周方向に均等に設けられ、そして永久磁極要素の極性は交互に反対になるようになっており、ステータには６つの電磁コイルが円周方向に均等に設けられている。
【００２８】
Ａ相センサ３４ＡとＢ相センサ３４Ｂとが、位相をシフトさせて(π／６に相当する距離)Ａ相コイル列のケース内面側壁に設けられている。Ａ相センサ３４ＡとＢ相センサ３４Ｂとは、Ａ相コイル１６に供給される周波数信号とＢ相コイル１８に供給される周波数信号とに所定の位相差を設けるために互いに位相をシフトさせている。
【００２９】
センサとしては、永久磁石の運動に伴う磁極の変化から永久磁石の位置を検出可能であり、ホール効果を利用したホール素子が好ましい。このセンサを用いることにより、永久磁石のＳ極から次のＳ極までを２πとしたときに、永久磁石がこのどこにあっても永久磁石の位置をホール素子によって検出可能である。
【００３０】
次に本発明の原理について説明する。
図６（１）は、コイルに矩形波を供給した場合のコイル両端の電位変化を示している。（２）はコイル両端の逆起電圧波形を示している。（３）は、コイル両端の消費電流波形を示している。図7は、二つの相のコイル列間に置かれた永久磁石が、図示右方向に運動した場合におけるコイルに発生する逆起電力を説明するための原理図である。
【００３１】
逆起電圧（Ｖ）は、Ｂｈ*Ｃｌ*Ｐで定義され、Ｂｈ[Ｔ]は水平磁束密度（コイル中心部）であり、Ｃｌ（ｍ）はコイル長さであり、Ｐ[ｍ／ｓ]はコイルの移動速度を示している。Ａ相コイル１６には８−１で示す正弦波様の逆起電圧波形が発生し、Ｂ相コイル１８には８−２で示す、Ａ相コイル列の配列とＢ相コイル列の配列の位相差に基づく位相差を持った正弦波用逆起電圧波形が発生する。
【００３２】
図６（３）のＴＴ部の領域の両端電圧は、印加電圧と逆起電力との差で、電位差が大きいので電流が大きくなる。そのためにモータの発生トルクは大きくなるが、モータの効率は低下する。効率（η）は、
η＝（機械的出力／入力電圧）＊１００（％）で定義される。
【００３３】
一方、図８（１）は、コイル両端に逆起電力波形と同じ正弦波系信号（供給電圧波形）を印加した場合のコイル両端の電圧波形である。（２）はコイルの消費電圧波形を示したものである。（２）の領域ＴＴで示されるコイル両端電圧は、供給電圧波形と逆起電圧波形の差で波形歪のみが発生しコイル両端の消費電流波形は、図６（２）の縦軸のスケールと図8（２）の縦軸のスケールを比較してみると明らかなように、非常に小さい電流値となる。そのために、既述の効率が大きく改善される。波形歪みを改善することによって効率は一層向上される。アナログ出力型のホール素子は、逆起電圧波形に相当する波形を出力することができる。このように逆起電力の波形と同波形でコイルを励磁することにより、効率は矩形波でコイルを励磁することに比較して２−３倍向上される。したがって、このモータを負荷に適用した場合、負荷の動作始動や急加速時での始動トルクを重要視する局面では、矩形波形をコイルに供給し、モータの安定動作時は正弦波をコイルに供給することによって駆動特性と効率の両立を図ることができる。
【００３４】
図９は、アナログ方式センサ（ホール素子センサ）によってドライバを直接駆動させる駆動回路のブロック図である。すなわち、このセンサは後述の図１０（１）に示すように、逆起電力波形に最も近い正弦波様の出力波を発生するので、このセンサからの出力を直接コイルに供給することによって、最大効率でモータを運転することができる。符号１００はセンサ出力の増幅器である。１０１はロータの正転又は反転制御回路である。Ａ相又はＢ相のコイルに供給されるセンサからの検出波形の極性を強制的に反転させることによってロータの回転方向制御することができる。９３はこの制御回路に供給される指令信号の形成部である。Ａ相センサ３４Ａからの検出信号が増幅されてＡ相コイルに供給される。Ｂ相センサ３４Ｂからの検出信号が増幅されてＢ相コイルに供給される。
【００３５】
図１０は駆動回路における波形制御の状態を示すものであり、（１）はＡ相センサからのアナログ出力波形（正弦波形）を示す。（２）はＢ相センサからの出力波形である。既述のとおり、二つのセンサは位相差を持って配置されているために、位相がずれている。（３）はＡ相コイルに供給されるＡ１相駆動波形（図３の端子Ａ１→Ａ２の向きの電圧波形）であり、（４）はＡ相コイルに供給されるＡ２相駆動波形（図３の端子Ａ２→Ａ1の向き）である。（５）はＢ相コイルに供給されるＢ１相駆動波形であり、（６）はＢ２相駆動波形である。（７）はＡ相コイル組間の両端（Ａ１−Ａ２間）波形であり、（８）はＢ相コイル組間の両端（Ｂ１−Ｂ２間）波形である。センサの正弦波出力波形がそれぞれの相のコイル組に供給される。
【００３６】
図１１はセンサからのアナログ出力を矩形波に変換してコイル組に供給するための、駆動回路のブロック図である。既述のようにモータを高トルクで運転することが必要な場合では、コイルに矩形波を供給することの意義がある。モータの回転速度を図示しない回転速度センサで検出し、モータの回転速度が所定値以上になった場合(安定駆動時)に、駆動回路は矩形波に代えてセンサのアナログ出力値を直接コイル列に供給するようにする。
【００３７】
図１1において、１２０はヒステリシス制御用の可変ボリュームであり、符号１２２はウィンドコンパレータであり、符号１２４はマルチプレクサである。ウインドコンパレータには既述の各相センサの出力値が供給され、センサ出力とヒステリシスレベルの上下限値とが比較されＨレベル信号とＬレベル信号が形成され、これがマルチプレクサのスイッチング制御によって、Ａ１相の駆動信号又はＡ２相駆動信号として出力される。Ｂ１相コイル、Ｂ２相コイルの駆動でも同様である。符号１２３は、ロータの正転又は逆転の回転方向制御部である。
【００３８】
図１2は、図１２の制御回路による波形図であり、（１）はＡ相センサの正弦波出力波形であり、（２）はＢ相センサの出力波形である。（３）はＡ１相駆動信号としてＡ相コイル組に供給される周波数矩形波形であり、（４）はＡ１相駆動信号としてＡ相コイル組に供給される矩形波形である。（５）及び（６）がＢ相コイル組に供給される矩形波形である。（７）はＡ相コイル組両端の電圧波形であり、（８）がＢ相コイル組両端の電圧波形である。図１２において、ヒステリシス調製用ボリュームはデジタルアナログ変換器にて外部ＣＰＵ等から制御しても良い。ヒステリシスレベルを可変にすることによって矩形波のデューティが変更され、モータ特性のトルク制御が可能となる。例えば、モータ始動時にヒステリシスレベルを最小にし、効率を犠牲にしてトルク優先でモータを駆動し、また、モータの安定動作時では、ヒステリシスレベルを最大にして高効率を優先としてモータ駆動とする。
【００３９】
図１３はセンサの出力がＰＭＷ変換部１４０に供給され、センサのアナログ出力値を図示しない基本波と比較して、各相コイルに供給される矩形波のデューティ比が制御される(ＰＷＭ制御される)ことを示す、駆動回路のブロック図である。すなわち、図１４に示すように、各相センサ（１）及び（２）の出力がデューティ制御されて、（３）及び（４）に示すように、各相コイル組に供給される両端電圧となる。
【００４０】
図１５は、複数の永久磁極要素１５０が一体結合された永久磁石（ロータ）１４の平面図を示すものである。図１及び２では、ロータの各永久磁極要素間は非磁性体で形成されているのに対して、この実施形態のロータでは各永久磁極要素１５０の間に掛る介在領域を経ることなく、永久磁極要素同士が密着している。１５２はロータの回転軸であり、１５４は回転子である。この回転子の円周縁部に連続的に複数の永久磁極要素が配列されている。図１５のものでは、図１６に示すように、三角波の逆起電力が発生する。したがって、各相コイル列用センサの検出信号を３角波に成形してこれを各相コイルに供給すればモータを最大効率で運転することができる。
【００４１】
以上により、他方式の電動モータでも同様に、効率（仕事／電力比）は電動モータの固有特性ではなく電動モータから発生する逆起電力の波形と同波形を用いてモータのコイルを励磁させることにより、モータそのものを高効率で駆動させることができる。すなわち、本発明によれば、高効率なモータの駆動システム及び駆動方法を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係わる磁性体構造の模式図と動作原理を示したものである。
【図２】図１に続く動作原理を示したものである。
【図３】（１）は複数のコイルを直列接続させたコイル組の等価回路図であり、（２）は並列接続の場合の等価回路図である。
【図４】コイル組へ励磁信号を供給する駆動回路のブロック図である。
【図５】モータの分解斜視図である。
【図６】本発明の原理を説明するために、コイルに矩形波を供給した場合の特性図である。
【図７】コイルに逆起電力が発生する様子を示した原理図である。
【図８】本発明の原理説明するために、コイルに逆起電力の正弦波形とほぼ等しい波形を駆動波形としてコイルに供給した場合の特性図である。
【図９】ホール素子センサからの正弦波形をコイルに供給するための駆動回路のブロック図である。
【図１０】図９の駆動回路における波形制御の様子を示す、各波形図である。
【図１１】駆動回路においてヒステリシス制御を可能にした駆動回路ブロック図である。
【図１２】その波形制御の様子を示す各波形図である。
【図１３】各相コイルの検出波形をＰＷＭ変換制御部に直接供給している様子を示す、駆動回路の機能ブロック図である。
【図１４】そのＰＷＭ制御動作を示す波形図である。
【図１５】永久磁石(ロータ)の他の例を示す、ロータ平面図である。
【図１６】当該ローラをモータに使用した際に各相センサに発生する三角波出力波形図である。
【図１】
2006187194.tif 000003
【図２】
2006187194.tif 000004
【図３】
2006187194.tif 000005
【図４】
2006187194.tif 000006
【図５】
2006187194.tif 000007
【図６】
2006187194.tif 000008
【図７】
2006187194.tif 000009
【図８】
2006187194.tif 000010
【図９】
2006187194.tif 000011
【図１０】
2006187194.tif 000012
【図１１】
2006187194.tif 000013
【図１２】
2006187194.tif 000014
【図１３】
2006187194.tif 000015
【図１４】
2006187194.tif 000016
【図１５】
2006187194.tif 000017
【図１６】
2006187194.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成18年3月27日(2006.3.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコイルからなるコイル体と永久磁石との組み合せを備え、この前記コイル体の複数のコイルは交互の異極に励磁されるように駆動回路から励磁信号が前記コイル体に供給され、前記永久磁石は複数の磁極要素が交互に異極になるように配置された構造からなるとともに、複数相からなる前記コイル体に前記複数相に位相差を設けてなり、
各相の前記コイル体の駆動回路は配置された前記永久磁石の異極点は磁束密度が零となり、また同極間を２πとした位相に対しホール素子センサの出力最大値となると共に、前記２π間のπとした位相に前記ホール素子センサの出力最小値となるように前記ホール素子センサを配置し、各相として設けられた前記ホール素子センサからのアナログ出力信号を各相に対応した前記コイル体に前記２π間のπ／２と３π／２とした位相を未励磁期間とし、且つ前記π／２と３π／２を境に電流の正極性／負極性、負極性／正極性とする切替点を設け増幅し励磁信号として供給することにより可動部を正方向に移動させ、更に前記電流の前記正極性／負極性、負極性／正極性を負極性／正極性、正極性／負極性に切り替え前記コイル体に増幅し励磁信号として供給することにより前記可動部を逆方向に移動させてなる正逆方向制御できる電動モータ
【請求項２】
各相の前記ホール素子センサからのアナログ出力信号を各相の前記コイル体に対してＰＷＭ波形に形成し前記励磁信号として供給し高効率なトルク駆動制御できる請求項１記載の電動モータ
【請求項３】
前記ホール素子センサからのアナログ出力信号を前記２πの位相と前記πの位相基準とした±位相量を任意に設定しＰＷＭ２波形を形成し前記励磁信号として供給し任意のトルク駆動制御できる請求項１記載または請求項２記載の電動モータ